JP2008085695A - 電子透かし埋め込み装置および検出装置 - Google Patents

電子透かし埋め込み装置および検出装置 Download PDF

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Hideaki Ishii
英昭 石井
Taizo Anami
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Abstract

【課題】カラー文書画像の領域色に応じて適切に地紋を付与することで透かし情報を埋め込み、その印刷物または複写物から、領域色によらずに確実に透かしを検出する。
【解決手段】カラー画像２３３から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出し、埋め込み領域の領域色に応じて地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する。色領域３０１、３０２、および３０４の輝度は閾値を超えているため、これらの色領域に属する複数の埋め込み領域に対しては地紋パターンＡが採用される。一方、色領域３０３の輝度は閾値以下であるため、色領域３０３に属する複数の埋め込み領域に対しては地紋パターンＢが採用される。
【選択図】図２１

Description

本発明は、印刷文書による情報持ち出しを防ぐ手段として、印刷元の特定が可能な追跡情報を印刷物の背景地紋に埋め込む、印刷物向けの地紋透かし分野において、カラー文書画像に地紋透かしを埋め込む電子透かし埋め込み装置と、その文書画像から地紋透かしを検出する電子透かし検出装置に関する。
近年、会社内で保管する情報の電子化が進み、将来的にも紙文書による保管は減っていくことが予想される。しかしながら、紙文書はなくなるわけではないため、必然的に発生し続ける紙文書と電子文書の混在環境になっているのが現状である。また、企業や公共機関が取り扱う顧客データ等の個人情報の流出・漏洩が懸念されており、より厳格な管理システムの導入が求められている。実際に、情報漏洩の約半数は印刷物を媒体として発生しているとのデータもあり、印刷物からの情報漏洩対策が重要になっている。
このような状況に対応するためのセキュリティ技術の１つとして、電子透かしが挙げられる。電子透かしとは、画像、文書、音声等のデータに著作権者名や複製履歴等の情報を埋め込む技術である。会社内で取り扱う重要なデータや会社外へ提供する製品に情報を埋め込むことで、情報漏洩防止、複製防止、原本保証等を可能にする。
文書データは印刷されて紙文書となるが、その紙文書をスキャナで読み込み、ソフトウェアによって解析することで、埋め込まれた透かし情報を検出することが可能である。この技術を用いて印刷物に印刷者の氏名、ＩＤ、印刷日時等を埋め込むことによって、万が一印刷物が会社外等に持ち出された場合でも、印刷物のコピーもしくは紙の一部が何らかの形で回収されれば、透かし情報を検出することでだれが印刷したのかを調べることができる。すなわち、印刷物からの情報漏洩元追跡技術としてその応用が期待されている。
下記の特許文献１の方法では、文書中の文字領域を避けて、地紋透かしが埋め込まれる。ただし、埋め込み情報１ビットにつき、複数のシンボルパターンが使用される。
１ビットに対する複数のシンボルパターンのうち、一定閾値以上の数のシンボルパターンに文字領域が含まれる場合は、文字領域に背景文字用のパターンが埋め込まれ、残りの領域には“０”および“１”のシンボルが同数埋め込まれる。１ビットに対する複数のシンボルパターンのうち、一定閾値以上の数のパターンが空白領域である場合は、１ビット分の空白領域すべてに“０”または“１”のパターンが埋め込まれる。１ビット分の領域における“０”または“１”の個数を判定することで、埋め込まれた情報を検出することができる。
下記の特許文献２は、偽造された印刷物を摘発することができる文書印刷装置に関し、特許文献３は、カラー地紋が設定されている画像の印刷時にモノクロ地紋を付加する印刷制御装置に関し、特許文献４は、情報埋め込み領域判定装置および印刷物発行装置に関する。
下記の非特許文献１は、画像処理における平滑化（エッジ保存スムージング）、２値化（判別分析法）、エッジ検出（勾配、ラプラシアン）、エッジ追跡法、および領域分割（領域統合法）に関し、非特許文献２は、グレイスケール画像の２値化のための閾値選択方法に関する。
特開２００３−２０９６７６号公報 特開２００３−１５２９７９号公報 特開２００５−１９３６４８号公報 特開２００６−１２１５６９号公報 田村秀行編著，"コンピュータ画像処理"，オーム社，ｐ．１１４−１１５，１４０，１８４−１８８，２０２−２０４，２０６−２０７，２００２年１２月２０日． 大津展之，"判別および最小２乗規準に基づく自動しきい値選定法"，電子通信学会論文誌，Ｖｏｌ．Ｊ６３−Ｄ，Ｎｏ．４，ｐ．３４９−３５６，１９８０年．
上述した従来の透かし埋め込み技術には、次のような問題がある。
特許文献１は、シンボルパターンと文字領域の判別方法について具体的な手順を示すものではなく、カラー文書に埋め込まれた地紋透かしの検出時の課題にも、特に言及していない。したがって、対象となる印刷物の色領域を考慮した埋め込みを行うことはできない。
特許文献１では、以下の方法で文書画像に地紋透かしが埋め込まれる。
（１）文書中の領域が文字領域か否かを判断の上、１ビットに対して数個のシンボルを用いて情報を埋め込む。
（２）文書中の領域がカラーかモノクロかに関係なく、地紋の色には黒色を使用する。
この方法で埋め込まれた地紋を検出する場合、低輝度の領域（濃い色の領域）に黒色で透かし用地紋を埋め込んだ部分では、印刷物における地色と透かしの輝度差が小さくなる。文書全体について２値化のための最適な閾値を算出しても、低輝度の領域における２値化の閾値としては不適切である。このため、カラー文書において、低輝度の領域の占める割合が増えれば、必然的に地紋透かしの検出が難しくなる。
図４４は、地紋透かしを埋め込む対象となるカラー印刷物の例を示している。ここでは、ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ（登録商標）等で作成されたスライド文書に含まれる色図形を想定している。このカラー印刷物の図形領域１０において、「起」を含む領域１１は薄い黄色、「承」を含む領域１２は薄い緑色、「転」を含む領域１３はオレンジ色、「結」を含む領域１４は水色でそれぞれ着色されている。
図４５は、図４４のカラー文書の全面に、文字領域や図形領域を避けることなく、強制的に地紋透かしを埋め込んだ印刷物の図形領域１０のスキャン画像を示している。白色の領域だけでなく、色のついた領域にも、透かしが重畳されている。
図４６は、図４５のスキャン画像に対して、透かし検出のため、グレイスケール変換を行い、２値化処理として判別分析法を適用した結果を示している。判別分析法を適用すると、対象画像に異なる地色の領域が含まれる場合、画像領域全体における最適な閾値が決定される。白色領域や薄い黄色の領域１１では、２値化により地紋パターンが明確に現れる。また、薄い緑色の領域１２や水色の領域１４でも、白色領域より黒っぽくなるが、地紋パターンは明確に現れている。
しかし、オレンジ色の「転」の領域１３の地色は、判別分析法によって算出された閾値よりも輝度が低い（色が濃い）ため、２値化によって完全に黒く変化する。このように低輝度の（濃い色の）領域に埋め込まれた地紋透かしは、従来の方法では検出することができない。
本発明の課題は、カラー文書画像の領域色に応じて適切に地紋を付与することで透かし情報を埋め込み、その印刷物または複写物から、領域色によらずに確実に透かしを検出することである。
図１は、本発明の電子透かし埋め込み装置の原理図である。図１の電子透かし埋め込み装置は、領域抽出手段１０１、地紋パターン決定手段１０２、および地紋画像生成手段１０３を備え、カラー文書画像１１１に情報を埋め込む。
領域抽出手段１０１は、カラー文書画像１１１から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出し、地紋パターン決定手段１０２は、埋め込み領域の領域色に応じて、その埋め込み領域に適した地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する。地紋画像生成手段１０３は、決定された地紋パターンを用いて透かし情報を埋め込み領域に埋め込んで、地紋画像１１２を生成する。
カラー文書画像１１１全体から地紋パターンの埋め込みが可能な領域が抽出され、その領域の領域色に応じて適切な地紋パターンの色または形状、あるいはその両方が決定される。各埋め込み領域の個別の領域色に応じて、地紋パターンの色や形状を変更することで、それぞれの埋め込み領域において容易に検出可能な地紋パターンを選択することができる。選択された地紋パターンを用いて地紋画像１１２を生成することで、様々な色領域からなるカラー文書画像１１１に対して、適切な地紋を付与することが可能になる。
領域抽出手段１０１は、例えば、後述する図２の境界検出部２１２、候補領域抽出部２１３、および領域選択部２１４に対応し、地紋パターン決定手段１０２は、例えば、地紋パターン決定部２１５に対応し、地紋画像生成手段１０３は、例えば、透かし埋め込み部２１６および地紋画像生成部２１７に対応する。
また、本発明の電子透かし検出装置は、画像生成手段および透かし検出手段を備え、カラー文書画像に埋め込まれた情報を検出する。
画像生成手段は、カラー文書画像に含まれる色領域の領域色と地紋パターンの識別が可能な透かし検出用画像を生成し、透かし検出手段は、透かし検出用画像を用いて、色領域から地紋パターンを検出する。
各色領域において、その領域色（地色）と、埋め込まれた地紋パターンの識別が可能になるような透かし検出用画像を生成し、その透かし検出用画像から地紋パターンを検出することで、領域色によらずに、地紋パターンを確実に検出することができる。
画像生成手段は、例えば、後述する図２４の輪郭抽出部２４１１、色領域分割部２４１２、動的２値化部２４１３、および２値画像結合部２４１４に対応し、透かし検出手段は、例えば、透かし検出部２４１５に対応する。
本発明によれば、白黒文書画像だけでなく、カラー文書画像に対しても、領域色に応じて適切な地紋透かしを埋め込むことができ、かつ、埋め込まれた透かしを領域色によらずに確実に検出することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明は、カラー文書に対して印刷時に地紋を付与することで透かし情報を埋め込み、その印刷物および複写物から、印刷物の領域色によらずに透かしを検出する仕組みに関する。
上述したように、カラー文書に埋め込まれた透かしを検出する際に、領域色または領域の輝度によっては、透かしの検出が難しい領域が生じるという問題点を解決するため、本実施形態では、領域色によらずに安定して透かしの検出が確実に行えるような、地紋透かしの埋め込み方法および検出方法を示す。
本実施形態の電子透かし埋め込み装置は、カラー文書データを入力として、地紋の埋め込みが可能な領域を抽出する機能と、検出された地紋埋め込み領域に対して、領域の色に応じた地紋の色と形状を決定する機能と、決定された地紋の色と形状に従って透かし情報を埋め込んだ地紋画像を生成する機能とを備える。
図２は、このような電子透かし埋め込み装置の構成例を示している。図２の電子透かし埋め込み装置２０１は、領域色判定部２１１、境界検出部２１２、候補領域抽出部２１３、領域選択部２１４、地紋パターン決定部２１５、透かし埋め込み部２１６、地紋画像生成部２１７、および文書画像重畳部２１８を備える。
ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ（登録商標）等のカラー文書２３１を扱うソフトウェアから、ユーザがカラープリンタ向けに印刷処理を実行すると、そのプリンタに適合するサイズの印刷データ２３２がスプール上に生成される。この印刷データ２３２は、例えば、ＥＭＦ（Enhanced Metafile Format）形式で生成される。ここで、スプール上の印刷データ２３２を採取することにより、印刷データ２３２のカラー画像２３３（ビットマップデータ）を取得することができる。
電子透かし埋め込み装置２０１は、こうして取得された印刷文書のカラー画像２３３を入力として地紋画像を生成し、元のカラー画像２３３と地紋画像の重畳画像を生成する。
以下では、図４４に示した印刷物のカラー画像を例にとって、地紋透かし埋め込みの手順について説明する。簡単のため、各説明図には、カラー画像の図形領域１０についての処理結果を示す。
電子透かし埋め込み装置２０１は、入力素材であるカラー画像２３３に対して、領域色判定部２１１による領域色判定処理と、境界検出部２１２による境界検出処理をそれぞれ実行する。これらの２つの処理は同時に実行してもかまわない。
領域色判定部２１１は、黒画素除去部２２１と色判定・領域分割部２２２を含む。まず、黒画素除去部２２１は、入力されたカラー画像２３３から、無彩色の画素（特に黒画素）を取り除いた、図３のような黒画素除去画像を生成する。黒画素を除去した結果、薄い黄色、薄い緑色、オレンジ色、および水色の画像領域３０１、３０２、３０３、および３０４を含んだ画像が得られる。
続いて、色判定・領域分割部２２２は、色領域の抽出および領域色判定を行う。この処理では、黒画素除去画像を色領域に分割し、各々の色領域ごとに領域色を求める。
図４は、このような領域分割処理のフローチャートである。色判定・領域分割部２２２は、まず、入力文書画像４１１（黒画素除去画像）を所定の単位領域に分割する（ステップ４０１）。単位領域としては、例えば、図５に示すような２×２の大きさの正方領域が用いられ、入力文書画像４１１は、図６に示すように、Ｎ×Ｍ個の単位領域に分割される。
次に、単位領域ごとの平均画素値を算出し（ステップ４０２）、得られた平均画素値を単位領域の画素値としてシンボル配列に格納する（ステップ４０３）。画素値としては、例えば、ＲＧＢまたは輝度のいずれかが用いられる。
次に、入力文書画像４１１の左上の単位領域６０１に色領域ＩＤを付与し、その単位領域６０１の平均色情報（ＲＧＢ、輝度等）を算出する。そして、入力文書画像４１１の各行を左から右に向かってスキャンし、各単位領域と隣接する単位領域の画素値を比較する（ステップ４０５）。
ｉ行ｊ列（ｉ＝１，２，．．．，Ｎ，ｊ＝１，２，．．．，Ｍ）の単位領域の画素値（輝度）をＹi,j とすると、図７に示すように、注目単位領域の左隣および上隣の単位領域が比較対象となり、２つの単位領域の画素値の差が求められる。画素値としてＲＧＢを用いた場合は、Ｒ、Ｇ、およびＢの各値の差が求められる。
次に、画素値の差を所定の閾値Ｔｈと比較し（ステップ４０６）、差がＴｈ以下であれば、隣接単位領域と同じ色領域ＩＤを注目単位領域に付与する（ステップ４０７）。差がＴｈより大きければ、新たな色領域ＩＤを注目単位領域に付与して、その単位領域の平均色情報を算出する（ステップ４０８）。例えば、２５６段階の画素値の場合は、Ｔｈ＝１０に設定される。
次に、注目単位領域が入力文書画像４１１の右下の単位領域か否かをチェックし（ステップ４０９）、右下の単位領域でなければ、次の単位領域を注目単位領域としてステップ４０５以降の処理を繰り返す。そして、右下の単位領域に到達すると、全画素の色領域ＩＤを示す画素配列４１２と、色領域ＩＤごとの平均色情報４１３を、処理結果として出力する。
このような領域分割処理によれば、各単位領域の画素値が隣接単位領域の画素値と同一、あるいは、画素値の差が一定の閾値以内であれば、両者が同一の色領域と判断され、領域が結合される。この処理を繰り返すことにより、領域色が同一か否かという基準に基づく領域分割結果が得られる。
単位領域の形状は、図５のものに限られることはなく、他の形状を用いることが可能である。例えば、各画素を単位領域として用いた場合、画素色判定の基本単位が１画素となり、注目画素と隣接する画素の画素値が同一、あるいは、画素値の差が所定の閾値以内に収まるか否かが判断基準となる。所定の閾値以内に収まる画素を同一の色領域として結合していくことで、画素値が同一もしくは一定範囲内の色領域が抽出できる。
各画素を単位領域とする領域分割処理により、図８に示すように、図３の黒画素除去画像から４色（薄い黄色、薄い緑色、オレンジ色、水色）の色領域３０１〜３０４が抽出される。この抽出結果では、各々の色領域について、色領域ＩＤ、形状、始点の座標、サイズ、色（Ｒ、Ｇ、Ｂの各値）、および輝度値Ｙが抽出されている。ＩＤ“０”は薄い緑色の色領域３０１を表し、ＩＤ“１”は薄い緑色の色領域３０２を表し、ＩＤ“２”はオレンジ色の色領域３０３を表し、ＩＤ“３”は水色の色領域３０４を表す。色領域の形状は、例えば、ビットマップ形式で保持される。
領域色判定部２１１による領域色判定処理と並行して、境界検出部２１２は、カラー画像２３３に含まれる文字領域または図形領域を検出する境界検出処理を行う。地紋透かしの検出方法によっては、文字領域や図形領域に地紋が埋め込まれた場合に、地紋と文字あるいは図形との判別が困難である。このため、透かしを確実に検出するためには、文字領域および図形領域を避けて、地紋埋め込み領域を確保することが望ましい。
ただし、スライドに多用されるような色図形等のように、図形の内部に、画素値が一様で、かつ、地紋パターンを連続して埋め込める領域が存在するならば、このような領域も地紋埋め込み領域として扱うことにより、文書中における埋め込み領域をより広く確保することができる。
例えば、後述する透かし検出方法によれば、色図形の内部に埋め込まれた地紋透かしの検出が可能である。このような透かし検出方法を前提として、入力となる文書画像に含まれる、文字領域や、色図形の境界領域を検出するためには、例えば、エッジ検出処理を行うのが適切である。入力画像またはその輝度画像に対してエッジ検出処理を行うことにより、文字部分の輪郭や図形領域の境界等の画素値が急激に変化する部分を抽出できる。
エッジ検出には、注目画素と隣接画素の画素値の差を求める１次微分法、あるいは画素値の変化の極大点を求める２次微分法等が適用できる。検出されたエッジは文字や図形領域の境界線を示している。エッジ上では画素値が急激に変化しており、このような部分に埋め込まれた地紋の検出は困難であるため、生成されたエッジ画像を、地紋埋め込み不可の領域を示す画像として利用する。
例えば、エッジの検出方法として、２次微分法を用いれば、文字や図形領域の境界部分、あるいは色領域の境界部分を線分として検出することができる。文字領域等では、このような線画像が多数含まれるため、地紋を連続して埋め込める領域を確保することは難しい。一方、スライドに用いられる色領域の場合、色領域の内部はエッジとして検出されないため、色領域の内部の画素値が一様であれば、透かし埋め込み領域として確保することができる。その結果、文字が含まれる領域を避けつつ、色図形の内部に透かしを埋め込むことができる。
図９は、境界検出部２１２による境界検出処理のフローチャートである。まず、輝度算出部２２３は、入力文書画像９１１がカラー画像か否かをチェックする（ステップ９０１）。
入力文書画像９１１がカラー画像２３３の場合は、領域色によらずに文字や図形の境界となる画素を求めるために、カラー画像２３３の各画素の輝度値を算出して、カラー画像２３３をグレイスケール化（輝度画像化）する（ステップ９０２）。カラー画像２３３のｉ行ｊ列（ｉ＝１，２，．．．，Ｎ，ｊ＝１，２，．．．，Ｍ）の画素の輝度値Ｙi,j は、その画素のＲＧＢの値Ｒi,j 、Ｇi,j 、およびＢi,j を用いて、次式により計算される。

Ｙi,j ＝０．３Ｒi,j ＋０．５９Ｇi,j ＋０．１１Ｂi,j （１）

次に、エッジ検出部２２４は、得られた輝度画像に平均値フィルタを適用して、輝度画像を平滑化する（ステップ９０３）。例えば、図１０に示すような２×２の平均値フィルタ１００１を用いた場合、平滑化された画像の輝度値Ａｖi,j は、次式により求められる。

Ａｖi,j ＝（Ｙi-1,j-1 ＋Ｙi-1,j ＋Ｙi,j-1 ＋Ｙi,j ）／４ （２）

次に、平滑化された画像に２次微分フィルタを適用して、エッジ画像９１２を生成する（ステップ９０４）。例えば、図１１に示すような３×３の２次微分フィルタ１１０１（４近傍ラプラシアン）を用いた場合、エッジ画像９１２の画素値Ｌi,j は、次式により求められる。

Ｌi,j ＝Ａｖi-1,j ＋Ａｖi,j-1 ＋Ａｖi+1,j ＋Ａｖi,j+1 ＋Ａｖi,j-1 −４Ａｖi,j （３）

図１２は、このような２次微分オペレータ（ラプラシアン）を用いた境界検出処理により生成されたエッジ画像を示している。図１２においては、色領域の境界、線図形、文字の周囲等がエッジとして検出されている。
こうして得られたエッジ画像９１２に対して、候補領域抽出部２１３による候補領域抽出処理が行われ、埋め込み可能領域９１３が抽出される。
候補領域抽出処理において、正確に文字領域を判定する必要があれば、輝度画像に含まれる文字画像をＯＣＲ（文字認識）により検出すればよい。ここで、検出された文字画像の領域に対して、黒画素を周囲に膨張させる膨張処理を行えば、隣接する文字画像領域が結合するため、連続する複数の文字画像を含む文字領域が得られる。
あるいは、文字領域を判定する別の方法として、カラー文書２３１の印刷データ２３２が得られる場合に、印刷データ２３２を取得し、これを解析することで文字領域を推定してもよい。印刷データ２３２に含まれる文字描画要素から、文字サイズや描画位置の情報を抽出することで、文字領域の位置を推定することができる。
例えば、ＥＭＦ形式の印刷データ２３２の場合には、文字を含む描画コマンド群が印刷データ２３２中に列挙された形式で記録されている。したがって、例えば、文字描画コマンドにおける座標情報を解析することによって、あるいは、文字描画コマンドを含むすべての描画コマンドを逐次実行して、文字が描画されたタイミングでの描画結果画像の変化を検知することによって、文字が描画される位置の座標を取得できる。
なお、上述した境界検出処理にエッジ検出処理を用いる場合、文字サイズが大きければ、図形と同様に、大きな文字の内部に地紋の埋め込み領域が確保され、印刷物の見た目が悪くなるケースが生じる。このような場合は、ＯＣＲあるいはＥＭＦ解析により判定された文字領域を、地紋の埋め込み領域から除外することによって、文字の内部を避けて、図形の内部にのみ地紋の埋め込みを行うことができる。
候補領域抽出処理では、境界検出処理におけるエッジ検出により検出された境界画素が、文字・図形領域の境界部分（境界線）とみなされる。そして、文字や図形の境界部分を避けて埋め込み領域を確保する。ここでは、透かし情報を、互いに識別可能なＩＤを付与した多数のパケットに分割し、これらのパケットを埋め込み可能な領域が求められる。
候補領域抽出部２１３は、まず、透かし埋め込み量から透かしを埋め込む領域の形状を決定する。領域形状としては、透かしを分割して埋め込む「パケット」形状、あるいは、長方形領域に複数の「パケット」を一括して埋め込む「ブロック」形状を用いる。
続いて、境界検出処理により生成されたエッジ画像９１２から、領域形状に相当する埋め込み候補領域を抽出する。このとき、エッジ画像９１２を地紋パターン（透かしシンボル）のサイズに分割し、得られたそれぞれの小領域（シンボル領域）に地紋パターンを埋め込んで、それを検出できるか否かをテストする。地紋パターンが検出できれば、その小領域は埋め込み可能と判定され、地紋パターンが検出できなければ、埋め込み不可と判定される。
さらに、埋め込み候補領域と同じサイズの走査窓を、エッジ画像９１２における走査窓として設定し、その走査窓の範囲内に埋め込み不可能な小領域が存在しなければ、その範囲を埋め込み候補領域として抽出する。また、抽出済の領域の全画素に対して抽出済マークを付与して、再検出されることを避ける。こうして、「パケット」形状または「ブロック」形状の埋め込み候補領域が、可能な限り確保される。
本実施形態では、後述するように、透かし検出にエロージョン処理を用いているため、候補領域抽出処理においてもエロージョン処理が用いられ、各小領域内に、検出時に必要となる判定領域（空白領域）が確保されているか否かがチェックされる。小領域内に空白領域が確保されていれば、その小領域は埋め込み可能と判定され、空白領域が確保されていなければ、埋め込み不可と判定される。
ここで、図１３から図１８までを参照しながら、エロージョン処理による透かしシンボルの検出方法について、より具体的に説明する。
数理形態学において、集合Ｘと集合Ｙのミンコフスキー和もしくはミンコフスキー差を求める際、集合Ｘを処理対象の図形とした場合の集合Ｙを、構造要素と呼ぶ。構造要素は行列や関数として扱うことが可能であり、本実施形態では構造要素を行列として扱う。視覚的には、所定形状を有する小領域として構造要素を表現することができる。
エロージョンとは、画像中の注目画素を中心に構造要素を配置して、構造要素の定義域に対応する範囲内の画素の輝度を求め、注目画素の輝度をそれらの輝度の最小値で置き換える操作である。
図１３に示す４つの地紋パターン１３０１〜１３０４は、それぞれ異なる透かしシンボルを表している。これらの地紋パターン内には、図１４に示すように、パターン毎に特徴の異なる空白領域が形成されるように複数のドットが配置されている。ここで、空白領域の特徴とは、空白領域の数、面積、形状、画素の平均値等を意味する。各地紋パターンに対してエロージョン処理を行うことで、パターン内部の空白領域を検出することができる。
なお、文書画像全体の濃度を一様にして、人の目で地紋パターンを判別しにくくするために、それぞれの地紋パターンを構成するドットの数は同じにすることが望ましい。
図１３の４つの地紋パターンから、図１４のような円で囲まれた部分の空白領域を抽出する場合、図１５に示すような菱形の構造要素１５０１を用いてエロージョン処理が行われる。例えば、地紋パターン１３０１に対してエロージョン処理を行うと、図１６に示すように、図１４に示した左上部の空白領域を含む変換結果１７０１が得られる。
この処理では、構造要素１５０１の中心を基準位置として、その位置を透かしシンボル画像中の注目画素に重ねて構造要素１５０１が配置される。そして、構造要素の定義域内の画素の輝度が求められ、注目画素の輝度がそれらの輝度の最小値で置き換えられる。構造要素１５０１により画像全体をラスタ走査しながら、このような置換を繰り返すことで、変換結果１７０１が得られる。
同様にして、地紋パターン１３０２、１３０３、および１３０４からは、図１７に示すような変換結果１７０２、１７０３、および１７０４がそれぞれ得られる。
これらの変換結果から、構造要素１５０１を用いることで、地紋パターン１３０１〜１３０４内の一定サイズ未満の空白領域は黒く塗りつぶされ、一定サイズ以上の空白領域のみを検出できることがわかる。こうして得られた画像の変換結果において、シンボル画像の範囲内における空白領域の位置情報に基づいて、シンボルの値が識別される。
具体的には、シンボル領域を複数のブロックに分割し、各ブロックに含まれる空白領域の数に基づいてシンボルを識別する。図１７に示した変換結果の場合は、図１８に示すように、シンボル領域が２×２のブロックに分割され、空白領域が存在するブロックの位置からシンボルが識別される。
図１９は、図１２のエッジ画像を用いて、透かし埋め込みが可能な領域を確保した結果を示している。この場合、対象画像における空白領域の大きさが小さいため、透かし情報をまとめて埋め込む「ブロック」形状の領域を確保することはできない。そこで、透かしを細分化した最小単位に相当する、「パケット」形状の埋め込み候補領域（小さな矩形領域）が多数抽出されている。
次に、領域選択部２１４は、領域分割処理によって得られた各色領域の領域色を考慮して、抽出された各埋め込み候補領域が埋め込み領域として妥当か否かを判定する。例えば、埋め込み候補領域に対応する色領域の領域色を参照し、色領域が高輝度（薄い色）か、低輝度（濃い色）であるかを、事前に設定した閾値に従って判別することで、地紋の検出が可能な埋め込み候補領域を選択する。なお、閾値による判別は、輝度ではなく、明度、彩度、あるいはＲＧＢ等に色分割した場合の各明度等を用いて行ってもよい。
このように、色領域分割と領域色決定を事前に行っておくことで、透かし埋め込みが可能と判断された候補領域に含まれる色領域の参照が容易となり、地紋の色と形状を効率的に決定できる。
また、埋め込み候補領域に多数の色領域が含まれているか否かを判定し、埋め込み候補領域に異なる色の色領域が多数含まれていれば、その候補領域を埋め込み領域から除外してもよい。このような埋め込み候補領域は、例えば、テキスチャ領域のような、色が一様ではない領域であり、地紋の埋め込みには適さないためである。
また、埋め込み候補領域の色を判定する際に、隣接する２つの候補領域の画素値の差が一定の閾値以内であれば、それらを同一領域とみなして結合し、２つの候補領域に透かしを連続して埋め込むように、埋め込み領域を再度確保し直してもよい。
例えば、埋め込み領域に応じた地紋色の判定を輝度値で行うのであれば、隣接する領域の色相や彩度が異なっていても、輝度値の差が一定の閾値以下であれば、同一領域とみなしてよい。あるいは、地紋色の判定を彩度で行うのであれば、色相や輝度が異なっていても、彩度値の差が一定の閾値以下であれば、同一領域とみなしてよい。
次に、地紋パターン決定部２１５は、領域選択部２１４により選択された埋め込み領域の色の画素値（輝度、明度等）による判別結果を用いて、各領域色に適した地紋パターンを決定する。これにより、埋め込み領域ごとに、地紋パターンの色または形状、あるいはその両方が決定される。
以下、境界画像から抽出された透かし埋め込み領域で用いられる地紋パターンの色と形状の決定方法について、領域の輝度値を判定基準に用いた場合を例にとって説明する。
（１）輝度値が一定の閾値を超える埋め込み領域では、輝度値が閾値を超えない地紋色を有する複数の点で構成された地紋パターンを埋め込む。
例えば、埋め込み領域がカラー文書中の白色領域、あるいは、閾値により高輝度と判定された色領域であれば、図２０の地紋パターンＡのように、白地に黒色または低輝度の点を配置するように構成された地紋パターンを用いて透かしを埋め込む。地紋パターンＡは、同期信号入りで４値の透かし埋め込みを行う場合に用いられる。同期信号、情報“０”、情報“１”、情報“２”、および情報“３”を示すそれぞれの地紋パターンが、点が欠けている部分の位置により識別できるように構成されている。
（２）輝度値が一定の閾値以下の埋め込み領域では、輝度値が閾値を超える地紋色を有する空白領域（穴）を含んだ地紋パターンを埋め込む。
例えば、埋め込み領域がカラー文書中の黒色領域、あるいは、閾値によって低輝度と判定された色領域であれば、図２０の地紋パターンＢのように、黒地に白色または高輝度の空白領域を含むように構成された地紋パターンを用いて透かしを埋める。地紋パターンＢは、地紋パターンＡと同様に、同期信号入りで４値の透かし埋め込みを行う場合に用いられる。同期信号、情報“０”、情報“１”、情報“２”、および情報“３”を示すそれぞれの地紋パターンは、空白領域の位置により識別できるよう構成されている。
ここで、領域色の輝度によって、地紋の色（輝度）を変化させる理由は、印刷時の地色と地紋の濃度差を一定以上確保するためである。したがって、地紋パターンを切り替える閾値としては、例えば、白画素（輝度：２５５）と黒画素（輝度：０）の中間値（輝度：１２８）を用いるのが望ましい。
上記（１）の領域に地紋パターンＡを用い、さらに、（２）の領域に地紋パターンＢを用いることで、（１）および（２）の各々の方法で埋め込まれた透かしを同一の方法で検出することが可能となる。地紋パターンＡと地紋パターンＢは同時に使用できるが、いずれか一方を単独で用いてもよい。
さらに、（１）の決定方法の変形として、地紋色と領域色の画素値の差が一定となるように、地紋パターンの色を決定してもよい。例えば、カラー文書中の白色領域および高輝度の色領域に対して埋め込む地紋パターンの色を、領域色に対して一定の輝度差となるように決定する。地紋パターンを領域色に対して微弱な輝度差で埋め込むことにより、印刷時に地紋を目立たなくすることができる。
この場合、透かし検出の際には、地紋色と領域色の印刷時の輝度差が一定値の前後に収まっていることを、判定条件として用いることができる。あるいは、検出時の判定条件の変更を前提として、輝度に限らず、彩度、色相、またはＲＧＢの各成分等、任意の画素値に一定の差をつけて、地紋パターンの色を設定してもよい。
また、地紋パターンの色相については、例えば、無彩色（白、灰色、黒）を用いればよい。あるいは、領域色と同一色相または補色の関係にある有彩色を使用し、特定の画素値（例えば、輝度や彩度）のみを、上述した条件に適合するように設定してもよい。
図２１は、有彩色領域において確保された透かし埋め込み領域に対して、図８の色領域情報を用いて地紋パターンを決定した結果を示している。まず、領域選択部２１４は、各埋め込み領域について、色領域として検出されているか否かを判別する。色領域であれば、地紋パターン決定部２１５が、その領域の輝度値を事前に算出した閾値と比較し、高輝度の領域用の地紋パターンＡ、または低輝度の領域用の地紋パターンＢのいずれを用いるかを決定する。
地紋パターンを選択するための閾値は、例えば、対象となる文書画像の全面にダミーの地紋パターンを埋め込み、判別分析法を適用することで算出される。算出された閾値よりも濃い部分は、２値化により黒化される。具体的には、２値化の閾値は、文書画像にダミーの地紋パターンを埋め込み、判別分析法によって算出される。
ある濃度の領域にダミーの地紋埋め込みを行うと、その領域の平均輝度が低下する（濃度が上昇する）。地紋を埋め込む前の濃度と地紋を埋め込んだ後の濃度の間には相関関係があるため、ダミー地紋埋め込み画像から判別分析法で算出された輝度閾値を用いて、地紋埋め込み前の領域の輝度を判別することができる。
領域の輝度がこの閾値以下であれば、地紋パターンＢを用いて地紋透かしを埋め込むことで、領域色によらずに、印刷時における領域色と地紋パターンの濃度差を一定以上確保できるため、埋め込まれた透かしの検出が容易になる。
例えば、輝度閾値として１２８を用いた場合、色領域３０１、３０２、および３０４の輝度は閾値を超えているため、これらの色領域に属する複数の埋め込み領域に対しては地紋パターンＡが採用される。一方、色領域３０３の輝度は閾値以下であるため、色領域３０３に属する複数の埋め込み領域に対しては地紋パターンＢが採用される。
次に、透かし埋め込み部２１６は、透かし情報の埋め込み処理を行う。「パケット」形状の埋め込み領域には、例えば、図２２に示すような構成の透かしパケットが割り当てられる。この透かしパケットは、パケットの先頭を示す同期シンボル２２０１と、それに続く複数の情報シンボル（４値の場合は“０”〜“３”の４種類）２２０２からなる。
図２１の例では、「パケット」形状の埋め込み領域が多数存在するため、それぞれの領域に埋め込まれた透かしパケットを特定するための識別情報が、情報シンボル２２０２の一部に含められる。すべての埋め込み領域に対して透かしパケットの割り当てが完了すれば、透かし情報の埋め込み処理が終了する。
最後に、地紋画像生成部２１７は、紙面全体に対して、決定された地紋パターンの画像データ（地紋画像）を生成し、文書画像重畳部２１８は、カラー画像２３３と、生成された地紋画像を重畳することで、地紋透かしが埋め込まれたカラー文書画像を生成する。
まず、地紋画像生成部２１７は、各埋め込み領域に対して、割り当てられた透かし情報を表す複数の地紋パターンを配置する。ここでは、白黒文書向けに、印刷物に文字を避けて透かし情報を埋め込む方法（指定領域への地紋パターンの割り当て決定方法）が適用できる。
例えば、図２２の透かしパケットを用いた場合、各埋め込み領域に対して、複数の地紋パターンに対応する複数のＩＤが割り当てられ、それらのＩＤを有する地紋パターン画像をカーペット状に配置することにより、カラー画像２３３に重畳可能な地紋画像が生成される。
次に、文書画像重畳部２１８は、入力されたカラー画像２３３の文書画像に、生成された地紋画像を重畳し、地紋透かしが埋め込まれた印刷用の文書画像（地紋重畳画像）を出力する。例えば、地紋パターンの決定方法として、上述した（１）および（２）の方法を用いた場合は、地紋パターンＡと地紋パターンＢの各々に対して、文書画像と地紋画像の重畳方法を変える必要がある。
以下、地紋パターン決定の判定基準として領域の輝度値を用いた場合を例にとり、文書画像と地紋画像の重畳方法について説明する。
（１）高輝度の色領域への地紋の重畳処理
高輝度とみなされるすべての領域に対して、黒色または低輝度の地紋パターンＡを配置した地紋画像を、白地に低輝度色で生成する。この地紋画像を文書画像とＡＮＤ演算で重畳すれば、文書画像に低輝度の地紋が埋め込まれた重畳画像（Ａ）が得られる。ただし、このＡＮＤ演算では、文書画像と地紋画像の対応する位置の画素のうち、輝度値の小さい方の画素が採用される。２値画像の場合は、文書画像と地紋画像のいずれか一方の画素の輝度値が０（黒画素）の場合に、重畳結果が黒画素となる。
（２）低輝度の色領域への地紋の重畳処理
低輝度とみなされるすべての領域に対して、地紋パターンＢに含まれる判定領域（空白領域）のみを塗りつぶした地紋画像（Ｂ）を、黒地に高輝度色で生成する。文書画像に対して、この地紋画像（Ｂ）の高輝度部分（薄い色の部分）のみを上書き、もしくは、ＯＲ演算すれば、文書画像に高輝度の地紋が埋め込まれた重畳画像が得られる。ただし、このＯＲ演算では、文書画像と地紋画像の対応する位置の画素のうち、輝度値の大きい方の画素が採用される。２値画像の場合は、文書画像と地紋画像のいずれか一方の画素の輝度値が２５５（白画素）の場合に、重畳結果が白画素となる。
また、（１）と（２）の方法を併用して地紋の埋め込みを行う場合は、例えば、上記重畳画像（Ａ）に対して、上記地紋画像（Ｂ）の高輝度部分を上書き、もしくは、ＯＲ演算すればよい。この結果、文書画像の高輝度領域には、白地に低輝度色の点状のパターンが配置され、さらに、文書画像の低輝度領域に高輝度の穴が開けられたような、地紋重畳画像が得られる。
なお、地紋色と領域色の輝度値の差が一定となるように地紋パターンの色を決定した場合でも、上記（１）の重畳処理によって、文書画像に地紋が埋め込まれた印刷用の文書画像を生成することができる。
図２３は、（１）と（２）の方法を併用した文書画像重畳処理を示している。まず、地紋パターンＡを配置した高輝度領域向け地紋画像２３０１を、カラー画像２３３とＡＮＤ演算で重畳することで、高輝度領域向け地紋重畳画像２３０３が生成される。次に、地紋パターンＢの空白領域を配置した低輝度領域向け地紋画像２３０２の高輝度部分を、高輝度領域向け地紋重畳画像２３０３に上書きすることで、２種類の地紋が重畳された地紋重畳画像２３０４が生成される。
以上の過程を経て、色領域に応じた地紋パターンの埋め込み（地紋入り文書画像の生成）が完了する。この地紋入り文書画像は印刷部２０２に送出され、印刷部２０２は、地紋印刷物２３４を印刷出力する。
ところで、図２の電子透かし埋め込み装置２０１では、カラー画像２３３の全領域に対して領域色判定処理を行っているが、その代わりに、地紋埋め込み可能と判定された埋め込み候補領域についてのみ、領域色判定処理を行ってもよい。
通常、地紋埋め込み可能な領域は、文書画像中の空白部分や、色図形の内部等、領域色が一様な部分である。そこで、候補領域抽出部２１３により埋め込み候補領域が抽出された後で、その候補領域の内部の画素値を領域色として算出すればよい。埋め込み候補領域の内部の色が単一の色ではなく、複数の色のドットを網点状に組み合わせて構成されている場合を考慮するならば、一定の単位領域について平均画素値を算出すればよい。
以上説明したように、実施形態の電子透かし埋め込み装置によれば、カラー文書画像への透かし埋め込み時に、埋め込み可能な領域の判定が行われ、各領域の色に応じて地紋パターンの色と形状が決定される。これにより、カラー文書画像の領域色に応じて、適切な透かしを埋め込むことができる。
次に、カラー印刷物に埋め込まれた地紋透かしを検出する電子透かし検出装置について説明する。
本実施形態の電子透かし検出装置は、カラー文書画像の色領域に地紋透かしが埋め込まれている場合に、地紋パターンの検出に適した前処理を行うことによって、カラー文書画像の領域色によらずに地紋パターンを検出する。この前処理では、文書画像の色領域を考慮して、地紋と地色の識別が容易な、透かし検出に適した透かし検出用画像が生成される。
検出された地紋パターンから透かし情報を抽出するには、まず、地色を白、地紋を黒とした２値画像から、透かし情報を解析する。透かしを表現する各地紋パターンには、種別ごとに異なる判定領域が設定されている。このため、判定領域の相対的な位置関係によって、地紋パターンの種別を特定できる。
さらに、透かし情報の埋め込み単位である透かしパケットを抽出し、その情報シンボルを解析する。このようにして、検出範囲に埋め込まれた透かしパケットをすべて解析し、パケット識別情報を手がかりに分割された透かし情報を結合すれば、分割前の本来の透かし情報が得られる。
図２４は、このような電子透かし検出装置の構成例を示している。図２４の電子透かし検出装置２４０１は、輪郭抽出部２４１１、色領域分割部２４１２、動的２値化部２４１３、２値画像結合部２４１４、および透かし検出部２４１５を備える。
透かしが埋め込まれたカラー印刷物またはその複写物２４２１からスキャン画像２４２２が生成され、電子透かし検出装置２４０１に入力される。電子透かし検出装置２４０１は、入力されたスキャン画像２４２２から透かし情報を検出し、検出結果２４２３を出力する。
透かし検出を容易にするための具体的な前処理としては、例えば、以下の第１〜第４の前処理が妥当である。図２４の電子透かし検出装置２４０１では、第２の前処理を採用しているため、第１、第３、および第４の前処理については、別の図面を参照しながら説明する。
（１）第１の前処理
スキャン画像を所定サイズ（例えば、地紋パターンと同一サイズ）の単位領域に分割し、各単位領域について個別に２値化を行い、その結果を結合して、２値化された単位領域の結合画像を生成する。そして、この結合画像から透かし情報を検出する。
このような２値化方法としては、例えば、判別分析法のように、地色と地紋の分離に適した方法を用いるのが望ましい。判別分析法を用いれば、選択された領域に２種類の画素値の画素が存在する場合に、両者のクラス間分散を最小化する閾値が算出される。したがって、２値化対象の画像を適切に与えることにより、各単位領域における地色と地紋が確実に分離される。
単位領域ごとに２値化が完了した段階で、次に、単位領域ごとの２値化画像が結合される。各々の色領域について、地色と地紋の分離が完了しているため、印刷物全体における色領域の濃度（スキャン画像における色領域の輝度）に関係なく、地色と地紋が明確に分離された２値化画像が得られる。このように、単位領域ごとに２値化を行うことで、地紋パターンを判別できる領域が増加する。
図２５は、このような第１の前処理のフローチャートである。電子透かし検出装置は、まず、スキャン画像２５１１を単位領域に分割する（ステップ２５０１）。例えば、地紋パターンのサイズが８×８の場合、図２６に示すように、スキャン画像２５１１が８×８の大きさの単位領域に分割される。
次に、図２７に示すように、分割された単位領域ごとに２値化を行う（ステップ２５０２）。そして、図２８に示すように、単位領域ごとの２値化画像を結合して、結合画像を生成する（ステップ２５０３）。
その後、得られた結合画像を用いて、透かし情報２５１２が検出される（ステップ２５０４）。
（２）第２の前処理
スキャン画像からエッジ検出を行い、さらにエッジ追跡により、地紋の埋め込みが可能な一定面積以上の閉領域を抽出する。隣接する２つの閉領域について、領域色の平均画素値（ＲＧＢの各ヒストグラム等の色特徴）を比較し、領域色が共通していれば、２つの閉領域を同一領域として結合する。こうして、領域色により区別された各色領域について、個別に２値化処理を行い、その結果を結合して、結合画像を生成する。そして、この結合画像から透かし情報を検出する。
なお、領域に埋め込まれている地紋パターンまたは領域のテキスチャ形状が閉領域として検出されることを避けるために、例えば、エッジ保存フィルタによるエッジ保存平滑化処理を数回繰り返し、地紋パターンやテキスチャの形状をぼかしてから、１次微分フィルタまたは２次微分フィルタによって、エッジを検出してもよい。
図４６に示したように、紙全体に地紋透かしを埋め込むと、地色によっては透かしの検出が難しくなる場合がある。このような場合でも、スキャン画像の色領域ごとに画像を領域分割し、分割された領域ごとに２値化を行い、２値化が完了した画像を結合することで、スキャン画像における色領域の輝度によらずに、各領域に埋め込まれた透かしを検出することが可能となる。
図２９は、このような第２の前処理のフローチャートである。図２４の輪郭抽出部２４１１は、まず、スキャン画像２４２２をグレイスケール化してから、エッジ保存平滑化処理を行う（ステップ２９０１）。
図３０は、このエッジ保存平滑化処理で用いられるエッジ保存フィルタの一例を示している。この処理では、注目画素を中心とする５×５の大きさの領域に対して、“１”で示される９つの局所領域が定義され、各局所領域における画素値の分散が算出される。そして、分散が最小になる局所領域が選択され、その局所領域の平均画素値が、注目画素の処理結果として出力される。
次に、平滑化された画像に２次微分フィルタを適用して、エッジ画像を生成する（ステップ２９０２）。ここでは、例えば、図１１に示した２次微分フィルタ１１０１が用いられる。
次に、エッジ画像を用いたエッジ追跡を行って、閉領域を抽出する（ステップ２９０３）。エッジ追跡では、例えば、図３１に示すように、注目するエッジ画素を中心に隣接するエッジ画素を右回りに探索する。そして、図３２に示すように、探索されたエッジ画素が探索の開始点３２０１に一致すれば、探索経路により囲まれた部分３２０２（右回り矢印の右側部分）を閉領域として抽出する。
次に、色領域分割部２４１２は、抽出された閉領域ごとに領域分割処理を行い、領域色が共通している閉領域を結合して、色領域を生成する（ステップ２９０４）。次に、動的２値化部２４１３は、色領域ごとに判別分析による２値化処理を行い（ステップ２９０５）、２値画像結合部２４１４は、すべての色領域の２値化結果を結合して、結合画像を生成する（ステップ２９０６）。
このように、エッジ保存平滑化に続いてエッジ検出を行うことにより、地色が一定の色領域を切り出して個別に２値化処理を行うことができ、地色と地紋を確実に分離することが可能になる。
例えば、図３３に示すスキャン画像の場合、領域分割処理により５つの色領域３３０１〜３３０５に分割される。このうち、色領域３３０１〜３３０４は閉領域であり、色領域３３０５は非閉領域である。そして、色領域３３０１〜３３０５から２値化画像３３１１〜３３１５がそれぞれ生成され、それらが結合される。
その後、透かし検出部２４１５は、得られた結合画像を用いて透かしパケットの解析および地紋パターンの判定を行うことで、透かし情報を検出し、検出結果２４２３を出力する（ステップ２９０７）。
例えば、図４５のスキャン画像（カラー画像）をグレイスケール化すると、図３４のようなグレイスケール画像３４０１（輝度画像）が生成される。このグレイスケール画像３４０１の一部を拡大したものが、拡大画像３４０２である。
グレイスケール画像３４０１には、拡大画像３４０２に示されるように、地紋パターンが埋め込まれている。地紋パターンは、領域色による領域分割処理には不要なので、平滑化フィルタで除去することが望ましい。このとき、エッジ保存性を備えたエッジ保存フィルタを用いれば、図形の境界線を残した状態で、地紋パターンが目立たなくなる。
図３５は、グレイスケール画像３４０１にエッジ保存フィルタを適用して得られた画像３５０１と、その一部の拡大画像３５０２を示している。この画像３５０１に対して、さらに２次微分フィルタを適用すると、図３６のようなエッジ画像３６０１が生成される。このエッジ画像３６０１の一部を拡大したものが、拡大画像３６０２である。
このようにして生成されたエッジ画像３６０１から、エッジ追跡により閉領域が抽出され、各々の閉領域について、元のスキャン画像の地色が参照される。そして、隣接する２つの領域が同一あるいは類似する地色であれば、同一の色領域として結合される。この処理を画像全体に対して繰り返すことで、スキャン画像の地色による分割が完了する。
図３４のグレイスケール画像３４０１を輝度値により領域分割すると、図３７に示すような４つの部分画像３７０１〜３７０４が抽出される。これらの部分画像３７０１〜３７０４に対して、判別分析法による２値化処理を行うことで、２値化画像３７１１〜３７１４が得られる。この結果は、地色による領域分割処理により、領域色に適した閾値での２値化（地色と地紋のパターン分離）が可能であることを示している。すなわち、領域色によらずに、埋め込まれた地紋パターンの解析が可能となる。
各色領域の２値化が完了すると、得られた２値化画像が結合される。例えば、図４６に示した画像全体の２値化結果において、領域１１〜１４に２値化画像３７１１〜３７１４をそれぞれ貼り付けると、図３８のような結合画像が得られる。
この結合画像の各色領域では、地紋と地色が区別されるように２値化が行われているため、各地紋パターンの特定と、透かしパケットとして分割して埋め込まれた透かし情報の解析が可能である。この結合画像全体に対して透かし検出処理を実施し、複数のパケットに分割された透かし情報を結合すれば、文書画像に埋め込まれた透かし情報が復元される。
（３）第３の前処理
スキャン画像の各画素について、色分解により得られるＲＧＢの各色成分の画素値演算を行うことで、透かし検出用画像を生成する。これにより、有彩色領域に埋め込まれた透かしを、領域分割を行わずに検出することができる。
図３９は、このような第３の前処理のフローチャートである。電子透かし検出装置は、スキャン画像３９１１の有彩色領域から、透かしを検出するための前処理を行う（ステップ３９０１）。ここでは、例えば、ＲＧＢの各色成分の最大値を算出してグレイスケール画像を生成し、このグレイスケール画像を２値化して２値化画像を生成する。
スキャン画像３９１１のｉ行ｊ列の各色成分をＲi,j 、Ｇi,j 、およびＢi,j とすると、グレイスケール画像のｉ行ｊ列の画素値Ｍｘi,jは、次式により算出される。

Ｍｘi,j ＝Ｍａｘ（Ｒi,j ，Ｇi,j ，Ｂi,j ） （４）

このグレイスケール画像から生成された２値化画像を用いて、透かし情報２９１２が検出される（ステップ３９０２）。
第３の前処理は、高彩度かつ低輝度の色領域（例えば、濃い赤色の領域）に、低輝度（例えば、黒色）の地紋パターンが埋め込まれており、輝度画像からでは地紋パターンの検出が困難な場合に有効である。
（４）第４の前処理
スキャン画像において、各画素とその周囲の画素の画素値の差分を算出する。例えば、注目画素の画素値と、上下左右の４画素の平均画素値との差分、注目画素の画素値と、周囲８画素の平均画素値との差分等を用いる。この結果、地色に対して一定の差を持つ画素値で埋め込まれた地紋パターンの輪郭線が得られる。このような画像から、地紋パターンを特定する。
なお、地紋パターンの特定は、パターン検出に必要な空白領域が画像中に存在するか否かに基づいて行われるため、地紋パターンを構成する点の内部が空白になっても、検出結果には影響しない。
図４０は、このような第４の前処理のフローチャートである。電子透かし検出装置は、まず、スキャン画像４０１１のｉ行ｊ列の画素を注目画素として、注目画素と周囲の隣接画素の画素値差分Ｄｉｆｆi,j を算出する（ステップ４００１）。
ここでは、図４１に示すように、地紋パターンのサイズをｎ×ｍとして、注目画素を中心とするｎ×ｍの領域内で、注目画素以外の画素を周辺画素とする。そして、次式により、画素値差分Ｄｉｆｆi,j を算出する。

Ｄｉｆｆi,j ＝注目画素の画素値−周辺画素の平均画素値 （５）

次に、Ｄｉｆｆi,j を所定の閾値Ｔｈ1 およびＴｈ２と比較する（ステップ４００２）。そして、Ｔｈ1 ＜Ｄｉｆｆi,j ＜Ｔｈ２ であれば、透かし検出用画像４０１２のｉ行ｊ列の画素値に“０”（白画素）を設定し、そうでなければ、画素値に“１”（黒画素）を設定する。
Ｄｉｆｆi,j が一定の範囲内であれば、図４１に示すように、注目画素は地紋パターンの空白領域に該当する可能性があるので、出力値が白画素に設定される。逆に、Ｄｉｆｆi,j がこの範囲外であれば、注目画素は空白領域以外の画素とみなされ、出力値が黒画素に設定される。このような処理が、スキャン画像４０１１の全画素に対して行われる。
こうして得られた透かし検出用画像４０１２を用いて、透かし情報４０１３が検出される（ステップ４００５）。
以上説明した第１〜第４の前処理により生成された透かし検出用画像から透かし情報を検出する際には、前述したようなエロージョン処理が用いられる。エロージョン処理では、図２０に示した地紋パターンＡおよび地紋パターンＢにおける空白領域の位置を判定することで、各地紋パターンが示す情報が特定される。第１〜第４の前処理を実施してから透かし検出を行うことで、カラー文書画像に埋め込まれた透かしを、領域色によらずに確実に検出することができる。
ところで、図２の電子透かし埋め込み装置と図２４の電子透かし検出装置は、例えば、図４２に示すような情報処理装置（コンピュータ）を用いて構成される。図４２の情報処理装置は、ＣＰＵ（中央処理装置）４２０１、メモリ４２０２、入力装置４２０３、出力装置４２０４、外部記憶装置４２０５、媒体駆動装置４２０６、およびネットワーク接続装置４２０７を備え、それらはバス４２０８により互いに接続されている。
メモリ４２０２は、例えば、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）等を含み、処理に用いられるプログラムおよびデータを格納する。ＣＰＵ４２０１は、メモリ４２０２を利用してプログラムを実行することにより、上述した処理を行う。
この場合、図２の領域色判定部２１１、境界検出部２１２、候補領域抽出部２１３、領域選択部２１４、地紋パターン決定部２１５、透かし埋め込み部２１６、地紋画像生成部２１７、および文書画像重畳部２１８と、図２４の輪郭抽出部２４１１、色領域分割部２４１２、動的２値化部２４１３、２値画像結合部２４１４、および透かし検出部２４１５は、メモリ４２０２に格納されたプログラムに対応する。
入力装置４２０３は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス等であり、オペレータからの指示や情報の入力に用いられる。出力装置４２０４は、例えば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等であり、オペレータへの問い合わせや処理結果の出力に用いられる。図２の印刷部２０２は、出力装置４２０４に対応する。
外部記憶装置４２０５は、例えば、磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、テープ装置等である。情報処理装置は、この外部記憶装置４２０５に、プログラムおよびデータを格納しておき、必要に応じて、それらをメモリ４２０２にロードして使用する。
媒体駆動装置４２０６は、可搬記録媒体４２０９を駆動し、その記録内容にアクセスする。可搬記録媒体４２０９は、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の任意のコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。オペレータは、この可搬記録媒体４２０９にプログラムおよびデータを格納しておき、必要に応じて、それらをメモリ４２０２にロードして使用する。
ネットワーク接続装置４２０７は、ＬＡＮ（local area network）等の通信ネットワークに接続され、通信に伴うデータ変換を行う。また、情報処理装置は、必要に応じて、プログラムおよびデータを外部の装置からネットワーク接続装置４２０７を介して受け取り、それらをメモリ４２０２にロードして使用する。
図４３は、図４２の情報処理装置にプログラムおよびデータを提供する方法を示している。可搬記録媒体４２０９やサーバ４３０１のデータベース４３１１に格納されたプログラムおよびデータは、情報処理装置４３０２のメモリ４２０２にロードされる。サーバ４３０１は、そのプログラムおよびデータを搬送する搬送信号を生成し、通信ネットワーク上の任意の伝送媒体を介して情報処理装置４３０２に送信する。ＣＰＵ４２０１は、そのデータを用いてそのプログラムを実行し、上述した処理を行う。
（付記１）カラー文書画像に情報を埋め込むコンピュータのためのプログラムであって、
前記カラー文書画像から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出し、
前記埋め込み領域の領域色に応じて、該埋め込み領域に適した地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定し、
決定された地紋パターンを用いて透かし情報を前記埋め込み領域に埋め込んで、地紋画像を生成する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
（付記２）前記カラー文書画像に含まれる文字領域または図形領域を検出し、検出された文字領域または図形領域を避けて前記埋め込み領域を抽出する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１記載のプログラム。
（付記３）前記カラー文書画像を用いてエッジ検出を行うことにより、画素値が急激に変化する部分を検出し、検出された部分を前記埋め込み領域の抽出対象から除外する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記２記載のプログラム。
（付記４）前記カラー文書画像に含まれる文字画像を文字認識により検出し、検出された文字画像を含む領域を前記文字領域と判定し、該文字領域を避けて前記埋め込み領域を抽出する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記２または３記載のプログラム。
（付記５）前記カラー文書画像の印刷データに含まれる文字のサイズおよび描画位置の情報を用いて、前記文字領域の位置を推定し、該文字領域を避けて前記埋め込み領域を抽出する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記２または３記載のプログラム。
（付記６）前記カラー文書画像の画素値を用いて、該カラー文書画像を複数の色領域に分割し、前記埋め込み領域に対応する色領域の領域色を所定の閾値と比較することで、該埋め込み領域から地紋パターンの検出が可能か否かを判定し、地紋パターンの検出が可能と判定された埋め込み領域に対して、該領域色に応じて前記地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載のプログラム。
（付記７）前記カラー文書画像を複数の単位領域に分割し、各単位領域の平均画素値を算出し、該平均画素値の差が所定の閾値以下の複数の単位領域を同一の色領域として統合する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記６記載のプログラム。
（付記８）前記埋め込み領域に複数の色領域が含まれているか否かを判定し、複数の色領域を含む埋め込み領域を、前記透かし情報の埋め込み対象から除外する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記６または７記載のプログラム。
（付記９）隣接する２つの埋め込み領域に対応する色領域の画素値の差を、所定の閾値と比較し、該画素値の差が該閾値以下であれば、該２つの埋め込み領域を結合して１つの埋め込み領域を生成し、生成された埋め込み領域に前記透かし情報を埋め込む処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記６乃至８のいずれかに記載のプログラム。
（付記１０）前記埋め込み領域の画素値を用いて前記領域色を算出し、算出された領域色に応じて前記地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載のプログラム。
（付記１１）前記埋め込み領域の領域色を示す画素値が所定の閾値を超えていれば、該閾値を超えない画素値を有する複数の点で構成された地紋パターンを、該埋め込み領域に適した地紋パターンに決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１乃至１０のいずれかに記載のプログラム。
（付記１２）前記埋め込み領域の領域色を示す画素値が所定の閾値以下であれば、該閾値を超える画素値を有する空白領域を含んだ地紋パターンを、該埋め込み領域に適した地紋パターンに決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１乃至１１のいずれかに記載のプログラム。
（付記１３）前記埋め込み領域の領域色を示す画素値と、前記地紋パターンの色を示す画素値の差が一定となるように、該地紋パターンの色を決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１乃至１０のいずれかに記載のプログラム。
（付記１４）前記カラー文書画像と前記地紋画像を重畳することで、該カラー文書画像に前記透かし情報が埋め込まれた地紋重畳画像を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１乃至１３のいずれかに記載のプログラム。
（付記１５）カラー文書画像に情報を埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
前記カラー文書画像から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出する領域抽出手段と、
前記埋め込み領域の領域色に応じて、該埋め込み領域に適した地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する地紋パターン決定手段と、
決定された地紋パターンを用いて透かし情報を前記埋め込み領域に埋め込んで、地紋画像を生成する地紋画像生成手段と
を備えることを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
（付記１６）カラー文書画像に埋め込まれた情報を検出するコンピュータのためのプログラムであって、
前記カラー文書画像に含まれる色領域の領域色と地紋パターンの識別が可能な透かし検出用画像を生成し、
前記透かし検出用画像を用いて、前記色領域から前記地紋パターンを検出する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
（付記１７）前記カラー文書画像を複数の単位領域に分割し、それぞれの単位領域ごとに個別に２値化を行い、得られた複数の２値化画像を結合して、前記透かし検出用画像を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１６記載のプログラム。
（付記１８）前記カラー文書画像を用いてエッジ検出を行い、エッジ追跡により複数の閉領域を抽出し、抽出された各閉領域ごとに個別に２値化を行い、得られた複数の２値化画像を結合して、前記透かし検出用画像を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１６記載のプログラム。
（付記１９）前記カラー文書画像の色分解で得られる画素値を用いて演算を行い、得られた画素値を用いて前記透かし検出用画像を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１６記載のプログラム。
（付記２０）前記カラー文書画像の各画素を注目画素として、該注目画素と隣接する画素の画素値の差を算出し、得られた画素値の差が所定の閾値範囲内にあるような注目画素を抽出して、前記透かし検出用画像を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記１６記載のプログラム。
（付記２１）カラー文書画像に埋め込まれた情報を検出する電子透かし検出装置であって、
カラー文書画像に含まれる色領域の領域色と地紋パターンの識別が可能な透かし検出用画像を生成する画像生成手段と、
透かし検出用画像を用いて、色領域から地紋パターンを検出する透かし検出手段と
を備えることを特徴とする電子透かし検出装置。
（付記２２）カラー文書画像に情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
前記カラー文書画像から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出し、
前記埋め込み領域の領域色に応じて、該埋め込み領域に適した地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定し、
決定された地紋パターンを用いて透かし情報を前記埋め込み領域に埋め込んで、地紋画像を生成する
ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
本発明の電子透かし埋め込み装置の原理図である。 電子透かし埋め込み装置の構成図である。 黒画素除去画像を示す図である。 領域分割処理のフローチャートである。 単位領域を示す図である。 文書画像の分割を示す図である。 比較対象の単位領域を示す図である。 抽出された色領域情報を示す図である。 エッジ検出処理のフローチャートである。 平均値フィルタを示す図である。 ２次微分フィルタを示す図である。 エッジ検出結果を示す図である。 地紋パターンを示す図である。 地紋パターンにおける空白領域を示す図である。 構造要素を示す図である。 エロージョン処理の進行過程を示す図である。 エロージョン処理の結果を示す図である。 エロージョン処理の結果のブロック分割を示す図である。 埋め込み候補領域を示す図である。 ２種類の地紋パターンを示す図である。 地紋パターンの決定方法を示す図である。 パケットの構成を示す図である。 文書画像と地紋画像の重畳方法を示す図である。 電子透かし検出装置の構成図である。 第１の前処理のフローチャートである。 スキャン画像の分割を示す図である。 単位領域ごとの２値化を示す図である。 ２値化画像の結合を示す図である。 第２の前処理のフローチャートである。 エッジ保存フィルタを示す図である。 エッジ画素の探索方法を示す図である。 閉領域の抽出方法を示す図である。 ２値化処理を示す図である。 地紋印刷物のグレイスケール画像と拡大画像を示す図である。 エッジ保存平滑化法の適用結果と拡大画像を示す図である。 ２次微分法によるエッジ検出結果と拡大画像を示す図である。 色領域分割結果と２値化結果を示す図である。 色領域ごとの２値化結果を結合した画像を示す図である。 第３の前処理のフローチャートである。 第４の前処理のフローチャートである。 画素値差分の閾値判定を示す図である。 情報処理装置の構成図である。 プログラムおよびデータの提供方法を示す図である。 カラー印刷物を示す図である。 スキャン画像を示す図である。 判別分析による２値化結果を示す図である。
符号の説明
１０ 図形領域
１１、１２、１３、１４ 領域
１０１ 領域抽出手段
１０２ 地紋パターン決定手段
１０３ 地紋画像生成手段
１１１ カラー文書画像
１１２ 地紋画像
２０１ 電子透かし埋め込み装置
２０２ 印刷部
２１１ 領域色判定部
２１２ 境界検出部
２１３ 候補領域抽出部
２１４ 領域選択部
２１５ 地紋パターン決定部
２１６ 透かし埋め込み部
２１７ 地紋画像生成部
２１８ 文書画像重畳部
２２１ 黒画素除去部
２２２ 色判定・領域分割部
２２３ 輝度算出部
２２４ エッジ検出部
２３１ カラー文書
２３２ 印刷データ
２３３ カラー画像
２３４ 地紋印刷物
３０１、３０２、３０３、３０４ 画像領域
４１１、９１１ 入力文書画像
４１２ 画素配列
４１３ 平均色情報
６０１ 左上の単位領域
９１２、３６０１ エッジ画像
９１３ 埋め込み可能領域
１００１ 平均値フィルタ
１１０１ ２次微分フィルタ
１３０１、１３０２、１３０３、１３０４ 地紋パターン
１５０１ 構造要素
１７０１、１７０２、１７０３、１７０４ 変換結果
２２０１ 同期シンボル
２２０２ 情報シンボル
２３０１ 高輝度領域向け地紋画像
２３０２ 低輝度領域向け地紋画像
２３０３ 高輝度領域向け地紋重畳画像
２３０４ 地紋重畳画像
２４０１ 電子透かし検出装置
２４１１ 輪郭抽出部
２４１２ 色領域分割部
２４１３ 動的２値化部
２４１４ ２値画像結合部
２４１５ 透かし検出部
２４２１ 印刷物・複写物
２４２２、２５１１、２４２２、３９１１、４０１１ スキャン画像
２４２３ 検出結果
２５１２、２４２３、３９１２、４０１３ 透かし情報
３２０１ 開始点
３２０２ 閉領域
３３０１、３３０２、３３０３、３３０４、３３０５ 色領域
３３１１、３３１２、３３１３、３３１４、３３１５ ２値化画像
３４０１ グレイスケール画像
３４０２、３５０２、３６０２ 拡大画像
３５０１ エッジ保存フィルタ適用画像
３７０１、３７０２、３７０３、３７０４ 部分画像
３７１１、３７１２、３７１３、３７１４ ２値化画像
４０１２ 透かし検出用画像
４２０１ ＣＰＵ
４２０２ メモリ
４２０３ 入力装置
４２０４ 出力装置
４２０５ 外部記憶装置
４２０６ 媒体駆動装置
４２０７ ネットワーク接続装置
４２０８ バス
４２０９ 可搬記録媒体
４３０１ サーバ
４３０２ 情報処理装置
４３１１ データベース

Claims (10)

  1. カラー文書画像に情報を埋め込むコンピュータのためのプログラムであって、
    前記カラー文書画像から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出し、
    前記埋め込み領域の領域色に応じて、該埋め込み領域に適した地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定し、
    決定された地紋パターンを用いて透かし情報を前記埋め込み領域に埋め込んで、地紋画像を生成する
    処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
  2. 前記カラー文書画像に含まれる文字領域または図形領域を検出し、検出された文字領域または図形領域を避けて前記埋め込み領域を抽出する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
  3. 前記カラー文書画像の画素値を用いて、該カラー文書画像を複数の色領域に分割し、前記埋め込み領域に対応する色領域の領域色を所定の閾値と比較することで、該埋め込み領域から地紋パターンの検出が可能か否かを判定し、地紋パターンの検出が可能と判定された埋め込み領域に対して、該領域色に応じて前記地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１または２記載のプログラム。
  4. 前記埋め込み領域の画素値を用いて前記領域色を算出し、算出された領域色に応じて前記地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１または２記載のプログラム。
  5. 前記埋め込み領域の領域色を示す画素値が所定の閾値を超えていれば、該閾値を超えない画素値を有する複数の点で構成された地紋パターンを、該埋め込み領域に適した地紋パターンに決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプログラム。
  6. 前記埋め込み領域の領域色を示す画素値が所定の閾値以下であれば、該閾値を超える画素値を有する空白領域を含んだ地紋パターンを、該埋め込み領域に適した地紋パターンに決定する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプログラム。
  7. カラー文書画像に情報を埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
    前記カラー文書画像から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出する領域抽出手段と、
    前記埋め込み領域の領域色に応じて、該埋め込み領域に適した地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定する地紋パターン決定手段と、
    決定された地紋パターンを用いて透かし情報を前記埋め込み領域に埋め込んで、地紋画像を生成する地紋画像生成手段と
    を備えることを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
  8. カラー文書画像に埋め込まれた情報を検出するコンピュータのためのプログラムであって、
    前記カラー文書画像に含まれる色領域の領域色と地紋パターンの識別が可能な透かし検出用画像を生成し、
    前記透かし検出用画像を用いて、前記色領域から前記地紋パターンを検出する
    処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
  9. カラー文書画像に埋め込まれた情報を検出する電子透かし検出装置であって、
    カラー文書画像に含まれる色領域の領域色と地紋パターンの識別が可能な透かし検出用画像を生成する画像生成手段と、
    透かし検出用画像を用いて、色領域から地紋パターンを検出する透かし検出手段と
    を備えることを特徴とする電子透かし検出装置。
  10. カラー文書画像に情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
    前記カラー文書画像から地紋パターンの埋め込みが可能な埋め込み領域を抽出し、
    前記埋め込み領域の領域色に応じて、該埋め込み領域に適した地紋パターンの色および形状の少なくとも一方を決定し、
    決定された地紋パターンを用いて透かし情報を前記埋め込み領域に埋め込んで、地紋画像を生成する
    ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
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