CN114580589B - 一种双通道二维码与用于防复印和信息隐藏的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双通道二维码，设有公开层和隐秘层，隐秘层包括第一隐藏图案和第二隐藏图案替换原二维码中的黑模块，控制方法包括：S1、采用图像矩阵获取方法定位识别二维码，若失败则输出二维码的伪造信息，若成功则转至S2；S2、提取双通道二维码的特征图案序列和信息图案序列并计算解码，得到对应的隐秘值；S3、根据隐秘值判断二维码的用途，若为隐藏信息则读取隐藏信息，若为防复印则转至S4；S4、计算特征图案序列间相关系数差的特征阈值，并计算标准阈值，将特征阈值与标准阈值对比，若小于则提示文件为复印版，否则提示文件为原版。与现有技术相比，本发明具有成本低廉、占用面积小、鲁棒性较好，实现印刷品防复制和隐藏信息的功能等优点。

Description

一种双通道二维码与用于防复印和信息隐藏的控制方法
技术领域
本发明涉及印刷防伪技术领域，尤其是涉及一种双通道二维码与用于防复印和信息隐藏的控制方法。
背景技术
目前常用的印刷防伪技术主要有两大类。
第一类是印刷材料上的防伪，是指采用一些特殊的物质、材料来达到防伪的目的。一般来说，材料防伪所需要的成本都比较高。比如安全线防伪纸的生产设备投资较大，生产工艺非常复杂。光是安全线本身，就需要较大的制作成本。也正是因为如此，它的仿造成本很高，适用于纸币制造。相对于防伪纸张而言，防伪油墨的制作成本低一些，但仍然昂贵不易获得，因而在一定程度上实现防伪。龟纹防伪依赖于印刷层面的设计，对印刷设备有一定的要求，并且对于参数较少的龟纹，是可以通过计算机进行模拟伪造。总之，材料防伪大多需要较高的成本去实现，它们的防伪主要基于对印刷品仿造、伪造、复制的成本较高。对于货币、证书、各种有价票据等应用此类防伪技术确实非常适合，但大众防伪却很难普及。并且随着经济发展和科技的进步，该类方案技术独占性、唯一性较差。此外，大多数材料防伪的应用很难具体到单个需要被识别的物体上，个体化较差。RFID防伪技术虽然可以实现单个物体的识别，识别能力较强，但是抗干扰能力差，在静电、强磁场、高温等场合下可能无法使用。
第二类是数字信息防伪技术，主要通过信息编码、信息隐藏的方式，利用打印、复印本身对像素的影响进行区分。
抗打印扫描的数字水印将防伪由数字图像转移到印刷图像上。要求在印刷品原件中可以检测到水印信息，复印后水印信息检测不出。其难点主要在于该类水印需有抵抗印刷加网特性和能够抵抗“数模”、“模数”等非线性变换的特性。水印一般以频域水印为主，由于在数字图像半色调过程中会引入高频噪声，图像细节会有丢失，因此水印信息一般在图像的低频部分嵌入。该类印刷水印的办法在一定程度上可以实现印刷防伪，但算法时间复杂度高。而且，由于的“数模”、“模数”变换复杂，再加上其他因素，使得很多原件的水印鲁棒性很差。
网屏编码利用人眼具有空间低通特性，即对低对比度的图像敏感性不强，顾泽苍等人在原件的背景上利用集中点和分散点按一定顺序进行排布，形成如“COPY”字样的警示语。但原件上两种网点在人眼看来灰度相同，因此无法察觉。复印后，而复印机对集中点的网屏码和分散点的网屏码采样精度不同，前者会印的清晰而后者却容易缺失，故在复印件上会有人眼可见的“COPY”警示语，从而实现防复印的目的。该种办法也属于数字信息防伪技术，效果很好，然而需要占用的纸张面积较大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的成本较高、鲁棒性较差、需要占用较大的纸张面积的缺陷而提供一种双通道二维码与用于防复印和信息隐藏的控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种双通道二维码，设有两个存储层，所述存储层分别为公开层和隐秘层，所述公开层为被传统二维码扫描器识别的部分，所述隐秘层包括第一隐藏图案和第二隐藏图案，所述第一隐藏图案和第二隐藏图案替换原二维码中的黑模块，分别在二维码对应的隐藏信息中表示二进制形式的0和1。
所述隐秘层由于传统二维码扫描器进行识别时，镜头和二维码之间存在一定距离，采样时一个模块内的黑白像素整体被视为一个“灰块”，每个模块中黑像素的比例达到一定值时，传统二维码扫描器在对图案进行二值化后会将该模块视为一个黑模块，因此只需要保证每个图案内黑像素比例相同，即可保证整体上显示相同的灰度，使用第一隐藏图案和第二隐藏图案替换原二维码黑模块后传统二维码扫描器仍会将图案识别为黑模块，公开层的识别和读取不受影响。
一种使用所述的双通道二维码的用于防复印和信息隐藏的控制方法，具体包括以下步骤：
S1、采用双通道二维码图像矩阵获取方法定位识别二维码，若定位失败则输出二维码的伪造信息，若成功则转至步骤S2；
S2、提取双通道二维码中的特征图案序列和信息图案序列并计算解码，得到特征图案序列和信息图案序列对应的隐秘值；
S3、根据隐秘值判断双通道二维码的用途，若为隐藏信息则读取信息图案序列对应的隐藏信息，若为防复印则转至步骤S4；
S4、计算特征图案序列间相关系数差的特征阈值，并计算防复印标准阈值，将特征图案序列的特征阈值与防复印标准阈值对比，若小于防复印标准阈值则提示对应的文件为复印版，否则提示对应的文件为原版。
所述双通道二维码的四周设有1像素的定位框，代替因二维码寻像部分黑模块被图案替换而导致识别定位不准确的原二维码定位识别算法，所述定位框为正方形，所述定位框与双通道二维码的距离为0.2倍的双通道二维码的边长。
进一步地，所述步骤S1中双通道二维码图像矩阵获取方法具体过程为寻找定位框的大致所在区域、确定覆盖区域边界并全1覆盖、对图像进行霍夫变换并求得角点以及根据角点进行透视变换还原图像矩阵。
进一步地，寻找定位框的大致所在区域的过程包括首先修复打印扫描过程中由于墨粉不足等其他原因造成的定位框断续，在二值化前需要进行“定位框修补”操作，通过反色后的先膨胀后腐蚀在图像整体大致不变的情况下抑制暗细节(即原图的亮细节部分)；以均匀采样的方式选取双通道二维码图像的若干行和列，行列宽度为1像素值，对每一行从左到右扫描遇到的第一个0值点(黑像素点)认定为左边框的点，从右到左扫描遇到的第一个0值点认定为右边框上的点，每一列从上到下扫描遇到的第一个0值点认定为上边框上的点，从下到上扫描遇到的第一个0值点认定为下边框上的点，对上述扫描结果去除未命中部分后取其中值即可确定边框大致位置。
进一步地，由于定位框修补不能保证一定使定位框完整无缺，所以在寻找定位框大致的范围时可能会遇到以下几种情况，以从左至右扫描左侧定位框为例：(a)正常情况，扫描结果恰为左边框；(b)异常情况，扫描在抵达真正边框之前便遇到0值噪声而停止，造成左边框定位值过小；(c)异常情况，边框的某些位置的像素可能缺失，扫描线可能穿过边框而抵达二维码区域，造成左边框定位值过大；(d)正常情况，未命中，扫描线穿过空白区域。
进一步地，确定覆盖区域边界并全1覆盖的过程包括从定位框大致位置向内缩小1/2填充区域的距离，并用全1(白色像素)覆盖该区域，以提高霍夫变换的峰值检测准确度。
进一步地，对图像进行霍夫变换并求得角点的过程包括对定位框主体进行霍夫变换并获取前四个峰值，得到其直线方程及四条直线的四个交点。
进一步地，根据角点进行透视变换还原图像矩阵的过程包括根据求得的四个交点作为角点，使用透视变换纠正图像扭曲。
所述特征图案序列用于解码隐秘层的0、1序列，所述信息图案序列设于隐秘层中用于存储隐藏信息。
所述步骤S2中双通道二维码的计算解码的过程具体为以像素为单位计算代表0和1的标准特征图案和信息图案序列的皮尔森相关系数，所述皮尔森相关系数较大的标准特征图案所代表的值即为特征图案序列或信息图案序列的隐秘值。
进一步地，用于防复印的双通道二维码的标准特征图案为电子版的图案矩阵，用于信息隐藏的双通道二维码的标准特征图案为特征图案序列中相应图案的均数。
所述步骤S4中特征图案序列间相关系数差包括同种图案不同版本之间的皮尔森相关系数的差值以及相同版本不同种图案的皮尔森相关系数的差值。
进一步地，所述步骤S4中特征图案序列间相关系数差的特征阈值为同种图案不同版本之间的皮尔森相关系数的差值以及相同版本不同种图案的皮尔森相关系数的差值中的最小值，具体为求一对图案(P0，P1)和各自对应的打印版本(S0，S1)的皮尔森相关系数(corr(S0，P0)，corr(S1，P1))与图案和版本不对应的皮尔森相关系数(corr(S0，P1)，corr(S1，P0))之间的四组差值，四组差值中的最小值即为特征阈值。
进一步地，计算特征阈值的过程包括对双通道二维码中获取的图案进行解码，获取尽可能多的n个图案对求其阈值均数作为特征阈值。
所述步骤S4中防复印标准阈值的计算过程具体为获取同一样本图案进行多次打印扫描和复印扫描的图案，分别测得打印扫描图案和复印扫描图案的阈值并计算均数，对两个版本的均数阈值结果再求均数，得到防复印标准阈值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过在二维码中设置隐秘层，隐秘层包括第一隐藏图案和第二隐藏图案，实现了印刷品防复制和隐藏信息的功能，在保留传统扫描器扫描识别能力的基础上为二维码添加了存储隐藏信息的隐秘层，并且通过隐秘层图案的阈值设计和计算实现了区分印刷品是原件还是复印品的防伪功能。
2.本发明通过隐秘层信息提取方法在双通道二维码周围添加定位框，解决了包含隐藏信息的双通道二维码寻像图形部分因被替换而无法准确定位的问题，使用定位框扫描、区域覆盖、霍夫变换求角点以及透视变换实现对双通道二维码的高精度定位和识别，有效提高了二维码的识别效率和识别准确性。
3.本发明根据双通道二维码的用途不同，设置不同的特征图案，用于防复制的双通道二维码不替换寻像图形部分，其标准特征图案为电子版图案矩阵，用于传递隐藏信息的双通道二维码设置标准特征图案为寻像图形部分的特征图案序列中对应种类图案的均数，提高了二维码的防伪功能和适用性。
附图说明
图1为本发明双通道二维码的功能示意图；
图2为本发明控制方法的流程示意图；
图3为本发明隐秘层的结构示意图，其中图3(a)为第一隐秘图案，图3(b)为第二隐秘图案；
图4为本发明双通道二维码的结构示意图，其中图4(a)为普通二维码，图4(b)为用于信息隐藏的双通道二维码，图4(c)为用于防复印的双通道二维码；
图5为本发明定位框的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种双通道二维码，设有两个存储层，存储层分别为公开层和隐秘层，公开层为被传统二维码扫描器识别的部分，隐秘层包括第一隐藏图案和第二隐藏图案，第一隐藏图案和第二隐藏图案替换原二维码中的黑模块，分别在二维码对应的隐藏信息中表示二进制形式的0和1。
隐秘层由于传统二维码扫描器进行识别时，镜头和二维码之间存在一定距离，采样时一个模块内的黑白像素整体被视为一个“灰块”，每个模块中黑像素的比例达到一定值时，传统二维码扫描器在对图案进行二值化后会将该模块视为一个黑模块，因此只需要保证每个图案内黑像素比例相同，即可保证整体上显示相同的灰度，使用第一隐藏图案和第二隐藏图案替换原二维码黑模块后传统二维码扫描器仍会将图案识别为黑模块，公开层的识别和读取不受影响。
如图2所示，一种使用双通道二维码的用于防复印和信息隐藏的控制方法，具体包括以下步骤：
S1、采用双通道二维码图像矩阵获取方法定位识别二维码，若定位失败则输出二维码的伪造信息，若成功则转至步骤S2；
S2、提取双通道二维码中的特征图案序列和信息图案序列并计算解码，得到特征图案序列和信息图案序列对应的隐秘值；
S3、根据隐秘值判断双通道二维码的用途，若为隐藏信息则读取信息图案序列对应的隐藏信息，若为防复印则转至步骤S4；
S4、计算特征图案序列间相关系数差的特征阈值，并计算防复印标准阈值，将特征图案序列的特征阈值与防复印标准阈值对比，若小于防复印标准阈值则提示对应的文件为复印版，否则提示对应的文件为原版。
如图5所示，双通道二维码的四周设有1像素的定位框，代替因二维码寻像部分黑模块被图案替换而导致识别定位不准确的原二维码定位识别算法，定位框为正方形，定位框与双通道二维码的距离为0.2倍的双通道二维码的边长。
步骤S1中双通道二维码图像矩阵获取方法具体过程为寻找定位框的大致所在区域、确定覆盖区域边界并全1覆盖、对图像进行霍夫变换并求得角点以及根据角点进行透视变换还原图像矩阵。
寻找定位框的大致所在区域的过程包括首先修复打印扫描过程中由于墨粉不足等其他原因造成的定位框断续，在二值化前需要进行“定位框修补”操作，通过反色后的先膨胀后腐蚀在图像整体大致不变的情况下抑制暗细节(即原图的亮细节部分)；以均匀采样的方式选取双通道二维码图像的若干行和列，行列宽度为1像素值，对每一行从左到右扫描遇到的第一个0值点(黑像素点)认定为左边框的点，从右到左扫描遇到的第一个0值点认定为右边框上的点，每一列从上到下扫描遇到的第一个0值点认定为上边框上的点，从下到上扫描遇到的第一个0值点认定为下边框上的点，对上述扫描结果去除未命中部分后取其中值即可确定边框大致位置。
由于定位框修补不能保证一定使定位框完整无缺，所以在寻找定位框大致的范围时可能会遇到以下几种情况，以从左至右扫描左侧定位框为例：(a)正常情况，扫描结果恰为左边框；(b)异常情况，扫描在抵达真正边框之前便遇到0值噪声而停止，造成左边框定位值过小；(c)异常情况，边框的某些位置的像素可能缺失，扫描线可能穿过边框而抵达二维码区域，造成左边框定位值过大；(d)正常情况，未命中，扫描线穿过空白区域。
确定覆盖区域边界并全1覆盖的过程包括从定位框大致位置向内缩小1/2填充区域的距离，并用全1(白色像素)覆盖该区域，以提高霍夫变换的峰值检测准确度。
对图像进行霍夫变换并求得角点的过程包括对定位框主体进行霍夫变换并获取前四个峰值，得到其直线方程及四条直线的四个交点。
根据角点进行透视变换还原图像矩阵的过程包括根据求得的四个交点作为角点，使用透视变换纠正图像扭曲。
特征图案序列用于解码隐秘层的0、1序列，信息图案序列设于隐秘层中用于存储隐藏信息。
步骤S2中双通道二维码的计算解码的过程具体为以像素为单位计算代表0和1的标准特征图案和信息图案序列的皮尔森相关系数，皮尔森相关系数较大的标准特征图案所代表的值即为特征图案序列或信息图案序列的隐秘值。
用于防复印的双通道二维码的标准特征图案为电子版的图案矩阵，用于信息隐藏的双通道二维码的标准特征图案为特征图案序列中相应图案的均数。
步骤S4中特征图案序列间相关系数差包括同种图案不同版本之间的皮尔森相关系数的差值以及相同版本不同种图案的皮尔森相关系数的差值。
步骤S4中特征图案序列间相关系数差的特征阈值为同种图案不同版本之间的皮尔森相关系数的差值以及相同版本不同种图案的皮尔森相关系数的差值中的最小值，具体为求一对图案(P0，P1)和各自对应的打印版本(S0，S1)的皮尔森相关系数(corr(S0，P0)，corr(S1，P1))与图案和版本不对应的皮尔森相关系数(corr(S0，P1)，corr(S1，P0))之间的四组差值，四组差值中的最小值即为特征阈值。
计算特征阈值的过程包括对双通道二维码中获取的图案进行解码，获取尽可能多的n个图案对求其阈值均数作为特征阈值。
步骤S4中防复印标准阈值的计算过程具体为获取同一样本图案进行多次打印扫描和复印扫描的图案，分别测得打印扫描图案和复印扫描图案的阈值并计算均数，对两个版本的均数阈值结果再求均数，得到防复印标准阈值。
具体实施时，如图3所示，使用第一隐秘图案和第二隐秘图案对原二维码的黑模块进行替换，图案均为12x12像素大小，黑像素比例为42％，两种图案分别代表隐藏信息的0和1；对于v2版本的二维码，共有25x25个模块，二维码的黑白模块比大致为1:1，故黑模块约为312个，去掉寻像图形的99个，约为213个；即v2版本的隐秘层大致可以嵌入213比特信息。如图4所示，对私密信息传递的二维码解码需要的特征图案是扫描得到的二维码中寻像图像内两种图案各自的均数；用于防复印的双通道的特征图案是电子版图案本身，因此寻像图形处不变。
由于寻像图形可能需要图案替换,无法由原二维码扫描器通过寻找1:1:3:1:1的黑白像素来寻找寻像图形；本实施例中，如图5所示，为提高识别的精度，在二维码周围加入定位方框，利用霍夫变换进行精确的定位，方框四个顶点即为所求角点；对于模块中黑像素数量相同而位置不同的比例高于20:60的图案所生成的二维码，将其打印版本的120个样本进行识别，信息识别正确率为百分之百。
特征图案用于解码隐秘层信息的0、1序列。双通道信息二维码有两种，对于防复印的二维码，其特征图案为电子版图案矩阵。对于隐藏信息传递的二维码，其特征图案为特征图案序列中相应图案的均数；在一个实施例中，嵌入信息为200比特，原图像分辨率为600ppi，以分辨率为1200dpi的打印机进行打印，打印纸张一律为铜版纸。对打印结果，以600ppi的扫描分辨率进行扫描得到图像。如此获取打印扫描样本96个，解码未见错误比特。
由于不同版本的图案之间求皮尔森相关系数时，属于同一种图案的不同版本之间的皮尔森相关系数比该图案与其它图案版本的皮尔森相关系数更大，所以存在区分不同版本之间差值的标准阈值，在复印扫描过程中随操作次数增加图像会变得模糊，对应阈值变小，因此可作为区分打印图像和复印图像的依据；在一个实施例中，将图案打印扫描1000次得到S版本，将S版本复印得到F1版本，将F1版本再次复印扫描得到F2版本，求得三个版本的阈值均数分别为0.2946，0.1657，0.1229，随着复印次数增多阈值减小，由此求得标准阈值为0.23，使用标准阈值随机对100个打印扫描版本和复印扫描版本的二维码进行检测，正确区分率为0.96。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于双通道二维码的用于防复印和信息隐藏的控制方法，所述双通道二维码设有两个存储层，所述存储层分别为公开层和隐秘层，所述公开层为被传统二维码扫描器识别的部分，所述隐秘层包括第一隐藏图案和第二隐藏图案，所述第一隐藏图案和第二隐藏图案替换原二维码中的黑模块，分别在二维码对应的隐藏信息中表示二进制形式的0和1，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
S1、采用双通道二维码图像矩阵获取方法定位识别二维码，若定位失败则输出二维码的伪造信息，若成功则转至步骤S2；
S2、提取双通道二维码中的特征图案序列和信息图案序列并计算解码，得到特征图案序列和信息图案序列对应的隐秘值；
S3、根据隐秘值判断双通道二维码的用途，若为隐藏信息则读取信息图案序列对应的隐藏信息，若为防复印则转至步骤S4；
S4、计算特征图案序列间相关系数差的特征阈值，并计算防复印标准阈值，将特征图案序列的特征阈值与防复印标准阈值对比，若小于防复印标准阈值则提示对应的文件为复印版，否则提示对应的文件为原版。
2.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，所述双通道二维码的四周设有1像素的定位框，所述定位框为正方形，所述定位框与双通道二维码的距离为0.2倍的双通道二维码的边长。
3.根据权利要求2所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤S1中双通道二维码图像矩阵获取方法具体过程为寻找定位框的大致所在区域、确定覆盖区域边界并全1覆盖、对图像进行霍夫变换并求得角点以及根据角点进行透视变换还原图像矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，所述特征图案序列用于解码隐秘层的0、1序列，所述信息图案序列设于隐秘层中用于存储隐藏信息。
5.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤S2中双通道二维码的计算解码的过程具体为以像素为单位计算代表0和1的标准特征图案和信息图案序列的皮尔森相关系数，所述皮尔森相关系数较大的标准特征图案所代表的值即为特征图案序列或信息图案序列的隐秘值。
6.根据权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于，用于防复印的双通道二维码的寻像图形部分的标准特征图案为电子版的图案矩阵，用于信息隐藏的双通道二维码的寻像图形部分的标准特征图案为特征图案序列中相应图案的均数。
7.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤S4中特征图案序列间相关系数差包括同种图案不同版本之间的皮尔森相关系数的差值以及相同版本不同种图案的皮尔森相关系数的差值。
8.根据权利要求7所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤S4中特征图案序列间相关系数差的特征阈值为同种图案不同版本之间的皮尔森相关系数的差值以及相同版本不同种图案的皮尔森相关系数的差值中的最小值。
9.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤S4中防复印标准阈值的计算过程具体为获取同一样本图案进行多次打印扫描和复印扫描的图案，分别测得打印扫描图案和复印扫描图案的阈值并计算均数，对两个版本的均数阈值结果再求均数，得到防复印标准阈值。
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