一种随机性艺术挂网的方法.pdf

本发明涉及一种随机性艺术挂网的方法，属于制版防伪印刷技术领域。现有技术中艺术挂网存在许多局限性，如艺术挂网中的线条图案随机性不强，不能把复杂的汉字字符作为挂网元素。本发明所述的方法通过改进原有的版纹设计元素，使得设计出来的线条图案更加具有随机性，并可将任何字符作为挂网元素。采用本发明所述的方法，不仅提高了艺术挂网的随机性，而且能够使得图案更加美观，同时也大大增加了信息的复杂度，从而大大提高了防伪效果。

1.  一种随机性艺术挂网的方法，包括以下步骤：
(1)给定一幅需要进行随机性艺术挂网的图像；
(2)输入选定的字符作为挂网元素集合；
(3)计算图像的外接矩形所围成的区域R，然后随机在平面区域R的内部生成任意数量的离散点，对该区域R进行三角剖分；
(4)计算每个三角形的内切圆的半径r和圆心O，从挂网元素集合中随机选取某一元素A排在该三角形内部，其中A的中心和圆心O重合；如果元素A外接矩形的长大于内切圆半径r时，对A做等比例的几何变换，使得元素A完全处在三角形的内部；最后将元素A做随机角度的旋转，遍历所有的三角形后，便可得到一组随机排列的挂网底纹对象；
(5)对该挂网底纹对象中的每一个字符做骨架抽取，具体方法是采用数字图像处理中的细化二值区域方法来抽取每一个字符的中心骨架轮廓线，从而获得每一个字符的中心骨架轮廓曲线，然后构成新的挂网底纹对象；
(6)将新得到的挂网底纹对象和图像按中心对齐，指定字符线条粗细变化的范围，然后执行图像版画的程序，便完成了随机性艺术挂网的操作。

2.  如权利要求1所述的一种随机性艺术挂网的方法，其特征是：步骤(2)中作为挂网元素的字符的数量为10个到100个。

3.  如权利要求1或者2所述的一种随机性艺术挂网的方法，其特征是：步骤(2)中作为挂网元素的字符为英文字母、数字、汉字及其组合。

4.  如权利要求1所述的一种随机性艺术挂网的方法，其特征是：在步骤(3)中，平面区域R的三角剖分采用德劳内(Delaunay)三角剖分方法、基于节点连元法的局部优先三角形网格自动生成方法、影射法或者基于栅格法和推进波前法通用网格生成方法。

5.  如权利要求1或者4所述的一种随机性艺术挂网的方法，其特征是：在步骤(3)中，平面区域R的三角剖分采用德劳内(Delaunay)三角剖分方法。

6.  如权利要求5所述的一种随机性艺术挂网的方法，其特征是：步骤(3)和(4)中，每个离散点都为德劳内(Delaunay)三角形的顶点，由德劳内(Delaunay)三角网的特性可知：任何一个德劳内(Delaunay)三角形的外接圆内都不能包含任何其他离散点；又由于每个字符完全排列在三角网格的内部，从而保证随机排列字符的不重叠性。

7.  如权利要求6所述的一种随机性艺术挂网的方法，其特征是：在步骤(5)中，采用基于德劳内(Delaunay)三角化的字符轮廓细化方法，对挂网底纹对象中的每一个字符做骨架抽取。

8.  如权利要求1、2或者4所述的一种随机性艺术挂网的方法，其特征是：由于步骤(3)划分网格单元的不规则性，在版面上会出现面积较大的空白区域，为了更好地体现图像的灰度值层次信息，在空白处增加短线条和离散点。

一种随机性艺术挂网的方法
技术领域
本发明属于制版防伪印刷技术领域，涉及安全底纹防伪设计技术，具体涉及一种随机性艺术挂网的方法。
背景技术
目前的防伪技术主要分为三类：特殊材料防伪，特殊工艺印刷防伪和制版防伪。不同的防伪技术在一定范围内、一定程度上，都起到了一定的防伪作用，然而产品的成本随之大幅度增加却是无疑的。作为制版防伪技术之一的安全底纹防伪技术是防伪印刷中最重要的技术之一，与其它防伪技术相比，它主要具有成本低、防伪效果好、信息量大以及线条和谐的组合易获得美观的艺术效果等几个特点。
安全底纹的造型方法是安全防伪底纹设计的核心，不同的方法形成了丰富的防伪底纹效果。安全底纹的造型方法大致可以分为两类：
一类是基于图形的造型方法。主要是通过各类图形之间的运算、排列、变形和填充等各种操作构造各种复杂多变的安全底纹图形。如将周期性曲线作为单元填充到区域内形成团花效果；利用形状混合技术在两个图形之间产生一系列路径，以反映从一个图形到另一个图形的渐变过程，从而获得良好的视觉效果；利用保形变换方法将图形映射到一个形状特殊的变形区域，形成特殊的滤波效果等等。
另一类是基于图像的造型方法。简单来说，就是用各种线条图形来模拟图像的效果。将一组矢量线条以图像的灰度值为依据进行变形。比如图像浮雕效果是通过线条的上下波动变化来表现图像的凹凸感；图像版画效果是通过线条的粗细变化来表现图像的灰度层次；而图像折光则是根据图像的层次来生成压痕线等等。
艺术挂网是一种基于图像的安全底纹造型方法，它模拟印刷中的挂网过程，以文字图形为基础设计“网点”形状，再根据设计出来的具有文字形状的“网点”的粗细来表现图像的层次感。随机性的艺术挂网是艺术挂网技术的改进，是一种新的安全底纹防伪技术。它允许用户输入不同的英文字符作为挂网元素，然后对这些字符进行一定排列，最后依据这些排列的字符的粗细变化来体现原始图像的层次感。艺术挂网是一种独特的防复制技术，兼具非常好的审美价值和防伪功能。但是该技术仍然存在一定的局限性：字符的布局具有很大的规律性，其方向和大小是固定的；不能把复杂的汉字字符作为挂网元素，因为汉字的轮廓比较复杂，抽取的轮廓线可能为多连通区域。
发明内容
针对现有技术中存在的局限性，本发明的目的在于提出一种随机性艺术挂网的方法，该方法可以使艺术挂网中字符的布局更具随机性，并且可以将包括复杂的汉字在内的任何字符作为挂网元素，从而实现使设计出来的防伪线条图案更加具有随机性，防伪效果更好。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案是：
一种随机性艺术挂网的方法，包括以下步骤：
(1)给定一幅需要进行随机性艺术挂网的图像；
(2)输入选定的字符作为挂网元素集合；
(3)计算图像的外接矩形所围成的区域R，计算图像的外接矩形所围成的区域R，然后随机在平面区域R的内部生成任意数量的离散点，对该区域R进行三角剖分；
(4)计算每个三角形的内切圆的半径r和圆心O，从挂网元素集合中随机选取某一元素A排在该三角形内部，其中A的中心和圆心O重合；如果元素A外接矩形的长大于内切圆半径r时，对A做等比例的几何变换，使得元素A完全处在三角形的内部；最后将元素A做随机角度地旋转，遍历所有的三角形后，便可得到一组随机排列的挂网底纹对象；
(5)对该挂网底纹对象中的每一个字符做骨架抽取，具体方法是采用数字图像处理中的细化二值区域方法来抽取每一个字符的中心骨架轮廓线，从而获得每一个字符的中心骨架轮廓曲线，然后构成新的挂网底纹对象；
(6)将新得到的挂网底纹对象和图像按中心对齐，指定字符线条粗细变化的范围，然后执行图像版画的程序，便完成了随机性艺术挂网的操作。
进一步，本方法步骤(2)中作为挂网元素的字符的数量为10个到100个。
步骤(2)中作为挂网元素的字符为英文字母、数字、汉字及其组合。因此，本发明的方法不依赖于字符的轮廓形状，字符的类型更加随意，可以为英文字母、数字或者键盘输入的其他任何符号。
步骤(3)中，平面区域R的三角剖分可以采用德劳内(Delaunay)三角剖分方法、基于节点连元法的局部优先三角形网格自动生成方法、影射法或者基于栅格法和推进波前法通用网格生成方法。最好采用德劳内(Delaunay)三角剖分方法。
步骤(3)和(4)中，图像外接矩形所围成区域内的每个离散点都为德劳内(Delaunay)三角形的顶点，由德劳内(Delaunay)三角网的特性可知：任何一个德劳内(Delaunay)三角形的外接圆内都不能包含任何其他离散点；又由于每个字符排列在三角网格的内部，从而保证随机排列字符的不重叠性。
在步骤(5)中，采用了基于德劳内(Delaunay)三角化的字符轮廓细化方法，对挂网底纹对象中的每一个字符做骨架抽取。
由于步骤(3)划分网格单元的不规则性，在版面上会出现面积较大的空白区域，为了更好地体现图像的灰度值层次信息，在空白处增加短线条和离散点。
本发明的效果在于：一方面由于本发明所述的艺术挂网方法的挂网对象的生成不是采用传统的正交排列的阵列分布，而是将图像所围成的矩形区域进行随机地三角剖分，每个三角形内的挂网元素是随机选取的，而摆放角度也不尽相同，因此字符的布局更具随机性，不仅方向可以任意，还可以根据划分的区域进行大小尺寸的变化，进而挂网元素的变化不仅体现在线条粗细上，也表现在挂网元素所围区域的面积差异上；另一方面由于本发明方法的实现不依赖于字符的外轮廓，因此字符的类型可以更加随意，可以为英文字母、数字、键盘输入的其他字符以及汉字字符。
本发明的另一效果在于：本发明产生的艺术挂网对象是根据图像的灰度信息做丰富的变换，并且挂网元素可以任意选取，挂网元素的方向和大小以及挂网元素的类型都不存在任何的限制，因此变换的效果使得图案更加美观，同时也大大增加了信息的复杂度，从而增强了仿复印和仿照的难度。
附图说明
图1挂网元素“方”字示意图
图2对“方”字做骨架抽取示意图
图3挂网元素“方”字的正常排列示意图
图4挂网元素“方”字的随机排列示意图
图5挂网元素“S”字符的正常排列的局部放大显示图
图6挂网元素“方”字的随机排列的局部放大显示图
图7要进行随机性艺术挂网的图像示意图
图8非随机性艺术挂网示意图
图9图7结合图4实现的低精度下的随机艺术挂网示意图
图10图7结合图4实现的高精度下的随机艺术挂网示意图
图11非随机性艺术挂网的局部放大显示图
图12用挂网元素“方”字实现的随机性艺术挂网的局部放大显示图
图13编码示意图
图14本发明所述方法的流程图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述：
图7是给定一幅需要进行艺术挂网的图像，此处选择蝴蝶图像作为原始图像。该例中的挂网元素是英文字母“S”，通过矩阵排列生成一组挂网底纹对象的结果如图3所示，图5是图3所示挂网底纹对象的局部放大显示。将正交密排后的挂网底纹对象和图像对齐，指定字符线条粗细变化的范围，然后执行图像版画的程序，关于图像版画的具体实现方法参见文献“利用三维矢量线条实现版画设计”(亓文法等，计算机辅助设计与图形学学报，2004)。执行完图像版画功能后就可以得到非随机性艺术挂网的效果，如图8所示，图11是非随机艺术挂网图8效果的局部放大显示。
从图11所示的效果可以看出，非随机艺术挂网的排列方式比较规整，挂网元素的大小和方向均不能发生变化，同时挂网元素主要集中在英文字母和数字。
如图14所示，一种随机性艺术挂网的方法，包括以下步骤：
首先给定一幅需要进行随机性艺术挂网的图像，本例中仍然以蝴蝶图像作为原始图像，如图7所示。选择图1所示的汉字字符“方”作为挂网元素。以“方”字为基本单元生成一组随机排列的挂网底纹对象，其中挂网底纹对象可以由任意类型的字符排列得到，这些字符的大小、方向均可以任意变化，具体方法是：
(1)计算图像的外接矩形所围成的区域R，然后随机将平面区域R的内部生成任意数量的离散点，由这些离散点构建德劳内(Delaunay)三角网，使每个离散点成为德劳内(Delaunay)三角形的顶点。由德劳内(Delaunay)三角网的特性可知：任何一个德劳内(Delaunay)三角形的外接圆内都不能包含任何其他离散点，这个特性保证了随机排列字符的不重叠性
(2)计算德劳内(Delaunay)三角剖分后每个三角形的内切圆的半径r和圆心O，从挂网元素集合中随机选取元素A排在该三角形内部，其中A的中心和圆心O重合；如果元素A外接矩形的长大于内切圆半径r时，对A做等比例的几何变换，使得元素A完全处在三角形的内部；
(3)在排列字符的同时，还可以旋转字符到一个任意的角度，这样就保证了排列字符的方向和大小的随机性；
(4)遍历所有的三角形后，便可得到一组随机排列的挂网底纹对象。
接着对上面得到的一组挂网底纹对象中的每个汉字“方”做骨架抽取，得到每个“方”字的中心骨架轮廓曲线，从而得到一组新的挂网底纹对象。具体的操作步骤为：
(1)在将上述得到的一组挂网对象转化一幅位图方.bmp；
(2)然后对生成的位图方.bmp做预处理，进行二值化操作；
(3)其次采用数字图像处理中的一种细化二值区域的算法—区域骨架来抽取汉字“方”的中心骨架轮廓线；
(4)依据数字图像处理中的方向关系编码的思想，跟踪中心骨架轮廓线，将跟踪得到的线段按照方向来进行编码，编码规范如图13所示；
(5)解码形成中心骨架轮廓线图形，如图2所示；
(6)每一个字符的中心骨架轮廓线图形组合生成挂网底纹对象；
抽取骨架后得到的中心骨架轮廓曲线构成的挂网底纹对象，如图4所示，图6是对其局部的放大显示。
将新的挂网底纹对象和图像对齐，指定线条粗细变化的范围，然后执行图像版画的程序。执行完图像版画功能后就可以得到随机性艺术挂网的效果。图9和图10是线条粗细变化范围不同的情况下得到的随机艺术挂网的效果，图12是随机艺术挂网图10的局部放大显示。
图14是本发明的整体流程示意图。
上述步骤只是一个优选的实施方式。本领域技术人员不难得出其他的实施方法而不违背本发明的总体思想。
其中，图像外接矩形所围区域的三角剖分还可以采用其他方法，如影射法、基于栅格法和推进波前法通用网格生成方法。
其中，汉字的骨架抽取算法还可以采用其他的骨架抽取模型，如中轴变换法、影响区骨架法和基于最大圆盘的形态学骨架抽取算法。