紅外線浮水印運用於紫外線平版印刷之研究-以盧彥勳球員卡為例

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(1)國立臺灣師範大學圖文傳播學系碩士論文. 紅外線浮水印運用於紫外線平版印刷之研究 -以盧彥勳球員卡為例 Infrared Watermark for UV Offset Printing - The Example of Rendy Lu’s Player Card. 研究生：陳家福指導教授：王希俊教授. 中華民國一 ○ 三年六月.

(2) 摘要 . 面對全球化的產業競爭，紫外線平版印刷現已被廣泛應用於包裝及特殊材質上，其主要特點是色彩鮮艷、乾燥速度快，高效率的產量。由於紅外線浮水印具防偽功能，能使平版印刷技術創新，增加商品價值，因此本研究欲運用平版印刷方式設計並製作具有資料隱藏功能的球員卡。於可見光下為球員卡，在紅外線偵測下能呈現隱藏訊息的防偽功能，新防偽技術運用於塑膠卡片上，能提高產品附加價值與達到大量輸出的目標。本研究的紅外線浮水印主要藉由數位半色調改進式數位過網技術及色墨的光學特性所設計，其半色調網點以調幅（AM）網點與調頻（FM）網點適當結合而成，主要為利用紅外線浮水印技術將隱藏之二維條碼（2D barcode）浮水印置入球員卡內，藉由紅外光對不同色墨之穿透性差異，以紅外線偵測檢視浮水印，經影像處理驗證加密效果，使用紫外線平版印刷技術，成功地製作兼具加值與防偽效果的卡片。結果顯示 PVC 塑膠材料卡片在肉眼觀察時是球員卡，在紅外線偵測時，四色油墨中黑墨呈現深色影像，青、洋紅、黃色則呈現透明，可清楚地辨認二維條碼。結合紫外線平版印刷技術與紅外線浮水印技術，未來將可進行大量製作且依然能保有紅外線隱藏訊息的各式產品。. 關鍵詞：資料隱藏、二維條碼、數位半色調、紅外線浮水印、紫外線平版印刷. i.

(3) Abstract. To face the global competition, UV offset printing is now widely used in the packaging and special printing. Its main feature is colorful, fast-drying and highefficiency production. Because of the security feature of the infrared watermark, it can make lithographic technology innovative and value-added. Therefore, this study is to use lithography to produce the player’s card with the hidden information. With the infrared, detection of the hidden messages which having security and anti-counterfeiting feature can be observed on plastic cards. It also improves product’s value and achieves the goal of mass production. The halftone dots are combined with amplitude modulation (AM) dots and frequency modulation (FM) dots. The two-dimensional bar code (2D barcode) watermark is embedded into the player’s card by the infrared technology. By ultraviolet lithography, the card possesses value-added and anti-counterfeiting features. Results show that the hidden watermark on the player cards are detected by infrared, and black ink shows dark image, while cyan, magenta and yellow inks show transparent. The hidden two-dimensional bar code can be clearly identified under infrared detection, and it will be mass-produced and be able to contain hidden messages. Keywords: data hiding; 2D barcode; digital halftoning; infrared watermark; UV offset printing.. ii.

(4) 致謝 . 進入印刷領域起自高職求學，當時的恩師陳碧玲班導也畢業於師大圖文傳播系前身的工教系圖文組，自那時起對師大總有高不可攀令我望之却步，也從未想過會考上，直到鼓起勇氣奮力一博，證實只有充足的準備，沒有達不到的事，來到這知識的殿堂感受前所未有的震撼學習，時而為報告費盡所有的思緒，時而度過一個關卡有著小確幸，感謝師大這兩年讓我蛻變，未來將以此摯熱的心續做研究。感謝次媒體研究室夥伴俊賢、珮芳、詩雲、嬿貽在學業上互動，學妹鈺嵐、宜庭研究上的幫忙，以及同組報告過而努力的同學們，更感謝王希俊教授超額收下研究生及論文的指導，讓學生能自由發揮，再給予最寶貴見解，讓我在短短的兩年能順利畢業。感謝師大周遵儒、蔡素惠教授對於計畫口試的指正，擔任口試委員的山水印刷吳文和廠長與世新大學羅梅君教授專業建議，使得論文臻善完美。續接實驗室林子淵學長後續研究，感謝盧彥勳校友肖像授權與盧威儒大哥提供高解晰度照片，對 Q 版盧彥勳畫作的鍾語桐學長，將 Q 版完成全像打版的仲萱學長，經由華錦光電高立旺副理，協助製作成全像片 PET 被印媒材，詩雲設計盧彥勳球員卡的版面，才能順利完成研究成果。特別感謝臺灣銘板公司楊宗輝經理適時安排，職務調動、申請學費資助、研究設備的提供，讓我求學時亦保有工作權及研究設備的使用，做為經濟上及學術研究最大的後盾，恩惠銘記在心。內人林雅儀身兼醫院護理師並默默照料家庭，而我假日都在寫報告做研究未帶妳出遊深感歉意，讓我這兩年能無後顧之憂完成學業。對彥宏畢業音樂會演出與昱儒的畢業典禮不克參加，總有說不出的愧疚，待能走在前方引導你們。在特定假日才能回屏東老家，陪伴屆臨八十歲蘇採雲母親，感謝您辛勞養育之恩未能盡到孝道，還將此榮耀獻給天上的父親。. 陳家福謹誌於八德市 2014 年 7 月. iii.

(5) 目錄. 摘要 ................................................................................................................................... i Abstract............................................................................................................................. ii 致謝 ................................................................................................................................. iii 目錄 ................................................................................................................................. iv 圖目錄 ...............................................................................................................................v 表目錄 ............................................................................................................................ vii 第壹章緒論 .....................................................................................................................1 第一節研究背景與動機 ........................................................................................ 1 第二節研究目的 .................................................................................................... 2 第三節研究問題 .................................................................................................... 2 第四節研究限制 .................................................................................................... 3 第五節名詞釋義 .................................................................................................... 3 第貳章文獻探討 .............................................................................................................5 第一節半色調技術 ................................................................................................ 5 第二節數位半色調技術 ........................................................................................ 8 第三節數位半色調影像加密技術 ...................................................................... 15 第四節紫外線平版印刷 ...................................................................................... 17 第五節紅外線與平版印刷油墨的光學特性 ...................................................... 21 第六節二維條碼 .................................................................................................. 23 第參章研究方法 ...........................................................................................................28 第一節研究流程 .................................................................................................. 28 第二節研究工具 .................................................................................................. 29 第三節研究步驟 .................................................................................................. 31 第四節資訊隱藏 .................................................................................................. 32 第五節球員卡內容設計 ...................................................................................... 35 第六節印刷輸出與數據量測 .............................................................................. 36 第七節偵測與解密 .............................................................................................. 38 第肆章研究結果與討論 ...............................................................................................39 第一節紅外線數位浮水印之設計 ...................................................................... 39 第二節印刷輸出球員卡 ...................................................................................... 40 第三節紅外線偵測 .............................................................................................. 41 第伍章結論與建議 .......................................................................................................43 第一節研究結論 .................................................................................................. 43 第二節研究建議 .................................................................................................. 44 參考文獻 .........................................................................................................................45 中文文獻 ........................................................................................................................ 45 英文文獻 ........................................................................................................................ 47 網路文獻 ........................................................................................................................ 48 iv.

(6) 圖目錄 . 圖 2-1-1 利用網點模擬連續調影像濃度之示意圖 ....................................................... 5 圖 2-1-2 照相過網示意圖 ............................................................................................... 6 圖 2-1-3 玻璃網屏示意圖 ............................................................................................... 6 圖 2-1-4 接觸網屏暈映點放大圖 ................................................................................... 7 圖 2-1-5 負片網點形成原理簡略圖 ............................................................................... 7 圖 2-2-1 半色調處理系統架構圖 ................................................................................... 8 圖 2-2-2 定階量化法流程圖 ........................................................................................... 9 圖 2-2-3（a）原始連續調影像；（b）定階量化法半色調後的影像 ........................... 9 圖 2-2-4 影像加入隨機雜訊之定階量化法 ................................................................... 9 圖 2-2-5（a）原始連續調影像；（b）影像加入隨機雜訊量化半色調影像 ............. 10 圖 2-2-6 AM 網點概念圖 .............................................................................................. 10 圖 2-2-7 利用臨界值矩陣指引機器著墨（階調數 22） ............................................11 圖 2-2-8 原連續調影像 .................................................................................................. 12 圖 2-2-9（a）網屏角度 0 度之臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像 ....... 12 圖 2-2-10（a）網屏角度 45 度之臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像 .... 13 圖 2-2-11（a）分散式臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像 ....................... 13 圖 2-2-12 FM 網點概念圖 ............................................................................................. 14 圖 2-2-13 誤差擴散法流程圖 ....................................................................................... 14 圖 2-2-14（a）原始連續調影像；（b）經誤差擴散法處理所得之半色調影像 ....... 15 圖 2-3-1 經過網點的加密灰階影像，左斜與右斜分別代表 0 或 1 ....................... 16 圖 2-3-2 以網點變形技術構成之 NaNOcopy™ 實體浮水印 ..................................... 17 圖 2-3-3 使用 AM 和 FM 混合網點製作之浮水印 .................................................... 17 圖 2-4-1 印紋呈像示意圖 ............................................................................................. 18 圖 2-4-2 太陽光譜 ISO 21438 : 2007 ........................................................................... 19 圖 2-4-3 UV 燈管的光源頻譜分佈 ............................................................................... 20 圖 2-5-1 光譜示意圖 ..................................................................................................... 22 圖 2-5-2 臺灣仟元鈔票 ................................................................................................. 23 圖 2-5-3 商品包裝 ......................................................................................................... 23 圖 2-6-1 一維條碼應用書本的例子 ............................................................................. 24 圖 2-6-2 郵票兼收看影片 .............................................................................................. 26 圖 2-6-3 二維條碼的應用實例 ...................................................................................... 27 圖 3-1-1 研究架構流程圖 ............................................................................................. 28 圖 3-2-1 KOMORI Lithrone S26 張頁四色平版印刷機 .............................................. 29 v.

(7) 圖 3-2-2 IRD 2200 紅外線偵測器................................................................................. 30 圖 3-2-3 X-Rite SpectroEye 分光光度計 ..................................................................... 30 圖 3-3-1 實驗步驟流程圖 ............................................................................................. 32 圖 3-4-1 盧彥勳官網網址轉換 QR code 結構 ............................................................. 33 圖 3-4-2 PVC 材料網點導表 ......................................................................................... 34 圖 3-4-3 PVC 網點數值對照表 ..................................................................................... 34 圖 3-4-4 顯微鏡下的調幅網點（K 墨）和調頻網點（C、M、Y 墨） .................. 35 圖 3-4-5 網點結構示意圖 ............................................................................................. 35 圖 3-5-1 盧彥勳球員卡版面設計 ................................................................................. 36 圖 3-6-1 達因筆 ............................................................................................................. 37 圖 3-7-1 卡片製作示意圖 ............................................................................................. 38 圖 4-1-1 彩色灰階網點 QR code .................................................................................. 39 圖 4-2-1 PVC 球員卡 ..................................................................................................... 40 圖 4-2-2 球員卡大版 ..................................................................................................... 41 圖 4-2-3 聯集方式 ......................................................................................................... 41 圖 4-3-1 PVC 球員卡偵測 ............................................................................................. 42 圖 4-3-2 全像球員卡及紅外線偵測效果 ..................................................................... 42 . vi.

(8) 表目錄 . 表 2-4-1 表 2-6-1 表 2-6-2 表 3-2-1. 各種聚合物材質的表面張力及極性 ............................................................ 20 二維條碼常用的種類 .................................................................................... 25 一維條碼與二維條碼特性的比較 ................................................................ 26 研究所使用的硬體及軟體設備 .................................................................... 30 . vii.

(9) 第壹章緒論第一節研究背景與動機隨科技的進步，紫外線（Ultraviolet, UV）印刷問世已超過 30 年，技術並逐漸成熟，UV 印墨加入環保黃豆，改善有機化合物的揮發問題，對於節省油墨及在特殊材料印刷，亦能獲更高質量，且有效率產能和高堆疊的印刷特性，優於傳統的乾燥系統（Oguz, Ozcan, & Oktav, 2012)，在印刷適性上亦可表現出色彩鮮豔、網點細緻分明、墨色具有耐摩擦的特性，UV 印刷因乾燥快速可減少後加工等待時間，已成為印刷業主投資設備首選。製造商仍不斷創新製作更快速的印刷機器，以滿足廣大市場需求。紫外線平版印刷在市場上依舊扮演重要角色，對於大量生產而言更是利器，其乾燥速度快與半色調網點呈現，是其它印刷方式無法取代，已凌駕於各類印刷方式成為重要主流技術之一。有別於傳統印刷品自然乾燥等待時效、烘乾與噴粉易降低色調與引起從業人員呼吸氣管疾病的發生，另當印刷油墨大於所承載面積堆疊時，需要隔板才不會發生背印與掉墨問題，有助於生產效率提昇，在注重綠色環保與從業人員健康上有極大的幫助，因此後續在商業輪轉機、網版、凸版、無水平版、數位印刷方面皆廣泛應用紫外線油墨。另數位商品不斷推陳出新，例如資訊流中的電子書與電子雜誌，行動上網、手機掃瞄 QR code，既能線上查詢雲端資料、又可瀏覽新聞動畫。在實體印刷上，數位印刷、按需印刷（POD, Print On Demand 不受時間、地點的數碼科技）與合版印刷等，也正迅速瓜分整個印刷市場。美國、新加坡、香港政府教育新政策中，學生不用背書包上課的實例，以 iPad 完全取代書本，顛覆傳統顯示資訊時代的來臨。經濟部於 2012 提出臺灣產業結構優化策略，製造業服務化、服務業科技化與國際化、傳統產業特色化等作法。呂正華副局長於 TIGAX 12「印刷傳播科技研討會」，從三業四化談未來的印刷產業-印刷業的服務化及特色化，指出印刷業需有國際化競爭優勢，印刷更需要特色化，以發揮功能性、防偽性與設計能力，續結合城鄉群各地具有特色的印刷產業，累積技術跨入多媒體領域，才能在未來以特色化凸顯差異性的服務。近年商品版權保護日益重要，需要有隱藏訊息及嵌入浮水印來保護產品，但大多數都運用於數位檔案中，商品印刷也需要隱藏浮水印或防偽機制，國內學者曾在印刷品中加入浮水印（蕭佩琪、王希俊、連啟明，2004），過去紅外線浮水印都只在噴墨印刷實現，尚未採大量平版印刷製作輸出。陳昌郎、朱峰毅、蘇云笛（2013）指出，平版印刷印製速度快及色彩重現性高，目前塑膠卡片以紫外線平版印刷方式生產為最大宗，網點細緻分明的特性，相當適合用來表現紅外線浮水印。 1.

(10) 由於非授權複製品猖獗，信用卡、大眾捷運悠遊卡、會員卡、球員卡、集點卡……等塑膠卡片，亦具有高經濟價值，僅靠晶片、磁帶來維持保密尚有不足，仍然有被破解、盜用的風險，因此需要結合印刷多重防偽技術來遏止非法複製與仿造品。防偽技術有隱性及顯性兩大主要方法，隱性防偽機制則是將資料保密於晶片之中，李興緯、洪上修與李翔祖（2009）指出印隱形墨可運用紫外線偵測防偽訊息。顯性為變色油墨、細微字，產品編號或是在材料上做變化，以達到防偽的效果。紅外線浮水印具有防偽功能，能提高產品附加價值，亦屬隱性防偽機制。國際及國內印刷市場競爭激烈，若能開發新的市場，改善產品增加創新元素，加強產品的價值，提高生產良率與產能，即能紓解削價競爭 (廖信、葉振璧、潘怡臻，2012)。印刷不僅要求新求變，更需要特色化發揮藍海策略經濟效應，紅外線浮水印的防偽技術，有助於產品附加價值提昇，才能免於紅海當中削價惡性競爭。塑膠卡片是交易重要的載體，從晶片植入與錄碼，或是平面傳播的應用都將需透過它的傳遞。因此本研究運用紫外線平版印刷製作全隱藏紅外線浮水印，浮水印與盧彥勳球員卡版面聯集在同一圖層當中，善用每一寸的空間不佔據原有的版面，經由紅外線攝影機裝置偵測解密，未來並可透過雲端網路連結至雲端，改善二維條碼只能當作貨品的標識與描述使用，更增加卡片的防偽功能，發展成多功能且創新的塑膠卡片，商品如能精益求精，舊有的商品賦予新生命將不再只是單一功能卡片，使其多樣化且能成為可增值的收藏品。. 第二節研究目的依上述研究背景與動機，本研究目的是設計具有資料隱藏功能的球員卡，除了在可見光下目視為球員卡外，在經紅外線儀器偵測後，可看見球員卡中隱藏的二維條碼浮水印，賦予球員卡新的防偽功能，並以平版印刷方式可大量複製。基於上述原因，本研究提出的三點研究目的如下：一、將具有資料隱藏之二維條碼製作成紅外線浮水印。二、以紫外線平版印刷方式印出浮水印。三、對已加密之圖像，以紅外線偵測進行解密驗證。. 第三節研究問題本研究擬結合紅外線浮水印技術以 PVC 塑膠材質作為被印材料作呈現，設計出具有資料隱藏功能的球員卡。而根據上述的研究目的將研究問題歸納如下三點：一、如何將具有資料隱藏之二維條碼製作成紅外線浮水印？二、如何以紫外線平版印刷方式印出浮水印？三、如何對已加密之圖像進行解密驗證？ 2.

(11) 第四節研究限制為使實驗的結果對實務上有所助益，因此限制本研究的範圍如下: 一、實驗材料限制: 1. 被印材:目前制式塑膠卡片，僅能編 3 排每排輸出 8~9 模的方式，總數為 24 或 27 模，全版大小尺寸為 540 320mm，由於印刷尺寸越大，材料兩端誤差也會漸漸擴大；另因疊印的緣故，每一色疊印皆會有少許的誤差產生，故不適合做大尺寸編排方式（例如使用 800 型的菊開機器印至 54 模的尺寸，誤差會更為明顯），因此較適合使用對開型印刷機輸出，故維持在 24 或 27 模的輸出才會有最大成本效益。 2. 印墨:限制使用國際知名進口塑膠材料專用之紫外線平版印刷油墨，以確保印墨有穩定印刷品質，其他版式或傳統印墨非本研究材料。 3. 印版:底片輸出，曬版、沖版機製成印版供印刷機進行複製印刷產生。二、色彩量測範圍與限制:量測光源與觀測角度的限制: D65 光源，10∘視角。三、印刷環境限制:潤版水酸鹼值及異丙醇濃度範圍，由印刷機自動供給系統控制在 5.5 pH 5.3 及異丙醇濃度控制最大值 12%。四、印刷品質特性研究範圍: 1. 本實驗只針對印刷彩色灰平衡探討。 2. 研究項目不包含材質物理現象，階調擴增值、印刷對比、印墨的色相差及灰度、色域與色差。. 第五節名詞釋義以下針對本研究相關之專有名詞進行解釋 : 一、浮水印（watermarking）：浮水印是將特定的圖案及資訊藏入影像中，目的在使影像於肉眼觀察時不易被發覺，且能加密於其中，並宣示版權。運用在印刷品上，則防止未經授權複製及變造 ( Bender, Gruhl, Morimoto, & Lu, 1996 )。二、二維條碼（2D barcode）：不同於一維條碼最多僅能隱藏有限字元，二維條碼可存放的資料量就比較大， (張勝茂、高翊峰、陳馨雯，2009)，可儲存至 1000 個字元，相當於 500 個中文字，是由一組由在上下左右的線條和方點所構成矩陣，可儲存英文字、數字、中文字、記號，圖片訊息等（吳秀春，2007 )。. 3.

(12) 三、資料隱藏 (data hiding ) : 資料隱藏技術指在有價值的內容中，例如文字、影像、聲音、影片等檔案隱藏資訊以達成認證 (identification )、註釋 (annotation) 和版權宣告 (copyright) 的目的。四、平版印刷 ( offset printing ) : 當印版經觸版水輥的濕潤及觸版墨輥所提供的印墨後，利用水與油墨互斥的原理，使印墨附著印紋部分並轉移至橡皮滾筒上，然後橡皮滾筒再將印紋印墨，經壓力滾筒轉移至被印材料上（陳昌郎、廖俊超，2011)。五、UV 紫外線 (Ultraviolet ) : UV 紫外線為電磁波的一部份，介於可見光和X射線之間，1970 年國際照明委員會（CIE）把波長 100 nm 到 400 nm 分三個區域：UV-A： 315 nm-400 nm， UV-B：280nm-315nm，UV-C： 100nm-280nm (張世錩、蔡致邠，2011）。. 4.

(13) 第貳章文獻探討本研究主要應用數位半色調技術將浮水印資訊隱藏，另以被印材料上的印刷油墨在紅外線下的光學特性來偵測浮水印。因此，本章節將針對數位半色調技術、紫外線平版印刷、紅外線光學特性、二維條碼等文獻加以探討，以作為本研究的基礎架構。. 第一節半色調技術半色調技術（halftoning）為傳統印刷方式，由十九世紀美國康乃爾大學攝影實驗室的 Frederic E. Ives 所研發，由於印刷版或印表機僅能控制著墨或不著墨來輸出圖像，所以須將連續調（continuous tone）原稿轉變成細微的印刷網點，憑藉網點面積大小及疏密的不同，將兩階影像模擬出連續調層次的影像，當觀察者在一定的距離觀看影像時，有濃度深淺的感覺，而使其與原稿近似。這種由濃到淡，有明暗之分的色調，稱之為半色調（halftones）(李天任，1982）。肉眼辨識層次全靠物體表面上反射光線的多寡來決定，因此顏色的深淺直接由光源強弱或物體表面反射光線來呈現（許瀛鑑，1976），加上人眼具有將鄰近墨點積分之作用，若把網點縮小至肉眼無法察覺時，將會呈現一片由淺而逐漸深的影像，看似連續調影像（圖 2-1-1），但實際上卻是由極小的網點所組成。因此半色調發明，使得報章雜誌對於照片影像的呈現，免於再用手工雕刻轉換成印版印刷，對於影像能被印刷於紙張是重大的突破。. 圖 2-1-1 利用網點模擬連續調影像濃度之示意圖資料來源：（取自 Kipphan，2004) 5.

(14) 在傳統印刷製程中，將原稿設計成黑白稿後，才能送製版廠製成底片，之後經過拼大版、曬藍圖、校對、修改後，曬成正式印版，再送至印刷廠印刷。其中，將原稿複製成底片的方式稱之為照相製版（photoengraving），為印刷複製中顯現層次的主要依據。因原稿的用途不同，可分為線條照相、網點照相、連續調照相、分色照相及掩色照相，網點照相又稱網目照相或半色調照相，製作原理是配合曬版和印刷而來的（高俊茂，1990）。傳統類比式半色調，將一網屏置於原稿與底片之間（圖 2-1-2），經過曝光後會將原稿影像，由濃淡深淺轉變成不同大小的網點於底片上，在傳統網屏可分為玻璃網屏（glass screens）及接觸網屏（contact screens）。其製作方式是以兩塊玻璃，進行雕刻或腐蝕相同寬度與等距平行線條刻線 60～ 400 條/英寸不等，於凹陷深處塗以不透明材料，再將兩塊玻璃密合而成，構成若干透明網孔，放置感光片前適當距離，即可得到不同網點面積分佈之影像（圖 21-3），但玻璃網屏製作低效率、高成本。. 圖 2-1-2 照相過網示意圖資料來源：（取自羅福林、李興才，2011）. 圖 2-1-3 玻璃網屏示意圖資料來源：（取自羅福林、李興才，2011）. 6.

(15) 最受印刷業所廣泛使用的半色調製版照相網屏為接觸網屏 (李天任，1982），類似軟片的膠片，在膠片上，自中心逐漸至其邊緣，濃度由深至淺，此濃度之高低差稱之為濃度域（圖 2-1-4）。網點形成原理方面，網屏網點從中心往外到邊緣，圖 2-1-5 為負片簡略圖，濃度是由淺至深，因透光率不同，經由原稿反射光線愈強，透過網屏的光線自然也愈多，因而在底片上感光區域越大，也就是形成的網點愈大，反之則越小（高俊茂，1990）。藉由傳統照相過網原理，光線投射於連續調透射或反射原稿上的濃度，形成不同亮度之光源，再經由接觸網屏上之暈點，而完成半色調影像。. 圖 2-1-4 接觸網屏暈映點放大圖資料來源：（取自高俊茂，1990）. 圖 2-1-5 負片網點形成原理簡略圖資料來源：（取自高俊茂，1990）玻璃網屏或接觸網屏網點形狀皆不同，玻璃網屏依照交錯形成則有砂目、菱形網目、不規則網目、波形網目等形狀差異；依接觸網屏暈點形狀有方點、圓形點、鏈點、鏈狀點、母子點、直點、平行點、波浪紋點、同心圓點等。其中以方形最為流行（高俊茂，1990）。. 7.

(16) 第二節數位半色調技術隨著數位科技的迅速發展，傳統過網流程可透過數位軟體運算，延伸而成數位過網，即數位半色調技術（digital halftoning），並逐漸地受到重視，許多學者紛紛投入研究（Eschbach, Fan, Knox & Marcu, 2003）。傳統半色調技術利用網屏透過照相過網，將連續調影像過網成為半色調影像，而數位半色調演算法，是由連續調影像經軟體運算而得到數位半色調影像。兩者目的皆將連續調影像轉換成符合輸出設備特性的網點，使之產生許多不同濃淡效果，給予印刷圖紋影像有階調的變化（Kipphan，2004 )。圖 2-2-1 為數位半色調處理架構圖，數位式輸入裝置如數位相機、掃描機等，會將類比訊號轉成數位。灰階影像通常每個像素（pixel）以 8 位元儲存，從 0 最黑至 255 最白，會有 256 個灰階變化。經由光柵圖像處理器 RIP （Raster Image Processor）為輸入與輸出裝置的中介程序為半色調技術，轉換成輸出裝置可接受的二元（binary）資料，每個像素值 0 或 1 的變化，而輸出設備的印表機、傳真機只能印黑點或白點的裝置，半色調影像中每個像素值（0 或 1）決定印點或不印點。. 數位輸入裝置 RBG、灰階影像. 連續調影像. 數位半色調處理 CMYK 影像. 半色調影像. 數位輸入裝置圖 2-2-1 半色調處理系統架構圖資料來源：本研究繪製簡易的半色調技術為定階量化法（fixed-level quantization），其方法為將一連續調影像 C 中的每一點像素，經由臨界值量化成兩階半色調影像 H，只要大於門檻值（threshold），像素值為 1，反之為 0，流程如圖 2-2-2 所示。其演算法可以透過方程式（1）來表示，圖 2-2-3 為灰階影像 Elaine 經過門檻值為灰階值 128 所量化的結果。. 8.

(17) H (x , y) =. 1, , 0,. . 門檻值. 連續調影像 C. （1）. 半色調影像 H. 圖 2-2-2 定階量化法流程圖資料來源：本研究繪製. （a）. （b）. 圖 2-2-3（a）原始連續調影像；（b）定階量化法半色調後的影像資料來源：（取自梁鳳儒，2008）定階量化法雖然可迅速將影像轉為半色調，但影像中平滑階調部份卻造成高反差效果，完全無法表現影像層次感。為了改善此一問題，所以可增加隨機雜訊（random noise）的方式來對影像作調變，以降低反差，如圖 2-2-4 流程所示，圖 2-2-5 為 Barbara 灰階影像經此方法量化之結果。門檻值. 連續調影像 C 隨機雜訊. 圖 2-2-4 影像加入隨機雜訊之定階量化法資料來源：本研究繪製. 9. 半色調影像 H.

(18) （a）. （b）. 圖 2-2-5（a）原始連續調影像；（b）影像加入隨機雜訊量化半色調影像資料來源：（取自張家龍，2008）影像添加雜訊經過量化雖然能減少高反差，卻會出現影像顆粒狀與原稿間的誤差會更為明顯。此兩種數位半色調方法最簡單，但其半色調品質不佳，不適合作為本研究製作隱藏浮水印的方法。數位半色調還有改善的空間，後續有學者發表半色調的演算法，方式各有其優缺點，以較常見的演算方法作說明，並找出適合本研究建構浮水印的半色調演算法。依據網點呈現方式的不同，可分為以下二種半色調方法：一、調幅網點（amplitude modulation, AM）調幅網點半色調影像，透過調整網點的大小來呈現色彩的深淺，在細節部分呈現較差，暗部較好。網點與網點間距離是固定一樣，所以 AM 網點形成的半色調影像主要特徵就是網點頻率固定，但振幅大小改變（赫爾穆特．基普漢，2000； Kipphan，2004)（圖 2-2-6）。. 圖 2-2-6 AM 網點概念圖資料來源：（取自張家龍，2008）此類網點形成方法如同點陣調色法（ordered dithering），其演算方法透過連續調原稿與臨界值矩陣比對，來決定個別像素點成為 1 或 0 的訊號值，指引數位印 10.

(19) 刷機至著墨的位置。依臨界值矩陣將影像劃分成不重疊的連續子區塊，再依所設計不同灰階權重係數矩陣，產生網點排列方式與形狀受到矩陣內的數值影響，不同的臨界值矩陣將形成不同網點排列結果。(梁鳳儒，2010) 若採用臨界值矩陣大小 M N 來運算一灰階影像 P（i , j），運用方程式（2）將原連續調影像灰階值轉換成臨界值矩陣階調數 Q（i , j）。原連續調影像之灰階值，再經由方程式（3）運算，判斷影像灰階值大於臨界值時，表示為 1；若影像灰階值小於臨界值時表示為 0，以此演算法，方可產生 0 與 1 的表示半色調影像。. , . 1. ,. （2）. P（i , j）：原始灰階影像階調數 Q（i , j）：透過臨界值矩陣轉換的階調數 M N ：臨界值矩陣大小 L (i , j) =. 1, , 0, ,. ,. （3） , . L (i , j) : 轉換半色調影像 T (m , n) : 臨界值矩陣 = T (i. K. M,i. K. N)，K 與 K 為整數. 舉例說明如圖 2-2-7 所示，以網屏角度為 0 度的 8 8 臨界值矩陣，將影像劃分成不重疊子區塊大小皆為 8 8 的像素點，區塊所算出階調數值為 22，輸出會依臨界值矩陣中 1 至 22 數值的 22 個位置著墨。 61 53 41 33 37 52 60 64 57 45 25 13 17 32 48 56 49 29 21 5 9 24 28 44 39 19 11 1 3 8 16 36 35 15 7 4 2 12 20 40 43 27 23 10 6 22 30 50 55 47 31 18 14 26 46 58 63 59 51 38 34 42 54 62 圖 2-2-7 利用臨界值矩陣指引機器著墨（階調數 22）資料來源：本研究繪製 11.

(20) 藉由臨界值矩陣作為網點排列方式，半色調網點影像呈現有很大的關係，需符合人眼視覺是本系統的一種重要技術。臨界值矩陣依權重方式可分為叢聚式（clustered dithering）及分散式（dispersed dithering）兩類。一般而言，臨界值排列若為規律的排列，作為叢聚式點陣調色法，若呈現隨機狀分散排列，稱之分散式點陣調色法。以一連續調灰階影像為例（圖 2-2-8），圖 2-2-9 與圖 2-2-10 分別為網屏角度 0 度與 45 度臨界值矩陣所產生的影像，可比對網屏角度的半色調影像有差異性，視覺對 45 度的較不敏銳，相較於 0 度，45 度網屏角度所呈現影像較細緻易被視為連續調影像，因此網屏角度 45 度最常在印刷品中觀察到。叢聚式的臨界值矩陣階權重由中間向外擴展，此方式對固定階調效果較佳，但會有顯著視覺紋理現象，且產生的半色調影像細部資訊損失較大，會造成部分空間解析度（spatial resolution）消失。以叢聚式臨界值矩陣的排列方式另亦可有斜向、水平、垂直三種形式。. 圖 2-2-8 原連續調影像資料來源：研究者繪製 61 53 41 33 37 52 60 64 57 45 25 13 17 32 48 56 49 29 21 5. 9 24 28 44. 39 19 11 1. 3. 35 15 7. 2 12 20 40. 4. 8 16 36. 43 27 23 10 6 22 30 50 55 47 31 18 14 26 46 58 63 59 51 38 34 42 54 62 （a）. （b）. 圖 2-2-9（a）網屏角度 0 度之臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：本研究製作 12.

(21) 35 49 41 33 30 16 24 32 43 59 57 54 22 6 8 11 51 63 62 46 14 2 3 19 39 47 55 38 26 18 10 27 29 15 23 31 36 50 42 34 21 5 7 12 44 60 58 53 13 1 4 20 52 64 61 45 25 17 9 28 40 48 56 37 （a）. （b）. 圖 2-2-10（a）網屏角度 45 度之臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：本研究製作分散式兩階影像，是依人類視覺對影像高頻區域較不敏銳，需減少低頻區域訊息，以對影像邊界保留資訊，才有較佳的影像品質。但是因為像素點為獨立產生，在印刷時墨點無法完全是方正墨點，不規則形狀將會導致網點擴大（dot gain）的情形，分散式網點之臨界值矩陣如圖 2-2-11（a）所示，所輸出半色調影像如圖 22-11（b）。 1 33 9 41 3 52 11 43 49 17 57 25 51 19 59 27 13 45 5 37 15 47 7 39 61 29 53 21 63 31 55 23 4 36 12 44 2 34 10 42 52 20 60 28 50 18 58 26 16 48 8 40 14 46 6 38 64 32 56 24 62 42 54 22 （a）（b）圖 2-2-11（a）分散式臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：本研究製作二、調頻網點（frequency modulation, FM） FM 網點的特性為黑點大小相同，但網點距離不同，頻率改變，但振幅固定，所產生半色調影像藉由網點疏密來表現階調（如圖 2-2-12），所以對於影像中亮部表現佳，暗部則易因網點擴張，造成暗部階調表現較差（赫爾穆特．基普漢，2000 ；Hecht，1994 )。. 13.

(22) 圖 2-2-12 FM 網點概念圖資料來源：（取自張家龍，2008）此類方法多以誤差擴散法（error diffusion）為基礎，最典型的屬 Floyd 與 Steinberg 學者所提出之 Floyd-Steinberg Error Diffusion（FSED）（Floyd & Steinberg 1976），其流程如圖 2-2-13 所示，透過一固定的臨界值 T（方程式 4），將誤差擴散於原始灰階影像G（i, j）中鄰近其他未二階化的像素，並透過誤差擴散濾波器（error filter）（方程式 5）之矩陣來分配誤差擴散的比重，如果誤差擴散濾波器的輸出值大於 0，則表示目前輸出像素鄰域的灰階平均值與原始影像相比過亮，反之則過暗，為了彌補差距，FSED 將誤差擴散到臨近點，臨邊區域讓原始影像之灰階值減去此誤差，使下一點的原始灰階值依臨界值兩階化後調暗或調亮後再去量化，使得輸出的二階影像 B 整體濃度值與原始影像 G 整體影像濃度近似。圖 2-2-14 為影像經 FSED 處理後之半色調影像，由於誤差擴散法所形成的網點是以像素為基本單位，故解析度比點陣調色法以臨界值矩陣大小為基本單位高出許多。 G. B. 臨界值. 誤差誤差擴散濾波器圖 2-2-13 誤差擴散法流程圖資料來源：本研究繪製 B （i , j） =. 1, 0,. , ,. 14. （4） .

(23) G（i, ：原始影像階調數 G（i, j） j）：原始影像階調數 B（i, j）：轉換後之半色調階調數 B（i, j）：轉換後之半色調階調數 T：臨界值數值 T：臨界值數值 . 1 0 3. 0 16 5. 0 7 1. （a）. （5）. （b）. 圖 2-2-14（a）原始連續調影像；（b）經誤差擴散法處理所得之半色調影像資料來源：本研究繪製半色調的 FSED 演算方式依序由左到右、上至下掃瞄方式，會產生方向性的紋理影響半色調品質，後續有多位學者提出掃瞄路徑來改善蠕蟲痕紋紋理，如以蛇行方式進行的演算（即左到右、右到左，交錯從上至下的掃瞄方式）。. 第三節數位半色調影像加密技術浮水印技術區分數位浮水印與實體浮水印，數位浮水印可電腦直接判讀加密，對於印刷方式呈現的實體浮水印，影響加密效果的變數比數位檔加密更為複雜（Bulan, Monga, Sharma, & Oztan, 2008），需配合人眼直觀或以特殊工具來偵測防偽特徵，在印刷加密輸出及解密技術仍有許多可以研究的空間。在數位浮水印方面，資訊科技的發達網路無國界，天涯若比鄰連繫在一起，網際網路也是絕佳銷售媒介，企業都將其傳統商業運作延伸推展到網路平台，例如電子購物、電子文件交換、隨選視訊、線上廣告等商機。電子檔案比傳統檔案更容易取得，如何保護智慧財產（著作權），在數位化的資訊環境中特別重要，因此需要數位浮水印保護版權。 15.

(24) 數位浮水印又可分為可視的和不可視的（王清林、陳同孝、盧瑞鹏，2002），可視的數位浮水印類似傳統浮水印，影像上直接增加訊息，不需藉由任何輔助器具讀取；然而，缺點則為會破壞媒體原有的美觀。現今科技普及，影像處理技術已成熟，資料的取得複製、變造相當容易，並不適合用於機密文件檔案。為對數位環境中防偽文件需求，不可視的數位浮水印方法逐一問世，茲分述如下: 一、Glyph Code Xerox Palo Alto 研究中心的 David L. Hecht 學者於 2001 年提出的 Glyph Code ( Hecht，2001 )，將不同變形角度網點來隱藏資料，其原理是在影像中進行點陣調色法二階化，藉由網點角度藏入欲隱藏資訊資訊，左斜向網點「／」表示 1，右斜向網點「＼」表示 0（圖 2-3-1）。亦在編碼過程中加入錯誤修正碼（error correction code, ECC）防止輸出的影像受到刮傷、塗改，印刷不易辨認。. 圖 2-3-1 經過網點的加密灰階影像，左斜與右斜分別代表 0 或 1 資料來源：（取自 Hecht，2001) 二、NaNOcopy™ 2002 年，George K. Phillips 改變局部區塊網點形狀、網點尺寸，以細微字型取代網點，製作具隱藏資訊效果的 NaNOcopy™ 實體浮水印 (Philips，2002)。因為影印機取樣不足（under sampling），細微字型網點的半色調影像，經複印後會呈現模糊（圖 2-3-2），設計方式與 Glyph Code 形成原理相似，在臨界值矩陣中數值排列控制網點形狀，利用特殊網屏建構半色調模擬出連續調影像，有別傳統半色調網點形狀，可設計個人化網點圖像。. 16.

(25) 圖 2-3-2 以網點變形技術構成之 NaNOcopy 實體浮水印資料來源：（取自 Philips，2002) 三、混合網點技術蕭佩琪、王希俊、連啟明（2004）運用 AM 及 FM 混合網點能供輸出用的浮水印，以不同大小與疏密網點來隱藏浮水印圖案，使人眼視覺在一定距離無法辨識出來，由於複印時影像的取樣頻率不同，只能重建尺寸較大的 AM 網點，而呈現原隱藏浮水印，達到防止複印與掃瞄影像的防偽功能（圖 2-3-3）。. (a) 肉眼觀看之效果 (b) 浮水印細部結構圖圖 2-3-3 使用 AM 和 FM 混合網點製作之浮水印資料來源：（取自蕭佩琪、王希俊、連啟明，2004）. (c) 經複印後之效果. 第四節紫外線平版印刷本章節主要是針對目前紫外線平版印刷方式、油墨固化原理、UV光源與乾燥設備、被印材料印刷適性進行探討，以了解目前紫外線平版印刷發展的狀況。一、平版印刷 1960年代，工業上已經開始應用紫外線 (UV) 作為乾燥技術，此技術最早起源於德國木材業上，後來發展成為表面塗料層的硬化技術，稱之為紫外線硬化 (UV Curing)，有別於傳統方式靠氧化乾燥或揮發乾燥更為快速，美國是世界上第 17.

(26) 一個研發的國家，將技術運用在平版印刷上，隨之於 1970 年英國才發展更成熟的技術。由於紫外乾燥技術的不斷創新，才能嘉惠廣大的印刷媒體業。對於平版印刷的成像，印紋為正向文字，印版墨紋內容轉移至橡皮滾筒為反向字型，經由壓力滾筒上的被印材料與橡皮布上油墨壓印反轉成正向文字內容，圖 2-4-1 為印紋呈像示意圖。. 圖 2-4-1 印紋呈像示意圖資料來源:(取自永豐紙業雲端印刷網，2013） http://www.cloudw2p.com/site/printw2p.php 平版印刷機構造是由多支墨輥與水輥所組成，利用水與油墨互斥原理，將供墨系統上的墨輥、勻墨輥、串墨輥與供水系統傳遞微量水膜於印刷版非印紋上（親水)，印紋則是沾上油墨 (親墨)，經由印版上轉移印墨至橡皮滾筒上，再經由壓力滾筒在被材料以適當的印壓印刷物，機上連線 UV 光照射完成乾燥程序，依印刷機結構可分為供紙、供墨、濕潤、壓印與收紙系統。紙張送入印刷機的方式又可分為以下兩大類: (一) 張頁平版:單張供給印刷機可一次性完成彩色印刷，或為翻轉後進行背面彩色印刷的八色或多色印刷機器。 (二) 川流式平版:為商業輪轉機可連續不間斷行兩面印刷，由多單元所組成如報紙及週刊等大量的快速印刷，以圓壓圓的印刷為最迅速，有別於傳統平版平壓、平版圓壓式印刷類型。二、紫外線印刷油墨固化原理紫外線油墨是由顏料、光敏樹質 (齊聚物、光聚合性低聚合體)、單體 (反應性稀釋劑、光聚合單體)、光起始劑 (激活劑)、添加劑等組成（凌云星、薛生連， 2009 )。紫外線可將油墨瞬間固化乾燥，對於 UV 印刷，紫外光乾燥油墨的過程，亦稱為紫外線固化 (curing)，UV 印刷墨能迅速乾燥且可應用之被印材料非常廣泛，UV 印刷油墨中添加光起始劑，被印材料上油墨經特定波長紫外光線照射，光起始劑瞬間產生光聚合反應。UV 印刷墨硬化薄膜緊密附著於被印材表面，對於表 18.

(27) 面異常光滑、吸收力低、不易乾燥之特殊印刷材質有極佳之印刷效果（洪長春， 1999）。UV 乾燥固化已應用在各種傳統的印刷版式，包括凸版、柔性版、無水平版、網版等印刷，只要使用 UV 印墨，須配上 UV 光源，UV 平版印刷即是以平版印刷的架構，使用 UV 印墨，配合 UV 光源乾燥系統而成。三、UV 光源與固化設備紫外線是電磁波的一部份，介於可見光和 X 射線之間（如下圖 2-4-2 所示）， 1970 年國際照明委員會（CIE）把波長 400 nm 到 100 nm 部份分三個區域 : UVA：400nm - 315nm，UV-B：315nm - 280nm，UV-C：280nm - 100nm，近紫外線印刷所使用的油墨固化光源為（UV-A 或 near UV），UV-B 及 UV-C 於目前 UV 印刷製程中較不使用，因為容易對人體及環境造成傷害。. . 圖 2-4-2 太陽光譜 ISO 21438 : 2007 資料來源:(取自 ISO 21438 : 2007）. UV-A 為最低公害污染的紫外線，所發射出來的紫外線能量最小，高壓水銀燈所發射出來的紫外線也聚集在 UV 附近，此波段同屬於長波的範圍，對墨膜或塗佈凡立水有較佳的穿透性（洪長春，1999）。此波段包含 UV 油墨聚合硬化（curing）所需的 UV 輻射，測量此區 UV 光源即可判定 UV 燈管衰減的適用性。依據製造商建議高壓水銀燈管，使用 1500 小時即需更換燈管，以免燈管輸出能量不足造成印刷油墨乾燥不良。 UV 印刷設備使用現況，UV 固化系統中的裝置，藉由燈箱、燈管、反射鏡、電源、控制器和冷卻裝置等部建構而成。根據燈管中所填充物質不同，分為高壓氙氣燈、金屬鹵素燈等，是現行 UV 印刷設備最廣泛的光源裝置，可應用在高速印刷上（張世錩、蔡致邠，2011），其光源頻譜分佈如 (圖 2-4-3 ) 所示。. 19.

(28) 圖 2-4-3 UV 燈管的光源頻譜分佈資料來源：(取自 http://www.olympusmicro.com）四、被印材印刷適性紫外線平版印刷之使用與被印材料表面張力有密切關係，在印刷前通常會對被印材料表面作達因值測試，達因值 38 以上會有比較好的印刷良率，被印材料特性可分為下列四項。. 表 2-4-1 各種聚合物材質的表面張力及極性. 資料來源：取自政大公企中心印刷研討會 (張豐賀，2001) http://61.218.11.75/seminars/S90/s900921c3.htm (一)、電暈處理（Corona discharge）:特殊印墨乾燥時表面張力大約為 32-35dyn/cm 表 2-4-1，為了達到極佳的鏈結，被印材質一般表面張力須高於印墨約 10dyn/cm，可藉由高壓放電來改變表面張力的印刷適性。 (二)、上光處理（Primer coating）:即為上光油墨作為油墨與被印物架橋劑所使用，材質可以是溶劑型、紫外線型或氧化型。 (三)、火焰處理（Flame treatment）:對於厚度薄弱或撓曲佳不耐高溫易變形材料，並不適用此種方法，目前已比較少被運用。 20.

(29) (四)、電漿體處理（Plasma treatment）:經由高頻電壓使氧氣、氮氣體離子化，在真空環境下使用氣體流創處理表面材質，以活化表面材質，適用於金屬、陶瓷、矽膠等，使應用的範圍更廣泛。紫外線並非僅應用於平版印刷，藉由紫外線光源照射光聚合引發劑，而產生化學反應媒合固化，亦見於傳統印刷版式，囊括凸版、彈性凸版、平版、網版等印刷，使用紫外線印刷技術範圍非常廣泛，如紙張、塑膠、卷尺、印刷電路板、銘版、電子零件、金屬表面、鋁箔面印刷等，幾乎可說除了空氣和水無法印刷外，其餘都可以印刷 (陳忠輝、王孟祥、張勇正，2008)。. 第五節紅外線與平版印刷油墨的光學特性球員卡設計具有隱藏資料功能，在一般光源下目視為球員卡外，透過紅外線偵測下，可讀取球員卡上之隱藏二維條碼浮水印。其主要運用紅外線與平版印刷油墨的光學特性來製作紅外線浮水印，因此本章節主要探討平版印刷油墨對於紅外線的光學特性原理，以敘述為何紅外線浮水印在可見光下看不見，卻可在紅外線下顯現。一、紅外線光線是一種輻射電磁波，其波長的分佈自 300 nm（紫外線）到 14,000 nm（遠紅外線）。一般人視覺僅能感知波長為 390 nm～750 nm，簡稱 400 nm（紫）到 700 nm（紅）的範圍為「可見光域」（Visible）（Gong, Laibowitz, & Paradiso,2009 )。紅外線是人類視覺無法觀察的部份，但透過特殊感應器，可以偵察出此段波長的訊息，例如軍用夜視鏡與消防偵測及行車記錄器皆有應用紅外線成像技術等。 1800年，英國爵士威廉．赫歇爾（Sir William Herschel）應用三稜鏡的分光作用研究光譜的熱效應時，發現了紅外線。紅外輻射亦稱紅外線或紅外光，是人類視覺所無法感知的光源，但共存於正常光源。紅外線與可見光、紫外線、X射線、γ 射線和微波等無線電磁波一起，構成了一個連續的電磁波波譜（金台寶，2006）。在電磁波譜中，通常將波長範圍為 0.7～1000 μm（1 μm = nm）的區域稱為紅外光譜區。在紅外線技術中，為利於紅外光波長進行研究，一般將紅外輻射分為三個區域，林志隆（2006）指出如下：「近紅外線區」之波長為 700～4000 奈米（0.7 至 4 微米），「中紅外線區」之波長為 4～40 微米，「遠紅外線區」之波長為 40～ 1000 微米（0.04 至 1 毫米）。各種不同波長的光譜的分佈位置及關係如圖 2-51 所示。. 21.

(30) 紫外光. 可見光紅外光區. 400nm 700nm 圖 2-5-1 光譜示意圖資料來源：（改繪自 Žiljak, Pap, Stanimirović & Vujić, 2012）. 1000µm. 二、色墨在紅外線下的光學特性紅外輻射為電磁波一種，當波穿過物質時，亦將能量傳給物質，振幅逐漸下降，只少部分能量被吸收，稱之媒質對於該種輻射是透明的；如果所有能量都被吸收，稱之媒質為不透明。物質的吸收作用是有選擇性的，也就是它們會吸收某些特定波長的輻射（Fernando, Bart, & Danny, 1998 )。且物質的吸收率取決於該物質的性質，並與波長有關，而與入射光的強度無關（羅梅君，1991）。黑色（black，簡稱 K）油墨，能吸收自然光中所有光波，只有極為少量可反射，故呈黑色，因此，不透明物質的顏色，乃決定於其物質本身所能反射之光波的色澤如何而定（楊暉，1960）。紅外線乾燥製程的引用，平版印刷會利用紅外線加熱降低油墨黏性，因此配合平版油墨吸收紅外線的特性，選擇近紅外線加熱裝置來加速乾燥過程（赫爾穆特．基普漢，2000）。在印刷應用於影像顯示產業方面， Matthew, Vanessa, Scott, Moungi and Vladimir（2010)以噴墨印刷來取代旋轉塗佈，紅外線材料製作多種尺寸的半導體量子點，可減少紅外線材料的使用，並達到影像較佳的清晰度；因為在不同波長紅外線下，人眼感知都呈現同樣色彩，這對安全資訊的顯示非常具有發展潛力，在紅外線下平版印墨的光學特性方面，印刷工業上因青色（Cyan，簡稱 C）、洋紅色（Magenta，簡稱 M）、黃色（Yellow，簡稱 Y）顏料特性之缺陷，三原色混合的黑色並不純，導致暗部較淡，會有濃度不足感。由於碳黑在紅外線下容易被吸收，呈現不透明色，且含有碳黑的 K 墨，常在印刷工業上來增加色彩的黑度值（blackness），對於階調表現相當有幫助，因此碳黑為各種顏料中經常使用的配料（姚秉綱，2005 )。而其它顏色 C、M、Y 油墨並不吸收紅外線 (Zhao et al., 2011)。臺灣壹千元鈔票使用特殊油墨，在油墨中添加具紅外線吸收能力的碳黑，此種紅外線吸收型特殊油墨較難取得，因此可作為一項防偽特徵，效果和本研究欲達到目的類似，但使用特殊油墨印製的方式並沒有利用到數位半色調的概念 (梁鳳儒， 2010) 如圖 2-5-2 所示。. 22.

(31) （a）正常光源下圖 2-5-2 臺灣仟元鈔票資料來源：（取自梁鳳儒，2010）. （b）紅外光線下. 在包裝商品上的應用方面，置於正常光及紅外光線偵測下觀察，黑墨可在紅外光線下顯現出深色的圖像而達到浮水印資訊隱藏效果，與本研究較為有關之研究如圖 2-5-3。. （a）正常光源下（b）紅外光線下圖 2-5-3 商品包裝資料來源：（取自 Jana, Ivana, & Medugorac, 2012). 第六節二維條碼由於本研究主要是以二維條碼作為隱藏浮水印，因此本章節探討一維條碼及二維條碼之起源、原理、分類及應用，以了解現在二維條碼的發展狀況並應用其原理於本研究中。一、一維條碼條碼起源於美國，1970 年美國超級市場公會（Supermarket Institute, SMI）與 IBM 電腦公司聯合發展出一套「統一商品條碼」（Universal Product Code, UPC），這是世界上商業條碼的起源，於 1973 年正式啟用；歐盟各國亦隨之於 1976 年推行「歐洲商品條碼」（EAN），迅速拓展此商品條碼成為商品識別的「國際共通語言」；日本、澳洲於 1981 年也加入 EAN，使 EAN 發展為全球性的「國際商品條碼協會」（International Article Numbering Association, IANA）；臺灣在 1984 23.

(32) 年籌設「中華民國商品條碼策進會」（Article NumberingAssociation of R. O. C.），且於 1985 年加入 IANA 成為會員，中華民國商業自動化至此始形成（呂易理， 1999）。一維條碼（Barcode）為供機械判讀條狀記號，其原理是將數字與英文字母字元規劃成各種粗細不同組合的垂直的黑條紋，將英文字及數字資料的條紋列印在標籤上，透過掃描器的解讀，將它轉換成數位訊號，解碼器依粗細判定以供作自動化輸入電腦或統計機的「識別符號」（呂易理，1999）。一維條碼左起始碼及右終止碼沒有意義，只有第二碼至倒數第二碼的粗細黑白線條有意義。一維條碼有很多種，圖 2-6-1 是一維條碼的例子。目前一維條碼應用於超級市場，可提供便利商店之計價與庫存量，亦應用於郵件分類、表單資料之管理及圖書及稅單之管理、血庫及商品庫存管理、點菜、點歌系統；學生證、身份證、護照及票卷之管理、與物流中心之自動揀貨及倉庫盤點等 (王士峰、王士紘，1997）。. 圖 2-6-1 一維條碼應用書本的例子資料來源：（拍攝自多變量分析方法）二、二維條碼自從 1973 年由美國超市工會推出首套商用條碼系統「統一商品條碼」，一維條碼已成為資料自動收集的重要技術（趙怡晴、陳玲慧，1999）。但一維條碼應用上有些缺點，例如必須透過連線資料庫，才能知道條碼所表達的內容；且表達資訊有限，只能以英文字母和數字，無法表達其他語文和圖像（陳照東，2005）。在 1984 年為了改善一維條碼的缺點，美國汽車工業行動集團（Automotive IndustryAction Group, AIAG）發表了堆疊 39 碼，接著在 1987 年，第一個二維條碼 Code49 問世（趙怡晴、陳玲慧，1999）。我國 1993 年自美國引進二維條碼，它是資料收集自動化的新技術（趙怡晴、陳玲慧，1999）。在左右的粗細、黑白線條、上下黑點與左右上下的線條皆有意義，故可儲存的資料量較大。相較一維條碼至多僅能儲存 28 個字元，二維條碼能存 1000 個字元，莫約 500 個中文字，因此它能夠用來儲存表單、文字與影像資料，將整頁表單的資料濃縮存放在一個條碼內（邱君萍，2004）。二維條碼可以使用雷射或 CCD 閱讀器識讀（陳照東，2005），例如用 30 萬像素以上的照相手機或用筆記型電腦、桌上電腦上的視訊攝影機讀取（何旭如，2007）。二維條碼具有易標籤性，可製成標籤黏貼在物體表面上；且面積較小、高儲存量、不需資料庫、抗損性強、能具錯誤糾正、資料保密、可影印、可傳真、成本低廉等特性，可完全取代 24.

(33) 一維條碼，並達到資訊隨著產品走的功能。應用它可幫助政府機構與企業自動化、提高效率，進而提昇競爭力（趙怡晴、陳玲慧，1999）。二維條碼可分為堆疊式二維條碼和矩陣式二維條碼二種。堆疊式二維條碼是由多行短截的一維條碼堆置而成，其容量可達到 1kb，常用的類型如 QR Code 及 PDF417 等。矩陣式是由黑點的部份代表二進制的 1，而空白部份代表二進制的 0，由點的排列組合可確定代碼的含意，擁有更高的資訊容量編碼，常用的種類如表 2-6-1，一維條碼與二維條碼特性的比較如表 2-6-2。. 表 2-6-1 二維條碼常用的種類資料來源：取自陳富川（2006）名稱. 圖片. 附註. ColorCode. 主要使用於韓國手機。. MagiCode. 主要使用於韓國手機。於 1991 年由 Symbol Technologies 公司的王寅君（Ynjiun P.Wang）博士發明的，屬於堆疊式二維條碼。. PDF417. 由 Toyota 子公司 Denso Wave 一開始 QR Code. 為了汽車零件管理所開發的，屬於矩陣式二維條碼。. QuickMark. 由臺灣的金揚資訊科技股份有限公司所開發。. SemaCode. 由加拿大 Semacode 軟體公司所開發的。. ShotCode. 由劍橋大學的 High Energy Magic 所開發的。. VeriCode. 由美國 Veritec 公司所開發的。. 25.

(34) 表 2-6-2 一維條碼與二維條碼特性的比較資料來源：取自陳家福（2014）項目資料的容量用途抗磨損. 安全性. 解碼識別. 一維條碼. 二維條碼. 容量較小，僅能儲存 28 字元，只能以數字與英文表達。. 儲存量大，不須資料庫，資料全部放在條碼內。. 對產品的標識。. 對商品的描述。. 條碼破損即無法判讀。. 抗損性強，能具錯誤糾正，可將磨損率高達 50% 的條碼正確讀出。. 編碼時可加上密碼，又稱依線條粗細可判讀出意為「安全條碼」，於防偽、義。機密文件、有價證卷等應用。僅能以線形掃瞄器讀取，可用圖像掃瞄儀器，如手如線形 CCD 掃瞄器。機 QR Code 照相功能。. 二維條碼已被廣泛應用於銷售、進出貨管理、郵務系統、醫療物品與化學藥品管理、公文表單管理、身份與信用卡認證等，可由智慧型手機執行閱讀、記錄、輸入甚至連結網址，應用於行動資訊服務，在先進國家如日韓等國，已成為大眾生活習慣的一部份，有照相功能手機更是機乎所有人都有。另因愈來愈人會使用郵票寄信，在 2013 澳洲郵政搶在寄送聖誕節禮物高峰前推出「視訊郵票」（Video Stamp），主要是應用 1 組 QR Code 特殊程式，寄件者下載程式預先錄製一段祝福影像及問候的話，收件者收到禮物同樣以智慧型手機掃描 QR Code，便可收看到這段影音。(如圖2-6-2 ). 圖 2-6-2 郵票兼收看影片圖片來源：(取自蘋果日報 http://www.appledaily.com.tw/appledaily/article/international/20131113/35435029/). 26.

(35) 2012 年 Android 系統之智慧型手機可下載 LINE 互動程式，在手機上顯示條碼或在雲端社群網站顯示自己的條碼 (如圖 2-6-3)，方便另一個欲加好友進行拍攝掃瞄，以達到文字簡訊、通話、視訊互動。此外，二維條碼目前在多數印刷品上所呈現，再以光學方式讀取其中資訊；然而以黑白點所呈現的條碼不美觀，因此本研究使用的紅外線浮水印隱藏技術，相當適合將二維條碼應用於生活中。. 圖 2-6-3 二維條碼的應用實例圖片來源：研究者自行拍攝 . 27.

(36) 第參章研究方法 . 本研究目的是以平版印刷機，將設計具有資料隱藏功能的球員卡印出，以 KCMY 色墨所建構的濃度導表印在 PVC (Polyvinyl Chloride) 材料上，從中挑選出最佳的組合參數，以製作 QR code 二維條碼與 K、C、M、Y 彩色版面，運用 Matlab 程式聯集，疊印於最上層。除在可見光下目視為球員卡外，並在紅外線偵測下解密球員卡上之隱藏二維條碼浮水印。本章節分為研究流程、研究工具、研究步驟、資訊隱藏、球員卡內容設計、印刷輸出與數據量測、偵測與解密來論述本研究實驗之程序。. 第一節研究流程研究之流程包括確定研究主題、文獻蒐集、紅外線浮水印設計、紅外線濃度匹配導表實驗、選取最佳灰平衡、聯集球員卡與浮水印合成、平版印刷輸出球員卡測試、測試隱藏效果、及撰寫論文等步驟（如圖 3-1-1）。確定研究主題文獻蒐集紅外線浮水印設計紅外線濃度匹配導表實驗選取最佳灰平衡聯集球員卡與浮水印合成平版印刷輸出球員卡測試測試隱藏效果撰寫論文圖 3-1-1 研究架構流程圖圖片來源：研究者整理. 28.

(37) 第二節研究工具研究設計具有資料隱藏功能的球員卡，必須配合印刷油墨的光學特性來隱藏資訊。在軟體方面，本研究以 Matlab R2012a 程式語言軟體進行影像處理，包含設計二維條碼及製作紅外線浮水印網點。Adobe Photoshop CS6 影像軟體則應用於製作紅外線浮水印，Adobe Illustrator CS6 繪圖軟體則應用於設計球員卡圖文等應用。在硬體方面，平版印刷機是製作紅外線浮水印的工具，其中 KOMORI Lithrone S26 四色張頁平版印刷機（圖 3-2-1）印出影像，所使用油墨為 Toyoink 四色墨，其中黑色油墨含有碳黑成分，故適合本研究輸出隱藏底紋，被印材為南亞塑膠所製作的 PVC 不透明白色材料（厚度 0.28mm）。在紅外線取像硬體中，本研究使用 IRD 2200 紅外線偵測器（圖 3-2-2）偵測浮水印隱藏資訊是否製作成功，阻絕可見光只擷取紅外線波段訊號。X-Rite 分光光度計（圖 3-2-3）則供研究者測試浮水印網點濃度值。本研究所使用的設備及工具整理如表 3-2-1。. 圖 3-2-1 KOMORI Lithrone S26 張頁四色平版印刷機圖片來源：(取自 http://www.komori.com/contents_com/product/lithrone_s/s26_29.htm 2013 年 12 月 20 日). 29.

(38) 圖 3-2-2 IRD 2200 紅外線偵測器圖片來源：本研究. 圖 3-2-3 X-Rite SpectroEye 分光光度計圖片來源：本研究表 3-2-1 研究所使用的硬體及軟體設備廠牌軟體. 硬體. 規格. 品名. Matlab. R2012a. Adobe. Photoshop CS6 影像軟體. Adobe. Illustrator CS6 繪圖軟體. Screen. LD-M1090. 底片輸出機. 旺昌. W-PF-3848. 晒版機. 程式語言軟體. TUNG SHUNG 88 PSBN. 沖版機. KOMORI. Lithrone S26. 紫外線平版印刷機. Toyoink. FDO. 紫外線平版油墨. 南亞塑膠. PVC 0.28mm. Ribao X-Loupe G. IRD 2200. 被印材料紅外線偵測器. 300. 可攜式顯微鏡相機. X-Rite. SpectroEye. 分光光度計. 30.

(39) 第三節研究步驟本研究使用實驗法，以半色調技術製作紅外線數位浮水印，主要概念是利用油墨在紅外線下不同的光學特性製作混合網點，球員卡在紅外線光源下觀察時，可以清楚呈現碳黑油墨組成的隱藏訊息。製作具加密資訊之二維條碼紅外線浮水印，以網屏角度 0 度的臨界值矩陣運算出 AM 網點與 FM 網點，在各種不同臨界值矩陣尺寸產生的網點與中性灰進行匹配實驗，以尋求最佳之臨界值矩陣尺寸。於印製浮水印時，最需要注意網點擴大的問題，網點擴大在印刷製程中，是指在底片上和印版上或底片上和被印材上之網點面積差異。當網點尺寸大於設定值時，就會影響網點的濃度和印刷品的色調。謝顒丞與吳玉如（2004）指出在平版印刷上，網點擴大會是影響印刷品質關鍵要素之一，直接影響清晰度和細緻調的遺失、色彩的改變、對比的改變、印墨色彩及印墨濃度等問題。因此需考慮數位影像經由輸出設備輸出時，會受到印前、印刷、印墨及被印材等因素的影響，而產生不同的網點擴大（dot gain）。進行視覺灰平衡試驗，經測試與調整網點，經印刷機產生網點擴大後，得到最佳隱藏紅外線數位浮水印效果之匹配參數，將以紅外線浮水印隱藏於圖片中。接下來，再進行浮水印與球員卡整合應用，並以紅外線偵測進行取像，來驗證是否能順利解密。綜合以上所述，圖 3-3-1 為本研究之實驗步驟流程圖，主要分為資訊隱藏二維條碼、數位半色調過網、網點匹配導表、設計浮水印與球員卡、印刷輸出球員卡與偵測解密。. 31.

(40) 資訊隱藏二維條碼. 數位半色調過網. 網點匹配導表. 設計浮水印與球員卡. 印刷輸出. 偵測解密. 無訊息顯示. 否. 是二維條碼訊息顯示圖 3-3-1 實驗步驟流程圖圖片來源：研究者整理. 第四節資訊隱藏一、二維條碼為兼具創意性，本研究所製作全隱藏訊息浮水印，素材為盧彥勳官網網址 http://www.rendylu.com/，經由條碼器製作出的 QR code 如圖 3-4-1，將條碼影像轉為點陣圖提高解析度，供為製作灰階浮水印並置入於球員卡當中。. 32.

(41) 圖 3-4-1 盧彥勳官網網址轉換 QR code 結構資料來源：本研究製作二、設計浮水印與網點匹配導表因為印刷條件無法具一致性，故需先製作灰階校正導表，以尋求網點擴大的混合網點最佳參數組合。本實驗在製作紅外線浮水印及印刷輸出時，是使用不同網線數的 AM 與 FM 網點來將浮水印嵌入同一膠片中。然而 AM 網點特性是網線數越高網點越小；反之，網線數越低網點會越大。且人眼視覺敏感度在一定距離外是無法分辨網點的微結構，因此採用 AM 與 FM 網點構築灰階校正導表將浮水印資訊隱藏。由過去實驗（張家龍，2008）所得知，在理想狀況下底紋濃度越低，隱藏效果越好，但以 1% 黑網點濃度為例，經過 8 8 臨界值矩陣過網，因線數過低，導致不易被機器所讀取，因此失去隱藏效果；相反地，應用 4 4 臨界值矩陣過網，雖然能提高線數，但隨之碳黑網點濃度也深，並不適合作為隱藏浮水印，最後採取 16 16 臨界值矩陣運算以 5%K 濃度作為標準。本研究採用 KOMORI Lithrone S26 四色張頁平版印刷機，以解析度 1200dpi 輸出灰階校正導表，因 1200dpi 可以產生較細緻的網點，印製紅外線浮水印也以 1200dpi 輸出。底紋部分使用 16 16 臨界值矩陣來進行 AM3%、5%、7%半色調過網，其餘部分由 C、M、Y 的 FM1%~8% 網點混合組成中性灰，製作成 648 個小區塊的灰階校正導表輸出如圖 3-4-2，周圍有色彩之校正導表作色彩管理控制，以確保本研究之印刷輸出，符合色彩正確性。其網點數值第一碼數字代表青色網點，第二與第三碼各代表洋紅與黃色網點，對照表如圖 3-4-3，將輸出之灰階校正導表置於光學顯微鏡下觀察，導表網點結構示意如圖 3-4-4 所示。. 33.

(42) (a) K3% 與 CMY1-6% (b) K 5% 與 CMY2-7% 圖 3-4-2 PVC 材料網點導表資料來源：本研究製作. (a) K 3% 與 CMY1~6% (b) K 5% 與 CMY2~7% 圖 3-4-3 PVC 網點數值對照表資料來源：本研究製作. 34. (c) K 7% 與 CMY3~8%. (c) K7% 與 CMY3~8%.

(43) AM 5% K. CMY 圖 3-4-4 顯微鏡下的調幅網點（K 墨）和調頻網點（C、M、Y 墨）資料來源：本研究製作在灰階校正導表實驗中，由過去文獻所示，張家龍 (2008）了解臨界值矩陣過網效果會對浮水印造成影響，若網點設計不佳，容易產生錯網會造成浮水印品質不佳;墨點不均勻則會在浮水印邊界產生相銜重疊，因此採用叢聚式點陣調色法控制浮水印 AM 網點之分佈，防止浮水印產生相銜的黑邊，其結構如圖 3-4-5。. 1. 2. 圖 3-4-5 網點結構示意圖資料來源：本研究製作. 第五節球員卡內容設計本研究之球員卡設計，主要以臺灣網球選手盧彥勳在 2010 年溫布頓網球錦標賽晉級前八強為主題，經盧彥勳本人肖像授權後，盧詩雲（2014）設計以色彩明亮的藍底色與鮮紅為主，球場上英姿製作一套正反面專屬球員卡如圖 3-5-1（a、 b）。 35.

(44) 盧彥勳從小就展露出好強不服輸的個性，在父親盧慧源的教導下，以不荒廢學業為前提繼續打球。但在 2000 年父親的驟逝讓家中頓失經濟來源，因此他不得不放棄出國留學和就讀臺灣大學等選擇，於是選擇就讀國立體育學院並且轉入職業網壇 (維基百科，2014)。盧彥勳在職業賽事中歷經多次考驗才取得第一分，所以每站比賽都必須先從會外賽打起，連打贏兩場比賽之後，才可打進會內賽，雖然有打進會內賽，然而先後在印尼、日本與中國第一輪遇到頭號種子就落敗，而無法獲得積分，鍥而不捨直到土耳其才拿下職業生涯的第一分，憑靠著努力不懈與永不放棄的奮鬥精神才達成夢想。於 2010 年踏上溫布頓網球場時，憶起小時後與老爸在電視機前觀看網球賽熟悉的場景，父親一定在看我比賽，擊退羅迪克那一刻仰首親吻食指並指向天際，以慰告天上的父親，這是盧彥勳與父親之間男人的約定。. (a) 球員卡正面. (b) 球員卡背面. 圖 3-5-1 盧彥勳球員卡版面設計圖片來源：(取自盧詩雲，2014) 彩色版面空白框位，是為了結合盧彥勳全像片印刷所預留設計，由於全像片具有光影變化，須前置作業打板、貼模，真空濺鍍鋁將每一模固定位置，才能做為平版印刷被印材料，但由於背面真空濺鍍鋁層達因數低於平版印刷條件 34 達因值，且低於所測試 30 達因，僅以網版印刷白底在正面材料上，背面以有膠覆膜 0.1mm 印白底，運用透明材料印刷以夾層組成貼合，再將卡片以高溫壓合作業完成全像卡片。. 第六節印刷輸出與數據量測為使實驗能順利進行，本實驗所使用器材條件固定如下: （一）底片輸出機（CTF）:固定兩個星期做一次清潔保養，水質以濾淨器過濾，固定一個月汰換濾心，輸出網點導表供網點濃度計測量，有異常才會請恆昶 36.

(45) 原廠進行調整雷射光源校正，以保持最佳狀態。（二）印版：DIC PS 版 0.3mm UV 專用印版。（三）印刷機：KOMORI Lithrone S26，對開四色 UV 張頁式平版印刷機。（四）被印材料 PVC：使用南亞塑膠所製作 PVC 被印媒材，材料厚度為 0.28mm 達因值為 36（達因數夠，無需上任何架橋劑可直接印刷），尺寸 540 320mm 供給印刷機輸出。 . 圖 3-6-1 達因筆資料來源：本研究（五）UV 油墨：本實驗使用日本 TOYO 東洋公司生產之油墨，FD-O 塑膠材料專用油墨，墨色顏料耐酸鹼，顏色鮮艷，無需加入任何添加劑與滑劑（皮膜強化劑）。（六）黏度值：K 為 9、C 與 M 各為 9.5、Y 為 8.54。（七）橡皮布：1.9m/m 氣墊式。（八）印刷墨色順序：K > C > M > Y。（九）印刷速度：7000 張/小時。（十）印刷室溫度：25゜C。（十一）印刷室濕度：65% RH +/- 3。（十二）印刷壓力：0.15mm。（十三）水箱的控制條件： ( 1 ) 水箱溫度 10゜C±1。 ( 2 ) 異丙醇濃度 12.5% ± 2.5。 ( 3 ) 電導度 1700 uS/cm。 ( 4 ) 水槽液 pH 值 5.5。（十四）UV 固化裝置：實驗採用 KOMORI Lithrone S26 四色 UV 張頁式平版印刷機，機上連線紫外光乾燥設備，裝置三組聚光型不鏽鋼罩高壓水銀燈照射強度依電壓調整可做四段控制（40w/cm、60w/cm、80w/cm、100w/cm），在收料台前端三組全開以 100w/cm 功率進行乾燥。 37.

(46) 第七節偵測與解密盧彥勳球員卡平版印刷方法製作完成後，使用 IRD 2200 紅外線偵測器在紅外線光源環境下，進行檢視 PVC 全像材料上浮水印，以驗證研究目的是否完成，達到宣告版權，並確認使用紫外線平版印刷方式是否可以進行量產，如圖 3-7-1 卡片製作示意圖。. 正面設計二維條碼. 訊息顯現. AM&FM. 混合網點. 平版印刷球員卡. 背面. 圖 3-7-1 卡片製作示意圖資料來源：本研究製作. 38. 紅外光偵測.