본 논문에서는 간섭계와 직렬 위상 키를 이용한 안정한 광 보안 시스템을 제안하였다. 먼저 암호화를 위해 원영상을 재생할 수 있는 이진 위상 컴퓨터형성홀로그램을 반복 알고리듬을 이용하여 설계하며, 이를 암호화할 영상으로 간주하여 랜덤하게 발생시킨 위상 키 영상과의 XOR 연산을 통해 암호화한다. 홀로그램의 복호화 과정은 암호화된 영상과 암호화시에 사용된 무작위 위상 키 영상을 직렬 정합시킨 후, 기준파와의 간섭에 의해 수행된다. 그리고 복호화된 홀로그램 영상은 위상 변조한 후, 역푸리에 변환하여 최종적으로 구한다. 이 과정동안 간섭세기는 주위 진동에 상당히 민감하다. 그래서 광굴절매질의 자기 위상공액성질을 이용하여 안정된 간섭패턴을 얻는다. 제안된 암호화 시스템에서는 암호화시에 사용된 무작위 키 영상 정보가 없으면 원영상이 전혀 복원 되지 않고, 키 영상을 달리함에 따라 복원되는 홀로그램의 패턴을 달리할 수 있으므로 차별화된 인증 시스템에 활용할 수 있다.
We present a new binary data encryption and transmission technique based on 4-step phase-shifting interferometry for a security system. Phase-shifting interferometry is used for recording phase and amplitude information on CCD device. 4-step phase-shifting is implemented by moving the PZT mirror with equidistant phase steps of ${\pi}/2$. The basic idea is that we reuse a 256 gray-level digital hologram to encrypt binary data with 4-step phase-shifting interferometry.
본 논문에서는 간섭원리에 기반한 컴퓨터형성홀로그램과 광굴절매질인 BaTiO$_3$를 이용하여 광 정보 보호 시스템을 구현하였다. 먼저 원영상을 재생할 수 있는 이진위상홀로그램을 생성한 후, 이를 암호화할 영상으로 간주한다. 그리고 이 홀로그램에 간섭 원리를 적용하여 암호화된 영상과 기준영상(키 정보)을 얻는다. 복호화과정은 Mach-Zehnder 간섭계에서 암호화된 영상과 기준영상과의 간섭을 통해 간섭세기 정보를 얻고, 이를 LCD를 이용하여 위상 정보로 변환한 후 푸리에 변환함으로써 원영상을 얻는다. 이 과정에서 두 영상의 간섭을 통해 얻어지는 세기 정보는 주위 진동에 상당히 민감하다. 그래서 광굴절매질인 BaTiO$_3$의 SPPCM 특성을 이용하여 안정한 간섭 무늬를 얻는다. 제안된 방법은 원래의 영상 대신 그 영상의 홀로그램을 암호화하므로 이중 영상 암호 효과의 장점이 있다.
A CGH is a hologram generated by computer. It is widely applied to wavefront manipulation, synthesis, optical information processing and interferometer. Some methods have been used to determine the optimum phase pattern to achieve high diffraction efficiency and uniform intensity such as DBS (Direct Binary Search), SA (Simulated Annealing), GA(Genetic Algorithm). These methods require long computation time to generate a hologram. (omitted)
We propose a new technique for the optical encryption of gray-level optical images digitized into 8-bits binary data by ASCII encoding followed by QPSK modulation. We made an encrypted digital hologram with a security key by using 2-step phase-shifting digital holography, and the encrypted digital hologram is recorded on a CCD camera with 256 gray-level quantized intensities. With these encrypted digital holograms, the phase values are reconstructed by the same security key and are decrypted into the original gray-level optical image by demodulation and decoding. Simulation results show that the proposed method can be used for cryptosystems and security systems.
액정 공간 광 변조기와 회절효율이 높은 위상 홀로그램 어레이를 이용하는 새로운 방식의 문자 디스플레이 장치를 제안하고, 이를 이용해 다양한 문자 디스플레이를 하는 광학 시스템을 구현하였다. 즉, LC-SLM의 장점인 능동적인 특성과 광 리소그라피 방식으로 제작된 위상 홀로그램 어레이의 높은 효율 및 정확도의 특성을 결합시켜 빠르고 정확한 문자 디스플레이 장치를 구현하였다. 본 논문에서 제안한 문자 디스플레이 장치는 빛을 이용하여 영상을 디스플레이한다는 중요한 의미를 가지며 광 정보처리 및 광통신 분야에서 응용할 수 있다.
회절격자의 회절 효율은 회절격자의 내부에 형성되는 격자의 구조에 의해 영향을 받으며, 이러한 격자의 구조는 변조방식에 의해 결정된다. 컴퓨터 형성 홀로그램(CGH) 역시 기본적으로 회절격자의 원리와 같기 때문에 CGH의 내부에 기록된 패턴은 변조 방식에 따라 달라지며 이 때문에 재생 영상의 성능에 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 이러한 사실을 바탕으로 싸인파 변조 및 구형파 변조 방식에 따른 CGH를 제작하고 재생 영상의 특성을 분석하였다. 또한 각각의 변조방식에 대하여 진폭 및 위상형, 위상형 그리고 이진 위상형 CGH의 재생 능력을 분석하였다.
일반적으로 Lohmann형 이진 홀로그램에서 홀로그램의 진폭과 위상을 표현할 때 사각 셀이 이용된다. 본 논문에서는 기존의 사각 셀 대신에 원형 셀을 이용하여 진폭과 위상을 표현하는 방법을 시도하였으며, 기존의 사각 셀과 본 논문에서 사용한 원형 셀을 이용하여 구현된 컴퓨터 형성 홀로그램(CCH)의 특성을 비교하기 위하여 컴퓨터 실험과 광학적 실험 데이터를 토대로 재생된 결과를 비교 분석하였다. 실험 결과 원형 셀을 여러 픽셀로 나눌 경우 보다 뚜렷한 재생상을 얻을 수 있었으며, 원형 셀이 사각 셀 보다 균일할 재생상을 얻는 측면에서는 다소 차이가 있었으나 재생시에 원형 셀이 사각 셀 보다 더욱 밝은 재생상을 얻을 수 있었다.
In this paper, we designed binary phase grating with SA (simulated annealing) algorithm for image generation, and used LCTV(liquid crystal television) as phase modulator. We generated optical image using LCTV which controlled by personal computer in real time. Many parameters in SA algorithm are determined by average deviation of the cost function, not experimental method. It was confirmed that the LCTV could be used as a phase modulator through mach-zehnder interferometering experiment. The various optical images are generated in real itme by fourier transforming of the phase gratings on LCTV which is controlled by personal computer and they can be used for optical interconnection in a neural network and addressing information in a volume hologram etc.
본 논문에서는 이진 위상 홀로그램과 간섭원리를 이용하여 기존의 광 암호화 방법보다 암호영상 마스크를 제작 하기는 쉽고 암호 해독은 어려운 영상 암호 기법과 복원 및 인증 시스템을 제안하였다. 제안한 암호화 방법은 원영상의 홀로그램을 암호화하므로 원영상을 이중으로 암호화한다. 또한 암호화된 위상패턴을 위상카드로 제작할 경우 광세기 검출기로 볼 수 없을 뿐만 아니라 복제할 수도 없어서 개인 정보보호 및 인증시스템에 매우 유용하게 사 용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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