本发明涉及激光全息防伪技术领域，尤其涉及一种全息图生成方法及装置。
背景技术：
激光全息防伪技术，是利用激光彩虹全息图制版技术和模压复制技术，在产品上制作的一种可视的图文信息。随着计算机点阵光刻技术、3d真彩色全息技术、多重与动态成像技术等技术的综合利用，推动了更高层次的激光全息防伪技术的发展。利用上述技术发展而成的光学随机干涉纹、光学微缩、动态全息、空间立体、数码点阵图像等加密技术不断涌现，成为目前激光全息防伪的主流方向。这些加密方式的实现，均是利用各种结合光学和计算机信息处理等特殊技术在激光制版阶段形成的。
数字水印技术作为一种技术含量高、成本低、应用方便的新兴防伪技术越来越多地被应用到现代印刷防伪中并且取得了不错的效果。数字水印不仅可以实现在数字化信息中加入数字水印信息，同时还可以实现数字化信息打印或印刷输出到纸介质后，通过扫描仪、数码相机或专用的设备准确提取。被广泛地应用于数字信息版权保护、印刷品防伪、信息来源追溯等领域。
随着各种新型防伪技术的不断创新，高端产品越来越需要多种防伪技术结合的解决方案。全息防伪技术与数字水印各有其技术特点，数字水印技术与全息防伪技术的结合还停留在简单结合，比如将数字水印信息打印或印刷到已有全息图的表面，或者将印刷有数字水印信息的透明材料与已有的全息防伪图像复合在一起而形成二技术的结合。但这种简单的结合应用既损失了全息图的亮度还破坏了美观度，而且提取水印信息时受全息衍射光的干扰也增加了的误判率和响应时间。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种含水印信息的全息图生成方法及装置，将水印信息与全息图有机融合在一起，既具有全息图的光变动感特性，又能在全息图中嵌入水印信息实现更强力度的防伪。
本发明提供的技术方案如下：
本发明公开了一种含水印信息的全息图生成方法，包括步骤：s100、在原始图像上选定水印区域，在所述水印区域内嵌入水印信息，生成含水印信息的水印图像；s200、根据预设表达效果将所述水印图像分割成多个不同的区域图形，并为每个所述区域图形设定对应的空间频率参数；s300、对所述水印图像进行预处理，获得至少一个通道灰度图像；s400、获取所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值；s500、根据预设对应关系列表获取与所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值对应的光栅角度值，以及根据所述通道灰度图像的各个像素点所属区域图形对应的空间频率参数获取各个像素点对应的光栅条纹频率；s600、按照预设规则将获取的所述通道灰度图像的各个像素点的所述光栅角度值和对应的光栅条纹频率生成数据包，并根据所述数据包在光刻板上进行光刻，经显影后获得含水印信息的全息图。
本发明在原始图像中嵌入水印信息，并通过全息微结构的衍射表现出水印信息，实现了数字水印技术与全息技术的完美融合，不仅能够保留全息图的亮度和美观度，同时，降低了全息图在识别提取水印信息时的干扰和误判率，大大缩短了响应时间。
进一步，所述步骤是s100之前还包括步骤：s000、预先配置所述预设对应关系列表。
进一步，所述步骤s100“在所述水印区域内嵌入水印信息”进一步包括步骤：s110、采用预设水印算法在所述水印图像的至少一个通道内嵌入水印信息。
进一步，所述步骤s300“对所述水印图像进行预处理，获得至少一个通道灰度图像”进一步包括步骤：s310、获取所述水印图像的噪点信息图；s320、将所述噪点信息图进行通道分离，获得至少一个通道的所述通道灰度图像。
进一步，所述步骤s300和步骤s400之间还包括步骤：s350、调整所述通道灰度图像的灰阶阈值在预设灰阶范围内。
进一步，所述预设灰阶范围为30至220。
进一步，所述空间频率值的范围为200lp/mm到1000lp/mm。
进一步，所述光栅角度的范围为0度到180度。
本发明还公开一种含水印信息的全息图生成装置，使用上述权利要求任意一项所述的含水印信息的全息图生成方法，包括：水印图像生成模块，用于在原始图像上选定水印区域，在所述水印区域内嵌入水印信息，生成含水印信息的水印图像；设定模块，用于根据预设表达效果将所述水印图像分割成多个不同的区域图形，并为每个所述区域图形设定对应的空间频率参数；图像预处理模块，用于对所述水印图像进行预处理，获得至少一个通道灰度图像；灰度值获取模块，用于获取所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值；光栅角度值获取模块，用于根据预设对应关系列表获取与所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值对应的光栅角度值；光栅条纹频率获取模块，用于根据所述通道灰度图像的各个像素点所属区域图形对应的空间频率参数获取各个像素点对应的光栅条纹频率；数据包生成模块，用于按照预设规则将获取的所述通道灰度图像的各个像素点的所述光栅角度值和对应的光栅条纹频率生成数据包；全息图生成模块，用于根据所述数据包在光刻板上进行光刻，经显影后获得含水印信息的全息图。
进一步，还包括：配置模块，用于预先配置所述预设对应关系列表。
进一步，还包括：调整模块，用于调整所述通道灰度图像的灰阶阈值在预设灰阶范围内。
与现有技术相比，本发明将水印信息与全息图结合，通过水印图像的灰度值与用于光刻的光栅角度值对应，从而实现在全息的微结构上表现隐藏的信息，既保护了全息图的美观度和亮度，也避免干扰全息图中水印信息的识读，解决了现有技术中两者结合应用的局限性，扩展了数字水印的应用范围，同时增加了一种复合全息防伪技术。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明予以进一步说明。
图1为本发明一种含水印信息的全息图生成方法的主要步骤示意图；
图2为本发明一种具体实施例的示意图；
图3为本发明又一种具体实施例的示意图；
图4为本发明再一种具体实施例的示意图；
图5为本发明另一种具体实施例的示意图；
图6为本发明一种含水印信息的全息图生成装置的主要组成示意图；
图7为本发明一种含水印信息的全息图生成装置的完整组成示意图。
附图标号说明：
1、水印图像生成模块，2、设定模块，3、图像预处理模块，4、灰度值获取模块，5、光栅角度值获取模块，6、光栅条纹频率获取模块，7、数据包生成模块，8、全息图生成模块，9、配置模块，10、调整模块。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
图1为本发明一种含水印信息的全息图生成方法的主要步骤示意图，如图1所示，一种含水印信息的全息图生成方法，包括步骤：s100、在原始图像上选定水印区域，在所述水印区域内嵌入水印信息，生成含水印信息的水印图像；s200、根据预设表达效果将所述水印图像分割成多个不同的区域图形，并为每个所述区域图形设定对应的空间频率参数；s300、对所述水印图像进行预处理，获得至少一个通道灰度图像；s400、获取所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值；s500、根据预设对应关系列表获取与所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值对应的光栅角度值，以及根据所述通道灰度图像的各个像素点所属区域图形对应的空间频率参数获取各个像素点对应的光栅条纹频率；s600、按照预设规则将获取的所述通道灰度图像的各个像素点的所述光栅角度值和对应的光栅条纹频率生成数据包，并根据所述数据包在光刻板上进行光刻，经显影后获得含水印信息的全息图。
具体的，原始图像可以是一个防伪标识或一种防伪纹理，一般是以客户logo、图案、文字信息等作为设计元素或素材，再综合防伪技术表现效果、标识制作工艺要求、尺寸规格等因素设计出构图美观的一个全新的防伪图形图像。本发明中水印区域的选定由客户或设计人员选取，在此设计过程中，应该考虑在哪个区域或图形内嵌入水印信息以及此区域的最终效果是否与其它图形效果谐调。然而，实际操作过程也可以在设计图案确定后再决定增加嵌入水印信息的。这就需要选择相对面积比较大的图形做嵌入水印的水印区域。
本发明在原始图像中嵌入水印信息，并通过全息微结构的衍射表现出水印信息，实现了数字水印技术与全息技术的完美融合，不仅能够保留全息图的亮度和美观度，同时，降低了全息图在识别提取水印信息时的干扰和误判率，大大缩短了响应时间。
优选的，所述步骤是s100之前还包括步骤：s000、预先配置所述预设对应关系列表。
优选的，所述步骤s100“在所述水印区域内嵌入水印信息”进一步包括步骤：s110、采用预设水印算法在所述水印图像的至少一个通道内嵌入水印信息。
具体的，水印信息实质上是一种数字秘密信息表现形式可以数字、字母、甚至图形图案等，在原始图像的水印区域中嵌入水印信息是指通过特定的水印嵌入算法对选定的水印区域内的图像进行变换，通过编码方式(编成01比特)嵌入水印区域内的图像中，具体可以是对图像的某一通道的参数值进行变换。
优选的，所述步骤s300“对所述水印图像进行预处理，获得至少一个通道灰度图像”进一步包括步骤：s310、获取所述水印图像的噪点信息图；s320、将所述噪点信息图进行通道分离，获得至少一个通道的所述通道灰度图像。
具体的，本发明可以分别在3个通道内均嵌入水印信息，再通过通道分离的方式获得每个单通道的通道灰度图像，通过多通道上嵌入水印信息从而增加防伪力度。
本发明所采用水印嵌入算法是将水印信息嵌入图像的某一通道中再输出rgb模式的水印图像，因此需要分离通道后才能得到含有加密的水印信息的通道灰度图像。如果现有技术中存在的“水印嵌入软件”中自带有输出模式转换的模块，也可以省略这一步骤。
优选的，所述步骤s300和步骤s400之间还包括步骤：s350、调整所述通道灰度图像的灰阶阈值在预设灰阶范围内。优选的，所述预设灰阶范围为30至220。
本发明通过建立渐变映射模型来调整通道灰度图像的灰阶阈值，也可以通过改变色阶的方法达到同样的效果。在此不作具体限定。本发明设计灰度值和光栅角度做一一对应，因此，灰度值实质是光栅角度值，进一步就是控制了光栅衍射光的方向，将它调到这个预设灰阶范围是因为光栅在这个范围内的衍射光能被照相机镜头采集到从而转换为电信号进行运算。而这个范围之外的光栅角度衍射光不能被相机采集到就成了无效信息。所以，为最大限度的记录和还原水印图像所携带的加密信号，将灰阶阈值优选在这个预设灰阶范围。具体的，本发明中将灰阶阈值调整到预设灰阶范围内是为了适应此作业标准，同时，所述预设灰阶范围30至220也是本发明设计人员多次实验获得的最佳范围值。
优选的，所述空间频率值的范围为200lp/mm到1000lp/mm。
本发明针对嵌入有水印信息的水印图像进行区域分割，目的是为不同区域图形设定不同的空间频率参数，用于实现不同的微结构条纹，以表现出丰富的色彩。
优选的，所述光栅角度的范围为0度到180度。
具体的，本发明步骤s600“按照预设规则将获取的所述通道灰度图像的各个像素点的所述光栅角度值和对应的光栅条纹频率生成数据包”，具体包括：
1、当仅在水印图像的单个通道内嵌入水印信息时，按照通道灰度图像的像素点数量在光刻胶版上生成点阵，用于逐点曝光。其中，获取其中嵌入水印信息的该通道的通道灰度图像，具体是获取水印图像的噪点信息图，将噪点信息图进行通道分离，获取嵌入水印信息的该通道的通道灰度图像。
获取该通道灰度图像每个像素点的灰度值，并按照预设对应关系列表获取每个像素点的灰度值对应的光栅角度值，以及根据所述通道灰度图像的各个像素点所属区域图形对应的空间频率参数获取各个像素点对应的光栅条纹频率。
按照每个像素点的光栅角度值和光栅条纹频率在光刻胶版上对应的像素点上进行光刻。
图2为本发明一种具体实施例的示意图。如图2所示，a表示通道灰度图像的一个像素点，a表示光刻胶版的一个像素点，在单通道内嵌入水印信息时，在a像素点根据通道灰度图像的像素点a的光栅角度值和光栅条纹频率进行光刻。
2、当在水印图像的多个通道内嵌入水印信息时，提高光刻胶版上的像素点的数量，使其大于多个通道的像素点数量之和。以两个通道为例，具体如下：
获取嵌入水印信息的两个通道的通道灰度图像，具体是获取水印图像的噪点信息图，将噪点信息图进行通道分离，分别获取每个通道的通道灰度图像。
分别获取每个通道灰度图像中每个像素点的灰度值，并按照预设对应关系列表获取每个像素点的灰度值对应的光栅角度值，以及根据所述通道灰度图像的各个像素点所属区域图形对应的空间频率参数获取各个像素点对应的光栅条纹频率。
提高光刻胶版上像素点的数量为两个通道灰度图像的像素点数量之和。图3为本发明又一种具体实施例的示意图。如图3所示，a表示第一个通道灰度图像的一个像素点，b表示另一个通道灰度图像的一个像素点，a、b、c、d分别表示光刻胶版的一个像素点，在两个通道内嵌入水印信息时，在光刻胶版的a像素点根据第一个通道灰度图像的像素点a的光栅角度值和光栅条纹频率进行光刻，在光刻胶版的b像素点根据另一个通道灰度图像的像素点b的光栅角度值和光栅条纹频率进行光刻，光刻胶版上剩余的c像素点和d像素点空缺，不进行光刻。由图3可知，光刻胶版的分辨率为通道灰度图像分辨率的4倍。
上述实施例仅列举两种情况，包括但不限定于上述两种情况。若在三个通道内嵌入水印信息，相应的，只需提高光刻胶版的分辨率，使得光刻胶版上像素点数量大于三个通道灰度图像的像素点之和即可。图4为本发明再一种具体实施例的示意图。如图4所示，a表示第一个通道灰度图像的一个像素点，b表示第二个通道灰度图像的一个像素点，c表示第三个通道灰度图像的一个像素点，a、b、c、d分别表示光刻胶版的一个像素点，在三个通道内嵌入水印信息时，在光刻胶版的a像素点根据第一个通道灰度图像的像素点a的光栅角度值和光栅条纹频率进行光刻，在光刻胶版的b像素点根据第二个通道灰度图像的像素点b的光栅角度值和光栅条纹频率进行光刻，在光刻胶版的c像素点根据第三个通道灰度图像的像素点c的光栅角度值和光栅条纹频率进行光刻，光刻胶版上剩余的d像素点空缺，不进行光刻。
图5为本发明另一实施例的示意图。如图5所示，a表示第一个通道灰度图像的一个像素点，b表示第二个通道灰度图像的一个像素点，c表示第三个通道灰度图像的一个像素点，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3分别为光刻胶版上的像素点，根据第一个通道灰度图像的a像素点的光栅角度值和光栅条纹频率在a1、a2、a3三个像素点上光刻，即通过光刻胶版上三个像素点来表示出第一个通道灰度图像的a像素点，同理，根据第二个通道灰度图像的b像素点的光栅角度值和光栅条纹频率在b1、b2、b3三个像素点上光刻，根据第三个通道灰度图像的c像素点的光栅角度值和光栅条纹频率在c1、c2、c3三个像素点上光刻。
由上述实施例可知，本发明对在光刻胶版上用几个像素点来表现通道灰度图像的一个像素点不作具体限定，应根据实际需要自行定义。
具体的，本发明中所述全息图中的衍射光栅的结构不限于全息技术形成，也可通过包括各种机械加工结构、化学蚀刻、光掩模技术、半导体光刻技术、离子光刻技术、电子束光刻技术等能产生或形成不同角度和频率的光栅结构的方法。
同时，为了提高全息图的美观度，也可在数字水印全息图内嵌套其他防伪技术特征或光栅微结构信息，应用方法不限于图形区块分隔，或各种分配比例的像素滤点分隔，或叠加多光栅结构的方法。
具体的，全息图在微观下是由凹凸浮雕型的不同频率不同角度的光栅条纹构成，采用本发明所述方法生成含水印信息的全息图之后，在光刻胶版上记录下全息图所表示的微结构条纹，由于光刻胶版非常脆弱，容易损坏，不可批量复制，因此将光刻胶版上微结构条纹固化在耐磨损可重复使用的硬质金属材料上。
通常通过喷银、电铸的方式获得含有上述微结构条纹的金属模板，或称镭射模板。具体的，包括以下工艺过程：
1、用化学镀银的方法在光刻胶版全息图表面形成一层银质导电层，使其导电。
2、将有银导电层的光刻胶版作为阴极，放入含镍离子的电解液中，利用电解电镀原理，在阴极的银层上镀上金属镍并沉积到一定厚度。
3、将沉积到一定厚度镍金属的版取出，揭掉玻璃板，洗掉金属版表层的光刻胶，就得到一张带有镜像图案的全息图金属模版。
4、同样，将全息图金属模板再次作为阴极放入电铸设备，又可以得到一张镜像的二代金属模板，以此类推可复制出子子孙孙金属模版。
5、用这样的金属模版就可以将全息图案转压印复制在各种可塑材料上，就得到全息制品，即防伪产品。
通过本发明所述方法生成防伪产品，一般为镭射包装材料，通过对该防伪产品进行识别，能够防范盗版。具体识别过程如下：
采集防伪标签上全息图衍射的光信息，根据所述光信息获取对应的全息数据。其中全息数据是指各个像素点的光栅条纹频率以及光栅角度值。根据预设对应关系列表获取与全息数据对应的图像数据，其中图像数据是指像素点的灰度值。通过自定义一个预设对应关系列表，将光栅角度值与灰度值作对应关系，获得各个像素点的灰度值。采用预设算法计算所述灰度值，获取水印特征值，比对所述水印特征值与预设水印信息是否匹配，当所述水印特征值与所述预设水印信息匹配时，反馈水印正确信息。
图6为本发明一种含水印信息的全息图生成装置的主要组成示意图。如图5所示，一种含水印信息的全息图生成装置，使用上述含水印信息的全息图生成方法，包括：水印图像生成模块1，用于在原始图像上选定水印区域，在所述水印区域内嵌入水印信息，生成含水印信息的水印图像；设定模块2，用于根据预设表达效果将所述水印图像分割成多个不同的区域图形，并为每个所述区域图形设定对应的空间频率参数；图像预处理模块3，用于对所述水印图像进行预处理，获得至少一个通道灰度图像；灰度值获取模块4，用于获取所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值；光栅角度值获取模块5，用于根据预设对应关系列表获取与所述通道灰度图像的各个像素点的灰度值对应的光栅角度值；光栅条纹频率获取模块6，用于根据所述通道灰度图像的各个像素点所属区域图形对应的空间频率参数获取各个像素点对应的光栅条纹频率；数据包生成模块7，用于按照预设规则将获取的所述通道灰度图像的各个像素点的所述光栅角度值和对应的光栅条纹频率生成数据包；全息图生成模块8，用于根据所述数据包在光刻板上进行光刻，经显影后获得含水印信息的全息图。
图7为本发明一种含水印信息的全息图生成装置的完整组成示意图。优选的，如图7所示，还包括：配置模块9，用于预先配置所述预设对应关系列表。
优选的，还包括：调整模块10，用于调整所述通道灰度图像的灰阶阈值在预设灰阶范围内。
本发明将水印信息与全息图结合，通过水印图像的灰度值与用于光刻的光栅角度值对应，从而实现在全息的微结构上表现隐藏的信息，既保护了全息图的美观度和亮度，也避免干扰全息图中水印信息的识读，解决了现有技术中两者结合应用的局限性，扩展了数字水印的应用范围，同时增加了一种复合全息防伪技术。
需要说明的是，本装置中各模块之间的信息交互、执行过程等内容与上述方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。