Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Optical encryption based on the algorithm of compressive ghost imaging and phase-shifting digital holography

1Zhang Leihong, 1Xiong Rui, 12Zhang Dawei and 3Chen Jian

1College of Communication and Art Design, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2School of Optical Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
3Anhui Province Key Laboratory of Nondestructive Evaluation, Anhui  230088, China

Download this article

Abstract. We present a compressive ghost-imaging encryption (GIE) scheme based on phase-shifting digital holography (PSDH). With our technique based on the PSDH, the optical information is recorded from each point of an object. Then each part of a hologram can reconstruct the original image, thus improving resolution of a reconstructed image. Using the characteristics of randomness of the PSDH, we improve security of the encryption scheme. In our simulations, a binary image is taken as a target and the mutual information, the PSDG degree and the peak signal-to-noise ratio are calculated. The compressive GIE scheme based on the PSDH is compared with a pseudo-inverse algorithm based on PSDH and a common GIE scheme based on the PSDH. The simulation results demonstrate that our compressive scheme manifests better reconstruction quality, compressibility and security.

Keywords: phase-shifting digital holography, ghost imaging, compressive sensing, optical encryption

PACS: 42.30.Va, 42.40.My
UDC: 535.8
Ukr. J. Phys. Opt. 19: 179-190
Received: 07.05.2018
doi: 10.3116/16091833/19/3/179/2018

Анотація. Представлено схему шифрування на основі фантомних зображень (ШФЗ) зі стисканням і фазозсувних цифрових голограм (ФЗЦГ). Використовуючи метод, заснований на ФЗЦГ, оптичну інформацію записують від кожної точки об’єкта. Тоді кожна частина голограми може реконструювати вхідне зображення, тим самим підвищуючи роздільну здатність відновленого зображення. Використовуючи характеристики випадковості ФЗЦГ, підвищено безпеку схеми шифрування. У моделюванні використано вхідне бінарне зображення та розраховано взаємну інформацію, ступінь ФЗЦГ і пікове відношення сигнал/шум. Схему ШФЗ зі стисканням на основі ФЗЦГ порівняно із псевдо-оберненим алгоритмом на основі ФЗЦГ і звичайною схемою ШФЗ на основі ФЗЦГ. Результати моделювання показують, що наша схема зі стисканням виявляє ліпші якість відновлення, ступінь стиснення та безпеку.
REFERENCES
  1. Shapiro J H, 2008. Computational ghost imaging. Phys. Rev. A 78: 061802(R). doi:10.1103/PhysRevA.78.061802
  2. Bromberg Y, Katz O and Silberberg Y, 2009. Ghost imaging with a single detector. Phys. Rev. A. 79: 053840. doi:10.1103/PhysRevA.79.053840
  3. Katz O, Bromberg Ya, and Silberberg Ya, 2009. Compressive ghost imaging Appl. Phys. Lett. 95: 131110. doi:10.1063/1.3238296
  4. Katkovnik V and Astola J, 2012. Compressive sensing computational ghost imaging. J. Opt. Soc. Amer. A. 29: 1556–1567. doi:10.1364/JOSAA.29.001556
  5. Clemente P, Duran V, Torrescompany V, Tajahuerce E and Lancis J, 2010. Optical encryption based on computational ghost imaging. Opt. Lett. 35: 2391–2393. doi:10.1364/OL.35.002391
  6. Shapiro J H and Boyd R W, 2012. The physics of ghost imaging. Quant. Inf. Process. 11: 949–993. doi:10.1007/s11128-011-0356-5
  7. Huang H C and Chang F C, 2014. Robust image watermarking based on compressed sensing techniques. J. Inform. Hiding & Multimedia Signal Process. 5: 275–285.
  8. Rawat N, Hwang I C, Shi Y and Lee B, 2015. Optical image encryption via photon-counting imaging and compressive sensing based ptychography. J. Opt. 17: 065704. doi:10.1088/2040-8978/17/6/065704
  9. Liu H, Xiao D, Zhang R, Zhang Y and Bai S, 2016. Robust and hierarchical watermarking of encrypted images based on compressive sensing. Signal Process. Image Commun. 45: 41–51. doi:10.1016/j.image.2016.04.002
  10. Wu Jingjing, Xie Zhenwei, Liu Zhengjun, Liu Wei, Zhang Yan and Liu Shutian, 2016. Multiple-image encryption based on computational ghost imaging. Opt. Commun. 359: 38–43. doi:10.1016/j.optcom.2015.09.039
  11. Garnier J, 2017. Ghost imaging in the random paraxial regime. Inverse Problems & Imaging. 10: 409–432. doi:10.3934/ipi.2016006
  12. Yuwang Wang, Yang Liu, Jinli Suo, Guohai Situ, Chang Qiao & Qionghai Dai, 2017. High-speed computational ghost imaging via spatial sweeping. Sci. Rep. 7: 45325. doi:10.1038/srep45325
  13. Balasubramanian R and Ramesh A, 2017. Optical cryptography based on compressive ghost imaging using multi-image encryption scheme. Int. J. Mod. Trends Eng. Sci. 4: 8–9.
  14. Wenlin Gong, Chengqiang Zhao, Hong Yu, Mingliang Chen, Wendong Xu & Shensheng Han, 2016. Three-dimensional ghost imaging lidar via sparsity constraint. Sci. Rep. 6: 26133. doi:10.1038/srep26133
  15. Shengmei Zhao and Peng Zhuang, 2014. Correspondence normalized ghost imaging on compressive sensing. Chin. Phys. B. 23: 287–291. doi:10.1088/1674-1056/23/5/054203
  16. Yi Chen, X Fan and Z Liang, 2016. Application of joint orthogonal bases in compressive sensing ghost image. Proc. SPIE, Selected Papers of the Chinese Society for Optical Engineering Conferences. 10141: 101410Q.
  17. Seok-Hee Jeon and Sang-Keun Gil, 2011. 2-step phase-shifting digital holographic optical encryption and error analysis. J. Opt. Soc. Korea. 15: 244–251. doi:10.3807/JOSK.2011.15.3.244
  18. Li J, Li H, Li J, Pan Y and Li R, 2015. Compressive optical image encryption with two-step-only quadrature phase-shifting digital holography. Opt. Commun. 344: 166–171. doi:10.1016/j.optcom.2015.01.048
  19. Wang Li, Fu Zirui, Liu Fuping, Lu Zhipeng and Wang Yukun, 2017. Holographic information hiding based on the four-step phase-shifting method. J. Beijing Inst. Graphic Commun. 25: 30-34.
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics