- 門(mén)票防偽檢測系統設計研究
- 防偽檢測系統概述
- 用基于DCT算法來(lái)嵌入水印
- 水印檢測系統的設計
- 水印檢測軟件采用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言
門(mén)票是觀(guān)看奧運會(huì )、演唱會(huì )、參加高級會(huì )議的入場(chǎng)券。隨著(zhù)高質(zhì)量圖像輸入輸出設備的發(fā)展，特別是精度超過(guò)1200dpi的彩色噴墨、激光打印機和高精度彩色復印機的出現，門(mén)票的偽造變得更加容易。所以人們迫切需要一種有效的門(mén)票防偽及檢測技術(shù)。傳統的防偽技術(shù)，基本上都采用材料防偽，屬于共性化防偽。如果被人仿冒，后果不堪設想，也存在造價(jià)高等缺點(diǎn)。而數字水印技術(shù)屬于個(gè)性化防偽技術(shù)，它是與個(gè)性特征相結合，并且不改變成熟的印刷工藝，不改變印刷材料與設備，不增加印刷成本，是目前較好的防偽技術(shù)。
1 防偽檢測系統概述
1.1 防偽系統概述
水印是不被感知地在作品中嵌入信息的操作行為。數字水印是將具有特定意義的標記(水印)，利用數字嵌入的方法隱藏在數字圖像、聲音、文檔、圖書(shū)、視頻等數字產(chǎn)品中，用以證明創(chuàng )作者對其作品的所有權，同時(shí)通過(guò)對水印的檢測和分析保證數字信息的完整可靠性。數字水印是一種新興、有效的數字產(chǎn)品版權保護和數據安全維護技術(shù)。把數字水印技術(shù)用在印刷品仿偽方面是近幾年大家研究的一個(gè)新方向。
數字水印門(mén)票防偽系統由數字水印嵌入子系統和數字水印識別子系統兩部分組成，每個(gè)子系統又分別由硬件與軟件兩部分組成。使用者可以通過(guò)在門(mén)票的印刷品中嵌入不能為肉眼覺(jué)察且不影響所保護印刷品原有的視覺(jué)感觀(guān)形象的數字水印密鑰，并通過(guò)特有的檢測設備——機讀設備來(lái)讀取該數字水印，以鑒別印刷品的真偽，從而達到防偽目的。
本文介紹了數字水印在門(mén)票中的嵌入，并對水印識別系統中的軟硬件進(jìn)行詳細描述。硬件由攝像頭、ARM、液晶屏等構成。
整個(gè)系統流程如圖1所示。
1.2 數字水印嵌入
就目前門(mén)票使用情況而言，主要是對其進(jìn)行打印(或印刷)掃描(或照相)操作，于是我們要尋找一種抗打印掃描數字水印算法?？捎糜谟∷⑵贩聜蔚乃惴ǘ嗍窃谧儞Q域實(shí)現的，其思想大多基于J.Coxdeng等人提出的括頻通信算法。
本文將用基于DCT(離散余弦變換)算法來(lái)嵌入水印。離散余弦變換屬于正交變換圖像編碼方法中的一種。對于一幅典型的圖像，經(jīng)過(guò)變換后，圖像中的大部分DCT能量會(huì )集中在直流系數和低頻交流系數中，許多中頻和高頻的交流系數接近，把它們去掉并不會(huì )明顯影響重構圖像的質(zhì)量。本文通過(guò)對門(mén)票圖片進(jìn)行DCT變換，結合人的視覺(jué)特性，適當改變某個(gè)中頻系數值來(lái)完成水印的嵌入。水印提取時(shí)只需判斷相應中頻系數的正負就可恢復水印圖像。實(shí)驗表明，該算法簡(jiǎn)單，并能有效抗打印掃描。
水印嵌入前后及嵌入信息的圖片如圖2～圖4所示。
2 水印檢測系統設計
針對嵌入了水印的門(mén)票真偽檢測需要由專(zhuān)門(mén)的機讀設備辨別。該設備主要由操作系統定制、圖像采集、圖像數字水印檢測三部分組成。系統的核心芯片選用SAMSUNG半導體公司生產(chǎn)的S3C2410嵌入式微處理器。軟件環(huán)境選用Microsoft Windows CE.NET操作系統。系統首先通過(guò)USB攝像頭采集到門(mén)票靜態(tài)圖片，接著(zhù)進(jìn)行數字水印檢測和提取，通過(guò)比對提取出的數字水印跟原先嵌入的水印，判斷門(mén)票的真偽。
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2.1 操作系統的定制
嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎、軟硬件可裁剪、適應于特定應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統嵌入式系統具有實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，其應用前景非常廣闊。
系統硬件平臺選用博創(chuàng )科技產(chǎn)品嵌入式開(kāi)發(fā)平臺UP_NETARM2410_S。該平臺采用了S3C2410X微處理器。該處理器使用ARM920T核、采用0.18μm工藝CMOS標準宏單元和存儲編譯器開(kāi)發(fā)的。它的低功耗精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用。該平臺同時(shí)配備了LCD液晶屏，方便對水印結果的觀(guān)察。
Windows CE是一種具有搶先式多任務(wù)功能與強大通信能力的嵌入式操作系統，也是微軟公司專(zhuān)門(mén)為移動(dòng)設備和消費類(lèi)電子產(chǎn)品、嵌入式應用等非PC領(lǐng)域而設計的全新操作系統產(chǎn)品，具有高級模塊化、良好實(shí)時(shí)性、強大通信能力、支持多種CPU等特點(diǎn)。Windows CE采用了友好的用戶(hù)界面，外觀(guān)很像流行的Windows NT界面，大大降低了用戶(hù)使用時(shí)的難度。同時(shí)它的模塊化設計方式使得系統開(kāi)發(fā)人員和應用開(kāi)發(fā)人員能夠為多種多樣的產(chǎn)品來(lái)定制它，可以選擇、組合和配置Windows CE的模塊和組件來(lái)創(chuàng )建用戶(hù)版的操作系統。
微軟針對Windows CE推出了集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：Platform Builder和Visual Studio 2003。通過(guò)Platform Builder，開(kāi)發(fā)人員可對Windows CE操作系統進(jìn)行定制、構建、下載、調試及發(fā)布。Visual Studio 2003可用來(lái)開(kāi)發(fā)基于Windows CE的應用程序。
博創(chuàng )科技產(chǎn)品自帶了Bootloader，BSP，SDK，首先安裝Platform Builder并進(jìn)行了Windows CE的移植。(移植具體過(guò)程參考產(chǎn)品說(shuō)明光盤(pán))
2.2 圖像采集
本系統采用市面常見(jiàn)的USB中星微攝像頭采集門(mén)票圖片，安裝Windows CE時(shí)已經(jīng)默認安裝USB驅動(dòng)，要讓攝像頭能采集數據，只要針對該攝像頭編寫(xiě)流接口驅動(dòng)程序。
流接口驅動(dòng)程序是為連接到Windows CE.NET平臺上的外圍設備而設計的。實(shí)際上，流接口驅動(dòng)程序是一個(gè)管理外圍設備的用戶(hù)級的動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)。流接口驅動(dòng)程序幾乎可以支持任何類(lèi)型的連接到Windows CE.NET系統的外圍設備。實(shí)現流驅動(dòng)程序需要完成以下幾個(gè)步驟：
(1)選擇代表設備的文件名前綴CAM；
(2)實(shí)現驅動(dòng)的各個(gè)入口點(diǎn)：CAM_Init，CAM_Close等；
(3)建立.DEF文件；
(4)在注冊表中為驅動(dòng)程序建立表項；
(5)生成流驅動(dòng)程序zc030x.dll。
系統在自動(dòng)加載驅動(dòng)程序時(shí)，首先要將驅動(dòng)程序復制到\Windows文件夾下。當攝像頭通過(guò)USB接口接到硬件平臺時(shí)，將提示輸入攝像頭驅動(dòng)，我們通過(guò)軟鍵盤(pán)敲入“zc030x”，則攝像頭就能正常工作了。
2.3 水印檢測軟件設計
水印檢測軟件采用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，基于VisualStudio.NET(2003)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)進(jìn)行編寫(xiě)。Visual Studio.NET和.NET框架為開(kāi)發(fā)人員提供了一套完整的解決方案。Visual Studio.NET提供了一個(gè)能夠基于.NET框架來(lái)創(chuàng )建應用程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境，該開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了一些工具，這些工具可以簡(jiǎn)化應用程序的創(chuàng )建、部署和升級。由于Windows CE.NET自帶.NET Compact Framework 1.0，在PC中用VisualStudio 2003生成的應用程序可直接下載到Windows CE.NET中使用，程序的部署十分方便。
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本系統直接通過(guò)USB攝像頭獲取圖像信息。軟件流程如圖5所示。
3 實(shí)驗結果下載測試分析
在Visual Studio 2003中進(jìn)行軟件設計，并在模擬器中調試成功之后，就可以將軟件下載到實(shí)驗平臺中運行，在軟件進(jìn)行部署前安裝ActiveSync 4.1，并在軟件進(jìn)行部署時(shí)選中“Windows CE.NET、設備”見(jiàn)圖6。
軟件在WinCE系統上的運行界面見(jiàn)圖7。
4 結語(yǔ)
數字水印印刷防偽技術(shù)突出了防偽的惟一性和不可仿制性，具有高保密性和隨機性，以及不改變原印刷品的視覺(jué)形象，不改變成熟的印刷工藝，不改變印刷材料與設備，不增加印刷成本等特點(diǎn)。本文介紹了完整的水印嵌入及檢測系統，該系統稍加修改，便可以用在其他領(lǐng)域，例如證件檢測，包裝防偽等。本系統還存在著(zhù)一些不足，例如水印提取出來(lái)后是靠驗票員主觀(guān)判斷，嵌入的水印不能很好地反映門(mén)票的ID等。這些都需要繼續改進(jìn)。但是數字水印檢測技術(shù)應用到印刷品領(lǐng)域將有著(zhù)十分廣闊的應用前景。
