eng
Выпуск #5/2017
А.Ю.Бетин, М.С.Ковалев, Г.К.Красин, С.Б.Одиноков, П.А.Ручка, Н.Г.Сцепуро
Полутоновые защитные печатные элементы для маркировки продукции
Полутоновые защитные печатные элементы для маркировки продукции
Просмотры: 3747
Оборотная сторона техники обратной инженерии − быстрый вывод на рынок подделок популярной у потребителя продукции. Представлен метод защиты, который имеет ряд преимуществ. В нем использованы полутоновые защитные печатные элементы, полученные в результате цифрового синтеза. Они обеспечивают высокий уровень защищенности и устойчивости к механическим повреждениям.
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.65.5.74.78
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.65.5.74.78
Весь процесс производства промышленного товара от начала и до его реализации потребителю связан с необходимостью маркировки продукции на каждом этапе. Это вызвано операциями идентификации и распознавания при логистическом управлении движением изделия от момента его создания до момента его продажи и дальнейшего ремонта. Параллельно с этим движением изделия идет поток контрафактной продукции. Государства и производители справляются с проблемой подделки по-разному (торговые марки, законы об авторском праве и т. д.), но на сегодняшний день таких проблем становится все больше из-за более доступных технологий выхода изделий на современный рынок.
Например, технологическое развитие методов промышленного производства предоставляет широкие возможности для обратной инженерии. Поэтому идентичные копии продуктов, пользующихся спросом у потребителей, появляются на рынке практически сразу после выхода оригинальных изделий без особых финансовых затрат со стороны злоумышленников на проектирование и производство. И как стремителен прогресс технологий, также стремительно идет каждодневная работа по созданию более сложных методов защиты. Например, на основе методов компьютерного синтеза цифровых голограмм создаются новые маркировочные метки.
Анализ современных достижений и тенденций развития лазерно-оптических и компьютерных технологий показывает [1], что методы компьютерного синтеза цифровых голограмм обладают следующими преимуществами:
• обеспечение высокого уровня устойчивости к повреждениям структуры и защищенности за счет избыточности цифровых голограмм и использования множества секретных двумерных ключей на основе амплитудных и фазовых кодирующих матриц;
• возможность оперативного синтеза и изменения кодируемой информации цифровых голограмм;
• массовое распространение компьютерной техники, цифровых сканеров и цифровых принтеров дает возможность получать высококачественное воспроизведение изображений с помощью таких голограмм [2] на основе компактного и весьма недорогого настольного оборудования.
Обычно цифровая голограмма в компьютерном виде представляет собой полутоновой транспарант, как правило, состоящий из 256 оттенков серого цвета [3] и более [4]. Для отображения такой голограммы на физическом носителе обычно используются специальные лазерные генераторы изображений [5], которые на сегодняшний день могут обеспечить точную передачу только двух градаций коэффициента пропускания по амплитуде.
В основе расчета таких защитных элементов (без опорного пучка) лежит сопряжение симметричного расширения амплитудно-фазового представления изображения, вычисление дискретного преобразования Фурье (ДПФ) и формирование полутонового изображения. Благодаря такому методу каждый пиксел элемента содержит всю информацию об исходном изображении, что обеспечивает устойчивость такого элемента к механическим или иным повреждениям. В связи с этим рассмотрено получение таких элементов в виде полутонового транспаранта, состоящего из 256 оттенков серого цвета и полученного с помощью цифрового принтера. Восстановление изображения осуществлялось с помощью камеры смартфона и специального программного обеспечения.
В связи с этим создание полутоновых защитных элементов на любых объектах (металлических и неметаллических) будет включать в себя следующие технологические этапы:
• Выбор объекта кодирования.
Выберем, например, такие объекты, как изображены на рис.1 или на рис.2. Страница данных представляет собой изображение (см. рис.1), закодированное согласно стандартам ECMA – 377. Такой вид страницы данных используется в оптико-голографической памяти [6].
• Компьютерное преобразование объекта кодирования в структуру полутоновой картины.
Чтобы сохранить плавность тональных переходов при кодировании изображения в цифровой форме, необходимо обеспечить должное количество уровней сигнала на каждый аппаратный канал (либо RGB-трихроматический, либо яркостный и цветоразностные, либо CMY, либо CMYK). Для обеспечения перцептивной равномерности тональных переходов в рамках динамического диапазона системы достаточно 90 уровней яркости и, следовательно, 90 уровней дискретизации яркостной информации.
• В зависимости от требуемого разрешения, объектов кодирования, условий эксплуатации выбирается свой метод печати (лазерная, офсетная, струйная и т. д.) и соответственно распечатывается на любом физическом носителе (бумага, лазерная пленка, пластик).
• Восстановление объектов кодирования возможно с помощью цифрового сканера или камеры мобильного телефона и специального программного обеспечения. Примеры восстановленных изображений представлены ниже (рис.4, рис.6–7).
Как видно из рис.3, наличие полутонового защитного элемента никак не сказалось на общем восприятии заданного цифрового изображения.
Для оценки стабильности восстановления закодированной информации было принято два вида повреждения таких структур: механическое воздействие (мятая бумага) и прямое воздействие шариковой ручкой по бумаге.
Работа выполнена в МГТУ им. Н. Э. Баумана при поддержке Минобрнауки России в рамках выполнения проектной части государственного задания (проект № 3.2236.2017/ПЧ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Одиноков С.Б. Методы и оптико-электронные приборы для автоматического контроля подлинности защитных голограмм. – М.: Техносфера, 2013.
2. Betin A. Y., Dontchenko S. S., Kovalev M. S., Odinokov S. B., Solomashenko A. B., Zlokazov E. Y. A combination of computer-generated Fourier holograms and light guide substrate with difftactive optical elements for optical display and sighting system. – Digital Holography and Three-Dimensional Imaging, 2015.
3. Корешев С. Н., Смородинов Д. С., Никаноров О. В. Влияние дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства. – Компьютерная оптика, 2016, т. 40, № 6, с. 793–801. DOI: 10.18287/2412–6179–2016–40–6–793–801.
4. Johnson S. Stephen Johnson on Digital Photography. – O’Reilly Media, Incorporated, 2003. ISBN: 978–0–596–52370–1.
5. Полещук А. Г. Изготовление высокоэффективных элементов дифракционной оптики с помощью полутоновой и фоторастровой технологий. – Автометрия, 1991, № 6, с. 54–61.
6. Odinokov S. B., Betin A. Y., Bobrinev V. I., Evtikhiev N. N., Zherdev A. Y., Zlokazov E. Y., Lushnikov D. S., Markin V. V., Starikov R. S., Starikov S. N. Method of computer generation and projection recording of microholograms for holographic memory systems: mathematical modelling and experimental implementation. – Quantum Electronics, 2013, v.43(1), p. 87–89.
Например, технологическое развитие методов промышленного производства предоставляет широкие возможности для обратной инженерии. Поэтому идентичные копии продуктов, пользующихся спросом у потребителей, появляются на рынке практически сразу после выхода оригинальных изделий без особых финансовых затрат со стороны злоумышленников на проектирование и производство. И как стремителен прогресс технологий, также стремительно идет каждодневная работа по созданию более сложных методов защиты. Например, на основе методов компьютерного синтеза цифровых голограмм создаются новые маркировочные метки.
Анализ современных достижений и тенденций развития лазерно-оптических и компьютерных технологий показывает [1], что методы компьютерного синтеза цифровых голограмм обладают следующими преимуществами:
• обеспечение высокого уровня устойчивости к повреждениям структуры и защищенности за счет избыточности цифровых голограмм и использования множества секретных двумерных ключей на основе амплитудных и фазовых кодирующих матриц;
• возможность оперативного синтеза и изменения кодируемой информации цифровых голограмм;
• массовое распространение компьютерной техники, цифровых сканеров и цифровых принтеров дает возможность получать высококачественное воспроизведение изображений с помощью таких голограмм [2] на основе компактного и весьма недорогого настольного оборудования.
Обычно цифровая голограмма в компьютерном виде представляет собой полутоновой транспарант, как правило, состоящий из 256 оттенков серого цвета [3] и более [4]. Для отображения такой голограммы на физическом носителе обычно используются специальные лазерные генераторы изображений [5], которые на сегодняшний день могут обеспечить точную передачу только двух градаций коэффициента пропускания по амплитуде.
В основе расчета таких защитных элементов (без опорного пучка) лежит сопряжение симметричного расширения амплитудно-фазового представления изображения, вычисление дискретного преобразования Фурье (ДПФ) и формирование полутонового изображения. Благодаря такому методу каждый пиксел элемента содержит всю информацию об исходном изображении, что обеспечивает устойчивость такого элемента к механическим или иным повреждениям. В связи с этим рассмотрено получение таких элементов в виде полутонового транспаранта, состоящего из 256 оттенков серого цвета и полученного с помощью цифрового принтера. Восстановление изображения осуществлялось с помощью камеры смартфона и специального программного обеспечения.
В связи с этим создание полутоновых защитных элементов на любых объектах (металлических и неметаллических) будет включать в себя следующие технологические этапы:
• Выбор объекта кодирования.
Выберем, например, такие объекты, как изображены на рис.1 или на рис.2. Страница данных представляет собой изображение (см. рис.1), закодированное согласно стандартам ECMA – 377. Такой вид страницы данных используется в оптико-голографической памяти [6].
• Компьютерное преобразование объекта кодирования в структуру полутоновой картины.
Чтобы сохранить плавность тональных переходов при кодировании изображения в цифровой форме, необходимо обеспечить должное количество уровней сигнала на каждый аппаратный канал (либо RGB-трихроматический, либо яркостный и цветоразностные, либо CMY, либо CMYK). Для обеспечения перцептивной равномерности тональных переходов в рамках динамического диапазона системы достаточно 90 уровней яркости и, следовательно, 90 уровней дискретизации яркостной информации.
• В зависимости от требуемого разрешения, объектов кодирования, условий эксплуатации выбирается свой метод печати (лазерная, офсетная, струйная и т. д.) и соответственно распечатывается на любом физическом носителе (бумага, лазерная пленка, пластик).
• Восстановление объектов кодирования возможно с помощью цифрового сканера или камеры мобильного телефона и специального программного обеспечения. Примеры восстановленных изображений представлены ниже (рис.4, рис.6–7).
Как видно из рис.3, наличие полутонового защитного элемента никак не сказалось на общем восприятии заданного цифрового изображения.
Для оценки стабильности восстановления закодированной информации было принято два вида повреждения таких структур: механическое воздействие (мятая бумага) и прямое воздействие шариковой ручкой по бумаге.
Работа выполнена в МГТУ им. Н. Э. Баумана при поддержке Минобрнауки России в рамках выполнения проектной части государственного задания (проект № 3.2236.2017/ПЧ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Одиноков С.Б. Методы и оптико-электронные приборы для автоматического контроля подлинности защитных голограмм. – М.: Техносфера, 2013.
2. Betin A. Y., Dontchenko S. S., Kovalev M. S., Odinokov S. B., Solomashenko A. B., Zlokazov E. Y. A combination of computer-generated Fourier holograms and light guide substrate with difftactive optical elements for optical display and sighting system. – Digital Holography and Three-Dimensional Imaging, 2015.
3. Корешев С. Н., Смородинов Д. С., Никаноров О. В. Влияние дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства. – Компьютерная оптика, 2016, т. 40, № 6, с. 793–801. DOI: 10.18287/2412–6179–2016–40–6–793–801.
4. Johnson S. Stephen Johnson on Digital Photography. – O’Reilly Media, Incorporated, 2003. ISBN: 978–0–596–52370–1.
5. Полещук А. Г. Изготовление высокоэффективных элементов дифракционной оптики с помощью полутоновой и фоторастровой технологий. – Автометрия, 1991, № 6, с. 54–61.
6. Odinokov S. B., Betin A. Y., Bobrinev V. I., Evtikhiev N. N., Zherdev A. Y., Zlokazov E. Y., Lushnikov D. S., Markin V. V., Starikov R. S., Starikov S. N. Method of computer generation and projection recording of microholograms for holographic memory systems: mathematical modelling and experimental implementation. – Quantum Electronics, 2013, v.43(1), p. 87–89.
Отзывы читателей
