CN101155249A - 电子水印嵌入装置和电子水印检测装置 - Google Patents

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CN101155249A CNA2007101617117A CN200710161711A CN101155249A CN 101155249 A CN101155249 A CN 101155249A CN A2007101617117 A CNA2007101617117 A CN A2007101617117A CN 200710161711 A CN200710161711 A CN 200710161711A CN 101155249 A CN101155249 A CN 101155249A
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Abstract

本发明公开了电子水印嵌入装置和电子水印检测装置。从彩色文档图像中提取其中可以被嵌入背景图案的嵌入区域。根据所述嵌入区域的区域颜色来确定适于该嵌入区域的背景图案的颜色和形状这两者中的至少一个。通过利用所确定的背景图案在所述嵌入区域嵌入水印信息来生成背景图案图像。

Description

电子水印嵌入装置和电子水印检测装置
技术领域
本发明涉及：作为用于防止在打印文档中带走信息的装置的、用于在印刷品的水印背景图案区域的彩色文档图像中的背景图案中嵌入水印的电子水印嵌入装置，即在印刷品的背景图案中嵌入表示印刷源的追踪信息的装置；和用于从文档图像中检测背景图案中的水印的电子水印检测装置。
背景技术
近年来，许多公司中保存的电子信息量不断增加，而据预测保存的纸制文档的数量正在不断减少。然而，由于纸制文档永远不会消失，因此将会出现纸制文档与电子文档必然共存的情况。此外，人们对于诸如由公司和公共机构处理的客户数据的个人信息可能被带走或者泄漏的关注正在不断提高，并且需要更加严格的管理系统。实际上，有数据显示目前约一半的信息泄漏通过印刷品而发生，因而对抗这种通过印刷品的信息泄漏的有效对策是非常重要的。
解决上述技术问题的其中一种安全技术是电子水印。电子水印是一种在诸如图像、文档、声音等的数据中嵌入信息(诸如版权拥有者的名称、版权历史等)的技术。通过在公司要处理的重要数据和要向公司以外提供的产品中嵌入信息，可以保护信息不被泄漏或者复制，并可以验证原始数据。
将文档数据打印为纸制文档。由扫描仪读取该纸制文档并通过软件对其进行分析，从而检测到嵌入的水印信息。通过利用上述技术在印刷品中嵌入打印该文档的人员的姓名、ID、打印日期和时间等，即使该印刷品被带到公司以外，如果可以以某一方法收集到印刷品的副本或者部分纸件，则可以通过检测水印信息来检查打印该信息的人。即，该技术的应用被认为是一种从印刷品上追踪信息泄漏源的技术。
在如下专利文献1的方法中，在不包括文字区域的文档区域的背景图案中嵌入水印。然而，为嵌入的信息的各个位使用了多个符号图案。
如果在用于各个位的多个符号图案中，数量上等于或者高于预定阈值的符号图案中包括文字区域，则在文字区域中嵌入背景文字的图案，并且在其他区域中嵌入同样数量的符号“0”和“1”。如果在用于各个位的多个符号图案中，数量上等于或者高于预定阈值的符号图案是空白区域，则在所有针对各个位的空白区域中嵌入“0”或“1”的图案。可以通过确定针对各个位的区域中的“0”或“1”的数目来检测嵌入的信息。
如下的专利文献2涉及能够指出伪造的印刷品的文档打印机装置。如下的专利文献3涉及在打印其中设置有彩色背景图案的图像时能够添加单色背景图案的打印控制装置。如下的专利文献4涉及信息嵌入区域确定装置和印刷品出版装置。
如下非专利文献1涉及在图像处理中进行的平滑(边缘保持平滑)、二值化(判别分析方法)、边缘检查(坡度，拉普拉斯算子)、边缘追踪和区域划分(区域整合方法)操作。如下的非专利文献2涉及用于二值化灰度级图像的阈值选择方法。
专利文献1：第2003-209697号日本专利申请公报
专利文献2：第2003-152979号日本专利申请公报
专利文献3：第2005-193648号日本专利申请公报
专利文献4：第2006-121569号日本专利申请公报
非专利文献1：“Computer Image Processing”edited by HideyukiTamura，published by Ohmsha，p.114-115，140，184-188，202-204，206-207，December 20，2002。
非专利文献2：“An Automatic Threshold Selection Method Based onDiscriminant and Least Squares Criteria”by Nobuyuki Ohtsu，transactions ofInstitute of Electronics and Communication Engineers，Vol.J63-D，No.4，P349-356，1980。
上述常规水印嵌入技术存在如下问题。
专利文献1没有描述区别符号图案和文字区域的方法的可实施步骤，或者没有具体针对当检测到彩色文档中嵌入的背景图案时发生的问题。因此，无法对于关注的目标印刷品的彩色区域执行嵌入操作。
专利文献1描述了以如下方法在文档图像中嵌入背景图案。
(1)在确定文档中的区域是否是文字区域以后，利用针对一个位的多个符号来嵌入信息。
(2)背景图案的颜色是黑色，与文档是彩色区域还是单色区域无关。
当通过这种方法检测嵌入的背景图案时，在低亮度区域(深色区域)中的嵌入了水印用黑色背景图案的部分，印刷品的背景颜色和水印之间的亮度差低。最优阈值是针对二值化的整个文档计算的，对于低亮度区域的二值化而言，该阈值不是适当的阈值。因此，在彩色文档中，如果低亮度区域的比例增加，则必然很难检测到背景图案中的水印。
图1A示出了其中在背景图案中嵌入了水印的彩色印刷品的实施例。在该实施例中，考虑由Powerpoint(注册商标)等制备的幻灯文档中包括的彩色图形。在彩色印刷品的图形区域10中，包括“起”的区域11是淡黄色，包括“承”的区域12是淡绿色，包括“转”的区域13是桔黄色，并且包括“结”的区域14是淡蓝色。日文字“起”、“承”、“转”和“结”分别表示引言、发展、转折和结论。
图1B示出了印刷品的图形区域10的扫描图像，在该印刷品中，在图1A所示的整个彩色文档中不回避文字区域或者图形区域地在背景图案中强行嵌入了水印。水印不但位于白色区域上而且位于彩色区域上。
图1C示出了为了检测水印在对图1B所示的扫描图像进行灰度级转换后应用作为二值化处理的判别分析方法的结果。当应用判别分析方法时，如果在目标区域中包括不同背景颜色的区域，则确定整个图像区域的最优阈值。在白色区域和淡黄色区域11，通过二值化，背景图案清晰可见。此外在淡绿色区域12和淡蓝色区域14，尽管其看上去比白色区域的背景图案稍暗，但该背景图案也清晰可见。
然而，由于“转”构成的桔黄色区域13的背景颜色亮度(颜色较深)低于在判别分析方法中计算的阈值，因此其在经过二值化以后变为黑色。从而，常规方法无法检测在低亮度(深颜色)区域中嵌入的背景图案中的水印。
发明内容
本发明的目的在于通过根据彩色文档图像的区域颜色适当分配背景图案来嵌入水印信息，然后从印刷品或者复制件中以与区域颜色无关的方式正确地检测该水印。
根据本发明的电子水印嵌入装置包括区域提取装置、背景图案确定装置和背景图案图像生成装置，并且该电子水印嵌入装置在彩色文档图像中嵌入信息。区域提取装置从所述彩色文档图像中提取其中能够嵌入背景图案的嵌入区域。背景图案确定装置根据所述嵌入区域的区域颜色确定适于所述嵌入区域的背景图案的颜色和形状的至少其中之一。背景图案图像生成装置利用确定的背景图案在所述嵌入区域嵌入水印信息，并生成背景图案图像。
根据本发明的电子水印检测装置包括图像生成装置和水印检测装置，并检测在彩色文档图像中嵌入的信息。图像生成装置用于生成水印检测图像，利用该水印检测图像，在彩色文档图像中包括的彩色区域的区域颜色能够从区域的背景图案中被识别。水印检测装置利用水印检测图像从所述彩色区域检测背景图案。
附图说明
图1A示出了彩色印刷品；
图1B示出了扫描图像；
图1C示出了通过判别分析得到的二值化结果；
图2A示出了根据本发明的电子水印嵌入装置的原理；
图2B示出了电子水印嵌入装置的构造；
图3示出了去除了黑像素的图像；
图4是区域划分处理的流程图；
图5示出了单位区域；
图6示出了对文档图像的划分；
图7示出了比较目标的单位区域；
图8示出了提取的彩色区域信息；
图9是边缘检测处理的流程图；
图10示出了均值滤波器；
图11示出了二阶微分滤波器；
图12示出了边缘检测结果；
图13示出了背景图案；
图14示出了背景图案中的空白区域；
图15示出了结构元素(structuring element)；
图16示出了侵蚀处理(erosion process)的进展；
图17示出了侵蚀处理的结果；
图18示出了侵蚀处理的结果的划分出的块；
图19示出了候选的嵌入区域；
图20示出了两种类型的背景图案；
图21示出了确定背景图案的方法；
图22示出了分组的结构；
图23示出了对文档图像和背景图案图像进行层叠的方法；
图24示出了电子水印检测装置的构造；
图25是第一预处理的流程图；
图26示出了扫描图像的划分；
图27示出了各单位区域的二值化；
图28示出了组合的二值化图像；
图29是第二预处理的流程图；
图30示出了边缘保持滤波器(edge preserving filter)；
图31示出了搜索边缘像素的方法；
图32示出了提取封闭区域的方法；
图33示出了二值化处理；
图34示出了背景图案印刷品的灰度级图像和放大图像；
图35示出了边缘保持平滑方法的应用结果和放大图像；
图36示出了二阶微分方法的边缘检测结果和放大图像；
图37示出了彩色区域划分结果和二值化结果；
图38示出了对各彩色区域的二值化结果进行组合的图像；
图39是第三预处理；
图40是第四预处理；
图41示出了对像素值差的阈值判别；
图42示出了信息处理装置的构造；以及
图43示出了提供程序和数据的方法。
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的最优方式进行详细描述。
图2A示出了根据本发明的电子水印嵌入装置的原理。图2A所示的电子水印嵌入装置包括区域提取装置101、背景图案确定装置102、以及背景图案图像生成装置103，该电子水印嵌入装置在彩色文档图像111中嵌入信息。
区域提取装置101从彩色文档图像111中提取其中可嵌入背景图案的嵌入区域。背景图案确定装置102根据该嵌入区域的区域颜色来确定适用于该嵌入区域的背景图案的背景图案色彩和形状这两者中的至少一个。背景图案图像生成装置103利用所确定的背景图案在嵌入区域中嵌入水印信息，并生成背景图案图像112。
从整个彩色文档图像111中提取可以嵌入背景图案的区域，根据该区域的区域颜色来确定适当的背景图案或者颜色或者同时确定二者。通过根据各嵌入区域的区域颜色来改变背景图案的颜色或者形状，可以选择可以在各背景图案中容易被检测出的背景图案。通过利用所选择的背景图案来生成背景图案图像112，可以将适当的背景图案分配给包括各种颜色区域的彩色文档图像111。
区域提取装置101例如对应于图2B所示且稍后将进行描述的边界检测单元212、候选区域提取单元213以及区域选择单元214。背景图案确定装置102例如对应于背景图案确定单元215。背景图案图像生成装置103例如对应于水印嵌入单元216和背景图案图像产生单元217。
根据本发明的电子水印检测装置设置有图像产生装置和水印检测装置，并且检测在彩色文档图像中嵌入的信息。
图像生成装置生成水印检测图像，通过该水印检测图像，可以从背景图案中识别出该彩色文档图像中包括的彩色区域的区域颜色，并且该水印检测装置利用水印检测图像从彩色区域中检测背景图案。
在各彩色区域中，生成水印检测单位，从而使得能够从嵌入的背景图案中识别出区域颜色(背景颜色)。通过从水印检测图像中检测背景图案，可以与区域颜色无关地正确检测背景图案。
图像生成装置例如对应于图24所示并将稍后描述的轮廓提取单元2411、彩色区域划分单元2412、动态二值化单元2413和二值图像组合单元2414。水印检测装置例如对应于水印检测单元2415。
根据本发明，不但可以在单色文档图像而且可以在彩色文档图像中根据区域颜色在背景图案中嵌入适当水印，而且可以与区域颜色无关地正确地检测被嵌入的水印。
本发明涉及在执行打印操作时通过向彩色文档分配背景图案来在彩色文档中嵌入水印信息并通过与印刷品的区域颜色无关的方式从印刷品或者复制件中检测水印的系统。
为了解决上述的问题(即当对彩色文档中嵌入的水印进行检测时，取决于区域颜色或者区域亮度而存在着无法容易地检测其中的水印的区域)，用于实施本发明的当前方式示出了在背景图案中嵌入并检测水印的方法，通过该方法可以与区域颜色无关地正确而且稳定地检测水印。
根据用于实施本发明的当前方式的电子水印嵌入装置具有如下功能：输入彩色文档数据，提取其中可以嵌入背景图案的区域；确定该背景图案的颜色和形状，所述背景图案取决于该检测到的背景图案嵌入区域的区域颜色；并基于确定出的背景图案的颜色和形状生成其中嵌入了水印信息的背景图案图像。
图2B示出了电子水印嵌入装置的构造。电子水印嵌入装置201包括区域颜色确定单元211、边界检测单元212、候选区域提取单元213、区域选择单元214、背景图案确定单元215、水印嵌入单元216、背景图案图像生成单元217和文档图像叠加单元218。
当用户通过用于处理彩色文档231的软件(诸如PowerPoint(注册商标))在彩色打印机上执行打印处理时，在卷轴(spool)上产生适用于该打印机尺寸的打印数据232。例如以EMF(增强型图元文件格式)产生该打印数据232。通过获得卷轴上的打印数据232，可以得到打印数据232的彩色图像233(位图数据)。
电子水印嵌入装置201接收所获得的打印文档的彩色图像233，产生背景图案图像，从而产生彩色图像233和背景图案图像的叠加图像。
以下参照作为实施例的图1A所示的印刷品的彩色图像描述在背景图案中嵌入水印的程序。为了简化的目的，各示意性示图均示出与该彩色图像的图形区域10相关的处理结果。
电子水印嵌入装置201通过区域颜色确定单元211执行确定区域颜色的处理并通过边界检测单元212在作为输入材料的彩色图像233上执行检测边界的处理。这两个处理可以同时执行。
区域颜色确定单元211包括黑像素去除单元221和颜色确定以及区域划分单元222。首先，黑像素去除单元221产生如图3所示的去除了黑像素的图像，从输入的彩色图像233中去除非彩色像素(尤其是黑像素)。作为去除了黑像素的结果，得到包括淡黄色区域301、淡绿色区域302、桔黄色区域303和淡蓝色区域304的图像。
接着，颜色确定以及区域划分单元222提取彩色区域并确定区域颜色。在该处理中，去除了黑像素的图像被划分为多个彩色区域，并且针对各彩色区域获得区域颜色。
图4是区域划分处理的流程图。颜色确定以及区域划分单元222首先将输入的文档图像411(去除了黑像素的图像)划分为预定多的单位区域(步骤401)。例如使用图5所示的2×2的正方形区域作为单位区域，并且将输入文档图像411划分为如图6所示的N×M个单位区域。
接下来，计算各单位区域的平均像素值(步骤402)，并且在符号阵列中存储所获得的平均像素值作为单位区域的像素值(步骤403)。例如，使用RGB或者亮度作为像素值。
然后，将彩色区域ID分配给位于输入文档图像411的左上位置处的单位区域601，并且计算与单位区域601相关的平均颜色信息(RGB、亮度等)(步骤404)。接着，从左至右扫描输入文档图像411的各行，并且将各单位区域的像素值与相邻单位区域的像素值进行比较(步骤405)。
假设第i行j列(i＝1，2，...N，并且j＝1，2，...M)的单位区域的像素值是Yi，j，如图7所示，将与该目标单位区域的左侧和上部相邻单位区域进行比较，并且获得两个单位区域的像素值之间的差。当RGB被用作像素值时，则得到R、G和B值之间的差值。
接着，将像素值之间的差值与预定阈值Th进行比较(步骤406)。如果该差值等于或者小于Th，则向目标单位区域分配与相邻单位区域-样的彩色区域ID(步骤407)。如果该差值高于Th，则对目标单位区域分配新的彩色区域ID，并且计算与该单位区域相关的平均颜色信息(步骤408)。例如，在使用256个级别的像素值时，将Th设定为10(Th＝10)。
接着，检测该目标单位区域是否是输入文档图像411的右下单位区域(步骤409)。如果并非是右下单位区域，则对作为目标单位区域的下一单元重复步骤405和其以后的处理。如果到达了右下单位区域，则输出像素阵列412和关于各个彩色区域ID的平均彩色信息413作为处理结果。
在上述区域划分处理中，如果各单位区域的像素值都与其相邻单位区域的像素值相等，或者如果像素值之间的差值没有超出预定阈值，则这些区域具有一样的颜色并被组合到一起。通过重复该处理，基于区域颜色是否一样的标准获得区域的划分结果。
单位区域的形状不限于图5所示的形式，也可以使用其他形状。例如，当各像素都被用作单位区域时，在确定像素颜色时的基本单位是一个像素，并且基于目标像素的像素值是否与相邻像素的像素值一样或者像素值之间的差值是否小于预定阈值来进行确定。通过将没有超过预定阈值的像素组合为同一颜色的区域，可以提取具有相同的像素值或者像素值处于预定范围内的彩色区域。
在其中将各像素当作单位区域进行处理的区域划分处理中，如图8所示，从图3所示的去除了黑像素的图像中提取四种颜色(淡黄色、淡绿色、桔黄色、淡蓝色)构成的彩色区域301到304。利用该提取结果，为各彩色区域提取彩色区域ID、形状、起始点的坐标、尺寸、颜色(各R、G和B值)和亮度值Y。ID“0”表示淡黄色的彩色区域301。ID“1”表示淡绿色的彩色区域302。ID“2”表示桔黄色的彩色区域303。ID“3”表示淡蓝色的彩色区域304。以例如位图格式来保持彩色区域的形状。
与区域颜色确定单元211进行的区域颜色确定处理同时，边界检测单元212执行边界检测处理，来检测在彩色图像233中包含的文字区域或图形区域。取决于检测背景图案中的水印的方法，当背景图案被嵌入在文字区域或者图形区域中时，很难从文字或者图形中确定背景图案。因此，为了正确地检测水印，希望保留文字区域和图形区域以外的背景图案嵌入区域。
然而，如果在其中可以连续嵌入背景图案的图形(诸如幻灯数据中常用的彩色图形)的内部存在具有恒定像素值的区域，则该区域可以被用作背景图案嵌入区域从而在文档中保留宽的嵌入区域。
例如，在稍后描述的水印检测方法中，可以检测嵌入彩色图形内部的背景图案的水印。根据该水印检测方法，适于例如执行边缘检测处理以检测在输入文档图像中包括的彩色图形的文字区域和边界区域。通过对输入图像或者其亮度图像执行边缘检测处理，可以提取其像素值突然变化的部分(诸如文字部分的轮廓、图形区域的边界等)。
在检测边缘时，可以得到用于获得目标像素和相邻像素的像素值的差值的一阶微分方法或者用于获得像素值改变的最大点的二阶微分方法。被检测出的边缘表示文字或者图形区域的边界。在该边缘上，像素值发生突然变化，并且很难检测到嵌入在该部分中的背景图案。因此，产生的边缘图像被用作指明这样的区域的图像，在该区域中无法嵌入背景图案。
例如，如果使用二阶微分方法作为边缘检测方法，则可以将文字和图形区域的边界部分或者彩色区域的边界部分检测为行。由于文字区域等包括多条这种行图像(line image)，因此很难保留其中可连续嵌入背景图案的区域。另一方面，在用于幻灯图像的彩色区域的情况，彩色区域的内部不会被检测为边缘，因此只要彩色区域内部具有一致的像素值，就可以保留水印嵌入区域。结果，可以避开含有文字的区域，而在彩色图形的内部嵌入水印。
图9是边界检测单元212进行边界检测处理的流程图。首先，亮度计算单元223检查输入的文档图像911是否是彩色图像(步骤901)。
如果输入的文档图像911是彩色图像233，则计算彩色图像233的各像素的亮度值，并由灰度级图像(亮度图像)表示彩色图像233以与区域颜色无关地获得与文字和图形的边界对应的像素(步骤902)。利用像素的RGB值Ri，j、Gi，j、Bi，j通过如下等式计算彩色图像233的位于图像的i行j列(i＝1，2，...N，并且j＝1，2，...M)处的像素的Yi，j的亮度值。
Yi，j＝0.3Ri，j+0.59Gi，j+0.11Bi，j    (1)
接着，边缘检测单元224对所获得的亮度图像应用均值滤波器，平滑该亮度图像(步骤903)。例如，当使用图10所示的2×2均值滤波器1001时，通过如下等式获得平滑后的图像的亮度值Avi，j。
Avi，j＝(Yi-1，j-1+Yi-1，j+Yi，j-1+Yi，j)/4(2)
接着对平滑后的图像应用二阶微分滤波器并获得边缘图像912(步骤904)。例如，当使用图11所示的3×3拉普拉斯算子滤波器1101(4个相邻的拉普拉斯算子)时，通过如下等式获得边缘图像912的像素值Li，j。
Li，j＝Avi-1，j+Avi，j-1+Avi+1，j+Avi，j+1+Avi，j-1-4Avi，j    (3)
图12示出了利用上述二阶微分算子(拉普拉斯算子)通过边界检测处理而产生的边缘图像。在图12中，将彩色区域、行图形(line graphics)、文字的轮廓等的边界检测为边缘。
在所获得的边缘图像912上，候选区域提取单元213执行候选区域提取处理，并提取可进行嵌入的区域913。
如果在候选区域提取处理中必须正确地确定文字区域，则通过OCR(文字识别)检测亮度图像中包括的文字图像。如果对于检测出的文字图像的区域执行黑像素向外扩展的扩展处理，则连接了相邻的文字图像区域，从而获得包括多个连续文字图像的文字区域。
另外，作为确定文字区域的另一方法，获得打印数据232并通过分析在获得彩色文档231的打印数据232时获得的数据来估计文字区域。通过从包括在打印数据232中的文字图像元素中提取与文字尺寸和绘图位置相关的信息来估计文字区域的位置。
例如，在打印数据232为EMF格式的情况下，在打印数据232的列表中记录了包括文字的一组绘图命令。因此，例如通过分析文字绘图命令中的坐标信息或者通过顺序执行包括文字绘图命令在内的所有绘图命令，检测了绘图结果图像随着绘制文字的定时而变化，从而获得了文字被绘制的位置的坐标。
当在上述边界检测处理中使用边缘检测处理时，如果文字较大，则如图形一样，在大文字的内部保留背景图案嵌入区域，从而降低了印刷品外观的质量。在这种情况下，可以通过从背景图案嵌入区域去除由OCR或者EXF分析所确定的文字区域来避开文字的内部，仅将背景图案嵌入在图形的内部。
在候选区域提取处理中，通过在边界检测处理中检测边缘而检测到的边界像素被认为是文字和图形区域的边界部分(边界线)。然后，在避开文字和图形区域的边界部分的情况下保留嵌入区域。在该实施例中，将水印信息分为多个组，对每个组分配用于彼此识别的ID，并确定可以嵌入这些组的区域。
候选区域提取单元213首先根据水印嵌入量确定用于水印嵌入区域的形状。区域的形状可以是其中水印被划分并嵌入的“组”形状，以及其中多个“组”被整体嵌入在矩形区域中的“块”形状。
接着，从在边界检测处理中产生的边缘图像912中提取与区域形状相对应的候选嵌入区域。此时，以背景图案(水印符号)的尺寸划分边缘图像912，在各获得的小区域(符号区域)中嵌入背景图案，并且测试是否可以检测到该背景图案。如果能够检测到该背景图案，则确定该小区域可以是嵌入区域。如果没有检测到背景图案，则确定该小区域不能是嵌入区域。
此外，设置和候选嵌入区域具有一样尺寸的扫描窗口作为针对边缘图像912的扫描窗口。如果在该扫描窗口范围中不存在作为不能嵌入的区域那样的小区域，则将该范围提取作为候选嵌入区域。此外，将提取完成标记分配给已提取的区域的所有像素以避免再次检测。从而，尽可能多地保留成“组”形状或者成“块”形状的候选嵌入区域。
在用于实施本发明的当前模式中，如稍后描述的，在检测水印时执行侵蚀处理。因此，在候选区域提取处理中也执行侵蚀处理，并检查是否在各小区域中均保留了检测时所需的确定区域(空白区域)。如果在小区域中已经保留了空白区域，则确定出该小区域可以是嵌入区域。如果没有保留空白区域，则确定该区域不能是嵌入区域。
以下通过参照图13到图18对检测在侵蚀处理中的符号的方法进行更具体的描述。
在数学形态学中，当求解集合X和集合Y之间的闵可夫斯基和或者差时，在集合X是要处理的图形的情况下，集合Y被称之为结构元素。可以将结构元素处理为矩阵或者函数。在用于实施本发明的当前模式中，将结构元素处理为矩阵。直观地，可以将结构元素表示为具有预定形式的小区域。
“侵蚀”是指如下操作，即以图像的目标像素为中心配置结构元素，在与该结构元素的限定区域对应的范围中获得像素的亮度值，并用获得的亮度值的最小值替代目标像素的亮度。
图13所示的四个背景图案1301到1304是不同的水印符号。在这些背景图案中，将多个点设置为：如图14所示，对于各图案，可以形成具有不同特性的空白区域。空白区域的特性是指空白区域的数量、面积、形状、平均像素值等。通过对各背景图案执行侵蚀处理，可以在图案中检测到空白区域。
希望通过对整个彩色图像设置一样的浓度来使形成各背景图案的点的数量相同从而使用户难以从视觉上判别背景图案。
当从图13所示的四个背景图案中提取由如图14所示的圆包围的部分的空白区域时，利用如图15所示的结构元素1501来执行侵蚀处理。例如，如图16所示，当对背景图案1301执行侵蚀处理时，得到了包括如图14所示的左上空白区域的转换结果1701。
在该处理中，将结构元素1501的中心设置为基准位置，并且该位置在水印符号图像中叠加在目标像素上，从而对结构元素1501进行了配置。接着，获得该结构元素的限定区域中的像素的亮度值，并且利用亮度值的最小值替代目标像素的亮度。在利用结构元素1501对整个图像进行光栅扫描的同时重复执行替换，从而获得转换结果1701。
类似地，分别从背景图案1302、1303、1304中获得图17所示的转换结果1702、1703和1704。
根据这些转换结果，确定利用结构元素1501将在背景图案1301到1304中小于预定尺寸的空白区域涂成黑色，并且只有大于预定尺寸的空白区域才能被检测到。作为所获得的图像的转换结果，基于空白区域在符号图像范围中的位置信息识别符号值。
实践中，符号区域被划分为多个块，并基于在各个块中包括的空白区域的数量识别符号。当获得图17所示的转换结果时，符号区域被划分为如图18所示的2×2个块，并且根据包括空白区域的块的位置识别符号。
图19示出了利用图12所示的边缘图像来保留其中嵌入了水印的区域的结果。在这种情况下，位于目标图像中的空白区域很小。因此，以“块”形状保留其中集总地嵌入了多条水印信息的区域是不可能的。从而，提取出了“组”形状的与通过划分水印获得的最小单元相对应的大量候选嵌入区域(小矩形区域)。
接着，区域选择单元214考虑在区域划分处理中获得的各种彩色区域的区域颜色，判断经提取的各候选嵌入区域作为嵌入区域是否有效。例如，参照与候选嵌入区域相对应的彩色区域的区域颜色，并根据预定阈值来判别该彩色区域是表示高亮度(浅色)还是表示低亮度(深色)。从而选择其中可以检测到背景图案的候选嵌入区域。不但可以基于亮度而且可以基于在执行到RGB值的色彩划分处理时获得的浅淡度、色彩饱和度或者各浅淡度等进行基于阈值的判别。
从而，通过提前执行彩色区域划分处理和区域颜色确定处理，可以容易地参照在已经被确定为水印可嵌入区域的候选区域中包括的彩色区域，并且可以有效地确定背景图案的色彩和形状。
此外，判断在候选嵌入区域中是否包括多个彩色区域。如果在候选嵌入区域中包括多个不同的彩色区域，则可以从嵌入区域中去除该候选区域。这种候选嵌入区域例如是诸如纹理区域的非均匀颜色区域，并且不适合作为背景图案嵌入区域。
在确定候选嵌入区域的颜色时，如果两个相邻候选区域的像素值之间的差值位于预定阈值内，则将它们看作同一区域并进行组合，并且可以再次保留嵌入区域，使得在两个候选区域中连续嵌入水印。
例如，在利用亮度值来确定依赖于嵌入区域的背景图案颜色的情况下，如果亮度值的差值位于预定阈值内，则这两个区域被认为是同一区域，即使它们在色调或者色彩饱和度方面是不同的，也是如此。此外，在根据色彩饱和度对背景图案的颜色进行确定的情况下，如果色彩饱和度的差值位于预定阈值内，则这两个区域被认为是同一区域，即使它们在色调或者亮度方面是不同的，也是如此。
接着，背景图案确定单元215利用基于区域选择单元214选择的嵌入区域的颜色的像素值(亮度、浅淡度等)的判别结果来确定适用于各个区域色彩的背景图案。从而，可以针对各嵌入区域确定背景图案的颜色或者形状或者同时确定图案和形状二者。
以下参照使用区域的亮度值作为确定基准的情况来说明在从边界图像中提取的在水印嵌入区域中使用的用于确定背景图案的颜色和形状的方法。
(1)在亮度值超出预定阈值的嵌入区域，背景图案由多个点构造，该多个点的背景图案颜色的亮度值不超出该阈值。
例如，如果嵌入区域是彩色文档中的白色区域，或者是基于阈值被确定为高亮度区域的彩色区域，则利用以如下方式构造的背景图案嵌入水印，即如图20所示的背景图案A那样在白色背景中设置多个黑色或者低亮度点。当通过同步信号嵌入4值水印时，使用背景图案A。构造表示同步信号、信息“0”、信息“1”、信息“2”和信息“3”的各背景图案使得根据缺少点的部分的位置可以对各背景图案进行识别。
(2)在其亮度值位于预定阈值内的嵌入区域，嵌入这样的背景图案，该背景图案包括空白区域(孔)，所述空白区域(孔)的背景图案颜色的亮度值超出该阈值。
例如，如果嵌入区域是彩色文档中的黑色区域，或者是基于阈值被确定具有低亮度值的彩色区域，则利用被构造为如图20所示的背景图案B那样的背景图案来嵌入水印，该背景图案包括位于黑色背景上的白色的或者高亮度的空白区域。如利用背景图案A那样，在通过同步信号嵌入4值水印时，使用背景图案B。将表示同步信号、信息“0”、信息“1”、信息“2”和信息“3”的相应背景图案构造为通过空白区域的位置可以对它们进行识别。
根据区域颜色的亮度来改变背景图案颜色(亮度)的原因在于必须将背景颜色和背景图案之间的浓度差保持在预定级别或者高于预定级别。因此，希望背景图案的切换阈值例如是位于白色像素(亮度：255)和黑色像素(亮度：0)之间的中间值(亮度：128)。
通过在方法(1)使用背景图案A并在方法(2)使用背景图案B，可以通过同样的方法在上述各方法(1)和方法(2)中检测嵌入的水印。可以同时使用背景图案A和B，但是也可以单独使用二者中的每一个。
此外，作为确定方法(1)的变型，可以将背景图案的颜色确定为使得背景图案颜色和区域颜色之间的差值在像素值方面为常数。例如，将在彩色文档中的高亮度的白色区域和彩色区域中嵌入的背景图案颜色确定为使得与该区域颜色的亮度差为常数。通过嵌入与区域颜色相比具有很低亮度差的背景图案，该背景图案不易被察觉。
在这种情况下，在检测水印时，在打印期间的背景图案颜色和区域颜色之间的亮度差位于大约恒定值的范围内可以被用作确定条件。此外，还可以在检测期间基于确定条件的改变通过如下方式，即不但可以通过获得亮度的预定差值而且可以通过获得色彩饱和度、色度、RGB值的各个分量等的预定差值，来设置背景图案的颜色。
此外，对于背景图案的色度，例如可以使用非彩色(白色、灰色或者黑色)。另外，使用具有与区域颜色一样色度的彩色或者与补偿颜色一样的彩色，并且可以设置唯一一个具体像素值(例如，亮度和色彩饱和度)来满足上述条件。
图21示出了利用图8所示的彩色区域信息针对在彩色区域中保留的水印嵌入区域来确定背景图案的结果。首先，区域选择单元214判断各嵌入区域是否被检测为彩色区域。如果是彩色区域，则背景图案确定单元215将该区域的亮度值与预先计算的阈值进行比较，并确定要使用哪个背景图案(用于高亮度区域的背景图案A还是用于低亮度区域的背景图案B)。
在要处理的整个文档图像中嵌入伪背景图案，并利用判别分析方法来计算用于选择背景图案的阈值。通过二值化将浓度比计算出的阈值高的部分涂成黑色。在文档图像中嵌入伪背景图案，并利用判别分析方法来计算二值化阈值，是可行的。
在将伪背景图案嵌入到具有预定浓度的区域中时，该区域的平均亮度降低(浓度升高)。由于嵌入背景图案之前的浓度和嵌入背景图案之后的浓度之间存在相关性，因此，利用由判别分析方法根据嵌入了伪背景图案后的图像计算出的亮度阈值，可以确定嵌入背景图案以前的区域亮度。
如果区域的亮度等于或小于该阈值，则利用背景图案B在背景图案中嵌入水印，这可以在打印期间与区域颜色无关地将区域颜色和背景图案之间的浓度差值保持在或者高于预定级别。因此，可以很容易地检测到该嵌入的水印。
例如，当使用128作为亮度阈值时，则彩色区域301、302和304的亮度值超出该阈值。因此，对于属于这些彩色区域的多个嵌入区域使用背景图案A。另一方面，由于彩色区域303的亮度等于或者小于该阈值，因此对于属于该彩色区域303的多个嵌入区域使用背景图案B。
接着，水印嵌入单元216嵌入水印信息。例如，将具有如图22所示的结构的水印组分配给“组”状嵌入区域。该水印组包括表示组头的同步符号2201和多个信息符号2202(用于4值符号的四种类型“0”到“3”)。
在图21所示的实施例中，存在多个“组”状嵌入区域。因此，在部分信息符号2202中包括用于指示在各区域中嵌入的水印组的识别信息。如果完成了对所有嵌入区域进行的水印组分配，则嵌入水印信息的处理终止。
最后，背景图案图像产生单元217在整个纸张上生成确定出的背景图案的图像数据(背景图案图像)，并且文档图像叠加单元218将该生成的背景图案图像叠加在彩色图像233上，从而产生其中嵌入有水印的彩色文档图像。
首先，背景图案图像产生单元217排列指明了为各嵌入区域分配的水印信息的多个背景图案。在该实施例中，对单色文档应用避开文字地在印刷品中嵌入水印信息的方法(对指定区域确定分配的背景图案的方法)。
例如，在使用图22所示的水印组时，将与多个背景图案相对应的多个ID分配给各嵌入区域，并且通过以地毯形式设置具有这些ID的背景图案图像来产生叠加在彩色图像233上的背景图案图像。
接着，文档图像叠加单元218在输入的彩色图像233的文档图像上叠加生成的背景图案图像，并输出用于打印的文档图像(背景图案叠加图像)，其中在背景图案中嵌入有水印。例如，当使用上述方法(1)和(2)作为确定背景图案的方法时，必须针对背景图案A和背景图案B的每一个改变在文档图像上叠加背景图案图像的方法。
以下针对使用区域的亮度值作为确定背景图案的确定基准的情况下对在文档图像上叠加背景图案图像的方法进行说明。
(1)在高亮度的彩色区域上叠加背景图像的处理
在白色背景上用低亮度颜色生成这样的背景图案图像，该背景图案图像是通过在被识别为是高亮度区域的所有区域排列黑色或者低亮度的背景图案A而获得的。如果通过与(AND)操作对背景图案图像和文档图像进行叠加，则获得了作为在文档图像中嵌入的低亮度背景图案的叠加图像(A)。然而，在该与操作中，利用了在文档图像和背景图案图像中的对应位置处的像素中具有较小亮度值的像素。在二值图像的情况，当在文档图像和背景图案图像的其中之一中的像素的亮度值是0(黑像素)时，叠加结果是黑像素。
(2)在低亮度的彩色区域上叠加背景图案的处理
在黑色背景上以高亮度颜色生成背景图案图像(B)，背景图案图像(B)是通过在被认为是低亮度的所有区域上仅粘帖在背景图案B中包括的确定区域(空白区域)获得的。对于文档图像，仅通过或(OR)操作对背景图案图像(B)的高亮度部分(浅色部分)进行覆盖或者处理，就能够获得其中在文档图像中嵌入了高亮度背景图案的叠加图像。然而，在该或操作中，利用了在文档图像和背景图案图像中的对应位置处的像素中具有较大亮度值的像素。在二值图像的情况，当在文档图像和背景图案图像的其中之一中的像素的亮度值是255(白像素)时，叠加结果是白像素。
当同时利用上述方法(1)和(2)嵌入背景图案时，在上述的叠加图像(A)上例如覆盖背景图案图像(B)的高亮度部分，或者执行OR操作。结果，获得了在白色背景区域上以低亮度颜色排列点状图案而在文档图像的低亮度区域产生高亮度孔的背景图案叠加图像。
尽管将背景图案颜色确定为使得背景图案颜色和区域颜色之间的亮度值的差为常数，但是在以上(1)所述的叠加处理中可以生成这样的打印用文档图像，在该打印用文档图像中，背景图案嵌入在文档图像中。
图23示出了以上述(1)和(2)的组合方法进行的文档图像叠加处理。首先，利用与操作，在彩色图像233上叠加用于高亮度区域的、排列有背景图案A的背景图案图像2301，并且生成用于高亮度区域的背景图案叠加图像2303。接着，在用于高亮度区域的背景图案叠加图像2303上覆盖用于低亮度区域的背景图案图像2302的高亮度部分，其中背景图案图像2302排列有背景图案B的空白区域，从而生成其中叠加了两种类型背景图案的背景图案叠加图像2304。
通过上述处理，根据彩色区域完全嵌入背景图案(生成具有背景图案的文档图像)。将具有该背景图案的文档图像发送给打印单元202，并且打印单元202打印并输出背景图案印刷品234。
尽管如2B所示的电子水印嵌入装置201在彩色图像233的整个区域进行区域颜色确定处理。但是电子水印嵌入装置201也可以仅对被确定为在其中可嵌入背景图案的区域的候选嵌入区域执行区域颜色确定处理。
通常，能够被嵌入背景图案的区域是在文档图像的空白部分中、彩色图形内部等区域中颜色恒定的部分。在候选区域提取单元213提取候选嵌入区域后，可以计算该候选区域内的像素值作为区域颜色。如果在候选嵌入区域内部的颜色不是单个颜色，而是通过以网状对多个点进行组合构成的颜色，则可以对特定的单位区域计算平均像素值。
如上所述，根据用于实施本发明的模式的电子水印嵌入装置，当在彩色文档中嵌入水印时确定可能的嵌入区域，并且根据各个区域的颜色来确定背景图案的颜色和形状。从而，可以根据彩色文档图像的区域颜色嵌入适当的水印。
接下来，对于用于检测彩色印刷品中嵌入的背景图案中的水印的电子水印检测装置进行说明。
当在彩色文档图像的彩色区域的背景图案中嵌入了水印时，根据用于实施本发明的模式的电子水印检测装置通过执行适于检测背景图案的预处理与彩色文档图像的区域颜色无关地对背景图案进行检测。在该预处理中，考虑彩色文档图像的彩色区域生成水印检测图像，该水印检测图像适于进行水印检测，并且通过该水印检测图像，可以从背景颜色中很容易地识别出背景图案。
为了从被检测出的背景图案中提取水印信息，根据其背景颜色是白色而其背景图案是黑色的二值图像对水印信息进行分析。针对表示水印的各种类型的背景图案设置不同的确定区域。从而，通过确定区域的相关位置可以识别背景图案的类型。
此外，提取作为水印信息的嵌入单元的水印组，并对信息符号进行分析。从而，对在检测范围内的嵌入的水印组进行完全地分析，并且基于组识别信息对划分出的水印信息进行组合，从而获得划分前的原始水印信息。
图24示出了电子水印检测装置的构造的实施例。电子水印检测装置2401包括轮廓提取单元2411、彩色区域划分单元2412、动态二值化单元2413、二值图像组合单元2414以及水印检测单元2415。
生成其中嵌入有水印的彩色印刷品或者其复制件2421的扫描图像2422，并且将该扫描图像2422输入给电子水印检测装置2401。电子水印检测装置2401从输入的扫描图像2422中检测水印信息，并输出检测结果2423。
用于容易地检测水印的实际预处理可以是如下第一到四个预处理。由于图24所示的电子水印检测装置2401采用第二预处理，因此参照其它附图对第一、第三和第四预处理进行说明。
(1)第一预处理
将扫描图像划分为多个预定大小(例如，背景图案的大小)的单位区域，对各单位区域进行单独二值化，对结果进行组合，从而生成经二值化的单位区域的组合图像。从该组合图像中检测水印信息。
作为上面提到的二值化方法，希望使用一种适于将背景颜色从背景图案中分离出来的方法(例如判别分析方法)。在判别分析方法中，当在选择区域存在两种类型像素值的像素时，计算用于使它们之间的类别差异最小化的阈值。因此，通过适当地指定要进行二值化的图像，可以正确地分离位于各单位区域中的背景颜色与背景图案。
当针对各单位区域完成了二值化时，对各单位区域的二值化图像进行组合。由于对于各彩色区域进行了背景颜色与背景图案的完全分离，因此获得了包括明确地分离了背景颜色与背景图案的二值化图像，与整个印刷品的彩色区域的浓度(在扫描图像中彩色区域的亮度)无关。因此，增加了这样的区域的数量，通过对各单位区域执行二值化能够确定该区域的背景图案。
图25是第一预处理的流程图。电子水印检测装置首先将扫描图像2511划分为多个单位区域(步骤2501)。例如，当背景图案的尺寸是8×8时，将扫描图像2511划分为如图26所示的尺寸为8×8的单位区域。
接着，如图27所示，对被划分出的各单位区域执行二值化(步骤2502)。然后，如图28所示，对相应单位区域中的二值化图像进行组合并生成组合的图像(步骤2503)。
接着，利用获得的组合图像，检测水印信息2512(步骤2504)。
(2)第二预处理
从扫描图像中检测边缘，接着跟踪该边缘，并提取其中嵌入有背景图案的、大于预定区域的封闭区域。对于两个相邻的封闭区域，对区域颜色的平均像素值(RGB等的各直方图的颜色特性)进行比较。如果区域颜色一样，则认为两个封闭区域为同一区域并进行组合。因此，对根据区域颜色分离出的各彩色区域单独执行二值化处理，对结果进行组合，并生成组合图像。然后，从该组合图像中检测水印信息。
为了防止在区域中嵌入的背景图案或者区域的纹理形式被检测为密闭区域，例如利用边缘保持滤波器执行多次边缘保持平滑处理，使背景图案和纹理的形状变得模糊，然后可以通过一阶微分滤波器或者二阶微分滤波器检测边缘。
如图1C所示，当在整个纸中嵌入位于背景图案中的水印时，取决于背景颜色，可能很难检测水印。在这种情况下，针对扫描图像的各彩色区域，将图像划分为多个区域，对划分出的各区域进行二值化，并对二值化图像进行组合，从而可以与扫描图像中彩色区域的亮度无关地检测到在各区域中嵌入的水印。
图29是第二预处理的流程图。图24所示的轮廓提取单元2411首先用灰度级表示扫描图像2422，然后执行边缘保持平滑处理(步骤2901)。
图30示出了在边缘保持平滑处理中使用的边缘保持滤波器的实施例。在该处理中，对于在中央含有目标像素的5×5区域定义用“1”表示的9个局部区域，并且计算各局部区域中像素值的方差。接着，选择具有最小方差的局部区域，并且输出局部区域的平均像素值作为目标像素的处理结果。
接下来，通过对平滑图像应用二阶微分滤波器，生成边缘图像(步骤2902)。在该处理中，例如使用图11所示的二阶微分滤波器1101。
然后，通过利用边缘图像跟踪边缘来提取封闭区域(步骤2903)。在跟踪边缘时，例如如图31所示，以顺时针方向搜索邻近中央目标边缘像素周围的边缘像素。接着，如图32所示，如果检测到的边缘图像与检测起始点3201匹配，则提取由搜寻路径包围的部分3202(顺时针箭头右侧的部分)作为封闭区域。
接着，彩色区域划分单元2412对提取的各封闭区域执行区域划分处理，对区域颜色一样的封闭区域进行组合，然后生成彩色区域(步骤2904)。接下来，动态二值化单元2413通过对各彩色区域进行判别分析而进行二值化处理(步骤2905)，然后二值图像组合单元2414对所有彩色区域的二值化结果进行组合，生成组合图像(步骤2906)。
从而，通过在边缘保持平滑处理以后检测边缘，提取背景颜色恒定的彩色区域，并且对各所述区域执行二值化处理，从而正确地将背景颜色从背景图案中分离出来。
例如，在图33所示的扫描图像的情况下，在区域划分处理中，将扫描图像划分为5个彩色区域3301到3305。彩色区域3301到3304是封闭区域，而彩色区域3305是非封闭区域。接着，分别根据彩色区域3301到3305生成二值化图像3311到3315，并对其进行组合。
接着，水印检测单元2415通过分析水印组并利用获得的组合图像确定背景图案来检测水印信息，并输出检测结果2423(步骤2907)。
例如，如果通过灰度级表示图1B所示的扫描图像(色彩图像)，则生成如图34所示的灰度级图像3401(亮度图像)。通过局部放大灰度级图像3401来获得放大的图像3402。
背景图案嵌入在如由放大图像3402所示的灰度级图像3401中。由于在区域划分处理中不需要背景图案，因此希望利用平滑滤波器将其去除。此时，如果使用具有边缘保持设备的边缘保持滤波器，则背景图案变得不明显，余下了图形的边界线。
图35示出了通过对灰度级图像3401应用边缘突出滤波器而获得的图像3501以及通过对图像3501进行局部放大获得的放大图像3502。如果进一步对图像3501应用二阶微分滤波器，则生成如图36所示的边缘图像3601。边缘图像3601的一部分被放大，并且由放大图像3602表示该部分。
通过跟踪边缘，从生成的边缘图像3601中提取封闭区域，并且针对各封闭区域参照原始扫描图像的背景颜色。如果两个相邻区域的背景颜色相同或者类似，则将它们组合为同一颜色区域。通过对整个图像重复该处理，可以基于背景颜色对该扫描图像进行完整划分。
当基于亮度值对图34中所示的灰度级图像3401的区域进行划分时，提取如图37所示的四个局部图像3701到3704。通过用判别分析方法对局部图像3701到3704执行二值化处理而获得经二值化的图像3711到3714。结果表明，通过基于背景颜色执行区域划分处理可以实现利用适于区域颜色的阈值的二值化(对背景颜色和背景图案进行的图案分离)。即，可以通过与区域颜色无关的方式对嵌入的背景图案进行分析。
在对各彩色区域完成二值化时，组合获得的经二值化的图像。例如，在如图1C所示的整个图像的二值化结果中，当将二值图像3711到3714分别粘帖到区域11到14时，得到如图38所示的组合图像。
由于将二值化执行为使得可以从组合图像的各彩色区域中的背景颜色中识别出背景图案，因此可以识别各背景图案并可以对被划分为水印组以后嵌入的水印信息进行分析。如果对于整个组合图像执行了水印检测处理，并且对被划分为多个组的水印信息进行了组合，则重构了文档图像中嵌入的水印信息。
(3)第三预处理
通过对RGB的各颜色分量执行像素值运算来生成水印检测图像，其中该RGB的各色彩分量是通过对扫描图像的各像素进行颜色分析而获得的。因而，在不执行区域划分的情况下也可以检测到在彩色区域(chromatic area)中嵌入的水印。
图39是第三预处理的流程图。电子水印检测装置执行用于从扫描图像3911的彩色区域中检测水印的预处理(步骤3901)。在该处理中，例如计算RGB的各色彩分量的最大值，生成灰度级图像，并且对灰度级图像进行二值化，从而产生二值化图像。
假设位于扫描图像3911的第i行第j列的各色彩分量是Ri，j、Gi，j、Bi，j，则通过以下等式计算位于灰度级图像的第i行第j列的像素值Mxi，j：
Mxi，j＝Max(Ri，j，Gi，j，Bi，j)(4)
利用从灰度级图像生成的二值化图像，检测水印信息2912(步骤3902)。
该第三预处理在如下情况下是有效的，即在高色彩饱和度和低亮度(例如，深红色区域)的彩色区域中嵌入低亮度的背景图案(例如，黑色)而很难从亮度图像中检测出背景图案的情况。
(4)第四预处理
在扫描图像中，计算各像素和周围像素之间的像素值的差值。例如使用目标像素的像素值和上、下、左和右四个像素的平均像素值之间的差值、以及目标像素的像素值和围绕该目标像素的8个像素的平均像素值之间的差值。结果，获得了这样的嵌入的背景图案的轮廓，该背景图案的像素值与背景颜色有预定的差值。从该图像中识别出背景图案。
根据在图像中是否存在检测图案所必须的空白区域来识别背景图案。因此，即使构成背景图案的点的内部是空白的，也不会对检测结果产生影响。
图40是第四预处理的流程图。电子水印检测装置以扫描图像4011的第i行第j列作为目标像素计算目标像素和周围相邻像素之间的像素值的差值Diffi，j(步骤4001)。
如图41所示，目标像素以外的像素是位于包括中央处的目标像素在内的n×m区域中的周围像素，该n×m区域具有n×m大小的背景图案。
接着，通过以下等式计算像素值的差值Diffi，j。
Diffi，j＝目标像素的像素值-周围像素的平均像素值(5)
接下来，将Diffi，j与预定阈值Th1和Th2进行比较(步骤4002)。如果Th1＜Diffi，j＜Th2，则将水印检测图像4012的第i行第j列的像素值设置为“0”(白色像素)。否则，将该像素值设置为“1”(黑色像素)。
如果Diffi，j位于预定范围内，则目标像素可能与如图41所示的背景图案的空白区域相对应，并且将输出值设置为白色像素。另一方面，如果Diffi，j没有位于该范围内，则认为该目标像素是位于空白区域以外的像素，并且将输出值设置为黑色像素。对扫描图像4011中的所有像素执行该处理。
利用获得的水印检测图像4012检测水印信息4013(步骤4005)。
当根据在上述第一到第四预处理中生成的使用检测图像来检测水印信息时，使用上述侵蚀处理。在侵蚀处理中，通过确定在图20中所示的背景图案A和B中的空白区域的位置来识别由各背景图案所表示的信息。通过在执行第一到第四预处理后检测水印，可以与区域颜色无关地正确地对嵌入在彩色文档图像中的水印进行检测。
通过利用图42所示的信息处理装置(计算机)来构造图2B所示的电子水印嵌入装置和图24所示的电子水印检测装置。图42所示的信息处理装置包括CPU(中央处理单元)4201、存储器4202、输入装置4203、输出装置4204、外部存储装置4205、介质驱动装置4206和网络连接装置4207，并经由总线4208将这些部件相互连接。
存储器4202例如包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等，并存储执行处理时使用的程序和数据。CPU4201通过利用存储器4202执行程序来执行上述处理。
在这种情况下，图2B所示的区域颜色确定单元211、边界检测单元212、候选区域提取单元213、区域选择单元214、背景图案确定单元215、水印嵌入单元216、背景图案图像生成单元217和文档图像叠加单元218和图24所示的轮廓提取单元2411、彩色区域划分单元2412、动态二值化单元2413和二值图像组合单元2414以及水印检测单元2415与存储在存储器4202中的程序相对应。
输入装置4203例如是键盘、指示装置等，并且在输入来自操作者的指令和信息时使用该装置。输出装置4204例如是显示器、打印机、扬声器等，并用于向操作者输出询问和处理结果。图2B所示的打印单元202与输出装置4204相对应。
外部存储装置4205例如是磁盘装置、光盘装置、磁光盘装置、带式存储装置(tape device)等。信息处理装置在外部存储装置4205中存储程序和数据，并在存储器4202中加载该程序和数据并在需要时使用它们。
介质驱动装置4206驱动便携式记录介质4209并访问被记录的内容。便携式记录介质4209是诸如存储卡、软盘、光盘、磁光盘等的任意计算机可读记录介质。操作者在便携式记录介质4209中存储程序和数据并在需要将它们载入存储器4202中使用它们。
网络连接装置4207与诸如LAN(局域网)等的通信网络连接。并执行用于通信的数据转换。信息处理装置通过网络连接装置4207从外部装置接收程序和数据，将它们载入存储器4202中，并在需要时使用它们。
图43示出了为图42所示的信息处理装置提供程序和数据的方法。将存储在便携式记录介质4209和服务器4301的数据库4311中的程序和数据加载到信息处理装置4302的存储器4202中。服务器4301生成用于传送程序和数据的传送信号，并通过位于通信网络上的任意传输介质向信息处理装置4302发送该信号。CPU4201利用所述数据执行程序并执行上述处理。

Claims (22)

1.一种计算机可读记录介质，其存储这样的程序，该程序用于指导在彩色文档图像中嵌入信息的计算机执行如下步骤：
提取步骤，从所述彩色文档图像中提取其中能够嵌入背景图案的嵌入区域；
确定步骤，根据所述嵌入区域的区域颜色来确定适于所述嵌入区域的背景图案的颜色和形状这两者中的至少一个；以及
嵌入生成步骤，通过利用确定的背景图案在所述嵌入区域中嵌入水印信息来生成背景图案图像。
2.根据权利要求1所述的记录介质，其中，所述提取步骤包括：
检测步骤，检测包括在所述彩色文档图像中的文字区域或者图形区域；并且
避开检测到的文字区域或者图形区域地提取所述嵌入区域。
3.根据权利要求2所述的记录介质，其中，所述提取步骤还包括：
利用所述彩色文档图像检测边缘来检测像素值突然变化的部分；以及
从所述嵌入区域的提取目标中去除所检测到的部分。
4.根据权利要求2所述的记录介质，其中
所述检测步骤通过文字识别来检测在所述彩色文档图像中包括的文字图像并将包括所检测到的文字图像的区域确定为文字区域，所述提取步骤避开所述文字区域地提取所述嵌入区域。
5.根据权利要求2所述的记录介质，其中
所述检测步骤利用与在所述彩色文档图像的打印数据中包括的文字的尺寸和绘图位置相关的信息来估计所述文字区域的位置，并且所述提取步骤避开所述文字区域地提取所述嵌入区域。
6.根据权利要求1所述的记录介质，其中，其中所述程序还指导所述计算机来执行如下步骤：
划分步骤，利用所述彩色文档图像的像素值将所述彩色文档图像划分为多个彩色区域；并且
比较及确定步骤，将与所述嵌入区域相对应的彩色区域的区域颜色与预定阈值进行比较，从而判断从所述嵌入区域中能否检测出背景图案；以及
所述确定步骤根据被判断为能够检测出背景图案的嵌入区域的区域颜色，确定所述背景图案的颜色和形状这两者中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的记录介质，其中，所述划分步骤包括：
将所述彩色文档图像划分为多个单位区域；
计算各单位区域的平均像素值；以及
将平均像素值的差值等于或者小于预定阈值的多个单位区域合并为同一颜色区域。
8.根据权利要求6所述的记录介质，其中，所述程序还指导所述计算机执行如下步骤：
判断在所述嵌入区域中是否包括多个彩色区域；以及
从所述水印信息的嵌入目标中去除包括多个彩色区域的嵌入区域。
9.根据权利要求6所述的记录介质，其中，所述程序还指导所述计算机执行如下步骤：
将与两个相邻嵌入区域相对应的彩色区域的像素值之间的差值与阈值进行比较；并且
如果所述像素值之间的差值等于或者小于所述阈值，则通过组合所述两个嵌入区域来生成一个嵌入区域，以及
所述嵌入步骤在所生成的嵌入区域中嵌入所述水印信息。
10.根据权利要求1所述的记录介质，其中，所述程序还指导所述计算机利用所述嵌入区域的像素值来计算所述区域颜色，并且所述确定步骤根据所计算出的区域颜色确定所述背景图案的颜色和形状这两者中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的记录介质，其中，在表示所述嵌入区域的区域颜色的所述像素值超出预定阈值的情况下，所述确定步骤将由具有不超过所述阈值的像素值的多个点构造的背景图案确定为适于所述嵌入区域的所述背景图案。
12.根据权利要求1所述的记录介质，其中，在表示所述嵌入区域的区域颜色的所述像素值等于或者低于预定阈值的情况下，所述确定步骤将具有超出所述阈值的像素值的空白区域的背景图案确定为适于所述嵌入区域的所述背景图案。
13.根据权利要求1所述的记录介质，其中，所述确定步骤确定所述背景图案的颜色，以使得表示所述嵌入区域的区域颜色的像素值和表示所述背景图案的颜色的像素值之间的差为常数。
14.根据权利要求1所述的记录介质，其中，所述程序还指导所述计算机生成背景图案叠加图像，在该背景图案叠加图像中，通过在所述彩色文档图像上叠加所述背景图案图像而在所述彩色文档图像中嵌入所述水印信息。
15.一种电子水印嵌入装置，其在彩色文档图像中嵌入信息，所述电子水印嵌入装置包括：
区域提取设备，其用于从所述彩色文档图像中提取其中能够嵌入背景图案的嵌入区域；
背景图案确定设备，其用于根据所述嵌入区域的区域颜色确定适于所述嵌入区域的背景图案的颜色和形状这两者中的至少一个；以及
背景图案图像生成设备，其通过利用确定出的背景图案在所述嵌入区域中嵌入水印信息来生成背景图案图像。
16.一种计算机可读记录介质，其存储这样的程序，该程序用于指导对彩色文档图像中嵌入的信息进行检测的计算机来执行如下步骤：
生成步骤，其生成水印检测图像，利用所述水印检测图像，能够从背景图案中识别出所述彩色文档图像中包括的彩色区域的区域颜色；以及
利用所述水印检测图像从所述彩色区域中检测所述背景图案。
17.根据权利要求16所述的记录介质，其中，所述生成步骤将所述彩色文档图像划分为多个单位区域，单独地对各所述单位区域进行二值化，对多个获得的二值化图像进行组合，并生成所述水印检测图像。
18.根据权利要求16所述的记录介质，其中，所述生成步骤利用所述彩色文档图像来检测边缘，通过跟踪所述边缘来提取多个封闭区域，对各所提取的封闭区域进行单独二值化，组合获得的多个经二值化的图像，并生成所述水印检测图像。
19.根据权利要求16所述的记录介质，其中，所述生成步骤利用通过对所述彩色文档图像进行色彩分离所获得的像素值来执行算术运算，并利用获得的像素值生成所述水印检测图像。
20.根据权利要求16所述的记录介质，其中，所述生成步骤以所述彩色文档图像中的各像素为所述目标像素，计算目标像素和相邻像素之间的像素值的差值，提取所获得的像素值的差值位于预定阈值范围内的目标像素，并生成水印检测图像。
21.一种电子水印检测装置，用于检测在彩色文档图像中嵌入的信息，所述电子水印检测装置包括：
图像生成装置，其用于生成水印检测图像，利用所述水印检测图像，能够从背景图案中识别在彩色文档图像的彩色区域的区域颜色；以及
水印检测装置，其利用所述水印检测图像从所述彩色区域中检测背景图案。
22.一种电子水印嵌入方法，用于在彩色文档图像中嵌入信息，该方法包括：
从所述彩色文档图像中提取其中能够嵌入背景图案的嵌入区域；
根据所述嵌入区域的区域颜色来确定适于所述嵌入区域的背景图案的颜色和形状这两者中的至少一个；
通过利用所确定的背景图案在所述嵌入区域中嵌入水印信息来生成背景图案图像。
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