第三章 研究方法
第三節 研究設計
第一節 研究流程
本研究欲整合全像科技與印刷科技，以「師大大師」點矩陣全像片為品牌保 護之主題，設計不同濃度的「師大大師」印紋作為遮罩與全像片搭配，使其在各 種角度以及漫射光源下觀察時，品牌名稱與字樣依然清晰可見；先以數位方式模 擬全像片與印紋組合，待輸出實體之印紋遮罩與全像片搭配後，再將其與模擬影 像比較；最後，製作防偽加值產品「師大大師」點矩陣全像片胸針，以達品牌保 護之目的。根據上述內容，本研究之研究流程可歸納為圖 3-1；此外，研究概念 整理如圖 3-2 所示。
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圖 3-1 研究流程圖
資料來源：研究者繪製。
確認研究主題
相關文獻蒐集
設計不同濃度組合之全像片印紋
數位模擬全像片與印紋組合
輸出實體之印紋遮罩
比較整合印紋之模擬影像與實體全像片
製作防偽加值產品
品牌保護應用討論
提出研究結論與建議
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圖 3-2 研究概念示意圖
資料來源：研究者繪製。第二節 研究設備與工具
本研究欲整合全像科技與印刷科技，以「師大大師」點矩陣全像片為品牌 保護之主題，設計不同濃度的「師大大師」印紋作為遮罩與全像片搭配，以彰顯 全像片的內容，最後並整合印紋與點矩陣全像片，製作成防偽加值產品「『師大 大師』點矩陣全像片胸針」，以達品牌保護之目的。故實驗部分所需之設備與工 具如表 3-1 所示：
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表 3-1
實驗部分之研究設備與工具
點矩陣全像片素材 書法家董陽孜手書「師大大師」字樣之點矩陣全像片
印紋素材 與點矩陣全像片內容對應之「師大大師」文字
研究工具與設備 Matlab R2012a 程式語言軟體 Adobe Photoshop CS3 繪圖軟體
SparkleⅡ點矩陣全像片製版機 Heidelberg Signasetter 底片輸出機 防偽加值產品製作素材 「師大大師」點矩陣全像片、「師大大師」印紋
底片、客製化文字底片、胸針加工零件 資料來源：研究者整理。
本研究將以董陽孜手書「師大大師」字樣之點矩陣全像片為實驗影像，印紋 則是與其內容相互對應且灰階濃度值相異的「師大大師」文字，所代表之意義為
「昔日師大培育老師，今日師大培育大師」。此外，Matlab R2012a 為本研究設計 不同的印紋濃度時所操作之程式語言軟體，並以 Adobe Photoshop CS3 繪圖軟體 輔助圖文設計時之調整與修改。此外，點矩陣全像片是由華錦光電科技所設計的 全像製版機 SparkleⅡ所製作而成，而研究所需之底片則使用 Heidelberg
Signasetter 底片輸出機以解析度 1270dpi 輸出。最後，將「師大大師」點矩陣全 像片、「師大大師」印紋底片與客製化文字底片，整合製作成防偽加值產品。
由於本研究以點矩陣全像片作為實驗影像，因此以下將介紹全像片內容設計 之原則。全像片異於一般的平面印刷品，具光影變化、流動、景深、立體等效果，
故其製作上也需經過特殊的流程處理。舉全像片製作流程之實例，原始平面設計 之原稿如圖 3-3(a)所示，為國立臺灣師範大學之「師大大師」圖文；接著將其設
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計成為全像檔案，包含全像彩色檔案與黑白檔案，如圖 3-3(b)(c)；接著透過全像 影像輸出打版於光阻上，即完成實體之全像片輸出。
(a) (b) (c)
圖 3-3 (a)平面設計檔案原稿(b)全像數位影像設計之彩色檔案(c)全像數位影像設 計之灰階檔案
資料來源：研究者運算。
Molcer 與 Delic （2011） 認為，學生在課堂中被指定要完成的計畫，透過 操作 Matlab 程式語言軟體之後，完成度將會大幅提升。而在設計全像片時，製 程中經常會遭遇到困難，例如彩色索引檔與灰階之對應問題。因此為了減少設計 全像片時可能遇到的問題，本研究即利用 Matlab 開發全像影像電腦輔助設計程 式，其中包含三個次模組，分別為「除錯模組」、「合成模組」與「預覽模組」， 以下將以實例探討各模組之功能。
一、除錯模組
除錯模組包含「彩色圖檔純色自動除錯更正次模組 （ckcolor.m）」 及「彩 色與灰階圖檔對應自動糾錯次模組 （ckholo.m）」。彩色圖檔純色自動除錯更正 次模組可找出彩色檔案中所含有的之非純色像素，如圖 3-4(a)為影像中「師大大 師」字樣含有非純色像素之影像，圖 3-4(b)則是利用此次模組找出非純色像素的 位置與數量之結果，即「師大大師」字樣部分。
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(a)
(b)
圖 3-4 全像片彩色圖檔純色自動除錯更正次模組 （ckcolor.m） 效果示意影像(a) 為經輸入之彩色索引檔(b)程式所分析出之非純色像素位置與數量結果
資料來源：研究者運算。
另一方面，彩色與灰階圖檔對應自動糾錯次模組則能協助使用者找出彩色與 灰階圖檔中不對應的像素，也就是彩色圖檔中的某一像素若有設定 R，G，B，Y，
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M，C 中的任一色，則其相對應位置的灰階影像必需設定灰階值，確保數位點矩 陣全像檔案的正確性。
二、合成模組
合成模組包含「組合次模組 （mycomp.m）」、「景深次模組 （mydepth.m）」
與「變圖次模組 （myblend.m）」，可設計出不同的光影變化效果，以下針對與 本研究較相關之組合次模組作實例討論。組合次模組可利用遮罩方式將前景與背 景作組合，如圖 3-5 即為以此方式所設計，圖 3-5(a)(b)與圖 3-5(c)(d)為兩組色彩 及灰階影像，透過圖 3-5(e)「師大大師」字樣之二階化遮罩，將色塊處理後作為 前景，背景則為光芒的底紋，經程式處理之後則生成可輸出為全像影像之彩色索 引檔及灰階檔，如圖 3-5(f)(g)所示。
(a) (b) (c) (d) (e)
(f) (g)
圖 3-5 全像片電腦輔助設計程式之組合設計次模組結果示意影像(a)(b)(c)(d)(e) 設計之原稿影像(f)可輸出為全像影像之色彩檔案(g)可輸出為全像影像之為灰階 檔案
資料來源：研究者運算。
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三、預覽模組
預覽模組 （mypreview.m） 可建立一組 36 張、不同角度之光影效果的全像 片模擬影像，能夠模擬及預覽所設計之全像片於輸出後的光影變化 （圖 3-6），
並以每次間隔 5 度之方式作順時針方向旋轉；其中，旋轉角度介於 0 度（圖 3-6 左上）到 175 度（圖 3-6 右下）之間。
預覽模組運作之原理為，假設全像片位置與觀察者視線垂直，遠處有一固定 之點光源以 30 度方向打至全像片正面 （圖 3-7）（由遠處打光至全像片的原因為 使光線入射的方向一致，避免預覽結果產生誤差）。接著，由於全像片是以每次 間隔 5 度之方式作順時針方向旋轉，而光源為固定的，因此所輸入之光源會打至 當下旋轉時所接觸的一組具有光柵間距 （d）與光柵角度 （θ）的干涉條紋上，
而使光源產生繞射現象，即可觀察到某一組色光，如圖 3-8 所示。而隨著全像片 持續地旋轉，有效光柵寬度為 ，而光源所接觸到的干涉條紋之光柵間距與光 柵角度的數值也將隨之改變，因而繞射至不同方向，造成所預覽到的色光各異，
最後形成 36 組具有七彩般的光影變化預覽效果。其中，30 度至 90 度之無法呈 現預覽影像的情形 （即白色影像），根據方程式(2) （d sin α = n λ） 可以得知，
當有效光柵寬度持續增加，可繞射出的光線波長逐漸增加，而止於紅外光，而使 得人眼看不到全像模擬影像之光影變化效果。
另外，用以控制輸出後之全像片色彩變化的光柵間距 （即全像影像彩色索 引檔） 與控制全像片觀看角度的光柵角度 （即全像影像灰階檔） 兩者數值皆 已固定，所設定之全像影像彩色索引檔的顏色可為 R、G、B、C、M、Y 任一種，
其所代表的意義為，使電腦辨讀全像設計者所設定之間距數值，例如將全像影像 彩色索引檔的顏色設定為 R，即代表全像片在 30 度入射光時，預覽影像將會呈 現紅色色光。
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圖 3-6 全像片光影效果預覽模組之 36 張觀看角度模擬影像 資料來源：研究者運算。
圖 3-7 呈現觀察者視線、點光源與點矩陣全像片位置之預覽模組運作原理示意圖 資料來源：研究者繪製。
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圖 3-8 預覽模組以每次間隔 5 度之方式作順時針旋轉模擬圖與有效光柵間距 d' = 示意圖
資料來源：研究者繪製。
藉由預覽模組的操作，設計者可對於全像片的光影變化效果建立初步認識 與了解，掌握全像片設計的要領，並省下高額的全像片打版輸出費用。本研究欲 整合全像科技與印刷技術，即以預覽模組數位模擬全像片影像與結合印紋之全像 片影像，再與實際的全像片影像之呈現比較相互差異性。
第三節 研究設計
本研究欲整合全像科技與印刷科技，以改善全像片在特定角度觀察不易的情 形。依據本研究之目的，預計以「實驗法」作為研究之方法。實驗程序如下：首 先，為解決全像片於某些特定角度與漫射光源下觀察不易的情形，第一部分的實 驗，將設計濃度各異之 121 組印紋遮罩與「師大大師」點矩陣全像片搭配，以彰 顯全像片的內容；再以 Matlab 數位模擬全像片結合不同濃度印紋所得之各組合 效果；接著，計算數位模擬之印紋全像片組合的色彩值與灰階對比值數據，並製 作成圖表，分析得出最佳之印紋全像片區塊；此外，本研究另外計算了兩組數位 模擬之印紋全像片組合的色彩值與灰階對比值數據，以確認所得數據之正確性，
此為第二部分之實驗；最後，將 121 組印紋遮罩數位模擬圖實際輸出成為底片，
與「師大大師」點矩陣全像片整合，並與客製化文字搭配製作成「『師大大師』
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點矩陣全像片胸針」防偽加值產品，以落實本研究之目的，提升全像片內容的品 牌識別程度，進而達到品牌保護之目的。
首先，全像片擁有豐富的光影變化效果，在不同的角度可以觀測到顏色或 圖文的變化，以「師大大師」點矩陣全像片為例，如圖 3-9(a)所示。然而實際上 在某些特定角度觀測全像片時，卻無法清楚地看到全像片的內容，有時甚至看起 來就像一片金屬，如圖 3-9(b)。
(a) (b)
圖 3-9 (a)全像片光影變化效果示意影像(b)全像片在特定角度無法觀測內容示意 影像
資料來源：研究者拍攝。
有鑒於上述之全像片於特定角度時觀測不易的情形，本研究嘗試以 Matlab
有鑒於上述之全像片於特定角度時觀測不易的情形，本研究嘗試以 Matlab