Технология передачи данных при цветной графической печати

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология передачи данных при цветной графической печати

Архипов О.П.,

Архипов П.О.,

Зыкова З.П.,

Носова Н.Ю.

Введение

В документообороте, при организации архивов, их связи с БД и в других областях применения при передаче данных (от источника к адресату) существует необходимость представления (без потери идентичности с оригиналом) одних и тех же данных как в электронном виде, так и на бумажном носителе.

Современные компьютерные системы с развитой периферией и соответствующим ПО предоставляют возможность представления данных в двух указанных формах. Данные, представленные в электронном виде (Code), можно напечатать, пользуясь текстовым или графическим редактором. Далее при оцифровке отпечатка можно вернуть данным электронное представление (Decode).

Однако при этом и данные отпечатка, и Decode теряют взаимнооднозначную связь с Code, а потеря идентичности может привести к потере, подмене и фальсификации данных.

В связи с этим актуальной является задача разработки автоматизированных инструментов для обеспечения и подтверждения идентичности данных при представлении их на различных носителях.

Пусть у источника имеется некоторая совокупность данных в электронном виде, которую можно разделить на две части: электронный документ (ЭД) и реквизиты ЭД. В дальнейшем представление ЭД в виде байтовой последовательности будем обозначать CodeЭД.

Постановка задачи. Требуется передать CodeЭД адресату, используя цветную графическую печать, и при этом гарантировать ему подлинность переданных на бумажном носителе данных.

В настоящее время задача частично решается с помощью проведения неавтоматизированных процедур. Отпечаток ЭД подвергают дополнительной ручной обработке (проставление подписей, печатей, штампов и т.д.), чтобы придать ему свойства уникальности и идентифицируемости, в результате чего получаем печатный документ (ПД).

Адресат, получив такой ПД, убеждается в подлинности содержащихся в нем данных при визуальном сравнении подписей и печатей с эталонными образцами. Очевидно при этом, что ни декод, полученный при визуальном декодировании, ни декод, полученный при декодировании по технологии OCR (Optical Character Recognition), не идентичны CodeЭД (за исключением редких частных случаев). электронный носитель автоматизированный

Идентичности можно достичь, передавая CodeЭД в машиночитаемых зонах MRZ (Machine-Readable Zones), состоящих из широко применяемых в настоящее время черно-белых штриховых кодов BWBC (Black-White Bar Codes), декодируемых по технологии OMR (Optical Mark Recognition).

Однако даже если идентичность фактически имеет место, нет никаких формальных подтверждений этого события. К тому же, BWBC легко копируются и модифицируются, поэтому для подтверждения их подлинности нужна, как и в обычном случае, дополнительная ручная обработка отпечатков и визуальное подтверждение подлинности.

Мы предлагаем решать поставленную задачу в полном объеме с помощью автоматизированных процедур. Такую возможность предоставляет применение технологии цветных MRZ [1-7]. Поскольку специальные цветные изображения, соответствующие MRZ, обладают свойствами уникальности, некопируемости и идентифицируемости, то их внедрение в отпечаток позволяет превратить его в ПД, а также передать через MRZ данные и удостоверить их подлинность.

Технология цветных MRZ

Модель MRZ. MRZ составляется из машиночитаемых объектов MRO (Machine-Readable Objects), меток позиционирования и гаммы (Gamma). Рассматриваются два типа MRO: чёрно-белые и цветные CMRO (Color MRO). В качестве чёрно-белых MRO рассматриваются только BWBC, а CMRO таковы:

- ODS (офисные цифровые штампы - Office Digital Stamp), имеющие шаблоны генерации, эталоны идентификации и прототипы визуально содержательных изображений;

- CBC (цветные штриховые коды - Color Bar Code), имеющие шаблоны генерации и эталоны идентификации.

Шаблоны генерации требуются при создании CMRO, а эталоны идентификации при декодировании CMRO. Справочные данные должны храниться в БД. Они извлекаются оттуда по запросу ПО.

Шаблон генерации ODS представляет собой последовательность пар растровых точек (исходной и модифицированной). Эталон идентификации ODS - это последовательность пар RGB-пикселей, являющихся значениями цветовых характеристик, соответствующих исходной и модифицированной растровым точкам.

Шаблон генерации CBC представляет собой последовательность растровых точек, а эталон идентификации CBC - это последовательность RGB-пикселей, являющихся значениями их цветовых характеристик.

При создании CMRO ссылка на нужные шаблоны генерации формируется в зависимости от реквизитов источника и адресата. При декодировании CMRO ссылка на нужные эталоны идентификации определяется при декодировании BWBC. BWBC не нуждаются в эталонах идентификации, поэтому используются для автоматического входа в систему и поиска в БД справочных данных при идентификации CMRO. Именно применение CMRO придаёт MRZ свойства уникальности, некопируемости и автоматической идентифицируемости.

В дальнейшем объединение всех шаблонов генерации CMRO будем называть шаблоном генерации MRZ, а объединение эталонов идентификации CMRO - эталоном идентификации MRZ. Шаблоны генерации и эталоны идентификации MRZ определяются на предварительном этапе при тестировании цветопередачи (печать - сканирование).

Метки позиционирования представляют собой специальные черно-белые изображения, состоящие из черных и белых пикселей.

Гамма - это последовательность пикселей, равномерно распределенных в RGB-кубе. Изображение гаммы представляет собой прямоугольник из растровых точек, цвет каждой из которых определяется цветом одного из пикселей гаммы. Пример возможной структуры MRZ приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Пример возможной структуры MRZ

В приведенном примере назначение компонентов MRZ таково:

- BWBC используются для автоматического входа в систему при декодировании MRZ;

- ODS используются для придания содержательного смысла изображению MRZ, делают соответствующие фрагменты отпечатка MRZ уникальными и идентифицируемыми;

- CBC также делают соответствующие фрагменты отпечатка MRZ уникальными и идентифицируемыми, и, кроме того, являясь наиболее ёмкими MRO, применяются для кодирования большого количества данных;

- Gamma не используется для кодирования большого количества данных, но используется при исследовании подлинности отпечатка, поскольку позволяет оценить разброс цветовых характеристик растровых точек при текущей цветопередаче в компьютерной системе.

Генерация MRZ. Начальными данными при создании MRZ являются её описание, контейнер, код, изображения, являющиеся прототипами ODS, изображения гаммы, описание условий печати, а также шаблоны генерации, хранящиеся в БД и извлекаемые оттуда по ссылке.

Ссылка является компонентом общих ссылочных данных по БД на текущую MRZ.

В качестве контейнера MRZ применяется произвольный прямоугольник из белых растровых точек. Код MRZ представляет собой байтовую (битовую) последовательность, из которой выделяются три части: для кодирования BWBC, для кодирования CMRO и контрольный код.

Коды BWBC и CMRO различны, но могут иметь совпадающие фрагменты, а контрольный код является подмножеством кода CMRO.

Часть из белых растровых точек замещается черными, когда в контейнере размещаются черно-белые метки позиционирования. Метки позиционирования снабжаются уникальными порядковыми номерами, их местоположение фиксируется указанием значений координат внутри контейнера. Изображение меток и их местоположение известно из описания MRZ.

Между метками позиционирования размещаются контейнеры MRO (BWBC и CMRO), а также изображение Gamma. Контейнерам присваиваются уникальные порядковые номера как компонентам контейнера MRZ, и сопоставляется набор меток позиционирования всех MRO.

Контейнеры MRO - это квадраты или прямоугольники из белых растровых точек - контейнеров машиночитаемых элементов MRE (Machine-Readable Elements). Информационная емкость MRE зависит от параметров MRO, которому они принадлежат. Для организации надежной передачи данных информация в MRO дублируется. Так, при трехкратном дублировании информационная емкость MRO будет равна одной трети произведения информационной емкости MRE на количество MRE в MRO. В свою очередь, информационная емкость MRZ (длина кода MRZ) будет равна произведению информационной емкости MRO на количество MRO в MRZ.

При моделировании MRZ устанавливается порядок обхода MRO, а также порядок обхода MRE в MRO, что однозначно определяет порядок обхода MRE во всей MRZ.

В соответствии с установленным порядком коды BWBC и CMRO сначала разбиваются на фрагменты, длина которых соответствует информационной емкости СMRO (в байтах) и BWBC. Затем каждый полученный байтовый фрагмент разбивается на меньшие битовые фрагменты в соответствии с информационной емкостью MRE и вычисляется десятичное значение, соответствующее битовому фрагменту двоичного кода.

Кодирование контейнеров черно-белых MRE осуществляется путем замены белой растровой точки черной, если значение очередного бита кода BWBC равно единице.

Контейнеры ODS до кодирования заполняются изображениями, в которые преобразуются прототипы ODS при замене их палитры на палитру шаблона. Кодирование контейнера цветного MRE осуществляется путем замены белой растровой точки таким компонентом из шаблона генерации CBC или ODS, у которого порядковый номер соответствует вычисленному десятичному значению фрагмента кода CMRO.

После кодирования белый контейнер MRZ становится RGB-изображением из пикселей шаблона генерации MRZ и Gamma. Это изображение печатается на принтере при тех же самых условиях, при которых проводилось тестирование цветопередачи, приведшее к определению шаблонов генерации MRZ.

Идентификация MRZ. При идентификации сначала выполняется сканирование отпечатка MRZ, причем условия сканирования должны совпадать с теми, при которых проводилось тестирование цветопередачи, приведшее к определению эталона идентификации MRZ. Из-за неизбежных искажений при печати и сканировании полученное в прямоугольном скане изображение MRZ будет отличаться от своего прообраза как размерами и формой (вместо прямоугольника - многоугольник), так и цветом составляющих изображение пикселей.

В зависимости от размеров скана, идеальных размеров MRZ и местоположения меток позиционирования в скане определяется местоположение и размеры областей, содержащих метки позиционирования, затем местоположение самих меток MRO.

По местоположению меток позиционирования определяются координаты вершин четырехугольника - образа контейнера, связанного MRO, а затем рассчитываются с помощью интерполяции RGB-координаты образа каждого пикселя и цветовая характеристика каждой растровой точки.

Последовательно (в том порядке, который был использован при генерации MRZ) вычисляются значения цветовой характеристики растровых точек BWBC. Если для полученного пикселя черный пиксель оказывается более близким, чем белый, то декод данного MRE полагается равным единице, иначе - ноль. Из декода BWBC извлекаются ссылки на необходимые при идентификации CMRO справочные данные: эталоны идентификации, контрольный код, шаблоны прототипов ODS, эталонные значения цветовых характеристик пикселей гаммы, эталонное значение величины разброса цветовых характеристик при цветопередаче.

Вычисляются значения цветовой характеристики растровых точек CMRO. MRE классифицируются по цветовым характеристикам реперных точек, составляющих связанный эталон идентификации. Порядковый номер компонента в соответствующем эталоне идентификации является декодом MRE. Полный декод CMRO составляется из декодов последовательно рассматриваемых MRE.

Для текущих значений цветовой характеристики растровых точек гаммы вычисляется их отклонение от эталонных значений и определяется максимальное из вычисленных отклонений.

Заключение о подлинности MRZ делается по результатам сравнения декода проверяемой части, извлекаемой из декода CMRO, и контрольного кода, а также величин разброса цветовых характеристик. С помощью MRZ удостоверяется подлинность не только визуализируемых данных отпечатка, но и декода CMRO.

Достоверная передача данных при цветной печати

В соответствии с классическими определениями общая блок-схема систем, предназначенных для передачи данных из одной точки в другую, имеет вид в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - Общая блок-схема систем передачи данных

Применительно к предметной области (система передачи данных при цветной графической печати), рассматриваемой в рамках данной работы, выходом источника является CodeMRZ.

Входными данными кодера являются модель MRZ, справочные данные генерации MRZ (реквизиты источника, адресата, документа, автора документа и т.д.) и CodeMRZ.

Выходом кодера является ImageMRZ и различные справочные данные, внесенные в БД.

В канале рассматриваемой системы передачи данных ImageMRZ печатается на принтере источника, а полученный PrintMRZ соответствующим образом перемещается к сканеру адресата и сканируется на нем. В канале действуют шумовые помехи, которые возникают из-за случайного (вероятностного) характера результатов выполнения процедуры цветопередачи (печати и сканирования) в компьютерных системах.

ScanMRZ - это вход декодера, который сначала декодирует BWBC.

Из декода BWBC декодер извлекает ссылки, а из БД им извлекаются соответствующие справочные данные (в том числе, эталон идентификации MRZ и контрольный код). Это обеспечивает возможность декодирования CMRO, анализ цветопередачи на примере пикселей гаммы и проверку критерия подлинности.

Установление подлинности передачи данных в MRZ гарантирует совпадение кода и декода CMRO. Следовательно, для решения поставленной задачи достаточно включить CodeЭД в код CMRO, а затем извлечь DecodeЭД из декода CMRO. Общая схема решения задачи приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Общая блок-схема решения задачи

Заключение

Таким образом, предложены новые методы достоверной передачи данных при цветной графической печати, допускающие применение при реализации автоматизированных процедур и впервые гарантирующие не только идентичность представления данных в электронном и печатном виде, но и возможность её подтверждения.

Литература

1. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612639 "Комплекс офисного цифрового штампа (ODS)" [Текст] / О.П. Архипов, З.П. Зыкова, П.О. Архипов - Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11 октября 2005 г.

2. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005613093 "Комплекс цветного штрихового кода (CBC)" [Текст] / О.П. Архипов, З.П. Зыкова, П.О. Архипов - Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28 ноября 2005 г.

3. Архипов, О.П. Один метод генерации цветных машиночитаемых зон в отпечатках офисных принтеров [Текст] / О.П. Архипов, П.О. Архипов, З.П. Зыкова // Информационные технологии. - 2005. - №11. - С. 37-44.

4. Архипов, О.П. Использование цвета для повышения информационной емкости штрих-кода [Текст] / О.П. Архипов, П.О. Архипов, З.П. Зыкова, В.Н. Захаров // Наукоемкие технологии. - 2005. - № 6. - C. 76-82.

5. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007610085 "Автоматизированная система контроля доставки документов строгого учета на бумажном носителе (АС КДДБН)" [Текст] / О.П. Архипов, З.П. Зыкова, П.О. Архипов, Р.В. Зыков - Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 января 2007 г.

6. Архипов, О.П. Цветной штриховой код на лазерных принтерах [Текст] / О.П. Архипов, П.О. Архипов, З.П. Зыкова // Информационные технологии. - 2007. - № 2. - С. 11-15.

7. Архипов, О.П. Аппроксимация цветных изображений для получения машиночитаемых объектов [Текст] / О.П. Архипов, П.О. Архипов, В.Н. Захаров, З.П. Зыкова // Информационные технологии. - 2007. - № 7. - С. 53-57.

Размещено на Allbest.ru