典藏內容之數位全像片防偽設計與加值應用

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

典藏內容之數位全像片防偽設計與加值應用

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 94-2422-H-003-007- 執 行 期 間 ： 94 年 12 月 01 日至 95 年 11 月 30 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣師範大學圖文傳播系(所) 計 畫 主 持 人 ： 王希俊 共 同 主 持 人 ： 呂俊賢 計畫參與人員： 博士班研究生-兼任助理：許朝詠 碩士班研究生-兼任助理：陳詩涵、蔡昇融 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 96 年 03 月 09 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

典藏內容之數位全像片防偽設計與加值應用

Content-related design of value-added dot matrix holograms

計畫類別： 國家型科技計畫 計畫編號： NSC 94-2422-H-003-017- 執行期間： 94 年 12 月 01 日至 95 年 11 月 30 日 執行單位： 國立臺灣師範大學圖文傳播系(所) 計畫主持人： 王希俊 共同主持人： 呂俊賢 計畫參與人員： 陳詩涵、蔡昇融、許朝詠 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢

中華民國96 年 2 月 12 日

■成果報告

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫

□期中進度報告

典藏內容之數位全像片防偽設計與加值應用

（

Content-related design of value-added dot matrix holograms

）

計畫類別：

■

個別型計畫□ 整合型計畫

計畫編號：

NSC

94-2422-H-003-017-執行期間： 93 年 12 月 01 日至 94 年 11 月 30 日

計畫主持人：王希俊

共同主持人：

呂俊賢

計畫參與人員：

陳詩涵、蔡昇融、許朝詠

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：

■

精簡報告□完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

執行單位：國立台灣師範大學科技學院圖文傳播學系

中 華 民 國 九十六 年 二 月 十二 日

摘要

數位典藏是國家重點發展計畫，目的是將國家重點文物與文獻等數位化以開發 內容，並研發適合的技術以利將數位典藏內容作創意加值與教育推廣，以更利於傳 播的形態，來傳遞知識、推廣藝術以及文化傳承；另一方面，在數位科技的精進下， 導致資訊未經授權使用，而產生了版權認證的問題，因此數位浮水印等數位版權保 護措施是數位典藏內容保護的重要方法。在將典藏內容的加值應用中，防偽技術扮 演重要角色，典藏文物或文件的實體授權複製品也是消費者所最喜愛的加值產品之 一，本研究著眼於此，以過去對於防偽相關之背景研擬一種創新性，且與典藏內容 有關之數位全像片防偽設計，作為加值應用的方式。其中包括： 一、設計以典藏內 容為主題之全像片， 二、 製作多重防偽功能的加密全像片， 三、將典藏內容為 主題之加密全像片與複製品相結合與應用。本研究之成果使典藏文物或文件的實體 授權複製品有較強之防偽功能作版權保護並兼具典藏內涵特色與美觀設計。而本研 究計畫期間已開發五種加值產品，達到典藏內容之全像片創意加值應用的目的。

Abstract

The objectives of this research are to design the content-related and value-added dot matrix holograms for archived documents or artifacts. There are three major tasks for this project: 1) To design a hologram with both anti-counterfeiting features and archived contents. 2) To fabricate multi-functional hologram with varied

anti-counterfeiting features. 3) To integrate the encrypted hologram with the authorized duplications of the original documents or artifacts. The outcomes of this project achieve several goals including value-added application to product design and enhanced

壹、研究背景

近年國家重點計畫「兩兆雙星產業發展計畫」之一的數位內容產業深受矚目， 而於民國91年展開的「數位典藏國家型科技計畫」已進入第五年，許多典藏單位的 數位素材累積已達到一定的質量，後續的加值應用部份是此國家型計畫非常重要的 課題。典藏內容經過複製或加值後再發行，若能達到版權宣告與品牌保護，即可達 到保存文化資產、散播知識、推廣藝術、延續文化傳承與發展的目的。 目前的圖像之數位浮水印以其呈現的方式大致分為數位影像(digital image)上的 數位浮水印及實體影像(printed image)上的數位浮水印兩類，數位浮水印被廣泛的應 用在數位媒體上，秘密資訊隱藏在影像或聲音的位元變化之中，對人的視覺或聽覺 來說是不可察覺的，卻具有宣告著作權，提供辨識真偽的目的；而實體影像的數位 浮水印，最常見的是有價證卷的防偽技術，數位浮水印是藏入秘密訊息到傳播媒體 中，因而我們可以由解出的訊息來判斷文件的真偽，其除了具有防偽的功能之外， 並可依據訊息循線找出原出處進而達到保護版權的目的，另外再加上特殊材料之防 偽技術，如紙鈔上的防偽功能：變色油墨、窗式安全線、微小字、浮水印、螢光纖 維等，以及新版新台幣鈔券所採用以全像科技為基礎的「光影變化箔膜（OVD, optical variable device）」概念，皆為重要防偽技術，可有效阻止偽造。 然而將浮水印應用於類比媒材上，由於加密影像經輸出及掃描等多重破壞後， 仍能找回隱藏資訊的技術，是在影像加密技術上較為困難的部份。而本研究藉由點 矩陣全像片來提高典藏內容的附加價值與防偽效能，也就是利用典藏內容相關的圖 案做設計，使製作之全像片兼具美觀、防偽功能及較深層的故事內涵。另外，再配 合本計畫之典藏內容之數位化防偽設計，將加密訊息置於與典藏內容有關之全像片 中，即可達到多重防偽的目的，更提升了產品的附加價值與應用面向。

貳、研究目的

由於全像科技的快速發展下，加上全像片製作技術門檻高、單位成本低、易於 辨識、美觀、具有高附加價值而被廣泛的使用，並且利用各種防偽製作技術與品牌 保護，以達到多重的防偽功能。本研究採用全像繞射光柵技術，由點矩陣方式來曝 光形成圖案，因不同色光有不同之繞射角，本研究利用2D 影像編碼，將不同之樣 式及角度直接輸出並與產品做整合應用。光柵點的週期性亦稱之為圖案的解析度， 是以dpi（dot per inch）表示，且光柵點是由雷射光控制而形成，其概念與印刷之半 色調過網技術有異曲同工之妙，因此本研究主要目的在將全像片經由光柵點對文字 或影像做編碼、輸出、偵測及大量複製為主軸，再加上利用典藏內容相關的圖案做 設計使製作之全像片兼具美觀、多重防偽功能及較深層的故事內涵，藉由對全像片 繞射後光柵點加密防偽的方法，研發出適合全像片的編碼方式，經輸出後再以偵測 解密之裝置以確認內藏之版權保護資訊，達到大量複製之技術與典藏內容複製品相 整合之加值應用。 本研究目的有三： (1) 設計與典藏內容相關之數位全像片。 (2) 數位全像片之多重防偽功能設計及偵測隱藏資訊。 (3) 數位全像片與典藏內容複製品整合。

參、文獻探討

一、全像術(Holography)

全 像 術 起 源 於 1948 年 Dennis Gabor 所 提 出 的 波 前 重 建 術 (wavefront reconstrution ) 的方法[Collier et al., 1971]，原主要是為了改進電子顯微鏡取像解析 度，但當時光源無法達到同調性及足夠能量，因此這個方法的提出並無法達到實際 應用的價值，直到 1960 年代，雷射光發明後，因具有單色同調光源及能量集中的 指向性，方使全像術有了廣闊的應用面向[Rhody and Ross, 1999]。

全像的原理是經由光的干涉特性，把物體光與參考光干涉現象的振幅及相位資 訊藉由感光性材料記錄下來，然後以原參考光重建之。而後隨著全像科技蓬勃發展， 大致可分為In-line Holography、Volume-Reflection holography、Off-axis holography、 Rainbow holography 和 Hologram embossing[Van Rennesse,1997]，其中 Hologram embossing 為現今數位點矩陣全像片製作的方式。目前全像的技術除了使用於非破 壞性及微流體的檢測上，也是防偽與防彩色影印的利器，同時亦可作為資訊儲存的 方法，而全像科技長久以來更是立體影像藝術創作的重要媒材，也就是在 2D 平面 上表現3D 的立體效果。 二、點矩陣式全像片 點矩陣全像的發明是在1980 年期間由 Frank S. Davis 所提出，其基本的原理是 將雷射光分為兩道光束，然後以特定角度相交，形成以點為單位的干涉圖形於光阻 材料上，透過改變相交雷射光的角度和方位可以改變光柵繞射的顏色和方向。點矩 陣全像實際是由一個個的光柵點(grating spot)所組成，而每個光柵點由不同間距及方 向的干涉條紋所組成[Rhody and Ross, 1999]，因此可藉由調整雷射光相交的角度及 方位，來控制光柵點的間距大小及排列方向，產生如彩虹般的光影效果之全像圖。 由於其利用光阻或金屬表面凹凸紋理來產生光柵繞射的效果，因此可以透過壓印的 方式進行複製，適合大量生產。

三、數位過網 (Digital Halftoning)

[Ulichney, 1987]一般可分為調幅網點(AM，Amplitude Modulation)與調頻網點（FM， Frequency Modulation）兩種基本的型態。而調幅網點是目前印刷品所較常採用的方 式，兩者主要的差別在於調幅網點變化較為平順，調頻網點則在影像的細部表現較 佳。而網點擴張一直為影響影像品質最大的因素，為了避免影像細部的流失，考量 網點擴張來改善影像品質是必要的[J. P. Allebach, and D. Kacker,2000]。

調頻演算法中之Folyd-Steinberg的誤差演算法[Floyd and Steinberg, 1976]為目前 常被噴墨印表機採用的過網演算法[Geoffrey,2003]，其兩階化的順序是固定的由左到 右、由上到下，僅將誤差向後方位元做擴散；於1997年郭宗杰博士提出多層次誤差 擴散法Multi-scale Error Diffusion) [Katsavounidis and Kuo, 1997]，為新的誤差擴散演 算法，依照全域與區域的影像濃淡來改變二值化的順序。MSED的方式是建造影像 金字塔，影像二值化順序依照最大濃度原則將影像作半色調處理，此演算法除了向 後擴散外，同時也向前擴散，雖然比較耗費運算量，但產生之半色調影像較佳。而 於1999年王希俊博士修改了MSED演算法－MMSED (Modified multi-scale Error Diffusion) [Wang et. al.,1999]，提出只要建構3到4層的影像階層即可達到與MSED相 同效果的半色調影像，同時可以大幅度減少運算量的消耗，使得執行半色調演算變 的更有效率。大家一般熟悉的灰階影像最基礎的數位浮水印是由E. H. Adelson 在 1990 年提出將秘密資料嵌入影像畫質中較不重要的低位元中， 此種方式稱為 LSB(Least-Significant Bit)嵌入法。灰階影像主要由八位元影像所組成，越大位元為 描述影像中主要的部分，越小位元則用來描述影像中就不重要的部分，因此將最不 重要的位元置換成密碼，不但對原始影像不會有太大的改變，同時人眼也無法辨識 的出來，而解密只要抽取加密位置的位元組就可解出密碼[Pei,2003]。另以半色調影 像為基礎，每4x4 的單位元影像置換一個密碼，一區塊中的一點，對整體影像的影 響極小，對人眼來說是無法辨識的；而在解碼時，對加密後的半色調影像作兩次的 間隔取樣，即可得到加密影像[Wang et. al., 1999]。

四、調頻網點藏密技術(Data Hiding in Frequency Modulation, FM)

2000 年由 Ming Sun Fu 與 Oscar C. Au 提出以擬似隨機(pseudo-random)方式去 嵌入浮水印的三種方法[Fu and Au，2000]：DHST(Data Hiding Single Toggle，自行翻

轉資料隱藏)，單純的依照擬隨機亂數所產生的位置來嵌入浮水印，將半色調影像像 素點進行翻轉，即像素值由1 轉換成 0，或由 0 轉換成 1 的方式；DHPT(Data Hiding Pair Toggles，配對翻轉資料隱藏)，考慮到區域影像整體灰度的維持，翻轉像素點的 同時在鄰近的8 個位置中，選擇互補的像素點進行補償翻轉，以達區域影像灰度的 平衡性﹔DHSPT(Data Hiding Smart Pair Toggle，改進式配對翻轉資料隱藏) 說明如 何在鄰近的像素中選擇一個改變後對影像較無影響之像素。

而後，於2002 年 Ming Sun Fu 與 Oscar C. Au 提出以誤差擴散法為基礎的浮水 印技術—DHED(Data Hiding Error Diffusion，誤差擴散資料隱藏法)，影像於半色調 處理的過程中加入密碼，利用誤差擴散法過網來判斷是否為密碼加入的位置，若為 正確位置便將密碼所產生之誤差加上目前過網產生之誤差，一起擴散到以下未過網 的區域，但由於誤差皆集中在後方，無法平均地擴散，進而提出MDHED (Modified Data Hiding Error Diffusion，改進後的誤差擴散資料隱藏法)，將誤差往前擴散，加 密位置產生的誤差由周邊的圖元共同承擔，大為改善加密後影像品質，然所得的加 密影像具描述原始影像與保護密碼的優點，但加入的密碼某些區域可能因為網點擴 張而漏失，為實際輸出成實體影像之可再精進之研究課題。 五、加密資訊之偵測 於實體影像進行解碼的步驟之前，必須先透過獨立的取像設備來攝取數位影 像，再對資料作分析。而取得數位影像後，為達自動化與準確性，需將待解碼影像 作偵測定位，才能精準的解碼[Lin et. al., 1999] 。而偵測定位的方式，主要是在加密 時將影像四個角點先設為1(有陣列點)，視為用以偵測定位的特徵點。在偵測的過程 中，換算藉由攝影取得之影像的四個角點與原始加密影像四個角點之間的幾何轉換 關係，即可將影像作正確定位[Fu and Au，2002]。

另外，也有將偵測定位的特徵點設計成印刷製作流程中的十字套標[Wang et. al., 1999]，並計算預解碼影像與原始影像之間的幾何轉換關係，將影像作正確的定位。 而Patchwork 加密演算法發展之初[Bender et. al., 1996]，亦有影像偵測定位的問題， 在提出使用Hough transform 直線偵測、直線安裝的方法[Chen and Wang, 2002]，應 用到影像解密，成功的達到自動化影像偵測定位。上述提到有關影像的偵測，主要

是針對整張影像作偵測定位的方法。另外，當只有局部的解碼畫面時，則需要編入 位置(addressing)碼到影像中，來作局部的偵測解碼[Hecht，1995、2001]，在加密時 使用特殊的編碼順序，即將位置資訊與密碼加入，因此當輸入局部畫面時即可以知 道密碼內容與密碼所在位置的資訊。

肆、研究方法與結果

一、具典藏內容之數位全像片 點矩陣全像片可利用電腦軟體或撰寫程式設計出不同視覺效果的全像影像，並 可以透過預覽程式在螢幕上模擬出實際輸出的情形，輸出後經由製版程序可作大量 複製。目前數位點矩陣全像片設計所採用的圖形大多以公司企業的LOGO 為主，利 用全像片的特性表現出特殊的視覺效果來達到防偽之功能。本研究則結合創意設計 與全像科技，也就是將數位典藏作品與全像片特性作整合，達到創意加值應用的效 果。因此，本研究團隊整合了數位典藏相關主題與點矩陣全像技術製作具有典藏內 容之數位全像片，以提供後續多重防偽整合與相關產品結合的應用，達到更多元的 加值。 數位點矩陣全像片的設計主要是藉由控制光柵間距(grating pitch)、光柵角度 (grating angle) 及光柵點尺寸(spot size)來完成全像片的製作。其主要的功能分別為： 1.光柵間距(grating pitch)：控制色彩的變化。 2.光柵角度(grating angle)：控制全像片觀看的角度。 3.光柵點尺寸(spot size)：為實際輸出的解析度。 而目前點矩陣全像片在製作的過程中主要由兩個檔案所組成，一個檔案是用來 控制全像片表現的色彩，另外一個檔案用來控制全像片可觀察的角度，而目前在顏 色的使用上只能用紅、綠、藍、青、洋紅、黃、黑七種顏色，其中黑色代表不顯示 顏色，而在灰階檔案的設定上使用0~255 之間，相當於人眼-90~90 度，因此灰階值 設定的越大就表示實際輸出的全像片的觀看角度也就跟著越大[Lee et al., 2000]。 以下為點矩陣全像片結合相關典藏作品之成果，其素材包含典藏單位國立故宮 博物院、國立臺灣師範大學與國立臺灣師範大學圖書館： (一) 變圖效果： 在全像片內容的設計上主要朝此方向進行，圖1 左為師大圖書館數位典藏畫 作，其部分主題與本校師大大師圖案相結合，圖1 中間為設計製作的全像片原稿， 右邊為輸出後在不同的角度下觀察可見不同的影像交互顯現，而本例主要是表現出

變圖影像之效果以達到防偽功能。 圖1 師大大師圖案（董陽孜大師手書）與馬白水教授畫作整合之具變圖功能全像片 (二) 流動效果： 將本校師大大師圖案透過全像灰階檔案的適當設定，也就是不同的光柵角度， 可顯現不同的光影變化與流動效果，如圖2，當轉動全像片時會產生向右流動的感 覺，且有不同的光影顏色產生。 圖2 師大大師流動效果 (三) 動畫與變圖效果： 台灣師大圖文傳播學系內分影視與印刷兩項學術領域，故系徽圖案代表印刷紙 張或影視磁帶經由滾筒傳送之情形，但原設計圖案只能靜態表現；透過全像科技的 適當設計（圖3），利用不同視點所見全像影像之差異特性，左右及前後晃動此全像 片，可觀察到系徽圖案中的紙張（或錄影帶）正在動態傳送以及中英文系名之變圖 情形，如圖4。

(a) (b) 圖3 圖傳系 logo：（a）彩色圖檔 （b）灰階圖檔 圖4 動態呈現師大圖文傳播系系徽並搭配中英文變圖文字 此外，我們亦使用故宮博物院授權之院鎮院之寶，元朝畫家劉貫道所繪之「元 世祖出獵圖」，畫中騎士張弓射箭的無比張力，為全畫焦點之所在，且畫中所有人物 目光，全部凝聚於箭矢離弦之剎那。而圖中拉弓、射箭的過程，本研究以全像片設 計動畫的方式呈現（圖5），觀看者翻轉全像片形成光影之變化，即可清楚察覺射箭 之連續動作，其中全像片圖像之射箭動作，特別參考2004年雪梨奧運銅牌得主「袁 叔琪」國手實際之射箭動作，整合於設計當中，象徵「一矢中的」之意。並結合變 圖效果，於不同的角度觀看全像片時，將分別呈現古代狀元王維之詩作「迴看射雕 處，千里暮雲平」，詩句之文字由2006年大學指考第一類組榜首馮淳毓題字，象徵金 榜題名之意（圖6）。另外，在較偏的光柵角度下，將故宮原畫的局部放入（圖6(d)）， 這樣當我們觀看全像片的時候，必須轉動到某一角度時才可看見此影像，而在一般 正常人眼觀測角度下是不容易察覺的，可作為進一步的防偽功能。 圖5 合成後之彩色與灰階圖檔

(a) (b) (c) (d) 圖6 不同角度所拍攝全像影像的動態與變圖效果 二、數位全像片之多重防偽功能設計與隱藏資訊偵測 (一)多重防偽功能設計 1. 混合網點加密設計 混合網點加密設計的主要概念，是透過 AM/FM 兩種不同的網點結構，分別表 現背景區塊與資訊隱藏區塊的圖形[Hsiao et. al., 2003]。如圖 7 所示，我們先分別建 立相同尺寸相同濃度的兩張灰階原稿G1、G2，接著將 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(式 1)，隱藏區塊 HD 為 G2 與~MASK(反遮罩)的交集(式 2)，最後浮 水印W 等於 BK 與 HD 的聯集(式 3)。而此加密設計主要應用於數位全像片與典藏 內容複製品整合中的防偽實驗紀錄本(如圖 17)。 BG=H1∩MASK (1) HD=G2∩~MASK (2) W=BK∪HD (3)

圖7 混合網點加密示意圖 2. 相關像素運算之數位浮水印技術

本技術主要透過相關像素之間的運算，藏入浮水印[Fu and Au, 2004]。首先將欲 加入浮水印影像灰階值(0~255)轉換成黑度值(0~1)，G(i,j)是原始灰階影像的灰階 值，b(i,j)為計算出灰階影像的黑度值，其關係如式(4)。 255 ) , ( 1 ) , (i j G i j b = − (4) 另選擇適當的假亂數兩階影像（mask）使影像經加密及兩階化後能以邏輯運 算，mask內容必需是二階影像，本研究以一pseudo-random number形成mask內的值， 由於mask是做為加密及解密的依據，但過大或過小的mask均不適宜，過大尺寸的 mask在有雜訊時，於解密後的影像會依mask的大小可能形成黑或白的叢聚點；另若 尺寸過小則易被破解，所以在選擇mask的維度是要特別作考量的。

將已加密影像區域轉換後的二階影像取和 mask 相同大小做 XOR，故 mask 與 對應之兩階影像（data）的維度必需是要一樣的[Y.Y. Chen, H.K. Pan andY.C. Tseng, 2000]。在做判斷時，由於加密的資訊是以 mask 內像素的相關性做決定，在起始區 域為方便處理，故不足的mask 維度(n-by-n)，對加密影像(N-by-N)的上方邊界 n-by-N 及左方邊界N-by-n，可先以 Error Diffusion 處理得到二階影像。

其加密方式是以欲過網及加密的 b(i, j)位置，如圖 8 及圖 9 所示，將二階化的假亂數 形成兩階圖形（mask）及對應之兩階影像（data）進行 XOR 運算求出一 n-by-n 的 矩陣 x(i,j)，將 x(i, j)內的 1 與 0 求出總和（SUM）以 mod 2 求出餘數 r 為 1 或 0 並 配合浮水印來決定新的兩階藏密影像 g(i, j)的值為 0 或 1，g(i, j)為過網及加密後之二 階化影像。可參考圖10 及計算方程式如式(5)。 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0.6 圖8、在運算前之預先兩階化區域及起始值 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 圖9、利用 XOR 運算及浮水印植入將黑度值轉換成 0 與 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 ♁ 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 mask data

1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 sum mod 2 圖10、過網加密演算方法 2 mod )] , ( ) , ( [ _⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⊕ =

∑∑

N j N i j i data j i mask r (5)

經過 mod 2 後的 r 與 watermark(i,j)做比較，本研究是以師大 logo 的兩階影像為

watermark，當 r = watermark(i,j)則 g(i, j)=1 不變，反之亦可如式(6)所示：

⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≠ = = ) , ( , 0 ) , ( , 1 ) , ( j i watermark r j i watermark r j i g (6)

當決定 g(i, j)後則將不足或多餘的值利用 FSED 平均擴散至鄰近的像素[Floyd and Steinberg, 1976]。如此即完成該影像 G(i, j)的過網及加密。另外，若加密的影像 較大時，利用error diffusion 必定累積至後面且數值可能會非常大，所以在加密的過 程中要再設定一門檻植 Threshold（T），在過網過程中小於 Threshold 則做植入浮水 印及error diffusion 的動作，如式(7)所示，大於則不做。如此才不會影響加密後的影 像品質。而此防偽設計主要應用於數位全像片與典藏內容複製品整合中的考試御首 (如圖 13)。 (7) ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ > ≤ T error Fales T error True | | , | | ,

(二) 隱藏資訊偵測 在全像片多重防偽上，簡單地除了可藉由人眼直接看出表面的影像或文字外， 更深層的實體影像加密後，需要一套獨立的取像設備來擷取影像及解密，與數位檔 案的數位浮水印不同之處在於加密後須經過print-and-scan，就是將數位浮水印列印 出後再掃描回數位檔案以進行解碼，其必須經過偵測、定位、特定解碼方法，才可 以得到密碼。輸出設備的解析度必須達到要求，才能將效果印出來，另外擷取器可 以是相機、掃描器、攝影機，這樣具有破壞性的處理過程，必須要考慮取樣定理， 取樣頻率必須大於原始訊號兩倍以上，原始訊號才能被完全重建[Oppenheim, 1989]，此概念同樣應用於數位點矩陣的全像片，需由攝影機遠距取像方能進行後續 之辨識。 得到數位檔案後，因此種加密影像解碼時需要精準的對位以取得影像中加密的 位置，故利用一些圖形辨認的方法來自動偵測與定位，首先以邊界偵測、二值化進 行簡化影像的複雜度，再來利用影像上的一些特徵點，偵測影像的位置，最常被使 用的就是Hough Transform 直線偵測的方法，找到影像邊緣最強的四個直線，偵測 出來後，並將最適當的直線安裝上去，接著求得直線的交點，即影像的四周頂點。 上一段使用直線偵測的方式，是針對整張影像作偵測定位的方法。另外，當只有局 部的解碼畫面時，以編入位置碼(addressing)到影像中，來作局部的偵測解碼[Hecht, 1995]。得到影像中的四個頂點(u1,v1)、(u2,v2)、(u3,v3)、(u4,v4)後，將影像定位在 (x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)，

(8)

接著由U = AX ，U 是掃描影像進來的座標， X 是原影像將被定位的座標，U, X 已 知，找出轉換關係A=U(XT

)(XXT)-1，即可完成影像定位。如同透過轉換方程式U = AX ，將欲解碼的區域作正確定位後，即可得到與原加密影像對應的解碼影像，因 而得到其中的密碼。

三、數位全像片與典藏內容複製品整合 本研究團隊於今年所執行數位典藏計畫之應用服務分項計畫，其計畫執行重點 在於提升典藏品的商業價值及應用層面，並推出加值產品，且要求計畫成果的產值 等。本研究之成果豐碩，總共設計五項產品，如一矢中的考試御守、數位點矩陣全 像鑰圈、防偽實驗紀錄本、全像郵票與全像片藝術掛飾，且這些全像加值產品設 計與全像藝術創作，自95年11月份起輪流展示於台北市和平東路一段129號---國立台灣師範大學紀念品陳列區(圖11)，而於96年2月份起，陳列區已被移至校本 部。其中有一項已完成著作授權與進行相關產出，另一項正進行中，簡介如下： 圖11 國立台灣師範大學紀念品陳列區 （一） 一矢中的考試御首 創作理念起源自故宮博物院典藏經典文物─元代畫家劉貫道所繪「元世祖出獵 圖」。本團隊以幾百年來畫中人物及畫外觀畫者之「共同期待」作為創意原點，在取 得故宮授權之後，結合現代與古代的元素，以「一矢中的」之精神製作成考試幸運 符（圖12）。本作品中之全像片除了融合了元朝古畫與現代奧運射箭銅牌得主袁叔琪 國手之姿，更由現代狀元(今年大學指考文組榜首馮淳毓)以唐代狀元王維詩作「觀 獵」名句─「迴看射雕處,千里暮雲平」來題字，既象徵文武雙全，也達到古今多重

交會相互輝映之美。 另外，數位全像片的某一偏角度的圖案中，還有隱藏著一組密碼「師大大師」， 是利用相關像素運算之數位浮水印技術，並利用上述之隱藏資訊偵測法可將密碼解 出（圖13）。因此，結合現代科技展現古典風華，以此創意理念製作考試御守（幸 運符），充份展現了數位典藏創意加值中「old is new」的精神。 圖12 考試御守產品 圖13 「師大大師」密碼 而此作品入圍今年數位典藏商業應用大賽決選並為競賽專刊收錄，本團隊亦積 極參與比賽之頒獎典禮與商業授權媒合展，在會場亦有設置作品攤位(圖 14)。由於 此項商品具有極高的商業潛力，所以已與多家公司洽談相關授權事宜，並與典藏單 位密切聯繫。此項產品目前處於推廣期，已為本校校長至全國各高中招生宣傳之用， 預計將來會將之商品化，且估計此產品將會有大量的需求。

圖14 數位典藏商業應用大賽之頒獎典禮會場之作品攤位設置 （二）數位點矩陣全像鑰圈 此項作品已完成授權程序（圖15），目前除學校用作公關禮品外，校友總會理 事長王金平也於近日持續增加訂購達到1000 個，產值至 95 年底已有六萬元。因此， 本項產品隨各地校友分會向各校校長及任教之師大校友持續擴散的效應，未來會有 一定的銷售量，極具商業潛力，預計未來會有更多的訂單，並將朝向個人化設計發 展，以進一步增加其附加價值。 圖15 師大大師數位點矩陣全像鑰圈

（三）防偽實驗紀錄本 由於實驗記錄簿是可以作為法律上智慧財產權爭議的佐證資料，設計多重防偽 功能實驗記錄簿也符合目前的時代潮流與需要，結合防止影印偽造之全像片與實體 浮水印技術，實驗記錄簿之設計可依不同之需求做個人化設計。 本實驗紀錄簿結合師大圖書館典藏鎮館之寶「宋版孟子」典藏內文「王何必曰 利亦有仁義而巳矣」於其中(圖 16)；全像片部份，除具美觀及景深功能外，且當此 紀錄本被拿去影印時，其全像片原本的光影效果及深度資訊將消失；另外，並在紙 張底部加入’’文件底紋之混合網點數位浮水印技術’’（93 年度數位典藏計畫執行成 果，已申請我國與美國之專利），使在影印後會將浮水印顯現出本實驗室的 logo 及 copied 字樣，因此達到多重防偽的效果(圖 17)。 值得一提的是，本實驗紀錄簿所參考之師大圖書館典藏鎮館之寶「宋版孟子」 典藏內文「王何必曰利亦有仁義而巳矣」，語意在傳達當進行智財與專利之獲取過程 中，仍要注重仁義道德之內涵，透過上述多項古今與人文科技的結合，完成實驗紀 錄簿之多重防偽功能，並達成數位典藏加值之目的。 圖16 台灣師大圖書館鎮館之寶「宋版孟子」之數位典藏檔案影像。典藏內文中之 「王何必曰利亦有仁義而巳矣」木版印刷字體影像被選用於多重防偽實驗紀錄簿 之 設計。

(a) (b) 圖17 (a)多重防偽實驗紀錄簿原稿，內含多重防偽全像片及數位浮水印。(b)影印複 製稿，其中全像片之光影效果無法複製，且logo 影像及”copies”字樣顯現。 （四）全像郵票 自2001 年底中華郵政發行第一套個人化郵票以來，在國內受到用郵人士與集郵 者的很大迴響，各郵政機構、機關團體與個人設計製作了各式不同主題的個人化郵 票，目前已成為中華郵政之營業重點，而用郵者亦首次有機會在郵票圖案中發揮設 計理念[H.I. Bjelkhagen, 2000]，本研究進一步將輸出的全像片結合具有數位浮水印 之個人化郵票，以達到雙重防偽的效果。 圖18為一整合應用的實例，此郵票為師大60週年校慶所製作具有數位浮水印之 紀念郵票，並將輸出的全像片與之結合，其動態感與光影效果往往會成為加值應用 物件之目光焦點。因此本研究成果將有助於提昇個人化郵票的收藏與附加價值，並 在應用全像片加值後，除了可達到多重防偽功能外，也兼具美感和趣味性。

圖18 個人化郵票 （五）全像片藝術掛飾 在全像片藝術掛飾的成果如圖19，基本上以師大大師之全像片（圖2）為單元作 馬賽克處理。(a)為與本系合作多年的中央印製廠陳副總經理所設計之個人化馬賽克 掛飾，陳副總為我國新版鈔券之主要設計人，亦為本校兼任教師，為師大老師中之 大師，意喻師大為眾多大師所組成，(b)為95年11月本校舉行全像光電科技工作坊及 日本全像藝術大師lshii博士作品展覽之記者會，郭義雄校長親自主持，背景即為本 團隊設計製作之掛牌，本研究團隊已將以此模式來做更多元化的加值應用。

(a) (b) 圖19 個人化全像掛飾

伍、結論與建議

透過數位點矩陣全像科技，再次結合故事內容、美觀設計、防偽功能等方式， 進行產品之設計規劃與改良，達到深度內涵表現的加值成效，這在研發與設計上都 是另一層面的創新，並發揮無限的創意。另外，本研究除了利用全像片的繞射原理 製成的影像本身即有防偽之功能外，並結合了印刷網點的防偽技術，達到多重防偽 的功能，因此本研究將這些技術作整合，在全像片的防偽方式中研究出一個完整的 加密、測偵解密的標準，並與典藏內容作整合與加值應用。 而在未來可繼續朝多重防偽發展，加入更多的防偽技術，以提高附加價值，並 應用列印或資訊相關技術加以整合，以供典藏單位利用。而這對於典藏內容經過複 製或加值後再發行，可達到更具版權宣告與品牌保護的功能，即可達到保存文化資 產、散播知識、推廣藝術、延續文化傳承與發展的目的。

陸、誌謝

本研究非常感謝國科會國家型數位典藏計劃（NSC 94-2422-H-003-017-）的支 持，國立故宮博物院、國立臺灣師範大學及國立臺灣師範大學圖書館提供本研究許 多授權典藏內容素材亦在此誌謝，另感謝華錦光電科技股份有限公司與自由落體設

計公司對本研究之技術支援與相關設計指導。此外，國立臺灣師範大學圖文傳播學 系次媒體實驗室成員之協助，亦在此言謝。

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計畫成果自評

本研究的計畫目標依階段性可分為全像片設計、多重防偽功能設計、偵測隱藏 資訊及加值應用四個部份，計畫執行期間除按照既定的目標進行外，成果也都能達 到預期目標。 計畫過程當中，成功應用了國內多項典藏內容製作全像片，包括故宮授權之畫 作，台灣師大圖書館授權之畫作、書法、善本書籍，將古代文物經典內容以現代科 技加以詮釋，並將全像片與產品結合，達到典藏加值的目的設計多項產品受到外界 的喜愛，其中數位點矩陣全像鑰圈已完成著作授權並交產業界與進行相關產出；另 外考試御守參加第一屆數位典藏商業應用大賽入圍決選，並已與多家公司洽談相關 授權事宜，是一具有極高商業潛力的產品。此外，在教育推廣部分，計畫進行期間

配合本校60 週年慶活動，舉辦數位全像創意設計大賽及優勝作品展；目前成品亦已 展示於教育部顧問室影像顯示教學資源展示中心，該中心並正計畫於科學教育館展 覽，以擴大推廣成效。在計畫期間亦完成多項著作發表，以彰顯本研究除能有實作 成品外亦有學術研究成果。文章如下列，並將持續撰寫論文發表於國際研討會和學 術期刊：

1. H.C.Wang, P.W. Yang, Hologram-based Interactive Video/Audio System, IEEE TENCON, Hong Kong, November 2006.

2. H.C.Wang, S.H Chen, Animation on a Dot Matrix Hologram, International Conference on Digital Design Creativity 2007, Tainan, Taiwan, March 2007.

在未來，我們除了將多項全像片產品進行授權管理，也希望能結合本計劃所培 養之設計相關領域人才，製作出兼具美觀、藝術內涵、防偽技術的多功能點矩陣全 像片加值產品。