CN1560794A - 一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全底纹防伪设计技术，具体涉及一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法。现有的安全底纹防伪设计技术中的浮雕设计的安全性及浮雕的凹凸效果不太理想。本发明所述的方法主要是对浮雕底纹对象进行网格分割，通过记录网格单元顶点所对应的图像灰度值信息构造出双线性变换算子T，然后将算子T作用于网格内的图元对象。采用本发明所述的方法，可以使一幅给定的图像和一组变化复杂的底纹对象的浮雕效果表现地更加细腻，曲线的局部偏移变换方式更加丰富多样，从而实现了更为安全和美观的效果。

Description

一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法

技术领域

本发明属于制版防伪印刷领域，涉及一种安全底纹防伪设计技术，具体涉及一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法。

背景技术

安全底纹防伪是防伪印刷中最重要的技术之一，与其它防伪技术相比，其它技术都可以称为工艺性或技术性的防伪，而底纹防伪则是基于信息的防伪，一套设计良好的底纹，其所拥有的信息量是相当巨大的，这使得它成为历久不衰的防伪技术，堪称最为古老，历时最久的技术。安全底纹是由印刷在证券、票据等版面上的既复杂又光滑的图形线条组成，这些线条和谐的组合在一起，达到一种美观的效果，同时由于这些线条图案极其复杂多样，使得印刷品难以被复制和伪造，所以又能达到防伪的作用效果。

安全底纹的主要组成元素有：地纹、花边、花团、浮雕、缩微文字及其它各种规则或不规则造型的图形。本发明也主要是基于浮雕这种版纹设计元素的功能改进。所谓浮雕就是运用线条底纹做底结合背景图片进行浮雕程序后，使画面产生尤如雕刻般的凹凸效果。浮雕图案可以用并排的直线、曲线、同心圆、螺旋线和锯齿线制成。背景图案可以进行弯曲、扭曲、拉伸等变形。浮雕基线可以是任何手绘的线条、图标、图形、阳图或阴图，可以产生多层光滑渐变效果，还可以组合3D效果以及变化的线宽效果。

浮雕通常由底纹和图片结合生成，所以可以根据使用的需要进行任意取材，经过浮雕程序后，便可以产生由优美的画面。即使同一底纹和图片的浮雕，根据其参数设定的不同，也可以变化出许多深浅不一的效果。在实际生活中浮雕的应用很广泛，例如我国现通用的火车票、飞机票、机票保险单、银行存折上的浮雕底纹、国家政府机关的各种单据、票据等，上面均印有各种不同形式的浮雕底纹，在充分防伪的前提下，还能很好的传达使用者自身的公司形象。

国际和国内的很多研究所、高新技术企业对彩色桌面印前处理系统与数字图形设计处理技术做了大量的研究工作，其中北大方正电子也自主开发出了完全底纹防伪设计系统。在该系统中实现了一种高效、实用、快速的基于分段三次Bezier曲线的图像浮雕和图形浮雕自动生成功能，具体内容可以参见文献“安全底纹的浮雕生成算法和保形变换造型方法”(刘元果著，北京大学硕士学位论文，1999)。

其操作具体步骤为：

1)制作浮雕底纹(曲线组或直线组)

2)制作浮雕对象(图片或图元对象)

3)将底纹和浮雕对象同时选中并中心对齐，然后进行浮雕程序。

使得对于相应的曲线(直线)组在特定的节点处进行合理地弯曲或者偏折，从而凸现特定轮廓。

该浮雕程序的大体的方法为：

1)求交点集合：求出底纹与图案轮廓的所有交点，即底纹的图元对象的位置关系会在这些点的附近做相应的偏移变化；

2)波动：将某些的部分曲线段相对于原来位置偏移一段距离，按一定的规则发生变化，也就是对底纹线条进行干扰。其中会涉及到方向的选取，偏移的幅度等影响浮雕效果的因素；

3)接头处理：发生波动的曲线与原来相邻的曲线之间连接处理(必须保证光滑)。

上述模拟现实中的浮雕效果，强化了图案边缘，使图案有浮雕般的凝固感，给违法者在复制和防照上带来了一定的难度，并且可以产生比较美观的视觉效果。但是现有方法还是存在很大的缺点，即对曲线段偏移的方向处理不够灵活，所有线段的偏移方向全部一致，要么是用户设置的固定角度，要么是该点在曲线上的切向方向等，所以使得整体效果在宏观上看起来比较规整，变化形式相对不够丰富。另外，现有方法安全性还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有方法的缺陷，提出一种在各个角度(水平和竖直四个方向对称)呈现疏密变化浮雕效果的新方法。该方法对于一幅给定的图像和一组变化复杂的底纹对象，能使浮雕效果表现地更加细腻，曲线的局部偏移变换方式更加丰富多样，而且防伪性和安全性更好，从而达到更为安全和美观的效果。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法，包括以下步骤：

(1)通过计算机系统对输入图像进行预处理，并做模糊化，作为生成浮雕对象的背景图片；

(2)生成一组浮雕底纹对象；

(3)同时选中浮雕底纹和图片，将浮雕底纹对象覆盖于图片之上，并使得两对象的外接矩形中心对齐；

(4)指定浮雕变化幅度，然后执行浮雕程序，首先对底纹对象进行网格分割；其次记录每个网格单元四个顶点处的灰度值，构成一个灰度值矩阵；接着根据每个网格单元顶点处的灰度值矩阵信息构造各自相应的双线性变换算子T，称变换算子T作用于图元对象上的过程为包罗变形；最后对每个网格单元内的图元对象进行包罗变形操作，如果把整个的底纹对象看作一个二维曲面，每个子单元对象则为子二维曲面，根据子单元对象外接矩形顶点处的灰度值信息得到双线性变换算子T，然后将此算子T作用到每个子对象得到三维浮雕效果的过程就是二维曲面的扭曲操作中一种特例；

(5)通过以上步骤就可以得到一组新的图元对象，根据实际需要可以对其进行裁剪、改变线条颜色和增加外围的裁剪容器操作；至此即得到最终的三维浮雕效果，其中浮雕角度不受限制，凹凸方向可以是任意的，而且在水平和竖直方向还呈现对称的疏密变化；浮雕的凹凸效果不是表现为曲线的简单偏移，而是根据图像边缘的灰度信息做包罗变形。

更进一步，本发明在步骤(2)中，生成的一组浮雕底纹对象可以由小单元对象通过矩阵式排列方法得到，步骤(4)中，对底纹对象进行网格分割后形成的网格单元为每个子对象的外接矩形。。

在步骤(2)中，对底纹的处理方式比较灵活，如果底纹对象是由小单元图元对象通过矩阵排列而成规整底纹，则网格单元分割是以最小图元对象的外接矩形为标准；否则根据自定义的网格密度对底纹对象的外接矩形所围成的区域进行分割，从而决定网格单元的大小。

在步骤(1)中，可以对为黑白二值图的背景图片进行取反操作，生成具有内凹效果的三维浮雕。

在步骤(4)中，对处于图像边缘处的网格单元内的对象做相应包罗变形，而处于图像内部灰度值大的地方的图元对象还会产生尺寸大小变化，以使得凹凸效果更加明显，尺寸大小变化的比例为用户指定的浮雕变化幅度。

另外，在步骤(4)中，做包罗变形的参照对象可以是最小单元对象的外接矩形框，也可以其转化为曲线框来进行处理，将三次Bezier曲线的四个控制点的相应偏移后得到的曲线作为包罗变形的四条边界线。

本发明的效果在于产生的图像浮雕对象的偏移角度不再受限制，而是根据图像的灰度信息做丰富的变换。物理意义上含义是：一片弹性材料上的图案随着材料的拉伸形变而发生变化，使得浮雕对象的角度可以是任意方向。还可以在水平和竖直四个方向产生对称的疏密变化，如此的变换效果使得图案更加美观，同时也大大增加了信息的复杂度，从而增强了仿复印和伪造的难度。因此，通过本发明所述的方法，可以使一幅给定的图像和一组变化复杂的底纹对象的浮雕效果表现地更加细腻，曲线的局部偏移变换方式更加丰富多样，从而实现了更为安全和美观的效果。

附图说明

图1  一幅图像浮雕示意图

图2  一幅图形浮雕示意图

图3  偏移后的接头简单连接的情况示意图

图4  具有固定方向的图像浮雕效果示意图

图5  一幅经过模糊化的图像示意图

图6  由矩阵排列生成的浮雕底纹对象示意图

图7  固定方向的图像浮雕效果示意图

图8  本发明生成的三维浮雕效果示意图

图9  本发明的整体流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的描述。

图1和图2分别为“安全底纹的浮雕生成算法和保形变换造型方法”中所述方法生成的具有固定方向的图像浮雕和图形浮雕效果示意图。其中相应的曲线(直线)组在特定的节点处进行了合理地弯曲或者偏折，如图3即是偏移后的接头处做简单连接的情况。如前所述，这种浮雕效果存在曲线段偏移的方向处理不够灵活的缺陷，图4的浮雕效果较好地说明了这个问题。

下面具体说明本发明生成三维浮雕的操作步骤。

首先输入一幅原始图像，在特定软件(Photoshop、方正画苑或其他图像处理软件)中对图像进行一定的预处理操作，图5即为一幅在Photoshop中经过高斯模糊化后的JPG图像；图6给出的是小单元“TY”通过矩阵式排列生成的规整浮雕底纹对象；同时选中浮雕底纹对象和背景图片，将浮雕底纹对象覆盖于图片之上，并使得两对象的外接矩形中心对齐；如果指定浮雕的角度，产生的浮雕效果如图7所示。下面介绍三维浮雕的生成方法。

a)对浮雕底纹进行网格分割。记录每个最小子单元(本例中是单个的“T”或“Y”)的外接矩形框作为网格单元，并且记录图5在该外接矩形框四个顶点处各自的灰度值信息。从而出构造每个网格单元所对应的灰度值矩阵；

b)依据四个灰度值的大小关系制定顶点的位移规则，这样的位移结果使得原来的矩形小方格变形成不规则的小四边形。但是对一个外接矩形对象的变形将会影响到与之相邻的其他外接矩形框。例如一个外接矩形框的右上顶点发生了位移，位移量为delta，则正右方与之相邻的外接矩形框的左上顶点将作相同的位移，正上方与之相邻的外接矩形框的右下顶点也将发生同样的位移。这就好比一张有弹性的渔网，扯动渔网上的任何一个网线交叉点，与该点相关的四个网格都将产生相应的变形。

c)每个网格单元对象的外接矩形框会根据由b)制定的位移规则得到四条新的边界线。利用四条新的边界线可以进一步构造双线性变换的算子T(关于算子T的具体构造方法参见文献“计算机安全底纹辅助设计系统的设计与实现”，曹锋著，北京大学博士学位论文，1998)。

d)依次对原来各个子图形单元对象作包罗变形。记该图形单元对象所对应的双线性变换矩阵为T，将该对象上的每一个点都做同样的变换，矩形内的每个点都会随着矩形边界的调整而调整。

通过以上四个步骤就可以得到一组新的图元对象，根据实际需要可以对其进行裁剪、改变线条颜色和增加外围的裁剪容器操作，从而得到最终的浮雕效果。

上述步骤只是一个优选的实施方式。本领域技术人员不难得出其他的实施方法而不违背本发明的总体思想。

其中，包罗变形的四条边界线可以不是直线段，而变换为三次Bezier样条曲线，通过四个控制顶点的位移确定位移规则，浮雕结果将会更加柔和、细腻。

其中，底纹对象疏密程度和浮雕幅度的选取可能会直接影响最终的浮雕效果。一般来讲单元对象越小，疏密程度和高度越大浮雕效果会越理想。

其中，浮雕底纹对象可以不是由小单元对象执行矩阵排列操作得到的结果，而是通过其他方式生成的复杂精细的图元对象。在这种情况下可以采用自定义网格密度的方法，其网格密度的大小也直接影响着浮雕效果。

其中，浮雕角度的变化也可以不通过包罗变形的方法得到，比如可以通过图像的边缘检测技术，搜索出图像的边界信息，然后采用类似图形浮雕的情况，浮雕方向可以选取边界上该处的法线方向。总之也可以采用其他不同的方法实现如图8所示的三维浮雕效果。

本发明的整体流程图如图9所示。

Claims (6)

1.一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法，包括以下步骤：

(1)通过计算机系统对输入图像进行预处理，并做模糊化，作为生成浮雕对象的背景图片；

(2)生成一组浮雕底纹对象；

(3)同时选中浮雕底纹和图片，将浮雕底纹对象覆盖于图片之上，并使得两对象的外接矩形中心对齐；

(4)指定浮雕变化幅度，然后执行浮雕程序，首先对底纹对象进行网格分割；其次记录每个网格单元四个顶点处的灰度值，构成一个灰度值矩阵；接着根据每个网格单元顶点处的灰度值矩阵信息构造各自相应的双线性变换算子T，称变换算子T作用于图元对象上的过程为包罗变形；最后对每个网格单元内的图元对象进行包罗变形操作，如果把整个的底纹对象看作一个二维曲面，每个子单元对象则为子二维曲面，根据子单元对象外接矩形顶点处的灰度值信息得到双线性变换算子T，然后将此算子T作用到每个子对象得到三维浮雕效果的过程就是二维曲面的扭曲操作中一种特例；

(5)通过以上步骤就可以得到一组新的图元对象，根据实际需要可以对其进行裁剪、改变线条颜色和增加外围的裁剪容器操作；至此即得到最终的三维浮雕效果，其中浮雕角度不受限制，凹凸方向可以是任意的，而且在水平和竖直方向还呈现对称的疏密变化；浮雕的凹凸效果不是表现为曲线的简单偏移，而是根据图像边缘的灰度信息做包罗变形。

2.如权利要求1所述的一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法，其特征是：在步骤(2)中，生成的一组浮雕底纹对象可以由小单元对象通过矩阵式排列方法得到，步骤(4)中，对底纹对象进行网格分割后形成的网格单元为每个子对象的外接矩形。

3.如权利要求2所述的一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法，其特征是：在步骤(2)中，对底纹的处理方式比较灵活，如果底纹对象是由小单元图元对象通过矩阵排列而成规整底纹，则网格单元分割是以最小图元对象的外接矩形为标准；否则根据自定义的网格密度对底纹对象的外接矩形所围成的区域进行分割，从而决定网格单元的大小。

4.如权利要求1、2或3所述的一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法，其特征是：在步骤(1)中，可以对为黑白二值图的背景图片进行取反操作，生成具有内凹效果的三维浮雕。

5.如权利要求1或2所述的一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法，其特征是：在步骤(4)中，对处于图像边缘处的网格单元内的对象做相应包罗变形，而处于图像内部灰度值大的地方的图元对象还会产生尺寸大小变化，以使得凹凸效果更加明显，尺寸大小变化的比例为用户指定的浮雕变化幅度。

6.如权利要求5所述的一种应用三维浮雕进行安全底纹防伪设计的方法，其特征是：在步骤(4)中，做包罗变形的参照对象可以是最小单元对象的外接矩形框，也可以其转化为曲线框来进行处理，将三次Bezier曲线的四个控制点的相应偏移后得到的曲线作为包罗变形的四条边界线。

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