张开生　侯新刚

(1.西京学院控制工程学院,陕西西安,710123；2.陕西科技大学电信学院,陕西西安,710021)



纤维成纸过程中数字化加密方法探讨

张开生1,2侯新刚1

(1.西京学院控制工程学院,陕西西安,710123；2.陕西科技大学电信学院,陕西西安,710021)

在纤维成纸过程中,通过在网部上方控制旋转气流通断的方法可使纸浆纤维的排列呈现规律性交织,进而在纸张内部形成纤维规律性交织的图形,以实现数字化加密。在加密过程中,可将存储的信息转换成数字化点阵编码,形成可镶嵌于纸张纤维中的点阵图形。该方法容易变换图案,加密效果独特。

纤维成纸；数字化加密；数字化点阵编码

为了辨别纸张的真假、伪劣等问题,人们发明了各种防伪纸。目前,防伪纸的生产方法主要有2种:一是对纸张本身进行防伪处理;二是通过印刷的方式将防伪信息或图标等显示在纸张表面[1]。

通常,产品的价值与用途决定是否采用防伪技术及防伪的程度。如果对防伪的要求较高,一般采用多种防伪技术,以使仿造者望而生畏。有关数据表明,印刷、激光全息图标防伪在商品防伪方面的应用趋于减少,尤其在包装方面防伪的应用日趋下降,究其原因,印刷和油墨技术的发展已使采用此方式进行防伪越来越容易被不法分子仿冒利用[2-3]。

近年来,票据业务的发展日新月异,然而在票据业务迅速发展的同时,一些不法分子却通过复制、变造票据等手法制造伪票据,这不仅给国家造成了重大经济损失,而且,还影响了金融秩序的安全稳定。在伪造的票据中,普通票据成为了主要的伪造对象：因为此类票据防伪数码仅仅印刷在纸张表面,很容易被伪造,所以,此类数码防伪标签已不能适应当前票据的管理识别要求。为了克服上述现有技术的不足,探索一种内嵌式的纸张加密方法迫在眉睫,进而提出了在纤维成纸过程中基于旋转气流形成点阵图案的数字化加密方法。该方法拟在造纸过程中对纸张内部进行加密,加密信息镶嵌于纸张纤维中,以提高仿造的难度[4-5]。

1　纤维加密总体方案设计

为了在纸张内部嵌入数字化加密图案,设计了一

种在纤维成纸过程中基于旋转气流形成点阵图案的数字化加密方法,即在纸浆流动过程中,在网部上方利用点阵编码控制器控制点阵气流管的气流,以便在流动的纸浆中形成交织点阵,从而在纸张内部形成规律性交织的纤维图形。点阵编码控制器设置于造纸设备网部上方,包括输入模块、转换模块、存储模块、处理模块；输入模块与转换模块连接,用于输入点阵图形；转换模块与存储模块连接,将输入的点阵图形转换成行列点阵数据(如16×16的点阵数据)；处理模块与存储模块连接,可依据输入模块转换的图案数据,控制点阵控制器上相应点阵气流的通断,从而在纸张内部形成规律性交织的纤维图形[6]。

图1为在网部上方放置有编码控制器和隔网的造纸机工况图。图2为造纸机网部放大图,在网部上覆盖有一层隔网,点阵编码控制器放置在隔网上方,防止编码控制器工作时由于气流的作用使纸浆发生絮聚。

2　内嵌图案的嵌入方案

在纤维成纸过程中,采用微处理器控制气流点阵编码控制器来完成内嵌图案的植入。内嵌图案植入系统包括键盘输入模块、手写输入模块、存储模块、液晶显示模块及气流点阵编码控制器模块；键盘输入模块主要用于输入系统参数,触摸输入模块用于输入气流点阵图形,微处理器将输入的气流点阵图形转换成行列气流点阵数据(如16×16的点阵数据),微处理器与存储模块连接[7- 8],一方面可以保存相关数据,另一方面可依据输入模块转换的图案数据,控制气流点阵编码控制器上相应的点阵气流管中气流的通断。内嵌图案植入系统控制原理图如图3所示。

图1　造纸机工况图

图2　造纸机网部放大图

图3　内嵌图案植入系统控制原理图

2.1气流点阵编码控制器

一个气流点阵编码控制器的编码区域为正方形(如16×16点阵数据),多个气流点阵编码控制器等间隔地均匀分布成环形,在隔网上方的环形履带外部等间隔地均匀分布,履带运动方向与网部纸浆运动方向一致；依据输入模块转换的图案,气流点阵编码控制器控制气流点阵控制器上相应点阵气流的通断；纸浆流过气流点阵编码控制区域时,纸浆中的纤维受到气流点阵的作用聚集在与气流点阵编码控制器相对应的隔网下方,进而能够在纸张内部形成规律性交织的纤维图形。履带连接履带电机,网部连接网部电机,履带电机与网部电机速度相同,以保证成形后的点阵编码湿纸幅不会变形。网部编码控制器放大图如图4所示。

2.2点阵气流管

点阵气流管由不锈钢管点阵组成,每根钢管内壁缠绕细钢管。细钢管内有气流通过时,在其底部形成旋转气流,旋转气流作用于纸张纤维,形成点阵图案。图5为点阵气流管示意图。

2.3数字化加密方法示例

以编码“西京学院”为例(见图6)对本方法进一步说明。

气流点阵编码控制器的工作过程：在输入模块上输入“西京学院”,微处理器将汉字“西京学院”转换成对应的点阵编码存储在存储模块中,并根据上述数据控制气流点阵编码控制器上相应点阵气流的通断,从而在有气流的地方,纤维呈现规律交织,而在无气流的地方,纤维杂乱无章地排列。

微处理器工作过程：将“西京学院”转换成对应的编码,读取每个编码的二进制位,判断该字节是否为“1”,若为“1”,则对应的气流管气流被打开；若不为“1”,处理模块读取位数加1,控制相邻气流管；微处理器读完所有的字节后返回至第一个字节。

图4　网部编码控制器放大图

图5　点阵气流管示意图

图6　数字化加密方法示例图

纸浆流过点阵编码控制区域时,纸浆中的纤维受到气流点阵的作用聚集在与点阵编码控制器相对应的隔网下方,这样便可在纸张内部形成规律性交织的纤维图形。

3　结束语

目前,一些防伪纸能够有效抵制仿制品的滋生,但大部分防伪纸是通过后期的印刷实现防伪的目的,即防伪特征体现在纸张表面,因此,这类防伪纸很容易被仿冒。为了提高纸张功能信息数字化识别的可靠性与唯一性,需对纸张进行功能数字信息化识别,进而提出了纤维成纸过程中在网部上方控制旋转气流通断的方法,以使纸浆纤维规律性交织,进而在纸张内部形成纤维规律交织的图像,既实现了防伪的目的,又提高了伪造的难度,而且,这种数字化加密方法可以很容易地更换加密图案,加密效果独特。

[1]陶响娥. 浅谈防伪措施[J]. 印刷质量与标准化, 2010(4)： 13.

[2]夏希鼎. 浅谈人民币的防伪技术[J]. 中国防伪报道, 2012(5)： 28.

[3]王丽霞. 防伪纸及其生产方法简介[J]. 纸和造纸, 2013(4)： 1.

[4]孙茂印, 江和平. 钞票多光谱光电信号的分析[J]. 红外与激光工程, 2001(1)： 56.

[5]张书彬, 肖梦兰. 从假钞案看防伪技术及其发展趋势[J]. 中国包装工业, 2002(6)： 54.

[6]张攀峰, 张开生, 郭国法. 基于旋转气流形成点阵图案的纤维成纸过程的数字化加密方法： 中国, CN104294696A[P]. 2015- 01-21.

[7]吴禄慎, 吴益根. 基于ARM9的自适应背景差法智能远程视频监控系统[J]. 仪表技术与传感器, 2015(11)： 81.

[8]Zhang YuHua, Qian LongHua, Lv Qiang, et al. A Practical Dynamic Frequency Scaling Solution to DPM in Embedded Linux Systems[J]. Journal of Computers, 2009(8)： 787.

(责任编辑：关颖)

The Discussion on Digital Encryption Method for Papermaking

ZHANG Kai-sheng1,2,*HOU Xin-gang1

(1.SchoolofControlEngineering，XijingUniversity，Xi′an,ShaanxiProvince， 710123； 2.CollegeofElectricalandInformationEngineering，ShaanxiUniversityofScienceandTechnology，Xi′an，ShaanxiProvince， 710021)

(*E-mail： skdzks@sina.com)

During papermaking, digital encryption on the paper could be realized by controlling rotary air flow over the wire to regularize fiber arrangement and form interweaving patterns. The method was able to convert the stored information into digital dot-array code to form lattice patterns embedded in the fibers. Therefore, it was easy for this method to change interweaving patters and the encryption effect was unique.

papermaking； digital encryption； digital dot-array code

2015-10-21

国家大学生创新项目(201512715802)。

张开生,男,1963年生；博士,教授；主要研究方向：计算机控制理论及控制工程、制浆造纸过程控制。

E-mail:skdzks@sina.com

TQ342.742；TS75

A

1000- 6842(2016)03- 0042- 03