Generation and analysis of graphical codes using textured patterns for printed document authentication

par Iuliia Tkachenko

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de William Puech et de Olivier Strauss.

Soutenue le 14-12-2015

à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier / LIRMM (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Génération et analyse des codes graphiques utilisant des motifs texturés pour l'authentification de documents imprimés


  • Résumé

    En raison du développement et de la disponibilité des appareils d'impression et de numérisation, le nombre de documents contrefaits augmente rapidement. En effet, les documents de valeur ainsi que les emballages de produits sont de plus en plus ciblés par des duplications non autorisées. Par conséquent, différents éléments de sécurité (hologrammes, encres, papiers) ont été proposés pour prévenir ces actions illégales. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les éléments de sécurité imprimés qui offrent un haut niveau de sécurité et qui possèdent une mise en œuvre et une intégration simple. Nous présentons comment générer de nouveaux éléments de sécurité qui visent à protéger les documents de valeur et les emballages contre des processus de duplication non autorisés. Ces éléments nous permettent en outre de stocker une grande quantité d'informations cachées.La caractéristique principale de ces éléments de sécurité est leur sensibilité au processus d'impression et de numérisation. Cette sensibilité est obtenue à l'aide de motifs texturés spécifiques. Ces motifs sont des images binaires qui possèdent une structure sensible aux processus d'impression, de numérisation et de copie. Nous définissons les critères spécifiques qui doivent être respectés lors du choix de ces motifs texturés. La quantité d'information encodée dans l'image augmente avec le nombre de motifs texturés utilisées.En complément, nous proposons dans ce mémoire d'améliorer la robustesse de la détection des modules, pour tous les codes graphiques, par l'utilisation d'une nouvelle mesure d'erreur quadratique moyenne pondérée. L'utilisation de cette nouvelle mesure nous a permis d'augmenter de façon significative le taux de reconnaissance des modules lorsqu'ils sont utilisés dans des codes à barres standard à haute densité. Enfin, nous étudions expérimentalement plusieurs phénomènes : le processus physique d'impression et de numérisation, la séparation du bruit du scanner de celui de l'imprimante et les changements de couleurs après processus d'impression et de numérisation. Nous concluons à partir de cette étude expérimentale, que le processus d'impression et de numérisation ne peut pas être modélisé comme un loi Gaussienne. Nous mettons en avant que ce processus n'est ni blanc ni ergodique au sens large.


  • Résumé

    Due to the development and availability of printing and scanning devices, the number of forged/counterfeited valuable documents and product packages is increasing. Therefore, different security elements (holograms, inks, papers) have been suggested to prevent these illegal actions. In this thesis, we focus on printed security elements that give access to a high security level with an easy implementation and integration. We present how to generate several novel security elements that aim to protect valuable documents and packaging against unauthorized copying process. Moreover, these security elements allow us to store a huge amount of hidden information.The main characteristic of these security elements is their sensitivity to the print-and-scan process. This sensitivity stems from the use of specific textured patterns. These patterns, which are binary images, have a structure that changes during the printing, scanning and copying processes. We define new specific criteria that ensures the chosen textured patterns to have the appropriate property. The amount of additional information encoded in the patterns increases with the number of patterns used.Additionally, we propose a new weighted mean squared error measure to improve the robustness of module detection for any high density barcodes. Thanks to this measure, the recognition rate of modules used in standard high density barcodes after print-and-scan process can be significantly increased. Finally, we experimentally study several effects: the physical print-and-scan process, separation of scanner noise from printer noise and changes of colors after print-and-scan process. We conclude, from these experimental results, that the print-and-scan process cannot be considered as being a Gaussian process. It has been also highlighted that this process is neither white nor ergodic in the wide sense.


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