專利名稱：一種隨機性藝術掛網的方法
技術領域：
本發明屬于制版防偽印刷技術領域，涉及安全底紋防偽設計技術，具體涉及一種隨機性藝術掛網的方法。
背景技術：
目前的防偽技術主要分為三類特殊材料防偽，特殊工藝印刷防偽和制版防偽。不同的防偽技術在一定范圍內、一定程度上，都起到了一定的防偽作用，然而產品的成本隨之大幅度增加卻是無疑的。作為制版防偽技術之一的安全底紋防偽技術是防偽印刷中最重要的技術之一，與其它防偽技術相比，它主要具有成本低、防偽效果好、信息量大以及線條和諧的組合易獲得美觀的藝術效果等幾個特點。
安全底紋的造型方法是安全防偽底紋設計的核心，不同的方法形成了豐富的防偽底紋效果。安全底紋的造型方法大致可以分為兩類一類是基于圖形的造型方法。主要是通過各類圖形之間的運算、排列、變形和填充等各種操作構造各種復雜多變的安全底紋圖形。如將周期性曲線作為單元填充到區域內形成團花效果；利用形狀混合技術在兩個圖形之間產生一系列路徑，以反映從一個圖形到另一個圖形的漸變過程，從而獲得良好的視覺效果；利用保形變換方法將圖形映射到一個形狀特殊的變形區域，形成特殊的濾波效果等等。
另一類是基于圖像的造型方法。簡單來說，就是用各種線條圖形來模擬圖像的效果。將一組矢量線條以圖像的灰度值為依據進行變形。比如圖像浮雕效果是通過線條的上下波動變化來表現圖像的凹凸感；圖像版畫效果是通過線條的粗細變化來表現圖像的灰度層次；而圖像折光則是根據圖像的層次來生成壓痕線等等。
藝術掛網是一種基于圖像的安全底紋造型方法，它模擬印刷中的掛網過程，以文字圖形為基礎設計“網點”形狀，再根據設計出來的具有文字形狀的“網點”的粗細來表現圖像的層次感。隨機性的藝術掛網是藝術掛網技術的改進，是一種新的安全底紋防偽技術。它允許用戶輸入不同的英文字符作為掛網元素，然后對這些字符進行一定排列，最后依據這些排列的字符的粗細變化來體現原始圖像的層次感。藝術掛網是一種獨特的防復制技術，兼具非常好的審美價值和防偽功能。但是該技術仍然存在一定的局限性字符的布局具有很大的規律性，其方向和大小是固定的；不能把復雜的漢字字符作為掛網元素，因為漢字的輪廓比較復雜，抽取的輪廓線可能為多連通區域。

發明內容
針對現有技術中存在的局限性，本發明的目的在于提出一種隨機性藝術掛網的方法，該方法可以使藝術掛網中字符的布局更具隨機性，并且可以將包括復雜的漢字在內的任何字符作為掛網元素，從而實現使設計出來的防偽線條圖案更加具有隨機性，防偽效果更好。
為了實現上述目標，本發明采用的技術方案是一種隨機性藝術掛網的方法，包括以下步驟(1)給定一幅需要進行隨機性藝術掛網的圖像；(2)輸入選定的字符作為掛網元素集合；(3)計算圖像的外接矩形所圍成的區域R，計算圖像的外接矩形所圍成的區域R，然后隨機在平面區域R的內部生成任意數量的離散點，對該區域R進行三角剖分；(4)計算每個三角形的內切圓的半徑r和圓心O，從掛網元素集合中隨機選取某一元素A排在該三角形內部，其中A的中心和圓心O重合；如果元素A外接矩形的長大于內切圓半徑r時，對A做等比例的幾何變換，使得元素A完全處在三角形的內部；最后將元素A做隨機角度的旋轉，遍歷所有的三角形后，便可得到一組隨機排列的掛網底紋對象；(5)對該掛網底紋對象中的每一個字符做骨架抽取，具體方法是采用數字圖像處理中的細化二值區域方法來抽取每一個字符的中心骨架輪廓線，從而獲得每一個字符的中心骨架輪廓曲線，然后構成新的掛網底紋對象；(6)將新得到的掛網底紋對象和圖像按中心對齊，指定字符線條粗細變化的范圍，然后執行圖像版畫的程序，便完成了隨機性藝術掛網的操作。
進一步，本方法步驟(2)中作為掛網元素的字符的數量為10個到100個。
步驟(2)中作為掛網元素的字符為英文字母、數字、漢字及其組合。因此，本發明的方法不依賴于字符的輪廓形狀，字符的類型更加隨意，可以為英文字母、數字或者鍵盤輸入的其他任何符號。
步驟(3)中，平面區域R的三角剖分可以采用德勞內(Delaunay)三角剖分方法、基于節點連元法的局部優先三角形網格自動生成方法、影射法或者基于柵格法和推進波前法通用網格生成方法。最好采用德勞內(Delaunay)三角剖分方法。
步驟(3)和(4)中，圖像外接矩形所圍成區域內的每個離散點都為德勞內(Delaunay)三角形的頂點，由德勞內(Delaunay)三角網的特性可知任何一個德勞內(Delaunay)三角形的外接圓內都不能包含任何其他離散點；又由于每個字符排列在三角網格的內部，從而保證隨機排列字符的不重疊性。
在步驟(5)中，采用了基于德勞內(Delaunay)三角化的字符輪廓細化方法，對掛網底紋對象中的每一個字符做骨架抽取。
由于步驟(3)劃分網格單元的不規則性，在版面上會出現面積較大的空白區域，為了更好地體現圖像的灰度值層次信息，在空白處增加短線條和離散點。
本發明的效果在于一方面由于本發明所述的藝術掛網方法的掛網對象的生成不是采用傳統的正交排列的陣列分布，而是將圖像所圍成的矩形區域進行隨機地三角剖分，每個三角形內的掛網元素是隨機選取的，而擺放角度也不盡相同，因此字符的布局更具隨機性，不僅方向可以任意，還可以根據劃分的區域進行大小尺寸的變化，進而掛網元素的變化不僅體現在線條粗細上，也表現在掛網元素所圍區域的面積差異上；另一方面由于本發明方法的實現不依賴于字符的外輪廓，因此字符的類型可以更加隨意，可以為英文字母、數字、鍵盤輸入的其他字符以及漢字字符。
本發明的另一效果在于本發明產生的藝術掛網對象是根據圖像的灰度信息做豐富的變換，并且掛網元素可以任意選取，掛網元素的方向和大小以及掛網元素的類型都不存在任何的限制，因此變換的效果使得圖案更加美觀，同時也大大增加了信息的復雜度，從而增強了仿復印和仿照的難度。


圖1掛網元素“方”字示意2對“方”字做骨架抽取示意3掛網元素“方”字的正常排列示意4掛網元素“方”字的隨機排列示意5掛網元素“S”字符的正常排列的局部放大顯示6掛網元素“方”字的隨機排列的局部放大顯示7要進行隨機性藝術掛網的圖像示意8非隨機性藝術掛網示意9圖7結合圖4實現的低精度下的隨機藝術掛網示意10圖7結合圖4實現的高精度下的隨機藝術掛網示意11非隨機性藝術掛網的局部放大顯示12用掛網元素“方”字實現的隨機性藝術掛網的局部放大顯示13編碼示意14本發明所述方法的流程圖具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的描述圖7是給定一幅需要進行藝術掛網的圖像，此處選擇蝴蝶圖像作為原始圖像。該例中的掛網元素是英文字母“S”，通過矩陣排列生成一組掛網底紋對象的結果如圖3所示，圖5是圖3所示掛網底紋對象的局部放大顯示。將正交密排后的掛網底紋對象和圖像對齊，指定字符線條粗細變化的范圍，然后執行圖像版畫的程序，關于圖像版畫的具體實現方法參見文獻“利用三維矢量線條實現版畫設計”(亓文法等，計算機輔助設計與圖形學學報，2004)。執行完圖像版畫功能后就可以得到非隨機性藝術掛網的效果，如圖8所示，圖11是非隨機藝術掛網圖8效果的局部放大顯示。
從圖11所示的效果可以看出，非隨機藝術掛網的排列方式比較規整，掛網元素的大小和方向均不能發生變化，同時掛網元素主要集中在英文字母和數字。
如圖14所示，一種隨機性藝術掛網的方法，包括以下步驟首先給定一幅需要進行隨機性藝術掛網的圖像，本例中仍然以蝴蝶圖像作為原始圖像，如圖7所示。選擇圖1所示的漢字字符“方”作為掛網元素。以“方”字為基本單元生成一組隨機排列的掛網底紋對象，其中掛網底紋對象可以由任意類型的字符排列得到，這些字符的大小、方向均可以任意變化，具體方法是(1)計算圖像的外接矩形所圍成的區域R，然后隨機將平面區域R的內部生成任意數量的離散點，由這些離散點構建德勞內(Delaunay)三角網，使每個離散點成為德勞內(Delaunay)三角形的頂點。由德勞內(Delaunay)三角網的特性可知任何一個德勞內(Delaunay)三角形的外接圓內都不能包含任何其他離散點，這個特性保證了隨機排列字符的不重疊性(2)計算德勞內(Delaunay)三角剖分后每個三角形的內切圓的半徑r和圓心O，從掛網元素集合中隨機選取元素A排在該三角形內部，其中A的中心和圓心O重合；如果元素A外接矩形的長大于內切圓半徑r時，對A做等比例的幾何變換，使得元素A完全處在三角形的內部；(3)在排列字符的同時，還可以旋轉字符到一個任意的角度，這樣就保證了排列字符的方向和大小的隨機性；(4)遍歷所有的三角形后，便可得到一組隨機排列的掛網底紋對象。
接著對上面得到的一組掛網底紋對象中的每個漢字“方”做骨架抽取，得到每個“方”字的中心骨架輪廓曲線，從而得到一組新的掛網底紋對象。具體的操作步驟為(1)在將上述得到的一組掛網對象轉化一幅位圖方.bmp；(2)然后對生成的位圖方.bmp做預處理，進行二值化操作；(3)其次采用數字圖像處理中的一種細化二值區域的算法—區域骨架來抽取漢字“方”的中心骨架輪廓線；(4)依據數字圖像處理中的方向關系編碼的思想，跟蹤中心骨架輪廓線，將跟蹤得到的線段按照方向來進行編碼，編碼規范如圖13所示；(5)解碼形成中心骨架輪廓線圖形，如圖2所示；(6)每一個字符的中心骨架輪廓線圖形組合生成掛網底紋對象；抽取骨架后得到的中心骨架輪廓曲線構成的掛網底紋對象，如圖4所示，圖6是對其局部的放大顯示。
將新的掛網底紋對象和圖像對齊，指定線條粗細變化的范圍，然后執行圖像版畫的程序。執行完圖像版畫功能后就可以得到隨機性藝術掛網的效果。圖9和圖10是線條粗細變化范圍不同的情況下得到的隨機藝術掛網的效果，圖12是隨機藝術掛網圖10的局部放大顯示。
圖14是本發明的整體流程示意圖。
上述步驟只是一個優選的實施方式。本領域技術人員不難得出其他的實施方法而不違背本發明的總體思想。
其中，圖像外接矩形所圍區域的三角剖分還可以采用其他方法，如影射法、基于柵格法和推進波前法通用網格生成方法。
其中，漢字的骨架抽取算法還可以采用其他的骨架抽取模型，如中軸變換法、影響區骨架法和基于最大圓盤的形態學骨架抽取算法。
權利要求
1.一種隨機性藝術掛網的方法，包括以下步驟(1)給定一幅需要進行隨機性藝術掛網的圖像；(2)輸入選定的字符作為掛網元素集合；(3)計算圖像的外接矩形所圍成的區域R，然后隨機在平面區域R的內部生成任意數量的離散點，對該區域R進行三角剖分；(4)計算每個三角形的內切圓的半徑r和圓心O，從掛網元素集合中隨機選取某一元素A排在該三角形內部，其中A的中心和圓心O重合；如果元素A外接矩形的長大于內切圓半徑r時，對A做等比例的幾何變換，使得元素A完全處在三角形的內部；最后將元素A做隨機角度的旋轉，遍歷所有的三角形后，便可得到一組隨機排列的掛網底紋對象；(5)對該掛網底紋對象中的每一個字符做骨架抽取，具體方法是采用數字圖像處理中的細化二值區域方法來抽取每一個字符的中心骨架輪廓線，從而獲得每一個字符的中心骨架輪廓曲線，然后構成新的掛網底紋對象；(6)將新得到的掛網底紋對象和圖像按中心對齊，指定字符線條粗細變化的范圍，然后執行圖像版畫的程序，便完成了隨機性藝術掛網的操作。
2.如權利要求1所述的一種隨機性藝術掛網的方法，其特征是步驟(2)中作為掛網元素的字符的數量為10個到100個。
3.如權利要求1或者2所述的一種隨機性藝術掛網的方法，其特征是步驟(2)中作為掛網元素的字符為英文字母、數字、漢字及其組合。
4.如權利要求1所述的一種隨機性藝術掛網的方法，其特征是在步驟(3)中，平面區域R的三角剖分采用德勞內(Delaunay)三角剖分方法、基于節點連元法的局部優先三角形網格自動生成方法、影射法或者基于柵格法和推進波前法通用網格生成方法。
5.如權利要求1或者4所述的一種隨機性藝術掛網的方法，其特征是在步驟(3)中，平面區域R的三角剖分采用德勞內(Delaunay)三角剖分方法。
6.如權利要求5所述的一種隨機性藝術掛網的方法，其特征是步驟(3)和(4)中，每個離散點都為德勞內(Delaunay)三角形的頂點，由德勞內(Delaunay)三角網的特性可知任何一個德勞內(Delaunay)三角形的外接圓內都不能包含任何其他離散點；又由于每個字符完全排列在三角網格的內部，從而保證隨機排列字符的不重疊性。
7.如權利要求6所述的一種隨機性藝術掛網的方法，其特征是在步驟(5)中，采用基于德勞內(Delaunay)三角化的字符輪廓細化方法，對掛網底紋對象中的每一個字符做骨架抽取。
8.如權利要求1、2或者4所述的一種隨機性藝術掛網的方法，其特征是由于步驟(3)劃分網格單元的不規則性，在版面上會出現面積較大的空白區域，為了更好地體現圖像的灰度值層次信息，在空白處增加短線條和離散點。
全文摘要
本發明涉及一種隨機性藝術掛網的方法，屬于制版防偽印刷技術領域。現有技術中藝術掛網存在許多局限性，如藝術掛網中的線條圖案隨機性不強，不能把復雜的漢字字符作為掛網元素。本發明所述的方法通過改進原有的版紋設計元素，使得設計出來的線條圖案更加具有隨機性，并可將任何字符作為掛網元素。采用本發明所述的方法，不僅提高了藝術掛網的隨機性，而且能夠使得圖案更加美觀，同時也大大增加了信息的復雜度，從而大大提高了防偽效果。
文檔編號B44F1/00GK1621241SQ20051000057
公開日2005年6月1日 申請日期2005年1月7日 優先權日2005年1月7日
發明者亓文法, 丁曉紅, 楊斌 申請人:北京北大方正電子有限公司, 北京大學