CN109040512A - 一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，包括如下步骤：步骤一、设置宿主图像和确定隐藏区域；步骤二、宿主图像半色调处理；步骤三、防伪信息的隐藏；步骤四、防伪信息的识别。本发明相位调制的位置更多样更灵活，识别方法更科学，防伪信息的隐蔽性更高。

Description

一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法

技术领域

本发明属于光栅防伪技术领域，具体涉及一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法。

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，单位为mm，由于在图像半色调过程中势必设置加网线数，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)、在防伪信息隐藏阶段，当网点百分比超过20％时，采用相位调制法会产生网点搭接问题，引起视觉感知，隐蔽性较低；

(2)、网点移动位置有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，相位调制的位置更多样更灵活，识别方法更科学，防伪信息的隐蔽性更高。

本发明提供了如下的技术方案：一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，包括如下步骤：

步骤一、设置宿主图像和确定隐藏区域

设置宿主图像，宿主图像为由m*n个像素点构成的数字文件，且具有4个颜色通道，颜色通道由C通道、M通道、Y通道和K通道组成；

宿主图像的至少1个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，s均小于m和n，隐藏区域所在的通道为母版，剩余通道为3个副版，在母版上确定隐藏区域的位置，记隐藏区域的所有像素点在母版上的颜色值相同，记为α，α的范围为0.1～0.5；

步骤二、宿主图像半色调处理

对4个通道分别设置加网参数进行加网处理，加网处理采用半调网屏，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，所述输出分辨率为加网线数的整数倍，网点形状均为圆形，加网角度为0°、15°、45°和75°的任意组合，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，记网点选区内的网点为集合A，将集合A的网点进行相位调制；

相位调制的方法为：集合A的所有网点移动相同的角度和距离，记集合A中的任一网点a，以该网点a的中心点q为极点建立极坐标，网点a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，ρ的值为网点a移动的距离，γ为网点a移动后的中心点和移动前的中心点的连线与水平线之间的夹角；记所述加网线数为l，极坐标方程ρ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；

步骤四、防伪信息的识别

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，

识别防伪信息：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的夹角为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，记所述母版的加网角度为θ，夹角β的确定方法为：

当时，β＝θ；

当时，β＝θ+90°。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤二中，宿主图像半色调处理在photoshop软件中完成，在photoshop中打开宿主图像，所述加网处理采用photoshop中的半调网屏；

每个通道进行加网处理的方法为：选中通道，将通道转换为位图，转换时设置所述输出分辨率，然后采用半调网屏对通道加网处理，所述加网线数为90～200lpi。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述母版的加网角度θ为0°，3个副版的加网角度为15°、45°和75°的任意组合。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤四中，夹角β的确定方法为：

当时，β＝θ；

当时，β＝θ+90°。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤三中，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；

所述步骤四中，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的夹角为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，图像合成的方法为：

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和所述输出分辨率相同，背景内容为白色，颜色模式为CMKY模式，将所述母版半色调图和3幅副版半色调图复制入对应的颜色通道中，即得。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述输出分辨率为2400dpi，加网线数为96lpi。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述输出分辨率为1920dpi，加网线数为96lpi。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述防伪信息为文字和/或图形。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述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：相位调制的位置更多样更灵活，识别方法更科学，防伪信息的隐蔽性更高，具体如下：

1、本发明的步骤一，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，适用范围更广，更灵活；

2、本发明步骤一，α仅考虑0.1～0.5的范围，因为在实际操作中，经过多次实验测试发现，当网点百分比小于0.1时，防伪信息的隐蔽性非常好，但是提取识别性能极差；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；

3、本发明的步骤三，基于人眼视觉的低通滤波特性，在对原稿进行调幅加网处理后，改变母版中局部区域的网点位置进行相位调制，将防伪信息嵌入到宿主图像中，达到防伪信息隐藏的目的；与现有技术相比较的优势在于：

(1)、现有技术中，网点位移的相位调制法为了实现莫尔效应，考虑了所有网点进行相同的位移，但对于边界上的部分网点，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，在本领域的现有技术中，尚未有对边界网点的可移动距离进行相关的深入研究，极少的一些也局限于浅层的主观判断和理论基础上，根据网点位移法，所有网点移动的距离为D/2，移动方向为加网角度的方向(即沿着形成的网线方向)，本发明中发现，当D/2＝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，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，加网线数确定了相邻两个网点之间的距离D和一个网目调单元的边长D₂，D＝D₂，两个网点最近点之间的距离 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，取整，本发明该阈值为α＝0.2，优选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；

按照网点位移法移动网点时，边界上的部分网点会与其移动方向前方的网点搭接，网点搭接会对防伪信息隐蔽性造成非常大的负面效果，搭接处的视觉感知非常明显，尤其是搭接处的网点还是边界上的网点，会使得防伪信息的轮廓在提取前就被人眼感知，导致防伪功能失效；因此，本发明中，仅在α小于等于0.2，参考现有的网点位移方法；

当α大于0.2，按照传统网点位移法移动网点时(即在加网方向上移动D/2)，网点选区边界上的部分网点与其移动方向前方的网点搭接，网点搭接会对防伪信息隐蔽性造成非常大的负面效果，搭接处的视觉感知非常明显，尤其是搭接处的网点还是边界上的网点，会使得防伪信息的轮廓在提取前就被人眼感知，导致防伪功能失效；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，

(2)、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这4处，本发明针对0.1≤α≤0.2的隐藏区域的每个网点，其可移动的位置为一个圆形轨迹，以原始网点的圆心为圆形轨迹的圆心，以D/2为圆形轨迹的半径，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；针对0.2＜α≤0.5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、本发明的步骤四，结合步骤三，针对不同的相位调制角度，设计不同的光栅识别角度，β为90°或者0°，集合A的网点移动后的圆心和原始位置时的圆心的连线与水平线之间的夹角为Ω，本发明根据前期防伪信息隐藏阶段的Ω的角度大小，研究其对识别阶段光栅的影响，将Ω的角度大小进行分类，使其可以在识别时具有对应的光栅识别角度；

5、本发明的步骤三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β，步骤四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，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中母版上网点a的示意图(为便于观察网点设置为空心)；

图3为本发明实施例1中母版上网点a可移动位置的示意图(为便于观察网点设置为空心)；

图4为本发明实施例1中的母版半色调图；

图5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6为本发明实施例1中母版加网角度和识别光栅角度均为0°时、网点位移可调制范围的示意图；

图7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8为本发明实施例2中的宿主图像(色彩信息未示出)；

图9为本发明实施例2中的母版半色调图；

图10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11为本发明实施例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12为本发明实施例3中的宿主图像(色彩信息未示出)；

图13为本发明实施例3中的母版半色调图；

图14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15为本发明实施例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16为本发明实施例4中的宿主图像(色彩信息未示出)；

图17为本发明实施例4中的母版半色调图；

图18为本发明实施例4中携带防伪信息的宿主图像半色调图(色彩信息未示出)；

图19为本发明实施例4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20为本发明中母版上网点a可移动位置和识别光栅覆盖后的示意图(为便于观察网点设置为空心、识别光栅黑色条纹为透明线条状)；

图21为本发明母版加网角度不等于0时网点位移可调制范围的示意图；

图22为本发明图21的局部放大示意图；

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

一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，包括如下步骤：

步骤一、选择宿主图像和确定隐藏区域

选择需要进行防伪信息隐藏的宿主图像，宿主图像需满足的条件为：

(1)、由m*n个像素点构成，tiff格式且颜色模式为CMYK(即由C通道、M通道、 Y通道和K通道组成)；

(2)、宿主图像的至少1个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，s均小于m和n，隐藏区域所在的通道为母版，剩余通道为3个副版，在母版上确定隐藏区域的位置，记隐藏区域的所有像素点在母版上的颜色值相同，记为α，α的范围为0.1～0.5；

本实施中，得到的满足条件的宿主图像的输入分辨率为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；

步骤二、宿主图像半色调处理

在photoshop中打开宿主图像，加网处理采用photoshop中的半调网屏；对4个通道分别设置加网参数进行加网处理，加网处理采用半调网屏，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，网点形状均为圆形，本实施中加网线数为96lpi，输出分辨率为2400dpi，母版的加网角度θ为0°，3个副版的加网角度为15°、45°和75°的任意组合；本实施例中θ为0°可以降低隐藏防伪信息的难度；

其中，每个通道进行加网处理的方法为：选中通道，将通道转换为位图，转换时设置所述输出分辨率为2400dpi，然后根据前述加网参数采用半调网屏对通道加网处理；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，本实施例中，防伪信息为图形和文字的组合，根据其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：

(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，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；

(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，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；

前述相位调制的方法为：集合A的所有网点移动相同的角度和距离，记集合A中的任一网点a，以该网点a为例，其余网点的调制方法相同，参见图2和图3，以该网点a的中心点q为极点建立极坐标，网点a移动后中心点的位置为q’，q’的极坐标为(ρ，γ)，ρ为网点a移动的距离，γ为网点移动后的中心点和原始位置的中心点的连线与水平线之间的夹角，q’为极坐标方程ρ上的任意一点，q’的可移动位置即形成了图2 中的虚线轨迹，记加网后，相邻两个网点之间的距离为D(本领域公知中，)，虚线轨迹为圆形，且其半径等于D/2，因此，虚线轨迹的极坐标方程为：即将网点a移动至虚线轨迹上的任一点，均可以实现防伪信息的隐藏和识别；

相位调制完成后，参见图4，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和所述输出分辨率相同，背景内容为白色，颜色模式为CMKY 模式，将所述母版半色调图和3幅副版半色调图复制入对应的颜色通道中，参见图5，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

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(本领域公知中，)；

T₁的确定方法为：为形成莫尔条纹，设计T₁＝2r，使得在提取过程中，形成反差而使得防伪信息显现，r代表网点的半径，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；

识别防伪信息：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的夹角为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，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，夹角β的确定方法为：

(1)、参见图6，图6为本发明实施例1中母版加网角度和识别光栅角度均为0°时、网点位移可调制范围的示意图；当网点a的圆心q位移位置为图3中q’、h1、h2 和h3所示的4个位置时，在识别防伪信息阶段，在这4个位置时，移动后的网点与夹角为0°识别光栅刚好相切，当其继续靠近识别光栅移动时，采用夹角为90°的识别光栅后其提取识别度更高；

(2)、记相切时，圆心q’和q的连线与加网角度方向之间的夹角为Ω，圆心h1和 q的连线与加网角度方向之间的夹角为Ω1，圆心h2和q的连线与加网角度方向之间的夹角为Ω2，圆心h3和q的连线与加网角度方向之间的夹角为Ω3；又因为前述，γ为网点移动后的圆心和原始位置的圆形的连线与水平线之间的夹角，本实施例中，加网角度为0°，因此，对应的，当Ω≤γ≤Ω₁或者Ω₂≤γ≤Ω₃时，采用夹角β为0°进行识别，其余的区间则采用夹角β为90°进行识别；

(3)、进一步，参见图3，Ω的计算方法如下：

然后对应计算出Ω₁、Ω₂、Ω₃，得到如下夹角β的确定方法：

当时，β＝0°；

当时，β＝90°。

进一步说，

所述步骤三中，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；

所述步骤四中，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的夹角为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。

进一步说，

本实施例步骤四中，识别光栅的制作方法为：

(1)、打开photoshop软件，新建图层X，背景色设置为透明(无背景色)，再所建的图层上用矩形工具画一个长宽特定值的第一矩形，然后在画好的矩形框中填充颜色 (优选为黑色)，再以同样的方法画一个宽度与第一矩形相等、长度大于第一矩形的第二矩形，并且套在第一矩形上，第一矩形位于第二矩形中的底部，然后选择“编辑/定义图案”，将做好的图案保存为“图案0”；其中，第一矩形的长度即为T₁，第二矩形的长度即为T₁+T₂，即为网目调单元的边长，也即为相邻两个网点间的距离D；

(2)、删除图层X，再重新建一个新图层并命名为图层Z，图层Z的大小即为解码直线光栅的大小，分辨率和所述输出分辨率相同，然后利用保存的“图案0”来填充图层Z，填充后形成用于检测防伪信息的识别光栅。

隐蔽性评价：

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，如下表1所示：

表1实施例1相似度评价结果

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的SSIM值接近于1，且WSNR较大，因此本发明的方法，隐蔽性效果好，不易被人眼察觉。

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分别评价提取防伪信息的识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图，得到的结果如下表2所示：

表2实施例1提取识别性评价结果

其中，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，实施例1的F_i和T_i的值均大于0.5，因此本发明的方法，提取识别性能好。

实施例2

参见图8～11，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0.1；

隐蔽性评价：

将实施例2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，如下表3所示：

表3实施例2相似度评价结果

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3可知，实施例2的SSIM值接近于1，且WSNR较大，因此本发明的方法，隐蔽性效果好，不易被人眼察觉。

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，分别评价提取防伪信息的识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图，得到的结果如下表4所示：

表4实施例2提取识别性评价结果

其中，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，实施例1的F_i和T_i的值均大于0.5，因此本发明的方法，提取识别性能好。

实施例3

参见图12～15，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0.25；

隐蔽性评价：

将实施例3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，如下表5所示：

表5实施例3相似度评价结果

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5可知，实施例3的SSIM值接近于1，且WSNR较大，因此本发明的方法，隐蔽性效果好，不易被人眼察觉。

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，分别评价提取防伪信息的识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图，得到的结果如下表6所示：

表6实施例3提取识别性评价结果

其中，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，实施例3的F_i和T_i的值均大于0.5，因此本发明的方法，提取识别性能好。

实施例4

参见图16～19，在实施例1的基础上，实施例4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0.3；

隐蔽性评价：

将实施例4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，如下表7所示：

表7实施例4相似度评价结果

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7可知，实施例4的SSIM值接近于1，且WSNR较大，因此本发明的方法，隐蔽性效果好，不易被人眼察觉。

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，分别评价提取防伪信息的识别光栅和宿主图像半色调图的叠加图，得到的结果如下表8所示：

表8实施例4提取识别性评价结果

其中，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，实施例4的F_i和T_i的值均大于0.5，因此本发明的方法，提取识别性能好。

综上所述，本发明中夹角β的确定方法为：

(1)、参见图20，在隐藏防伪信息阶段，网点a的圆心q位移位置为图3中q’、h4、 h5和h6所示的4个位置的情况下，可以导致在识别防伪信息阶段，在这4个位置上，移动后的网点与夹角为0°识别光栅刚好相切，如果在隐藏防伪信息阶段，网点移动的的位置继续靠近识别光栅移动时，由于会与夹角为0°的识别光栅产生重叠部分，所以此时采用夹角为90°的识别光栅后其提取识别度更高；

(2)、参见图22，记相切时，圆心q’和q的连线与加网角度方向(即网线方向) 之间的夹角为Ω，圆心h4和q的连线与加网角度方向之间的夹角为Ω₄，圆心h5和q 的连线与加网角度方向之间的夹角为Ω₅，圆心h6和q的连线与加网角度方向之间的夹角为Ω₆；γ为网点移动后的圆心q’和原始位置的圆心q的连线与水平线之间的夹角，因此，对应的，当Ω-θ≤γ≤Ω₄-θ或者-(Ω₅+θ)≤γ≤-(Ω₆+θ)时，采用夹角β为0°进行识别，其余的角度区间则采用夹角β为90°进行识别；

(3)、进一步，参见图21，Ω的计算方法如下：

然后对应计算出Ω₄、Ω₅、Ω₆，得到如下夹角β的确定方法：

当时，β＝θ；

当时，β＝θ+90°。

Claims (10)

1.一种基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设置宿主图像和确定隐藏区域

设置宿主图像，宿主图像为由m*n个像素点构成的数字文件，且具有4个颜色通道，颜色通道由C通道、M通道、Y通道和K通道组成；

宿主图像的至少1个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，s均小于m和n，隐藏区域所在的通道为母版，剩余通道为3个副版，在母版上确定隐藏区域的位置，记隐藏区域的所有像素点在母版上的颜色值相同，记为α，α的范围为0.1～0.5；

步骤二、宿主图像半色调处理

对4个通道分别设置加网参数进行加网处理，加网处理采用半调网屏，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，所述输出分辨率为加网线数的整数倍，网点形状均为圆形，加网角度为0°、15°、45°和75°的任意组合，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，记网点选区内的网点为集合A，将集合A的网点进行相位调制；

相位调制的方法为：集合A的所有网点移动相同的角度和距离，记集合A中的任一网点a，以该网点a的中心点q为极点建立极坐标，网点a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，ρ的值为网点a移动的距离，γ为网点a移动后的中心点和移动前的中心点的连线与水平线之间的夹角；记所述加网线数为l，极坐标方程ρ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；

步骤四、防伪信息的识别

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，

识别防伪信息：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的夹角为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，记所述母版的加网角度为θ，夹角β的确定方法为：

当时，β＝θ；

当时，β＝θ+90°。

2.根据权利要求1所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述步骤二中，宿主图像半色调处理在photoshop软件中完成，在photoshop中打开宿主图像，所述加网处理采用photoshop中的半调网屏；

每个通道进行加网处理的方法为：选中通道，将通道转换为位图，转换时设置所述输出分辨率，然后采用半调网屏对通道加网处理，所述加网线数为90～200lpi。

3.根据权利要求1所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述母版的加网角度θ为0°，3个副版的加网角度为15°、45°和75°的任意组合。

4.根据权利要求3所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述步骤四中，夹角β的确定方法为：

当时，β＝θ；

当时，β＝θ+90°。

5.根据权利要求1所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述步骤三中，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；

所述步骤四中，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的夹角为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。

6.根据权利要求1所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述步骤三中，图像合成的方法为：

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和所述输出分辨率相同，背景内容为白色，颜色模式为CMKY模式，将所述母版半色调图和3幅副版半色调图复制入对应的颜色通道中，即得。

7.根据权利要求1所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，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所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述输出分辨率为1920dpi，加网线数为96lpi。

9.根据权利要求1所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述防伪信息为文字和/或图形。

10.根据权利要求1所述的基于颜色值的光栅防伪信息隐藏和提取方法，其特征在于：所述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。