CN106874819A

CN106874819A - 可由手机识别的稀疏点阵码控制方法

Info

Publication number: CN106874819A
Application number: CN201611025444.6A
Authority: CN
Inventors: 李景涛; 陈斌; 李若晗; 黄辉平
Original assignee: Shanghai Asia Information Technology Co Ltd; Fudan University
Current assignee: Shanghai Asia Information Technology Co Ltd; Fudan University
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: CN106874819B

Abstract

本发明一种可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，包含一套生成埋入有稀疏点阵码的图片生成子系统和对识别后获取的稀疏点阵码信息进行解码的子系统，图片生成子系统在读入图片大小信息、加密密钥信息、图片底纹信息、需要埋入的数据信息后，加密数据，给密文添加纠错码，随机化调整稀疏点阵中的点，对随机化调整后的点进行二次矫正后生成稀疏点阵，随后进行埋入图片底纹，重复埋入稀疏点阵等操作，生成相应的含稀疏点阵码的图片；解码了系统需先获取相应的解码信息及解密密钥信息，通过纠错码对获取信息进行纠错，纠错完成后，对数据进行解密得到明文信息，否则重获解码信息。本发明具有较强的防复制性，可灵活变换点阵形状。

Description

可由手机识别的稀疏点阵码控制方法

技术领域

本发明涉及可由手机识别的具有较强防复制性的稀疏点阵码，特别是随机将数据信息埋入稀疏点阵码和信息读取的控制方法。

技术背景

随着我国国内经济的持续高速发展，国民的生活水平也得以持续地提升。随着我国人民对更高物质精神需求的追求需要和经济的蓬勃发展，人们对于购物也产生了极大的兴趣和热情。然而这也给了不法分子可趁之机：不法分子通过伪造商标等商品上用以标识商品出厂信息，粘贴至假冒伪劣产品上，造成用户无法判断商品的真伪。这极大地损害了消费者的利益。所以商品防伪势在必行。

现有防伪技术方法多种多样，但识别时大多需要特殊设备的辅助，成本偏高，不利用于普通消费者及时查询产品真伪。条形码具有成本低，对识别设备要求低便于识别的特点。但其具有易被复制，防伪性能差的特点。如果能够将条形码与防伪技术结合起来，则这样既能利用条形码的优点而又实现防伪的目的。故本文对将条形码与防伪技术结合的做法具有相当的实用价值。

条形码技术由来已久。为了方便信息的自动识别，一维条形码于上个世纪40年代问世。由于一维条形码具有输入速度快、可靠性高、成本极低的特点，在20世纪随后的几十年被广泛地应用在图书管理、工业生产、邮政等多各方面。然而其缺点也是极其明显的：条形码由于可以记录的信息量较少，通常不能单独记录信息，其记录的信息必须与特定的数据库结合使用才能获知具体的含义，这增加了商家维护相应系统的成本。这使得其在当今数据量激增暴涨的环境下，适用范围大大地降低了。

因此，在上个世纪80年代末，研究者们转而开始投入到二维条形码的研究当中。相较于一维条形码只在一个方向上存储数据，二维条形码在水平和垂直两个方向上都能存储数据，这使得二维条形码在信息储量上大大地超过了一维条形码。

二维条形码根据形状和信息埋入的结构不同，一般分为堆叠式/行排式二维码和矩阵式二维码。常见的二维码QR码就是一种矩阵式二维码。QR(Quick Response，快速响应)码相较于一维条形码最多能够存储20个字符，QR码最多可以容纳4296字节字母。随着智能手机的迅猛发展，QR码也从最初的更多面向企业，如服装化妆品、电子产品等存货管理方面的应用，转为了更为偏向一般民众的应用，如电子票务、在线付款、信息获取等等。同时其具有的纠错功能，使得QR码在被污损或部分撕毁的情况下都有可能还原出原本的信息，这在很大程度上增加了QR码的抗干扰性。

现有的利用二维码进行防伪工作的技术多是利用作为信息载体媒介材质的独特性，如使用特殊材质的打印材料，或是利用特殊的油墨性质或是打印印刷工艺来进行防伪。这样的方案尽管在一定程度上对于防伪防复制很有效果，但其本身的成本较高。而二维码只是单纯地被印刷出来，其本身并没有防伪方面的作用，其成本低廉，可以自定义所携带信息的特质并没有得到充分地利用。

由于现有二维码本身自设计之初就是为了方便识别而诞生的，其隐蔽性势必无法满足信息隐藏的要求。因此本发明设计一种全新的二维码用以做到商品的防伪，而并未采用现有的某种二维码作为载体。

原有利用二维码进行防伪的技术，大多仅仅是将二维码用作信息的载体，其本身并不具备防伪的效力。下面为几个运用二维码防伪的例子。

(1)产品互动防伪系统由慧思德科技有限公司与中安防伪技术有限公司联合开发的。该系统是将图像处理，模式识别与二维码设计整合在一起实现了防伪的目的的。然而其缺点在于防伪查询过程太过繁琐。消费者需要向防伪中心或通过网上传输防伪二维码信息才能查询到产品的真伪。用户可能因此放弃查询而导致系统利用率过低。

(2)通过使用荧光染料和蝴蝶翼印刷技术，美国南达科他大学的研究人员设计出一种只有通过激光照射才会显示出来的肉眼不可见的二维码。这使得伪造者几乎无法复制该二维码。然而这一技术的缺点在于普通消费者很难给手边的智能设备添加发射器，这使得该技术暂时很难得到较大规模的推广。

通过以上例子可以发现，现在使用二维码防伪的技术具有以下几个特点：

(1)成本高，在生产商方面，需要使用特定材料的载体媒介，特殊的油墨或印刷技术用以印刷二维码进行防伪。在用户方面，可能还需要难以获得的特殊设备才能识别这类二维码。

(2)用户侧操作不够便捷，二维码防伪不仅仅要做到防复制的基本要求，同时还需要顾及用户侧的体验。因此还需要顾及二维码识别速度，真伪查询速度。这也给本文的设计提供了参考。

因此本发明可由手机识别的防复制性强的稀疏点阵码旨在设计一种携带信息量较大，兼顾隐蔽性高及识别精度大且有较强纠错能力和保密性能的用于商品防伪的二维码编码规则以弥补市面上缺少该类二维码编码的空白。

发明内容

本发明目的在于：提供一种可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，以克服使用二维码等带来的仿伪性不强，图形单调的现象。

本发明再一目的在于：提供所述可由手机识别的稀疏点阵码控制方法的应用。

本发明目的通过下述技术方案实现：一种可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，包括解码装置，由手机扫描识别，其中：

一包括读入模块、信息埋入模块、数据加密模块、添加纠错码模块、生成稀疏点阵码模块、埋入图片底纹模块等模块构成的埋入装置，与解码装置配合；

所述的解码装置是由获取相应解码信息和解码密钥信息模块、信息纠错模块、数据解码模块构成的，由上述埋入装置和解码装置共同组成由手机识别的且携带大量数据信息的稀疏点阵码生成与识别系统，所述各个模块的操作步骤包括：

所述的埋入装置执行以下操作步骤：

(1) 由读入模块读入要埋入的信息，包括文字、数字、URI、URL等，其中，若埋入信息位数字，则直接编码；

(2) 由信息埋入模块读取生成包含二维码的图片所需信息：包括生成图片的宽度及高度，生成图片的底纹信息，需要埋入的数据信息，加密所需要的密钥信息；

(3) 由数据加密模块加密数据信息；

(4) 由添加纠错码模块给密文添加纠错码得到单个稀疏点阵的数据部分；

(5) 由生成稀疏点阵码模块给埋入的点添加随机性偏移，使其可以随机排布，通过随机性偏移矫正算法，纠正随机性偏移出现过多处于同一横行或同一纵列的点的情况；

(6) 由埋入图片底纹模块添加图片底纹，在图片底纹上重复埋入稀疏点阵，生成图片；

(7) 对生成图片进行印刷与打印，即在包括纸、玻璃、金属等印刷介质上打印、印刷、喷涂；

值得注意的是，有效数据部分是以先从上至下，后从左至右的顺序埋入信息点的，最后将版本号以及埋入数据类型这两种信息埋在稀疏点阵的正中间的位置；

所述的解码装置执行以下步骤：

(1) 由获取相应解码信息和解码密钥信息模块利用手机摄像头从印刷介质中识别稀疏点阵的编码信息，从图片中识别出来稀疏点阵码编码信息以及解码所需要的密钥信息；

(2) 由信息纠错模块根据纠错码对获取数据进行纠错，如无法纠错，表明错误位数过多，此时应重新识别二维码，解码结束；

(3) 由数据解码模块对纠错完毕的数据进行解密，获取到原始明文信息。

本发明中由埋入装置和解码装置共同组成可由手机识别的防复制性强的携带大量数据信息的稀疏点阵码生成与识别系统，因图片底纹可任意选择，克服了二维码图案单一的缺陷，另外，选择稀疏点阵码进行控制，随机性强，防重复性优越。

在上述方案基础上，所述的稀疏点阵码控制方法是对其不同的灰度、位置、方向、形状的表示方式如下：

稀疏点阵码分为大阵与小阵，其中，大阵指含有数据区域的点阵区域，小阵为含有每一个点的点阵区域，稀疏点阵包含一个大阵及其包裹起来的上下左右四个边界；

稀疏点阵码中的小阵通过不同灰度，位置，方向，形状的点组成的矩阵来表示信息，稀疏点阵码使用变换位置的点阵来表示信息。

本发明具有下述优越性：

（1）鲁棒性好，稀疏点阵码每一个点都可以用来表示信息，同时每个点的信息量和功能基本类似，因此单个或少量点受污损、遮盖的情况下，只会对相对应的信息造成影响。不会出现其他二维码定位点污损就无法定位解码的情况。

（2）信息量大，因为稀疏点阵码可以埋进图片背景之中，不需要单独分配一块区域给它，所以在文档、图片等中可埋入的范围非常广，因而信息量大。

（3）隐蔽性高，因为其他二维码有定位点，且在单独一块区域，会被人轻易地发现。而稀疏点阵码可以埋入背景之中，如果点小、埋入密并调整颜色与背景相近，是可以实现码字的隐藏的。

（4）对文档、图片等影响小，因为稀疏点阵码点阵隐藏入背景，不单独占空间，对文档排版设计都不会造成影响。

（5）应用广泛，可以用来做信息隐藏，防伪，防复印等。比如利用RGB和CMYK不同色彩空间，颜色非完全对应的特点进行特殊印刷，从而实现文档防伪，防复印的功能。

（6）点能够随机排布，由于对点阵进行随机性偏移处理，生成点的位置可以随机排布，使得点阵信息肉眼更不可读，安全性提高。

本发明提供上述方案的应用，主要包括以下几项：

（1）应用稀疏点阵码编码技术构建数字化文本信息；

（2）通过给文档背景埋入稀疏点阵码，通过底纹鉴定文档；

（3）稀疏点阵码使用图片做背景，与网页资源链接。

其中，本发明与现有技术比较：

（1）构建数字化文本信息。应用一种网屏编码技术，日本多种中小学课本可以用多种方式阅读。日本阿波罗公司开发的“Speakun”顶部有一个二维码扫描器，通过扫描，其确定网屏编码信息，之后播放相连的音频播放器里面存储的对应音频文件，实现了文字转换成声音的过程，以此来帮助有阅读障碍的学生更好地学习。单个音频播放器需要约30欧元，整个系统成本较低，适合课堂中学生日常应用。此处使用网屏编码的优点包括学生用铅笔涂写并不会影响课本功能，老师可以得知学生阅读位置等。稀疏点阵码同样适用此场景。

（2）防伪。通过给文档背景埋入稀疏点阵码，使得文档真实性可以通过底纹鉴定。复印时精度不足，以及色彩空间不匹配造成底纹信息的丧失，从而使文件能够抵御一般的复印伪造。

（3）网页等资源链接。普通的二维码最为常见，不过其外形不够美观一直令人遗憾，虽然有公司实现了图案甚至是动态的 QR 码，但看起来就像粗糙的马赛克，还是不能令人满意。而稀疏点阵码可以使用优美相关图片做背景，用户体验更好。

附图说明

图1本发明模块流程图；

图2分别为2*2、4*4、1*1三种灰度的点阵中小阵的排布方式示意图，其中，图2A为2*2，图2B为4*4，图2C为1*1灰度的点阵中小阵的排布方式；

图3对于灰度为2*2的小阵，下图是其不同位置的排布方式，其中，图3A在左上角位置，图3B为中间位置，图3C右下角位置：

图4灰度为4的点阵小阵可以排布为不同方向，图4A为水平，图4B垂直和图4C斜向排布；

图5稀疏点阵码具有信息随机排布的特性，图5A为点阵排布为矩形小阵，图5B斜线小阵和图5C菱形小阵；

图6稀疏点阵码中大阵是将小阵转换成基于位置变化来存储的信息，每个网点都位于3*3 的正方形小格中，横向边界点同时也是标准点，统一选择此图排布方式；

图7将点阵排布为2*2、3*3的矩阵，图7A将点阵排布为2*2的矩阵，图7B将点阵排布为3*3的矩阵；

图8稀疏点阵码将点阵排列为十字形、L形、圆形，图8A将点阵排列为十字形，图8B将点阵排列为L形，图8C将点阵排列为圆形；

图9稀疏点阵码可以进行不同角度的点阵排布示意图。

具体实施方式

本发明如图1所示：一种可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，包括解码装置，由手机识别：

一包括读入模块、信息埋入模块、数据加密模块、添加纠错码模块、生成稀疏点阵码模块、埋入图片底纹模块构成的埋入装置，与解码装置配合；

所述的埋入装置执行以下操作步骤：

(1) 由读入模块读入要埋入的信息，包括文字、数字、URI、URL，其中，若埋入信息位数字，则直接编码；

(3) 由数据加密模块加密数据信息；

(7) 对生成图片进行印刷与打印，即在包括纸、玻璃、金属的印刷介质上打印、印刷、喷涂；

所述的解码装置执行以下步骤：

本发明的良好效果是针对可由手机读取的图像中，埋入信息的方式与传统信息埋入技术相比，对原图像显像效果与明显影响，疏点阵码与传统条码相比，各个项目对比结果如下表所示：

本发明最大优势就是可以在图象埋入时进行较好的隐藏，且随机性的点阵排布也是现有一维条码、二维条码所不具有的属性。一维条码的信息通过粗细不一、间隔不同的直线表示，二维条码的信息通过点的黑或白表示，而本发明的稀疏点阵码对信息的表示方式可以通过随机排布的点阵来表示，其中：

如图2所示，分别为2*2、4*4、1*1三种灰度的点阵中小阵的排布方式示意图，其中，图2A为2*2，图2B为4*4，图2C为1*1灰度的点阵中小阵的排布方式。

如图3所示，对于灰度为2*2的小阵，下图是其不同位置的排布方式，其中，图3A在左上角位置，图3B为中间位置，图3C右下角位置。

如图4所示，灰度为4的点阵小阵可以排布为不同方向，图4A为水平，图4B垂直和图4C斜向排布。

如图5所示，稀疏点阵码具有信息随机排布的特性，图5A为点阵排布为矩形小阵，图5B斜线小阵和图5C菱形小阵。

如图6所示，稀疏点阵码中大阵是将小阵转换成基于位置变化来存储的信息，每个网点都位于 3*3 的正方形小格中，横向边界点同时也是标准点，统一选择此图排布方式。

如图7所示，将点阵排布为2*2、3*3的矩阵，图7A将点阵排布为2*2的矩阵，图7B将点阵排布为3*3的矩阵。

如图8所示，稀疏点阵码将点阵排列为十字形、L形、圆形，图8A将点阵排列为十字形，图8B将点阵排列为L形，图8C将点阵排列为圆形。

如图9所，为稀疏点阵码可以进行不同角度的点阵排布示意图。

下面是对可由手机识别的防复制性强且点阵可随机排布的稀疏点阵码控制方法的进一步阐释说明。

本发明的可由手机识别的防复制性强且点阵可随便排布的稀疏点阵码，该码的编码包括两大模块，RS编码以及将其转换成基于位置的稀疏点阵码模块。针对使用场景，在RS编码前还有诸如十进制转换成二进制编码的小模块，可以根据自身需要灵活添加。

第一模块为RS编码，原始信息先被转变为RS编码，以此提供信息的校验和纠错，进一步提升解码信息的正确性。此模块可以替换为其他编码方式。

RS编码是种基于块的纠错码，最早是由Irving S. Reed和Gustave Solomon于1960年提出，并以他们的名字命名的。它现在为信息传输和存储中广泛使用，比如二维码、卫星通讯、数字电视、移动通信等。RS编码器接收原始信息块并添加一些额外比特数据。在信息传输过程中，因为诸如二维码载体污损的原因，信息中出现了错误，而RS解码器处理每一个数据块并尝试恢复原本信息，这就是一个典型的RS编码流程。

RS编码是非二进制BCH码的一种，基于有限域上单变量多项式。以RS(n, k)表示编码器每次取k个信息符号并添加n-k位奇偶校验码来组成总长为n的码字。对于这样的码字，解码器可以纠错t=(n-k)/2位信息。一种常见的添加奇偶校验码的方式是系统编码，指的是不改动数据信息位，校验位直接添加到数据信息后面。信息符号为s比特的RS编码，最大码字长度n=2^s -1。因此对于常见的8比特编码来说，码字长度应该小于等于255。RS编码适合应对突发错误，即一连串的比特位都出错的情况。

第二模块是将第一模块编码过的信息转换成基于点位置变化来存储的信息。该过程中，由于对生成点阵进行随机性偏移，形成的点阵式随机排布的。

点阵连续埋入后，横向边界点全部一致，成水平等长直线段。最左侧，最右侧为竖向边界列，由在标准点左右的两种竖向边界点交替排列而成。

编码转换为此种稀疏点阵码点阵的规则是，首先将RS编码过后的16进制编码字符串变成4进制数据流，之后将信息先从上到下，再从左往右依次埋入点阵。单个单位点阵埋入完毕，继续埋入下一个单位点阵。单位点阵之间埋入方向无具体要求，连续埋入即可，扫描时依照埋入方向依次扫描。

Claims

1.一种可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，包括解码装置，由手机识别，其特征在于：

所述的埋入装置执行以下操作步骤：

(3) 由数据加密模块加密数据信息；

所述的解码装置执行以下步骤：

2.根据权利要求1所述的可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，其特征在于：所述的稀疏点阵码控制方法是对其不同的灰度、位置、方向、形状的表示方式随机变化，稀疏点阵码分为大阵与小阵，其中，

大阵指含有数据区域的点阵区域，小阵为含有每一个点的点阵区域，稀疏点阵包含一个大阵及其包裹起来的上下左右四个边界；

3.根据权利要求1或2所述的可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，其特征在于：所述的稀疏点阵码具有信息随机排布的特性，是将点阵排布为矩形、斜线、菱形。

4.根据权利要求3所述的可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，其特征在于：稀疏点阵码的编码包括两大模块，RS编码以及将其转换成基于位置的稀疏点阵码模块。

5.根据权利要求4述的可由手机识别的稀疏点阵码控制方法，其特征在于：编码转换为稀疏点阵码点阵的规则是，首先将RS编码过后的16进制编码字符串变成4进制数据流，之后将信息先从上到下，再从左往右依次埋入点阵；

单个单位点阵埋入完毕，继续埋入下一个单位点阵；

单位点阵之间埋入方向无具体要求，连续埋入即可，扫描时依照埋入方向依次扫描。

6.根据权利要求1至5一项所述的可由手机识别的稀疏点阵码控制方法的用途，其特征在于：

（1）应用稀疏点阵码编码技术构建数字化文本信息；

（2）通过给文档背景埋入稀疏点阵码，通过底纹鉴定文档；

（3）稀疏点阵码使用图片做背景，与网页资源链接。