一种防伪图案的生成方法以及生成装置与流程

1.本发明涉及视觉防伪技术领域，尤其涉及一种防伪图案的生成方法以及生成装置。


背景技术：

2.目前产品视觉方面防伪标签技术，主要包括以下方式：
3.(1)采用特殊油墨/材质的防伪技术：温变油墨防伪技术、滴水消失防伪技术、荧光防伪技术、揭开留底标签技术等；
4.(2)采用特殊制造工艺的防伪技术：雕刻凹版防伪技术、激光镭射、3d霓彩光变技术、安全线防伪标签技术等；
5.(3)采用图形编码设计的防伪技术：二维码、逻辑变色二维码技术、微缩防伪技术、数字编码查询技术等。
6.上述所列出的防伪标签技术主要的问题在于：
7.采用特殊油墨/材质以及特殊制造工艺的防伪技术：虽然防伪技术好，但成本高、使用场景有限。
8.采用图形编码设计的防伪技术：虽然成本低、通用性强，但易复制、防伪性不理想。与此同时，二维码的存在，不仅需要占据标签的空间、还会影响产品整体的美观。
9.并且，针对一些特殊的场景，例如工艺品、书画等，上述防伪标签技术方案都不能出现在产品上，只能作为一个附件标签说明，从而大大地降低了标签的防伪效果。


技术实现要素：

10.基于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种成本低、通用性强、防伪效果好的防伪图案生成方法。基于已有的图案，按照特定的变形规则对图案进行微小变形，生成大量人眼无法分辨、具有唯一性的有微小形状变化的防伪图案。该防伪图案的生成不需要特殊的油墨、材质、以及制造工艺，成本低，实用性强，而且每件产品的防伪图案都是唯一的，人眼难以分辨、防伪效果比现有的防伪技术更加显著。
11.为达到上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种防伪图案的生成方法，包括步骤：
12.对输入图案进行轮廓检测和关键点提取；
13.根据轮廓检测和关键点提取的结果，将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号；
14.对输入的防伪控制字进行编码，所述编码后的控制字位数与所述有效网格数对应；
15.根据所述编码后的控制字的有效位，对所述有效位对应编号的有效网格内的图案进行调整，以得到变形后的防伪图案。
16.进一步的，所述将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号，包括根据图案的
长和宽对网格进行划分，并对划分出的网格进行有效性筛选和编号。
17.进一步的，所述将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号，包括根据每个网格中的关键点分布密度，对图案进行网格划分并编号。
18.进一步的，还包括对变形后的防伪图案进行检验，若所述变形后的防伪图案与输入图案的轮廓的相似度高于设定阈值，则校验合格。
19.进一步的，所述对有效位对应编号的有效网格内的图案进行调整，包括：针对每一个有效网格，
20.对该有效网格内的关键点进行编号；
21.基于各关键点以及关键点的编号，将该有效网格内的轮廓拆分为线段；
22.指定其中需要进行调整的轮廓对应的线段以及调整方式；
23.针对所述需要进行调整的轮廓对应的线段，采用所述调整方式进行调整，根据调整结果，对相应线段上的关键点位置进行更新。
24.进一步的，所述调整方式包括对所述线段进行平移、缩放、旋转中的至少一种，或者两种以及两种以上的组合。
25.根据本发明的另一个方面，提供了一种防伪图案的生成装置，包括预处理模块、网格划分及筛选模块、编码模块和调整模块；其中，
26.所述预处理模块，接收输入图案，对输入图案进行轮廓检测和关键点提取；
27.所述网格划分及筛选模块，根据轮廓检测和关键点提取的结果，将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号；
28.所述编码模块，接收防伪控制字，对接收的防伪控制字进行编码，所述编码后的控制字位数与所述有效网格数对应；
29.所述调整模块，根据所述编码模块输出的编码后的控制字的有效位，对所述网格筛选模块输出的筛选后的有效网格中与所述有效位对应编号的网格图案进行调整，输出变形后的防伪图案。
30.进一步的，所述装置还包括校验模块，对所述调整模块输出的防伪图案进行检验，若所述变形后的防伪图案与输入图案的轮廓的相似度高于设定阈值，则校验合格。
31.进一步的，所述调整模块中，对有效位对应编号的网格图案内容进行调整，包括：针对每一个有效网格，
32.对该有效网格内的关键点进行编号；
33.基于各关键点以及关键点的编号，将该有效网格内的轮廓拆分为线段；
34.指定其中需要进行调整的轮廓对应的线段以及调整方式；
35.针对所述需要进行调整的轮廓对应的线段，采用所述调整方式进行调整，根据调整结果，对相应线段上的关键点位置进行更新。
36.进一步的，所述调整模块中，所述调整方式包括对所述线段进行平移、缩放、旋转中的至少一种，或者两种以及两种以上的组合。
37.综上所述，本发明提供了一种防伪图案的生成方法以及生成装置。该生成方法基于已有的图案，按照特定的变形规则对图案进行微小变形，生成大量人眼无法分辨、具有唯一性的有微小形状变化的防伪图案。该防伪图案的生成，基于已有的图案变形而来，不需要特殊的油墨、材质、以及制造工艺，成本低，实用性强。而且每件产品的防伪图案都是唯一
的，人眼难以分辨、防伪效果比现有的防伪技术更加显著。针对一些特殊的使用场景仍然可以使用，如工艺品、书画等，弥补了防伪技术在该类产品上面的空白。
附图说明
38.图1是对图标图案中矩形区域的轮廓进行微调的效果示意图；
39.图2是本发明防伪图案的生成方法的基本流程图；
40.图3是本发明防伪图案的生成方法中轮廓检测和关键点提取步骤的流程图和图案处理效果示意图；
41.图4是本发明防伪图案的生成方法中网格划分和有效性筛选及编号步骤的流程图和图案处理效果示意图；
42.图5是本发明防伪图案的生成方法中基于关键点分布密度进行网格划分的示意图；
43.图6是本发明防伪图案的生成方法中图案调整及生成防伪图案的流程图和图案处理效果示意图；
44.图7是本发明防伪图案的生成方法中图案调整具体步骤的流程图和图案处理效果示意图；
45.图8是本发明防伪图案的生成方法中平移调整方法的示意图；
46.图9是本发明防伪图案的生成方法中平移组合调整方法的示意图；
47.图10是本发明防伪图案的生成方法中缩放调整方法的示意图；
48.图11是本发明防伪图案的生成方法中旋转调整方法的示意图；
49.图12是本发明防伪图案的生成方法中平移+拉伸组合以及平移+拉伸+旋转组合调整方法的示意图；
50.图13是本发明防伪图案的生成方法中生成的防伪图案与原始图案的对比图；
51.图14是本发明防伪图案的生成装置的构成示意图。
具体实施方式
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
53.以下对本发明技术方案的基本原理进行说明。人眼对图案形状的尺寸毫米级别(mm)微小变化、对图案中各图形元素毫米级别(mm)相对关系变化是不敏感的。对于一个图案，例如商标logo图案的轮廓最基本的像素点进行毫米级别位置的调整,就能生成不一样的图案，但是人眼却无法分辨出来。如图1所示，对图标图案中矩形区域的轮廓进行微调后生成新的图标图案，但两个图标图案人眼看上去基本上是相同的。采用这种方式，可以对图案所有的轮廓进行有选择性的毫米级别的调整，就可以生成大量的人眼无法区分但又有微小差异的图案。
54.下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。基于上述原理，根据本发明的一个实施例，提供了一种防伪图案的生成方法，该生成方法的基本流程图如图2所示，下
面以输入图案为logo图标为例，对该方法进行详细说明。
55.对该输入的logo图标进行预处理，包括轮廓检测和关键点提取。该步骤的具体流程以及得到的图案处理结果如图3所示。其中，轮廓检测可以包括对输入图案进行灰度化、边缘提取、二值化操作、以及轮廓提取等操作。根据某些实施例，可以采用计算机实施该生成方法，采用opencv中已有的方法，例如cvcolor(bgr2gray)，canny，findcontours等。轮廓上的关键点是指对图案形状轮廓关键信息描述特征的点，具体来说，可以指轮廓中上角点和极值点，即在轮廓形状变化特别突出的点，是在形状变化强度最大或者最小的孤立点、线段的终点，以及曲线轮廓的极值点。轮廓关键点集合是对图案形状轮廓关键信息描述特征点的集合。可以采用如下数学描述来定义关键点：
56.(1)图像中梯度值和梯度方向的变化速率都很高的点；
57.(2)一阶导数(即灰度的梯度)的局部最大所对应的像素点；
58.(3)两条及两条以上边缘的交点；
59.(4)角点处的一阶导数最大，二阶导数为零，指示物体边缘变化不连续的方向。
60.根据某些实施例，可以采用harris角点、sift特征点、surf角点、orb角点等方法对关键点进行提取。本实施例中，采用harris角点方法对关键点进行提取，可以得到图3中所示的提取结果。
61.根据轮廓检测和关键点提取的结果，将logo图标的图案划分为若干个网格，对所述若干个网格进行有效性筛选，并将筛选后的有效网格编号。该步骤的具体流程以及得到的图案处理结果如图4所示。其中，网格划分的方式有多种。根据某些实施例，可以采用根据输入图案的长和宽对网格进行划分，将其划分为m
×
n个网格的方式，图4所示的示例中，m＝5，n＝4，共生成了20个网格。然后根据每个网格中关键点的数量，对网格进行有效性筛选，剔除其中没有关键点和只有少量关键点的网格。在该实施例中，对于网格内关键点个数小于等于三个的网格进行了剔除，实际应用中，也可以根据实际需要对筛选的标准进行设置。根据某些实施例，也可以采用根据每个网格中的关键点分布密度的方式对网格进行划分，该划分方式的示意图如图5所示。根据图5中的示例，每个网格涵盖4个关键点，共生成了28个可用于编码调整的有效网格，通过对每个有效网格中的图案进行调整，可支持2
28
(约2.7亿)种变化的图案。针对筛选完成的网格，根据网格的排布，可以按照从左到右、从上到下的顺序对有效网格依次进行编号。
62.在对筛选出的各网格图案进行调整之前，对需要进行调整的网格进行选择，该选择通过输入的防伪控制字确定。对输入的防伪控制字内容进行编码，所述编码后的控制字位数与所述有效网格数对应。现有技术中，对信息编码的方式有很多，例如qr numeric mode(数字编码)和alphanumeric mode(字符编码)等。本实施例中，采用最简单的二进制编码作为示例进行说明，例如，输入的防伪控制字内容为“2020”，采用二进制编码方式，将该内容“2020”转换为二进制编码11111100100。考虑到本实施例中有效编码位数(即有效网格数)为13位，因此设定第一位设置为标记符，最后得到的二进制编码为1011111100100。
63.根据所述编码后的控制字内容的有效位，对所述有效位对应编号的有效网格内的图案内容进行调整，以得到变形后的防伪图案，该步骤的流程图及图案处理效果示意图如图6所示。根据上一步骤对防伪控制字内容进行编码后得到的二进制编码1011111100100，与筛选后得到的13个有效网格相对应后，其中对应编码为1的网格需要进行调整，即需要对
其中编号为a0、a2-a7、a10的网格进行调整，调整之后，即可得到变形后的防伪图案。
64.以下对网格中的内容进行调整的具体步骤进行说明，该具体调整步骤的流程图以及图案处理效果示意图如图7所示。针对每一个有效网格，对该有效网格内的关键点进行编号。可以按照该网格内关键点位置的排布，按照从左到右、从上到下的顺序，对关键点依次进行编号，图7示出的示例中，以对编号为a0的网格进行调整为例，对其中的关键点按照以上原则进行编号，该网格内共有10个关键点，从而得到编号为p0-p9的关键点编号。根据各个关键点在轮廓线上的位置，将轮廓拆分为若干线段，以各个关键点作为线段的起点和终点。指定其中需要进行调整的轮廓对应的线段以及调整方式。使用者可以根据实际的需求对需要进行调整的轮廓对应的线段进行选择。在图7示出的示例中，采用随机选择的方案，选择p3-p6和p6-p7这两条线段进行调整。对于调整方式的选择，调整方式通常可以包括对所述线段进行平移、缩放、旋转中的至少一种，或者两种以及两种以上的组合。图8-图12分别示出了平移、平移组合、缩放、旋转、平移+拉伸组合、平移+拉伸+旋转组合调整方式的示意图。其中，对于线段的平移包括向上平移、向下平移、向左平移、以及向右平移等方式；也可以对平移的方向进行组合，例如向左上平移、向右上平移、向左下平移、以及向右下平移等。对于线段的缩放包括拉伸和缩短，进一步包括向左或向右拉伸、左右拉伸、向左或向右缩短、以及左右缩短等。对于线段的旋转，包括左端顺时针或右端顺时针旋转、两端顺时针旋转、左端逆时针或右端逆时针旋转、以及两端逆时针旋转。也可以对其中两种以及两种以上方式进行组合，例如平移+拉伸组合、平移+旋转组合、拉伸+旋转组合、平移+拉伸+旋转组合等。使用者还可以基于上述调整方式并结合实际需求对于线段进行其他容易想到但未提及的调整。在图7示出的示例中，对于指定线段(p3-p6、p6-p7)进行向上平移的调整，调整的距离在2mm之内，具体来说，将上述两条指定的线段均向上平移1mm。调整结束后，根据调整的结果对于相应的关键点位置进行更新，关键点p3、p6、p7的位置更新至p3’、p6’、p7’。
65.对于变形后的防伪图案，还需要进行检验。对图标的图案进行轮廓提取，并与原图标的轮廓进行相似度比较。轮廓相似度计算的方式有多种，常用的方法是比较轮廓矩，具体来说，通过对轮廓上所有点进行积分运算(或者求和运算)而得到的一个轮廓特征描述。本实施例中，通过采用opencv已有的cvcontoursmoments得到所生成的防伪图案以及原始图案的轮廓距，然后采用shapedistanceextractor.computedistance来得到防伪图案和原始图案之间的相似度，从而得到相似度分数。将该相似度分数与设定阈值进行比较，如果高于设定阈值，则认为生成的防伪图案合格，否则，采用上述各个步骤重新生成防伪图案。
66.本发明该实施例提供的防伪图案的生成方法，具有极强的可扩展性，每个网格可支持一定数量的变种。例如，每个网格内具有4个关键点，每个关键点，可以支持上、下、左、右等基本平移变化操作，24×
4＝64种变化。在该实施例下，该生成方法就可以支持170亿不同商品的编码。本实施例中采用logo图标的图案作为示例进行了说明，但是采用本发明所提供的生成方法还可以用于其他类型的图案的防伪，例如，可以对包括数字、文字、图像、语音等多媒体内容等在内的多种类型图案进行防伪，应用领域非常广泛。
67.根据本发明的另一个实施例，提供了一种防伪图案的生成装置，该生成装置的构成示意图如图14所示，包括预处理模块、网格划分及筛选模块、编码模块、调整模块和校验模块。其中，预处理模块，接收输入图案，对输入图案进行轮廓检测和关键点提取。网格划分及筛选模块，根据轮廓检测和关键点提取的结果，将图案划分为若干个网格，对所述网格划
分模块输出的若干个网格进行有效性筛选，并将筛选后的有效网格编号。其中对于网格的划分，可以采用根据输入图案的长和宽对网格进行划分，也可以采用根据每个网格中的关键点分布密度，进行网格划分。编码模块，接收防伪控制字，对接收的防伪控制字进行编码，所述编码后的控制字位数与所述有效网格数对应。调整模块，根据所述编码模块输出的编码后的控制字的有效位，对所述网格筛选模块输出的筛选后的有效网格中与所述有效位对应编号的网格图案内容进行调整，输出变形后的防伪图案。该调整具体包括：针对每一个有效网格，对该有效网格内的关键点进行编号；基于各关键点以及关键点的编号，将该有效网格内的轮廓拆分为线段；指定其中需要进行调整的轮廓对应的线段以及调整方式；针对所述需要进行调整的轮廓对应的线段，采用所述调整方式进行调整，对处于进行调整的线段上的关键点位置进行更新。其中，调整方式可以包括对所述线段进行平移、缩放、旋转中的至少一种，或者两种以及两种以上的组合。校验模块，对所述调整模块输出的防伪图案进行检验，若所述变形后的防伪图案与输入图案的轮廓的相似度高于设定阈值，则校验合格。在该防伪图案的生成装置中，各个模块实施模块功能的具体步骤以及基本原理与上述第一个实施例的生成方法均相同，在此不再赘述。
68.综上所述，本发明涉及一种防伪图案的生成方法以及生成装置，基于已有的图案，按照特定的变形规则对图案进行微小变形，生成大量人眼无法分辨、具有唯一性的有微小形状变化的防伪图案。本发明技术方案的实施，不需要特殊的油墨、材质、以及制造工艺，成本低，实用性强，而且每件产品的防伪图案都是唯一的，人眼难以分辨、防伪效果比现有的防伪技术更加显著。针对一些特殊的使用场景仍然可以使用，如工艺品、书画等，弥补了防伪技术在该类产品上面的空白。
69.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：
1.一种防伪图案的生成方法，其特征在于，包括步骤：对输入图案进行轮廓检测和关键点提取；根据轮廓检测和关键点提取的结果，将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号；对输入的防伪控制字进行编码，所述编码后的控制字位数与所述有效网格数对应；根据所述编码后的控制字的有效位，对所述有效位对应编号的有效网格内的图案进行调整，以得到变形后的防伪图案。2.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号，包括根据图案的长和宽对网格进行划分，并对划分出的网格进行有效性筛选和编号。3.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号，包括根据每个网格中的关键点分布密度，对图案进行网格划分并编号。4.根据权利要求2或3所述的生成方法，其特征在于，还包括对变形后的防伪图案进行检验，若所述变形后的防伪图案与输入图案的轮廓的相似度高于设定阈值，则校验合格。5.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述对有效位对应编号的有效网格内的图案进行调整，包括：针对每一个有效网格，对该有效网格内的关键点进行编号；基于各关键点以及关键点的编号，将该有效网格内的轮廓拆分为线段；指定其中需要进行调整的轮廓对应的线段以及调整方式；针对所述需要进行调整的轮廓对应的线段，采用所述调整方式进行调整，根据调整结果，对相应线段上的关键点位置进行更新。6.根据权利要求4所述的生成方法，其特征在于，所述调整方式包括对所述线段进行平移、缩放、旋转中的至少一种，或者两种以及两种以上的组合。7.一种防伪图案的生成装置，其特征在于，包括预处理模块、网格划分及筛选模块、编码模块和调整模块；其中，所述预处理模块，接收输入图案，对输入图案进行轮廓检测和关键点提取；所述网格划分及筛选模块，根据轮廓检测和关键点提取的结果，将图案划分为若干个网格，并得到有效网格编号；所述编码模块，接收防伪控制字，对接收的防伪控制字进行编码，所述编码后的控制字位数与所述有效网格数对应；所述调整模块，根据所述编码模块输出的编码后的控制字的有效位，对所述网格筛选模块输出的筛选后的有效网格中与所述有效位对应编号的网格图案进行调整，输出变形后的防伪图案。8.根据权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述装置还包括校验模块，对所述调整模块输出的防伪图案进行检验，若所述变形后的防伪图案与输入图案的轮廓的相似度高于设定阈值，则校验合格。9.根据权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述调整模块中，对有效位对应编号的网格图案内容进行调整，包括：针对每一个有效网格，对该有效网格内的关键点进行编号；基于各关键点以及关键点的编号，将该有效网格内的轮廓拆分为线段；
指定其中需要进行调整的轮廓对应的线段以及调整方式；针对所述需要进行调整的轮廓对应的线段，采用所述调整方式进行调整，根据调整结果，对相应线段上的关键点位置进行更新。10.根据权利要求8所述的生成装置，其特征在于，所述调整模块中，所述调整方式包括对所述线段进行平移、缩放、旋转中的至少一种，或者两种以及两种以上的组合。

技术总结
本发明涉及一种防伪图案的生成方法以及生成装置。该生成方法基于已有的图案，按照特定的变形规则对图案进行微小变形，生成大量人眼无法分辨、具有唯一性的有微小形状变化的防伪图案。本发明中防伪图案的生成，基于已有的图案变形而来，不需要特殊的油墨、材质、以及制造工艺，成本低，实用性强，而且每件产品的防伪图案都是唯一的，人眼难以分辨、防伪效果比现有的防伪技术更加显著。有的防伪技术更加显著。有的防伪技术更加显著。


技术研发人员：李广
受保护的技术使用者：北京优快优好科技有限责任公司
技术研发日：2020.11.06
技术公布日：2022/5/25