CN107589921B

CN107589921B - 一种防复印底纹的生成方法和装置

Info

Publication number: CN107589921B
Application number: CN201710742697.3A
Authority: CN
Inventors: 李晓妮
Original assignee: Qi Wen Fa
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2037-08-25
Also published as: CN107589921A

Abstract

本发明涉及一种防复印底纹的生成方法和装置。该方法包括：1)根据文档的页面大小生成矩形区域，并利用幅度调加网AM方式进行数字加网，得到背景保留区域；2)生成若干待隐藏的警示信息图案子区域，分别使用频率调加网FM方式进行数字加网后得到半色调图像区域块，然后将所有的半色调图像区域块排列组合为警示信息区域；3)将背景保留区域和警示信息区域进行叠加，使得警示信息区域融合至背景保留区域；4)改善警示信息区域的隐藏效果，得到防复印底纹点阵图像数据。本发明能够解决现有技术中防复印底纹输出对于打印机设备的依赖性大、警示区域信息隐藏效果差以及对复印机硬件设备性能的适应性差等问题。

Description

一种防复印底纹的生成方法和装置

技术领域

本发明属于纸质文档保护领域，涉及一种纸质文档防复印底纹的生成方法和装置，具体涉及一种通用的基于点阵图像数据合成的防复印底纹的生成方法和装置。

背景技术

纸张是信息传播的重要载体，印刷文件的保密功能也就显的尤为重要，例如机密文件和证明书的不当复印就成了问题，这在一定程度上促进了印刷防伪技术的发展。常见的文档防复印方法主要有：基于特殊印刷材料(特殊纸张和油墨等)、印刷设备以及印刷工艺(凹版印刷、手工雕刻版压印、雕刻制板、彩虹印刷、计算机创作的版纹印刷等)等技术，但这些技术本身存在很多缺点，比如生产成本较高，文档印制的周期长，制作过程不灵活，文档真伪鉴别的方式复杂等缺点。综合考虑生产成本和文档防伪鉴别的方便性，一种基于普通纸张和普通油墨的内嵌防复印底纹打印技术应运而生。

所谓的防复印底纹打印技术是指，在正常文档数据的下面同时打印一层防伪底纹的技术，该底纹中预先埋入难以辨认的“禁止复印”、“COPY”、“VOID”等字样，当文档被非正当复印时，这些文字便醒目地显现出来，可据此明确判断为复印件。底纹中有很多对象的点阵数据是完全相同的，只是其中的排列位置不同。隐藏的信息可以为警示性的文字描述，也可以是标识公司版权的Log图片以及其他任何自定义的图形元素等。该方法可以实现在普通纸上打印带有防复印安全底纹的安全文档，而且还可以自由设置防复印底纹文字的排列方法，隐藏的字体可以任意改变，打印的方法简单方便。但是这类方法也存在如下的技术问题：

1)现有的防复印底纹打印技术一般都是基于特定的打印机驱动来实现的，并且过多依赖于特定的打印机页面描述语言，比如PostScript和PCL。打印厂商不同，相应的页面描述语言本身也存在一定的差异。因此，防复印底纹的生成和描述方法局限性较大，可扩展性差；

2)由于生成的防复印底纹中包含不同挂网参数的图像区域，该文档在复印机或扫描仪上扫描时，防复印底纹的部分区域不能够被完全采样，事先埋入的标记文字就会显现出来，从而可以很容易辨别文档复印件和原件。但是由于不同复印机本身的硬件性能和使用期限的差异，对防复印底纹的采样能力也不同。也就是说同一个防复印底纹在不同的复印机上会呈现不同的复印效果，在一部分复印上复印后的警示信息显示明显，而在另外一部分复印机上复印的效果比较模糊，从而失去了防复印底纹的作用；

3)现有的方法中，为了使得防复印底纹中的警示信息区域的隐藏效果更好，通常会在合并后的底纹数据中额外叠加白色的干扰图案对象，这些干扰对象对人眼的视觉冲击效果比较明显。

因此，需要提供更优的信息隐藏方案。

发明内容

本发明提供一种改进的防复印底纹的生成方法和装置，用以解决现有技术中防复印底纹输出对于打印机设备的依赖性大、警示区域信息隐藏效果差以及对复印机硬件设备性能的适应性差等缺点，进一步统一解决纸质文档的打印和复印过程中的安全管控等技术难题。

本发明的构思在于，首先根据文档的页面大小生成矩形区域，并利用幅度调加网(AM，Amplitude Modulated Screening)方式进行数字加网，该区域加网灰度一致，称之为背景保留区域Φ；生成若干待隐藏的警示信息图案子区域Ψ₁,Ψ₂……Ψ_n，子区域可以由文字、图形、图像区域构成，并将所有的区域统一转化为黑白图像，分别使用频率调加网(FM，Frequency Modulated Screening)方式进行数字加网后得到半色调图像区域块Π₁，Π₂……Π_n，然后将所有的半色调图像区域块按照一定的规则排列组合为图像区域Π，称之为警示信息区域；将背景保留区域Φ和警示信息区域Π进行叠加，从而使得警示信息区域融合至背景保留区域；进一步改善警示信息区域的隐藏效果，采用的方法为增加干扰图案、增加中间灰度以及边缘融合的方法。由此得到了一种防复印底纹的生成方法和装置。

本发明提供的一种防复印底纹的生成方法，包括如下步骤：

步骤一，首先根据文档的页面大小生成矩形区域，并利用幅度调加网AM方式进行数字加网，得到背景保留区域Φ；

步骤二，生成若干待隐藏的警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn，分别使用频率调加网FM方式进行数字加网后得到半色调图像区域块Π1，Π2……Πn，然后将所有的半色调图像区域块排列组合为警示信息区域Π；

步骤三，将背景保留区域Φ和警示信息区域Π进行叠加，从而使得警示信息区域融合至背景保留区域；

步骤四，进一步改善警示信息区域的隐藏效果，从而得到防复印底纹点阵图像数据。

较佳地，所述的背景保留区域Φ，数字加网的灰度值是一致的，灰度值区间为5％-15％，加网目数区间为60线至150线，网点类型为圆形、方形、椭圆形或者线型；

较佳地，所述的警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn，是由文字、图形、图像区域或其中的任意组合构成，并统一转化为相应的黑白图像块；

较佳地，所述的警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn，分别采用频率调加网FM方式进行加网处理，其中黑色区域进行加网，白色区域保持不变；

较佳地，所述的频率调加网FM方式进行加网处理，频率调加网FM的灰度值区间为2％-20％，每个警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn的加网灰度值为相等或不等；

较佳地，所述的警示信息图案子区域，加网后得到半色调图像区域块Π1，Π2……Πn经过矩形排列、交错排列、特定间距排列或随机位置排列的方式组合为警示信息区域Π，所有半色调图像区域块两两之间的交集为空集；

较佳地，所述的背景保留区域Φ和警示信息区域Π进行叠加，具体叠加方法为：

1)镂空背景保留区域；

首先，将警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn组合为黑白图像块Ψ，组合的排列方式跟警示信息区域Π的子区域的排列方式完全相同，Ψ和Π的图像大小相同，分别为对应数字加网前后的图像数据；

接着，将黑白图像块Ψ的像素值取反得到图像块Ψ’，即原来黑色的像素点1变为白色的像素点0。相应地，白色的像素点0变为黑色的像素点1；

最后，按照从下至上、从左至右的顺序，将像素值取反后的图像块Ψ’与背景保留区域Φ做对齐操作，并针对相同位置的像素值进行逻辑与运算，从而得到镂空背景保留区域Φ’。

2)警示信息区域叠加。

按照步骤1)中的从下至上、从左至右的相同顺序，将镂空背景保留区域Φ’和警示信息区域Π做对齐操作，并针对相同位置的像素值进行逻辑或运算。

较佳地，所述的改善警示信息区域的隐藏效果，包括增加干扰图案、增加中间灰度以及边缘融合等，可以采用其中的一种或者两种、三种的组合；

较佳地，所述的边缘融合，是针对每个半色调图像区域块Π1，Π2……Πn与背景保留区域Φ交接的边缘区域做融合，具体方法为：对边缘区域附近的单个网点进行微调，在位置和大小上都进行过渡。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种防复印底纹的生成装置，包括：

背景保留区域生成模块，用于根据文档的页面大小生成矩形区域，并利用幅度调加网AM方式进行数字加网，得到背景保留区域Φ；

警示信息区域生成模块，用于生成若干待隐藏的警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn，分别使用频率调加网FM方式进行数字加网后得到半色调图像区域块Π1，Π2……Πn，然后将所有的半色调图像区域块排列组合为警示信息区域Π；

区域叠加模块，用于将背景保留区域生成模块产生的背景保留区域Φ和警示信息区域生成模块的警示信息区域Π进行叠加，从而使得警示信息区域融合至背景保留区域；

视觉效果改善模块，用于进一步改善区域叠加模块中警示信息区域的隐藏效果，从而得到防复印底纹点阵图像数据。

本发明的有益效果如下：

由于本发明中，直接通过幅度调加网AM和频率调加网FM的方式生成了点阵图像格式的防复印底纹数据，可以直接发送至任意打印机进行打印输出；同时可以将防复印底纹数据对象进行封装后，添加至所有的打印机页面描述语言，而不依赖于打印机驱动的特殊加网功能，从而具有更广的适用性。

由于本发明中，采用增加干扰图案、增加中间灰度以及边缘融合的方法，使得警示信息区域的隐藏效果更加理想。

由于本发明中，所有警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn，可以采用不同灰度值的加网方式，因此可以适应不同型号和性能的复印机设备，从而使得文档防复印效果对复印机硬件设备的兼容性更好。

附图说明

图1为实施例中所述的防复印底纹的生成方法流程示意图；

图2为背景保留区域效果示意图：(a)页面大小矩形区域；(b)经过幅度调加网AM产生的背景保留区域效果；

图3为警示信息图案子区域Ψ1和Ψ2效果示意图；

图4为警示信息图案子区域Ψ1和Ψ2组合翻转后的效果示意图；

图5为警示信息图案子区域Ψ1和Ψ2分别经过频率调加网FM方式加网后得到的半色调图像区域块效果示意图；

图6为利用图4得到的翻转图将图2进行镂空后的效果示意图；

图7为图5和图6进行叠加后的效果示意图；

图8为图7进行警示信息区域的隐藏效果改善后的示意图：(a)增加干扰图案；(b)增加中间灰度；(c)边缘融合之前的边缘区域；(d)边缘融合之后的边缘区域；

图9为实施例中所述的防复印底纹的生成装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

如图1所示，本实施例的一种防复印底纹的生成方法包括如下步骤：

S101首先根据文档的页面大小生成矩形区域，并利用幅度调加网AM方式进行数字加网，得到背景保留区域Φ。

所述的背景保留区域Φ，数字加网的灰度值是一致的，灰度值区间为5％-15％，加网目数区间为60线至150线，网点类型为圆形、方形、椭圆形或者线型。

图2为背景保留区域效果示意图。其中(a)图为文档页面大小示意图，(b)图是通过幅度调加网AM方式处理后得到的半色调图像，整个区域加的是平网，即灰度值完全一样。

在本实施例中，幅度调加网AM方法主要采用有序抖动(Ordered Dithering)。它利用一个抖动矩阵将一个灰度图像转换成二值图像。设g(m,n)，b(m,n)，T(m,n)分别表示输入灰度图像、输出二值图像和抖动矩阵，则其数学表达式为：

这里b(m,n)＝0表示输出的为“白点”，反之，b(m,n)＝1表示输出的为“黑点”。一般来说，抖动矩阵象素的分布决定了和矩阵大小相同的图像块内的输出结果，也决定着整幅图像的输出效果。根据抖动矩阵的不同，半色调图像会表现出不同的特点。最简单的抖动矩阵是常值抖动矩阵，即T(m,n)＝0.5，

有序抖动的主要过程如下。首先，原始连续调图像被分割成与抖动矩阵大小相同的多个矩阵单元，接着通过抖动过程确定每一单元中的点模式，最后所有的矩阵单元共同组成半色调图像。其中抖动矩阵的设计最为重要。在本发明中主要采用Limb在1969年提出的抖动矩阵。以一个2*2矩阵开始：

利用下面的递归关系求解：

其中M_n和U_n都是2n*2n的方阵，所有元素都是1。根据这个算法，可得：

为16级灰度的抖动矩阵。

另外，有序抖动又分为点聚集态有序抖动(Clustered Ordered Dithering)和点离散态有序抖动(Dispersed Ordered Dithering)两类。在本实施例中采用的是点聚集态有序抖动方法。

S102生成若干待隐藏的警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn，分别使用频率调加网FM方式进行数字加网后得到半色调图像区域块Π1，Π2……Πn，然后将所有的半色调图像区域块排列组合为警示信息区域Π。

图3所示为警示信息图案子区域Ψ1和Ψ2效果示意图，警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn，是由文字、图形、图像区域或其中的任意组合构成，并统一转化为相应的黑白图像块；接着分别采用频率调加网FM方式进行加网处理，其中黑色区域进行加网，白色区域保持不变。

在使用频率调加网FM方式进行加网处理时，频率调加网FM的灰度值区间为2％-20％，每个警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn的加网灰度值为相等或不等。经过加网处理后得到半色调图像区域块Π1，Π2……Πn再次经过矩形排列、交错排列、特定间距排列或随机位置排列的方式组合为警示信息区域Π，所有半色调图像区域块两两之间的交集为空集；

在本实施例中，频率调加网FM方式主要采用蓝噪声半色调方法。将调频得到的半色调二值图像放在频率域进行考查，用可见光的波长特性来描述。用抖动法产生的网点图像各网点随机分布，既有单个的小的调频网点，属高频部分，也有部分小调频网点随机聚集成低频和中频分量，一幅图像中具有各种不同频率的分量，白色光也是由不同频率的可见光组成，我们就称具有不同网点分布频率的半色调图像具有白噪声特性。但是由于白噪声有很多低频成分，人眼对低频成分比较敏感，所以该方法产生的半色调图像龟纹较多，色调不均匀。为了将图像同一灰度中的少数点尽量均匀分散，构造了只包含光谱中高频部分的模板，称其具有蓝噪声特性。正如蓝色是可见光中的高频部分一样，蓝噪声也就是白噪声中的高频部分。

蓝噪声实际上是一种统计模型，描述了理想的非周期分布的点模式的空间和频谱特征。对于图像中具有同一灰度等级g的区域，少数点(黑点或白点)以平均距离λ_b分布：

式中：D是输出系统中可放置两点(象素)间的最小距离，λ_b相应于蓝噪声的主波长，从这个方程可以看到当灰度趋于0(白色)或趋于1(黑色)时，λ_b趋于无穷大；灰度从两级向1/2接近时，λ_b逐渐减小。通过调节少数点的距离使网点均匀分布。图5为图3经过上述加网方法处理得到的效果示意图，其中Ψ1,Ψ2具有不同的加网灰度值。

S103将背景保留区域Φ和警示信息区域Π进行叠加，从而使得警示信息区域融合至背景保留区域。

所述的背景保留区域Φ和警示信息区域Π进行叠加，具体叠加方法为：

1)镂空背景保留区域；

首先，将警示信息图案子区域Ψ1,Ψ2……Ψn组合为黑白图像块Ψ，组合的排列方式跟警示信息区域Π的子区域的排列方式完全相同，Ψ和Π的图像大小相同，分别为对应数字加网前后的图像数据。

接着，将黑白图像块Ψ的像素值取反得到图像块Ψ’，即原来黑色的像素点1变为白色的像素点0。相应地，白色的像素点0变为黑色的像素点1。图4为警示信息图案子区域Ψ1和Ψ2组合翻转后的效果示意图。

最后，按照从下至上、从左至右的顺序，将像素值取反后图像块Ψ’与背景保留区域Φ做对齐操作，并针对相同位置的像素值进行逻辑与运算，从而得到镂空背景保留区域Φ’，如图6所示。

2)警示信息区域叠加。

按照步骤1)中的从下至上、从左至右的相同顺序，将镂空背景保留区域Φ’和警示信息区域Π做对齐操作，并针对相同位置的像素值进行逻辑或运算，如图7所示。

在上述图像点阵合并的过程中，需要注意以下两个问题：

1)左边空问题。

存在左边空问题的原因是，由于进行叠加处理的图像都是经过加网处理后的黑白二值图像，即一个像素对应一个bit。但进行逻辑与操作或者逻辑或操作时，都是以字节为单位操作的。因此，当背景保留区域和警示信息图案区域摆放的位置不是字节对齐的时候，就需要对图像的数据进行移位。移位的位数根据警示信息区域图像块的左边框的横坐标值模7后得到余数确定。

2)裁剪问题。

当警示信息图案区域图像块的左边界超出了背景保留区域页面大小的左边框时，即bbox[0]<0，则需要裁掉超出页面的部分。根据超出的位数确定需要裁掉的比特数。

S104进一步改善警示信息区域的隐藏效果，从而得到防复印底纹点阵图像数据。

所述的改善警示信息区域的隐藏效果，包括增加干扰图案、增加中间灰度以及边缘融合等，可以采用其中的一种或两种、三种的组合。

干扰图案根据背景保留区域图像块的高度和宽度，按照deltaX和deltaY进行偏移，均匀平铺在叠加了背景保留区域图像块所在的文档页面上。这里，干扰图案是不需要挂网的。

干扰图案具体的叠加方法为：首先，将干扰图案按照从左向右的顺序叠加到一块长度等于干扰图案的长度，高度等于干扰图案的高度加上y方向偏移的内存图像块上。叠加的方法是依次进行逻辑或操作，同样涉及上述左边空和裁剪问题；其次，将内存图像块中的数据取反，按照从下往上的顺序叠加到文档页面上去，即进行逻辑与操作。图8中(a)图所示为添加干扰图案后的防复印底纹效果示意图。

为了对比效果明显，在图8中(b)图中，设置内环区域的灰度值明显大于背景保留区域，在中间环带区域设置了另外不同的灰度值，从而使得从内环区域到背景保留区域的灰度过渡相对更加自然。

所述的边缘融合，是针对每个半色调图像区域块Π1，Π2……Πn与背景保留区域Φ交接的边缘区域做融合，具体方法为：对边缘区域附近的单个网点进行微调，在位置和大小上都进行过渡，即根据边缘区域附近的空白区域分布，增加单个网点的个数或者调整部分网点的大小。如图8中(c)图和(d)图所示，其中(c)图为融合之前的边缘区域，(d)图为融合之后的边缘区域。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种防复印底纹的生成装置，如图9所示，包括：

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种防复印底纹的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据文档的页面大小生成矩形区域，并利用幅度调加网AM方式进行数字加网，得到背景保留区域；所述背景保留区域中数字加网的灰度值是一致的；

2)生成若干待隐藏的警示信息图案子区域，分别使用频率调加网FM方式进行数字加网后得到半色调图像区域块，然后将所有的半色调图像区域块排列组合为警示信息区域；

3)将背景保留区域和警示信息区域进行叠加，使得警示信息区域融合至背景保留区域；

4)改善警示信息区域的隐藏效果，从而得到防复印底纹点阵图像数据；所述改善警示信息区域的隐藏效果，包括边缘融合；所述边缘融合是针对每个半色调图像区域块与背景保留区域交接的边缘区域做融合，融合的方法为：对边缘区域附近的单个网点进行微调，在位置和大小上都进行过渡，即根据边缘区域附近的空白区域分布，增加单个网点的个数或者调整部分网点的大小；

所述改善警示信息区域的隐藏效果，还包括增加干扰图案、增加中间灰度；

干扰图案根据背景保留区域图像块的高度和宽度，均匀平铺在叠加了背景保留区域图像块的文档页面上；干扰图案不需要挂网；

干扰图案具体的叠加方法为：首先，将干扰图案按照从左向右的顺序叠加到一块长度等于干扰图案的长度，高度等于干扰图案的高度加上y方向偏移的内存图像块上，叠加的方法是依次进行逻辑或操作；其次，将内存图像块中的数据取反，按照从下往上的顺序叠加到文档页面上去，即进行逻辑与操作；

设置内环区域的灰度值明显大于背景保留区域，在中间环带区域设置另外不同的灰度值，从而使得从内环区域到背景保留区域的灰度过渡相对更加自然。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述背景保留区域中数字加网的灰度值区间为5％-15％，加网目数区间为60线至150线，网点类型为圆形、方形、椭圆形或者线型。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述警示信息图案子区域由文字、图形、图像区域或其中的任意组合构成，并统一转化为相应的黑白图像块。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述警示信息图案子区域分别采用频率调加网FM方式进行加网处理，其中黑色区域进行加网，白色区域保持不变。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用频率调加网FM方式进行加网处理，频率调加网FM的灰度值区间为2％-20％，每个警示信息图案子区域的加网灰度值为相等或不等。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述警示信息图案子区域加网后得到的半色调图像区域块，经过矩形排列、交错排列、特定间距排列或随机位置排列的方式组合为警示信息区域，所有半色调图像区域块两两之间的交集为空集。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将背景保留区域和警示信息区域进行叠加，包括以下步骤：

a)镂空背景保留区域：首先将各警示信息图案子区域组合为黑白图像块Ψ；接着将黑白图像块Ψ的像素值取反得到图像块Ψ’；最后按照从下至上、从左至右的顺序，将像素值取反后的图像块Ψ’与背景保留区域Φ做对齐操作，并针对相同位置的像素值进行逻辑与运算，从而得到镂空背景保留区域Φ’；

b)警示信息区域叠加：按照步骤a)中的从下至上、从左至右的相同顺序，将镂空背景保留区域Φ’和警示信息区域Π做对齐操作，并针对相同位置的像素值进行逻辑或运算。

8.一种采用权利要求1～7中任一权利要求所述方法的防复印底纹的生成装置，其特征在于，包括：

背景保留区域生成模块，用于根据文档的页面大小生成矩形区域，并利用幅度调加网AM方式进行数字加网，得到背景保留区域；

警示信息区域生成模块，用于生成若干待隐藏的警示信息图案子区域，分别使用频率调加网FM方式进行数字加网后得到半色调图像区域块，然后将所有的半色调图像区域块排列组合为警示信息区域；

区域叠加模块，用于将背景保留区域生成模块产生的背景保留区域和警示信息区域生成模块的警示信息区域进行叠加，使得警示信息区域融合至背景保留区域；

视觉效果改善模块，用于改善区域叠加模块中警示信息区域的隐藏效果，从而得到防复印底纹点阵图像数据。