CN104094285A - 利用半色调内的取证标记的取证验证 - Google Patents

Abstract

取证验证***（1100）经由打印签名提取器（1110）从被包含在图像中的半色调内部提取打印签名。***（1100）利用比较器（1120）来将打印签名与存储在登记簿中的参考签名进行比较以确定在打印签名和参考签名之间的差异。***（1100）利用取证分析器（1130）来基于比较而在签名上执行取证分析以认证图像。

Description

利用半色调内的取证标记的取证验证

背景技术

在其中操控敏感或机密文档的环境中（诸如在金融机构中），通常合期望的是具有追踪谁打印了文档以及在何时和何地打印了该文档的能力。例如，可能合期望的是知晓是否从经授权的源（例如打印机、位置等等）打印了支票或其它金融文据，这与是相应文据的欺诈拷贝截然相反。在认证文档合法性的尝试中，已经将诸如条形编码之类的电子手段应用于文档。条形编码，例如，可以通过将诸如条形码图像之类的冗余信息嵌入到文档中来不可接受地更改文档的外观。

附图说明

图1图示了用于利用半色调内的取证标记来执行所打印文档的取证验证的示例***。

图2图示了用于从半色调图像生成参考签名的取证验证编码***的示例。

图3图示了表示采用半色调内的取证标记的半色调编码的一示例组图像。

图4图示了半色调的带通滤波的示例。

图5图示了用于半色调的差异处理（difference processing）的示例。

图6图示了半色调的等间隔分段的示例。

图7图示了沿半色调单元边界而被分析的半色调的分段的示例。

图8图示了用于半色调的同心单元和移位的同心单元分析的示例。

图9图示了利用半色调内的取证标记的解码和取证验证***的示例。

图10图示了用于利用半色调内的取证标记来执行所打印文档的取证验证的示例方法。

图11图示了取证分析***的示例。

具体实施方式

图1图示了用于利用半色调内的取证标记以生成和验证打印签名来执行所打印文档的取证验证（forensic verification）的示例***。***100包括取证编码***110（也称为编码***），其利用半色调内的信息来编码取证信息。如所示，取证编码***110接收图形图像以用于编码取证信息和有效载荷。来自编码***110的输出包括安全硬拷贝和登记以及支持数据，其被取证恢复和验证***120用于执行所打印文档的取证验证和恢复先前已经被编码的有效载荷数据。如本文所使用的，取证分析和验证提供用以认证所打印文档的手段。这包括在统计上证明文档是否从经授权的源被打印或者是未经授权的拷贝的能力。

作为分析和验证的示例，可以从票据代理分发电子票据和凭证，所述票据代理具有为它们的相应客户生成票据的代理打印机。从代理打印机所打印的票据在兑现时被视为是经授权的和有效的。如果某人要打印附加的原件（电子拷贝）或利用扫描仪和后续的打印机拷贝票据，则这样的打印将会是未经授权的和欺诈性的。***100提供被置于所打印文档的部分内的隐蔽信息的编码和解码以使得能够实现认证。“隐蔽”意味着认证信息被编码为所打印图像的部分并且因此通过裸眼不可检测。如可以领会到的，本文所描述的认证过程可以被应用于任何类型的所打印文档，其中合期望的是验证给定文档对应于唯一的物理例示。该功能性还可以被用于包括但不限于以下情况的应用：其中合期望的是追踪到生成文档的装备、组织或人员的起源（例如，证明文档是否由特定打印机、由经授权的打印机生成，或者相反地，文档是否打印/拷贝自未经授权的打印源）。

***100还可以被用于例如认证两个或更多项（例如标签或奖章与其上附有标签/奖章的序列化文档）的关联性。由于灰度打印过程固有地是双色调的，因此通过产生连续色调的视觉错觉而尽管是黑色和白色像素的布置，半色调过程可以被用于连续色调的图形或图像。一种类型的半色调可以基于集群点技术，其中灰级（gray level）用黑色和白色的像素集群的阵列来渲染，其中集群具有变化的尺寸和形状。隐写色调（stegatone）是利用移位的点集群来将信息编码到所打印图像的一部分中的半色调示例。

如所示，编码***110可以将有效载荷嵌入到图形图像的半色调中。有效载荷表示要嵌入在半色调中的数据，其还可以稍后被用作取证验证过程的部分（例如，以在登记簿（registry）中定位参考打印签名）。编码过程包括半色调内点集群的移位以编码半色调内的有效载荷。半色调可以表示所打印文档的任何部分。例如，这可以包括图形特征，例如诸如圆形或方形或不规则成形的图像对象，诸如波浪撞击在海岸上。尽管包括持有隐写信息的半色调图案的隐写色调可以作为***100的编码和解码过程的部分而被应用，但是任何形式的半色调（例如具有或不具有有效载荷的添加）可以被用于本文所描述的内部半色调认证过程。在一个示例中，半色调从打印到打印中可以不改变，并且在其它示例中半色调在每个单个所打印页面中的每个版本可以是不同的。例如，可以生成仅随例如打印设备、（多个）文档作者、请求打印的用户、时间戳、安全许可（clearance）、网络状态或者这些和/或可能地其它因素的一些组合而变化的半色调。

编码***110在登记簿中创建和存储参考签名（以下关于图2加以描述），其充当对于所打印文档的可追踪指纹，其使得能够检测经授权的或未经授权的打印。参考签名可以从所打印文档内的所打印对象或组分的内部得到。例如，如果布景图像要具有经编码的有效载荷，则可以根据半色调的内部点集群来生成参考签名，如以下将关于图3所图示的那样。在一些示例中，仅半色调可以被用于本文所描述的编码和解码过程。在其它示例中，唯一的有效载荷可以针对相同的公共图形图像而被生成并且随后被用于索引登记簿中的打印签名（例如，在有效载荷和打印签名之间的一对一映射）。在又一种情况中，相同的有效载荷可以被多次应用于图形图像和用于索引登记簿中结果得到的打印签名（例如，在有效载荷和打印签名之间的一对多映射）。

为了认证所打印的文档，要分析的所捕获图像可以被取证恢复和验证***120处理。所捕获的图像（例如，所打印文档的快照图像）应当具有足够的分辨率以使得能够实现本文所描述的半色调内部分析技术。例如，高分辨率相机或扫描仪（例如能够以7200点每英寸（DPI）的分辨率获取图像）可以被用于捕获所打印的媒介并且生成要分析的图像。取证恢复和验证***120可以生成可以从所恢复的半色调（或者如果有效载荷被编码用于参考签名，则隐写色调）的内部区得到的打印签名。以下将关于图2-9来描述打印签名分析和检测。取证恢复和验证***120将所恢复的打印签名与存储在登记簿中的参考打印签名进行比较。

认证事件通过取证恢复和验证***120基于在来自登记簿的参考签名和从所捕获图像得到的打印签名之间的比较而发生。这可以包括统计分析（例如，将打印签名内部差异与统计阈值进行比较，其中阈值是授予认证的统计置信度的指定水平）。认证可以包括其它分析，诸如机器学习或人工神经网络分析，其中经训练的分类器鉴于来自登记簿的所检索的参考签名来分析相应的打印签名。注意到，本文所描述的取证分析和验证过程可以被应用于任何类型的所打印文档，诸如可以由打印机或诸如复印机、传真机和多功能打印设备之类的其它设备提供的。

图2-9论述了可以通过利用打印签名来实现的取证验证的一些示例。将按照作为示例半色调图像的这样的布景图像的特定示例来提供这样的描述，然而，可以采用图像的任何部分。同样地，示例包括作为半色调的特定类别的隐写色调的描述。如先前注意到的，半色调自身可以被本文所描述的半色调内部分析技术所采用。

出于简化解释的目的，在本示例中，***100的各种组件，诸如编码***110以及取证恢复和验证***120被图示和描述为执行不同的功能。然而，本领域普通技术人员将理解和领会到，所描述的组件的功能可以由不同组件执行，并且若干组件的功能性可以在单个组件上进行组合和执行。组件可以例如实现为计算机可执行指令（例如软件、固件）、硬件（例如CPU、专用集成电路），或实现为这二者的组合。在其它示例中，组件可以例如跨网络而分布在远程设备之中。可执行指令110可以被提供为具有存储在其上的计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质。

图2图示了用于从半色调图像生成参考签名的取证验证编码***200的示例。注意到，还将关于图2-8来共同地描述图2，图2-8描绘了用于编码的示例图像以及用于相应图像的示例中间处理阶段。关于图2，隐写色调生成器210接收有效载荷212和图形骡（mule）图像214并且生成隐写色调和隐写色调解码支持数据。骡图像214是其中数据被编码到相应半色调中的图像的部分。打印机220打印隐写色调并且生成被捕获设备230拍照或成像的安全硬拷贝。预处理器240处理来自捕获设备230的图像。预处理器240可以经由包括描绘在图4中的带通滤波器和描绘在图5中的差异方法在内的至少两种方法而进行操作。

细分区域处理器250利用描绘在图6-8中的可替换的细分方法以用于处理来自预处理器240的经预处理的图像。区域代码生成器254在所捕获图像的打印签名被保存在打印签名登记簿260中之前执行最终阶段处理。虚线270和280指示附加的处理分支，其可以取决于所采用的预处理和细分技术而变化。例如，线270可以包括直接将有效载荷212存储在打印签名登记簿260中以便于将来对打印签名的取证验证和索引。作为另一示例，线280论述了隐写色调在被区域代码生成器254进一步处理之前可以被传递到预处理器240和细分区域处理器250。

***200使得能够与数据有效载荷的隐蔽嵌入相组合地从半色调（例如隐写半色调）的内部提取取证签名。该组合的一个方面是有效载荷数据可以被用作索引以向/从打印签名登记簿260高效存储和检索取证签名。来自捕获设备230的所捕获硬拷贝可以被预处理以便优化取证辨别，并且半色调的内部区域可以以许多可替换方式来被细分。提供了用于编码器（图2）和解码器（图9）二者的***。

编码***200的功能是创建具有嵌入式有效载荷212的安全硬拷贝文档连同将其取证指纹填充在登记簿260中。隐写色调生成器210采用数据有效载荷212和由于其在被打印时是输运有效载荷的运载体而被称为“骡”的输入图像214。作为示例，可以被利用的一种类型的输入图像（其它也是可能的）包括任何类型的基于照片或基于图形的图像。在图3的310处示出图像示例。

在预处理之后，可以从骡图像214生成如图3的314处所示的参考半色调。参考半色调可以是标准集群点半色调，如314处所示。半色调单元可以被分类在参考图中，诸如0-比特、1-比特、2-比特或3-比特数据载体。这些单元的示例被描绘在图3的320处。注意到，0-比特载体被称为参考单元，因为它们从原始单元未经改变并且可以被用于对准。例如，单元可能因为它们过大而不能被移位或过小而不能被检测所以是参考单元。如果单元的未经更改的形状对保持边缘细节而言是期望的或者如果需要它们来帮助对准，则还可以迫使单元作为参考单元。有效载荷212可以通过例如半色调集群的单个像素移位而被编码。图3的图像的数据承载容量为例如349比特，其比诸如AES、DES、FIPS等等之类的大多数加密标准要求多许多倍。349-比特有效载荷可以被编码为隐写半色调或“隐写色调”，如图3的324处所示。

连同产生相应图像，图2的隐写色调生成器210输出可以被用于解码隐写色调、可能地再生隐写色调和/或帮助从登记簿260索引打印签名的隐写色调解码支持数据。隐写色调解码支持数据可以包括骡图像214、参考半色调、参考图，连同用于解码的移位和选择规则。可以将隐写色调传递到打印机220以创建打印签名的安全硬拷贝。

为了对在该示例中的隐写色调或半色调的内部中定位取证“指纹”做准备，安全硬拷贝可以经由捕获设备230（例如数字相机或扫描仪）而被数字化。捕获硬件应当具有足够高的分辨率以渲染取证质量细节（例如7200 DPI），诸如图3的330处所示的。可以通过测量所捕获的隐写色调或半色调的子区域内的方差来提取唯一的标识打印签名。为了具有最差异化的代码，所捕获的图像应当被预处理以放大在显微镜尺度下所唯一的事物。图2的预处理器240可以执行该任务。它首先应当通过利用隐写色调解码支持数据来对准所捕获的隐写色调（或半色调）。

在图4中示出一种类型的预处理，其中所捕获的隐写色调410可以在420处经由带通滤波器430而被带通滤波。低频率可以被移除，由于这些频率对所有打印是公共的并且在签名中提供不想要的信号，并且最高频率可以被移除以降低成像噪声。

在图5处图示第二预处理示例。在该示例中，数字隐写色调可以被利用并且在图2中用线270和280指示。打印机渲染过程的模型可以被用于对数字隐写色调进行滤波以产生如图5的510处所示的隐写色调模型。在520处可以将该图像从对准的所捕获硬拷贝中减去以产生530处所示的差异信号图像。

图2中的细分区域处理器250的任务可以被用于将预处理的图像分割成小区段。一个示例途径是将图像分段成等间隔块。图6图示了成80x80块的示例划分，但是其它划分图案是可能的。较大样本尺寸可以对应于具有较大辨别能力的代码，但是可能需要较多计算和存储。

另一细分途径可以是沿半色调单元边界来对图像进行分段。对于图3的示例图像310而言，存在23x23个半色调单元。在图7中示出该分段。在隐写色调的情况中，参考图标识载体单元。载体单元可以具有对称形状并且提供黑到白转变。样本数然后可以降低到仅测量图7中描绘为灰色的载体单元。注意到，这些单元可以对应于如图3的参考图320中所指示的载体。单元可以被进一步细分成如图8的810处所示的同心壳以提供各向异性的度量，其中向壳指派对应于它们的辨别值的权重。如果将数字隐写色调用作向导，则载体单元移位位置是已知的并且同心壳可以同样地移位，如图8的820处所示的对于其中移位向右的示例情况。其它移位位置（例如，向上、向下、对角地、向左）也是可能的。

当图像被细分有所选区域时，图2的区域代码生成器254计算每个区域中的归一化方差。生成该代码的手段包括计算每个区域的方差并且从它们计算充当单位值的均值方差。每个区域的方差然后可以通过除以均值单位值而被归一化。对该归一化的方差取整以产生小整数值（每个区域一个）的有序列表从而完成区域编码方案。可以将该代码存储在打印签名登记簿260中。数据有效载荷212可以从隐写色调中被提取并且可以被用于提供到该登记簿中的参考。这可以既改善后续代码比较的效率也改善鲁棒性，因为一对一比较可以比例如针对最接近匹配的一对多搜索更加鲁棒。

图9图示了用于分析来自半色调的内部的打印签名和参考签名的取证验证解码***900的示例。***900的功能是从隐写色调（或者如果未使用隐写色调则半色调）恢复有效载荷、使用所恢复的有效载荷来索引打印签名登记簿910并且验证所捕获的隐写色调的打印签名与存储在登记簿中的参考打印签名版本相一致。

在给定安全硬拷贝文档920的情况下，捕获设备924（类似于在图2的编码***的捕获阶段中所使用的）被用于创建文档的数字化版本。这可以被传递到隐写色调恢复***930，连同如由图2中描绘的编码***所生成的隐写色调解码支持数据一起。恢复有效载荷的一个方面是所捕获图像的对准。这意味着每个半色调单元的边界是已知的。由于数字隐写色调将尚未可用，因此参考半色调（图3的314）可以被用于对准所捕获的图像。然后可以定位单元移位并且恢复有效载荷。由于在打印-捕获过程中可能的非理想性，可能发生差错。出于该原因，可以使用纠错代码。解释有效载荷的过程的各方面可以类似于从诸如CD或一些类型的盘之类的其它物理媒介读取数字信息的过程，因为执行测量以确定所表示的比特的过程典型地不是无差错的，应当用纠错代码来保护数据。在隐写色调的情况中，数据可以通过所打印点集群的子元素（例如像素子集）中的微小移位来表示。划痕或折痕可以对移位不确定性做出解释。甚至在没有文档的物理降级的情况下，打印机或捕获设备中的非线性可以使对准失真，其在期间可以导致数据恢复中的差错。纠错编码可以以策略方式利用冗余以检测和纠正这样的差错。

取证签名的恢复可以以与图3的编码***中所使用的相对称的方式来操作。当数字隐写色调被需要用于预处理器或细分区域处理器950时，其可以经由隐写色调生成器960从所恢复的有效载荷中再生。可替换地，原始隐写色调可以从库（例如打印签名登记簿910）取出并且通过有效载荷的全部或部分来索引。当经由区域代码生成器970建立区域代码时，取证验证***980可以对着被存储在打印签名登记簿910中的参考版本来证实它。例如，通过将有效载荷的全部或部分用作到登记簿910中的索引可以高效定位参考签名。960、984和990处的虚线表示取决于在编码/解码过程中是采用隐写色调还是利用半色调的可替换示例路径。

鉴于以上描述的上述结构和功能特征，参照图10将更好领会示例方法。虽然出于简单解释的目的，方法被示出和描述为序列地执行，但是要理解和领会到，方法不受所图示的顺序限制，因为从本文所示出和描述的，方法的部分可以以不同顺序和/或同时发生。这样的方法可以由例如处理器和相关联的装备执行。

图10图示了用于利用半色调以生成和分析打印签名来执行所打印媒介的取证验证的示例方法1000。方法1000包括在1010处（例如经由图11的打印签名提取器1110）从被包含在所捕获图像中的半色调的内部恢复打印签名。在1020处，方法1000包括（例如经由图11的比较器1120）将打印签名与参考签名进行比较以确定在打印签名和参考签名之间的差异。在1030处，方法1000包括（例如经由图11的取证分析器1130）基于比较而在签名上执行取证分析以验证图像。方法1000的其它方面，尽管未示出，可以包括将有效载荷信息编码到半色调中以形成隐写色调。这可以包括在隐写色调上执行带通滤波或数字减法以便于进一步的图像分析。这还可以包括细分隐写色调以减轻计算和存储需求。

图11图示了取证分析***1100的示例。***1100包括使得能够实现所打印文档的取证分析和验证的计算机可执行指令1108。***1100包括打印签名提取器1110以从所打印媒介的图像的半色调内部提取打印签名。比较器1120将打印签名与存储在登记簿中的参考签名进行比较以确定在打印签名和参考签名之间的差异。取证分析器1130基于比较而在打印签名和参考签名上执行取证水平的统计图像分析以认证所打印媒介。

以上已经描述的是示例。当然不可能描述组件或方法的每一个可想到的组合，但是本领域普通技术人员将认识到，许多另外的组合和置换是可能的。因此，本公开旨在涵盖落入包括随附权利要求在内的本申请的范围内的所有这样的更改、修改和变型。如本文所使用的，术语“包括”意指包括但不限于，术语“包含”意指包含但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。另外，在本公开或权利要求陈述“一”、“一个”、“第一”或“另一”元件或其等价物的情况下，其应当被解释成包括一个或多于一个的这样的元件，这既不要求也不排除两个或更多这样的元件。

Claims (15)

1.一种包括计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令当被执行时使处理器：

从所打印媒介的图像的半色调内部提取打印签名，其中半色调被编码有有效载荷信息；

将打印签名与存储在登记簿中的参考签名进行比较以确定在打印签名和参考签名之间的差异；以及

基于比较而在打印签名和参考签名上执行取证水平的统计图像分析以认证所打印媒介。

2.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中有效载荷被用于索引打印签名。

3.根据权利要求2所述的计算机可读介质，其中半色调被编码有有效载荷信息以形成隐写色调。

4.根据权利要求2所述的计算机可读介质，其中半色调被生成有唯一有效载荷以形成在打印签名和有效载荷信息之间的一对一映射。

5.根据权利要求2所述的计算机可读介质，其中半色调被生成有公共有效载荷以形成在打印签名和有效载荷信息之间的多对一映射。

6.根据权利要求2所述的计算机可读介质，还包括预处理器，其经由带通滤波器来预处理半色调以减轻所捕获图像内的低和高频率。

7.根据权利要求6所述的计算机可读介质，其中预处理器采用差异分析器，其将图像从对准的所捕获硬拷贝中减去以产生差异信号图像。

8.根据权利要求2所述的计算机可读介质，还包括细分区域处理器，其经由等间隔网格来处理半色调以将半色调分段成较小处理部分从而减轻计算和存储需求。

9.根据权利要求8所述的计算机可读介质，其中细分区域处理器根据图像的同心区来处理半色调以减轻计算和存储需求。

10.根据权利要求8所述的计算机可读介质，还包括基于来自细分区域处理器的输出而产生打印签名的区域代码生成器。

11.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其中区域代码生成器为由细分区域处理器生成的每个处理部分确定归一化的方差。

12.一种方法，包括：

从所打印媒介的所捕获图像的半色调内部恢复打印签名，其中半色调被编码有有效载荷信息；

将打印签名与参考签名进行比较以确定在打印签名和参考签名之间的差异；以及

基于比较而在签名上执行取证分析以验证所打印媒介。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括在隐写色调上执行带通滤波或数字减法以便于进一步的图像分析。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括细分隐写色调以减轻计算和存储需求。

15.一种***，包括：

存储器，其用于存储计算机可执行指令；以及

处理单元，其用于访问存储器并且执行计算机可执行指令，所述计算机可执行指令包括：

　　预处理器，其从所打印媒介的所捕获图像生成经滤波的信号或差异信号；

　　细分区域处理器，其对经滤波的信号或差异信号进行分段，以便为所打印媒介的所捕获图像的另外的图像处理做准备；

　　区域代码生成器，其处理来自细分区域处理器的所分段的输出并且从被编码有有效载荷信息的半色调内部恢复打印签名；以及

　　取证验证***，其通过将所恢复的打印签名与存储在打印签名登记簿中的参考签名进行比较来认证所打印媒介。