CN113012014A - 一种光学水印防伪印章的电子解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学水印防伪印章的电子解码方法，包括以下步骤：步骤1.从公章图像中分割出五角星的五个角区域；步骤2.计算五角星灰度图和解码片图像的中心坐标以及五角星五个角区域的最大内接正方形区域；步骤3.计算解码片图像和五角星灰度图的波长、角度和叠加图像的均值；步骤4.计算波长差、角度差，得到目标函数；步骤5.对五角星灰度图进行不同缩放比例、平移距离、旋转角度的仿射变换，然后进行步骤2、步骤3和步骤4，反复进行上述操作，最终使得目标函数的值最小。

Description

一种光学水印防伪印章的电子解码方法

技术领域

本发明涉及光学水印解码技术领域，尤其涉及一种光学水印防伪印章的电子解码方法。

背景技术

目前光学水印印章解码市面上都是使用实物光栅解码片进行解码，存在以下问题：1、需要批量定制解码片，然后分发给特定人员群体，并且需要对实物解码片进行保存；2、需要手动操作实物解码片进行解码，操作复杂、低效。随着应用行业业务量的增大，以及对业务灵活性的需求，需要一种更加灵活便捷的解码技术。

为此，本发明提供了一种光学水印防伪印章的电子解码方法，有效的解决了上述光学水印传统解码方式的问题。

发明内容

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种光学水印防伪印章的电子解码方法，包括以下步骤：步骤1.从公章图像中分割出五角星的五个角区域；步骤2.计算五角星灰度图和解码片图像的中心坐标以及五角星的五个角区域的最大内接正方形区域；步骤3.计算解码片图像和五角星灰度图的波长、角度和叠加图像的均值；步骤4.计算波长差、角度差，得到目标函数；步骤5.对五角星灰度图进行不同缩放比例、平移距离、旋转角度的仿射变换，然后进行步骤2、步骤3和步骤4，反复进行上述操作，最终使得目标函数的值最小。

所述的解码方法，其中步骤1包括：首先从公章的完整图像分割出五角星图像；然后计算整个五角星的最大内接圆；然后将内接圆区域抠掉，得到五个相互不黏连的角的区域；所述公章的完整图像是从扫描或拍摄打印有公章图案的纸质文件所获得的图像文件中提取出来的，所述公章图案中含有光学水印。

所述的解码方法，其中步骤2包括：将步骤1中最大内接圆中心坐标作为五角星图像中心坐标，将矩形解码片图像的中心的坐标作为解码片图像中心坐标；分别计算五角星五个角区域的最大内切圆，设五个最大内切圆的圆心坐标分别为C₁(x₁,y₁),C₂(x₂,y₂),C₃(x₃,y₃),C₄(x₄,y₄),C₅(x₅,y₅)，半径分别为r₁,r₂,r₃,r₄,r₅；分别得到五个角的最大内接正方形区域的坐标位置：

其中Rect_i(i∈{1,2,3,4,5})中的四个元素分别表示：最大内接正方形区域左上角横坐标，区域左上角纵坐标，区域宽度，区域高度。

所述的解码方法，其中步骤3包括：将解码片图像和五角星灰度图像中心对齐，然后分别在五角星灰度图像和解码片图像中对应五个最大内接正方形Rect_i(i∈{1,2,3,4,5})的区域裁剪正方形图像，并分别进行加窗傅里叶变换得到各自的五个频谱图；以每个正方形图像中心为坐标原点，令角度值A表示正方形图像频谱图中最亮点的中心与正方形图像频谱图中心连线和坐标系横轴的夹角；假设频谱图像长为L₁，最亮点与图像中心的距离为L₂,则波长为：

假设最亮点中心像素坐标为(x',y')，正方形频谱图中心坐标(L₁/2,L₁/2)，则角度值A为：

计算得出解码片频谱图角度值分别为A₁,A₂,A₃,A₄,A₅，波长值分别为W₁,W₂,W₃,W₄,W₅；五角星频谱图中与解码片频谱图在同一象限的最亮点所对应的角度值分别为A₁',A₂',A₃',A₄',A₅'，波长值为W₁',W₂',W₃',W₄',W₅'；五角星灰度图与解码片图像中心对齐后，按照叠加规则进行叠加操作，得到结果图；并将结果图在五角星五个角区域的像素平均值表示为M。

所述的解码方法，其中：解码片频谱图整幅图里会有两个比较亮的点，而且是中心对称的，只需要找到其中任意一个作为最亮点即可，并记录其所在的象限和所在位置，记为位置(a,b)，五角星频谱图也在对应象限找最亮点，假设最亮点位置为(a'_i,b'_i)，i表示最亮点的序号，

求s值最小的时候的i值，并对应的最亮点作为五角星频谱图的最亮点。

所述的解码方法，其中步骤4按如下公式进行计算：

A^*＝A₁+A₂+A₃+A₄+A₅-A′₁-A′₂-A′₃-A′₄-A′₅ (公式4)

W^*＝W₁+W₂+W₃+W₄+W₅-W₁'-W′₂-W′₃-W′₄-W′₅ (公式5)

其中A^*是五角星灰度图和电子解码片图像之间的角度差，W^*是五角星灰度图与电子解码片图像之间的波长差。

得到目标函数：V＝A^*+W^*+M (公式6)。

所述的解码方法，其中步骤5包括：在目标函数值V最小的时候，将五角星灰度图与解码片图像中心对齐后得到结果图中五角星中间区域显示出隐藏的光学水印字符。

附图说明

图1为本发明电子解码方法流程示意图；

图2为输入的完整图像的灰度图；

图3为分割出的五角星部分图像；

图4为分割出的五角星五个角图像；

图5为解码片图像；

图6为标记出五角星五个角最大内切圆的图像；

图7为标记出五角星五个角最大内接正方形的图像；

图8为五角星灰度图在Rect_i(i∈{1,2,3,4,5})的图像；

图9为解码片图像在Rect_i(i∈{1,2,3,4,5})的图像；

图10为对图8中图像进行加窗傅里叶变换后的图像；

图11为对图9中图像进行加窗傅里叶变换后的图像；

图12为解码片图像和五角星灰度图叠加后的图像；

图13为解码成功的例图。

具体实施方式

下面结合附图1-13对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明的电子解码片和光学水印印章是由多条非线性条纹组成，并且在利用电子解码片生成光学水印五角星印章的过程中，五角星中心与电子解码片中心是重合的，所以在电子解码过程中需要中心对齐。并且隐藏信息放置在五角星中心区域内，隐藏信息的光学水印条纹与电子解码片完全反相，没有隐藏信息的部分在五角星五个角区域，并且该区域内光学水印条纹与电子解码片完全相同。

因此电子解码需要满足的条件为：电子解码片图像与五角星灰度图中心对齐后，未隐藏信息五角星区域条纹的波长、角度和对应位置的电子解码片条纹的波长、角度相同。波长对应每条条纹的像素宽度，角度对应着每条条纹的方向。

如图1所示，光学水印防伪印章的电子解码方法包括以下步骤：

步骤1：分割五角星五个角区域。首先从公章的转为灰度图的完整图像(如图2所示)中分割出五角星图像(如图3所示)。计算整个五角星的最大内接圆，所述最大内接圆是五角星的五个内角顶点都在其圆周上的圆，然后将内接圆区域抠掉，抠掉内接圆区域内的像素，使其变成纯白色，得到五个相互不黏连的角的区域(如图4)。所述内接圆是有一定宽度的，宽度的标准是能够满足将内接圆区域抠掉后剩下的五角星五个角的区域是不互相连接的。

所述公章的完整图像是从扫描或拍摄打印有公章图案的纸质文件所获得的图像文件中直接获得的，所述公章图案中只有五角星图案中含有光学水印，所述光学水印和电子解码片可通过现有技术生成，例如中国专利申请CN 111476703 A。

步骤2：计算五角星灰度图和解码片图像(如图5，解码片图像是具有黑白条纹的灰度图像，可通过现有技术生成，例如中国专利申请CN 111476703 A)的中心坐标以及五角星五个角区域的最大内接正方形区域。将步骤1中最大内接圆的中心坐标作为五角星图像中心坐标，将矩形解码片图像的中心的坐标作为解码片图像中心坐标。分别计算五角星五个角区域的最大内切圆(如图6中5个白色圆圈所示)，设五个最大内切圆的圆心坐标分别为C₁(x₁,y₁),C₂(x₂,y₂),C₃(x₃,y₃),C₄(x₄,y₄),C₅(x₅,y₅)，半径分别为r₁,r₂,r₃,r₄,r₅。所述的最大内切圆是抠掉五角星的最大内接圆区域后所剩的每个角的最大内切圆，最大内切圆是内切圆中半径最大的圆。可以得到五个角的最大内接正方形区域(如图7白色圆圈内的白色正方形所示，即最大内切圆的最大内接正方形，该最大内接正方形的横边与竖边分别与横纵坐标轴平行)坐标位置：

其中Rect_i(i∈{1,2,3,4,5})中四个元素分别表示：最大内接正方形区域左上角横坐标，区域左上角纵坐标，区域宽度，区域高度。所述最大内接正方形是上述最大内切圆的最大内接正方形。

步骤3：计算解码片和五角星灰度图的波长、角度和叠加图像的均值。将解码片图像和五角星灰度图像中心对齐，然后分别在五角星灰度图像和解码片图像中对应五个最大内接正方形Rect_i(i∈{1,2,3,4,5})的区域裁剪正方形图像(如图8和图9中所示)，并分别进行加窗傅里叶变换得到各自的五个正方形频谱图(如图10和图11)。

以每个正方形图像中心为坐标原点，令角度值A表示正方形图像频谱图中最亮点的中心与正方形图像频谱图中心连线和坐标系横轴正方向的夹角，其中频谱图最亮点是指像素值最大的点。

对于所述最亮点，解码片频谱图整幅图里会有两个比较亮的点，而且是中心对称的，只需要找到其中任意一个作为最亮点即可，并记录其所在的象限和所在位置，记为位置(a,b)，五角星频谱图也在对应象限找最亮点，如果在该象限只有一个最亮点，则可直接选定该点。

如果在该象限有多个最亮点，假设最亮点位置为(a'_i,b'_i)，i表示最亮点的序号，按公式1进行最亮点的选择。

假设在当i＝n时所取得的s值是最小的，则选定该第n个最亮点作为最亮点，并以其来计算下文五角星正方形频谱图的波长和角度。

假设正方形频谱图像像素边长为L₁，最亮点中心与图像中心的像素距离为L₂,则波长为：

假设最亮点中心像素坐标为(x',y')，正方形频谱图中心坐标(L₁/2,L₁/2)，则角度值A为：

设计算得出的解码片频谱图角度值分别为A₁,A₂,A₃,A₄,A₅，波长值分别为W₁,W₂,W₃,W₄,W₅。五角星频谱图中与解码片频谱图在同一象限的最亮点所对应的角度值分别为A₁',A₂',A₃',A₄',A₅'，波长值为W₁',W₂',W₃',W₄',W₅'。五角星灰度图与解码片图像中心对齐后，按照叠加规则进行叠加操作，得到结果图(图12)。计算结果图中五角星五个角区域内像素值的总和，然后除以像素个数，得到该区域的像素平均值，并将结果图在五角星五个角区域(图5中五角星五个角)的像素平均值表示为M。所述叠加规则如下：已知解码片是黑色和白色条纹组成的图像，在叠加的时候，如果解码片图像中是黑色，则叠加图像显示解码片图像的颜色；如果解码片图像中是白色，则叠加图像显示的是五角星图像的颜色。

步骤4：计算波长差、角度差，得到目标函数。

A^*＝A₁+A₂+A₃+A₄+A₅-A′₁-A′₂-A′₃-A′₄-A′₅ (公式4)

W^*＝W₁+W₂+W₃+W₄+W₅-W₁'-W′₂-W′₃-W′₄-W′₅ (公式5)

其中A^*是五角星灰度图和电子解码片图像之间的角度差，W^*是五角星灰度图跟电子解码片图像之间的波长差。

可得目标函数：

V＝A^*+W^*+M (公式6)

步骤5：对五角星灰度图进行不同缩放比例、平移距离、旋转角度的仿射变换，然后进行步骤2、步骤3和步骤4，反复进行上述操作，最终使得公式6中V的值最小。在V值最小的时候，即成功解码，此时将五角星灰度图与解码片图像中心对齐后得到结果图中五角星中间区域显示出隐藏的光学水印字符(如图13)。

通过本发明，解码后能够在结果图五角星中间区域很明显地显示所隐藏的光学水印信息，以此来判断验证印章的真伪。通过这种电子解码技术省去了制作、保存实物光栅解码片的众多环节，不再需要使用实物解码片进行解码，以自动解码的方式取代手动操作实物解码片复杂的解码方式，可以更为高效、灵活、便捷地对光学水印印章进行解码验证真伪，更加适应现实业务场景的需要。

Claims (2)

1.一种光学水印防伪印章的电子解码方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1.从公章图像中分割出五角星的五个角区域；步骤2.计算五角星灰度图和解码片图像的中心坐标；步骤3.计算解码片图像和五角星灰度图的波长、角度和叠加图像的均值；步骤4.计算波长差、角度差，得到目标函数；步骤5.对五角星灰度图进行不同缩放比例、平移距离、旋转角度的仿射变换。

2.根据权利要求1所述的解码方法，其特征在于步骤1包括：首先从公章的完整图像分割出五角星图像；所述公章的完整图像是从扫描或拍摄打印有公章图案的纸质文件所获得的图像文件中提取出来的。

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