прибор для кодирования изображений на документах

Формула изобретения

Прибор для кодирования изображений на документах, содержащий газовый лазер непрерывного действия, излучение которого через светоделитель поступает на два коллиматора, один из которых облучает фоточувствительную матрицу, а другой облучает кодируемый документ (объект), а рассеянная этим документом (объектом) волна через приемный объектив также облучает фоточувствительную матрицу, отличающийся тем, что в качестве фоточувствительной матрицы использован прибор с зарядовой связью с высокой разрешающей способностью, элементы которого электрически связаны с построчно считывающим устройством, а между голографируемым документом (объектом) и приемным объективом установлена астигматическая среда, например прозрачная пластина с переменной по координатам толщиной или переменным показателем преломления, причем указанная астигматическая среда использована в качестве шифрующего ключа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области голографии и может быть использовано для кодирования изображений документов, передаваемых в закрытых каналах связи или через открытые каналы, такие как Интернет.

Кодирование информации есть установление соответствия между элементами сообщения и сигналами, при помощи которых эти элементы могут быть зафиксированы. Кодирование в криптографии, например, путем подстановки, когда при кодировании текстовых сообщений каждой букве шифруемого сообщения ставится в соответствие определенный символ (например, другая буква или цифра), либо путем перестановки, когда буквы внутри искусственных блоков текста меняются местами, либо комбинацией этих методов. Шенноном показано, что возможны криптограммы, не поддающиеся расшифровке за приемлемое время (Аршинов М.Н., Садовский Л.Е. Коды и математика, М., 1983). Цели кодирования информации - представление входной информации в ЭВМ, согласование источников информации с каналом передачи, обнаружение и исправление ошибок при передаче и обработке данных, сокрытие смысла сообщения (криптография) и т.д. Информационные свойства объекта, как правило, таковы, что код может быть представлен наиболее экономным образом. Эту задачу решает кодер источника, удаляя из сообщения избыточность. Дальнейшие этапы прохождения данных - передача по каналу связи и(или) хранение в запоминающих устройствах - требуют обнаружения и(или) исправления ошибок, возникающих в них вследствие помех. Эти цели достигаются путем корректирующего кодирования, осуществляемого кодером канала. Наконец, защита информации от искажений при обработке в ЭВМ осуществляется применением арифметических кодов (Дадаев Ю.Г. Теория арифметических кодов, М., 1981).

При передаче информации с документов, содержащих изображения, элементы которых не могут быть представлены каким-либо алфавитом, участвующим в процессе кодирования по известным алгоритмам, осуществляют построчное считывание информации, как это происходит в цифровых сканерах. Однако при этом не происходит кодирования информации, то есть при передаче такой считанной информации, например, через Интернет не происходит ее сокрытия от пользователей, которые не должны быть допущены до получения этой информации.

Заявляемое техническое решение основано на использовании принципов голографии. Голографируемый объект облучают когерентным светом газового лазера, излучение которого расщепляют на две компоненты - опорную и предметную. Плоская опорная волна облучает фотопластину непосредственно, а плоская предметная волна облучает голографируемый объект, рассеянное излучение от которого также воздействует на указанную фотопластину, на которой записывается фотографическим способом интерференционная картина, называемая голограммой (D.Gabor, Microscopy by reconstructed wave fronts, «Proc.Roy.Soc. London A», 1949, v.197, p.454; Кольер Р., Беркхард К., Лиин Л., Оптическая голография, пер. с англ., М., изд. «Мир», 1973; Денисюк Ю.Н. Статические и динамические объемные голограммы, «ЖЭТФ», 1981, т.51, с.1648).

Голографическая схема записи информации об объекте может быть взята в качестве ближайшего аналога (прототипа) заявляемому техническому решению.

Целью изобретения является кодирование данных, содержащихся в виде изображений и текста на бумажном носителе или в качестве трехмерного объекта.

Прибор для кодирования изображений на документах, содержащий газовый лазер непрерывного действия, излучение которого через светоделитель поступает на два коллиматора, один из которых облучает фоточувствительную матрицу, а другой облучает кодируемый документ (объект), а рассеянная этим документом (объектом) волна через приемный объектив также облучает фоточувствительную матрицу, отличающийся тем, что в качестве фоточувствительной матрицы использован прибор с зарядовой связью с высокой разрешающей способностью, элементы которого электрически связаны с построчно считывающим устройством, а между голографируемым документом (объектом) и приемным объективом установлена астигматическая среда, например прозрачная пластина с переменной по координатам толщиной или переменным показателем преломления, причем указанная астигматическая среда использована в качестве шифрующего ключа.

Достижение поставленной цели в заявляемом техническом решении объясняется сохранением полной информации в синтезированной голограмме, образующейся в плоскости фоточувствительной матрицы, как о шифруемом документе (объекте), так и об астигматической среде, искажающей рассеянием изображение шифруемого документа. При этом информация о рассеивающей структуре астигматической среды должна быть известна получателю шифрованного сообщения и используется для дешифровки сообщения на приемном конце системы связи, в качестве которой может использоваться Интернет.

Изобретение понятно из чертежа, где представлена структурная схема заявляемого устройства.

Прибор состоит из газового лазера 1 с непрерывным излучением, связанным со светоделительной пластиной 2, световые пучки от которой поступают соответственно на два коллиматора - коллиматор опорного канала 3 и коллиматор предметного канала 4. Плоская волна от коллиматора опорного канала воздействует на фоточувствительную матрицу 5, например прибор с зарядовой связью (ПЗС) с высокой разрешающей способностью, а плоская волна от коллиматора предметного канала облучает шифруемый документ 6, рассеянное излучение от которого через астигматическую среду 7, дополнительно рассеивающую предметную волну, и приемный объектив 8 также поступает на фотоприемную матрицу, образуя на последней голограмму, а элементы фотоприемной матрицы электрически связаны с построчно считывающим устройством 9, сигнал с выхода которого используется для закрытой связи или открытой связи, например, через Интернет.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

Известно, что для формирования голограммы на считывающей ее плоскости необходимо облучить ее плоской опорной волной высококогерентного оптического квантового генератора, например газового лазера непрерывного действия, а также предметной волной того же источника, полученной от рассеяния на объекте голографирования. Поскольку обе волны - опорная и предметная - являются взаимно когерентными, на считывающей плоскости образуется статическая голограмма. В качестве считывающей плоскости в голографии обычно используют фотопластину, на которой при этом отображается указанная голограмма. При восстановлении голографируемого объекта такую пластину облучают плоской опорной волной под тем же углом и от такого же по частоте лазерного излучения, как это было при записи голограммы, и при этом голограмма образует рассеивающую предметную волну, которая формирует изображение голографируемого объекта.

В заявляемом техническом решении в качестве считывающей среды, вместо фотопластины, используется фоточувствительная матрица, например, выполненная с применением ПЗС с построчно считывающим устройством, как это имеет место в известных цифвовых фотокамерах, разрешающая способность которых имеет порядок 10 мегапикселей (т.е 10⁷ двоичных единиц в кадре). Такой сигнал последовательного считывания голограммы, переданный по каналу связи неограниченному числу пользователей такого канала, например, через Интернет, на приемном конце - компьютерах пользователей, вновь формирует голограмму, которая может быть дешифрована соответствующим преобразованием Фурье до получения на мониторе исходного голографированного документа. Указанное двумерное Фурье-преобразование учитывает соответствующие параметры голографического устройства записи - частоту лазерного излучения и угол падения опорной волны на фоточувствительную матрицу (матрицу ПЗС).

Для обеспечения скрытой передачи информации о шифруемом документе (объекте голографирования) в заявляемом техническом решении использована в качестве шифрующего ключа астигматическая среда 7 в канале предметной волны, фиксировано установленная между голографируемым документом 6 и приемным объективом 8. В качестве такой астигматической среды, разрушающей проходящее через нее изображение, используется прозрачная пластина с переменной толщиной или переменной оптической плотностью, двумерное распределение по координатам указанных переменных параметров которой должно быть известно получателю сообщения, либо последний должен иметь точную копию такой пластины-ключа.

При этом восстановление голограммы может быть двояким. Полученную на приемном конце системы связи зашифрованную голограмму фотографируют на фотопластине, а затем ее устанавливают в поле опорной волны и предметной волны, прошедшей через астигматическую среду - прозрачную пластину-ключ, в результате чего образуется недостающая предметная волна, соответствующая голографируемому документу (объекту голографирования). Расположение лазера и других элементов должно быть таким же, как при записи голограммы у отправителя сообщения, в частности, это касается сохранения углов падения опорной и предметной волн на фотопластину - восстановленную голограмму.

Второй способ связан с программным обеспечением дешифровки полученной голограммы фильтрацией астигматических искажений голографируемого документа (объекта), связанных с разрушением изображения астигматической средой при записи, дополнительно к двумерному преобразованию Фурье, в результате чего из совокупного «изображения» формируется изображение только самого голографируемого документа (объекта).

Этот способ не связан с применением на приемном конце элементов фото- и лазерной техники, то есть существенно упрощает процедуру выделения передаваемого сообщения от помех, искусственно созданных использованием астигматической среды. При этом доверенному получать такую информацию пользователю, например, через Интернет должна быть известна указанная выше программа фильтрации, которую пользователь вводит в память своего компьютера. Сама такая программа может быть защищена известными техническими средствами, и доступ к ней должен производиться указанием пароля.

Заявляемое техническое решение может быть широко использовано во всех случаях обеспечения защищенной передачи информации через Интернет в любую точку мира. При этом на голограмму может быть дополнительно наложено какое-либо отвлекающее изображение, создающее впечатление, что передается по открытым каналам связи именно такое изображение, а не защищенный документ (объект). При этом такое отвлекающее изображение (или любой текст) для голографического процесса обнаружения передаваемого сообщения будет рассматриваться как помеха, фильтруемая (отсекаемая) при восстановлении голограммы. Это дополнительно повышает скрытность передаваемого сообщения, что создает положительный эффект от использования заявляемого прибора.