專利名稱：一種隨機(jī)相位量化編碼防偽方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電信息安全領(lǐng)域中的證件防偽技術(shù)，涉及到數(shù)字信號處理、隨機(jī)相位編碼以及碼制變換方法。
背景技術(shù)：
自1994年B.Javidi提出隨機(jī)相位編碼技術(shù)以來，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，理論和技術(shù)等方面獲得了長足的進(jìn)步。傳統(tǒng)的隨機(jī)相位編碼技術(shù)，是在純相位密鑰的控制下，將防偽標(biāo)識編碼成具有隨機(jī)特征的純相位形式的相息圖。然后將得到的相息圖量化，利用光刻等技術(shù)制作成常規(guī)強(qiáng)度探測器無法感知的透明掩膜，理論上可以很好的實現(xiàn)防偽。但是，迄今為止，由于現(xiàn)有的器件性能、光刻等制作工藝的發(fā)展水平的限制，難以制作出具有較高階數(shù)的相位掩膜，這就必然使得制作得到的產(chǎn)品丟失大部分的相位信息，降低解碼圖像的信噪比。同時，這種隨機(jī)相位編碼方案的認(rèn)證多采用結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、精度很高的光電設(shè)備，再加上使用條件又比較苛刻，在很大程度上限制了它的應(yīng)用。另外，價格成本等方面的考慮也決定了該項技術(shù)目前難以廣泛推廣使用。
為了解決相息圖量化而帶來的解碼圖像信噪比降低等問題，Yamazaki和Ohtsubo在2001年提出采用模擬退火技術(shù)對量化為二值相位的全息圖進(jìn)行全局優(yōu)化。但由于相位信息損失過多，仍然難以解決解碼圖像信噪比降低的問題。
S.Kishk和B.Javidi等人在2005年提出采用雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)將二維條形碼編碼成復(fù)函數(shù)的形式，然后對該復(fù)函數(shù)的實部矩陣和虛部矩陣分別映射為灰度信息，利用標(biāo)準(zhǔn)的半色調(diào)技術(shù)將其打印生成多灰度條形碼，識別時通過掃描方式進(jìn)行讀取解碼。該種編碼方式雖然避免了光刻等技術(shù)，但該編碼方法并沒有解決對編碼結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)量化的問題。如果量化階數(shù)選擇過低，將會直接導(dǎo)致編碼結(jié)果信息的丟失。量化階數(shù)選擇過高，由于打印設(shè)備和解碼時的掃描讀入設(shè)備對灰階變化具有一定的響應(yīng)誤差，同樣會降低解碼圖像的信噪比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、實用、低成本的隨機(jī)相位量化編碼實現(xiàn)方法，提高相息圖量化編碼階數(shù)和解碼圖像的信噪比，簡化認(rèn)證系統(tǒng)的復(fù)雜性，有效解決各種重要證件、信用卡及高額票據(jù)的防偽等問題，便于隨機(jī)相位編碼方法的推廣使用。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將隨機(jī)相位編碼技術(shù)編碼得到的高階量化相息圖，利用碼制變換原理，編碼生成0-1分布的二元矩陣，并進(jìn)一步映射為便于制作和讀取的二維黑白條碼。具體操作過程如下(1)選定防偽標(biāo)識，在密鑰控制下，通過隨機(jī)相位編碼方法編碼得到相息圖的相位分布矩陣；(2)根據(jù)解碼圖像信噪比要求，對隨機(jī)分布在[-π，π]區(qū)間的相息圖的相位信息進(jìn)行高階量化，為編碼方便，量化階數(shù)通常選擇2的整數(shù)次冪，形如2n，其中n為正整數(shù)，例如可以選擇64、128、256、512等量化階數(shù)，以得到更高質(zhì)量解碼圖像；(3)利用公式y(tǒng)＝((n·x)/π+n-1)/2將高階量化后得到的每個元素映射為{0，1，2，……，2n-1}中相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，構(gòu)成正整數(shù)矩陣，其中x為上一步中得到的量化后矩陣的元素；(4)利用碼制變換原理，將得到的十進(jìn)制正整數(shù)，分別以相應(yīng)的n位二進(jìn)制數(shù)來表達(dá)，構(gòu)造成0-1分布的二元矩陣；(5)將得到的二元矩陣，0映射為黑色單元格，1映射為相同大小的白色單元格，最終編碼生成二維的黑白條碼，利用影印機(jī)或熱敏打印機(jī)制作生成防偽標(biāo)簽。
本發(fā)明的效果和益處是本發(fā)明采用了碼制變換方法，將高階量化的相位信息編碼生成二元矩陣，進(jìn)一步制作成黑白分布的二維防偽標(biāo)簽，與現(xiàn)有的光刻等制作技術(shù)相比，制作方法簡便，成本低，并簡化認(rèn)證系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于證件防偽、版權(quán)保護(hù)等領(lǐng)域。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的最佳實施例。
實施例1與混沌加密算法相結(jié)合，可制作生成防偽性能好、抗已知明文攻擊的加密防偽方案。具體實施步驟為步驟1在保證秘密私鑰安全的前提下，選擇一可公開的輔助密鑰，將輔助密鑰和秘密私鑰通過“異或”布爾運算作為混沌系統(tǒng)的初值；然后將通過混沌系統(tǒng)生成的混沌序列二值化后作為隨機(jī)相位編碼技術(shù)的加密密鑰模板；步驟2選定防偽標(biāo)識，比如個人指紋等特征信息，圖像尺寸為64×64，在加密密鑰模板控制下，通過隨機(jī)相位編碼技術(shù)得到相應(yīng)相息圖的相位分布矩陣，此時相位在[-π，π]區(qū)間隨機(jī)分布；步驟3為了得到較高信噪比的解碼圖像，可以選擇高相位量化階數(shù)，例如量化階數(shù)選擇為29＝512，然后將原相位矩陣的元素在[-π，π]區(qū)間均勻量化為512階；步驟4利用公式y(tǒng)＝((n·x)/π+n-1)/2，其中n＝9，將上步中得到的量化后矩陣的每個元素映射為{0，1，2，……，511}中的相應(yīng)的正整數(shù)；
步驟5將得到的十進(jìn)制正整數(shù)，以相應(yīng)的二進(jìn)制來表達(dá)，例如，十進(jìn)制的0可表達(dá)為二進(jìn)制數(shù)000000000，十進(jìn)制的1表達(dá)為000000001，……，十進(jìn)制的511可表達(dá)為111111111，如果將原來矩陣中之間用來分隔元素的空格去掉，則原64×64的矩陣最終可按一定規(guī)則排列為(64×3)×(64×3)，即192×192的0-1二元矩陣；步驟6將得到的二元矩陣，0映射為黑色單元格，1映射為相同大小的白色單元格，利用影印機(jī)或熱敏打印機(jī)即可制作生成防偽標(biāo)簽。
步驟7解碼過程是編碼的擬過程，利用掃描設(shè)備將防偽標(biāo)簽讀入后，利用相應(yīng)軟件即可解碼獲得原始標(biāo)識。
對于不同的防偽標(biāo)識，當(dāng)選擇可以公開的不同輔助密鑰，即可實現(xiàn)抵抗已知明文等攻擊。
實施例2與二維條形碼編碼技術(shù)相結(jié)合，可有效增強(qiáng)二維條形碼編碼內(nèi)容的安全性和魯棒性，廣泛應(yīng)用于證件防偽、版權(quán)保護(hù)等領(lǐng)域。具體實施步驟為步驟1采用二維條形碼編碼技術(shù)將待編碼的文本等信息編碼制作成黑白單元格組成的二維條形碼，二維條形碼的尺寸可依需要而定，本例暫定為32×32；步驟2將二維條形碼中的黑色單元格以數(shù)字0表示，白色單元格以數(shù)字1表示，構(gòu)成0-1分布的二元矩陣，然后在選定的隨機(jī)相位加密密鑰的控制下，采用隨機(jī)相位編碼技術(shù)將其制作成相應(yīng)的相息圖，得到其相應(yīng)的相位分布矩陣，此時相位在[-π，π]區(qū)間隨機(jī)分布；步驟3為了得到較高信噪比的解碼圖像，可以選擇高相位量化階數(shù)，例如量化階數(shù)選擇為29＝512，然后將原相位矩陣的元素在[-π，π]區(qū)間均勻量化為512階；步驟4利用公式y(tǒng)＝((n·x)/π+n-1)/2，其中n＝9，將上步中得到的量化后矩陣的每個元素映射為{0，1，2，……，511}中的相應(yīng)的正整數(shù)；步驟5將得到的十進(jìn)制正整數(shù)，以相應(yīng)的二進(jìn)制來表達(dá)，例如，十進(jìn)制的0可表達(dá)為二進(jìn)制數(shù)000000000，十進(jìn)制的1表達(dá)為000000001，……，十進(jìn)制的511可表達(dá)為111111111，如果將原來矩陣中之間用來分隔元素的空格去掉，則原32×32的二元矩陣最終可按一定規(guī)則排列為(32×3)×(32×3)，即96×96的0-1二元矩陣；步驟6將得到的二元矩陣，0映射為黑色單元格，1映射為相同大小的白色單元格，利用影印機(jī)或熱敏打印機(jī)重新制作生成新的二值化的二維防偽標(biāo)簽。
步驟7解碼過程是編碼的擬過程，利用掃描設(shè)備將防偽標(biāo)簽讀入后，利用相應(yīng)軟件即可解碼獲得原始條形碼，再進(jìn)行相應(yīng)解碼即可獲得條形碼中包含的文本等信息。
重新編碼得到的防偽標(biāo)簽雖然在尺寸上較原始二維條形碼有了適當(dāng)增加，但與原始的二維條形碼相比，安全性和抗污損能力都有了很大程度的提高，解碼圖像質(zhì)量好，并且新的防偽標(biāo)簽的元素仍然保持二值形式，降低了掃描讀取過程中可能引入的誤差。
權(quán)利要求
1.一種隨機(jī)相位量化編碼防偽方法，是對傳統(tǒng)隨機(jī)相位編碼技術(shù)得到的相息圖的最終高階量化信息，采用映射為連續(xù)正整數(shù)及碼制變換原理編碼為0-1分布的二元矩陣，并進(jìn)一步映射制作成黑白分布的二值防偽標(biāo)簽的編碼方法，其特征是(1)選定防偽標(biāo)識，在密鑰控制下，通過隨機(jī)相位編碼技術(shù)編碼得到相息圖的相位分布矩陣；(2)根據(jù)解碼圖像信噪比要求，對隨機(jī)分布在[-π，π]區(qū)間的相息圖的相位信息進(jìn)行高階量化，為編碼方便，量化階數(shù)選擇2的整數(shù)次冪，形如2n，其中n為正整數(shù)；(3)利用公式y(tǒng)＝((n·x)/π+n-1)/2將高階量化后得到的每個元素映射為{0，1，2，……，2n-1}中相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，構(gòu)成正整數(shù)矩陣，其中x為上一步中得到的量化后矩陣的元素；(4)利用碼制變換原理，將得到的十進(jìn)制正整數(shù)，分別以相應(yīng)的n位二進(jìn)制數(shù)來表達(dá)，構(gòu)造成0-1分布的二元矩陣；(5)將得到的二元矩陣，0映射為黑色單元格，1映射為相同大小的白色單元格，最終編碼生成二維的黑白條碼。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電信息安全領(lǐng)域中的證件防偽技術(shù)，涉及到數(shù)字信號處理、隨機(jī)相位編碼以及碼制變換方法。其特征是，將隨機(jī)相位編碼技術(shù)編碼生成的加密相息圖，采用碼制變換技術(shù)將其高階量化得到的相位信息，編碼生成二元矩陣，并進(jìn)一步映射制成為黑白條碼的形式。該項編碼方法與混沌加密算法相結(jié)合，可抵抗已知明文攻擊及拷貝類攻擊，有效解決各種重要證件、信用卡及高額票據(jù)的防偽等問題。與二維條形碼技術(shù)相結(jié)合，可有效提高條形碼的魯棒性和安全性。本發(fā)明的效果和益處是，解決了傳統(tǒng)隨機(jī)相位編碼技術(shù)需要光刻等制作技術(shù)上的難點，成本低，認(rèn)證過程相對簡單，解碼質(zhì)量高，防偽性能好，并可與多種現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，易于推廣等優(yōu)點。
文檔編號G06K19/06GK1710601SQ200510046760
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者烏旭, 胡家升, 吳克難 申請人:大連理工大學(xué)