一种基于结构色的光学隐写方法、产品及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202310419653.2 | 申请日 | 2023-04-19 | 公开(公告)号 | CN116512698A | 公开(公告)日 | 2023-08-01 |
| 申请人 | 哈尔滨工程大学; | 发明人 | 王文鑫; 王祎; 吴玉泽; 黄雨蝶; 黄星淇; 杨金浩; 从蓉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于结构色的光学隐写方法、产品及其制备方法，涉及信息隐写技术领域，其中，基于结构色的光学隐写方法包括：基于 薄膜 干涉原理，在可见光范围内，层状纳米结构随着层间厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。本发明通过对层状纳米结构厚度的精准调控，实现结构色在明文与背景区域的 颜色 匹配，有效降低明文加密的难度，不仅能够用于敏感信息传递，也能够应用于日常商品防伪。同时本方法即便在纳米尺度下也很难被表征出来，不易引起攻击方注意。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于结构色的光学隐写方法，其特征在于，包括：基于薄膜干涉原理，在可见光范围内，层状纳米结构随着层间厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。 |
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| 说明书全文 | 一种基于结构色的光学隐写方法、产品及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及信息隐写技术领域，具体而言，涉及一种基于结构色的光学隐写方法、产品及其制备方法。 背景技术[0002] 信息技术发达时代，版权识别或用户识别等敏感信息通常会被加密后再进行发送。常规的加密方法需要负载复杂的算法，目前主流的信息隐写技术主要针对数字图像或图片的处理，现有的各种技术方案都具有自己的优缺点：元数据修改：图像文件除了保存像素信息之外，还需要存储一些额外的描述信息，所以文件格式规定了一些特定的字符用以标志特定的元数据起点位；该方法不损失图像质量，但出于信息保护的原因，会将文件格式中的一些特定字符去除，所以这种隐写方法很容易被攻击；比特操作：利用图像本身丰富的信息量，在进行少量修改的情况下，不影响整体视觉效果，这种基于丰富信息量的隐写方法不易被攻击，但会在一定程度上修改图像的视觉质量，同时，对于内容本身不够丰富的图像，例如大面积纯色背景，这种方法很容易被破解；频域水印：采用像素傅里叶变换的方式对频域数据加水印以进行信息隐写，该方法对图像视觉效果影响小，在面对各种图像改写攻击时的还原效果好，但是无法直接对频域的特定区域叠加水印，会对原始图片造成较大损害，而是需要将水印图片进行编码，让水印图像均匀地分布在各个频率，增加了隐写的难度。可见，现有的隐写方式都会引入某种特征，区别在于该特征的显著程度，这就需要使明文加密前后尽量达到难以区分的程度，以此实现信息的隐藏和传递。 发明内容[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种基于结构色的光学隐写方法，包括：基于薄膜干涉原理，在可见光范围内，层状纳米结构随着层间厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。 [0005] 进一步地，在可见光范围内，所述层状纳米结构的结构色反射峰的中心波长满足相长干涉公式： [0006] 2nd＝kλ， [0007] 其中，n表示介质层的有效折射率，d表示层状纳米结构的介质层厚度，k表示共振阶次(k＝1，2，3…)，λ表示共振波长。 [0008] 进一步地，所述不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色为不同颜色循环周期中相同或相近的结构色，所述相同或相近的结构色的色差小于8。 [0009] 进一步地，还包括解密，所述解密为在所述明文信息的隐写后，对结构参数进行调整，使得所述背景与所述明文的光谱反射峰均发生偏移，不同颜色循环周期中同色域内的光谱偏移后色差值变大，实现所述明文的解密。 [0010] 进一步地，所述结构参数包括层状纳米结构的层间折射率。 [0011] 本发明所述的基于结构色的光学隐写方法相对于现有技术的优势在于，本发明的通过层状纳米结构随着层间厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。由于现有的结构色制备工艺成熟，结合本发明中对层状纳米结构厚度的精准调控，实现结构色在明文与背景区域的颜色匹配，能够在保证隐写效果的基础上有效降低明文加密的难度，不仅能够用于敏感信息传递，也能够应用于日常商品防伪。同时本方法在明文加密过程中仅引入不同的层状纳米结构的层间厚度作为特征差异，即便在纳米尺度下也很难被表征出来，不易引起攻击方注意。 [0012] 一种基于结构色的光学隐写产品，基于如上所述的基于结构色的光学隐写方法，包括依次连接的金属A层，介质层和金属B层，入射光在所述金属A层和所述介质层交界处，以及所述介质层和所述金属B层的交界处发生反射，反射光间发生干涉，并出现发射峰。 [0014] 本发明所述的基于结构色的光学隐写产品利用不同材料交界处的反射光发生干涉，并出现发射峰，形成结构色，由于不同的反射峰位可以对应相同或相近的结构色，在实现光学隐写效果的同时结构简单易于制备。 [0015] 一种基于结构色的光学隐写产品的制备方法，基于如上所述的基于结构色的光学隐写产品，包括如下步骤： [0016] 步骤1：对高纯铝箔进行电化学氧化，使得所述高纯铝箔表面生长出一定厚度的多孔氧化铝薄膜， [0017] 步骤2：在所述多孔氧化铝薄膜表面贴附掩膜版，采用激光在所述掩膜版上雕刻出于明文对应的图案，使所述图案下方的多孔氧化铝薄膜裸露出来； [0018] 步骤3：对步骤2中的所述多孔氧化铝薄膜再次进行电化学氧化，使得裸露部分的所述多孔氧化铝薄膜继续生长到预设厚度，去除所有残余的掩膜版，在所述多孔氧化铝薄膜表面利用热蒸发技术蒸镀银层，完成光学隐写产品的制备。 [0019] 进一步地，还包括通过调控所述多孔氧化铝薄膜的结构参数来改变所述多孔氧化铝薄膜的折射率，实现所述明文的解密。 [0020] 进一步地，所述多孔氧化铝薄膜的结构参数包括所述多孔氧化铝薄膜的孔径、孔内折射率和孔间距。 [0021] 本发明所述的基于结构色的光学隐写产品的制备方法相对于现有技术的优势在于，本发明的通过多孔氧化铝薄膜厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同厚度的多孔氧化铝薄膜呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。由于现有的结构色制备工艺成熟，结合本发明中对多孔氧化铝薄膜厚度的精准调控，实现结构色在明文与背景区域的颜色匹配，能够在保证隐写效果的基础上有效降低明文加密的难度，不仅能够用于敏感信息传递，也能够应用于日常商品防伪。同时本方法在明文加密过程中仅引入不同的多孔氧化铝薄膜的层间厚度作为特征差异，即便在纳米尺度下也很难被表征出来，不易引起攻击方注意。附图说明 [0022] 图1为本发明实施例中的基于结构色的光学隐写产品的薄膜干涉原理示意图； [0023] 图2为本发明实施例中的基于结构色的光学隐写产品结构示意图； [0024] 图3为本发明实施例中的基于结构色的光学隐写产品俯视图。 [0025] [0026] 1‑明文区域；2‑背景区域；3‑入射光；4‑反射光；5‑界面一；6‑界面二。 具体实施方式[0027] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 [0028] 具体地，结合图1，本发明实施例提供一种基于结构色的光学隐写方法，包括：基于薄膜干涉原理，在可见光范围内，层状纳米结构随着层间厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。 [0029] 本发明实施例所述的基于结构色的光学隐写方法通过层状纳米结构随着层间厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。由于现有的结构色制备工艺成熟，结合本发明中对层状纳米结构厚度的精准调控，实现结构色在明文与背景区域的颜色匹配，能够在保证隐写效果的基础上有效降低明文加密的难度，不仅能够用于敏感信息传递，也能够应用于日常商品防伪。同时本方法在明文加密过程中仅引入不同的层状纳米结构的层间厚度作为特征差异，即便在纳米尺度下也很难被表征出来，不易引起攻击方注意。 [0030] 具体地，当可见光照射在层状纳米结构上时，层状纳米结构的上下表面发生反射，反射光4发生干涉，形成结构色。当层状纳米结构的层间厚度变化时，反射光4的干涉情况发生变化，进而使结构色呈现周期性循环变化。当需要呈现相同或相近的结构色时，可对应不同层间厚度的纳米结构，实现在光学视觉上明文信息的隐写。须知人眼所观察到的颜色取决于可见光光谱内所有反射峰的共同作用。所以多个反射峰呈现的结构色极有可能与单一反射峰呈现相近的颜色。因此，相近的结构色可以对应不同的反射峰位。 [0031] 还需要说明的是，结构色是光在亚波长结构上发生折射、漫反射、衍射或干涉，实现特定波长的增强或抑制，进而产生各种颜色。如甲虫体壁表面的金属光泽和闪光等是典型的结构色。由于结构色具有不褪色、环保和虹彩效应等优点，在显示、装饰、防伪等领域具有广阔的应用前景。对自然界中生物的结构色形成机理及其应用进行研究，可以促进仿生结构色加工和微纳米光学技术的发展。 [0032] 在一个具体的实施例中，在可见光范围内，所述层状纳米结构的结构色反射峰的中心波长满足相长干涉公式： [0033] 2nd＝kλ， [0034] 其中，n表示介质层的有效折射率，d表示层状纳米结构的介质层厚度，k表示共振阶次(k＝1，2，3…)，λ表示共振波长。 [0035] 具体地，在介质层的有效折射率n不变的前提下，层状纳米结构的介质层厚度d的变化影响共振波长λ，实现结构色的变化，对应关系清晰，且为易控变量。 [0036] 在一个具体的实施例中，所述不同层间厚度的纳米结构呈现相同或相近的结构色为不同颜色循环周期中相同或相近的结构色，所述相同或相近的结构色的色差小于8。由此，控制色差的数值范围，通过量值的控制提高光学隐写的隐秘性。 [0037] 需要说明的是色差通常是指颜色差异，是色彩学上的一个量化概念。颜色差异可以通过色彩空间内的欧氏距离简单计算得出，也可以使用国际照明委员会较为复杂、均匀的人类知觉公式计算。总之，是可以衡量不同颜色之间的色彩差异的数值。 [0038] 在一个具体的实施例中，还包括解密，所述解密为在所述明文信息的隐写后，对结构参数进行调整，使得所述背景与所述明文的光谱反射峰均发生偏移，不同颜色循环周期中同色域内的光谱偏移后色差值变大，实现所述明文的解密。 [0039] 具体地，本实施例中的结构参数影响入射光3的发射和干涉，最后影响发射峰，导致结构色发生变化，提高色差值到利于辨别的程度。此处的结构参数根据具体的结构进行选取，凡是有效影响发射峰的参数均可以纳入。 [0040] 在一个具体的实施例中，所述结构参数包括层状纳米结构的层间折射率。由此，有效增大色差，快速简单实现解密。 [0041] 本发明实施例提供一种基于结构色的光学隐写产品，包括依次连接的金属A层，介质层和金属B层，入射光3在所述金属A层和所述介质层交界处，以及所述介质层和所述金属B层的交界处发生反射，反射光4间发生干涉，并出现发射峰。 [0042] 本发明实施例所述的基于结构色的光学隐写产品利用不同材料交界处的反射光4发生干涉，如图1所示，界面一5为金属A层和介质层交界处，此处入射光发生反射，界面二6为介质层和金属B层的交界处，此处入射光发生二次反射，两个界面的反射光发生干涉并出现发射峰，形成结构色，由于不同的反射峰位可以对应相同或相近的结构色，在实现光学隐写效果的同时结构简单易于制备。 [0043] 在一个具体的实施例中，所述金属A为高纯铝箔，所述介质层为多孔氧化铝薄膜，所述金属B为银。由此，材料易得，隐写效果明显。 [0044] 具体地，从可见光短波段对应的紫色开始，将多孔氧化铝薄膜的厚度由230nm开始，以每10nm递增至530nm，光学隐写产品结构色呈现出周期性循环的特点，并且能够覆盖色带中的所有特定颜色色度。可以称每一轮由蓝区向红区过渡的颜色组为一个颜色循环周期，为光学隐写提供色彩的基础。 [0045] 本发明实施例还提供一种基于结构色的光学隐写产品的制备方法，包括如下步骤： [0046] 步骤1：对高纯铝箔进行电化学氧化，使得所述高纯铝箔表面生长出一定厚度的多孔氧化铝薄膜， [0047] 步骤2：在所述多孔氧化铝薄膜表面贴附掩膜版，采用激光在所述掩膜版上雕刻出于明文对应的图案，使所述图案下方的多孔氧化铝薄膜裸露出来； [0048] 步骤3：对步骤2中的所述多孔氧化铝薄膜再次进行电化学氧化，使得裸露部分的所述多孔氧化铝薄膜继续生长到预设厚度，去除所有残余的掩膜版，在所述多孔氧化铝薄膜表面利用热蒸发技术蒸镀银层，完成光学隐写产品的制备。 [0049] 结合图2和图3，本发明实施例所述的基于结构色的光学隐写产品的制备方法通过多孔氧化铝薄膜厚度的变化，所呈现的结构色将呈现周期性循环变化，当明文和背景分别以不同厚度的多孔氧化铝薄膜呈现相同或相近的结构色时，实现所述明文信息的隐写。由于现有的结构色制备工艺成熟，结合本发明中对多孔氧化铝薄膜厚度的精准调控，实现结构色在明文与背景区域的颜色匹配，能够在保证隐写效果的基础上有效降低明文加密的难度，不仅能够用于敏感信息传递，也能够应用于日常商品防伪。同时本方法在明文加密过程中仅引入不同的多孔氧化铝薄膜的层间厚度作为特征差异，即便在纳米尺度下也很难被表征出来，不易引起攻击方注意。 [0050] 具体地，将高纯铝箔置于相应电解液中作为阳极在特定条件和外加电流作用下进行电化学氧化，电解液可以为硫酸、铬酸或草酸，使得所述高纯铝箔表面生长出一定厚度的多孔氧化铝薄膜。此处的多孔氧化铝薄膜的厚度与所需的背景结构色相对应。再在多孔氧化铝薄膜表面贴附掩膜版，采用激光在所述掩膜版上雕刻出于明文对应的图案，使所述图案下方的多孔氧化铝薄膜裸露出来，进而再次进行电化学氧化，使得裸露部分的所述多孔氧化铝薄膜继续生长到预设厚度，此处的预设厚度与明文所需的结构色相对应，再去除所有残余的掩膜版，在多孔氧化铝薄膜表面利用热蒸发技术蒸镀银层，完成光学隐写产品的制备，实现明文的光学隐写。综上，利用现有成熟技术，电化学氧化，激光雕刻等技术实现光学隐写产品的快速制备，精度高，制备方法简单。 [0051] 在一个具体的实施例中，还包括通过调控所述多孔氧化铝薄膜的结构参数来改变所述多孔氧化铝薄膜的折射率，实现所述明文的解密。由此，通过折射率影响可见光的干涉，使得光谱反射峰发生偏移，进而增大明文结构色与背景结构色的色差，实现快速解密。 [0052] 在一个具体的实施例中，所述多孔氧化铝薄膜的结构参数包括所述多孔氧化铝薄膜的孔径、孔内折射率和孔间距。 [0053] 具体地，可以将加密产品浸润在磷酸溶液对产品进一步修饰来进一步增大多孔氧化铝薄膜的孔径，或者将加密产品浸泡在折射率溶液中改变多孔氧化铝薄膜孔内折射率，进而通过改变多孔氧化铝薄膜孔内折射率与孔径来打破背景结构与图案结构之间的颜色对应关系，实现对加密产品的解密。解密过程简单，干扰因素少。 [0054] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，该具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 |
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