第二章 文獻探討
第二節 數位浮水印技術
本節介紹關於數位浮水印之分類與相關技術，分別從數位水印技術及實體圖像 浮水印相關研究兩方面加以介紹。
一、 數位浮水印技術
數位浮水印技術可分為可視的實體圖像浮水印（Visible Watermarking）與通常 應用於數位影像中的不可視數位浮水印（Imperceptible Watermarking）（Petitcolas, Anderson, Kuhn, 1999），主要差異在於可視浮水印可能會干擾原影像上之資訊閱讀 且不具隱藏性，而不可視浮水印則因肉眼無法辨識而可達加密效果。數位浮水印之 應用廣泛，可利用於數位資料如數位影像、視訊等處理，亦可透過印刷技術使用在 印刷品的防偽上如鈔票、有價證券、產品包裝，皆可以此技術藏入文字、圖像或二 維條碼等以達最終資訊保護即具有認證性之目的（Fu, M. S. & Au, O. C., 2004）。
數位影像浮水印以製作方法可區分為空間域（spatial domain）與頻率域
（frequency domain）兩大類。LSB（Least Significant Bit）最低位元法為1990年由E.H.
Adelson 提出的一種最基礎的資訊隱藏技術，即為一種空間域的數位浮水印，此方 法為於灰階影像階層中藏入浮水印，將影像階層之最後一位元修改置入欲隱藏之浮 水印數值，其餘位元並無作置換故可達不易察覺之效果，並於解密時只須針對階層 像素擷取最後一位元即可將隱藏之數位浮水印取出。但其缺點為此加密法一經其他 影像處理後即會遭到破壞無法解出隱藏訊息。圖2-2-1即為以LSB加密技術製作 256x256灰階影象於不同位元位置加入浮水印之隱藏效果。
圖2-2-1 LSB最低位元法示意圖
由於數位浮水印可以隱藏資訊，從而追溯原出處，達到宣告版權與保護作用。
須注意的是浮水印會因為影像處理或是傳輸過程中遭受線性與非線性的干擾，像是 裁切、模糊、旋轉、平移、縮放及雜訊等(Song et al., 2010)而影響浮水印的功能，但 也已有許多研究致力於降低浮水印上的多種侵襲效果，如以動態模糊干涉系統開發 於小波變換域的隱藏性浮水印運算法，使浮水印在裁剪、添加雜訊及旋轉等侵襲行 為下能更為穩定(Ramamurthy & Varadarajan, 2013)。2013 年 Feng 等人提出一種以 PSO（Particle Swarm Optimization）粒子群演算法優化數位影像浮水印來抵抗影印 掃描過程的數位浮水印演算法，如圖 2-2-2。此方法利用 PSO 演算法優化一塊浮水印 的提取模板並與浮水印圖像合併後再將之置入於數位影像中，經影印掃描並去除雜 訊後可於影像中回收得到還原成度極高之浮水印，如下圖 2-2-3 所示。
original 1st bit 2nd bit 3rd bit 4th bit
5th bit 6th bit 7th bit 8th bit watermark
（a） （b） （c）
圖2-2-2 數位影像加密示意圖(a)原始數位影像；(b)經PSO處理之浮水印；(c)加密後之 數位影像
資料來源：Feng , Cong , Shu & Liu（2013）
（a） （b） （c）
圖2-2-3 於加密數位影像中提取出之數位浮水印(a)提取出之原始浮水印；(b)經均值濾 波處理之浮水印；(c) 經中值濾波處理之浮水印
資料來源：Feng , Cong , Shu & Liu（2013）
二、 實體圖像浮水印相關研究
印刷產品相當廣泛的現在，為確保其版權與安全性，亦有許多數位浮水印技術 可透過印刷技術使用在印刷品的防偽上如文件、證券等，皆可以此技術藏入文字、
圖像，達版權保護及具有辨識性之防偽目的。以下即為幾種實體浮水印相關研究。
（一）斜向網點加密
由 David L. Hecht 提出以不同網點角度隱藏資訊之 Glyph Code 加密方法（Hecht, 1994），如圖 2-2-4 所示影像及微結構，此加密法利用數位半色調演算法技術將連續 調的影像轉換成以斜向網點組成的半色調影像，於過網同時將欲隱藏之資訊轉換為 二階表示方式 0 與 1，並將 1 以左斜向網點、0 以右斜向網點帶入，以改變網點角度 方向將資訊隱藏於圖中達到保護作用。
圖2-2-4 Glyph Code網點微結構示意圖
資料來源：Hecht (2001)
（二）微結構網點加密
George K. Phillips 於 2002 年提出以改變網點結構，如利用微小字、微小圖案等 微結構取代網點進行資訊隱藏與加密。在一般視覺下，原隱藏資訊之微小字因微結 構過於細小而無法察覺，然在經複印後此微小結構無法被複印機忠實還原而形成模 糊的斜線狀，於原空白底紋處浮現英文 VOID 字樣，達到版權保護及辨識之防偽目 的，如下圖 2-2-5 所示。此種技術常被應用於文件或圖檔之中，可用以作為防偽與檢 測驗證之比對（Fan & Fuss, 2011）。
（a） （b）
圖2-2-5 微結構防偽示意圖(a)原始加密圖像；(b)複印後之圖像變化 資料來源：Philips (2002)
（三）網點位移加密
最早的網點位移加密技術概念由 Alfred V.Alasia（1976）所發明，此概念為將 特定的圖案資訊隱藏在影像之中，利用光學的解碼器在特定的角度下可判讀隱藏訊 息之內容。由柱狀凸透鏡結構示意圖（圖 2-2-6）顯示此技術原理為光線透過柱狀凸 透鏡聚焦在網線之上，網點位置差異使浮水印內容進而顯現出來。由於人眼無法見 到光線未聚焦的影像部分，因此須將欲藏入的資訊透過偏移半條網線後，再經由柱 狀凸透鏡使光線偏折顯現出防偽圖樣，進而呈現於人眼。
圖2-2-6 柱狀凸透鏡光學成像原理示意圖
另一種正反套印的網點位移技術於 2004 年由 Sharma 與 Wang 所提出。其技術 是利用紙張正面與反面交錯的網點位置設計加密資訊，於透光觀察時，正面與反面 的網點位置重疊的位置可顯現階調亮部區域；而正面與反面錯開的網點位置，可形
光線
（a）
（b） （c）
圖2-2-7 正反套印之網點位移原理與浮水印顯現示意圖(a)正反套印網點位移原理；(b) 原始加密影像；(c)模擬透光觀察浮水印之浮現效果
資料來源：Sharma＆Wang（2004）
（四）混合網點加密
混合網點又可以稱為複合網點（Hybrid Screening），即是將影像以 AM 網點 FM 網點之結合之形式顯示，其除了可獲得較高輸出品質的圖像，亦有助於提升圖象的 複製難度（Li & Yang, 2011）。2004 年，王希俊等人以此種混合概念應用於製作隱 藏數位浮水印，透過 AM 網點與 FM 網點對複印機複製能力之差異於紙張底紋中藏 入浮水印，經過複印時因網點之粗細大小及疏密不同而在兩者網點所需取樣頻率之
差異下隱藏浮水印即顯現，藉此防範複印或掃描列印等複製行為。混合網點浮水印 之網點微結構表現示意如圖 2-2-8 所示。（蕭佩琪、王希俊、連啟明，民 93）
圖2-2-8 混合網點數位浮水印之微結構示意圖 資料來源：蕭佩琪、王希俊、連啟明（民 93）
欲於紙張底紋藏入混合網點浮水印，需先建立兩個灰階濃度相同之同尺寸原稿，
將其中一原稿處理得到AM網點之半色調影像，另一原稿則以原灰階濃度經輸出設備 的系統自動過網。接著透過二階浮水印圖像遮罩（Mask）與兩個經處理之原稿合併，
即可得一般視覺下無法辨識之加密影像，如圖2-2-9。加密影像因其AM網點結構與輸 出設備自動過網之FM網點的取樣頻率不同，故經複印後兩者之差異即使隱藏浮水印 浮現。
（a） （b）
圖2-2-9 混合網點數位浮水印之效果示意圖 (a) 浮水印原稿；(b)複印後之效果 資料來源：蕭佩琪、王希俊、連啟明（民 93）。
AM
FM
根據上述混合網點概念，2011 年張維烝製作出複印過後可改變原始內容意義的 實體浮水印技術。以「A」為原稿內容，「B」為浮水印內容，在一般人眼觀看時，
文件原稿呈現浮水印圖紋 A，以複印機輸出後，因 AM、FM 網點取樣差異，使原稿 內容消失，隱藏的浮水印 B 因而顯現，如圖 2-2-10 所示。
（a） （b）
圖2-2-10 改變原始內容意義浮水印效果示意圖 (a)浮水印原稿；(b)複印後之效果 資料來源：張維烝（民 100）
其製作方法為將整份文件分別區分為原稿呈現圖案區域、隱藏浮水印區域、原 稿呈現圖案與隱藏浮水印重疊區域、背景區域等四個區域。再以不同比例之 AM 調 幅網點、FM 調頻網點與不著墨的空白區塊(W)，透過網點匹配導表找出最佳濃度參 數進行混合而成。利用 AM 與 FM 兩種網點的混合區塊在經過影印機時因取樣差異 無法完全還原部分的網點，隱藏浮水印內容即浮現。
圖2-2-11 可改變原始內容意義之浮水印製作原理示意圖
資料來源：張維烝（民 100）
此外為控制輸出時之網點穩定性以達較佳圖文隱藏效果，鄭雅文於 2013 年提出 改良式混合網點，以增加其穩定性。其方法為利用填入不著墨白點方式分散 AM 網 點微結構使其與 FM 網點兩者之網點擴張效果達到平衡，提升其隱藏效果，且於複 印後仍具有浮水印的偵測效果。網點微結構如下圖 2-2-12 所示。
AM FM
（a）
AM FM
（b）
圖2-2-12 網點微結構示意圖(a)傳統AM網點與FM微結構；(b)改良式AM網點與FM網 點微結構
資料來源：鄭雅文（民 102）