автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Исследование методов и средств автоматизации процесса маркировки информации в производственном документообороте

На правах рукописи

Архипов Павел Олегович

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА МАРКИРОВКИ ИНФОРМАЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ДОКУМЕНТООБОРОТЕ

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел -2003

Работа выполнена в Орловском государственном техническом университете (ОрелГТУ)

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

- кандидат технических наук, профессор Савина Ольга Александровна;

- доктор физико-математических наук, профессор Казанцев Эдуард Федорович;

- кандидат технических наук Акимова Галина Павловна.

- Институт электронных управляющих машин, г. Москва.

Защита состоится* Декабря 2003 г. в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного Совета Д 212.182.01 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29. Факс: (0862)-41-98-18; (0862)-41-66-84.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета.

2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, * л/) А.И. Суздальцев

доктор технических наук ' '

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для обеспечения согласованной работы всех предприятий, участвующих в проектировании, производстве, реализации и эксплуатации сложной техники, необходима соответствующая информационная поддержка этапов жизненного цикла промышленных изделий на основе интеграции используемых автоматизированных систем. Надлежащий уровень взаимодействия промышленных автоматизированных систем может бьггь осуществлен в рамках единого информационного пространства, как отдельных предприятий, так и их объединений. Возросшая роль информационных технологий в управлении производственным процессом предъявляет новые требования к построению систем производственного документооборота и его информационного обеспечения. Автоматизированные системы управления внутрифирменным процессом документооборота должны быть способны обрабатывать огромные массивы информации, обладать гибкостью и стойкостью к изменениям внутренней и внешней среды, обеспечивать полноценный контроль, достоверность, защиту и резервирование информационного и программного обеспечения.

Современные системы производственного документооборота основываются на использовании электронно-цифрового макета изделия. В основе электронно-цифрового макета изделия лежит твердотельное параметрическое моделирование изделия, базирующееся на формировании дерева построений, отражающего этапы его проектирования.

Конечным продуктом деятельности конструкторского коллектива, работающего на языке электронного цифрового макета, является полный технологический комплект в виде системы упорядоченных множеств описания элементов создаваемого изделия:

- геометрии и свойств изготавливаемых объектов;

- спецификации стандартных и поставляемых извне изделий;

- спецификации механических связей и условий их обеспечения;

- спецификации материалов, полуфабрикатов, инструментов;

- ссылок на руководящие документы (стандарты, технические условия и

графических документов для производственных исполнителей операционных карт, директивных технологий и программ ЧПУ

Электронный цифровой макет является объектом защиты - внутренней сертификации, результат которой описывается протоколом внутренней сертификации проекта в электронном и текстовом виде. Система защиты регламентирует порядок доступа и использования электронного цифрового макета изделия и предотвращает несанкционированный доступ к нему.

Документооборот в производственном процессе строится на использовании электронных и печатных копий технологического комплекта документов.

Любые графические документы - чертежи, спецификации, схемы, операционные технологии - являются лишь временными формами представления

др.);

и др.

электронного цифрового макета, не обладают правами оригинала и выдаются в производство в виде распечаток к моменту изготовления каждого элемента. Такие временные, обезличенные, легко копируемые и беспрепятственно модифицируемые документы не являются первоисточниками информации по изделию, не обладают свойствами документов традиционного конструкторского документооборота, не архивируются и не хранятся как оригиналы или учтенные копии. Взаимное соответствие электронных и печатных документов и история их эволюции целиком зависят от воли исполнителей и их добросовестности.

Это потенциально несет в себе существенную опасность - при возникновении производственных коллизий, ошибочных или нештатных действий производственного персонала, аварийных ситуаций, выявление их источника и авторов ошибочного решения часто является затруднительным.

Очевидное решение этой проблемы - придание документам временных форм представления электронного цифрового макета свойств, аналогичных свойствам документов традиционного конструкторского документооборота. Такая модернизация свойств документов временных форм может быть осуществлена за счет их дополнительного информационного насыщения специальными цветными графическими изображениями (ГИ), т. е. за счет маркировки документа. Маркировка должна обладать такими свойствами, чтобы ее применение могло существенно затруднить несанкционированное редактирование или копирование документов с использованием обычного офисного оборудования (компьютер, принтер, сканер), и создать основу для осуществления контроля подлинности, обеспечения достоверности и идентификации документов.

Процесс маркировки заключается в дополнительном информационном насыщении электронного или печатного документа временной формы представления электронного цифрового макета изделия путем внедрения в них заранее подготовленного цветного ГИ, содержащего текущую идентифицирующую информацию. Автоматизированная идентификация производится путем чтения маркера с помощью специального программного обеспечения (из электронного документа или скана отпечатка) и сравнения его с образцом. По результатам сравнения принимается решение о подлинности документа.

В работах Городецкого В.И., Самойлова В.В., Головачева В.Ю. исследован подход, широко распространенный в компьютерной стеганографии для охраны интеллектуальной собственности, в котором используется для целей маркировки информационная избыточность, присущая цветным графическим изображениям и связанная с неспособностью человеческого зрения в известных пределах различать близкие цвета. В реализации этого подхода к маркировке электронных документов с помощью манипулирования младшими битами цифрового описания близких цветов, можно осуществить дополнительное информационное насыщение изображений. Такая маркировка не отличается высокой стойкостью к несанкционированному редактированию охраняемого документа. Преодоление этого недостатка позволило бы использовать маркировку документов, основанную на информационной избыточности в оперативном производственном документообороте.

В работах Богданова В.Н., Барсукова B.C., Иванова М.А. исследуются другие известные на сегодня методы маркировки документов (криптографические -электронная цифровая подпись, полиграфические методы: штрих - коды, микротекст и др.) решающие частные задачи и не позволяющие в требуемом объеме и на применяемом в оперативном производственном документообороте оборудовании создавать средства для контроля подлинности и обеспечения достоверности документов.

Таким образом, исследование и разработка нового метода маркировки документов в производственном документообороте, является актуальным.

Целью диссертационной работы является повышение достоверности информационного обеспечения производства за счет минимизации нештатного изменения или копирования электронных и печатных документов производственного документооборота.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие основные задачи:

- провести анализ существующих решений в области достоверности информационного обеспечения, использующих маркировку графических изображений (ГИ);

- предложить новый метод маркировки графических изображений (ММГИ), основанный на использовании избыточности ГИ;

- разработать математическую модель нового ММГИ для маркировки электронных документов;

- разработать математическую модель нового ММГИ для маркировки печатных документов;

- разработать алгоритмы и программные средства, обеспечивающие реализацию предлагаемых математических моделей;

- провести экспериментальные исследования ММГИ с целью проверки адекватности сформированных математических моделей и реализующих их программных средств.

Методы и средства исследования. При решении диссертационных задач использовались методы математического моделирования на базе алгебраических структур, методы постановки и решения задач математической статистики, функциональный -анализ, элементы теории цвета и численные методы растрирования и цветогенерации, методы представления и сжатия информации, программные системы, персональные компьютеры, струйные принтеры и сканеры.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Новый метод маркировки графических изображений, основанный на избыточности ГИ, заключающийся в представлении цветового пространства ГИ в виде совокупности цветонеразличимых зон, на основе которого программной модификацией по заданному алгоритму осуществляется дополнительное информационное насыщение компонентов цветных ГИ.

2 Математическая модель метода для маркировки ЛСВ-изображений с автоматической идентификацией маркера.

3 Математическая модель метода для маркировки отпечатков графических изображений с автоматической идентификацией маркера.

4 Алгоритмы, обеспечивающие реализацию данных моделей.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1 Предложен новый метод маркировки ГИ, основанный на избыточности ГИ, состоящий в определении для каждого компонента цветного ГИ двух новых дескрипторов (ивдекса цветонеразличаемой зоны и индекса компонента в цветонеразличаемой зоне), в модификации пикселя в пределах цветонеразличаемой зоны в соответствии с маркировочными данными и в последующей идентификации маркировочных данных по значению индекса модифицированного компонента и неизменному индексу цветонеразличаемой зоны.

2 В рамках предложенного метода:

- разработана математическая модель для электронных документов;

- разработана математическая модель для печатных документов;

3 Разработаны алгоритмы, обеспечивающие реализацию данных моделей.

Практическая ценность работы.

Практическую ценность работы составляют:

- технология маркировки на основе предложенного метода для электронных и печатных документов;

- программные средства автоматизации ММГИ, включаемые как компоненты в существующие системы документооборота.

Реализация результатов работы.

На основе теоретических и экспериментальных исследований спроектирован и реализован программный продукт "Система подготовки отпечатков с идентифицирующим фоном для принтеров с точечным выводом" (фоновая идентификация - ВЮг), внедренный в Орловском филиале института проблем информатики РАН. Разработанная технология маркировки документов участвовала в конкурсе Минобразования РФ "Контрольные измерительные материалы и технологическое обеспечение проведения испытаний в рамках эксперимента по единому государственному экзамену". В соответствии с решением Оргкомитета конкурса от 26 февраля 2001 г. предложенная технология маркировки рекомендована к применению при проведении единого экзамена. Результаты работы используются в учебном процессе ОрелГТУ для студентов специальностей 351400 «Прикладная информатика» и 071900 «Информационные системы в экономике».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на Международной научной конференции «Пользовательский интерфейс в современных компьютерных системах» (г. Орел, ОрелГТУ, 1999 г.), на секции «Проблемы построения, развития и защиты телекоммуникационных систем» Всероссийской научно-технической конференции по криптографии (г. Орел, ВИПС, 2001 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (ВК-27-91, г. Пенза, 2001 г.), на Международной научно-практической конференции «Система учета и финансового контроля на основе современных информационных технологий» (г. Орел, ОрелГТУ, 2001 г.), на 3-ей Всероссийской

научной конференции «Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационной системы специального назначения» (г. Орел, ФАПСИ, 2003 г.) и на семинарах кафедр ПТЭиВС и ИС ОрелГТУ в 1999 - 2003 гг.

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 16 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 111 наименований и 10 приложений. Основная часть работы изложена на 145 страницах машинописного текста, включая 69 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследований, указаны научная новизна и практическая ценность работы, представлены основные положения, выносимые на защиту, а так же сведения об апробации и реализации результатов работы.

В первой главе диссертации приведено описание типичных нарушений производственного документооборота и обоснована необходимость применения маркировки, сформулирован комплекс требований к маркировке, представлен общий анализ существующих методов и технологий маркировки, сделан вывод о том, что их применение не удовлетворяет потребности оперативного производственного документооборота, сформулирована общая постановка задачи маркировки электронных и печатных документов.

Маркировка документов необходима для предотвращения ряда нарушений:

- нахождение на рабочих местах документации, не соответствующей производственному заданию (по времени, комплектности, принадлежности конкретному изделию и т.п.);

- неумышленные ошибки или злонамеренные действия персонала при выводе или копировании временных форм электронных документов при формировании производственных заданий (искажения номенклатуры, применимости, количества и пр.);

- случайная или умышленная корректировка содержимого документов (искажение содержащейся в документе информации вручную или с применением технических средств, использование аппликации - замена фрагментов документа новыми фрагментами и последующее копирование и др.).

С технической точки зрения эти действия приводят к нарушению целостности содержимого электронных и печатных документов (документов на бумажном носителе). Отметим, что приведенные ранее свойства документов на бумажном носителе, маркированных обычной подписью, позволяют визуально или с помощью технических средств выявить названные нарушения. Аналогичные свойства документов электронного цифрового макета формируются путем маркировки их временных форм представления, которая позволяет выявлять перечисленные нарушения.

Одной из основных задач маркировки является задача придания идентификационных свойств временным формам представления электронного цифрового макета изделия путем внедрения в них графических изображений,

позволяющих идентифицировать принадлежность документа, целостность его содержимого и носителя, а также авторство создателя документа.

Поскольку документы можно рассматривать как последовательность отдельных страниц, которые, в свою очередь, состоят из последовательности черно-белых и цветных переменных данных - текстовых и изобразительных фрагментов, то достаточно рассмотрения методов маркировки лишь отдельных фрагментов документа. Следовательно, не ограничивая общности рассуждений, достаточно в дальнейшем при разработке метода маркировки в качестве контейнера для встраивания маркера рассматривать лишь один фрагмент -некоторое прямоугольное цветное графическое изображение переменного размера. Под контейнером будем понимать форму представления ГИ, в которую будет помещен маркер, под маркером - оцифрованную текстовую или графическую информацию, представленную в двоичном виде.

Рассмотрение методов маркировки на основе цветных графических изображений не является сколько-нибудь ограничительным, поскольку цветная офисная периферия достаточно широко распространена и включена в производственный документооборот.

В настоящей работе используются наиболее употребительные формы представления цветовых пространств цветных графических изображений:

- аддитивное RGB - составляющие цвета которого в сумме дают белый цвет - для дисплеев (D), сканеров (S);

- субтрактивное CMYK, (CMYKcm) - составляющие цвета которого в сумме дают черный цвет - для принтеров (Р).

Постановка задачи маркировки. Рассматривается некоторое растровое графическое изображение, заданное произвольным цифровым представлением I -матрицей с пикселями из цветового пространства /, сохраненном в файле {¡>/}. В качестве маркера рассматривается некоторая совокупность данных, заданная произвольным цифровым представлением I, хранящимся в файле jb,-j.

Определение. Функцию М будем называть функцией идентифицирующей маркировки изображения I маркером I: I=M(I,I), если модифицированное

изображение, т.е. соответствующая матрица I или файл j^-j допускают

идентификацию (визуальную или программно-аппаратную) маркера, т.е. какого-либо цифрового представления маркера или хранящего это представление файла.

Задача маркировки электронных документов. Пусть контейнер маркировки I задан произвольным цифровым представлением из цветового пространства RGB: 1=Е>={<1у}={(Кщ,Сц,В^)}. Пусть маркер I задан двоичной последовательностью, хранящейся в файле }. Используя избыточность данных, построить функцию М автоматической идентифицирующей маркировки изображения I маркером I такую, что

1=М(Ц)бЛ®, I=D={dij}={(Rij£ij,iij)}={Mij((Rij,Gij,Bij),D}; (1)

где С - образ изображения в цветовом пространстве дисплея.

Задача маркировки печатных документов. Пусть контейнер маркировки I задан произвольным цифровым представлением из цветового пространства принтера Р. 1=Р={ру}={г4}. Пусть маркер I задан двоичной последовательностью,

хранящейся в файле |. Используя избыточность данных, построить функцию М автоматической идентифицирующей маркировки изображения I маркером I такую, что

1=М(Ц)е5,1=§={^}={^(0(г'и))}={^(0(Му((ги),1)))}! (2)

где £ - образ изображения в цветовом пространстве сканера;

0(т'у) - отпечатки пикселей Ту.

Решение перечисленных задач осуществляется нами путем построения математических моделей, алгоритмов и программных средств, их реализующих.

Во второй главе диссертации предложен новый метод маркировки графического изображения, заключающийся в использовании избыточности графического изображения, обеспечивающий минимизацию нештатного изменения, редактирования или копирования электронных и печатных документов.

Основу нового метода составляет рассмотрение и использование цветонеразличаемых зон цветового пространства (зон толерантности), когда полное цветовое пространство представляется в виде объединения специальных непересекающихся подмножеств цветонеразличаемых пикселей. В каждой из зон толерантности выбирается одинаковое количество пикселей, которые упорядочиваются в соответствующие последовательности, и называются реперными пикселями. Таким образом, произвольный пиксель изображения рассматривается как компонент некоторой зоны толерантности и при маркировке заменяется одним из соответствующих реперных пикселей, что обеспечивает модификацию пикселя в пределах зоны толерантности, т.е. замену его некоторым цветонеразличимым пикселем. Порядковый номер выбираемого реперного пикселя зависит от текущего значения маркера.

Определение зон толерантности существенно зависит от формы представления изображения. При маркировке электронных изображений, заданных в 24-битовом /?СВ-формате, разбиение цветового пространства дисплея 7) (куба в трехмерном пространстве_с длиной „стороны, равной 255) на зоны толерантности проводится непосредственно и в явном виде.

При разбиении цветового пространства дисплея О на зоны толерантности применяется оценка величины цветоразличия е(Т1) произвольного подпространства Яс/), рассчитываемая по формуле:

е(я)= шах р{д!А"\ (3)

с!',<ГеК

где р(<Г,сГ) - расстояние между двумя пикселями (1' и с!".

Максимальное значение из величин цветоразличия зон толерантности

называется индексом толерантности е пространства ¿>:

ё(о)= шахфЛ (4)

Я, с Д

где Rj, Rj - зоны толерантности;

e(Rj) - величина цветоразличия в зоне толерантности Rj.

Задача разбиения цветового пространства D на зоны толерантности имеет решение и может быть выполнена при условии, что индекс толерантности

е пространства D не превосходит заданной величины.

При маркировке отпечатков изображений необходимо рассматривать цветовое пространство сканера. Разбиение этого цветового пространства на зоны толерантности проводится с помощью разбиения на зоны толерантности цветового пространства принтера.

При печати на CMYK (CMYKcm и т.д.) принтерах отпечаток изображения представляется как последовательность отпечатков растровых точек. Поскольку при корректной печати, которая обычно обеспечивается современными офисными принтерами, отпечатки растровых точек, отличающиеся друг от друга лишь различным порядком размещения своих внутренних компонентов - дотов, являются цветонеразличаемыми, то такие растровые точки можно считать цвегонеразличаемыми, а совокупность таких растровых точек составляет зону толерантности в цветовом пространстве принтера. При этом используется свойство человеческого зрения и аналогичные свойства денситометров и спектрофотометров оценивать интегральные цветовые характеристики растровых точек, что обеспечивает цветонеразличимосгь всех растровых точек с одинаковым набором цветных дотов, но разным порядком их размещения.

Аналогично, при корректном сканировании отпечатков цветонеразличаемых растровых точек получаются цветонеразличаемые сканы - пиксели цветового пространства сканера. При этом образы зон толерантности из цветового пространства принтера являются зонами толерантности в цветовом пространстве сканера. Априорная оценка цветоразличия в этом случае невозможна из-за вероятностной (случайной) природы процедур печати и сканирования.

Предложенный метод маркировки минимизирует нештатное редактирование или копирование документов, так как программа разбиения пространства на зоны толерантности, модификация пикселей внутри зон или конфигурация размещения дотов может бьггь доступна только уполномоченному персоналу. Копирование и редактирование маркированных документов возможны только их новой генерацией, т. е. только в штатном режиме. Нештатное копирование или редактирование документов приведет к искажению маркера и будет выявлено в процедуре идентификации, из-за различия цветовых пространств исполнительных устройств, неизвестных программ генерации, форматов представления, алфавита.

В третьей главе предложены математические модели, алгоритмы и программное обеспечение метода идентифицирующей маркировки .RGB-изображений и отпечатков цветных графических изображений с автоматической идентификацией маркера.

В случае Ж?/?-изображений и при маркировке изображения, и при идентификации маркера в маркированном изображении используется одна и та же его форма представления - 24-битовый BMP-формат, при котором и исходное, и маркированное изображение описывается некоторой последовательностью точек в ЖЖ-пространстве. Пусть исходному изображению соответствует

последовательность {(R'bGi3'i)}> i=l,2,...N, а маркированному - {(R"bG"i,B"i)}, i=l,2,...N.

Общая процедура маркировки, состоящая из разбиения Л6В-цвегового пространства на зоны толерантности и определения всех необходимых характеристик разбиения, маркирования графического изображения и идентификации маркера в маркированном изображении, формально может быть описана математической моделью, представленной в виде следующей последовательности задач:

1) определение зон толерантности />=UR; таких, чтобы индекс

I

толерантности е пространства D не превосходил некоторого заданного значения, и в каждой зоне толерантности нашлось пикселей не меньше, чем значение шага разбиения (К);

2) определение к - емкости (в битах) пикселя при маркировании, т.е. значения, удовлетворяющего соотношению: 2k<K<2k+1;

3) определения к - наибольшего порядкового номера реперной точки в зонах толерантности: k=2k-l;

4) определение последовательности к реперных точек в каждой зоне толерантности Wi=(d'i0, d'ji,..., d'^OcJ?;, причем d'^d'y- при jVj";

5) определение преобразования маркера в последовательность к-разрядных

двоичных чисел {(bi,k.ibiik.2...±i,o)}={ni}: п(= £ ^ .2J ;

}-о

6) определение для текущего исходного пикселя (R;,GbB;) и соответствующего фрагмента маркера nj маркированного пикселя (R"i,G"i,B j) такого, что (R"j,G"i,B"i) =d'ij, где i1 - индекс зоны толерантности (Ri,GisB j) е R(, а

j=ni; . . ,

7) определение для текущего маркированного пикселя (R"i,G";,Bi) его порядкового номера nj в связанной зоне толерантности (R ¡,G ¡,В и восстановление текущего фрагмента маркера (bi,k-ibiiic.2..._biio)=ni-

Алгоритмы реализации математической модели.

1. Производится разбиение цветового пространства RGB, при котором получаются равные параллелепипеды, длины сторон которых равны некоторым степеням двойки - 2\ г|={1,2,...}. А именно, в качестве зон толерантности RGB-пространства рассматриваются параллелепипеды со сторонами 2Г, 2е и 2Ь пикселей соответственно, причем каждое из этих натуральных чисел меньше 256:

2г-128-12ь-1/ \ R«k = U U (J\i'2r + i'J"28 +j',k-2b +k')' (5>

j'=0 k'=0

(fcri^, 0<j<28-8, 0£k<2w>.

Размеры зон толерантности одинаковы Ns=2r+8+b, следовательно, можно определить значение шага разбиения следующим образом: К= Ns=2r+g+b.

2. Значение k=r+g+b является решением задачи определения емкости пикселя при маркировании, причем общее количество зон толерантности в этом случае равно

3. Значение k=2r*rhb-l является решением задачи определения наибольшего порядкового номера реперной точки в зонах толерантности;

4. Для определения последовательности к реперных точек полагаем: внутри зоны толерантности R^ значение 5 порядкового номера реперной точки (¡•2r+i',j-2g+j,,k-2b+k') равно

^i'^+j'^+k', 0<S<Ns. (6)

Алгоритмы решения последующих задач 5-7 сводятся к преобразованиям маркера в двоичном виде и определению порядкового номера маркированного пикселя.

В соответствии с приведенными алгоритмами в Delphi создана программа с удобным пользовательским интерфейсом для реализации процедуры маркировки Я(Зв-изображений на ПЭВМ в среде Windows (98 и выше) - "Программная система маркировки 24-битовых BMP-файлов" (Marklmagel), осуществляющая маркировку и идентификацию в следующем порядке:

Рассмотрим маркировку отпечатков с автоматической идентификацией маркера.

Пусть для произвольной растровой точки имеется N5 (К5=2'1) реперных точек

- реперных скатов отпечатков растровых точек: у={уьУ2.- - ,У }, У; ^ св.

о

Введем в рассмотрение соответствующие реперные растровые точки: х={хьх2,...,хКз }=Г1(У)={Г1(У1), к8 (7)

илиу={уьу2,...,уЫй }=Г(х)={£(х1)Дх2),...Дх1ч15)}. (8)

Размещения }, соответствующие реперным растровым

б

точкам 1={х1,х2,...,х^8 }, х(=ср(и,^), леи, г^еТ, будем называть реперными размещениями.

Общая процедура маркировки, состоящая из построения зон толерантности, определения реперных точек и определения всех необходимых характеристик, маркирования битовой карты отпечатка (БКО), получения соответствующих отпечатков, сканов отпечатков, идентификации маркера в маркированном отпечатке, формально может быть описана математической моделью, представленной как следующая последовательность задач.

Задача №1 (задача распределения реперных точек - классификация пространства растровой точки).

Пусть г' - произвольная растровая точка г'=ср(и'Д'), Я' - пространство растровой точки вида г=ср(и'Д)еЯ', 1еТ, Б' - соответствующее пространство сканов растровой точки в=й[г)е8', где г=чр(и'Д)еЯ', 1еТ.

Рассмотрим некоторое подмножество пространства размещений Т'сТ, и соответственно Л" - пространство растровых точек вида г=cp(u',t)eRиcR,, 1еТ, Б"

- соответствующее пространство сканов отпечатков растровой точки з=В(г)б8"с8', где г=ф(и',0еН.', 1еТ', а {э,} - произвольная последовательность элементов пространства сканов отпечатков растровой точки такая, что ^еБ", 1=1,2,..., N3,

при Ьд. Найти N3 реперных точек у-{у'1,у'2,. -,у'м8 }, У^еБ", реперных растров х'=={х,1,х,2,...,х'"м }, х^еЯ', и реперных размещений 2-{г'ь2'2)...,г' хт },

1 о

г';ЁТ, удовлетворяющих следующим соотношениям:

тшДу),у)) = 198x11^1/7^,5.), (9)

>*] Ы

где уН( х';), х'гф«^, ¡=1,2,-.,^ •

Задача №2 (задача определения символа входного алфавита). Пусть г- произвольная растровая точка г-^и'Д'), которой соответствуют ^¿реперных точек у-{у'ьу'г,}, у^еЗ', реперных растровых точек

*'={х'ьх'2,...,х' дг^ }, и реперных размещений ■¿-{г\,г\,...,г' ^ ^'¡еТ.а!-

код символа входного алфавита. Найти растровую точку г" такую, что г'-ч^и'.гУ.

Задача №3 (определения кода символа выходного алфавита).

Пусть в' - скан отпечатка растровой точки я'^г1) для реперной растровой

точки, которой соответствуют Л^ реперных точек у-{у'ьу'2,--->у'Ь У1е$> реперных растровых точек х-{х'1,х'2,...,х'^}, х^еЛ', и реперных размещений г'={г\,7!2,...,7' N1 )> г';еТ. Найти ¡-код выходного символа, удовлетворяющий следующему соотношению:

Алгоритм решения задачи №1. Пусть задана некоторая последовательность растровых точек В={г*} и некоторый набор функций {1"}={т/и',1')}, для модификации размещений растровых точек БКО путем перестановки их компонентов: r"=tp(u',t")=q)(u',TJ(u',t'))=9J(r'). Для определения реперных точек выполним следующую последовательность шагов.

1. Вычислим новые БКО: В)={г^}={ф^(г1)}. Если при каких-либо значениях i, j выполнено соотношение H=r"=<fj(r'), то удалим соответствующие растровые точки из последовательности {г1} и снова перенумеруем ее компоненты.

2. Получим отпечатки и сканы отпечатков БКО Bj: {s4i}={f(rii)}. Вычислим расстояния между компонентами pyf = p(s''J' . Если при каких-либо

значениях i, j' или j" выполнено соотношение (е - некоторая малая величина) Pif j« < е, то удалим соответствующие растровые точки из последовательности

{г1} и снова перенумеруем ее компоненты.

3. Определим начальное значение переменной цикла: к=1, первую реперную точку у[ = s'-1 и первую реперную функцию размещений Ч'1=Ф1- Удалим

соответствующие компоненты (j=l) из последовательностей {s4} и {<р,(г)} и снова перенумеруем их компоненты.

4. Если k< Ng вычислим следующие величины: piff = l<j'Sk,

l<j", р,- = min min piff. Вычислим j : Ъ~, = шахp/-. Определим очередную Iii Is/st _ 1 isf

реперную точку y'k+l = s'J и очередную реперную функцию размещений

Vk+i= <Pj ■ Удалим соответствующие компоненты (j =j) из последовательностей

{s4} и {q>j(r)} и снова перенумеруем их компоненты. Увеличиваем значение переменной цикла и повторяем выполнение шага 4 нужное количество раз.

Алгоритмы решения задач 2 и 3 основываются на перестановке компонентов растровых точек и определении расстояний между сканами отпечатков точек.

В соответствии с приведенным выше алгоритмом в Delphi создана программа с удобным пользовательским интерфейсом для реализации процедуры маркировки отпечатков на ПЭВМ в среде Windows (98 и выше) - "Программная система маркировки отпечатков цветных графических изображений" (Marklmage2), позволяющая осуществить маркировку и идентификацию отпечатков графических изображений в следующем порядке:

(Ю)

- определяются функции перестановки дотов растровых точек, позволяющие для каждой растровой точки из области определения этой функции найти N5 реперных точек в 5-пространстве - сканов отпечатков растровых точек;

- реперные точки упорядочиваются, т.е. каждый пиксель получает уникальный порядковый номер;

- пиксели, не входящие ни в одну из зон толерантности, помечаются как недопустимые при маркировке и далее не рассматриваются;

- для текущего пикселя определяются индексы зоны толерантности, которой он принадлежит;

- из текущей зоны толерантности определяется реперный пиксель с порядковым номером, равным текущему коду; -координаты текущего пикселя заменяются координатами найденного реперного пикселя;

- маркер исчерпан.

Рисунок 3 - Алгоритм маркировки отпечатков графических изображений

- обрабатывается скан отпечатка изображения, и по предварительному описанию определяется место расположения, а затем и сами маркированные пиксели;

- текущий маркированный пиксель сравнивается с реперными точками, среди которых находится наиболее близкая;

- определяется код символа выходного алфавита - порядковый номер найденной реперной точки;

- текущий код представляется в двоичном виде для определения текущего фрагмента маркера;

- маркер исчерпан.

Рисунок 4 - Алгоритм идентификации отпечатков графических изображений

В четвертой главе представлено описание экспериментальных исследований метода идентифицирующей маркировка

Цель экспериментальных исследований (ЭИ) метода идентифицирующей маркировки - проверка адекватности сформированных математических моделей и реализующих их программного обеспечения, в частности:

- экспериментальное определение максимально возможных значений зон толерантности, при которых для данного маркера и контейнера маркировки

сохраняется свойство цветонеразличения оригинала и маркированного 24-битового Л6®-изображения;

- экспериментальное подтверждение возможности реализации предлагаемой технологии маркировки отпечатков на различных печатающих устройствах

В качестве инструмента экспериментальных исследований используются комплекс программ, разработанных для проведения экспериментальных исследований и демонстрационных мероприятий методов маркировки, представленных в виде исполняемых файлов - ХУиккжв-приложений, а также обычное офисное программно-техническое обеспечение.

Программа ЭИ метода идентифицирующей маркировки для 24-битовых ЖЖ-изображений:

- маркировка исходного изображения и попиксельное определение коэффициента цвегоразличия АЕ оригинала и маркированного изображения при возможных значениях зон толерантности от (2x2x2) до (16x16x16) для данного маркера и контейнера маркировки и проверка критерия цветонеразличения;

- определение оптимальных (среди рассматриваемых) значений параметров маркировки - размеров зон толерантности, при которых выполняется критерий цвегоразличия при заданном коэффициенте АЕ.

Программа ЭИ метода идентифицирующей маркировки для отпечатков:

- получение битовой карты отпечатка исходного изображения;

- модификация БКО и получение маркированной БКО и эталонных БКО;

- вывод модифицированных БКО на двух различных принтерах и получение маркированных отпечатков и эталонных отпечатков;

- сканирование отпечатков и идентификация маркера;

- анализ результатов экспериментальных исследований и выработка рекомендаций по применению процедуры маркировки на различных печатающих устройствах.

В результате проведения экспериментальных исследований с помощью программного обеспечения Матк1ша§е1 и Магк1та§е2 установлено:

1 Для метода идентифицирующей маркировки для 24-битовых ЯСН-изображений: -

1.1 Для значений зон толерантности от (2x2x2) до (8x8x8) проверка критерия цветонеразличаемости: ДЕ<ДЕПИХ - со значением ДЕ^^б, традиционно применяемого в полиграфии, показала колебание значения коэффициента цвегоразличия ДЕ в пределах от 0 до 6, что удовлетворяет заданным требованиям. При размерах зоны толерантности больше (8x8x8) значения коэффициента цвегоразличия ДЕ превысили значение ДЕм,^, что не удовлетворяет заданным требованиям цвегоразличия.

1.2 При небольшом размере контейнера и большом - маркера следует применять большую зону толерантности, если же маркер невелик, то можно применять зону с меньшими значениями. Максимально допустимая величина маркера при данной величине контейнера такова:

а) для зоны толерантности (2x2x2): ((Кп-64)хЗ-1) / 8)+1;

б) для зоны толерантности больше (2x2x2): ((Кп-72)хУ-1) / 8)+1;

где Кп - количество пикселей (размер графической части файла контейнера);

Y - количество битов кодируемых одним пикселем.

1.3 При практическом применении рекомендуется начинать использование зоны толерантности (8x8x8), уменьшая или увеличивая значения параметров в зависимости от установленного значения ДЕт,*.

2 Для метода идентифицирующей маркировки отпечатков:

2.1 Технология маркировки отпечатков универсальна в том смысле, что она теоретически применима на всех цветных офисных принтерах, поддерживающих точечный вывод и удовлетворяющих обычным требованиям к качеству печати.

2.2 Битовая карта отпечатка, созданная и модифицированная один раз, может быть использована для создания маркированных отпечатков на различных офисных принтерах.

2.3 Процедура маркировки не зависит от содержимого маркера и формата представления данных в файле маркера, поскольку маркирование контейнера происходит на основании двоичной записи файла маркера.

2.4 Физическое разрешение сканера, применяемого при идентификации, должно быть, по крайней мере, в два раза больше, чем разрешение принтера при получении маркированных отпечатков. Применение сканера с худшими характеристиками может привести к некорректной идентификации маркера, хотя в приведенных нами результатах этого не произошло (сканирование отпечатков Epson-принтера с разрешением 360 dpi производилось с интерполяционным разрешением сканера HP ScanJet 3200 - 720 dpi, поскольку физическое разрешение этого сканера - 600 dpi).

2.5 Возможность автоматического определения геометрического местоположения сканов отпечатков растровых точек в общем скане отпечатков исходной и модифицированных БКО, необходимого для идентификации, в рамках данной работы обеспечена средствами, аналогичными средствам, которые хорошо известны и широко применяются, например, в полиграфии (добавление в изображение геометрических маркеров - уголков, крестиков и т.д.). Программа Marklmage2 функционирует на основе применения специальных рамок вокруг изображений из применяемых БКО. При экспериментальных исследованиях было установлено, что для получения достоверных результатов достаточно применения фрагментов рамок, в частности, верхнего левого и правого нижнего уголков рамок из нескольких пикселей. Как и в полиграфии, такой подход к определению геометрического местоположения подтвердил свою высокую надежность и технологичность.

В заключении на основе полученных данных сформулированы общие принципы включения разработанного метода маркировки в систему производственного документооборота и приведены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Проведен анализ существующих систем обеспечения достоверности информационного компонента документооборота, использующих маркировку на основе графических изображений, выявлены основные недостатки существующих методов маркировки, определены основные задачи маркировки: нанесения на электронные и печатные документы специальных графических изображений, содержащих идентифицирующую информацию.

2 Предложен новый метод маркировки графических изображений, основанный на избыточности ГИ, заключающийся в представлении цветового пространства ГИ в виде совокупности цветонеразличимых зон, на основе которой программной модификацией по заданному алгоритму осуществляется дополнительное информационное насыщение компонентов цветных ГИ. Показано, что предложенный метод маркировки минимизирует нештатное изменение или копирование документов в течение оперативного производственного цикла.

3 Проведено обоснование разработанных математических моделей маркировки цветных ГИ для маркировки электронных и печатных документов.

4 Исследован предложенный метод маркировки ГИ для маркировки электронных и печатных документов. Установлено, что предложенный метод имеет возможность использования маркера большего объема при тех же объемах контейнера, по сравнению с прямыми методами стегокодирования, при незначительном изменении цветовых характеристик цветных ГИ.

5 Предложена технология включения идентифицирующей маркировки в системы производственного документооборота, имеющая несложную процедуру реализации, основанная на применении обычного офисного оборудования и программных средств.

6 Получены результаты экспериментальных исследований ММГИ. По результатам экспериментальных исследований метода идентифицирующей маркировки разработаны критерии выбора значений параметров маркировки.

7 Программная реализация ММГИ включена в Фонд программ и алгоритмов и защищена Свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002612043 "Система подготовки отпечатков с идентифицирующим фоном для принтеров с точечным выводом— (фоновая идентификация - ВЮт), с дополнительными модулями Магк1та§е1 и Магк1та§е2.

8 Разработанный ММГИ и реализующее его программное обеспечение внедрены в Орловском филиале института проблем информатики РАН.

9 Новая технология маркировки ГИ наносимых на документы участвовала в конкурсе Минобразования РФ "Контрольные измерительные материалы и технологическое обеспечение проведения испытаний в рамках эксперимента по единому государственному экзамену". В соответствии с решением Оргкомитета конкурса от 26 февраля 2001 г. предложенная технология маркировки ГИ рекомендована к применению при проведении единого экзамена.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Зыкова З.П., Архипов П.О. Возможности пользовательского интерфейса при растрировании цветных графических изображений // Сборник материалов Международной научной конференции «Пользовательский интерфейс в современных компьютерных системах». - Орел, ОрелГТУ, 1999. - С. 131-140.

2 Архипов О.П., Архипов П.О., Зыкова З.П. Технология растровой защиты отпечатков от подделки // Сборник материалов секции «Проблемы построения, развития и защиты телекоммуникационных систем» Всероссийской научно-технической конференции по криптографии. - Орел, ВИПС, 2001. - С. 75-78.

3 Архипов О.П., Архипов П.О., Зыкова З.П. "Технология проведения единого экзамена, включая технологию обработки результатов", предмет "Математика" Из решения Организационного комитета конкурса "Контрольные измерительные материалы и технологическое обеспечение проведения испытаний в рамках эксперимента по единому государственному экзамену" от 26 февраля 2001 //Поиск. 2 марта2001 г. №9(615). С. 14.

4 Архипов О.П., Архипов П.О., Зыкова З.П. Многокрасочный пиксель принтера // Информационные технологии. 2001. №4. - С. 51-55.

5 Архипов О.П., Архипов П.О. Стеганография на принтере // Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (ВК-27-91). -Пенза, 2001. - С. 77-79.

6 Архипов П.О., Зыкова З.П. Допечатная подготовка скрытой информации, выводимой на принтере // Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (ВК-27-91). - Пенза, 2001. - С. 79-82.

7 Архипов П.О. Организация фискального архива бухгалтерских документов в РЯК-файлах // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Система учета и финансового контроля на основе современных информационных технологий». - Орел, ОрелГТУ, 2001. - С. 203-204.

8 Архипов О.П., Архипов П.О., Зыкова З.П. Стеганография в РИЫ-файлах // Конфидент. 2002. № 2. С. 80-83.

9 Архипов П.О. Разработка модели и программного обеспечения процесса многокрасочной цветогенерации / Отчет о НИР "Колор - М", (заключительный). -Орел: ОФ ИПИ РАН, 2001, инв. № 02.20.02 02170. - С. 5-23.

10 Архипов П.О. Маркировка отпечатков офисных принтеров // Конфидент. 2002. № 6. С.70-74.

11 Архипов О.П., Архипов П.О., Зыкова З.П. Параметрический класс прямых прозрачных методов сгегокодирования // Информационные технологии и вычислительные системы. 2003. № 1/2. С. 95-105.

12 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002612043 "Система подготовки отпечатков с идентифицирующим фоном для принтеров с точечным выводом" (фоновая идентификация - ВГСг) / П.О. Архипов (РФ) - Опубл. 05.12.2002.

>20 3

13 Архипов П.О. Разработка информационной технологии генерации данных в дотовых структурах / Отчет о НИР "Колор - С", (промежуточный). - Орел: ОФ ИЛИ РАН, 2002, инв. № 02.20.03 00467. - С. 39-47.

14 Архипов П.О. Информационная технология идентифицирующего дизайна отпечатков на цветных принтерах // Известия ОрелГТУ. Сер. «Информационные системы и технологии». - 2002. - Вып. 1. - С. 96-100.

15 Савина O.A., Архипов П.О. Маркировка графических документов в составе электронно-цифрового макета изделия // Известия ОрелГТУ. Сер. «Информационные системы и технологии». - 2002. - Вып. 1. - С. 74-78.

16 Архипов О.П., Архипов П.О., Зыкова З.П. Метод идентификации маркированных отпечатков офисных принтеров // Сборник материалов 3-ей Всероссийской научной конференции «Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационной системы специального назначения». -Орел, ФАПСИ, 2003. - С. 60-62.

В работах с соавторами автору принадлежат основные концептуальные идеи и построения

I

I

.! ч

I

I

Подписано к печати ¿О ноября 2003 г. Тираж 100 экз. Объем 1 п.л. Заказ №152

Отпечатано на полиграфической базе ОрелГТУ 302020, г.Орел, Наугорское шоссе, 29

Введение.

Глава 1 Анализ основных методов маркировки в производственном документообороте

1.1 Типичные нарушения производственного документооборота и формулирование комплекса требований к маркировке.

1.2 Обзор известных технологий маркировки.

1.3 Постановка задачи маркировки.

Выводы по главе 1.

Глава 2 Новый метод идентифицирующей маркировки графических изображений

2.1 Основы метода и определение допустимых модификаций пикселей при маркировке.

2.2 Кодирование с помощью допустимых модификаций пикселей.

2.3 Маркировка изображений двоичными последовательностями.

Выводы по главе 2.

Глава Э Математические модели нового метода идентифицирующей маркировки

3.1 Математическая модель метода при маркировке ifGB-изображений с автоматической идентификацией маркера.

3.2 Математическая модель метода при маркировке отпечатков с автоматической идентификацией маркера.

3.3 Включение технологии маркировки документов в автоматизированную пользовательскую систему документооборота.

Выводы по главе 3.

Глава 4 Экспериментальные исследования метода идентифицирующей маркировки

4.1 Общая программа экспериментальных исследований метода идентифицирующей маркировки.

4.2 Результаты экспериментальных исследований метода при маркировке 24-битовых ЛСВ-изображений с автоматической идентификацией маркера.

4.3 Результаты экспериментальных исследований метода при маркировке отпечатков с автоматической идентификацией маркера.

Выводы по главе 4.

Магистральное направление повышения эффективности современного промышленного производства состоит в комплексной компьютеризации всех его сфер и стадий, обеспечении унификации и стандартизации спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла. Особое место в комплексной компьютеризации по наукоемкости, сложности и трудоемкости процессов, занимает автоматизация процессов разработки, подготовки производства и освоения новой продукции. Современные CAD/CAM/CAE - системы, решающие задачи автоматизации конструкторской, технологической и производственной подготовки, радикально изменили организацию производственного процесса и в первую очередь процесс конструкторского документооборота.

Традиционный конструкторский документооборот основывался на единой системе конструкторских документов (ЕСКД). В ЕСКД чертежная документация описывала геометрию деталей и сборочных единиц через плоские изображения: виды, сечения, разрезы и приложенные к ним символы размеров, т. е. использовался дискретный символьный способ описания. Геометрия в плоских символах существовала всего лишь как язык, на котором конструктор передавал свое представление формы технологу, прочнисту и другим участникам процесса производства. Несовершенство и слабость такого метода очевидны: вслед за чертежом следовала его интерпретация - перевод с языка символов на язык технологии изготовления. При этом каждый участник производственного процесса неизбежно повторял труд конструктора и вносил смысловые потери и неоднозначные толкования.

В традиционном конструкторском документообороте основным информационным, учетным и технологическим документом является документ на бумажном носителе.

Документ на бумажном носителе обладает следующими важными свойствами [1]: информация физически неотделима от носителя. Ее можно воспроизвести или повторить на таком же носителе, но это будет уже копия документа с другим правовым статусом. подпись под документом существует отдельно от информации, то есть является буквально атрибутом носителя, а не самого документа. Процесс простановки подписи заключается в начертании автором собственного стилизованного идентификатора на материальном носителе. Авторство собственноручной подписи доказуемо вследствие физиологических особенностей каждого индивидуума, влияющих на процесс воспроизведения подписи.

Необходимый уровень конструкторской и технологической дисциплины обеспечивается строгой регламентацией бумажного документооборота: оригиналы технической документации хранятся в бюро технической документации, а в производство и службы выдаются учтенные копии документов. Изменения в документации оформляются в виде извещений и регистрируются в листах изменений. Каждая операция с документами визируется в установленном порядке уполномоченными должностными лицами. Таким образом, протоколируется история построения документа и эволюция проекта [2].

Такая технология документооборота и совокупность свойств документов на бумажном носителе позволяют при возникновении каких - либо коллизий определить и источник возникновения нештатной ситуации, и время её появления, и авторов ошибочного решения.

Современные CAD/CAM/CAE - системы (CATIA, EUCLffiD, CADDS5, Pro/Engineer, Urographies и др.) предполагают радикально иную систему конструкторского и производственного документооборота, использующую электронно-цифровой макет изделия. В основе электронно-цифрового макета изделия лежит твердотельное параметрическое моделирование детали, базирующееся на формировании дерева построений, отражающего этапы её формообразования [3].

CATIA - типичный представитель систем такого класса. Электронный цифровой макет изделия в системе CATLA предлагает упорядоченную логическую схему: история построения - геометрия - механические связи - свойства - ссылки (стандарты, правила, технические условия) - обоснования (доказательства).

Конечным продуктом деятельности конструкторского коллектива, работающего на языке электронного цифрового макета, является не чертеж со спецификациями, а полный технологический комплект в виде системы упорядоченных множеств описания элементов создаваемого изделия: геометрии и свойств изготавливаемых объектов; спецификации стандартных и поставляемых извне изделий; спецификации механических связей и условий их обеспечения; спецификации материалов, полуфабрикатов, инструментов; спецификации средств механизации производства и средств контроля; обоснований (подтверждений соответствия ТЗ и стандартам, бесконфликтности, монтажной пригодности, проверочных расчетов и пр.); ссылок на руководящие документы (стандарты, технические условия и др); графических документов для производственных исполнителей операционных карт, директивных технологий и программ ЧПУ.

Проектно - конструкторскую разработку изделия - создание электронного цифрового макета - можно считать завершенной и запускать в производство только после успешного прохождения комплекса специальных проверок на комплектность (целостность) проекта, отсутствие геометрических конфликтов, технологичность, соответствие техническому заданию и принятым на предприятии нормам и правилам. Объектом защиты (внутренней сертификации) является электронный цифровой макет, а его результатом - протокол внутренней сертификации проекта в электронном и текстовом виде.

Любые графические документы - чертежи, спецификации, схемы, операционные технологии и пр. - являются лишь временными формами представления электронного цифрового макета, не обладают правами оригинала и выдаются в производство в виде распечаток к моменту изготовления каждого элемента [2].

Все временные документы выводятся на бумажный носитель в виде отпечатков, полученных на обычных струйных или лазерных принтерах, и передаются исполнителям. Какие - либо корректировки и исправления нарушений и ошибок осуществляются самими исполнителями документов в рамках установленных процедур. Такие временные, обезличенные, легко копируемые и беспрепятственно редактируемые документы не являются первоисточниками информации по изделию, не обладают свойствами документов традиционного конструкторского документооборота, не архивируются и не хранятся как оригиналы или учтенные копии. Взаимное соответствие электронных и бумажных носителей и история их эволюции целиком зависят от воли исполнителей и их добросовестности.

Временный характер обезличенных документов, выданных в производство, не гарантирует реализацию обычных требований конструкторской и технологической дисциплины (нахождение на рабочих местах производственных документов соответствующих производственному заданию по времени, принадлежности конкретному изделию, корректности содержащейся в них информации, и т. п.). Соответственно, не гарантируется обеспечение надлежащего уровня контроля и достоверности информационного обеспечения производственного процесса.

Это потенциально несет в себе существенную опасность - при возникновении каких - либо производственных коллизий, ошибочных или нештатных действий производственного персонала, аварийных ситуаций, выявление их источника и авторов ошибочного решения часто является нетривиальной задачей. Само же разбирательство происходит, как правило, постфактум после наступления события и нанесения ущерба. Например, пересортица материала крепежа рулевого механизма ВАЗа десятого семейства привела в 1995 году к отзыву на завод нескольких десятков тысяч автомобилей и многомиллионному ущербу.

Очевидное решение этой проблемы - придание документам временных форм представления электронного цифрового макета свойств, аналогичных свойствам документов традиционного конструкторского документооборота [4]. Такая модернизация свойств документов временных форм может быть осуществлена за счет их дополнительного информационного насыщения специальными цветными графическими изображениями (ГИ), т. е. за счет маркировки документа. Маркировка должна обладать такими свойствами, чтобы ее применение могло существенно затруднить несанкционированное редактирование или копирование документов с использованием обычного офисного оборудования (компьютер, принтер, сканер), и создать основу для осуществления контроля подлинности, обеспечения достоверности и идентификации документов.

Процесс маркировки заключается в дополнительном информационном насыщении электронного или печатного документа временной формы представления электронного цифрового макета изделия путем внедрения в них заранее подготовленного цветного ГИ, содержащего текущую идентифицирующую информацию [5-6]. Автоматизированная идентификация производится путем чтения маркера с помощью специального программного обеспечения (из электронного документа или скана отпечатка) и сравнения его с образцом [7]. По результатам сравнения принимается решение о подлинности документа.

Известные на сегодня технические решения маркировки документов (электронная цифровая подпись, полиграфические методы, нанесение штрих - кодов и др.) решают частные задачи и не позволяют в требуемом объеме и на применяемом в оперативном производственном документообороте оборудовании создавать средства для контроля подлинности и обеспечения достоверности документов.

Перспективное направление работ по улучшению качества маркировки -подход, широко используемый в компьютерной стеганографии для охраны интеллектуальной собственности - использование для целей маркировки информационной избыточности, присущей цветным ГИ и связанной с неспособностью человеческого зрения в известных пределах различать близкие цвета. В существующей реализации этого подхода к маркировке электронных документов с помощью манипулирования младшими битами цифрового описания близких цветов, можно осуществить дополнительное информационное насыщение изображений. Такая маркировка не отличается высокой стойкостью к несанкционированному редактированию охраняемого документа. Преодоление этого недостатка позволило бы использовать маркировку документов, основанную на информационной избыточности в оперативном производственном документообороте. Таким образом, исследование методов маркировки документов (электронных и печатных), основанных на использовании избыточности цветных ГИ, является актуальным.

Целью диссертационной работы является повышение достоверности информационного обеспечения производства за счет минимизации нештатного изменения или копирования электронных и печатных документов производственного документооборота.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие основные задачи: провести анализ существующих решений в области достоверности информационного обеспечения, использующих маркировку графических изображений (ГИ); предложить новый метод маркировки графических изображений (ММГИ), основанный на использовании избыточности ГИ; разработать математическую модель нового ММГИ для маркировки электронных документов; разработать математическую модель нового ММГИ для маркировки печатных документов; разработать алгоритмы и программные средства, обеспечивающие реализацию предлагаемых математических моделей; провести экспериментальные исследования ММГИ с целью проверки адекватности сформированных математических моделей и реализующих их программных средств.

Методы и средства исследования. При решении диссертационных задач использовались методы математического моделирования на базе алгебраических структур, методы постановки и решения задач математической статистики, функциональный анализ, элементы теории цвета и численные методы растрирования и цветогенерации, методы представления и сжатия информации, программные системы, персональные компьютеры, струйные принтеры и сканеры.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Новый метод маркировки графических изображений, основанный на избыточности ГИ, заключающийся в представлении цветового пространства ГИ в виде совокупности цветонеразличимых зон, на основе которого программной модификацией по заданному алгоритму осуществляется дополнительное информационное насыщение компонентов цветных ГИ.

2 Математическая модель метода для маркировки ЯСгВ-изображений с автоматической идентификацией маркера.

3 Математическая модель метода для маркировки отпечатков графических изображений с автоматической идентификацией маркера.

4 Алгоритмы, обеспечивающие реализацию данных моделей.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1 Предложен новый метод маркировки ГИ, основанный на избыточности ГИ, состоящий в определении для каждого компонента цветного ГИ двух новых дескрипторов (индекса цветонеразличаемой зоны и индекса компонента в цветонеразличаемой зоне), в модификации пикселя в пределах цветонеразличаемой зоны в соответствии с маркировочными данными и в последующей идентификации маркировочных данных по значению индекса модифицированного компонента и неизменному индексу цветонеразличаемой зоны.

2 В рамках предложенного метода: разработана математическая модель для электронных документов; разработана математическая модель для печатных документов;

3 Разработаны алгоритмы, обеспечивающие реализацию данных моделей.

Практическая ценность работы.

Практическую ценность работы составляют: технология маркировки на основе предложенного метода для электронных и печатных документов; программные средства автоматизации ММГИ, включаемые как компоненты в существующие системы документооборота.

Реализация результатов работы.

На основе теоретических и экспериментальных исследований спроектирован и реализован программный продукт "Система подготовки отпечатков с идентифицирующим фоном для принтеров с точечным выводом" (фоновая идентификация - BIGr), внедренный в Орловском филиале института проблем информатики РАН. Разработанная технология маркировки документов участвовала в конкурсе Минобразования РФ "Контрольные измерительные материалы и технологическое обеспечение проведения испытаний в рамках эксперимента по единому государственному экзамену". В соответствии с решением Оргкомитета конкурса от 26 февраля 2001 г. предложенная технология маркировки рекомендована к применению при проведении единого экзамена. Результаты работы используются в учебном процессе ОрелГТУ для студентов специальностей 351400 «Прикладная информатика» и 071900 «Информационные системы в экономике».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на Международной научной конференции «Пользовательский интерфейс в современных компьютерных системах» (г. Орел, ОрелГТУ, 1999 г.), на секции «Проблемы построения, развития и защиты телекоммуникационных систем» Всероссийской научно-технической конференции по криптографии (г. Орел, ВИПС, 2001 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (ВК-27-91, г. Пенза, 2001 г.), на Международной научно-практической конференции «Система учета и финансового контроля на основе современных информационных технологий» (г. Орел, ОрелГТУ, 2001 г.), на 3-ей Всероссийской научной конференции «Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационной системы специального назначения» (г. Орел, ФАПСИ, 2003 г.) и на семинарах кафедр ПТЭиВС и ИС ОрелГТУ в 1999 - 2003 гг.

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 16 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 111 наименований и 10 приложений. Основная часть работы изложена на 145 страницах машинописного текста, включая 69 рисунков и 8 таблиц.

В результате проведенных работ предложены новые решения по повышению достоверности информационного обеспечения проговодства, совершенствованию процесса производственного документооборота в части создания автоматизированной идентифицирующей маркировки, минимизирующей нештатное копирование и редактирование электронных и печатных документов.В соответствии с поставленными задачами: • проведен анализ существующих систем обеспечения достоверности информационного компонента документооборота использующих маркировку на основе графических изображений, выявлены основные недостатки существующих методов маркировки, определены основные задачи маркировки: нанесения на электронные и печатные документы специальных графических гоображений, содержащих идентифицирующую информацию; • предложен новый метод маркировки графических изображений, основанный на избыточности ГИ, заключающийся в представлении цветового пространства ГИ в виде совокупности цветонеразличимых зон, на основе которой программной модификацией по заданному алгоритму осуществляется дополнительное информационное насыщение компонентов цветных ГИ. Показано, что предложенный метод маркировю! минимизирует нештатное изменение или копиров а1ше документов в течение оперативного проюводственного цикла; • проведено обоснование разработанных математических моделей маркировки цветных ГИ для маркировки электронных и печатных документов; • исследован предложенный метод маркировки ГИ для маркировки электронных и печатных документов. Установлено, что предложенный метод имеет возможность использования маркера большего объема при тех же объемах контейнера, по сравнению с прямыми методами стегокодирования, при незначительном изменении цветовых характеристик цветных ГИ; • предложена технология включения идентифицирующей маркировки в системы производственного документооборота, имеющая несложную процедуру реализации, основанная на применении обычного офисного оборудования и программных средств; • получены результаты экспериментальных исследований ММГИ. По результатам экспериментальных исследований метода идентифицирующей маркировки разработаны критерии выбора значений параметров маркировки.Программная реализация ММГИ включена в Фонд программ и алгоритмов и защищена Свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002612043 "Система подготовки отпечатков с идентифицирующим фоном для принтеров с точечным выводом" (фоновая идентификация - ВЮг), с дополнительными модулями Marklmagel и Marklmage2. / П.О. Архипов (РФ) -

Опубл. 05.12.2002.Разработанные ММГИ и реализующее их программное обеспечение внедрены в Орловском филиале института проблем информатики РАН. Результаты работы используются в учебном процессе ОрелГТУ для студентов специальностей 351400 «Прикладная ршформатика» и 071900 «Информациоьшые системы в экономике».Новая технология маркировки ГИ наносимых на документы участвовала в конкурсе Минобразования РФ "Контрольные измерительные материалы и технологическое обеспечение проведения испытаний в рамках эксперимента по единому государственному экзамену". В соответствии с решением Оргкомитета конкурса от 26 февраля 2001 г. предложенная технология маркировки ГИ рекомендована к применению при проведении едргаого экзамена.

1. Соловьев Н. Н. Электронные документы как новый цифровой язык // Конфидент. 2002. №4. 136-139.

2. Очередько CATIA: проект изделия на языке электронного цифрового макета // КомпьютерПресс. 1997. №5. 4-10.

3. Голиков А. Ингегрированное решение моделирования, подготовки и ведеьшя конструкторской документации//КомпьютерПресс. 1997. №5. 11-16.

4. Савина О.А., Архипов П.О. Маркировка графических документов в составе электроьшо-цифрового макета изделия // Известия ОрелГТУ, 2003. - 55-57.

5. Попов Д. Гибридная графика // PC Magazine. 1995. № 11. 180-191.

6. Прохоров А. Технологии перевода бумажных докуме1ггов в электро1шые // КомпьютерПресс. 2002. №9. 72-78.

7. Онищук А. Системы печати переменных данных. Технологии и программные решения//Компьюарт. 2003.№ 2. 20-26.

8. Блэжик Д. Новые возможности печати переменных данных // Publish. 2002. №9. 82-89.

9. Блэжик Д. Обмен переменными данными//Publish. 2002. №10. 66-72.

10. Вишняков СМ. Системы комплексной безопасности: вопросы и ответы // Конфидент. 2002. №1. 32-35.

11. Барсуков B.C., Водолазкий В.В. Современные технологии безопасности. М.: «Нолидж», 2000. - 496 с.

12. Иванов М.А. Криптографические методы защиты информации в компьютерных системах и сетях. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2001 - 368 с.

13. Попов Д. Xerox помогает работать с документами // PC Magazine / Russian Edition. 1998. №3. C.180-188.

14. Богданов В.Н. и др. Защита товаров и документов от фальсификации // Конфидент. 2002. №2.С.84-139.

15. Городецкий В.И., Самойлов В.В. Стеганография на основе цифровых изображений // Информационные технологии и вычислительные системы. 2001. №2/3. 51-64.

16. Вобет Р. Игра в прятки с данными // LAN. 2003. №4. 28-31.

17. Алпатов В. Электронные водяные знаки // Компьютерра. 25 ноября 1996 53.

18. Мотуз О.В. Защита авторсюос прав с помощью цифровых водяных знаков // Конфидент. 2002. №6. 66-70.

19. Архипов О. П., Зыкова 3. П., Архипов П. О. Стеганография в PRN - файлах // Конфидент. 2002. №2. 80-83.

20. Катысь П.Г., Катысь Г.П. Информационные технологии синтеза и анализа кодированных телевизионных изображений (видеостеганография) // Информационные технологии. 2001. №4. 37-40.

21. Головачев В.Ю., Ковалев P.M., Оков И.Н. Практические оценки стойкости некоторых стеганографических систем // Конфидент. 2002. №6. 60-67.

22. Тихонов В. Информационная эстетика цвета // КомпьюПринт. 2001. №4. 36-47.

23. Аваткова Н. Черный фон для цветной репродукции. // КомпьюАрт. 2000. №8. 59-69.

24. КомпьютерПресс. 2002. №2.

25. Шарифулин М. Защита прежде всего // Publish. 2000. №7. 28-35.

26. Лисиченко Е. защита эффектная и эффективная // Полиграфия. 1999. №5. 86-88.

27. Дубина Н. Цвет в графическом оформлении книги // КомпьюАрт. 2003. №5. 89-93.

28. Горбашева Т., Харатян А. Бумажная элита или Fine Papers in Russia // КомпьюАрт. 2001. №4. 37-41.

29. Дубина Н. Полиграфические методы запщты. Часть 3 // КомпьюАрт. 2002. №4. 92-98.

30. Шевченко А., Кудрявцев В. Защищенная от подделки пигментная краска для цветной струйной печати // Полиграфия. 2001. №1. 82-83.

31. Шевченко А., Кудрявцев В. Макрокапсулированные вещества для зашдгы печатной продукции//Полиграфия. 2001. №3. 102-103.

32. Дубина Н. Полиграфические методы защиты // КомпьюАрт. 2002. №1. 30-38.

33. Шарифулин М. Защита прежде всего // Publish.2000. №7.С. 28-35.

34. Дубина Н. Полиграфические методы защиты. Часть 2 // КомпьюАрт. 2002. №2. 63-71.

35. Гладилин Д. Защищайтесь, господа // КомпьюАрт. 2002. №2. 83-87.

36. Терентьев И. Бумажные тайны // Publish. 2000. №7. 42-47.

37. Апанович Д., Ковердяев Ю., Крылов А., Токарев В. Программа для маркирования ценных бумаг//Полиграфия. 1999. №5. 32.

38. Куликова А. Стиль вашего диска // Publish. 2002. №10. 61-64.

39. Золотухин М. Защита от подделки - старая проблема, новые решения // КомпьютерПресс. 1998. №6. 294-296.

40. Мартиросова Е. Уникальные технологии и оборудование для защиты документов от подделок // Полиграфия. 1998. №5.С.64-66.

41. Карпенко В., Корепанова О. Заш г^га ценных бумаг // Полиграфия. 2000. №1. 57-58.

42. Росси Микрочастицы против фальшивок // Computerworld. 2003. №11(364). 30.

43. Крылов А., Токарев В. Программирование гравюрных изображений // Полиграфия. 2000. №2. 52.

44. Дубина П. Математика гильоша//КомпьюАрт. 2002. №5. 72-76.

45. Мурахвери В. По знакомым местам // КомпьюАрт. 2000. №3. 26-28.

46. Борисов М. Cerber, Excentro и SecurЮesign // Publish. 2002. №2. 24-30.

47. Пономарев Ю., Крылов А. Изображения с разлргчимой растровой структурой // Полиграфия. 1997. №5. 46-47.

48. Крылов А., Ковердяев Ю., Токарев В. Возможная защита цветных изображений от подделки//Полиграфия. 1999. №2. 48-49.

49. Целиховский Е. Нанесение штрих-кода на книги // КомпьюАрт. 2001. №3. 66-72.

50. Максимовский А. Компьютер, полиграфия и штриховые коды // КомпьютерПресс. 1997.№12. 284-288.

51. Хаскинз У. Сосканируйте эту страницу - Вас ждет сюрприз // PC MAGAZINE/RUSSIAN EDITION. 2001. №1. ЮЗ.

52. МурахвериВ. Принтеры-2000. //КомпьюАрт. 2000 . №5 . 10-14.

53. Каталог струйных принтеров //КомпьютерПресс. 1998. №6 245-250.

54. Курило А. Цветные принтеры для фотопечати // Мир ПК1998. №6. 25-35.

55. Борзенко А. Принтеры от фирмы Canon // КомпьютерПресс. 1994. №5. 16-17.

56. Стефанов Растровые структуры. Регулярные, нерегулярные и сотхастические // КомпьюАрт. 1997. №12 . 22-32.

57. Кистенев И. Интеллект для принтера // Publish. 2001. №10. 34-40.

58. Тихонов В. Подготовка иллюстративной 1шформации для полиграфии // КомпьюАрт. 2000. №9. 46-55.

59. Пыльский А. R+G+B копнем поглубже // КомпьюАрт. 2001. №9. 16-20.

60. Морозов Сканируем чертежи //PC Magazine. 1995. №3. 126-137.

61. Архипов О.П., Зыкова З.П. О регуляризации стохастических растров // Информационные технологии. 1999. №4. 14-18.

62. Архипов О.П., Зыкова З.П. Вероятностный алгоритм полутонирования Random Dot//Информационные технологии. 1996. №3. 26-28.

63. Архипов П.О. Информационная технология идентифицирующего дизайна отпечатков на цветных принтерах // Известия ОрелГТУ, 2003. - 50-53.

64. Архипов О.П., Архипов П.О. Стеганография на принтере // Сборник материалов Всероссийской на)Ачно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (ВК-27-91). - Пенза, 2001. -С. 77-79.

65. Архипов П.О. Маркировка отпечатков офисных принтеров // Конфидент. 2002. №6. 70-74.

66. Уранова М. Делим на Pan-tone: CMYK пишем, HSB в уме // КомпьюАрт. 1999. №3.0.44-51.

67. Кистенев И. Профессия - сканер // Publish. 2001. №1. 68-77.

68. Каныгин Н. Цветоделеьше изображений: вчера, сегодня, завтра // КомпьюАрт. 1998. №7.0.28-31.

69. Архипов О.П., Зыкова З.П. Некоторые формы представления цветового пространства RGB//Информационные технологии. 1999. №3. 17-23.

70. Горбачев Переменные данные в PageMaker 7.0. // КомпьюАрт. 2003. №4. 54-57.

71. Дегтярь Е., Назина А. Каждый охотник желает знать... // Полиграфия. 2000. №3. 69-70.

72. Фрейзер Б. Подбор цветов: магическая сила ColorSync // Мир ПК. 1998. №8. 62-66.

73. Тихонов В. Цвет и парадигма // КомпьюПринт. 2002. №6. 32-44.

74. Хиндерлитер X Управление цветом // Publish. 2003. №2. 86-90.

75. Курганов П., Нуждин П., системы управления цветом и цветоделение // КомпьюАрт. 1999. №5. 24-33.

76. Тихонов В. Информационная эстетика цвета // КомпьюПринт. 2001. № 4. 36-47.

77. Моргулис Д. Автоматическая цветокоррекция: хорошо ли это? // КомпьюАрт. 1997. №З.С.271-280.

78. Маргулис Д., Укрощение LAB //КомпьюАрт. 1997. №2. 26-30.

79. Архипов П.О. Разработка модели и программного обеспечения процесса многокрасочной цветогенерации / Отчет о НИР "Колор - М", (заключительный). - Орел: ОФ ИПИ РАН, 2001, инв. № 02.20.02 02170. - 5-23.

80. Архипов П.О. Разработка информационной технологии генерации данных в дотовых структурах / Отчет о НИР "Колор - С", (промежуточный). - Орел: ОФ ИПИ РАН, 2002, инв. № 02.20.03 00467. - 39-47.

81. Кащеев Г. Сканируем правильно // КомпьюАрт. 2000. №6. 58-63.

82. Андрианов Формат ВМР-файла // Мир ПК. 2001. №10. 99-101.

83. Борн Г. Форматы данных. Киев, Торгово-издательское бюро BHV, 1995.-667с.

84. Просис Д. Диспетчер палитр Windows... // PC Magazine. 1995. №5. 164-166.

85. Игнатов К. Желтый - это который после оранжевого, а не который перед зеленым...//Г т . 1994. №7-8. 27-31.

86. Архипов О.П., Зыкова З.П. Технология цветосинтеза "Цвет случайных точек - Random Dots Color" на CMY-цветных струйных принтерах // Информационные технологии. 1997. № 3. 26-28.

87. Транченко В. Предсказуемый цвет. Системное цветовое решение фирмы 1.inotype-Hell//Полиграфия. 1996. №4. 36-37.

88. Гротта Д., Гротта Программа SwatchPrinter 2.0: совершенный подбор цветов // PC Magazine. 1996. №2. 12-14.

89. Фрейзер Б. Подбор цветов: магическая сила ColorSync // Мир ПК. 1998. №8. 62-66.

90. Фрейзер Б. Color Ready подбирает цвета // PC Magazine. 1999. №1. 86-87.

91. ХасМ. Системы управления цветом //КомпьютерПресс. 1997. №8. 284-285.

92. Архипов О.П., Зыкова З.П. Стили подбора при цветном синтезе // Информационные технологии. 2000. №11. 40-45.

93. X-Rite. Руководство по работе с цветом, ч. 6. Передача, измерение и контроль за цветом в полиграфии и цифровой обработке изображений // КомпьюАрт. 1999. №12. 62-65.

94. Архипов О.П., Зыкова З.П. Программная система "Color Space - Цветовое пространство". Авторское свидетельство № 990589 от 10.08.1999.

95. Карамашева Е. Создание индивидуального облика задания // КомпьюАрт. 2001.

96. Бендерин Ю.В., Чаушьян П.С, Васияров Д.Г. Единая система учета входящей и исходящей корреспонденции//КомпьюЛог. 2001. №3. 21-27.

97. Панасенко СП. Защита документооборота в современных компьютерных системах//Информационные технологии. 2001. №4. 41-45.

98. Дреппенштедт М. Windows 98. Конфигурирование и оптимизация / М. Дреппенштедт, пер. с нем. А.Ю. Пелевина. - М.: ДМК, 1999. - 320 с.

99. А Technical Reference Guide for the HP DeskJet 500 Series Printer.- Manual Part No. C2170-90099.-346 с

100. Epson ESC/P. Reference Manual. - November 1994. - 550 с

101. Мак-Клеланд Д. Photoshop 5.5 для Windows. Библия пользователя. Москва: Диштектика. 2000. - 830 с.