CN108776948A - 一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，包括如下步骤：步骤一、宿主图像的选择；步骤二、宿主图像半色调处理；步骤三、防伪信息的隐藏。本发明扩大了网点可调制的角度范围，优化了网点可调制的距离，提高了防伪信息的隐蔽性和提取效果。

Description

一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法

技术领域

本发明属于印刷防伪技术领域，具体涉及一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法。

背景技术

人眼正常视觉的极限分辨能力是有限的，当数字加网后的图像网点的大小和网点间距小于人眼视觉的极限分辨能力时，人眼就不能区分网点。所以实际上离散化的二值图像时不连续的，但是由于人眼视觉特性，以一定的观察距离去看的话，根本不能区分网点，也就是不能区分图像细节，最终给人一种连续调的图像效果，从而实现连续调原稿的印刷复制。

光栅防伪是半色调加网技术和莫尔效应相结合产生的防伪技术，将半色调图像的一排排网点看作是一条条黑色的直线，那么将其与相同周期和宽度的数字光栅叠合后就能形成周期无穷大的纵向莫尔条纹，数字光栅就是在计算机上模拟黑白光栅光学特性而设计的一种数字光栅。黑白光栅是由大量的非常细微的黑白相间的平行条纹组成的。理想情况下黑条纹应保证完全不透光，也就是透光率为零，白条纹也就是狭缝，透光率为100％。

光栅防伪中最常用的相位调制法，是通过改变部分网点的位置来完成的，所有被移动后的网点整体组成了新的隐藏信息图案，是一种将需要嵌入的防伪信息进行隐藏的隐藏算法，由于人眼视觉的这种低通滤波特性，在对半色调宿主图形进行调幅加网处理后，整体改变局部区域的部分网点位置，由于网点非常小，微量的其位置后是不会明显的引起人眼是觉感知的，基于这种原理将隐藏信息嵌入到宿主图像之中，且不会引起人眼视觉的感知；然后利用相应的光栅，对隐藏信息检测时才能显示出所有被移动网点构成的整个隐藏信息。

相位调制法的算法公式为：其中，X和Y分别表示网点在横向和纵向的位移量，D代表两个网点之间的距离，即网点实际移动的距离为D/2，且移动的方向为加网角度方向，现有的一些研究进展中，也有采用垂直于加网角度方向移动D/2的做法，由于在图像半色调过程中势必设置加网线数l，因此D为一个已知数值，

相位调制法虽然使用非常普遍，但还存在以下不足：

1、最优网点原则存在深远的技术偏见：现有研究均认为，网点的位移设置必须满足最优网点原则，只有组成防伪信息的网点位于最优网点位置的时候，数字光栅检测防伪信息时，防伪信息的再现才最明显、清晰，但是现有技术中多年来一直存在惯有的技术偏见，认为最优点只有沿着加网角度方向或者加网角度垂直的方向移动D/2，导致从理论指导的角度上网点可调制的角度和距离非常有限；

2、对网点产生搭接的问题研究没有到位：为了实现莫尔效应，考虑了网点选区的所有网点进行相同的位移，位移方向为沿着加网角度方向或者加网角度垂直的方向，位移距离为D/2，即现有方法中，对所有颜色值(网点百分比)的网点均一概而论，没有针对性；同时，由于前期半色调处理中会设置加网参数，因此加网线数为已知数，加网线数确定了D和单个网目调单元的边长D₂，D＝D₂，因此，D/2为定值；但位于网点选区边界上的部分网点，其实际可移动的距离为两个网点最近点之间的距离，记为D₁，随着网点百分比的增大，D₁会逐渐减小，因此，D₁为变量；当D₁小于D/2时，如果仍然按照现有技术的方法进行相位调制，则会引起边界上网点之间的搭接，引起强烈的视觉感知，使得防伪失效，现有技术中尚未考虑网点间实际距离对隐蔽性和提取性能产生的协同影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，扩大了网点可调制的角度范围，优化了网点可调制的距离，提高了防伪信息的隐蔽性和提取效果。

本发明提供了如下的技术方案：一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，包括如下步骤：

步骤一、宿主图像的选择

选择宿主图像，分解宿主图像使其由C通道、M通道、Y通道和K通道共4个颜色通道组成；

宿主图像的至少1个颜色通道上具有可以设置防伪信息的隐藏区域，记隐藏区域所在的颜色通道为母版，隐藏区域的所有像素点在母版上的颜色值为α，α∈(0，0.5]；剩余颜色通道为3个副版；隐藏区域所在的母版为C通道或者M通道，当无法选出α小于等于0.5的隐藏区域时，则重新选择宿主图像；

步骤二、宿主图像加网处理

对4个颜色通道分别设置加网参数进行加网处理，加网参数包括加网角度，记母版的加网角度为θ，θ＝0°，得到由网点组成的母版半色调图和3幅副版半色调图；

步骤三、防伪信息的隐藏

选取需要隐藏的防伪信息，在母版半色调图的隐藏区域中建立相应的网点选区，记网点选区内的网点为集合A，进行相位调制；

相位调制的方法为：记集合A中的任一网点e，以该网点e的中心点q为极点建立极坐标，网点e移动后中心点的位置为q’，q’的极坐标为(ρ，γ)，ρ代表网点e移动的距离，γ代表网点e移动后q’和q的连线与水平线之间形成的夹角，q’为以极点为圆心、ρ为半径且具有4个缺口的圆形轨迹上的任一点，将集合A的其余网点移动与网点e相同的角度和距离；

所述加网参数还包括加网线数，记所述加网线数为l，根据步骤一得到的α值，当时，所述具有4个缺口的圆形轨迹的半径为轨迹方程为：

当时，所述具有4个缺口的圆形轨迹的半径为轨迹方程为：

相位调制完成后，得到携带防伪信息的母版半色调图，将其与3幅副版半色调图进行图像合成，得到携带防伪信息的宿主图像半色调图，完成防伪信息的隐藏。

作为上述技术方案的进一步描述：

步骤三完成后还包括步骤四，步骤四为防伪信息的识别：

(1)、制作识别光栅：制备数字文件形式的识别光栅，识别光栅的面积大于隐藏区域的面积，识别光栅由长度相同的黑色条纹和透明条纹相互平行间隔排列组成，黑色条纹的宽度为T₁，透明条纹的宽度为T₂，其中，

(2)、将识别光栅覆盖在携带防伪信息的宿主图像半色调图上，旋转识别光栅，使得识别光栅与水平线之间形成夹角为β，然后沿β方向前后移动识别光栅，直至集合A的网点与识别光栅形成具有强烈反差的防伪信息，从而完成防伪信息的识别，所述β的确定方法为：

则β＝0°；

则β＝90°。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤二中，加网处理采用photoshop软件中的半调网屏，加网参数还包括输出分辨率和网点形状，对4个颜色通道分别进行加网处理时，采用相同的输出分辨率、加网线数和网点形状。

作为上述技术方案的进一步描述：

3个所述副版的加网角度为45°、15°和75°的任意组合。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述网点形状均为圆形。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤二中，加网处理采用photoshop软件中的半调网屏，加网参数还包括输出分辨率和网点形状，对4个颜色通道分别进行加网处理时，采用相同的输出分辨率、加网线数和网点形状，3个所述副版的加网角度为45°、18.44°和71.57°的任意组合。

作为上述技术方案的进一步描述：

输出分辨率为2400dpi，加网线数为96lpi。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤三中，得到携带防伪信息的宿主图像半色调图后，还包括将嵌入有携带防伪信息的宿主图像半色调图印刷输出，印刷输出前，在宿主图像半色调图上设置识别标记，识别标记为十字形结构，十字形结构的一边与水平线之间的夹角为所述β，然后通过输出设备控制曝光输出成印版，或者对应制成菲林片再晒制印版，得到携带防伪信息的宿主图像实物；

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤四中，制作识别光栅后，还包括将数字文件形式的识别光栅制备成对应的实物光栅，将实物光栅覆盖在宿主图像实物上，根据识别标记旋转实物光栅，使得实物光栅的黑色条纹或者透明条纹与水平线的夹角为所述β，然后沿β方向前后移动实物光栅，直至观测到防伪信息，完成识别。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤三中，网点选区的建立方法为：

(1)、在photoshop软件中，新建图像一，图像一的长宽和宿主图像的长宽相同，图像一的输入分辨率和所述输出分辨率相同，背景内容为白色，在图层通道中得到“图层0”，将所述母版半色调图复制入图像一，得到“图层1”，复制“图层1”，得到“图层2”；将“图层2”、“图层1”和“图层0”依次排列在图层窗口中；

(2)、新建“图层3”，将“图层3”、“图层2”、“图层1”和“图层0”依次排列在图层窗口中，在“图层3”中置入防伪信息，将防伪信息移动至隐藏区域的对应位置，选中“图层3”，使用魔棒工具选中防伪信息，得到网点选区，设置“图层3”不可见。

本发明的有益效果：扩大了网点可调制的角度范围，优化了网点可调制的距离，提高了防伪信息的隐蔽性和提取效果，具体如下：

1、确定产生网点搭接的阈值：本发明中发现，当D/2＝D₁时，此时，位于网点选区边界上的部分网点，移动后刚好与其前方的网点相接触但不搭接，D₁等于相邻两个网点之间的距离D减去两个半径r的值，在加网线数一定的情况下，D₁则取决于网点半径r，而网点半径取决于通道上像素点对应的颜色值α(即网点百分比)，得到如下算式：因此，当D/2等于D₁时，此时移动后的网点刚好和它前方的网点相接触但不搭接；现有技术中，尚未有研究考虑到此阈值对网点位移法带来的影响；

2、优化了相位调制中网点移动的距离：基于前述，本发明中仅在α小于等于参考现有的网点位移方法，即网点移动的距离为D/2，即为当α大于为保证一定的隐蔽性，同时又保证边界上的网点可以为提取识别性做出贡献，网点移动距离S为两个网点最近点之间的距离D₁，即为

3、优化了相位调制中网点移动的方向

现有技术中，相位调制法网点的移动方向仅为沿加网角度方向的前后或者垂直于加网角度方向的前后，结合移动距离，网点最后的移动位置仅为4处，本发明优化后的相位调制方法，网点可移动的位置组成具有4处缺口的圆形轨迹，该轨迹的极坐标方程为：

当时，网点选区内的每个网点，其自身可调制的位置组成带有四处缺口的圆形轨迹，该圆形轨迹的半径为轨迹方程为：并且

当时，网点选区内的每个网点，其自身可调制的位置组成带有四处缺口的圆形轨迹，该圆形轨迹的半径为轨迹方程为：并且

因此，采用本发明的方法进行相位调制，颠覆了现有技术的技术偏见，确定在达到相同隐藏效果的基础上，扩大了网点可调制的范围；

4、设计识别光栅的识别角度

根据前述设计的轨迹方程，在使用识别光栅提取隐藏的防伪信息时，记准确提取出防伪信息时，识别光栅和水平线之间的夹角(锐角)为β：

根据网点调制的角度采用不同的β，防止网点选区的网点与识别光栅产生重合，降低提取的显著性；

5、本发明适用范围更广、更灵活：步骤一和二，可以确定隐藏区域在颜色通道上的颜色值，在半色调处理时，颜色值α对应为网点的网点百分比，其间接的决定了相位调制过程中网点位移的距离，步骤一确定了宿主图像的颜色模式和图像大小等数据，还确定了母版、隐藏区域的具体位置，在photoshop中打开宿主图像，观察颜色信息找到对应的隐藏区域，操作简单；宿主图像可以是直接在图像处理软件中制作的原稿，也可以是随机选取的符合条件的原稿；

6、本发明在宿主图像的选择方面保证良好的信息隐蔽性和提取性：仅考虑α∈(0，0.5]的范围，因为在实际操作中，经过多次实验测试发现，当网点百分比大于0.5时，防伪信息的提取识别性能较好，但是隐蔽性较弱，为达到最好的隐蔽性和提取性，另外，在实际操作中，网点百分比达到0.5时，采用photoshop加网后的半色调图中(网点形状为圆形)，相邻两个网点在不产生位移的情况已经相互接触，无法进行相位调制，边缘的显著性非常明显；

7、本发明具有实际应用价值：包括将嵌入有携带防伪信息的宿主图像半色调图印刷输出，印刷输出前，在宿主图像半色调图上设置识别标记，识别标记为十字形结构，十字形结构的一边与水平线之间的夹角为β，将数字文件形式的识别光栅制备成对应的实物光栅，识别标记起到指示作用，不影响防伪功能，可以方面使用者验证防伪信息。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中的宿主图像(色彩信息未示出)；

图2为本发明实施例1中携带防伪信息的宿主图像半色调图(色彩信息未示出)；

图3是本发明实施例1中覆盖识别光栅后的宿主图像半色调图(色彩信息未示出)；

图4为本发明实施例2中的宿主图像(色彩信息未示出)；

图5为本发明实施例2中携带防伪信息的宿主图像半色调图(色彩信息未示出)；

图6是本发明实施例2中覆盖识别光栅后的宿主图像半色调图(色彩信息未示出)；

图7为本发明实施例3中的宿主图像(色彩信息未示出)；

图8为本发明实施例3中携带防伪信息的宿主图像半色调图(色彩信息未示出)；

图9是本发明实施例3中覆盖识别光栅后的宿主图像半色调图(色彩信息未示出)；

图10为本发明中一母版上任一网点e的示意图(为便于观察网点设置为空心)；

图11为本发明中一母版上任一网点e可移动位置的示意图(为便于观察网点设置为空心)；

图12为本发明中一母版上任一网点e可移动位置优化后的示意图(为便于观察网点设置为空心)；

图13为本发明图12的简化示意图；

图14为本发明中β＝θ时一母版上任一网点e移动后与识别光栅相切的状态示意图；

图15为本发明中β＝θ+90°时一母版上任一网点e移动后与识别光栅相切的状态示意图；

图16为本发明图12中部分范围的可移动位置的示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

实施例1

一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，包括如下步骤：

步骤一、选择和分解宿主图像

随机选择宿主图像，用于隐藏防伪信息，该宿主图像需满足的条件为：

(1)、由m*n个像素点构成的数字文件；

(2)、本实施例1在photoshop软件中，将图像模式设置成CMYK模式，分解宿主图像，使其由C通道、M通道、Y通道和K通道共4个颜色通道组成；

宿主图像的至少1个颜色通道上具有可以设置防伪信息的隐藏区域，隐藏区域具有s*s个像素点，记所述隐藏区域所在的颜色通道为母版，且隐藏区域的所有像素点在母版上的颜色值均相同，记为α，α小于等于0.5；剩余颜色通道为3个副版；

当无法选出α小于等于0.5的隐藏区域时，则返回步骤一重新选择宿主图像再次进行宿主图像分解，直至找到α小于等于0.5的隐藏区域；

参见图1，本实施例1中，经过步骤一，得到的满足条件的宿主图像，其自带的输入分辨率为2400lpi，m＝n＝3780，s＝1260，宿主图像的长宽均为4cm，得到的隐藏区域中α的值为0.15；母版为C通道(即隐藏区域在C通道上)，M通道、Y通道和K通道为副版；

步骤二、宿主图像半色调处理

对4个颜色通道分别设置加网参数进行加网处理，具体为：

在photoshop中打开宿主图像，选中单个颜色通道，将颜色通道转换为位图，转换时设置输出分辨率为2400dpi，然后采用photoshop中的半调网屏进行加网，加网参数包括输出分辨率、加网线数、网点形状和加网角度，对4个颜色通道均采用相同的输出分辨率、加网线数和网点形状进行加网，网点形状均为圆形，本实施例1中加网线数为96lpi，C通道的加网角度为0°，M通道、Y通道和K通道的加网角度分别为15°、45°和75°；

重复4次前述操作，得到由网点组成的母版半色调图和3幅副版半色调图；

步骤三、防伪信息的隐藏

(1)、建立网点选区

选取需要隐藏的防伪信息，实施例中，防伪信息为图形和文字的组合，在图像处理软件中打开母版半色调图，根据防伪信息的轮廓在对应的隐藏区域中建立网点选区，建立网点选区的方法为：

a、在photoshop软件中，新建图像一，图像一的长宽和宿主图像的长宽相同，即长宽均为4cm，图像一的输入分辨率为2400dpi，背景内容为白色，在图层通道中得到“图层0”，将所述母版半色调图复制入图像一，得到“图层1”，复制“图层1”，得到“图层2”；将“图层2”、“图层1”和“图层0”依次排列在图层窗口中；

b、新建“图层3”，将“图层3”、“图层2”、“图层1”和“图层0”依次排列在图层窗口中，在“图层3”中置入防伪信息，将防伪信息移动至隐藏区域的对应位置，选中“图层3”，使用魔棒工具选中防伪信息，得到网点选区，然后设置“图层3”不可见，选中“图层2”，此时，网点选区在“图层2”中勾选出的网点即为需要进行相位调制的网点，记为集合A；

(2)、相位调制

将集合A的网点进行相位调制，方法为：

a、记集合A中的任一网点e，以该网点e的中心点q为极点建立极坐标，网点e移动后中心点为q’，q’的极坐标为(ρ，γ)，ρ代表移动的距离，γ代表移动的角度，q’为以极点为圆心、ρ为半径且具有4个缺口的圆形轨迹上的任一点，参考网点e，将集合A的其余网点移动与网点e相同的角度和距离，本实施例中，直接在photoshop软件中，选中集合A的所有网点，同时进行调制，操作简单精确；加网参数包括加网角度和加网线数，所述加网线数为l；

b、根据步骤一得到的α值，本实施例的α的值为0.15，属于的范围，θ为0°，轨迹方程为：

将网点e移动至前述轨迹方程上的任一点，本实施例1中，优选网点e移动后的q’的极坐标为同时，集合A的其余网点随着网点e移动同样的距离和角度，完成相位调制后，此时，防伪信息已经嵌入在宿主图像中；得到携带防伪信息的母版半色调图，将其与3幅副版半色调图进行图像合成，在photoshop中新建图像二，图像二的长宽和宿主图像的长宽相同，图像二的输入分辨率为2400dpi，背景内容为白色，颜色模式为CMKY模式，将母版半色调图和3幅副版半色调图复制入对应的颜色通道中，参见图2，得到携带防伪信息的宿主图像半色调图，完成防伪信息的隐藏；

步骤四：防伪信息的识别

识别的方法为：

(1)、制作识别光栅：在photoshop中，制备数字文件形式的识别光栅，识别光栅的面积大于隐藏区域的面积，识别光栅由长度相同的黑色条纹和透明条纹相互平行间隔排列组成，黑色条纹的宽度为T₁，透明条纹的宽度为T₂；

T₁的确定方法为：为形成莫尔条纹，设计T₁＝2r，r为网点半径，使得在提取过程中，形成反差而使得防伪信息显现，又因为因此T₁＝2r等价于：从而进一步，以此确定了识别光栅黑色条纹和透明条纹的宽度；

(2)、将识别光栅覆盖在携带防伪信息的宿主图像半色调图上，旋转识别光栅，使得识别光栅与水平线相平行，然后上下移动识别光栅，直至集合A的网点与识别光栅形成具有强烈反差的防伪信息，从而完成防伪信息的识别，参见图3，得到提取防伪信息的识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图；本实施例中，β＝0°。

进一步说，步骤三中，还包括将嵌入有携带防伪信息的宿主图像半色调图印刷输出，印刷输出前，在宿主图像半色调图上设置识别标记，识别标记为十字形结构，十字形结构的一边与水平线之间的夹角为所述β，然后通过输出设备控制曝光输出成印版，或者对应制成菲林片再晒制印版，得到携带防伪信息的宿主图像实物；

步骤四中，还包括将数字文件形式的识别光栅制备成对应的实物光栅，将实物光栅覆盖在宿主图像实物上，根据识别标记旋转实物光栅，使得实物光栅的黑色条纹或者透明条纹与水平线平行，然后左右移动实物光栅，直至观测到防伪信息，完成识别。

实施例2

参见图4、5和6，在实施例1的基础上，实施例2的不同之处在于：(1)、宿主图像不同；(2)、防伪信息为文字；(3)、α为0.25。

实施例3

参见图7、8和9，在实施例1的基础上，实施例3的不同之处在于：(1)、宿主图像不同；(2)、防伪信息为图形；(3)、α为0.2。

对比例

本对比例中，设置对照组1、2和3，分别与实施例1、2和3进行对照测试：

(1)、对照组1：与实施例1相比，不同之处在于仅在于网点e移动后的q’的极坐标为即采用现有技术，移动方向为垂直于加网角度，移动距离为两个网点距离的一半；得到准确提取防伪信息后，识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图；

(2)、对照组2：与实施例2相比，不同之处在于仅在于网点e移动后的q’的极坐标为即采用现有技术，移动方向为垂直于加网角度，移动距离为两个网点距离的一半；得到准确提取防伪信息后，识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图；

(3)、对照组3：与实施例3相比，不同之处在于仅在于网点e移动后的q’的极坐标为即采用现有技术，移动方向为垂直于加网角度，移动距离为两个网点距离的一半；得到准确提取防伪信息后，识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图；

进一步的，本对比例中，还进行提取识别性评价：

采用区域对比度函数F_i和信息熵函数算法T_i，这两个算法的取值都是介于0和1之间的数值，F_i和T_i的值越接近1，代表光栅识别出的防伪图案与宿主图像的背景反差越大，图像越清晰显著：

(1)、区域对比度函数F_i

上式为基于区域对比度的图像显著性评价函数，dev(x,y)表示上述定义的区域对比度；maxf_△(x,y)和minf_△(x,y)分别代表该区域内的灰度最大值以及最小值，0≤dev(x,y)≤1；

(2)、信息熵函数算法T_i

上式为信息熵函数，p_k表示灰度值k在该图像中出现的频率，N表示图像的灰度等级。

采用区域对比度函数F_i和信息熵函数算法T_i分别评价对照组1、对照组2、对照组3、实施例1、实施例2、实施例3的识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图(准确提取防伪信息的状态下)，得到的结果如下表1所示：

表1提取识别性评价结果

实施例1与对照组1相比较，采用相同的宿主图像和防伪信息，最后得到的叠加图，可以非常直观的观察出实施例1的防伪信息更为显著，即形成更强烈的反差和对比度，提取性能更好，参照表1的数据，实施例1的F_i和T_i的值均更接近于1，且与对照组1的数据有较大差距，从客观上反应了实施例1的提取性能更好；同理，实施例2和实施例3均取得了良好的效果，特别地，实施例3和对照组3的比较，该组的α为0.25，即采用对照组3的隐藏方法，会产生强烈的网点搭接，因此对照组3在隐蔽性和提取性能上均不如实施例3可以取得的效果。

将实施例1中的携带防伪信息的母版半色调图与3幅副版半色调图进行图像合成，得到携带防伪信息的宿主图像半色调图；采用SSIM(结构相似度)算法和WSNR(加权信噪比)分别评价未嵌入防伪信息的宿主图像半色调图和携带防伪信息的宿主图像半色调图两者之间的相似度，从而间接得到隐藏信息的隐蔽性的评价结果，同理对实施例2和3采用相同的方法，得到结果如下表2所示：

表2隐蔽性评价评价结果

其中，SSIM的值越接近于1或者WSNR的值越大，代表两幅图像的相似度越大，由上述表1可知，实施例1～3的SSIM值均接近于1，且均大于0.9，与未做任何处理的宿主图像半色调图相比，差别非常小，可以较好的隐藏防伪信息；同时WSNR均较大，进一步验证了本发明的方法，扩大了相位调制最优点原则的适用范围，并且，仍具有相当的防伪信息隐蔽效果好，不易被人眼察觉。

综上所述，与现有技术相比，本发明的区别之处具体在于：

(1)、找到会产生网点搭接的阈值：本发明中发现，当D/2＝D₁时，此时，位于网点选区边界上的部分网点，移动后刚好与其前方的网点相接触但不搭接，D₁等于相邻两个网点之间的距离D减去两个半径r的值，在加网线数一定的情况下，D₁则取决于网点半径r，而网点半径取决于网点百分比α(即通道上像素点对应的颜色值)，得到如下算式：

因此，当D/2等于D₁时，此时移动后的网点刚好和它前方的网点相接触但不搭接；现有技术中，尚未有研究考虑到此阈值对网点位移法带来的影响；

(2)、优化了相位调制中网点移动的距离

基于区别(1)，本发明中仅在α小于等于参考现有的网点位移方法，即网点移动的距离为D/2；

当α大于为保证一定的隐蔽性，同时又保证边界上的网点可以为提取识别性做出贡献，当网点移动距离S为最大距离D₁时，提取性能达到最佳，具体如下：

S＝D₁；

又因为：

所以，当α大于网点移动的距离为

(3)、优化了相位调制中网点移动的方向

现有技术中，相位调制法网点的移动方向仅为沿加网角度方向的前后或者垂直于加网角度方向的前后，结合移动距离，网点最后的移动位置仅为4处，本发明针对的隐藏区域的每个网点，参见图10中任一网点e，其可移动的位置为一个圆形轨迹，以原始位置的中心点q为圆形轨迹的圆心，以D/2为圆形轨迹的半径，参见图11，集合A中的任一网点e，以该网点e的中心点q为极点建立极坐标，网点e移动后中心点的位置为q’，q’的极坐标为(ρ，γ)，q’为极坐标方程ρ上的任意一点，极坐标方程为：这样的移动方式可以确保网点相位调制在尽可能小的情况下仍具有良好的提取性能和隐蔽性能；同理，针对的隐藏区域的每个网点，其可移动的位置也为一个圆形轨迹，以原始网点的圆心为圆形轨迹的圆心，以D₁为圆形轨迹的半径，极坐标方程为：

(4)、结合提取性能进一步优化网点移动的方向

现有技术中，在防伪信息的识别提取阶段，设计具有对应周期的识别光栅，覆盖在宿主图像上，识别光栅在特定角度下准确提取出防伪信息，在前期防伪信息的隐藏阶段中，网点调制的方向为沿加网角度方向时，该特定角度即为垂直于加网角度方向，网点调制的方向为垂直于加网角度方向时，该特定角度即为沿加网角度方向；

本发明进一步优化网点移动的方向，以α小于等于为例，参见图12，图中q₁’、q₂’、q₃’、q₄’、q₅’、q₆’、q₇’、q₈’为圆形轨迹的8个点，当圆心q移动至q₁’、q₄’、q₆’、q₇’这4个位置时，移动后的网点刚好与沿加网角度方向的识别光栅相切，当圆心q移动至q₂’、q₃’、q₅’、q₈’这4个位置时，移动后的网点刚好与垂直于沿加网角度方向的识别光栅相切；当网点移动的圆心在q₁’和q₂’之间、q₃’和q₄’之间、q₅’和q₆’之间以及q₇’和q₈’之间时，识别光栅会与网点重叠，无法达到较好的识别效果，因此，本发明排除前述4个调制角度；

所以，结合图13，本发明中,仅采用从q₁’到q₄’、q₃’到q₅’、q₆’到q₇’以及q₂’到q₈’的具有四个缺口的圆形轨迹，作为网点移动的方向和距离；求解q₁’、q₂’、q₃’、q₄’、q₅’、q₆’、q₇’、q₈’极坐标：

q₁’的极坐标：参见图14，记圆心q和q₁’的连线与加网角度方向(即网线方向)之间的夹角为Ω₁，记圆心q₁’和圆心q的连线与水平线之间的夹角为γ₁，因此，对应的，又因为γ₁＝Ω₁-θ；得到q₁’的极坐标为

q₂’的极坐标：参见图15，记圆心q和q₂’的连线与加网角度方向(即网线方向)之间的夹角为Ω₂，记圆心q₂’和圆心q的连线与水平线之间的夹角为γ₂，记水平线上的任意两点为O₁和O₂，记θ₁＝90°-θ，又因为γ₂＝Ω₂-θ₁；得到q₂’的极坐标为即为

同理，记逆时针方向，∠O₁qq₄′＝γ₄，∠O₁qq₃′＝γ₃，∠O₁qq₅′＝γ₅；记顺时针方向，∠O₁qq₆′＝γ₆，∠O₁qq₇′＝γ₇，∠O₁qq₈′＝γ₈；可得q₄’的极坐标为：即q₃’的极坐标为：即 q₅’的极坐标为：即q₆’的极坐标为：即q₇’的极坐标为： 即q₈’的极坐标为：即

因此，参见图12并结合图16，本发明优化后的相位调制方法，网点可移动的位置组成具有4处缺口的圆形轨迹，该轨迹的极坐标方程为：

当时，网点选区内的每个网点，其自身可调制的位置组成带有四处缺口的圆形轨迹，该圆形轨迹的半径为角度范围为：

(γ₁≤γ≤γ₄；γ₃≤γ≤γ₅；-γ₆≤γ≤-γ₇；-γ₈≤γ≤-γ₂)；

得到的轨迹方程为：

相当于：

同理，当时，网点选区内的每个网点，其自身可调制的位置组成带有四处缺口的圆形轨迹，该圆形轨迹的半径为角度范围为：

(γ₁≤γ≤γ₄；γ₃≤γ≤γ₅；-γ₆≤γ≤-γ₇；-γ₈≤γ≤-γ₂)；

得到的轨迹方程为：

相当于：

(5)、设计识别光栅的识别角度

根据前述区别点(4)设计的轨迹方程，在使用识别光栅提取隐藏的防伪信息时，记准确提取出防伪信息时，识别光栅和水平线之间的夹角(锐角)为β：

Claims (10)

1.一种基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、宿主图像的选择

选择宿主图像，分解宿主图像使其由C通道、M通道、Y通道和K通道共4个颜色通道组成；

宿主图像的至少1个颜色通道上具有可以设置防伪信息的隐藏区域，记隐藏区域所在的颜色通道为母版，隐藏区域的所有像素点在母版上的颜色值为α，α∈(0，0.5]；剩余颜色通道为3个副版；隐藏区域所在的母版为C通道或者M通道，当无法选出α小于等于0.5的隐藏区域时，则重新选择宿主图像；

步骤二、宿主图像加网处理

对4个颜色通道分别设置加网参数进行加网处理，加网参数包括加网角度，记母版的加网角度为θ，θ＝0°，得到由网点组成的母版半色调图和3幅副版半色调图；

步骤三、防伪信息的隐藏

选取需要隐藏的防伪信息，在母版半色调图的隐藏区域中建立相应的网点选区，记网点选区内的网点为集合A，进行相位调制；

相位调制的方法为：记集合A中的任一网点e，以该网点e的中心点q为极点建立极坐标，网点e移动后中心点的位置为q’，q’的极坐标为(ρ，γ)，ρ代表网点e移动的距离，γ代表网点e移动后q’和q的连线与水平线之间形成的夹角，q’为以极点为圆心、ρ为半径且具有4个缺口的圆形轨迹上的任一点，将集合A的其余网点移动与网点e相同的角度和距离；

所述加网参数还包括加网线数，记所述加网线数为l，根据步骤一得到的α值，当时，所述具有4个缺口的圆形轨迹的半径为轨迹方程为：

当时，所述具有4个缺口的圆形轨迹的半径为轨迹方程为：

相位调制完成后，得到携带防伪信息的母版半色调图，将其与3幅副版半色调图进行图像合成，得到携带防伪信息的宿主图像半色调图，完成防伪信息的隐藏。

2.根据权利要求1所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述步骤三完成后还包括步骤四，步骤四为防伪信息的识别：

(1)、制作识别光栅：制备数字文件形式的识别光栅，识别光栅的面积大于隐藏区域的面积，识别光栅由长度相同的黑色条纹和透明条纹相互平行间隔排列组成，黑色条纹的宽度为T₁，透明条纹的宽度为T₂，其中，

(2)、将识别光栅覆盖在携带防伪信息的宿主图像半色调图上，旋转识别光栅，使得识别光栅与水平线之间形成夹角为β，然后沿β方向前后移动识别光栅，直至集合A的网点与识别光栅形成具有强烈反差的防伪信息，从而完成防伪信息的识别，所述β的确定方法为：

则β＝0°；

则β＝90°。

3.根据权利要求1所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述步骤二中，加网处理采用photoshop软件中的半调网屏，加网参数还包括输出分辨率和网点形状，对4个颜色通道分别进行加网处理时，采用相同的输出分辨率、加网线数和网点形状。

4.根据权利要求3所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：3个所述副版的加网角度为45°、15°和75°的任意组合。

5.根据权利要求3所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述网点形状均为圆形。

6.根据权利要求1所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述步骤二中，加网处理采用photoshop软件中的半调网屏，加网参数还包括输出分辨率和网点形状，对4个颜色通道分别进行加网处理时，采用相同的输出分辨率、加网线数和网点形状，3个所述副版的加网角度为45°、18.44°和71.57°的任意组合。

7.根据权利要求6所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述输出分辨率为2400dpi，加网线数为96lpi。

8.根据权利要求1所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述步骤三中，得到携带防伪信息的宿主图像半色调图后，还包括将嵌入有携带防伪信息的宿主图像半色调图印刷输出，印刷输出前，在宿主图像半色调图上设置识别标记，识别标记为十字形结构，十字形结构的一边与水平线之间的夹角为所述β，然后通过输出设备控制曝光输出成印版，或者对应制成菲林片再晒制印版，得到携带防伪信息的宿主图像实物。

9.根据权利要求8所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述步骤四中，制作识别光栅后，还包括将数字文件形式的识别光栅制备成对应的实物光栅，将实物光栅覆盖在宿主图像实物上，根据识别标记旋转实物光栅，使得实物光栅的黑色条纹或者透明条纹与水平线的夹角为所述β，然后沿β方向前后移动实物光栅，直至观测到防伪信息，完成识别。

10.根据权利要求1所述的基于优化的相位调制法的光栅防伪方法，其特征在于：所述步骤三中，网点选区的建立方法为：

(1)、在photoshop软件中，新建图像一，图像一的长宽和宿主图像的长宽相同，图像一的输入分辨率和所述输出分辨率相同，背景内容为白色，在图层通道中得到“图层0”，将所述母版半色调图复制入图像一，得到“图层1”，复制“图层1”，得到“图层2”；将“图层2”、“图层1”和“图层0”依次排列在图层窗口中；

(2)、新建“图层3”，将“图层3”、“图层2”、“图层1”和“图层0”依次排列在图层窗口中，在“图层3”中置入防伪信息，将防伪信息移动至隐藏区域的对应位置，选中“图层3”，使用魔棒工具选中防伪信息，得到网点选区，设置“图层3”不可见。