Ученые МИФИ создали высокоскоростную систему кодирования информации

Ученые кафедры лазерной физики Института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» предложили схему оптического кодирования информации, основанную на принципе формирования волнового фронта и работающую с пространственно-некогерентным освещением. Такая схема эффективна при создании высокозащищенных скоростных систем кодирования: защита обеспечивается двухмерностью динамически сменяемых кодирующих ключей. Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале "Laser Physics Letters".

Сегодня во всем мире активно ведутся исследования по созданию систем оптического кодирования. Основное направление таких исследований – разработка перспективных систем оптического кодирования информации с полностью когерентным лазерным освещением. Подобные исследования несовместимы с обычными фото- и видеокамерами, поскольку требуют использования сложных голографических методов и ориентированы на элементную базу следующего поколения.

Более эффективным с практической точки зрения подходом специалисты называют разработку средств оптического кодирования, использующих пространственно-некогерентное квазимонохроматическое (одноцветное) освещение. Они обеспечивают возможность аппаратной реализации на основе фото- и видеокамер уже сегодня выпускаемых серийно.

Коллектив НИЯУ МИФИ реализовал именно этот подход. Информация для кодирования в данном случае отображается как QR код на жидкокристаллическом амплитудном пространственно-временном модуляторе света, который освещается монохроматическим лазерным излучением. Излучение предварительно пропускается через вращающийся матовый рассеиватель, разрушающий его пространственную когерентность. В качестве кодирующего элемента ученые использовали жидкокристаллический фазовый модулятор света, на котором отображаются заранее синтезированные дифракционные оптические элементы. Фотосенсор камеры регистрирует оптическую свертку изображения, которое выводится амплитудным модулятором, с импульсным откликом дифракционного элемента, выведенного на фазовом модуляторе.

Применение таких модуляторов позволяет осуществлять смену кодирующих ключей в режиме реального времени. Декодирование осуществляется программным методом цифровой деконволюции (обратной свертки при обработке сигналов) со стабилизацией решения.

В результате исследования ученые успешно закодировали и программно декодировали изображения QR кодов размером до 129×129 элементов. При этом процент ошибочно декодированных пикселей не превысил 0,05%. Это свидетельствует о высоком отношении "сигнал/шум" разработанной схемы: то есть, ее практические использование позволяет избегать "зернистости" изображения при его распознавании.

"Новизна нашей работы состоит, во-первых, в применении монохроматического пространственно-некогерентного освещения сцены кодирования – это позволяет избежать возникновения спекл-шума и не требует голографических методов регистрации. Во-вторых, использование компьютерно-синтезируемых фазовых дифракционных элементов позволяет сформировать требуемый кодирующий волновой фронт и минимизирует потери излучения в системе", – прокомментировал доцент Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Виталий Краснов.

Фото РИА Новости