Камера, що приховує інформацію про об’єкт у звичайних зображеннях
Камера, що приховує інформацію про об’єкт у звичайних зображеннях
Дослідники з Університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі (UCLA), США, розробили камеру, що приховує інформацію, інтегровану з електронним декодером, який спільно оптимізується за допомогою технології машинного навчання [1]. Ця система використовує дифракційний оптичний процесор, який перетворює та приховує вхідні зображення у звичайні на вигляд візерунки, які вводять в оману спостерігачів. Це перетворення, що приховує інформацію, працює для будь-яких комбінацій секретних повідомлень, перетворених у звичайні вихідні зображення через пасивну взаємодію світла з речовиною в дифракційному процесорі. При декодуванні нейромережа електронного декодера точно реконструює оригінальну інформацію, приховану в оманливому сигналі. Дослідники продемонстрували такий підхід, розробивши дифракційні камери, що приховують інформацію, які працюють за різних умов освітлення та рівнів шуму, демонструючи їхню надійність. Вони також розширили цей метод для кольорових зображень, що дозволило приховувати та декодувати кілька зображень на різних довжинах хвиль одночасно. Реалістичність методики також була підтверджена експериментально з використанням терагерцового випромінювання.
Інформаційна безпека є важливою частиною нашого цифрового світу. Для захисту даних під час передачі застосовуються різні методи. Але хоча традиційні методи ефективні, сама наявність зашифрованого повідомлення може попередити зловмисників про наявність інформації, яку варто викрасти. Нова система виправляє цей недолік.
Процес приховування зображення починається з дифракційного оптичного процесу, який відбувається в структурі, що складається з кількох шарів 3D-друкованих елементів. Світлом, що проходить через ці шари, маніпулюють, щоб перетворити вхідне зображення на, здавалося б, звичайний і оманливий візерунок. Оптична трансформація відбувається пасивно, за допомогою взаємодії світла та речовини. Це означає, що після виготовлення такий дифракційний оптичний процесор не потребує додаткового живлення.
Результатом є закодоване зображення, яке виглядає звичайним для спостерігачів, але містить приховану інформацію.
Потім закодоване зображення обробляється електронним декодером, який використовує нейронну мережу, навчену декодувати приховані дані та реконструювати вихідне зображення. Такий оптико-цифровий підхід гарантує, що лише той, хто має відповідний цифровий декодер, може отримати приховану інформацію, що робить цей метод безпечним і ефективним для захисту візуальних даних.
Дослідники перевірили свою техніку, використовуючи довільно вибрані рукописні цифри як вхідне зображення. Дифракційний процесор успішно перетворив їх на єдину на вигляд цифру 8. Проте спеціально навченій нейронній мережі вдалося реконструювати оригінальні рукописні цифри, використовуючи інформацію, «приховану» в 8.
Дослідники показали, що цифровий декодер може точно реконструювати оригінальні зображення, незважаючи на перетворення, застосовані дифракційним оптичним процесором. Вони також показали, що пристрій працює в різних умовах освітлення. Варто відзначити, що для виготовлення точних дифракційних шарів довелось розробити спеціальні методи 3D-друку для створення високоточних структур, які можуть виконувати необхідні оптичні перетворення.
Методика може мати кілька застосувань. Можливість безпечно передавати конфіденційну інформацію, не привертаючи уваги, може бути корисною для шпигунства чи оборони. Придатність методики для передачі зображень може покращити конфіденційність пацієнтів, спростивши безпечну передачу медичних зображень, доступ до яких матиме лише авторизований персонал. Інше застосування може полягати у використанні методики для підвищення надійності та безпеки даних, що передаються через оптичні мережі, включаючи оптичний зв’язок у вільному просторі. Також можливе застосування у побутовій електроніці — такий пристрій потенційно можна інтегрувати в смартфони та камери, щоб захистити візуальні дані користувачів від несанкціонованого доступу.
Дослідники продемонстрували, що їхня система працює на терагерцових частотах світла. Тепер вони прагнуть розширити можливості методу, щоб він міг працювати з різними довжинами хвиль світла, включаючи видиме та інфрачервоне, що розширить сферу його застосувань. Інша область для вдосконалення — це мініатюризація для подальшого зменшення розміру дифракційних оптичних елементів, щоб зробити технологію більш компактною та масштабованою для комерційних застосувань.
1. Bijie Bai et al. Information-hiding cameras: Optical concealment of object information into ordinary images. Sci. Adv. 10, eadn 9420 (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn9420
