摘要
本文旨在開發電腦應用軟體－利用彩色模型隱藏資訊，結合機器視覺與數位影象處理，運用物理觀念為基礎的光電實驗教學，異於傳統上課聽講或閱讀課文的學習方式；透過應用軟體的實際操作，引發操作者學習「基礎物理」觀念的動機，提供一個生活化、趣味化的學習環境。
緒論
「基礎物理」觀念若僅在實驗室中觀察及量測，對於一般學習者而言，難以親身經歷操作，較難深入了解學習「基礎物理」的功用。二十世紀著名的教育哲學家約翰杜威(John Dewey)提出「實踐智慧」(practical intelligence)的教學觀念，強調「從做中學」(learning
by doing)的教育理念[1]。
隨著電腦數位科技時代來臨，網路使用普及率提高，網路資料傳輸的速度已大幅提昇，使得所有數位資料得以快速簡便的複製與傳遞，圖像資料的傳輸已不再延遲，資訊隱藏的重要性也隨之提高。電腦應用軟體－利用彩色模型隱藏資訊植基在「基礎物理」的開發應用，利用「色彩物理學」及「疊紋原理」，將彩色機密圖像嵌入(embedding)到具有色彩的載體(掩護圖像)內，使人類的肉眼不易直接察覺該彩色機密圖像資料的存在[2]。在圖像資料傳輸的過程中，利用有意義且具有色彩的載體傳輸資料，可以降低攻擊者的注意，保障彩色機密圖像的安全性。
原理
電腦應用軟體－利用彩色模型隱藏資訊利用「色彩物理學」及「疊紋原理」，將機密彩色圖像藏入另一個具有意義但不較引起重視的彩色圖像之中，在網際網路傳輸的過程中不必擔心資料遭人窺視，達到資料保密的安全性。
彩色基礎概述
依據色彩的物理特性，所有可見光(顏色)具有下列的基本要素色：色相、明度及彩度，稱為色彩三屬性[3，4]。
˙色相（Hue）:
區別色彩的名稱，即色彩的相貌，與色彩明暗、強弱無關，如紅、黃、藍色......。色相來自物體的電磁波長，不管是增色光或減色光都一樣，不同波長的光對人類的眼睛而言，具有不同顏色的特性。
˙明度（Value）：
色彩的明暗程度，即色彩反射光量的多寡，反射光量多時，色彩較亮，明度高；反射少時，色彩較暗，明度低，如紅色有亮的紅與暗的紅的不同性質。通常明度的表示方法是在明與暗之間分為白、灰、黑三種色調，明度階段的表示法有很多體系，每一種體系均以數值來表現該色彩的明度。
˙彩度（Chroma）：
色彩的鮮豔或混濁程度，亦即色彩的純粹度或飽和度，即色彩所含純色的多寡，某色黑、白含量越多，彩度越低；含量越少，彩度越高。不含黑、白就是純色；而純色為各色相中彩度最高的。
彩色模型
彩色模型的用途是用某種標準來指定彩色，其中大約分成硬體導向及應用導向；用於影像處理有RGB、CHYK、YIQ和HSI模型[5]。
RGB彩色模型
依Young -Helmholtz 之假說， 視覺感觀存在三種基本色之感受視神經。經光傳至視神經，刺激腦部而產生色的感覺，而這三種分光要素是紅、綠、藍的感受作用，此謂光的三原色。人眼所見的各種色彩是因為光線有不同波長所造成的，經過實驗發現，人類肉眼對其中三種波長的感受特別強烈，只要適當調整這三種光線的強度，就可以讓人類感受到『幾乎』所有的顏色。
此三種顏色稱為光的三原色(RGB)，就是紅(red)，綠(green)，藍(blue)。所有的彩色電視機、螢幕都具備產生這三種基本光線的發光裝置。因為這三種光線的混合幾乎可以表示出所有的顏色，因此電腦裡頭就用RGB三個數值的大小來標示顏色，每個顏色用8bit來記錄，可以有0~255，共256種亮度的變化，三種乘起來就有一千六百多萬種變化，即是所謂的24
bit全彩。
光線是越加越亮，因此兩兩混合可以得到更亮的中間色，三種紅、綠、藍等量相加可得到白色。補色是指完全不含另一種顏色，例如黃色一定是由紅綠兩色合成，完全不含藍色，因此黃色稱為藍色的補色，從色相圖中可以看到兩個補色隔著白色相對。將兩個補色相加會得到白色，如圖1所示。
圖1 RGB三原色
疊紋
疊紋 (MOIRE) 為一個法國字，原意是在形容一個屏風疊加的效果，現在則常用來表示絲綢的圖案，在有些時候，許多人也許都注意到屏風和絲綢衣服所形成的疊紋圖案，這些圖案是因為兩組以上間隔相接近的細線互相疊加而形成的，而光源則可以是穿透式的，也可以是反射式的，這時我們可以看出疊紋的圖案出現了大的明帶和暗帶，明帶出現的原因便在於細線的間隔區同時的出現在一起的結果，而暗帶出現的原因則是因為細線的條紋區同時出現在一起。疊紋之光柵之形式很多，我們可選擇疊紋之光柵形式，如放射形狀、波浪狀、直線形等。將等間隔光柵平行重疊，此時可能看不到疊紋，但一旦輕輕轉動上面一張光柵使其與下面之光柵呈一夾角，則可發現有間隔很大的疊紋出現，其間隔與已有之光柵間隔差異很大，當轉動的角度越大時，疊紋的間隔就變得越小，但條紋明暗對比卻越強烈，當上下兩片光柵之夾角為90度時，疊紋間隔最密，仔細觀察仍然可以找到疊紋的存在，其間隔與已有之光柵間隔接近。當將上面的一片光柵輕微移動此時將可看到疊紋圖像產生劇烈的變化，疊紋移動的速度大小與光柵移動之速度成等比例放大的結果，此即疊紋將小位移信號轉換成大位移信號的具體呈現[6,7]，如圖2所示。
圖2 疊紋干涉條紋
實驗設計的架構
使用電腦應用軟體－利用彩色模型隱藏資訊的軟硬體(如圖3)需求如下：
˙ 個人電腦一台（CPU：PentiumⅢ 500，記憶體：128MB ，顯示卡：S3 savage 3D/M），用來執行系統。
˙ 不同圖像形式的選擇及處理裝置。
˙ 攝影機或PC CAMERA 擷取影像，將圖像直接呈現於螢幕。
˙ 影像處理用軟體：Borland C++ Builder 4.0
圖3 系統裝置
實驗設計的動作順序
輸入：原始圖像
輸出：疊紋圖像
步驟1：
打開『利用彩色模型隱藏資訊』之圖像處理功能，擷取原始圖像，如圖4。
圖4擷取原始圖像
步驟2：
系統進行圖像處理，使用「色彩物理學」及「疊紋原理」來編碼，如圖5。
圖5編碼
步驟3：
利用雜訊形式選擇裝置，將原始圖像導入互補的雜訊圖像。
步驟4：
儲存疊紋圖像，運用Microsoft Internet Explorer瀏覽器”或 ”Outlook Express 郵件傳遞資訊，如圖6。
圖6
Outlook Express 郵件傳遞資訊
步驟5：
在Widows環境設置的標準格式，啟用”Microsoft
Internet Explorer瀏覽器”或 ”Outlook Express 郵件”作全選的動作即可對疊紋圖像解碼，顯示出隱藏彩色圖像，如圖7。
圖7解碼
研究目的
本文旨在利用利用「色彩物理學」及「疊紋原理」，結合電腦多媒體的技術，以BCB應用程式為主幹，把彩色圖像的隱藏融入網際網路的傳輸，靈活變化安排彩色載體。
本文研究目的有四：
一、將物理科學教育與數位影像處理技術結合。
二、結合物理科學教育與網際網路，擴展機器視覺與數位影象處理之科學教育應用的範疇。
三、開發電腦應用軟體－利用彩色模型隱藏資訊創視覺新領域。
四、增加網際網路傳輸彩色機密圖像的的安全性。
結論
本文提供一種數位彩色圖像處理技術，利用「色彩物理學」及「疊紋原理」，將彩色機密圖像嵌入到彩色圖像的載體內，透過應用軟體的實際操作，引發操作者學習「基礎物理」觀念的興趣及動機，刺激學習的意願，營造一個適當的學習環境。
誌謝
本論文經費來源由國科會計畫NSC 92-2515-S-035-002 所提供。
參考文獻
[1] 林宸生、洪三山、林青森、吳眧穎, ”電腦輔助教學－奇妙易學的資訊與光電實驗”, 2001物理教學及示範研討會,
pp.87-91, 2001
[2] PFITZMANN, B.: "Information hiding
terminology", First Workshop
of Information Hiding Proceedings, May 30 - June 1, 1996, Cambridge, U.K., pp.
347-350, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1174
[3] 李亨（1994）顏色技術原理及其應用
。中國：科技出版社
[4] 林書堯（民72）色彩學
。台北：三民書局
[5] 徐法坤（民88）數位影像色彩管理 。台北：龍溪國際圖書有限公司
[6] 林宸生（民88）數位信號-影像與語音處理。台北：全華科技圖書股份有限公司
[7] 林宸生（民82）光電精密量測。台北：全欣資訊書局