一种新型物联网入口标识

【摘 要】印刷网点点阵编码是在现行国标《网屏编码防伪技术条件》的基础上提出的一种新型物联网入口标识编码。根据印刷网点的位置、方向、形状、分布通过相位调制算法进行编码和解码，将信息隐藏在印刷图文中，具有隐形、信息储存量大、防复制、低成本、高容错，智能手机识读、信息安全的特点。

【关键词】物联网入口标识 印刷网点点阵编码 隐形防 伪防复制

引言

物联网技术与应用发展迅速，物联网的入口标识技术是物联网发展的核心技术之一。一维条码技术最早始于20世纪40年代，是美国哈福大学经营学的研究者为解决商品结算问题而提出的，40年后，条码成为了IT行业的核心技术，产生了巨大的经济效益。1994年由日本Denso-Wave公司发明的QR码，进入90年代，由于宝石业等更大信息记录的需求，以美国Intermet公司为首创的各种二维条码成为国际流行的标准[1]。此后，在若干年里又有各种各样的二维码方案，目前已有200余种变种。智能手机的普及以及与常用软件“微信”等的结合，使二维码逐渐成为物联网入口标识的主流，但是其极易生成和复制的缺陷使之基本无防伪功能。射频识别（RFID）标签是另一种重要的物联网入口标识，但单个标签高昂的成本（大于0.25元）以及需要专用识读机具限制了其只能在高值商品中应用。随着物联网技术进步和大众对新技术的需求，急需具有成本低和防伪功能强的编码技术。本文介绍一种新型物联网入口标识技术——印刷网点点阵编码，并与二维条码技术进行了比较。

1 印刷网点点阵编码技术原理

印刷网点点阵编码是在现行国标《网屏编码防伪技术条件》的基础上提出的一种新型物联网入口标识编码[2]，以印刷网屏理论为基础、具有模式识别可能的几何学或物理学的分布，可在印刷介质上大量隐藏信息、记录信息的一种技术。通俗地说，就是在印刷环节，通过控制印刷网点按一定规则的分布排列，实现标识上携带产品的编码信息或其它信息的技术和方法。

众所周知，印刷物是通过印刷网点来描绘图文的，但在印刷物的表面，肉眼看不到单个微小网点，如果通过改变这些小网点的几何尺寸特征或物理学特征来记录信息，同时又不改变网点色彩灰度值，就做到了既不破坏印刷图文的质量，又可以隐形的记录信息。天津市阿波罗信息技术有限公司依据这一原理开发了一种采用隐形码表示的网屏编码，在此基础上改进形成印刷网点点阵编码物联网标识，通过改变印刷网点的位置、方向、形状以及将网点打散等诸多方式，就可以将信息隐藏在印刷图文中，有别于一维码和二维码需要独立的空间，单独印刷。

通常印刷在纸介质上的任意一种彩色图像，都是由C，M，Y，K四个版组成的，每一个版的图像又是由无数的印刷网点组成的，如图1所示，通过改变印刷网屏网点的形状、位置等，可以埋入大量的信息，由于印刷网点的灰度值没有被改变，因此，埋入大量信息后，印刷图像的质量不会受到影响。

2 印刷网点点阵编码的技术特点

2.1 储存信息容量大

印刷网点点阵编码在技术上同传统的代码比较，普通二维码的一个符号只能记录一个比特的信息，而印刷网点点阵编码一个符号可以记录多个比特信息，是专注于用最少的符号记录最多信息的编码技术。

隐形码具有隐蔽的特点，无需专用的空间，信息容量大，例如在一张A4纸上可以埋入150张纸以上的文档文件。

2.2 可隐形的编码图像，具有更强的防伪能力

印刷网点点阵编码隐形于印刷图文之中，提高了防伪功能。印刷网点点阵编码从结构上可成为信息埋入代码，只占据2%的印刷面积，可以把98%的面积用于表现标识图像。因此在标识图文质量没有明显下降的情况下，埋入比条码和二维码更多的信息，可以用于商品防伪与追溯。特别是在面积上受到限制的标识具有很重要的意义。基于这个特点，印刷网点点阵编码可以在印刷图文或包装生产线上在线赋码，不需要一维码和二维码所必须的独立空间和额外印刷赋码工艺，做到隐形和大幅度降低成本。

2.3 防复制

二维码通过扫描打印或直接复印即可复制，印刷网点点阵编码具有数字化防复制功能[3]。一方面，印刷网点点阵编码隐形不可见，造假者无从下手，另一方面，印刷网点点阵编码还具有可以实现数字化防伪的特点，扫描仪的精度远远比印刷机的精度高，因此，所有的印刷物都可能被扫描仪复制。通过扫描仪得到的一定是RGB颜色空间的电子图像，而印刷一定是CMYK颜色空间的印刷图像。如图2所示，利用RGB颜色空间具有不可变换到CMYK颜色空间的一部分颜色这一特征，可以构成数字化防伪。具体方法是：将印刷网点点阵编码用可以变换的油墨印刷，再通过加密算法将另一种不能变换的点阵，在位置关系上与前者点阵进行匹配，并用不可变换的油墨印刷，这样制作出的标识一旦被扫瞄，两种点阵会变成一种形式的点阵，就会被判别出为伪造的标识。实际上，即使通过普通的印刷方式，由于这两种点阵的外表颜色与形状上是一样的，位置关系又被加密，因此，不仅可以防止高精度扫描，还可防止人为介入抠像的非法复制行为。

2.4 新颖性

30年前，日本电装公司发明QR码想要实现在任何角度下都能识别，在原有二维码的基础上设置了三个小方块，在我国标中将二维码在左上、左下和右上的回字形小方块称为“位置探测图形”[2，4]，一方面起到能够判断代码方向的作用，同时还可在识别的最初能够判断是否为QR码。由于这三个方块很容易找到，所以起名为Quickly Response，即快速读取二维码。在30年前100dpi的扫描仪就是高精度的了，当时还预测不了会出现矩阵式光电耦合器件来读取二维码。因此，在使用激光素扫描，通过光电二级管接收反光信号来识别二维码的时代，设置这样的三个小方块是完全可以理解的。如今随着光电耦合器件以及模式识别技术突破性地发展，这三个小方块完全可以用一个称为特征点的很小的点阵来实现。

10年前在电码防伪标识上应用二维码进行商品防伪，在国际上创下了电码查询防伪的先例。二维码的电码查询防伪为什么在当时会起到防伪的效果？首先在每个商品上使用不同的代码，这在行业上称为一标一码；其次，因为二维码在当时还不普及，代码的规则造假者还不清楚，再加上代码的生成也不是任何人可以随意可得，加之当时的二维码是采用专用的识别器，因此有些高明的团队还对二维码进行了加密，造假者无法批量的复制二维码，这就更使二维码在一标一码的应用中起到防伪的效果。但是经过10年后，二维码已经家喻户晓，可以在网站上任意生成，加了密的二维码又不能用通用的APP进行识读，在这样的环境下，在造假者的手上，已经不用批量复制了，更简单的造假方法是进行二维码的批量生成。网上有很多无偿下载的，输入代码值就可以生成二维码，所以任何一个二维码都可以很容易地被不法者复制，因此再用二维码防伪已经不能收到应有的效果。

自20世纪80年代末，天津市阿波罗信息技术有限公司便致力于国际二维码技术的研究，如今成为掌握二维码最前沿技术的团体，发明了第三代条码技术——网屏编码。在此基础上，提出了印刷网点点阵编码，在设计上突破30年前QR码的做法，用一个称为特征点的很小的点阵就可完全替代这三个小方块，基准点阵也由两条变成了一条，信息点阵由一比特变成了多比特，其信息记录效率更高。其次，由于二维码是显性的，占用包装图案的空间，影响包装的美观，不能同隐形的网屏编码相媲美。网屏编码是一种隐形码的结构，本身只占2.8%的印刷面积，可以把97%以上的空间留给标识图像，因此使用网屏编码就可解决普通二维码影响商品包装美观的问题。

2.5 更强的容错能力

印刷网点点阵编码可以作为一种商品管理代码，即商品的ID，具有唯一性，可以做到100年世界所有商品的应用不会重复。而普通的二维码没有管理机构，任何人都可随意生成，因此达不到一标一码的防伪要求。

二维码在左上、左下和右上分别有一个回字形小方块，这三个小方块任何一个污染或丢失；或者二维码中左边竖立和上面横向黑白相间的定位图形部分丢失，或者二维码损失污染三分之一，将导致二维码不可识读。而印刷网点点阵编码即使损失50%，仍可识读。

2.6 低成本

印刷网点点阵编码降低了可变信息导入成本。二维码可变信息的印刷成本高，二维码的印刷油墨成本是每个代码6厘（UV油墨2400元/立升，二维码的平均印刷面积率50%计算），网屏编码虽然收取一些代码费，然而其印刷面积在2.8%以下，所以总的印刷成本是每一代码在5.2厘以下。尤其经过国家质检公益项目的支持后，可实现胶印、凹印、柔印、丝印或烫印各种印刷方式在线赋码，大幅度降低印刷网点点阵编码工业化生产的成本。

2.7 智能手机识读

现在已经是人手一机的智能化时代，利用智能手机下载一个印刷网点点阵编码的手机APP软件，即可实现大众防伪。跟所有二维码的特点一样，只需要手机一扫，便可以识读印刷网点点阵编码中储存的信息或追溯后台数据库中存入的包装商品的生产、介绍等图文和音频、视频信息，而不用反复揣度商品包装的光变效果、烫印效果等来依靠经验识别真伪。

2.8 信息安全

我国国家标准《快速响应矩阵码》是在1994年由日本Denso-Wave公司发明的QR码的基础上提出来的。25年前，印刷网点点阵编码的发明人顾泽苍先生曾参与日本另一个知名的二维码CP码的研发，这个代码与美国的Data Matrix码合为一个国际标准。随着时代的发展二维码已经成为网络的重要入口技术，被广泛地使用。道高一尺，魔高一丈，随着二维码应用的深入，特别是在支付系统上成为连接银行系统的入口手段，给不法分子利用二维码的缺陷进行违法犯罪开辟了方便之门。特别是使用类似QR码这样公开的代码，不法分子可以非常容易地在二维码上设定后台把个人信息盗入自己手中，进行违法犯罪活动，而这绝不是耸人听闻。随着时代的变迁，20多年前的代码技术已经不适于当今社会的需求。印刷网点点阵编码发明单位是中国公司，是在现行国家标准《网屏编码防伪技术条件》的基础上，进一步改进提出的，具有自主知识产权和信息可控，2004-2015年申请专利112件，有50件已获专利权（发明专利占82%）。其中，国际专利PCT4件，欧美专利申请3件，获得授权1件，日本专利申请13件，获得授权3件。从这个角度看，印刷网点点阵编码承载信息更安全。

结语

印刷网点点阵编码与现有广泛应用的二维码相比，具有储存信息容量大、隐形、防复制、更强的容错能力、低成本、智能手机识读、信息更安全以及新颖的特点，可以在印刷过程中在线工业化赋码，是一种高性价比的物联网安全入口标识。

参考文献

[1]杨瑛，崔运鹏.我国智慧农业关键技术与未来发展[J].2015，6：35-37.

[2]快速响应矩阵码[S].GB/T 18284-2000.

[3]顾泽苍.商品防伪与追溯的物联网入口核心技术——网屏编码[J].中国防伪报道，2014，10：56-58.

[4]名片二维码通用技术规范[S].GB/T 31022-2014.