图像分存的商标防伪方案技术探讨

2011-11-25魏娟丽

制造业自动化 2011年4期

魏娟丽

（西安体育学院网络管理中心，西安 710068）

0 引言

在当今社会上，随着信息科技、市场经济的高速发展，商标防伪和商标伪造假冒这对互相矛盾的技术也随之相伴发展。尽管众多企业投入了大量的人力物力在商标防伪的研究上，但事实上商标伪造假冒事件从未间断过。从一个新的防伪技术产生及其在产品中应用到商标被伪造假冒间的间隔周期越来越短。因此致力于商标防伪研究的业界人士都在努力寻找伪造假冒难度大、便于管理、成本低廉的防伪技术[1,2]。为解决商标防伪问题，提出“基于可视信息分存技术的商标防伪"方案，这个方案不但解决了两个关键性矛盾，还解决了在商标制作流程、生产流程中的管理问题；一方面解决了识别易和高防伪能力、仿造难和成本高之间的矛盾。另一方面、解决了印刷过程中的商标流失问题，即流程管理漏洞。

1 图像分存用于商标防伪的基本思想

图像分存用于商标防伪的基本思想是放弃复杂的数学运算，无需通过计算机，使用手工方式将两幅分存透明胶片图像直接对齐重叠，就可以利用人类视觉系统直接读出[3]。其原理在于：1）人类视觉系统是通过对比周围环境来辨别物件的，而无法清晰地辨别每幅图像中的每一个像素，只能感受到一块区域所有像素平均颜色的颜色色调。2）在实际中的印刷设备是不能直接显示原图像的灰度或色调，只能控制单点的印（黑点）还是不印（白点）。也就是说需要用网点的疏密来表现影像的色阶，即应用半色调技术。3）可视分存就是将原始图像上的每个像素分存为两幅图像上的2×2像素方块。像素间重叠具有以下特性：黑+黑=黑，黑+白=黑，白+黑=黑，白+白=白，其中黑白是指二值图像中的像素色调的属性。4）原始图像是黑店则会得到全黑的区块，但是白点就会组合出半黑半白的区块，而人的视觉系统对该区块可视效果为50%的灰点。

从上述内容可知本文提出的基于可视信息分存的商标防伪方案实现的防伪商标辨别方法简易，在实现中具有广泛的应用前景和很高的经济价值。

2 基于图像分存的商标防伪新方案及其实现

2.1 商标防伪新方案

该商标防伪新方案是基于（2，2）可视分存技术和分块水印技术提出的。（2，2）可视分存技术是按照一定的方案把二值图象的黑白象素分存为两个不同版本的子像素，以达到把一个图像A分存为两个图像B和C。这两个分存图像B和C具有以下性质：图像B、C不需要任何计算机的参与，只需通过简单的重叠就可以重新得到原图A。分存技术是像素级的，与图层级别的处理是有着本质上的区别，任何不通过可视分存方案得到的图B、C，都无法通过简单地重叠得到原图A。根据这一原理，按照实际需要设计一个防伪商标处理新方案：把商标A按照防伪处理技术处理后得到图像B和图像C，然后让图像C一个作为商标表层，图像B作为商标的底层，重叠后可以显现出商标A。表层的图像是印刷在透明的胶片上，底层图像使用一种易氧化的油墨，揭开后回在一定时间内会因氧化而使得图像B消失。同时在印刷制作时随包装还有一个图像B的备份，可以通过把揭开的图像C与图像B的备份进行重叠来校验商标的真伪，如果可以重现商标A表明是真品，否则为假。其中防伪技术包括分存技术和水印技术，水印技术主要是向商标A中写入需要印刷的数量，以方便在商标印刷阶段的控制管理，保证商标不会被任意的扩大印刷，减少商标在印刷环节的流失风险，加强商标的过程管理。

2.2 商标防伪方案的实现

实现该方案的核心问题有以下两个：1）控制信息在商标图像中的读写；2）分存算法的实现。

2.2.1 控制信息的读写

1）嵌入控制信息。控制信息实际就是商标的印刷数量，通过数量的控制可以控制防伪商标在印刷环节的流失。本文的想法是：首先由需求厂家输入商标的印刷数量，把输入的值转换成一个二进制数串，然后通过2X2分块水印算法把这个二进制数串嵌入到商标图像中。最后得到一个加入控制信息的商标图像和一个水印密钥。具体实现过程如下：（1）先读入商标图像的数据信息到一个布尔矩阵中（这里用二维数组来表示），再把这个布尔矩阵分割成M个2×2的不相交的子矩阵。（2）然后根据公式对这M个子矩阵进行筛选，会得到n个可用子块，同时用一个结构数组key记住每个这n个可用子块的特征。其中数组key含有两个域：表征域和指针域；表征域是表示该可用块是否是有效块（就是被选中嵌入信息的块）；指针域是指出下一个有效块的位置；初值均为0。（3）根据输入控制信息的大小，利用随机函数从可用子块集中选出与控制信息的大小相适应的有效块的数量。同时也就产生了密钥。（4）按照后面的两个规则对有效自块进行奇偶块转换操作。

2）提取控制信息。进入印刷阶段，我们需要对其进行过程控制管理，这时就需要利用水印算法提取出隐藏在商标里的控制信息。具体实现过程是：（1）先读入商标图像的数据信息到一个布尔矩阵中（这里用二维数组来表示），再把这个布尔矩阵分割成M个2×2的不相交的子矩阵。（2）根据公式对这M个子矩阵进行筛选，会得Nn个可用子块。（3）再根据密钥key筛选出有效子块，然后根据有效子块的奇偶性就可以得到一个二进制数串，最后把二进制数串转换成控制信息。

3）控制信息的读写流程。在印刷阶段中要保证在每次修改控制信息时都要及时把修改后的控制信息写入到商标中，以真正达到过程管理目的。当印刷数量大于0时，就产生一组分存并发送印刷，否则就终止印刷。

2.2.2 像素分存的实现

本文的方案是要把一个商标图像分存到两张不同的图像中，因此要考虑商标图像和两个分存载体图像原始位置上像素值。这三个图像的像素值的可能分布情况共有8种：商标原始位置像素是白色、分存一二白色；商标原始位置像素是白色、分存一是白色、分存二黑色；商标原始位置像素是白色、分存一是黑色、分存二白色；商标原始位置像素是白色、分存一二黑色；商标原始位置像素是黑色、分存一二白色；商标原始位置像素是黑色、分存一是白色、分存二黑色；商标原始位置像素是黑色、分存一是黑色、分存二白色；商标原始位置像素是黑色、分存一二黑色。根据这8种不同的像素特征，结合前面所讲的二值图像的分存方案，为每一种情况选择一个分存解空间，然后随机的在对应的解空间中选取一个具体的分存策略来实现。

2.2.3 印刷技术

在印刷阶段要注意以下几个问题：1）选择相应化学特性的油墨以保证在印刷出来的图片在空气中暴露若干分钟后就会发生氧化，致使图片消失。2）易氧化分存图像在印刷时以及与另一个分存图像重叠合并后们如何防止因发生氧化而使得效果失真或完全丢失图像的问题。3）如何解决商标的两个分存图像重叠时对准精度的问题。因为这个防伪方案是像素级的，所以对两个分存图像重叠的对准精度要求很高。2.2.4 商标防伪方案的实现

本文提出的这个商标防伪方案首先要求需求方提供商标的二值图像和分存载体二值图像，并由管理者利用本文提出的水印算法把控制信息嵌入到商标图像当中，接着利用分存算法产生两个分存图像；再把嵌入了控制信息的商标图像、商标分存图像和有分块水印算法产生的密钥一起写入到加密芯片中。然后把加密芯片送到印刷生产线。在开始印刷前，系统会自动对商标中的控制信息进行检测，如果控制信息不合法则会中止；如果合法则立即分析控制信息属性，如果是禁止属性则中止，否则输出到印刷设备中印刷。在印刷的过程中会不间断地修改控制信息的属性值，当属性值变为禁止状态就立即中止商标印刷。印刷出来的成品商标的表层图像C是印刷在透明的胶片上的，底层图像使用一种易氧化的油墨，揭开后回在一定时间内会因氧化而使得图像B消失。同时在印刷制作时随包装还有一个图像B的备份，可以通过把揭开的图像C与图像B的备份进行重叠来校验商标的真伪，如果可以重现商标图像即表明是真品，否则为假。

基于视觉信息分存的商标防伪方案实现的主要步骤包括：1）信息数据初始化。11）角色及其权限的确定。12）确定控制信息。13）确定商标图像。2）输入分存载体图像，21）具有该权限的角色登陆。22）输入载体图像。3）把商标图像分存到载体图像。利用分存算法，采用事先确定好的可视信息分存的像素分存方案把商标图像分存到两个分存载体图像中。4）把控制信息嵌入到商标图像中。41）产生一个密钥key和校验信息。42）利用密钥key和水印算法对商标图像进行处理，获取可写入信息的有效位置。43）利用水印算法把控制信息写入有效位置。44）把修改后的有效位置值写回到商标图像中。45）输出写入了控制信息的商标图像、密钥key和校验信息。5）把商标生产有关数据写入到加密芯片。51）对加密芯片进行初始化。52）把前面步骤产生的嵌入了控制信息的商标图像、分存图像、密钥key和校验信息写入到加密芯片。6）进入印刷阶段。61）从加密芯片中读取嵌入了控制信息的商标图像、分存图像、密钥key和校验信息。62）利用水印算法从商标图像中提取控制信息。63）对提取的控制信息进行合法小校验。非法信息则立即中止，合法继续下一步。64）对提取的控制信息进行分析，根据控制信息属性决定是否进行下一步还是中止。65）送往印刷设备进行印刷生产。66）修改控制信息属性，并按照步骤44）的方法写回到商标图像中，再按照步骤45）的方法写回到加密芯片中，然后转到64）继续。67）把商标送往产品生产线包装。