第二章 文獻探討
第二節 資訊隱藏與圖像化二維條碼
資訊隱藏技術係指可在文件、圖像、影音等內容中加入其他額外訊息，而使 用者無法利用感官知覺系統觀察到隱藏內容以達到資訊安全與保護效果。其包含 許多不同加密方式並分別敘述如下：
一、複合式過網技術
鄭元皓、黃文信、陳書宇與謝顒丞(民 97)指出複合式過網技術，它結合誤差 擴散法與點陣調色法的優點，並漸漸受到各產業界與學術界的重視，此方法嘗試 將影像暗部與亮部以 FM 網點呈現，不僅能降低雜訊顆粒也運用 AM 網點在中 間調的表現上，可避免 FM 網點因擴張而產生跳階的現象與改善 AM 網點產生 (Moiré)的問題。
蕭佩琪、王希俊與連啟明(民 93)指出混合網點數位浮水印技術，結合 AM 調幅與 FM 調頻網點，發展出人眼無法察覺的浮水印可在一定觀測距離下，使浮 水印再經複印後顯現。如圖 2-2-1 所示，將可防止有心人士利用複印或掃描等方 式進行偽造，達到版權保護之效果。
(a) (b) (c)
(a)混合網點結合數位浮水印，如圖中左方及上方網點為 AM 調幅網點，右下方 為 FM 調頻網點；(b)浮水印原稿；(c)經複印浮水印的效果
圖 2-2-1 混合網點結合數位浮水印效果圖
資料來源：蕭佩琪、王希俊、連啟明（民 93）。文件底紋之混合網點數位浮水印 技術。台北：第三屆數位典藏技術研討會，223-230。
加密原理是運用 AM 與 FM 網點對影印機複製能力的不同，使文件在複印 時顯現浮水印。此浮水印的加密過如圖 2-2-2 所示，G1為 AM 網點所構成的網 屏，G2為 FM 網點所構成的網屏，而這兩種網屏又分別將二階浮水印的遮罩影 像 M 及反轉的二階浮水印遮罩影像~M(其數位訊號：黑表示 0，白表示 1)差集，
最後把兩差集的結果聯集，即可呈現混合網點的數位浮水印加密影像 W，其加 密演算如方程式(2-6)所示：
圖 2-2-2 混合網點加密示意圖
資料來源：蕭佩琪、王希俊、連啟明（民 93）。文件底紋之混合網點數位浮水印 技術。台北：第三屆數位典藏技術研討會，223-230。
二、網點位移加密
隨著現代科技環境發展，各式浮水印隱藏方法推陳出新，而印刷網點位移技 術是 Alfred V.Alasia(1976)提出在實體影像中隱藏資訊並須藉由光學解碼器方可 解讀隱藏訊息內容。其原理在於人眼僅能察覺光線透過柱狀透鏡聚焦的影像部分，
而無法察覺光線未聚焦的影像，因此將欲進行資料隱藏的影像偏移半條線網後，
經由柱狀透鏡觀測使光線產生偏折才可還原加密圖像。如圖 2-2-3 所示為柱狀透 鏡之光學原理示意圖。
(2-6) W = (G1∩ M) ∪ (G2∩ −M)
圖 2-2-3 柱狀透鏡聚焦於加密線網結構示意圖
資料來源：邱鈺嵐（民 104）。利用不同間距線網嵌入浮水印之研究 (碩士論 文)。取自 https:// ndltd.ncl. edu.tw/cgi-bin/gs32/gsweb.cgi/ccd= moA10h/record? r1=1&
h1=1
因此在防偽科技領域專精的 Renesse(2005)將此技術應用在線條上，利用相 同原理將加密資訊偏移半條線網形成浮水印，其微結構如圖 2-2-4 和 2-2-5 所示：
(a)網點位移微結構 (b)線條位移微結構 圖 2-2-4 網點及線條位移微結構
資料來源：Renesse, R.L.V. (2005). Optical Document Security. (3rd ed.). London:
Artech House.
(a) (b)
(a)肉眼觀測；(b)經覆蓋柱狀透鏡解密後，可呈現美國六艘歷代太空梭的英文名稱 圖 2-2-5 網點位移加密技術示意圖
資料來源： Landing. (1998). U.S. Stamps with Hidden Image. Retrieved from https://sites.google.com/site/stamphiddenimages/Home/stamp-images
Huang and Wu (2007)發展出不同類型的線段加密浮水印，以正弦函數的參 數所設計。如圖 2-2-6 所示以正常偏移線網的加密浮水印影像，讓人眼不容易察 覺，此時再用完整的正弦函數線網覆蓋在加密影像上即可清楚的觀察到浮水印。
(a) (b) (c) (d) (a)線綱位移；(b)正弦線網位移；(c)完整正弦線網；(d)解密後影像 圖 2-2-6 正弦函數的加密浮水印與解密影像
資料來源：Huang,S,&Wu,J.k. (2007).Optical watermarking for printed document authentication. Information Forensics and Security,IEEE Transactions on,2(2),164-173.
三、正反套印網點位移
Sharma and Wang(2004)將網點偏移經過特殊演算法處理後，分別設計在文 件的正面與背面，而浮水印加密方式則以雙面網點錯位方式，其原理運用半色調 網點嵌入浮水印圖案來控制相互的位移，經演算後則可雙面印刷輸出文件，其背 光下可將兩面半色調圖案疊合，而偏移部分可透光，另未偏移部分則因網點重疊 造成濃度不均即顯現隱藏資訊。如圖 2-2-7 所示：
(a) (b) (c)
(a)原始加密影像；(b)半色調網點嵌入浮水印圖案；(c)模擬浮水印透光顯現加密 影像
圖 2-2-7 正反套印網點位移原理
資料來源：Sharma,G.,&Wang,S.G. (2004).Show-through Watermark of Duplex Printed Documents.Proc.SPIE:Security,Steganography,and Watermarking of
Multimedia Contents VI,January,vol.5306.
四、正交線網加密
王希俊、宋卓翰與陳永輝(民 95)指出「隱藏字之半自動化製作方式」，將以 往的正交線網加密缺點改善，並解決背景垂直線網與隱藏字的水平線網無法緊密 接合問題。此外，隱藏字邊界不連續會導致藏字效果降低，其前後改善效果如圖 2-2-8 所示：
(a) (b) (c) (d)
(a)修正前；(b)修正後，隱藏圖像邊界不連續現象 (c)修正前；(d)修正後，隱藏字 效果
圖 2-2-8 水平垂直線網無法緊密接合現象
資料來源：王希俊、宋卓翰、陳永輝（民95）。隱藏字之半自動化製作方法
（專利編號 I250471）。臺北市：經濟部智慧財產局。
五、斜向網點加密技術
Hecht (1994) 提出 Glyph Code 技術，將不同網點角度影像加入隱藏資料，
其原理是透過點陣調色法，將連續調影像轉換為以斜向網點所構成的半色調影像，
並利用左斜與右斜不同的網點呈現左斜為 1 而右斜為 0 的階調影像，同時將資 訊隱藏於圖像中。如圖 2-2-9 所示，影像在一般距離下以人眼觀看並無特別處，
而從局部放大圖中可看出不同斜向的網點微結構。
圖 2-2-9 Glyph Code 網點微結構示意圖
資料來源：Hecht, D.L. (1994). Embedded data glyph technology for hardcopy digital documents. In Proc. SPIE:Color Hard Copy and Graphic Arts III, 341-352.
對於彩色影像而言，各色版間的網點角度需要進行控制與設計，進一步選擇 適當的網角，否則可能產生錯網花紋，而外斜向網點之微結構亦會影響影像階調 與破壞印刷品的色階平滑度。
六、分支分段加密
日本國立印刷局於 2004 年提出防複印線條，廣泛應用於日本機密文件，例 如護照上的入境許可，如圖 2-2-10 所示。此技術是藉由改變線條微結構再建立 兩種線段，一為網點較大的分支線段(Branched Lines)，另一種為網點較小的分 段線段(Divided Lines)，此微結構的差異在於正常觀看距離下無法察覺，但經複 印後由於分段線段網點較小，複印機無法完全複製其微結構而造成反白效果。如 圖 2-2-11 所示：
(a) (b) (c) (a)簽證原稿；(b)複印後影像；(c)浮水印微結構
圖 2-2-10 日本入境許可防偽機制示意圖
資料來源：邱鈺嵐（民 104）。利用不同間距線網嵌入浮水印之研究 (碩士論 文)。取自 https:// ndltd.ncl. edu.tw/cgi-bin/gs32/gsweb.cgi/ccd= moA10h/record? r1=1&
h1=1
(a) (b) (c) (a)分支微結構；(b)分段微結構；(c)結合分支與分段微結構 圖 2-2-11 改變線條之微結構示意圖
資料來源：Shimada, K.(2004). Microstructural lines involving luminescence. In van Renesse, R. L. (Eds.), SPIE Proceedings Vol. 5310,Optical Security and Counterfeit
Deterrence Techniques V, ( pp.125-132). San Jose, CA: SPIE Press. doi:
10.1117/12.526182
七、美化二維條碼
過去二維條碼皆為黑白相間的矩形結構，在視覺上顯得單調且不具吸引力。
因此美化二維條碼孕育而生，愈來愈多結合商品包裝或廣告文宣、海報、雜誌、
名片及郵票等，在商品設計上具有創意且獨特性的 QR Code 來吸引消費者目光，
並引起消費者的掃描慾望更可連結網頁來逹成商品服務及推廣效果。如圖 2-2-12 所示：
圖 2-2-12 美化二維條碼之 QR Code 設計應用案例圖
資料來源：16 款超有創意、真正可用的 QR Code 設計廣告（民 105 年 12 月 15 日）。取自 http://www.techbang.com/posts/ 6510-15-ultra-creative-design- advert ising-qr-code?page=1
Russ Cox (2012)提出 QArt Codes 技術，其利用 Gauss-Jordan Elimination 演 算法可將 QR Code 的模組位置打散並挪移。如圖 2-2-13 所示，使儲存的資訊位 元避開欲嵌入的影像並保留原始影像，即使透過演算方式將訊息位元的位置分散 至其它區域，仍會看見許多黑白點於 QR Code 上使整體外觀仍有美化空間。
(a) (b)
(a)遮擋部分 QR Code 資訊位元進行嵌入影像；(b)打散與挪移模組後的完成圖 圖 2-2-13 QArt Codes 資訊位元置示意圖
資料來源：Russ Cox .(2012).QArt codes.Retrieved fromhttps://research.swtch.com/qart
Garateguy, Arce, Lan, and Villarreal (2014)提出全幅式彩色滿版圖像化二維 條碼之最佳化演算方法，在輸入彩色圖像、QR Code 及遮罩後，將局部影像進行 獨立編碼，透過內插法完成平行運算來萃取最佳化數值使圖像合併。如圖 2-2-14 所示：
圖 2-2-14 彩色滿版圖像化二維條碼之最佳化演算法
資料來源：Garateguy, G. J., Arce, G. R., Lau, D. L., & Villarreal, O. P. (2014). QR images: optimized image embedding in QR codes. IEEE Transactions on Image
Processing, 23(7), 2642-2653.
Lin, Hu, Lee, and Lee (2015) 提出利用 QR Code 資料位移技術在較不重要 區域置入圖像來產生高品質又美觀的 QR Code。第一階段利用高斯-約旦消去法 (Gauss-Jordan Elimination)產生以模組為基礎的概略性二進位 QR Code，經合成 可得到高品質且美觀的 QR Code 並利用遮罩技術來嵌入彩色圖像，其特色能維 持 QR Code 的可讀性並保有原彩色影像特徵。如圖 2-2-15 和 2-2-16 所示：
圖 2-2-15 QR Code Beautifier 研究流程圖
資料來源：Lin, S. S., Hu, M. C., Lee, C. H., & Lee, T. Y. (2015). Efficient QR Code beautification with high quality visual content. IEEE Transactions on Multimedia,
17(9), 1515-1524.
圖 2-2-16 高品質之美化圖像 QR Code
資料來源：Lin, S. S., Hu, M. C., Lee, C. H., & Lee, T. Y. (2015). Efficient QR Code beautification with high quality visual content. IEEE Transactions on Multimedia,
17(9), 1515-1524.
Chen, Huang, Zhou, Liu, and Mow (2016)提出一種嵌入式且跳脫原 QR Code 框架技術，該新型二維條碼又稱為 Pi Code，其條碼判讀方式透過每個模組中心
區域與周圍強度對比後續取資訊。此外，模組中心區域為深色、周圍淺色則判斷 該點為 0，反之判別為 1，Pi Code 雖突破原 QR Code 框架也運用半色調技術產 生彩色圖像二維條碼，當嵌入圖像品質足夠又緻密時，將可得到高品質影像，但 其判讀器需另外下載專用 QR Code Reader。如圖 2-2-17 所示：
圖 2-2-17 Pi Code 結構示意圖
資料來源：Chen, C., Huang, W., Zhou, B., Liu, C., & Mow, W. H. (2016). PiCode: a new picture-embedding 2D barcode. IEEE Transactions on Image Processing, 25(8), 3444-3458.
Xu (2019)et al.提出透過(SEE)程式演算能自動產生多風格的藝術 QR Code。
如圖 2-2-18 所示，並將方法分成三階段。第一階段：降低黑白模組中的雜訊與混 合影像之間的視覺對比。在第二階段：設計類神經網路架構轉換藝術風格。第三 階段：在視覺效果與判讀機制的平衡下保有讀取功能。此外，比較傳統手動混合 QR Code 的美化方法，(SEE)可自動的將圖案平順的融入其中亦不需對圖像進行 添加 QR Code 編碼資訊。流程如圖 2-2-19 所示：
圖 2-2-18 （SEE）產生多風格的藝術 QR Code
資料來源：Xu , M., Su, H., Li, Y., Li,X. ,Liao, J. ,Niu,J.,Lv,P.,& Zhou, B. (2019).
Stylized aesthetic QR Code. IEEE Transactions on Multimedia, 21(8),1960-1970.
Stylized aesthetic QR Code. IEEE Transactions on Multimedia, 21(8),1960-1970.