在2D離散傅立葉頻譜上開發具有抵抗print-and-photo破壞的資料隱藏技術並應用於照相行動裝置上

Developing a print-and-photo
resilient data hiding technique in 2D Discrete Fourier Transform domain applied
to camera-enabled mobile devices

指導教授︰劉震昌博士             研究生︰劉建彬            日期︰中華民國 九十七 年 八 月

摘要

二維條碼，如QR code已被廣泛使用，但是二維條碼呈現出來的樣式，仍是一個不規則且視覺上無意義的圖案。

本篇論文提出一個利用資訊隱藏 (steganography)的技術，將資訊藏入一般的自然灰階影像中，設計出帶有視覺資訊的二維影像碼 (2D image code)。二維影像碼將會被印刷或顯示，再經由具照像功能的行動裝置拍照，並擷取影像中所隱藏的資訊。此過程稱為print-and-photo攻擊。我們將運用Selective
Embedding in Low Frequencies (SELF) [12]此資訊隱藏演算法，將資訊藏入影像中，並達到抵抗print-and-scan攻擊的目的。為了要偵測出二維影像碼位於用具照像功能行動裝置拍照的影像中的何處，我們在藏有資訊的影像周圍，加上定位偵測的圖樣。定義好二維影像碼的產生流程之後，我們將會利用實驗來驗證二維影像碼偵測演算法及SELF解碼的準確性，最後將二維影像碼的解碼演算法實作到具有照相功能的行動裝置上。

在二維影像碼解碼實驗過後，發現我們的實驗中2D image code的強健性並未達到論文 [12]所提出的效果，所以我們運用我們實驗中發現的SELF的特性，並且結合另一種資訊隱藏演算法2D
pattern modulation [22]，此演算法是利用某些圖樣來代表0與1，然後藏進圖像的空間域裡面。藉由結合SELF演算法及2D pattern modulation兩種演算法我們發展出一種新的資訊隱藏演算法Hybrid
Algorithm of SELF and 2D pattern modulation，此新型的演算法具有高容量並且可以抵抗print-and-photo的破壞。

簡介

雖然在台灣二維條碼還未像一維條碼一樣的普及化，但是二維條碼在日本已經盛行一段時間。綜觀各種二維條碼(如圖一、一)，二維條碼的圖形樣式跟一維條碼的圖形樣式都是由黑、白格子點或是樣式所組成，但是二維條碼並不是像一維條碼是由黑、白條碼所構成，而是一維條碼的二維形式，跟一維條碼同樣都具有攜帶某些資訊的功能。如同一維條碼的樣式所代表的數字，二維條碼的編碼也是經過某種設計以達到攜帶資訊的目的。

圖一、一 各種二維條碼 [1]

一開始二維條碼的應用也是跟一維條碼一樣運用在商品物流管理上(如圖一、二，是一輛貨車正要出貨，駕駛司機只要拿著印有QR code的單子，只要掃描裝置掃描在出貨單上的QR code便可以知道此輛貨車的目的地、運送的商品及商品數量)，而二維條碼的優勢是可以在較小的面積下攜帶更多的資訊(如圖一、三)。但是隨著照像功能在行動裝置上(如照像手機或PDA)的普及化，使得二維條碼發展出新的應用方式，這是我們提出二維影像碼的動機之一。

圖一、二 商品物流示意圖 [1]

(QR
code可攜帶貨車出貨地點、商品及商品數量等資訊)

圖一、三 一維條碼與QR code在攜帶相同資訊下的面積比較圖 [1]

要正確擷取出二維條碼所攜帶的資訊，必要條件是拍下的影像解析度要足夠，使得每個二維條碼的黑、白格子點可以正確的辨認出來。拍下來的二維條碼的清晰程度與相機解析度、拍照距離、相機的近拍功能、拍照角度及拍照環境的光線等都有一定的關係。隨著照像功能於行動裝置上的普及化，所以也造成二維條碼迅速發展新的應用，如行動導覽(圖一、四)。

圖一、四 QR code應用在行動導覽上 [2]

根據上述的研究背景的介紹，我們知道二維條碼的使用，隨著個人可攜式行動裝置的進步，而會發展出更多樣化的應用。與一維條碼比較起來，二維條碼具有面積小並且可以儲存較多資訊等優點，但是我們覺得目前常用的二維條碼的缺憾是它所呈現的圖形樣式仍是一個不規則、且視覺上不帶有任何資訊的圖案。

所以我們試想先將資訊藏入具有視覺資訊的圖案裡面，但是卻還保有可讓行動裝置上的照相功能拍照，也保有可以儲存較多資訊的優點。所以本論文將利用資料隱藏法(steganography or
data hiding)的技術，將資訊藏入一般的自然灰階圖像裡，設計出帶有視覺資訊的二維影像碼(2D image code)。如圖一、五為二維影像碼的一個應用範例，首先會有一張包含國立暨南國際大學校徽的圖像，然後使用資料隱藏的技術將學校的網址藏進圖像裡面，產生一張與原始圖像相似的圖像，並且加上定位圖樣(這邊採用的是Frame [3])，產生一張二維影像碼的圖像。隨後將產生好的二維影像碼印刷在紙上或者是顯示在顯示器上，重點是不管經由何種方式顯示二維影像碼，經由可攜式行動裝置的拍照功能進行圖像擷取，將二維影像碼擷取進來並且透過二維影像碼的解碼步驟，便可以得到當初藏進二維影像碼的資訊。

圖一、五 二維影像碼應用範例

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