KR20030051712A - Halftone watermarking and related applications - Google Patents

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KR20030051712A
KR20030051712A KR10-2003-7005154A KR20037005154A KR20030051712A KR 20030051712 A KR20030051712 A KR 20030051712A KR 20037005154 A KR20037005154 A KR 20037005154A KR 20030051712 A KR20030051712 A KR 20030051712A
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multilevel
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KR10-2003-7005154A
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휴 엘. 브렁크
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디지맥 코포레이션
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Abstract

하프톤 이미지 워터마킹에 대한 하나의 방법이 이미지에서 의사랜덤(pseudorandom) 위치들에 하프톤 워터마크 도트 값들(Halftone watermark dot values)을 할당하고 멀티레벨(multilevel) 픽셀들을 이들 도트들의 인접하는 픽셀 위치들로 확산한다. 또다른 방법은 멀티레벨 픽셀들을 워터마크된 하프톤 픽셀들로 변환하도록 하프톤 임계값들을 변조한다. 이 방법은 하프톤 워터마크를 삽입하기 전에 이미지를 통해 확산하는 강인한(robust) 워터마크(110)에 관련하여 이용될 수 있다. 호환형 워터마크 판독기(compatible watermark reader)(124)에 있어서, 디지털 워터마크 신호 세기는 추출된 워터마크 메시지 신호에서 비트 에러들을 분석함으로써 측정된다.One method for halftone image watermarking assigns halftone watermark dot values to pseudorandom positions in an image and assigns multilevel pixels to adjacent pixel positions of these dots. Spread into the field. Another method modulates halftone thresholds to convert multilevel pixels into watermarked halftone pixels. This method can be used in connection with a robust watermark 110 that spreads through the image before inserting the halftone watermark. In a compatible watermark reader 124, the digital watermark signal strength is measured by analyzing bit errors in the extracted watermark message signal.

Description

하프톤 워터마킹 및 관련 응용들{Halftone watermarking and related applications}Halftone watermarking and related applications

디지털 워터마킹은 기계 판독 가능 코드를 미디어(media)에 삽입(embed)하기 위해 물리적 또는 전자적 미디어를 수정하기 위한 처리이다. 매체는 삽입된 코드가 사용자에게 인지될 수 없거나 거의 인지될 수 없도록 수정될 수 있고, 또한 자동 검출 처리를 통해 검출될 수 있다. 가장 일반적으로, 디지털 워터마킹은 이미지들, 오디오 신호들 및 비디오 신호들 등과 같은 미디어 신호들에 적용된다. 그러나, 그것은 또 문서들(예들 들어 라인, 워드 또는 문자 시프팅을 통해), 소프트웨어, 다차원 그래픽스 모델들(multi-dimensional graphics models) 및 물체들의 표면 텍스쳐들(textures)을 포함하는, 다른 형태들의 미디어 물체들에 적용될 수 있다.Digital watermarking is a process for modifying physical or electronic media for embedding machine readable code into media. The medium can be modified such that the inserted code can be hardly or hardly recognized by the user, and can also be detected through an automatic detection process. Most commonly, digital watermarking is applied to media signals such as images, audio signals, video signals, and the like. However, it also includes other forms of media, including documents (eg via line, word or character shifting), software, multi-dimensional graphics models and surface textures of objects. It can be applied to objects.

디지털 워터마킹 시스템들은 통상적으로 2개의 주요 구성요소들, 즉 호스트 미디어 신호에 워터마크를 삽입하는 인코더와, 워터마크를 포함하는 것으로 의심되는 신호(의심스러운 신호)로부터 삽입된 워터마크를 검출 및 판독하는 디코더를 가진다. 인코더는 호스트 미디어 신호를 변경함으로써 워터마크를 삽입한다. 판독하는 구성요소는 워터마크가 존재하는지의 여부를 검출하기 위해 의심스러운 신호를 분석한다. 워터마크가 정보를 인코딩하는 응용들에 있어서, 판독기는 이러한 정보를 검출된 워터마크로부터 추출한다.Digital watermarking systems typically detect and read embedded watermarks from two main components: an encoder that embeds a watermark into a host media signal, and a signal (suspicious signal) suspected of containing a watermark. Has a decoder The encoder inserts a watermark by changing the host media signal. The reading component analyzes the suspicious signal to detect whether a watermark is present. In applications where the watermark encodes information, the reader extracts this information from the detected watermark.

수 개의 특별한 워터마킹 기술들이 개발되어 왔다. 판독기는 이 분야의 문헌에서 정통한 것으로 가정된다. 미디어 신호들에 인지할 수 없는 워터마크들을 삽입 및 검출하기 위한 특정 기술들이 양수인의 공동 계류 중인 출원 번호 제 09/503,881호 및 미국 특허 제 5,862,260호에 상세하게 기술되어 있고, 이들은 본 명세서에 인용문헌으로서 통합되어 있다.Several special watermarking techniques have been developed. The reader is assumed to be familiar with the literature in this field. Specific techniques for inserting and detecting unrecognizable watermarks in media signals are described in detail in Assignee's co-pending application No. 09 / 503,881 and US Pat. No. 5,862,260, which are incorporated herein by reference. It is integrated as.

본 발명은 멀티미디어 신호 처리에 관한 것으로, 특히 이미지 워터마킹 방법들 및 관련 응용들에 관한 것이다.The present invention relates to multimedia signal processing, and more particularly to image watermarking methods and related applications.

도 1은 픽셀 당 멀티레벨 이미지들로부터 하프톤 이미지들을 생성하는 데 사용되는 에러 확산 마스크의 예를 도시한 도면이다.1 illustrates an example of an error diffusion mask used to generate halftone images from multilevel images per pixel.

도 2는 픽셀 당 멀티레벨 이미지들로부터 하프톤 이미지들을 생성하는 데 사용되는 에러 확산 마스크의 다른 예를 도시한 도면이다.2 illustrates another example of an error diffusion mask used to generate halftone images from multilevel images per pixel.

도 3은 픽셀 당 멀티레벨 이미지들로부터 하프톤 이미지들을 생성하는 데 사용되는 에러 확산 마스크의 다른 예를 도시한 도면이다.3 illustrates another example of an error diffusion mask used to generate halftone images from multilevel images per pixel.

도 4는 하프톤 워터마크 응용의 응용 도면이다.4 is an application diagram of a halftone watermark application.

도 5는 임계 마스크를 사용하여 워터마크된 하프톤 이미지를 생성하는 방법을 도시한 도면이다.5 illustrates a method of generating a watermarked halftone image using a threshold mask.

도 6은 워터마크된 이미지 신호의 기하학적 왜곡을 결정하기 위해 방향 신호로서 하프톤 스크린을 사용하는 방법을 도시한 도면이다.6 illustrates a method of using a halftone screen as a direction signal to determine geometric distortion of a watermarked image signal.

본 발명은 하프톤 이미지 워터마크 방법들 및 시스템들을 제공한다.The present invention provides halftone image watermark methods and systems.

본 발명의 일 양태는 하프톤 이미지 워터마킹 방법이다. 이 방법은 하프톤 이미지내의 위치들에 하프톤 워터마크 값들의 세트를 할당한다. 그것은 하프톤 이미지내의 이웃하는 위치들에 하프톤 워터마크 값들과 관련된 에러를 확산시킨다. 에러는 하프톤 워터마크 도트의 위치에 있는 멀티레벨 픽셀값과 하프톤 워터마크 도트(dot)의 하프톤 워터마크 값과의 차이로서 특징 지워진다. 이 방법은 다른 워터마크 삽입 스테이지들과 관련하여 사용될 수 있다. 예들 들어, 하프톤 워터마크를 위한 키(key)를 담고 있는 강인한 워터마크가 하프톤 워터마크를 삽입하기 전에이미지에 삽입될 수 있다.One aspect of the present invention is a halftone image watermarking method. This method assigns a set of halftone watermark values to locations in the halftone image. It spreads the error associated with halftone watermark values at neighboring locations in the halftone image. The error is characterized by the difference between the multilevel pixel value at the position of the halftone watermark dot and the halftone watermark value of the halftone watermark dot. This method can be used in conjunction with other watermark embedding stages. For example, a robust watermark containing a key for the halftone watermark may be inserted into the image before inserting the halftone watermark.

본 발명의 다른 양태는 이미지로부터 하프톤 워터마크를 디코딩하는 방법이다. 이 디코딩 방법은 하프톤 워터마크의 위치들과 값들을 식별하기 위해 키를 사용하고, 위치들에 있는 값들이 키에 의해 특정된 값들에 대응하는지의 여부를 결정하기 위해 위치들에 있는 픽셀값들을 분석한다. 일 응용에서, 이미지에 삽입된 강인한 워터마크는 이미지로부터 하프톤 워터마크를 디코딩하기 위해 사용되는 키를 가지고 있다. 디코더는 하프톤 워터마크된 이미지의 스캔으로부터 강인한(robust) 워터마크를 판독하고, 선택적으로는 방향 신호(orientation signal)를 사용하는 스캔된 이미지의 기하학적 왜곡(geometric distortion)을 보상한다. 이후 디코더는 강인한 워터마크로부터 키를 추출하고 그것을 검출기로 전달하며, 이 검출기는 또한 하프톤 워터마크가 상기 키에 의해 특정된 위치들에 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 의심스러운 이미지의 고해상도 스캔을 검사한다.Another aspect of the invention is a method of decoding a halftone watermark from an image. This decoding method uses a key to identify the positions and values of the halftone watermark, and uses the pixel values at the positions to determine whether the values at the positions correspond to the values specified by the key. Analyze In one application, a robust watermark embedded in an image has a key used to decode a halftone watermark from the image. The decoder reads a robust watermark from the scan of the halftone watermarked image and compensates for geometric distortion of the scanned image, optionally using an orientation signal. The decoder then extracts the key from the robust watermark and passes it to the detector, which also performs a high resolution scan of the suspicious image to determine whether a halftone watermark is present at the locations specified by the key. Check it.

본 발명의 다른 양태는 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 다른 방법이다. 이 방법은 하프톤 이미지내의 픽셀 위치들에 대응하는 값들의 어레이를 포함하는 워터마크 이미지를 계산한다. 그것은 픽셀 위치들에서 임계값들을 변조하기 위해 워터마크 이미지의 값들을 사용함으로써 하프톤 이미지에 워터마크 이미지를 삽입한다. 임계값들은 픽셀 당 멀티레벨 이미지(multilevel per pixel image)내의 멀티레벨 픽셀 값들을 하프톤 이미지의 하프톤 픽셀값들로 변환하기 위해 하프톤 처리에 사용된다.Another aspect of the invention is another method of embedding a watermark in a halftone image. This method calculates a watermark image that includes an array of values corresponding to pixel locations in the halftone image. It inserts a watermark image into the halftone image by using the values of the watermark image to modulate the thresholds at pixel locations. Thresholds are used in halftone processing to convert multilevel pixel values in a multilevel per pixel image to halftone pixel values of the halftone image.

본 발명의 다른 양태는 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 또 다른 방법이다. 이 방법은 타겟 하프톤 이미지내의 픽셀 위치들에 대응하는 값들의 어레이를 포함하는 워터마크 이미지를 하프톤 해상도로 계산한다. 이후 그것은 타겟 하프톤 이미지의 해상도로 워터마크된 픽셀 당 이미지를 생성하기 위해 워터마크 이미지의 값들의 어레이를 픽셀 당 멀티레벨 이미지의 대응하는 멀티레벨 픽셀 값들과 조합한다. 최종적으로, 그것은 픽셀 당 워터마크 이미지된 이미지를 워터마크된 하프톤 이미지로 변환하기 위해 하프톤 처리를 수행한다.Another aspect of the invention is another method of embedding a watermark in a halftone image. This method calculates a watermark image at halftone resolution that includes an array of values corresponding to pixel locations within the target halftone image. It then combines the array of values of the watermark image with the corresponding multilevel pixel values of the multilevel image per pixel to produce an image per pixel watermarked at the resolution of the target halftone image. Finally, it performs halftone processing to convert the watermarked image per pixel into a watermarked halftone image.

본 발명의 다른 양태는 워터마크 디코더이다. 이 디코더는 워터마크 검출기 및 판독기를 구비한다. 이 검출기는 이미지에 삽입된 워터마크 신호를 검출하기 위해 이미지의 부분들을 해석한다. 이 이미지는 하프톤 이미지의 해상도로 삽입된 워터마크 이미지를 식별하기 위해 충분히 높은 해상도로 하프톤 프린트된 이미지로부터 스캔된다. 워터마크 판독기는 워터마크 신호를 이미지의 부분들로부터 판독하고 하나 이상의 심볼들을 포함하는 보조 메시지를 디코딩한다.Another aspect of the invention is a watermark decoder. The decoder has a watermark detector and a reader. This detector interprets portions of the image to detect the watermark signal embedded in the image. This image is scanned from the halftone printed image at a sufficiently high resolution to identify the inserted watermark image at the resolution of the halftone image. The watermark reader reads the watermark signal from parts of the image and decodes an auxiliary message comprising one or more symbols.

본 발명의 다른 양태는 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법이다. 이 방법은 다중 비트 메시지를 여분으로(redundantly) 인코딩하고, 인코딩된 메시지를 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 이미지로 변환한다. 이후, 그것은 하프톤 임계값들을 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 이미지로부터 유도한다. 이들 임계값들은 이후 타겟 이미지들을 워터마크된 하프톤 이미지들로 변환하기 위해 사용된다.Another aspect of the invention is a method of embedding a digital watermark in a halftone image. This method redundantly encodes a multi-bit message and converts the encoded message into a multilevel watermark image per pixel. It then derives halftone thresholds from the per-pixel multilevel watermark image. These thresholds are then used to convert the target images into watermarked halftone images.

타겟 이미지내의 멀티레벨 픽셀들은 워터마크 이미지로부터 유도된 하프톤 임계값들로부터 대응하는 하프톤 임계값들을 선택하기 위해 사용된다. 선택된 임계값들은 타겟 이미지의 워터마크된 하프톤 이미지를 생성하기 위해 워터마크 이미지내의 대응하는 멀티레벨 픽셀들에 적용된다.Multilevel pixels in the target image are used to select corresponding halftone thresholds from halftone thresholds derived from the watermark image. The selected thresholds are applied to corresponding multilevel pixels in the watermark image to produce a watermarked halftone image of the target image.

본 발명의 다른 양태는 디지털 워터마크 강도를 측정하는 방법이다. 이러한 방법에서, 워터마크된 신호가 워터마크된 신호에 삽입된 에러 정정 인코딩된 비트들의 추정치들(estimates)을 추출하기 위해 처리된다. 이후, 에러 정정 인코딩된 비트들은 메시지 페이로드를 계산하기 위해 디코딩된다. 메시지 페이로드는 에러 정정 인코딩된 비트들을 계산하기 위해 다시 인코딩된다. 워터마크 강도의 크기는 에러 정정 인코딩된 비트들 및 에러 정정 인코딩된 비트들의 추정치들로부터 계산된다. 특히, 일 구현 예에 있어서, 워터마크된 신호로부터 디코딩된 소프트 비트 추정치들은 대응하는 재계산된 에러 정정 인코딩된 비트들에 의해 승산되고 워터마크 신호 강도의 크기를 얻기 위해 합산된다. 이러한 크기(measurement)는 압축, 스캐닝 및 재프린팅, 사진-복사(photo-coping) 등과 같은 워터마크된 신호와의 간섭(tempering)을 검출하기 위해 임계값과 비교될 수 있다.Another aspect of the invention is a method of measuring digital watermark intensity. In this method, a watermarked signal is processed to extract estimates of error correction encoded bits embedded in the watermarked signal. The error correction encoded bits are then decoded to calculate the message payload. The message payload is re-encoded to calculate error correction encoded bits. The magnitude of the watermark intensity is calculated from the error correction encoded bits and the estimates of the error correction encoded bits. In particular, in one implementation, the soft bit estimates decoded from the watermarked signal are multiplied by corresponding recalculated error correction encoded bits and summed to obtain the magnitude of the watermark signal strength. This measurement may be compared to a threshold to detect interference with watermarked signals such as compression, scanning and reprinting, photo-coping, and the like.

프린트 응용들에 대해, 삽입된 디지털 워터마크는 워터마크 검출기에 의해 나중에 디코딩된 프린터 정보를 반송하기 위해 사용될 수 있고 프린트된 물체의 디지털 스캔을 검사하고 프린트된 물체가 인증된 것인 지의 여부를 판정하기 위해 사용될 수 있다.For print applications, the embedded digital watermark can be used to carry the decoded printer information later by the watermark detector and examine the digital scan of the printed object and determine whether the printed object is authentic. Can be used to

추가의 특징들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조하여 명백하게 될 것이다.Further features will become apparent with reference to the following detailed description and the accompanying drawings.

(상세한 설명)(details)

다음의 설명은 하프톤 이미지들을 워터마크하기 위한 방법들 및 관련 응용들에 대해 상술한다. 워터마킹 방법들은 다른 형태들의 하프톤닝(halftoning)에 적용하면서, 그 설명은 하프톤 이미지를 생성하기 위해 사용되는 에러 확산 기술들에 적용 가능한 특정 예들을 제공한다.The following description details the methods and related applications for watermarking halftone images. While watermarking methods apply to other forms of halftoning, the description provides specific examples applicable to the error diffusion techniques used to generate halftone images.

하프톤 이미지들을 처리하는 데 사용되는 에러 확산의 일 형태는 플로이드-스타인버그 에러 확산(Floyd-Steinberg error diffusion)이라 불리 운다. 픽셀 이미지들 당 8 비트의 통상의 구현 예에 있어서, 이러한 에러 확산 방법은 제 1 해상도(예들 들어, 인치 당 200 픽셀들)로 0-255 레벨 입력 이미지를 취하고 더욱 높은 해상도(예를 들어, 인치 당 600 도트들)를 갖는 이진 이미지를 생성한다. 이러한 설명은 이미지 평면의 구현 예를 상술하며 여기서 각 픽셀은 대응하는 멀티레벨 값, 예를 들어 휘도 값, 또는 청록색(cyan), 마젠타(magenta), 노랑 등과 같은 다른 컬러 채널을 가진다. 설명은 픽셀 당 하나 보다 많은 멀티레벨 값을 갖는 컬러 이미지들에 적용한다. 그와 같은 경우에, 하프톤 처리는 픽셀 당 컬러 채널들 각각에 대해 이루어지고 각 채널에 대해 하프톤 이미지를 생성한다.One form of error diffusion used to process halftone images is called Floyd-Steinberg error diffusion. In a typical implementation of 8 bits per pixel images, this error diffusion method takes a 0-255 level input image at a first resolution (eg 200 pixels per inch) and uses a higher resolution (eg inch). Generate a binary image with 600 dots per second). This description details the implementation of the image plane, where each pixel has a corresponding multilevel value, for example a luminance value, or other color channels, such as cyan, magenta, yellow, and the like. The description applies to color images having more than one multilevel value per pixel. In such cases, halftone processing is done for each of the color channels per pixel and produces a halftone image for each channel.

제 1 단계로서, 입력 이미지는 더욱 높은 해상도로 업샘플링된다(upsampled). 업샘플링된 0-255 레벨 600 픽셀/인치(ppi) 이미지로부터 이진 600 도트들/인치(dpi) 이미지를 생성하기 위한 하나의 방법은 픽셀 값들을 스레스홀드(threshold)하여 128보다 작은 픽셀값이 이진 이미지의 대응하는 위치에서 영(0)을 생성하는 것이며, 그렇지 않으면 대응하는 위치는 일(1)로 설정될 수 있다. 에러 확산은 래스터-스캔 순서로 이러한 일반적인 방법을 취하지만 또한 처리될 근방의 위치들에 각 위치에 있는 에러를 "확산(diffusing)"시킴으로써 향상된 성능을 달성한다. 이러한 에러 확산은 도 1에 도시된 가중(weighting) 마스크에 의해 안내된다.As a first step, the input image is upsampled to higher resolution. One method for generating binary 600 dots / inches image from an upsampled 0-255 level 600 pixels / inches (ppi) image is to threshold the pixel values so that It is to generate zero at the corresponding position of the binary image, otherwise the corresponding position may be set to one (1). Error diffusion takes this general approach in raster-scan order but also achieves improved performance by "diffusing" the error at each location to locations in the vicinity to be processed. This error diffusion is guided by the weighting mask shown in FIG.

"X"는 현재 처리되고 있는 픽셀 위치를 나타내고, 인접하는 셀들은 어떻게 그 위치로부터 에러가 확산되는 지를 보여주고 있다. 이러한 알고리즘에 대해, 확산된 에러들의 합은 위치 X에서의 전체 에러와 동일하다. 어떤 특정 이진 위치에대해, 이러한 방법의 정밀도는 단순한 스레스홀딩 방법보다 더 양호하지 않다. 그러나, 원래의 200 ppi 이미지로부터의 픽셀이 대응하는 3x3 이진 영역과 비교되면, 일(one)을 갖는 셀들의 수는 멀티레벨 픽셀값과 밀접하게 상관된다."X" represents the pixel position currently being processed, and adjacent cells show how the error spreads from that position. For this algorithm, the sum of the spread errors is equal to the overall error at position X. For some particular binary positions, the precision of this method is not better than the simple thresholding method. However, if the pixels from the original 200 ppi image are compared with the corresponding 3x3 binary region, the number of cells with one correlates closely with the multilevel pixel value.

기초 에러 확산 알고리즘의 더욱 명확한 설명은 3개의 식들을 사용한다. 본 명세서에 참조문헌으로서 통합된, 캉(Kang)(co-published by The International Society for Optical Engineering and IEEE Press 1999)에 의한 "Digital Color Halftoning", 제 359 면을 참조하라.A more clear description of the basic error spreading algorithm uses three equations. See “Digital Color Halftoning,” page 359, by Kang (co-published by The International Society for Optical Engineering and IEEE Press 1999), incorporated herein by reference.

(m,n) : 이진(업샘플된) 픽셀 위치(m, n): Binary (upsampled) pixel position

pi(m,n) : 업샘플링된 입력 강도, 0-255p i (m, n): Upsampled input strength, 0-255

p'(m,n) : 수정된 입력 강도p '(m, n): modified input strength

p0(m,n) : 출력 이진값p 0 (m, n): output binary value

e(m,n) : 위치(m,n)에서의 에러e (m, n): error at position (m, n)

wkl: 에러 확산 가중 계수들w kl : error diffusion weighting coefficients

도 1에 도시된 가중 마스크는 어느 에러들이 주어진 위치로 확산되는 가를 보이기 위해 수정된 것이다. 도 2는 이와 같은 변형들의 예를 도시한다.The weight mask shown in FIG. 1 is modified to show which errors spread to a given location. 2 shows an example of such variations.

다음의 단락들에서, 우리는 이진 이미지의 특정 도트 위치들에 이진 값들의 세트를 포함하는 워터마크를 삽입하는 수정된 에러 확산 방법을 기술한다. 이러한 방법은 업샘플링된 이진 호스트 이미지, 이진 이미지에서의 도트 위치들의 리스트 및 워터마크에 대한 대응하는 이진값들에서 시작한다. 이러한 방법은 이들 위치들에 워터마크의 대응하는 값들을 할당하고 다른(워터마크되지 않은 ; non-watermark) 위치들에서 에러 확산 알고리즘으로 이미지의 향상을 시도한다. 워터마크에 의해 점유되는 전체 픽셀들의 부분은 작다고 가정된다.In the following paragraphs, we describe a modified error diffusion method of inserting a watermark containing a set of binary values at specific dot positions of a binary image. This method starts with an upsampled binary host image, a list of dot locations in the binary image, and corresponding binary values for the watermark. This method assigns the corresponding values of the watermark to these locations and attempts to improve the image with an error diffusion algorithm at other (non-watermark) locations. It is assumed that the portion of the total pixels occupied by the watermark is small.

위에서 도입된 에러 확산 알고리즘에 있어서, 주어진 위치에 대한 에러는 알고리즘이 모든 선행 위치들을 처리한 후 항상 계산된다. 통상적으로, 알고리즘은 상부 행으로부터 시작해서 각 행을 가로질러 좌에서 우로 스캐닝하는 픽셀들의 주사선 행들을 포함하는 직사각형 이미지를 스캔한다. 수정된 에러 확산 방법은 상기 시작점의 모든 위치들에 대해 에러 값들을 계산하고 이 방법이 진행할 때 이들을 수정한다. 시작점에서, 워터마크에 의해 덮이지 않은 모든 위치들의 에러는 0으로 설정된다. 워터마크에 의해 덮인 위치에 대해, 에러는,In the error diffusion algorithm introduced above, the error for a given position is always calculated after the algorithm has processed all preceding positions. Typically, the algorithm scans a rectangular image containing scanline rows of pixels scanning from left to right across each row starting from the top row. The modified error diffusion method calculates error values for all positions of the starting point and corrects them as this method proceeds. At the start point, the error of all positions not covered by the watermark is set to zero. For the position covered by the watermark, the error is

e(m,n) = pi(m,n)-255W(m,n)e (m, n) = p i (m, n) -255W (m, n)

로서 계산된다. 여기서 W(m,n)는 위치(m,n)에서의 워터마크의 값이다. 에러 확산 가중들의 새로운 세트가 사용된다. 즉 위치 X로의 에러 확산의 패턴은 도 3에 도시되어 있다.Is calculated as Where W (m, n) is the value of the watermark at position (m, n). A new set of error spreading weights is used. That is, the pattern of error diffusion to position X is shown in FIG.

이러한 방법에서, 에러들의 확산은 2개의 방향들에서 일어난다. 워터마크된위치들로부터의 에러들은 하나의 방향(이 경우 후방들)로 확산되고, 처리된 위치들로부터의 에러들은 다른 방향(전방들)로 확산된다. 각 위치가 처리될 때, 그 위치에 대한 에러는 나중의 확산을 위해 갱신된다. 출력 이진값의 계산은 워터마크 위치들을 제외하고, 에러 확산 알고리즘으로부터 변경되지 않는다. 여기서 p0(m,n)은 W(m,n)으로 설정된다.In this way, the spread of errors occurs in two directions. Errors from watermarked locations spread in one direction (backwards in this case), and errors from processed locations spread in the other direction (fronts). As each location is processed, the error for that location is updated for later spreading. The calculation of the output binary value is not changed from the error spreading algorithm, except for the watermark positions. Where p 0 (m, n) is set to W (m, n).

워터마크의 외관은 몇몇 추가의 인간의 시각 시스템 주파수 응답 표준(human visual system frequency response criteria)에 따른 의사랜덤 패턴에 워터마크 도트들의 위치들을 배열함으로써 개선될 수 있다. 워터마크 도트들의 위치들을 배열하기 위한 하나의 방법은 최소 비쥬얼 비용 기술(minimum visual cost techique)을 사용하는 것이다. 이러한 방법에서 워터마크는 예를 들어 다음과 같은비용 함수를 최소화함으로써 선택된다.The appearance of the watermark can be improved by arranging the locations of the watermark dots in a pseudorandom pattern according to some additional human visual system frequency response criteria. One way to arrange the positions of the watermark dots is to use a minimum visual cost techique. In this way the watermark is selected by minimizing the following cost function, for example.

C = ∬|H(fx, fy)V(fx, fy)|2dfxdfy C = ∬ | H (f x , f y ) V (f x , f y ) | 2 df x df y

여기서 H(fx, fy)는 워터마크의 주파수 스펙트럼이고 V(fx, fy)는 휴먼 비쥬얼 시스템의 주파수 응답 모델이다. 하나의 가능한 이와 같은 모델은 설리반(Sullivan) 등에 의한 것이며 캉(Kang), 섹션 5.6에 주어진다. 이러한 비용 함수의 효과는 워터마크의 주파수 내용을 검출하기 위해 휴먼 비쥬얼 능력에 의해 그것을 가중하는 것이다. 이러한 방식으로, 휴먼 비쥬얼 시스템이 덜 민감한 주파수 스펙트럼의 영역으로 주파수 내용을 이동시키는 워터마크 패턴들은 더욱 낮은 비용을 가질 것이다. 워터마크 도트들의 값들 및 위치들을 선택하는 이러한 방법은 실선 영역(예를 들어그레이스케일 이미지내의 백색 영역)에서 도트들의 지각적으로 더욱 균일한 분포를 제공한다. 낮은 비용을 갖는 워터마크에 대한 서치(search)가 다양한 방법들에 의해 행해질 수 있다. 하나의 이와 같은 방법은 시뮬레이트된 어닐링(simulated annealing)이다.Where H (f x , f y ) is the frequency spectrum of the watermark and V (f x , f y ) is the frequency response model of the human visual system. One possible such model is by Sullivan et al. And is given in Kang, section 5.6. The effect of this cost function is to weight it by human visual capability to detect the frequency content of the watermark. In this way, watermark patterns in which the human visual system moves frequency content into areas of the less sensitive frequency spectrum will have lower costs. This method of selecting values and positions of watermark dots provides a perceptually more uniform distribution of dots in a solid line region (e.g., a white region in a grayscale image). Search for a watermark with low cost can be done by various methods. One such method is simulated annealing.

인코더는 호스트 이미지의 블록들, 예를 들어 이미지를 통해 픽셀들의 인접하는 블록들에서 워터마크를 반복해도 된다. 각 블록은 동일 또는 다른 키를 사용해도 된다. 인코더가 블록마다 상이한 키들을 사용하면, 각 키는 보안 기능(secret function), 예를 들어 암호화 기능에 의해 다른 키와 관련 지워 질 수 있다.The encoder may repeat the watermark in blocks of the host image, eg, adjacent blocks of pixels through the image. Each block may use the same or different keys. If the encoder uses different keys per block, each key can be associated with another key by a secret function, for example an encryption function.

워터마크를 판독하기 위해, 워터마크 디코더는 워터마크 도트들이 위치되는 키 특정(key specifying)을 사용한다. 이후 이들 도트들의 이진값들을 판정한다. 워터마크가 프린트된 이미지에 삽입되어있는 경우에, 하프톤 도트들을 판독하기에 충분한 고해상도를 갖는 스캐너 또는 카메라는 디코더가 워터마크를 추출하는 디지털 이미지를 생성한다.To read the watermark, the watermark decoder uses key specifying where the watermark dots are located. The binary values of these dots are then determined. If a watermark is embedded in the printed image, the scanner or camera with a high resolution sufficient to read the halftone dots produces a digital image from which the decoder extracts the watermark.

이러한 형태의 워터마크의 많은 응용들이 있다. 그것은 관련 정보를 저장하는 데이터베이스 레코드에 이미지 오너(image owner)의 식별자 또는 인덱스 같은 용도 제어 명령들 또는 다른 메타데이터(metadata)를 포함하는 메시지를 반송하는데 사용되어도 된다. 또, 그것은 워터마크된 이미지(예를 들어 프린트된 하프톤 워터마크된 이미지)가 인증되었는가 또는 변경되었는가의 여부를 판정하기 위해 사용되는 고정 패턴을 전달해도 된다. 이와 같은 응용에서, 디코더는 추출된 워터마크 패턴을 알고 있는 패턴과 비교하고, 이러한 비교에 기초하여 워터마크된 이미지가변경(예를 들어, 복사, 스캔 및 재프린트, 압축 등)되었는가의 여부를 판정한다. 그것은 또한 하프톤 워터마크가 존재하지 않는 스캔된 이미지에 있는 위치들을 보여줌으로써 이미지가 변경된 곳을 특정할 수 있다.There are many applications of this type of watermark. It may be used to carry a message containing usage control instructions or other metadata, such as an identifier or index of an image owner, in a database record that stores relevant information. It may also convey a fixed pattern used to determine whether a watermarked image (eg a printed halftone watermarked image) has been authenticated or changed. In such an application, the decoder compares the extracted watermark pattern with a known pattern and determines whether the watermarked image has been altered (e.g., copied, scanned and reprinted, compressed, etc.) based on this comparison. Determine. It can also specify where the image has changed by showing locations in the scanned image where no halftone watermark is present.

워터마크가 하프톤 이미지들에 적용되므로, 그것은 픽셀 당 멀티레벨 디지털 이미지가 하프톤 이미지로 변환되는 프린트 처리의 부분으로서 적용될 수 있다. 예를 들면, 그것은 컴퓨터에서 실행하는 프린터 장치 또는 프린터 드라이버에서 구현되는 하프톤닝 처리에 통합되어도 된다. 더욱 일반적으로, 워터마킹 방법은 잉크젯 프린터들과 같은 개인용 프린트 장치들뿐만 아니라 상업용의 프린트 프레스들을 포함하는, 하프톤 이미지들이 프린트되는 응용들에 적용해도 된다.Since the watermark is applied to the halftone images, it can be applied as part of the print process in which the multilevel digital image per pixel is converted to a halftone image. For example, it may be integrated in a halftoning process implemented in a printer device or printer driver running on a computer. More generally, the watermarking method may be applied to applications in which halftone images are printed, including commercial print presses as well as personal print devices such as inkjet printers.

몇몇 형태들의 이미지 워터마킹에 있어서, 호스트 이미지는 워터마크와 간섭한다. 호스트 이미지는 워터마크를 위한 통신 채널을 제공한다. 호스트 이미지로부터 워터마크를 디코딩함에 있어서, 호스트 이미지는 워터마크 신호를 정확하게 추출하기 위해 워터마크 디코더의 능력과 간섭하는 잡음이 고려될 수 있다. 워터마크의 정확한 복구의 기회들을 증가시키기 위해, 그것은 호스트 이미지의 많은 부분(아마도 전체 이미지)에 걸쳐 분산된다.In some forms of image watermarking, the host image interferes with the watermark. The host image provides a communication channel for the watermark. In decoding the watermark from the host image, the host image may take into account noise that interferes with the watermark decoder's ability to accurately extract the watermark signal. To increase the chances of accurate recovery of the watermark, it is distributed over a large portion of the host image (possibly the entire image).

앞 단락에서 설명된 유형의 워터마크는 하프톤 이미지에 직접 삽입될 수 있다. 이하의 논의는 하프톤 이미지에 이러한 유형의 워터마크를 직접 삽입하기 위한 에러 확산 방법을 설명한다.Watermarks of the type described in the previous paragraph can be inserted directly into the halftone image. The discussion below describes an error diffusion method for directly embedding this type of watermark in a halftone image.

이 방법에서, 삽입될 워터마크, W(m,n)는 0-255의 값들을 취한다. 에러 확산 처리는 2진 출력 값들을 계산하는데 사용되는 임계값이 다음의 워터마크 신호에 의해 변조되도록 변경된다.In this method, the watermark to be inserted, W (m, n), takes values of 0-255. The error spreading process is changed such that the threshold used to calculate the binary output values is modulated by the next watermark signal.

세기 레벨 I는 얼마나 심하게 워터마크가 이미지 내에 삽입되는 지를 제어한다.The intensity level I controls how severely the watermark is inserted in the image.

변조하는 에러 확산 임계값들에 대한 대안으로서, 워터마크는 하프톤 처리를 변조시키지 않고 삽입된 수 있다. 예를 들어, 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 신호가 타겟 하프톤 이미지의 해상도로 생성된다. 워터마크 인코더는 하프톤 이미지의 원하는 해상도로 또는 약간 다른 해상도로 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 신호를 생성하고 그것을 대상 하프톤 이미지의 해상도를 매치(match)시키도록 업(up) 또는 다운(down) 샘플링한다. 이 워터마크된 신호는 그후에 합성 워터마크된 이미지를 생성하기 위해 동일한 공간 해상도(spatial resolution)로 호스트 이미지(host image)에 부가된다. 그후에, 에러 확산 처리 또는 일부 다른 유형의 하프톤 처리는 이 후 워터마크된 하프톤 이미지를 생성하기 위해 이 합성 이미지에 직접 적용될 수 있다. 이 기술은 에러 확산 하프톤 처리들뿐만 아니라 오더된 디더링(ordered dithering)(예컨대, 블루 노이즈 마스크들, 클러스터된 도트 하프톤들(clustereddot halftones) 등)을 포함하는 다양한 하프톤 처리들에 적용된다.As an alternative to modulating error diffusion thresholds, the watermark can be inserted without modulating the halftone processing. For example, a multilevel watermark signal per pixel is generated at the resolution of the target halftone image. The watermark encoder generates an multilevel watermark signal per pixel at the desired resolution of the halftone image or at slightly different resolutions and up or down sampling to match the resolution of the target halftone image. do. This watermarked signal is then added to the host image at the same spatial resolution to produce a composite watermarked image. Thereafter, error diffusion processing or some other type of halftone processing may then be applied directly to this composite image to produce a watermarked halftone image. This technique applies to various halftone processes, including ordered dithering (eg, blue noise masks, clustereddot halftones, etc.) as well as error diffusion halftone processes.

워터마크 신호를 생성하기 위한 다양한 방식들이 있다. 하나의 접근법은 2진(binary) 또는 M-ary 심볼들(M-ary symbols)을 포함하는 보조 메시지를 취하고, 그것에 에러 수정 코딩(error correction coding)을 적용하고, 그 다음에 에러 수정 인코드된 메시지에 확산 스펙트럼 변조(spread spectrum modulate)를 적용하는 것이다. 스펙트럼 변조 메시지를 확산시키는 한 가지 방식은 배타적인 OR 동작 또는 곱셈 동작을 이용하여, 의사 난수(pseudorandom number)에 대해 메시지 내의 각 2진 심볼을 확산시키는 것이다. 그후에, 확산 스펙트럼 변조된 메시지 신호내의 얻어진 2진 메시지 요소들(binary message elements)은 공간 이미지 위치들에 매핑된다. 워터마크 신호는 2진 반대 형태(binary antipodal form)로 표현될 수 있으며, 여기에서 2진 심볼들은 양(positive) 또는 음(negative)이다. 강인함을 증가시키기 위해, 확산 스펙트럼 변조된 메시지 신호는 예컨대, 몇몇 블럭들의 호스트 이미지(host image) 내에 메시지 신호를 삽입함으로써 호스트 이미지를 전체에 걸쳐 반복될 수 있다. 특히, 워터마크 인코더는 예컨대, 호스트 이미지의 일부에 걸쳐 또는 전체 호스트 이미지를 전체에 걸쳐 픽셀들의 연속적인 블록들에 워터마크 신호를 삽입할 수 있다.There are various ways to generate a watermark signal. One approach takes an auxiliary message that includes binary or M-ary symbols, applies error correction coding to it, and then encodes error correction. Apply spread spectrum modulate to a message. One way to spread the spectral modulation message is to spread each binary symbol in the message for pseudorandom numbers using an exclusive OR or multiplication operation. The binary message elements obtained in the spread spectrum modulated message signal are then mapped to spatial image locations. The watermark signal may be represented in a binary antipodal form, where the binary symbols are positive or negative. To increase the robustness, the spread spectrum modulated message signal can be repeated throughout the host image, for example by inserting the message signal into the host image of several blocks. In particular, the watermark encoder can insert the watermark signal into successive blocks of pixels, for example, over a portion of the host image or over the entire host image.

지각적 모델링(perceptual modeling)은 메시지 신호 요소들에 대응하는 이득 값들로 이득 벡터를 계산하기 위해 호스트 이미지에 적용될 수 있다. 예를 들어, 업샘플링 워터마크된 신호(upsampled watermarked signal)가 호스트 신호에 부가되는 경우에, 이득 값들은 그것들을 호스트 신호에 더하기 전에 메시지 신호의 2진반대 값들을 스케일링하는데 사용될 수 있다. 각각의 이득 값은 원하는 워터마크 시계(watermark visibility) 및 검출능 제한들(detectability constrains)의 함수일 수 있다. 특히, 지각 모델(preceptual model)은 워터마크 이미지의 대응 요소를 감출 수 있는 범위를 결정하기 위해 이미지를 분석한다. 분석의 한 가지 형태는 이웃한 주변의 각 픽셀(예컨대, 신호 활성) 내의 로컬 콘트라스트(local contrast)를 계산하고 로컬 콘트라스트의 함수로서 픽셀에 대한 이득을 선택하는 것이다. 검출능 모델(detectability model)은 픽셀값들이 대응하는 픽셀 위치들에서 워터마크 신호의 값에 대하여 바이어스(bias)되는 범위를 결정하기 위해 호스트 신호를 분석한다. 그후에, 호스트 이미지 픽셀들이 워터마크 신호에 대하여 바이어스되는 범위에 의존하여 이득을 업(up) 또는 다운(down)으로 조정한다.Perceptual modeling may be applied to the host image to calculate the gain vector with gain values corresponding to the message signal elements. For example, if an upsampled watermarked signal is added to the host signal, the gain values can be used to scale the binary opposite values of the message signal before adding them to the host signal. Each gain value may be a function of desired watermark visibility and detectability constrains. In particular, the preceptual model analyzes the image to determine a range in which the corresponding element of the watermark image can be hidden. One form of analysis is to calculate the local contrast within each pixel (eg, signal activity) in the vicinity of the neighbor and to select the gain for the pixel as a function of the local contrast. A detectability model analyzes the host signal to determine the range in which pixel values are biased relative to the value of the watermark signal at corresponding pixel locations. The gain is then adjusted up or down depending on the range in which the host image pixels are biased relative to the watermark signal.

이러한 유형의 워터마크는, 워터마크 신호를 나타내기 위해서 상당히 높은 해상도 이미지의 픽셀 당 멀티레벨 표시(multilevel per pixel representation)과 같이, 워터마크된 하프톤 이미지 또는 워터마크된 이미지의 다른 이미지 표시들로부터 판독될 수 있다. 워터마크를 디코드하기 위해서, 워터마크 디코더는 워터마크된 이미지 내의 워터마크의 존재 및 방향(orientation)를 검출한다. 그후에, 그것은 추정 워터마크 메시지 신호를 추출하기 위해 삽입 함수(embedding function)의 역(inverse)을 수행한다.This type of watermark is derived from a watermarked halftone image or other image representations of the watermarked image, such as a multilevel per pixel representation of a fairly high resolution image to represent the watermark signal. Can be read. To decode the watermark, the watermark decoder detects the presence and orientation of the watermark in the watermarked image. Thereafter, it performs the inverse of the embedding function to extract the estimated watermark message signal.

메시지 신호는 다음의 처리들의 조합을 이용하여 강하게 인코드된다.The message signal is strongly encoded using a combination of the following processes.

1. 예들 들어 여러 가지 위치들(예컨대, 이미지의 블록들)에서 메시지 신호를 반복해서 인코드하는 것;1. repeatedly encoding a message signal at various locations (eg, blocks of an image);

2. M 시퀀스들 및 골드 코드들(gold codes)을 이용하는 변조 기술들을 포함하는, 메시지의 확산 스펙트럼 변조;2. spread spectrum modulation of the message, including modulation techniques using M sequences and gold codes;

3. 콘볼루션 코딩(convolution coding), 터보 코딩(turbo coding), BCH 코딩, 리드 솔로몬 코딩(Reed Solomon coding) 등과 같은, 에러 정정 코딩.3. Error correction coding, such as convolution coding, turbo coding, BCH coding, Reed Solomon coding, and the like.

워터마크 디코더는,The watermark decoder,

1. 메시지의 각 삽입된 예들에서 동일한 메시지 요소의 추정치들을 모으는 것;1. gathering estimates of the same message element in each inserted example of the message;

2. 확산 스펙트럼 복조를 수행하는 것;2. performing spread spectrum demodulation;

3. 에러 수정을 디코딩하는 것에 의해 추정된 워터마크 신호로부터 삽입된 메시지를 재구성한다.3. Reconstruct the embedded message from the estimated watermark signal by decoding the error correction.

하나의 구현에서, 디코더는 워터마크된 이미지 내의 그것의 존재 및 방향을 검출하기 위해 워터마크의 방향 신호 성분을 사용한다. 그후에, 그것은 원래의 워터마크된 신호를 추정하기 위해 이미지 샘플 값들에 대해 예측 필터링(predictive filtering)을 수행하고, 워터마크 신호의 추정치를 생성하기 위해 워터마크된 신호에서 원래의 추정치를 뺀다. 그것은 워터마크된 신호 내에 삽입된 임의의 메시지를 재구성하기 위해 에러 수정 디코딩 및 확산 스펙트럼 복조를 수행한다.In one implementation, the decoder uses the direction signal component of the watermark to detect its presence and direction in the watermarked image. It then performs predictive filtering on the image sample values to estimate the original watermarked signal, and subtracts the original estimate from the watermarked signal to produce an estimate of the watermark signal. It performs error correction decoding and spread spectrum demodulation to reconstruct any message embedded in the watermarked signal.

이미지 워터마크를 삽입하는 것, 프린팅 및 스캐닝 후에 이미지의 디지털화된 버전(digitized version)으로부터 워터마크를 검출하고 판독하는 것에 대한 더 세부적인 것들은 본 명세서에 참조문헌으로써 포함되는, 양수인의 계류중인 출원번호 제09/503,881호 및 미국특허 제5,862,260호를 참조하자. 지형적인 왜곡에 대해강인한 워터마크를 만들기 위해서, 워터마크는 방향 워터마크 신호 성분을 포함한다. 더불어, 워터마크 메시지 신호 및 워터마크 신호로부터 방향 워터마크 신호를 포함한다. 이들 성분들은 호스트 이미지가 하프톤 이미지로 변환되기 전에 하프톤 이미지의 해상도로 호스트 이미지에 부가될 수 있다. 대안으로, 이들 성분들은 에러 확산 유형의 하프톤 처리에 사용되는 에러 확산 임계값을 변조하는데 사용되는 워터마크 신호를 형성하기 위해 조합될 수 있다.More details on embedding an image watermark, and detecting and reading the watermark from a digitized version of the image after printing and scanning are incorporated herein by reference, the assignee's pending application number. See 09 / 503,881 and US Pat. No. 5,862,260. To create a watermark that is robust against topographical distortion, the watermark includes a directional watermark signal component. In addition, it includes a direction watermark signal from the watermark message signal and the watermark signal. These components may be added to the host image at the resolution of the halftone image before the host image is converted to a halftone image. Alternatively, these components may be combined to form a watermark signal used to modulate the error spread threshold used for halftone processing of the error spread type.

한 가지 유형의 워터마크 방향 신호는 각각이 의사랜덤 위상(pseudorandom phase)을 갖는, 푸리에 크기 도메인(Fuourier magnitude domain)의 임펄스 함수들(impulse functions)의 세트를 포함하는 이미지 신호이다. (예컨대, 프린팅 및 스캐닝 후) 워터마크된 이미지의 회전(rotation) 및 스케일(scale)을 검출하기 위해서, 워터마크 디코더는 이미지를 푸리에 크기 도메인으로 변환하고, 그후에, 푸리에 크기 이미지의 로그 극 재샘플링(log polar resampling)을 행한다. 일반화된 매치 필터(matched filter)는 가장 높은 상관(correlation)을 제공하는 회전 및 스케일 파라미터들을 찾기 위해 재샘플링된 워터마크된 신호와 알려진 방향 신호를 상관시킨다. 워터마크 디코더는 워터마크 신호의 기원을 식별하는 번역 파라미터들(translation parameters)을 결정하기 위해서 워터마크된 신호와 알려진 방향 신호의 위상 정보 사이의 부가적인 상관 동작들을 수행한다. 워터마크 신호의 회전, 스케일, 및 번역을 결정하였다면, 그후에, 판독기는 이 왜곡에 대해 보상하기 위해 이미지 데이터를 조정하고, 상술된 바와 같이 워터마크 메시지 신호를 추출한다.One type of watermark direction signal is an image signal comprising a set of impulse functions in the Fourier magnitude domain, each having a pseudorandom phase. In order to detect the rotation and scale of the watermarked image (eg, after printing and scanning), the watermark decoder converts the image to a Fourier size domain, and then resamples the log pole of the Fourier size image. (log polar resampling) is performed. A generalized matched filter correlates the re-sampled watermarked signal with a known direction signal to find the rotation and scale parameters that provide the highest correlation. The watermark decoder performs additional correlation operations between the watermarked signal and the phase information of the known direction signal to determine translation parameters that identify the origin of the watermark signal. Once the rotation, scale, and translation of the watermark signal has been determined, the reader then adjusts the image data to compensate for this distortion and extracts the watermark message signal as described above.

상술된 하프톤 워터마크들은 하나 또는 그 이상의 다른 워터마크들과의 조합에 사용될 수 있다. 하나의 응용에서, 예를 들어, 강인한 워터마크는 하프톤 워터마크의 도트 위치들(dot locations)을 지정하는 키(key)를 전달하는데 사용된다. 특히, 강인한 워터마크의 메시지 페이로드(message payload)는 특정 패턴으로 턴온 또는 턴오프된 특정한 도트들(고해상 2진 값들)을 식별하는 키를 전달한다, 이들 2진 값 비트들은 이 이미지의 정밀 검사에 해의 검증될 수 있는 2차의 연약한 워터마크(secondary fragile watermark)로서 동작한다.The halftone watermarks described above can be used in combination with one or more other watermarks. In one application, for example, a robust watermark is used to convey a key specifying the dot locations of a halftone watermark. In particular, a robust watermark's message payload carries a key that identifies certain dots (high resolution binary values) turned on or off in a specific pattern, these binary value bits are scanned for this image. It acts as a secondary fragile watermark that can be verified.

도 4는 이 응용의 구현을 보여준다. 워터마크 삽입 측에서, 워터마크 인코더(100)는 프린팅, 스캐닝, 및 지형적 왜곡에 견디는 강인한 워터마크를 삽입하기 위해 입력 이미지(102) 상에서 동작한다. 이러한 유형의 워터마크의 예는 참조로써 포함된 상기 특허 및 특허출원에 개시되어 있다. 이러한 강인한 워터마크의 메시지 페이로드의 적어도 일부는 하프톤 이미지 내의 특정된 하프톤 도트 위치들에서 하프톤 워터마크를 디코드하는데 사용되는 키를 전달한다.4 shows an implementation of this application. On the watermark embedding side, the watermark encoder 100 operates on the input image 102 to insert a robust watermark that withstands printing, scanning, and topographical distortions. Examples of watermarks of this type are disclosed in the above patents and patent applications incorporated by reference. At least a portion of this robust watermark message payload carries the key used to decode the halftone watermark at specified halftone dot locations in the halftone image.

이 구현에서, 키는 하프톤 이미지 내의 하프톤 워터마크 도트들의 위치들을 식별하고 또한 이들 위치들에서 도트들의 2진 값들(온(on) 또는 오프(off))을 지정하는 난수 발생기(104)에 대한 시드(seed)를 포함한다. 그후에, 하프톤 변환기(106)(예컨대, 에러 확산, 블루 노이즈 마스킹(blue noise masking) 등)는 하프톤 워터마크 도트들이 난수 발생기의 출력에 기초하여 수정 값들을 할당받는 것을 보장하면서, 강인하게 워터마크된 이미지를 하프톤 이미지로 변환시킨다.In this implementation, the key is assigned to a random number generator 104 that identifies the locations of halftone watermark dots in the halftone image and also specifies the binary values (on or off) of the dots at those locations. Seed for the seed. Thereafter, the halftone converter 106 (e.g., error diffusion, blue noise masking, etc.) robustly waters, ensuring that halftone watermark dots are assigned correction values based on the output of the random number generator. Convert the marked image to a halftone image.

이러한 처리의 일 예는 이들 워터마크 도트 값들이 고정되어 있는 것을 보장하면서, 하프톤 변환기가 공간적으로 이웃한 주변의 이들 각 위치들에 하프워터마크 도트들에 의해 유도된 에러를 확산시킨다. 이러한 접근법은 하프톤 워터마크의 상당한 정도의 충격을 줄인다. 다른 하프톤 방법들은 그것들이 키에 의해 지정되는 것과 같이 하프톤 워터마크 도트들이 설정되는 것을 보장하는 한 사용될 수 있다. 그 결과는 잉크 제트 프린팅 등(110)과 같은 종래의 프린터 기술을 이용하여 프린트될 수 있는 하프톤 이미지(108)이다. 실제로, 워터마크 삽입 처리(100)는 프린터 또는 프린터용 드라이버에서 구현될 수 있다.One example of such a process is to ensure that these watermark dot values are fixed, while the halftone converter spreads the error induced by the halfwatermark dots at these respective locations in the spatially neighboring perimeter. This approach reduces the significant impact of halftone watermarks. Other halftone methods can be used as long as they ensure that halftone watermark dots are set as specified by the key. The result is a halftone image 108 that can be printed using conventional printer techniques such as ink jet printing and the like 110. In practice, the watermark embedding process 100 can be implemented in a printer or a driver for a printer.

프린트된 이미지의 인증을 검증하기 위해서, 스캐너(120)는 프린터된 이미지(122)로부터 디지털 이미지를 포착한다. 그후에, 강인한 워터마크가 저해상도(예컨대, 100 dpi) 스캐너 또는 디지털 카메라에 의한 프린팅 및 스캐닝에 살아남음으로, 그것은 프린트된 이미지(122)로부터 포착되는 디지털 이미지로부터 회복될 수 있다. 상술된 디코딩 동작들을 이용하는 워터마크 판독기(124)는 강인한 워터마크를 검출하고, 그것의 방향을 결정하고, 그후에, 키를 포함하는 워터마크 페이로드를 판독한다. 이것은 하프톤 워터마크의 값들 및 하프톤 도트 위치들을 제공하는 난수 발생기(126)에 키를 공급한다.To verify the authenticity of the printed image, the scanner 120 captures the digital image from the printed image 122. Thereafter, as the robust watermark survives printing and scanning by a low resolution (eg, 100 dpi) scanner or digital camera, it can be recovered from the digital image captured from the printed image 122. Watermark reader 124 using the decoding operations described above detects a robust watermark, determines its direction, and then reads the watermark payload containing the key. This supplies a key to random number generator 126 that provides values of halftone watermark and halftone dot locations.

그후에, 2차 워터마크 검증기(128)는 하프톤 워터마크가 존재하는지를 결정하기 위해 프린트된 이미지의 적당한 고해상도 스캔을 검사한다. 프린트된 이미지의 "적당한 고해상 스캔"은 프린트된 이미지의 하트폰 도트들이 판독가능한 것의 하나이다. 이 고해상도 스캔은 그것이 충분한 해상도에 있다면 스캐너(120)에 의해 포착되는 동일한 이미지일 수 있다. 대안으로, 개별적인 이미지 포착 장치(130)는하프톤 도트들을 나타내는 고해상도 이미지를 포착하기 위해 사용될 수 있다. 검증기(128)는 하프톤 워터마크가 존재하는 범위를 나타내는 신호를 제공한다.Secondary watermark verifier 128 then checks for a suitable high resolution scan of the printed image to determine if a halftone watermark is present. A "suitable high resolution scan" of a printed image is one in which the heartphone dots of the printed image are readable. This high resolution scan may be the same image captured by scanner 120 if it is at a sufficient resolution. Alternatively, individual image capture device 130 may be used to capture high resolution images representing halftone dots. Verifier 128 provides a signal indicative of the range in which the halftone watermark is present.

검출기의 출력에 기초하여, 다수의 동작들이 취해질 수 있다. 몇몇 동작들은 사용자에 대한 정보(예컨대, 사용자의 컴퓨터 또는 이미지 장치의 장치 ID, 어드레스(예컨대 네트워크 주소), 사용자 ID 등)를 식별하는 기록하는(recording) 것과, 이 정보와 통신 링크를 통해 원격 장치에 검증 동작의 결과를 전송하는 것과, 이미지의 사용을 지배하는 규칙들에 대한 정보를 표시하는 것과, 전자적으로 사용자로하여금 관련된 권리들, 제품, 또는 서비스들 등을 허용하거나 구입할 수 있게 하는 라이센싱 또는 전자 거래 서버(licensing or electronic transaction server)에 디코딩 시스템을 접속시키는 것을 포함한다.Based on the output of the detector, a number of actions can be taken. Some operations include recording information identifying a user (eg, device ID, address (eg network address), user ID, etc. of the user's computer or imaging device), and remote device via the communication link with this information. To transmit the results of the verification operation to, to display information about the rules governing the use of the image, to electronically permit or purchase rights, products, or services related to the user, or Connecting the decoding system to a licensing or electronic transaction server.

강인하고 연약한 하프톤 워터마크는 또한 다른 정보를 전달할 수 있다. 그것들은 사용 제어 지시들 또는 이미지 소유자의 식별자와 같은 다른 메타데이터(metadata), 원격 접속(예컨대, IP 주소, URL 등)을 설정하기 위한 컴퓨터 어드레스, 또는 관련된 정보를 저장하는 데이터 베이스 기록에 대한 색인(index)을 포함하는 메시지를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 한 응용에서, 메시지는 관련된 정보를 이미지로 페치(fetch)하기 위해 사용되는 식별자를 전달한다. 특히, 워터마크 디코더는 식별자를 요청의 형태로 데이터베이스 관리 시스템에 통신한다. 데이터베이스 관리 시스템 및 아래에 놓인 데이터베이스 기록들(database records)은 네트워크 접속(예컨대, TCP/IP 접속을 통해 접속된 인터넷 상의 웹 서버)을 통해 워터마크 디코더 장치에 접속된 원격 장치에서 구현될수 있으며, 워터마크 디코더(예컨대, 디코더와 같은 장치 내에서 또는 직렬, 병렬, 적외선 블루투스 무선(Bluetooth wireless) 또는 다른 주변 포트와 같은, 포트(port)를 통해 디코딩 장치에 국부적으로 접속된 컴퓨터 내에서 실행하는 로컬 데이터베이스)를 포함하는 시스템 내에서 구현될 수 있다. 요청에 대한 응답 시에, 데이터베이스는 강인한 워터마크로부터 추출된 식별자 또는 식별자들에 관련되는 정보를 찾는다. 일 예는 워터마크된 이미지에 관련되는 웹 사이트로부터 정보를 페치하기 위해 강인한 워터마크 내에 삽입되는 식별자 또는 어드레스를 사용하는 것이다. 강인한 워터마크의 이러한 사용에 대한 더 많은 정보를 위해, 본 명세서에 참조문헌으로써 포함된, 미국특허 제5,841,978호 및 계류중인 출원들 제09/571,422호, 제09/563,664호, 및 제09/597,209호를 참조하자.Tough and soft halftone watermarks can also convey other information. They are indexes to database records that store usage control instructions or other metadata such as the image owner's identifier, a computer address for establishing a remote connection (eg, IP address, URL, etc.), or related information. Can be used to convey a message containing (index). In one application, a message carries an identifier that is used to fetch related information into an image. In particular, the watermark decoder communicates the identifier in the form of a request to the database management system. The database management system and underlying database records can be implemented at a remote device connected to the watermark decoder device via a network connection (eg, a web server on the Internet connected via a TCP / IP connection). Mark decoder (eg, a local database running in a device such as a decoder or in a computer locally connected to the decoding device via a port, such as a serial, parallel, infrared Bluetooth wireless or other peripheral port). May be implemented within a system that includes In response to the request, the database looks for information related to the identifier or identifiers extracted from the robust watermark. One example is to use an identifier or address embedded in a robust watermark to fetch information from a web site related to the watermarked image. For more information on this use of robust watermarks, see US Pat. Nos. 5,841,978 and pending applications 09 / 571,422, 09 / 563,664, and 09 / 597,209, which are incorporated herein by reference. See arc.

앞서 언급한 바와 같이, 많은 이미지 워터마크 응용들에 대해, 워터마크 검출 및 판독 처리의 일부로서, 워터마크를 판독하는 처리 전에 워터마크된 이미지의 방향(스케일, 회전 등)를 결정하는 것이 필요하다. 워터마크를 삽입하는 시간에서 그것의 방향에 대해 워터마크된 이미지의 방향을 결정하는 한가지 방식은 워터마크의 일부로서 일부 형태의 교정 신호(calibration signal)를 사용하는 것이다. 교정 신호는 캐리어 신호(carrier signal) 또는 동기화 코드(synchronization code)와 같은, 워터마크 메시지 신호에 통합적으로 관련될 수 있다. 대안으로, 이것은 감지할 수 없는 등록 템플릿(registration template)과 같은, 개별 신호일 수 있다.As mentioned above, for many image watermark applications, as part of the watermark detection and reading process, it is necessary to determine the direction (scale, rotation, etc.) of the watermarked image before the process of reading the watermark. . One way of determining the orientation of a watermarked image relative to its orientation at the time of embedding the watermark is to use some form of calibration signal as part of the watermark. The calibration signal may be integrally related to the watermark message signal, such as a carrier signal or a synchronization code. Alternatively, this may be an individual signal, such as a registration template that is not detectable.

다음의 워터마크 방법은 개별적인 교정 신호를 삽입하기 위한 필요성을 회피하는, 방향 신호로서 하프톤 이미지 스크린(halftone calibration image screen)을사용한다. 하프톤 스크린은 보통 워터마크되지 않은 하프톤 이미지들을 프린트하기 위해 사용될 수 있으며, 또는 워터마크된 하프톤 이미지들을 생성하고 프린트하기 위해 특별히 적응될 수 있다.The following watermark method uses a halftone calibration image screen as a direction signal, which avoids the need to insert individual calibration signals. Halftone screens can be used to print halftone images that are not normally watermarked, or can be specifically adapted to generate and print watermarked halftone images.

이러한 방법은 하프톤이 임계값 마스크들의 사용을 통해 구현되는 이미지 하프톤 방법들에 적합하다. 임계값 마스크들은 이미지에 대한 반복적인 방식으로 타일(tile)될 수 있는 패턴이다. 가장 일반적으로, 임계값 마스크는 숫자들의 제곱 행렬(square matrix of numbers)이다. 예컨대, 임계값 마스크는 128 ×128일 수 있으며, 이미지는 8비트 픽셀들의 어레이로 구성될 수 있다. 이 경우에, 임계값 마스크는 8비트 픽셀 값의 256개의 가능한 레벨들에 대응하여, 0 내지 255의 범위의 숫자들을 포함한다. 마스크 내의 요소들의 수가 픽셀 당 레벨들의 수를 초과하는 경우에, 임계값 마스크는 일반적으로 각 레벨의 발생들과 같은 수를 포함하도록 설계된다. 예를 들어, 128 ×128 마스크의 16384개의 요소들이 존재하는 현재 예에서, 각 레벨(16384/256=64)에 대해 임계값 마스크의 64개의 엔트리들(entries)이 존재한다. 0 내지 255개의 상이한 레벨에 대응하는 각 요소를 갖는 16 ×16 마스크를 사용하는 것이 가능하다. 하지만, 이미지를 가로질러 타일될 때, 이러한 마스크는 보다 큰 마스크보다 더 많은 비쥬얼 아티펙트들(visual artifacts)을 소개할 수 있다. 물론, 이들 마스크들은 단순히 예들이며, 하프톤 스크린 처리들에 사용되는 임계값 마스크들에 대한 마스크 크기들, 치수들, 레벨들의 많은 대안의 조합들이 존재한다.This method is suitable for image halftone methods in which halftones are implemented through the use of threshold masks. Threshold masks are patterns that can be tiled in an iterative manner on an image. Most commonly, the threshold mask is a square matrix of numbers. For example, the threshold mask may be 128 × 128, and the image may consist of an array of 8 bit pixels. In this case, the threshold mask includes numbers in the range of 0 to 255, corresponding to 256 possible levels of 8 bit pixel value. If the number of elements in the mask exceeds the number of levels per pixel, the threshold mask is generally designed to include the same number of occurrences of each level. For example, in the current example where there are 16384 elements of a 128 × 128 mask, there are 64 entries of the threshold mask for each level (16384/256 = 64). It is possible to use a 16 x 16 mask with each element corresponding to 0 to 255 different levels. However, when tiled across an image, such a mask can introduce more visual artifacts than a larger mask. Of course, these masks are merely examples, and there are many alternative combinations of mask sizes, dimensions, levels for threshold masks used in halftone screen processes.

통상적인 하프톤 스크린 처리에서, 임계값 마스크는 이미지의 프린트된 버전을 나타내는데 사용되는 잉크 도트들의 2진 패턴을 생성하기 위해 사용된다. 인치(inch)당 200 픽셀들을 갖는 이미지가 인치당 2400 도트들의 해상도를 사용하여 프린트되면, 이미지는 인치당 2400 픽셀들로 가장먼저 업샘플링된다. 임계값 마스크는 하프톤 이미지를 구성하기 위해 업샘플링된 이미지에 대해 타일되고 적용된다. 하프톤 이미지의 각 픽셀은 업샘플링된 이미지의 대응 픽셀 및 그 위치에서 타일된 임계값 마스크의 값으로부터 계산된다. 임계값 마스크 값이 업샘플링된 이미지 픽셀보다 작거나 같다면, 그후에 하프톤 이미지 픽셀은 1로 설정되고, 그렇지 않다면 0으로 설정된다.In typical halftone screen processing, a threshold mask is used to generate a binary pattern of ink dots used to represent a printed version of an image. If an image with 200 pixels per inch is printed using a resolution of 2400 dots per inch, the image is first upsampled to 2400 pixels per inch. The threshold mask is tiled and applied to the upsampled image to construct a halftone image. Each pixel of the halftone image is calculated from the corresponding pixel of the upsampled image and the value of the threshold mask tiled at that location. If the threshold mask value is less than or equal to the upsampled image pixel, then the halftone image pixel is set to one, otherwise it is set to zero.

에러 확산 하프토닝(error diffusion halftoning)은 이런 방식으로 구현되지 않을 수 있다.Error diffusion halftoning may not be implemented in this way.

도 5는 임계값 마스크를 사용하여 워터마크된 하프톤 이미지를 생성하는 방법을 보여주는 도면이다. 워터마크 인코딩 처리는 임의의 메시지를 워터마크 이미지 신호(150)로 변환함으로써 시작된다. 도 5에 도시된 방법은 워터마크 이미지 신호를 구성하는 다양한 방법들로 이용될 수 있다. 설명의 목적으로, 도 5는 공간 확산 스펙트럼 워터마크를 이용하는 예를 언급한다. 이 경우에, 워터마크 메시지 페이로드는 임계값 마스크와의 동일한 시간의 영역에 걸쳐 변조되는 확산 스펙트럼이다. 워터마크 신호가 메시지 심볼들을 인코드하기 위해 주파수 계수들을 변조하는 주파수 도메인 기술들, 및 워터마크는 그것의 자동상관, 파워(power), 진폭, 신호 피크들(signal peaks) 등과 같은 신호의 특성들을 변조하는 통계적인 특징 변조와 같은, 대안의 워터마크 인코딩 함수들이 사용될 수 있다. 이들 삽입 함수들 각각은호스트 이미지 내의 대응 요소들과 함께 공간 워터마크 이미지를 부가하는 것으로서 특징지어질 수 있다.5 illustrates a method of generating a watermarked halftone image using a threshold mask. The watermark encoding process begins by converting any message into a watermark image signal 150. The method shown in FIG. 5 may be used in various ways of constructing a watermark image signal. For purposes of explanation, FIG. 5 refers to an example of using a spatial spread spectrum watermark. In this case, the watermark message payload is a spread spectrum that is modulated over the same time region as the threshold mask. Frequency domain techniques, in which a watermark signal modulates frequency coefficients to encode message symbols, and a watermark is characterized by its characteristics such as its autocorrelation, power, amplitude, signal peaks, etc. Alternative watermark encoding functions may be used, such as modulating statistical features. Each of these insertion functions may be characterized as adding a spatial watermark image with corresponding elements in the host image.

인코더는 워터마크 메시지가 보다 쉽게 회복되고, 잘 보이지 않게 하고, 또는 회복도와 비지각도(imperceptibility)를 균형있게 하는 이득으로 워터마크 이미지 신호를 변조할 수 있다. 공간 확산 스펙트럼 워터마크 이미지의 경우에, 인코더는 메시지를 2진 반대 신호(binary antipodal signal)로 변환하고(150), 이득 변조기는 그 신호의 각 요소의 값을 조정한다(152). 워터마크 이미지 신호의 공간 해상도는 대상 하프톤 이미지에 대응한다.The encoder may modulate the watermark image signal with a gain that makes the watermark message easier to recover, less visible, or to balance recovery and imperceptibility. In the case of a spatial spread spectrum watermark image, the encoder converts the message to a binary antipodal signal (150), and the gain modulator adjusts the value of each element of the signal (152). The spatial resolution of the watermark image signal corresponds to the target halftone image.

워터마크 이미지 신호는, 동일한 페이로드가 이미지에 대해 반복되거나, 변할 수 있으며, 상이한 정보가 이미지의 상이한 영역들에 삽입되도록, 타일(tile)될 수 있다.The watermark image signal may be tiled such that the same payload may be repeated or changed for the image and different information is inserted in different regions of the image.

워터마크에 대한 호스트 이미지를 준비하기 위해, 인코더는 이미지(154)의 픽셀당 멀티레벨 형태를 취하고, 그것을 하프톤 해상도로 변환한다(156). 이 단계는 통상 보다 높은 해상도(예컨대 픽셀 이미지 당 8 비트인 200dpi 내지 픽셀 이미지 당 2400dpi을 업샘플링함)로 멀티레벨 이미지를 업샘플링하는 것을 포함한다. 워터마크를 삽입하기 위한 한가지 방법은 합성 이미지를 생성하기 위해, 각각 하프톤 이미지 해상도에서, 멀티레벨 이미지 신호와 함께 워터마크 이미지 신호의 공간 도메인 표시를 부가하는 것이다.To prepare a host image for the watermark, the encoder takes a multilevel form per pixel of the image 154 and converts it to halftone resolution (156). This step typically involves upsampling a multilevel image at a higher resolution (eg, upsampling 200 dpi, which is 8 bits per pixel image, to 2400 dpi per pixel image). One way to embed a watermark is to add a spatial domain representation of the watermark image signal with the multilevel image signal, respectively, at halftone image resolution to produce a composite image.

다음으로, 인코더는 임계값 마스크(160,162)를 얻어진 합성 이미지에 적용한다. 하프톤 스크린 처리는 대응 임계값 마스크 레벨 아래 또는 그와 같은 픽셀 레벨들을 0으로 전환하고, 그렇지 않으면, 그것들을 1로 설정한다. 그 결과가 워터마크된 하프톤 이미지이다. 그후에, 이미지는 잉크젯 프린터들을 포함하고 처리를 프린팅하는 다양한 하프톤 프린팅 처리를 이용하여 프린트될 수 있다.The encoder then applies threshold masks 160 and 162 to the resulting composite image. Halftone screen processing switches pixel levels below or equal to the corresponding threshold mask level to zero, otherwise sets them to one. The result is a watermarked halftone image. The image can then be printed using various halftone printing processes, including inkjet printers, and printing process.

도 6은 워터마크된 이미지 신호의 지형적인 왜곡을 결정하기 위해 방향 신호로서 하프톤 스크린을 사용하는 방법을 보여주는 도면이다. 특히, 이 방법은 워터마크 메시지의 회복을 용이하게 하기 위해 워터마크를 삽입하는 시간에 호스트 신호의 방향을 계산하는데 사용된다.6 illustrates a method of using a halftone screen as a direction signal to determine topographical distortion of a watermarked image signal. In particular, this method is used to calculate the direction of the host signal at the time of embedding the watermark to facilitate recovery of the watermark message.

첫째로, 스캐너, 또는 카메라 또는 다른 이미징 장치는 하프톤 픽셀들을 구별하기 위해 상당히 높은 해상도(172)로 프린트된 워터마크 이미지(170)의 디지털 버전을 포착한다. 계속되는 예들에서, 워터마크 디코더는 각각이 임계값 마스크의 크기(예컨대 128 ×128)에 대략적으로 대응하는 영역을 가지는 디지털 이미지(174)의 블록들을 얻는다. 각각의 디지털 이미지 픽셀은 하프톤 이미지 픽셀에 대해 크기에 있어 대략 동일하다.First, a scanner, camera or other imaging device captures a digital version of the watermark image 170 printed at a significantly higher resolution 172 to distinguish halftone pixels. In subsequent examples, the watermark decoder obtains blocks of the digital image 174 each having an area approximately corresponding to the size of the threshold mask (eg 128 × 128). Each digital image pixel is approximately equal in size to the halftone image pixel.

다음으로, 디코더는 평균 픽셀 값을 계산하고 각 픽셀을 평균으로 대체하는 것과 같이 저역통과 필터링 기술을 이용하여 이미지 블록을 필터링한다. 그 다음, 디코더는 프린팅을 위해 하프톤 이미지를 생성하는데 사용되는 동일한 임계값 마스크를 적용한다(178,180). 이 처리는 방향 이미지와 유사한 방향 특성들을 갖는 대상 방향 신호(target orientation signal)를 야기한다.Next, the decoder filters the image blocks using lowpass filtering techniques, such as calculating average pixel values and replacing each pixel with an average. The decoder then applies the same threshold mask used to generate the halftone image for printing (178, 180). This processing results in a target orientation signal with orientation characteristics similar to the orientation image.

원래 워터마크된 이미지에 대하여 수신된 이미지의 기하학적 왜곡을 결정하기 위해, 디코더는 대상 방향 신호와 수신된 이미지 사이의 일련의 상관 동작들을수행한다. 도 6에 도시된 방법에서, 디코더는 그것으로부터 유도되는 수신된 이미지 블록과 대상 방향 신호(182)를 상과 도메인으로 변환한다(182), 특히, 그것은 128 ×128 빠른 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하고, 이미지들의 푸리에 멜린 표시(Fourier-Mellin representation)를 얻기 위해 로그 극좌표계(log-polar coordinate system)로 얻어진 푸리에 크기 표시를 재샘플링한다. 일반화된 매칭된 필터와 같은, 상관 동작기(184)는 대상 신호(참조 신호)의 푸리에-멜린 표시를 수신된 이미지의 푸리에-멜린 표시(Fourier-Mellin representation)와 상관시킨다. 상관 동작은 디지털 이미지의 스케일 및 회전 파라미터들의 추정치를 생성한다.To determine the geometric distortion of the received image with respect to the original watermarked image, the decoder performs a series of correlation operations between the object direction signal and the received image. In the method shown in FIG. 6, the decoder transforms the received image block and the target direction signal 182 derived therefrom into the phase and domain 182, in particular, it is a 128 × 128 fast Fourier transform. And resample the Fourier size representation obtained with a log-polar coordinate system to obtain a Fourier-Mellin representation of the images. Correlation actuator 184, such as a generalized matched filter, correlates a Fourier-Mellin representation of the target signal (reference signal) with a Fourier-Mellin representation of the received image. The correlation operation produces an estimate of the scale and rotation parameters of the digital image.

디코더는 추정된 회전 및 스케일의 역으로써 수신된 공간 디지털 이미지를 변형한다. 상관 동작기는 임계값 마스크에 대해서 이미지의 번역 추정치를 얻기 위해 공간적인 대상 방향 신호와 얻어진 공간 이미지를 상관시킨다.The decoder transforms the received spatial digital image as the inverse of the estimated rotation and scale. The correlation operator correlates the spatial target direction signal with the obtained spatial image to obtain a translation estimate of the image with respect to the threshold mask.

워터마크된 이미지의 디지털 버전의 스케일, 회전, 및 번역 파라미터들에 대한 추정치들을 갖는다면, 워터마크 메시지 판독기(186)는 수신된 이미지로부터 확산 스펙트럼 신호를 복조한다.If there are estimates for the scale, rotation, and translation parameters of the digital version of the watermarked image, the watermark message reader 186 demodulates the spread spectrum signal from the received image.

상술된 하프톤 워터마크 방법들 각각은 "연약한 워터마크(fragile watermark)" 또는 "반-연약한(semi-fragile)" 워터마크 응용들에 사용될 수 있으며, 그 워터마크는 워터마크된 이미지에 대한 교체들(alternations)을 검출하고 특징화하기 위해 분석된다. 연약한 워터마크는 호스트 이미지가 어떤 유형들의 왜곡들을 받게 될 때 열화하나 판독할 수 없게 되는 워터마크를 참조한다. 반-연약한워터마크는 그 워터마크가 몇몇 유형들의 왜곡에 살아남지만 다른 것들은 그렇지 않은 이러한 테마(theme) 상의 변형이다.Each of the halftone watermark methods described above can be used for "fragile watermark" or "semi-fragile" watermark applications, the watermark being replaced with a watermarked image. It is analyzed to detect and characterize alterations. A soft watermark refers to a watermark that degrades when it is subjected to certain types of distortions but becomes unreadable. A semi-soft watermark is a variation on this theme where the watermark survives some type of distortion, while others do not.

한가지 접근법은 프린팅, 소비자 등급 스캐너들(comsumer grade scanners) 상의 스캐닝, 이미지 압축 등과 같은 어떤 유형들의 왜곡들에 응답하여 열화되거나 판독할 수 없도록 워터마크를 설계하는 것이다. 디코더가 워터마크를 검출하거나 판독할 수 없다면, 또는 측정된 열과가 임계값을 초과한다면, 그후에 디코더는 이미지가 변형되었음(예컨대, 인증되지 않음)을 나타내는 출력을 제공한다. 열화(degradation)는 알려진 워터마크 신호와 수신된 이미지로부터 추출되는 것 사이의 상관의 정도와 같은, 워터마크 신호의 회복의 정도로써 측정될 수 있다. 이러한 연약하거나 반-연약한 응용들에서, 앞서 상술된 하프톤 워터마크 방법들의 이득 값들은 어떤 유형들의 왜곡들에 대해서 판독과 연약함의 용이(easy) 사이의 정확한 균형을 제공하기 위해 선택될 수 있다.One approach is to design a watermark so that it cannot degrade or read in response to certain types of distortions such as printing, scanning on consumer grade scanners, image compression, and the like. If the decoder is unable to detect or read the watermark, or if the measured column exceeds the threshold, then the decoder provides an output indicating that the image has been modified (eg, not authenticated). Degradation can be measured as the degree of recovery of the watermark signal, such as the degree of correlation between the known watermark signal and what is extracted from the received image. In such soft or semi-soft applications, the gain values of the halftone watermark methods described above can be selected to provide an accurate balance between read and easy for some types of distortions.

강화된 접근법은 변형의 유형이 구별될 수 있도록 워터마크를 설계하는 것이다. 예를 들어, 변형의 유형은 워터마크 신호에 기인하는 열화의 유형에 의해 특징지어 질 수 있다. 워터마크 신호의 다른 양상들에 대한 열화의 양을 측정함으로써, 디코더는 관찰된 열화를 특정 유형의 변형에 매치시킬 수 있다.An enhanced approach is to design watermarks so that the types of variations can be distinguished. For example, the type of deformation may be characterized by the type of degradation due to the watermark signal. By measuring the amount of degradation for other aspects of the watermark signal, the decoder can match the observed degradation to a particular type of deformation.

그러한 약한 워터마킹 응용들의 성능은 왜곡의 다른 형식들 사이를 차별화하기 위해 삽입된 워터마크의 주파수 분배를 선택하여 개선될 수 있다. 워터마크 신호 속성들을 설계하는데 두 가지 주요 고려사항들이 있다. 첫 번째는 (프린트와 스캔 동작들과 같은) 검출될 열화의 특정 타입에 의해 열화되기 쉬운 주파수들 내에워터마크의 에너지의 부분을 넣는 것이다; 두 번째는 (얼룩(smudge)들과 통상의 낡음 및 찢음과 같은) 워터마크가 생존해야 하는 왜곡에 의해 덜 열화하기 쉬운 주파수들 내에 에너지를 넣는 것이다. 워터마크의 주파수 분배를 분석하여, 디코더는 변경의 형식들 사이를 구별할 수 있다. 이 접근은, 통상의 사용을 통해 단지 견고하고 경고하는 것에 반대로, 프린팅된 이미지가 원본인지의 여부(예를 들어, 스캔과 프린트 동작을 통해 재생되었는지에 여부)를 결정하는데 특히 유용하다.The performance of such weak watermarking applications can be improved by selecting the frequency distribution of the embedded watermark to differentiate between different forms of distortion. There are two main considerations in designing watermark signal properties. The first is to put a portion of the watermark's energy into frequencies that are prone to degradation by the particular type of degradation to be detected (such as print and scan operations); The second is to put energy in frequencies that are less prone to degradation by the distortion that the watermark (such as smudges and normal wear and tear) must survive. By analyzing the frequency distribution of the watermark, the decoder can distinguish between forms of change. This approach is particularly useful for determining whether a printed image is original (e.g., reproduced through scan and print operations), as opposed to being solid and warning only through normal use.

디지털 워터마크는 하프톤 스크린으로서 디지털 워터마크 신호를 사용하여 하프톤 이미지 내에 삽입될 수 있다. 다음의 논의는 절차의 예를 도시한다:The digital watermark can be embedded in the halftone image using the digital watermark signal as a halftone screen. The following discussion shows an example of the procedure:

1. 예를 들어, 위에 설명된 확산 스펙트럼 기술들을 사용하여 디지털 워터마크 신호를 생성. 선택적으로 워터마크 신호는 푸리에 도메인과 같은 주파수 도메인으로 변형될 때 패턴을 생산하는 방향 신호(orientation signal) 또는 자동상관 도메인으로 변형될 때 신호 피크들의 패턴을 생산하는 의사난수 캐리어 신호와 같은 방향 신호를 포함할 수 있다.1. For example, generating a digital watermark signal using the spread spectrum techniques described above. Optionally, the watermark signal may contain an orientation signal such as an orientation signal that produces a pattern when transformed into a frequency domain, such as a Fourier domain, or a pseudo random carrier signal that produces a pattern of signal peaks when transformed into an autocorrelation domain. It may include.

결과 워터마크 신호는 휘도 값들의 어레이 또는 픽셀 당 멀티레벨 그레이 스케일 이미지이다. 이것은, 가변 사이즈들의 이미지를 생성하기 위해 인접하게 타일화(tile)될 수 있는 64 X 64, 128 X 128, 256 X 256 픽셀 요소들과 같은 알려진 블록 사이즈이다.The resulting watermark signal is an array of luminance values or a multilevel gray scale image per pixel. This is a known block size, such as 64 X 64, 128 X 128, 256 X 256 pixel elements, which can be tiled contiguously to produce images of variable sizes.

2. 워터마크 이미지 블록의 히스토그램을 계산.2. Calculate the histogram of the watermark image block.

3. 하프톤 임계 레벨들을 대응하는 그레이 값들(또는 휘도 값들)에 대해 설정하기 위해 상기 히스토그램을 사용. 이 예는 그레이 레벨들을 사용하지만, 동일한 기술이 컬러 이미지들의 다른 컬러 채널들뿐만 아니라 휘도 값들에도 인가된다. 이들 하프톤 임계 레벨들은 멀티 레벨 픽셀 값을 임계값에 비교하고 그 위치에서 하프톤 픽셀을 멀티레벨 픽셀 값들이 임계값보다 적은지 또는 많은지 여부에 따라 0 또는 1로 설정하여 하프톤 픽셀의 '온' 또는 '오프'의 2진 상태로 멀티레벨 픽셀값을 변환하기 위해 나중에 사용된다.3. Use the histogram to set halftone threshold levels for corresponding gray values (or luminance values). This example uses gray levels, but the same technique is applied to luminance values as well as other color channels of color images. These halftone threshold levels compare the multilevel pixel value to a threshold and at that location set the halftone pixel to zero or one depending on whether the multilevel pixel values are less than or greater than the threshold, and thus 'on' the halftone pixel. Or later to convert the multilevel pixel value to an 'off' binary state.

0-255 사이의 각 이산 그레이 값에 대해, 예를 들어, 이 방법은, 워터마크 이미지 블록 내에 멀티 레벨 픽셀 값들을 인가할 때 결과 하프톤 이미지가 원하는 그레이값을 성취하는 톤 밀도를 갖는 임계레벨을 선택한다.For each discrete gray value between 0 and 255, for example, the method may include a threshold level with a tone density at which the resulting halftone image achieves the desired gray value when applying multi-level pixel values within the watermark image block. Select.

만약 동일한 워터마크 신호가 몇 개의 하프톤 이미지들에 삽입된다면, 이 절차로 설정된 임계값들은 동일 삽입된 신호와 같이 워터마크된 하프톤 이미지들을 생성하기 위계 계속 사용될 수 있다. 여기에 하프톤 이미지를 생성하는 절차가 어떻게 동작하는지를 보여준다:If the same watermark signal is embedded in several halftone images, the thresholds set in this procedure may continue to be used to generate watermarked halftone images as the same embedded signal. Here is how the procedure for creating a halftone image works:

1. 업셈플 또는 그렇지 않으면 타겟 호스트 픽셀 당 멀티레벨 이미지를 하프톤 도트 해상도로 전환. 또한, 업셈플 또는 그렇지 않으면 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 블록을 하프톤 도트 해상도로 전환하고, 필요하다면, 워터마크 신호가 타켓 이미지와 동일한 시간에 걸치도록(coextensive) 블록들을 타켓 이미지를 가로질러 인접한 패턴으로 타일화한다.1. Upsample or otherwise convert a multilevel image per target host pixel to halftone dot resolution. It also converts the upsample or otherwise per-pixel multilevel watermark block to halftone dot resolution and, if necessary, blocks adjacent blocks across the target image so that the watermark signal is coextensive over the target image. Tile with.

2. 업셈플된 이미지 내의 각 멀티레벨 픽셀값에 대해, 이 레벨에 대응하는 대응 하프톤 임계 레벨을 찾는다.2. For each multilevel pixel value in the upsampled image, find the corresponding halftone threshold level corresponding to this level.

3. 0 또는 1인 하프톤 도트 값을 취하기 위해 워터마크 신호 내의 대응하는픽셀 당 멀티레벨값에 임계값을 적용시킨다. 단계 2 및 3의 하프톤 변환 절차가 완성될 때, 결과는 종이 또는 다른 대상들 상에 프린트될 수 있는 워터마크된 하프톤 이미지이다.3. Apply a threshold to the corresponding per-pixel multilevel value in the watermark signal to take a halftone dot value of zero or one. When the halftone conversion procedure of steps 2 and 3 is completed, the result is a watermarked halftone image that can be printed on paper or other objects.

워터마크된 하프톤 이미지 내의 각 하프톤 도트는 잉크(최소 휘도) 또는 비잉크(최대 휘도)이다. 그래서, 타켓 호스트 이미지 내의 높은 휘도 값이, 워터마크 이미지 내의 대응 픽셀이 '비잉크' 상태로 설정되기 더 쉽게 하기 위해, 임계값을 설정한다. 역으로, 타켓 이미지 내의 낮은 휘도 값은, 워터마크 이미지 내의 대응 픽셀이 '잉크 존재' 상태로 더 쉽게 설정되도록 임계값을 설정한다.Each halftone dot in the watermarked halftone image is ink (minimum brightness) or non-ink (maximum brightness). Thus, a high luminance value in the target host image sets a threshold to make it easier for corresponding pixels in the watermark image to be set to a 'non-ink' state. Conversely, the low luminance value in the target image sets the threshold such that the corresponding pixel in the watermark image is more easily set to an 'ink present' state.

이미지를 워터마크된 하프톤 이미지로 전환하는 이 절차는 컬러 하프톤 이미지 내의 하나 또는 그 이상의 컬러 평면들에 적용될 수 있다.This procedure of converting an image into a watermarked halftone image can be applied to one or more color planes in the color halftone image.

만약 타켓 호스트 이미지가 단지 몇 개의 다른 그레이 레벨들을 갖는 간단한 그레이 레벨 이미지라면, 위의 기술은 호스트 이미지 내의 그레이 레벨들의 각각에 대한 임계값들을 설정하는데 사용될 것이다. 또한, 호스트 이미지가 몇몇 그레이 레벨들을 가질 수 있는 반면, 이들 그레이 레벨들은 각 범위가 단일 하프톤 임계값이 할당되는 범위들로 분할될 수 있다. 그러면 마스크들은 하프톤 임계값들의 각각에 대응하는 호스트 이미지의 영역들을 정의하기 위해 계산될 수 있다. 마지막으로, 특정 마스크에 대응하는 하프톤 임계값은 워터마크된 하프톤 이미지를 생성하기 위해 마스크에 의해 커버되는 워터마크 신호 영역들에 인가된다.If the target host image is a simple gray level image with only a few different gray levels, the above technique will be used to set thresholds for each of the gray levels in the host image. Also, while a host image may have several gray levels, these gray levels may be divided into ranges in which each range is assigned a single halftone threshold. Masks may then be calculated to define regions of the host image corresponding to each of the halftone thresholds. Finally, the halftone threshold corresponding to the particular mask is applied to the watermark signal regions covered by the mask to produce a watermarked halftone image.

호스트 이미지가 3 그레이 레벨들을 갖는 다음의 예를 고려하라. 여기서 각각이 이들 그레이 레벨들이 상주하는 이미지의 영역들을 정의하는 대응하는 마스크를 갖는다. 이제 이 방법은, 타켓 이미지 내의 특정 톤 밀도(tonal density)의 영역에 대응하는 3 다른 마스크들에 기초하여 타켓 이미지와 동일 시간에 걸치는 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 신호를 임계화한다:Consider the following example where the host image has three gray levels. Where each has a corresponding mask defining the areas of the image in which these gray levels reside. The method now thresholds a multilevel watermark signal per pixel that spans the same time as the target image based on three different masks that correspond to regions of a particular tonal density within the target image:

마스크 1은 톤 밀도(tonal density) D1을 갖고, 임계값 T1을 사용한다.Mask 1 has a tonal density D1 and uses a threshold T1.

마스크 2는 톤 밀도 D2를 갖고, 임계값 T2를 사용한다.Mask 2 has tone density D2 and uses threshold T2.

마스크 3은 톤 밀도 D3을 갖고, 임계값 T3을 사용한다.Mask 3 has a tone density D3 and uses a threshold T3.

이 기술로 디지털 워터마크 신호를 생성하는 방법이 다양하다. 한 방법은:There are many ways to generate digital watermark signals with this technology. One way:

1. N 비트 2진 스트링을 포함하는 원하는 워터마크 메시지 페이로드를 취함.1. Take the desired watermark message payload containing an N bit binary string.

2. 컨벌루션 코딩, 터보 코딩, 등과 같은 메시지의 에러 정정 인코딩을 수행.2. Perform error correction encoding of the message, such as convolutional coding, turbo coding, and the like.

3. 예를 들어 의사 난수 캐리어 내의 각 값으로 비트 값의 XOR를 취하여, 의사 난수 캐리어 신호 상으로 에러 정정 인코딩된 메시지의 각 비트를 확산.3. Spread each bit of the error correction encoded message onto the pseudo random number carrier signal, for example by taking an XOR of the bit value with each value within the pseudo random number carrier.

4. 워터마크 이미지 블록 내의 픽셀 위치들에 확산 신호 값들을 맵핑.4. Map spread signal values to pixel locations within the watermark image block.

5. 확산 신호를 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 신호로 전환. 이 단계에서, 확산 신호 값들은 예를 들어 대응하는 샘플 값들(예를 들어 휘도, 그레이 레벨, 세기, 등)에서의 증가 또는 감소를 나타내는 {1,0}, 또는 {1,-1}의 이진이다. 각 이진 값은 워터마크 신호 내의 하나 또는 그 이상의 이웃 픽셀들에 대응한다. 이들 이진값들은 확산 신호의 값에 대응하여 멀티레벨 픽셀 값(예를 들어 8비트 픽셀의 128 중간 레벨 그레이 값)을 업 또는 다운 조정하여 멀티레벨 값들로 전환될 수 있다. 워터마크 신호의 이득은 스케일 계수를 확산 신호에 적용시켜 조정될 수 있다. 또한,확산 신호의 각 비트로부터 변화들은 이웃의 대응하는 픽셀 상으로 부드럽게 변하도록 만들어 질 수 있다.5. Convert the spread signal to a multilevel watermark signal per pixel. In this step, the spread signal values are for example binary of {1,0}, or {1, -1}, indicating an increase or decrease in corresponding sample values (e.g. luminance, gray level, intensity, etc.). to be. Each binary value corresponds to one or more neighboring pixels in the watermark signal. These binary values may be converted to multilevel values by up or down adjusting a multilevel pixel value (eg, 128 mid-level gray values of an 8-bit pixel) corresponding to the value of the spread signal. The gain of the watermark signal can be adjusted by applying the scale factor to the spread signal. Also, changes from each bit of the spread signal can be made to change smoothly onto corresponding pixels in the neighborhood.

캐리어와 메시지를 컨볼빙(convolving), 이진 안티포달(antipodal) 캐리어와 이진 안티포달 메시지 신호를 곱하는 등과 같은 확산 신호를 생성하기 위한 기술들이 다양하다. 캐리어는 워터마크된 신호 내에 워터마크를 갖는 검출기를 동기화하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 위에 상세히 설명된 바와 같이, 방향 신호는 켈리브레이션을 돕기 위해 확산 신호에 부가될 수 있다.There are a variety of techniques for generating spreading signals, such as convolving carriers and messages, multiplying binary antipodal carriers and binary antipodal message signals, and the like. The carrier can be used to synchronize the detector with the watermark in the watermarked signal. In addition, as described in detail above, a direction signal can be added to the spread signal to aid calibration.

워터마크 메시지를 복구하기 위해, 워터마크 검출기는 다음과 같이 동작한다:To recover a watermark message, the watermark detector operates as follows:

1. (예를 들어 프린트된 하프톤 이미지의 스캐너 켑춰 또는 웹 캠으로부터) 하프톤 이미지의 디지털 버전을 켑춰.1. Capture a digital version of a halftone image (eg from a scanner capture of a printed halftone image or from a web cam).

2. 이전에 설명된 기술들 중 어떤 하나를 사용하여 이미지를 검출 및 정렬.2. Detect and align images using any of the techniques previously described.

3. 이웃 픽셀들로부터 정렬된 이미지 내의 각 픽셀에서 워터마크 신호를 예상; 예를 들어 워터마크 신호로부터 호스트 신호를 역-상관(de-correlate)하기 위한 필터를 사용.3. expect a watermark signal at each pixel in the image aligned from neighboring pixels; For example, using a filter to de-correlate the host signal from the watermark signal.

4. 에러 정정 인코딩된 비트 값들을 복구하기 위해 캐리어와 워터마크 신호를 상관. 이들은 캐리어와 상관의 확장에 의해 가중된 "소프트"비트 값들일 수 있다. 다시 말해, 하드(hard) 1 또는 0으로서 에러 정정 인코딩된 비트의 각 추정을 나타내는 것보다, 이들은 2진 1 또는 0에 대응하는 값들 사이의 일부 가중된 가능성에 의해 나타난다(예를 들어 -1과 1, -128과 128, 등).4. Error correction Correlate the carrier and watermark signals to recover encoded bit values. These may be "soft" bit values weighted by the carrier and the extension of correlation. In other words, rather than representing each estimate of an error correction encoded bit as hard 1 or 0, they are represented by some weighted likelihood between values corresponding to binary 1 or 0 (eg, -1 and 1, -128 and 128, etc.)

5. 예를 들어 메시지 페이로드를 복구하기 위해 삽입된 메시지와 호환 가능한 터보 코딩 스킴 또는 컨벌루션을 사용하여 소프트 비트 값들 상에 에러 정정 디코딩을 수행.5. Perform error correction decoding on soft bit values using a turbo coding scheme or convolution compatible with the inserted message, for example to recover the message payload.

워터마크를 판독하는 절차는 워터마크된 하프톤 이미지가 변경되었는지에 여부를 검출하는데 또한 사용될 수 있다. 특히, 이것은 프린팅된 하프톤 이미지가 복사되었는지 예를 들어 포토복사, 또는 스캔 그리고 다시-프린트되었는지를 결정하는데 사용될 수 있다.The procedure for reading the watermark can also be used to detect whether the watermarked halftone image has changed. In particular, it can be used to determine whether a printed halftone image has been copied, for example photocopy, or scanned and re-printed.

워터마크 신호의 검출된 세기는 프린트된 대상이 복사되었는지를 결정하기 위해 복사 검출 임계와 비교될 수 있다. 워터마크 신호의 세기를 측정하기 위한 한 접근은 아래와 같다:The detected intensity of the watermark signal can be compared with a copy detection threshold to determine if the printed object has been copied. One approach to measuring the strength of a watermark signal is as follows:

1. 워터마크에 대해 사용되는(에러 정정 코딩으로부터 과다하게 인코딩된 비트들을 포함하는) 원래 삽입된 비트 시퀀스를 다시 생성하기 위해 워터마크로부터 판독되는 메시지 페이로드를 사용.1. Use the message payload read from the watermark to regenerate the originally inserted bit sequence used for the watermark (including the over-encoded bits from the error correction coding).

2. 0(zero)이 -1에 의해 나타나고 1(one)이 1에 의해 나타나도록 원래 비트 시퀀스를 전환.2. Switch the original bit sequence so that 0 (zero) is represented by -1 and 1 (one) is represented by 1.

3. 단계2의 시퀀스에 의해 워터마크를 디코딩하기 위해 사용되는 소프트-값 비트 시퀀스를 곱(요소-방식으로(element-wise)).3. Multiply (element-wise) the soft-value bit sequence used to decode the watermark by the sequence of step 2.

4. 이전의 단계가 되는 결과가 되는 시퀀스로부터 워터마크 세기의 하나 또는 그 이상의 측정들을 생성. 그러한 측정의 하나는 시퀀스 내의 값들의 제곱들의 합이다. 다른 측정은 시퀀스 내의 값들의 합의 제곱이다. 다른 측정들 또한 마찬가지로 가능하다. 예를 들어, 워터마크 신호의 높은 주파수 성분들과 관련된 소프트 비트들이 높은 주파수 성분들에 기인하는 강한 측정을 얻기 위해 분석될 수 있다. 그러한 높은 주파수들은 포토복사, 디지털 투 아날로그 및 아날로그 투 디지털 변환, 스캐닝 및 재-복사 등에 기인하는 열화에 더 민감하기 쉽다.4. Generate one or more measurements of the watermark intensity from the sequence resulting from the previous step. One such measure is the sum of squares of the values in the sequence. Another measure is the square of the sum of the values in the sequence. Other measurements are likewise possible. For example, soft bits associated with the high frequency components of the watermark signal can be analyzed to obtain a strong measurement due to the high frequency components. Such high frequencies are more susceptible to degradation due to photocopy, digital-to-analog and analog-to-digital conversion, scanning and re-copying, and the like.

5. 의심 이미지가 원래 또는 프린트된 대상의 복사로부터 캡춰되었는지를 결정하기 위해 세기 측정을 임계값들과 비교. 임계값은, 복사물을 생성하기 위해 사용되는 복사기들, 스캐너들 및 프린터들의 다양성과 원본을 생성하기 위해 사용되는 서브젝트 프린터 플랫폼 상의 원본 프린트된 대상 대 복사된 대상의 측정된 워터마크 세기에서의 차이를 평가하여 유도된다.5. Compare the intensity measurements with the thresholds to determine if the suspicious image was captured from a copy of the original or printed object. The threshold is based on the diversity of the copiers, scanners and printers used to produce the copy and the difference in the measured watermark intensity of the original printed object to the copied object on the subject printer platform used to create the original. It is derived by evaluation.

복사를 검출하는 부가적인 방법으로서, 워터마크 메시지 페이로드가 프린터 모델 및/또는 워터마크된 하프톤 이미지의 해상도를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 그후, 프린트된 대상이 진짜임을 검증하기 위해, 워터마크 검출기는 메시지 페이로드를 추출하고 프린터 모델 및/또는 프린트된 해상도를 결정한다. 그후 프린팅된 대상의 프렌식 스캔(forensic scan)은 대상이 워터마크 페이로드 내에 명세된 해상도로 프린트되었는지를 검증하기 위해 분석된다. 프렌식 스캔의 해상도를 분석하는 한 특정 방법은, 명세된 해상도로 프린트되기 쉬운지를 결정하기 위해 그 주파수 컨텐츠를 검사하는 것이다.As an additional method of detecting copying, a watermark message payload can be used to identify the printer model and / or the resolution of the watermarked halftone image. Then, to verify that the printed object is genuine, the watermark detector extracts the message payload and determines the printer model and / or the printed resolution. A forensic scan of the printed object is then analyzed to verify that the object is printed at the resolution specified in the watermark payload. One particular way of analyzing the resolution of a typical scan is to examine its frequency content to determine if it is easy to print at a specified resolution.

심벌 에러들을 측정하여 신호 간섭(tampering)을 검출하는 위에 설명된 기술은 호스트 미디어 신호 내에 다른 공간적 해상도들로 삽입된 둘 또는 그 이상의 다른 워터마크들에 적용될 수 있다. 워터마크들의 각각은 동일 또는 다른 메시지 페이로드들을 가질 수 있다. 워터마크들이 동일한 메시지 페이로드들을 갖는 첫째의 경우에, 워터마크들 중 하나로부터 추출된 메시지는 다른 워터마크들 중 각각에서 비트 에러들을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 낮은 공간적 해상도로 삽입된 강인한 워터마크로부터 메시지 페이로드는 더 높은 공간적 해상도에서 덜 강인한 워터마크로부터 비트 에러들을 측정하는데 사용될 수 있다. 워터마크들이 다른 메시지 페이로드들을 운반한다면, CRC 비트들과 같은 에러 정정 비트들이, 원래 삽입된 비트 시퀀스를 다시 생성하기 전에 메시지가 정확히 디코딩되었음을 보장하기 위해 각 메시지 페이로드 내에 사용될 수 있다.The technique described above of measuring symbol errors to detect signal tampering can be applied to two or more different watermarks embedded at different spatial resolutions within the host media signal. Each of the watermarks may have the same or different message payloads. In the first case where the watermarks have the same message payloads, the message extracted from one of the watermarks can be used to measure bit errors in each of the other watermarks. For example, a message payload from a strong watermark inserted at low spatial resolution may be used to measure bit errors from a less robust watermark at higher spatial resolution. If the watermarks carry different message payloads, error correction bits, such as CRC bits, can be used within each message payload to ensure that the message has been correctly decoded before regenerating the originally inserted bit sequence.

둘 또는 그 이상의 워터마크들을 사용하는 것은 임계값이 서로에 상관하여 워터마크들의 신호 세기의 비율에 기초하여 설정되도록 한다. 특히, 높은 해상도(600-1200dpi)에서 제 1 워터마크의 신호 세기는 더 낮은 해상도(75-100dpi)에서 제 2 워터마크의 신호 세기로 나눠진다. 각 경우에, 신호 세기는 심벌 에러들의 측정 또는 일부 다른 측정(예를 들어 상관 측정)을 사용하여 측정된다.Using two or more watermarks allows the threshold to be set based on the ratio of signal strengths of the watermarks relative to each other. In particular, the signal strength of the first watermark at high resolution (600-1200 dpi) is divided by the signal strength of the second watermark at lower resolution (75-100 dpi). In each case, the signal strength is measured using the measurement of symbol errors or some other measurement (eg a correlation measurement).

측정된 세기가 임계값을 초과하면, 검출기는 워터마크 신호가 원본임을 간주하고 인증 신호를 발생한다. 이 신호는 대상이 진짜인지 아닌지를 나타내는 간단한 2진 값, 또는 비트 에러들이 스캔된 이미지 내에서 검출되었음을 나타내는 더 복잡한 이미지 신호일 수 있다.If the measured intensity exceeds the threshold, the detector assumes that the watermark signal is original and generates an authentication signal. This signal can be a simple binary value that indicates whether the object is real or a more complex image signal that indicates that bit errors have been detected in the scanned image.

워터마크 및 호스트 신호는 프린트된 대상의 프린팅/재-스캔 및 포토 복사에 의해 복사하는 것을 검출하기 위해 특히 타일화될 수 있다. 이것은 대상이 다시 프린트될 때 메시지 심벌 에러들을 발생하기 쉬운 특정 공간적 주파수들/해상도들로선택된 스캐닝 구조들과 같이 워터마크를 삽입하는 것을 수반한다. 이 검출 절차는, 이것이 자동 인증을 가능하게 하고, 웹 카메라들 및 공통 이미지 스캐너들과 같은 낮은 품질 카메라 장치들과 사용될 수 있고, 워터마크가 응용들의 다양성에 유용한 메시지 페이로드를 운반하는데 뿐만 아니라 진정함을 결정하는 기능들을 서비스하도록 허용한다는 점에서 부가적인 장점들을 갖는다.The watermark and host signal can be tiled in particular to detect copying by printing / re-scanning and photocopying of the printed object. This involves inserting a watermark as selected scanning structures with specific spatial frequencies / resolutions that are prone to generating message symbol errors when the object is printed again. This detection procedure ensures that this enables automatic authentication and can be used with low quality camera devices such as web cameras and common image scanners, and that the watermark carries a message payload useful for a variety of applications. It has additional advantages in that it permits to service functions that determine.

메시지 페이로드는 네트워크 자원(예를 들어 인터넷 상의 웹페이지)에 대상 또는 링크에 관한 정보를 저장하는 데이터 베이스에 식별자 또는 인덱스를 포함할 수 있다. 또한 페이로드는 특정 진짜 아이템, 아이템들의 배치(batch), 프린터, 또는 분배기와 연관된 숨은 추적 식별자를 포함할 수 있다. 이것은 권한없이 프린트된 진짜 대상 또는 위조 대상이 그의 프린터, 분배기 또는 배치 번호와 같은 특정 소스에 검출되고 추적되도록 가능하게 한다.The message payload may include an identifier or index in a database that stores information about the destination or link in a network resource (eg, a web page on the Internet). The payload may also include a hidden tracking identifier associated with a particular genuine item, batch of items, printer, or dispenser. This allows a genuine or fake object printed without authorization to be detected and tracked to a particular source, such as its printer, dispenser or batch number.

또한, 페이로드는 워터마크 판독기가 그의 검출 루틴들을 진짜 대상을 발생한 프린터 타입들에 적응하도록 가능하게 하는 프린터 타입 정보 또는 프린터 특성들을 운반할 수 있다. 예를 들어, 페이로드는 진짜 이미지 특히, 하프톤 스크린의 속성들을 생성하기 위해 사용된 하프토닝의 타입을 명세하는 식별자를 캐리할 수 있다. 이 정보를 가지고, 판독기는 하프톤 스크린과 관련된 특성들이 프린트된 대상에 존재하는지를 결정하여 진정함을 체크할 수 있다. 유사하게, 판독기는 다른 하프톤 스크린 절차가 사용되었다는(예를 들어 위조가 다른 하프톤 스크린을 사용하여 생성되었다는) 것을 나타내는 하프톤 스크린 속성들을 체크할 수 있다. 한 특정 예는 하프톤 스크린 타입과 종이 타입을 식별하는 페이로드이다. 판독기는 이페이로드를 강인한 워터마크 페이로드로부터 추출하고 그후 하프톤 스크린과 종이 속성들을 분석하여 이들이 워터마크 페이로드에 지시된 하프톤 타입과 종이 타입과 일치하는지를 본다. 예를 들어, 하프톤 타입은 진짜 이미지를 생성하기 위해 사용된 하프톤 스크린 패턴들의 타입을 명세할 수 있다. (예를 들어 하프톤 스크린의 바로 그 특정 타입을 사용하여 삽입된 워터마크의 부재에 의해) 이 하프톤 스크린 패턴이 검출되지 않으면, 이미지는 위조로 간주된다.The payload may also carry printer type information or printer characteristics that enable the watermark reader to adapt its detection routines to the printer types that have occurred. For example, the payload may carry an identifier that specifies the type of halftoning used to generate the properties of the real image, in particular halftone screen. With this information, the reader can check authenticity by determining if the characteristics associated with the halftone screen are present in the printed object. Similarly, the reader can check the halftone screen properties indicating that another halftone screen procedure was used (e.g., forgery was generated using another halftone screen). One particular example is a payload that identifies a halftone screen type and a paper type. The reader extracts this payload from the robust watermark payload and then analyzes the halftone screen and paper attributes to see if they match the halftone type and paper type indicated in the watermark payload. For example, the halftone type may specify the type of halftone screen patterns used to produce the real image. If this halftone screen pattern is not detected (e.g. by the absence of a watermark inserted using the very particular type of halftone screen), the image is considered forged.

하프톤 타입을 분석하기 위한 관련된 접근은 확률론적(stochastic) 하프톤 스크린들의 증거(tell-tale) 신호들 대 오더된 디더(ordered dither) 매트릭스 타입 스크린들과 같이 하프톤 속성들을 찾기 위한 것이다. 낮은 최종 프린터들에 사용되는 디더 매트릭스 스크린들은, 그러한 증거 피크들을 발생하지 않는 에러 확산 절차와 같은 통계학적 스크린과 하프톤 절차를 차별화하는 푸리에 도메인내의 피크들의 패턴과 같은 증거 패턴들을 발생하는 경향이 있다. 아무 것도 예상되지 않는 곳에서 피크들을 판독기가 발견한다면, 이미지는 위조로 간주된다. 마찬가지로, 피크들이 기대되는 곳에서 판독기가 피크들을 발견하지 못하면, 이미지는 또한 위조로 간주된다. 그러한 분석을 수행하기 전에, 프린팅 시에 이미지를 그의 원래 방향로 재정렬하기 위해 삽입된 디지털 워터마크를 사용하는 것이 더 좋다. 그후 하프톤 스크린에 기인하는 속성들은 기준의 적합한 공간적 프레임 내에서 평가될 수 있다. 예를 들어, 원래 정렬된 디더 매트릭스 프린터가 푸리에 도메인 내에 피크들의 어레이를 생성했다면, 피크 위치들은 이미지가 재정렬된 후 더 정확하게 체크될 수 있다.A related approach to analyzing halftone types is to find halftone properties such as tell-tale signals of stochastic halftone screens versus ordered dither matrix type screens. Dither matrix screens used in low end printers tend to produce evidence patterns such as patterns of peaks in the Fourier domain that differentiate between statistical screens such as error diffusion procedures that do not generate such evidence peaks and halftone procedures. . If the reader finds peaks where nothing is expected, the image is considered fake. Likewise, if the reader does not find the peaks where the peaks are expected, the image is also considered counterfeit. Before performing such an analysis, it is better to use the embedded digital watermark to realign the image in its original direction at the time of printing. The attributes attributed to the halftone screen can then be evaluated within the appropriate spatial frame of the reference. For example, if the originally aligned dither matrix printer produced an array of peaks in the Fourier domain, the peak positions can be checked more accurately after the image is rearranged.

결론conclusion

특정 구현들을 참조하여 기술의 원리들을 설명하고 예시하였으므로, 이 기술이 많은 다른 차이 있는 형식들로 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 명세서를 과도하게 길게 하지 않고 이해하기 쉬운 공개를 제공하기 위해, 출원인들은 위에 참조된 특허들 및 특허 출원들을 참조로 통합한다.Having described and illustrated the principles of the technique with reference to specific implementations, it will be appreciated that the technique may be implemented in many other different forms. In order to provide an easy-to-understand disclosure without excessively lengthening the specification, Applicants incorporate the above referenced patents and patent applications by reference.

위에 설명된 방법들, 절차들, 및 시스템들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있을 것이다. 예를 들어, 보조 데이터 인코딩 절차들은 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전용 디지털 회로로 구현될 수 있을 것이다. 유사하게, 보조 데이터 디코딩은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어의 조합들로 구현될 수 있을 것이다. 위에 설명된 방법들 및 절차들은 시스템의 메모리(전자적, 광학적 또는 자기적 저장 장치와 같은 컴퓨터 판독가능 매체)로부터 실행되는 프로그램들로 구현될 수 있을 것이다.The methods, procedures, and systems described above may be implemented in hardware, software, or a combination of hardware and software. For example, auxiliary data encoding procedures may be implemented in a programmable computer or dedicated digital circuit. Similarly, auxiliary data decoding may be implemented in software, firmware, hardware, or a combination of software, firmware, hardware. The methods and procedures described above may be implemented as programs executed from a system's memory (a computer readable medium such as an electronic, optical or magnetic storage device).

위의 상세한 실시예들에서 요소들과 특성들의 특정 조합들은 단지 예시적인 것이다; 본원 및 참조로서 통합된 특허들/출원들에서의 이들 가르침들 및 다른 가르침들의 교체 및 대체가 또한 고려된다.Certain combinations of elements and features in the above detailed embodiments are exemplary only; Replacement and replacement of these and other teachings in patents / applications incorporated herein and by reference are also contemplated.

Claims (49)

하프톤 이미지 워터마킹의 방법에 있어서,In the method of halftone image watermarking, 하프톤 워터마크 값들의 세트를 하프톤 이미지 내의 위치들에 할당하는 단계와;Assigning a set of halftone watermark values to locations in the halftone image; 상기 하프톤 워터마크 값들에 관련된 에러를 상기 하프톤 이미지 내의 인접하는 위치들로 확산하는 단계를 포함하고, 상기 에러는 하프톤 워터마크 도트의 위치에서의 멀티레벨 픽셀값과 상기 워터마크 도트의 상기 하프톤 워터마크 값 사이의 차로서 특성화되는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.Diffusing an error related to the halftone watermark values to adjacent locations in the halftone image, wherein the error includes the multilevel pixel value at the location of the halftone watermark dot and the watermark dot; A method of halftone image watermarking, characterized as a difference between halftone watermark values. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하프톤 워터마크 값들에 관련되는 에러가 상기 이미지의 한 방향으로 확산되고, 상기 이미지 내의 멀티레벨 픽셀값들을 하프톤 이미지로 변환하는 것에 관련되는 에러는 또다른 방향으로 확산되는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.Halftone image water, wherein an error related to the halftone watermark values is spread in one direction of the image, and an error related to converting multilevel pixel values in the image into a halftone image is spread in another direction. Method of marking. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 하프톤 워터마크의 상기 위치들 및 값들은 키에 의해 지정되는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.Wherein the positions and values of a halftone watermark are specified by a key. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 키는 상기 이미지에 삽입된 별도의 워터마크로 운반되는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.And the key is carried in a separate watermark embedded in the image. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 키는 상기 하프톤 워터마크의 상기 값들 및 위치들을 지정하는 의사랜덤 처리를 도입(seed)하는데 이용하는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.And the key is used to seed pseudorandom processing that specifies the values and positions of the halftone watermark. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이미지를 상기 하프톤 이미지로 변환하기 전에 워터마크를 이미지의 멀티레벨 픽셀 표시에 삽입하는 단계를 포함하는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.Inserting a watermark into the multilevel pixel representation of the image prior to converting the image into the halftone image. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 이미지의 상기 멀티레벨 픽셀 표시에 삽입되는 상기 워터마크는 기하학적(geometric) 왜곡을 경험한 후 이미지에서 상기 워터마크를 검출하는데 이용되는 워터마크 방향 신호를 포함하는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.Wherein the watermark embedded in the multilevel pixel representation of the image comprises a watermark direction signal used to detect the watermark in the image after experiencing geometric distortion. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 멀티레벨 픽셀 표시에서의 상기 워터마크는 상기 하프톤 워터마크의 키 지정 위치들을 포함하는 메시지를 운반하는, 하프톤 이미지 워터마킹의 방법.And wherein the watermark in the multilevel pixel representation carries a message comprising keyed positions of the halftone watermark. 청구항 1항의 상기 방법을 수행하기 위해 소프트웨어가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체.A computer readable medium having stored software for carrying out the method of claim 1. 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법에 있어서,A method of decoding a halftone watermark from an image, the method comprising: 하프톤 워터마크의 위치들 및 값들을 식별하기 위해 키를 이용하는 단계와;Using a key to identify positions and values of the halftone watermark; 상기 위치들에서의 픽셀값들이 상기 키에 의해 지정되는 상기 값들에 대응하는 지의 여부를 결정하도록 상기 위치들에서 픽셀값들을 분석하는 단계를 포함하는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.Analyzing pixel values at the locations to determine whether the pixel values at the locations correspond to the values specified by the key. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 이미지의 프린트된 버전에 삽입된 하프톤 워터마크 도트들을 판독하기 위해 적절한 고해상도(high resolution)로 상기 이미지의 프린트된 버전을 스캐닝하는 단계와; 그 후 청구항 10항의 동작들을 수행하는 단계를 포함하는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.Scanning the printed version of the image at a suitable high resolution to read halftone watermark dots embedded in the printed version of the image; And then performing the operations of claim 10, wherein the halftone watermark is decoded from the image. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 이미지에 삽입된 데이터로부터 상기 키를 유도하는 단계를 포함하는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.Deriving the key from the data embedded in the image. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 키는 상기 이미지에 삽입된 워터마크로부터 유도되는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.And the key is derived from a watermark embedded in the image. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 키가 유도되는 상기 워터마크는 프린팅 및 스캐닝에 살아남도록(survive) 상기 워터마크가 삽입되는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.And the watermark from which the key is derived is embedded with the watermark to survive printing and scanning. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 방향 신호를 검출하는 단계와 상기 방향 신호를 상기 워터마크의 결정된 방향 파라미터들에 이용하는 단계와;Detecting a direction signal and using the direction signal in the determined direction parameters of the watermark; 상기 방향 파라미터들을 상기 워터마크에 삽입되는 메시지를 판독하도록 이용하는 단계를 포함하고, 상기 메시지는 상기 키를 포함하는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.Using the direction parameters to read a message embedded in the watermark, wherein the message comprises the key. 청구항 10의 상기 방법을 수행하기 위해 소프트웨어를 가진 컴퓨터 판독가능 매체.A computer readable medium having software for performing the method of claim 10. 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법에 있어서,In the method of embedding a watermark in a halftone image, 하프톤 이미지에서의 픽셀 위치들에 대응하는 값들의 어레이를 포함하는 워터마크 이미지를 계산하는 단계와;Calculating a watermark image comprising an array of values corresponding to pixel locations in the halftone image; 상기 픽셀 위치들에서 임계값들을 변조하기 위해 상기 워터마크 이미지의 상기 값들을 이용함으로써 상기 하프톤 이미지에 상기 워터마크 이미지를 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 임계값들은 픽셀 당 멀티레벨 이미지 내의 멀티레벨 픽셀값들을 상기 하프톤 이미지의 하프톤 픽셀값들로 변환하는데 이용되는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.Embedding the watermark image in the halftone image by using the values of the watermark image to modulate thresholds at the pixel locations, the thresholds being multilevel in a multilevel image per pixel. A method of decoding a halftone watermark from an image, used to convert pixel values into halftone pixel values of the halftone image. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 워터마크 이미지는 워터마크 디코더가 회전, 스케일(scale) 및 변환에 대해 보상하게 하는 방향 워터마크 신호를 포함하는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.Wherein the watermark image comprises a directional watermark signal that causes a watermark decoder to compensate for rotation, scale, and conversion. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 워터마크 이미지는 2 개 또는 그 이상의 심볼들의 메시지를 운반하는 워터마크 메시지 신호를 포함하는, 하프톤 워터마크를 이미지로부터 디코딩하는 방법.And the watermark image comprises a watermark message signal carrying a message of two or more symbols. 청구항 17항의 상기 방법을 수행하기 위해 소프트웨어가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체.A computer readable medium having stored software for performing the method of claim 17. 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법에 있어서,In the method of embedding a watermark in an image, 해상도로 타겟 하프톤 이미지에서 픽셀 위치들에 대응하는 값들의 어레이를 포함하는 워터마크 이미지를 계산하는 단계와;Calculating a watermark image comprising an array of values corresponding to pixel positions in the target halftone image at a resolution; 상기 타겟 하프톤 이미지의 상기 해상도로 워터마크된 픽셀 당 멀티레벨 이미지를 만들기 위해 워터마크 이미지의 상기 어레이 값들과 픽셀 당 멀티레벨 이미지의 대응하는 멀티레벨 픽셀값들을 결합하는 단계와;Combining the array values of a watermark image and corresponding multilevel pixel values of a multilevel image per pixel to produce a multilevel image per pixel watermarked at the resolution of the target halftone image; 상기 워터마크된 픽셀 당 멀티레벨 이미지를 워터마크된 하프톤 이미지로 변환하기 위한 하프톤 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법.Performing halftone processing to convert the multilevel image per watermarked pixel into a watermarked halftone image. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 조합 단계는 상기 워터마크 이미지의 상기 어레이 값들과 상기 픽셀 당 멀티레벨 이미지의 상기 대응하는 픽셀값들을 조합하는 단계를 포함하는, 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법.And a combining step includes combining the array values of the watermark image and the corresponding pixel values of the multilevel image per pixel. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 하프톤 과정을 수행하는 단계는 상기 워터마크된 픽셀 당 멀티레벨 이미지에서 에러 확산 과정을 수행하는 단계를 포함하고, 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법.The step of performing the halftone process includes performing an error diffusion process on the multilevel image per watermarked pixel, and embedding a watermark in the halftone image. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 워터마크된 픽셀 당 멀티레벨 이미지 상에서 오더된 디더링 처리(orderd dithering process)를 수행하는 단계를 포함하는, 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법.And performing an ordered dithering process on the multilevel image per watermarked pixel. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 워터마크 이미지는 워터마크 디코더가 회전, 스케일(scale) 및 변환에 대해 보상하게 하는 방향 워터마크 신호를 포함하는, 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법.And the watermark image comprises a directional watermark signal that causes a watermark decoder to compensate for rotation, scale, and conversion. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 워터마크 이미지는 2 개 또는 그 이상의 심볼들을 운반하는 워터마크 메시지 신호를 포함하는, 하프톤 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법.And the watermark image comprises a watermark message signal carrying two or more symbols. 청구항 21항의 상기 방법을 수행하기 위해 소프트웨어가 저장되는 컴퓨터 판독가능 매체.The computer readable medium having stored thereon software for performing the method of claim 21. 워터마크 디코더에 있어서,In the watermark decoder, 이미지에 삽입된 워터마크 신호를 검출하도록 이미지의 부분들을 분석하기 위한 워터마크 검출기로서, 상기 이미지는 상기 하프톤 이미지의 해상도로 삽입된워커마크 이미지를 식별하도록 충분히 높은 해상도로 하프톤 프린트 이미지로부터 스캐닝되는, 상기 워터마크 검출기와;A watermark detector for analyzing portions of an image to detect a watermark signal embedded in an image, wherein the image is scanned from a halftone print image at a sufficiently high resolution to identify a workermark image inserted at the resolution of the halftone image. The watermark detector; 상기 이미지의 상기 부분들로부터 워터마크 신호를 판독하기 위한 워터마크 판독기를 포함하는, 워터마크 디코더.And a watermark reader for reading a watermark signal from said portions of said image. 제 28항에 있어서,The method of claim 28, 상기 디코더는 하프톤 워터마크의 위치들 및 값들을 식별하기 위해 키를 이용하도록 동작 가능하고, 상기 위치들에서의 픽셀값들이 상기 키에 의해 지정되는 상기 값들에 대응하는 지의 여부를 결정하기 위해 상기 위치들에서 픽셀 값들을 분석함으로써 상기 이미지의 변화를 검출하도록 동작 가능한, 워터마크 디코더.The decoder is operable to use a key to identify positions and values of a halftone watermark, and to determine whether the pixel values at the positions correspond to the values specified by the key. And detect a change in the image by analyzing pixel values at positions. 제 29항에 있어서,The method of claim 29, 상기 키는 상기 이미지에서 제 1 워터마크로부터 디코딩되고 상기 하프톤 워터마크는 상기 이미지에서 제 2 워터마크인, 워터마크 디코더.The key is decoded from a first watermark in the image and the halftone watermark is a second watermark in the image. 제 28항에 있어서,The method of claim 28, 상기 워터마크 신호는 하프톤 이미지에서 픽셀 위치들에 대응하는 어레이 값들을 포함하는 워터마크 이미지를 계산하고, 상기 픽셀 위치들에서 임계값들을 변조하기 위해 상기 워터마크 이미지의 상기 값들을 이용함으로써 상기 하프톤 이미지에 상기 워터마크 이미지를 삽입함으로써 인코딩되고, 상기 임계값들은 픽셀 당멀티레벨 이미지 내의 멀티레벨 픽셀값들을 상기 하프톤 이미지의 하프톤 픽셀값들로 변환하는데 이용되는, 워터마크 디코더.The watermark signal is calculated by calculating a watermark image comprising array values corresponding to pixel positions in a halftone image and using the values of the watermark image to modulate thresholds at the pixel positions. And encoded by inserting the watermark image into a tone image, wherein the thresholds are used to convert multilevel pixel values in a per-pixel multilevel image into halftone pixel values of the halftone image. 제 31항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 워터마크 디코더는 상기 워터마크 신호를 분석함으로써 상기 이미지의 변화를 검출하도록 동작 가능한. 디코더.The watermark decoder is operable to detect a change in the image by analyzing the watermark signal. Decoder. 제 28항에 있어서,The method of claim 28, 상기 워터마크 신호는 해상도로 타겟 하프톤 이미지에서 픽셀 위치들에 대응하는 어레이 값들을 포함하는 워터마크 이미지를 계산하고, 상기 타겟 하프톤 이미지의 상기 해상도로 워터마크된 픽셀 당 멀티레벨 이미지를 만들기 위해 상기 워터마크 이미지의 상기 어레이 값들과 픽셀 당 멀티레벨 이미지의 대응하는 멀티레벨 픽셀값들을 결합하고, 상기 워터마크된 픽셀 당 멀티레벨 이미지를 워터마크된 하프톤 이미지로 변환하기 위해 하프톤 처리를 수행함으로써 인코딩되는, 워터마크 디코더.The watermark signal is used to calculate a watermark image comprising array values corresponding to pixel positions in a target halftone image at a resolution, and to produce a multilevel image per pixel watermarked at the resolution of the target halftone image. Combining the array values of the watermark image and corresponding multilevel pixel values of a multilevel image per pixel, and performing halftone processing to convert the watermarked multilevel image into a watermarked halftone image Watermark decoder. 제 33항 있어서,The method of claim 33, 상기 워터마크 디코더는 상기 워터마크 신호를 분석함으로써 상기 이미지의 변화를 검출하도록 동작 가능한, 워터마크 디코더.The watermark decoder is operable to detect a change in the image by analyzing the watermark signal. 이미지의 기하학적 왜곡(geometric distortion)을 결정하기 위한 이미지 처리기에 있어서; 상기 처리기는,An image processor for determining geometric distortion of an image; The processor, 하프톤 스크린 임계값 마스크를 수신된 이미지로부터의 이미지 데이터에 적용함으로써 타겟 방향 신호를 만들기 위한 하프톤 스크린 임계값 분석기와;A halftone screen threshold analyzer for producing a target direction signal by applying a halftone screen threshold mask to image data from the received image; 상관 도메인에서 상기 타겟 방향 신호와 상기 수신된 이미지를 상관하기 위한 상관 오퍼레이터로서, 상기 상관 오퍼레이터는 상기 이미지의 기하학적 왜곡을 추정하는 하나 또는 그 이상의 방향 파라미터들을 생성하는, 상기 상관 오퍼레이터를 포함하는, 이미지의 기하학적 왜곡을 결정하기 위한 이미지 처리기.A correlation operator for correlating the received image with the target direction signal in a correlation domain, the correlation operator including the correlation operator to generate one or more direction parameters that estimate the geometric distortion of the image Image processor to determine the geometric distortion of the image. 제 35항에 있어서,The method of claim 35, wherein 상기 방향 파라미터는 재정렬된 이미지로부터 워터마크의 디코딩을 용이하게 하도록 상기 이미지를 재정렬하는데 이용되는, 이미지의 기하학적 왜곡을 결정하기 위한 이미지 처리기.And the orientation parameter is used to reorder the image to facilitate decoding of the watermark from the reordered image. 제 36항에 있어서,The method of claim 36, 상기 워터마크는 하나 또는 그 이상의 심볼들의 메시지를 운반하는, 이미지의 기하학적 왜곡을 결정하기 위한 이미지 처리기.And the watermark carries a message of one or more symbols. 제 36항에 있어서,The method of claim 36, 상기 워터마크는 상기 이미지의 변화를 검출하도록 분석되는, 이미지의 기하학적 왜곡을 결정하기 위한 이미지 처리기.And the watermark is analyzed to detect a change in the image. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하프톤 워터마크의 값들 및 위치들은 인간의 시각 시스템 모델(human visual system model)을 이용하여 선택되는, 이미지의 기하학적 왜곡을 결정하기 위한 이미지 처리기.Values and positions of the halftone watermarks are selected using a human visual system model. 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법에 있어서,A method of embedding a digital watermark in a halftone image, 멀티 비트(multi-bit) 메시지를 여분으로 인코딩하는 단계와;Extra encoding a multi-bit message; 상기 인코딩된 메시지를 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 이미지로 변환하는 단계와;Converting the encoded message into a multilevel watermark image per pixel; 상기 픽셀 당 멀티레벨 워터마크 이미지로부터 하프톤 임계값들을 유도하는 단계와;Deriving halftone thresholds from the per-pixel multilevel watermark image; 픽셀 당 멀티레벨 타켓 이미지를 워터마크된 하프톤 이미지로 변환하는 단계로서,Converting the multilevel target image per pixel into a watermarked halftone image, 상기 워터마크 이미지로부터 유도되는 상기 하프톤 임계값들로부터 대응하는 하프톤 임계값들을 선택하기 위해 상기 타겟 이미지에서 상기 멀티레벨 픽셀들을 이용하고, 상기 타겟 이미지의 상기 워터마크된 하프톤 이미지를 만들기 위해 상기 선택된 임계값들을 상기 상기 워터마크 이미지에서 대응하는 멀티레벨 픽셀들에 적용함으로써, 상기 픽셀 당 멀티레벨 타겟 이미지를 워터마크된 하프톤 이미지로 변환하는 단계를 포함하는, 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법.Use the multilevel pixels in the target image to select corresponding halftone thresholds from the halftone thresholds derived from the watermark image, and to create the watermarked halftone image of the target image Converting the multilevel target image per pixel into a watermarked halftone image by applying the selected thresholds to corresponding multilevel pixels in the watermark image. How to insert in. 제 40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 멀티비트 메시지는 상기 워터마크된 하프톤 이미지를 프린팅하는데 이용될 프린터에 대한 정보를 포함하는, 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법.And wherein the multi-bit message includes information about a printer to be used to print the watermarked halftone image. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 프린터에 대한 상기 정보는 상기 프린터의 해상도를 포함하는, 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법.And the information about the printer includes a resolution of the printer. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 프린터에 대한 상기 정보는 상기 프린터의 모델을 식별하는 정보를 포함하는, 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법.And the information about the printer includes information identifying a model of the printer. 제 40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 인코딩된 메시지를 변화하는 단계는 의사 랜덤 캐리어(pseudo random carrier)로 상기 메시지를 변조하는 단계를 포함하는, 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법.Varying the encoded message comprises modulating the message with a pseudo random carrier. 제 40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 하프톤 임계값들을 유도하는 단계는 상기 워터마크 이미지의 히스토그램을 만들고, 상기 히스토그램으로부터, 하프톤 임계값이 상기 워터마크된 이미지에 적용될 때, 하프톤 이미지가 상기 하프톤 임계값에 관련되는 상기 멀티레벨 픽셀값에 대응하는 톤 밀도(tonal density)로 만들어지도록 하프톤 임계값들을 가진 관련 멀티레벨 픽셀 값들을 만드는 단계를 포함하는, 디지털 워터마크를 하프톤 이미지에 삽입하는 방법.Deriving the halftone thresholds creates a histogram of the watermark image, from which the halftone image is associated with the halftone threshold when a halftone threshold is applied to the watermarked image. Creating relevant multilevel pixel values with halftone thresholds to be made to a tone density corresponding to the multilevel pixel value. 디지털 워터마크 세기를 측정하는 방법에 있어서,In the method of measuring the digital watermark intensity, 워터마크된 신호에 삽입되는 에러 정정 인코딩된 비트들의 추정들을 추출하도록 워터마크된 신호를 처리하는 단계와;Processing the watermarked signal to extract estimates of error correction encoded bits inserted into the watermarked signal; 메시지 페이로드(message payload)를 계산하기 위해 상기 에러 정정 인코딩된 비트들을 디코딩하는 단계와;Decoding the error correction encoded bits to calculate a message payload; 에러 정정 인코딩된 비트들을 계산하기 위해 상기 메시지 페이로드를 재 인코딩하는 단계와;Re-encoding the message payload to calculate error correction encoded bits; 에러 정정 인코딩된 비트들 및 에러 정정 인코딩된 비트들의 상기 추정들로부터 워터마크 세기의 크기를 계산하는 단계를 포함하는, 디지털 워터마크 세기를 측정하는 방법.Calculating a magnitude of a watermark intensity from the estimates of error correction encoded bits and error correction encoded bits. 제 46항에 있어서,The method of claim 46, 상기 워터마크 세기의 크기는 상기 워터마크 신호의 열화(degradation)를 검출하도록 세기 임계값과 비교되는, 디지털 워터마크 세기를 측정하는 방법.And the magnitude of the watermark intensity is compared with an intensity threshold to detect degradation of the watermark signal. 제 47항에 있어서,The method of claim 47, 상기 워터마크된 신호는 프린트된 물체의 캡춰된 이미지이고, 상기 세기 임계값은 상기 프린트된 물체가 원본인 지 복사본인 지의 여부를 결정하는데 이용되는, 디지털 워터마크 세기를 측정하는 방법.Wherein the watermarked signal is a captured image of a printed object and the intensity threshold is used to determine whether the printed object is an original or a copy. 제 46항에 있어서,The method of claim 46, 상기 메시지 페이로드는 상기 워터마크된 신호를 프린트하는데 이용되는 프린터에 대한 프린터 정보를 포함하고, 상기 프린터 정보는 상기 워터마크된 신호를 갖는 프린트된 물체가 원본인 지 복사본인 지의 여부를 결정하는데 이용되는, 디지털 워터마크 세기를 측정하는 방법.The message payload includes printer information for a printer used to print the watermarked signal, wherein the printer information is used to determine whether a printed object having the watermarked signal is an original or a copy. The method of measuring digital watermark intensity.
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