Способ изготовления полиграфической продукции с основным и скрытым изображением Российский патент 2004 года по МПК B41M3/14 G03H1/00 

Защита от подделки полиграфической продукции, особенно в связи с развитием техники копирования, непрерывно совершенствуется. Одним из направлений в области защитных технологий является использование в полиграфии теории и практики голографии. Общеизвестно сопряжение оптических голограмм с продукцией полиграфии путем наклейки или припрессовки. Голограммы наносятся на этикетки, акцизные марки, упаковку, ценные бумаги и т.п. Как правило, оптические голограммы, применяемые в полиграфии, представляют собой так называемые радужные голограммы, позволяющие воспроизводить цветное объемное изображение при естественном освещении (см., например, P.Hariharan, "Optical Holography:principles, techniques and applications", 2^nd ed, Cambridge University Press, New York, 1996, p. 131). Такие голограммы украшают полиграфическую продукцию, а само наличие их до недавнего времени служило удовлетворительной защитой в силу новизны и нераспространенности технологии и техники радужных голограмм. К настоящему времени положение изменилось, на рынке присутствует комплексное оборудование оптической голографической лаборатории, включая рулонные машины тиражирования голограмм. Таким образом, воспроизведение любой голограммы и ее массовое производство достаточно легко осуществимо.

Для повышения защищенности в состав радужной голограммы часто включается классическая плоская голограмма диффузно освещенного предмета (см., например, Р.Кольер, К.Беркхарт, Л.Лин, "Оптическая голография", "Мир", М., 1973, стр.222). Сам предмет при естественном освещении голограммы ненаблюдаем, его изображение скрыто и реконструируется при лазерном освещении. Такая голограмма легко воспроизводима в силу вышеупомянутой ситуации с распространенностью голографической техники, а ее наличие не может рассматриваться как элемент дизайна, поскольку при локальной регистрации она представляет матовое пятно размером порядка миллиметра, а ее регистрация на площади основной голограммы снижает яркость и контраст визуально наблюдаемого изображения. Кроме того, к недостаткам этого способа следует отнести необходимость применения на стадии восстановления скрытого изображения с таких голограмм специальных оптических устройств с источниками когерентного излучения.

С предлагаемым решением этот способ совпадает по факту применения голографических принципов формирования скрытого изображения и введения изображения голограммы наряду с основным изображением в полиграфическую продукцию.

Известен также способ изготовления полиграфической продукции с основным и скрытым изображением, заключающийся в преобразовании скрываемого изображения в цифровую голограмму в схеме получения голограммы Фурье с опорным точечным источником и рандомизированной фазой предметного излучения (P.Hariharan, "Optical Holography:principles, techniques and applications", 2^nd ed, Cambridge University Press, New York, 1996, p. 171). Достоинством этого способа является легкость восстанавления скрытого изображения путем введения изображения оттиска в компьютер и применения к нему обратного преобразования Фурье с использованием широко распространенных программ, например программы "Mathcad 2000 Professional". Кроме того, визуальная наблюдаемость голографической структуры может использоваться в целях дизайна продукции, например, для декорирования фона, плашечных элементов и т.п. Недостатком этого способа с точки зрения защиты полиграфической продукции от подделки является тривиальность копировавания отдельного оттиска и последующего его тиражирования.

С предлагаемым решением этот способ совпадает по следующим существенным признакам: преобразование скрываемого изображения в цифровую голограмму в схеме получения голограммы Фурье с опорным точечным источником и рандомизированной фазой предметного излучения, получение изображения голограммы и печать продукции.

По совокупности существенных признаков последний способ наиболее близок к предлагаемому способу и выбран в качестве прототипа.

Сущность изобретения

Предлагаемый способ изготовления полиграфической продукции с основным и скрытым изображением заключается в том, что скрываемое изображение преобразуют в цифровую голограмму в схеме получения голограммы Фурье с опорным точечным источником и рандомизированной фазой предметного излучения, получают изображение голограммы и производят печать продукции, а изображение голограммы и основного изображения сдвигают при печати друг относительно друга при меняющейся от оттиска к оттиску величине сдвига.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что изображение голограммы и основного изображения сдвигают при печати друг относительно друга при меняющейся от оттиска к оттиску величине сдвига.

Такое отличие обеспечивает повышение степени защищенности полиграфической продукции от подделки вследствие индивидуализации каждого оттиска, причем качество и местоположение восстанавливаемого изображения в поле наблюдения не зависят от величины сдвига, т.е. обеспечивается идентичность воспроизведения с неидентичных оттисков. Последнее является следствием известного свойства плоских голограмм оставлять неподвижным восстанавливаемое изображение при перемещении самой голограммы (см., например, Р.Кольер, К.Беркхарт, Л.Лин, "Оптическая голография", "Мир", М., 1973, стр.245). Непосредственное же копирование отдельного оттиска и его полиграфическое тиражирование приведет к идентичным оттискам, что будет свидетельствовать о подделке.

В развитие этого способа предлагается способ, в котором дополнительно производят цветоделение скрываемого изображения, рассчитывают голограммы для каждого цвета в условиях совпадающих координат опорных источников и различающихся реализаций рандомизации фазы предметных излучений и получают соответствующие изображения. При осуществлении такого способа различные голограммы имеют несовпадающие спектр-структуры вследствие различных реализаций рандомизаций фаз предметных излучений, что дает возможность многоцветной печати изображений голограмм и, как следствие, восстанавливать скрытое изображение в цвете. Предлагаемый способ дополнительно повышает степень защищенности и расширяет творческие возможности при разработке дизайна продукции использованием сложных многоцветных структур.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 и 2 приведены соответственно примеры основного изображения, в общем случае многоцветного, и скрываемого черно-белого. Рамка (фиг.1) показывает действительные размеры оттиска.

На фиг.3 приведен результат преобразования скрываемого негативного изображения (фиг.2) в изображение голограммы, рассчитанной в схеме получения Фурье-голограммы с опорным точечным источником и диффузным рассеивателем, рандомизирующим фазу предметного излучения.

На фиг.4 показан топографический фон, составленный из голограмм фиг.3 без нарушения непрерывности на стыках.

На фиг.5 приведена страница формата 210х297 мм, где фон фиг.4 запечатан основными изображениями фиг.1 так, что расстояния между основными изображениями не кратны периоду повторения голограмм на фоне, что обеспечивает неидентичность расположения основных изображений относительно рисунка фона.

На фиг.6 представлен результат сканирования отдельного оттиска, полученного с одной из областей с основным изображением фиг.5, а на фиг.7 - восстановленное с него скрытое изображение. Восстановление изображения производится расчетно с помощью обратного Фурье-преобразования, примененного к изображению оттиска, введенному в компьютер при сканировании.

При цветном скрываемом изображении производят его цветоделение, например, по основным цветам пространства RGB и в каждом из трех цветовых каналов рассчитывают голограмму по тому же алгоритму, что и голограмму черно-белого изображения. При расчете координаты опорных источников по всем каналам выбирают совпадающими, но меняют диффузные рассеиватели, т.е. реализации случайного равномерного распределения фаз предметных излучений по каналам отличаются друг от друга. В результате объединения цветовых каналов получают многоцветную голограмму, создают голографический фон и производят его запечатку основными изображениями аналогично случаю однотонной голограммы. Для восстановления цветного скрытого изображения отдельный оттиск сканируют в цвете, производят цветоделение отсканированного файла, к каждому цветовому каналу применяют обратное преобразование Фурье и получают цветное изображение при объединении цветовых каналов.

Перечень фигур

Фиг.1 Основное изображение.

Фиг.2 Скрываемое черно-белое изображение.

Фиг.3 Голограмма скрываемого черно-белого изображения.

Фиг.4 Голографический фон черно-белого скрываемого изображения.

Фиг.5 Запечатка фона фиг.4 основными изображениями.

Фиг.6 Отсканированный оттиск.

Фиг.7. Восстановленное скрытое черно-белое изображение

Возможность осуществления изобретения проиллюстрируем конкретным примером.

Пусть требуется напечатать этикетку размером 60х60 мм с основным изображением, представленным на фиг.1. В качестве скрываемого изображения выберем черно-белое изображение, показанное на фиг.2. Изображения созданы в программе Adobe Photoshop 4.0 в формате BMP на поле размером 512х512 пикселов.

Скрываемое изображение инвертируется (преобразуется в негативное), транслируется в программу Mathcad 2000 Professional с помощью функции READBMP. Соответствующую квадратную числовую матрицу размером 512х512 обозначим А, ее элементы - a, j, где i=0...511, j=0...511.

С помощью функции генерации случайных чисел с равномерным распределением в интервале 0-2 π- - rnd(2π) - строится квадратная матрица B=rn(2π), комплексно-значная матрица С с элементами c_iJ=exp(kb_iJ), где k - мнимая единица, и матрица D, как поэлементное произведение матриц А и С: d_iJ=a_iJC_iJ.

Опорный точечный источник вводится назначением некоторому элементу матрицы D величины, подбираемой исходя из желаемой яркости и контраста получаемой в дальнейшем голограммы. В рассматриваемом примере элементу d _{2i5, 2i5} присвоено значение 10⁴. С помощью функции CFFT быстрого двумерного Фурье-преобразования находится комплексно-значный Фурье-образ Е матрицы D:E=CFFT(D), преобразуемый в нормированное изображение голограммы по алгоритму:

При этом матрица Е имеет ту же размерность, что и матрица А, а операции нахождения модуля и возведения в квадрат применяются поэлементно. В знаменателе стоит значение максимального элемента матрицы /E/².

Изображение голограммы G представлено на фиг.3. В программе Adobe Photoshop 4.0 это изображение мультиплицируется без нарушения непрерывности на стыках. На фиг.4 показан построенный таким образом голографический фон размером 1536х2048 пикселов (соответственно 180х240 мм). Его цветовой тон может быть подобран обычными средствами программы Adobe Photoshop 4.0.

Этот фон по построению двоякопериодичен с периодом 512 пикселов, откуда следует, что основное изображение может занимать относительно фона 512²=262144 различных положений. Таков возможный объем тиража неидентичных этикеток в рассматриваемом конкретном примере реализации предлагаемого способа.

На фиг.5 приведен пример запечатки страницы формата 210х297 мм основными изображениями на голографическом фоне размером 1536х2048 пикселов. Верстка основных изображений выполнена так, чтобы расстояния по вертикали и горизонтали между ними не были кратны 512 пикселам. Очевидна неидентичность отпечатков по расположению основного изображения относительно фонового рисунка.

Восстановление скрытого изображения осуществляется путем ввода в компьютер изображения отдельного оттиска посредством сканера (фиг.6), трансляции отсканированного файла в программу Mathcad 2000 Professional с помощью функции READBMP и применения функции обратного быстрого преобразования Фурье ICFFT. На фиг.7 показан результат восстановления.

В случае цветного скрываемого изображения, созданного в программе Adobe Photoshop 4.0, трансляция в программу Mathcad 2000 Professional производится тремя функциями READ_RED, READ_GREEN, READ_BLUE, осуществляющими цветоделение цветного изображения. Соответствующие матрицы обозначим Al, A2, A3. Далее с помощью функции генерации случайных чисел с равномерным распределением в интервале 0-2 π-rnd(2π) строятся три реализации квадратных матриц типа B=rnd(2π): Bl, B2, В3, комплексно-значные матрицы типа С: C1, С2, С3 и матрицы типа D: Dl, D2, D3.

После преобразования Фурье в каждом цветовом канале и соответствующей нормировки получают три матрицы голограмм типа G: Gl, G2, G3. В результате объединения каналов программой Mathcad 2000 Professional получают многоцветную голограмму. Эту голограмму мультиплицируют без стыков в программе Adobe Photoshop 4.0, заполняя требуемую площадь голографическим фоном, производят верстку страницы с оттисками и печать продукции.

Восстановление скрытого цветного изображения производится путем ввода изображения оттиска в компьютер при сканировании в цвете, цветоделения, применения обратного преобразования Фурье по каждому цветовому каналу и объединения каналов.

Для реализации предлагаемого способа достаточно настольного издательства со следующим аппаратным и программным обеспечением:

- компьютер IBM PC Pentium II-450,128 МБ оперативная память,

- монитор SyncMaster 700ift,

- сканер Helwlett Packard ScanJet 5200C,

- принтер Epson Stylus Photo 1200,

- система компьютерной математики Mathcad 2000 Professional,

- программа редактирования изображений Adobe Photoshop 4.0.

Изобретение относится к полиграфии. Сущность изобретения заключается в том, что скрываемое изображение преобразуют в цифровую голограмму в схеме получения голограммы Фурье с опорным точечным источником и рандомизированной фазой предметного излучения, получают ее изображение и производят печать продукции, меняя от оттиска к оттиску взаимное положение основного изображения и изображения голограммы. В случае многоцветного скрываемого изображения производят его цветоделение, рассчитывают голограммы по соответствующим цветовым каналам в условиях совпадающих координат опорных источников и различающихся реализаций рандомизации фазы предметных излучений и получают многоцветную голограмму. Технический результат - повышение степени защищенности полиграфической продукции от подделки при упрощении технологии восстановления скрытого изображения. Кроме того, изобретение одновременно расширяет творческие возможности в дизайне полиграфической продукции. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ изготовления полиграфической продукции с основным и скрытым изображением, заключающийся в том, что скрываемое изображение преобразуют в цифровую голограмму в схеме получения голограммы Фурье с опорным точечным источником и рандомизированной фазой предметного излучения, получают изображение голограммы и производят печать продукции, отличающийся тем, что изображение голограммы и основного изображения сдвигают при печати друг относительно друга, а величину сдвига изменяют от оттиска к оттиску.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят цветоделение скрываемого изображения, рассчитывают голограммы для каждого цвета в условиях совпадающих координат опорных источников и различающихся реализациях рандомизации фазы предметных излучений и получают соответствующие изображения.