一种基于光栅识别提取的印刷图像防伪造方法与流程

本发明属于印刷防伪技术领域，具体涉及一种基于光栅识别提取的印刷图像防伪造方法。

背景技术

随着计算机信息处理技术和半色调数字加网技术的发展，基于半色调网点空间位置分布以及网点形状为载体的光栅防伪技术成为研究热点。该技术通过图像处理方法将防伪信息嵌入半色调图像中，利用与之匹配的光栅提取隐藏信息，达到防伪的目的。在实际应用中，对设备依赖性小，对印刷复制工艺没有特殊要求，生产方式灵活多变，不增加额外的加工成本。

《北京印刷学院学报》第25卷第2期的《算法数字防伪光栅的设计与评价》的研究中，以相位调制法为基础，设计一种通过算法来实现的数字光栅，并对其进行质量评价。数字光栅是光栅防伪中提取潜像的唯一工具，结合宿主图像分辨率、加网线数、光栅条空比的量化关系，利用matlab完成两种不同类型数字光栅的制作并获得清晰提取图像，研究表明，算法光栅能够提取清晰的防伪潜像，提取质量优于软件光栅且在品红和青通道中有较好的适用性，虽然算法光栅取得了较好的效果，但其仍只针对单一通道的防伪信息。

《包装工程》第36卷第5期的《分通道相位调制潜像法防伪效果的评价》的研究中，以半色调加网原理为理论基础，运用相位调制潜像技术实现一种光栅防伪方法。设计原图与潜像，对其设置加网参数进行数字加网，在c、m、y、k通道分别嵌入潜像作为防伪母版，根据加网线数的不同，设计具有对应周期的数字光栅，而后与防伪母版进行适当角度覆合完成防伪信息的提取，得到的实验结果显示，m和c通道中潜像的提取效果最好，是防伪的适用通道。但是该研究中，只是以c、m、y、k通道中的一个通道作为防伪母版，嵌入的防伪信息比较单一。

公开号为cn106891632a的中国发明专利申请公布了一种印刷品光栅和图像载体组合拼接防伪标记的制作方法，通过分割需要隐藏的图文信息，将被分割的部分分别置入载体图像和显隐光栅上。使用带有图文信息的显隐光栅提取与之对应数字图中完整的图文信息，并图像完整再现的效果，与数字图像不匹配的光栅不能达到提取完整图文信息的效果，因此提高了产品的防伪性能，但是该方法将防伪标记进行分割，虽然也实现了不同的通道，但是两个通道上的加网参数一致，导致防伪标记的隐蔽性非常差，效果糟糕。

因此，现有的研究大多数集中于在单通道中设置防伪信息或者防伪标识，少部分两个通道的防伪标识的隐藏方法中隐蔽性效果非常好，导致防伪失效，并未真正实现多层次的加密效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于光栅识别提取的印刷图像防伪造方法，只有在两个防伪标识在两个不同的提取角度下均提取出时，背景图才为非伪造背景图，验证过程操作简便，但是伪造者难以攻破本发明的防伪参数，特别是在双加密通道的情况下，使得本发明的防伪造背景图抗攻击性强，加密性能好。

本发明提供了如下的技术方案：一种基于光栅识别提取的印刷图像防伪造方法，包括以下步骤：

步骤(1)、背景图预处理

选择背景图，将背景图的颜色模式转换为cmyk色彩模式，分解得到c通道的图像、m通道的图像、y通道的图像和k通道的图像；c通道和m通道为加密通道；

设置加网线数和各个通道的加网角度，进行加网处理，得到c通道加网图、m通道加网图、y通道加网图和k通道加网图；加网图均由网点组成；

步骤(2)、隐藏第一防伪标识和第二防伪标识

选择第一防伪标识，在c通道中设置第一防伪标识，得到加密的c通道的图像；选择第二防伪标识，在m通道中设置第二防伪标识，得到加密的m通道的图像；

步骤(3)、得到待输出的背景图

将步骤(2)得到的加密的c通道的图像、加密的m通道的图像以及步骤(1)得到的y通道加网图和k通道加网图合并，将第一防伪标识和第二防伪标识隐藏在4个通道的合成图中，合并后得到隐藏有防伪标识的背景图，此时的背景图即为待输出的背景图；

步骤(4)、光栅验证

根据c通道和m通道的加网角度得到第一提取角度和第二提取角度；

制作匹配的检验光栅，叠加于隐藏有防伪标识的背景图上，将检验光栅与水平线之间的夹角摆放为第一提取角度，上下移动检验光栅，直至观察到第一防伪标识，如果无法观察到第一防伪标识，则背景图为伪造图；

当观察到第一防伪标识后，旋转检验光栅，使其与水平线之间的夹角为第二提取角度，上下移动检验光栅，直至观察到第二防伪标识，如果无法观察到第二防伪标识，则背景图仍然为伪造图。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述隐藏有防伪标识的背景图为输出前的数字图像，所述检验光栅为数字模拟光栅。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述隐藏有防伪标识的背景图为印刷输出的实物图像，所述检验光栅为实物光栅。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第一防伪标识为字母和数字的组合，在c通道中设置第一防伪标识的方法为：

在c通道加网图上获取第一防伪标识的轮廓区域，记为a1，根据c通道加密算法移动a1内的网点，a1内的网点移动后，c通道加密算法为：

其中，x1为a1内的网点水平方向移动距离，y1为a1内的网点垂直方向移动距离，d为相邻两个网点之间的距离，d＝25.4/l，单位为mm；l为加网线数，单位为lpi；α1为c通道的加网角度。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述α1＝0°，在c通道中设置防伪标识时的加密算法为：

所述第一提取角度为当提取出第一防伪标识时检验光栅的条纹与水平线之间的夹角，且为逆时针方向，所述第一提取角度为0°。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述轮廓区域a1的获取方法为：

(1)、在图像处理软件中以图层方式打开c通道加网图，记为第一图层；

(2)、新建第二图层，第二图层位于第一图层上方，在第二图层中放入第一防伪标识，并使用选择工具，勾选出第一防伪标识的轮廓；

(3)、保留勾选出的第一防伪标识的轮廓，删除第二图层，此时在第一图层的相同位置获得轮廓区域a1。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第二防伪标识为矢量图形，在m通道中设置第二防伪标识的方法为：

在m通道加网图上获取第二防伪标识的轮廓区域，记为a2，根据m通道加密算法移动a2内的网点，a2内的网点移动后，得到加密的m通道的图像，m通道加密算法为：

其中，x2为a2内的网点水平方向移动距离，y2为a2内的网点垂直方向移动距离，α2为m通道的加网角度；a2内的网点移动后，得到加密的m通道的图像。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述α2＝15°，在m通道中设置防伪标识时的加密算法为：

所述第二提取角度为当提取出第二防伪标识时检验光栅的条纹与水平线之间的夹角，且为逆时针方向，第二提取角度为15°。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤(1)中，加网线数为72～200lpi，加网处理时y通道的图像和k通道的图像分别为45°和75°。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述检验光栅为矩形结构且可完全覆盖第一防伪标识和第二防伪标识，检验光栅为由黑色条纹和透明条纹间隔排列组成。

本发明的有益效果：防伪标识包括第一防伪标识和第二防伪标识，分别设置在不同的颜色通道中，提取时具有两个提取角度，防复制且抗攻击性强，具体在于：

(1)、本发明根据c通道和m通道的加网角度得到第一提取角度和第二提取角度，验证背景图是否为伪造图的方法为：将检验光栅与水平线之间的夹角摆放为第一提取角度，上下移动检验光栅，直至观察到第一防伪标识，如果无法观察到第一防伪标识，则背景图为伪造图；当观察到第一防伪标识后，旋转检验光栅，使其与水平线之间的夹角为第二提取角度，上下移动检验光栅，直至观察到第二防伪标识，如果无法观察到第二防伪标识，则背景图仍然为伪造图；

本发明验证真伪需经过双重防伪标识的识别，只有在两个防伪标识在两个不同的提取角度下均提取出时，背景图才为非伪造背景图，验证过程操作简便，但是伪造者难以攻破本发明的防伪参数，特别是在双加密通道的情况下，使得本发明的防伪造背景图抗攻击性强，加密性能好；

(2)、本发明的隐藏有防伪标识的背景图可以为输出前的数字图像，检验光栅为数字模拟光栅；或者隐藏有防伪标识的背景图为印刷输出的实物图像，检验光栅为实物光栅；实际操作中，成本较低，使用方便；

(3)、本发明的防伪标识包括第一防伪标识和第二防伪标识，第一防伪标识设置于c通道中，第一防伪标识为字母和数字的组合；第二防伪标识设置于m通道中，第二防伪标识为矢量图形，第一防伪标识和第二防伪标识不相同，提高了防伪性；在提取时，在第一提取角度下提取出第一防伪标识，然后旋转检验光栅，在第二提取角度下提取出第二防伪标识，在对应的角度下即可准确提取出防伪标识，操作简单，但保证了提取的清晰度；当使用的产品上带有本发明的背景图时，采用检验光栅进行验证，当可以同时在两个提取角度下准确观察到防伪标识时，表明该背景图为非伪造的背景图；当无法观察到防伪标识时，表明该背景图为伪造的背景图；

(4)、本发明的防伪标识的设置方法，基于图像在印刷输出前需要进行半色调处理的原理，在半色调过程中隐藏防伪标识，由于防伪标识的隐藏形成于数字加网输出的过程中且基于网点的位移运动，这样的防伪方法，抗攻击性强，伪造者很难破译四个通道上的加网角度以及加网线数，另外，当伪造者复制隐藏有防伪标识的背景图时，由于复制过程中的二次加网，会使得原有的网点结构遭到破坏；

(5)、本发明的防伪标识的设置方法，采用双层加密的方式，优选c通道和m通道为加密通道，在这两个通道中均设置防伪标识，且轮廓区域a1和轮廓区域a2在合并后得到的隐藏有防伪标识的背景图中互不重叠，即两个通道上的防伪标识互不重叠，采用这样的方式，在背景图中两个通道上均具有防伪标识的潜像，其通过两次隐藏操作完成，该过程中设置双重防伪参数，伪造者破译防伪参数的难度提高。

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中的背景图的灰度图；

图2是本发明实施例1中隐藏有防伪标识的背景图的灰度图；

图3为本发明实施例1中c通道上的防伪标识提取图的灰度图；

图4为本发明实施例1中m通道上的防伪标识提取图的灰度图；

图5为本发明实施例2中的背景图的灰度图；

图6是本发明实施例2中隐藏有防伪标识的背景图的灰度图；

图7为本发明实施例2中c通道上的防伪标识提取图的灰度图；

图8为本发明实施例2中m通道上的防伪标识提取图的灰度图；

图9为本发明实施例3中的背景图的灰度图；

图10是本发明实施例3中隐藏有防伪标识的背景图的灰度图；

图11为本发明实施例3中c通道上的防伪标识提取图的灰度图；

图12为本发明实施例3中m通道上的防伪标识提取图的灰度图。

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

本实施例1中提供一种基于光栅识别提取的印刷图像防伪造方法，包括以下步骤：

步骤(1)、背景图预处理

选择背景图，背景图为中间调均匀图像，如图1所示(为方便显示与理解，图1为背景图的灰度图)；

将背景图的颜色模式转换为cmyk色彩模式，分解得到c通道的图像、m通道的图像、y通道的图像和k通道的图像；

c通道和m通道为加密通道，用于在这两个通道中隐藏防伪标识，防伪标识包括第一防伪标识和第二防伪标识，隐藏的防伪标识人眼不可识别；

设置加网线数和各个通道的加网角度，进行加网处理，加网线数为96lpi，加网角度中y通道的图像和k通道的图像分别为45°和75°；

得到c通道加网图、m通道加网图、y通道加网图和k通道加网图；

加网图均由网点组成，圆形网点排列形成网线，网线之间的距离通过加网处理时设置的加网线数确定；

步骤(2)、

选择第一防伪标识，第一防伪标识为字母和数字的组合；在c通道加网图上获取第一防伪标识的轮廓区域，记为a1，根据c通道加密算法移动a1内的网点；所述c通道加密算法为：

其中，x1为a1内的网点水平方向移动距离，y1为a1内的网点垂直方向移动距离，d为相邻两个网点之间的距离，d＝25.4/l，单位为mm；l为加网线数，单位为lpi；α1为c通道的加网角度。

本实施例中α1＝0°，加密算法可以简化为：

按照计算的水平和垂直的距离将a1内的网点移动后，得到加密的c通道的图像；

步骤(3)、在m通道中设置第二防伪标识

选择第二防伪标识，第二防伪标识为矢量图形；

在m通道加网图上获取第二防伪标识的轮廓区域，记为a2，根据m通道加密算法移动a2内的网点，所述m通道加密算法为：

其中，x2为a2内的网点水平方向移动距离，y2为a2内的网点垂直方向移动距离，α2为m通道的加网角度；

所述α2＝15°，加密算法可以简化为：

a2内的网点移动后，得到加密的m通道的图像；

步骤(3)、完成防伪标识的隐藏

将步骤(2)得到的加密的c通道的图像、步骤(3)得到的加密的m通道的图像以及步骤(1)得到的y通道加网图和k通道加网图合并，将第一防伪标识和第二防伪标识隐藏在4个通道的合成图中；

所述轮廓区域a1和轮廓区域a2在合并后得到的隐藏有防伪标识的背景图中互不重叠，合并后得到隐藏有防伪标识的背景图；

步骤(4)、。光栅验证

根据c通道和m通道的加网角度得到第一提取角度和第二提取角度，第一提取角度为0°，第二提取角度为15°；

制作匹配的检验光栅，检验光栅为矩形结构且可完全覆盖第一防伪标识和第二防伪标识，检验光栅为由黑色条纹和透明条纹间隔排列组成，将其叠加于隐藏有防伪标识的背景图上，将检验光栅与水平线之间的夹角摆放为第一提取角度，上下移动检验光栅，直至观察到第一防伪标识，如果无法观察到第一防伪标识，则背景图为伪造图；

当观察到第一防伪标识后，旋转检验光栅，使其与水平线之间的夹角为第二提取角度，上下移动检验光栅，直至观察到第二防伪标识，如果无法观察到第二防伪标识，则背景图仍然为伪造图。

进一步说，所述轮廓区域a1的获取方法为：

(1)、在图像处理软件中以图层方式打开c通道加网图，记为第一图层；

(2)、新建第二图层，第二图层位于第一图层上方，在第二图层中放入第一防伪标识，并使用选择工具，勾选出第一防伪标识的轮廓；

(3)、保留勾选出的第一防伪标识的轮廓，删除第二图层，此时在第一图层的相同位置获得轮廓区域a1。

进一步说，所述轮廓区域a2的获取方法为：

(1)、在图像处理软件中以图层方式重新打开m通道加网图，记为第三图层；

(2)、新建第四图层，第四图层位于第三图层上方，在第三图层中放入第二防伪标识，并使用选择工具，勾选出第二防伪标识的轮廓；

(3)、保留勾选出的第二防伪标识的轮廓，删除第四图层，此时在第三图层的相同位置获得轮廓区域a2。

将本实施例1中的c通道加网图、m通道加网图、y通道加网图和k通道加网图，得到背景图加网图像，采用结构相似度ssim算法和信噪比psnr算法分别评价实施例1中背景图加网图像和隐藏有防伪标识的背景图两者之间的相似度，得到的计算结果如下表1所示：

表1实施例1防伪标识隐藏性能评价结果

其中，ssim的数值介于0和1之间，当其计算值越接近于1，代表两幅图像越相关，相似性越大；当计算值越接近于0，代表两幅图像越不相关，相似性越小。psnr的数值越大，代表两幅图像越相关，相似性越大；本实施例1中，ssim的数值为0.7021，psnr的的数值为11.9364，结合主观评价，可以得到本实施例1中的防伪标识可以非常好的隐藏于背景图中，且提取出的清晰度较高。

实施例2

本实施例2中在实施例1的基础上，作出如下不同：如图5所示选用了不同的背景图并隐藏了不同的防伪标识，其余参数相同。

将本实施例2中的c通道加网图、m通道加网图、y通道加网图和k通道加网图，得到背景图加网图像，采用结构相似度ssim算法和信噪比psnr算法分别评价实施例2中背景图加网图像和隐藏有防伪标识的背景图两者之间的相似度，得到的计算结果如下表2所示：

表2实施例2防伪标识隐藏性能评价结果

其中，ssim的数值介于0和1之间，当其计算值越接近于1，代表两幅图像越相关，相似性越大；当计算值越接近于0，代表两幅图像越不相关，相似性越小。psnr的数值越大，代表两幅图像越相关，相似性越大；本实施例2中，ssim的数值为0.6973，psnr的的数值为11.5822，结合主观评价，可以得到本实施例2中的防伪标识可以非常好的隐藏于背景图中，且提取出的清晰度较高。

实施例3

本实施例3中在实施例1的基础上，作出如下不同：如图9所示选用了不同的背景图并隐藏了不同的防伪标识，其余参数相同。

将本实施例3中的c通道加网图、m通道加网图、y通道加网图和k通道加网图，得到背景图加网图像，采用结构相似度ssim算法和信噪比psnr算法分别评价实施例3中背景图加网图像和隐藏有防伪标识的背景图两者之间的相似度，得到的计算结果如下表3所示：

表3实施例3防伪标识隐藏性能评价结果

其中，ssim的数值介于0和1之间，当其计算值越接近于1，代表两幅图像越相关，相似性越大；当计算值越接近于0，代表两幅图像越不相关，相似性越小。psnr的数值越大，代表两幅图像越相关，相似性越大；本实施例3中，ssim的数值为0.6744，psnr的的数值为11.5043，结合主观评价，可以得到本实施例3中的防伪标识可以非常好的隐藏于背景图中，且提取出的清晰度较高。

需要说明的是，实施例1～3所提及的图2、图3、图4、图6、图7、图8、图10、图11、图12为本领域公知的半色调图(已滤除色彩信息)，其由网点组成，为离散化的图像，这些图像为印刷前待输出图，其可以准确的反应原稿的阶调变化，特别的是，图3、图4、图7、图8、图11、图12为覆盖光栅的半色调图，这些附图是清晰的，而图1、图5和图9则为另一种形式的连续调图像，在印刷领域中为前序工作。