實體影像浮水印相關研究

圖像防偽的應用相當地廣泛，在我們日常生活中處處可見，像是鈔票、有價證券等 等，其目的都是在進行版權及有效性的認證(van Renese,1997)。在實體浮水印應用中，

利用半色調影像來隱藏資訊的研究有許多種，其原理是在半色調演算法過程中藏入欲隱藏 的資訊。

在眾多的數位浮水印技術的研究當中，其中包括網點變形的技術，此技術是可依需要 而去設計及調整點矩陣(threshold matrix)，此技術是屬於調幅式網點，以網點排列形成 的方向、位置、形式等方式作為隱藏資訊的方法，常見的實體影像浮水印相關研究如下:

一、Glyph Code

1994 年 Xerox Palo Alto Research Center 的 David L. Hecht 所提出 Glyph Code 技術，利用點陣調色法將連續調的影像轉換成以斜向所組成的半色調影像，由於兩階影像 轉換左斜及右斜的變形網點，影像在人眼一般距離觀看下，並無特別之處，而變行網點仍 然可以可以表現影像的階調(如圖 2-19) (Hecht, 2001)。

二、微結構網點藏密

2002 年 George K. Phillips 提出以微結構來取代網點，像是微小圖案、LOGO、文字等 等，這些微結構在一般距離下人眼並沒有辦法察覺到其中差異，只有使用輔助儀器才能看 到其極細小的微結構，然而，當這些微結構在經過複印過後，因複製設備無法真實還原其 微結構，進而產生干擾紋使影像具有宣告有效性的功能，或加密防偽的效果(如圖 2-20)(Philips, 2002)。

(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)

此外，微結構的部分可以包含任何一種圖案來置換圖樣原本的網點(如圖2-21)，利用 微小的人像來表現真實影像，經過微結構置換的影像，在人眼一般距離觀看下，並無發現 資訊隱藏的內容，然而當以輔助儀器觀看時，立即可以發現微結構之不同。

圖 2-21、使用微小圖案置換原始網點示意圖(Philips, 2002)

2002年Kiuchi 與Saito透過改變過網區塊的網點數，進行資訊隱藏，在一般的線段 中，將線段的微結構以兩種不同細微的線段組成，此三種線在人眼一般距離觀看下，無法 察覺浮水印的存再，然而因線段在使用不同濾鏡觀察下，造成取樣頻率不同而顯現出相異 之隱藏浮水印影像(如圖2-22)。

(a) (b)

圖 2-22、透過改變過網區塊的網點數之實體浮水印(a)為區塊網點放大圖；(b)藉由不同濾

另應用於學業證書中的不同網線數防偽機制(如圖2-23)，在證書的背景藏入COPY字樣 的調幅網點，因為調幅網點及背景區域所表現的濃度相近，讓人眼無法察覺其浮水印的存 在，此外，利用反白的英文字樣干擾觀察者的注意，使文件背景在人眼一般距離觀看下並 沒有差異，而證書在經由影印過後便出現「COPY」的字樣，讓人眼可以察覺「COPY」的字 樣，馬上察覺是否為複印的版本。

(a) (b)

(c)

圖 2-23、學業證書防偽示意圖(a)證書原稿 ，(b) 複印後之影像，「COPY 字樣」顯現 (c) 浮水印微結構。

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，馬上察覺是否為複印 的版本。

(a) (b)

(c)

圖 2-24、語言證書防偽示意圖(a)證書原稿， (b) 複印後之影像，「複寫」顯現。(c) 浮

2004年日本國立印刷局提出防複印線條，將一般的線條的微結構改變(如圖2-25)，這 種微結構在人眼一般距離觀察下無法察覺其中的差異，第一種為網點較大的分支線段，第 二種為網點較小的分段線段，分支線段在複印後因網點較大，複印後其濃度會與背景相 同，分段線段因網點較小，複印機無法複印其微結構造成反白(Shimada, 2004)，此兩種技 術:分支線段(Branched Lines)與分段線段( Divided Lines)技術已經被廣泛的運用在日 本的機密文件中，像是護照上的入境許可(如圖2-25)，其微結構表線如圖2-26。

(a) (b) (c)

圖2-25、日本入境許可之防偽機制(a)簽證原稿 (b) 複印後之影像 (c) 浮水印微結 構

(a) (b) (c)

圖 2-26、將一般線條之微結構改變示意圖(a)分支微結構(b)分段微結構(c)結合分支微結 構與分段為結構(Shimada, 2004)

影像是由網點較大的分支線段之微結構組成，其隱藏的影像是由網點較小的線段微結構所 組成，在複印時因為大網點的分支線段的濃度跟普通線段的濃度相同，然而，網點較細的 分段線段因為複印機無法還原其微結構的部分，造成影像反白，而顯現出來(如圖2-27 )，在人眼一般距離觀看下，只能看到班馬的圖型，並且無法察覺所隱藏的浮水印的存 在，然而在複印後，原始內容的班馬圖消失，出現的是白色老虎。

(a) (b)

圖 2-27、文件經複印後影像改變示意圖(a)原始加密圖像 (b)複印後之圖像變化(Shimada, 2004)

三、網點偏移技術

網點偏移是 1976 年由 Alfred V. Alasia 所提出的“Scrambled Indicia”技術，是 將資訊隱藏在影像中，利用光學解碼器來解讀隱藏的資訊，原理為將光線透過柱狀凸透鏡 組於聚焦在網線之上，使人眼進而察覺到隱藏的資訊，由於人眼無法見到光線未聚焦的影 像部分，只能察覺到聚焦之部分，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，利用光線偏折即顯現出防偽圖樣，網點位置差異使浮水印內容因而顯現出來(如圖 2-28)。

(a) (b)

圖 2-28、網點位移加密圖（a）為肉眼觀測（b）為光柵解密 (王希俊拍攝)

來隱藏資訊，當文件在一般光源下觀看時，並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2-29)。

(a) (b)

圖2-29、文件透光觀察後，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

四、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，結合調幅網點與調頻網點之浮水印 研究(如圖2-30)，複印時，由於兩種尺寸的網點所需的取樣頻率不同，複印機因無法完全 複製其中一類型的網點，即能顯示隱藏之浮水印，可防止以複印機或掃描印列影像的偽 造。

透過混合網點底紋設計的文件，經過機器複印後底紋浮水印立即顯現，達到版權保護 的效果。設計原理為使用設定好的調幅網點及調頻網點，利用複印機對於調幅網點及調頻 網點的複製能力差異，透過大小不一或粗細不一網點、網線、圖案或微小字來設計浮水 印。當複製時，兩種網點所需的取樣頻率不同，複製設備無法滿足其中一種的取樣需求 時，即能顯現隱藏之浮水印以防止遭到複印或是掃描列印。(蕭佩琪、王希俊、連啟明, 2004)

(a) (b) (c)

圖 2-30、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。(蕭佩琪、王希俊、連啟明, 2004）

2002 年， Fu 與 Au 提出 DHST(Data Hiding By Self-Toggling)與 DHPT(Data Hiding By pair-Toggling)以及 DHSPT(Data Hiding By Smart Pair Toggling)三種半色 調的影像資料隱藏(如圖 2-31)，DHST 是將浮水印以隨機的方式藏入欲隱藏的位置，在浮 水印置換原始圖像的過程中，並無其他相關的資訊輔助，採取直接置換的方式，但因為直 接置換的方式會造成原始圖像的濃度有所改變，甚至出現雜點造成影像品質不佳，而 DHPT 所使用的方式為在置換的過程中會選取鄰近的像素點中濃度差距最小的來做置換，

以 3x3 的區塊來說，欲藏入的像素中心點向鄰近的八個像素點做比較然後進行置換，DHPT 雖然比 DHST 在影像品質的表現還要好，但仍然無法解決影像雜點的產生，DHSPT 是結合 DHST 與 DHPT 這兩種方法來隱藏資訊，但影像仍然有雜點的產生。

(a)

DHED(Data Hiding Error Diffusion)與 MDHED(Modified Data Hiding Error Diffusion(如圖 2-32)，是讓影像在進行誤差擴散法的時候，同時也判斷正在處理的像素 是否為資訊隱藏的位置，當該像素該隱藏 1 時，該像素即被指定為 1，反之，該像素該隱 藏 0 時，該像素即被指定為 0，之後將因資訊隱藏的誤差加上過網的誤差由後方像素來承 擔，此一方法不需要先將影像先轉為二階化再進行資訊加密，在影像過網的同時也將資訊 一併隱藏在內，由於 DHED 的方法讓誤差都集中在後方像素，無法平均的擴散誤差值，

MDHED 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，而後過網時，

對資訊隱藏的位置不進行半色調處理，非資訊隱藏區的誤差值擴散至其他鄰近且尚未過網 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，此一方法大幅了改善區塊雜 點(Fu & Au, 2002)。

(a) (b)

圖 2-32、半色調影像資訊加密效果( a )DHED 加密 ( b )MDHED 加密

1998 年，由 Bender 等人所提出的 PATCHWORK 技術，patchwork 是一張影像中某一 區堿以亂數隨機取出多個像素，令這些像素兩個兩個一組可得到(Pi,Qi)(i=1,2,3,… ) 一組數列，其中計算每一組像素值的差值，以統計的方式來瞭解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 2-33)，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 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，但 Patchwork 加密之方法對於裁切較無抵抗的能力。

圖 2-33、PATCHWORK 的隨機配對示意圖(紅點為 Pi，綠點為 Qi)

由上述相關研究可知目前以半色調為基礎的浮水印，所產生的浮水印的目的都是在宣 告其版權及作用性，較少有研究在浮水印產生後直接改變原始文件之內容與意義，本研究