CN117973424A - 一种编码规则自适应的点阵码生成方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种编码规则自适应的点阵码生成方法及系统，该方法包括：S1.点阵码规则自动生成；S2.点阵单元信息加密和带纠错功能的编码；S3.点阵码图像生成。其中S1包括：S11.确定点阵单元的基本属性；S12.自适应计算点阵单元可编码信息的点的坐标；S13.自动生成点阵单元中可编码信息的点相关的规则；S14.自动设计点阵码中点阵单元的分布；S15.自适应计算点阵码的辅助点坐标。该方法能自适应地生成点阵码的编码规则，使得编码信息的点无明显规律，同时，点阵单元无规律散布在点阵码图像中，不易被识别出其所在位置；根据编码信息的点相关的特性，可监测研究者对点阵单元中点进行篡改的行为并及时预警；通过引入纠错机制提高解码的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及二维码防伪技术领域，具体为一种编码规则自适应的点阵码生成方法及系统。
背景技术
点阵码是一类特殊的二维码，由于其可在很小的单位面积内编码足够的信息，在防伪溯源领域得到越来越多的应用。点阵码通过多个微小的点按照一定的规律进行排列来编码信息。现有的点阵码中编码信息的点是由设计者设计的具有固定的编码规则，其耗时且不同的用户采用同一编码规则具有不安全性。另外，其中的点阵单元有明显的规律易于被发现，且不能够自动及时监测对点阵码中的点进行篡改的行为。这些缺陷容易使得点阵码不能很好的起到防伪溯源的功能。因此迫切需要提出一种更安全和方便的规则自生成的点阵码生成方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种编码规则自适应的点阵码生成方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种编码规则自适应的点阵码生成方法，包括如下步骤：
S1、点阵码规则自动生成；
S2、点阵单元信息加密和带纠错功能的编码；
S3、点阵码图像生成；
其中S1包括如下步骤：
S11、确定点阵单元的基本属性；
S12、自适应计算点阵单元中可编码信息的点坐标；
S13、自动生成点阵单元中可编码信息的点相关规则；
S14、自动设计点阵码中点阵单元的分布；
S15、自适应计算点阵码中辅助点的坐标。
本发明还提供一种编码规则自适应的点阵码生成系统，其特征在于，包括：点阵码规则自动生成模块、点阵单元信息加密和带纠错功能的编码模块、点阵码图像生成模块，点阵码规则自动生成模块包括点阵单元基本属性的确定子单元、点阵单元可编码信息的点的坐标的自适应计算子单元、点阵单元中可编码信息的点相关的规则自动生成子单元、点阵码中点阵单元的分布的自动设计子单元、点阵码中辅助点的坐标自适应计算子单元；点阵单元信息加密和带纠错功能的编码模块包括：信息类型转换子单元、二进制串加密及纠错子单元、点阵单元信息点关联子单元；点阵码图像生成模块包括点阵单元变换子单元、辅助点随机生成子单元、点阵单元和辅助点融合子单元、点阵码图像输出子单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该方法能自适应地生成点阵码的编码规则，使得编码信息的点无明显规律，同时，点阵单元无规律散布在点阵码图像中，不易被识别出其所在位置；根据编码信息的点相关的特性，可监测研究者对点阵单元中点进行篡改的行为并及时预警；通过引入纠错机制提高解码的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明的点阵码生成流程图；
图2点阵单元中的相关基本属性的示例图；
图3实施例中的点阵单元图的示例图；
图4实施例中的点阵码图中的辅助点的示例图；
图5实施例中的点阵码图中可编码信息点和辅助点的示例图；
图6点阵码生成系统的示例图；
图7点阵码规则自生成模块的示例图；
图8点阵单元信息加密和带纠错功能的编码模块的示例图；
图9点阵码图像生成模块的示例图；
图10实施例中的点阵码图像的示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供一种技术方案：一种编码规则自适应的点阵码生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、点阵码规则自动生成；
S2、点阵单元信息加密和带纠错功能的编码；
S3、点阵码图像生成；
其中S1包括如下步骤：
S11、确定点阵单元的基本属性；
S12、自适应计算点阵单元中可编码信息的点坐标；
S13、自动生成点阵单元中可编码信息的点相关规则；
S14、自动设计点阵码中点阵单元的分布；
S15、自适应计算点阵码中辅助点的坐标。
具体的，S11确定点阵单元的基本属性，包括：点阵单元的像素大小、模块、模块像素大小、定位组、模块中点的像素大小、编码信息量，点阵单元由多个模块构成，每个点阵单元中央的黑点或白点用于编码信息，定位组是指由点阵单元中若干在中央铺上黑点的相邻模块组成，若干模块组合在一起具有特殊形状或结构，定位组用于在解码中快速确定其所在点阵单元的位置，在一个点阵单元中的所述定位组可以由一个或多个模块，多个模块可以相同也可以不相同，编码信息量是指点阵单元根据模块中点的黑白情况所能编码的最大二进制长度。
如图2所示，点阵单元中每小格表示1×1像素，点阵单元像素大小为21×21。图2中的点阵单元是由模块构成，每个模块的像素大小为3×3，图中所述点阵单元由7×7个模块组成。在图2中的点阵单元具有两个定位组，一组是由2、3、4所在的模块构成，其中模块中央铺黑点。另一组是由5、6、7所在的模块构成，其中模块中央铺黑点。这两个定位组中的模块相邻，且黑点连线构成一个等腰直角三角形。
模块中的点指的是模块的中央部分，其占据整个模块小部分区域，避免相邻模块中央点都铺上黑色像素时导致印刷或喷墨时会使得此两点会粘连在一起，影响到点阵单元中点的识别和提取，进而影响到点阵码的解码率。
S12所述自适应计算点阵单元可编码信息的点的坐标，是指根据步骤S11中所述点阵单元的基本属性自适应计算点阵单元中能够编码信息的模块的位置；所述可编码信息的模块是指根据所述模块中央的点是黑或白可编码0或1；所述点的坐标是指其所在模块的位置，所述模块的坐标(x,y)是指此模块在点阵单元的x行y列。如图2中的5所在的模块的坐标是(1,6)；1所在的模块的坐标是(3,4)。所述自适应计算的方法可以是穷举搜索算法或其他优化算法。
所述穷举搜索算法可以是在确定定位组后对点阵单元的相邻的一个或一组模块从上到下，从左到右进行扫描判断，是否可在其中一个或多个模块的中央铺上黑点。
判断基本原则：若在模块中央铺上黑点之后和其周边已有模块组合在一起不构成一定位组则该模块中的点可用于编码信息，否则考虑下一个模块或下一组模块，直至搜索完所有的模块。一组模块可以是2x2的或3x3的模块组。已有模块是指定位组以及已确定可编码信息的模块。记录和保存所计算出可编码信息的模块的点的坐标，得到所述点阵单元可编码信息的点集，记为points。
S13中所述搜索算法进行配对或组对时原则上应满足组内的点间隔不远，组间的点较均匀分布在整个点阵单元中。对匹配得到的所有组进行随机排序得到一有序组序列，根据每组中点的黑白情况编码一位的0或1，从而根据组的序这些配对后的组可编码相同长度的01串信息。每组中匹配的点的数量取决于所需要编码的二进制长度和可编码信息的点的数量。
示例性的，假设S12中所述可编码信息点有N个，在S13中选择3个可编码信息点进行匹配作为一组，若还剩下1个或2个可编码信息点则作为一组，故S12中所述所有可编码信息点进行配对得到组点，每组之间的点是相关的。
示例性的，假设一组三个点[(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)]，可以考虑若(x1,y1)点所在模块中央铺黑点，其他两个点所在模块中央铺白点，则此组编码信息1；若(x2,y2)点所在模块中央铺黑点，其他两个点所在模块中央铺白点，则此组编码信息0。这样得到的点阵单元黑点相对来较为稀疏。另外，考虑若(x1,y1)点所在模块中央铺白点，其他两个点所在模块中央铺黑点，则此组编码信息1；若(x2,y2)点所在模块中央铺白点，其他两个点所在模块中央铺黑点，则此组编码信息0。这样得到的点阵单元黑点相对来较为稠密。
对上述组点进行随机排序后，根据得到的组序通过点阵单元可编码信息点组可编码得到对应的二进制串。
S14自动设计点阵码中点阵单元的分布，根据点阵码的大小和点阵单元的大小利用程序在点阵码中排布多个点阵单元，确定点阵单元在点阵码中的位置，设计程序的原则是在点阵码中尽可能放置多个完整的点阵单元，确保点阵单元之间不存在重叠，同时使得点阵单元之间在点阵码中的分布不存在明显规律，相邻的点阵单元间存在一定距离。
计算得到的点阵单元都可以嵌入编码信息后的点阵单元图，多个分布不规律且不易人眼确定具体位置的点阵单元能够编码相同的可用信息，只需识别和解码到其中的一个则就可进行正确的溯源。
S15自适应计算点阵码辅助点坐标，根据S14计算出的点阵码中分布的点阵单元的位置，若点阵码的点阵单元中可编码信息的点都是黑色的情况下，类似于步骤S12中所述的算法自适应计算点阵码中从除所有的点阵单元外的模块中选择能够和已存在的编码信息点相容的模块，这些模块中的点称为辅助点。辅助点可用于使得点阵码中的点阵单元位置更加无规律，起到迷惑作用；同时一定程度上通过选择辅助点是否为黑点或白点可以进一步控制点阵码中黑点的疏密程度。已存在的编码信息点是指点阵码中所有点阵单元可编码信息的模块和定位组。
在点阵码中由于允许对点阵单元进行变换可得到新的变换，使其在点阵码中点阵单元中可编码信息的模块中的点的坐标发生变化，因此，在利用S12中所述算法根据已存在编码信息信息的点时，还需要考虑这些点作变化之后的情况。点阵单元变换，可选的，旋转90度，旋转180度，旋转270度等，变换之后需要记录原始点在变换之后的坐标。
具体的，S2中首先将原始信息编码成二进制串，再采用加密算法进行加密得到新的二进制串，进而采用纠错算法得到新的二进制串作为最终的二进制串，最后根据步骤S12所述的点阵单元点的相关情况利用这些点来编码所述二进制串，其中所述对应位置如果是1，则根据S13中的分组后的编码规则来确定对应组中哪些点是黑色，哪些点是白色。
加密算法可采用简单的仿射加密或移位算法，原则上应保证加密之后的二进制长度不增加，从而保证能够编码足够的信息量。二进制串长度小于组的个数，则其他的可采用0代替再采用纠错算法得到新的二进制串作为最终的二进制串。
示例性地，在S2中，原始信息可以是纯数字的或是数字和字母混合的字符串。若是纯数字的字符串则可以考虑在纯数字字符串前加1，然后对该数字字符串所对应的整数转换为其对应的二进制。若是数字和字母混合的字符串，则考虑用6为二进制串来编码1个字符，再将其串联起来。S2中所述纠错方法可以采用BCH纠错方法或RS纠错方法。
S2中，需要注意地是由于点阵单元可编码地信息容量是固定的，因此，在选择字符串编码程二进制串、二进制串加密、二进制串纠错等过程中应该充分考虑二进制的长度和点阵单元可编码信息量之间的关系，不应该超过该长度，对于要编码信息长度小于该长度时，可以考虑通过补零等措施进行填充。
具体的，S3根据步骤S13中所述的点阵单元中可编码信息的点的编码规则和步骤S2所述的最终的二进制串根据实际需求生成相应格式的点阵码图。所述步骤S3包括以下步骤：点阵单元变换、辅助点随机生成、点阵单元和辅助点融合和点阵码图像输出。点阵单元变换是指对点阵单元进行旋转或翻转操作，操作之后，应记录点阵单元中可编码信息的点的新的坐标，用于进一步提高点阵码中点的无规律性。
点阵单元旋转操作，可选的，如对点阵单元旋转90度、对点阵单元旋转180度、对点阵单元旋转270度；旋转过后在对点阵单元进行解码不会有任何的影响。
点阵单元翻转操作，可选的，如水平翻转、垂直翻转等。翻转之后其相应的点的坐标发生变化，在解码时需要考虑这种坐标变化。
S3中所述的辅助点的随机生成，可以采用随机算法根据点阵码中点的疏密程度保留相应的辅助点。根据生成的随机数的值确定每一个辅助点是否黑点还是白点。通过引入随机性可提高点阵码的无规律性和点阵码中黑点的疏密。在确定了点阵单元的情况和辅助点的情况之后，将其嵌入到点阵码中，根据需求可生成不同格式的点阵码图像。所述不同格式的图像，如png格式、bmp格式、深度为1的图像等。
示例性的，图3给出了一点阵单元图的示例图，在该示意图中所有的可编码信息的模块的点和定位组中的点都铺上黑点，即模块中央1/9部分的像素值是0，其他是255。该点阵单元的像素大小105x105，其中有21x21模块数，每个模块数的像素大小是5x5，模块中点的大小是1x1。此点阵单元中全部黑点的个数为200，定位组个数为8，可编码信息的模块点的数量为192。若采用两点作为一组进行编码0或1，可编码信息长度为86位长的二进制串；若采用三点作为一组进行编码0或1，则可编码信息长度为66位长的二进制串；当然可以采用不定长的关联组来进行编码0或1，此时可根据实际情况编码相应长度的二进制串。
示例性的，如图4所示，给出了一实施例中的点阵码图中的所有辅助点的示例图，图4中四个空白部分分别是四个点阵单元所在的位置，这四个空白处可以嵌入原始的点阵单元，或是经过旋转90度、或旋转180度、或旋转270度、或水平翻转、或垂直翻转等得到的图。图4中黑色点即为所有的辅助点，在实际生成点阵码图的过程中，这些辅助点可根据需求参数可以自动选择铺黑点或白点，原则是使得最终保留的辅助点较为均匀分布在点阵单元的周边。
示例性的，图5给出了一实施例中的点阵码图中可编码信息点和辅助点的示例图。在该点阵码图中将4个点阵单元中所有可编码信息的点和所有辅助点都铺上了黑点，从此图中，很难识别处点阵单元所在的位置。
本发明还提种编码规则自适应的的点阵码生成系统，如图6，包括以下模块：点阵码规则自动生成模块、点阵单元信息加密和带纠错功能的编码模块、点阵码图像生成模块。
其中，所述点阵码规则自动生成模块，如图7，包括以下5个子单元：点阵单元基本属性的确定子单元、点阵单元编码信息的点的坐标的自适应计算子单元、点阵单元中编码信息的点相关的规则自动生成子单元、点阵码中点阵单元的分布的自动设计子单元、点阵码中辅助点的坐标自适应计算子单元。
所述点阵单元信息加密和带纠错功能的编码模块，如图8，包括以下3个子单元：信息类型转换子单元、二进制串加密及纠错子单元、点阵单元信息点关联子单元。
所述点阵码图像生成模块，如图9，包括以下4个子单元：点阵单元变换子单元、辅助点随机生成子单元、点阵单元和辅助点融合子单元、点阵码图像输出子单元。
示例性的，图10给出了一实施例中的点阵码图像的示例图。在该点阵码图像中有4个点阵单元，该四个点阵单元要么是原始单元，要么是经过旋转变换得到的。其可编码的二进制信息长度为98。
根据组中点相关特性，在对点阵码解码过程中根据编码规则此处的点阵单元除了可编码信息外，还可以用于对篡改其中的点的行为进行监控并及时预警，提高了点阵码的安全性。由于组中点的相关行导致通过公开的点阵码极难得到此处的点阵码编码规则。
在一实施例中，点阵单元的像素大小是105x105，可编码二进制信息长为98，若以600dpi印刷时，其打印的大小是0.44x0.44平方厘米。在点阵码中的多个普通人人眼不可区分的点阵单元，可以防止破坏者轻易地将所有的编码信息的点阵单元都通过遮挡涂改等措施破坏掉，导致不可进行溯源。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种编码规则自适应的点阵码生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、点阵码规则自动生成；
S2、点阵单元信息加密和带纠错功能的编码；
S3、点阵码图像生成；
其中S1包括如下步骤：
S11、确定点阵单元的基本属性；
S12、自适应计算点阵单元中可编码信息的点坐标；
S13、自动生成点阵单元中可编码信息的点相关规则；
S14、自动设计点阵码中点阵单元的分布；
S15、自适应计算点阵码中辅助点的坐标。
2.根据权利要求1所述的一种编码规则自适应的点相关的点阵码生成方法，其特征在于，S11确定点阵单元的基本属性包括：点阵单元的像素大小、模块、模块像素大小、定位组、模块中点的像素大小、编码信息量，点阵单元由多个模块构成，每个模块中央的黑点或白点用于编码信息，所述定位组是指若干个在中央铺上黑点的相邻模块组成，定位组用于在解码中快速确定其所在点阵单元的位置，编码信息量是点阵单元中所有模块中央的黑白点情况所确定的二进制长度。
3.根据权利要求2所述的一种编码规则自适应的点相关的点阵码生成方法，其特征在于：对于S12，指根点阵单元的基本属性自适应计算点阵单元中能够编码信息的模块位置，点坐标是指其所在模块位置坐标，自适应计算的方法选择穷举搜索算法，穷举搜索算法是在确定定位组后对点阵单元的相邻的一个或多个模块从上到下，从左到右进行判断，判断的基本原则是：若在模块中央铺上黑点之后和其周边已有模块组合在一起且排除定位组则该模块的点可用于编码信息，否则考虑下一个模块，直至搜索完所有的模块，接着记录和保存所计算出可编码信息的点坐标，所述可编码信息的模块是指根据模块中央的点是黑或白且可用来编码0或1。
4.根据权利要求3所述的一种编码规则自适应的点相关的点阵码生成方法，其特征在于，对于S13，可编码信息的点坐标利用穷举搜索算法进行两两配对、或更多点进行组合得到多组点，每组点之间是相关的，根据组点中的黑白情况用于编码一个二进制数0或1，穷举搜索算法进行配对时应满足组内的点间隔不远，同时组间的点均匀分布在整个点阵单元中，对匹配得到的组进行随机排序，根据每组中点的黑白情况编码一位的0或1，从而根据组的序这些配对后的组可编码01串信息。
5.根据权利要求4所述的一种编码规则自适应的点相关的点阵码生成方法，其特征在于：对于S14，根据点阵码的大小、点阵单元的大小和相应原则利用程序确定多个点阵单元在点阵码中的位置分布，相应原则是点阵码中尽可能放置多个完整的点阵单元，确保点阵单元之间具有一定的距离而不存在任何的重叠，同时使得点阵单元之间在点阵码中的分布不存在明显规律。
6.根据权利要求5所述的一种编码规则自适应的点相关的点阵码生成方法，其特征在于，对于S15，计算出点阵码中点阵单元的分布，若在点阵码中每个点阵单元中可编码信息的点都是黑色的情况下，自适应计算点阵单元外的模块中央铺上黑点能够和已存在的编码信息点相容的模块，这些模块中的点称为辅助点，所述辅助点的作用是使得点阵单元位置更加无规律，通过对辅助点铺黑还是白来控制点阵码中黑点疏密程度。
7.根据权利要求6所述的一种编码规则自适应的点阵码生成方法，其特征在于，S2中首先将点阵单元信息编码成二进制串，再采用加密算法进行加密得到新的二进制串，进而采用纠错算法得到新的二进制串作为最终的二进制串，最后根据点阵单元点的相关情况利用这些点来编码所述二进制串，其中所述对应位置如果是1，则根据编码规则来确定对应组中哪些点是黑色，哪些点是白色，若二进制串长度小于组的个数，则其他的采用0代替。
8.根据权利要求7所述的一种编码规则自适应的点阵码生成方法，其特征在于，根据S2中点的编码规则和最终的二进制串根据实际需求生成相应格式的点阵码图，S3包括：点阵单元变换、辅助点随机生成、点阵单元和辅助点融合和点阵码图像输出。
9.一种编码规则自适应的点阵码生成系统，其特征在于，包括：点阵码规则自动生成模块；点阵单元信息加密和带纠错功能的编码模块；点阵码图像生成模块，点阵码规则自动生成模块包括点阵单元基本属性的确定子单元、点阵单元可编码信息的点的坐标的自适应计算子单元、点阵单元中可编码信息的点相关的规则自动生成子单元、点阵码中点阵单元的分布的自动设计子单元、点阵码中辅助点的坐标自适应计算子单元；点阵单元信息加密和带纠错功能的编码模块包括：信息类型转换子单元、二进制串加密及纠错子单元、点阵单元信息点关联子单元；点阵码图像生成模块包括点阵单元变换子单元、辅助点随机生成子单元、点阵单元和辅助点融合子单元、点阵码图像输出子单元。
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| CN202410079768.6A Pending CN117973424A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种编码规则自适应的点阵码生成方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117973424A (zh) |
-
2024
- 2024-01-19 CN CN202410079768.6A patent/CN117973424A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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