一、印表機之色調修正特性 (一)色調修正
在輸出圖像時其原始影像的來源大致分為掃瞄連續影像或是另一印刷品影 像，由於現今科技發達，數位攝影機的像素精細的程度已可用於印刷品的原稿，
但無論取得來源如何，輸出前原始影像都必須做分色的動作[33]。
而在自然光、光三原色及色料三原色之間的互相轉換與色域空間不同而使得 可表現色彩訊息受到限制，以及考慮到印刷的成本、油墨的乾燥性、色彩的再 現……等，則需要在分色設定上作適當的色調修正，如 UCR(Under Color Removal)、GCR(Gray Component Replacement)及 UCA(Under Color Addition)，本 研究在進行隱藏浮水印的設計之前，必須針對印表機的適性作測試，由於本實驗 印表機會自行進行色調修正，因此了解其適性有助於浮水印架構與圖文的整合設 計，以下分別舉一例子作說明：
以四色印刷列印出棕色為例，C、M、Y 三色混合成棕色所需的比例如圖 3-4 所示，以下依序針對UCR、GCR、UCA 作簡要的介紹。
圖3-4、C、M、Y三色混合綜色之比例圖[10]
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(二)底色去除(UCR，Under Color Removal)
底色去除是從 C、M、Y 去除等量的灰色(即中性灰)而置換成黑色墨，為了 是要減少三色所使用的墨量(如圖 3-5 所示)。此為先前色調修正之技術，只對暗 部及中間調做置換，即50%濃度以上之深色區域，可置換的範圍較少。此法適用 於C、M、Y、K 四色印刷輸出，但僅有由單色區域構成圖像時則無法運用此技 術[10] [25]。
圖3-5、底色去除(UCR) [10]
(三)灰色構成置換 GCR(Gray Component Replacement)
灰色構成置換與UCR 的概念類似，為「灰色構成置換」，與 UCR 不同之處 在於UCR 是置換 50%以上的暗部，而 GCR 則為全面置換即 1%～99%，而 GCR 其主要目的在於防止「灰色構成因素」(Gray Component)。通常是避免 C、M、Y 墨量較多而產生的有灰暗感，故減去等量的 C、M、Y 以 K 來表示(如圖 3-6 所 示)，只有 Y、M 的墨量較多，使得顏色較為鮮豔[10][25]。
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圖3-6、灰色構成置換(GCR) [10]
(四)底色加強(Under Color Addition)
底色加強的功能是GCR 所產生的，由於置換過多 YMC 的灰，並以 K 來取 代將使色調更加鮮明(如圖 3-7 所示)，但會有偏色的現象產生，而使得暗部濃度 提高而無細節，故以UCA 來做適當的暗部層次回復[10][29]。
圖3-7、底色加強(UCA) [10]
瞭解以上色調修正的原理，針對本實驗所使用HP Deskjet 1280 進行測試，
首先製作濃度每10%為一間隔之色塊樣本，由於低濃度色塊在紅外線下幾乎透明，
因此只製作濃度30% 到 100%的色塊，每色列印 30%到 100%共 32 個色塊，實 際輸出稿件如圖3-8 所示。
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圖3-8、本實驗所使用印機之四色色塊輸出稿件
輸出完成後，置於紅外線攝影裝置進行觀察，結果發現黑色墨濃度至 80%
以上時開始有灰色構成置換(GCR)的情形發生，黑色墨濃度 100%時完全由黑色 墨列印輸出，C、M、Y 色塊無論濃度多少則都呈現透明(圖 3-9 所示)。
藉由這個測試可以知道，後續若要進行圖文整合時，覆蓋於碳黑色墨上的圖 文黑色濃度只要低於80%，或者藉由調整印表機模式(printer mode)利用 C、M、
Y 三色模擬 80%以上的黑色，如此可避免干擾碳黑色墨所形成的隱藏浮水印，雖 然每台印機的適性不同測試結果可能會有差異，但基本原理是共通的。
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
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圖3-9、四色色塊輸出稿件置於紅外線攝影裝置下觀看之結果
二、網點校正導表
由於在結合浮水印及印刷的條件中，本研究利用AM 網點的不同網線數來將 浮水印嵌入一平網中，在AM 網點的機制中，網線數越高則網點則越小；反之，
網線數越低則網點越大，對於人眼視覺模式之下在一定的距離時是無法分辨其差 異，因此導表設計隱藏資訊底紋將採用適當的臨界值矩陣構成AM 網點。
本研究採用Hp Deskjet 1280 噴墨印表機以解析度 600dpi 輸出，底紋部分使 用6 6 臨界值矩陣進行 AM 半色調過網 (如圖 3-10)，其餘部分由印表機 C、M、
Y 三色混和之中性灰構成，實際將導表置於光學顯微鏡下觀察，導表網點結構如 (圖 3-11)所示。
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
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33 25 13 17 32 36 29 21 5 9 24 28 19 11 1 3 8 16 15 7 4 2 12 20 27 23 10 6 22 30 35 31 18 14 26 34
圖3-10、本實驗浮水印AM過網之臨界值矩陣
圖3-11、 實驗導表網點結構示意圖
實驗以不同濃度AM 網點比較後，最後採以 3%K 濃度碳黑網點為比較基準，
實際上浮水印底紋視覺濃度越低越好，但1%濃度碳黑網點受限於以 8 8 臨界值 矩陣進行過網，會使其線數過低，導致網點易於為人眼察覺，喪失隱藏浮水印的 效果，而 4 4 臨界值矩陣進行網點配置雖然能提高線數，但是碳黑網點濃度過 高，顏色過深不適合作為浮水印底紋，因此最後使用3%K 濃度之碳黑網點作為 比較基準。
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本研究製作校正導表進行匹配實驗(圖 3-12)，選定印表機在相同的環境設定 下進行輸出，選出3%網點和一定範圍階調之中性灰(灰階值 200-250)作比較，最 後找出視覺接近灰平衡的灰階區段。
圖3-12、 實驗導表輸出稿件
經過網點校正導表比較後，灰階值210-215之間的中性灰與3%K濃度網點在 視覺上的差異較小，也最符合浮水印隱藏設計的標準，在進行導表實驗的同時，
也發現臨界值矩陣的過網效果對於浮水印的形成會有所影響，若網點品質不良產 生錯網(moiré)會造成浮水印品質低劣；如圖3-13所示，若網點位置分佈不良會在 浮水印邊界產生不連續的黑邊或白邊，導致隱藏效果不彰，因為本研究對於網點 的位置和品質需要精準的控制，因此選用叢聚式點陣調色法(clustered ordered dithering)便於控制浮水印中網點的分佈，避免在浮水印邊界產生黑邊。
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(a) (b)
圖3-13、顯示隱藏圖案未經邊界處理而產生的邊界不連續示意圖(a)邊界處理 不良所得之結果；(b)經本研究之邊界處理技術得到的平滑邊界
三、二維條碼設計 (一)加密資訊
本研究選用筆者之學號「685720118」作為二維條碼之加密資訊，首先將
「695720118」轉為二進位共 30bits「101001011101111101100010110110」表示黑 與白的排列，其中1 代表白，0 則代表黑，轉換成二階影像後的結果如下圖 3-14 所示。
圖3-14、學號轉換為二進制之二階影像(共30-bit)
(二)容錯編碼
影像可能遭受各種攻擊，如壓縮、切割、旋轉、平移等，尤其本研究考慮經 由特殊光源進行驗證，取像時必然會有攻擊產生，如何抵抗攻擊而成功的取出隱 藏之中的浮水印是一非常重要的課題，因此本研究嘗試採用BCH 錯誤校正編碼 針對兩階影像進行容錯編碼，使隱藏資訊具有錯誤校正的能力。
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BCH 碼取自 Bose、Ray-Chaudhuri 與 Hocquenghem 的縮寫，是錯誤校正碼 中研究得比較多的一種編碼方法，BCH 碼是用於校正多個隨機錯誤模式的多級、
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以本研究為例，隱藏資訊為695720118 換算成二進位共由 30-bit 組成，經由 容錯編碼後位元數增加為63-bit，內容為「101001011101111101100010110110001 100011101010011001100100111100」，容錯值為 6，轉換後之二階影像如圖 3-15 所示。
圖3-15、經BCH code編碼後所得之二階影像(共63-bit)
(3) 偽隨機亂數排列
經過容錯編碼並在25 25 pixel 範圍內重複排列，至此已具有二維條碼的 形式(圖 3-16(a))，但圖形過於規律，資訊隱藏效果不佳，且影像因為掃瞄、雜訊 而遭破壞時，解密結果會不精確，為提高資訊隱藏的能力將密碼部分隨機打散位 置，然而二階影像隨機打散位置的方法相當多，本研究使用偽隨機數排列 (pseudorandom permutation)的方法將重複排列過的資訊位置隨機打散，最後加入 控制點作為定位之用(圖 3-16(b))。
(a) (b)
圖3-16、(a)經容錯編碼後重複排列之二維條碼；(b)經容錯編碼後隨機打散位 置並加入控制點之結果
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四、身份證件之整合應用
利用導表經匹配實驗找出符合灰平衡的最適組合，下一步便是實際製作浮水 印並觀察其效果，將編碼後的影像設計於身份證件作為測試樣本，最後找出灰階 值210 能達到良好的加密效果，取得此一組參數作為浮水印設計的指標，本研究 系統之隱藏浮水印資訊不限定二維條碼，亦可是直觀可以判斷之圖形[28]，圖 3-17(a)為本研究另外設計之隱藏資訊身份證件，隱藏資訊是以著名書法家董陽孜 為師範大學所題之「師大大師」墨寶為主題，圖 3-17(b)為利用紅外線攝影觀察 隱藏資訊的效果。
(a) (b)
圖3-17、(a) 本研究設計之身份證件於正常光源下觀看；(b) 本研究設計之身 份證件於紅外光源下觀看。
而以二維條碼為隱藏資訊的輸出樣本如圖3-18 所示，在正常的視覺距離，
混合網點底紋呈現一致的階調，有達到隱藏效果。
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圖3-18、 本研究設計之身份證件於正常光源下觀看
本研究使用具紅外線 LED 打光功能之攝影裝置作為取像工具，經目視觀察 時，隱藏浮水印資訊乃呈現一致階調的影像，但透過紅外線攝影裝置觀察，可發 現浮水印中碳黑墨形成的半色調影像呈現深色，中性灰則幾乎透明，透過攝影裝 置即可看出顯著的對比(如圖 3-19 所示)。
圖3-19、本研究設計之身份證件經紅外線攝影裝置觀察之效果。
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