紅外線與噴墨墨水光學特性

紅外線技術發現於 1800 年，由英國物理學家威廉·赫胥爾透過三棱鏡測試中發 現，位於紫外區到紅光區外，呈現一種肉眼看不見的輻射，溫度要比紫外線高，因 此，確定了紅外線區段的存在；但到了 20 世紀 30 年代左右才確定了其波段範圍，

可歸類於 20 世紀發展起來的新興應用技術（程玉蘭，民 91）。

電磁波為一種傳送能量的波，是為分子在激發過程中吸收不同的輻射能量，形 成電磁波光譜（郭振源，民 93），電磁波是以橫波的方式進行傳播，在真空中傳播 速度皆相同。人眼可感受到的為可見光，波長約 390 nm 至 750 nm，此外，紫外光 與紅外光都是人眼所無法感受的光譜區域。又紅外輻射實際上為 0.75 至 1000 µm

（1 µm = 1000 nm）的電磁波（如圖 2-29），位於可見光與微波之間，比紅光波長 要長（王汝琳、王詠濤，民 95），紅外波段跨越的頻譜或波長範圍要比一般光源寬 廣許多，因此，紅外光譜區有更高的發展潛力。

圖 2-29 電磁波光譜示意圖 資料來源：陳永甫（民 93）

根據紅外輻射產生原理與檢測的方法不同，又可區分成四個階段，近紅外線區

（near-infrared region）約位於 0.75～3 µm 的波長，中紅外線區（middle-infrared region）則位於 3～6 µm，而遠紅外線區（far-infrared region）位於 6～15 µm，極遠 紅外線區（ultra far-infrared region）則位於 15～1000 µm 波長範圍以內。現今紅外 線又依其波長與檢測方式不同，分別可應用在軍事、空間以及大多數的工業運用、

的，應用在加強印刷色墨對比的黑色油墨在紅外線區域有一定的吸收率，而呈現不

整排文字皆出現，當置於紅外線光源下，「護照」的字樣會呈現透明，僅存後排的

「中華民國」防偽文字。由於紅外線特殊油墨不容易取得，因此這種效果亦可視為 一種特殊的防偽效果，但亦因紅外線特殊油墨價格較為高昂，所以應用性並不廣泛。

（a） （b）

圖 2-31 中華民國晶片護照資料頁在一般光源及紅外線光源下偵測效果。（a）一般 光源下；（b）紅外線光源

資料來源：研究者拍攝

（二）ImageSwitch ® 半色調網點技術

在 2004 年，日本國立印刷局曾提出一種 ImageSwitch ® 的半色調網點技術

（Nagashima & Saito, 2004）。主要也是應用紅外線的光學原理，結合半色調的技術，

以不規則網點演算法的方式（如圖 2-32），將碳黑成分的網點與青色、洋紅色、黃 色的網點經此演算方式設計出防偽的圖紋，並將結果隱藏於輸出的影像之中。

圖 2-32 ImageSwitch ® 技術之網點結構示意圖 資料來源：Nagashima & Saito (2004)

如圖 2-33 所示，在紅外線光源下觀看，青色、洋紅色與黃色的色墨網點會穿 透，而碳黑網點會因為吸收紅外線光源而顯現出隱藏的圖紋，產生變圖的效果。同 時，因為使用 ImageSwitch ® 的半色調網點技術隱藏的碳黑網點排列會影像色彩階 調，因此只適用於小區塊的隱藏應用。

Original Under IR 圖 2-33 ImageSwitch ® 技術之範例圖

資料來源：Nagashima & Saito (2004)

（三）紅外線驗證之數位加密系統

2008 年有學者提出以數位半色調和印墨材料在紅外線光源照射下的光學特性 差異，以噴墨輸出具多重防偽功能的浮水印。藉由碳黑色墨吸收紅外線，而青、洋 紅、黃色墨在紅外線下穿透呈現透明的特性，將隱藏資訊的浮水印藉由紅外線攝影 裝置進行觀察與驗證。研究藉由臨界值矩陣產生的網點影像與不同階調之中性灰進 行匹配，如圖 2-34 即為實驗用導表輸出用的稿件。

圖 2-34 實驗導表實際輸出結果 資料來源：張家龍，民 97

藉由灰階值的設定，以噴墨印表機自動運算出 C、M、Y 的匹配比例，再以設 定好之 3% K 網點進行比對，找出目視距離下最適合的灰平衡組合，將浮水印設計 成二維條碼的形式整合輸出並應用於身份證件上，最後利用紅外線攝影裝置觀察，

顯示其隱藏於身份證件中的隱藏圖樣，如圖 2-35，達到宣告版權的效果。

(a) (b)

圖 2-35 身份證件實際輸出結果；(a)在一般視覺觀看下，結果呈現為身份證件全貌；

(b)在紅外線光源下觀看，顯現隱藏於底紋下之二維條碼 資料來源：張家龍，民 97

（四）互動音訊節目單

2010 年，王希俊、李文彬、梁鳳儒以紅外線浮水印技術結合音頻系統，如圖 2-36 流程表示，先設計出隱藏於節目單中的互動式音訊二維條碼，經紅外線攝影機讀取 解密之後，可以藉由輸出端表現出隱藏於二維條碼中的音訊（Wang, Lee, & Liang, 2010）。此研究是藉由 AM 網點與 FM 網點的半色調影像原理，結合紅外線光源 原理編碼製作出符合系統不同音高與節拍的二維條碼，嵌入節目單影像之中，完成 互動節目的製作方式，研究成果如圖 2-37。

圖 2-36 互動節目單的運作流程示意圖 資料來源：Wang et al. (2010)

（a） （b）

圖 2-37 互動節目單研究成果（a）為節目單在一般光源下觀看效果；（b）為節目單 在紅外線光源下觀看結果

資料來源：Wang et al. (2010)

（五）紅外線浮水印郵票

2012 年，歐洲學者 Rudolf、Koren 與 Žiljak-Vujić 等人提出一種應用於郵票之 中的新式隱藏方法，使郵票上的圖紋能同時包含可見資訊與紅外線隱藏資訊。利用 CMYKIR 分色原理，產生隱藏圖紋區域（如圖 2-38），結合於由 C、M、Y 組成 的可見圖紋灰色區域之中，使在可見光與紅外光源下，得到兩者相互關聯卻不相同 的資訊。

圖 2-38 利用 CMYKIR 分色原理將資訊隱藏於郵票設計之中，個別分色影像 資料來源：Rudolf et al. (2012)

如圖 2-39 所示，顯示可以藉由這樣的技術確實地隱藏所需資訊於影像之中。

這樣的技術需建基於特別設計過的圖紋，才能徹底隱藏資訊，無法大量應用在各種 圖紋之中。

（a） （b）

圖 2-39 紅外線隱藏浮水印郵票偵測效果。（a）於可見光下的浮水印郵票設計；（b）

於紅外線光源下顯示的隱藏圖紋 資料來源：Rudolf et al. (2012)