I dagens digitala värld kan det vara utmanande att förhindra bilder, videor och böcker från att olagligt kopieras och distribueras. En ny ljusbaserad teknik gör det mer praktiskt att skapa säkra, osynliga vattenmärken som kan användas för att upptäcka och lagföra förfalskningar.

"I vår forskning, vi använder ett komplext ljusmönster, eller diffraktionsmönster, som en unik vattenstämpel, "sa Yishi Shi, från University of Chinese Academy of Sciences, Kina. "Den osynliga vattenstämpeln är inbäddad i innehållet vi försöker skydda. Omärklighet är en av de viktigaste fördelarna med optisk vattenstämpel."

I The Optical Society's journal Optik Express , Shi och kollegor rapporterar en ny metod som kodar det optiska vattenmärket i ett enda steg. Den nya tekniken är snabbare och använder en mindre komplex optisk installation än andra metoder för optisk vattenmärkning som tidigare genomförts. Den nya tekniken kan också användas för att optiskt kryptera data eller för att dölja information i bilder.

Praktisk vattenstämpel

Den nya metoden är baserad på en teknik som kallas single-shot ptychography encoding (SPE) som använder flera delvis överlappande ljusstrålar för att generera ett diffraktionsmönster från ett komplext objekt. Till skillnad från andra metoder, SPE kan koda det optiska vattenmärket i en enda exponering utan mekanisk skanning. SPE är också mindre benägen för fel än andra metoder och använder en enklare optisk installation.

Förutom att genomföra numeriska simuleringar för att testa deras metod, forskarna genomförde ett optiskt experiment som visade nyttan av SPE. "De flesta metoder för optisk vattenmärkning har endast visats med simuleringar, "sa Shi." Vårt experiment visar att vår metod är lämplig för praktisk optisk vattenmärkning. "

För det optiska experimentet, forskarna använde SPE för att skapa en komplex vattenstämpel som består av ett diffraktionsmönster av flera små fläckar. Innan vattenstämpeln inbäddas i en värdbild, de använde datorbearbetning för att ta bort upprepade data och för att kryptera diffraktionsmönstret, gör det lättare att bädda in vattenstämpeln och ytterligare förbättra dess säkerhet. Spotstorleken kan reduceras till mindre än 10 mikron, vilket hjälper till att förhindra nedbrytning av värdbilden.

När en vattenstämpel är inbäddad i digitala medier, det finns flera sätt att upptäcka det för att kontrollera äktheten. Om någon vet att det finns en optisk vattenstämpel, den kan detekteras genom att subtrahera värdbilden från den vattenstämplade bilden och sedan använda en speciell säkerhetsnyckel och extraktionsalgoritm. För fall där förekomsten av ett vattenmärke är okänd, vattenmärket kan extraheras med hjälp av befintliga algoritmbaserade detektionsmetoder.

Ökar komplexiteten

Forskarna arbetar nu med att tillämpa SPE på dynamisk vattenmärkning, som skapar vattenstämplar från objekt som ändras snabbt. Till exempel, variationerna som förekommer i en biologisk cell kan registreras och användas för att skapa ett speciellt vattenmärke. De planerar också att använda SPE för vattenstämplar med flera bilder och till och med 3D-vattenstämplar, samtidigt som vi arbetar med att ytterligare förbättra bildkvaliteten hos enstaka fotografi.