[发明专利]基于光学微结构的防复印图像水印方法

说明书

本发明提供一种检测复印件和原件的方法，从而达到防复印的目的，其基本原理是将经过编码和加密后的水印信息嵌入到载体直线上，再结合光学上的折射理论设计光学微结构并将其印刷到纸介质上，用以校正嵌入水印造成的载体失真。而在检测阶段则采用四步相移技术对待检测材料成像，再经过水印提取算法提取水印信息。该方法包括水印嵌入和提取两个过程，包括步骤：水印形式和载体形式选择；水印编码和加密；水印嵌入到载体；光学微结构修复失真；四步相移技术成像；水印提取算法提取水印。本技术可以有效的区分原件和复印件，并且有较好的鲁棒性，可用于票据、文档等重要材料的防伪中。

技术领域

本发明属于通信与信息系统领域，涉及信息理论与编码、图像处理和材料光学等技术，特别涉及数字图像水印技术。

背景技术

随着高清扫描和打印设备的快速发展，通过复印的方式对纸质材料进行非授权复制和翻录现象日益严重，严重侵犯了材料所有者的利益。甚至有些不法分子将这种手法用于复印票据、证书、证件等，严重扰乱了社会秩序，给国家和人民财产造成了损失。数字水印正是在这种环境下应运而生。它可以用于作品的知识产权保护，票据防伪，真伪鉴别，文件篡改提示等等。本发明主要为了应对通过对纸质材料的非法复印以达到以假乱真的目的的非法行为。

国内外从上世纪70年代后期就开始了对纸张防复印技术的研究，已经取得了一定的研究成果，其中最具代表性的方法可分为三类：基于纸张的防复印技术、基于隐形图文的防复印技术、基于特殊油墨的防复印技术。

基于纸张的防复印技术：扫描仪或复印机的原理是用强光照射纸介质，没有被纸介质吸收的光线将被反射到光学感应器上。仪器接收到这些信号后，将其转换成可以显示的图像，从而达到扫描复制的目的。基于纸张的防复印技术主要思想是通过在纸介质中添加特殊物质，当其被扫描仪的强光照射时会出现模糊或者变色的情况，从而达到防复印的目的。这种技术虽然可以有效的防止复印，但缺点是影响阅读效果，而且其在抗潮湿耐高温性方面较差。

基于隐形图文的防复印技术：该技术的主要思想是将要印制于纸质介质上的信息与各种图像混杂、交叠在一起印刷，使之不可被阅读机直接读取也不可被肉眼直接看见。印刷后，通过设计的一种识别片，可以达到被阅读机识别、用肉眼可见但是彩色复印机仍不可复印的效果。这种设计虽然也达到了防复印的目的，但是不利于日常使用，人们不可能接受每次读书看报都要通过一个识别片，这样操作太麻烦了。

基于特殊油墨的防复印技术：这种技术的思想是在油墨中加入一些特殊物质，一般这种物质具有一些特性，比如热敏性、光敏性、磁性。经过特殊的工艺加工成有防复印功能的特殊油墨。

以上介绍的三种方法都可以实现纸介质材料的防复印，但都是通过改变纸介质或油墨的属性，而在防伪检测中，经常要用到这些属性，所以虽然达到了防复印的目的，但却很难做到快速批量检测纸介质材料的真伪。

本发明从隐形图案和介质材料的角度，提出一种在纸质材料中嵌入和提取水印的方法，从而达到防伪的目的。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种检测复印件和原件的方法，从而达到防复印的目的。主要原理是将水印信息嵌入到图形载体上，然后印刷到纸介质上。在嵌入水印时会造成载体的失真，反映到载体图形上就是产生弯曲形变。为了弥补失真，我们采取的策略是在形变处添加特殊的光学材料，这种材料可以将光线折射，根据失真的大小，计算材料的参数，然后设计出这种材料将其覆盖到形变处，从而修复失真，使其看上去并没有发生变化。根据扫描仪的原理，它的扫描得到的结果是经过光学微结构校正后的，没有失真的载体，因此是不包含任何的水印信息的。水印检测阶段，采用四步相移数字全息技术重建图像。这种技术的特点是光线可以穿透覆盖在失真处的光学微结构，得到被覆盖处的真实图像，也就是含有水印的载体的图像。经过识别算法，就可以识别出嵌入到载体中的水印信息。而对于复印的材料，因为复印的结果是不含任何水印信息的，所以不能识别，从而达到区分原件和复印件的目的，整体流程图如图1所示。