圖像分存的商標(biāo)防偽方案技術(shù)探討

魏娟麗

（西安體育學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)管理中心，西安 710068）

0 引言

在當(dāng)今社會(huì)上，隨著信息科技、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，商標(biāo)防偽和商標(biāo)偽造假冒這對(duì)互相矛盾的技術(shù)也隨之相伴發(fā)展。盡管眾多企業(yè)投入了大量的人力物力在商標(biāo)防偽的研究上，但事實(shí)上商標(biāo)偽造假冒事件從未間斷過(guò)。從一個(gè)新的防偽技術(shù)產(chǎn)生及其在產(chǎn)品中應(yīng)用到商標(biāo)被偽造假冒間的間隔周期越來(lái)越短。因此致力于商標(biāo)防偽研究的業(yè)界人士都在努力尋找偽造假冒難度大、便于管理、成本低廉的防偽技術(shù)[1,2]。為解決商標(biāo)防偽問(wèn)題，提出“基于可視信息分存技術(shù)的商標(biāo)防偽"方案，這個(gè)方案不但解決了兩個(gè)關(guān)鍵性矛盾，還解決了在商標(biāo)制作流程、生產(chǎn)流程中的管理問(wèn)題；一方面解決了識(shí)別易和高防偽能力、仿造難和成本高之間的矛盾。另一方面、解決了印刷過(guò)程中的商標(biāo)流失問(wèn)題，即流程管理漏洞。

1 圖像分存用于商標(biāo)防偽的基本思想

圖像分存用于商標(biāo)防偽的基本思想是放棄復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，無(wú)需通過(guò)計(jì)算機(jī)，使用手工方式將兩幅分存透明膠片圖像直接對(duì)齊重疊，就可以利用人類視覺(jué)系統(tǒng)直接讀出[3]。其原理在于：1）人類視覺(jué)系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)比周圍環(huán)境來(lái)辨別物件的，而無(wú)法清晰地辨別每幅圖像中的每一個(gè)像素，只能感受到一塊區(qū)域所有像素平均顏色的顏色色調(diào)。2）在實(shí)際中的印刷設(shè)備是不能直接顯示原圖像的灰度或色調(diào)，只能控制單點(diǎn)的?。ê邳c(diǎn)）還是不印（白點(diǎn)）。也就是說(shuō)需要用網(wǎng)點(diǎn)的疏密來(lái)表現(xiàn)影像的色階，即應(yīng)用半色調(diào)技術(shù)。3）可視分存就是將原始圖像上的每個(gè)像素分存為兩幅圖像上的2×2像素方塊。像素間重疊具有以下特性：黑+黑=黑，黑+白=黑，白+黑=黑，白+白=白，其中黑白是指二值圖像中的像素色調(diào)的屬性。4）原始圖像是黑店則會(huì)得到全黑的區(qū)塊，但是白點(diǎn)就會(huì)組合出半黑半白的區(qū)塊，而人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)該區(qū)塊可視效果為50%的灰點(diǎn)。

從上述內(nèi)容可知本文提出的基于可視信息分存的商標(biāo)防偽方案實(shí)現(xiàn)的防偽商標(biāo)辨別方法簡(jiǎn)易，在實(shí)現(xiàn)中具有廣泛的應(yīng)用前景和很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 基于圖像分存的商標(biāo)防偽新方案及其實(shí)現(xiàn)

2.1 商標(biāo)防偽新方案

該商標(biāo)防偽新方案是基于（2，2）可視分存技術(shù)和分塊水印技術(shù)提出的。（2，2）可視分存技術(shù)是按照一定的方案把二值圖象的黑白象素分存為兩個(gè)不同版本的子像素，以達(dá)到把一個(gè)圖像A分存為兩個(gè)圖像B和C。這兩個(gè)分存圖像B和C具有以下性質(zhì)：圖像B、C不需要任何計(jì)算機(jī)的參與，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的重疊就可以重新得到原圖A。分存技術(shù)是像素級(jí)的，與圖層級(jí)別的處理是有著本質(zhì)上的區(qū)別，任何不通過(guò)可視分存方案得到的圖B、C，都無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單地重疊得到原圖A。根據(jù)這一原理，按照實(shí)際需要設(shè)計(jì)一個(gè)防偽商標(biāo)處理新方案：把商標(biāo)A按照防偽處理技術(shù)處理后得到圖像B和圖像C，然后讓圖像C一個(gè)作為商標(biāo)表層，圖像B作為商標(biāo)的底層，重疊后可以顯現(xiàn)出商標(biāo)A。表層的圖像是印刷在透明的膠片上，底層圖像使用一種易氧化的油墨，揭開(kāi)后回在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)因氧化而使得圖像B消失。同時(shí)在印刷制作時(shí)隨包裝還有一個(gè)圖像B的備份，可以通過(guò)把揭開(kāi)的圖像C與圖像B的備份進(jìn)行重疊來(lái)校驗(yàn)商標(biāo)的真?zhèn)?，如果可以重現(xiàn)商標(biāo)A表明是真品，否則為假。其中防偽技術(shù)包括分存技術(shù)和水印技術(shù)，水印技術(shù)主要是向商標(biāo)A中寫入需要印刷的數(shù)量，以方便在商標(biāo)印刷階段的控制管理，保證商標(biāo)不會(huì)被任意的擴(kuò)大印刷，減少商標(biāo)在印刷環(huán)節(jié)的流失風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)商標(biāo)的過(guò)程管理。

2.2 商標(biāo)防偽方案的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)該方案的核心問(wèn)題有以下兩個(gè)：1）控制信息在商標(biāo)圖像中的讀寫；2）分存算法的實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 控制信息的讀寫

1）嵌入控制信息。控制信息實(shí)際就是商標(biāo)的印刷數(shù)量，通過(guò)數(shù)量的控制可以控制防偽商標(biāo)在印刷環(huán)節(jié)的流失。本文的想法是：首先由需求廠家輸入商標(biāo)的印刷數(shù)量，把輸入的值轉(zhuǎn)換成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)串，然后通過(guò)2X2分塊水印算法把這個(gè)二進(jìn)制數(shù)串嵌入到商標(biāo)圖像中。最后得到一個(gè)加入控制信息的商標(biāo)圖像和一個(gè)水印密鑰。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：（1）先讀入商標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)信息到一個(gè)布爾矩陣中（這里用二維數(shù)組來(lái)表示），再把這個(gè)布爾矩陣分割成M個(gè)2×2的不相交的子矩陣。（2）然后根據(jù)公式對(duì)這M個(gè)子矩陣進(jìn)行篩選，會(huì)得到n個(gè)可用子塊，同時(shí)用一個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)組key記住每個(gè)這n個(gè)可用子塊的特征。其中數(shù)組key含有兩個(gè)域：表征域和指針域；表征域是表示該可用塊是否是有效塊（就是被選中嵌入信息的塊）；指針域是指出下一個(gè)有效塊的位置；初值均為0。（3）根據(jù)輸入控制信息的大小，利用隨機(jī)函數(shù)從可用子塊集中選出與控制信息的大小相適應(yīng)的有效塊的數(shù)量。同時(shí)也就產(chǎn)生了密鑰。（4）按照后面的兩個(gè)規(guī)則對(duì)有效自塊進(jìn)行奇偶?jí)K轉(zhuǎn)換操作。

2）提取控制信息。進(jìn)入印刷階段，我們需要對(duì)其進(jìn)行過(guò)程控制管理，這時(shí)就需要利用水印算法提取出隱藏在商標(biāo)里的控制信息。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：（1）先讀入商標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)信息到一個(gè)布爾矩陣中（這里用二維數(shù)組來(lái)表示），再把這個(gè)布爾矩陣分割成M個(gè)2×2的不相交的子矩陣。（2）根據(jù)公式對(duì)這M個(gè)子矩陣進(jìn)行篩選，會(huì)得Nn個(gè)可用子塊。（3）再根據(jù)密鑰key篩選出有效子塊，然后根據(jù)有效子塊的奇偶性就可以得到一個(gè)二進(jìn)制數(shù)串，最后把二進(jìn)制數(shù)串轉(zhuǎn)換成控制信息。

3） 控制信息的讀寫流程。在印刷階段中要保證在每次修改控制信息時(shí)都要及時(shí)把修改后的控制信息寫入到商標(biāo)中，以真正達(dá)到過(guò)程管理目的。當(dāng)印刷數(shù)量大于0時(shí)，就產(chǎn)生一組分存并發(fā)送印刷，否則就終止印刷。

2.2.2 像素分存的實(shí)現(xiàn)

本文的方案是要把一個(gè)商標(biāo)圖像分存到兩張不同的圖像中，因此要考慮商標(biāo)圖像和兩個(gè)分存載體圖像原始位置上像素值。這三個(gè)圖像的像素值的可能分布情況共有8種：商標(biāo)原始位置像素是白色、分存一二白色；商標(biāo)原始位置像素是白色、分存一是白色、分存二黑色；商標(biāo)原始位置像素是白色、分存一是黑色、分存二白色；商標(biāo)原始位置像素是白色、分存一二黑色；商標(biāo)原始位置像素是黑色、分存一二白色；商標(biāo)原始位置像素是黑色、分存一是白色、分存二黑色；商標(biāo)原始位置像素是黑色、分存一是黑色、分存二白色；商標(biāo)原始位置像素是黑色、分存一二黑色。根據(jù)這8種不同的像素特征，結(jié)合前面所講的二值圖像的分存方案，為每一種情況選擇一個(gè)分存解空間，然后隨機(jī)的在對(duì)應(yīng)的解空間中選取一個(gè)具體的分存策略來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 印刷技術(shù)

在印刷階段要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1）選擇相應(yīng)化學(xué)特性的油墨以保證在印刷出來(lái)的圖片在空氣中暴露若干分鐘后就會(huì)發(fā)生氧化，致使圖片消失。2）易氧化分存圖像在印刷時(shí)以及與另一個(gè)分存圖像重疊合并后們?nèi)绾畏乐挂虬l(fā)生氧化而使得效果失真或完全丟失圖像的問(wèn)題。3）如何解決商標(biāo)的兩個(gè)分存圖像重疊時(shí)對(duì)準(zhǔn)精度的問(wèn)題。因?yàn)檫@個(gè)防偽方案是像素級(jí)的，所以對(duì)兩個(gè)分存圖像重疊的對(duì)準(zhǔn)精度要求很高。2.2.4 商標(biāo)防偽方案的實(shí)現(xiàn)

本文提出的這個(gè)商標(biāo)防偽方案首先要求需求方提供商標(biāo)的二值圖像和分存載體二值圖像，并由管理者利用本文提出的水印算法把控制信息嵌入到商標(biāo)圖像當(dāng)中，接著利用分存算法產(chǎn)生兩個(gè)分存圖像；再把嵌入了控制信息的商標(biāo)圖像、商標(biāo)分存圖像和有分塊水印算法產(chǎn)生的密鑰一起寫入到加密芯片中。然后把加密芯片送到印刷生產(chǎn)線。在開(kāi)始印刷前，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)商標(biāo)中的控制信息進(jìn)行檢測(cè)，如果控制信息不合法則會(huì)中止；如果合法則立即分析控制信息屬性，如果是禁止屬性則中止，否則輸出到印刷設(shè)備中印刷。在印刷的過(guò)程中會(huì)不間斷地修改控制信息的屬性值，當(dāng)屬性值變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)就立即中止商標(biāo)印刷。印刷出來(lái)的成品商標(biāo)的表層圖像C是印刷在透明的膠片上的，底層圖像使用一種易氧化的油墨，揭開(kāi)后回在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)因氧化而使得圖像B消失。同時(shí)在印刷制作時(shí)隨包裝還有一個(gè)圖像B的備份，可以通過(guò)把揭開(kāi)的圖像C與圖像B的備份進(jìn)行重疊來(lái)校驗(yàn)商標(biāo)的真?zhèn)?，如果可以重現(xiàn)商標(biāo)圖像即表明是真品，否則為假。

基于視覺(jué)信息分存的商標(biāo)防偽方案實(shí)現(xiàn)的主要步驟包括：1）信息數(shù)據(jù)初始化。11）角色及其權(quán)限的確定。12）確定控制信息。13）確定商標(biāo)圖像。2）輸入分存載體圖像，21）具有該權(quán)限的角色登陸。22）輸入載體圖像。3）把商標(biāo)圖像分存到載體圖像。利用分存算法，采用事先確定好的可視信息分存的像素分存方案把商標(biāo)圖像分存到兩個(gè)分存載體圖像中。4）把控制信息嵌入到商標(biāo)圖像中。41）產(chǎn)生一個(gè)密鑰key和校驗(yàn)信息。42）利用密鑰key和水印算法對(duì)商標(biāo)圖像進(jìn)行處理，獲取可寫入信息的有效位置。43）利用水印算法把控制信息寫入有效位置。44）把修改后的有效位置值寫回到商標(biāo)圖像中。45）輸出寫入了控制信息的商標(biāo)圖像、密鑰key和校驗(yàn)信息。5）把商標(biāo)生產(chǎn)有關(guān)數(shù)據(jù)寫入到加密芯片。51）對(duì)加密芯片進(jìn)行初始化。52）把前面步驟產(chǎn)生的嵌入了控制信息的商標(biāo)圖像、分存圖像、密鑰key和校驗(yàn)信息寫入到加密芯片。6）進(jìn)入印刷階段。61）從加密芯片中讀取嵌入了控制信息的商標(biāo)圖像、分存圖像、密鑰key和校驗(yàn)信息。62）利用水印算法從商標(biāo)圖像中提取控制信息。63）對(duì)提取的控制信息進(jìn)行合法小校驗(yàn)。非法信息則立即中止，合法繼續(xù)下一步。64）對(duì)提取的控制信息進(jìn)行分析，根據(jù)控制信息屬性決定是否進(jìn)行下一步還是中止。65）送往印刷設(shè)備進(jìn)行印刷生產(chǎn)。66）修改控制信息屬性，并按照步驟44）的方法寫回到商標(biāo)圖像中，再按照步驟45）的方法寫回到加密芯片中，然后轉(zhuǎn)到64）繼續(xù)。67）把商標(biāo)送往產(chǎn)品生產(chǎn)線包裝。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)面向二值圖像的（k，k）可視秘密分存和現(xiàn)有水印算法的分析實(shí)驗(yàn)，提出了一種基于可視信息分存的商標(biāo)防偽方案。本方案解決了兩個(gè)關(guān)鍵性矛盾及其商標(biāo)制作流程、生產(chǎn)流程中的管理問(wèn)題：解決了識(shí)別易和高防偽能力、仿造難和成本高之間的矛盾；解決了印刷過(guò)程中的商標(biāo)流失問(wèn)題，即流程管理漏洞問(wèn)題。

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