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1、南开大学硕士学位论文种基于数字水印的隐形条码方案姓名：刘辉申请学位级别：硕士专业：概率论与数理统计导教师：陈鲁生20090501AbstractAbstractThe bar code technology has been developing rapidly in recent 20 years. It is used so widely that greatly improved the speed of data acquisition and processing and at the same time it has made great contribution to the s
2、cientific and modem management. However, the devices utilized for bar code detection are using laser scanner which cannot be conveniently carried. The bar code can be forged easily, and do not match well with the package.The invisible bar code affects neither the total appearance of trademark, nor t
3、he bar code characteristic. It is difficult to be forged because of the characteristic of invisible and will be widely applied .In this paper, a new method of invisible bar code based on watermark is proposed. The bar code information can be embedded into a trademark and can be easily read by a mobi
4、le phone camera . It has the characteristics of easily made, conveniently read, difficultly forged and so on. In the end of this paper, we analyzed the capacity，fidelity and robustness based on the digital watermarking technology and do some necessary experiments.Key words Invisible Bar Code, Digita
5、l Watermarking, QR Code, FP Code, Robustness.南开大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学 位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：i/、K? 6 月 I 曰南开大学学位论文版权使用授权书本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位
6、论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并釆用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：少、 l yn年 fc 月 1 曰经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 本授权书。学位论文作者签名解密时间:各密级的最长保密年限及书写格式规定如下:内部 5 年（最长 5 年，可少于 5 年） 秘密lO 年（最长 10 年，可少于 10 年） 年解密后适
7、用指导教师签名：年 月 曰第一章引言机密女？。年（最长 20 年，可小千 20年第一章引:第一章引言本文结合数字水印技术，提出一种可行的隐形条码方案.本章首先对二维条 码和隐形条码的研究背景,研究现状以及研究意义作一简单介绍.最后介绍本文 成果和论文结构.1.1 二维条码研究现状条码技术是多学科多技术交叉的一门新兴技术.它融编码、印刷、识别、数 据采集和处理于一身.目前，一维条码技术已广泛应用于商业、交通运输、邮电、 工业制造、仓储业等领域.所谓一维条码是由一组粗细不同、黑白(或彩色)相间的 条、空及其相应的字符(数字字母)组成的标记，即传统条码，也就是目前我们常见 的印刷在商品包装、集装运输
8、包装、车票、挂号、邮件、图书杂志上的条形符号. 但是,一维条码存在很多缺陷.首先，一维条码所能表示的信息量有限，其本身只 是作为一个标识，使用时需要依赖于外部数据库的支持;其次，一维条码只能表示 字母和数字，不能表示汉字以及其它一些复杂信息，因此不能满足一些特定场合 的需求；再次，一维条码只有检错功能,不具备纠错功能，容易受外界污染的干扰 导致无法正确识别.为了解决传统条码所存在的问题，出现了二维条码.国外对二维条码技术的研究始于 80 年代末，现已研制出大量的二维条码，如 图 1.1 所示六种常见的二维条码:PDF417, Code49, Codel6k, QR Code, DataMatr
9、ix, MaxiCode.根据二维条码的表示方法，通常将二维条码分成三类:线性堆叠式二维码，矩 阵式二维码和邮政码.线性堆叠式二维码是在一维码的基础上，将多个一维码在 纵向堆叠而产生的.典型的码制如：Code 49、Code 16K、PDF417 等；矩阵式二维 码是在一个矩形空间通过黑白像素在矩阵中的不同分布进行编码.典型的码如: MaxiCode、DataMatrix. QR Code 等；邮政码通过不同长度的条进行编码，主要用 于邮件编码.如:Postnet、BPO(British Post Office) 4 State.PDF417 码是由留美华人王寅敬(音)博士发明的，现已成为我国
10、国家标准，目前 应用非常广泛.QR 码(Quick Response Code)将成为第二个拥有中国国家标准的第一章引言二 维条码.QR 码的中文译名为”快速响应矩阵码”,是一种矩阵式二维码.每个QR 码第一章引:图符号由正方形模块组成的一个正方形阵列构成(见图 1.1 中的 QR Code),就象其它 矩阵式二维码一样，它是通过模块的颜色深 浅来表达数据，深色模块表达二进制 1， 浅色模块表示二进制 0. QR 码的特征是在其左上角、右上稍和左下角的三个由同 心正方形构成的位置探测图形 .HQR 码信息密度高，识别速度快，能360 度全方位 识别，同时带摄像头的手机对 QR 码扫描后通过手机
11、里的解码软件能迅速获得条码 存储的信息.因此 QR 码在 H 本，台湾得到了广泛的应用.1.2 二维条码的编码二维条码的生成包括二维条码的编码与码字流的符号表示.二维条码的编码 是指将源数据信息流转化为数据码字流及数据码字流生成纠错码字的过程；码字 流的二维条码符号表示是指在完成二维条码编码之后,按照特定的规则将码字流 用相应的二维条码符号表示的过程.按照一定的数 挺压缩模式III IHIIIIfHFiffwiniiininrCode 16K常见的 6 种二维条码信源码字流数据流纠错编码码 按照码字符号 表示规则 维字 流 条 码第一章引言m 1.2 二维条码生成第一章引言二维条码的编码包括两
12、部分内容:一是将数据信息流通过一定的数据压缩模 式转换成数据码字；二是根据 Reed-Solomon 编码算法及数据纠错要求，在数据码 字的基础上生成相应的纠错码字.对于不同的数据信息，每一码制提供了相应的 数据压缩模式来实现数据信息的转换，其主要的数据压缩模式包括：数字压缩模 式、文本压缩模式(字母压缩模式)、字节压缩模式.数字压缩模式主要用于对数字 的信息的表示;文本压缩模式(字母压缩模式)主要用于对 ASCn 字符集及 ASCII 扩 展字符集中字符信息的表示，也可用于对数字信息 09 的表示，但会降低表示效 率;字节压缩模式主要用于对文字信息，如汉字、图像信息的表示，也可用于表示 数字
13、、字母信息，但会大大降低表示效率.不同码字表示信息的范围及方法各有特 色.对PDF417 码，主要采用了三种数据压缩模式：数字压缩模式、文本压缩模式、 字节压缩模式，各模式之间通过模式锁定与模式转换来实现相互切换，以提高对 数据的信息的表示效率.QR 码主要釆用数字模式、字母数字模式、汉字模式、混 合模式等.为了解决早期几种二维条码在使用中出现不可识读概率高的问题，拓宽二维 条码的应用，后期研制的二维码 PDF417、Data Matrix. QR Code 等都采用了Reed- Solomon 纠错技术，从而为二维条码在各领域的广泛使用奠定了基础.在计算纠错码字前，首先应根据使用环境及不同纠
14、错等级所对应的纠错能力， 合理地选择满足使用要求的纠错等级.然后根据所选定的纠错等级和要编码的信 息串，用 Reed-Solomon 纠错编码算法计算对应的码字 ,计算步骤如下：第一步对于任何一个信息串 coci . c_i,建立信息多项式 C(X)C(X) = corr-i + ax + + c_22； + c-i第二步建立纠错码字生成多项式 Mrr)= + gk-ix + -1- gix + go其中，A；为校验字符的个数.第三步根据建立的信息多项式 CPO 与纠错码字生成多项式 Wrc)，按一定的 数学运算规则求得码字.1.3 隐形条码虽然二维条码有这么多卓越的性能和广泛的应用，但二维条
15、码需要占据商品 包装上一块专门的区域，且二维条码视觉效果不太理想，影响包装装潢.同时二 维第一章引言条码容易伪造，防伪效果不太乐观.基于二维条码的上述缺陷，隐形条码技术得 到了快速发展.隐形条码直接将条码以不可见的形式，藏于图片(可以是商标)或照片上,既不 破坏包装装潢整体效果，也不影响条码特性的目的，同样隐形条码由于其不可见 性，一般制假者难以仿制，其防伪效果很好.1.3.1 当前隐形条码的几种形式当前应用的隐形条码技术，主要有以下几种形式：(1) 覆盖式隐形条码:这种隐形条码的原理是在条码印制以后，用特定的膜或涂层 将其覆盖，这样处理以后的条码人眼很难识读.覆盖式隐形条码防伪效果良好， 但
16、其装潢效果不理想.(2) 光化学处理的隐形条码：用光学的方法对普通的可视条码进行处理,这样处理 以后人们的眼睛很难发现痕迹，用普通波长的光和非特定光都不能对其识读， 这种隐形条码是完全隐形的,装潢效果也很好,还可以设计成双重的防伪包装.(3) 隐形油墨印制的隐形条码：这种条码可以分为无色功能油墨印刷条码和有色 功能油墨印刷条码，对于前者一般是用荧光油墨，热致变色油墨，磷光油墨等 特种油墨来印刷的条形码，这种隐形条码在印刷中必须用特定的光照，在条形 码识别时必须用相应的敏感光源，而对有色功能油墨印刷的条码一般是用变 色油墨来印刷的.采用隐形油墨印制的隐形条码其工艺和一般印刷一样.但其 抗老化的问题有待解决.(4) 纸质隐形条码：这种隐形条码隐形介质与纸张通过特殊光化学处理后融为一 体，不能剥开，仅能供一次性使用，人眼不能识别，也不能用可见光照相、复印 仿制，辨别时只能用发射出一定波长的扫描器识读条码内
