CN113935354B - 一种用于商品外包装的抗干扰图形交点编解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及商品生产流通领域的外包装防伪追溯编解码方法。一种用于商品外包装的抗干扰图形交点编解码方法，该方法将商品的信息码转换成原始信息矩阵并利用系统计算机生成多种随机的加密矩阵，加密矩阵与原始信息矩阵进行异或加密，之后通过预先设定好的图形绘制规则，根据加密后的矩阵绘制图形，将图形所在区域分块，根据图形交点所在分块的位置来喷墨印刷黑白点阵码并将加密信息融入点阵码，形成可溯源的具有抗干扰能力的平面点阵码。该方法在拥有防伪加密效果的同时，提高了随机破坏和人为破坏情况下的信息恢复率，提高的了商品流通的可追溯性。

Description

一种用于商品外包装的抗干扰图形交点编解码方法

技术领域

本发明主要涉及商品防伪与追溯系统技术领域，特别涉及商品溯源信息编码、信息抗破坏恢复处理、商品包装溯源信息后印刷，具体指一种用于商品包装的防破坏、防窜货的图形编码方法；应用于商品包装身份标识和追溯系统管理。

技术背景

随着经济的持续发展，商品的流通越来越高速和便利，使得商品在流通阶段防伪、流货和窜货问题突出。又由于部分经销商对商品的仿制、对商品标注的破坏，使得生产企业对流通中的商品无法追溯防伪，导致生产企业蒙受了巨大的经济损失。

为了提高商品的防伪和追溯能力，人们利用条形码技术来标记商品。以条码为代表的传统外包装防伪溯源方法通过奇偶校验等方法来提高条码的抗干扰性，但通过校验码提供的抗干扰性能十分有限，且由于条码技术的广泛使用，针对条码的破译和伪造的技术也成熟化、流程化，使得条码的防伪能力下降。

如何进一步提高商品标识的抗干扰性、在较大破坏下的自恢复能力是商品溯源领域关注的重点。

发明内容

本发明的目的在于，以一种用于商品外包装的抗干扰图形交点编解码方法，给流通中的商品包装打上由特定几何图案交点形成二维黑白点阵，以此来提高商品外包装被破坏后的商品信息恢复率。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方法实现的：

一种用于商品外包装的抗干扰图形交点编解码方法，整个方法分为编码方法和解码方法两个部分：

编码方法，包含以下9个步骤：

1.1)采集商品信息，生成原始编码，原始编码是16位的二进制编码；

1.2)生成原始信息矩阵：

根据步骤1.1)中生成的原始编码，每4位编成一个2*2矩阵，再将这些2*2矩阵按从左到右、从上到下的顺序排列成完整的4*4矩阵，生成原始信息矩阵；

1.3)生成加密矩阵：

系统根据步骤1.2)生成的原始信息矩阵随机生成加密矩阵，存入系统数据库，所述加密矩阵是二进制矩阵且与原始信息矩阵有相同的长度和宽度，每个随机的加密矩阵有唯一的二进制编号；

1.4)加密：

步骤1.2)生成的原始信息矩阵与步骤1.3)中随机的加密矩阵做异或运算，具体方法为两个矩阵在相同位置的数之间做异或运算，如此完成信息的加密；

1.5)生成图形，确定交点：

根据步骤1.4)加密后的矩阵生成图形，图形的生成规则如下：

作一个以x轴为横轴，y轴为纵轴的平面直角坐标系，在这个坐标系中以原点为中心作一个边长为4的大正方形，该大正方形自然被x轴和y轴分成4个边长为2的小正方形。

取这4个小正方形的中心，即点(-1,1)、(1,1)、(-1,-1)、(1,-1)为圆心，将加密后的矩阵划分为4个2*2矩阵，将这4个2*2矩阵逐一放到直角坐标系中进行图形化处理。

所述图形化处理过程：采用二进制编码时，2*2矩阵中的4个二进制数正好与4个圆心一一对应，当某个二进制数为1时，就在对应位置圆心做一个半径为2的圆；当某个二进制数为0时，则在对应位置的圆心上不做任何处理。完成以上步骤后只取-2≤x≤2，-2≤y≤2的大正方形部分的图形，其余不在-2≤x≤2，-2≤y≤2范围内的图形则全部舍弃；按照这种方法，逐一对所有2*2矩阵做这样的图形化处理。

经过上述图形化处理，得到了4个范围在-2≤x≤2，-2≤y≤2中的图形，图形中有两种内容：一是(-1,1)、(1,1)、(-1,-1)、(1,-1)为圆心，半径为2的圆在-2≤x≤2，-2≤y≤2范围内的圆弧线，二是组成-2≤x≤2，-2≤y≤2边界的4条长度为4的边缘线段。对这4个图形进一步做逐一处理，处理方式为：图形由圆弧线和边缘上的线段组成，利用系统计算机得到这些圆弧线在平面直角坐标系中的曲线方程和线段在直角坐标系中线段方程。通过联立方程得到圆弧线与圆弧线之间的交点坐标、圆弧线与线段的交点坐标。

1.6)图形分块

步骤1.5)得到的圆形交点数量有限、位置固定，因为在-2≤x≤2，-2≤y≤2内最多存在4条线段和4个圆弧线，可以枚举出所有可能存在的交点位置坐标，这些所有可能存在的交点的数量有限且位置固定，它们关于x轴对称，关于y轴对称。根据规律可以设计出将-2≤x≤2，-2≤y≤2的大正方形分块的方法。将-2≤x≤2，-2≤y≤2的大正方形等分成25个边长为0.8的正方形分块，这样分块可以确保在任何情况下，每个正方形分块中至多含有一个交点。对步骤1.5)中得到的4个图形的交点情况都应用这种分块方法。

1.7)二维点阵印制

当某个分块的内部或者边缘含有交点时，将这个分块印制成黑色；若某个分块的内部或者边缘不含有交点则将这个分块印制成白色。由于步骤1.6)的分块方法——大正方形等分成25个边长为0.8的正方形分块，得到的将是4个5*5的二维点阵码。

1.8)添加加密码

步骤1.7)得到每个5*5的二维点阵中都会含有9个在任何编码情况下都不会被印刷的分块，称为空位。在这些空位上以黑白块的形式印制步骤1.3)中加密矩阵的二进制编号以作为解密的依据。

1.9)整合

将步骤1.8)得到的4个5*5二维点阵码按照步骤1.2)中4个2*2矩阵排列成4*4矩阵的顺序排列成10*10的二维点阵码。

解码方法包含以下5个步骤：

2.1)分解：

扫描识别到点阵码之后，先将其十字分块成4个5*5的点阵码。

2.2)识别加密码：

扫描每个5*5点阵码，识别空位上印制的加密码；

2.3)调用加密矩阵：

根据加密码上记载的加密矩阵编号，调用系统数据库内容，得到加密时采用的加密矩阵，提供给步骤2.5)；

2.4)识别信息码：通过点阵码反推得到加密后的矩阵：可以通过点阵码推出4个圆心上哪几个圆心上有画圆，哪几个圆心上没有画圆，从而得到加密后的矩阵，提供给步骤2.5)。

2.5)解密：从数据库中调用出来的加密矩阵与反推出的加密后矩阵做异或运算，还原出原始信息矩阵，从而得到16位原始编码。

注解：

在已知加密码(加密矩阵编号)的情况下从数据库中调用出加密矩阵，可以视为步骤1.3)的逆过程。步骤1.3)是生成加密矩阵以及分配编号。所谓“反推”不涉及加密码，是步骤1.5)、1.6)、1.7)的逆过程。所谓“还原”，其本质是做异或运算，是步骤1.4)的逆过程。

由于采取了上述方法，点阵图内部的一个交点中包含有两个圆弧的信息，即两个二进制的信息，当其中一部分的点被破坏时也可以反推出原本的弧线图形进而还原出商品的原始信息矩阵。对于防伪商品和信息矩阵受到破坏的商品，具有较好的信息矩阵的恢复特点。可以使得企业管理商品的信息流向、减少商品窜货，提高运行效率。

附图说明

通过参照并结合附图中的详细描述，本发明变得更加好理解，因而本发明的许多优点将易于明了。

图1是实施例中编码具体实施方法步骤1.5)的样图。

图2是实施例中编码具体实施方法步骤1.6)的示意图。

图3是实施例中编码具体实施方法步骤1.8)的示意图。

图4是实施例中编码具体实施方法中步骤1.5)、1.6)、1.7)、1.8)、1.9)的流程示意图。

图5是实施例中解码具体实施方法中步骤2.1)的示意图。

图6是实施例中解码具体实施方法中步骤2.2)二维点阵码受污染情况样图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明做进一步说明。

实施例

适用于商品外包装的抗干扰图形交点编解码方法，方法主要步骤如下：

一、编码具体实施方法

1.1)采集商品信息，生成原始编码：

由计算机系统根据商品的生产信息生成16位二进制码，16位二进制码从高到低分别由4位生产线流水号、4位生产日期序号、4位生产小时序号、4位生产地点序号组成。

本例的16位二进制码为：1001,1110,1111,0001

1.2)生成原始信息矩阵：

根据步骤1.1)中生成的原始编码，以十字划分的形式，从左到右从上到下将原始编码排列到方形矩阵里，排列后的矩阵中各部分的信息是分块的，令原始信息矩阵既具有整体性又具有独立性，方便解码时快速得到特定部分信息。

A1、A2、A3、A4各代表了一个2*2矩阵，分别放置商品的流水号、生产日期、生产小时、生产地点的4位二进制码。

用这种方法将本例的16位二进制码1001,1110,1111,0001编入矩阵：

1.3)计算机生成2⁹种加密矩阵：

加密矩阵的行数和列数需与原始信息矩阵一致，在本例中加密矩阵必须是4*4的二进制矩阵。由系统计算机生成的4*4二进制矩阵一共有2¹⁶＝65536种不同的可能。由计算机在这2¹⁶种矩阵中随机挑选2⁹种作为加密矩阵，每个加密矩阵拥有一个9位二进制数的编号，二进制编号的范围为000000000～111111111。

1.4)矩阵异或加密

在2⁹种加密矩阵中随机选择一种与原始信息矩阵做异或运算，本例中选择的加密矩阵为它的编号为001011101，异或运算得到的结果为/>再将它十字分块成4个2*2小矩阵：

1.5)生成图形，确定交点

根据加密后的矩阵生成图形：用图形的生成规则处理4个2*2小矩阵，例如在处理时，对圆心(-1,1)不做处理、在圆心(1,1)上做半径为2的圆、在圆心(-1,-1)上做半径为2的圆、在圆心(1,-1)上做半径为2的圆，在-2≤x≤2，-2≤y≤2的空间范围内取圆与圆之间的交点以及圆与-2≤x≤2，-2≤y≤2的大正方形之间的交点，得到的结果如图1所示。对于剩余的矩阵/>也按照图形生成规则做类似处理，并取交点。生成图形和交点的全部情况参照图4中“画圆取点”。

1.6)图形分块

将-2≤x≤2，-2≤y≤2的大正方形等分成25个边长为0.8的正方形分块，如图2所示。这样分块可以确保在任何情况下，每个0.8*0.8正方形分块中至多含有一个交点，并把图形交点定位在这些网格之中，参照图4中“确认点在网格中的位置”。

1.7)二维点阵印制

当某个0.8*0.8正方形分块的内部或者边缘含有交点时，将这个分块印制成黑色；若某个分块的内部或者边缘不含有交点则将这个分块印制成白色。该步骤结果参照图4中“根据位置印制点阵码”。

1.8)添加加密码

对5*5的二维点阵码做如图3所示的坐标定义，点阵码左下角的黑白块定义为(1,1)，右上角黑白块定义为(5,5)，右下角黑白块定义为(5,1)，左上角黑白块定义为(1,5)。通过遍历所有的情况可知，无论编码怎么变化，位置(1,1)、(1,3)、(1,5)、(3,1)、(3,3)、(3,5)、(5,1)、(5,3)、(5,5)的九个黑白块始终为白，称这九个位置的黑白块为空位。我们将在这九个空位添加加密信息来方便解码时进行解密。

在本例中我们的加密矩阵的编号为001011101，按从左到右从上到下的顺序，把加密矩阵的编号添加进这九个空位。当加密矩阵的编号的对应位为0时，空位颜色为白；当加密矩阵的编号的对应位为1时，空位颜色为黑。

对4个5*5二维码点阵都要添加加密码且添加加密码的方法一致，确保可恢复性。该步骤的结果参照图4中“添加加密码”。

根据这8个步骤就得到了完整的二维点阵码。

1.9)整合

将得到的4个5*5二维码点阵按照原有顺序排列成10*10的二维码点阵，该步骤的结果参照图4中的“整合”。

二、解码具体实施方法

2.1)分解

采用扫描设备，系统扫描识别到点阵码之后，先将其十字分块成4个5*5的点阵码，如图5所示。

2.2)识别加密码

按照编码中的5*5二维点阵码坐标定义规则，读取位置(1,1)、(1,3)、(1,5)、(3,1)、(3,3)、(3,5)、(5,1)、(5,3)、(5,5)的九个黑白块的信息，黑块代表数字1，白块代表数字0，根据从左到右从上到下的顺序将读取好的信息排列成加密码。4个5*5点阵码中都可以读取到加密码，在二维点阵码不发生污损时，我们从4个5*5点阵码中读取到的加密码是相同的。值得注意的是发生污损时的处理。

在本例中，假设不慎有有色液体飞溅到商品外包装上，污染了部分二维点阵码，污染部分如图6所示。

定义如下规则：

当空位上的颜色为黑，返回1；

当空位上的颜色为白，返回0；

当空位上的颜色无法确定，返回？；

对左上角5*5二维点阵码做识别加密码的操作得到：？？1？？1？？1

对右上角5*5二维点阵码做识别加密码的操作得到：001011101

对左下角5*5二维点阵码做识别加密码的操作得到：？？1？？1？？1

对右下角5*5二维点阵码做识别加密码的操作得到：001011101

对比以上加密码得到：001011101

显然，只要有一个加密码完整即可以得到完整的加密码，即使所有的加密码都有一定程度损坏，只要损坏的部位不完全相同也可以得到完整的加密码。

2.3)调用加密矩阵

根据加密码上记载的加密矩阵编号，调用数据库内容，得到加密时采用的加密矩阵：

2.4)识别信息码

可以通过点阵码推出4个圆心上哪几个圆心上有画圆，哪几个圆心上没有画圆，从而得到加密后的矩阵。根据编码时的各位置交点出现的规律，推出一张对应表：

注：其他没有在表中列出的点阵方块位置坐标是用来放置加密码的空位

依照这个表格，继续对图形进行解码。

例如，利用对应表对已经被污损60％的左上角的5*5二维点阵应用对应表：

(4,5)白——>圆心为(-1,1)的圆不存在

(4,4)白——>圆心为(-1,1)、(1,-1)的两个圆中，至少有一个不存在

(5,4)黑——>圆心为(1,-1)的圆存在

(4,3)白——>圆心为(-1,-1)、(-1,1)的两个圆中，至少有一个不存在

(4,2)黑——>圆心为(1,1)和(-1,-1)的圆存在

此时，就已经可以确定圆心为(1,1)、(-1,-1)、(1,-1)的圆存在，圆心为(-1,1)的圆不存在。根据从左到右从上到下的顺序和圆心处有圆存在代表对应位置的数为1，没有圆存在代表对应位置的数为0的规则得到矩阵用同样的方法，可以得出矩阵按照从左到右从上到下的矩阵放置顺序得到总的加密后矩阵：

2.5)解密

在步骤2.2)中已经得到了加密时采用的加密矩阵：

加密后矩阵与加密矩阵做异或运算，得到原始信息矩阵：

对原始信息矩阵做十字分块成4个2*2矩阵，按照编码时不同信息所放置的规定位置去矩阵化，得到：4位生产线流水号1001、4位生产日期序号1110、4位生产小时序号1111、4位生产地点序号0001。

Claims (1)

1.一种用于商品外包装的抗干扰图形交点编解码方法，整个方法分为编码方法和解码方法两个部分；

编码方法，包含以下9个步骤：

1.1)采集商品信息，生成原始编码，原始编码是16位的二进制编码；

1.2)生成原始信息矩阵：

根据步骤1.1)中生成的原始编码，每4位编成一个2*2矩阵，再将这些2*2矩阵按从左到右、从上到下的顺序排列成完整的4*4矩阵，生成原始信息矩阵；

1.3)生成加密矩阵：

系统根据步骤1.2)生成的原始信息矩阵随机生成加密矩阵，存入系统数据库，所述加密矩阵是二进制矩阵且与原始信息矩阵有相同的长度和宽度，每个随机的加密矩阵有唯一的二进制编号；

1.4)加密：

步骤1.2)生成的原始信息矩阵与步骤1.3)中随机的加密矩阵做异或运算，具体方法为两个矩阵在相同位置的数之间做异或运算，如此完成信息的加密；

1.5)生成图形，确定交点：

根据步骤1.4)加密后的矩阵生成图形，图形的生成规则如下：

作一个以x轴为横轴，y轴为纵轴的平面直角坐标系，在这个坐标系中以原点为中心作一个边长为4的大正方形，该大正方形自然被x轴和y轴分成4个边长为2的小正方形；

取这4个小正方形的中心，即点(-1,1)、(1,1)、(-1,-1)、(1,-1)为圆心，将加密后的矩阵划分为4个2*2矩阵，将这4个2*2矩阵逐一放到直角坐标系中进行图形化处理；

所述图形化处理过程：采用二进制编码时，2*2矩阵中的4个二进制数正好与4个圆心一一对应，当某个二进制数为1时，就在对应位置圆心做一个半径为2的圆；当某个二进制数为0时，则在对应位置的圆心上不做任何处理；完成以上步骤后取-2≤x≤2，-2≤y≤2的大正方形部分的图形，其余不在-2≤x≤2，-2≤y≤2范围内的图形则全部舍弃；按照这种方法，逐一对所有2*2矩阵做这样的图形化处理；

经过上述图形化处理，得到了4个范围在-2≤x≤2，-2≤y≤2中的图形，图形中有两种内容：一是(-1,1)、(1,1)、(-1,-1)、(1,-1)为圆心，半径为2的圆在-2≤x≤2，-2≤y≤2范围内的圆弧线，二是组成-2≤x≤2，-2≤y≤2边界的4条长度为4的边缘线段；对这4个图形进一步做逐一处理，处理方式为：图形由圆弧线和边缘上的线段组成，利用系统计算机得到这些圆弧线在平面直角坐标系中的曲线方程和线段在直角坐标系中线段方程；通过联立方程得到圆弧线与圆弧线之间的交点坐标、圆弧线与线段的交点坐标；

1.6)图形分块

步骤1.5)得到的圆形交点数量有限、位置固定，在-2≤x≤2，-2≤y≤2内最多存在4条线段和4个圆弧线，它们关于x轴对称，关于y轴对称；

将-2≤x≤2，-2≤y≤2的大正方形等分成25个边长为0.8的正方形分块，对步骤1.5)中得到的4个图形的交点情况都应用这种分块方法；

1.7)二维点阵印制

当某个分块的内部或者边缘含有交点时，将这个分块印制成黑色；若某个分块的内部或者边缘不含有交点则将这个分块印制成白色；由于步骤1.6)的分块方法——大正方形等分成25个边长为0.8的正方形分块，得到的将是4个5*5的二维点阵码；

1.8)添加加密码

步骤1.7)得到每个5*5的二维点阵中都会含有9个空位，在这些空位上以黑白块的形式印制步骤1.3)中加密矩阵的二进制编号以作为解密的依据；

1.9)整合

将步骤1.8)得到的4个5*5二维点阵码按照步骤1.2)中4个2*2矩阵排列成4*4矩阵的顺序排列成10*10的二维点阵码；

解码方法包含以下5个步骤：

2.1)分解：

扫描识别到点阵码之后，先将其十字分块成4个5*5的点阵码；

2.2)识别加密码：

扫描每个5*5点阵码，识别空位上印制的加密码；

2.3)调用加密矩阵：

根据加密码上记载的加密矩阵编号，调用系统数据库内容，得到加密时采用的加密矩阵，提供给步骤2.5)；

2.4)识别信息码：通过点阵码反推得到加密后的矩阵：可以通过点阵码推出4个圆心上哪几个圆心上有画圆，哪几个圆心上没有画圆，从而得到加密后的矩阵，提供给步骤2.5)；

2.5)解密：从数据库中调用出来的加密矩阵与反推出的加密后矩阵做异或运算，还原出原始信息矩阵，从而得到16位原始编码。