TWI494896B - 防偽浮水印圖像及其製造方法 - Google Patents

Description

防偽浮水印圖像及其製造方法

本發明係關於一種防偽浮水印圖像及其製造方法，特別是關於一種利用數位半色調技術(digital halftoning)來製作浮水印使其在複印或掃描輸出後可將原始圖文由正像反轉為負像以便判斷是否為非授權複印件之防偽浮水印圖像及其製造方法。

隨著資訊科技的日益進步，資訊載體的多樣性和複製科技也正迅速發展，如影印機、掃描器等已具有迅速且精準的複製文件功能，並且因為設備不斷更新，有心人士可以在最短的時間內在未取得授權的情況下即複製著作、文件甚至是藝術創作，而非法的偽造者也能藉由這些設備偽造出高品質的複製品。然而，這些複製品無法讓一般人在第一時間分辨出真偽，造成原稿與複製品的混淆，最後使智慧財產權遭受嚴重打擊，因此有許多的防偽機制發展出來，如凹版印刷、紙張浮水印、微小字、窗式安全線、紅外線油墨等等，然而這些防偽的材料成本高且需要使用特殊設備，因此，如何提供低成本與不需特殊設備的新防偽技術也漸漸受到關注。

再者，現有利用微小結構之文件底紋圖像加密技術，包含使用不同粗細的網線、不同大小的網點、不同 圖樣或微小字，藉以構成微小印刷結構。目前，有以下數種可作為綜合比較優缺點的參考依據：(1)、數位浮水印隱藏之視覺不可見性；(2)、文件底紋經影印複製後，數位浮水印之顯現差異效果；及(3)、浮水印偵測之方便性與多樣性。

上述使用網點、網線、特殊圖樣或微小字等微小印刷結構做為安全文件的浮水印防偽技術行之已久，此種方法不需使用特殊印製材料或方式，可降低製作成本。利用超過人眼視覺系統可察覺的微小印刷結構，可將數位浮水印等圖樣隱藏在不同尺寸的網點結構中，而應用此技術隱藏訊息或圖案的印刷品，人眼在正常閱讀距離觀看是無法分辨這些微細結構的差異。但是，經過複印機對不同尺寸的網點微細結構作差異取樣，原本隱藏的訊息或圖案即浮現，以此可做為防止使用複印機製作偽造或非授權副本的防偽機制。

這些在紙本上使用的浮水印技術通常是以文字或圖案作為隱藏的訊息，並在複印後顯現，藉此達到宣告版權的作用。同時，習用複印後顯現圖像浮水印之方式大多是在文件複印後呈現「COPY」或「VOID」等文字訊息，以藉此宣告版權。目前之實體浮水印並無用以達到圖像黑白反轉的呈現效果，且實體浮水印若要達到此效果，則需要昂貴的油墨材料、被印材及複雜的印刷製程。

故，有必要提供一種防偽浮水印圖像及其製造方法，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種防偽浮水印圖像及其製造方法，其係利用一濃度匹配導表的調頻網點與調幅網點預先選取個人化圖像中各圖像區域(調頻網點)及各背景區域(調幅網點)的濃度值，以及利用數位半色調過網技術進行設計浮水印圖像，而後輸出印刷至一原稿文件上，浮水印圖像在原稿文件上為一肉眼可見之設計，由於各圖像區域的調頻網點及各背景區域的調幅網點的濃度值已預先設計成當原稿文件被複印或掃描時，可使影印機之掃描元件對於調幅及調頻網點複製能力有所差異，因而使影印出之複印文件上的浮水印圖像由正像變成負像，故可藉由判斷文件上的浮水印圖像為正像或負像，以得知一未知文件是否為原稿或非授權複印件。藉此，本發明可以在安全文件或是文創加值產品等商業出版品上提供個人化宣告版權保護功能，以達嚇阻非授權複製的效果，並可應用於設計客製化的個人特色商品。

為達上述之目的，本發明一實施例提供一種防偽浮水印圖像及其製造方法，其包含步驟：提供一個人化圖像；利用一濃度校正導表選擇該個人化圖像中至少一圖像區域的調頻網點及至少一背景區域的調幅網點之個別濃度，使得在複印前為該調頻網點的灰階值低於該調 幅網點的灰階值，並在複印後用以造成該調頻網點的灰階值高於該調幅網點的灰階值，藉以決定數位半色調過網之參數設定；以及根據該數位半色調過網之參數設定將該個人化圖像印刷輸出至一原稿文件之表面，以形成一具有在複印後黑白反轉作用之浮水印圖案。

在本發明之一實施例中，在選擇該些調幅網點及調頻網點之濃度的步驟中，使用點陣調色法形成該調幅網點，並使用誤差擴散法形成調頻網點。

在本發明之一實施例中，在每一該濃度校正單元中，該濃度校正導表包含數個不同之濃度校正單元，在每一該濃度校正單元中，包含一調頻網點區域及一調幅網點區域，且該調頻網點區域係位於該調幅網點區域的中心位置。

在本發明之一實施例中，在選擇該些調幅網點及調頻網點之濃度的步驟中，以該調幅網點AM 2/64為例作該背景區域之取值，並以該調頻網點FM 210-223為例作該圖像區域之取值。

在本發明之一實施例中，該個人化圖像係為至少包含臉部或表情特徵之大頭照、全身照、半身照或繪畫圖像。

在本發明之一實施例中，在印刷輸出該浮水印圖像之步驟之後，另包含：複印或掃描該原稿文件，使複印出之一複印文件上的浮水印圖像由正像變成負像，以顯 示該複印文件為一非授權複印件。

在本發明之一實施例中，在印刷輸出該浮水印圖像之步驟之後，另包含：提供一待辨識文件，判斷該待辨識文件上的浮水印圖像為正像或負像，若為正像，則判斷該待辨識文件為一原稿；若為負像，則判斷該待辨識文件為一非授權複印件。

另一方面，本發明一實施例另提供一種防偽浮水印圖像，其印刷形成在一原稿文件的表面上，該防偽浮水印圖像包含：至少一圖像區域，由調頻(FM)網點所構成；及至少一背景區域，由調幅(AM)網點所構成，該背景區域與圖像區域共同構成一個人化圖像之形狀；其中該調頻網點與調幅網點的灰階值係設定成在複印前該調頻網點的灰階值低於該調幅網點的灰階值，並在複印後用以造成該調頻網點的灰階值高於該調幅網點的灰階值，藉以形成具有在複印後黑白反轉作用之該浮水印圖案。

在本發明之一實施例中，以該調幅網點AM 2/64為該背景區域之取值，並以該調頻網點FM 210-223為該圖像區域之取值。

在本發明之一實施例中，該個人化圖像係為至少包含臉部或表情特徵之大頭照、全身照、半身照或繪畫圖像。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

本發明係提供一種防偽浮水印圖像及其製造方法，其主要係藉由使用調幅(AM)網點及調頻(FM)網點之混合網點數位浮水印技術來設計個人化圖像於一原稿文件上，並以一濃度校正導表為基準預先進行個人化圖像中至少一圖像區域的調頻網點及至少一背景區域的調幅網點之特殊濃度匹配，並將該個人化圖像列印輸出至該原稿文件上成為浮水印圖像，其中該原稿文件能在複印後造成複印件之浮水印圖像內容黑白反轉，故可藉此顯示版權保護，以有效嚇阻非授權複製，並增添客製化文創產品的創意及趣味性。

如第1A及1B圖所示，在本發明之一較佳實施例中，該防偽浮水印圖像之製造方法主要包含下列步驟：提供一個人化圖像10；利用一濃度校正導表12(如第3圖所示)選擇該個人化圖像10中至少一圖像區域101的調頻網點FM及至少一背景區域102的調幅網點AM之 個別濃度，使得在複印前為該調頻網點FM的灰階值低於該調幅網點AM的灰階值，並在複印後用以造成該調頻網點FM的灰階值高於該調幅網點AM的灰階值，藉以決定數位半色調過網之參數設定；以及根據該數位半色調過網之參數設定將該個人化圖像10印刷輸出至一原稿文件20之表面，以形成一具有在複印後黑白反轉作用之浮水印圖案21(如第8圖所示)。本發明將於下文利用第1A至9圖逐一詳細說明較佳實施例之上述各步驟的實施細節及其原理。

請參照第1A及1B圖所示，本發明較佳實施例之防偽浮水印圖像之製造方法首先係：提供一個人化圖像10。在本步驟中，該個人化圖像10較佳係可為各種至少包含臉部或表情特徵之大頭照、全身照、半身照或繪畫圖像(如卡通化人臉表情圖案)，但並不限於此。該個人化圖像10在後續步驟可用於設計客製化文件之浮水印，例如將個人化圖像10之浮水印設計整合於一筆記本之內頁中，但並不限於此。如第1A圖所示，該個人化圖像10(原稿)包含至少一圖像區域101及至少一背景區域102，該圖像區域101係使用調頻網點FM，該背景區域102係使用調幅網點AM。如第1B圖所示，該個人化圖像10(複印稿)同樣包含至少一圖像區域101及至少一背景區域102，但該圖像區域101及背景區域102係在使用本發明下述方式設計後能在複印後具有黑白反轉作用，該設計原理係說明如下。

請參照第2至6圖所示，本發明較佳實施例之防偽浮水印圖像之製造方法接著係：利用一濃度校正導表12選擇該個人化圖像10中至少一圖像區域101的調頻網點FM及至少一背景區域102的調幅網點AM之個別濃度，使得在複印前為該調頻網點FM的灰階值低於該調幅網點AM的灰階值，並在複印後用以造成該調頻網點FM的灰階值高於該調幅網點AM的灰階值，藉以決定數位半色調過網之參數設定。在本步驟中，該個人化圖像10係由數個不同之濃度校正單元11所構成。在每一該濃度校正單元11中，皆包含一調頻網點區域111及一調幅網點區域112，且該調頻網點區域111被設計成位於該調幅網點區域112的中心位置。如第3及4圖所示，該濃度校正導表12(原稿/複印稿)用以選擇決定該個人化圖像10中各圖像區域101之調頻網點FM的濃度以及各背景區域102的調幅網點AM的濃度，以下先對調幅網點AM、調頻網點FM及數位半色調過網方法等進行說明：基於印列輸出設備的階調限制，只能藉以「有著墨」以及「無著墨」的兩階方式來模擬顯示連續調影像，而人眼又具有將相鄰兩階網點積分模糊之特性，使原來的兩階影像在一定距離下觀察，看起來又有連續調(continuous tone)之視覺感受。因此，無法直接表現原始圖案之連續調，為使印列輸出之圖案也能接近原始圖案的階調，必須採用半色調過網處理之方式，也就是以相 同間距但不同墨點大小，或以相同墨點大小但不同間距的疏密墨點，來表達原始灰階影像，前者稱為調幅(amplitude modulation，AM)網點，後者稱為調頻(frequency modulation，FM)網點。

數位半色調過網(digital halftone screening)方法可分為點陣調色法(ordered dithering)及誤差擴散法(error diffusion)。在本步驟中，點陣調色法(ordered dithering)主要用以形成調幅網點AM，而誤差擴散法(error diffusion)主要用以形成調頻網點FM。點陣調色法之演算原理在於比對連續調原稿與臨界值矩陣(threshold matrix)，以決定個別像素點生成為1或0的訊號值，先把影像分割成與臨界值矩陣相同大小的許多區塊，因臨界值矩陣內所設計數值排列之不同，可以產生不同的網點結構影像，對於數位印刷設備來說，點陣調色法就是指引數位印刷設備如何著墨的方式。更具體來說，就是對區塊影像進行半色調處理，其臨界值的產生就是先將原灰階影像g(i,j)，透過公式(1)將原灰階值量化成臨界值矩陣的階調數g’(i,j)，其中N₁ 與N₂ 代表臨界值矩陣的長和寬。

得到臨界值矩陣的階調數g’(i,j)後，再透過公式(2)與臨界值矩陣t(m,n)作比對以決定像素點成為1或0的訊號值：

舉例而言，若在一區塊之階調數為6，且在此區域之子區塊大小為8×8的像素(pixel)，數位印刷輸出設備會依照臨界值的數值來著墨，其結果為在64個子位置中，有6個位置被填上黑墨。

另一方面，誤差擴散法(Error Diffusion)是由Robert Floyd和Louis Steinberg提出，影像在兩階化的過程中所造成的誤差，由最左上角的像素之誤差開始擴散至鄰近但尚未二階化的像素點上，其他吸收誤差且尚未二階化的像素點再繼續執行兩階化及誤差擴散，直到最後一個像素點為止，其演算法可以透過方程式(3)來表示，其中X為原始像素點的灰階值，在與臨界值T比較後，產生最後的兩階值b。而誤差擴散遮罩如方程式(4)所示。

在本步驟中，本發明在進行過網時，原稿之個人化圖像10可分為兩個部份：(1)以調頻網點FM設計之至少一圖像區域101與(2)以調幅網點AM設計之至少一背景區域102，其中所有之圖像區域101及背景區域102最後被設計整合於一紙張文件上，調幅網點AM及調頻 網點FM的過網方式皆以上述方法進行設計。

如第3及4圖所示，本步驟使用一濃度校正導表12(原稿/複印稿)決定該個人化圖案10之各圖像區域101的調頻網點FM的濃度以及各背景區域102的調幅網點AM的濃度，為了達到其特殊濃度匹配以便具有在複印後黑白反轉之作用，故需設計該濃度校正導表12，其包含之每個濃度校正單元11之網點微結構皆如第2圖所示，將該濃度校正導表12之原稿及複印稿經取像及分析後，來選擇黑白反轉效果較佳的調幅/調頻網點濃度組合參數，該濃度校正導表12原稿的掃描取像之灰階值分析如第3圖。另外，該濃度校正導表12之原稿經複印後即成為複印稿，再對該濃度校正導表12之複印稿進行黑白反轉效果分析，則如第4圖所示。

利用濃度校正導表12決定該浮水印之網點濃度時，中心方格之調頻網點區域111起初以灰階值設定，取值介於210至233進行半色調過網，同時周圍方格之調幅網點區域112則以網點面積比例表示，取值以2/64為例進行半色調過網，其分析方法是擷取出導表中，每個組合中線橫軸的像素點位置作為濃度的參考依據，最後將浮水印圖案11之濃度校正配導表12(第3圖原稿)與濃度校正導表12(第4圖複印稿)中每個像素點濃度取平均值後，繪製成第5圖之濃度校正導表原稿取像後灰階值線性迴歸分析以及第6圖之濃度校正導表複印稿取像後灰階值線性迴歸分析，在第5及6圖中，縱軸代 表的是取像灰階值範圍，而橫軸代表該調頻網點FM的設定值，其中‘○’代表調頻網點FM濃度取平均值後的變化，‘×’則代表調幅網點AM濃度取平均值後的變化。

由第5圖之濃度校正導表之原稿中可發現調頻網點FM與調幅網點AM的灰階值在[AM 2/64,FM 223~224]之間達到平衡，倘若以AM 2/64為背景區域，而FM 224~233為圖像區域細節時，則其浮水印圖像的調頻網點FM之灰階值高於調幅網點AM；反之，倘若圖像區域細節在FM 210~223之間，則其浮水印圖像的調頻網點FM之灰階值低於調幅網點AM，但在第6圖之濃度校正導表之複印稿中，若選用調頻網點FM與調幅網點AM的灰階值為[AM 2/64,FM 224~233]，則該濃度校正導表之複印稿中複印後的調頻網點FM之灰階值仍舊高於調幅網點AM，然而若選用調頻網點FM與調幅網點AM的灰階值為[AM 2/64,FM 210~223]，則該濃度校正導表之複印稿中複印後的調頻網點FM之灰階值反而可高於調幅網點AM，此即是我們在設計浮水印圖案時想要設定的濃度範圍區域，藉此得知兩種網點之最佳的濃度匹配參數(即AM 2/64,FM 210~223)，以便達到複印後圖像可黑白反轉之目的。唯，按實際應用，上述兩種網點之最佳的濃度匹配參數亦可不限於此，其且能選自其他取值，於此合先敘明。

請參照第7至9圖所示，本發明較佳實施例之防偽 浮水印圖像之製造方法接著係：根據該數位半色調過網之參數設定將該個人化圖像10印刷輸出至一原稿文件20之表面，以形成一可在複印後黑白反轉之浮水印圖案21。在本步驟中，經由第7圖的流程圖進行數位半色調過網，可將浮水印圖案21輸出到一原稿文件20之中，其中該原稿文件20例如為筆記本、書籍、身份證件、證書或具有安全加密需求之其他文件等。再者，第7圖的流程圖之方程式如方程式(5)所示：M=(G∩W)∪(G’∩~W)………(5)

其中W為遮罩X，G為AM網點，~W為遮罩X之背景區域，G’為FM網點，M為最後影像，∩表示交集，∪表示聯集。

在此步驟，本發明可使用軟體(software)或是韌體(firmware)或其他應用於數位印刷設備中的型式來達到自動化印刷輸出生產。再者，本發明主要是依照上一步驟所輸出的濃度匹配導表所中得到的最佳參數(即AM 2/64,FM 210~223)去設定調頻與調幅兩種類型網點的濃度值，以對個人化圖像10進行印刷輸出至一原稿文件20上，其輸出結果為本發明在一般正常光源下，人眼觀看原稿文件20上之浮水印圖像21呈現正像(如第8圖所示)；然而，利用影印機進行複印至一複印文件30(例如筆記本內頁)後，浮水印圖像31隨即變成黑白轉呈之負像(如第9圖所示)。

藉由上述步驟，本實施可以製作完成一種具有防偽 作用之浮水印圖像21，其印刷形成在一原稿文件(即印刷品)20的表面上，如第1及2圖所示，該浮水印圖像21包含：至少一圖像區域101，由數個調頻網點FM所構成；及至少一背景區域102，由數個調幅網點AM所構成，該背景區域102與圖像區域101共同構成一個人化圖像10之形狀(如第1圖所示)，其中該調頻網點FM與調幅網點AM的灰階值係設定成在複印前該調頻網點FM的灰階值低於該調幅網點AM的灰階值，並在複印後可用以造成該調頻網點FM的灰階值高於該調幅網點AM的灰階值，藉以形成具有在複印後黑白反轉作用之該浮水印圖案21。

另一方面，在上述印刷輸出該浮水印圖像21之步驟之後，若有任何人非授權的利用影印機或掃描機對一原稿文件20進行複印或掃描，則將使複印出之一複印文件30上僅具有由正像變成負像之浮水印圖像31，藉此本發明的防偽技術即可用以顯示該複印文件30為一非授權複印件，以免被誤認為原稿。或者，在上述印刷輸出該浮水印圖像21之步驟之後，若任何人提供了一待辨識文件時，也可以藉由判斷該待辨識文件上的浮水印圖像為正像或負像，以快速簡易判斷到底為原稿或非授權複印件，判斷結果若為正像，則判斷該待辨識文件為一原稿(如第8圖所示)；若為負像，則判斷該待辨識文件為一非授權複印件(如第9圖所示)。

如上所述，相較於習用浮水印技術是以文字或圖案 作為隱藏的訊息並在複印後顯現以宣告版權，第1至9圖之本發明則是利用一濃度匹配導表12的各濃度校正單元11的調頻網點區域111及調幅網點區域112選取個人化圖像10各圖像區域101(調頻網點)及背景區域102(調幅網點)的濃度值，以及利用數位半色調過網技術進行設計浮水印圖像21，而後輸出印刷至一原稿文件20上，浮水印圖像21在原稿文件20上為一肉眼可見之設計，由於各圖像區域101(調頻網點)與背景區域102(調幅網點)的濃度值已預先設計成當原稿文件20被複印或掃描時，可使影印機之掃描元件只能得到黑白相反之圖像，因而使影印出之複印文件30上的浮水印圖像31由正像變成負像，故可藉由判斷文件上的浮水印圖像為正像或負像，以得知一未知文件是否為原稿或非授權複印件。藉此，本發明可以在安全文件或是文創加值產品等商業出版品上提供個人化宣告版權保護功能，以達嚇阻非授權複製的效果，並可應用於設計客製化的個人特色商品。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧個人化圖像

101‧‧‧圖像區域

102‧‧‧背景區域

11‧‧‧濃度校正單元

111‧‧‧調頻網點區域

112‧‧‧調幅網點區域

12‧‧‧濃度校正導表

20‧‧‧原稿文件

21‧‧‧浮水印圖像

30‧‧‧複印文件

31‧‧‧浮水印圖像

AM‧‧‧調幅網點

FM‧‧‧調頻網點

G‧‧‧AM網點

G’‧‧‧FM網點

W‧‧‧遮罩X

~W‧‧‧遮罩X背景區域

M‧‧‧最後影像

∩‧‧‧交集

第1A圖：本發明較佳實施例之個人化圖像原稿之 示意圖。

第1B圖：本發明較佳實施例之個人化圖像複印稿之示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之個人化圖像各濃度校正單元中之AM/FM網點微結構之示意圖。

第3圖：本發明較佳實施例之濃度校正導表原稿與掃描取像之灰階值分析圖。

第4圖：本發明較佳實施例之濃度校正導表複印稿的掃描取像之灰階值分析圖。

第5圖：本發明較佳實施例之濃度校正導表原稿取像後之灰階值線性迴歸分析圖(×：AM 2/64,○：FM 210-233)。

第6圖：本發明較佳實施例之濃度校正導表複印稿取像後之灰階值線性迴歸分析圖(×：AM 2/64,○：FM 210-233)。

第7圖：本發明較佳實施例之數位半色調過網之流程示意圖。

第8圖：本發明較佳實施例之個人化圖像的浮水印設計整合於筆記本內頁(原稿)之示意圖。

第9圖：本發明較佳實施例之個人化圖像的浮水印設計整合於筆記本內頁(複印稿)之示意圖。

10‧‧‧個人化圖像

101‧‧‧圖像區域

102‧‧‧背景區域

AM‧‧‧調幅網點

FM‧‧‧調頻網點

Claims (4)

1. 一種防偽浮水印圖像之製造方法，其包含：提供一個人化圖像；利用一濃度校正導表選擇該個人化圖像中至少一圖像區域的調頻網點及至少一背景區域的調幅網點之個別濃度，使得在複印前為該調頻網點的灰階值低於該調幅網點的灰階值，並在複印後用以造成該調頻網點的灰階值高於該調幅網點的灰階值，藉以決定數位半色調過網之參數設定，其中該濃度校正導表包含數個不同之濃度校正單元，在每一該濃度校正單元中，包含一調頻網點區域及一調幅網點區域，且該調頻網點區域係位於該調幅網點區域的中心位置，其中在選擇該些調幅網點及調頻網點之濃度的步驟中，以該調幅網點AM 2/64為該背景區域之取值，並以該調頻網點FM 210-223為該圖像區域之取值；以及根據該數位半色調過網之參數設定將該個人化圖像印刷輸出至一原稿文件之表面，以形成一具有在複印後黑白反轉作用之浮水印圖案。
2. 如申請專利範圍第1項所述之防偽浮水印圖像之製造方法，其中在選擇該些調幅網點及調頻網點之濃度的步驟中，使用點陣調色法形成該調幅網點，並使用誤差擴散法形成調頻網點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之防偽浮水印圖像之製造方法，其中在印刷輸出該浮水印圖像之步驟之後， 另包含：複印或掃描該原稿文件，使複印出之一複印文件上的浮水印圖像由正像變成負像，以顯示該複印文件為一非授權複印件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之防偽浮水印圖像之製造方法，其中在印刷輸出該浮水印圖像之步驟之後，另包含：提供一待辨識文件，判斷該待辨識文件上的浮水印圖像為正像或負像，若為正像，則判斷該待辨識文件為一原稿；若為負像，則判斷該待辨識文件為一非授權複印件。