一种光栅防伪隐形图文的网点位移潜像形成方法与流程

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种光栅防伪隐形图文的网点位移潜像形成方法。

背景技术

随着印刷技术的不断发展，一些盗版者也开始通过仿制或复制各种印刷品来获取非法利益，虽然纸张防伪、油墨防伪、版纹防伪、3d防伪等新技术不断涌现，但大都以增加成本为代价。基于数字加网技术与光栅材料特性相结合的防伪方法简单易行，对设备及印刷工艺没有太高的要求，且不会增加生产成本，是一种很有发展前景的防伪方法,其主要分为隐形图文的隐藏和显现两部分，隐形图文的隐藏可以通过改变网点的位置从而设置潜像完成，隐形图文的显现是根据光栅材料光学性质实现，结合数字加网参数与光栅参数之间的关系，达到防伪的目的。

隐形图文的隐藏(嵌入)阶段：采用数字加网技术(加网后的半色调图像是用网点百分比来再现连续调原稿图像的阶调和层次变化的)，生成由数字网点构成的半色调图，在半色调图中，再采用相位调制法进行网点的位移，因此，光栅防伪的实现需要相位调制与数字加网相结合运用。

迄今为止，不管是基于莫尔效应或者是改进的光栅防伪方法，其在隐形图文的潜像嵌入阶段，几乎全部采用统一的相位调制法，该方法对潜像的嵌入和显现具有非常深远的影响，直至现阶段的研究中，光栅防伪中隐形图文的隐藏和显现，以及检测光栅的频率周期的设计，均依赖于该方法才得以实现。但是在相位调制法的应用中，并没有完全考虑与其相结合使用的数字加网的特别情况，进一步说，数字加网有其自身的特点，但是相位调制法是一种一概而论的方法，其在暗调图像的应用中，隐形图文的隐藏效果非常糟糕。

数字网点的生成主要是按网点形状建立数学模型(数学表达式)，进而规定在一个网目调单元中所有的记录栅格如何曝光(即曝光的次序)，主要有阈值法、模型法、生长模型法和对半取反法这4中生成方法。其中的对半取反法是指以50％的网点为基准，对大于百分之50％的网点，则取与其互补的小网点的点型(就是常规方法中该曝光的网点区域不曝光，而周围不该曝光的网点区域则选择曝光)，按照取反的运算法则来获得网点。

相位调制法的算法公式为：其中，x和y分别表示网点在横向和纵向的位移量，d代表两个网点之间的距离，即网点实际移动的距离为d/2，且移动的方向为加网角度方向(由于在图像半色调过程中势必设置加网线数l，因此d为一个已知数值，)；相位调制法只考虑了基于生长模型法生成的数字网点，即网点大小随着网点百分比(颜色值)的增大而增大，相位调制法忽略了网点生成规律会产生的两方面重要影响，具体如下：

(1)、加网线数会限制部分网点实际可移动的距离：由于加网线数的设置，网点之间的距离固定，在需要进行位移的网点中，其位于边界上的部分网点，其实际可移动的距离为两个网点最近点之间的距离(记为d1)，并非在所有的位置上，网点均可以移动d/2，随着网点百分比的增大，d1会逐渐减小，因此，d1为变量；当d1小于d/2时，如果仍然按照相位调制法位移，则会引起边界上网点之间的搭接，引起强烈的视觉感知，使得防伪失效，网点间实际距离对隐蔽性和提取性能产生了协同影响；

(2)、网点百分比限制了算法公式的实际应用：相位调制法考虑的是圆形网点之间的位移，但随着网点百分比的增大，在网目调单元中，网点实际的形状并非圆形，特别是中间调或者暗调图像作为源图像时，按照生长模型法，网点形状呈现不规则的状态，根本无法适用相位调制法，因此，现有文献研究中，中间调或者暗调均无法取得较好的隐蔽效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光栅防伪隐形图文的网点位移潜像形成方法，采用对半取反法改进现有技术中的相位调制法，在中间调和暗调图像的光栅防伪操作中，取得了非常好的隐藏性能和提取显现性能。

本发明提供了如下的技术方案：一种光栅防伪隐形图文的网点位移潜像形成方法，包括如下步骤：

步骤一、准备源图像；

准备源图像，源图像包括x×y个像素点，且由c、m、y、k四个色版组成；

记c、m、y、k四个色版上颜色值函数为ic(x,y)、im(x,y)、iy(x,y)、ik(x,y)，其中(x,y)代表像素点的坐标；

步骤二、前置处理

设置隐藏条件，选择至少一个与隐藏条件相匹配的色版作为加密色版，当无法选择出加密色版时，则返回步骤一重新准备源图像；

采用数字加网方法分别得到c、m、y、k四个色版的半色调图，半色调过程中数字网点的生成方法采用对半取反法；

步骤三、设置潜像

选择隐形图文，在加密色版的半色调图中设置隐形图文的潜像，然后将4个色版叠合，得到携带隐形图文的源图像半色调图；

步骤四、制版输出

通过计算机控制曝光输出印版或者先输出菲林再晒制印版。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤二中，所述隐藏条件为颜色值条件，颜色值条件包括平均值条件和方差条件；

平均值条件：计算四个色版上颜色值的平均值，分别得到单位为％，平均值条件为或者或者或者

方差条件：当选出符合平均值条件的色版后，然后进行方差条件的筛选，计算四个色版上颜色值的方差，分别记为和方差条件为或者或者或者选出同时符合平均值条件和方差条件的色版作为加密色版。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述加密色版的选择采用matlab软件完成，将源图像转换为tiff格式，选择的方法为：

(1)、初始化matlab运行环境

清除全局变量，关闭未关闭的运行窗口，删除不需要的变量和文件；

(2)、分解源图像

在matlab中，使用imread函数读取源图像，读取源图像中每个像素点在4个颜色通道上的颜色值，得到所述颜色值函数为ic(x,y)、im(x,y)、iy(x,y)、ik(x,y)，以及所述宿主图像长度方向的像素数x和宽度方向的像素数y；

(3)、选择加密色版

在ic(x,y)、im(x,y)、iy(x,y)、ik(x,y)中，计算四个色版上颜色值的平均值和方差，分别得到所述以及和根据设置的颜色值条件，选择加密色版。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤二中，所述隐藏条件包括颜色值条件和直方图条件，加密色版的选择采用分析颜色值和直方图相结合的方式，包括以下步骤：

(1)、分析颜色值

计算四个色版上颜色值的平均值，分别得到单位为％；

颜色值条件为或者或者或者选出匹配的色版；

(2)、分析直方图

在图像处理软件中得到符合颜色值条件的色版的直方图，所述直方图条件为灰度值集中分布在中间调或者暗调的色版，根据直方图反应的灰度分布，筛选出匹配的色版作为加密色版。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤二中，数字加网前设置加网参数，加网参数包括加网线数、加网角度、网点形状和输出分辨率，记l代表所述加网线数，所述加密色版的加网角度为0度。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤三中，潜像的设置方法为：

在图像处理软件中打开加密色版的半色调图，将隐形图文置于加密色版的半色调图的图层上，根据隐形图文的轮廓在加密色版的半色调图上选取潜像区，将潜像区内的网点进行位移，位移方向为垂直向上或者垂直向下，记h代表位移的距离，记i代表加密色版上颜色值的平均值，位移距离满足的算法为：

作为上述技术方案的进一步描述：

所述位移距离满足的算法为：

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤三设置潜像后，还包括设计用于检测隐形图文的模拟光栅，模拟光栅为在图像处理软件中模拟光栅的光学折射特性制备的图层，模拟光栅由长度相同的黑色条纹和透明条纹相互平行间隔排列组成；

黑色条纹的宽度为t1，透明条纹的宽度为t2，将模拟光栅光栅覆盖在携带隐形图文的源图像半色调图，旋转和移动模拟光栅，直至观察到隐形图文，完成隐形图文的显现。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述t1的计算方法为：

所述步骤四制版输出后，还包括根据步骤三设计的模拟光栅，制备对应的实物光栅。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤三设置潜像后，还包括设计用于检测隐形图文的模拟光栅，模拟光栅为圆点光栅，圆点光栅为由直径相同的圆点均匀排列而成，各个圆点之间的距离为记各个圆点的直径r，r的计算方法为：

所述步骤四制版输出后，还包括根据步骤三设计的圆点光栅，制备对应的实物光栅。

本发明的有益效果：采用对半取反法改进现有技术中的相位调制法，在中间调和暗调图像的光栅防伪操作中，取得了非常好的隐藏性能和提取显现性能，具体在于：

1、本发明分析相位调制法的不足，对50～90％的颜色值数字加网过程中采用对半取反法进行网点生成，以50％的网点为基准，对大于百分之50％的网点，则取与其互补的小网点的点型(即常规方法中该曝光的网点区域不曝光，而周围不该曝光的网点区域则选择曝光)，按照取反的运算法则来获得网点，打破了相位调制法中的技术偏见，使得中间调和暗调的图像同样可以使用本发明改进的相位调制法，特别是在暗调图像隐形图文的隐蔽性上取得了非常显著的进步；

2、本发明在一种优选方式中的隐藏条件为采用颜色值条件和直方图条件相结合的方式，颜色值条件可以直观的反映出源图像的平均颜色值，而直方图条件则可以进一步得到源图像的亮度、对比度、阶调分布等情况，这样的方法更加科学合理；在另一种优选方式中的隐藏条件为在matlab软件中计算平均值和方差，方差可以直观的反应出颜色值在全局的波动性，选择波动较小的颜色值源图像可以更方便的进行隐形图文潜像的嵌入；

3、本发明的源图像和隐形图文具有随机性，可以是预先设计好的各种数字文件，也可以是随机选择的符合隐藏条件的数字文件，提高了实际操作的灵活性；

4、本发明的检测光栅，可以是直线光栅也可以是圆点光栅，隐形图文均取得了非常良好的显现效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1的流程图；

图2为本发明实施例1中的源图像(色彩信息未示出)；

图3为本发明实施例1中的隐形图文(色彩信息未示出)；

图4是本发明实施例1中携带隐形图文的源图像半色调图(色彩信息未示出)；

图5为本发明实施例1中覆盖识别光栅后的源图像半色调图(色彩信息未示出)；

图6为本发明实施例2中的源图像(色彩信息未示出)；

图7为本发明实施例2中的隐形图文(色彩信息未示出)；

图8是本发明实施例2中携带隐形图文的源图像半色调图(色彩信息未示出)；

图9为本发明实施例2中覆盖识别光栅后的源图像半色调图(色彩信息未示出)；

图10为本发明实施例3中的源图像(色彩信息未示出)；

图11为本发明实施例3中的隐形图文(色彩信息未示出)；

图12是本发明实施例3中携带隐形图文的源图像半色调图(色彩信息未示出)；

图13为本发明实施例3中覆盖识别光栅后的源图像半色调图(色彩信息未示出)；

图14为本发明实施例3的流程图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

实施例1

参见图1，一种光栅防伪隐形图文的网点位移潜像形成方法，包括如下步骤：

步骤一、准备源图像；

参见图2，图2为准备的数字文件形式的源图像，源图像由c、m、y、k四个色版组成；

步骤二、前置处理

1、选择加密色版

设置隐藏条件，选择至少一个与隐藏条件相匹配的色版作为加密色版；

前述的隐藏条件包括颜色值条件和直方图条件，本实施例中加密色版的选择采用分析颜色值和直方图相结合的方式，具体为：

(1)、分析颜色值

源图像包括x×y个像素点；分别读取四个色版上的颜色值，颜色值的读取方法为在matlab中使用imread函数读取，c、m、y、k四个色版上颜色值函数为ic(x,y)、im(x,y)、iy(x,y)、ik(x,y)，其中(x,y)代表像素点的坐标；计算四个色版上颜色值的平均值，分别得到单位为％；

所述颜色值条件为或者或者或者选出匹配的色版；

(2)、分析直方图

在图像处理软件中得到符合颜色值条件的色版的直方图，直方图条件为灰度值集中分布在中间调或者暗调的色版，根据直方图反应的灰度分布，筛选出匹配的色版作为加密色版。

当无法选择出加密色版时，则返回步骤一重新准备源图像；本实施例中选出的加密色版为图1中源图像的c色版(即青版)，单位为％。

2、数字加网处理

加密色版选择完成后，则采用数字加网方法分别得到c、m、y、k四个色版的半色调图，数字加网的实现过程本实施例优选采用matlab软件，数字网点的生成方法采用对半取反法；

另外，还需要在数字加网前设置加网参数，加网参数包括加网线数、加网角度、网点形状和输出分辨率，记l代表加网线数，加密色版c色版的加网角度为0度，其余色版的加网角度为15°、45°和75°的任意组合；本实施例中，l＝96，单位为lpi，输出分辨率为1440，单位为dpi，网点形状为圆形网点；

步骤三、设置潜像

选择隐形图文，在加密色版的半色调图中设置隐形图文的潜像，参见图3，图3为实施例需要嵌入的隐形图文，潜像的设置方法为：

在图像处理软件中打开加密色版的半色调图，将隐形图文置于加密色版的半色调图的图层上，根据隐形图文的轮廓在加密色版的半色调图上选取潜像区，将潜像区内的网点进行位移，位移方向为垂直向上或者垂直向下，记h代表位移的距离，记代表加密色版上颜色值的平均值，位移距离满足的算法为：

本实施例中优选将公式进一步化简，前述等同于两者实际相同，但是为便于在实际操作中更直观的表现位移距离，因此本发明采用前者进行所有的表述。

位移完成后，得到设置有潜像的加密色版，将加密色版与剩余3个色版叠合，进行合成，参见图4，得到携带隐形图文的源图像半色调图，隐形图文此时已不可见，即达到印刷品防伪的目的，然后等待输出；

步骤四、制版输出

通过计算机控制曝光输出印版。

进一步说，

由于在印刷品光栅防伪中，存在隐形图文的隐藏，就必然存在隐形图文的提取，因此，步骤三设置潜像后，还包括设计用于检测隐形图文的模拟光栅，便于用户使用模拟光栅或者实物光栅检测隐形图文，识别产品的真伪。

模拟光栅为在图像处理软件中模拟光栅的光学折射特性制备的图层，本实施例中优选模拟光栅由长度相同的黑色条纹和透明条纹相互平行间隔排列组成；

黑色条纹的宽度为t1，透明条纹的宽度为t2，将模拟光栅光栅覆盖在携带隐形图文的源图像半色调图，旋转和移动模拟光栅，参见图6，直至观察到隐形图文，完成隐形图文的显现。

进一步说，

t1的计算方法为：

所述步骤四制版输出后，还包括根据步骤三设计的模拟光栅，制备对应的实物光栅；

本实施例中

实施例2

参见图6～9，在实施例1的基础上，实施例2的不同之处在于：

(1)、源图像和隐形图文不同；

(2)、加密色版为m色版(即品版)，本实施例中单位为％。

(3)、模拟光栅为圆点光栅，圆点光栅为由直径相同的圆点均匀排列而成，各个圆点之间的距离为记各个圆点的直径r，r的计算方法为：

本实施例中，优选

实施例3

参见图10～14，在实施例1的基础上，实施例3的不同之处在于：

(1)、源图像和隐形图文不同；

(2)、本实施例中单位为％；

(3)、隐藏条件不同，本实施例中为颜色值条件，颜色值条件包括平均值条件和方差条件；

平均值条件：计算四个色版上颜色值的平均值，分别得到单位为％，平均值条件为或者或者或者

方差条件：当选出符合平均值条件的色版后，然后进行方差条件的筛选，计算四个色版上颜色值的方差，分别记为和方差条件为或者或者或者选出同时符合平均值条件和方差条件的色版作为加密色版。

采用区域对比度函数fi和信息熵函数算法ti分别评价实施例1、2和3的模拟光栅和携带隐形图文的源图像半色调图的叠加图(准确提取隐形图文的状态下)，得到的结果如下表1所示：

表1隐形图文显现效果评价

fi和ti的值越接近1，代表隐形图文显现效果越好，其中，区域对比度函数fi的算法如下：

上式为基于区域对比度的图像显著性评价函数，dev(x,y)表示上述定义的区域对比度；maxf△(x,y)和minf△(x,y)分别代表该区域内的灰度最大值以及最小值，0≤dev(x,y)≤1；

信息熵函数算法ti的计算方法为pk表示灰度值k在该图像中出现的频率，n表示图像的灰度等级。

实施例1、2、3，虽然采用不同的源图像和隐形图文，最后不管是在模拟光栅还是实物光栅的检测中，隐形图文的显现效果均非常显著，具有较为强烈的反差和对比度，提取性能更好，参照表1的数据，实施例1、2、3均接近于1，从客观上反应了本发明潜像设置方法可以获得优异的隐形图文显现效果。

采用ssim(结构相似度)算法和wsnr(加权信噪比)分别评价实施例1、2和3中不携带隐形图文的源图像半色调图和携带隐形图文的源图像半色调图两者之间的相似度，从而间接得到实施例1、2、3中隐形图文的隐蔽性的评价结果，计算结果如下表2所示：

表2隐蔽性评价评价结果

ssim的值越接近于1或者wsnr的值越大，代表两幅图像的相似度越大，由上述表2的计算结果可知，实施例1～3的ssim值均接近于1，且均大于0.9，同时，wsnr均较大；另外，视觉角度上，与未做任何处理的不携带隐形图文的源图像半色调图相比，差别非常小，可以较好的隐藏隐形图文，使其不会被肉眼识别。

因此，本发明相较于现有技术，取得的技术进步在于：

1、改进10～50％颜色值的网点的位移算法

基于背景技术指出的不足，对于网点百分比(即颜色值)小于等于50％的网点，当d/2＝d1时，此时移动后的网点刚好和它前方的网点相接触但不搭接，数字加网时势必会设置加网参数，因此加网线数l为已知数，加网线数l确定了相邻两个网点之间的距离d和一个网目调单元的边长d2，d＝d2(此处为本领域公知常识，故不赘述)，两个网点最近点之间的距离d1等于相邻两个网点之间的距离d减去两个半径r的值，在加网线数一定的情况下，d1则取决于网点半径r，而网点半径取决于颜色值i，得到如下算式：

因此，当d/2等于d1时，此时移动后的网点刚好和它前方的网点相接触但不搭接，在photoshop中受到输出分辨率影响，网点形状并非一定是标准的圆形，因此，将i取整数为20；以i＝20为阈值；

按照传统网点位移法移动网点时，i＝20为阈值，大于此阈值后再按照传统方法进行，就会产生网点搭接，网点搭接会对防伪信息隐蔽性造成非常大的负面效果，搭接处的视觉感知非常明显，尤其是搭接处的网点还是边界上的网点，会使得防伪信息的轮廓在提取前就被人眼感知，导致防伪功能失效。

因此，本发明中仅在i≤20时，参考现有的网点位移方法，采用x和y分别表示横向和纵向的位移量，对集合a的网点进行网点位移，在这个范围内，均可以实现防伪信息的隐藏和提取，其中，时，提取识别性能达到最佳，位移算法又可以表达为：

运用到平均值的情况，即为：

时，则

经过多次实验测试发现，当网点百分比小于10％时，隐形图文的隐蔽性非常好，但是提取识别性能极差，对于该范围(即高亮的源图像)不做考虑；

当i＞20，按照传统网点位移法移动网点时(即在加网方向上移动d/2)，部分网点会与其移动方向前方的网点搭接，导致防伪功能失效；为保证一定的隐蔽性，当移动距离大于0小于等于d1时，均可以实现防伪信息的隐藏和提取，具体如下：

0＜h≤d1；

又因为：

所以，网点此时的位移算法如下：

运用到平均值的情况，即为：

20＜α≤50时，则

因此，对于颜色值为10～50的网点，本发明的位移算法为：

2、改进50～90％颜色值的网点的位移算法和设置网点生成方法

对半取反法是指以50％的网点为基准，对大于百分之50％的网点，则取与其互补的小网点的点型(即常规方法中该曝光的网点区域不曝光，而周围不该曝光的网点区域则选择曝光)，按照取反的运算法则来获得网点，因此，对于从50％开始递增的颜色值，如51％颜色值的网点，则按照49％的传统方法(如生长模型法)曝光，就可以得到圆形的网点，最终得到51％颜色值的网点与49％颜色值的网点的形状完全相同，唯一的区别在于两者的曝光点相反，51％颜色值的网点为空白圆形。

当递增至90％时，则按照10％的传统方法曝光，就可以得到圆形的网点，最终得到90％颜色值的网点与10％颜色值的网点的形状完全相同，但是当继续递增例如到91％时，则按照9％的传统方法曝光，虽然可以得到圆形的网点，90％颜色值的网点与9％颜色值的网点的形状完全相同，但是前述中已披露过，当网点百分比小于10％时，隐形图文的隐蔽性非常好，但是提取识别性能极差，因此，对于90～100％的颜色值不作考虑。

本发明将50～90％的颜色值数字加网过程中采用对半取反法进行，使得中间调和暗调的图像同样可以使用本发明改进的相位调制法。最终，得到的位移算法如下：