以疊紋技術設計具防偽功能之解合影像
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(2) 摘要 隨著數位科技的進步，偽造現象日益猖獗，版權保護已成為重要之議題，故 有許多研究者致力於聲音、影像、視訊等數位媒體素材之浮水印技術。但對於實 體輸出之列印影像防偽科技，其相關研究則相對較少，但仍有其市場需求性。本 研究旨在利用疊紋(Moiré)技術，設計能拆解並重新合併之解合影像(Reassembled Images)，所設計之影像在解密前及解密後具有不同的圖像意函，故可誤導偽造 者判讀錯誤，提高其防偽功能；並可調整解合影像排列之疏密濃度，形成不同深 淺之階調性結構，進而在一定距離下，形成肉眼可辨視之階調性圖文。本研究所 設計之解合影像，將原始臺灣影像拆解成四種不同的動物影像，拆解後之動物影 像稱作「解合影像」，並計算在 2x2 矩陣中不同疏密濃度之解合影像排列方式， 形成不同深淺階調之解合影像陣列，進而組成具階調性之圖文，並可將解合影像 以不同色彩呈現。研究結果發現，經實際輸出底片，並以微透鏡陣列置於輸出之 底片上，可將解合影像正確地還原為臺灣影像輪廓。本研究所製作之解合影像陣 列，因其影像圖案十分細微，以肉眼無法直接辨識影像訊息，但若透過放大鏡或 高精密度儀器檢視，即可清楚看到所設計之四種動物解合影像，為第一層防偽功 能設計；接著再透過微透鏡陣列板觀察，可將動物解合影像還原為臺灣影像，達 到第二層防偽功能設計。此外，本研究設計之解合影像，一旦經過複印，其解合 影像微結構即遭到破壞，即便再覆上微透鏡陣列亦無法辨識其原有意義之影像內 容，即達到第三層防偽功能設計，故可彰顯本技術之多重防偽功能。而本研究之 解合影像並可依不同疏密濃度排列形成具階調性之彩色圖文，可增加其多元用途 及趣味性，並提高未來應用的範疇。本研究所提之方法印製流程快速、成本低， 其設計兼具防偽功能、美觀性及趣味性，在包裝設計、安全文件底紋等都有許多 潛在的應用。. 關鍵字：疊紋、解合影像、微透鏡陣列、防偽技術. ii.
(3) Abstract With the progress of digital technology, copyright has become a significant issue. Therefore, many researchers have dedicated their efforts to watermark techniques for audio, images, videos and other digital media. By contrast, the researches that related to anti-counterfeiting of printed images are much less addressed. However, the anti-counterfeiting technique both in academic research and industrial applications are still important subjects. This research uses the Moiré technique to design an encrypted image which can be dismantled and combined. The designed images are both meaningful before and after decryption to mislead the counterfeiters. This research also adjusts the concentrations of scrambled images to form the varied tones of the graphic, which can be identified by naked-eyes from a certain distance. This research designs the original image “Taiwan” which can be broke down into four different animal images, referring to the " Reassembled Images”. In order to construct the tone of the graphic, the different concentrations of reassembled images within a 2x2 matrix are calculated to form the varied concentrations of reassembled image array, and it can be presented in different colors. Through placing the micro-lens array upon the output negatives, the encrypted images can be restored precisely. The patterns of the reassembled image array are too small to be identified by naked-eyes, however, the four kinds of animal reassembled images can be observed clearly through a magnifying glass, which is the first anti-counterfeiting design of this research. Observing through a micro-lens array, the reassembled images of animal can be restored to the image of Taiwan, which is the second security design. In addition, the micro-structure of reassembled images will be decomposed after copying, therefore, the original content cannot be restored with the micro-lens array, which is the third security design. The design has artistic, interesting and anti-counterfeiting features which have many potential applications like package design and security documents.. Keywords：Moiré、Reassembled images、Micro-lens array、Anti-counterfeiting. iii.
(4) 目 錄 摘要................................................................................................................................ ii Abstract ......................................................................................................................... iii 目 錄............................................................................................................................. iv 圖 目 錄........................................................................................................................ v 表 目 錄...................................................................................................................... vii 第一章 緒論.................................................................................................................. 1 第一節 研究背景與動機...................................................................................... 1 第二節 研究目的與問題...................................................................................... 2 第三節 名詞解釋.................................................................................................. 3 第四節 研究範圍與限制...................................................................................... 4 第二章 文獻探討.......................................................................................................... 5 第一節 印刷防偽技術應用發展.......................................................................... 5 第二節 疊紋成像原理及特性............................................................................ 16 第三節 微透鏡陣列板特性及應用.................................................................... 22 第四節 文獻探討小結........................................................................................ 27 第三章 研究方法........................................................................................................ 28 第一節 研究流程................................................................................................ 29 第二節 研究工具................................................................................................ 30 第三節 解合影像實驗設計................................................................................ 31 第四章 實驗結果與討論............................................................................................ 43 第一節 實驗結果................................................................................................ 44 第二節 解合影像應用於筆記本之防偽功能加值設計.................................... 51 第五章 結論與建議.................................................................................................... 55 第一節 研究結論................................................................................................ 56 第二節 研究建議................................................................................................ 58 參考文獻.............................................................................................................. 59. iv.
(5) 圖 目 錄 圖 2-1-1 利用線條間距位移設計隱藏圖文…………………………………...........7 圖 2-1-2 祕魯 100Intis 鈔券防偽設計…………………………………….…………8 圖 2-1-3 祕魯 100Intis 鈔券解碼…………………………………………………….9 圖 2-1-4 祕魯鈔券加密設計局部放大圖…………………………………………...9 圖 2-1-5 新臺幣壹佰元鈔券經圓柱透鏡陣列解密示意圖…………………….…..9 圖 2-1-6 球狀鏡片陣列解密研究示意圖………………………………….……....10 圖 2-1-7 由不同節距之透鏡板觀察可得複合式加密影像示意圖……….............11 圖 2-1-8 柱狀凸透鏡之光學原理示意圖………………………………..………...11 圖 2-1-9 西班牙 1992 年版 1000 Peseta 鈔券………..…………………….…….....13 圖 2-1-10 微結構防偽示意圖……………….…………………………....................14 圖 2-1-11 10 澳大利亞元上之微小字設計放大圖………….....................................14 圖 2-1-12 新台幣壹仟元之微小字防偽設計放大圖…………….............................15 圖 2-1-13 新台幣壹佰元之細微文字放大圖…………….………............................15 圖 2-1-14 利用微小圖案置換原始網點示意圖………………...................................15 圖 2-2-1 圖 2-2-2 圖 2-2-3 圖 2-2-4 圖 2-2-5 圖 2-2-6 圖 2-3-1 圖 2-3-2. 兩相近線條加疊圖紋示意圖…………….………....................................16 瑞士 EPFL 團隊所設計之疊紋影像.……….............................................17 疊紋放大原理示意圖…….………...........................................................18 疊紋成像基本原理示意圖…….………....................................................19 兩片光柵片相互重疊產生疊紋示意圖…….………................................20 單一光柵片相互重疊產生疊紋示意圖…….………................................21 蒼蠅的複眼結構….……….......................................................................24 微透鏡陣列板成像示意圖…....................................................................25. 圖 2-3-3. 位移結構圖…............................................................................................25. 圖 2-3-4. 格狀排列結構圖…....................................................................................25. 圖 2-3-5. 單一透鏡結構示意圖…….........................................................................26. 圖 2-3-6. 以微透鏡陣列覆蓋細微文字所得之放大疊紋影像….………................27. 圖 3-1-1. 研究流程圖.................................................................................................30. 圖 3-3-1. 以疊紋技術設計具階調性及多重意義之解合影像研究流程圖.............32. 圖 3-3-2. 國立臺灣博物館建館 100 週年活動─紀念標誌設計徵選特優作品....33. 圖 3-3-3. 以疊紋防偽技術設計具階調性之解合影像-原始臺灣影像設計……...34. 圖 3-3-4. 解合影像陣列疊紋放大實驗示意圖.........................................................35. 圖 3-3-5. 解合影像陣列結構顯微拍攝放大圖.........................................................36 v.
(6) 圖 3-3-6. 解合影像之動物設計圖組.........................................................................36. 圖 3-3-7. 動物解合影像陣列.....................................................................................37. 圖 3-3-8 在 2x2 矩陣中不同疏密濃度之解合影像排列示意圖.............................38 圖 3-3-9 不同疏密濃度排列之解合影像結構顯微拍攝放大圖...............................39 圖 3-3-10 「師大」字樣解合影像遮罩製作示意圖...................................................40 圖 3-3-11 背景解合影像製作示意圖.........................................................................41 圖 3-3-12 具階調性之解合影像製作示意圖..............................................................42 圖 3-4-1 以微透鏡陣列板觀察解合影像陣列成像結果............................................40 圖 3-4-2 以微透鏡陣列板觀察 4 取 1 取樣排列之解合影像陣列成像結果...........41 圖 3-4-3 以微透鏡陣列板觀察 4 取 2 取樣排列之解合影像陣列成像結果...........42 圖 3-4-4 以微透鏡陣列板觀察具階調性之解合影像陣列成像結果.......................43 圖 4-1-1 以微透鏡陣列板觀察解合影像陣列成像結果……………………………45 圖 4-1-2 以微透鏡陣列板觀察 4 取 1 取樣排列之解合影像陣列成像結果………46 圖 4-1-3 以微透鏡陣列板觀察 4 取 2 取樣排列之解合影像陣列成像結果……..47 圖 4-1-4 以微透鏡陣列板觀察具階調性之解合影像陣列成像結果……………..48 圖 4-1-5 以微透鏡陣列板觀察三原色彩色成像結果……………………………..49 圖 4-1-6 解合影像陣列底片複印後結果比較……………………………………..50 圖 4-2-1 以洋紅色輸出之師大圖文………………………………………………...52 圖 4-2-2 圖 4-2-3 圖 4-2-4 圖 4-2-5. 由放大鏡觀察彩色解合影像細微結構........……………………………..53 臺灣疊紋影像成像於筆記本封面上........………………………………..54 防偽筆記本設計成果............……………………………………………..54 防偽筆記本疊紋解密還原成像圖………………………………………..55. vi.
(7) 表 目 錄 表 2-3-1. 防偽設計層級表……………………………….…………………………..6. 表 3-2-1. 研究工具列表………………………………………….…………………31. vii.
(8) 第一章 緒論 本研究目的為以疊紋技術設計具階調性之解合影像，故本章共分為四節， 第一節先闡述研究背景與以疊紋技術設計具階調性之解合影像防偽研究動機；第 二節提出研究目的與問題；第三節針對本研究之重要名詞進行解釋；最後為第四 節說明本研究範圍與限制。. 第一節 研究背景與動機 隨著數位科技的進步，版權保護已成為重要議題，故有許多研究學者致力於 聲音、影像、視訊等數位媒體素材之浮水印技術，但對於實體輸出之印刷影像防 偽科技，其相關研究則相對較少，可是以實體方式存在的影像防偽功能，無論在 學術研究及產業應用仍是重要的課題。現今防偽技術的方法及使用工具不斷地更 新與進步，其中光學加密技術，更是防偽技術中非常重要的一塊領域。 依據美國《商業週刊》(2005)的報導：「仿冒工業成為全球成長最快速的產 業之一，2004 年全球仿冒工業的產值約 5,120 億美元，美國海關查獲仿冒品比 前年成長 46%。」同時，《商業週刊》也指出，根據世界海關組織統計，全球商 品貿易中，仿冒品佔 5％至 7％。 另根據《華爾街日報》(2013/04/26)的報導指出，聯合國毒品和犯罪問題辦 公室(UNODC)調查了亞太地區的跨國組織犯罪，聯合國的這份報告發現，伴隨 著亞洲出口的增長，包括名牌包和藥品在內的各項假冒商品的走私皆明顯增多， 根據 2008 年到 2010 年的數據顯示，在東亞和太平洋地區，假冒商品在非法貿易 中的比例大約為三分之一。靠著先進的數位科技，仿冒品製造不用研發與設計部 門，只要模仿技術進步，商品就能暢銷全球。由以上的各項數據可知，防偽技術 之研究顯得刻不容緩。 防偽印刷技術極為廣泛，然而眾多防偽技術中，運用光學成像原理與高科技 結合以達成防偽目的之光學影像防偽技術最為熱門(王曉紅，2003)，目前國內常 見之光學影像防偽技術有雷射全像防偽、折光變色防偽、光影變化箔膜防偽及疊 紋技術防偽等，而相較於幾種不同的光學防偽方式，疊紋技術防偽更具有多重防 1.
(9) 偽的特性，且不容易被重製。 而本研究所設計之解合影像，將臺灣影像拆解為四種動物解合影像，故解合 影像本身即具有解讀上的意義，並可利用解合影像排列之不同疏密濃度，將解合 影像組成具階調性之圖文，再利用疊紋放大原理，透過二維微透鏡陣列板，可將 細微解合影像放大，並合併還原為臺灣影像訊息。本研究設計具有印製流程快速、 成本低廉的特性，並可兼具美觀設計，可望成為未來光學影像防偽的發展趨勢。. 第二節 研究目的與問題 本研究探討利用疊紋原理進行解合影像之設計排列及加密研究。設計由解合 影像組成之具階調性圖文，再透過微透鏡陣列覆蓋觀察，可將原先肉眼無法辨識 之細微解合影像放大，並合併產生新的影像訊息，進而達到二線防偽之功能。. 本研究目的如下： 一、設計具多重意義之解合影像。 二、將不同疏密濃度排列之解合影像形成具階調性之圖文。 三、數位模擬解合影像還原之疊紋放大結果。 四、評估以微透鏡陣列覆蓋解合影像陣列之解密還原效果。 五、將解合影像應用於筆記本之加值設計。. 根據研究目的，提出以下待答問題： 一、如何設計具多重意義之解合影像？ 二、如何將不同疏密濃度排列之解合影像形成具階調性之圖文？ 三、如何以數位程式模擬解合影像還原之疊紋放大結果？ 四、以微透鏡陣列板觀看解合影像陣列之解密效果是否顯著？ 五、如何將解合影像應用於筆記本之加值設計？. 2.
(10) 第三節 名詞解釋 一、疊紋（Moiré）： 最早發現疊紋現象是法國絲綢工人，當兩塊薄紗疊合在一起時，綢布的經緯 線互相交錯時，在光線照射下會產生美麗的花紋，若將絲綢移動，花紋亦會跟著 異動變化(Kamal,1998)。其產生的疊紋花紋狀如水波，法文稱為 Moiré(中國稱莫 爾，臺灣稱疊紋)。疊紋產生原理主要將兩條相近的線條重疊在一起，並在一定 的條件下產生不同的疊加紋路，本研究主要就是利用這個原理並利用數學方程式 來計算及設計所要加密的影像尺寸。. 二、微透鏡陣列板（Micro-lens array）： 經由熱壓加工後，利用具有光學折射原理及透鏡成像效果以呈現特殊效果之 具週期性結構塑膠板，整個陣列形狀類似蠅眼(Fly's-eye)，屬於二維結構的透鏡 陣列。設計微透鏡陣列要考量的因素有大小、材料折射率、透鏡曲率半徑、成像 焦距等，當以微透鏡陣列板作為工具觀看印刷品時，如：立體印刷或防偽應用， 其圖檔設計必須精準計算每英吋範圍內之數值，假如計算不夠精準，即會產生殘 影現象，影響其觀看的品質及效果。. 三、解合影像（Reassembled images）： 學者 Dimitri Van De Ville (2004)指出破碎影像(Scrambled images)是指將原始 影像切割成長條或區塊，再作空間變形，將原始影像轉變為其他無法辨識的影像 並亂序排列，只有影像傳遞者與接受者知道如何辨識的關鍵所在。 在本研究中，將原始臺灣影像拆解成為四種不同的動物影像，因其可被拆解 並重新合併，但不論是拆解後或合併後皆具有判讀的意義，與傳統破碎影像作法 略有差異，故本研究定名為「解合影像」。其可透過光學原理，以相近週期的二 維微透鏡陣列輔助解密，將動物解合影像解密還原為臺灣影像，而其解合影像之 還原過程亦可以數位方式模擬進行。. 3.
(11) 第四節 研究範圍與限制 本研究所設計之解合影像陣列，利用疊紋原理將解合影像作解密還原，但因 解合影像陣列在印刷過程中，會因網點擴張及油墨沾粘等因素，影響其最後還原 的效果，故本研究僅以 1270dpi 輸出印刷底片，測試解合影像之解密還原效果。 所使用之印刷設備為 Heidelberg Signaseter 底片輸出機，最高解析度為 5080dpi， 因此在解合影像陣列底片製作與輸出過程中，設備的極限不可避免。. 本研究所採用之微透鏡陣列板僅以現有常用規格為解密之工具，並不探討所 有規格之柱狀透鏡陣列。為達到較佳之解密效果，本研究加密時，單位距離內之 透鏡數(Pitch)條件設定必需符合解密之微透鏡陣列板。. 4.
(12) 第二章 文獻探討 本研究利用疊紋原理，設計能拆解再合併之加密解合影像，並以微透鏡陣列 作為解密工具，將經拆解之解合影像重新合併還原，達到防偽功能。故針對本研 究之目的，作相關的文獻回顧與討論。本章文獻探討內容共分為三節，第一節介 紹印刷防偽技術應用之發展與現況；第二節介紹疊紋放大原理及特性；第三節介 紹過去關於微透鏡陣列之相關研究；第四節為本章文獻探討小結，透過國內外相 關文獻的蒐集與彙整，以作為本研究參考與架構之擬定。. 第一節 印刷防偽技術應用發展 壹、 印刷防偽技術之發展. 偽造是指未經所有權人准許進行仿製或複製的行為，防偽指的是防止偽造所 採取的措施。防偽是一個非常古老的行業，在中國古代就有在瓷器、字畫上添加 印記或警示語來確定製作者身份、防止他人假冒的做法(石瀟文，2010)。而防偽 技術迅速發展則是在進入 20 世紀之後，特別是在近十年間，隨著偽造票據、證 明文件及各類仿冒商品的泛濫，刺激了防偽技術的進步，尤其在印刷科技方面， 已有許多研究致力於提高印刷產品之防偽功能。. 學者 van Renesse 將防偽技術依方法分為三個層級，第一層級主要是運用人 類的基本五官感覺(human perception)來判定真偽，其常見防偽設計如：浮水印 (Watermark)、雕刻凹版 (Intaglio Printing)、防偽線(Security threads)、全像片 (Holograms)、光可變油墨(Optically variable)及對位印刷(Registered Printing)等； 第二層級則需利用簡易的工具輔助進行真偽之判定，常見防偽設計如：磁性油墨 (Magnetic ink)、條碼(Bar codes)、螢光成份(Retroreflection)、冷光(Luminescent) 等；最後第三層級之防偽檢查則需透過專業人員，以高精密度的複雜檢測儀器來 進行判別，防偽設計之層級愈高，其偽造難度亦愈高，但缺點是較不易由肉眼直 接辨識，較不適合作為普遍應用的防偽設計(van Renesse, 2005)。而本研究設計 5.
(13) 以微透鏡陣列板作為解密之輔助工具，故屬於第二層級的防偽設計，表 2-3-1 為 三個層級之防偽設計說明整理。. 表 2-3-1. 防偽設計層級. 層級. 1. 判定方式. 使用對象／方式. 功能需求. 由人類基本五官感 民眾辨識. 可直接利用視覺、觸覺. 覺即可檢查辨識. 等知覺進行判定. 顯性 利用簡易工具輔助 販賣機、提款機、一 經由簡單工具即可辨識 2. 辨識. 般商店點鈔機. 其真偽. 半隱性 專業人員透過高精 銀行櫃員機和鈔券整 在高速下可以穩定辨識 儀器進行判定 3. 理機. 其特殊防偽設計. 政府或發行單位. 可被精確鑑定. 隱性 刑事需求. 資料來源：研究者整理. 印刷工業技術研究中心協同計畫主持人張世錩表示，一個防偽產品會應用到 數十種防偽技術，從紙張的製造、油墨調理、防偽設計、製版到印刷階段都可應 用防偽技術，其目的是要增加仿冒及偽造的難度，而一個好的防偽產品設計則必 需兼顧無法仿冒及易於辨識兩項要求。. 若以科學方式來分類各項防偽技術，大致可區分為：物理防偽技術、化學防 偽油墨技術、生物防偽技術、材料防偽技術、電腦與網路防偽技術、防偽印刷技 術及防偽包裝技術等（張逸新，2007)。本研究目的是透過光學原件，設計可加 密並還原之解合影像，屬於物理防偽技術中的數位影像防偽，而在數位影像防偽 技術中又以半色調過網加密影像作為主要內容，其大致分類有：網屏解碼影像 (Screen-decoded images)、載體網屏影像(Carrier screen images)、解合影像 (Scrambled images)、掃瞄陷阱及網屏陷阱(Scan-traps and screen-traps)、局部網屏 調變(Local screen modulation)、秘密影像(Hidden images)及非局部網屏調變 6.
(14) (Non-Local screen modulation)七大類（陳永輝，2007；van Renesse, 2002）。 網屏解碼影像(Screen-decoded images)是指透過具有週期的解碼工具，將原 先肉眼不易辨識或看不見的隱藏加密影像得以顯現，常見之網屏解碼有：黑白柵 線、針孔薄膜、圓柱透鏡陣列及微透鏡陣列等具有週期性的工具。其中黑白柵線 應用在防偽設計上非常普遍，柵線不一定是直線或橫線，具有週期性的曲線或放 射狀線條均可以作為解密的工具，如圖2-1-1為利用線條間距位移來隱藏圖文， 當透過相同週期的光柵板，因為疊紋現象原理，可以將原先隱藏在内肉眼不易辨 識之圖文清楚顯示。. (a). (b). (c). (d). 圖 2-1-1 利用線條間距位移設計隱藏圖文並解密。(a)隱藏圖文柵板 (b)解密工具 光柵板 (c)將 B 光柵板覆蓋於 A 柵板上，其中所隱藏之圖文清楚顯現 (d)將 B 光 柵板稍微向右移動半個間距，則可看見負像影像 資料來源：Hersch, Chosson & Amidror, (2007).. 7.
(15) 載體網屏影像(Carrier screen images)是指以週期性的影像元件作為加密訊息， 其所設計的隱藏訊息無法直接以肉眼辨識，需透過相近週期性的解碼工具加以干 涉，則可顯現其中隱藏的訊息。目前有許多的安全文件皆有應用載體網屏影像作 為防偽設計，主要是將隱藏的訊息在印刷載體上作調變，再利用週期性的解碼工 具，解密其中隱藏的訊息，這種方法又可細分為三種：第一種在透過覆蓋其上之 解碼網屏工具產生疊紋干涉之紋路，可供第二層級防偽作設計。第二種是於平版 印刷的複製過程中，對其分色網屏進行干涉，其所產生之錯網花紋可以目視直接 辨別，可供第一層級防偽作設計。第三種類型則是於掃瞄器之取樣頻率進行干涉， 亦稱變形效果(陳永輝，2007)。. 目前的載體網屏影像技術大都應用於鈔券上，如圖2-1-2為祕魯之100Intis鈔 券，若將正確的解碼工具置放於團花加密的地方，則會出現CIEN INTIS字樣， 如下圖2-1-3所示，圖2-1-4為祕魯鈔券加密設計局部放大圖。. 圖 2-1-2 祕魯 100Intis 鈔券 資料來源：van. Renesse R. L.(2002).. 8.
(16) 圖2-1-3 解碼後顯現CIEN INTIS字樣 資料來源：van. Renesse, R. L. (2002).. 圖2-1-4祕魯鈔券加密設計局部放大圖. 臺灣鈔券新台幣壹佰元也有類似的功能設計，在鈔券正面的右下角處，若將 62.4LPI之圓柱透鏡陣列置放在上則可清楚顯示「100」的字樣，如下圖2-1-5所示。. (a). (b). 圖2-1-5 新臺幣壹佰元鈔券經62.4LPI圓柱透鏡陣列解密示意圖。(a)新臺幣壹佰元 鈔券原圖 (b)經62.4LPI圓柱透鏡陣列解密後顯現100字樣 資料來源：孫弘道拍攝(2012)。. 貮、破碎影像之防偽應用. 破碎影像(Scrambled images)是指將原稿影像切割成長條或區塊，再作空間變 形。學者 Dimitri Van De Ville (2004)提出，破碎影像是將一個影像轉變為其他無 法辨識的影像，只有影像傳遞者與接受者知道如何辨識的關鍵所在。若將原始影 像切割成二組或多組以上之解合影像，以一維或二維透鏡陣列作為輔助，藉由光 學原理之解碼程序，可將破碎影像還原成原始影像，是一種重要的影像加密技術， 9.
(17) 可作為影像資訊隱藏的方法之一。破碎影像的主要目的是將具有原始意義的影像， 轉變切割成二組以上之影像，使其所要傳達的真實資訊無法直接透過肉眼輕易辦 識，以增強影像資訊隱藏演算法，提高抵抗非法攻擊的功能，進而提高其防偽安 全性。. Avakian E. A.(1960)最早提出光學破碎影像之文件安全應用，其處理加密訊 息時，運用包含：破碎（scrambling）、掩飾（disguising）、隱藏（concealing）、 加密（encoding）等技術進行破碎影像的加密。其所使用之解密工具為線條網屏 或由透明度不等之線條組成之格柵（grids），發明者將之稱為分割網屏，其主要 目的在保護文件上的隱藏機密訊息不會輕易被辨識。. Brown L. R. (1963)首先提出以「球狀鏡片陣列」作為光學加密及解密之研究， 並申請專利，其主要研究概念如圖 2-1-6 所示，當透過球狀鏡片陣列觀察英文字 母陣列時，可解得一放大字母疊紋影像。. 圖 2-1-6 球狀鏡片陣列解密研究示意圖。 資料來源：Brown, L. R. (1963).. 後續學者也陸續發表相關的破碎影像加密研究，但在不同時期，不同學者所 使用的專有名詞術語也不盡相同。1972 年 Meltzer 先生發表「影像之光學加密」 之方法，以「柱狀透鏡陣列」製作「破碎簽字」（scrambled signature）並應用於 身分證件之安全加密。1975 年 Ikegami 先生，發表以「透鏡板」 （lenticular plates） 10.
(18) 製作破碎影像之方法，並申請專利，文章中說明不同節距之透鏡板組合後可解密 為多元複合式之影像，如圖 2-1-7 所示。. (a). (b). 圖 2-1-7 由不同節距(Pitc)之透鏡板觀察可得複合式加密影像示意圖。(a)不同節 距之透鏡板結構示意圖。(b)透過透鏡板觀察可得複合式加密影像示意圖。 資料來源：Ikegami. (1975).. 1976 年由 Alasia A. V.先生發表以透鏡網屏製作光學性破碎影像之技術，亦 即後來之「scrambled indicia」 ，是由美國影像安全系統公司和匈牙利優拉(JURA) 設計公司共有的專利技術。其方法是將資訊隱藏在影像中，並利用光學解碼器來 解讀隱藏的資訊。而其原理是藉由光線透過柱狀凸透鏡組於聚焦在網線之上，使 人眼能察覺到隱藏的訊息，光線未聚焦的影像部分，人眼則無法察覺，因此將欲 藏入的資訊透過偏移半條網線後，透過柱狀凸透鏡觀測，利用光線偏折即顯現出 防偽圖樣內容，圖 2-1-8 為柱狀凸透鏡之光學原理示意圖。. 圖 2-1-8 柱狀凸透鏡之光學原理示意圖。 資料來源：研究者繪製。. 11.
(19) Alasia 等人所設計之解合影像方法，其主要目的是將要作為防偽功能的圖案 打散、置亂、變形後疊加在鈔票、郵票、包裝印刷圖案等安全文件上。因為人的 肉眼看不見這些解合影像，而目前的彩色影印機和數位掃描器也無法偵測、複製 這些解合影像，只有在特製的解碼工具下，正確完整的隱藏圖文才會顯現出來。 其主要優點在於不需特殊印刷油墨和特殊的印刷技術，幾乎目前所有的印刷技術 甚至鐳射列印都可完成這種效果，並可使用不同的頻率進行多次加密防偽設計。. 目前這種技術已應用於亞美尼亞鈔票、美國郵票、香港特區護照、煙草包裝 等印刷品上。如圖 2-1-10 為西班牙 1992 年版的 1000 Peseta 鈔券，即是最早運用 此技術的產品設計。在右方以長方形的紅框內，28mm 的長度中有 143 個碎片。. (a). (b) 圖 2-1-9 西班牙 1992 年版 1000 Peseta 鈔券。(a)解合影像放大圖。(b)以透鏡解碼 後示意圖(旋轉 90 度)。 資料來源：van. Renesse, R. L.(2002).. 12.
(20) 參、微小字之防偽應用. 2002 年 George K. Phillips 提出以微結構來取代網點，如微小圖案、LOGO、 文字等，這些隱藏在文件內的微結構訊息，一般距離下人眼沒有辦法察覺，但在 複印後其複印機器無法真實還原其微結構，因此而產生干擾紋，藉此宣告版權及 達到加密的目地如圖 2-1-10 所示。. (b). (a). (c). (d). 圖2-1-10 微結構防偽示意圖。(a)原始加密影像。(b)複印後之影像變化。(c)原始 加密影像微結構放大圖。(d)複印後影像微結構放大圖。 資料來源：Philips, G.K. (2002).. 因為微小字防偽設計使用對印刷機的要求很高，因為極細微的文字很難被一 般複印機準確印刷。當偽造者試圖使用複印機或者電腦掃描儀複製這些文字時， 13.
(21) 微小字會以虛線或實線的形式出現在複製品上，無法正確複製其中細微的文字結 構。在各國鈔券上，利用微小字作為防偽功能設計也很常見，如圖2-1-11為應用 於10澳大利亞元上的微小字放大圖，其中每一個微小字母大約只有0.2毫米寬。. (a) 圖2-1-11. (b). 10澳大利亞元上之微小字設計放大圖。(a) 10澳大利亞元原圖。(b)微. 小字設計放大圖。 資料來源：維基百科共享資源。 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/zh/3/33/%E6%BE%B3%E6%B4%B210%E5 %85%83%E9%88%94%E7%A5%A8.jpg. 在國內的鈔券上也有類似的應用設計，如圖 2-1-12 為新台幣壹仟元之細微 字設計放大圖，圖 2-1-13 為新台幣壹佰元之細微文字放大圖。. (a). (b). 圖 2-1-12 新台幣壹仟元之微小字防偽設計放大圖。(a)現行新台幣壹仟元原圖。 (b)左圖紅框處微小字防偽設計放大圖。 圖片來源：中央銀行新臺幣介紹。http://www.currency.cbc.gov.tw/tb6.htm. 14.
(22) (a). (b). 圖 2-1-13 新台幣壹佰元之細微文字放大圖。(a)現行新台幣壹佰元原圖。(b)左圖 藍框處微小字防偽設計放大圖。 圖片來源：中央銀行新臺幣介紹。http://www.currency.cbc.gov.tw/tb6.htm. 此外，微小字的結構可以用任何一種圖案來置換圖樣原本的網點，如圖 2-1-14是利用許多極微小的人像來表現影像的階調色彩，經過微結構置換的影像， 在人眼一般距離觀看下，並無法查察其中隱藏的資訊內容，但當以輔助儀器觀看 時，立即可以發現網點微結構不同。. 圖 2-1-14 利用微小圖案置換原始網點示意圖。 資料來源：Philips, G. K. (2002).. 15.
(23) 第二節 疊紋成像原理及特性 壹、疊紋起源與發展. 最早發現疊紋現象是法國的絲綢工人，當兩塊薄紗疊合在一起時，在光線照 射下互相交錯的絲線會產生美麗的花紋，若將絲綢移動，花紋亦會跟著異動變化 稱作疊紋。故「moire＇」這個字是源自於法文，它原本的意思是「波紋狀的山 羊毛料」，這是一種有間隔交錯圖案並具有光澤感的布料，當布料擺動移晃時， 它的圖案變化就像水波流動一般而得名。事實上，在光學裡也有類似的現像，當 兩個以上格子狀週期排列的結構交疊時，也會產生疊紋。疊紋在日常生活中是很 常見的，例如兩塊紗窗重疊時就可以看到明暗相間的干涉條紋。而疊紋產生原理 是指將兩組相近的線條重疊在一起時，並在一定的條件下產生不同的疊加紋路， 如圖 2-2-1 所示。其中 P1、P0 為兩組線條之間距，P 為產生之疊紋尺寸。. 圖 2-2-1. 兩相近線條加疊圖紋示意圖. 資料來源：Kamal, H. (1998).. 現在疊紋已被廣泛用來表示兩個或多個以上，相同週期幾何圖形所重疊產生 的紋路，任何兩組或多組的幾何線條疊加，均能重組產生具規律分佈的新紋路。 疊紋技術日新月異且已被廣泛應用在各領域，早期疊紋僅用在裝飾設計上，近年 來開始利用疊紋技術進行長度、角度、振動、壓力、變力和形狀等精密量測，亦 開始有人利用疊紋特性來做人體的檢測，如:牙齒的形狀，腳掌的變化……等。 16.
(24) 近來則有更多研究將疊紋應用在不同的領域，如利用疊紋原理來克服解決無水平 版印製光柵板立體印刷時會產生網花的現象，將疊紋技術應用在立體成像等（吳 文和等人，2011)。. 在 1874 年由 Lord Rayleigh 最早提出以科學為目的設計疊紋，他以數學模式 計算疊紋影像作為光柵的分析。之後直到 1920 年代，才由 Ronchi 及其他學者陸 續發表文章，將疊紋技術應用在加密技術中，並以圓柱狀透鏡陣列或 Lonchi ruling grating 作為解密工具（Ronchi, 1925） 。近年來，則以瑞士 Ecole Polytechnique Fé dérale de Lausanne (EPFL)研究團隊將疊紋技術應用在防偽設計上最為先進與完 整，已發表許多篇文章討論疊紋在防偽領域上的發展與應用，並已申請多項專利 （Hersch, Chosson ＆ Ran, 2007)，將疊紋技術實際應用到產品上，如圖 2-2-2 為 EPFL 團隊設計之疊紋，其疊紋圖像設計靈感來自美國國旗。而本研究提出以疊 紋技術設計具階調性及多重意義之解合影像，應用在印刷防偽技術上，以強化目 前解合影像的防偽功能及趣味性。. (a). (b). 圖 2-2-2 瑞士 EPFL 團隊所設計之疊紋影像。(a)為經壓縮處理後之疊紋影像。(b) 經覆蓋光柵板後即顯示 USA 字樣。 資料來源：Amidror, I., & Hersch, R. D. (2004).. 貮、疊紋原理及特性. 疊紋產生原理為將兩條相近的線條重疊在一起，並在一定的條件下產生不同 的疊加紋路，故疊紋現象是一種光學干涉的圖案。而在現今科學方法是由兩組以 上相近週期的線相互疊合在一起，其線條疊加後計算產生新的圖形。本研究主要 17.
(25) 是利用這個原理，並透過數學方程式來製作所要加密的影像。當具有同一週期排 列的物件陣列板(圖 2-2-3b)，透過透鏡陣列板(圖 2-2-3c)觀察，在適當的距離下， 會看到一組以上的放大疊紋圖案(圖 2-2-3d)。根據 Hutley（1998）這位學者的研 究指出，當物件陣列板疊上非常相近週期的透鏡陣列時，就可以組合成新的完整 物件。. 圖 2-2-3. 疊紋放大原理示意圖. 資料來源：Kamal, H. (1998).. 如圖 2-2-3 所示，當具有對稱圖案的物件陣列板，透過也是對稱結構的透鏡 陣列板覆蓋得到疊紋圖案。當物件的圖案間隔大小為Λ 0，透鏡陣列的光圈寬度為 Λ L，而兩個透鏡陣列板之間的距離為S0，而人眼可以在距離Si 下可以觀察到正確 的疊紋放大圖案。疊紋放大的現象，可以藉由同一物件陣列板，放上不同週期的 透鏡陣列板而觀察得之，而疊紋圖案的尺寸，跟透鏡陣列板的週期及兩陣列板間 隔的距離皆有相關。故由上述內容可知，疊紋圖案的產生及變化，是受到三種因 素改變的影響：陣列週期、排列方向、排列形狀。. 當物件影像跟透鏡陣列板焦距位於三種不同的位置，會形成不同的疊紋效果。 18.
(26) 如圖 2-2-4，說明當物件影像位於 A 點，於 0~1 倍焦距內，會產生正立虛像的放 大疊紋；B 點位置在 1 倍~2 倍焦距之間，會形成倒立實像的放大疊紋；C 點位 置在兩倍焦距外，則會產生倒立實像的縮小疊紋。. 圖 2-2-4. 疊紋成像基本原理示意圖. 資料來源：Kamal, H. (1998).. 由上述內容可知，疊紋形成有三種可能，分別為正立放大、倒立放大、倒立 縮小疊紋。若要產生正立放大疊紋，需讓物件影像置於 0~1 倍焦距內，某一物件 圖案的局部大小 Po，會符合 Pi=Pom，m>1，物件局部圖案的尺寸，在疊紋放大 後，會符合公式 2-2-1 及公式 2-2-2：. Po =∧𝑜. 𝐼. (2-2-1). 𝐿. 且為確認所有的局部圖案皆能符合放大後的位置，Pi 必需要跟透鏡陣列的週 期 Λo 相等，故亦需符合公式 2-1-2：. ︱Pi ︱ = ︱ ∧L ︱. (2-2-2). 故由以上的公式可以得知，物件圖案的大小 Pi，及物件局部圖案大小 Po， 以及物件陣列位置的關係，最後所產生的放大疊紋會符合公式 2-2-3：. 𝑚=. 𝑃𝑖 𝑃𝑜. =. ±∧𝐿 𝑃𝑜. =−. 𝑓. (2-2-3). 𝑆𝑜 −𝑓 19.
(27) 亦可利用光柵間的遮光效應來解釋疊紋的形成，並推導出光柵結構參數和疊 紋圖形的幾何數學關係（蘇大圖，2001） 。當兩片黑白線光柵相互重疊時如圖 2-2-5， 會因兩光柵板間的節距(Pitch)或方向(夾角)不同，而形成不同的疊紋大小與形狀。 由圖 2-2-6 所示，若三角形面積 ABC 等於 T，利用三角形的三個邊線長及P1、P2、W、 θ 的關係，(其中P1、P2為不同光柵板之間距，W 是所產生疊紋的大小，θ 是光 柵夾角)可推導出方程式 2-2-4 及方程式 2-2-5。. 圖 2-2-5 兩片光柵片相互重疊產生疊紋示意圖 資料來源：蘇大圖（民 90）。. 圖 2-2-6 單一光柵片相互重疊產生疊紋示意圖 資料來源：蘇大圖（民 90）。 20.
(28) ̅̅̅̅ ̅̅̅̅ × 𝑊 = 2𝑇 𝐴𝐵 × 𝑃1 = ̅̅̅̅ 𝐴𝐶 × 𝑃2 = 𝐵𝐶. ̅̅̅̅ )2 = (𝐴𝐵 ̅̅̅̅ )2 + (𝐴𝐶 ̅̅̅̅ )2 − 2𝐴𝐵 ̅̅̅̅ × 𝐴𝐶 ̅̅̅̅ 𝑐𝑜𝑠 𝜃 (𝐵𝐶. (2-2-4). (2-2-5). 將上述兩組方程式整理後，可以得到方程式 2-2-6。. W. PP 1 2. (2-2-6). P P 2 PP 1 2 cos 2 1. 2 2. 若 P1 P2 時，則可以方程式 2-2-7 表示：. W. P P 2(1 cos ) 2sin( / 2). (2-2-7). 故綜合上述公式可以得知，疊紋放大公式可用方程式 2-2-8 表示：. 𝑚=. 𝑃1 𝑃1 −𝑃2. =. 𝑊. (2-2-8). 𝑃2. 其中 m 代表疊紋放大率；P1表圓柱光柵週期；P2代表影像週期，亦可代表 影像之原始大小。本研究即是利用此公式之疊紋幾何關係作為研究推導之基礎。. 21.
(29) 第三節 微透鏡陣列板特性及應用 微透鏡陣列是大家所熟悉的光學元件，作為新型的微光學元件被應用到現代 光學系統中，表現出良好的優異性，其作用越來越受到重視，以下將針對微透鏡 的結構特性及成像原理作說明。. 壹、微透鏡陣列板. 早期利用傳統方法所製造的光學元件，不僅製造程序複雜且元件的尺寸大、 重量重，已經無法滿足現今多元化的應用。隨著科學技術進步及目前使用光學設 備儀器也朝著微小化發展的趨勢，現今已經大部份朝微米等級或奈米級的光學元 件發展。所謂微光學(microoptics)，簡單說明就是將光學元件或光學系統之尺寸 微小化，其大小範圍大約在釐米(mm)至微米(μm)左右。隨著科技的進步，目前 微光學元件廣泛地應用於光束整形、光學器件互連、CCD 截取系統、多重成像 系統、掃描器、LED 導光板、光通訊、光儲存、立體成像、防偽應用等領域， 且依其功能性不同，設計與製作出不同微透鏡結構(赫爾齊克，2002）。. 一般而言，微光學元件依光學特性可區分為繞射型與折射型兩種，雖然，繞 射型微光學元件集多功能於一身，且體積、重量皆比折射型光學元件小，在微光 學系統中扮演十分重要的角色；然而，折射型微光學元件也有其不可取代的特性， 本論文研究即是以折射型微透鏡陣列為主要的光學元件。. 折射型微透鏡整個陣列形狀，類似蒼蠅的複眼結構。蒼蠅的複眼(如圖 2-3-1) 是由 3000 多個小眼所組成，這些小眼具有各自的光學系統，既能協調一致，又 能獨立工作。因此，蠅眼不僅具有高速度及高精度的分辨能力，且能從不同的方 位接收視像。科學家由蠅眼的特殊構造和功能得到啟發，研製蠅眼透鏡，也就是 把微透鏡陣列，並安裝於照相機上，一次就能拍出幾十張、上百張甚至於上千張 相同或不相同的照片來。這種特殊的透鏡陣列式照相機在科學研究以及軍事應用 上都有特殊的應用，例如蠅眼探測器和蠅眼雷達等等(施至柔，2007)。.
(30) 圖 2-3-1 蒼蠅的複眼結構 資料來源：蒼蠅圖-吉米布萊特。 http:mypaper.pchome.com.tw/jimmy bright/post:1322633793. 折射式微透鏡陣列製造方法有離子交換法、光刻膠熱熔法、微噴列印、及模 具式成型法及孫弘道等人(2011)所提出之網版印刷法。微透鏡陣列的截面形狀有 圓形、正方形和多邊形等，當以微透鏡陣列作為印刷防偽解密之工具時，其排列 方式與印刷品的網點一致，且週期接近，利用人眼的視差原理產生二維視覺效果。 微透鏡陣列之材料可為塑膠或樹脂。解密時，覆蓋其上的微透鏡陣列週期根據印 刷品網點大小的不同，可從 50μm 到 100μm 不等。. 貮、微透鏡陣列板成像原理. 當我們在觀察空間中的物體時會很自然地產生立體感覺，這是因為正常人利 用兩隻眼睛觀看東西。人兩眼瞳孔之間有一定的距離，正常人的兩眼瞳孔左右距 離約 6.5 公分。兩眼與物體之間形成一個夾角，所以左右兩眼所看到的物體就會 產生差異，一般稱之為視差(Parallax)。因這種視差所構成的影像，經反應到大腦 中的立體視神經，將左右眼所看到的影像融合後便產生了遠近的空間和立體的感 覺。微透鏡陣列板成像原理如圖 2-3-2，其疊紋放大效果可以透過兩個略微不同 的節距陣列而形成。. 23.
(31) 圖 2-3-2. 微透鏡陣列板成像示意圖。. 資料來源：Hutley, M. C., Stevens, R. F. & Savander, P.(1994).. 由於微透鏡陣列是由許多微小透鏡以一定的間隔具週期性排列形成的二維 透鏡陣列，目前常見微透鏡陣列排列方法有格狀(grid)和位移(offset)排列兩種結 構，分別如圖 2-3-3 及圖 2-3-4 所示。. 圖 2-3-3 格狀結構圖. 圖 2-3-4 位移排列結構圖. 資料來源：孫弘道，王希俊，吳文和（民 98）。. 製作微透鏡陣列板時需依據膠片的材質及用途，依光學原理設計出不同的參 數模組。其所需要考慮因素有：Pitch(間距)、材料折射率、透鏡曲率半徑、視角、 成像焦距，以及微透鏡陣列板厚度等，其單一透鏡結構如圖 2-3-5 所示。. 24.
(32) 圖 2-3-5 單一透鏡結構示意圖。 資料來源：孫弘道，王希俊，吳文和（民 98）。. 以微透鏡陣列作為解密的工具，在透鏡設計上必須符合微透鏡光學成像，主 要依據微透鏡造鏡者公式 2-3-1 及 2-3-2。得知上述因素數值，代入公式即可求出 微透鏡陣列板厚度(即微透鏡陣列板焦距)。. t. rn n 1. (2-3-1). D2 h 4 r 2h 2. (2-3-2) 其中 t 為焦距(材料厚度+微透鏡高度)；r 是微透鏡曲率半徑；n 為折射率； D 是微透鏡直徑；h 是微透鏡高度。. 當以微透鏡陣列板作為工具觀看印刷品時，如：立體印刷或防偽應用，其圖 檔設計必須精準計算每英吋範圍內之透數來製作，假如計算不夠精準，即會產生 殘影現象，影響其觀看的品質及效果。圖 2-3-6 為以微透鏡陣列覆蓋觀看由細微 文字影像所組成之人像，利用疊紋原理可解得到放大的正立疊紋影像。. 25.
(33) 圖 2-3-6 以微透鏡陣列覆蓋細微文字所得之放大疊紋影像。 資料來源：Hersch, R. D., Chosson, S. & Amidror, I. (2003).. 26.
(34) 第四節 文獻探討小結 本章節分別探討疊紋放大原理及特性、微透鏡陣列相關研究以及解合影像之 印刷防偽應用現況。由本章蒐集的文獻資料，了解目前印刷防偽技術非常的廣泛， 無法一一詳細介紹，且在各項光學影像防偽技術中，以疊紋防偽兼具低成本、印 製流程快速、設計美觀實用的特色。本研究僅就相關的網屏解碼影像深入分析， 發現二維解合影像相關研究較少，目前大都以一維圓柱透鏡陣列作為解密工具， 本研究將以二維的微透鏡陣列作為解密工具，補足以一維圓柱透鏡陣列進行解合 影像解密之限制。. 由第二節及第三節的文獻資料中，了解在設計解合影像及利用微透鏡陣列板 解合疊紋的過程中，所需使用到的公式定理及成像特性。現今國內外對「破碎影 像」應用於防偽技術上的相關研究多著重於影像的拆解、變形設計，且經變形調 變後的破碎影像本身大都不具有判讀意義，故本研究將以前人研究為基礎，設計 不論在解密前或解密後皆具有判讀意義的「解合影像」，並將細微的解合影像形 成具階調性的圖文，增加其應用設計的多元性。. 27.
(35) 第三章 研究方法 本研究採用實驗研究法，主要目的是利用實驗來證明將原始影像拆解形成具 階調性之解合影像圖文後，仍可以微透鏡陣列還原之可能性。本研究設計具階調 性及多重意義之解合影像，並進行疊紋放大實驗測試，利用公式計算疊紋的週期、 線數、尺寸後，輔以 Matlab 程式數位模擬疊紋放大取樣結果，再以實際輸出底 片，測試解合影像還原情況。本章共分為三節。第一節介紹本研究之研究流程； 第二節介紹研究實驗所需工具；第三節說明解合影像實驗設計，分別進行以下四 項實驗：解合影像疊紋放大實驗、不同濃度之解合影像陣列解密實驗、具階調性 解合影像設計實驗及彩色解合影像陣列設計實驗。. 28.
(36) 第一節 研究流程 本研究流程，依照過去相關文獻研究整理，設計具階調性及多重意義之解合 影像，並進行疊紋放大實驗測試，輔以 Matlab 數位模擬疊紋放大取樣結果，再 以底片機輸出解合影像陣列，並透過微透鏡陣列板實際進行解密效果測試。本研 究流程如圖 3-1-1 所示。. 圖 3-1-1. 研究流程圖. 資料來源：研究者繪製。. 29.
(37) 第二節 研究工具 本研究使用 Photoshop CS5 繪製原始疊紋影像並進行拆解，並以 Matlab 程式 語言進行疊紋放大取樣還原的模擬，並輸出解合影像陣列，實際操作解合影像還 原情況。本研究所使用的材料及軟體、硬體工具設備如表 3-2-1:. 表 3-2-1 研究工具列表 Matlab 程式語言軟體 軟體 Adobe Photoshop 影像軟體 ASUS F81S 筆記型電腦 硬體. HP CP4025 鐳射印表機 Heidelberg Signaseter 底片輸出機. 材料. Double A 列表機用紙 Saphira HRA-HS 輸出用底片 格狀(grid)排列 二維微透鏡陣列板. 陣列板尺寸. A4(210*297mm) 長：7.8221 Lpi／3.2472 Pitch 寬：7.3102 Lpi／3.4746 Pitch. 底片輸出解析度. 1270dpi. 資料來源：研究者繪製。. 30.
(38) 第三節 解合影像實驗設計 本研究設計一組臺灣影像作為疊紋解合設計之原始影像，其臺灣影像由四個 代表臺灣意象之動物圖案所組合而成，分別為:臺灣黑熊、梅花鹿、臺灣彌猴及 櫻花鉤吻鮭，這四隻動物圖案即為本研究實驗之解合影像，因動物圖案本身即具 有判讀上的意義，當透過放大鏡或高精度掃描儀可以檢視其細微解合影像訊息， 可誤導偽造者以為這些解合影像即為最終圖像設計，達到防偽的功效之一。本研 究並利用解合影像陣列排列之不同疏密濃度，進而形成具階調性的圖文。接著再 將二維微透鏡陣列覆蓋其上，利用疊紋放大原理，可將細微動物解合影像合併還 原為臺灣影像輪廓，成功達到解密的防偽效果。如圖 3-3-1 為本研究之解合影像 實驗設計流程示意圖。. 圖 3-3-1 以疊紋防偽技術設計具階調性之解合影像防偽研究流程圖 資料來源：研究者繪製. 31.
(39) 壹、解合影像陣列疊紋放大實驗 本研究運用 Adobe Photoshop CS5 影像軟體，設計二階影像的點陣原始圖檔， 本研究以「臺灣影像」作為原始影像，由臺灣特有動物組合而成。其設計概念源 自於國立臺灣博物館建館 100 週年活動─紀念標誌設計徵選特優作品，以臺灣特 有動物組成臺灣地形圖的趣味，表達出臺灣博物館之在地特色，如圖 3-3-2 所示。 本研究經取得臺灣博物館授權，得以將其修改並應用於本研究實驗中，授權同意 書請參閱附件一。. 圖 3-3-2 國立臺灣博物館建館 100 週年活動─紀念標誌設計徵選特優作品 資料來源：劉于禎設計（民 100）。. 經取得臺灣博物館學術研究授權後，本研究將其中代表臺灣意象之動物圖案， 修改為「臺灣黑熊」 、 「梅花鹿」 、 「臺灣彌猴」及「櫻花鉤吻鮭」四項，更加符合 臺灣在地特色，如圖 3-3-3 所示。. 32.
(40) 圖 3-3-3 以疊紋防偽技術設計具階調性之解合影像防偽研究-原始臺灣影像設計 資料來源：盧詩雲繪製 (民 102)。. 本研究將臺灣影像進行拆解及合併之疊紋加密設計，根據文獻探討中的疊紋 放大原理可以得知，當原始物件影像的陣列週期小於微透鏡陣列板週期時，會產 生正立的虛像疊紋；而當原本物件影像的陣列週期大於微透鏡陣列板週期時，則 會產生倒立的實像疊紋。本研究所運用到的疊紋幾何公式如公式 3-3-1 及公式 3-3-2。. W. PP 1 2. (3-3-1). P12 P22 2 PP 1 2 cos . 其中 W 代表疊紋大小，P1 為微透鏡陣列節距(pitch)、P2 為解合影像陣列之週期， θ代表兩陣列重疊時之夾角。. 𝑚=. 𝑃1 𝑃1 −𝑃2. =. 𝑊. (3-3-2). 𝑃2. 其中 m 代表疊紋放大率；P1 代表微透鏡陣列節距、P2 為解合影像陣列之週期，， 亦可代表影像之原始大小。 33.
(41) 由上述疊紋方程式可計算出與微透鏡之節距間，相互干涉成像的細微影像壓 縮參數，進行解合影像陣列之排列計算，經輸出底片後，再利用節距週期微大的 微透鏡陣列工具，觀察解合影像還原的效果，可解得放大正立疊纹，驗證以疊紋 原理設計解合影像加密及解密實驗之可行性，圖 3-3-4 為解合影像陣列疊紋放大 實驗示意圖。. 圖 3-3-4 解合影像陣列疊紋放大實驗示意圖 資料來源：研究者繪製. 本研究選用之微透鏡陣列規格線數長 7.822 Lpi、寬 7.311 Lpi，其透鏡間距 長 3.247mm、寬 3.475mm，利用公式 3-1-1 計算，可得知其疊紋成像大小為 127mm、 單一解合影像大小為 3.36mm，圖 3-3-5 為解合影像陣列底片顯微拍攝放大圖。. 34.
(42) 圖 3-3-5 解合影像陣列結構顯微拍攝放大圖，放大倍率 60 倍，單一解合影像尺 寸為 3.36mm。 資料來源：研究者拍攝。. 接著將原始臺灣影像拆解為四種不同的動物解合影像，分別為：臺灣黑熊、 梅花鹿、臺灣獼猴及櫻花鉤吻鮭，如圖 3-3-6 所示。. (a). (b). (c). (d). 圖 3-3-6 解合影像之動物設計圖組。(a)臺灣黑熊 (b)梅花鹿 (c)臺灣獼猴 (d)櫻花 鉤吻鮭。 資料來源：盧詩雲繪製(民 102)。. 35.
(43) 將拆解後之相同尺寸大小之動物解合影像，轉成二階的黑白影像，再依公式 3-3-1 計算排列為解合影像陣列(如圖 3-3-7 所示)，陣列中之細微解合影像若直接 以肉眼觀察，不易辨識出影像內容，但若透過放大鏡或高精密的儀器觀察，即可 清楚看到其中的四種細微動物影像。. 圖 3-3-7 動物解合影像陣列 資料來源：研究者繪製。. 貮、不同疏密濃度排列之解合影像評估實驗. 本實驗所設計之解合影像，可依不同疏密濃度之取樣排列方式，形成不同深 淺階調之影像結構，進而組成具階調性之圖文。本實驗設計四種不同疏密濃度排 列之解合影像陣列，將四種動物影像在 2x2 的矩陣中，依 4 取 1、4 取 2、4 取 3 及 4 取 4 完整臺灣影像之四種不同取樣方式，形成不同疏密濃度之解合影像陣列， 圖 3-3-8 為 2x2 矩陣中不同疏密濃度之解合影像排列示意圖。. 36.
(44) （a）. （b）. （c） 圖 3-3-8. （d）. 在 2x2 矩陣中不同疏密濃度之解合影像排列示意圖。(a)動物解合影像. 4 取 1 排列。(b)動物解合影像 4 取 2 排列。(c)動物解合影像 4 取 3 排列。(d)動 物解合影像 4 取 4 排列。 資料來源：研究者繪製。. 因本研究選用的微透鏡陣列規格線數為長 7.822 Lpi、寬 7.311 Lpi，其微透 鏡間距長 3.247mm、寬 3.475mm，利用公式 3-1-1 計算，可得知其疊紋成像大小 為 127mm、單一解合影像大小約為 3.36mm，圖 3-3-9 為不同疏密濃度排列之解 合影像結構顯微拍攝放大圖，拍攝放大倍率為 60 倍。. 37.
(45) （a）. （b）. （c）. （d）. 圖 3-3-9 不同疏密濃度排列之解合影像結構顯微拍攝放大圖，放大倍率 60 倍， 單一解合影像尺寸為 3.36mm。(a) 4 取 1 解合影像陣列。(b) 4 取 2 解合影像陣列。 (c) 4 取 3 解合影像陣列。(d) 4 取 4 解合影像陣列。 資料來源：研究者拍攝。. 經肉眼觀察評估後，因 4 取 3 及 4 取 4 之解合影像太過接近原始臺灣影像的 整體輪廓，無法達到解密前及解密後皆具有不同判讀意義，達到誤導偽造者之防 偽效果，故僅選擇 4 取 1 及 4 取 2 之解合影像陣列作為階調性圖文設計。. 38.
(46) 參、具階調性解合影像設計實驗. 由圖 3-3-8 可知，因解合影像取樣排列方式不同，其所呈現之階調深淺亦不 同，本實驗即利用此一特性，將不同疏密度排列之解合影像組合成一肉眼可辨識 之階調性圖文，其中又因 4 取 3 及 4 取 4 排列之解合影像的原始臺灣影像過於明 顯，失去解密前後達到不同影像之防偽效果，因此僅以 4 取 1 及 4 取 2 兩種不同 疏密度排列之解合影像作為階調性圖文設計。. 其製作方法首先將文字影像「師大」作為遮罩，結合 4 取 2 排列之解合影像 陣列，形成以 4 取 2 解合影像排列所組成的「師大」文字影像，其製作流程方法 如圖 3-3-10 所示。. (a). (b). (c). 圖 3-3-10 「師大」字樣解合影像遮罩製作示意圖。(a)師大字樣遮罩。(b) 4 取 2 排列之解合影像陣列。(c)4 取 2 之解合影像陣列組成之「師大」字樣。 資料來源：研究者繪製。. 接著再將經黑白反轉的「師大」字樣影像，與 4 取 1 排列之解合影像陣列結 合，形成字樣中空，而背景由 4 取 1 解合影像組成之影像，如圖 3-3-11 所示。. 39.
(47) (a). (b). (c). 圖 3-3-11 背景解合影像製作示意圖。(a)黑白反轉之師大字樣遮罩。(b) 4 取 1 排 列之解合影像陣列。(c) 4 取 1 排列解合影像陣列組成之背景。 資料來源：研究者繪製。. 最後再將圖 3-3-10 及圖 3-3-11 中製作完成的兩幅影像結合，形成一幅由不 同疏密度解合影像陣列所組成之階調性圖文，其背景為 4 取 1 排列之解合影像， 而「師大」的字樣則由 4 取 2 排列之解合影像所組成，圖 3-3-12 為具階調性之 解合影像製作示意圖，合成方程式如 3-3-3。. X (M A) (~ M B). (3-3-3). 40.
(48) 圖 3-3-11 具階調性之解合影像製作示意圖。 資料來源：研究者繪製。. 肆、彩色解合影像設計實驗 因利用 Matlab 程式語言設計解合影像的過程中，皆需將影像轉為二階黑白 影像，但若僅只有黑白色系的階調影像略顯單調貧乏，且不利後續加值產品設計 應用，故利用 Adobe Photoshop CS5 影像軟體，將上述實驗完成之「師大」影像 顏色調整為色料三原色 Yellow(黃)、Magenta(洋紅)、Cyan(青)，並以 600dpi 輸出 測試其解密還原效果，三原色之解合影像陣列設計如圖 3-3-12 所示。. 41.
(49) (a). (b). (c). 圖 3-3-12 色料三原色之解合影像陣列設計。(a) Yellow。(b) Magenta。(c) Cyan。 資料來源：研究者繪製。. 42.
(50) 第四章 實驗結果與討論 本實驗目的在驗證將原始影像拆解為動物解合影像，並形成具階調性之解合 影像圖文後，仍可以微透鏡陣列還原之可能性，並測試以不同顏色設計時，其還 原效果如何。在分別進行前述實驗後，進行實驗結果的驗證及討論。本章分為二 節，第一節將針對第三章研究方法中所提到的四項實驗，進行解合影像輸出還原 之結果說明。第二節將實驗結果應用於筆記本的防偽功能設計，進行加值產品的 整合設計製作。. 43.
(51) 第一節 實驗結果 壹、解合影像陣列疊紋放大實驗結果. 本研究以長 7.822 Lpi、寬 7.311 Lpi 之微透鏡陣列作為解密還原工具，將透 鏡陣列組放置於解合影像陣列底片上方，因疊紋原理產生干涉現象，形成正立放 大的圖案，本項實驗證明以微透鏡陣列透過疊紋原理可將細微圖案放大，圖 4-1-1 為以微透鏡陣列板觀察解合影像陣列的成像結果，可成功將細微臺灣解合影像解 密還原為放大的臺灣輪廓疊紋影像，其疊紋放大倍率為 37.87 倍. (a). (b). 圖 4-1-1 以微透鏡陣列板觀察解合影像陣列成像結果。(a)原始臺灣解合影像陣列 底片。(b)覆蓋微透鏡陣列後可解得放大之臺灣影像輪廓。 資料來源：研究者拍攝繪製。. 本研究實驗亦輔以 Matlab 程式進行解合影像之數位模擬解密，其取樣還原 公式如方程式 3-3-1：. 44.
(52) Ai , j Bm. (3-3-1). n i, j 2 2. 其中 A 為解密影像，B 為解合影像， m、n 分別為每一解合影像的尺寸像素。 圖 4-1-2 為運用 Matlab 程式計算模擬解合影像還原後的情況。. 圖 4-1-2 以 Matlab 程式計算模擬解合影像還原的情況. 貮、不同疏密濃度排列之解合影像評估實驗結果. 由實驗過程發現 4 取 3 及 4 取 4 排列之解合影像的原始臺灣影像過於明顯， 因此僅以 4 取 1 及 4 取 2 排列之解合影像作研究設計。本研究以長 7.822 Lpi、 寬 7.311 Lpi 之微透鏡陣列作為解密還原工具，若將微透鏡陣列分別放置於 4 取 1、 4 取 2 之動物解合影像陣列底片上方，皆可看到原始臺灣影像的輪廓，故初步證 明不同疏密排列的解合影像陣列，皆可透過相同微透鏡陣列板還原其原始影像內 容。圖 4-1-3 為以微透鏡陣列板覆蓋 4 取 1 取樣排列之解合影像陣列成像結果， 圖 4-1-4 為以微透鏡陣列板覆蓋 4 取 2 取樣排列之解合影像陣列成像結果，皆可 成功將動物解合影像解密還原為放大的臺灣輪廓疊紋影像，其疊紋放大倍率皆為 37.87 倍。. 45.
(53) (a). (b). 圖 4-1-3 以微透鏡陣列板觀察 4 取 1 取樣排列之解合影像陣列成像結果。(a)原始 4 取 1 取樣排列之解合影像陣列底片。(b)覆蓋微透鏡陣列後可解得放大之臺灣影 像輪廓。 資料來源：研究者拍攝繪製。. (a). (b). 圖 4-1-4 以微透鏡陣列板觀察 4 取 2 取樣排列之解合影像陣列成像結果。(a)原始 4 取 2 取樣排列之解合影像陣列。(b)覆蓋微透鏡陣列後解得放大臺灣影像輪廓。 資料來源：研究者拍攝繪製。 46.
(54) 參、具階調性解合影像陣列實驗結果. 最後以 1270dpi 輸出由 4 取 1 及 4 取 2 排列之解合影像所組成的階調性「師 大」圖樣底片，同樣將微透鏡陣列板放置於底片上觀察，亦可成功看到原始設計 之臺灣影像輪廓，如圖 4-1-5 所示。故本實驗初步驗證其經分解後之解合影像， 若以不同疏密排列可組成具階調性的圖文，當覆蓋上微透鏡陣列板後可將不同疏 密濃度取樣之動物解合影像，解密還原為放大臺灣輪廓疊紋影像，其疊紋放大倍 率皆為 37.87 倍，成功達到設計及防偽兼具之功效。. (a). (b). 圖 4-1-5 以微透鏡陣列板觀察具階調性之解合影像陣列成像結果。(a)原始階調性 圖文「師大」之解合影像陣列。(b)覆蓋微透鏡陣列後可解得放大之臺灣影像輪 廓。 資料來源：研究者拍攝繪製。. 肆、彩色解合影像實驗結果. 最後將形成階調性圖文的「師大」字樣，分別調整為色光三原色的彩色階調 47.
(55) 性圖文，並以 hp 鐳射列印機 600dpi 實際輸出，並以微透鏡陣列覆蓋觀察不同色 彩之解密還原效果，其還原結果如圖 4-1-6 所示。. (a). (b). (c) 48.
(56) 圖 4-1-6 以微透鏡陣列板觀察三原色彩色成像結果。(a) 黃色解合影像陣列解密 結果。(b) 洋紅色解合影像陣列解密結果。(c) 青色解合影像陣列解密結果。 資料來源：研究者拍攝繪製。. 由圖 4-1-6 可知，色料三色原各自的解密還原效果以洋紅色的成像效果最佳， 黃色及青色之臺灣疊紋影像輪廓太過模糊，不易辨識，故以洋紅色之師大字樣圖 文作為加值產品的應用設計。. 伍、解合影像陣列複印後結果. 本研究設計之解合影像陣列，一旦經過複印，因複印設備解析度不足，故解 合影像微結構無法精確複印而遭到破壞，當覆上微透鏡陣列板觀察時，其還原後 之臺灣影像輪廓較為模糊不清，故可彰顯本技術之多重防偽功能，如圖 4-1-7 所 示。. (a). (b). 圖 4-1-7 解合影像陣列底片複印後結果比較。(a) 以 1270dpi 輸出解合影像陣列 底片還原結果圖。(b) 經複印後之解合影像陣列還原結果圖。 資料來源：研究者拍攝。 49.
(57) 但因本研究實驗僅以 1270dpi 底片輸出，其複印後微結構破壞程度不夠明顯， 未來若提高解合影像陣列之解析度及印刷線數，可增加偽造的難度，更有效突顯 複印後的影像還原差異性. 陸、實驗結果說明. 針對實驗結果進行總結，不論是以原始臺灣影像作為解合影像陣列，或以 4 取 1、4 取 2 及 4 取 3 排列形成不同疏密度之動物解合影像陣列，皆能以微透鏡 陣列板還原其原始臺灣影像的輪廓，只是還原的影像存在差異性，本實驗僅以 1270dpi 輸出底片，建議後續研究者可提高解合影像陣列之解析度，可得更佳的 還原成像品質，並可強化複印後微結構遭到破壞的影像還原差異性。而在彩色解 合影像設計實驗上，則是以洋紅色的解合影像成像效果最佳，其解密還原後之臺 灣疊紋影像最為清晰。. 本研究也實際應用解合影像於防偽產品的設計上，自行設計結合解合影像防 偽功能之筆記本，達成本研究理論與實作的完整性，兼具美觀及防偽功能作平衡 設計，以提升產品之附加價值。. 50.
(58) 第二節 解合影像應用於筆記本之防偽功能加值設計 由前述實驗結果得知，解合影像能將影像分解進行加密影像製作，再藉由微 透鏡陣列板作為還原工具，進行合併解密的功效，因此本研究將運用此一特性， 進行結合影像應用於筆記本之防偽功能設計。首先以解合影像形成具階調性之彩 色圖文，作為筆記本之封面內頁設計；並利用微透鏡陣板製成筆記本之封面，搭 配內頁之解合影像圖文進行解密，完成本研究實驗結果應用於產品設計上之範 例。. 壹、 筆記本防偽功能設計. 運用第三章之實驗結果，形成一幅具階調性之彩色解合影像圖文，並以彩色 鐳射列印機輸出，作為筆記本封面內頁設計，如圖 4-2-1 所示。. 圖 4-2-1 以洋紅色輸出之師大圖文。 資料來源：研究者拍攝繪製。. 51.
(59) 當在一定距離下觀看時，可以清楚看到由不同疏密度排列之解合影像所組成 的階調性「師大」字樣，但無法直接以肉眼辨識其中細微解合影像的內容。但當 透過放大鏡觀看細微解合影像時，即可清楚看到其中的動物解合影像，如圖 4-2-2 所示。. 圖 4-2-2 由放大鏡觀察彩色解合影像細微結構。 資料來源：研究者拍攝。. 本研究所設計之防偽筆記本，是利用二維微透鏡陣列板作為解合影像還原成 像之工具，故設計將二維微透鏡陣列板鑲進硬殼筆記本封面，當筆記本閉合時， 微透鏡陣列板會覆蓋在內頁所設計的彩色解合影像圖文之上，達到疊紋干涉成像 的效果，使臺灣疊紋影像成像於封面的微透鏡陣列板上，吸引讀者的注意力，如 圖 4-2-3 所示。. 52.
(60) 圖 4-2-3. 臺灣疊紋影像成像於筆記本封面上。. 資料來源：研究者拍攝。. 但當讀者打開筆記本封面翻閱時，只會看到內頁的「師大」字樣，沒有任何 臺灣影像，使其可隨筆記本翻動，成功達到解密前與解密後具有不同影像意義的 防偽性及趣味設計。而微透鏡陣列板特殊的半透明光影閃爍效果，亦可使筆記本 的封面造形具有特殊的吸睛效果，筆記本最後加工美化設計成果如圖 4-2-4 所 示。. 圖 4-2-4 防偽筆記本設計成果。 資料來源：研究者拍攝。. 53.
(61) 貮、解合影像防偽筆記本應用結果. 當防偽筆記本封面上的微透鏡陣列板與內頁的解合影像陣列密合時，因兩者 相互干涉產生了疊紋放大的影像，使得臺灣疊紋影像成功的成像在筆記本封面上， 達到本研究防偽設計的主要目的。. 圖 4-2-5 防偽筆記本疊紋解密還原成像圖。 資料來源：研究者拍攝。. 54.
(62) 第五章 結論與建議 本研究主旨為利用疊紋原理設計可拆解並合併還原之解合影像，並進行防偽 功能的應用設計，本研究所設計之解合影像陣列圖文輸出後，透過放大鏡觀察可 辨識其影像意義，但無法預知其亦可透過微透鏡陣列板，利用疊紋原理解得放大 臺灣疊紋影像；並且唯有選用正確規格之微透鏡陣列板作為解密工具，才能成功 將解合影像合併還原，解得其中隱藏之影像訊息。本研究並將所設計之階調性解 合影像應用於防偽筆記本之包裝設計上，擴增硬殼精裝筆記本的防偽功能及趣味 性。. 由本研究結果顯示，二維解合影像確實可藉由疊紋公式所算出的數值來製作 加密圖文，且能利用正確規格的二維微透鏡陣列板進行影像的解密還原，再經由 適當的美化設計，可成功將解合影像與微透鏡陣列整合於筆記本之防偽功能的應 用設計。茲將研究結果整理歸納出以下的結論與建議：. 55.
(63) 第一節 研究結論 壹、 成功設計具判讀意義之解合影像. 本研究成功將臺灣影像拆解為四種不同的動物解合影像，並可藉由二維微透 鏡陣列板將動物解合影像還原為臺灣疊紋影像，此為本研究與過去研究最大不同 之處。過去研究將原始影像切割破碎後之圖文皆不具任何判讀意義，較易察覺其 中隱藏其他圖文，但本研究所設計之解合影像，不論在解密前後解密後皆具有判 讀的意義，能使偽造者錯判細微之解合影像僅為一般微小字設計，無法猜得其可 透過正確的微透鏡陣列板解密還原為其他影像。. 本研究以1270dpi輸出解合影像底片後進行檢視，確實無法直接以肉眼辨識 其細微解合影像資訊，當透過放大鏡觀察可清楚看出其動物影像訊息，但無法與 臺灣影像進行聯想，故疊紋解合影像確實擁有無法使用儀器判讀的防偽功能性。. 貳、 解合影像形成具階調性圖文設計 本研究所設計之解合影像，可依不同的疏密排列方式，形成4取1、4取2、4 取3及4取4四種階調濃度之影像陣列，其中因4取3及4取4兩種排列方式太過接近 臺灣影像輪廓，故僅依4取1及4取2兩種排列方式進行具階調性圖文設計，本研究 成功依照疊紋公式計算，將解合影像排列出肉眼可見之「師大」字樣圖文。. 研究結果顯示，搭配正確規格之二維微透鏡陣列板，將其覆蓋於所輸出之具 階調性解合影像陣列上方，確實能成像出合併還原之臺灣疊紋影像。而還原影像 的清晰度會隨取樣數的增加而上升，但取樣數愈高，其動物解合影像排列也愈接 近原始臺灣影像設計，失去其解密前後各具有不同判讀意義的防偽功能，另外， 56.
(64) 微透鏡陣列板的製作品質也會影響影像還原的結果。而彩色解合影像陣列因無法 以底片機輸出，僅能以鐳射列印機600dpi彩色輸出，其還原後的臺灣疊紋影像明 顯較以1270dpi輸出之底片成像效果差。. 參、 解合影像整合於筆記本防偽設計. 本研究設計利用解合影像整合於「防偽筆記本」的應用，並實際手工製作成. 品測試其解密還原成效。其測試結果顯示筆記本的防偽性與功能性，皆能完全呈 現，且解合影像還原後之臺灣疊紋清晰，成功達到解密前後具有不同顯示意義的 防偽設計，且結合不同材質的素材設計筆記本的封面，在視覺感官上增加了趣味 性及美感，在商品防偽機制的應用領域增加新的參考模式。. 57.
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