专利名称：给照片嵌入可机读水印的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在摄影现场、曝光瞬间在照片上加水印的方法和装置。
背景技术：
摄影器材的普及和彩色复印/彩色轻印刷设备的用途失控，给伪造和篡改证件照片的不法分子带来可乘之机。发证机构面临的挑战是难以(以致无法)阻止不法分子使用先进的摄影和彩色复印技术进行证件制假活动。目前已有采用数字水印技术将信息隐藏在证件人像中。现有给照片嵌入水印的方法有以下三种(1)用预先曝光的方法在胶片上嵌入水印，如中国专利CN200410005339.7公开的“在胶片上加水印的方法和装置”，以某一种单色对所述胶片的感光乳剂施行预曝光，利用空间调制单色光源在空白胶片上产生水印。这种方法主要用于电影拷贝防盗版。(2)用图像处理软件给数码照片嵌入水印，如中国专利CN1512438A公开的“一种基于数字水印的文件防伪方法及其装置”，采用强度自适应的离散余弦变换DCT系数局部调整法，将数字水印嵌入到人像的分块DCT中频系数中。这种方法的处理对象是曝光后的照片，但对“何人、在何地摄制原始照片”未提出限制措施。(3)在照相机内安装“嵌入水印的电路和程序”，如美国专利US2005/0280723 A1〔“DIGITAL CAMERA CAPABLE OF EMBEDDING ANELECTRONIC WATERMARK INTO IMAGE DATA”，Akira Ohmura〕利用数码相机中内置的专用电路和软件，给数码照片文件嵌入水印。这种方法能给每台摄影器材、每幅摄影作品添加个性化标记。特点是在照片摄制的源头加水印。但不适用于“无内置水印软件”的普通摄影器材。
发明内容
本发明的目的在于克服以上方法的缺点，提供一种基于光学合成原理、在曝光瞬间将防伪标识隐藏在整幅照片中的方法和装置。
本发明的方法包括以下步骤(1)在摄影场地架设一个携带防伪信息的水印图案A的编码背景屏；(2)在摄影场地至少架设一台照明光束编码器，将携带防伪信息的水印图案B投射在被拍摄对象的表面；(3)用摄影器材在步骤1和步骤2所述的场地拍照，用光学合成方法使背景屏上的水印图案A、被拍摄对象以及投射在被拍摄对象上的水印图案B三者处于同一视场中，使得所拍摄的照片上，三者密不可分；(4)把所述步骤3拍摄的结果以嵌入水印的数字图像文件的形式保存和利用；(5)用光学、光电和数字技术检测步骤4所述的数字图像文件，根据是否存在所述的水印图案A和水印图案B，判断待检测图像文件的真伪。
(6)以所述步骤3拍摄的图像为底稿(底片)，在固体介质上印制嵌有水印的数码照片；(7)用光学、光电和数字技术检测步骤(6)所述的数码照片，根据是否存在所述的水印图案A和水印图案B，判断待检测照片的真伪。
所述水印图案A和水印图案B的外形是与常规摄影作品中存在的固有噪声相类似的随机斑纹。
所述携带防伪信息是以所述随机斑纹为载体、以具备抗打印-扫描性能的图像频域系数分区/分组变换法将字符和标记隐藏在载体中。
所述防伪信息是在密钥的控制下、以密码形式将字符表示成具有随机性的二进制系列，以加密图形表示的防伪标记。
本发明的装置包括一个携带编码信息水印图案A的编码背景屏，一个以上可将水印图案B投射在人面部(物品表面)和编码背景屏上的照明光束编码器，常规摄影照明光源，常规摄影器材。
所述的照明光束编码器包括电光源，电光源前面的滤色器，滤色器前面的用于调制光波空间分布的调制器，调制器前面的用于投射照明光束的光学装置。
所述调制器的结构是以下两种类型之一(a)固定型是一张透射率可控的光学膜片。(b)可编程型是空间光调制器件(Spatial Light Modulator)。
所述携带防伪信息的编码水印图案是直观无意义的随机分布点阵。所述点阵图案的波长(颜色)小于500nm或位于550～600nm。
本发明的原始水印图案投影到人体和场景上，使得拍摄的照片中不仅含预设的防伪标识，而且含人体、场地的三维结构信息。在用相同的摄影器材、摄取同一对象的条件下，尽管两种方法拍摄的照片中，被摄影对象的外观相似。但本发明拍摄的照片嵌有水印。所述水印图案A和水印图案B对人眼而言分为可见和不可见两部分，其中不可见部分隐藏了防伪信息。
本发明可用于制作证件，制作步骤是将所述水印照片打印或洗印在证件上。与此同时，将水印中所隐藏的信息连同人像特征以密文形式记录在同一证件的其它介质上(如文本、条形码和IC芯片等)。
在查验证件时，在直观核对人像的同时，用光电设备查验照片，用水印提取和密码解码软件即可判断证件照片的真伪。将水印内容与文本、条形码和IC芯片数据相互印证，即可进一步判断证件是否被篡改。
本发明在照片中嵌入隐形版权标识，为发证单位独占“证件照片拍摄权”提供了技术保障。即使私人以他人的有效照片(以合法方式拍摄的照片)为蓝本、按图索骥仿制摄影场景，因仿造场地所拍照片中缺少水印图案A和图案B，不可能从该照片中提取不可见的防伪标识，致使私拍照片容易被辨别出来。
图1为给照片嵌入可机读防伪标识的器材和场地布局示意图；图2为照明光束编码器内部结构示意图；图3为编码背景屏的结构示意图；图4为含水印人像照片的证件及其查验装置示意图。
具体实施例方式
实施例1给照片嵌入可机读防伪标识在摄影场地至少架设一台照明光束编码器1，一个编码背景屏4。编码背景屏4放置在被摄影对象后方，编码器1发射的编码水印图案11投射在人体上。采用自然光2和常规摄影照明光源3，用常规摄影器材5进行摄影。
自制背景编码屏4是将背景编码水印图案14印刷(或投影)在幕状(板状)支撑物15上。背景水印图案14允许选用多种颜色，配色方法是用于隐藏编码信息的斑纹的波长小于500nm或波长位于550～600nm。三通道视觉模型把彩色图像分为红-绿(RG)、黄-蓝(YB)和黑白(BW)三个通道。本发明用YB色通道表征水印编码图案。
对于灰度(黑白)摄影机，本发明仍然采用三色照明装置，但胶片或数码文件记录的结果无彩色信息。
自制照明光束编码器包括电光源6，电光源前面的滤色器7，滤色器前面设有一个调制光波空间分布的调制器8，调制器8是一张能调制光波的空间分布的透射率可控器件(例如液晶屏或光学膜片)，利用调制器8在照明光束10中加载水印图案，调制器前面设有一个用于投射照明光束10的光学装置9。
当照明光束10照射在与光轴垂直的平板上时，水印图案11的外观与图2中的图案14类似(但所含隐性信息不尽相同)。照明光束10受人体遮挡，在编码背景屏4上形成人体剪影。剪影之外的区域，水印图案11叠加在水印图案14上。在最终拍摄的照片上，水印图案11和图案14以及人体影像、景物影像四者混合为一体。这种由实物和加密图案构成的三维场景极难仿制。
本发明嵌入水印的特征是(1)用光学合成技术在原始图像上(人像和物品表面)叠加原始水印图案。而其它已公开的水印嵌入方法是用数字技术在数字图像(数码文件中)嵌入数字水印。
(2)本发明摄影过程与水印嵌入过程两步合一。而其它已公开的水印嵌入方法是在摄影过程结束之后(非实时地)嵌入水印。
照片中，水印图案含可见随机斑纹和不可见编码信息两部分。利用光电分色器材检测本发明拍摄的照片，可测出人像中含有的随机分布“水印斑纹”，但肉眼难以理解斑纹的意义。仿制和篡改证件照片的手法是在私自拍摄照片上附加“水印斑纹”。私自附加的“非实时水印”与本发明的“实时水印”有明显差异，制假破绽易于识别。
实施例2证件印制和证件真伪查验结合附图4按实施例1的方法拍摄照片16，并将照片印制在证件20上。
证件照片对水印的抗打印-扫描性能有以下特殊要求打印/扫描(PSPrinting，Scanning)过程必然引起图像噪声和失真。打印/扫描噪声有可能淹没图像中原有的水印。图像灰度值失真和几何畸变可能导致“水印丢失”。本发明基于图像频域变换(例如分数傅里叶变换)原理，采用“图像频域系数分区/分组变换算法23、24和27”嵌入与提取水印。经验证，该算法的抗打印-扫描性能优于其它已经公开的水印算法，适合用于给证件照片16嵌入水印。
证件20上的可目视信息源有持证人照片16和文本。证件20上的可机读信息源有嵌入照片16的水印图案11和14，一维条码18和二维条码19，电子存储器(IC芯片)17。
查验证件真伪的装置的组成21是照相/摄像器材，22是光电扫描仪，23是图像失真矫正及降噪处理程序，24是水印提取和解码程序，25是条码阅读器接口，26是IC芯片阅读器接口，27是水印特征及证件其它防伪特征综合比较与查验结果显示装置。
权利要求
1.给照片嵌入可机读水印的方法，其特征在于包括以下步骤(1)在摄影场地架设一个携带防伪信息的水印图案A的编码背景屏；(2)在摄影场地至少架设一台照明光束编码器，将携带防伪信息的水印图案B投射在被拍摄对象的表面；(3)用摄影器材在步骤1和步骤2所述的场地拍照，用光学合成方法使背景屏上的水印图案A、被拍摄对象以及投射在被拍摄对象上的水印图案B三者处于同一视场中，使得所拍摄的照片上，三者密不可分；(4)把所述步骤3拍摄的结果以嵌入水印的数字图像文件的形式保存和利用；(5)用光学、光电和数字技术检测步骤4所述的数字图像文件，根据是否存在所述的水印图案A和水印图案B，判断待检测图像文件的真伪。(6)以所述步骤3拍摄的图像为底稿(底片)，在固体介质上印制嵌有水印的数码照片；(7)用光学、光电和数字技术检测步骤(6)所述的数码照片，根据是否存在所述的水印图案A和水印图案B，判断待检测照片的真伪。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述水印图案A和水印图案B的外形是与常规摄影作品中存在的固有噪声相类似的随机斑纹。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于以所述随机斑纹为载体，以具备抗打印-扫描性能的图像频域系数分区/分组变换法把编码信息藏入载体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述编码信息是在密钥的控制下、以密码形式将字符表示成具有随机性的二进制系列。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述编码信息是以加密图形表示的防伪标记。
6.一种给照片嵌入可机读水印的装置，包括一组常规摄影照明光源，一套常规摄影器材，其特征在于摄影场地设有一个携带编码信息水印图案A的编码背景屏，一个以上将水印图案B投射在被摄影对象表面和编码背景屏上的照明光束编码器。
7.根据权利要求6所述的装置，所述编码背景屏是一个尺寸大于被摄影对象的平面或曲面板，用印刷和/或投影法在板上产生水印图案A。
8.根据权利要求6所述的装置，所述照明光束编码器包括电光源，电光源前面的滤色器，滤色器前面的用于调制光功率空间分布的调制器，调制器前面的一组用于投射水印图案B的光学装置。
9.一种如权利要求1所述方法的应用，其特征在于所拍摄的含防伪水印的图像以电子文档方式记录和显示。
10.一种如权利要求1所述方法的应用，其特征在于将要求1所拍摄的含防伪水印的照片打印或洗印在证件上。
全文摘要
本发明公开了一种给照片嵌入肉眼不可见防伪标识的方法和装置。使用特制的照明光束编码器和编码背景屏，基于光学合成原理，在曝光瞬间将具有随机性的照明编码水印图案和背景编码水印图案嵌入照片。该照片同时记载(1)被摄影对象的外形，(2)字符和防伪标记，(3)摄影场地的自定义标记。裸眼观看同一摄影对象的有水印照片与无水印照片，二者无可觉察的差异。查验防伪标识时，用光电装置将照片转换成数字图像，机读装置用密钥提取水印、解出照片中的隐性信息，判别人像、物品及证件是否是真品。本发明将字符、图形和摄影场地标记嵌入整幅照片，起到了覆盖“隐形印章”的作用。为主管部门限定证件申请者“到指定的场地摄制证件照片”提供了技术保障。
文档编号G06K9/00GK1837955SQ20061003121
公开日2006年9月27日 申请日期2006年2月13日 优先权日2006年2月13日
发明者谭吉春, 唐新怀, 贾辉, 周扑, 王晓峰, 郭宏瑞, 刘莉, 张丽强 申请人:湖南雅程科技有限公司