UV 噴墨印刷網點製作紅外線浮水印— 以應用於 PET 之個人化產品為例

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(1)國立臺灣師範大學圖文傳播學系碩士論文. UV 噴墨印刷網點製作紅外線浮水印— 以應用於 PET 之個人化產品為例 Infrared Watermark by UV Inkjet Printing— An Example of Personalized Products on PET . 研究生：盧詩雲指導教授：王希俊教授. 中華民國一○三年六月.

(2) 中文摘要. 現今資訊科技日新月異，產品獨特性與防偽功能亦日益受到重視，個性化產品的推陳出新也帶動著印刷產業的進展。因此，本研究運用數位過網技術結合紅外線光學原理，以 UV 噴墨列印可變資料之浮水印隱藏於 PET 材質球員卡圖紋之中，增加防偽加值的獨特性。首先針對 2010 溫布頓前八強盧彥勳球員卡設計具版權之圖紋，並利用碳黑色墨吸收紅外線，而青、洋紅、黃色墨在紅外線下穿透而呈現透明之光學特性，將經數位過網的碳黑色墨網點與不同網點覆蓋百分比的青、洋紅、黃色墨網點形成的中性灰進行匹配試驗，找出人眼觀察下最符合灰平衡的網點覆蓋百分比，再結合紅外線光學特性設計出二維條碼與序號作為隱藏資訊，以 UV 噴墨印刷輸出於球員卡圖紋之中，最後利用紅外線攝影裝置進行偵測。實驗結果顯示，人眼觀察下，隱藏資訊呈現灰階並隱藏於球員卡圖紋設計之中；在紅外線攝影裝置偵測下，具碳黑色墨的隱藏資訊顯現，而以中性灰構築的球員卡圖紋皆會呈現透明，達到宣告版權的目的。本實驗採用少量多樣化特性的噴墨印刷方式，可針對單張球員卡進行個人化序號與條碼的設計，結合紅外線本身光學特性原理，增進產品的獨特性與防偽加值的應用。. 關鍵字: 半色調、紅外線浮水印、PET、噴墨印刷、個人化產品、加值應用 . . . i .

(3) Abstract With the rapid advances of information technology, the uniqueness and the anti-counterfeiting features of products are getting more and more attention gradually; meanwhile, the innovations of personalize products also improve the progress of printing industry. Therefore, this thesis aimed to fabricate a watermark with variable data which was hidden in the designed PET player card. Using digital halftoning technique, the infrared (IR) watermark, output by UV inkjet printing, can enhance the peculiarity and security. First, the player card was designed on the background of the tennis player, Rendy Lu, who entered the 2010 Wimbledon quarterfinals. Then, utilizing the optical characteristics of the infrared light, the black ink can absorb infrared light, and IR can penetrate the cyan, the magenta, and the yellow ink. The hidden data such as 2D barcodes and serial numbers are made according to the density matching chart to locate the best matching neutral gray among AM and FM halftone dot. Combining the infrared characteristics and halftoning technique, the hidden information can be output with UV inkjet printing. Finally, the hidden information can be detected under infrared light. The result shows that the hidden data couldn’t be perceived under normal light. Under the infrared light, the hidden information could be recognized and authenticated. The results show that the information could be hidden in the player card successfully. This method would provide the player card with not only encoded data but also value-added application.. Keywords：Halftoning, Infrared Watermarking, PET, Inkjet Printing, Personalized Products, Value Added Application . . . ii .

(4) 目錄中文摘要 ............................................................................................................................. 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 ........................................................................................................................... 4 第三節、研究問題 ........................................................................................................................... 5 第四節、研究範圍與限制 ............................................................................................................... 5 第五節、名詞解釋 ........................................................................................................................... 6. 第二章文獻探討 ............................................................................................................. 8 第一節、數位半色調 ....................................................................................................................... 8 第二節、數位半色調影像加密 ..................................................................................................... 22 第三節、紅外線與噴墨墨水光學特性 ......................................................................................... 28 第四節、噴墨印刷和被印材料 ..................................................................................................... 35 第五節、文獻小結 ......................................................................................................................... 43. 第三章研究方法 ........................................................................................................... 44 第一節、研究流程 ......................................................................................................................... 44 第二節、研究工具 ......................................................................................................................... 45 第三節、研究假設 ......................................................................................................................... 47 第四節、實驗設計 ......................................................................................................................... 47. 第四章研究結果與討論 .............................................................................................. 56 第一節、測試導表輸出成果 ......................................................................................................... 56 第二節、紅外線浮水印與球員卡整合 ......................................................................................... 59 第三節、紅外線浮水印偵測結果 ................................................................................................. 60. . iii .

(5) 第五章結論與建議 ...................................................................................................... 63 第一節、結論 ................................................................................................................................. 63 第二節、未來工作 ......................................................................................................................... 64. 參考文獻 .......................................................................................................................... 66 附錄一紅外線導表示意圖 ........................................................................................... 1. . . . iv .

(6) 表目錄表 2-1 半色調方法比較表 ............................................................................................... 20 表 3-1 研究使用之設備圖示說明 ................................................................................... 46 表 3-2 研究使用之設備列表 ........................................................................................... 46 表 3-3 過往紅外線浮水印與本研究紅外線浮水印比較 ............................................... 50. . v .

(7) 圖目錄圖 1-1 反偽造與品牌保護市場預期於 2002 至 2015 年於全球擴展長條圖 .............. 2 圖 2-1 利用網點模擬不同連續調影像濃度之示意圖 ..................................................... 9 圖 2-2 （A）連續調影像效果（B）半色調網點在一定距離下觀看會接近連續調效果 ..................................................................................................................................... 9 圖 2-3 照相過網示意圖 ................................................................................................... 10 圖 2-4 （A）玻璃網屏示意圖；（B）接觸網屏暈映點放大圖 .................................... 10 圖 2-5 數位半色調處理流程圖 ....................................................................................... 11 圖 2-6 AM 網點概念圖.................................................................................................... 12 圖 2-7 點陣調色法示意圖 ............................................................................................... 13 圖 2-8 臨界值矩陣著墨示意圖。（A）8 X 8 且網屏角度為 0 之臨界值矩陣；（B）階調值為 26 之網點著墨位置示意圖 ........................................................................ 14 圖 2-9 原連續調影像。 ................................................................................................... 15 圖 2-10（A）網屏角度為 0 度的臨界值矩陣；（B）處理後所得之半色調影像 ....... 15 圖 2-11（A）網屏角度為 45 度之臨界值矩陣；（B）處理後所得之半色調影像 ..... 15 圖 2-12（A）水平式臨界值矩陣；（B）處理後所得之半色調影像 ............................ 16 圖 2-13（A）垂直式臨界值矩陣；（B）處理後所得之半色調影像 ............................ 16 圖 2-14（A）右斜向臨界值矩陣；（B）處理後所得之半色調影像。 ........................ 16 圖 2-15（A）左斜向臨界值矩陣；（B）處理後所得之半色調影像 ............................ 17 圖 2-16（A）分散式臨界值矩陣；（B）處理後所得之半色調影像 ............................ 17 圖 2-17 FM 網點概念圖 ................................................................................................ 18 圖 2-18 FLOYD-STEINBERG ERROR DIFFUSION（FSED）誤差擴散法流程圖 ................ 19 圖 2-19（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 ............ 19 圖 2-20 以不同網點構成影像的呈現方式。（A）調幅網點；（B）調頻網點；（C）複合式網點 ................................................................................................................... 21 圖 2-21 應用 LSB 最低位元嵌入法加密資訊於第一位元到第八位元中 .................. 23 圖 2-22 GLYPH CODE 網點微結構示意圖 ....................................................................... 24 圖 2-23 混合網點浮水印的製作流程圖 ......................................................................... 25 圖 2-24 （A）顯微鏡下觀看之混合網點結構；（B）隱藏混合網點浮水印的防偽底紋於視覺觀看下效果；（C）隱藏混合網點浮水印的防偽底紋複印後效果 ........... 25 圖 2-25 運用正反兩面重疊與交錯的網點達到亮、暗部階調的控制原理 ................. 26 圖 2-26 運用雙面交錯網點技術構成的防偽影像。（A）經加密的原始影像；（B）加密影像經透光後顯現隱藏資訊的效果 ................................................................... 26 . vi .

(8) 圖 2-27 網點濃度為 1% 的 AM 網點示意圖；（A）傳統式實心 AM 網點（B）改良式 AM 網點 .............................................................................................................. 27 圖 2-28 改良式數位浮水印應用於紙張效果示意。（A）原稿；（B）複印稿 ............ 27 圖 2-29 電磁波光譜示意圖 ............................................................................................. 28 圖 2-30 臺灣仟元鈔票在一般光源下以及紅外線光源下的觀看效果。（A）在一般光源下效果。（B）在紅外線光源下效果 ....................................................................... 30 圖 2-31 中華民國晶片護照資料頁在一般光源及紅外線光源下偵測效果。（A）一般光源下；（B）紅外線光源 ....................................................................................... 31 圖 2-32 IMAGESWITCH ® 技術之網點結構示意圖 ......................................................... 31 圖 2-33 IMAGESWITCH ® 技術之範例圖 ......................................................................... 32 圖 2-34 實驗導表實際輸出結果 ..................................................................................... 32 圖 2-35 身份證件實際輸出結果；(A)在一般視覺觀看下，結果呈現為身份證件全貌； (B)在紅外線光源下觀看，顯現隱藏於底紋下之二維條碼................................... 33 圖 2-36 互動節目單的運作流程示意圖 ......................................................................... 33 圖 2-37 互動節目單研究成果（A）為節目單在一般光源下觀看效果；（B）為節目單在紅外線光源下觀看結果 ....................................................................................... 34 圖 2-38 利用 CMYKIR 分色原理將資訊隱藏於郵票設計之中，個別分色影像 ...... 34 圖 2-39 紅外線隱藏浮水印郵票偵測效果。（A）於可見光下的浮水印郵票設計；（B ）於紅外線光源下顯示的隱藏圖紋 ........................................................................... 35 圖 2-40 不同噴墨印刷方式的噴墨結構圖（A）連續性噴墨印刷；（B）按需噴墨印刷 ................................................................................................................................... 36 圖 2-41 2008 至 2018 年預期印刷市佔率發展 ............................................................. 39 圖 2-42 UV 印刷固化過程示意圖 .................................................................................. 40 圖 2-43 以 UV 噴墨印刷達成的雙視書點字效果；（A）英文字與點字同時存在的雙視效果；（B）黑邊輪廓凸起之影像，視障者可觸碰感受圖樣的輪廓 ............... 41 圖 2-44 聚對苯二甲酸乙二脂（PET）之聚合化學式 .................................................. 43 圖 3-1 研究流程圖 ........................................................................................................... 45 圖 3-2 盧彥勳版權球員卡圖文外觀設計正反面設計（A）正面；（B）反面 ............ 48 圖 3-3 導表之單元示意圖 ............................................................................................... 49 圖 3-4 網點結構示意圖 ................................................................................................... 52 圖 3-5 在顯微鏡下的 AM 網點（K 墨）和 FM 網點（C、M、Y 墨） ................. 53 圖 3-6 紅外線隱藏條碼與設計圖文整合之正面球員卡 ............................................... 54 圖 3-7 紅外線隱藏二維條碼與設計圖文整合之反面球員卡 ....................................... 54 圖 3-8 球員卡放置於 IRD-2200 紅外線偵測器下進行隱藏資訊偵測效果 ............... 55. . vii .

(9) 圖 4-1 以 ROLAND VERSA UV 噴墨印表機輸出之 3% 的 K 墨網點覆蓋百分比紅外線導表成果 ................................................................................................................... 57 圖 4-2 以 ROLAND VERSA UV 噴墨印表機輸出之 5% 的 K 墨網點覆蓋百分比紅外線導表成果 ................................................................................................................... 57 圖 4-3 以 ROLAND VERSA UV 噴墨印表機輸出之 7% 的 K 墨網點覆蓋百分比紅外線導表成果 ................................................................................................................... 58 圖 4-4 實際輸出導表於紅外線偵測儀器下之偵測結果（A）3%；（B）5%；（C）7% ................................................................................................................................... 59 圖 4-5 輸出完成之含有隱藏資訊的球員卡。（A）正面；（B）反面 .......................... 60 圖 4-6 球員卡反面圖紋於紅外線光源下之呈現效果。（A）於一般光源下效果；（B）於紅外線光源下，隱藏資訊浮現 ........................................................................... 61 圖 4-7 球員卡正面圖紋於一般光源下與紅外線光源下之呈現效果；（A）隱藏 66/100 之序號；（B）隱藏 68/100 之序號；（C）隱藏 88/100 之序號；（D）隱藏 99/100 之序號 ....................................................................................................................... 62 . . viii .

(10) 第一章緒論本研究旨在以噴墨印刷色墨網點於紅外線光下的光學特性製作防偽加值的聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）球員卡，以半色調數位過網技術結合色彩光學特性製作隱藏二維條碼網點與序號，增加其防偽安全性。本章共分四節，第一節先闡述研究背景與以紅外線浮水印應用於隱藏之研究動機；第二節提出研究目的；第三節針對前述研究目的提出研究問題；第四節針對本研究之重要的名詞進行闡釋。. 第一節、研究背景與動機現今科技的穩健發展，使得資訊流通相當便利，大幅改變了人類對於產品的使用習慣，由過去的大量製造業，轉變成少量生產、以及個人化、客製化的發展模式，產品獨特性成為人們重視的一環。藉此，產品的文創價值也因其獨特性而逐漸抬頭，版權的議題也油然而生。 The International Chamber of Commerce（ICC）於 2011 年對於國際上商業活動的仿冒與盜版市場進行估計，認為現今市場流通仿冒品價值高達 7,700 億美元，且預估在 2015 年達到 17,000 億美元，這樣的經濟市場將嚴重威脅著 21 世界的知識型經濟。同時因應過去幾年仿冒品的顯著成長，製造商必須確保其供應鏈，以避免仿冒情形，相關單位亦預期反偽造與品牌保護（the anti-counterfeiting and brand protection）市場預計於 2002 至 2015 年持續在全球擴展，如圖 1-1 所示（The ARC Advisory Group, 2010）。. . 1 .

(11) 圖 1-1 反偽造與品牌保護市場預期於 2002 至 2015 年於全球擴展長條圖資料來源：The ARC Advisory Group (2010). 同時，數位科技的進步與全球化的趨勢，帶動了少量多樣化的產品發展，個人主義的興起也顯著影響著消費者對於產品的購買意願，產品的獨特性與個人化成為個性主義消費者購買的重要考量（Moon, Chadee and Tikoo, 2008）。產品的獨特性往往提高了產品的無形文化價值，而產品自身的價值又因消費者的不同經驗，認知而有所不同，因此個人化產品的推行，更是提高了單一商品的價值。現代社會也逐漸邁向以消費主義為主要潮流，經濟發展由生產型態轉向消費型態，休閒與娛樂成為大眾的生活中心，加上消費主義文化建構了「明星」的巨大市場，由心理上看來，是因為「明星」的存在為群眾、特別市青少年提供了認同榜樣，使民眾將之視為競相效法的對象，此一文化展現的是青少年的內心想法（姚登權，民 94）。運動亦為當今普遍的文化追求之一，國際傳播媒體的轉播，造就國際運動會的高曝光率，因此喚醒了國人對於臺灣運動發展的注意力；參賽球員的高知名度，更是刺激著國人對於周邊產品的追求與收藏，例如球衣、球員卡的盛行，更是影射了民族自信的興起（江輝祺、甘允良，民 98）。同時，限量的產品銷售更是帶動著消費者對於該產品的認同，當限購數量有限時，消費者購買意願越高，因此在不同消費認知環境下，消費者容易有不同的消費行為（劉千綺、林依亭、林芳頤與謝東昇，民 97）。 . 2 .

(12) 鑑於個人化、限量商品的發展，商品的品牌價值因而受到重視。但現在發展興盛的數位科技發展，提高了取得資訊載體的便利性，低成本、高解析度的雷射掃瞄儀器與印表機的發行，使得仿冒品威脅問題的提升，導致過去焦點在變造，但今日又重新轉為偽造，並伴隨著複製品愈趨精美、愈趨近原稿的威脅。因此，版權保護成為重要的議題。許多研究學者致力於多重防偽技術的研發與創新，而實體輸出的防偽技術，無論在學術或是產業應用上，仍然是個需要突破的重大課題，其中光學防偽的技術更是相當重要的領域，例如全像術的不易複製性，為光學防偽重要應用之一。個人化產品主要是較競爭對手在產品整體或某一方面具有其他同類型產品所沒有的功能與特性，因其明顯的優勢而領先競爭對手，滿足客戶基本需求外，亦能為客戶提供產品差異化的目標。產品個性化經常重視新奇、綠色產品或高科技產品路線，甚至限產限銷戰略，如手機殼、壁貼、塑膠膠膜、包裝盒、文具用品或大頭貼等，此類產品經常使用 PET 素材作為底材設計，PET 素材具有堅韌、輕巧、材質透明、氣密性高、保存性高，及可塑性高容易再生的優點，同時於燃燒下不產生戴奧辛，符合綠色環保的特性，且能做高可塑性又不易變形之產品。現有複製設備進展，如何能保護個人化產品的獨特性變得格外重要，現有常見的浮水印技術已廣泛應用於有價證券、郵票、鈔票等類比化的媒材上，基於浮水印技術多半以紙張、印刷技術為主的傳統防偽技術，因此近年來發展的 RFID 無線射頻辨識系統（radio frequency identification）將個性化的特性推廣至各種媒材上，現已於多種領域廣泛應用，尤以物流零售業應用居多，如產品包裝盒、智慧卡（黃玉枝、林妤洵、蔡嘉玉、黃詩晴、李佳蓁與傅琬珊，民 99）以及現在捷運普遍使用的悠遊卡等。但 RFID 標籤成本較高，配合 RFID 發射器、讀取機、編碼器與天線等設備成本，投資費用甚鉅，僅適用於高成本產品的製作，如臺灣捷運系統使用的悠遊卡、以及歐元鈔票等（呂崇富，民 96）。. . 3 .

(13) 相較於這樣的限制，紅外線浮水印可藉由油墨自身的光學特性進行防偽印刷的設計，大幅降低製程耗費的成本，同時紅外線自身具有極高穿透力，適用於產品加值防偽且不易受印材外型限制，成本低廉亦可大量生產，增加防偽應用於一般產品上的可能性。本研究結合以上的問題，選用限量的明星球員卡作為發展主軸，運用運動文化帶來的球員偶像追求特性，提高產品價值性；並結合噴印的數位印刷特性，可進行客製化設計，發展出具可變式資訊的球員卡，印製於具有綠色環保特性之 PET 媒材上，符合現有綠色環保概念，更能藏入序號於其中，發行限量的客製化球員卡，提高產品的價值性。 . 第二節研究目的本研究擬針對資訊隱藏功能，設計出結合紅外線浮水印應用於 PET 球員卡的防偽加值產品。藉由色墨的光學特性，將紅外線浮水印二維條碼與序號的圖紋以 UV 噴墨方式藏入外觀圖紋之中，使隱藏資訊僅能於紅外線偵測下顯現的特殊防偽效果，設計一套加值球員卡，並可實現不同卡片隱藏不同資訊的個人化產品，提升球員卡的珍藏價值，達到防止偽造、宣告版權的功能。而根據上述功能將本研究目的歸納如下：一、設計經匹配導表測出最佳隱藏網點覆蓋百分比之紅外線浮水印可變資訊。二、將可變資訊經 UV 噴墨印刷隱藏於 PET 上。三、經偵測儀器對已加密之可變資訊進行影像偵測取像。. . . 4 .

(14) 第三節研究問題本研究目的為針對色墨於紅外線光源下的穿透特性，製作隱藏於圖紋之中的可變資訊浮水印，藉而設計同時具防偽加值及個人化收藏功能的球員卡產品；根據以上所述研究目的，歸納出以下三個待答問題：一、如何以數位過網技術設計匹配導表找出最佳隱藏效果之紅外線浮水印？二、瞭解可變資料經 UV 噴墨印刷於 PET 產品上之成效為何？三、瞭解偵測儀器對已加密之圖紋進行影像偵測與取像之結果為何？. 第四節研究範圍與限制因噴墨墨水與被印材的選擇範圍極廣，種類繁多，鑑於本研究在時間、經費以及設備上有所限制的情況下，針對本研究的範圍與限制作以下說明：一、本研究設備採用 Roland Versa UV 噴墨印表機進行輸出測試，墨滴變化、解析度、輸出速度等參數皆以設備所提供之數據作以參考。二、本研究使用 Roland Versa UV 噴墨印表機設備之專用印墨 ECO-UV 墨水，溶劑含量依設備所需參數作以參考。三、本研究取得同一批次、相同尺寸的PET材料進行輸出作為被印材。四、本研究將以導表匹配比較法，因時間與人力限制，導表網點覆蓋百分比控制於 1% 至 10%，並以視覺主觀觀測進行匹配。五、本研究之紅外線浮水印採紅外線偵測儀器偵測後顯現與否來判讀，因儀器光源角度限制，光源照射角度約為 60 度。. . 5 .

(15) 第五節名詞解釋以下將根據本研究所提及之專有名詞進行解釋：一、數位半色調（digital halftoning）將連續調的圖片、照片等影像經由電腦演算的方式，將影像的階調以半色調網點的方式呈現，運用細小的網點、網線不同的特性及不同的排列方式構成的原稿，表現階調的濃淡效果，使印刷出來的影像產生階調變化，使之趨近於原影像的呈現。. 二、紅外線浮水印（infrared watermarking） . 憑藉色墨對於紅外輻射區域之光學特性，即運用色彩影像於紅外線光源下可完. 全穿透而呈現透明，僅有碳黑色墨能被紅外線光源吸收而成像的特點，將特定的圖案以及資訊藏入影像中，目的為使影像在人眼視覺觀看下不易發覺，僅能於紅外線光源下察覺，而能加密於影像之中，以防止未授權之變造或是偽造，而能宣示其所有權。. 三、二維條碼（2D barcode）：二維條碼為根據一維條碼的基礎擴展而成具有定位點與容錯機制的可讀性條碼，經由掃瞄設備可以獲得其隱藏之訊息。過去一維條碼只能表達英文字母和數字，而無法表達其他語文和圖像。二維條碼的問世，增加了可記載的數據量，同時可以記載更複雜的的數據，如圖片、網路連結等。因其條碼之左右、上下的線條皆具有意義，可儲存至 1000 個字元，經由特定的定位標記進行解讀，因此不論任何方向皆可判讀。. . 6 .

(16) 四、 PET（polyethylene terephthalate）：又稱為聚對苯二甲酸乙二酯，化學式為 (C10H8O4)n，為生活中常見的一種塑膠聚合物材料，外觀為白色或淡黃色的透明固體，為一熱塑性的聚脂纖維，具優良的堅韌性、拉伸、抗衝擊強度、耐磨性，電絕緣佳。又由於具有韌性，質量輕、不透氣且耐強酸，因此成為汽水、果汁、碳酸飲料等常見之容器。. . 7 .

(17) 第二章文獻探討本研究利用紅外線光學原理，設計一套具有智慧財產權的球員卡圖紋印刷於 PET 材料上，並設計一組以色墨網點結合紅外線光學隱藏功能的二維條碼與序號之浮水印藏於圖紋之下，且以紅外線偵測儀器進行偵測，達到 PET 媒材加值防偽功能。故此章將針對本研究之目的，作相關的文獻回顧與討論。本章文獻探討內容共分為五節，第一節將介紹實驗核心技術數位半色調技術；第二節介紹數位半色調用於影像加密的技術；第三節介紹紅外線與噴墨墨水的光學特性；第四節針對噴墨材料與被印材料進行探討；第五節將對以上文獻探討進行一個總結歸納，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、數位半色調一、半色調（halftoning）技術本研究將以半色調技術為核心技術，依照其過網方式的不同，又可分成傳統半色調技術及數位半色調技術。傳統半色調技術為利用二階化的微小網點或網線結構模擬出原稿影像，使這些網點與網線在視覺上產生連續階調的感覺，而無法感覺網點的存在。此技術是由於印刷機或印表機僅能控制著墨與否，而無法直接控制墨點濃淡的特性，在輸出所需影像之時，先進行二階化過程模擬原來連續調的圖樣。半色調技術即為將連續調影像根據其階調不同轉換成不同大小或排列的微小印刷網點（如圖 2-1），模擬出原始連續調影像。利用人眼視覺具有將臨近墨點產生混合之作用，讓影像在一定距離觀看時，產生近似連續調的影像（如圖 2-2），半色調技術能廣泛應用於印刷出照片影像等報章雜誌，省卻過去費昂貴的手工木雕製成，成為印刷的一項重要里程碑（Lau & Arce, 2011）。. . 8 .

(18) 圖 2-1 利用網點模擬不同連續調影像濃度之示意圖資料來源：研究者製作. （a）. （b） . 圖 2-2 （a）連續調影像效果（b）半色調網點在一定距離下觀看會接近連續調效果資料來源：研究者製作. 早期的流程是將連續調影像是透過網屏或細網鐵絲透於原稿與感光片上，利用光線曝光使影像的階調轉換成微小的網點，如圖2-3所示，版面上塗布的感光層會根據原始影像的色調形成的非溶解性的微小網點，使印墨能印刷於這些區塊上，模擬出連續調影像的層次。又分為玻璃網屏以及接觸網屏。. . 9 .

(19) 圖 2-3 照相過網示意圖資料來源：研究者製作. 玻璃網屏是屬於早期的過網工具，主要是由兩塊雕刻有等寬平行線的玻璃，相互垂直相交疊合能呈透明網格狀之玻璃網屏，如圖 2-4（a）所示，且網屏上存在有相同大小的透明方孔，是為網目孔；平行線數即為過網線數的多少，一般由 LPI（line per inch）表示。過網時，根據小孔成像原理，網屏置於感光片前，當光線經原始影像透過小孔，則分解成半色調的印刷網點。因為玻璃網屏光學器具昂貴，且照相製程不易，印刷業普遍使用的為接觸網屏，如圖 2-4（b）即為接觸網屏映點示意圖，是利用膠片上構成同距離之暈映點，每一點由中心向外濃度不同，造成不同的透光率，使照相不連續調的網點時，由原稿反射或透出網屏的光線量的不同，而在底片上感光產生不同強弱的差異，造成不同大小的網點；同時，位於中心的網屏透光度強，越往外越弱，較強的透射光源會造成較大的網點，反之亦然，因而完成半色調影像的製作。. 圖 2-4 （a）玻璃網屏示意圖；（b）接觸網屏暈映點放大圖資料來源：羅福林與李興才（民99） . 10 .

(20) 二、數位半色調技術自從 1980 年起，隨著數位科技的發展，電腦繪圖與印刷科技結合，使得傳統的照相製版半色調技術，逐漸被數位印刷製程的數位半色調技術所取代。數位半色調屬於印前製程，是利用半色調演算法將連續調的圖像轉換成二階化圖像，經由視覺上的並置混合作用，將其階調模擬出連續調圖像，並轉換成符合輸出設備特性進行輸出。數位半色調首先是將數位訊號輸入數位裝置中，將類比訊號轉製成數位訊號。一般而言輸入端為連續調灰階影像，以一個像素（pixel）8 位元儲存，共 256 種灰階變化，然後經由演算法進行物理位元重建，將階調轉換成輸出裝置容許的二位元影像，使每像素僅 0 與 1 的變化，建立提供輸出裝置使用的半色調影像（如圖 2-5）。輸出端如同列表機、傳真機等，與印刷技術相同，僅能表現著墨與不著墨，因此半色調影像藉由其像素值 0 或 1 構成的矩陣決定著墨與不著墨（Ulichney, 1987）。. 圖 2-5 數位半色調處理流程圖資料來源：使用者製作. 現在有許多學者陸續發表多種半色調演算法，以下將針對演算法一一說明。首先，依照網點呈現方式不同，大致可分為以下三種主要的半色調方法：. . 11 .

(21) （一）調幅網點（amplitude Modulation，又稱 AM）一般而言將執行轉換的過程稱為光柵影像處理（raster image processor，RIP），可以將每一個連續調影像上的個別像素依據門檻值排列，高於門檻值者為 1，代表著墨的部分；像素低於門檻值為 0，代表不著墨的點，每一個像素值會轉換成如此的矩陣排列，以表現出完整的模擬連續調圖像。轉換出來的著墨點會依據半色調圖像網點的過網網點大小，組成 8 x 8、12 x 12 或 16 x 16 矩陣的網點大小，又依據網點尺寸不同而由中央向外填滿矩陣，網點越大，則著墨的矩陣空間越多；而矩陣之間的距離固定，藉由不同尺寸大小的網點來表現影像的階調，但網點之間的距離固定，此為調幅網點（Lau & Arce, 2011）。調幅網點形成的半色調影像藉由振幅改變，但頻率相同的方式表現階調（如圖 2-6），於細節的表現力比較差，但在暗部的表現力較佳。AM 網點又受到過網頻率、網點形狀與網屏角度而改變。. 圖 2-6 AM 網點概念圖資料來源：Kipphan (2001). AM 網點形成之演算法一般為點陣調色法（ordered dithering），演算的方法為根據原始影像的階調，轉換成臨界值矩陣之時，決定個別像素為 1 或 0 的訊號值，以指引輸出裝置著墨與不著墨之過程。點陣調色法將依據影像像素大小分割成不重疊的連續子區塊，利用已經運算過含有不同灰階值的臨界值矩陣，排列成符合階調 . 12 .

(22) 的網點排列（如圖 2-7）。臨界值矩陣內的數值排列，影響生成網點的排列結果，因此隨著階調濃度值的不同，會以不同數值排列的臨界值矩陣組成（Ulichney , 1987）。. 圖 2-7 點陣調色法示意圖資料來源：研究者製作. 調幅網點對於影像的半色調處理方式為，先將原始連續調影像轉換成灰階影像 P(i, j)，透過方程式（2-1）將灰階值量化，得到臨界值矩陣階調數 Q(i, j)，N 及 M 代表臨界值矩陣的長和寬。. ⎛ P(i, j ) ⎞ 方程式（2-1） Q (i, j ) = M × N × ⎜ 1 − ⎟ 255 ⎠ ⎝ 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. ⎧1, Q (i, j ) ≥ T (m, n) 方程式（2-2） L(i, j ) = ⎨ ⎩0, Q (i, j )< T (m, n) L（i，j）：轉換後之半色調影像階調數 T（m，n）：臨界值數值=T(i + K ! ×M，i + K ! ×N)，K! 與K ! 為整數 . 13 .

(23) 如圖 2-8 所示，左方圖代表 8 x 8 且網屏角度 0 度之臨界值矩陣，首先將影像分割成不重疊之連續子區塊，每塊大小皆為 8 x 8 像素點。假如此區域的階調值為 26，則輸出之印刷網點就會依據臨界值矩陣的數值進行著墨，由右圖可知，由數值 1 到 26 的部分皆有著墨，因此得此 AM 網點的大小如右圖。. （a）（b）圖 2-8 臨界值矩陣著墨示意圖。（a）8 x 8 且網屏角度為 0 之臨界值矩陣；（b）階調值為 26 之網點著墨位置示意圖資料來源：研究者製作. 調幅網點藉由不同形式的臨界值矩陣排列，能造成不同的半色調網點表現效果。臨界值矩陣依其主要排列方式又可以分為叢聚式網點（clustered dithering）及分散式（dispersed dithering）兩種，一般而言若臨界值矩陣呈現規律式的順序排列，即歸類為叢聚式點陣調色法；而臨界值矩陣如呈現隨機分佈，則為分散式點陣調色法。以下為各種不同的臨界值矩陣排列的成品呈現方式（張家龍，民 97），以圖 2-9 原始連續調圖像為例，如由叢聚式矩陣來看，藉由排列方式不同，可分為網點、水平、垂直或斜向方式分佈。網點分佈又根據其過網網屏角度不同，而有不同的排列方式；圖 2-10 與圖 2-11 分別為網屏角度 0 度與 45 度的網點，因此由此可見網屏角度對於半色調影像的表現也有所差異，人眼對於 45 度網點的細緻程度感覺較不敏銳，因此較易被人眼視為連續調影像，相對 0 度影像細緻度較高，模擬連續調效果較無 45 度網點佳，因此印刷業較常應用 45 度網屏角度的半色調影像印刷。依照臨界值矩陣不同，如水平分佈（如圖 2-12）、垂直分佈（如圖 2-13）、向右 . 14 .

(24) 斜向分佈（如圖2-14）、向左斜向分佈（如圖 2-15）等等，這些分佈是對於固定階調的影像表現效果較佳，但臨界值不同造成不同的視覺紋理效果，使細部資訊有耗損，造成空間解析度喪失。. 圖 2-9 原連續調影像。資料來源：研究者製作. （a）（b）圖 2-10（a）網屏角度為 0 度的臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：研究者製作. （a）（b）圖 2-11（a）網屏角度為 45 度之臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：研究者製作 . 15 .

(25) （a）（b）圖 2-12（a）水平式臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：研究者製作. （a）（b）圖 2-13（a）垂直式臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：研究者製作. （a）（b）圖 2-14（a）右斜向臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像。資料來源：研究者製作. . 16 .

(26) （a）（b）圖 2-15（a）左斜向臨界值矩陣；（b）處理後所得之半色調影像資料來源：研究者製作. 相對於叢聚式網點，分散式網點因分佈採隨機方式（如圖 2-16），對於高頻區域有比較細緻的資訊保留，加上人眼對影像高頻區域較不敏銳，產生較佳的模擬連續調品質。但像素的墨點在實際輸出並非理想的規則形狀，導致容易網點擴大（dot gain），因此分散式臨界值矩陣雖然有較佳的半色調影像效果，卻容易有網點擴大的情形。. （a）（b）圖 2-16（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：研究者製作. . 17 .

(27) （二）調頻網點（frequency modulation，FM）前者所提到的AM網點，當兩種或兩種以上的網點套印時，容易造成撞網的情況，產生「龜紋（moires）」或「網花（rosette）」（林曉函、陳婷與葉文俊，民 100），因此提出另一種不同結構的網點，此種網點基本單位大小皆相同，但兩個網點之間的距離不同，主要原理是利用尺寸相同的網點經由頻率改變造成疏密變化的不規則排列，因此稱為調頻網點。調頻網點是按數位圖像的位元值產生尺寸相同的網點，每個半色調單元中由許多網點構成該單元的網點濃度，點的位置是隨機的，因此又稱為亂數網點或隨機網點。（如圖 2-17）。FM 網點不但解決網花的問題，於細部的表現力也較佳，對於影像的亮部表現佳，但於暗部卻可能因網點擴張造成暗部的階調表現差。. 圖 2-17 FM 網點概念圖資料來源：Kipphan (2001). 以調頻網點為基礎的過網技術為誤差擴散法（error diffusion），而由 Floyd 與 Steinberg 學者提出的誤差擴散法，又稱為 Floyd-Steinberg Error Diffusion（FSED），原理為將網點透過一個統計方程式（方程式 2-3）量化原始灰階影像 x[i, j]，其每一個鄰近的像素，以誤差擴散濾波器 Error Filter 矩陣（方程式 2-4）透過一臨界值 T 計算其所佔比重，（如圖 2-18），FSED 會將誤差擴散移至下一個鄰近點，使下一個鄰近點的灰階值減去以上的誤差值 +，以平衡其輸出的二階影像 b[i, j] 的整體灰階值（Lau & Arce, 2011），圖 2-19 即為誤差擴散法之轉變結果。. . 18 .

(28) 方程式（2-3） . x [i, j]：原始影像階調圖 b [i, j]：轉換後之半色調階調圖 T：臨界值數值. ⎡1 0 0⎤ 1 ⎢ 0 −16 7⎥ ⎥ 16 ⎢ ⎢⎣ 3 5 1⎥⎦. 方程式（2-4）. 圖 2-18 Floyd-Steinberg Error Diffusion（FSED）誤差擴散法流程圖資料來源：吳大鈞與鄭家豪（民 99）. （a）（b）圖 2-19（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：研究者製作. . 19 .

(29) （三）複合網點（hybrid halftone dot）如以上所述，調幅網點與調頻網點各有其優缺點，調幅網點以網點尺寸表現階調，而調頻網點則是由網點的頻率表現；但相對調幅網點對於細部的表現力較差，同時容易產生網花的情況，調頻網點則是在暗部因大量網點的聚集容易造成網點擴張，使暗部的表現力變差。以下將針對調幅網點與調頻網點的點陣調色法與誤差擴散法做一整理：表 2-1 半色調方法比較表點陣調色法. 誤差擴散法. 階調表現方法. 網點大小. 網點疏密. 細緻層次表達. 不佳. 佳. 暗部層次表現. 佳. 不佳. 網點擴張. 低. 高. 網點大小. 變化. 固定. 網點距離. 固定. 變化. 網屏角度. 有. 無. 網屏線數. 有. 無. 錯網. 有. 無. 干擾紋(網花). 有. 無. 影像解析度. 低. 高. 資料來源：研究者整理. 隨著多年發展，研究顯示單一網點特性並不能達成高品質的影像，因此有學者提出結合兩種網點的優點，進行複合式的網點階調以達成更佳的表現效果（Lau & Arce, 2011）。此種方法將分散式網點的誤差擴散法以及叢聚式網點的點陣調色法結合在同一個影像中，在暗部階調採用網點擴張程度小的調幅網點，而也結合了調頻網點的頻率改變特點，增加圖片的細緻度，並減少產生網花或錯網的可能性。. . 20 .

(30) 在調幅網點應用上，有學者曾經提出一套整合方法，將誤差擴散法以 blue-noise 一詞作為參考，即在影像的亮部階調以視覺上細緻度清晰的網點以隨機的方式排列，但其餘的影像皆以調幅網點呈現。綜上所述，影像呈現如以調頻網點呈現方式為佳者，則改以調頻網點呈現；如以調幅網點半色調呈現階調為佳，則改用調幅網點（Ulichney, 1988）。使其圖像不但細緻部份既隨機又平均，又同時具有叢聚式網點的特性，圖 2-20 即為調幅網點、調頻網點以及複合式網點的呈現。. （a）（b）（c）圖 2-20 以不同網點構成影像的呈現方式。（a）調幅網點；（b）調頻網點；（c）複合式網點資料來源：Lau & Arce (2011). 本研究欲設計出能符合視覺上的灰平衡效果之浮水印，以達成將浮水印在可見光下隱藏的效果，網點的分佈位置需要固定，同時需要避免網點擴張的狀況，因此採用網點擴張情況較小，同時分佈固定的 AM 網點作為本實驗建構叢聚式點陣調色法的半色調影像。. . 21 .

(31) 第二節、數位半色調影像加密一般浮水印技術又可分為數位浮水印以及實體浮水印技術，數位浮水印為可以提供電腦直接判讀的浮水印技術，除了宣告版權外，也可以在數位影像資料中藏入資訊，這些資訊具有無法察覺性、不易遭破壞性（如壓縮、裁切、濾波、雜訊干擾等）以及唯一性與解碼性；另一種則是實體浮水印，此為結合印刷技術應用於實體上的浮水印，加密效果更加複雜，外在影響變數多，同時更需要配合人眼直觀判斷或輔以偵測儀器來進行解密，因此在現在的資訊發展下，仍有許多可以突破的空間。因現今社會資訊科技與通訊技術的普及，網際網路成為主要的傳播媒介，使得資訊的流通方式從類比訊號轉換成數位訊號，像是隨選視訊、電子文件轉換、電子商務、線上廣播等，資訊技術提升雖然帶來了許多便利性，但相對的，也產生了資訊安全的問題，因為網路上的數位資訊在沒有保護的情況下，很容易被有心人完整複製或是傳送，甚至進行私下的商業行為。因此，隱私權保護以及著作權的重視，也就逐漸成為現有的重要課題。數位浮水印（digital watermarking）主要是將具有版權的資訊嵌入至數位作品裡，當他人複製其作品時，一同複製呈現了的數位浮水印便宣示了其出處與權利（賴岱佑與劉敏，民 96）。透過隱藏式的浮水印技術，可以避免有心人士的破壞與盜用。數位浮水印一般可分為可視（visible）的和不可視（invisible）的，一般可視的浮水印因為直接添加視覺上可見訊息於作品上，容易影響原作品的美觀，同時複製技術精進，他人可輕易破壞或修改其浮水印的效果，無法有效遏止盜用，因此不適合用於重要性高的文件上；相對的，不可視的浮水印技術則是強調肉眼無法直接看出，不破壞原作品又可達到資訊隱藏及智慧財產權的保護。. . 22 .

(32) 數位浮水印嵌入區域，可分為以下兩類：空間域浮水印（spatial domain）與頻率域浮水印（frequency domain）。空間域浮水印是直接修改像素值來嵌入浮水印資訊，相當具有代表性的技術為 LSB（least significant bit）嵌入法（如圖 2-21），此種方法將 RGB 元素內 255 個位元的最後一個位元轉換成可以隱藏資訊的（Adelson，1990），LSB 嵌入法有一個主要的缺點，容易因為壓縮而破壞了影像最低位元像素。. 圖 2-21 應用 LSB 最低位元嵌入法加密資訊於第一位元到第八位元中資料來源：研究者製作. 頻率域則是藉由空間領域轉換成頻率領域，分成高頻與低頻區域，低頻表重要資訊、不易破壞的資訊，高頻則代表邊緣資訊，經修改高頻的數值來藏入浮水印，此方法較能保留影像重要部分，修改人眼視覺上容許失真程度高的不重要的部分。此領域包含離散餘弦轉換（discrete cosine transform，DCT）、離散小波轉換（discrete fourier transform，DFT）等（賴岱佑與劉敏，民 96）。以下也將提出一些現有針對數位浮水印的隱藏技術。. . 23 .

(33) （一）斜向網點加密技術美國學者 Hecht 於 1994 年提出 Glyph Code 技術，利用網點的變形角度隱藏資訊，此技術是利用二階化網點的同時，使半色調影像的網點以 45 度臨界值矩陣的左斜向網點「 / 」、右斜向網點「 \ 」網點組成，以左斜向代表 1，右斜向代表 0 的網點加密方式將隱藏資訊藏入其中，使影像於一般距離下觀看下並無特別之處，但局部觀看下卻可以見到斜向組合的網點結構（如圖 2-22）。. 圖 2-22 Glyph Code 網點微結構示意圖資料來源：Hecht (2001). （二）混合網點浮水印王希俊、蕭佩琪與連啟明於 2004 年提出一種混合網點的數位浮水印技術，主要是運用結合調幅網點與調頻網點的不同特性，透過隱藏圖案遮罩，製作出在人眼一定距離外觀看無法察覺到的浮水印技術。主要是依照所需圖樣製作 M 與 ~M 遮罩，並以 45 度臨界值矩陣過網製作調幅網點 H1，結合運用濃度校正導表校正過的調頻網點濃度 H2，混合製作浮水印圖像 W（如圖 2-23）。. . 24 .

(34) 圖 2-23 混合網點浮水印的製作流程圖資料來源：Wang, Hsiao &Lien (2009). 藉由兩種網點取樣頻率不同的特性，製作人眼一定距離外觀看下無法察覺的浮水印，在複印或是掃描後會顯示隱藏的浮水印，藉此防止掃描機或是影印機拷貝的侵權行為，達成版權保護的目的（如圖 2-24）。. . . （a）（b）（c）圖 2-24 （a）顯微鏡下觀看之混合網點結構；（b）隱藏混合網點浮水印的防偽底紋於視覺觀看下效果；（c）隱藏混合網點浮水印的防偽底紋複印後效果資料來源：蕭佩琪等人（民 93）. . 25 .

(35) （三）正反套印浮水印紐約學者 Sharma 與 Wang 於 2004 年提出一種實體隱藏浮水印技術，此技術運用叢聚式網點構成的半色調圖像以及隱藏資訊的半色調影像，以控制兩者於紙張正反兩面交錯的網點位置隱藏資訊（如圖 2-25）。. 圖 2-25 運用正反兩面重疊與交錯的網點達到亮、暗部階調的控制原理資料來源：Sharma & Wang (2004). 當圖像於一般人眼視覺觀看下無法察覺浮水印的存在，但是當紙張透光照明時，網點重疊處顯現亮部的階調，而錯開的網點位置呈現暗部階調而使隱藏資訊顯現（如圖 2-26）。以此技術能有效防止掃瞄、影印等複製功能。. （a）（b）圖 2-26 運用雙面交錯網點技術構成的防偽影像。（a）經加密的原始影像；（b）加密影像經透光後顯現隱藏資訊的效果資料來源：Sharma & Wang (2004) . 26 .

(36) （四）改良式混合網點浮水印為改善 AM 網點與 FM 網點於印刷時因網點擴大造就浮水印隱藏效果不彰的狀況，過去皆以輸出匹配導表，進行浮水印濃度校正的情形來改善浮水印的隱藏效果。但 2013 年有人提出改良式混合網點數位浮水印技術，主要是利用 AM 網點的微結構分別填入不著墨的白點方式（鄭雅文，民 102），使 AM 網點分散成與 FM 網點具有相同微結構的小網點，依照排列的方式使其於掃描與複印時產生不同的取樣頻率，達到隱藏浮水印的效果（如圖 2-27）。. （a）（b）圖 2-27 網點濃度為 1% 的 AM 網點示意圖；（a）傳統式實心 AM 網點（b）改良式 AM 網點資料來源：鄭雅文（民 102）. 此研究證實了以四分之一著墨的 AM 網點與 FM 網點構成的改良式混合網點於輸出後，因網點擴大達成濃度能匹配，因此達成良好的浮水印隱藏效果，並應用於紙張載體上，如圖 2-28 所示，製作成改良式數位浮水印，在肉眼下無法察覺浮水印的圖樣，但於複印之後，隱藏浮水印的字樣則會顯現，達到良好的浮水印品質。. （a）（b）圖 2-28 改良式數位浮水印應用於紙張效果示意。（a）原稿；（b）複印稿資料來源：鄭雅文（民 102） . 27 .

(37) 第三節、紅外線與噴墨墨水光學特性一、紅外線紅外線技術發現於 1800 年，由英國物理學家威廉·赫胥爾透過三棱鏡測試中發現，位於紫外區到紅光區外，呈現一種肉眼看不見的輻射，溫度要比紫外線高，因此，確定了紅外線區段的存在；但到了 20 世紀 30 年代左右才確定了其波段範圍，可歸類於 20 世紀發展起來的新興應用技術（程玉蘭，民 91）。電磁波為一種傳送能量的波，是為分子在激發過程中吸收不同的輻射能量，形成電磁波光譜（郭振源，民 93），電磁波是以橫波的方式進行傳播，在真空中傳播速度皆相同。人眼可感受到的為可見光，波長約 390 nm 至 750 nm，此外，紫外光與紅外光都是人眼所無法感受的光譜區域。又紅外輻射實際上為 0.75 至 1000 µm （1 µm = 1000 nm）的電磁波（如圖 2-29），位於可見光與微波之間，比紅光波長要長（王汝琳、王詠濤，民 95），紅外波段跨越的頻譜或波長範圍要比一般光源寬廣許多，因此，紅外光譜區有更高的發展潛力。. 圖 2-29 電磁波光譜示意圖資料來源：陳永甫（民 93）. . 28 .

(38) 根據紅外輻射產生原理與檢測的方法不同，又可區分成四個階段，近紅外線區（near-infrared region）約位於 0.75～3 µm 的波長，中紅外線區（middle-infrared region）則位於 3～6 µm，而遠紅外線區（far-infrared region）位於 6～15 µm，極遠紅外線區（ultra far-infrared region）則位於 15～1000 µm 波長範圍以內。現今紅外線又依其波長與檢測方式不同，分別可應用在軍事、空間以及大多數的工業運用、或是紅外線加熱技術，以及紅外線光譜學研究等領域。本研究以近紅外線區域為研究對象。. 二、色墨光學特性輻射存在於各種形態，包括可見光、紅外線、x 光線及伽瑪射線等，所有輻射皆可以震盪電場與磁場來描述，又輻射波長決定了光的性質，如光僅存在一種波長即為單色光，多色光一般而言為多種單色光束去構成，可見光、紅外線光與紫外線光皆具有此功能（呂正理，民 82）。輻射本身就是一種能量的波段，紅外輻射亦同，能在射程範圍中被物體吸收並轉換成能量，同時由於紅外輻射在傳輸過程中，有可能被傳輸介質給吸收或散射，因此輻射能量會逐漸衰減（陳永甫，民 93）。同時，在吸收過程中，若只有少部分的能量被吸收，代表該媒介對紅外線光源是透明呈現；若大部分的能量都能吸收，則代表該媒介對紅外線光源是不透明的。物質對光波能量的吸收會針對不同特定波長輻射進行吸收，吸收率則是取決於物質的性質，與入射光強度沒有太大關係。在印刷色墨方面，色墨表面的性質決定了顯現的顏色，不透明的顏色判別取決於他們表現吸收哪一種色光而呈現，例如黑色（black，簡稱 K）的墨水因為能夠吸收白光中所有光波，僅有極少的反射，因而呈現黑色。紅外線在色彩光學特性上來說，印刷上使用的三原色青色（cyan，簡稱 C）、洋紅色（magenta，簡稱 M）、黃色（yellow，簡稱 Y）因為不吸收紅外線光源，在紅外線光源下呈現透明；相對. . 29 .

(39) 的，應用在加強印刷色墨對比的黑色油墨在紅外線區域有一定的吸收率，而呈現不透明。因此，在紅外線光源下的印刷產品，僅能見到碳黑成分的印刷圖文，其餘色彩因完全穿透而呈現透明。. 三、紅外線浮水印應用（一）紅外線油墨應用利用色墨吸收紅外線的特性，作為防偽機制的應用案例，最為常見的是臺灣銀行於民國 94 年發行之仟元鈔票，在仟元鈔票上的部分印紋是以紅外線特殊油墨印製，因該油墨摻有碳黑的成分，因此印刷圖紋於一般視覺觀看下與其他印紋並無太大差異，但在紅外線光源觀察下，會呈現特定深色的圖紋。如圖 2-30示，（a）為在一般光源下觀察的效果，（b）為在在紅外線光源下觀看的效果。可知在紅外線光源下，以紅外線特殊油墨印製的圖紋會呈現深色而呈現，但其餘部分會因為其他色墨不吸收紅外線光而呈現透明。. （a）（b）圖 2-30 臺灣仟元鈔票在一般光源下以及紅外線光源下的觀看效果。（a）在一般光源下效果。（b）在紅外線光源下效果資料來源：梁鳳儒（民 99）. 中華民國外交部領事事務局於民國 97 年發行之晶片護照亦運用同樣的原理，以紅外線特殊油墨印刷特定區域的圖紋，其餘部分則是採用一般色墨方式印刷，因此，在紅外線光源照射下，僅有以紅外線油墨印刷的圖紋呈現不透明，非紅外線油墨印刷的圖紋則是完全穿透而呈現透明；如圖 2-31，可見一般光源下，資料頁面上 . 30 .

(40) 整排文字皆出現，當置於紅外線光源下，「護照」的字樣會呈現透明，僅存後排的「中華民國」防偽文字。由於紅外線特殊油墨不容易取得，因此這種效果亦可視為一種特殊的防偽效果，但亦因紅外線特殊油墨價格較為高昂，所以應用性並不廣泛。. （a）（b）圖 2-31 中華民國晶片護照資料頁在一般光源及紅外線光源下偵測效果。（a）一般光源下；（b）紅外線光源資料來源：研究者拍攝. （二）ImageSwitch ® 半色調網點技術在 2004 年，日本國立印刷局曾提出一種 ImageSwitch ® 的半色調網點技術（Nagashima & Saito, 2004）。主要也是應用紅外線的光學原理，結合半色調的技術，以不規則網點演算法的方式（如圖 2-32），將碳黑成分的網點與青色、洋紅色、黃色的網點經此演算方式設計出防偽的圖紋，並將結果隱藏於輸出的影像之中。. 圖 2-32 ImageSwitch ® 技術之網點結構示意圖資料來源：Nagashima & Saito (2004) . 31 .

(41) 如圖 2-33 所示，在紅外線光源下觀看，青色、洋紅色與黃色的色墨網點會穿透，而碳黑網點會因為吸收紅外線光源而顯現出隱藏的圖紋，產生變圖的效果。同時，因為使用 ImageSwitch ® 的半色調網點技術隱藏的碳黑網點排列會影像色彩階調，因此只適用於小區塊的隱藏應用。. Original 圖 2-33 ImageSwitch ® 技術之範例圖資料來源：Nagashima & Saito (2004). Under IR. （三）紅外線驗證之數位加密系統 2008 年有學者提出以數位半色調和印墨材料在紅外線光源照射下的光學特性差異，以噴墨輸出具多重防偽功能的浮水印。藉由碳黑色墨吸收紅外線，而青、洋紅、黃色墨在紅外線下穿透呈現透明的特性，將隱藏資訊的浮水印藉由紅外線攝影裝置進行觀察與驗證。研究藉由臨界值矩陣產生的網點影像與不同階調之中性灰進行匹配，如圖 2-34 即為實驗用導表輸出用的稿件。. 圖 2-34 實驗導表實際輸出結果資料來源：張家龍，民 97 . 32 .

(42) 藉由灰階值的設定，以噴墨印表機自動運算出 C、M、Y 的匹配比例，再以設定好之 3% K 網點進行比對，找出目視距離下最適合的灰平衡組合，將浮水印設計成二維條碼的形式整合輸出並應用於身份證件上，最後利用紅外線攝影裝置觀察，顯示其隱藏於身份證件中的隱藏圖樣，如圖 2-35，達到宣告版權的效果。. (a) (b) 圖 2-35 身份證件實際輸出結果；(a)在一般視覺觀看下，結果呈現為身份證件全貌； (b)在紅外線光源下觀看，顯現隱藏於底紋下之二維條碼資料來源：張家龍，民 97. （四）互動音訊節目單 2010 年，王希俊、李文彬、梁鳳儒以紅外線浮水印技術結合音頻系統，如圖 2-36 流程表示，先設計出隱藏於節目單中的互動式音訊二維條碼，經紅外線攝影機讀取解密之後，可以藉由輸出端表現出隱藏於二維條碼中的音訊（Wang, Lee, & Liang, 2010）。此研究是藉由 AM 網點與 FM 網點的半色調影像原理，結合紅外線光源原理編碼製作出符合系統不同音高與節拍的二維條碼，嵌入節目單影像之中，完成互動節目的製作方式，研究成果如圖 2-37。. 圖 2-36 互動節目單的運作流程示意圖資料來源：Wang et al. (2010) . 33 .

(43) （a）（b）圖 2-37 互動節目單研究成果（a）為節目單在一般光源下觀看效果；（b）為節目單在紅外線光源下觀看結果資料來源：Wang et al. (2010). （五）紅外線浮水印郵票 2012 年，歐洲學者 Rudolf、Koren 與 Žiljak-Vujić 等人提出一種應用於郵票之中的新式隱藏方法，使郵票上的圖紋能同時包含可見資訊與紅外線隱藏資訊。利用 CMYKIR 分色原理，產生隱藏圖紋區域（如圖 2-38），結合於由 C、M、Y 組成的可見圖紋灰色區域之中，使在可見光與紅外光源下，得到兩者相互關聯卻不相同的資訊。. 圖 2-38 利用 CMYKIR 分色原理將資訊隱藏於郵票設計之中，個別分色影像資料來源：Rudolf et al. (2012). . 34 .

(44) 如圖 2-39 所示，顯示可以藉由這樣的技術確實地隱藏所需資訊於影像之中。這樣的技術需建基於特別設計過的圖紋，才能徹底隱藏資訊，無法大量應用在各種圖紋之中。. （a）（b）圖 2-39 紅外線隱藏浮水印郵票偵測效果。（a）於可見光下的浮水印郵票設計；（b）於紅外線光源下顯示的隱藏圖紋資料來源：Rudolf et al. (2012). 第四節、噴墨印刷和被印材料一、. 噴墨印刷技術. 印刷產業於近來一、二十年間，隨著軟硬體快速進步情況下，逐漸帶入數位化的發展，相對在產品品質、效率與客戶服務上也逐漸重視，同時成本亦越趨低廉，使印刷業逐漸由生產朝向服務性的發展（郝宗瑜，民 96）。噴墨印刷的起源可追溯到 1985 年，Steve Jobs 領導的蘋果電腦（apple computer）公司推出第一臺的個人電腦，進而由愛普生（epson）公司發展出的點矩陣印表機（dot-matrix printer）等硬體，帶動了噴墨印刷產業的發展。接著 Xerox 在 1990 年首先推出 DocuTech 黑白高速噴印機，更為印刷市場帶來莫大的衝擊，至今印刷市場仍然持續在發展當中。同時由噴印技術逐漸發展，更產生了電腦科技的重大突破，可分為 computer-to-plate 電腦直接製版，又為離線 . 35 .

(45) 製版（off-line plate making）、computer-to-press 印刷機上直接製版，又稱印刷機線上直接製版（on-line plate making）、computer-to-paper 電腦直接製版，又稱數位印刷（digital printing），而噴墨印刷屬於第三種印刷方式。就廣義而言，噴墨印刷常見的形式即為家用印表機，將電子檔案（electronic file）或數位資訊直接送入印刷設備，檔案內容或許包含文字、影像或圖形，以點（dot）的方式複製於被印物體上（Kipphan, 2001）。而噴墨印刷機是經由直接將資訊轉印於紙張上，沒有經過傳統印刷之中間媒介來轉印，因此是為一種非接觸印刷（non impact printing）。噴墨印刷與其他印刷最大的不同，即它屬於一種無版印刷，主要原因是他直接以噴墨的方式，不需經過中間媒介，將印墨直接噴灑于紙張上。噴灑印墨的單元又稱為噴頭，噴墨能噴印的被印材長寬或速度，會因噴頭數量不同而增加（Hawkes, 1985）。噴墨印刷因系統不同又分成連續性噴墨方式（continuous inkjet printing）以及按需噴墨方式（drop on demand inkjet printing），連續性噴墨方式即具有不間斷的供墨系統，但幾乎都是使用水基性印墨；而按需噴墨方式則是僅在上墨的網點區域噴上印墨，依照不同的按需體系，可使用的印墨又分數種，大部份還是以水基性印墨，但也有少數會使用固態印墨（如圖 2-40）。. （a）（b）圖 2-40 不同噴墨印刷方式的噴墨結構圖（a）連續性噴墨印刷；（b）按需噴墨印刷資料來源：Kipphan (2001) . 36 .

(46) 二、. 可變資料印刷. 噴墨印刷技術導入印刷工業為一項突破，且帶動了一種不同於平版印刷的短版印刷概念，也就是現有的數位印刷。在按需印刷（print-on-demand，又稱 POD）及個人直接行銷（personalized direct marketing）逐漸發展的背景下，數位印刷要比傳統印刷佔有優勢，不但具有可印刷少量產品、即時印刷、即時資料更新、印刷前彩色打樣等，更可以與客戶進行一對一的行銷互動，根據過去許多例子顯示，數位印刷降低了過去印刷製程上耗費的總成本，而數位印刷的成功發展，主要是建基於碳粉印刷以及噴墨印刷（Romano, 2000），相對而言，碳粉印刷因需要經過鐳射照射過程進行碳粉附著，有印材限制，因此後者要比前者在被印素材選擇上更有彈性，成本相較起來也更低。噴墨印刷最大的優勢在於能夠頻繁的變換每一頁面的內容，我們稱為可變資料印刷（variable data printing，VDP），比起傳統印刷而言，使得被印內容擁有極大的彈性，在於需要不同數據的資料或產品上更具有優勢，更可以依據不同需求進行客製化印刷。現在網路與各種傳輸媒介的發達，使得 VOD 系統逐漸成為業界關注的焦點，可藉由近端或遠端與客戶聯繫，使客戶在產品中選擇需要的圖片、文字或影像等資料，然後以數位印刷的方式呈現。可變資料印刷主要是藉由資料庫處理，將資料進行不同條件的分類，根據需求端給予的設定值進行條件相符的可變文字、可變影像或其他可變元素的合併，最後經初始的版型設定，輸出成資料印刷檔案，透過光柵影像處理器將檔案傳送給數位印刷機，再將檔案印刷成成品。有學者提出，可變資料印刷是一個輔助客戶關係管理（customer relationship management，CRM）的重要概念，但相對的，可變資料的複雜性卻侷限了該技術的應用，例如資料的不一致、不完整、錯誤格式等，都增加了數印印刷整體製程上的時間成本（Frey & Barzelay, 2008）。因此，可變資料的資料庫運用與管理，是非常重要的。可變資料的印刷解決方案對於業務與整個市場的營銷上而言是息息相關的， . 37 .

(47) 因此從印刷製程一直到交付成品中，例如資料庫運用、需求分析技巧、資料處理技術、色彩管理等，都需要正確規劃管理，方可降低成本的浪費。. 三、. 噴墨印刷市場. 數位印刷的發展，是將文字、圖片、影像等電腦資訊轉換成數位訊號，透過電腦化作業流程將產品直接印刷成為實品。此發展與現有 POD 的發展息息相關。宋雪芳（民 95）針對現有電子化資訊來臨帶來 POD 概念的延伸，進行應用現況的訪談研究，認為現有印刷技術發展與資訊科技的結合，都逐步推動著 POD 的發展相對的，其依舊受到了一些困難阻礙，像是成本的回收、著作權、營運、專業以及印刷品質等問題；因此，POD 需要立基於以下幾種發展背景下，方可順利推性，例如，內容品質、種類數量、需求量以及使用量、客戶群與市場接在一定的範圍下，才能達成收支平衡，創造新的數位印刷服務模式。就噴墨印刷而言，未來仍需要發展的方向，不外乎印刷品質的提升，其包含有列印速度、保固性、抗光性、抗水性，以及影像品質的提升，影像品質又包含墨滴大小、解析度、灰階數、墨水等（陳忠輝與張嘉容，民95）。Smithers Pira 公司於 2013 年表示，全球數位印刷市場規模將由 2013 年的 1,315 億美元，成長到 2018 年的 1,877 億美元（Pira, 2013），年平均成長率為 7.4%，同時，數位印刷市佔率也即將達到 20.6 %。如圖 2-41 所示，由線條圖顯示，噴墨印刷以外的印刷技術市場產值將萎縮，尤其以平版印刷的產值萎縮幅度最大；此外，根據長條圖的趨勢看來，噴墨與碳粉的數位印刷產量將有明顯的成長。隨著數位印刷的持續改善，未來有期朝向數位長版印刷發展，使得成本降低且提高效率，將刺激更多廠商選擇購買數位印刷機達到提高產值的目的。. . 38 .

(48) 圖 2-41 2008 至 2018 年預期印刷市佔率發展資料來源：Pira (2013). 數位印刷機制亦可提高服務品質，其可以進行可變資料印刷的技術優勢，可服務於需求品質不斷提高的消費者，以及活躍於對於短版印刷需求增加的市場，比如品牌持有者可利用個性化的包裝來吸引客戶或潛在客源，藉此在平版印刷競爭中將擁有更大的優勢。根據 Smithers Pira 公司的研究顯示，印刷量的持續下降以及數位印刷技術持續改善將是導致廠商改選擇數位印刷的關鍵因素。. 四、. UV 噴墨印刷. 基於無版印刷發展的數位印刷，不但大幅降低了傳統印刷繁複的製版過程，更降低印刷製版所需耗費的成本，並且因不具有水墨平衡的平版製版過程，因此符合綠色環保製程要素。其中，又以噴墨印刷最為廣泛運用。隨著臺灣印刷技術的發展，現今逐漸開始運用紫外線（UV）固化油墨進行噴墨印刷技術，其特色是以紫外線光源快速固化（curing）乾燥油墨的技術。主要是運用特殊的紫外線印刷油墨，油墨中 . 39 .

(49) 含有特殊的分子，又稱為單體，在紫外線光源的照射下，其單體經光聚合作用會瞬間凝固（彭聖墻，民97）。如圖 2-42 所示，在紫外線單一光源照射中，聚合性物質與感光性單體吸收一定波長的光源，便會固化成膜狀，如此的特性可以廣泛運用在各種被印材上。. 圖 2-42 UV 印刷固化過程示意圖資料來源：彭聖墻，民 97. UV 印刷技術因其能夠大幅改良噴印品質，因此在市場應用廣泛，尤以其經光學固化過程可應用多種被印材上，因此在工業印刷以及包裝印刷上使用相當廣泛（張世錩與蔡致邠，民 100）。同時又因為現在逐漸成熟的 LED-UV 光源技術，壽命長且製程上可以節省電能消耗，大幅減少二氧化碳的排放量，亦無臭氧以及重金屬汙染的產生，因此配合國內的 LED 產業發展，可與現代環保潮流銜接上。紫外線油墨主要構成由光起始劑（photo initiator）、丙烯酸酯類單體（acrylate monomer）、丙烯酸酯類樹脂（acrylate oligomer）、顏料（pigment）及助劑（additive）等，其中主要經紫外光硬化系統的成份為光起始劑，能於 UV 光源照射後產生分裂成自由基，再經由鏈聚合反應產生聚合（陳進龍，民 98）。不同的光起始劑是根據油墨配方需求而有不同的選擇性。 . 40 .

(50) 噴墨印刷自身彈性極大，除了噴於紙張上，亦可應用於透明材質甚至織品上，但仍然有可能有細微的網點擴大、滲色或羽化的效果。相對的，UV 噴墨印刷以非接觸方式應用於廣泛的基材上，可應用於吸收性或非吸收性、硬式或軟式等各種被印材之上（歐韋廷與王希俊，民 101），在臺灣也廣泛運用在室內展示、裝潢或室內建材、傢俱等客製化的印刷，因其瞬間固化的特點，無須擔心對被印物表面有滲化或是網點擴大的效果。 UV 印刷快速固化特性，不但廣泛運用於各種被印材料，亦有不同的應用。江瑞璋等人曾於 2012 年以 UV 印刷效果進行雙視書盲人點字系統的製作，即是利用光聚合作用後印紋突起的效果，經由UV印刷的墨量控制與光源的特性調整，產生視障同胞可觸摸到的印刷圖紋（江瑞璋、張世錩、李祥棟與魏嘉萍，民 101）。這樣的設計優於傳統上將電子打字機以膠片敲擊出凸字，貼於紙張上以供視障同胞觸摸的製作流程，圖形更需經感熱紙將輪廓產生圖紋的凹凸效果，流程繁複。現在經由有凸出效果的UV印墨，可以直接經由噴墨印刷機的噴印與固化並行效果，產生突起感覺，有效達成盲人點字書的效果（如圖 2-43）。. （a）（b）圖 2-43 以 UV 噴墨印刷達成的雙視書點字效果；（a）英文字與點字同時存在的雙視效果；（b）黑邊輪廓凸起之影像，視障者可觸碰感受圖樣的輪廓資料來源：江瑞璋等人，民 101. . 41 .

(51) 五、. 塑膠被印材. UV 噴墨印刷主要可用材質有塑膠類、金屬類、玻璃類、磁磚類甚至皮革類皆有所運用，其中，又以塑膠類為最常見之應用。塑膠一般而言為工業合成的高分子物質，其能夠經由外力自由變形，但經由外力變形之後，如沒有再施加外力，則無法恢復原狀。「可塑化物質」即需經過加熱或是添加溶劑才具有其可塑性（蕭志強，民 93）。塑膠一般根據加工方式又分為熱塑性塑膠以及熱固性塑膠。熱塑性塑膠即為加熱後軟化，經冷卻以後固化的一種塑料，其在加熱過程中能轉變成各種形狀，即使反覆加熱，冷卻後依舊可以成型，因此適合大量生產，常見有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、合成樹脂、聚脂樹脂、尼龍等等；熱固性塑膠則相反，加熱之後固化的塑料我們稱之為熱固性塑膠，因其一但加熱便固定，無法再軟化，因此耐熱、耐溶劑性要優於熱塑性塑膠，此代表塑膠有苯酚樹脂、美耐皿樹脂、聚亞胺脂樹脂。其中，熱塑性塑膠又可分結晶性與非結晶性塑膠，非結晶性常見有合成樹脂、丙烯樹脂、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等；結晶性塑膠則包含聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸乙二脂（PET）、聚碳酸脂（PC）等等。就目前全球人工的合成纖維而言，約 70% 來自於聚脂樹脂。此素材的特性即為能用來做成寶特瓶，或是長纖維、輪胎織布、釣魚線以及繩子等。聚脂樹脂的原料為二甲基對苯二甲酸以及乙二醇所濃縮而成的聚合體（如圖 2-44），以此種聚合體製作成寶特瓶，具有堅韌、輕巧、材質透明、氣密性高、保存性高，以及可塑性高容易再生的優點，同時它燃燒之下不產生戴奧辛，但回收成本較高，需要擬定周延的塑膠用品回收政策。. . 42 .