圖像分存的商標防偽方案技術探討

魏娟麗

（西安體育學院 網絡管理中心，西安 710068）

0 引言

在當今社會上，隨著信息科技、市場經濟的高速發展，商標防偽和商標偽造假冒這對互相矛盾的技術也隨之相伴發展。盡管眾多企業投入了大量的人力物力在商標防偽的研究上，但事實上商標偽造假冒事件從未間斷過。從一個新的防偽技術產生及其在產品中應用到商標被偽造假冒間的間隔周期越來越短。因此致力于商標防偽研究的業界人士都在努力尋找偽造假冒難度大、便于管理、成本低廉的防偽技術[1,2]。為解決商標防偽問題，提出“基于可視信息分存技術的商標防偽"方案，這個方案不但解決了兩個關鍵性矛盾，還解決了在商標制作流程、生產流程中的管理問題；一方面解決了識別易和高防偽能力、仿造難和成本高之間的矛盾。另一方面、解決了印刷過程中的商標流失問題，即流程管理漏洞。

1 圖像分存用于商標防偽的基本思想

圖像分存用于商標防偽的基本思想是放棄復雜的數學運算，無需通過計算機，使用手工方式將兩幅分存透明膠片圖像直接對齊重疊，就可以利用人類視覺系統直接讀出[3]。其原理在于：1）人類視覺系統是通過對比周圍環境來辨別物件的，而無法清晰地辨別每幅圖像中的每一個像素，只能感受到一塊區域所有像素平均顏色的顏色色調。2）在實際中的印刷設備是不能直接顯示原圖像的灰度或色調，只能控制單點的印（黑點）還是不印（白點）。也就是說需要用網點的疏密來表現影像的色階，即應用半色調技術。3）可視分存就是將原始圖像上的每個像素分存為兩幅圖像上的2×2像素方塊。像素間重疊具有以下特性：黑+黑=黑，黑+白=黑，白+黑=黑，白+白=白，其中黑白是指二值圖像中的像素色調的屬性。4）原始圖像是黑店則會得到全黑的區塊，但是白點就會組合出半黑半白的區塊，而人的視覺系統對該區塊可視效果為50%的灰點。

從上述內容可知本文提出的基于可視信息分存的商標防偽方案實現的防偽商標辨別方法簡易，在實現中具有廣泛的應用前景和很高的經濟價值。

2 基于圖像分存的商標防偽新方案及其實現

2.1 商標防偽新方案

該商標防偽新方案是基于（2，2）可視分存技術和分塊水印技術提出的。（2，2）可視分存技術是按照一定的方案把二值圖象的黑白象素分存為兩個不同版本的子像素，以達到把一個圖像A分存為兩個圖像B和C。這兩個分存圖像B和C具有以下性質：圖像B、C不需要任何計算機的參與，只需通過簡單的重疊就可以重新得到原圖A。分存技術是像素級的，與圖層級別的處理是有著本質上的區別，任何不通過可視分存方案得到的圖B、C，都無法通過簡單地重疊得到原圖A。根據這一原理，按照實際需要設計一個防偽商標處理新方案：把商標A按照防偽處理技術處理后得到圖像B和圖像C，然后讓圖像C一個作為商標表層，圖像B作為商標的底層，重疊后可以顯現出商標A。表層的圖像是印刷在透明的膠片上，底層圖像使用一種易氧化的油墨，揭開后回在一定時間內會因氧化而使得圖像B消失。同時在印刷制作時隨包裝還有一個圖像B的備份，可以通過把揭開的圖像C與圖像B的備份進行重疊來校驗商標的真偽，如果可以重現商標A表明是真品，否則為假。其中防偽技術包括分存技術和水印技術，水印技術主要是向商標A中寫入需要印刷的數量，以方便在商標印刷階段的控制管理，保證商標不會被任意的擴大印刷，減少商標在印刷環節的流失風險，加強商標的過程管理。

2.2 商標防偽方案的實現

實現該方案的核心問題有以下兩個：1）控制信息在商標圖像中的讀寫；2）分存算法的實現。

2.2.1 控制信息的讀寫

1）嵌入控制信息。控制信息實際就是商標的印刷數量，通過數量的控制可以控制防偽商標在印刷環節的流失。本文的想法是：首先由需求廠家輸入商標的印刷數量，把輸入的值轉換成一個二進制數串，然后通過2X2分塊水印算法把這個二進制數串嵌入到商標圖像中。最后得到一個加入控制信息的商標圖像和一個水印密鑰。具體實現過程如下：（1）先讀入商標圖像的數據信息到一個布爾矩陣中（這里用二維數組來表示），再把這個布爾矩陣分割成M個2×2的不相交的子矩陣。（2）然后根據公式對這M個子矩陣進行篩選，會得到n個可用子塊，同時用一個結構數組key記住每個這n個可用子塊的特征。其中數組key含有兩個域：表征域和指針域；表征域是表示該可用塊是否是有效塊（就是被選中嵌入信息的塊）；指針域是指出下一個有效塊的位置；初值均為0。（3）根據輸入控制信息的大小，利用隨機函數從可用子塊集中選出與控制信息的大小相適應的有效塊的數量。同時也就產生了密鑰。（4）按照后面的兩個規則對有效自塊進行奇偶塊轉換操作。

2）提取控制信息。進入印刷階段，我們需要對其進行過程控制管理，這時就需要利用水印算法提取出隱藏在商標里的控制信息。具體實現過程是：（1）先讀入商標圖像的數據信息到一個布爾矩陣中（這里用二維數組來表示），再把這個布爾矩陣分割成M個2×2的不相交的子矩陣。（2）根據公式對這M個子矩陣進行篩選，會得Nn個可用子塊。（3）再根據密鑰key篩選出有效子塊，然后根據有效子塊的奇偶性就可以得到一個二進制數串，最后把二進制數串轉換成控制信息。

3） 控制信息的讀寫流程。在印刷階段中要保證在每次修改控制信息時都要及時把修改后的控制信息寫入到商標中，以真正達到過程管理目的。當印刷數量大于0時，就產生一組分存并發送印刷，否則就終止印刷。

2.2.2 像素分存的實現

本文的方案是要把一個商標圖像分存到兩張不同的圖像中，因此要考慮商標圖像和兩個分存載體圖像原始位置上像素值。這三個圖像的像素值的可能分布情況共有8種：商標原始位置像素是白色、分存一二白色；商標原始位置像素是白色、分存一是白色、分存二黑色；商標原始位置像素是白色、分存一是黑色、分存二白色；商標原始位置像素是白色、分存一二黑色；商標原始位置像素是黑色、分存一二白色；商標原始位置像素是黑色、分存一是白色、分存二黑色；商標原始位置像素是黑色、分存一是黑色、分存二白色；商標原始位置像素是黑色、分存一二黑色。根據這8種不同的像素特征，結合前面所講的二值圖像的分存方案，為每一種情況選擇一個分存解空間，然后隨機的在對應的解空間中選取一個具體的分存策略來實現。

2.2.3 印刷技術

在印刷階段要注意以下幾個問題：1）選擇相應化學特性的油墨以保證在印刷出來的圖片在空氣中暴露若干分鐘后就會發生氧化，致使圖片消失。2）易氧化分存圖像在印刷時以及與另一個分存圖像重疊合并后們如何防止因發生氧化而使得效果失真或完全丟失圖像的問題。3）如何解決商標的兩個分存圖像重疊時對準精度的問題。因為這個防偽方案是像素級的，所以對兩個分存圖像重疊的對準精度要求很高。2.2.4 商標防偽方案的實現

本文提出的這個商標防偽方案首先要求需求方提供商標的二值圖像和分存載體二值圖像，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標圖像當中，接著利用分存算法產生兩個分存圖像；再把嵌入了控制信息的商標圖像、商標分存圖像和有分塊水印算法產生的密鑰一起寫入到加密芯片中。然后把加密芯片送到印刷生產線。在開始印刷前，系統會自動對商標中的控制信息進行檢測，如果控制信息不合法則會中止；如果合法則立即分析控制信息屬性，如果是禁止屬性則中止，否則輸出到印刷設備中印刷。在印刷的過程中會不間斷地修改控制信息的屬性值，當屬性值變為禁止狀態就立即中止商標印刷。印刷出來的成品商標的表層圖像C是印刷在透明的膠片上的，底層圖像使用一種易氧化的油墨，揭開后回在一定時間內會因氧化而使得圖像B消失。同時在印刷制作時隨包裝還有一個圖像B的備份，可以通過把揭開的圖像C與圖像B的備份進行重疊來校驗商標的真偽，如果可以重現商標圖像即表明是真品，否則為假。

基于視覺信息分存的商標防偽方案實現的主要步驟包括：1）信息數據初始化。11）角色及其權限的確定。12）確定控制信息。13）確定商標圖像。2）輸入分存載體圖像，21）具有該權限的角色登陸。22）輸入載體圖像。3）把商標圖像分存到載體圖像。利用分存算法，采用事先確定好的可視信息分存的像素分存方案把商標圖像分存到兩個分存載體圖像中。4）把控制信息嵌入到商標圖像中。41）產生一個密鑰key和校驗信息。42）利用密鑰key和水印算法對商標圖像進行處理，獲取可寫入信息的有效位置。43）利用水印算法把控制信息寫入有效位置。44）把修改后的有效位置值寫回到商標圖像中。45）輸出寫入了控制信息的商標圖像、密鑰key和校驗信息。5）把商標生產有關數據寫入到加密芯片。51）對加密芯片進行初始化。52）把前面步驟產生的嵌入了控制信息的商標圖像、分存圖像、密鑰key和校驗信息寫入到加密芯片。6）進入印刷階段。61）從加密芯片中讀取嵌入了控制信息的商標圖像、分存圖像、密鑰key和校驗信息。62）利用水印算法從商標圖像中提取控制信息。63）對提取的控制信息進行合法小校驗。非法信息則立即中止，合法繼續下一步。64）對提取的控制信息進行分析，根據控制信息屬性決定是否進行下一步還是中止。65）送往印刷設備進行印刷生產。66）修改控制信息屬性，并按照步驟44）的方法寫回到商標圖像中，再按照步驟45）的方法寫回到加密芯片中，然后轉到64）繼續。67）把商標送往產品生產線包裝。

3 結束語

本文通過對面向二值圖像的（k，k）可視秘密分存和現有水印算法的分析實驗，提出了一種基于可視信息分存的商標防偽方案。本方案解決了兩個關鍵性矛盾及其商標制作流程、生產流程中的管理問題：解決了識別易和高防偽能力、仿造難和成本高之間的矛盾；解決了印刷過程中的商標流失問題，即流程管理漏洞問題。

[1] 李清楊. 防偽原理及防偽技術的發展趨勢[J]. 安防科技,2003, 1: 19-20, 22.

[2] 劉健民. 國外防偽技術產品的發展和應用介紹[J]. 安防科技, 2005, 3: 57-59.

[3] 宋勝凱, 吳光椿, 裘正定. 一種基于數字水印技術的印刷域商標防偽方法[J]. 北京電子科技學院學報, 2006,14(4).