CN1726507A - 具有使用光偏振的光学加密的认证系统 - Google Patents

Abstract

一种认证系统600包括光学认证设备620、630、640。每一光学认证设备包括光学层622、632、642。所述光学层包括在加密钥匙控制下的光学加密的第一图像的表示。被加密的第一图像唯一识别相应的认证设备。检查设备610在所述加密钥匙的控制下解密光学认证设备的光学层，并且显现第一图像以能够验证认证设备的唯一标识。

Description

具有使用光偏振的光学加密的认证系统

本发明涉及一种包括多个光学认证设备和至少一个检查设备的认证系统。本发明也涉及一种光学认证设备。本发明进一步涉及一种检查设备。本发明也涉及一种在第一图像中隐藏第一图像的方法。

EP1120737描述了一种用在商业产品上的光学安全设备。主要在文档安全(钞票、邮票、信用卡和票务申请书)、商标保护(药物、香料、酒精饮料)、物品的安全包装、软件、车辆的备件等等或为此的包装的领域中发现所述产品。光学安全设备可以用于认证应用有上述那些设备的物品。所述设备的第一种类型包括全息照片、开诺全息照片、水印、微穿孔、光学可变墨水等等。考虑到仿造者不易提供相似的设备，所述设备能够利用肉眼而进行检查(第一级检查)并且提供认证。

与第一种类型相比，所述安全设备的第二种类型提供较高程度的安全性或认证，并且利用便宜的和容易得到的工具而进行观看，例如，偏光镜片、放大镜、黑色灯(UV)等等(第二级检查)。所述安全元件的实例是微型打印设备、荧光墨水、以及基于偏振效果的设备。例如，所述设备可以基于光致定向聚合物网络(PPN)层，其布置在衬底上并且在其表面上的不同局部区域上有选择性地在不同的方向上定向。所述PPN层由交叉链接液晶单体层覆盖；该层光学上各向异性并且展现双折射，其提供了光学阻滞层。PPN层的选择性定向产生所述阻滞层的液晶特性，以便能够制造相位阻滞图像，借助于偏光镜片的帮助可以看到该图像。

安全设备的第三种类型包括仅能通过特殊的、昂贵的工具诸如光谱仪、偏光显微镜等等才能被看到或检测到的元件(第三级检查)。另外，将水印插入到图像并且随后识别或完全加密图像的电子技术是已知的。用于所述安全设备的另外实例是利用特殊的荧光墨水、数字绕频标记制造的元件。所有这些设备通常是仅能利用特殊的解密工具来接收。

为了提供综合性和多用途的安全措施，光学安全设备包括衬底，和至少第一光学构造层，该层诸如提供第一、第二和第三光学检查级。第一层作为LCP材料的阻滞板而进行构造，其具有基本区域阵列，该基本区域阵列具有不同的预定方向。由所述相位阻滞器产生的作为结果的可见物体取决于偏振方向以及输入和输出光的频谱波长分布。所述构造的LCP阻滞层的临近区域示出了从一个区域到另一区域的，它们的光轴的至少两个不同方向，其中存储了至少一个加密的和至少一个光学未加密的隐藏图像。如果存在未加密的隐藏信息/图像或物体，那么利用普通的薄片偏光镜而能够看到它们(第二检查级)。另外，能够看到“随机”分布的图案。利用上述的解密光学工具能够分辨出所述加密的图像(第三检查级)。为此，将一个适当构造的光学相位阻滞板、解密器或钥匙放置在线性偏光镜和光学设备之间，并且第二、另外的加密物体变得可见。选择钥匙以至于当图案与第二级物体结合使用时，显现另外加密的物体。

虽然上述系统具有三级光学安全性措施，但是有恶意的一方可以获得安全设备的阻滞板并且将其附加到物品上，从而认证所述物品。这使得所述系统较少适合使用在某些物品上。例如，有恶意的一方通过从被偷的护照上去除阻滞层并且将其附加到伪造的护照上而能够简单地认证护照，这是所不希望的。

本发明的一个目的是提供一种改良的认证系统、一种改良的光学认证设备以及一种改良的检查设备。本发明进一步的目的是提供一种将一图像隐藏到另一图像的改良方法。

为实现本发明的目的，认证系统包括多个光学认证设备和至少一个检查设备；每一光学认证设备包括光学层，所述光学层包括在加密钥匙控制下光学加密的第一图像的表示，其中所述被加密的第一图像唯一识别相应的认证设备；所述检查设备在加密钥匙的控制下可操作地解密光学认证设备的光学层并且显现所述第一图像以便能够验证所述认证设备唯一的标识。

根据本发明，被加密的图像唯一识别认证设备。这样，从第一认证设备中去除光学层并且将其附加到第二认证设备，这将不能认证所述第二认证设备，因为对光学层的解密将不显示第二认证设备的身份。

如从属权利要求2的措施所描述的那样，通过使用对于认证设备来说是唯一的图像来获得所述唯一的标识。例如，所述图像可以包括设备的唯一序列号。

如从属权利要求3的操作所描述的那样，所述图像由设备用户的生物统计学数据唯一表示。优选的，生物统计学数据包括用户的照片，以便由人通过检查设备很快直观验证。

如从属权利要求4的措施所描述的那样，光学层包括通过偏光滤光镜而可见的另一图像。第一图像被光学加密(隐藏)到所述另一图像，并且仅在光学解密后可见。

如从属权利要求5的措施所描述的那样，对于用于表示图像的光学层的每一单元来说，光学加密钥匙描述了光的偏振的旋转。通过将这些旋转应用到光学层的相应单元上以进行第一图像的解密。为所述区域的每一单元选择由所述单元应用到穿过所述单元的光的偏振的旋转，以作为第一图像的相应象素、第二图像的相应象素以及用于所述单元的加密钥匙规定的旋转的函数，以便将第一图像隐藏到第二图像中。

如从属权利要求6的措施所描述的那样，通过基于第二图像的象素值来分配第一旋转值，并且通过基于第一图像的象素值和所述单元的加密钥匙所规定的旋转来来调整第一旋转值，从而实现嵌入。通过使用与分配给第二图像的象素的旋转值相比相对较小的调整，仅利用偏光滤光镜仍旧容易地看见第二图像。在一些情况中相反，通过使用接近于90度的倍数的调整，同样能够获得很好的可见的第二图像。

从属权利要求7的措施描述了获得很好效果的黑白第二图像的旋转值。

从属权利要求8的措施描述了用于调整提供良好效果的黑白第一图像的旋转的值。

如从属权利要求9的措施所描述的那样，通过使用认证设备唯一的加密钥匙来获得唯一的标识。

如从属权利要求10的措施所描述的那样，检查设备使用LCD层以用于解密。所述层能够很容易地加载解密钥匙，并且如果不使用固定的钥匙则特别方便。

如从属权利要求11的措施所描述的那样，第二图像识别用于隐藏第一图像的加密钥匙。通过去偏振所述第二图像，识别钥匙。通过使用已经识别的钥匙来解密所述第二图像，所述设备能够被认证。

如从属权利要求12的措施所描述的那样，代替光学解密第二图像，所述图像加载到处理器中、解密并且显示给可视验证的人。该检查形式较快并且更为准确。所述处理器将解密的图像与参考图像相比较，并且执行认证。该处理器图像也可以自动重新得到合适的钥匙，例如基于从第二图像中检索到的信息。

如从属权利要求13的措施所描述的那样，如果通过处理器来执行解密，那么旋转的调整能够非常的小。例如其接近于90度或90度的倍数。因而，当从偏光镜观看时，第二图像将更加清晰。原则上，被解密的第二图像将稍微的不清楚，但是所述处理器能够很容易地对其进行补偿。

如从属权利要求14的措施所描述的那样，图像通过可验证的方式链接第一和第二图像。因为很难去伪造所述加密，所述链接也使得很难用伪造的图像来替换第一图像，从而增强了安全性。

如从属权利要求15的措施所描述的那样，所述链接是基于认证设备的用户的身份。

如从属权利要求16的措施所描述的那样，第二图像包括与用户身份相关联的可读的诸如姓名的信息，以便能够很容易地由人来验证。

为实现本发明的目的，一种光学认证设备包括光学层(622)，所述光学层包括在加密钥匙控制下光学加密的第一图像的表示，其中被加密的第一图像唯一识别所述认证设备。

为实现本发明的目的，提供一种用于检查光学认证设备的检查设备，所述认证设备包括光学层，所述光学层包括在加密钥匙控制下光学加密的第一图像的表示，其中被加密的第一图像唯一识别所述认证设备；在加密钥匙的控制下可操作所述检查设备以解密光学认证设备的光学层，并且显现第一图像以能够验证认证设备的唯一标识。

为实现本发明的目的，提供一种在光学认证设备的光学层中将第一图像隐藏到第二图像的方法，其中光学层包括多个偏振单元；所述方法包括：获得光学加密钥匙，该光学加密钥匙描述了所述区域中的每一单元的光偏振的相应旋转；根据第二图像的相应象素的象素值、第一图像的相应象素的象素值以及单元的加密钥匙所规定的旋转，为光学层的每一单元确定穿过所述单元的光的偏振的旋转，以便将第一图像光学加密到第二图像；被加密的第一图像唯一识别光学认证设备；以及将确定的旋转应用到光学层的相应单元。

参考以下所述实施例而进行的说明使得本发明的这些和其他方面变得很明白。

在附图中：

图1示出了一个原始图像，通过视觉加密所述原始图像而获得的两部分图像以及通过重叠所述两个部分而获得的重构图像；

图2说明了由Naor和Shamir所设计的光学加密术处理；

图3示意性示出液晶显示器的构造；

图4提供了通过重叠两个旋转层而重构黑白图像的示意性实施；

图5示出了用于灰度色标和彩色图像的光学加密技术；

图6示出了根据本发明的认证系统；

图7说明了作为认证设备的护照；

图8示意性说明了将第一图像隐藏到第二图像中；

图9示出了第二图像以及隐藏着的第一图像；以及

图10示出了自动检查系统。

为了描述根据本发明的系统，首先给出光学加密的描述。如下能够简要地描述光学加密术(M.Naor，A.Shamir：Visual Cryptology，Eurocrypt’94，Springer-Verlag LNCS Vol.950，Springer-Verlag，1995，pp1-12)。将图像分成两个随机化的部分，即所述图像加上随机化以及所述随机化本身。由于所述随机化，所以每一部分都不包含原始图像上的信息。然而，当两个部分物理上重叠时，原始图像被重构。图1给出了实例：原始图像100拆分成部分110和120，当所述两个部分重叠时产生重构的图像130。如果所述两个部分彼此不匹配，那么不会显示关于原始图像的信息并且产生随机图像。光学加密用于所述两个部分之间的通信。如果两个部分想要通过使用光学加密术而进行通信，那么它们必须共享随机化。一个基本的实施是向接收方提供包含所述随机化的透明画片。然后发送器使用该随机化以便随机化所述原始信息，并且将随机化的信息传送给接收器，所述随机化的信息置于透明画片上或通过其他的方式。接收器将两个透明画片彼此叠放并且恢复信息。该方案被比喻为一次装填。当使用两个显示屏例如两个LCD屏幕时，会获得更加复杂的实施。第一屏幕显示图像加上随机化，而第二屏幕显示所述随机化本身。如果彼此叠放两个屏幕，那么出现重构的图像。

图2说明了如上述参考文献中由Naor和Shamir所设计的光学加密术处理。在此说明了单个象素的处理，当然源图像中每一象素都将以该方式进行处理。原始图像100中的每一象素被转换为四个子象素。为了产生该象素的第一个部分S1，四个象素中的两个象素随机选择为黑(不透明)，而另外两个象素选择为白(透明)。为产生该象素的另一部分S2，如果原始图像中相应的象素为白色，那么复制四个子象素，并且如果原始象素为黑色，那么颠倒它们。对于每一象素来说，需要对所述四个象素的哪两个将是黑色(不透明)进行一个新的随机选择。象素分为子象素的数量能够任意选择，但是至少为两个。这样，形成两个子象素集合。这些集合构成两个部分。这两个部分都不提供任何关于原始象素的颜色的信息。在所有的情况中，被选择用以在上述两个部分中代表原始象素的一些子象素是黑色的，并且剩余的为白色。此外，黑和白的所有可能的组合等可能出现，因为随机选择的概率为p＝0.5，而与每一象素无关。

为了重构原始图像，两个部分S1和S2相叠加，也就是将一个放在另一个的上面。其在图2的最后一列(R)中示出。如果原始象素是黑色(P2)，那么部分S1和S2的子象素的重叠将导致四个黑色子象素。如果原始象素是白色(P1)，那么部分S1和S2的子象素的重叠将导致重构图像130中的黑白图案，当从远距离观看时，该所述通常图案显示为灰色。如果两个部分彼此不匹配，那么不会显示原始图像上的信息，并且产生随机图像。在不知道所述两个部分的情况下，一组子象素对应于原始图像100中白色象素的概率等于一组子象素对应于原始图像100中黑色象素的概率。

在上述方案中，为了在所述重构图像130中示出相同级别的细节，所述部分110、120需要比原始图像100高四倍的分辨率。这使得重构图像130比原始图像大四倍。非提前公开的欧洲专利申请PHNL020121、EP申请号为02075527.8的文献描述了使用第一LCD层以产生所述第一部分，使用第二LCD层以产生所述第二部分。通过将所述LCD重叠，可以看见原始图像。在该系统中，没有增加分辨率。该专利申请描述了使用LCD层与偏光镜和反射器结合的多种方法以用于光学加密。在根据本发明的系统中能够使用这些技术并且包含这些技术以作为参考。

为了理解使用液晶显示器以用于光学加密，如图3所示，首先考虑背光设置中普通的透射液晶显示器(LCD)的构造。位于LCD屏幕后面的通常实现为背光的光源310以所有可能的偏振朝着偏光滤光镜302方向散射光波。仅水平偏振光波通过该偏光滤光镜302。液晶单元303、304根据液晶显示器的构造以及施加到所述单元303、304的电压，通常对通过它们的光波偏振进行一定角度的旋转，所述角度一般为[0，π/2]或[0，π/4]。该实施例中的单元303、304被扭转为向列型液晶，其为最普通的类型。当然可以代替使用其他类型。并且，优于使用背光，能够使用反射或透反射液晶显示器。如果所述液晶单元施加有足够的电压，那么所述单元的内部分子结构以以下方式变化，即特殊数量的通过光的偏振改变。在图3中，电压施加到液晶单元304，而不是液晶单元303。为表示液晶单元303旋转了通过光的偏振，用字母“R”对其进行标记。为了清楚起见，通过液晶单元303而获得的旋转在图3中示为π/2或90度，尽管该情况中所述旋转可以为0至π/2之间的任一数值。

通过液晶单元303、304的光波随后通过第二偏光滤光镜305。该偏光滤光镜305与偏光滤光镜302具有相似的动作，即其仅允许水平偏振的光波通过。由于通过液晶单元303的光的偏振被旋转，该光被偏光滤光镜305阻挡，并且所以输出将出现为黑色象素306。通过活性液晶单元304的光的偏振仍旧是水平的，并且因此其通过偏光滤光镜305并且显示为白色象素307。作为选择，能够选择第二偏光滤光镜305以便仅让曾经由液晶单元303旋转的光通过。然后液晶显示器的输出正好与上面描述的相反。然而，这仅仅是设计上的变化。

很明显，也能够对所述偏光滤光镜302和305进行修改以便仅允许具有其他偏振例如垂直偏振的光波通过。而且，液晶303、304可以不对与原始方向垂直的输入光的偏振进行旋转，但是例如当在反射LCD的情况中，仅对其进行45度的旋转，在所述反射LCD中另外仅存在单一的偏振层。为产生黑色象素，偏振的最终方向垂直于第二偏光滤光镜305的偏振方向是重要的。

图4给出了通过重叠两个旋转层而重构黑白图像的示意性实施。所述层可以通过液晶来形成，但是也可以使用合适的光学层材料诸如象EP1120737中描述的透明画片来形成。在余下的部分中，将重点描述使用液晶。以“r”所指示的光学层中的单元对光的偏振旋转π/2弧度。如上所述，LCD显示器由三个主要部分组成：底部偏光镜、LC层(也就是光学层)和顶部偏光镜。光学层再细分为小的单元。所述偏光镜充当滤光镜。它们将输入光的偏振投影成为一个方向(例如，水平)。LC单元根据该单元是否施加有电压而旋转输入光的偏振。使用其他的光学层材料，诸如透明画片，在制造所述层时可以固定单元旋转。光学密码术系统由以下部件构成“第一旋转层410，在其底部而非顶部上具有偏光镜420；以及第二旋转层430，在其顶部而非底部上具有偏光镜440。来自于光源450(例如背光)的输入光包含具有所有可能的偏振的光波(循环偏振的光)，这些光波位于与光束的传播方向相垂直的平面上。由于水平的偏光镜放置在所述第一旋转层410的前面，因此在通过该滤光镜之后，光被水平偏振。将旋转层划分为单元或象素，并且它们中的一些(在图4中用’r’表示)旋转输入光的偏振达π/2，而另一些单元不改变偏振的方向(二进制系统)。对于LC旋转层来说，其取决于单元上是否施加有电压。最后，最后的偏光镜440阻挡垂直偏振的光，导致输出黑白象素。然而在Naor-Shamir光学加密术中，覆盖部分表现为OR函数，在当前配置中，其表现为XOR。

两个旋转层410和430中旋转单元和非旋转单元的分布形成原始图像的部分。与Naor-Shamir光学加密术相似地产生所述两个部分：对于原始图像中的每一象素来说，随机选择第二旋转层430中的单元以作为旋转(‘r’)或非旋转。选择第一旋转层410中相应单元的旋转，以至于如果原始象素是黑色，那么由两个层的两个相应单元所产生的总偏振旋转是π/2。如果原始象素是白色，那么总偏振旋转将是0或π。

在该方案中，液晶显示器中的一个单元对应于原始图像的一个象素。因此，单个部分具有与原始图像相同的分辨率。此外，原始图像中的白色象素在再现图像中也是白色的(而非Naor-Shamir光学加密术中的‘灰色’)。同样，黑色象素被再现为黑色，所以再现图像中不存在对比度和亮度的损失。使用液晶层用作为光学旋转层具有以下的优点：当通过电子电路驱动LCD显示器时，能够动态更新所述部分。不需要携带一堆透明画片。

图4A示出了具有单个旋转层的构造。所述构造可以用于根据本发明的认证设备中。认证设备包括至少一个包含所述旋转层410的光学层。该认证设备也可以包括底部偏光镜420。检查设备包括所述第二旋转层430，其形成光学加密钥匙。所述检查设备也可以包括第二偏光镜440。如果如所期望的那样，所述检查设备也可以包括第一偏关镜420，其中所述认证设备仅包括旋转层410并且被插入到如图4B所示位置中。图4C示出了反射检查。反射层460可以在旋转层410的后面而处于认证设备中。所示反射层460也可以是检查设备的一部分，检查设备的旋转层410插于它们之间。在该情况中，仅使用一个偏光滤光镜440，所述光两次通过该偏光滤光镜。由旋转层导致的旋转将是一半以至于获得相同的结果，用以补偿光两次通过所述层的事实。

灰度级和颜色

活性LC层的使用也允许利用灰度级和颜色来重构图像。图4中的液晶层根据LC的构造以及LC单元上所施加的电压而能够以确定范围内的任意角度来旋转所述偏振，所述范围比方说为[0；π/2]或[0；π]。如果LC1和LC2的总旋转数量分别为α₁和α₂，那么总的旋转等于

α＝α₁+α₂                         (1)

通过I_r∈[0，1]来表示重构象素的标准化强度，其如下所示

I_r(α)＝cos²α＝cos²(α₁+α₂).      (2)

所以通过为α或者α₁和α₂选择合适的值，能够改变象素的强度(灰度级)并且这正是标准LCD中所发生的情况。为了使用灰度级来实施光学加密术，象素的所述部分将由施加到不同LC层的电压分布所实施的旋转α₁和α₂组成。从[0；π]中随机选择α₂的值，选择α₁以至于重构象素的强度I_r接近于原始象素的强度I₀。

等式(2)给出了作为总旋转α的函数的重构强度I_r，由于α₂在[0；π]中选择，所以由于I_r的π周期性，α₁不得不属于区间[0；π]。该构造确保了当攻击者获得α₁或α₂时没有泄漏信息。假设α₁，α₂∈[0，π]，那么α₁能够通过以下算法1来确定：

输入(INPUT)：I₀∈[0，1]，α₂∈_R[0，π]

输出(OUTPUT)：α₁∈[0，π]以致于cos²(α₁+α₂)＝I₀

1)计算

η∈_R{x，π-x}

2)如果η-α₂＜0，返回α₁＝η-α₂+π，退出

3)如果η-α₂≥0，返回α₁＝η-α₂+π

能够将上述灰度级的想法扩展到颜色。图5说明了根据三个子象素来构建的一个颜色象素，其中每一子象素通过将滤色镜560施加到由滤光镜520偏振的背光550而具有不同颜色的‘背光’(红、绿和兰)。就利用灰度级而言，通过使用旋转层510来分别改变红、绿和蓝颜色的旋转α_R；α_G和α_B而能够单独改变每一颜色的强度。在该方式中，能够组成任何颜色。通过分别为每一象素应用三次算法1，一次为R，一次为G和一次为B，我们能够实施颜色光学加密术系统，与Naor-Shamir光学加密术系统相比而不损失分辨率。

在实际的实施中，象素强度不能够具有[0；1]中的任何值，而限于例如k＝256的可区别值的离散集。此外，不得不选择α₁和α₂的可能值以至于通过观察α₁，不会显示关于象素强度或颜色的信息。以下给出了用于α₁和α₂的集合k的可能值：

α₁＝jπ/k

α₂＝iπ/k+Δ，

其中i，j∈{0，…，k-1}。由于cos²x关于π/2对称，所以需要偏移Δ∈(0，π/(2k))以便获得k个不同的强度。

图6示出了根据本发明的认证系统600。该系统包括多个光学认证设备，这些设备示为620、630和640。每一光学认证设备包括光学层622、632、642。实际上，所述认证设备可以是能够携带光学层的任一材料物体。参考护照而更加详细地解释本发明。应该理解：本发明无论如何也不会只限于护照。所述光学层包括在加密钥匙的控制下光学加密的第一图像的表示。被加密的图像在该图形中示为黑白象素的图案。如根据以上给出的光学加密描述所理解的那样，在没有解密的情况下，图像将显示为随机图案。根据本发明，加密的第一图像唯一识别相应的认证设备。参考图4，所述认证设备至少包括光学层410，并且可选地包括偏光镜420。所述系统进一步包括至少一个检查设备610。该检查设备在加密钥匙的控制下对光学认证设备的光学层实施解密。同样，检查设备能够显现第一图像以能够验证所述认证设备的唯一标识。参考图4，检查设备至少包括提供所述加密钥匙的光学层430。通常，检查设备也包括偏光镜440。如果所述认证设备没有包括偏光镜420，那么检查设备可以包括偏光镜420。

在优选的实施例中，使用对于光学认证设备和/或认证设备的用户来说是唯一的第一图像以唯一地进行加密。图7将护照700示为根据本发明的认证设备。护照通常包括该护照的用户的照片710，所述照片能够通过人来检查而无需任何光学设备。护照通常也包括文本信息720，诸如姓名、出生地、出生年月、有效期等等。护照也包括以人类可读和/或计算机可读形式的唯一护照标识码730。为对光学认证系统进行唯一的加密，所述第一图像可以包括所述代码的表示。使用检查设备610来解密所述第一图像将显示该表示。为增加安全性，也可以使用护照标识的传统(非光学)加密来加密所述表示。于是有敌意的一方不得不破坏传统的加密和光学加密以能够产生可通过光学检查的欺骗性护照。使用计算机数据库通过登记一些检查到的误用的标识而可以进一步减少成功欺诈的机会。

优选的，对于认证设备的用户来说，所述第一图像是唯一的。这使得检查者通过该设备的用户对其进行检查以进一步验证真实性。优选的，第一图像提供认证设备的用户的生物统计学数据，诸如照片、指纹或虹膜扫描。第一图像可以是所述生物统计学数据的单纯直接的光学表示，例如脸部、虹膜或指纹的照片。其也可以是计算机产生的光学表示，例如指纹中重要点的光学表示。图7示出了嵌有第一图像的光学区域740。有利地，该区域嵌入用户的照片。所述照片可以与照片710相同。然而，为减少破坏光学加密钥匙的机会，优选地使用另外的照片，例如在同一时间从不同角度上获取的照片。这将使得人类操作员立刻识别所述护照的真实性。

在随后的实施例中，描述一种将第一图像嵌入和加密到第二图像中的方法。第二图像通过偏光镜而很容易地被看到，然而第一图像仅在光学解密后可见。可以理解：在上述系统中能够使用将第一图像隐藏到第二图像的方法，其中被加密的第一图像对于认证设备来说是唯一的。然而，所述方法也可以用于其他的应用，例如，其中的加密结果不必是唯一的。

在偏振的图像中隐藏信息

描述一种以第一图像的形式将诸如文本或图形数据的信息隐藏到第二图像的方法。所述第二图像使用偏振的象素来构造并且能够使用普通的偏光镜进行重现。然而，当使用特殊的偏光镜(例如LCD显示器或特殊的透明画片)时，仅能够重现隐藏的信息。在这一方面上，所述方法能够被看作为无需电子装置就能被检查的水印。一种可能的应用是诸如护照的官方文件的真实性验证。如上所述，能够使用光学密码术(VC)以将图像分成两个随机化的部分：所述图像加随机化以及所述随机化本身。当两个部分物理上相互覆盖时，原始图像被重构。在VC方法中，每一部分都没有包含原始图像上的信息而恰恰是完全随机的图案。所述方法使用第一和第二图像。所述第一图像通过使用VC而被分成两个部分。其中一个部分将嵌入到所述第二图像中。然后第二图像使用普通的偏光镜而能够被重构，如果知道了第一图像的另一部分(钥匙)，那么仅能够重构第一(隐藏的)图像。所述方法能够被看作为将干扰图案(水印)添加到这个现有的图像中。所述水印不需要用电子装置检查而是利用包含合适钥匙的特殊设备简单地覆盖所述图像。

使用光学层的单独的单元来表示图像。加密钥匙为所述区域中的每一单元描述了光的偏振的旋转。检查设备将所述加密钥匙所规定的旋转应用到通过所述区域每一单元的光，以显示第一图像的表示。根据：

第二图像的相应象素的象素值，

第一图像的相应象素的象素值，以及

单元的加密钥匙所规定的旋转

为所述区域的每一单元确定通过所述单元的光的偏振的旋转，以将所述第一图像光学加密到第二图像中。

优选的，通过以下步骤为所述区域的每一单元确定旋转，所述步骤：

根据象素的强度为第二图像的相应象素分配一个不同的旋转值；并且

根据第一图像的象素值和加密钥匙以正向或反向旋转来调整所述旋转值。

如以下所述那样，对于黑白图像(或者一般两种颜色值的图像)来说，在使用反射认证设备中，优选的不同的旋转值为0°和45°，其中光两次通过旋转层410。在该情况中，用镜子(或反射器)替代底部偏光滤光镜420并且检查设备使得来自另一侧的光通过偏光滤光镜440。由于所述反射器，所述光两次通过层410和440。使用非反射认证设备(具有背光)，优选的不同的旋转值为0°和90°。在该情况中，检查设备应用偏光滤光镜420和440以及偏振层430以解密第一(嵌入的)图像。如以下更加详细描述的那样，用于两种颜色值图像的优选的调整值接近于正或负30°。

为黑白图像(也就是两种颜色值的图像)而进一步描述所述方法。本领域技术人员基于以上为灰度级和颜色所提供的描述，将能够将该发明应用到多级图像(例如多灰度级)。根据如图4A所示的方法实施第二黑白图像：通过旋转层中的单元对输入光进行0弧度的旋转来构造每一白色象素并且通过单元对光进行π/2弧度的旋转来构造黑色象素。第一黑白图像表示以文本或图形数据形式的信息。为了便于说明，假设两个图像具有相同的尺寸和相同数量的象素(如果存在适当的重叠，通常其是足够的)。目的是以光学加密的方式将第一图像嵌入到第二图像。

就利用普通的VC而言，所述第一图像被分成两个部分：一部分包含随机图案(钥匙)并且另一部分包含图像加上随机化(加密的图像)。通过将π/6和-π/6的偏振旋转随机分配给每一象素来形成所述钥匙。用于所述旋转的这种选择为重构的白和黑象素提供了良好的强度，但是根据应用，能够进行其他的选择。

根据表格1将加密的第一图像嵌入到第二图像。如果给出了第一和第二图像中的象素颜色和钥匙中的旋转，所述表格就能给出包括嵌入的第一图像的第二图像的旋转。

	第一图像
						白色象素		黑色象素
	钥匙中的旋转		钥匙中的旋转
					-π/6	π/6	-π/6	π/6
	第二图像白色象素	π/6	-π/6	-π/6					π/6
第二图像黑色象素					π/2-π/6	π/2+π/6	π/2+π/6	π/2-π/6

                                表格1

从表格1中的最后一行中能够看出：通过所述嵌入处理，如果使用如图4A所示的设置，那么第二图像中的黑色象素现在将作为π/2+/-π/6的旋转而实现，并且随后所述重构的黑色象素的强度从0变化到cos²(π/2+/-π/6)＝0.25。同样，白色象素的强度从1变化到0.75，也就是重构的第一图像的对比度减少。另一方面，如果使用图4B所示的配置，其中第二旋转层包含钥匙，所述第一图像被重构。白色象素具有的强度为1或0.75，而黑色象素具有的强度为0或0.25。

图8示出了将第一图像隐藏到第二图像的示意性实例。图8A示出了第二图像。图8B示出了第一图像。这些图像表现为9个单元(3×3)。图8C示出了由加密钥匙规定的每一相应单元的旋转。图8D示出了当嵌入到认证设备的旋转层时所引起的单元旋转。其利用嵌入的第一图像来表示第二图像。图8E示出了使用图4A所示的重构来重构第二图像。图8F示出了使用图4B而重构的第一图像，其中在检查设备中旋转层430是钥匙。

图9说明了隐藏信息的更加实际的实例。第二图像包含字符串‘slow’，而第一(或隐藏的)图像是字符串‘quick’。该图形给出了两个图像的重构。

实施和应用

根据以上的描述，很清楚，存在两个部分。一部分包含使用旋转为-π/6、π/6、π/3以及2π/3的象素的两个图像，而第二部分(钥匙)包含具有旋转为-π/6和π/6的象素。尽管在许多应用中，使用活性液晶单元来实现这些旋转，但是这始终不是必须的：能够在特殊的透明画片中冻结旋转的图案。例如将所述第一部分用作文档的一部分而使之成为可能。然后，第二部分能够是包含钥匙的LCD或可读出所述隐藏信息的透明画片。

如上所述，一种可能的应用在于应用于护照的所述方法。第二图像是所述护照的主要页面，其包含诸如姓名和照片之类的普通信息。在例行检查中，使用普通的偏光镜而能够重构该图像。优选地与第一图像具有相同尺寸的第一图像再一次在任意位置上包含所述照片。使用随机图案填充第二图像中的白色空间。该图像仅能通过使用所述钥匙来重构，并且第二图像中的照片能与第一图像中的照片相比较。该方法产生用于替代所述照片的阈值，因为工艺上很难产生具有每一象素的不同偏振旋转的特殊透明画片。而且，因为伪造者不知道钥匙，所以很难将光学加密的新的照片嵌入到护照中。

在可选的实施例中，在加密钥匙的控制下，通过执行加密而唯一产生用于所述认证设备的加密的第二图像，所述加密钥匙对于该认证设备来说是唯一的。为此，系统600包括用于存储每一认证设备相关的加密钥匙的存储器650。检查设备610能够为每一认证设备从存储器中重现相关的加密钥匙。优选的，认证设备的第二图像包括识别相应唯一的加密钥匙的信息。例如该信息可以是识别所述钥匙的标识符。通过检查穿过偏光镜的图像，能够看到所述标识。能够重现和应用被指示的解密钥匙。然后能够检查解密的图像。

在优选的实施例中，检查设备包括具有多个LCD单元的LCD层，所述多个LCD单元被布置以与该区域的单元合作。所述检查设备根据该区域中相应单元的加密钥匙所规定的旋转，而能够设置LCD的每一单元。这使其很容易使用多个钥匙。

在另一优选的实施例中，通过在每一认证设备上印刷唯一的代码而省略存储器650。根据该代码(例如其可以是钥匙的加密版本)，检查设备能够推断出适合的钥匙，利用该钥匙而能够重构第一(嵌入的)图像。

由人使用诸如透明画片或LCD层的合适的光学层执行检查。在优选的实施例中，如图10所示那样，将检查设备插入或连接到计算机。所述计算机1000包括输入1010，其用于通过可以作为检查设备的一部分的输入设备1020以载入从认证设备1030中获得的加密的第一图像。例如所述输入设备是能够区分单元的旋转的照相机或扫描器。然后用电子学(非光学)的方式执行解密，其中在适当程序控制下的处理器载入解密钥匙(例如从存储器1040)，并且解密所述载入的被加密的第一图像，以便随后将解密过的第一图像提供到显示器1050上。所述显示器也可以是检查设备的一部分。解密是简单的。如图8E所示那样，应用偏光镜，能够识别第二图像。由于解密钥匙也是已知的，所以表格1能够用于重构第一图像。应当理解：只要输入设备仍然能够识别第二图像，旋转的调整现在可以不同，例如小于10°(或90°或180°以上)。

在优选的实施例中，第二和第一图像通过可检验的关联而链接起来。例如，这可以基于所述认证设备的用户的身份。为此，第二图像表示可读信息，诸如姓名、用户身份号码、或与所述用户的身份相关联的认证设备的身份号码，而第一图像可以表示用户的生物统计学数据。

应该指出：上述实施例用于说明而非限制本发明，本领域的技术人员将能够设计许多可选的实施例而不脱离所附权利要求的范围。在这些权利要求中，圆括号之间放置的一些标号将不构成对所述权利要求的限制。词“包括”和“包含”不排除除权利要求所列之外的其他元件或步骤的存在。本发明能够借助于包括一些已知元件的硬件来实施，并且能够借助于适当编程的计算机来实施。其中系统/设备/装置权利要求列举了一些装置，这些装置中的许多装置包含于一硬件或相同硬件产品中。计算机程序产品可以存储/分布在合适的介质上，诸如光存储器，但是也可以以其他的形式分布，诸如经由互联网或无线通信系统而进行分布。

Claims (19)

1.一种包括多个光学认证设备和至少一个检查设备的认证系统；

每一光学认证设备包括光学层，所述光学层包括在加密钥匙控制下光学加密的第一图像的表示，其中所述被加密的第一图像唯一识别相应的认证设备；以及

所述检查设备在加密钥匙的控制下可操作地用于解密光学认证设备的光学层，并且显现所述第一图像以便能够验证所述认证设备唯一的标识。

2.如权利要求1所要求的系统，其中对于光学认证设备和/或认证设备的用户来说，第一图像是唯一的。

3.如权利要求2所要求的系统，其中第一图像表示生物统计学数据，诸如认证设备的用户的照片、指纹或虹膜扫描。

4.如前述权利要求中的任意一个所要求的系统，其中光学层包括表示第二图像的多个偏振单元；操作检查设备以对光学层应用偏振以便能够观看第二图像的表示；第一图像被光学加密到表示第二图像的单元，并且仅在光学解密后可见。

5.如权利要求4所要求的系统，其中加密钥匙为光学层的每一单元描述了光的偏振的旋转；可操作检查设备以将所述加密钥匙规定的旋转应用到穿过光学层的每一单元的光，以便显示所述第一图像的表示；根据第二图像的相应象素的象素值、第一图像的相应象素的象素值以及单元的加密钥匙所规定的旋转，而为光学层的每一单元确定穿过所述单元的光的偏振的旋转，以将第一图像光学加密到第二图像。

6.如权利要求4或5所要求的系统，其中光学层的每一单元的旋转是通过：

根据象素的强度为第二图像的相应象素分配一个不同的旋转值；并且

根据第一图像的象素值和加密钥匙以正向或反向旋转来调整所述旋转值。

7.如权利要求6所要求的系统，其中第二图像是一个两种颜色值的图像；所述不同的旋转值为0°和90°并且可操作所述检查设备以便使得偏振的光通过光学层和偏光滤光镜以能够检查第二图像；或者不同的旋转值为0°和45°并且可操作所述检查设备以便使得光通过偏光滤光镜并且通过光学层到达反射层上以能够检查第二图像。

8.如权利要求7所要求的系统，其中第一图像是两种颜色值的图像，并且旋转值被调整大约正或负30°。

9.如前述权利要求中的任意一个所要求的系统，其中对于每一认证设备来说，加密被与所述认证设备相关联的唯一的加密钥匙所控制；所述系统包括为每一认证设备存储相关联的加密钥匙的存储器；操作检查设备以为每一认证设备从所述存储器中重现相关的加密钥匙。

10.如权利要求9所要求的系统，其中对于每一认证设备来说，相应的第二图像包括用于识别相应唯一的加密钥匙的信息。

11.如权利要求10所要求的系统，其中检查设备包括具有多个LCD单元的LCD层，所述多个LCD单元被布置以与光学层的单元合作；可操作检查设备以根据所述区域的相应单元的加密钥匙所规定的旋转来设置LCD的每一单元。

12.如前述权利要求中的任意一个所要求的系统，其中检查设备包括：

输入设备，用于加载被加密的第一图像；以及

处理器，在程序的控制下用于加载解密钥匙并且解密加载的被加密的第一图像，以便随后将解密的第一图像提供到显示器上。

13.如权利要求12所要求的系统，其中所述旋转值被调整以小于10°与90°的模。

14.如前述权利要求中的任意一个所要求的系统，其中第二和第一图像通过可验证的关联而被链接。

15.如权利要求14所要求的系统，其中所述链接是基于认证设备的用户的身份的。

16.如前述权利要求中的任意一个所要求的系统，其中第二图像表示可读的信息，诸如姓名、用户身份号码、或与用户身份相关联的认证设备的身份号码。

17.一种在如权利要求1所要求的认证系统中使用的光学认证设备，该光学认证设备包括光学层，所述光学层包括在加密钥匙控制下光学加密第一图像的表示，其中被加密的第一图像唯一识别所述认证设备。

18.一种在如权利要求1所要求的认证系统中使用的检查设备，该检查设备用于检查光学认证设备，所述光学认证设备包括光学层，所述光学层包括在加密钥匙控制下光学加密的第一图像的表示，其中被加密的第一图像唯一识别所述认证设备；在加密钥匙的控制下可操作所述检查设备以解密光学认证设备的光学层，并且显现第一图像以能够验证认证设备的唯一标识。

19.一种在光学认证设备的光学层中将第一图像隐藏到第二图像的方法，其中光学层包括多个偏振单元；所述方法包括：

获得光学加密钥匙，该光学加密钥匙描述了所述区域中的每一单元的光偏振的相应旋转；

根据第二图像的相应象素的象素值、第一图像的相应象素的象素值以及单元的加密钥匙所规定的旋转，为光学层的每一单元确定穿过所述单元的光的偏振的相应旋转，以便将第一图像光学加密到第二图像；被加密的第一图像唯一识别光学认证设备；以及

将确定的旋转加到光学层的相应单元。

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