Голографическое кодирование цветного видеопотока формата 4K с помощью фазовых жидкокристаллических модуляторов света

Рассмотрено применение оптического кодирования информации различного типа (в том числе видеоинформации) при её оперативной передаче с целью защиты от несанкционированного доступа. Для повышения качества кодирования видеопотоков и обеспечения высокой пропускной способности системы кодирования экспериментально реализовано голографическое кодирование в пространственно-некогерентном излучении цветного видеопотока формата 4К с цифровым вводом информации и динамически сменяющимися кодирующими элементами-голограммами. Для ввода кодируемой видеоинформации и отображения голограмм использованы жидкокристаллические пространственно-временны́ е модуляторы света высокого разрешения. Метод кодирования основан на регистрации оптической свёртки изображения входной сцены с кодирующим откликом голограммы. При этом поочерёдно кодируются отдельные цветовые каналы каждого кадра видеопотока. Для декодирования использованы численные методы инверсной фильтрации и регуляризация. Результаты работы будут полезны при создании систем защищённой видеосвязи высокого разрешения нового поколения.

1. Alfalou A., Brosseau C. Adv. Opt. Photonics, 2009, vol. 1, pp. 589–636. https://doi.org/10.1364/aop.1.000589

2. Javidi B., Carnicer A., Yamaguchi M., et al. Journal of Optics, 2016, no. 18(8), 083001. https://doi.org/10.1088/2040-8978/18/8/083001

3. Mohamed M. A., Samarah A. S., Allah M. I. F. Int. J. Comput. Sci. Issues, 2014, vol. 11, pp. 125–129, available at: https://www.ijcsi.org/articles/Optical-encryption-techniques-anoverview.php (accessed: 11.05.2023).

4. Matin A., Wang X. Sci. Rep., 2021, vol. 11. pp. 1–11. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02520-8

5. Carnicer A., Juvells I., Javidi B., Martínez-Herrero R. Opt. Express, 2016, vol. 24, 6793. https://doi.org/10.1364/OE.24.006793

6. Chen W. IEEE Photonics J., 2016, vol. 8, 6900608. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2016.2550322

7. Jeon S. H., Gil S. K. J. Opt. Soc. Korea, 2016, vol. 20, pp. 722–732. https://doi.org/10.3807/JOSK.2016.20.6.722

8. Rajput S. K., Nishchal N. K. Opt. Commun., 2017, vol. 388, pp. 38–46. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.11.002

9. Jaramillo A., Barrera J. F., Zea A. V., Torroba R. Opt. Lasers Eng., 2018, vol. 102, pp. 119–125. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2017.10.008

10. Javidi B., Markman A., Rawat S. Appl. Opt., 2018, vol. 57, pp. B190–B196. https://doi.org/10.1364/AO.57.00B190

11. Hai H., Pan S., Liao M., Lu D., He W., Peng X. Opt. Express, 2019, vol. 27, 21204. https://doi.org/10.1364/oe.27.021204

12. Jaramillo-Osorio A., Barrera-Ramírez J. F., Mira-Agudelo A., Velez-Zea A., Torroba R. J. Opt., 2020, vol. 22, 035702. https://doi.org/10.1088/2040-8986/ab68f0

13. Lin C., Shen X., Li B. Opt. Express, 2014, vol. 22, 20727. https://doi.org/10.1364/OE.22.020727

14. Jiao S., Jin Z., Zhou C., Zou W., Li X. J. Opt. Soc. Am. A, 2018, vol. 35, A23. https://doi.org/10.1364/josaa.35.000a23

15. Евтихиев Н. Н., Краснов В. В., Рябцев И. П., Родин В. Г., Стариков Р. С., Черёмхин П. А. Измерение модуляции фазового жидкокристаллического модулятора света Santec SLM-200 и анализ его применимости для реконструкции изображений с дифракционных элементов // Измерительная техника. 2021. № 5. С. 4–8. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-5-4-8

16. Евтихиев Н. Н., Краснов В. В., Молодцов Д. Ю., Родин В. Г., Стариков Р. С., Черёмхин П. А. Применение микрозеркального модулятора света для оптического кодирования с временным интегрированием // Автометрия. 2020. Т. 56. № 2. С. 34–41. https://doi.org/10.15372/AUT20200203

17. Zhu Y., Xu W., Shi Y. Opt. Commun., 2019, vol. 435, pp. 426– 432. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.11.040

18. Cheremkhin P. A., Evtikhiev N. N., Krasnov V. V., Rodin V. G., Starikov R. S. Optics and Lasers in Engineering, 2023, vol. 166, 107584. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2023.107584

19. Qin Y., Wang Z., Wang H., Gong Q. Opt. Laser Technol., 2018, vol. 103, pp. 93–98. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.01.018

20. Jiao S., Feng J., Gao Y., Lei T., Yuan X. Opt. Express, 2020, vol. 28, pp. 7301–7313. https://doi.org/10.1364/OE.383240

21. Unnikrishnan G., Joseph J., Singh K. Opt. Lett., 2000. vol. 25, pp. 887–889. https://doi.org/10.1364/OL.25.000887

22. Javidi B. Opt. Eng., 2000, vol. 39, 2031. https://doi.org/10.1117/1.1304844

23. Краснов В. В., Стариков С. Н., Стариков Р. С., Черёмхин П. А. Оптическое кодирование массивов двоичных чисел в пространственно-некогерентном свете // Известия вузов. Физика. 2015. Т. 58. № 10. С. 29–36.

24. Cheremkhin P. A., Evtikhiev N. N., Krasnov V. V., Minaeva E. D., Rodin V. G., Shifrina A. V. Proc. SPIE, 2018, vol. 10679, 106791Y. https://doi.org/10.1117/12.2307549

25. Sahoo S. K., Tang D., Dang C. Sci Rep., 2017, vol. 7, 17895. https://doi.org/10.1038/s41598-017-17916-8

26. Cheremkhin P. A., Evtikhiev N. N., Krasnov V. V., Rodin V. G., Shifrina A. V., Starikov R. S. Laser Physics Letters, 2020, vol. 17, pp. 025204. https://doi.org/10.1088/1612-202X/ab644c.

27. Евтихиев Н. Н., Краснов В. В., Кузьмин И. Д., Молодцов Д. Ю., Родин В. Г., Стариков Р. С., Черёмхин П. А. Оптическое кодирование QR-кодов в схеме с пространственно-некогерентным освещением на базе двух микрозеркальных модуляторов света // Квантовая электроника. 2020. Т. 50. № 2. C. 195–196.

28. Yu X., Chen H., Xiao J., Sun Y., Li X., Wang K. Optics Commun., 2022, vol. 510, pp. 127889. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127889

29. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач, М.: Наука, 1979.

30. Cheremkhin P. A., Evtikhiev N. N., Krasnov V. V., Rodin V. G., Ryabcev I. P., Shifrina A. V., Starikov R. S. Appl. Opt., 2021, vol. 60, pp. 7336–7345. https://doi.org/10.1364/ao.430968

31. Fienup J. R. Appl. Opt., 1997, vol. 36, pp. 8352–8357. https://doi.org/10.1364/AO.36.008352

32. Nishchal N. K. Optical Cryptosystems, IOP Publishing, 2019. https://doi.org/10.1088/978-0-7503-2220-1