이진위상 컴퓨터형성홀로그램과 다중 XOR 연산을 이용한 영상 암호화의 개선

An Improvement of Image Encryption using Binary Phase Computer Generated Hologram and Multi XOR Operations

본 논문에서는 이진위상 컴퓨터형성홀로그램(binary phase computer generated hologram;BPCGH)과 다중 XOR 연산을 이용하여 영상의 암호화를 개선시키는 방법을 제안하고자 한다. 먼저 암호화를 위해 원영상을 재생할 수 있는 BPCGH를 반복 알고리듬을 이용하여 설계하며, 이를 암호화할 영상으로 간주하여 랜덤하게 발생시킨 위상 키 영상과의 XOR 연산을 통해 암호화한다. 암호화된 영상을 다시 XOR 연산을 통해 여러 개의 슬라이드 영상으로 나눔으로써 암호화를 개선시킨다. 홀로그램의 복호화 과정은 암호화된 슬라이드 영상과 암호화시에 사용된 무작위 위상 키 영상을 직렬 정합시킨 후, 기준파와의 간섭에 의해 수행된다. 그리고 복호화 된 홀로그램 영상은 위상 변조한 후, 역푸리에 변환하여 최종적으로 구한다. 그리고 슬라이드 영상의 패턴을 적절히 바꾸어 주면 다양한 형태의 복호화된 BPCGH 영상을 생성할 수 있다. 제안된 암호화 방법은 암호화시에 사용된 무작위 키 영상 정보가 없으면 원영상이 전혀 복원되지 않고, 암호화된 슬라이드 영상을 달리함에 따라 복원되는 홀로그램의 패턴을 다양하게 얻을 수 있으므로 차별화 된 인증 시스템에 활용할 수 있다.

In this paper, we proposed an improvement technique of image encryption using binary phase computer generated hologram(BPCGH) and multi exclusive-OR(XOR) operations. For the encryption process, a BPCGH that reconstructs the original image is designed, using an iterative algorithm, and the resulting hologram is regarded as the image to be encrypted. The BPCGH is encrypted through the exclusive-OR operation with the random generated phase key image. Then the encrypted image is divided into several slide images using XOR operations. So, the performance of encryption for the image is improved. For the decryption process, we cascade the encrypted slide images and phase key image and interfere with reference wave. Then decrypted hologram image is transformed into phase information. Finally, the original image is recovered by an inverse Fourier transformation of the phase information. If the slide images are changed, we can get various decrypted BPCGH images. In the proposed security system, without a random generated key image, the original image can not be recovered. And we recover another hologram pattern according to the slide images, so it can be used in the differentiated authorization system.