一种数字隐形二维码验证防伪系统及隐形二维码调制方法与流程

本发明涉及验证防伪系统应用领域，特别涉及一种基于移动互联网的数字隐形二维码的验证防伪系统及隐形二维码的调制方法。

背景技术：

目前，防伪技术是指为了达到防伪目的而采取的措施，防伪技术在一定范围内能准确鉴别真伪，并不易被防制和复制，也就是防止仿造，仿冒等的技术，为保护品牌、市场以及终端用户合法权益而采取的一种防范性技术性措施。防伪技术种类有很多，如：印刷防伪技术，化学材料防伪技术，物理防伪技术，数码信息防伪技术，结构和包装防伪技术，人体和生物特征防伪技术等。

现代科技术的高速发展和假冒活动的日益猖獗，促进了各种防伪技术的发展，防伪技术的发展是与其它相关学科和技术的发展紧密相连，密切相关的，在其融入了先进的技术成果的同时，也成为了众多学科科技成果和综合应用的结晶。传统的防伪技术如：激光防伪，荧光防伪，磁性防伪，温变防伪等，在使用初期都曾发挥一定的作用，但由于自身容易被仿冒，因而收效甚微，主要是因为传统防伪技术存在技术含量低，结构组合易被破译，随着市场技术的进步和推广，这些方法很容易被假冒者破译和利用，一旦伪造者掌握了这些技术和设备，就可以肆无忌惮的大量伪造。再者面对各种防伪标识，消费者不可能逐一掌握，而且消费者也不能鉴别防伪标识的真假，让好的防伪技术形同虚设。利用数字防伪技术有效的克服了传统防伪技术被假冒的缺点，与普通防伪技术相比，数字防伪技术不仅提供防伪标识物，更在于提供标识物后的全方位服务，包括查询鉴别，咨询答疑，监控管理，追踪假货，统计分析等，另外还具有容易识别，杜绝大规模的造假行为以及实施成本低的特点。而作为数字防伪技术应充分利用网络技术，通信技术，数码编码技术和印刷技术，不断地将新的技术融于防伪网络系统中，同时专注专用技术，加强网络的安全性能，确保整个系统的可靠性。

数字防伪技术是利用计算机、网络通信、信息编码等结合印刷技术来实现的，通过为每一件产品或是商品添加唯一的信息，有如于每个人的身份ID，同时把这个信息储存在云端核心数据库，当消费者购买到带有二维码的商品，只需扫描二维码并将识别的信息通过连接云端核心数据库服务器即可验证产品真伪，克服了传统防伪技术能被批量复制可能性以及消费者不易识别的局限性。但是在商品上所添加的二维码，是属于明码，即消费者可以直接查看并扫描的，使用起来非常方便简捷，对消费者也没有任何技术门槛。但是这种标识容易被损坏和丢失，存在安全隐患；对于大宗商品这些信息只能粘贴于包装物外侧或是商品较为隐蔽的位置，这给消费者在验证时带来诸多不便；对于部分已使用或安装后的产品如要验证真伪时要全部返工，费时费力；对于一些装饰性产品，普通可见二维码还会影响其美观度；普通的二维护码由于肉眼可见，伪造者制作极其相似的标识符添加到商品上，并给出非官方的验证服务器，从而达到欺骗消费者目的；而且这种可见的二维码在生产制作以及添加上还需要投入大量设备和人力；如委外加工，还牵涉到机密外泄等一系列问题。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种数字隐形二维码验证防伪系统及隐形二维码调制方法，以达到在现有数字防伪技术的基础上，将明码的二维码进行隐形，即肉眼无法查看，通过手持终端或移动设备进行扫描识别相关信息的目的。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种数字隐形二维码验证防伪系统，包括原始图像、明码二维码、云端服务器和与所述云端服务器连接的调制软件，所述调制软件将所述明码二维码调制至原始图像内，与所述原始图像融为一体，所述明码二维码在原始图像内形成隐形二维码，肉眼无法分辨所述隐形二维码，所述隐形二维码通过所述云端服务器预设有产品信息并将其存储在云端服务器上，用户通过手持扫描设备或移动终端扫描隐形二维码获取反馈信息并与云端服务器上的产品信息进行防伪验证，去伪存真。本系统在现有数字防伪技术的基础上，将明码的二维码进行隐形，即肉眼无法查看，通过手持终端或移动设备进行扫描识别相关信息，不改变原始图像的外观，使二维码具备隐形在原始图像内的特点，使仿造者根本无法判断标识符的类型和信息内容，也就无法进行复制或防制，提高了安全性。

进一步地，所述隐形二维码在原始图像上的位置为随机分布和/或特定分布，可以出现在产品任何一个地方，除非将商品全部销毁，否则只需一个残片也可以读取到隐形二维码的全部信息，因此，对追踪货物、防止商品窜货有很大的帮助。

进一步地，所述隐形二维码在调制过程中添加加密信息或数字签名，可大大拓宽隐形二维码防伪和加密技术的应用面和应用领域，保证信息传输的完整性，确保发送者的身份认证，防止欺骗。

进一步地，带有所述隐形二维码的原始图像通过多色数码印刷、彩色喷墨打印或激光打印将图像直接印制在产品包装上或产品表面上，由于隐形二维码可以随机生成并且可以容纳更多信息内容，使每一件产品包装和产品表面均具有唯一的特定信息。

进一步地，所述验证防伪系统按应用方式分类分为被动式应用、双向互动式应用和主动式应用。

进一步地，所述被动式应用设置隐形信息的稳健性，具备防拷贝、防复制效果，所述原始图像内调制有若干个不同产品信息的隐形二维码，分次扫描，多次验证。

进一步地，所述双向互动式应用的隐形二维码的产品信息包括链接、文本、视频、电子图片、画册、演示动画和3D网络展厅。

进一步地，所述主动式应用的隐形二维码的产品信息包括支付、授权加密、情报获取，所述隐形二维码采用特定的标识符。

一种数字隐形二维码调制方法，包括以下步骤：

1)：将原始图像通过调制软件进行分块DCT变换，取出所有块的(4，4)象限系数，通过一维向量X与产生N个长度为N的正交序列S₁，S₂,…，S_N计算出C_i＝X·S_i；

2)：设定嵌入的二维码信息长度为L，比特系列为W，将这个序列转换为十进制值，记为Q，即Q＝(W)₁₀，寻找M个正交序列q，记为q₁，q₂，…q_M，再与公式C_max＝maxC_i结合得到二维码向量Y，其中，A为系统参数；

3)：将向量Y逆向置乱，用向量Y的分量修改各块的(4，4)象限系数，再通过调制软件进行分块逆DCT变换，得到含有隐形二维码的图像。

进一步地，所述步骤1)中取出所有块的(4，4)象限系数时按K₁置乱，产生N个长度为N的正交序列时按K₂置乱，所述K₁、K₂置乱均通过密钥决定。

附图说明

图1为本实施例的系统框图；

图2为本实施例的被动式应用的框图；

图3为本实施例的双向互动式应用的框图；

图4为本实施例的主动式应用的框图；

图5为本实施例的隐形二维码调制方法的框图；

图6为本实施例的隐形二维码调制方法的示意框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1-6所示，本实施例的一种数字隐形二维码验证防伪系统，包括原始图像、明码二维码、云端服务器和与所述云端服务器连接的调制软件，所述调制软件将所述明码二维码调制至原始图像内，与所述原始图像融为一体，所述明码二维码在原始图像内形成隐形二维码，肉眼无法分辨所述隐形二维码，所述隐形二维码通过所述云端服务器预设有产品信息并将其存储在云端服务器上，用户通过手持扫描设备或移动终端扫描隐形二维码获取反馈信息并与云端服务器上的产品信息进行防伪验证，去伪存真。

本发明中所使用的二维码在实际生活中中是随处可见的，用来保存和识别商品信息非常方便和快捷。随着网络通讯和智能终端的普及，普通消费者很容易参与其中，对普通消费者而言不需要对防伪技术的基本了解。也不用通过看，摸，照，擦等传统方式进行识别，更省去了打电话，发信息等验证手段，只需通过智能手持终端扫描即可获取厂家为商品所加入的各种信息。本发明除了可以使用常见的二维码以外，还可以将特殊信息，自定义信息加入图像中，因此对于安全等级更高，需求较高的应用场景，需要使用到专门的扫描识别设备和装置，以获取产品外观图像中隐藏的更多信息内容。

该技术与数码印刷技术相结合，生产商品的同时即可以将二维码实时添加进去，生产者只需设定二维码需要添加的内容即可，在生产添加二维码的同时，该商品的信息会同步上传至云端核心数据库，在品质检验后决定是否启用该件商品标识符(即该商品是否可以出厂)，消费者选择该件商品后可随时验证，解决了产品被复制和伪造的可能。隐形防伪技术在实际生产应用过程中大大减少人工投入，在生产过程当中严格保护信息和机密，防止外泄，同时还缩短了消费者与厂家之间的距离，更多的标识符内容还可以让消费者与厂家互动。

本发明可以在多种商业模式中应用，不仅仅局限为防伪。例如：物联网、验证，追溯、身份信息、版权保护、货币支付、产品展示、军事等有交互信息需求的应用场景和高等级加密需求的应用。本系统中的隐形二维码的不可见性，调制到图像里后，与原始图像通过肉眼无法分别，因此在不同行业和领域应用时，主要解决了目前明码式二维码容易被复制，破坏，以及安全性等弊端；二维码本身信息容量大更好的解决了产品被仿制，窜货等一系列的问题，更进一步拓宽了本系统的应用范围。

隐形的道理有如于变色龙通过改变自色肤色与周边环境一致，同样道理本发明是将二维码通过软件调制到图案中，使二维码及相关信息和原始图像融为一个整体，即不改变原始图像的外观，肉眼也无法查看，从而使二维码具备隐形的特点；而且隐形二维码在图像中的位置是随机和特定分布，可以出现在产品任何一个地方，因此除非将商品全部销毁，否则只需一个残片也可以读取到全部信息，因此对追踪货物，防止商品窜货有很大的帮助；对于安全要求较高的应用，在将二维码调制到原始图像过程当中时，对二维码添加加密信息和/或数字签名，可大大拓宽隐形防伪和加密技术的应用面和应用领域，保证信息传输的完整性，确保发送者的身份认证，防止欺骗；将添加了隐形二维码的图像通过目前的多色数码印刷、彩色喷墨打印或激光打印等多种现有高科技数码印刷技术手段将图像直接印制在包装外观，产品表面等，使得每一件产品表面和包装外观均具有唯一的特定信息，由于二维码可以随机生成并且可以容纳更多信息内容，因此可以使得每一件产品表面和包装外观均具有不同信息。当产品到达消费者手上时利用手持扫描设备或智能手持终端设备对产品表面图像进行扫描，从而获取图像内额外的附加信息，并通过网络与服务器进行验证比较，去伪存真，由于二维码隐形于图像中，仿造者根本无法判断标识符的类型和信息内容，也就无法进行复制或防制。

本系统按应用方式分类可以分为以下三类，被动式应用、双向互动式应用以及主动式应用。

被动式应用，是指简单的数据信息查询验证，例如常见的车票，门票等简单的应用，这类包含个人信息的二维码以通用的无加密的明码形式显示，很容易让伪造者复制并破译相关信息，给消费者带来诸多麻烦。如将相关信息加密隐形，并使用专用数据库分级多次验证，可杜绝被仿造的可能。本发明中的防伪标识符除了具备隐形功能外，还可设置隐形信息的稳健性使其具备防拷贝，防复制等效果，即使仿造者将已加密的图像完整复制，所添加的信息由于稳健性的不同使在被复制的过程中出现信息的丢失和损坏，从而无法被验证。即使仿造者获取了部分信息，采用同样的技术手段制造假冒商品，本发明可在一个图像中调制多个不同信息的二维码，可实现分次扫描和多次验证，并使用不同的验证阶段授予获取不同信息的权限，从而实现分级多次扫描，多次验证的效果，对查询验证严格把关，多次扫描逐步过滤信息真伪。

双向互动式应用，是指深层次的应用，除了有简单的被动式扫描验证之外，可以根据厂商的不同需求，把链接，文本，视频，演示动画等内容预置到数据库。例如常见的广告宣传，产品推广，产品展示，产品溯源等。现以产品展示介绍为案例描述双向互助的应用。企业为了不断开拓市场，持续推出更多新产品，同步制作新产品的宣传，造成大量旧的宣传资料积压，展示空间的重新装修，花费巨大，造成推广时间长，成本高，见效慢；用户在购买产品时，无法直接与厂商对接，信息不对等，花时间千挑万选的商品，在购买后发现不合适或又有更好新产品推出，目标不明确造成时间和精力以及金钱上的大大浪费。做为企业来讲，企业只需制作含有隐藏信息的电子图片和画册，投放到各地区的销售公司，同时在数据库中上传制作好的展示视频或是效果图，甚至在自由搭配选型的3D网络展厅等，以提供最全面最及时的产品信息，用户只需对画册和图片扫描即可以直接了解到数据库中最新最全面的产品信息，根据展示效果挑选最合适的产品，准确无误的提交订单并支付；用户购买产品后，扫描产品中所附带的隐藏信息，验证真假；在使用过程当中可随时对产品进行扫描，了解产品使用，保养，维护，配件，售后服务等信息，用户在推荐他人购买时同款同类产品时，也可以通过扫描产品上图案中的隐藏信息以获取最新的产品资讯，快速准确找到相关商品以及购买位置。现在互联网搜索方式从文字转向图片时代时，本专利也提供很好的解决方案，机算机获取图片中的隐藏信息后，可以很准确的定位到相同图片的出处，改变现在的搜图方式，解决现在搜图方式不准确的问题。

主动式应用，是指更智能，更安全的应用。例如：支付，加密，军事等。其应用特点在于标识符与常见的防伪标识符不同，是特定的标识符，将特殊的标识符隐形后在扫描读取信息过程当中需要使用特定设备，根据特定标识符信息指令要求直接在云端执行相关功能并将数据反馈给用户。

本发明中的二维码在数字图像中隐形的过程是通过将二维码维度频域进行调制，从而使其充分融入图形和图像当中且肉眼无法可见。调制的过程是将需要嵌入二维码的图像进行离散小波变换，提取低频部分，并对低频部分图像进行分块，然后进行离散余弦变换，提取直流系数构造矩阵，对直流系数矩阵进行分解，得到奇异矩阵,然后将需要调制的二维码信息转换成维度脉冲信号，将维度脉冲信号对奇异矩阵进行调制，从而得到新的矩阵并代入到原系数矩阵中，通过离散余弦逆变换，离散小波逆变换得到了二维码信息的图像。

基于维度频域的二维码调制算法的基本思想是选择在直流系数的中、低频分量二维码信息，这是由于对中、低频分量人的视觉系统是很敏感的，当对含二维码载体图像进行恶意破坏时，不可避免地会对图像造成使其质量严重下降的效果；其次，在通常的数字图像处理过程中这部分数据是不会被改变的；此外，在DCT变换域上进行量化是MPEG和JPEG等压缩方法的核心。因此，把二维码嵌入过程和量化过程进行巧妙地融合，能够使二维码具有一定的抵御有损压缩的性能。另外，用较好的数学模型来表示DCT域系数的统计分布，因此二维码的信息量可依据理论分析的结果来估计。由于在DCT变换过程中被嵌入的二维码信息经逆DCT变换后其信号会分布到载体图像的整个空间中，故二维码能抵御裁剪、低通滤波等攻击，而且还具有较好的隐蔽性。

一种数字隐形二维码调制方法，包括以下步骤：

1)：将原始图像通过调制软件进行分块DCT变换，取出所有块的(4，4)象限系数，按K₁方式置乱，通过一维向量X与产生N个长度为N的正交序列S₁，S₂,…，S_N计算出C_i＝X·S_i，产生N个长度为N的正交序列时按K₂方式置乱，K₁、K₂置乱均通过密钥决定；

2)：设定嵌入的二维码信息长度为L，比特系列为W，将这个序列转换为十进制值，记为Q，即Q＝(W)₁₀，寻找M个正交序列q，记为q₁，q₂，…q_M，再与公式C_max＝maxC_i结合得到二维码向量Y，其中，A为系统参数；

3)：将向量Y逆向置乱，用向量Y的分量修改各块的(4，4)象限系数，再通过调制软件进行分块逆DCT变换，得到含有隐形二维码的图像。

将载体灰度图像做8×8的分块DCT变换，变换后每一块中的不同系数代表载体不同频率分量，这里假定载体图像的行数和列数都是8的倍数。兼顾隐蔽性和稳健性，我们将二维码信息嵌入在位置为(4,4)的中频系数中，其它位置的系数不作任何改动。将每一小块中(4,4)频率位置的DCT系数提出构成一个数据块，然后将这个数据块以一定的方式置乱为一个一维向量，置乱方法由密钥决定。那么这个一维向量的长度是原始图像象素数的1/64，设为N，并记这个一维向量为X＝{X1,X2,…,XN}。

可以构造N个长度为N的正交序列，例如{1,0,…,0}、{0,1,…,0}、{0,0,…,1}，为提高安全性，本方案采用伪随机的正交序列集合。二维码嵌入时可以根据密钥伪随机地产生N个长度为N的正交序列，然后将它们正交化即可，记正交化后的序列为S1、S2、…、SN。我们将在这N个正交序列中选择其中的M个序列以一定强度迭加到一维向量X上，选择的方法由嵌入的二维码信息来决定。显然，选择方法的种类共有：

每一种选择方法可以对应于一种二维码信息，那么这种方法可以负载的二进制二维码信息长度即：

设欲嵌入的二维码信息为长度为L的比特序列W，将这个序列转换为十进制值，记为Q，我们用如下方法根据Q值依次选出M个正交序列：

设尚有m个序列没有选出(m的初始值即M)，寻找q满足：

2.Sq即为选出的一个序列；

3.更新如下变量

m＝m-1

4.若m为0，则已选出M个序列；否则转到第一步。在上述步骤中，由于

所以第三步变量更新后，新一轮找到的q一定小于上一轮找到的q，也就是说，M个正交序列是按照降序逐个选出的。例如N＝8、M＝4、Q＝36，依次找到的q为8、4、2、1。

计算

C_i＝X·S_i，i＝1，2，...，N

上式中“·”表示内积，记

设根据二维码信息选出的M个正交序列为1Sq、2Sq、…、MqS，将这M个正交序列以一定强度迭加到X上，

使得含二维码向量Y与这M个序列的内积为Cmax+A，即大于Y与其它序列的内积。这里，A是系统参数，越大稳健性越好，越小隐蔽性越好。将Y逆向置乱，并与其它未经改动的DCT系数一起做逆DCT变换，得到的即为含二维码的图像。

本系统对隐形二维码的解调是对含有隐形二维码图像扫描识别方式是先利用原图像的先验知识对隐含二维码的图像进行解调，得出含有二维码的图像信息，采用自行独立开发的二维码识别算法识别二维码，从而获取二维码相关信息，并做进一步的数据交互处理。具体解调过程是通过图像采集设备提取含有二维码信息的图像，经过离散小波变换，提取低频部分图像，对低频图像进行离散余弦变换，提取直流系数，得到构造矩阵，对矩阵进行SVD分解，得到奇异矩阵，根据调制系数，在中提取维度脉冲信号，对维度脉冲信号进行识别解码，得到二维码信息。

首先将载体图像做8×8的分块DCT变换，并根据密钥将每一小块中(4,4)频率位置的DCT系数提出构成一个数据块，然后将这个数据块按与二维码嵌入时的同样的方式置乱为一个一维向量Y'。再根据密钥得到N个正交序列S1、S2、…、SN，并计算.

C′_i＝Y′·S_i，i＝1，2，...，N

找出C'i中最大的M个，将它们的序号由小到大记为q1、q2、…、qM，并计算

例如N＝8、M＝4时q1、q2、…、qM依次为1、2、4、8，便可计算出Q'＝36。最后将Q'转化为二进制序列即为提取出的二维码信息W.

二维码在调制过程当中是在原始数据上迭加了M个伪随机序列，但实际上嵌入了L比特(L>M)，特别是当N较大时，L更是远大于M。本算法将二维码信息嵌入在中频分量，兼顾了稳健性和隐蔽性。稳健性主要与参数A有关，嵌入量则取决于参数M，而隐蔽性则与这两个参数都有密切关系。实际应用中，可以根据不同情况调整这两个系统参数。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。