以數位半色調為基礎的實體浮水印相關技術

圖像防偽的應用相當地廣泛，在我們日常生活中處處可見，像是郵票、鈔票、

有價證券等，其目的都是在進行版權保護及有效性的認證方式(van

Renese,1997)。在實體浮水印的應用中，有許多利用半色調影像來隱藏資訊的研 究，其原理皆是在半色調演算法過程中藏入資訊，並以改變調幅式網點的排列方 向、位置、形式等不同方式作為隱藏資訊的技術，常見的實體影像浮水印相關研 究如下：

1. 區塊加密(Patchwork)技術

Patchwork 技術是 1996 年由 Bender 等人所提出，其原理是在一張影像中某 一區堿以亂數隨機取出多個像素，並令這些像素兩兩一組計算後得到差值，最後 以統計的方法得到每個像素配對之差異分布，簡單來說就是將隨機選擇的大量 pixel pairs(如圖 2-14)，分別加減同一個灰階值，利用統計的特性以隱藏一個 bit 的資料，但 Patchwork 技術所能隱藏的資料量太少，截取者收集到多張相同 大小，以相同 key 值加密的圖形，就很容易偵測到是否有加密，且 Patchwork 技術加密之方法對於裁切較無抵抗的能力。

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圖 2-14 Patchwork 的隨機配對示意圖

2. Glyph Code

1994 年 Xerox Palo Alto Research Center 的學者 David L. Hecht 提出 Glyph Code 技術，利用點陣調色法將連續調的影像以不同斜向的網點組成轉換為半色 調影像，利用左斜及右斜的不同網點呈現影像的階調，如下圖 2-15 所示，影像 在人眼一般距離下觀看並無特別之處，而從局部放大圖中則可以看到不同斜向的 網點微結構(Hecht, 2001)。

圖 2-15 Glyph Code 網點微結構示意圖(Hecht, 2001)

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3. Oscar C. Au 與 Ming Sun Fu 的浮水印研究

Oscar C. Au 與 Ming Sun Fu 學者在 2002 年提出 DHST(Data Hiding By Self-Toggling)與 DHPT(Data Hiding By pair-Toggling)及 DHSPT(Data Hiding By Smart Pair Toggling)三種半色調的影像資料隱藏方法(圖 2-16)，DHST 技 術是使用亂數產生器(pseudo-random)，將欲隱藏的訊息逐一嵌入到所找出的隨 機位置，當一個位元嵌入隨機的位置時，像素值則改為 0 或 255，由於是被嵌入 的位置自身像素值需要被改變，故稱之為 self-toggling。 DHST 的優點是概念 相當簡單，沒有複雜的計算過程，但缺點是會產生大量的鹽與胡椒效應

(salt-and-pepper)，即嵌入後的影像有許多的影像雜訊點，造成劣質的視覺品 質。而 DHPT 與 DHST 不同的地方是除了修改嵌入位置的像素值以外，如果在嵌 入後像素值有改變，則在嵌入像素值位置周圍鄰近的 3×3 範圍區域再修改另一 個像素值，達到區域強度值維持不變，然而 DHPT 雖然考慮到了區域的強度值，

但仍然會產生一些影像雜訊點，而 DHSPT 則是結合 DHST 與 DHPT 技術的優勢，進 一步將 DHPT 鄰近的八個像素經運算後，選擇影響影像品質最小的像素進行加密 的動作。

(a) (b) (c) 圖 2-16 半色調影像資訊隱藏效果 (a)DHST 加密 (b)DHPT 加密 (c)DHSPT 加密

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DHED(Data Hiding Error Diffusion)與 MDHED(Modified Data Hiding Error Diffusion，是讓影像在進行誤差擴散法的時候，同時判斷正在處理的像素是否 為資訊隱藏的位置，當欲隱藏的資訊為 1 時，該像素則被指定為 1，反之，當欲 隱藏的資訊為 0 時，該像素即被指定為 0，之後將資訊隱藏的誤差加上過網的誤 差由後方像素來承擔，且在影像過網時也將隱藏的資訊同時完成，然而 DHED 的 方法讓誤差集中在後方像素，無法平均的擴散誤差值，因此 MDHED 則是改良 DHEM 的方法，影像在過網時，預先將資訊先藏入指定的位置，而影像過網時，對隱藏 資訊的位置不作半色調處理，讓其他非資訊隱藏區的誤差值擴散至鄰近未過網的 像素，如此可讓資訊隱藏的階調不會受到整體過網的影響，此一方法大幅改善了 區塊雜點的產生(Fu & Au, 2002)。

(a) (b)

圖 2-17 半色調影像資訊隱藏效果 (a)DHED 加密 (b)MDHED 加密

21 4. 網點偏移技術

網點偏移技術(Scrambled Indicia)是 1976 年由 Alfred V. Alasia 所提 出，其方法是將資訊隱藏在影像中，並利用光學解碼器來解讀隱藏的資訊，而原 理是因為光線透過柱狀凸透鏡組於聚焦在網線之上，使人眼能察覺到隱藏的訊 息，光線未聚焦的影像部分，人眼則無法察覺，因此將欲藏入的資訊透過偏移半 條網線後，透過柱狀凸透鏡觀測，利用光線偏折即顯現出防偽圖樣，因網點位置 差異使得浮水印內容因此顯現出來(如圖 2-18)。

圖 2-18 網點位移加密圖（a）為肉眼觀測（b）為光柵解密

2004年由Sharma與Wang所提出的正反套印之網點位移，利用正面與反面的網 點位置來隱藏資訊，當文件在一般光源下觀看時，無法察覺浮水印的存在，但透 光觀看時，浮水印立即浮現，其原理是利用正面與反面的網點位置，讓透光觀察 時，正面與反面的網點位置重疊造成階調亮部的部分顯現，而當正面與反面的網 點位置錯開時，形成暗部的位置顯現，而達到浮水印偵測之目的(如圖2-19)。

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(a) (b)

圖2-19 文件透光觀察浮水印顯現示意圖 ( a ) 原始加密影像 (b)透光觀察浮水 印顯現

5.微結構網點藏密

2002 年 George K. Phillips 提出以微結構來取代網點，如微小圖案、LOGO、

文字等，這些隱藏在文件內的微結構訊息，一般距離下人眼沒有辦法察覺，但在 複印後其複印機器無法真實還原其微結構，因此而產生干擾紋，藉此宣告版權及 達到加密的目地(如圖 2-20)(Philips, 2002)。

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(a) (b)

(C) (d)

圖2-20 微結構防偽示意圖(a)原始加密圖像 (b)複印後之圖像變化(c)原始加密 圖像微結構放大圖(d)複印後圖像微結構放大圖(Philips, 2002)

應用於語言檢定證書中的不同網線數防偽機制(如圖 2-21)，證書的背景藏 入複寫字樣的調幅網點，因為使用不同網線數的方法，讓浮水印及背景區域的濃 度相近，此外，使用干擾視覺的底紋，讓文件背景在人眼一般距離觀看下無法察 覺濃度差異，而證書在經由影印過後便出現「複寫」的字樣，讓人眼可以察覺「複 寫」的字樣，立即可分辨出是否為複印的版本。

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( a ) ( b )

( c )

圖 2-21 語言證書防偽示意圖(a)證書原稿(b) 證書原稿複印後(c) 浮水印微結 構。

6.混合網點數位浮水印

2004 年由王希俊等人所提出混合網點數位浮水印，如圖 2-22 所示，結合 AM 網點與 FM 網點之浮水印研究，複印時由於兩種尺寸的網點所需的取樣頻率不 同，複印機因無法同時完全複製其中一類型的網點，即能改變圖像浮水印(蕭佩 琪、王希俊、連啟明, 2004)，其中的圖像浮水印不僅能為商品增添創意設計的 趣味性，同時也能宣告版權的使用者，達到多功能浮水印的效果。

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(a) (b) (c)

圖 2-22 混合網點示意圖(a)為一般距離人眼觀看之效果 (b)浮水印微結構圖 (c)為經複印後之效果示意圖。(王希俊、連啟明、蕭佩琪, 2004）

7.黑白反轉實體浮水印

我國目前使用的新台幣百元鈔票中，鈔票左下角的「100」及梅花浮圖樣在 正常光源下觀看即呈現灰黑色的正像圖樣，如圖 2-23 (a) 所示，然而在透射光 源下觀看時，「100」及梅花浮圖樣即轉為白色的負像圖樣，如圖 2-23 (b) 所示，

此為利用不同背景光源轉換黑白反轉實體浮水印，且在前荷蘭百元的鈔票上，也 有利用不同光源下改變實體浮水印呈現的實例，如圖 2-24 為前荷蘭鈔票上的貓 頭鷹浮水印在正常透射光源下，實體浮水印將呈現正像，然而在漫反射光源中，

則會呈現貓頭鷹負像的實體浮水印，如圖 2-25 所示，然而不同的紙材、特殊油 墨等，也會改變實體浮水印的呈現效果。

(a) (b)

圖 2-23 我國百元鈔票浮水印(a)正常光源觀看下(b)透光可觀察到浮水印

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圖 2-24 透射光源下的前荷蘭鈔票上的貓頭鷹浮水印(van Renesse, 1997)

圖 2-25 漫反射光源下的前荷蘭鈔票上的貓頭鷹浮水印(van Renesse, 1997)

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在近年來的相關研究中，澳洲科學組織使用在不同角度光源下以人眼觀看 時，連續調的圖片將呈現個人化圖像正、負像不同的顯示效果，如圖 2-26 所示，

而瑞士的研究學者也將個人化圖像以不同斜向的網點隱藏方式，使個人化圖像隱 藏在重要的證件背景上，利用網點偏移的原理使人眼在正常光源下觀看時，個人 化圖像將被隱藏，如圖 2-27(a)所示，之後利用不同角度的偏光鏡使個人化圖像 顯示呈現，且不同的角度的偏光鏡則會有不同的圖像顯示，當我們使用偏光鏡以 45 度角觀看時，個人化圖像即呈現正像，如圖 2-27(b) 所示，但以 0 度角觀看 時，圖像即反轉為負像呈現，如圖 2-27(c)所示，最後是將個人化圖像反轉的效 果應用於護照證件上，以不同角度的光源下觀看時將呈現不同的顯像，當護照在 正常光下觀看時即呈現正像，如圖 2-28(a)所示，局部放大圖如圖 2-28(c)所示，

而以不角度光源下觀看時，圖像即反轉為負像，如圖 2-28(b)所示，局部放大圖 如圖 2-28(d)所示，然而這些黑白反轉實體浮水印的應用，都需要使用複雜的印 刷製程及特殊的紙材、油墨才能達到圖像黑白反轉不同的呈現效果。

圖 2-26 連續調圖片在不同角度光源下圖像反轉效果(van Renesse, 2005)

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(a)

(b)

(C)

圖 2-27 不同斜向網點的圖像隱藏 (a)原始證件 (b)以偏光鏡 45 度角觀看下 (C) 以偏光鏡 0 度角觀看下(van Renesse, 2005)

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(a) (b)

(C) (d)

圖 2-28 個人化圖像應用於護照證件 (a)護照證件正像呈現 (b)護照證件負像 呈現 (C)護照證件正像局部放大圖 (d)護照證件負像局部放大圖(van Renesse,

2005)

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