CN105718981A - 一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法。本发明的二维码图像全息防伪标签的生成步骤如下:生成美化二维码的数字图像;将防伪码按照数字水印方法埋入到数字图像中;将埋入防伪码的数字图像印刷成纸质图像;将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上;二维码图像全息防伪标签的识别包括图像信号采集模块、识别模块、显示模块和语音播报模块,图像信号采集模块用于采集新型防伪码标签的图像;识别模块用于对图像进行处理、译码和解码;显示模块用于显示解码后的原始防伪码;语音播报模块播报原始防伪码的信息。本发明制备工艺复杂,识别需经特殊处理,同时防伪码信息经过加密,将大大提高防伪性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,该防伪标签不仅利用二维码携带大量的产品信息,美化的二维码提高包装的美观性,还结合数字水印及激光全息技术提高标签的防伪性能,属于条码、数字水印和激光全息防伪的信息处理领域。
背景技术
信息防伪与物理防伪技术的结合,是当今防伪技术的发展趋势。传统的主流物理防伪技术主要为激光全息技术;而信息防伪方面,数字水印技术是一种新型有效防伪手段。以美化二维码为图像载体,并将激光全息技术和数字水印技术结合在一起构造新型防伪标签,是物理防伪和信息防伪的一种很好的结合方法。
二维码由于具有编码能力强、信息密度高、纠错能力强等优点,能够更好地与智能手机等移动终端相结合,用户只需要在手机上安装二维码识别软件,拍摄图像即可获取二维码中的信息。二维码被称为互联网的入口,免去了手动键盘输入字符的烦恼,高效便捷的特性使其在各类移动端互联网应用中的使用频率迅速增长,常用于手机支付、购物分享链接、社交名片以及火车飞机票等。特别是在以支付宝为代表的电子支付、淘宝为代表的扫码购物、以及微信为代表的社交软件中使用,有广泛的用户群体。
二维码可包含大量文本信息,可用于携带产品相关信息。但是,二维码容易被复制仿造,在使用过程中也极易被篡改二维码的文本信息,存在较大的安全隐患,使得不法者可以比较容易的从事伪造活动,而消费者却难以从主观上识别真假。例如智能手机通过二维码中的链接下载APP、访问网站时,可能已经被篡改为钓鱼网站或病毒木马。
由于传统的二维码基本采用黑白模块,从用户角度来看,该类二维码的内容单调,视觉体验十分糟糕。在美化二维码是由设计师或艺术家在原有QR码的基础上手工创作的,需要支付昂贵的设计成本,或由计算机根据算法自动生成,常用于商业广告宣传,对于提高包装的美观性有良好的效果。
20世纪80年代末,激光全息技术被应用于防伪印刷领域,常用于制作防伪标签,最早应用在酒类、茶叶和化妆品包装行业。附着在产品包装物表面,是较流行的防伪手段之一。面对90年代初造假和售假猖獗的严峻形势,激光防伪标签技术及时解决了烟草行业的防伪难题。然而,传统的激光防伪标签在实际应用中存在一些问题:常规的全息图文是通过全息金属板在塑料膜上压膜而成的,该方式制作出来的全息图文的版式或图样十分有限,只能用于重复的印刷相同的图文。如果伪造者获得了这些激光图像的图样,可快速仿造。
数字水印技术是指采用信息处理的方法,在数字多媒体数据(图像、音频、视频等)中埋入某些特殊保密信息,用于证明产品的版权,作为解决版权冲突、完整性等的证据。埋入水印信息后的图像需要对常用的攻击具有一定的鲁棒性,且埋入的信息具有不可见性,不影响原始图像的视觉效果。
随着社会的发展,人们对包装的个性化和防伪技术的要求进一步提高,原来的普通二维码和激光全息防伪日益显示出了其局限性,市场亟需一种新的防伪方式。因此,将二维码、数字水印和激光全息防伪等技术的优点结合,制作携带信息量大、美观度较高、防伪性能较优的防伪标签,具有良好的市场前景。
为了便于理解本发明,一下对有关术语加以解释:
傅里叶梅林变换频谱图:傅里叶梅林变换(Fourier-MellinTransform,FMT)是一种有效的图像分析和识别的数学工具,其变换的频谱结果具有旋转、平移和缩放的不变性,抗噪性能较好。傅里叶梅林变换频谱图是对原始图像采样,得到离散点分布,经过傅里叶梅林变换得到的图。
发明内容
本发明提供一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,提高包装上二维码标签的美观性,并解决现有标签携带信息量少、激光全息标签防伪力度不高的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,包括二维码图像全息防伪标签的生成和二维码图像全息防伪标签的识别;
二维码图像全息防伪标签的生成具体步骤如下:
(1)生成美化二维码的数字图像;
(2)将防伪码按照数字水印方法埋入到数字图像中;
(3)将埋入防伪码的数字图像印刷成纸质图像;
(4)将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上;
二维码图像全息防伪标签的识别,包括图像信号采集模块、识别模块、显示模块和语音播报模块,具体的:
所述的图像信号采集模块用于采集新型防伪码标签的图像;
所述的识别模块包括图像预处理子模块、译码及解密子模块;用于对图像进行处理、译码和解码;
所述的显示模块用于显示解码后的原始防伪码;
所述的语音播报模块播报原始防伪码的信息。
步骤(1)所述的生成美化二维码的数字图像,具体步骤如下:
1-1根据指定的二维码版本和纠错等级,标记每个RS块的位置、每个RS块中数据码字和纠错码字的位置,构造码字分布图;
所述的RS块是二维码中定义的一种码字分组的结构,该类型的二维码内置了RS纠错算法用于生成纠错码字,并将纠错码字置于数据码字之后,每个分组中的数据码字和纠错码字组成一个RS块;
1-2利用显著性检测技术检测背景图片中的感兴趣区域,生成显著性图;
1-3选择最佳可替换区域:
1-3-1结合码字分布图和显著性图,根据码字分布图中码字块的大小和位置,对显著性图分块;
1-3-2根据分块情况,计算每块的显著性值;所述的显著性值为每个码字块的平均值;
1-3-3根据显著性值生成码字排序表,码字序号按显著性值从大到小排序,选择前m个码字块作为最佳可替换区域,其中m为正整数;
所述的码字分布图中的码字块指代数据码字块或纠错码字块;一个RS块由多个数据码字块和纠错码字块组成;
所述的可替换区域是指能够被背景图完全替换的区域;所述的最佳可替换区域指从可替换区域中选择的,用于显露背景图中最重要区域的区域;
1-4分层的模块替换规则进行图像融合;对步骤1-3选出的最佳可替换区域,以码字为基本单位,将其相对应的背景图直接替换到二维码中;针对剩余的非可替换区域,以单元模块为基本单位,采用基于阈值的分层替换规则,具体有如下四种情况:
其中,Q=0表示该模块直接被背景替换,Q=-1表示该模块与自定义形状的深色模块做图像融合,Q=1表示该模块与自定义形状的浅色模块做图像融合;记符号Ti表示二值化后的背景图的对应小块的均值,该块大小与二维码模块大小相同;T0表示用户图片的二值化阈值;Ni=0代表二维码中的黑色模块,Ni=1代表二维码中的白色模块。
所述的步骤(2)的数字水印方法埋入具体如下:
2-1.将选取的数字图像的中心区域进行频域变换,频域变换采用的是傅里叶梅林变换;
2-2.将防伪码的比特流埋入频域变换后的中频系数上,埋入模型是加法模型,埋入强度大于10的7次方;
所述的防伪码是有限位数的六进制数字,将防伪码编码成01比特流,编码机制是每个六进制数字是由6个0或1组成一组,每组只有一个1;
所述的中频系数是以傅里叶梅林变换频谱图中心对称方式选取。
所述的步骤(4)中将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上是指:通过激光打印、喷墨打印、胶印、凸版印刷、凹版印刷、丝网印刷、激光直接雕刻、热敏印刷和转印在内的所有可将印刷图像附着在激光全息防伪标签上的方法。
所述的步骤(4)中将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上是指:埋入防伪码的印刷图像是通过一次加工实现附着在激光全息防伪标签上;或将埋入防伪码的印刷图像分拆成不同部分,各个部分分别用不同的电磁波长吸收特性的材料加工实现附着在激光全息防伪标签上。
所述的识别模块包括图像预处理子模块、译码及解密子模块,具体的识别模块的处理过程如下:
a.对图像信号采集模块采集到的图像去噪处理:对采集到的图像缩放到原始尺寸大小,选G通道进行3*3的均值滤波操作,得到去除噪声的预处理图像;
b.对预处理图像做增强处理:将采集到的图像与去除噪声的预处理图像做减法操作,得到差值矩阵,并将该差值矩阵每个像素值放大5倍,然后再和采集到的图像相加,得到信号增强后的处理图像:
c.将处理图像进行频域变换,频域变换采用的是傅里叶梅林变换;
d.根据防伪码埋入的系数位置,选取出中频系数,6个一组,根据每组最大值为1其余为0的方式得到一个比特流,根据编码机制将该比特流解码成原始防伪码;
e.对二维码进行识读。
本发明具有如下优点和积极效果:
本发明是一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,将二维码、数字水印与激光全息防伪技术结合起来:生成美化二维码数字图像;防伪码编码加密后,以数字水印的方法隐藏在图像中,并制作成激光全息防伪标签,使标签具有一标一码的新型防伪形式;识别时通过智能手机软件算法,图像需经特殊处理提取水印,同时防伪码信息经过译码解密,将大大提高防伪性能。
本发明的水印载体图像是美化二维码,该美化二维码的生成方法能够利用码字结构特点、纠错编码机制的冗余并结合显著性检测技术,避免视觉重心区域被噪声模块遮挡。另外,还提出了分层替换规则,还可以使用一些自定义形状的模块,使背景图中的视觉重心更突出。该方法能生成视觉效果较好的美化二维码,保持美化二维码的视觉完整性,对最终生成的二维码的视觉效果有极大的改善。将该美化二维码作为标签的底层图像,解决了普通一维码标签携带信息量小、普通二维码美观性差的问题,提高了标签的性价比。
本发明采用美化二维码,使标签携带大量的产品信息并提高包装的美观性,在美化二维码的基础上添加数字水印,增强了二维码的防伪性能,最后覆盖激光全息防伪标签,进一步提高标签的安全性。该方法解决了传统激光全息防伪仅仅依赖于采用某种工艺设备、某种油墨、某种材料等实现防伪功能,当不法分子获得上述设备、油墨或材料后,就可以仿造防伪标记,因此传统的防伪标签不能在一个很长的时间里保证不被仿造的问题。这种隐藏水印信息的防伪标签制备工艺复杂,识别需经特殊处理,同时防伪码信息经过加密,将大大提高防伪性能。
附图说明
图1是本发明制备新型二维码图像全息防伪标签的生成方法的流程图;
图2是本发明方法的美化二维码的生成流程图。
图3是根据版本3-H的排列规则构造的码字分布图。
图4(a)为星形模块、圆形定位符的二维码效果图。
图4(b)为圆形模块、方形定位符的二维码。
图5是数字水印埋入方法的流程图;
图6是图4(a)的傅里叶梅林变换频谱图;
图7(a)是图4(a)埋入防伪码后的数字图像;
图7(b)是图4(a)埋入防伪码后的数字图像;
图8是本发明的新型防伪标签的结构层次示意图;
图9是本发明制备新型二维码图像全息防伪标签的识别方法的流程图;
图10是识别模块的识别算法流程图;
图中:101为激光全息防伪层,102为埋入防伪码后的数字图像印刷而成纸质图像层。
具体实施方式
以下通过结合附图对本发明实施例进一步说明,但本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的。
本发明提供的一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,包括二维码图像全息防伪标签的生成和二维码图像全息防伪标签的识别。
如图1所示,二维码图像全息防伪标签的生成具体步骤如下:
(1)生成美化二维码的数字图像;
(2)将防伪码按照数字水印方法埋入到数字图像中。
(3)将埋入防伪码的数字图像印刷成纸质图像。
(4)将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上。
所述的二维码,是指根据QR码标准[ISO/IEC180042006]生成的QR码。
如图2所示,步骤(1)所述的生成美化二维码的数字图像,具体步骤如下
1-1根据指定的二维码版本和纠错等级,标记每个RS块的位置、每个RS块中数据码字和纠错码字的位置,构造码字分布图;
所述的RS块是二维码中定义的一种码字分组的结构,该类型的二维码内置了RS纠错算法用于生成纠错码字,并将纠错码字置于数据码字之后,每个分组中的数据码字和纠错码字组成一个RS块。
1-2利用显著性检测技术检测背景图片中的感兴趣区域,生成显著性图;如图2中的“显著性图”所示。
1-3选择最佳可替换区域:
1-3-1结合码字分布图和显著性图,根据码字分布图中码字块的大小和位置,对显著性图分块;
1-3-2根据分块情况,计算每块的显著性值;所述的显著性值为每个码字块的平均值;
1-3-3根据显著性值生成码字排序表,码字序号按显著性值从大到小排序,选择前m个码字块作为最佳可替换区域,其中m为正整数;
所述的码字分布图中的码字块指代数据码字块或纠错码字块;一个RS块由多个数据码字块和纠错码字块组成;
如图2所示,显著性图中的粗斜线块对应于码字分布图中的粗斜线块,该块称为码字块。图2中举例说明了一个拥有多个RS块的二维码生成的码字排序表。本方法以RS块作为基础处理块,对RS块中的码字进行排序、选择替换码字等处理,即每个RS块分开处理。
所述的可替换区域是指能够被背景图完全替换的区域;所述的最佳可替换区域指从可替换区域中选择的,用于显露背景图中最重要区域的区域。
随着版本升高,而纠错等级不变时,二维码每边的模块数量按每个版本增加4的规则递增,使二维码符号的面积增大,有利于背景图的融合;码字总数增加,同时纠错容量增加,使二维码的候选码字替换区域增大。随着纠错等级升高,而版本不变时,码字总数不变,纠错码字数增加,导致纠错容量增加,使候选码字替换面积增大。为了进一步提高二维码的美化效果,也可以通过提高版本和纠错等级来进一步扩大最佳可替换区域的m值上限值。
1-4分层的模块替换规则进行图像融合。如图2所示,列举了最佳可替换区域和非可替换区域,其中网格标示的区域为可替换区域,剩余区域为非可替换区域。对步骤1-3选出的最佳可替换区域,以码字为基本单位,将其相对应的背景图直接替换到二维码中;针对剩余的非可替换区域,以单元模块为基本单位,采用基于阈值的分层替换规则,具体有如下四种情况:
其中,Q=0表示该模块直接被背景替换,Q=-1表示该模块与自定义形状的深色模块做图像融合,Q=1表示该模块与自定义形状的浅色模块做图像融合;记符号Ti表示二值化后的背景图的对应小块的均值,该块大小与二维码模块大小相同;T0表示用户图片的二值化阈值;Ni=0代表二维码中的黑色模块,Ni=1代表二维码中的白色模块。
所述的单元模块为特殊形状,包括椭圆、圆形、星形、梯形以及自定义形状。
例如图4(a)所示,二维码信息为“视觉二维码”,单元模块为星形,其左上角、左下角和右上角同心圆环,这些同心圆环的深色和浅色模块,依然保持原来的1:1:3:1:1的间隔比例,不影响二维码的正确识读。
例如图4(b)所示,二维码信息为“杭州电子科技大学:www.hdu.edu.cn”,单元模块为圆形,其左上角、左下角和右上角为方形定位符,这些定位符的深色和浅色模块,依然保持原来的1:1:3:1:1的间隔比例,不影响二维码的正确识读。
如图5所示,所述的步骤(2)的数字水印方法埋入具体如下:
2-1.将选取的数字图像的中心区域进行频域变换,频域变换采用的是傅里叶梅林变换;变换后的频谱图如图6所示;
2-2.将防伪码的比特流埋入频域变换后的中频系数上,埋入模型是加法模型,埋入强度大于10的7次方。
如图7(a)(b)所示,为采用数字水印方法对图4(a)(b)埋入防伪码后的数字图像。
所述的防伪码是有限位数的六进制数字,将防伪码编码成01比特流,编码机制是每个六进制数字是由6个0或1组成一组,每组只有一个1;
所述的中频系数是以傅里叶梅林变换频谱图中心对称方式选取。
所述的步骤(4)中将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上是指:通过激光打印、喷墨打印、胶印、凸版印刷、凹版印刷、丝网印刷、激光直接雕刻、热敏印刷和转印在内的所有可将印刷图像附着在激光全息防伪标签上的方法;且埋入防伪码的印刷图像是通过一次加工实现附着在激光全息防伪标签上,或将埋入防伪码的印刷图像分拆成不同部分,各个部分分别用不同的电磁波长吸收特性的材料加工实现附着在激光全息防伪标签上。
图8是本发明的新型二维码图像全息防伪标签的结构层次示意图。如图8所示:101为激光全息防伪层,102为埋入防伪码后的数字图像印刷而成纸质图像层。
如图9所示,二维码图像全息防伪标签的识别,包括图像信号采集模块、识别模块、显示模块和语音播报模块,具体的:
所述的图像信号采集模块用于采集新型防伪码标签的图像;
如图10所示,所述的识别模块包括图像预处理子模块、译码及解密子模块,具体的识别模块的处理过程如下:
a.对图像信号采集模块采集到的图像去噪处理:对采集到的图像缩放到原始尺寸大小,选G通道进行3*3的均值滤波操作,得到去除噪声的预处理图像。
b.对预处理图像做增强处理:将采集到的图像与去除噪声的预处理图像做减法操作,得到差值矩阵,并将该差值矩阵每个像素值放大5倍,然后再和采集到的图像相加,得到信号增强后的处理图像:
c.将处理图像进行频域变换,频域变换采用的是傅里叶梅林变换;
d.根据防伪码埋入的系数位置,选取出中频系数,6个一组,根据每组最大值为1其余为0的方式得到一个比特流,根据编码机制将该比特流解码成原始防伪码。
e.对二维码进行识读。
所述的显示模块用于显示解码后的原始防伪码。
所述的语音播报模块播报原始防伪码的信息。
Claims (6)
1.一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,其特征在于包括二维码图像全息防伪标签的生成和二维码图像全息防伪标签的识别;
二维码图像全息防伪标签的生成具体步骤如下:
(1)生成美化二维码的数字图像;
(2)将防伪码按照数字水印方法埋入到数字图像中;
(3)将埋入防伪码的数字图像印刷成纸质图像;
(4)将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上;
二维码图像全息防伪标签的识别,包括图像信号采集模块、识别模块、显示模块和语音播报模块,具体的:
所述的图像信号采集模块用于采集新型防伪码标签的图像;
所述的识别模块包括图像预处理子模块、译码及解密子模块;用于对图像进行处理、译码和解码;
所述的显示模块用于显示解码后的原始防伪码;
所述的语音播报模块播报原始防伪码的信息。
2.根据权利要求1所述的一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,其特征在于步骤(1)所述的生成美化二维码的数字图像,具体步骤如下:
1-1根据指定的二维码版本和纠错等级,标记每个RS块的位置、每个RS块中数据码字和纠错码字的位置,构造码字分布图;
所述的RS块是二维码中定义的一种码字分组的结构,该类型的二维码内置了RS纠错算法用于生成纠错码字,并将纠错码字置于数据码字之后,每个分组中的数据码字和纠错码字组成一个RS块;
1-2利用显著性检测技术检测背景图片中的感兴趣区域,生成显著性图;
1-3选择最佳可替换区域:
1-3-1结合码字分布图和显著性图,根据码字分布图中码字块的大小和位置,对显著性图分块;
1-3-2根据分块情况,计算每块的显著性值;所述的显著性值为每个码字块的平均值;
1-3-3根据显著性值生成码字排序表,码字序号按显著性值从大到小排序,选择前m个码字块作为最佳可替换区域,其中m为正整数;
所述的码字分布图中的码字块指代数据码字块或纠错码字块;一个RS块由多个数据码字块和纠错码字块组成;
所述的可替换区域是指能够被背景图完全替换的区域;所述的最佳可替换区域指从可替换区域中选择的,用于显露背景图中最重要区域的区域;
1-4分层的模块替换规则进行图像融合;对步骤1-3选出的最佳可替换区域,以码字为基本单位,将其相对应的背景图直接替换到二维码中;针对剩余的非可替换区域,以单元模块为基本单位,采用基于阈值的分层替换规则,具体有如下四种情况:
其中,Q=0表示该模块直接被背景替换,Q=-1表示该模块与自定义形状的深色模块做图像融合,Q=1表示该模块与自定义形状的浅色模块做图像融合;记符号Ti表示二值化后的背景图的对应小块的均值,该块大小与二维码模块大小相同;T0表示用户图片的二值化阈值;Ni=0代表二维码中的黑色模块,Ni=1代表二维码中的白色模块。
3.根据权利要求2所述的一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,其特征在于所述的步骤(2)的数字水印方法埋入具体如下:
2-1.将选取的数字图像的中心区域进行频域变换,频域变换采用的是傅里叶梅林变换;
2-2.将防伪码的比特流埋入频域变换后的中频系数上,埋入模型是加法模型,埋入强度大于10的7次方;
所述的防伪码是有限位数的六进制数字,将防伪码编码成01比特流,编码机制是每个六进制数字是由6个0或1组成一组,每组只有一个1;
所述的中频系数是以傅里叶梅林变换频谱图中心对称方式选取。
4.根据权利要求3所述的一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,其特征在于所述的步骤(4)中将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上是指:通过激光打印、喷墨打印、胶印、凸版印刷、凹版印刷、丝网印刷、激光直接雕刻、热敏印刷和转印在内的所有可将印刷图像附着在激光全息防伪标签上的方法。
5.根据权利要求1所述的一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,其特征在于所述的步骤(4)中将上述印刷图像通过直接或间接的形式附着在激光全息防伪标签上是指:埋入防伪码的印刷图像是通过一次加工实现附着在激光全息防伪标签上;或将埋入防伪码的印刷图像分拆成不同部分,各个部分分别用不同的电磁波长吸收特性的材料加工实现附着在激光全息防伪标签上。
6.根据权利要求1所述的一种制备新型二维码图像全息防伪标签的处理方法,其特征在于所述的识别模块包括图像预处理子模块、译码及解密子模块,具体的识别模块的处理过程如下:
a.对图像信号采集模块采集到的图像去噪处理:对采集到的图像缩放到原始尺寸大小,选G通道进行3*3的均值滤波操作,得到去除噪声的预处理图像;
b.对预处理图像做增强处理:将采集到的图像与去除噪声的预处理图像做减法操作,得到差值矩阵,并将该差值矩阵每个像素值放大5倍,然后再和采集到的图像相加,得到信号增强后的处理图像:
c.将处理图像进行频域变换,频域变换采用的是傅里叶梅林变换;
d.根据防伪码埋入的系数位置,选取出中频系数,6个一组,根据每组最大值为1其余为0的方式得到一个比特流,根据编码机制将该比特流解码成原始防伪码;
e.对二维码进行识读。
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