專利名稱：重要文件的數(shù)字水印與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將二進制數(shù)據(jù)以不易被覺察的形式嵌入重要文件中的 方法和系統(tǒng)，并涉及對此二進制數(shù)據(jù)進行檢測/解碼的相關方法/系統(tǒng)。 (這里的"重要文件"指可流通金融票據(jù)(即鈔票、旅行支票、無 記名債券)、護照、簽證、其它移民文件、股票、郵票、彩票、體育 比賽票/音樂會票等)本發(fā)明的一種應用是防止重要文件被偽造，另一 種應用是通過這種文件傳遞機器可讀取的信息，而不會引起肉眼觀察 者對這種信息的注意。
背景技術：
數(shù)字水印(有時稱為"數(shù)據(jù)隱藏"或"數(shù)據(jù)嵌入")領域是正在 快速發(fā)展的領域，存在幾種不同方法的數(shù)字水印技術。與已公開的PCT 專利申請W097/43736 —起，本發(fā)明以及上述詳細說明的應用中反映了 本發(fā)明發(fā)明人的工作。第5,734,752、 5,646,997、 5,659,726、 5,664,018、5,671,277、5,687,191、5,687,236、5,689,587、5,568,570、5,572,247、5,574,962、5,579,124、5,581,500、5,613,004、5,629,770、5,461,426、5,743,631、5,488,664、5,530,759、5,539,735、4,943,973、5,337,361、5,404,160、5,404,377、5,315,098、5,319,735、5,337,362、4,972,471、5,161,210、5，243，423、5,091,966、5,113,437、4,939,515、5,374,976、4,855,827、4,876,617、4,939,515、4,963,998、4,969,041號美國專利以及公開的第WO98/02864、 EP 822,550、 WO 97/39410、 WO 96/36163、 GB 2,196,167、 EP 777,197、 EP 736,860、 EP 705,025、 EP 766,468、 EP 782,322、 WO 95/20291、 WO 96/26494、 WO 96/36935、 WO 96/42151、
WO 97/22206、 WO 97/26733號國外專利申請說明了其它工作。其中上 述一些專利涉及可見水印技術。在第5,706,364、 5,689,620、 5,684,885、 5,680,223、 5,668,636、 5,640,647、 5,594,809號美國專利中描述了其它 可見水印技術(例如數(shù)據(jù)字形)。不在本發(fā)明說明書中說明數(shù)據(jù)嵌入方面的大量工作，而在技術文 章中對此進行說明。除了上述專利的專利權人外，本領域的其它一些 技術人員(其中包括通過在INSPEC或NEXIS數(shù)據(jù)庫中進行作者檢索 發(fā)現(xiàn)的涉及水印的文章的作者)包括I. Pitas、Eckhard Koch、 Jian Zhao、 Norishige Morimoto、 Laurence Boney、 Kineo Matsui、 A.Z. Tirkel、 Fred Mintzer、 B. Macq、 Ahmed H. Tewfik、 Frederic Jordan、 Naohisa Komatsu、 Joseph O'Ruanaidh 、 Neil Johnson 、 Ingemar Cox、 Minerva Yeung以及 Lawrence O'Gorman。假設技術人員熟悉上述現(xiàn)有技術。當然，在以下披露的內(nèi)容中，所指的水印技術不僅包括發(fā)明人提 出的水印技術，而且可以同樣應用于其它任何水印技術(例如上述 指出的技術)?？梢詫⑺糜诙喾N信息形式。本發(fā)明所披露的內(nèi)容主要是其 在重要文件方面的應用。然而，應該承認以下討論的原理可以應用于 此領域以外的其它領域。圖像水印方面的大多數(shù)現(xiàn)有技術集中在像素映像(例如位映射 圖像、JPEG/MPEG成像、VGA/SVGA顯示裝置等)。在大多數(shù)水印技 術中，通過圖像稍許改變組成像素的亮度值和色值來對二進制數(shù)據(jù)進 行域下編碼。(這種編碼可以在在像素范圍內(nèi)直接實現(xiàn)或在信號已被 處理并表現(xiàn)出不同后實現(xiàn)，例如作為DCT或子波系數(shù)或作為壓縮數(shù) 據(jù)等)。 盡管像素映像技術是相對近期發(fā)展的技術，但是通常采用線條圖 的重要文件可以追索到幾世紀前。 一個熟悉的實例是美國紙幣。例如， 在一美元紙幣上，以幾種不同的方法使用了線條圖。其中一種方法是 沿紙幣的邊緣(通常由深色背景上的淺色線構成)形成交錯的網(wǎng)狀圖 案(有時稱為"扭索飾圖案")。另一種方法是形成灰度成像，例如 喬治一華盛頓的肖像(通常由淺色背景上的深色線構成)。在重要文件線條圖上模擬灰度有兩種基本方式。 一種方式是改變各條線的相對MII來影響圖像區(qū)域的亮和暗。圖1A示出這種布局分布；由于組成線之間的間距較近，所以區(qū)域B看上去比區(qū)域A暗。另 一種技術是改變組成線的寬度，越寬的線會導致區(qū)域越暗，越細的線 會導致區(qū)域越亮。圖1B示出這種布局。區(qū)域B還是較區(qū)域A暗，這 次是由于組成線的寬度更寬了。經(jīng)常同時使用這些技術。歸根結底這 些技術是油墨在給定區(qū)域內(nèi)的多、少問題。我在第08/438,159號專利申請中所介紹的以及我在第09/074,034 號專利申請中所詳細說明的水印線條圖技術中稍許改變了組成線的寬 度或位置。這種技術在本發(fā)明中被進一步拓展。在所列舉的我的幾個專利中，討論了多種"校準信號"，即使編 碼圖像由于比例縮放或旋轉而被破壞，這些"校準信號"仍有助于水 印數(shù)據(jù)的解碼過程。(例如，參考第5,832,119號專利) 一般的偽造技 術一例如彩色復印或掃描/噴墨打印經(jīng)常會有意無意中破壞編碼圖像。 因此，盡管存在這種影響，在重要文件中嵌入可檢測的水印仍然重要。 在本發(fā)明說明書中詳細說明了特別適合用于重要文件的校準信號。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明實施例，將重要文件編碼成傳送機器可讀取的多位二 進制信息(例如..數(shù)字水印)，這些信息通常以不易引起肉眼觀察者
注意的方式存在?？梢栽谥匾募?nèi)設置公開的校準圖案或域下校準 圖案。當掃描含有這種圖案的文件時(例如利用復印機)，盡管可 能比例縮放或旋轉掃描數(shù)據(jù)，但是該圖案仍可用于編碼信息的檢測。 校準圖案可以作為水印信息的載體，或對水印進行單獨編碼。在一種 實施例中，通過利用油墨或不利用油墨，進行凹版印刷處理，可以形 成水印和校準圖案。如果試圖復制重要文件，對這種標記敏感的復印 機就可以采取預定動作。對這種標記敏感的護照處理站可以利用解碼 的二進制數(shù)據(jù)來訪問含有護照持有人有關信息的數(shù)據(jù)庫。有些這種裝 置既可以檢測水印數(shù)據(jù)又可以檢測重要文件的外觀結構特征。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種鈔票，至少包括基底、 數(shù)字水印以及潛在的校準圖案，校準圖案具有便于根據(jù)與所述鈔票對 應的掃描數(shù)據(jù)對數(shù)字水印進行解碼的已知變換，人眼觀察者不能看見 所述數(shù)字水印，而能夠根據(jù)與所述鈔票對應的可見光掃描數(shù)據(jù)檢測所 述數(shù)字水印，其中，所述校準圖案包括沿所述鈔票的至少一維冗余的 結構，所述結構包括多條調制在至少寬度和布置之一中的線，以給 予鈔票特性使所述鈔票能夠被機器所識別，從而防止所述鈔票被機器 復印。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種生產(chǎn)鈔票的方法，所述鈔 票被設計成能夠被打印或掃描設備的處理電路所識別，以防止偽造鈔 票，所述方法包括限定將要形成在所述鈔票上的基本圖案設計；限 定潛在特征，所述潛在特征當被所述處理電路處理后將產(chǎn)生潛在特性 輸出圖案，無論所述潛在特征是否處于旋轉狀態(tài)，所述潛在特征包括 沿所述鈔票的至少一維冗余的結構；產(chǎn)生組合的線形圖案，所述線形 圖案組合基本圖案設計和潛在特征，所組合的線形圖案包括多條線， 其寬度和布置被定制，以產(chǎn)生對應于所述基本圖案設計的可視效果， 同時傳遞所述潛在特征；通過將金屬板壓到襯底中凹版印刷鈔票，所述金屬板的形狀與所述組合的線條圖案對應。
通過以下參考附圖的詳細說明，本發(fā)明的上述以及其它特征和優(yōu) 勢會更加明顯。


圖1A和圖1B示出利用線條圖達到灰度效果的現(xiàn)有技術。圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例可以施加到重要文件上的格點的虛擬陣列。圖3示出根據(jù)圖2所示的實施例可以施加到重要文件上的區(qū)域的 虛擬陣列。圖4示出有線條像線條通過的圖3的局部。 圖5示出為了實現(xiàn)水印編碼圖3所示的線條的寬度變化。 圖6示出為了實現(xiàn)水印編碼圖3所示的線條的位置變化。 圖7A和圖7B示出根據(jù)本發(fā)明實施例的各種水印和校準塊。 圖8示出說明性的基準灰度校準子塊。圖9A至圖9C示出根據(jù)本發(fā)明實施例編織校準圖案的設計步驟。 圖10示出根據(jù)本發(fā)明實施例的編織校準圖案的設計過程中使用 的差錯數(shù)據(jù)的產(chǎn)生過程。圖11示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的護照處理站的方框圖。 圖12示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的復印機的方框圖。
具體實施方式
為了介紹，本發(fā)明以回顧在09/074,034申請中所公開的在線條圖 內(nèi)嵌入水印數(shù)據(jù)的技術作為開始。參考圖2，上述說明的技術采用了在線條像內(nèi)排列的格10的 圖像基準點。在上述陣列中，各點之間的間距為250微米，當然也可 以采用更大或更小的間距。如圖3所示，與各格點相關的是環(huán)繞區(qū)域12。如下所述，為了實 現(xiàn)域下二進制數(shù)據(jù)編碼，稍許改變各環(huán)繞區(qū)域12的亮度(反射系數(shù))。
區(qū)域12可以為各種形狀；所示出的方圓形僅是一個代表。(所示 出的形狀的優(yōu)勢是可以包圍相當大的區(qū)域，而較例如正方形區(qū)域產(chǎn)生 更少的直觀人工痕跡。)在其它實施例中，可以替換采用正方形、長 方形、圓形、橢圓形等。圖4是圖3的局部放大圖，它示出通過格點的線14。當然，線的 寬度取決于部分特定圖像。所示的線約為40微米寬，當然，也可以使用更寬或更細的線。在如圖5所示的一種編碼技術中，為了改變它所通過的區(qū)域的亮度，可控改變線的寬度。為了提高亮度(或反射系數(shù))，可以使線更細(即該區(qū)域內(nèi)的油墨更少)。為了降低亮度，可以使線更寬(即 該區(qū)域內(nèi)的油墨更多)。應該提高還是應該降低給定區(qū)域的亮度取決于所采用的特定水印 算法。通過改變區(qū)域12的亮度，可以將任何算法用作別的方法改變像 素圖像中像素的亮度或顏色的算法。(有些水印算法使它們在變換域 內(nèi)發(fā)生變化，例如DCT、子波或傅立葉變換。然而，這種變化最終 被表現(xiàn)為亮度或顏色的變化。)在一種典型算法中，二進制數(shù)據(jù)被表示為-1和1序列，而不是o和1序列。(二進制數(shù)據(jù)可以包括唯一的單數(shù)據(jù)項，但是更一般的情況是包括幾個單數(shù)據(jù)項。在所說明的實施例中，數(shù)據(jù)為128位，其中有些位是錯誤校正位或錯誤檢測位。)然后，將該二進制數(shù)據(jù)序列的各單元乘以由-1和1組成的偽隨機 數(shù)序列的相應單元，以產(chǎn)生中間數(shù)據(jù)信號。此中間數(shù)據(jù)信號的各單元映射到圖像的相應子部分(例如區(qū)域12)。(通常，各單元映射到幾個這種子部分。)對此區(qū)域內(nèi)(或選擇圍繞此區(qū)域)的圖像進行分 析以確定其隱藏嵌入數(shù)據(jù)的相對能力，并產(chǎn)生相應的比例因子。典型 的比例因子在0至3范圍內(nèi)。然后，將該區(qū)域的比例因子乘以映射到 區(qū)域的中間數(shù)據(jù)信號以產(chǎn)生區(qū)域"修整"值或"偏差"值。在所說明 的情況下，獲得的修整值在-3至3之間。然后，根據(jù)修整值調節(jié)區(qū)域的亮度。修整值為-3對應-5%的亮度變化，修整值為-2對應-2%的亮度 變化，修整值為-1對應-1%的亮度變化，修整值為0對應不發(fā)生變化， 修整值為1對應+ 1%的亮度變化，修整值為2對應+ 2%的亮度變化， 修整值為3對應+ 5%的亮度變化。(此實例采用了第5,710,834號專 利中披露的實時編碼器實施例中所描述的主要技術)。在圖5中，水印算法確定應該將區(qū)域A的亮度降低某個百分比， 而將區(qū)域C和區(qū)域D的亮度增加某個百分比。在區(qū)域A內(nèi)，通過增加線的寬度來降低亮度。與在區(qū)域C內(nèi)相同 (只是程度更低)，在區(qū)域D內(nèi)，通過降低線的寬度來增強亮度。沒有線通過區(qū)域B，因此，不可能改變該區(qū)域的亮度。然而，由 于典型水印算法對全部線條像間隔的子部分內(nèi)的數(shù)據(jù)的各位進行 冗余編碼，所以對于本方法這并不是致命弱點。為了說明問題，夸大了圖5所示的區(qū)域A和區(qū)域D內(nèi)的線寬度變 化。盡管所說明的偏差是可能的，但是多數(shù)實現(xiàn)過程通常將線寬度調 制3 — 50% (增加或減少)。(為了實現(xiàn)編碼，許多水印算法通常約在亮度的+/—1%的變化 范圍內(nèi)進行運算。即通過編碼附加的"噪聲"約相對于基礎信號的1%。 線通常不占滿整個區(qū)域，因此，線寬度10%的變化僅可以引起區(qū)域亮 度等1%的變化。重要文件與照片的不同之處在于照相原圖通常不需要 傳遞照片的真實性。因此，如果在審美方面能夠滿意，對重要文件進 行編碼所需的能量就可以比水印照片中所用的能量高。為了說明問題， 在重要文件中可以存在約10%的局部亮度變化，然而，通常認為照片中的這種水印能級是不可接受的。在有些情況下，20%、 30%、 50% 甚至100%的局部亮度變化都可以接受。)在上述說明的技術中，線寬度的變化僅是待施加到單一區(qū)域內(nèi)的 水印修整(或如下所述的水印圖案修整/校準圖案修整)的函數(shù)。因此， 如果線通過施加了 2%修整的區(qū)域的任一部分，那么，該區(qū)域內(nèi)的線寬 度的變化會產(chǎn)生2%的亮度變化。在替換技術中，線寬度的變化是線在 區(qū)域內(nèi)位置的函數(shù)。尤其是，線寬度的變化是區(qū)域中心格點與接近該 格點的最近的線之間的間距的函數(shù)。如果線通過格點，則產(chǎn)生全部2 %的變化。對于連續(xù)更大的間距，施加連續(xù)更小的變化。通過采用多種插值算法之一，例如雙線性插值算法、雙三次插值算法、三次樣條插值算法、常規(guī)曲線插值算法，可以確定修整幅度隨區(qū)域內(nèi)線位置 變化的方式。在其它技術中，給定區(qū)域內(nèi)線寬度的變化為相鄰區(qū)域或環(huán)繞區(qū)域 修整的加權函數(shù)。因此，根據(jù)與一個或多個相鄰區(qū)域對應的修整值， 可以增加或減少一個區(qū)域內(nèi)的線寬度。還可以采用上述技術的組合。在上述技術中，有時需要交替使用相鄰區(qū)域的修整值。例如，線 可以沿區(qū)域的邊界通過，或通過與四個格點等距離("等距離區(qū)域") 的點。在這種情況下，線需要滿足互相矛盾的修整值， 一個區(qū)域可能 希望增加線寬度，而另一個區(qū)域可能希望減小線寬度。(或者，兩者 均希望增加線寬度，只是數(shù)量不同而已)同樣是線不通過等距離區(qū)域 的情況，線寬度的變化是其修整值不同的相鄰區(qū)域的函數(shù)。此外，在 任何給定區(qū)域內(nèi)確定線寬度的變化的過程中，可以采用已知的插入函 數(shù)來確定待根據(jù)各區(qū)域給定修整值的權重。
在典型的水印算法中，整個重要文件圖像的平均亮度變化為0， 因此，產(chǎn)生的圖像的亮、暗不明顯。亮度的局部變化的程度以及位置 的局部變化如此微小以致它們實質上不被肉眼觀察者看見(例如難 于察覺/域下)。在圖6所示的替換技術中，改變線的位置而不改變線的寬度。在圖6中，以虛線的形式示出線的初始位置，以實線的形式示出 該線位置的變化。為了降低區(qū)域內(nèi)的亮度，稍許移動該線使它更接近 格點的中心；為了提高區(qū)域的亮度，稍許移動該線使它離開格點的中 心。因此，在區(qū)域A內(nèi)，該線向著格點的中心移動，而在區(qū)域D內(nèi)， 該線離開格點的中心。我們會注意到，當線從區(qū)域A出來時，在區(qū)域A的左側的線并未 返回其正常(虛線)位置。這是由于降低了區(qū)域A左側的區(qū)域的亮度。 在有可能的地方，通常優(yōu)先不使線返回到其正常位置，而是當它們進 入相鄰區(qū)域時允許移動的線保持移動。這樣做允許在區(qū)域內(nèi)有更大的 凈線移動，增加嵌入信號的電平。此外，在圖6中有些夸大了線的移動。大多數(shù)典型的線移動約為 3 — 50微米。分析圖6所示的技術的一種方法是采用磁性模擬。可以將各區(qū)域 中心的格點看作磁鐵。它既吸引線又排斥線。例如，-3的修整值可以 對應于強值吸引力，+2的修整值可以對應于中等值排斥力等。在圖6 中，區(qū)域A內(nèi)的格點顯示吸引力(即負修整值)，而區(qū)域D內(nèi)的格 點顯示排斥力(例如正修整值)。由于作用在線上的磁性作用取決于該線與格點之間的距離，所以 磁性模擬有用。因此，通過格點附近的線比區(qū)域的周邊附近的線移動得多。(實際上，磁性模擬不僅僅作為理論工具使用。相反，可以用計 算機程序建立磁性作用的模型，而且用于合成要求的相對于格點的線 布局。可以使用任意定制的磁場。)可以應用于圖5的各種替換方法均同樣可以應用于圖6。當然，可以綜合使用圖5所示的實施例與圖6所示的實施例，結果會增加水印能量、更好的信噪比，而且在許多情況下，有更不易察 覺的變化。在進一步的技術中，當線保持不變時，可以改變各區(qū)域的亮度。 這可以通過在區(qū)域內(nèi)的同樣空閑部分噴細小油墨滴實現(xiàn)。在印刷重要文件使用的高質量印刷技術中，沉淀直徑約為3微米的小滴。(更大的小滴會超出大多數(shù)肉眼觀察者的知覺范圍。)在區(qū)域內(nèi)噴上這種滴(或者是規(guī)則陣列或者是隨機的或者是根據(jù)要求的輪廓，例如高斯 輪廓)，可以容易地產(chǎn)生約1%的亮度變化。(通常將深色小滴施加到 區(qū)域，使亮度降低。通過噴淺色油墨或通過在同樣出現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)的線 條圖上形成淺色空隙均可以增強亮度。)(實際上，生產(chǎn)現(xiàn)實通常意 謂著不印刷這些微滴，而統(tǒng)計上某些小滴是印刷的。)在替換的噴滴技術中，可以將非常細的網(wǎng)格線插入原圖一再一次 稍許改變一個或多個區(qū)域的亮度(所謂的"背景涂色")。本發(fā)明說明書的以下部分將對校準或對在說明性重要文件中使用 的同步模式進行研究，以便適當對準用于解碼的水印數(shù)據(jù)。通過進一 步對說明性水印方法進行詳細研究，會更有益處。參考圖7，在一側將典型水印劃分為一邊為250微米的"單元"，
每個單元傳遞一個的信息位。在一側將"單元"組織成具有128單元的"塊"(即每個塊有16，384個單元)。這些塊并列排列在進行水印處理的整個區(qū)域(例如整個重要文件的表面)。如上所述，水印凈荷載包括128位的數(shù)據(jù)。每位由各塊內(nèi)的128 個不同的單元表示。(位與單元的映射關系可以是偽隨機的、序列的、 或其它。)利用偽隨機函數(shù)，水印數(shù)據(jù)的128位"0"和"1"按"1" 和的相等概率隨機分布以降低水印的可見度。在單元數(shù)值為"1" 的位置，會稍許增加圖像相應區(qū)域的亮度，在單元數(shù)值為的位置 會稍許降低圖像相應區(qū)域的亮度(或反之亦然)。在有些實施例中， 根據(jù)局部區(qū)域數(shù)據(jù)隱藏屬性，對由于+1/-1水印單元數(shù)值引起的圖像亮 度的局部變化進行計算(例如約為+/ — 4數(shù)字數(shù))以增強水印的堅 固性，而不破壞它的隱藏性。應該注意，通常，單一水印"單元"包含大量油墨點。在印刷重 要文件通常使用的高清晰度印刷技術中(例如每英寸5000微滴)， 單一水印單元可以包括約50X50小滴。在其它實施例中，單元中可以 包括更多或更少的小滴。對水印進行解碼要求對掃描的文件圖像進行精確再對準，因此， 將水印單元置于要求的位置。為了便于對準，可以采用校準信號。典型的校準信號為具有已知的傅立葉—米林(Fourier-Mellin)變 換的幾何圖案。如同第5,862,260號專利中所述的那樣，當將已知的圖 案變換到傅立葉域，然后進一步變換到傅立葉一米林域時，變換的數(shù) 據(jù)表示圖案的縮放比例和圖案的旋轉。如果在重要文件上復制此圖案， 然后掃描該重要文件(如上所述，掃描時通常要采用旋轉并且有時要 進行比例縮放)，則傅立葉一米林變換數(shù)據(jù)表示掃描數(shù)據(jù)的比例縮放 和旋轉，為了進行水印檢測，對重要文件圖像進行再對準。
如圖7B所示，說明性的幾何校準圖案為每側長3.2cm的塊。該塊 包括16X16的實際上相同的平鋪子塊陣列，各子塊每側的長為2mm。 實際上，每個子塊包括8X8的組成單元陣列。如下所述，在上述實施例中的幾何校準圖案是重要文件上的皿 設計特征。因此，與水印數(shù)據(jù)不同，校準圖案并不局限于為了將它隱 藏在文件的其它特性中而采用的小范圍的數(shù)字數(shù)。同樣，與水印數(shù)據(jù) 不同，根據(jù)重要文件圖像的數(shù)據(jù)隱藏屬性，并不在局部比例縮放上述 校準圖案?？梢栽谥匾募嫌∷⒒叶乳L方格作為校準圖案。然而，從審美 方面考慮通常不鼓勵這樣做。優(yōu)先以更傳統(tǒng)的美術形式(例如外觀 隨機的纏結線串)實現(xiàn)此校準圖案，形成類似編織的圖案，通過部分 或全部重要文件印刷此圖案。為了創(chuàng)建類似編織的校準圖案，設計者首先確定8X8的單元基準 校準平鋪子塊。對子塊內(nèi)的各單元指定灰度值。在上述實施例中，使 用在互相之間2—10%內(nèi)的數(shù)值，但是這不是實質問題。典型基準校準 平鋪子塊示于圖8(假定8位量化)。對由此基準校準平鋪子塊獲得的塊進行傅立葉一米林變換是用于 確定掃描重要文件圖像的比例縮放和旋轉的關鍵。在選擇/設計確定基準校準平鋪子塊的灰度值圖案時，存在幾種最 佳選擇。該圖案應具有可以容易地與重要文件上的其它設計和水印單 元的傅立葉一米林變換區(qū)別開的傅立葉一米林變換。 一種設計方法實 現(xiàn)重要文件設計的其余部分的試用傅立葉一米林變換，并由此數(shù)據(jù)逆 變以選擇可容易識別的基準校準平鋪子塊。一旦選擇了基準平鋪子塊圖案，后面的步驟就是反復地確定具有 類似編織圖案、其局部亮度值接近滿足基準平鋪子塊的灰度圖案的平 鋪子塊。參考圖9A，第一步是在線穿過平鋪子塊的邊緣的平鋪子塊的左下 側邊緣選擇點。還要選擇線穿過這些邊緣的角度。(在上述實施例中， 任意選擇這些點和角度，但是，在其它實施例中，根據(jù)最佳設計方法 進行選擇)然后，在相應的平鋪子塊的右上側邊緣復制選擇點和角度。通過 這樣布局，從一個平鋪子塊上部出來的線以相同的角度無縫地進入相 鄰平鋪子塊的下部。同樣，從平鋪子塊的任一側出來的線與橫向相鄰 的塊中的線無縫接合。接著，設計者建立試用線路，通過迂回通過平鋪子塊(如圖9B、 圖9C所示)任意連接平鋪子塊邊緣上匹配的點對。(有時將這些迂回 通路稱為"worm")最好，這些通路通過構成平鋪子塊的64個組成單 元中每個單元，并且通過各單元的通路長度在通過所有單元的平均通 路長度的+/—30%范圍內(nèi)。(利用紙和鉛筆就可以實現(xiàn)此試用路徑， 但是一般在計算機圖形工作站用鼠標，光筆或其它由設計者操縱的輸 入設備實現(xiàn)此試用路徑。)在上述實施例中，線的寬度約為30—100 微米，線之間的平均間距約為100 — 400微米，但是這些參數(shù)并不是臨 界參數(shù)。參考圖10，試用平鋪子塊由形成16X16試用塊(每側長3.2cm) 的同樣平鋪子塊構成，具有重復編織圖案，編織圖案由在8X8單元試用平鋪子塊確定的線圖案構成。然后，將此試用塊轉換為灰度值。通 過掃描印刷的試用塊圖像，或通過計算機分析線長度和位置，可以實 現(xiàn)此轉換。輸出為128X 128灰度值陣列，各灰度值與試用塊內(nèi)的250 微米單元的亮度對應。
將此灰度數(shù)據(jù)與通過將256個基準校準平鋪子塊(每個基準校準 平鋪子塊由8X8單元陣列構成)組合成16X16校準圖案塊而提供的 灰度數(shù)據(jù)進行比較。特別是，將由試用模塊獲得的灰度值從由基準塊 獲得的獲得陣列中減去，產(chǎn)生128X 128的誤差值陣列。將此誤差數(shù)據(jù) 用于在試用塊內(nèi)修整線布局。在誤差數(shù)值為正的試用校準塊的單元內(nèi)，線太長。即由于增加了 線長度(即，油墨太多)，所以這些單元內(nèi)的圖案太暗(即，它具有 低亮度灰度值)。通過縮短這些單元內(nèi)的線長度，就可以增強它們的 亮度(即，此單元變亮)。通過將曲線弧拉直，或通過在單元內(nèi)重新 設置線的進、出點，可以達到縮短的目的，這樣，通過單元的距離變 短。相反，在誤差值為負的單元內(nèi)，線太短。通過增加此單元內(nèi)的線 長度，就可以降低它們的亮度(即該單元變暗)。通過提高單元內(nèi)的 線的弧度，或通過重新設置線沿單元邊緣的進、出點，可以增加通過 單元的線的長度，這樣，通過單元的距離就變長。最好采用計算機程序來實現(xiàn)上述線路徑的變換從而使各單元達到 希望的暗度或亮度。以這種方式對試用校準塊內(nèi)的線位置進行修整后，再將試用塊轉 換到灰度值，并再從基準塊內(nèi)減去。再次產(chǎn)生誤差值陣列。然后，根 據(jù)誤差值進一步修整線的位置。重復上述根據(jù)誤差信號修整線路徑、重新轉換為灰度并計算新誤 差值的步驟，直到在試用塊內(nèi)獲得的編織圖案的亮度接近基準塊的亮 度為止。這種方法的五次重復中通常有四次可以滿足找到最終校準塊。(會注意到，由設計者建立的初始平鋪子塊圖案是在8X8單元的 平鋪子塊級實現(xiàn)的。建立初始平鋪子塊后，接著在塊級(128X 128單元)進行處理。重復設計過程的通常結果是組成平鋪子塊丟失它們的 一致性。即處于最終校準塊邊角的平鋪子塊內(nèi)的線圖案通常與靠近塊 中心的平鋪子塊內(nèi)的線的圖案稍許不同。)按上述方法建立最終校準塊圖案后，在部分或全部重要文件上， 將塊反復并列顯示，并可以作為背景設計單元或者作為更明顯的設計 單元。通過以接近紙底色的油墨色印刷此編織圖案，該圖案非常不引 人注目。(如果使用強反差油墨色，并且如果圖案延伸到重要文件的 大部分或全部，則由于編織圖案會使底色變暗，所以最好優(yōu)先采用亮 度更高的紙。)如我在第08/649,419號專利申請中所述的那樣，傅立葉一米林變 換的特性是可以產(chǎn)生相同的輸出圖案，而與輸入圖像的旋轉和比例縮 放無關。將變換的輸出圖案在一維進行與圖像旋轉成正比的移動，并 在另一維進行與圖像比例縮放成正比的移動。當已知傅立葉一米林變 換的圖像被旋轉和/或比例縮放時，可以通過觀察變換的傅立葉一米林 圖案兩維移動的程度，確定旋轉的角度和比例縮放的程度。只要知道 旋轉角度和比例縮放程度，對圖像進行逆處理就可以將圖像恢復到其 初始方向和比例。在上述實施例中，校準塊圖案具有已知的傅立葉一米林變換。當 掃描含有這種圖案的重要文件時(例如利用復印機、平板掃描儀、傳真機等)，可以對獲得的數(shù)據(jù)進行傅立葉一米林變換。已知的傅立 葉一米林圖案在變換數(shù)據(jù)方面一致，并且其二維移動表示掃描的重要 文件數(shù)據(jù)的比例縮放和旋轉破壞。利用這些已知參數(shù)，可以對包括縮 放和旋轉破壞的重要文件的位置不正進行補償，并恢復重要文件數(shù)據(jù) 以適當調整并進行適當計算。在此再對準狀態(tài)，可以檢測到水印。(在 替換實施例中，不對初始掃描數(shù)據(jù)進行處理去除比例縮放/旋轉作用。 而是從其破壞狀態(tài)中的數(shù)據(jù)開始進行后續(xù)處理，并考慮特定破壞因數(shù)，
依然可以產(chǎn)生精確解碼等。)當然，剛才說明的校準圖案和設計方法僅是典型情況，并可以進 行大量改良。可以隨意改變尺寸。校準平鋪子塊的單元尺寸與水印的 尺寸相匹配不是實質問題。不要求單元尺寸整體上互相關聯(lián)。也不要 求校準圖案為線，可以交替地使用其它油墨圖案以接近灰度校準圖案。不要求線迂回連續(xù)通過平鋪子塊。線可以恰好連接到平鋪子塊的 一個邊緣點上，結果，線通過此平鋪子塊邊緣，沒有別的情況。或者， 線起始和終止于一個平鋪子塊而且不與其它線相連。盡管示出了在亮背景上的暗線，但也可以使用在暗背景上的亮線。重復設計法可以采用傅立葉一米林變換(或其它變換。例如，可 以將試用塊圖案轉換到傅立葉一米林域，并與校準塊的傅立葉一米林 變換進行比較。這樣就可以獲得傅立葉一米林域的誤差信號，而且可 以根據(jù)該信號改變線的路徑。盡管上述實施例可以通過改變線弧度和線位置來修整基于單元的 校準塊灰度，但是也可以采用改變亮度的其它技術。例如，可以局部 改變編織線的寬度，或將細小油墨滴引入特定單元區(qū)域。上述(和以下)討論試圖將水印圖案和/或校準圖案作為線條圖同 時印刷在重要文件上。在許多應用中，在印刷之前，先將校準圖案設 置到重要文件基底上。制造商可以用油墨、或用壓花法施加標記，例 如紙張制造過程中用輥子壓花。(以下將進一步討論這種紋理標記。) 或者，作為預印刷操作，例如利用膠印技術，利用重要文件印刷機 來施加標記。利用與原紙底色接近匹配的油墨的色彩和濃度，紙張制 造商可以在其制造期間產(chǎn)生更少的底色。通過在空白紙上預印刷水印/ 校準圖案，可以有效取代這種底色。
還可以使用與上述詳細說明的校準信號完全不同的校準信號。當 不非常關心比例縮放時，可以采用檢測旋轉，而不檢測比例縮放的最 佳校準信號。可以對DCT和傅立葉變換提供的數(shù)據(jù)進行快速分析以確 定旋轉。設計校準信號使它突出出現(xiàn)在變換頻譜的典型低能量部分(例 如將傾斜角處的一系列細線變換到DCT空間內(nèi)的通?？臻e的區(qū)域)， 并可以將掃描圖像變換到DCT/傅立葉域以檢驗校準信號的漂移(例如 傾斜線的空間頻率表示法的移動)。
在有些重要文件中，獨立于水印編碼，印刷剛才說明的校準編織圖案。在其它實施例中，正如這里所述以及第09/074,034號專利申請 中所述的那樣，編織圖案為線，利用水印數(shù)據(jù)對其寬度、位置等進行 調制。
在說明性實施例中，利用凹版印刷技術印刷重要文件。凹版印刷 技術是熟知的印刷過程，這種印刷過程采用蝕刻或雕刻了重要文件圖 案的金屬板。將油墨涂到金屬板上，填充蝕刻的凹進部分/凹槽。然后， 以很高的壓力(例如10 — 20噸的壓力)將紙壓入金屬板，將油墨凹 凸地涂到紙上而且使紙稍許有些變形(具有紋理)。
盡管在凹版印刷過程通常使用油墨，但是在本發(fā)明的某些實施例 中并沒有這樣要求。而在凹版印刷過程中使紙張具有的紋理可以單獨 滿足傳遞水印數(shù)據(jù)。(我在以前的許多專利申請中(包括授權的第 08/438,159號專利申請)公開過如何用介質紋理傳遞水印信息。)
為了說明問題，根據(jù)3.2X3.2 cm的類似噪聲的水印數(shù)據(jù)塊，(利 用數(shù)控雕刻裝置)將凹雕平板的深度雕刻到略小于1 mm。如上所述產(chǎn) 生水印數(shù)據(jù)(例如隨機分布在128X 128單元陣列的128位的數(shù)據(jù))， 并與相應大小的校準數(shù)據(jù)塊累加(由離散灰度單元實現(xiàn)，而非上述詳 細說明的線圖案和編織圖案)。在此實施例中，數(shù)據(jù)不在數(shù)字數(shù)的小
范圍內(nèi)，而是被提高到滿8位的動態(tài)范圍。用此金屬板對鈔票紙進行凹版壓印，而不使用油墨，所以在其上通常產(chǎn)生具有3.2X3.2 cm的紋理區(qū)域的平坦基底。只有非常接近檢査時，紋理才可見，普通檢査時， 紙張表面均勻一致。將此紋理紙張紋理面朝下地放置到(通常作為個人計算機附件銷 售的)傳統(tǒng)平板掃描儀的掃描板上，并進行掃描。將獲得的圖像數(shù)據(jù)輸入到Adobe公司推出的包括Digimarc水印讀取軟件的4.0版 Photoshop圖像處理軟件。即使紙張在掃描儀的掃描平板上沒有放正， 該軟件仍可以從紋理紙張中容易地檢測到水印。這里還未對光學檢測過程進行討論，利用此光學檢測過程，看起 來是一張白紙的紙張可以通過廉價的掃描儀可靠傳遞128位的數(shù)據(jù)； 紙張的局部反射強度可以隨亮度區(qū)域是凸形還是凹形發(fā)生變化。無論 如何解釋，這對于目擊者來說都是值得注意的現(xiàn)象。利用相同的雕刻金屬板進行第二個實驗，這次使用透明油墨。盡 管水印數(shù)據(jù)的檢測并不總是象無油墨時那樣可靠，但是結果相同。與 無油墨紙張的簡單反射相反，凸起的透明油墨可以作為光通路以不可 預測的方式擴散垂直照明。還可以利用傳統(tǒng)的不透明油墨進行實驗。此外，可以可靠讀取水印。除了剛才說明的利用傳統(tǒng)掃描儀"讀取"凹版標記的技術之外， 在 Van Renesse, Optical Inspection Techniques for Security Instrumentation, SPIE Proc. Vol. 2659， pp. 159，168 (1996)中公開了其它 技術，而且可以在根據(jù)本發(fā)明的實施例中使用。盡管凹版印刷技術是印刷重要文件的優(yōu)選技術，但是這不是唯一
技術。其它可以印刷水印圖案和校準圖案的類似技術包括平板膠印技 術和活版印刷技術以及噴墨印刷技術、靜電印刷技術等。此外，如上 所述，作為造紙過程的一部分，可以產(chǎn)生紋理水印，例如利用高壓 紋理輥。在其它實施例中，不將水印圖案和/或校準圖案印刷到重要文件基 底，而是成形在輔助層上或輔助層內(nèi)，輔助層與基底層疊在一起。如 果使用通常透明的層壓制品，就可以使用不透明油墨來實現(xiàn)信息圖案， 將該圖案附加到下面的基底。或者，以紋理的形式對附加信息進行編 碼。同樣，可以組合使用上述方法。為了改型現(xiàn)有具有信息圖案的重要文件設計，必須對現(xiàn)有原圖進 行調整以實現(xiàn)對局部重要文件亮度和/或紋理的必要疊加和/或修整。設計新重要文件時，優(yōu)點是便于將信息圖案合并到基本設計中。 下面將詳細討論其中一種這種布局。許多重要文件仍然主要采用手工設計。設計者在制圖臺或計算機工作站工作，并花費許多小時用在設計的微細單元(例如5 mmX5 mm)的布局方面。為了在此過程中將水印圖案和校準圖案合并，提供 必須的布局格，識別在重要文件各250微米單元內(nèi)含有的水印"偏差" (例如一3至+ 3)。如果輔助格表示應該稍許增強單元的亮度(例如增強1%)，設計者在確定單元的構圖時就記憶此偏差并含有比其它格含有的油墨更微量的油墨。同樣，如果輔助格指出應該稍許增強單元內(nèi)的亮度(例如增強5%)，設計者可以再一次記憶此偏差并試圖包括比其它格包括的油墨更多的油墨。由于大多數(shù)水印編碼技術實 質上是冗余的，所以不要求設計者嚴格照此原則做。如果不嚴格照此 原則做就需要對原圖做較少的進一步修改，以可靠地傳送水印和/或校 準信息。
通過幾種由重要文件的設計者所做的任意設計選擇可以實現(xiàn)將信 息嵌入重要文件的這種"合并設計"。美國鈔票中有幾個實例，包括 總統(tǒng)頭發(fā)上的巻發(fā)、衣服的折綴、天空中的云彩、風景中的灌木林、 塔上的磚、字體內(nèi)的填充圖案以及大量隨意扭索飾圖案和其它奇異的 設計等。所有這些包括巻發(fā)、折痕、皺紋、陰影效果等，在選擇局部 亮度時，設計者有廣泛的選擇。設計者不是隨意做這種選擇，而是為 了起傳遞信息以及美學作用而做出慎重選擇。為了進一步幫助重要文件的設計者，可以將定義幾種不同信息(攜 帶圖案(水印圖案和/或校準圖案))的數(shù)據(jù)存儲到計算機工作站的大 容量存儲器并作為將來設計用的設計單元庫。對于重要文件設計者，在圖像編輯軟件(例如Adobe Photoshop)中選取色彩和在顯示程序 (例如Microsoft PowerPoint)中填充紋理使用的相同用戶界面技術同 樣可以用于向安全文件設計者提供信息圖案的調色板。點擊要求圖案的直觀表示就可以在正設計的重要文件內(nèi)使用此圖案(例如填充要 求的區(qū)域)。在上述說明的實施例中，將校準圖案作為重要文件的直觀藝術單 元印刷。然而，如有要求，在域下提供相同的校準作用。即，不是產(chǎn) 生模擬基準校準塊的灰度圖案的原圖，而是基準校準塊本身可以被隨 局部亮度的微弱變化編碼到編碼文件內(nèi)。在許多這種實施例中，可以 將由于校準圖案引起的局部文件亮度的偏差簡單附加到由水印數(shù)據(jù)引 起的偏差上，并和水印數(shù)據(jù)一樣被編碼(例如當加入油墨小滴等時， 作為組成線條圖線的寬度或位置的局部變化)?？梢詫?28位的水印數(shù)據(jù)設置到重要文件上的應用有無數(shù)種。上 述說明中對許多應用進行了詳細說明。實例包括用其面值或利用目 的地(或其發(fā)送地)的郵政編碼進行編碼的郵票、利用其面額以及其 發(fā)行日期和地址編碼的鈔票、利用可以識別個人標識的鑒別信息編碼 的標識文件等等。
編碼數(shù)據(jù)可以是任何閱讀機可讀取的、具有必要關鍵字數(shù)據(jù)(在 水印技術中使用了關鍵字數(shù)據(jù))的原始形式，也可以是加密形式，例 如公鑰加密技術等。編碼數(shù)據(jù)可以直接包含信息，或可以是指向進 一步選擇含有要求的最終信息的數(shù)據(jù)的指針或索引。例如，護照中的水印數(shù)據(jù)無需對護照持有人信息的全部材料進行 編碼。而編碼數(shù)據(jù)可以包括在遠程數(shù)據(jù)庫中識別特定對準的關鍵字數(shù) 據(jù)(例如社會保險號)，在該數(shù)據(jù)庫中存儲了與護照持有人有關的 個人數(shù)據(jù)。護照處理站采用如圖ll所示的布局。為了對水印數(shù)據(jù)進行解碼，必須將重要文件轉換為電子圖像數(shù)據(jù) 用于分析。通常利用掃描儀進行這種轉換。我們熟悉掃描儀，因此這里不作詳細說明。只需說明掃描儀通常 采用一排緊密間隔的光檢測器單元，光檢測器單元產(chǎn)生與文件的連續(xù) 列反射光數(shù)量有關的信號。大多數(shù)廉價民用掃描儀的分辨率為每英寸 300點(dpi)，或光檢測器單元的中心到中心的間距約為84微米。在 大多數(shù)專業(yè)圖像設備和復印機內(nèi)的更高質量的掃描儀的分辨率有600dpi (42微米)、1200dpi (21微米)或更高。以300dpi (光檢測器間距為84微米)的掃描儀為例，重要文件上 的每個250微米的區(qū)域12將與約3X3光檢測器采樣陣列對應。當然， 只有在少數(shù)實例中，掃描儀對給定區(qū)域進行物理對準，以致有9個光 檢測器采樣捕獲該區(qū)域的亮度，而且沒有例外。更一般情況是，圖像 根據(jù)掃描儀光檢測器旋轉，或存在縱向位移(即兩個相鄰區(qū)域的有些 光檢測器圖像子部分)。然而，由于掃描儀對區(qū)域進行過采樣，所以 可以明確確定各區(qū)域的亮度。在一個實施例中，從重要文件上掃描的數(shù)據(jù)為二維陣列數(shù)據(jù)并被
處理以檢測嵌入校準信息。然后，對掃描儀數(shù)據(jù)進行處理以實現(xiàn)重要 文件圖像的虛擬再對準。接著，軟件程序分析再對準數(shù)據(jù)的統(tǒng)計量(利 用我在以前的說明中披露的技術)以提取嵌入數(shù)據(jù)位。(此外，我以前說明的水印解碼技術僅作為典型參考。 一旦開始 掃描并且可以使用采樣形式的數(shù)據(jù)，可以直接使用任何其它水印解碼 技術以提取相應的編碼水印。其中有些技術采用了域轉換(例如作為 解碼處理的一部分，子波、DCT或傅立葉域))。在替換實施例中，在處理之前，將掃描數(shù)據(jù)合并到完全陣列。而 為了無延遲檢測嵌入水印數(shù)據(jù)，在產(chǎn)生掃描數(shù)據(jù)時就對掃描數(shù)據(jù)進行 了實時處理。(根據(jù)掃描儀的參數(shù)，可以在獲得的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計量明確 確定存在水印之前，約對半英寸文件進行掃描。)在另一個實施例中，硬件裝置具有在它們處理的任何文件圖像中 識別嵌入的水印數(shù)據(jù)并由此做響應的能力。一個實例是彩色復印機。這種裝置采用彩色掃描儀來產(chǎn)生與輸入 介質(例如美元匯票)對應的采樣(像素)數(shù)據(jù)。如果要檢測到與 重要文件有關的水印數(shù)據(jù)，則復印機需要進行一步或多步操作。一種選擇是簡單中斷復制并顯示一條消息提醒操作員復制貨幣是 違法。另一種選擇是撥通遠程服務中心并報告有人試圖復制鈔票。在本技術領域內(nèi)，己知有具有撥號能力的復印機(例如第5，305,199號專利)并可以容易地應用于此目的。遠程服務中心可以是獨立服務中心 也可以是政府機構。另外還有一種選擇是允許復制，但是將法定示蹤信號插入獲得的
復制品中。此示蹤數(shù)據(jù)的形式有多種形式。密碼編碼二進制數(shù)據(jù)是一種實例。例如在第5,568,268號專利中公開的實例。示蹤數(shù)據(jù)可以對準進行復制的機器的序列號和/或進行復制的日期和時間。為了秘密起見， 通常不將這種示蹤數(shù)據(jù)插入到所有的復印機輸出中，而是僅當被復印的對象被作為重要文件檢測到時插入到復印機輸出中。(圖12示出這種方案的實例)最好，為了以最小延遲識別非法復印，對掃描數(shù)據(jù)進行逐行分析。 如果對重要文件進行掃描，在進行識別判別之前，可以將掃描儀輸出 數(shù)據(jù)的一行或多行送到復印機的復照裝置。在這種情況下，復制品具有兩個區(qū)域其中第一個區(qū)域不是示蹤標記區(qū)，而在接著的第二個區(qū)域內(nèi)插入示蹤數(shù)據(jù)。在本技術領域內(nèi)己知具有其它裝置的復印機用于檢測未被復制的文件并采用了各種響應。例如在美國第5,583,614號、第4,723,149號、 第5,633,952號、第5，640，467號以及第5,424,807號專利中詳細說明的 實例?？梢岳蒙鲜鲈淼牧硪环N硬件裝置為獨立掃描儀。掃描儀內(nèi)的 己編程處理器(或專用硬件)對該裝置產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析并由此作 響應。另外還有一種可以采用上述原理的硬件裝置是打印機。打印機內(nèi) 的處理器對待打印的圖形圖像數(shù)據(jù)進行分析，搜索與重要文件有關的 水印。對于掃描儀和打印設備，響應方法可以有取消操作或插入示蹤信 息。(這種裝置通常不具有撥號功能)。此外，為了檢測以最小延遲處理的重要文件，在使用時最好一得
到它們就處理掃描儀數(shù)據(jù)和打印機數(shù)據(jù)。另外，在進行檢測判別之前， 存在一些滯后時間。因此，掃描儀或打印機的輸出包括兩個部分，其 中一個部分不具有示蹤數(shù)據(jù)，而另一個部分具有示蹤數(shù)據(jù)。許多重要文件已經(jīng)含有幫助進行鈔票檢測的可見結構(例如發(fā) 行者的印記以及各種幾何標記)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，利用綜合 系統(tǒng)對被看作是可見結構數(shù)據(jù)和水印嵌入數(shù)據(jù)的重要文件進行分析。利用已知的圖案識別技術可以檢測重要文件的可見結構。在美國第5,321,773、 5,390,259、 5,533,144、 5,539,841、 5,583,614、 5,633,952、 4,723,149、 5,692,073以及5,424,807號專利和第EP 649,114禾P EP 766,449號已公開國外專利申請中公開了這種技術的許多實例。在裝備用來從重要文件中檢測可見結構和水印的復印機(等)中， 檢測這兩者中的任意一個可以導致一個或多個上述響應被激發(fā)(如圖 12所示)。此外，可以使掃描儀和打印機具備相同的功能，即對這些重要文 件標志中的任何一個標志數(shù)據(jù)進行分析。如果檢測到任何一個標志數(shù) 據(jù)，則軟件(或硬件)作出響應。利用水印數(shù)據(jù)標識重要文件比利用可見結構進行識別具有明顯優(yōu) 勢，它不易失效?？梢约僭熘匾募?例如利用模糊(white out)、 剪切或加工技術)以去除/消除可見結構。這樣，既可以在外觀結構檢 測復印機上又可以在掃描儀/打印機上任意進行復制。然后，在第二次 進行印刷/復印操作時，可以將去除的可見結構添加到重要文件。如果 不具備使重要文件失效的功能，重要文件圖像編輯工具的打印機可以 被用于將可見結構插入掃描此假造的文件獲得的圖像數(shù)據(jù)集并且可以 隨意打印整個文件。通過在重要文件內(nèi)添加包括嵌入水印數(shù)據(jù)并檢測， 這些詭計不會得逞。
(類似的詭計是在非重要文件掃描儀上掃描重要文件圖像。然后， 利用傳統(tǒng)圖像編輯工具對獲得的圖像進行編輯以去除/消除可見結構。 這樣，既使在檢查這種表示可見結構存在的數(shù)據(jù)的打印機/復印機上可 也以打印這種數(shù)據(jù)集合。此外，可以利用后續(xù)印刷/復印過程將丟失的 可見結構插入。)最好，將外觀結構檢測器和水印檢測器集成在一起作為一個硬件 和/或軟件工具。這種設置提供了多種經(jīng)濟裝置，例如在與掃描儀連 接過程中，對圖案識別和水印提取的像素數(shù)據(jù)集進行處理、電子再對 準圖像以實現(xiàn)圖案識別/水印提取、向復印機/掃描儀等發(fā)出控制信號 (例如取消信號)。當上述裝置特別涉及防止偽造時，嵌入標記還可以起其它作用。 實例包括實現(xiàn)幣值分類、偽造檢測以及循環(huán)分析功能的鈔票處理機器。 (即通過已知的源頭對具有某種標記的鈔票進行發(fā)行，而且可以監(jiān)視 其流通和發(fā)行以支持宏觀經(jīng)濟分析。)根據(jù)上述說明，可以認識到，根據(jù)本發(fā)明的各種實施例提供將多 位二進制數(shù)據(jù)嵌入重要文件的技術，并且即使存在多種形式的損壞仍 可以提供對此數(shù)據(jù)的可靠提取(例如比例縮放和旋轉)。參考幾個說明性的實施例說明和描述本發(fā)明的原理之后，可以認 識到這些實施例僅是典型實施例而不應看作本發(fā)明范圍的限制。根據(jù) 上述講解，很明顯，可以用其它水印技術、解碼技術以及防偽技術代 替上述詳細說明的單元和/或與上述詳細說明的單元合并使用以產(chǎn)生有 利結果。在這里詳細說明的技術的實施例中可以采用我在以前的專利 申請中公開的其它特征。(因此，這里沒有對我在以前的專利申請中 公開的各種技術的應用到當前對象的內(nèi)容作過多的說明，例如*.利用 水印檢測器的中樞網(wǎng)絡，因為通過閱讀我在以前的專利申請的上下文
中公開的內(nèi)容同樣受益。)由于參考采用正方形單元陣列的實施例對技術進行了說明，所以 本領域的技術人員會認識到可以替換使用其它既不是長方形又不規(guī)則 的陣列。由于在實施例中對附屬于數(shù)字水印、便于進行檢測的校準圖案進 行了描述，因此這種圖案具有除數(shù)字水印以外的用處。 一個實例是在 重新對準掃描重要文件圖像數(shù)據(jù)過程中實現(xiàn)對可見結構的檢測(例如 利用己知的圖案識別技術檢測印刷的發(fā)行者的印記)。的確，為了， 使用這種校準圖案來對準用于識別的水印數(shù)據(jù)和可見結構圖像數(shù)據(jù)是 一種重要機制，通過將可見結構檢測器和水印檢測器合并到一個系統(tǒng) 可以實現(xiàn)這種機制。盡管最通常的情況是印刷重要文件(例如棉/亞麻)，但是其它 基底獲得了普及(例如諸如聚合物的合成物)并適于(或更適于) 使用上述說明的技術。利用專用硬件(例如ASIC)、可編程硬件和/或軟件可以實現(xiàn)上 述詳細說明的實施例。上述提到了幾種專利和專利出版物。假設技術人員熟悉在此說明 的技術并且能夠將它們與本專利公開的特別詳細說明的單元進行合 并。在可能的范圍內(nèi)，在此引入所公開的那些文件的內(nèi)容供參考。根據(jù)采用上述技術原理的許多實施例，應該認識到，詳細說明的 實施例僅是說明性的而不被看作本發(fā)明范圍的限制。我要求所有這種 實施例均屬于下列權利要求及其等價物的實質范圍和精神內(nèi)。
權利要求
1.一種在文件上編碼多位數(shù)字信息的方法，包括限定將要印在所述文件上的初始圖案設計；通過將所述初始圖案設計與微點圖案結合，更改所述初始圖案設計，所述微點圖案未限定有規(guī)則的點陣列，而是各個位置都是隨機的；以及根據(jù)所述更改的圖案設計印刷所述文件；其中，所述微點圖案一起用于改變所述微點圖案覆蓋的文件位置的亮度，從而用多位數(shù)字信息對所述文件進行隱藏編碼。
2. 如權利要求l所述的方法，其中所述文件包括選自下述文件組 成的組的重要文件簽證、護照、票、郵票或金融票據(jù)。
3. —種打印的文件包括具有微點圖案的可視圖案設計，所述微點 一般不為肉眼所見，但表示可由合適的解碼器解碼的機器可讀信息， 所述文件特征在于所述微點不以規(guī)則陣列放置，而是在一區(qū)域散布微 點以輕微改變所述區(qū)域的亮度，其中所述機器可讀信息由圖案表示， 該圖案的亮度由多個這樣的區(qū)域限定。
4. 如權利要求3所述的文件，其中所述文件包括選自下述文件組 成的組的重要文件簽證、護照、票、郵票或金融票據(jù)。
5. —種文件襯底有細線網(wǎng)格標識，所述細線網(wǎng)格用于使用多位數(shù) 字數(shù)據(jù)對所述襯底進行隱藏編碼。
6. 如權利要求5所述的襯底，其中所述細線網(wǎng)格包括在襯底上重 復平鋪的單個圖案，排列所述單個圖案使得平鋪邊緣結合處的線無縫接合。
7. —種包括權利要求5所述的襯底和可視圖案設計的文件，其中 所述文件包括選自下述文件組成的組的重要文件簽證、護照、票、 郵票或金融票據(jù)。
8. —種在文件上編碼多位數(shù)字信息的方法，包括 限定將要印在所述文件上的初始圖案設計；通過改變待打印到與數(shù)據(jù)嵌入位置對應的區(qū)域的墨水量，更改所 述初始圖案設計，所述墨水量根據(jù)所述多位數(shù)字信息的表示增加或減 少；以及根據(jù)所述更改的圖案設計印刷所述文件；其中所述變化的墨水量用于改變多個數(shù)據(jù)嵌入的文件位置的亮 度，從而用多位數(shù)字信息對所述文件進行隱藏編碼。
9. 一種基本空白的襯底，所述襯底待被印刷，以生成最終的印刷 對象，所述襯底其上攜帶有隱藏圖案，該隱藏圖案不為襯底的人類觀 察者所見，但可從掃描襯底產(chǎn)生的掃描數(shù)據(jù)中檢測出來，所述圖案對 后續(xù)襯底的處理沒有損害，以生成最終的印刷對象，其特征在于所述 隱藏圖案是使用多位數(shù)字信息對襯底編碼的水印圖案，所述多位數(shù)字 信息與待印刷到襯底上的可視信息有關，以產(chǎn)生特定的最終印刷對象， 所述多位數(shù)字信息還使用關于特定的最終印刷對象的機器可讀信息對 襯底編碼，從而防止偽造。
10. —種制造外觀空白襯底的方法，所述襯底待被印刷，以生成 最終的印刷對象，該方法包括處理襯底，以在其上產(chǎn)生不為人類觀察 者所見的隱藏圖案，所述隱藏圖案不損害后續(xù)的襯底印刷，但可從掃 描印刷的襯底產(chǎn)生的掃描數(shù)據(jù)中檢測出來，該方法特征在于以下步驟 生成與待被印刷到襯底上的可視信息有關的多位數(shù)字信息，以生成最 終印刷對象；對隱藏圖案中的所述多位數(shù)字信息編碼；以及施加隱藏 圖案到襯底，作為水印圖案，從而用與待從襯底生成的特定最終印刷 對象有關的機器可讀信息對襯底編碼，從而防止偽造。
11. 一種用數(shù)字水印對圖像數(shù)據(jù)進行隱藏編碼的方法，所述數(shù)字 水印攜帶多位輔助數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)包括多個區(qū)域，每個所述區(qū)域 包括多個圖像要素，該方法包括改變至少某部分所述區(qū)域的亮度，其 中由此生成的亮度改變的圖案用于使用多位輔助數(shù)據(jù)對圖像數(shù)據(jù)編 碼，該方法特征在于增加網(wǎng)格線，或一個或多個微點，到圖像數(shù)據(jù)的 某部分所述區(qū)域，以改變其亮度。
12. 如權利要求ll所述的方法， 所述區(qū)域，以改變其亮度。
13. 如權利要求11所述的方法， 到某部分所述區(qū)域，以改變其亮度， 是有規(guī)則的陣列。其特征在于增加網(wǎng)格線到某部分其特征在于增加一個或多個微點 其中所述微點是隨機圖案，而不
14. 一種使用計算機和軟件編輯圖像的方法，其特征在于用戶可 從一組隱藏圖案中選擇期望的圖案加入圖像，以使用多位數(shù)字信息對 圖像編碼。
15. —種表示郵資的郵票，在其中具有隱藏編碼的多位輔助數(shù)據(jù)。
16. 如權利要求15所述的郵票，其中隱藏編碼顯示在郵票的正面 印刷中，并且可從掃描數(shù)據(jù)中檢測出來，所述掃描數(shù)據(jù)是通過用可見 光掃描郵票和通過采樣從郵票反射的可見光產(chǎn)生的。
17. —種表示郵資的郵票，在其中具有隱藏編碼的多位輔助數(shù)據(jù)， 其中隱藏編碼顯示在郵票的紋理中。
18. 如權利要求17所述的郵票，其中輔助數(shù)據(jù)表示郵票的郵資。
19. 如權利要求17所述的郵票，其中輔助數(shù)據(jù)表示與接收者相關 的地址碼。
20. —種產(chǎn)生文件的方法，所述文件被設計成能夠被打印或掃描 設備的處理電路所識別，以幫助防止偽造文件，所述方法包括(a) 限定將要形成在所述文件上的基本圖案設計；(b) 限定潛在特征，所述潛在特征當被所述處理電路處理后將產(chǎn) 生特征輸出圖案，無論所述特征是否處于旋轉狀態(tài)，所述特征包括沿 所述文件的至少一維冗余的結構；(C)產(chǎn)生組合的圖案，所述圖案組合基本圖案設計和所述潛在特 征，所組合的線形圖案包括按亮度劃分的區(qū)域，以產(chǎn)生對應于所述基 本圖案設計的可視效果，同時傳遞所述潛在特征；以及(d)根據(jù)所述組合圖案印刷文件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重要文件的數(shù)字水印與方法。對重要文件(例如護照、貨幣、各種活動門票等)進行編碼以傳遞機器可讀取的多位二進制信息(例如數(shù)字水印)，通常此信息以不被肉眼觀察者察覺的形式出現(xiàn)?？梢栽谖募显O置明顯或域下校準圖案。當包括此圖案的文件被掃描(例如利用復印機)時，盡管對掃描數(shù)據(jù)進行比例縮放和旋轉，但是圖案仍可以實現(xiàn)對編碼信息的檢測。校準圖案可以起水印信息的載體的作用，或可以單獨對水印進行編碼。在一個實施例中，利用凹版印刷過程，使用油墨或不使用油墨，在文件上形成水印和校準圖案。如果試圖復制重要文件，對此標記敏感的復印機可以采取預定行動。對此標記敏感的護照處理站可以利用解碼的二進制數(shù)據(jù)來訪問具有護照持有人有關信息的數(shù)據(jù)庫。有些裝置檢測重要文件的水印數(shù)據(jù)和可見結構特征(例如文件發(fā)行者的印刷印記)。
文檔編號G06K9/20GK101159799SQ20071014856
公開日2008年4月9日 申請日期1999年6月24日 優(yōu)先權日1998年7月31日
發(fā)明者若弗雷·B·羅茲 申請人:數(shù)字標記公司