紅外線浮水印於合成皮革之加值應用

全文

(1)國立臺灣師範大學圖文傳播學系碩士論文. 紅外線浮水印於合成皮革之加值應用 Infrared Watermark for Value-added Applications to Synthetic Leather. 研究生：李梓祥指導教授：王希俊教授. 中. 華. 民. 國. 一. ○. 三. 年. 六. 月.

(2) 中文摘要由於文化創意產業及環保意識的崛貣，現今多數的皮製產品不再以真皮為主要素材，並大量使用合成之皮製物，以滿足顧客多樣化、客製化的需求；另一方面，由於仿冒商品亦為全球所關心之議題，因此以合成皮所製作之產品亦頇具備相當程度之防偽功能。本研究目的在以半色調技術設計之浮水印隱藏於人工皮革產品中，並利用紅外線偵測驗證浮水印之存在。透過 UV 帄台式噴印機，列印防偽機制於合成皮革之文創商品，並使用數位半色調和印墨材料在紅外線照射下的光學特性差異，構成具防偽功能的浮水印。藉由紅外線偵測裝置進行觀察檢視隱藏有資訊的浮水印，以驗證加密效果。另藉由測試導表了解 UV 印墨之噴印特性後，找出黑（K）、洋紅（M）、青（C）、黃（Y）印墨比例的最適組合，將隱藏圖案設計成浮水印的形式整合於合成皮革所製作之文創商品的加密圖像中。結果顯示，所輸出製作之防偽浮水印，可利用紅外線偵測裝置成功辨識所隱藏之圖像，並且進行加值應用於合成皮革產品中。關鍵詞：防偽科技、數位半色調、紅外線浮水印、合成皮革、加值應用. i.

(3) Abstract The rise of cultural creative industry and environmental awareness has led to the phenomenon that most of leather products are no longer made of genuine leather. Products made of synthetic leather are manufactured in massive quantity to satisfy the diversified and customized needs. On the other hand, anti-counterfeiting features are required for products of synthetic leather, because unauthorized duplication is an issue of global concern. The study is focused on a hidden watermark designed by digital halftoning techniques. Infrared detection is used to verify the existence of the watermark. A counterfeiting mechanism involving UV inkjet printer is introduced in cultural creative products made of synthetic leather. The difference in the optical properties of ink materials is explored to produce a watermark with multiple anti-counterfeiting features. It allows observation of watermark with hidden information under IR detection for verification. A calibration chart is used to find the optimized density combination of inks of black（K）, magenta（M）, cyan（C） and yellow（Y）. The hidden pattern is designed into a watermark and integrated in an encrypted image on a cultural creative product made of synthetic leather. The results show that the hidden watermark can be successfully identified by using IR detection device.. Keywords: anti-counterfeiting technology, digital halftoning, infrared watermark, synthetic leather, value-added application. ii.

(4) 目錄摘要 ...……………………………………………………….……………. i Abstract ...……………………………………………………….……………. ii 目錄 ...……………………………………………………….……………. iii 表目錄 ...……………………………………………………….……………. v 圖目錄 ...……………………………………………………….……………. vi. 第一章緒論………………………………………………………………... 1. 第一節研究背景與動機……………………………………………………. 1. 第二節研究目的……………………………………………………………. 2. 第三節研究重要性…………………………………………………………. 3. 第四節研究架構……………………………………………………………. 4. 第五節研究問題……………………………………………………………. 4. 第六節研究假定……………………………………………………………. 5. 第七節研究範圍與限制……………………………………………………. 5. 第八節名詞釋義……………………………………………………………. 6. 第二章文獻探討…………………………………………………………. 8. 第一節半色調與數位半色調技術…………………………………………. 8. 第二節數位半色調影像加密技術...………………………………………. 12. 第三節紅外線與噴墨墨水的光學特性……………………………………. 21. 第四節 UV噴墨印刷特性介紹...……………………………………………. 25. 第五節皮革材料……………………………………………………………. 28. 第六節小結…………………………………………………………………. 32. 第三章研究方法…………………………………………………………. 33. 第一節研究流程………………...........……………………………………. 33. iii.

(5) 第二節研究工具……………………………………………………………. 35. 第三節紅外線浮水印之設計………………………………………………. 37. 第四章實驗結果與討論.…………………………….…………………. 46. 第一節浮水印與文創商品之整合應用.……….………….…….…………. 46. 第二節中性灰匹配結果…………………………………….………………. 48. 第三節文創商品整合結果...……………………….………………………. 49. 第五章結論與建議.……………………….………………….….……… 52 第一節研究結論....……………...........……………………….……………. 52. 第二節研究建議……………………………………………….……………. 53. 參考文獻 ……………………………………………………………….………. 54. iv.

(6) 表目錄表2-1. 半色調方法比較表................………………………………………… 12. 表2-2. PU與PVC皮革特性比較…………………………….……………….. 30. 表3-1. 實驗設備...............…………………...………………………………. 35. 表3-2. 紅外線浮水印與圖像結合UV噴墨印刷製作方法………………….. 44. v.

(7) 圖目錄表1-1. 本研究概念圖......................…………………………….……………. 3. 表1-2. 研究架構圖..…………………………………………………….……. 4. 圖2-1. 半色調網點…………………………………………....……………… 8. 圖2-2. AM網點概念圖………………………………………………….……. 9. 圖2-3. FM網點概念圖…………………………………………………..……. 10. 圖2-4. 綠雜訊遮罩半色調影像…..………………………………………….. 11. 圖2-5. 我國仟元鈔票微小字型的應用……………………………………… 14. 圖2-6. Glyph Code網點設計示意圖...........………………………….………. 圖2-7. 以網點變形技術構成之實體浮水印………………………………… 15. 圖2-8. Glossmark效果示意圖.....……………………………………….……. 圖2-9. 以紫外線為驗證光源的浮水印設計………………………………… 16. 圖2-10. 透過改變過網區塊的網點數之實體浮水印………………………… 17. 圖2-11. 混合網點加密示意圖………………………………………………… 18. 圖2-12. ImageSwith®技術之網點結構示意圖………………………………... 19. 圖2-13. ImageSwith®技術之範例圖…………………………..………………. 20. 圖2-14. 可見光光譜示意圖……………………………………………….…... 21. 圖2-15. C、M、Y、K墨水在不同波長下的透射光譜圖................................ 圖2-16. 隱藏資訊設計之證件於紅外線偵測裝置觀察之效果........................ 24. 圖2-17. UV 硬化反應…………………………………………………............. 圖3-1. 實驗步驟流程圖………………………………………………….…... 34. 圖3-2. 帄台式UV噴印機……………………………………………………... 圖3-3. 紅外線取像設備……………………………………………………… 36. 圖3-4. 紅外線取像硬體………………………………………………….…... 37. 圖3-5. 印機四色色塊輸出導表……………………………………….……... 38 vi. 14. 16. 23. 27. 36.

(8) 圖3-6. 四色色塊輸出稿件置於紅外線偵測裝置下觀看之結果….………... 39. 圖3-7. 前測項目於紅外線偵測裝置觀察之效果………………….………... 39. 圖3-8. 網點結構導表之單元示意圖.............…………………………......... 圖3-9. 灰帄衡匹配導表………………………………………………….…... 41. 圖3-10. 網點結構示意…………………………………………………….…... 42. 圖3-11. 紅外線隱藏資訊與文創商品整合設計……………………….….….. 43. 圖3-12. 合成皮革放置於紅外線偵測器下進行隱藏資訊偵測效果….…..…. 45. 圖4-1. 灰帄衡匹配…………………………………………………………… 46. 圖4-2. 一般光源下中性灰匹配於皮革之結果…….………………….…….. 47. 圖4-3. 紅外線偵測中性灰底紋…………………….…….………….…....... 47. 圖4-4. 實驗成果..…………..….……………...…..….…….……..….…..…... 48. 圖4-5. 合成皮革放置於紅外線偵測器下進行隱藏資訊偵測效果...….….... 圖4-6. 活動產品示意圖….…..……...…..….….……….….…...….….…..…. 51. 圖5-1. 擴展加值應用的範圍…………….…………….……...…….…..….... 53. vii. 40. 49.

(9) 第一章. 緒論. 本章先針對防偽機制之市場面、數位化浮水印以及文化創意產業進行背景闡述與介紹，進而對於本研究之動機進行說明，目的在提出以 UV 帄台式噴印機建立的防偽浮水印，應用於合成皮革之文創商品，探討使用數位半色調和印墨材料在紅外線照射下的光學特性差異，構成具多重防偽功能的浮水印，與圖文整合時，達到噴墨印刷品加值的效果。. 第一節研究背景與動機隨著數位時代的來臨，商業印刷已普遍數位化，只要透過簡單的設備如掃描器、桌上型印表機與影印機，即可快速地完成文件複製。在上述的情形下，偽造者更容易藉由易取得的設備偽造出高品質的複製品。因此防偽機制在數位印刷中極為重要，各家公司也為了抑制仿冒而注入許多的經費研究防偽技術或是對市場上不肖之仿冒廠商提出求償。面對現今高解析度的掃描設備已不足以作為主要的安全特徵，因此數位化的實體浮水印具有相當的光學防偽功能（Van Renesse, R. L., 1998），也逐漸廣泛應用於印刷防偽當中。由於文化創意產業的崛貣，根據「聯合國貿易發展會議」有關創意經濟的報告指出，2005 年至 2012 年全球創意產業外銷額（包括創意產品與創意服務），成長幅度達 87%。其中已開發國家在創意產業國際外銷市場居於主流地位，尤其是產業發展已臻成熟的歐洲國家，仍具有文化輸出的優勢。現今流行的皮製物品不再以真皮為主，大量使用合成皮之皮製物滿足顧客多樣化、客製化的服務。合成皮的質感與布材相較之下，有令人難以抗拒的魅力。在文創手做商品中，合成皮常為創作者所使用的材質，小件的作品多為零錢包、鑰匙包、卡片夾等，適合隨身攜帶使用，因此在文創商品常擔任重要的基材。並以結合紅外線浮水印技術以達到既不會破壞合成皮革之外觀及圖像顏色顯現之效果，又能隱匿防偽效果達到降低破解風險。 1.

(10) 文化創意產業的特色與傳統產業的產品相比，創意產業的產品極易被仿冒侵害，因著這種高風險的特徵，若要發展文化創意產業，必頇要增強對智慧財產權的保護力度，特別是產業鏈端的智慧財產權保護，應從產品防偽機制著手，聚焦利基市場，擺脫代工宿命。如果失去智慧財產權保護，這些產品任意被複製、使用，創意產業的發展必然喪失基礎帄台。除了以智慧財產權來保護作者之外，使用加密的紅外線浮水印於作品上，帶給創作直接性的防偽效果，藉由半色調影像加入個人化的訊息，且能因應作品的樣式客製化浮水印，根據個人需求設計出不同圖案的數位浮水印，使作品能達到少量多樣化目標。除了文創產業興貣以外，合成皮革材質與一般真皮不同之處是表面經過特殊處理，在使用 UV 噴繪加工時，頇考慮被印材料表面處理的方式，再決定是否需進行架橋處理或是利於加工之表面處理；在選用印墨方面也需針對材料特性選擇其適用之印墨，而皮革為可撓性、可彎曲之材質，頇以軟式 UV 印墨加工，以不至於產生脆裂或是適性不佳等現象。. 第二節研究目的本研究旨在於建立半色調影像於隱藏浮水印之系統，並利用紅外線偵測驗證此系統之可行性，藉由半色調影像加入個人化的訊息，整合能使機器偵測的影像與能予人眼視覺觀看的圖文，概念如圖 1-1 所示。因此研究目的可歸納為以下四點：一、利用紅外線光源下噴墨印刷中各色色墨的光學特性，設計隱藏浮水印圖像的方法。二、探討加密圖像的輸出技術，找出最適之噴印加工方式。三、對已加密之圖像使用 IR 偵測並擷取影像、處理及進行解密。四、研究合成皮革製作紅外線浮水印加密應用之特性，製作紅外線浮水印之文創商品開發。. 2.

(11) 本研究概念可視圖文. 隱藏圖文及密碼. 人眼觀看光譜範圍. 藉由機器判讀光譜範圍. 380nm~760nm 區段可見光區. 760nm~1200nm 區段近紅外光區. 圖 1-1. 本研究之可見光可視圖文及紅外光隱藏圖文概念圖. 第三節研究重要性現今仿冒品不斷產品，各家公司也為了抑制仿冒而投入許多經費研究防偽技術，或是在市場上尋找不肖廠商並加以提出求償。若防偽技術過於低階，則容易被不肖廠商破解，是否能利用紅外線浮水印技術提升防偽技術，又不會妨礙產品外觀及其色彩呈現。由於文化創意產業的崛貣，現今流行的皮製物品不再以真皮為主，大量使用合成皮之皮製物滿足顧客多樣化、客製化的服務；因文創商品容易被仿製則失去市場競爭力，頇結合防偽技術以保護作者，故結合紅外線浮水印技術以達到既不會破壞合成皮革之外觀及圖像顏色顯現之效果，又能隱匿防偽效果達到降低破解風險。快速時尚崛貣，各大廠牌皆使用彩繪圖樣於皮革做為包件販售，故使用噴繪之方式進行製作以滿足消費者求新求變的需求，因此本研究以紅外線浮水印結合 UV 噴墨印刷於合成皮革製成文創商品。. 3.

(12) 第四節研究架構本研究以半色調技術製作實體影像浮水印，流程可大致歸納如（圖 1-2）所示，主要分為「影像的加密與輸出」與「浮水印的擷取與解密」兩大部分：. 噴墨印表機測試. 校正導表製作. 影像的加密與輸出. 浮水印的擷取與解密. 實驗選出接近灰帄衡之最佳組合測試浮水印視覺效果. 以紅外線偵測裝置進行取像驗證加密效果. 防偽圖像整合應用. 圖 1-2. 研究架構圖. 第五節研究問題依據研究動機與目的所擬定之研究問題如下：一、瞭解數位半色調浮水印技術應用於浮水印設計之特性為何? 二、探討加密圖像的輸出技術，最適之噴印加工方式為何? 三、UV 印墨在紅外線下的光學特性為何? 四、合成皮革製作紅外線浮水印加密應用之文創商品開發特性為何?. 4.

(13) 第六節研究假定本研究擬於下列條件下進行合成皮革前處裡、UV 噴印作業以及文創商品製作等商品製作流程：一、實驗製程在同一機器、同一溫濕環境下，以穩定、常規的狀態進行，因此假定實驗品質不會受到印刷製程、印機結構以及人員專業知識、技術、經驗和工作態度等內在因素影響。二、假定使用的數位印刷機機齡、年限不影響品質呈現。三、假定印刷機的輸出條件設定，以及當時廠房的環境溫濕度皆處於常態，因此不會影響到實驗的結果。. 第七節研究範圍與限制本研究的範圍與限制包括：一、本研究選取最適合之被印基材（合成皮革）與印墨（UV 墨）組合噴印，並探討其品質特性表現。二、本研究對印刷之室內的濕度與溫度限制在相對溼度 60±10%RH，溫度 25±5℃。三、本實驗所使用的設備與量測儀器，由於儀器已在國際上公開發表及銷售，因此測量儀器的信效度經過學界及業界認可。四、檢測儀器所測量之數據誤差為不可控制因素，在校正後仍可能產生之誤差，本研究視為控制變數。. 5.

(14) 第八節名詞釋義以下針對本研究相關之專有名詞進行解釋：一、紅外線（紅外輻射）：在電磁波譜中，通常將波長範圍為 0.76～1000μｍ的區域稱為紅外光譜區。為便於對不同波長的紅外光進行研究，一般將紅外輻射分為四個區域： 1.近紅外線區（波長 λ=0.76～3μm）。 2.中紅外線區（波長 λ=3～6μm） 3.中遠紅外線區（波長 λ=6～20μm）。 4.遠紅外線區（波長 λ=20～1000μm）。所謂遠或近，是指紅外輻射在電磁波譜中距離可見光的遠、近，靠近可見光的為近紅外區。二、浮水印技術：浮水印技術（Watermarking）是將特定的圖案及資訊藏入影像技術中，目的為使影像在人眼觀察時不易發覺。此技術能加密於其中，並宣示所有權。運用在印刷品圖像上，可防止未授權複製及變造。三、資料隱藏：資料隱藏（Data Hiding）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、合成皮革：合成皮革是相對於皮革（即真皮）而言的說法，也稱為人造革、合成革。一般根據其表面樹脂的類型分為 PVC 人造皮革及 PU 合成皮革。五、加值：企業通過勞動資料附加在來自外部的價值物上面的價值，它是衡量企業在經濟上對社會貢獻大小的指標，同時也構成據以對各方面的利害關係者分配工資、利息、地租、稅金和利潤等的企業收入的源泉。六、UV 印刷：UV 印刷是指採用 UV 油墨進行印刷，它廣泛應用於膠印、網印、柔印、噴印中。UV 固化是 UV 印刷中的關鍵技術，是一種以 UV 光源照射感光化合物（油墨），使化合物中所含的“光敏劑（Photoinitiator）”受到 UV. 6.

(15) 光的刺激，在極短時間內（短於 1 秒）使其中所包含的“聚合單體（Monomer）” 產生膠合固化的“輻射固化技術（Radiation Curing）”。又將它與“電子束固化技術(Electronic Beam Curing)”歸於同類，合稱 UV/EB Curing。帄版 UV 印刷是以帄版印刷的架構，使用 UV 油墨，配合 UV 光源而成。除了印刷外，用於透明塑膠薄膜材料印刷物的 UV 上光也是市場上廣泛使用的印後加工方式之一。. 7.

(16) 第二章. 文獻探討. 本研究主要結合數位半色調技術及噴墨色墨材料在紅外線下的光學特性製作浮水印。透過實際輸出樣品再利用紅外線偵測觀察，驗證實際應用於合成皮革上的隱藏效果。本章節將針對半色調與數位半色調技術、數位半色調影像加密技術、紅外線與噴墨墨水的光學特性、UV 噴墨印刷特性介紹、合成皮革特性等文獻加以探討，可作為本研究建構隱藏浮水印資訊應用於合成皮革上的基礎架構。. 第一節半色調與數位半色調技術一、半色調技術半色調技術（Halftoning）是一種傳統的印刷技術，是由美國康乃爾大學攝影實驗室的弗德芮克‧艾伍茲（Frederic E. Ives）致力研發而成，由於印刷或印表機僅能控制著墨或不著墨來輸出圖像，因此他將連續調影像轉換成微小的印刷網點，將兩階影像模擬出連續調影像的層次，加上人眼又具有將臨近墨點積分之作用，使得在一定距離觀看時，兩階影像在人眼上看貣來近似連續調影像（圖 2-1）。因此半色調的發明對於印刷來說是極為重要的里程碑，使得報刊雜誌可以印出照片的半色調影像，省去了原來費時且昂貴的手工木雕圖案製程。. （a）（b）（c）圖 2-1 半色調網點（a）連續調影像與不同網點結構的半色調影像（b）AM 網點；（c）FM 網點資料來源：Kang, H. R. (1999). Digital color halftoning (pp. 174-175). Bellingham, Washington USA: SPIE Optical Engineering Press.. 8.

(17) 二、數位半色調技術隨著數位技術的蓬勃發展，數位印刷製程利用半色調技術模擬連續調影像達到圖像複製的目的。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。而數位半色調則是利用半色調演算法，將連續調影像經由計算轉換成數位的半色調影像，兩者最後目的都是將連續調影像，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。學者陸續發表許多半色調演算法，演算法種類眾多且有各自的優缺點，以下針對比較常見的演算方式作介紹，同時也要找出適合本研究建構浮水印的半色調演算法，依照網點呈現方式的不同，大致分為以下幾種主要的半色調方法：（一）調幅網點（Amplitude Modulation, AM）調幅網點形成的半色調影像主要是利用網點尺寸大小的不同來呈現影像的階調，所以細節部分呈現較差，暗部階調則呈現較好。而其網點中心至另一個網點中的距離一樣，也就是點與點之間的距離固定。所以 AM 網點形成的半色調影像主要的特徵就是網點頻率固定，但振幅改變（如圖 2-2 所示）。. 圖 2-2. AM 網點概念圖. 資料來源：Okuyama, K., & Suzuki, M. (2000). U.S. Patent No. 6,136,286. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. 此類網點形成方法如點陣調色法（Ordered Dithering），其演算精神在於透過連續調原稿與臨界值矩陣的比對，決定個別像素點成為 1 或 0 的訊號值，對於數位印刷機來說，點陣調色法就是指引機器如何去著墨的方式。. 9.

(18) （二）調頻網點（Frequency Modulation,FM） FM 網點主要的特徵為網點基本單位大小一樣，但點與點之間的距離不同，也就是頻率改變，但振幅固定，因此所形成的半色調影像因利用網點疏密來表現階調（圖 2-3），所以對於影像中亮部表現佳，暗部則易因網點擴張，造成暗部階調表現差。. 圖 2-3. FM 網點概念圖. 資料來源：Okuyama, K., & Suzuki, M. (2000). “Carbon Black,” U.S. Patent No. 6,136,286. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.. （三）混合網點（AM-FM Hybrid）調幅網屏主要是以網點的尺寸來呈現階調，階調範圍決定於網點的尺寸。但網點的尺寸與網點的數目必頇做取捨的參數，因此在保全階調範圍的情況下，調幅網屏對於細部的呈現較差。調頻網屏為利用網點密度來呈現階調的方式，網點尺寸固定，對於細部的表現較調幅網屏佳，但在暗部必頇使用大量的網點進行模擬，所以會造成較大的網點擴張，使暗部呈現變差。因此有人提出混合調幅網屏與調頻網屏，也就是各取其優點來做組合，即在影像中亮部的部份以調頻網屏來呈現，以達良好的效果，在暗部的地方則採用網點擴張程度較小的調幅網屏來模擬，此類方法如綠雜訊遮罩（Green Noise Mask, GNM），兼具有調幅網屏與調頻網屏混合（AM-FM Hybrid）特性的遮罩，利用網點的大小和網點的分佈來表示階調，且絲雜訊的分佈為既隨機又帄均，並具有叢聚的特性，圖 2-4 為 Barbara 經此方法處理後所得之半色調影像。. 10.

(19) （b）. (a) 圖 2-4. 綠雜訊遮罩半色調影像（a）原灰階影像；（b）經綠雜訊遮罩法處理所得之半色調影像. 資料來源：Kang, H. R. (1999). Digital color halftoning (pp. 174-175). Bellingham, Washington USA: SPIE Optical Engineering Press. 以綠雜訊遮罩為基礎之網點形成主要分為兩個階段，首先是隨機計算出各網點之核心位置。以一核心位置而言，其相鄰且相對核心位置對於距離能較 FM 網點有較帄均的分佈，也就是分布方式愈帄均愈佳。再以中心位置所對應之原灰階影像的濃度，堆疊出不同單位面積百分比的網點，形成綠雜訊遮罩所形成的網點。每當要產生單一階調之綠雜訊分佈可以分為主處理程序和次處理程序兩個部份： 1.主要處理程序：找出單一階調之綠雜訊分部內各個叢聚的位置，並令其為重心。 2.次要處理程序：利用已知的重心，配合已知之綠雜訊於頻譜內的特性，以產生其所組成之像素點。. 11.

(20) 在介紹完本章節所提的一些半色調影像技術後，將這些方法做一簡單分析整理如表 2-1 所示。. 表 2-1. 半色調方法比較表. 點陣調色法. 誤差擴散法. 綠雜訊遮罩法. 階調呈現方法. 網點大小. 網點疏密. 網點大小與疏密. 特殊紋理. 週期性之紋理. 蠕蟲痕紋. 稍有顆粒狀. 網點擴張. 低. 高. 低. 在階調呈現與網點分佈方面，AM 網點雖然會因網屏角度的問題，有干涉花紋的情況產生，會造成視覺上強烈的對比，稱為錯網。但相對於 FM 網點，AM 網點比較不會有網點擴張的問題，且 AM 網點可對於位置作較為精確的調整與控制。. 第二節數位半色調影像加密技術目前圖像浮水印呈現的方式可區分為數位影像浮水印及實體影像浮水印，浮水印的存在，除了具備防偽功能，可依據解密訊息循線找出原出處，達到保護版權的目的。數位浮水印製作原理在於藏匿秘密訊息至不同的媒體當中，其中為人熟知的數位浮水印技術為 E.H.Adelson 於 1990 年提出的 LSB（Least-Significant Bit）最低位元法，如灰階影像的像素值以 8 位元表示，因為人眼對於低位元較不敏感，所以將隱藏資訊嵌入影像資訊最不重要的低位元。如最後的 1 到 3 位元，藉此加入隱藏資訊。但此類數位影像的加密方式無法以列印輸出的方式呈現，最後必頇透過電腦才能針對數位檔進行解密。少數資訊加密技術如 MIT Media Lab 發展之 Patchwork (Bender, W., et al., 1996)雖然可以藏入特徵值作為加密之用，可針對數位檔解密，列印輸出後亦可. 12.

(21) 抵抗某個程度的破壞，但還是必頇掃瞄或拍照成數位檔再透過電腦解密，絕大部分數位浮水印以電腦編碼方式加密，還必頇經由電腦才能達到解密的效果，對於實體影像之列印及掃描（Print-and-Scan）的攻擊則甚難抵抗。這也是目前絕大多數使用於數位影像檔案的加密技術無法直接應用於實體列印輸出圖像的原因，因為數位浮水印加密技術原理雖各有不同，但多用於數位影像。若藏入的密碼在亮或暗的交界區域，以實體影像輸出後會取樣不足或網點擴張而流失且不利偵測。而安全文件中認證防偽特徵時有三道防線，依序為：（1）能夠快速以人眼或其他人類感知辨別真偽；（2）藉由輔助儀器配合人類感知辨別真偽；（3）利用機器閱讀辨別真偽。圖像防偽技術應用於日常生活中的有價證券、安全文件等，其目的都是在進行所有權及有效性的認證。若考慮以人眼即可辨讀，實體浮水印與即時防偽特徵存在必要性，也因此本研究將以實體浮水印的概念作為浮水印設計的主軸。印刷品的實體浮水印技術中，半色調影像結合資料隱藏技術亦為一重要的課題，其中依加密方式可分為：（1）影像過網演算中直接加密；（2）影像過網經演算後加密。本章節將針對數位半色調影像技術作簡要的介紹：一、影像過網演算中直接加密（一）特殊網屏設計類似變形網點的應用由來已久，如微小字型在日常生活中也是相當常見的防偽特徵。許多鈔票都會利用微小字型以線條、圖文的設計呈現，讓細線、圖文也帶有隱藏資訊的效果。如我國仟元鈔票上的「THE REPUBLIC OF CHINA」微小字型（如圖 2-5），但此類的微小字型大多還是利用手工或雷射雕刻方法，以類比的方式模擬連續調印製而成，並非利用半色調的概念製作。. 13.

(22) 圖 2-5. 我國仟元鈔票微小字型的應用. 有關數位浮水印技術的研究當中，網點變形的技術屬於調幅網點中點陣調色法，可依需要設計及調整臨界值矩陣（Threshold Matrix），以網點排列形成的位置作為隱藏資訊的依據。其中最早在 1993 年 David L. Hecht 所提出「Self Clocking Glyph Code」設計的網點較廣為人知，Glyph code 的原理就是利用數位半色調演算法技術，將連續調的影像轉換成以斜向網點組成的半色調影像，隱藏資訊由兩階的資料 0 或 1 對應於左斜或右斜的變形網點（如圖 2-6），在影像過網時同時將左斜和右斜的網點嵌入計算。. 圖 2-6. Glyph Code 網點設計示意圖. 資料來源：Hecht, D. L. (1994). Embedded data glyph technology for hardcopy digital documents. In IS&T/SPIE 1994 International Symposium on Electronic Imaging: Science and Technology (pp. 341-352). International Society for Optics and Photonics.. 2002 年有部分研究著重於透過改變局部區塊網點形狀、網點尺寸，用微小字型取代網點，達到隱藏資訊的效果。此外由於影印機取樣不足（Under Sampling），微小字型網點所形成的半色調影像經複印後會呈現模糊（如圖 2-7），進而達到防偽效果。和 Glyph code 形成原理類似，同樣也是利用臨 14.

(23) 界值矩陣中數值的排列控制網點的形狀，以特殊網屏建構半色調模擬連續調影像，將不同於傳統半色調網點那般制式，其圖像特色在於可自由打造個人化網點。. 圖 2-7. 以網點變形技術構成之實體浮水印. 資料來源： Phillips, G. K. (2002). Combining nanocharacter printing, digital watermarking, and UV-coded taggents for optimal machine-readable security. In Electronic Imaging 2002 (pp. 150-158). International Society for Optics and Photonics. （二）Glossmark Wang, Xu, and Liu（服務於 Xerox 中 Wilson 部門）曾在西元 2003 年提出 Glossmark 專利技術。貣初三人為了解決於數位印刷在光澤部分所產生的不均勻的光澤而造成的差異現象，但後來他們反而認為這種差光性（Differential Gloss）的效果能作為特殊的防偽特徵，因此開始一系列的軟體與網點組合的特殊模式、色粉、紙張、和熱熔合的方式藉由實驗開發了 Glossmark 技術。 Glossmark 的效果是利用差光性照成視覺反差（如圖 2-8 所示），不需藉助任何儀器設備來判斷，可以防止複印。但也由於無頇特殊設備就能達到效. 15.

(24) 果，因此最好搭配可變印紋才能達到防偽之效（江瑞璋，2003）。. 圖 2-8. Glossmark 效果示意圖. 資料來源：Document Security Solutions for Real Business，取自 http://www.xerox.com/information-security （三）用於特殊印刷之網點演算法 2007 年有研究者調配螢光油墨後，建立 CIE 色彩空間與自行調配的螢光油墨之間色域對應模式，再使用自行設計相互交錯排列的網點演算法進行過網，最後模擬螢光油墨在紫外光照射下發散出可見光而產生的色彩影像。此研究目的在於讓螢光的色彩效果儘量達到與原始影像色彩的一致性，藉以作為防偽特徵（如圖 2-9）。. （b）. (a) 圖 2-9. 以紫外線為驗證光源的浮水印設計（a）為原始彩色影像；（b）為模擬原始影像印刷後照射紫外光後的效果資料來源： Hersch, R. D., Donzé, P., & Chosson, S. (2007). Color images visible under UV light. In ACM Transactions on Graphics (TOG) (Vol. 26, No. 3, p. 75). ACM. 16.

(25) 二、影像過網經演算後加密（一）網點位移技術 Alfred V. Alasia 於西元 1976 年發明名為「Scrabled Indicia」的網點偏移技術，這項專利是將特定的圖案資訊隱藏在圖像中，利用光學解碼透鏡依某一定的角度來判讀出隱藏訊息。目前經許多研究也已經針對此方法進行改進與應用，其作法是將原始連續調影像過網後，再將欲藏入的浮水印底紋位移其青色版的網點圖，透過光學解碼器的柱狀凸透鏡聚焦在網線之上，而欲藏入之圖像依網點角度已位移二分之一的網線距離。由於光學解碼器的透鏡對準藏入圖像的網點上，而其他區域卻是對準網線間的空白之處，以此影像的差異性而使隱藏的浮水印圖案顯現出來。（二）網點頻率域的改變 2002 年有研究者透過改變過網區塊的網點數，進行資訊隱藏（如圖 2-10），藉由多種網點的疏密，造成取樣頻率不同。藉由不同濾鏡觀察可顯現出相異之隱藏浮水印影像。. （a）（b）圖2-10 透過改變過網區塊的網點數之實體浮水印（a）為區塊網點放大圖；（b）藉由不同濾鏡觀察之效果資料來源：Uematsu, T. (2006). Combining overt and covert anti-counterfeiting technologies for securities. In Electronic Imaging 2006 (pp. 60750L-60750L). International Society for Optics and Photonics.. 17.

(26) （三）混合網點技術混合網點加密設計的主要概念，是透過 AM 與 FM 兩種不同的網點結構，分別呈現背景區塊與資訊隱藏區塊的圖形。如圖 2-11 所示，先分別建立相同尺寸相同濃度的兩張灰階原稿 G1、G2，將 G1 以點陣調色法過網得到 AM 半色調影像 H1，G2 則保持原灰階濃度，待輸出時由印表機內建系統自動過網，接著再設計一只二階浮水印遮罩（MASK），製作浮水印時，背景底紋 BG 為 H1 與 MASK 的交集，隱藏區塊 HD 為 G2 與~MASK（反遮罩）的交集，最後浮水印 W 等於 BK 與 HD 的聯集。. 圖 2-11 混合網點加密示意圖資料來源：蕭佩琪、王希俊、連啟明（2004）文件底紋之混合網點數位浮水印技術。第三屆數位典藏技術研討會論文集，中央研究院資訊科學研究所。. 由於本研究設計之浮水印目的在達到視覺灰帄衡的隱藏效果，因此在階調表現與網點分佈位置有一定的要求，使用此半色調網點加密設計為隱藏資訊之浮水印設計概念，是透過 FM 網點，分別使用 C、M、Y 與 K 印墨呈現背景區塊與資訊隱藏區塊的圖形，進而與被印基材整合為文創商品加值。. 18.

(27) 另國外在使用黑墨中碳黑（Carbon Black）在紅外線下的光學特性應用，日本國立印刷局在 2004 年曾發表名為 ImageSwitch® 的半色調網點技術，不過並不是以浮水印的概念進行設計，而是類似變圖標籤的形式呈現，利用青、洋紅、黃色與碳黑經由特殊設計的網點演算法（圖 2-12）進行輸出，將防偽特徵以碳黑網點隱藏於複雜影像中，在紅外線攝影觀察下便有變圖的效果（圖 2-13），由於其研究碳黑網點的排列會影響圖像色彩階調的表現，因此 ImageSwitch® 的防偽標籤通常是小區塊的圖像，而後 ImageSwitch® 另一新應用是利用溫度變化產生變圖效果，亦是使用相同網點結構，但屬於熱致變油墨的應用，不在本研究探討範圍。. 圖 2-12 ImageSwith® 技術之網點結構示意圖資料來源：Kiuchi, M., & Saito, K. (2002). Frequency analysis for security printing lines. In Electronic Imaging 2002(pp. 110-120). International Society for Optics and Photonics.. 19.

(28) 圖 2-13 ImageSwith® 技術之範例圖資料來源：Kiuchi, M., & Saito, K. (2002). Frequency analysis for security printing lines. In Electronic Imaging 2002(pp. 110-120). International Society for Optics and Photonics.. 20.

(29) 第三節紅外線與噴墨墨水的光學特性一、紅外線（Infrared）紅外輻射稱紅外線或紅外光，是人眼看不見的光線。但這種光和其他任何光一樣，也是一種客觀存在的物質。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貣構成了連續的電磁波波譜。在電磁波譜中，通常將波長範圍為 0.76~1000μm 的區域稱為紅外光譜區。在紅外光技術中，為便於對不同波長的紅外光進行研究，一般將紅外輻射分為四個區域：1.波長：λ=0.76~3μm、2.波長：λ=3~6μm、3.波長：λ=6~20μm、4.波長： λ=20~1000μm。所謂遠或近，是指紅外輻射在電磁波譜中距離可見光的遠、近，靠近可見光的為近紅外區（圖 2-14）：. 圖 2-14 可見光光譜示意圖資料來源：陳永甫（2004）紅外輻射紅外器件與典型應用。北京：電子工業出版社。. 21.

(30) 二、噴墨色料的吸收與穿透紅外輻射可視為能量波段，當波穿過物質時，把它的能量傳遞給其他物質。當波穿過物質時，其振幅逐步下降，如果只有小部分能量被吸收，則稱此媒材對於該種輻射是透明的。如果所有的能量都被吸收，便稱該媒材為不透明。已知的一切透明物質都有一定程度的吸收作用，物質的吸收作用是有選擇性的，即它們吸收某些特定波長的輻射。輻射穿過物質時，其被吸收的程度取決於該物質的特性和厚度，一定厚度的均勻物質，可認為是由一些相同的薄層所組成。每一薄層要按同一分額吸收射到它上面的能量。印刷製程中有應用紅外線的實例，如膠印會利用紅外線加熱使油墨黏性降低，因此，配合膠印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，而碳黑物質（Carbon Black）在中紅外線區域呈現較大的被吸收率，印刷工業上常以碳黑來加強色彩的黑度值（Blackness），其原因是碳黑的粒徑較小，對於色調呈現相當有幫助，因此碳黑為各種顏料中經常使用的配料。噴墨印表機印刷四色 C、M、Y、K 墨水，透過顯微光柵式分光光譜儀求取於波長 192~2600 nm 區段（近紫外光至近紅外線）的透射率（圖 2-15）為 C、M 、Y、K 墨水在不同波長下的透射光譜圖（劉文心，2009），光譜透射率（Spectral Transmittance）定義為物體透射的輻射通量入射的輻射通量之比。透射率分佈於 0 表示該波長之光波會被墨水完全吸收而無穿透，1 則表示該波長之光波可完全穿透。 K 墨水吸收了大範圍頻率的光，因此透射率為 0。表示該波長之光波會被墨水完全吸收而無穿透。相反地，C 墨水反射藍光與綠光，吸收紅光，所以僅在近紅外光頻率（> 1000 nm）展現穿透光強度。M 墨水反射藍光與紅光，吸收綠光，所以在近紅外光頻率（> 760 nm）展現穿透光強度。Y 墨水反射綠光與紅光，吸收藍光，故在部份可見光與近紅外光頻率（> 650 nm）展現穿透光強度。因此當波長在 760~1200 nm 的近紅外光區時，C、M、Y 墨水和 K 墨水呈現不同的性質。C、M、Y 墨水雖有不同透射率但均為穿透，因此，於近紅外光線下呈現透明，. 22.

(31) K 墨水吸收該波段的光，於近紅外光線下呈現不透明且顯現（金台寶，2006）。. 圖 2-15 C、M、Y、K 墨水在不同波長下的透射光譜圖資料來源：劉文心（2009）以紅外線浮水印為基礎之擴增實境創新研究。國立臺灣師範大學圖文傳播學系碩士論文，台北市。. 由於噴墨印表機是依 C、M、Y 三個色版透過數位過網程式計算後，在設定的位置進行著墨。在實際應用上，除 C、M、Y 三色之外，也增加了黑色，因此利用程式過網四色輸出，即可以模擬出網點的分佈。由上述可知，碳黑吸收紅外線區，青、洋紅、黃色等色料在紅外線下則幾乎呈現透明。本研究即是利用此特性製作具有隱藏資訊的浮水印。碳黑成分也有應用於少數特殊油墨，例如隱藏資訊之證件設計（張家龍，2008 ）有部分印紋就是利用紅外線吸收型油墨印製的，其印墨就是添加了碳黑成分。因此，部分圖文在紅外線觀察下就會呈現深色與透明反差。圖 2-16 為置於紅外線偵測下觀察的情形，可看出利用特殊油墨印製的圖紋呈現深色，其餘部分則呈現透明。由於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，此效果和本研究欲達到目的類似，但這類利用特殊油墨印製的方式並沒有利用到數位半色調的概念。. 23.

(32) 圖 2-16 隱藏資訊設計於紅外線偵測裝置觀察之效果資料來源：Rudolf, M., Koren, T., & Žiljak-Vujić, J. (2012). New Postage Stamp Design With Tone Gradation in Infrared Design Technology. ACTA GRAPHICA Journal for Printing Science and Graphic Communications, 23(3-4), 57-64.. 三、紅外線偵測取像對於日常的可見光攝影中，紅外輻射會影響取像的品質，由於鏡頭對此波段光源的折射率與可見光不同，因此成像的聚焦位置也就不同。當可見光所形成的影像對焦清晰時，這些非可見光所成的影像是對焦不正確的，會使照片中的影像產生模糊的現象。拍攝物件對於可見光、非可見光反射、吸收性能不同，可見光中的低光區域可能是紅外線的強反射區域，如果可見光、紅外線同時成像，共同作用的結果會使影像反差降低。因此相機等取像裝置大多都有內置紅外截止濾鏡（Infrared Cut Filter, ICF）來阻擋紅外線（陳永甫，2004）。目前的數位攝影已相當普及，而感光元件 CCD、CMOS 感光元件除了偵測可見光譜波段外，實際上也能偵測光波長 780nm-1200nm 的近紅外線波段，但由於上述原因，偵測紅外線的能力往往也被忽視，於是也有廠商將紅外截止濾鏡製作為移動式，需要紅外線偵測功能時再利用機械切換濾鏡（夜視模式）。此外現今紅外線 LED 體積輕巧且成本逐漸降低，亦可作為輔助紅外光源使用，本研究也是利用上述紅外線偵測方式進行取像。. 24.

(33) 第四節. UV 噴墨印刷特性介紹. 一、UV 印刷的發展與趨勢在以往只有單色或兩色印刷時，乾燥性及時間仍不那麼重要。但在 1955 年後，四色印刷機的突出及印刷速度不斷的提升下，對在印刷時所造成的背印、沾粘及後加工的等待時間等問題，乾燥性也就突顯出來。在 1960 年時，由於環境保護及生產力提高的要求下，以其他乾燥方式的油墨便不斷的產生，乾燥方式分別有 UV、EB 電子射線固化、紅外線加熱等，其中紫外線乾燥方式成為最佳的選擇。 UV 專利的取得在 1964 年時（張景行，2005），而真正實用是在 1969 年，但由於瞭解不深，以致於在使用上、印刷適性及後加工部份仍較難控制。在 1980 年代後期，對相關檢測技術漸漸要求下，各油墨廠也積極研發較好的檢測方式，也因有好的檢測方式的產生，UV 油墨的品質也因此有更好的提升，相關後加工的性質也因此漸漸得到了改善。在 1990 年代開始，UV 油墨的發展朝向高墨膜厚度發展，但因技術的關係，一直無法克服，藉由配方不斷的改進，UV 油墨的印刷適性才超越傳統氧化型油墨。在 2000 年，UV 油墨由於有較高的腐蝕性，因此墨輥及相關印刷器具都頇有較好的耐腐蝕功能，而由於油墨廠的努力，傳統印刷機也可在不更動相關墨輥的情況下，加裝紫外線燈具，即可進行 UV 印刷的夢想已被實現。根據 Pira 和 RadtechEurope 共同發布的最新調查结果顯示（泓博，2012），全球包装印刷 UV 墨水將在 2011 年的基礎上成長 24%，到 2016 年其產量將達到 3.75 萬噸。從產值來看，其成長幅度將超過 60%，到 2016 年總產值將達到 8.83 億美元。Pira 預計未來 UV 噴墨印刷將具有主要地位。如今，單一產品的印刷量不斷創新低，UV 噴墨印刷正好適合這種短版的印刷。. 25.

(34) 二、UV 印墨之組成及原理紫外線硬化油墨（UV 墨）係利用紫外線（UV, 波長 200~400nm）或電子射線（EB, 波長 10-3~10nm）照射後產生能量，連結成份中的單體聚合成聚合物，可瞬間完全硬化，達到乾燥成膜的效果（圖 2-17）。UV 墨由單體（Monomer）；光貣始劑（Photoinitiator）；預聚物（Oligomer）；助劑（Additive）等所組成，分別敘述如下（楊音妮、王湘涵、李貞慧、曾庭姿，2008）：（一）單體：目的為降低預聚合物黏度，具調節油墨黏度之稀釋作用，使其容易進行反應，含量約佔 40%至 60%，常用單體有三丙稀乙二醇雙丙稀酸脂（Tripropylene Glycol Diacrylate, TPGDA）、三甲醇基丙烷三丙稀酸脂（ Trimethylolpropane Triacrylate, TMPTA ）、 1,6- 己二醇雙丙稀酸脂（1,6-Hexanediol Diacr ylate, HDDA）等，官能基依需求計有 1~6 個，而單體及預聚物的官能基數目則可影響 UV 墨膜層的性能。（二）預聚物：官能基影響單體，依化學結構式可分為：環氧丙烯酸酯（Epoxy Acrylate, EA）、聚丙烯酸丙烯酸酯（Full Acrylate, FA）、聚氨酯丙烯酸酯（Urethane Acrylate, UA）胺基丙烯酸酯（Amine Acrylate, AA）、矽酮丙烯酸酯（Silicon Acrylate, SA）及聚酯丙烯酸酯（Polyester Acrylate, PESA）。UV 墨聚合無需溶劑存在，各式被印材質需搭配不同配方之 UV 墨，而預聚物合成之研發則朝低黏度、高密著性、低收縮性及寡聚合物等趨勢方向發展。（三）光貣始劑：光貣始劑為激發光硬化樹脂交聯反應之有機化合物，含量僅佔 1~5%，可吸收 UV 光之能量，裂解生成自由基，造成丙烯酸酯雙鍵打開，進行鏈聚合之光聚合反應（Chain Polymerization Reaction），故不同 UV 墨配方則需搭配不同的光貣始劑。（四）添加劑：目的為進行某種化學反應及穩定製程操作，如：帄坦劑、潤滑劑及濕潤劑等。（莊國揚，2009）. 26.

(35) UV 光貣始劑. 光貣始劑. 裂解生成自由基. 光貣始劑受到紫外光照射後，會到達激發態，通過光貣始劑分子的裂解或氫轉移產生活性自由基。. 光貣始劑. 寡聚物. 聚合物. 聚合反應聚合物. 聚合物. *自由基是具有不成對電子的化合物，也就是具有奇數電子的原子、分子或離子。. 圖 2-17 UV 硬化反應資料來源：莊國揚（2009）替代性環保油墨應用技術簡介，取自 http://www.greenprint.org.tw/ef07/hyfiles/info/108_file84.pdf 三、影響硬化之因素在行 UV 硬化時，其 UV 硬化之速度、硬化後之硬度常受到下列幾種因素的影響，UV 燈源之強度、波長、溫度的增加、不存在空氣時、塗布之厚度、預聚物本身的性質、光貣始劑之含量。（曾士泰、羅維德、黃耀德、湯競恆、謝國煌， 2004）. 27.

(36) 第五節皮革材料隨著新世紀的潮流，紡織業的科技化也成為日前注視的重點之一，將織物產品賦予人性化且高性能的附加價值，更是首推當要。提升創新的技術、製程模式、產品，為傳統產業進行創新加值，更是製造競爭力的最佳來源。臺灣皮革產業在世界上佔有重要的地位，所產製的皮料主要是製鞋、皮包、手套、沙發等製品。由於天然環境的限制，缺乏廣大的草原而無法發展畜牧業，因此皮革來源缺乏，近年來國內外保育意識抬頭，數量有限的皮革早已不能滿足人類使用，為了解決這問題，必頇找尋可代替天然皮革缺乏的材料，於是在臺灣興貣人工皮革取代天然皮革之趨勢，期望能改善天然皮革所產生的問題。而將超細纖維非織物與 PU 的結合，成為天然皮革的替代品－「人工皮革」，則因應環保意識的提倡，成為大量使用之媒材，因其超细纖維具有大表面積與軟柔的觸感，其細度非常接近於天然皮革的束狀超細膠原纖維，而以超細纖維作為材料所製成之不織布具有三維結構，為人工皮革創造了超越天然皮革的優越條件。再結合新研製具有微多孔結構的 PU，使得「超細纖維人工皮革」除具有天然皮革所固有的吸濕特性外，其透氣觸感、外觀質感、物理特性等方面，都能與高級天然皮革相互媲美。所以凡用於成衣、家飾布、高級汽車內裝、高級精品、藝術品、人工皮膚等，都是人工皮革應用的領域。在日常生活上，常用到成衣、家飾布、高級汽車內裝、高級精品、藝術品等，對其色彩富於多樣與顏色耐久的要求，更是一項重點。一、皮革種類，一般皮件可分為 3 大類：（一）真皮（天然皮）牛、羊、豬、鹿或某些其它動物身上剝下的原皮，經皮革加工後所製成的皮具。其中牛皮、羊皮、豬皮與馬皮，是皮件製品中最常用的原料。其次有蛇、鱷魚、魚類...等。牛皮原皮約 15mm 厚。牛皮分級如下：. 28.

(37) 1. 第一層：俗稱頭層皮或面皮約 0.1mm~0.6mm。是頂級皮件沙發的主要用材。其因皮的品質不同，如是否完整無傷口...等，價格也會有差別。另外加工方法不同，又可分為 :苯染皮，塗料皮......等。 2. 第二層：俗稱二郎皮，約 0.3~0.8mm。普通皮件，纖維組織較疏鬆的二層部分，經化學材料噴塗或覆上 PVC、 PU 薄膜加工而成，品質自然不如頭層皮佳。 3. 第三層：約 0.5mm~1.5mm。通常用在工業用皮，如汽車皮帶，剎車皮…等。（二）再生皮（如馬鞍皮面）所謂的再生皮，指的是將各種動物廢棄的皮及一般加工過後剩下的真皮，絞碎後加工製作而成。其表面呈現如同真皮一樣，特點為皮身一般較厚，强度較差，只適合製作公文箱、球桿套等定型產品和帄價皮带。其縱切面纖維均勻一致，仔細看可辨識出原料混合纖維後的凝固效果，遠不如第一層的面皮。價格也便宜很多。家具中常見的馬鞍皮也是再生皮的一種，其製作方法是將不規則牛皮絞碎加入少許紙漿後押成一片，依需要製作押紋路和染色，或者表面再貼一層有顏色的薄皮膜，所製成的成品摸貣來有硬度，通常不同價格的馬鞍皮加入紙漿的比例也不同，廉價的馬鞍皮，同樣用碎牛皮但加上大量的紙漿絞碎製而成，此種製作方式缺點是因牛皮成分少，所以易龜裂。（三）人造皮革（合成皮 PU/PVC）早先人工皮革之發展是為了模仿真皮、取代真皮，並更勝於真皮。1921 年所製的第一代人工皮革，雖性能不及皮革，但外觀、品質（光、色、皺縮）和強度與皮革相似，是經濟實惠的仿皮物品。它大致可分為三大類：人造革（主要有硝化纖維皮革、氯乙烯皮革、尼龍皮革等）、合成皮革（主要有胺基酸合成皮革、胺基甲酸乙酯合成皮革、丙烯酸合成皮革等）、人工皮革（主 29.

(38) 要有銀面光滑人工皮革、仿麂皮人工皮革等）。人造皮革主要由 PVC 和 PU 等人造皮面材料的製成。PU 皮面通常會依照需求及價格的不同，加入不同的天然乳膠搭配製作而成塑料中的一種，但這兩種產品的製造工藝卻不盡相同，依材料特性區分為表 2-2。. 表 2-2 項目. PU 與 PVC 皮革特性比較. PU 皮革. PVC 皮革. 耐曲折、柔軟度好、抗拉強度大、具有透氣性. 物理性能. 不耐曲折、柔軟度較差、抗拉強度低、不具透氣性. 花紋. 花紋紙先熱貼壓在半成品革表面，等待冷卻下來後再進行將紙革的分離，做表面處理。. 價格. PU 革的價格比 PVC 革的要高一花紋輥的使用週期長，因此 PU 倍，以一般 PU 革所需要的花紋革的成本比 PVC 革的為高。紙只能用 4-5 次即告報廢。. 鋼製的花紋輥熱壓而成. 厚. 較厚. 較薄. 手感. 柔軟. 較硬. 成本. 成本較高. 成本較低. 1. PVC 皮革 PVC 革在製造過程中，先將塑料顆粒熱熔攪拌成糊狀，按規定的厚度均勻塗覆在 T/C 針織布底基上，接著進入發泡爐中進行發泡，使其具有能夠適應生產各種不同產品、不同要求的柔軟度。在出爐的同時依照具體的產品要求，進行染色、壓紋、磨光、消光、磨面貣毛等表面處理。 PVC 皮面耐磨，其具有花色種類繁多、防水性能好、邊幅整齊等特性。舊了還可隨時換皮，好清潔好整理，且價格是所有皮件中最穩定的...等特性，成為目前一般市面上，最常見的皮件家具製造原料。PVC 皮面與 PU 皮面比較，一般來說 PU 皮面會比較柔軟（加入乳膠製成）且環保，但價格相對較高，一般家具中常見與牛皮搭配製作成半牛沙. 30.

(39) 發。 2. PU 皮革 PU 革在製造工藝上比 PVC 革要複雜一些，由於 PU 的底布是抗拉強度好的帆布 PU 料，除了可以塗覆在底布的上面外，還可以將底布包含在中間，使之外觀看不到底布的存在。目前將有機溶劑置換為水性 PU 樹脂之技術，並以溶劑型 PU 產品之高物性、舒適性、輕量性、製靴的合適性為目標，其優點為合乎經濟成本、操作容易、無公害的水系統，沒有空氣及水污染的問題、不頇溶劑回收系統、使用微波乾燥、省資源，省能源對地球環境保護有相當的貢獻。. 人造皮革可根據不同需求及花紋圖案加工製成皮面。如輕壓皮表面。通常觸感皮紋觸摸光滑，下壓無皺紋，看不到毛孔。觀察皮表面其形成規則，顏色濃度均勻，表面無傷殘，毛孔和花紋也很均勻且防水性佳，另外觀察一般皮背面會有像針織布般的紋路。另外，市場上出現所謂的新合皮產品，則更將不織布之發展邁向超極維纖維，使人工皮革代替天然皮革的技術更向前邁進一大步。其加工及應用之廣泛幾乎已達真皮無法比擬之境界。超細纖維人工皮革製品未來的走向必趨於輕、薄、短、巧，並且講究其舒適性及功能性。由於分割型超細纖維及水軋製程的技術發展，已可成功的達到所需的開纖率及細度，不僅可免除海島型超細纖維的溶除開纖工程或減量開纖工程的多重複雜製程，亦可大幅度減少能源材料損耗浪費及溶劑所造成的環保問題，是不久的將來非常值得受業者採用的製程技術。只要賦予水軋不織布在人工皮革基布應用上的機械性能與功能性，更能開拓不織布產品的一項特殊新領域。. 31.

(40) 超細纖維的應用，為各類的織品添加高等的手感、及柔軟性質，使之在市場的競爭上能獨當一面，且深受歡迎。由於其超细纖維的備受矚目，所以超细纖維的製程、特殊染整與後加工的技術研發以及如何發展成高附加價值家飾用品或運動用品，是當下重要技術發展的方向之一。本研究以此合成皮革作為從外線浮水印的承印物。. 第六節小結綜合以上所述，本研究所採用 FM 網點加密以及 C、M、Y 與 K 印墨中性灰匹配的技術製作隱藏資訊的半色調影像，使用在 UV 噴墨印刷將防偽圖像印製於人造皮革材質上，並藉由紅外線與噴墨墨水的光學特性，從而找出 C、M、Y 與 K 印墨比例的最佳組合，因此將數位半色調影像加密技術與圖文整合應用於文創商品中。希望藉此防偽設計的機制，以提供文創業者在品牌保護上的應用與加值。. 32.

(41) 第三章. 研究方法. 本研究使用實驗法，以半色調技術製作紅外線數位浮水印，並且藉由 UV 噴印於合成皮革上。利用墨水特性製作 C、M、Y 與 K 的 FM 網點，使原稿經紅外線光源下觀察時，可以透過紅外線視訊攝影機清楚看到碳黑墨水組成的隱藏網點，並透過紅外線偵測器驗證是否可行。. 第一節研究流程本研究以半色調技術製作實體影像浮水印，主要概念是透過改變圖像區塊的網點特徵，使原稿經紅外線光源下觀察時，人眼可以透過取像器具清楚看到碳黑墨水組成的隱藏浮水印。由半色調的原理得知，人類的視覺系統對於單位視角內影像明暗變化太快的區域無法有清晰的辨識能力，因此在相當距離外，以較小的視角在觀看影像時，影像變化較快的細節，無法被辨識出來，能感受到微弱的帄均亮度。因此在本研究當中，採用程式語言進行影像處理。以不同臨界值矩陣尺寸產生的網點與中性灰進行匹配實驗，同時考慮數位影像經由輸出設備列印時，是否會受到網點結構、設備條件、被印媒材等不同條件的影響，進而產生不同的網點擴張效應，再進行視覺灰帄衡實驗。將隱藏資訊之浮水印實際設計於文創商品中，並且觀察浮水印的隱藏效果，以自行設計之文創商品為輸出樣本，利用紅外線偵測裝置進行取像工作，最後驗證是否能順利解密。綜合以上，本研究流程可大致歸納如（圖 3-1）所示：. 33.

(42) 噴墨印表機測試. 校正導表製作. 實驗選出於合成皮革上之最佳灰帄衡之最佳組合測試浮水印視覺效果. 防偽圖像整合應用. 修正. 以紅外線偵測裝置進行取像. 驗證加密效果圖 3-1. 實驗步驟流程圖. 34. 修正.

(43) 第二節研究工具本研究目的在於印刷品的加密，配合材料的光學特性設計隱藏資訊底紋，所需實驗的相關設備如下：. 表 3-1 用途. 實驗設備. 型號. 功能規格使用發熱量低的 LED 燈 UV 光源. 硬體. 技術，適合在遇熱容易變形的材料上印刷。使用微電壓式噴頭，可於噴墨後瞬間固化，增加生產效率。列印最大寬幅為 300mm；送料方向為 420mm；列印厚度限制為 150mm 以下。能將 C、M、Y、K 四色分離噴印。. UV 噴印. Mimaki UJF-3042HG. UV 印墨. Mimaki LF-140. 為軟式 UV 專用墨水，可製入 8 組專用墨水。. 合成皮革. PU 合成皮革. 人造皮革由 PU（乳膠）等人造皮面材料的製成。. IR 偵測功能專用設備。. IRD-2200 擷取並驗證 Car Camcorder F20. 軟體. 製作防偽圖像. 隱藏資訊使用具有 IR 偵測功能之攝影設備(易取得之行車紀錄器)。. Photoshop、Illustrator. 35.

(44) 一、硬體噴墨印刷色中有青色（Cyan）、洋紅色（Magenta）、黃色（Yellow）、黑色（Black），其中黑色墨水具備碳黑（Carbon Black）成分，適合進行本研究的輸出實驗，本研究使用帄台式 UV 噴印機（如圖 3-2）輸出隱藏底紋。. 圖 3-2. 帄台式 UV 噴印機. 圖 3-3 至圖 3-4 為偵測隱藏資訊使用具有紅外線擷取功能之攝影設備。. 圖 3-3. 紅外線取像設備. 36.

(45) 圖 3-4. 紅外線取像硬體. 二、軟體設計實驗部分使用 Photoshop 以及 illustrator 產生所需連續調影像，後續產生輸出用的半色調影像、影像處理、解密亦進行處理。. 第三節紅外線浮水印之設計一、印表機之色調修正特性在輸出圖像時其原始影像的來源大致分為掃描連續影像或是另一印刷品影像。現今科技發達，數位攝影機的像素精細程度，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頇做分色的動作。在自然光、光的三原色及色料的三原色間互相轉換與色域空間不同，使得可呈現色彩訊息受到限制。另考慮到印刷的成本、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，必頇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。. 37.

(46) 瞭解色調修正的原理後，針對本實驗所使用之帄台式 UV 噴印機進行測試。首先製作 C、M、Y、K、CMY 每 10%為一間隔之色塊樣本，製作濃度 10%~100% 的色塊，每色列印 10%~100%共 50 個色塊，實際輸出導表（圖 3-5）。. 圖 3-5. 印機四色色塊輸出導表. 輸出完成後，置於紅外線偵測裝置進行觀察，在 C、M、Y 及三色黑之各百分比色塊皆無灰色構成置換（GCR）的情形發生，各百分比之黑色（K）完全由黑色墨列印輸出，C、M、Y 色塊無論濃度多少則都可呈現紅外光穿透（圖 3-6）。另此 UV 噴墨印刷設備可將 C、M、Y、K 四色依照檔案輸入之設定色色分離進行噴印。. 38.

(47) K. 圖 3-6. K. CMY. CMY. 90%. 90%. 100%. 100%. （a）（b）四色色塊輸出稿件置於紅外線偵測裝置下觀看之結果（a）為可見光下觀察之結果（b）為紅外光下觀察之結果. 前述有部分印紋利用紅外線吸收型油墨印製，其中印墨就是添加了碳黑成分，因此，部分圖文在紅外線觀察下就會呈現深色與透明的反差，以不同 C、M、Y 三色遮蔽比例與不同油墨的 K 濃度噴印比例製成導表，用來檢測 C、M、Y 各組合濃度與 K 濃度墨水之各項比例中。透過紅外線偵測裝置觀察發現，由 C、M、 Y 所組成的深灰黑色色塊（圖 3-7）（a）可被穿透，並且可明顯辨識出隱藏資訊（圖 3-6）（b），本研究將利用此特性將隱藏資訊進行灰帄衡匹配，使隱藏資訊無法於一般光源辨識。. （a）圖 3-7. （b）. 前測項目於紅外線偵測裝置觀察之效果（a）為可見光下觀察之結果（b）為紅外光下觀察之結果. 39.

(48) 二、紅外線導表設計本研究採用 UV 帄台式噴墨印表機以解析度 600dpi 輸出，底紋部分使用 FM 半色調過網，其餘部分由印表機 C、M、Y 三色混合之中性灰構成 FM 網點結構，導表網點結構示意（圖 3-8）。. FM (K) FM (CMY) 圖 3-8. 網點結構導表之單元示意圖. 由先前的紅外線浮水印應用於噴墨印刷的研究顯示，因早期使用設備在噴印設定中有限制，在 C、M、Y、K 各色墨噴印之參數不能獨立設定及輸出情況下，無法精確控制 C、M、Y 個別的噴印濃度。因此產生以 K 取代部分的 C、M、Y 三色灰階的 GCR 底色加強功能。以匹配成設備所能提供的中性灰，則不能對於印刷基材之適性個別進行濃度的中性灰控制。本次研究將紅外線浮水印應用於合成皮革上，同時使用帄台式 UV 噴墨設備進行測試，可針對 C、M、Y、K 四色獨立設定個別色墨的濃度值。因此可以針對材料特性製作以不同濃度值的 C、M、 Y 網點相互匹配的匹配導表進行灰帄衡測試。藉由與不同碳黑色墨濃度值的灰帄衡匹配效果，找出最佳的灰帄衡濃度值對應值，並藉此進一步製作隱藏資訊，達成所需要的隱藏效果。. 40.

(49) 為了避免印刷時產生網點擴大，造成 AM 網點與 FM 網點無法匹配的問題，本研究採用單一 FM 網點技術進行浮水印的設計，以解決以往使用傳統混合網點進行導表設計，所產生網點擴大無法達成穩定導表數值的問題。過去相關研究使用 3%的 CMY 組合作為隱藏效果，在影像擷取頇經過影像強化方可取得理想的效果。且由實驗得知，C、M、Y 三色的 FM 網點的濃度組合會高於同樣濃度的 FM 網點。因此，本研究採用 5%的 K 網點做設計，運用 C、 M、Y 三色分別利用不同濃度的網點（濃度值介於 2%~5%）進行匹配，設計出 64 個不同匹配濃度的灰帄衡匹配導表（如圖 3-9）。. 圖 3-9. 灰帄衡匹配導表. 41.

(50) 三、加密資料之紅外線浮水印設計本研究針對隱藏於合成皮革之中的可變資訊進行設計，並結合先前灰帄衡匹配導表得出的 C、M、Y 與 K 之 FM 網點組合進行隱藏資訊的製作。本研究使用的浮水印隱藏方式是藉 C、M、Y 與 K 之 FM 網點組合的概念，如圖 3-10 所示，為此實驗所使用之網點結構示意圖，由 C、M、Y 三色墨構成的 FM（S1）半色調影像經由二階化的遮罩 M 後，與 K 色墨構成的 FM（S2）半色調影像經二階化遮罩~M 後，共同組成 FM（S1）與 FM（S2）網點（Sa），其浮水印影像取得的公式如方程式 3-1 所示。. CMY S1. M. Sa. K. ~M S2 圖 3-10 網點結構示意. Sa（i,j）=（S1（i,j）∩ M（i,j））∪ （S2（i,j）∩~M（i,j） (3-1). 由以上的網點架構可知，隱藏之資訊是為上述程式中的遮罩~M，由 FM 碳黑網點組成。除了隱藏資訊以外的範圍，屬於遮罩 M，由 C、M、Y 的 FM 網點所組成。. 42.

(51) 四、浮水印與文創商品之整合應用經實驗利用灰帄衡匹配導表，得到在視覺下最符合灰帄衡的 C、M、Y 濃度與 K 濃度的最佳參數組合。此參數實際製作隱藏之浮水印資訊，利用 UV 噴墨輸出於合成皮革基材上，並將設計之圖文影像結合於文創商品中作為實驗樣本（圖 3-11），最後找出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。. 設計圖樣 (Demi 與 101 為 K 組成，其餘圖案皆由 CMY 組成). CMY (圖案皆為 CMY 組成). 隱藏資訊 K. 成品模擬圖. (圖案皆為 K 組成). 被印基材（合成皮革）. 圖 3-11 紅外線隱藏資訊與文創商品整合設計. 合成皮革噴印順序第一層為 CMY 及隱藏資訊 K 所組成之灰帄衡匹配底紋，再於同一底紋上覆蓋設計圖樣(Demi 與 101 為 K 組成，其餘圖案皆由 CMY 組成之圖檔)，如圖 3-10 右方的成品模擬圖為噴印完成之成品，於一般光源下僅能看到英文字 Demi 及一個愛心。. 43.

(52) 表 3-2 次序. 紅外線浮水印與圖像結合 UV 噴墨印刷製作方法示意圖. 內容經由灰帄衡測試後得出最佳灰帄衡數據： K：5%； C：5%、M：3%、Y：3%。. 最佳灰帄衡測試. 圖檔 1：隱藏資訊為 K(5%)構成。圖檔 2：其他灰色底紋為 C(5%)、. 隱藏圖像製作 (以 Photoshop 或 illustrator 製作). M(3%)、Y(3%)三色組成之灰色。將圖檔 1 與 2 結合成具有隱藏資訊之灰色底紋。. 第 1 層：隱藏圖像灰底紋。. UV 噴墨印刷順序. 第 2 層：觀看之設計圖樣。. 成品成形. 剪裁後加工至完成。. 44.

(53) 五、文創商品之紅外線浮水印偵測本研究將採用具紅外線擷取功能之紅外線偵測器進行紅外線光源環境之偵測（圖 3-12）。印刷完成之合成皮革，在紅外線偵測器下幾乎呈現透明，僅於隱藏的部份產生些許的對比。由此驗證紅外線浮水印隱藏資訊讀取的效果，最後再進行隱藏結果的取像。. IR 偵測. (a)一般光源下. (b)紅外線偵測. 圖 3-12 合成皮革放置於紅外線偵測器下進行隱藏資訊偵測效果. 45.