CN104396225B - 向对象嵌入数据的装置及方法、以及抽取所嵌入的数据的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

根据实施方式，数据嵌入装置包含数据取得单元和对象生成部。所述数据取得单元构成为，取得应该向包含第1线段或第1曲线的第1对象嵌入且由第1比特串构成的第1数据。所述对象生成部构成为，基于所述第1比特串使所述第1对象的至少所述第1线段或所述第1曲线变形，从而生成第2对象，该第2对象包含相对于所述第1线段或所述第1曲线具有与所述第1比特串对应的位移的变形线段或变形曲线，并且嵌入了所述第1数据。

Description

向对象嵌入数据的装置及方法、以及抽取所嵌入的数据的装 置及方法
技术领域
本发明的实施方式涉及向对象嵌入数据的装置及方法、以及抽取所嵌入的数据的装置及方法。
背景技术
一直以来，条形码印制技术和条形码解码技术被广泛利用。通过条形码印制技术，在纸这样的印刷介质上印制条形码。通过条形码解码技术，利用扫描仪或摄像机这样的摄像装置读取印制的条形码，并且对该读取的条形码进行解码。
此外，各种数据嵌入技术也被广泛利用。这些数据嵌入技术包括以2维条形码的形式向图像或印刷物这样的对象嵌入数据的技术。
此外，所述数据嵌入技术还包括以难以视觉辨认的形式向上述对象嵌入数据的电子水印技术。电子水印技术多数情况下应用将点图案重叠在所述对象上的方法。
此外，所述数据嵌入技术还包括通过由形成了凹凸的线段构成的图形图案的阵列来对数据进行编码的技术。该编码技术应用将所述图形图案的阵列重叠在所述对象上的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2938338号公报
专利文献2：日本专利第3628312号公报
专利文献3：日本特开2007-194934号公报
发明内容
发明所要解决的课题
印制在印刷介质上的条形码或2维条形码较为醒目。因此，条形码或2维条形码可能会损害印刷物的美观。
此外，在对象、例如印刷物上以点图案的形式嵌入的电子水印，基于如下的理由，也可能会损害该印刷物的美观。为了从印刷物抽取点图案(即电子水印)，通常用摄像机对该印刷物进行摄像。在进行该摄像时，如果发生焦点偏离或抖动等，存在图像劣化而点图案从该图像消失的可能性。在此，需要将该图案较大且清晰地印刷成点图案不会从图像消失的程度。因此，本来应该难以看到的电子水印变得醒目，可能会损害隐秘性和美观。在重叠了图形图案的阵列的印刷物中也是同样。其理由在于，为了从重叠了图形图案的阵列的印刷物中抽取该图形图案的阵列，需要将该图形图案的每一个较大且清晰地印刷成在印刷及摄像的过程中不会消失的程度。
本发明所要解决的课题在于，提供一种能够实现隐秘性优良并且不会损害美观的数据嵌入的向对象嵌入数据的装置及方法以及抽取所嵌入的数据的装置及方法。
用于解决课题的手段
实施方式的数据嵌入装置，具备数据取得单元、对象生成部、对象输出单元。所述数据取得单元构成为，取得应该向包含第1线段或第1曲线的第1对象嵌入且由第1比特串构成的第1数据。所述对象生成部构成为，基于所述第1比特串使所述第1对象的至少所述第1线段或所述第1曲线变形，从而生成第2对象，该第2对象包含相对于所述第1线段或所述第1曲线具有与所述第1比特串对应的位移的变形线段或变形曲线，并且嵌入了所述第1数据。所述对象输出单元构成为输出所述第2对象。
附图说明
图1是表示第1实施方式的数据嵌入装置的典型硬件构成的框图。
图2是表示所述数据嵌入装置的典型功能构成的框图。
图3是表示所述第1实施方式中的权重矢量生成部的权重矢量生成的例子的图。
图4是表示所述第1实施方式中应用的多个编码用基底的例子的图。
图5是表示在所述第1实施方式中由位移计算部计算出的位移波形的例子的图。
图6是用于说明所述第1实施方式中的图形生成部的典型的图形生成的图。
图7是表示由所述图形生成部生成的图形的例子的图。
图8是表示包含图7所示的图形的表单图像的例子的图。
图9是表示所述第1实施方式的数据抽取装置的典型硬件构成的框图。
图10是表示所述数据抽取装置的典型功能构成的框图。
图11是表示在所述第1实施方式中由图像取得单元取得的图像的例子的图。
图12是表示在所述第1实施方式中由匹配单元从所述图像检测出的直线的例子的图。
图13是用于说明从所述直线的典型的线段匹配的图。
图14是用于说明所述第1实施方式中的残差计算部的典型的残差计算的图。
图15是表示所述第1实施方式中的内积矢量计算部的内积矢量计算的典型情况的图。
图16是表示所述第1实施方式中的数据抽取部的变换矢量的量化的例子的图。
图17是表示第2实施方式中应用的多个编码用基底的例子的图。
图18是用于说明所述第2实施方式中的图形生成部的典型的图形生成的图。
图19是表示在所述第2实施方式中由所述图形生成部生成的图形的例子的图。
图20是表示包含图19所示的图形的表单图像的例子的图。
图21是表示在所述第2实施方式中由图像取得单元取得的图像及4个检测区域的例子的图。
图22是表示在所述第2实施方式中由匹配单元检测到的4个直线的例子的图。
图23是用于说明所述第2实施方式中的残差计算部的典型的残差计算的图。
图24是用于说明第3实施方式中的图形生成部的典型的图形生成的图。
图25是表示在所述第3实施方式中由所述图形生成部生成的图形的例子的图。
图26是表示包含图25所示的图形的图像的例子的图。
图27是表示在所述第3实施方式中将从图像检测的椭圆形作为基准图形匹配到该图像的例子的图。
图28是用于说明所述第3实施方式中的残差计算部的典型的残差计算的图。
图29是表示第4实施方式中应用的多个编码用基底的例子的图。
图30是表示第5实施方式的数据嵌入装置的典型硬件构成的框图。
图31是表示所述数据嵌入装置的典型功能构成的框图。
图32是表示在所述第5实施方式中由原图像取得单元取得的原图像的例子的图。
图33是表示在所述第5实施方式中应该由图像变形单元进行变形的原图像的范围的例子的图。
图34是表示通过使图33所示的范围的原图像的部分变形而生成的变形图像的例子的图。
图35是表示在所述第5实施方式中由图像取得单元取得的图像和该图像上的检测范围的例子的图。
图36是表示第6实施方式中的权重矢量生成部的权重矢量生成的例子的图。
图37是表示所述第6实施方式中的数据抽取部的变换矢量的量化的例子的图。
具体实施方式
以下参照附图说明实施方式。
＜第1实施方式＞
图1是表示第1实施方式的数据嵌入装置10的典型硬件构成的框图。数据嵌入装置10使用个人计算机(PC)11来实现。PC11具备CPU12、存储装置13、输入输出控制器14及系统总线15。CPU12、存储装置13及输入输出控制器14通过系统总线15相互连接。
CPU12输入要嵌入到图像或印刷物这样的对象的数据De，执行用于生成嵌入了该输入的数据De的对象的信息处理。存储装置13具备软件区域13a及作业数据区域13b。软件区域13a用于存放所述信息处理用的数据嵌入软件。作业数据区域13b用于存放所述信息处理用的作业数据。
输入输出控制器14与输入输出设备、例如显示器16、键盘17及打印机18连接。输入输出控制器14与这些显示器16、键盘17及打印机18之间输入输出数据。
图2是表示数据嵌入装置10的功能构成的框图。该功能构成通过由图1所示的PC11的CPU12执行所述数据嵌入软件而实现。数据嵌入装置10具备数据取得单元21、权重矢量生成部22、位移计算部23、图形生成部24及图形输出单元25。在第1实施方式中，数据取得单元21、权重矢量生成部22、位移计算部23、图形生成部24及图形输出单元25由软件模块构成。但是，也可以将这些软件模块的一部分或全部置换为硬件模块。
数据取得单元21经由图1所示的输入输出控制器14取得应该嵌入的数据De。数据De由比特串构成。权重矢量生成部22基于数据De的比特串生成权重矢量w。
位移计算部23通过所述权重矢量w的要素，对用于编码的预先决定的多个基底(以下称为编码用基底)进行加权，计算由加权后的基底之和构成的位移波形Wd。位移波形Wd指的是由位移的系列构成的波形、即位移的波形。
图形生成部24基于位移波形Wd，使预先决定的基准图形Gr在存储装置13的作业数据区域13b内变形。由此，图形生成部24生成基准图形Gr变形后的图形Gd。图形输出单元25输出图形Gd或包含该图形Gd的图像。
接下来说明数据嵌入装置10的动作。首先，数据取得单元21作为用于输入应该嵌入到对象(第1对象)的数据(第1数据)De的用户接口起作用。在第1实施方式中，嵌入了数据De的对象由基准图形Gr构成，该基准图形Gr包含线段。
在第1实施方式中，通过数据取得单元21显示在显示器16上的数据，使用键盘17通过用户的操作进行编辑。数据取得单元21将该编辑后的数据作为数据De，经由输入输出控制器14输入(即取得)。
权重矢量生成部22基于数据De的比特串(第1比特串)，如下那样生成与该比特串对应的权重矢量w。权重矢量生成部22对于构成数据De的各个比特，例如该比特为0时生成权重－1，该比特为1时生成权重+1。权重矢量生成部22生成由该权重的阵列构成的权重矢量w。即，权重矢量生成部22将数据De的比特串变换为权重矢量w。
权重矢量w的长度与数据De的比特串的长度相等。将该长度标记为n，将数据De的比特串标记为b1，...，bn，将表示矩阵及矢量的转置的记号标记为T，将权重矢量标记为w＝(w1，...，wn)T。这种情况下，权重矢量w的第i个(i＝1、...、n)要素wi如下式那样表示。
【数式1】
图3表示由权重矢量生成部22生成权重矢量的例子。在图3的例子中，数据De的比特串为“01001101”，其长度(即数据De的比特数)n为8。权重矢量生成部22基于该比特串“01001101”，如图3中以箭头30所示，生成权重矢量w＝(－1，+1，－1，－1，+1，+1，－1，－1，+1)。
位移计算部23通过权重矢量w的要素wi对所述多个编码用基底进行加权，计算由加权后的基底之和构成的位移波形Wd(更详细地说，表示位移波形Wd的矢量)。所述编码用基底的个数与所述权重矢量的长度(即数据De的比特数)n相等。所述编码用基底作为长度m的矢量表现。m为n以上的整数。
将第i个(i＝1、...、n)所述编码用基底标记为ξi＝(ξi，1，...，ξi，m)T，将沿着横方向排列所述编码用基底而构成的矩阵标记为Ξ＝(ξ1，...，ξn)。此外，位移波形Wd也作为长度m的矢量表现。将表示位移波形Wd的矢量(以下称为位移矢量)标记为d＝(d1，...，dm)T。使用这些记号时，表示由位移计算部23计算的位移波形Wd的位移矢量d如下式那样表示。
【数式2】
图4表示在第1实施方式中应用的编码用基底ξi(i＝1，...，n)的例子。在该例中，n＝8。在图4中，纸面的横方向的轴表示的是表示编码用基底ξi的矢量的要素的编号，纵方向的轴表示的是该要素的值。图4所示的编码用基底ξ1及ξ2分别是波数为16的余弦函数及波数为16的正弦函数。图4所示的编码用基底ξ3及ξ4分别是波数为17的余弦函数及波数为17的正弦函数。图4所示的编码用基底ξ5及ξ6分别是波数为18的余弦函数及波数为18的正弦函数。图4所示的编码用基底ξ7及ξ8分别是波数为19的余弦函数及波数为19的正弦函数。
图5表示由位移计算部23计算的位移波形Wd的例子。在图5中，纸面的横方向的轴表示的是表示位移波形Wd的位移矢量d的要素的编号j(j＝1、...、m)，纵方向的轴表示的是该要素的值(即位移)。
另外，作为所述编码用基底，如果是线性独立，则可以使用任何矢量。即，只要不脱离该限制，可以使用由正弦函数、余弦函数、以及以它们的线性和来表示的矢量等任何编码用基底。
图形生成部24基于由位移波形Wd表示的位移使基准图形Gr变形。由此，图形生成部24生成基准图形Gr变形后的图形Gd。
以下参照图6说明由图形生成部24生成图形的详细情况。图6是用于说明图形生成部24的典型的图形生成的图。在第1实施方式中，基准图形Gr如图6所示由纸面的横方向的线段(第1线段)构成。图6中还示出了包含基准图形Gr的一部分的矩形区域61的放大图。基准图形Gr以存放在存储装置13的作业数据区域13b的状态被处理。
图形生成部24与表示位移波形Wd的位移矢量d的m个要素分别对应地在所述线段(即基准图形Gr)上以等间隔配置m个基准点。这些基准点(更详细地说，矩形区域61内的基准点)在图6中以黑点示出。在图6中，作为这些m个基准点中的1个，示出了第j个基准点62。
图形生成部24对于所述m个基准点的每一个，取得从该基准点偏移了与表示位移波形Wd的位移矢量d的要素的值对应的位移之后的点。以图6所示的第j个基准点62为例，图形生成部24取得在穿过该基准点62的所述线段(基准图形Gr)的法线63的方向上偏移了与位移矢量d的要素dj的值对应的位移64之后的点。
图形生成部24在存储装置13的作业数据区域13b内，作为图形Gd生成将取得的m个点的串连结而成的多边形(或通过多边形近似的曲线)。这样，图形生成部24基于表示位移波形Wd的位移矢量d，以与该位移波形Wd所示的位移对应的方式使基准图形Gr(第1线段)变形，从而生成图形Gd(变形线段)。即，图形生成部24作为对象生成部起作用，通过与基准图形Gr相应地伸缩位移波形Wd的长度，生成由该基准图形Gr变形后的图形Gd构成的对象(第2对象)。
图7表示由图形生成部24生成的图形Gd的例子。该图形Gd相对于基准图形Gr的变形程度与数据De的比特串的内容对应。因此，图7所示的图形Gd可以说是嵌入了数据De的对象(第2对象)。
图形输出单元25输出由图形生成部24在存储装置13的作业数据区域13b内生成的图形Gd(第2对象)。在此，图形输出单元25将图形Gd经由输入输出控制器14输出到打印机18。这样，打印机18将由图形输出单元25输出的图形Gd例如印刷到纸面上。但是，为了进行后续的信息处理，图形输出单元25也可以将图形Gd经由输入输出控制器14输出到外部的存储装置。此外，图形Gd也可以在数据嵌入装置10内供后续的信息处理使用。
另外，图形输出单元25也可以不输出图形Gd单体，而是输出包含该图形Gd在内的、例如表单图像这样的图像。这样的图像例如通过由图形输出单元25是将图形Gd和其他任意的框线、图形及字符在作业数据区域13b内合成而生成的。但是，该图像也可以由数据嵌入装置10内或数据嵌入装置10外的其他装置(例如图像生成部)生成。
图8表示包含图7所示的图形Gd的表单图像80的例子。从图8的例子可知，基准图形Gr与表单的最上段的框线对应。因此，表单图像80的生成与如下的处理等价：图形生成部24将原表单(即基准的表单)的最上段的框线(即规定部分的线段)作为基准图形Gr(第1对象)使用，以使该基准图形Gr与数据De的各比特对应的方式变形为图形Gd，生成该图形Gd(第2对象)。
在图8所示的表单图像80的例子中，为了便于说明，将表示图形Gd(即图6所示的基准图形Gr的变形)的形状的波形的振幅较大地图示，以容易辨认该波形。但实际上，图形Gd的波形的振幅被抑制为对后述的数据抽取装置90的数据抽取没有影响的程度。而且，图形Gd不是与原表单重叠的图形，而是该原表单的一部分框线(基准图形Gr)变形后的图形。因此，表单图像80不会过大地脱离原表单的设计，不会使用户感到违和感。因此，根据第1实施方式，能够实现防止嵌入了数据的部位被视觉辨认出来、隐秘性优良、并且不损害表单的美观的数据嵌入。
图9是表示第1实施方式的数据抽取装置90的典型硬件构成的框图。第1实施方式中的数据抽取装置90使用PC91实现。PC91具备CPU92、存储装置93、输入输出控制器94及系统总线95。CPU92、存储装置93及输入输出控制器94通过系统总线95相互连接。
CPU92进行如下的信息处理：输入由数据嵌入装置10嵌入了数据De的图像，从该输入的图像抽取与该数据De对应的数据Dd。存储装置93具备软件区域93a及作业数据区域93b。软件区域93a用于存放所述信息处理用的数据抽取软件。作业数据区域93b用于存放所述信息处理用的作业数据。
输入输出控制器94与摄像设备、例如摄像机96连接。摄像机96用于取得由数据嵌入装置10嵌入了数据De的对象(例如印刷物)的图像。输入输出控制器94输入由摄像机96取得的图像。输入输出控制器94还将抽取的数据经由串行输出接口这样的输出接口97输出到数据抽取装置90的外部。
图10是表示数据抽取装置90的典型功能构成的框图。该功能构成通过由图9所示的PC91的CPU92执行所述数据抽取软件而实现。数据抽取装置90具备图像取得单元101、匹配单元102、残差计算部103、内积矢量计算部104、数据抽取部105及数据输出单元106。在第1实施方式中，图像取得单元101、匹配单元102、残差计算部103、内积矢量计算部104、数据抽取部105及数据输出单元106由软件模块构成。但是，也可以将这些软件模块的一部分或全部置换为硬件模块。
图像取得单元101经由图9所示的输入输出控制器94，取得包含嵌入了数据Dd的对象(第2对象)的图像Iin。匹配单元102将基准图形匹配到图像Iin。残差计算部103计算残差矢量r，该残差矢量r由匹配单元102匹配的残差的阵列构成。关于匹配的残差留待后述。
内积矢量计算部104计算用于解码的预先决定的多个基底(以下称为解码用基底)的每一个和残差矢量r的内积。内积矢量计算部104取得由计算出的内积的阵列构成的内积矢量p。
数据抽取部105通过对与内积矢量p对应的变换矢量t进行量化，抽取与数据(第1数据)De对应的数据(第2数据)Dd。关于内积矢量p和变换矢量t的关系留待后述。数据输出单元106将所述抽取的数据Dd输出到存储装置93或外部的装置。
接下来说明数据抽取装置90的动作。首先，由摄像机96从印刷物取得例如图8所示的表单图像80。在从该印刷物取得的表单图像80(更详细地说，由表单图像80中包含的图形Gd构成的对象)中，由数据嵌入装置10嵌入了数据De。由摄像机96取得的表单图像80，通过数据抽取装置90的输入输出控制器94被输入到该数据抽取装置90内。
图像取得单元101作为图像Iin取得由输入输出控制器94输入的表单图像80。即，图像取得单元101从摄像机96取得嵌入了数据De的表单图像80作为图像Iin。在此，在第1实施方式中的以下的说明中，将所述取得的图像Iin标记为图像Iin_80。图像取得单元101将取得的图像Iin_80的数据存放到图1所示的存储装置93的作业数据区域93b。另外，图像取得单元101也可以从摄像机96以外的摄像装置、例如扫描仪取得图像Iin_80。此外，图像取得单元101并不是必须从摄像装置取得图像Iin_80。图像取得单元101例如也可以经由传真接收机或者应用了超文本传输协议(HTTP)的网络取得图像Iin_80。即，只要能够取得包含嵌入了数据De的对象(第2对象)的图像Iin_80即可，图像取得单元101可以使用任何方法。
匹配单元102对由图像取得单元101取得的图像Iin_80匹配基准图形。以下参照图11至图13详细说明由匹配单元102进行的基准图形的匹配的详细情况。
图11表示在第1实施方式中由图像取得单元101取得的图像Iin_80的例子。图11所示的图像Iin_80与图8所示的表单图像80对应，所以包含图形Gd。匹配单元102例如通过周知的Hough变换，从图11所示的图像Iin_80上的检测区域111检测直线121(参照图12)。该检测区域111是在由数据嵌入装置10嵌入了数据De的图形Gd可能被印刷的部位中设定的、例如矩形区域。即，检测区域111所设定的部位与图形Gd的生成中使用的基准图形Gr的位置对应。检测区域111以该检测区域111(即矩形区域)所具有的4个角(即顶点)在图像Iin_80中的坐标的组的形式，由作业者或开发者预先决定。
图12表示由匹配单元102从图像Iin_80检测到的直线121的例子，图13是用于说明基于该直线121进行的典型的线段匹配的图。当匹配单元102检测到图12所示的直线121时，根据该直线121如下那样匹配图13所示的线段132。
首先，在第1实施方式中，为了进行线段132的匹配，预先决定图13所示的坐标范围131。如图13所示，匹配单元102从直线121匹配坐标范围131内的线段132。该坐标范围131以由数据嵌入装置10嵌入了数据De的图形Gd的左端及右端可能存在的坐标的对的形式，由作业者或开发者预先设定。
在图像Iin_80与图8所示的表单图像80对应的第1实施方式中，线段132与基准图形Gr对应。在此，匹配单元102将线段132作为基准图形使用，将该线段132匹配到图像Iin_80(更详细地说，图像Iin_80内的图形Gd)。即，匹配单元102将线段132设定在从直线121匹配出的位置。因此，将线段132匹配到图像Iin_80，与从直线121(即从图像Iin_80通过Hough变换检测到的直线121)匹配出线段132是等价的。图13还示出了线段132被匹配到图像Iin_80的状态。
残差计算部103计算由匹配单元102匹配的残差的阵列构成的残差矢量r。匹配的残差指的是，从作为基准图形使用的线段(第1线段)132起的、图像Iin_80内的图形Gd(变形线段)的位移。以下详细说明该残差计算部103进行的残差矢量r的计算。
残差计算部103在由匹配单元102匹配到图像Iin_80内的图形Gd的线段132(即基准图形)上以等间隔配置m个基准点(即j＝1、...、m的基准点)。这m个基准点的配置与图形生成部24配置的m个基准点(参照图6)是同样的。
图14是用于说明由残差计算部103进行的典型的残差计算的图。在图14中还示出了包含图像Iin_80的一部分的矩形区域141的放大图。被匹配到图像Iin_80的线段132上的第j个基准点是图14所示的基准点142。
残差计算部103在基准点142处的线段132的法线143上检测图像Iin_80(更详细地说，图像Iin_80内的图形Gd)的边缘144。然后，残差计算部103计算检测到的边缘144相对于基准点142(即第j个基准点)的位移145，作为该基准点142的位移rj，并取得该位移rj作为第j个残差。
残差计算部103对于j＝1、...、m的全部基准点执行上述那样的残差的取得。残差计算部103将这样取得的j＝1、...、m的基准点的位移rj按照j的顺序排列，从而生成残差矢量r＝(r1，...，rm)T。残差计算部103将该残差矢量r存放到存储装置93的作业数据区域93b。
内积矢量计算部104计算预先决定的多个解码用基底的每一个与残差矢量r的内积。内积矢量计算部104取得由该内积的阵列构成的内积矢量p。即，内积矢量计算部104计算由所述多个解码用基底的每一个与残差矢量r的内积的阵列构成的内积矢量p。
将所述解码用基底标记为ζ1、...、ζn，将所述内积矢量标记为p＝(p1，...，pn)T时，该内积矢量p的要素pi(i＝1、...、n)如下式那样表达。
pi＝ζi Tr
此外，将沿着横方向排列解码用基底ζ1、...、ζn而构成的矩阵标记为Z＝(ζ1，...，ζn)时，还可以将内积矢量p如下式那样表达。
p＝ZTr
图15表示由内积矢量计算部104进行的内积矢量p的计算的典型情况。在第1实施方式中，内积矢量计算部104将与由数据嵌入装置10的位移计算部23使用的编码用基底ξ1、...、ξn相同的基底的组作为解码用基底ζ1、...、ζn使用。即，由内积矢量计算部104使用的第i个(i＝1、...、n)的解码用基底ζi与编码用基底ξi相等。在图15的例子中，n＝8，内积矢量p为p＝(－100，+100，－100，－100，+100，+100，－100，+100)。
数据抽取部105对与由内积矢量计算部104计算的内积矢量p对应的变换矢量t进行量化。该变换矢量t是通过对内积矢量p实施规定的变换而生成的。在第1实施方式中，在该变换中使用恒等映射。因此，变换矢量t与内积矢量p相等。即，t＝p。因此，在图15所示的内积矢量p的例子中，变换矢量t成为t＝p＝(－100，+100，－100，－100，+100，+100，－100，+100)。
数据抽取部105通过对变换矢量t进行量化而抽取数据。在第1实施方式中，数据抽取部105将变换矢量t如下那样进行量化。首先，数据抽取部105调查变换矢量t的第i个(i＝1、...、n)要素ti的正负。如果要素ti为负，数据抽取部105将与该要素ti对应的比特决定为0。否则，数据抽取部105将与要素ti对应的比特决定为1。
数据抽取部105对于i＝1、...、n的全部要素ti执行上述量化。由此，数据抽取部105抽取与嵌入到图像Iin_80的数据De对应的数据Dd。即，数据抽取部105从图像Iin_80将数据Dd解码。
将抽取的数据Dd的比特串标记为b’1、...、b’n时，比特b’i(i＝1、...、n)如下式那样表达。
【数式3】
图16是表示由数据抽取部105进行的变换矢量t的量化的例子的图。在图16的例子中，变换矢量t为t＝(－100，+100，－100，－100，+100，+100，－100，+100)。数据抽取部105将该变换矢量t＝(－100，+100，－100，－100，+100，+100，－100，+100)的要素，根据所述数式，如图16中箭头160所示那样进行量化。由此，数据抽取部105抽取数据Dd＝(0，1，0，0，1，1，0，1)。该数据Dd与数据De(即，嵌入到图像Iin_80的数据De)一致。
数据输出单元106将由数据抽取部105抽取的数据De输出到外部装置或存储装置93。即，数据输出单元106可以将数据De经由输入输出控制器94及输出接口97发送到外部装置。此外，数据输出单元106也可以将数据De存放到存储装置93的作业数据区域93b以供后续的信息处理使用。
＜第2实施方式＞
接下来说明第2实施方式。第2实施方式的特征在于，应用的基准图形不是线段(第1线段)而是由包含该线段(第1线段)的4个线段构成的长方形(矩形)这一点、以及应用的编码用基底与所述第1实施方式不同这一点。根据该不同点，在第2实施方式中应用的数据嵌入软件及数据抽取软件也与所述第1实施方式中应用的数据嵌入软件及数据抽取软件的部分功能不同。具体地说，在第2实施方式中应用的图形生成部、匹配单元及残差计算部各自的功能与所述第1实施方式中应用的图形生成部、匹配单元及残差计算部各自的功能不同。但是，除去这些不同点，在第2实施方式中应用的数据嵌入装置及数据抽取装置与所述第1实施方式中应用的数据嵌入装置及数据抽取装置是等价的。在此，为方便起见，参照图1、图2、图9及图10说明第2实施方式。
首先，说明第2实施方式中的数据嵌入装置10的动作。在第2实施方式中，数据嵌入装置10内的数据取得单元21、权重矢量生成部22及位移计算部23的动作与所述第1实施方式同样。但是，位移计算部23作为编码用基底ξ1、ξ2、ξ3、ξ4、ξ5、ξ6、ξ7及ξ8，分别使用波数为16、18、20、22、24、26及30的余弦函数。图17表示第2实施方式中应用的编码用基底ξ1、ξ2、ξ3、ξ4、ξ5、ξ6、ξ7及ξ8的例子。
在此，位移计算部23使用基于数据De的比特串生成的权重矢量w和图17所示的编码用基底ξ1、...、ξ8计算前述的位移波形Wd。图形生成部24基于由位移波形Wd示出的位移使基准图形Gr变形，从而生成该基准图形Gr变形后的图形Gd(即，由嵌入了数据De的图形Gd构成的对象)。
以下参照图18详细说明图形生成部24的图形生成。图18是用于说明第2实施方式中应用的图形生成部24的典型的图形生成的图。第2实施方式中使用的基准图形Gr是在图18中用虚线示出的长方形。在图18中，还示出了包含基准图形Gr的一部分的矩形区域181的放大图。
图形生成部24与表示位移波形Wd的位移矢量d的m个要素分别对应，在所述长方形(即，基准图形Gr)上以等间隔配置m个基准点。这些m个基准点例如以所述长方形的左上角为起点沿顺时针配置。这些基准点(更详细地说，矩形区域181内的基准点)在图18中用黑点示出。在图18中，作为所述m个基准点之一，示出了第j个基准点182。
图形生成部24对于所述m个基准点的每一个，取得从该基准点偏移了与表示位移波形Wd的位移矢量d的要素的值对应的位移后的点。在第2实施方式中，如果所述位移为正，则从所述基准点偏移的点是所述长方形的外侧的点。所述长方形的外侧的点指的是，配置有对应的基准点的所述长方形上的边如果是上边，则是从所述基准点向上方向偏移的点，如果是右边，则是向右方向偏移的点，如果是下边，则是向下方向偏移的点，如果是左边，则是向左方向偏移的点。同样，如果所述位移不为正，则从所述基准点偏移的点是所述长方形的内侧的点。以图18所示的第j个基准点182为例，图形生成部24取得沿着穿过该基准点182的所述长方形(基准图形Gr)的边(在此为右边)的法线183的方向偏移了与位移矢量d的要素dj的值对应的位移184后的点。
图形生成部24生成将取得的m个点的串连结的多边形来作为图形Gd。生成的多边形也可以看做是闭合曲线。
如上述那样，图形生成部24基于表示位移波形Wd的位移矢量d，以与该位移波形Wd所示的位移对应的方式使所述长方形(基准图形Gr)变形，从而生成图形Gd。图19表示在第2实施方式中由图形生成部24生成的图形Gd的例子。该图形Gd相对于基准图形Gr的变形程度与数据De的比特串的内容对应。因此，由图19所示的图形Gd构成的对象可以说是由嵌入了数据De的图形构成的对象(第2对象)。
在第2实施方式中，图形输出单元25将包含由图形生成部24生成的图形Gd(由图形Gd构成的对象)的表单图像经由输入输出控制器14输出到打印机18。图20表示包含图19所示的图形Gd的表单图像200的例子。在第2实施方式中，图20所示的表单图像200是通过由图形输出单元25将图形Gd(第2对象)和其他任意的框线、图形及字符在存储装置13的作业数据区域13b内合成而生成的。表单图像200也可以由数据嵌入装置10内或数据嵌入装置10外的其他装置(例如图像生成部)生成。
接下来，说明第2实施方式中的数据抽取装置90的动作。首先，图20所示的表单图像(即，包含图形Gd的表单图像)200由图像取得单元101作为图像Iin取得。在此，在第2实施方式的以下的说明中，将所述取得的图像Iin标记为图像Iin_200。
匹配单元102对图像Iin_200匹配基准图形。在第2实施方式中，作为基准图形应用长方形。匹配单元102为了向表单图像200匹配所述长方形(即基准图形)，从该表单图像200检测该长方形。以下参照图21及图22详细说明由该匹配单元102进行的基准图形的匹配。
图21表示在第2实施方式中由图像取得单元101取得的图像Iin_200和为了从该图像Iin_200检测所述长方形而使用的4个检测区域211、212、213及214的例子。检测区域211、212、213及214是所述长方形(即，在图形Gd的生成中使用的基准图形Gr)的各个上边、下边、左边及右边可能存在的例如矩形区域。检测区域211至214的每一个，以该检测区域(即矩形区域)所具有的4个角在表单图像200中的坐标的组的形式，由作业者或开发者预先决定。
匹配单元10从图21所示的图像Iin_200上的检测区域211至214，例如通过Hough变换检测与所述4个边对应的直线(线段)。图22表示由匹配单元102检测出的4个直线221、222、223及224的例子。在图22中，还示出了直线221及223的交点225、直线222及223的交点226、直线221及224的交点227、直线222及224的交点228。
匹配单元10基于检测到的4个直线221至224，计算与所述4个边中的相邻的边对应的直线彼此的交点225至228的坐标。计算出的交点225至228的坐标表示所述长方形的4个角的坐标。匹配单元10将由计算出的交点225至228的坐标示出的长方形作为基准图形Gr匹配到图像Iin_200。即，匹配单元102在所述长方形的4个角与交点225至228的坐标一致的位置设定该长方形。因此，将所述长方形(即基准图形Gr)匹配到图像Iin_200，与从图像Iin_200检测4个直线221至224并计算该直线221至224的交点225至228的坐标是等价的。
残差计算部103如下那样计算由匹配单元102匹配的残差的阵列构成的残差矢量r。首先，残差计算部103在由匹配单元102匹配到图像Iin_200的基准图形Gr(即长方形)上以等间隔配置m个基准点(即j＝1、...、m的基准点)。该m个基准点的配置与图形生成部24配置的m个基准点(参照图18)是同样的。
图23是用于说明第2实施方式中的残差计算部103的典型的残差计算的图。在图23中，还示出了包含图像Iin_200的一部分的矩形区域231的放大图。设匹配到图像Iin_200的基准图形Gr(即长方形)上的第j个基准点是图23所示的基准点232。
残差计算部103在基准点232处的长方形的边(在此为右边)的法线233上检测图像Iin_200的边缘234(更详细地说，图像Iin_200内的图形Gd的边缘234)。然后，残差计算部103计算所检测到的边缘234相对于基准点232(即第j个基准点)的位移rj，将该位移rj作为第j个残差取得。所述位移的正负与在第2实施方式中由图形生成部24处理的位移的正负同样，如果边缘234是所述长方形的外侧则为正，如果是内侧则为负。
残差计算部103对于j＝1、...、m的全部基准点，执行上述那样的残差的取得。以后的动作与所述第1实施方式同样。
第2实施方式中应用的基准图形Gr为长方形。但是，作为线段以外的基准图形Gr，不限于长方形，例如也可以是正方形、平行四边形、三角形、五边形、六边形、或星形等任何多边形。将这里举出的某个形状的多边形作为基准图形Gr应用，也能够在该基准图形Gr上以等间隔配置基准点，并对于该基准点的每一个定义该基准点处的法线。因此，图形生成部24通过在第2实施方式中应用的方法使基准图形Gr(即长方形以外的多边形)变形，能够生成由嵌入了数据De的图形Gd构成的对象(第2对象)。同样，残差计算部103通过在第2实施方式中应用的方法，能够计算残差矢量。
＜第3实施方式＞
接下来说明第3实施方式。第3实施方式的特征在于，应用的基准图形不是线段而是椭圆这一点、以及应用的编码用基底与所述第1实施方式不同这一点。由于该不同点，第3实施方式中应用的数据嵌入软件及数据抽取软件也与所述第1实施方式中应用的数据嵌入软件及数据抽取软件的部分功能不同。具体地说，第3实施方式中应用的图形生成部、匹配单元及残差计算部各自的功能与所述第1实施方式中应用的图形生成部、匹配单元及残差计算部各自的功能不同。但是，除去这些不同点，第2实施方式中应用的数据嵌入装置及数据抽取装置与所述第1实施方式中应用的数据嵌入装置及数据抽取装置等价。在此，为方便起见，参照图1、图2、图9及图10说明第3实施方式。
首先，说明第3实施方式中的数据嵌入装置的动作。在第3实施方式中，数据取得单元21、权重矢量生成部22及位移计算部23的动作与所述第1实施方式同样。但是，位移计算部23与第1实施方式不同，应用图17所示的编码用基底ξ1至ξ8。
在此，位移计算部23使用基于数据De的比特串生成的权重矢量w和图17所示的编码用基底ξ1、...、ξ8，计算前述的位移波形Wd。图形生成部24基于由位移波形Wd示出的位移使基准图形Gr变形，从而生成该基准图形Gr变形后的图形Gd(即，由嵌入了数据De的图形Gd构成的对象)。
以下参照图24说明由图形生成部24生成图形的详细情况。图24是用于说明第3实施方式中应用的图形生成部24的典型的图形生成的图。第3实施方式中使用的基准图形Gr是在图24中用虚线示出的椭圆形(第1曲线)。如图24所示，该椭圆形具有与纸面水平的长轴242和与纸面垂直的短轴243。
椭圆上的点的坐标(x，y)通过参数θ如下式那样表示。
(x，y)＝(acosθ，asinθ)
在此，设a及b是预先任意决定的长轴半径及短轴半径。此外，设θ处于0≤θ≤2π的范围内。因此，θ在所述椭圆形的右端、上端、左端及下端分别为0、π/2、π及3π/2。
图形生成部24与表示位移波形Wd的位移矢量d的m个要素分别对应地在所述椭圆形(即基准图形Gr)上以等间隔配置m个基准点。这些m个基准点例如以所述椭圆形上的θ＝0的点(即右端)为起点沿顺时针配置。图24中作为所述m个基准点中的1个，示出了第j个基准点241。
图形生成部24对于所述m个基准点的每一个，取得从该基准点偏移了与表示位移波形Wd的位移矢量d的要素的值对应的位移后的点。在第3实施方式中，从所述基准点偏移的点是将图24所示的所述椭圆形(基准图形Gr)的中心241和该基准点连结的直线上的点。椭圆形的中心241是该椭圆形的长轴242和短轴243的交点。所述直线上的点根据所述位移的正负而不同，例如该位移为正时，是从所述基准点向所述椭圆形的外侧偏移后的点。相对于此，如果所述位移为负，则所述直线上的点是从所述基准点向所述椭圆形的内侧偏移后的点。
关于从所述基准点偏移的点的取得，以图24所示的第j个基准点241为例更具体地进行说明。第j个基准点241处的θ的值由下式决定。
θ＝2πj/m
图形生成部24取得在连结椭圆形的中心244和基准点241的直线245上从基准点241偏移了与位移矢量d的要素dj的值对应的位移246后的点。在图24的例子中，位移246为正。这种情况下，图形生成部24取得在直线245上从基准点241向椭圆形(即基准图形Gr)的外侧偏移了位移246后的点。
图形生成部24生成将取得的m个点的串连结的多边形(闭合曲线)，作为图形Gd(变形曲线)。这样，图形生成部24基于表示位移波形Wd的位移矢量d，与该位移波形Wd所示的位移对应地使所述椭圆形(基准图形Gr)变形，从而生成图形Gd。图25表示在第3实施方式中由图形生成部24生成的图形Gd的例子。该图形Gd相对于基准图形Gr的变形程度与数据De的比特串的内容对应。因此，由图25所示的图形Gd构成的对象可以说是嵌入了数据De的对象(第2对象)。
在第3实施方式中，图形输出单元25将包含由图形生成部24生成的图25所示的图形Gd(由图形Gd构成的对象)的图像，经由输入输出控制器14输出到打印机18。图26表示包含图25所示的图形Gd的图像260的例子。在第3实施方式中，图26所示的图像260是通过由图形输出单元25将由图形Gd构成的对象和其他任意的图形及字符在存储装置13的作业数据区域13b内合成而生成的。但是，图像260也可以由数据嵌入装置10内或数据嵌入装置10外的其他装置(例如图像生成部)生成。
接下来说明第3实施方式中的数据抽取装置90的动作。首先，由图像取得单元101取得图26所示的图像(即包含图形Gd的图像)260，作为图像Iin。在此，在第3实施方式中的以下的说明中，将所述取得的图像Iin标记为图像Iin_260。
匹配单元102向图像Iin_260匹配基准图形。在第3实施方式中，作为基准图形应用椭圆形。匹配单元102为了向图像Iin_260匹配所述椭圆形(即基准图形)，从该图像Iin_260检测该椭圆形。即，匹配单元102基于图像Iin_260，通过Hough变换来推测所述椭圆形的参数(中心坐标、长轴半径、短轴半径、长轴的倾斜)，从而检测所述椭圆形。匹配单元102将由所述推测出的椭圆形的参数表示的椭圆形(即检测出的椭圆形)作为基准图形Gr匹配到图像Iin_260。图27表示将检测出的椭圆形作为基准图形Gr匹配到图像Iin_260的例子。
残差计算部103如下那样计算由匹配单元102匹配的残差的阵列构成的残差矢量r。首先，残差计算部103在由匹配单元102匹配到图像Iin_260的基准图形Gr(即椭圆形)上以等间隔配置m个基准点(即j＝1、...、m的基准点)。该m个基准点的配置与图形生成部24在椭圆形上配置的m个基准点是同样的。
图28是用于说明第3实施方式中的残差计算部103的典型的残差计算的图。图28中，作为所述m个基准点中的1个示出了第j个基准点281。图28还示出了所述椭圆形的长轴282、短轴283及中心284。
残差计算部103对于所述m个基准点的每一个，取得从该基准点偏移了与表示位移波形Wd的位移矢量d的要素的值对应的位移后的点。以图28所示的第j个基准点281为例，图形生成部24在连结椭圆形的中心244和基准点281的直线285上检测图像260_260的边缘286、即图像Iin_260内的图形Gd的边缘286。然后，残差计算部103计算所检测到的边缘286相对于基准点281(即第j个基准点)的位移rj，将该位移rj作为第j个残差取得。所述位移的正负与在第3实施方式中由图形生成部24处理的位移的正负同样，如果边缘286在所述椭圆形的外侧则为正，内侧则为负。
残差计算部103对于j＝1、...、m的全部基准点，执行上述那样的残差的取得。以后的动作与所述第1实施方式同样。
第3实施方式中应用的基准图形Gr是椭圆形。但是，作为线段及多边形以外的基准图形Gr，不限于椭圆形，例如也可以是圆形或蛋形等任意的闭合曲线。将这里举出的某一形状的闭合曲线作为基准图形Gr应用，也能够在该基准图形Gr上以等间隔配置基准点。这些基准点的每一个的位移及残差可以在连结所述闭合曲线的中心和该基准点的直线上定义，也可以在该基准点处的所述闭合曲线的法线方向的直线上定义。
＜第4实施方式＞
接下来说明第4实施方式。第4实施方式的特征在于，应用的编码用基底与所述第1至第3实施方式不同这一点。根据该不同点，第4实施方式中应用的数据抽取部的功能(更详细地说，变换矢量的计算方法)与所述第1至第3实施方式不同。但是，除去这些不同点，第4实施方式中应用的数据嵌入装置及数据抽取装置与例如所述第1实施方式中应用的数据嵌入装置及数据抽取装置等价。在此，为方便起见，参照图1、图2、图9及图10说明第4实施方式。
在第4实施方式中，数据嵌入装置10的位移计算部23，作为编码用基底ξ1、ξ2、ξ3、ξ4、ξ5、ξ6、ξ7及ξ8使用波数不同的锯齿波。图29表示第4实施方式中应用的编码用基底ξ1、ξ2、ξ3、ξ4、ξ5、ξ6、ξ7及ξ8的例子。
在第4实施方式中，数据抽取装置90的内积矢量计算部104将图29所示的编码用基底ξ1至ξ8和同一基底的组作为解码基底ζ1至ζ8使用。这种情况下，第4实施方式中的数据抽取部105的动作与所述第1实施方式相比，就如下点存在区别。
在所述第1实施方式中，数据抽取部105在从内积矢量p向变换矢量t的变换中使用恒等映射。与此相对，在第4实施方式中，数据抽取部105使用将矩阵ZTΞ的逆矩阵(ZTΞ)-1与内积矢量p相乘的线性变换，该ZTΞ配置有编码用基底ξ1、...、ξn(在此，n＝8)和解码用基底ζ1、...、ζm的内积。该矩阵ZTΞ如下式那样表示。
【数式4】
在此，说明使用线性变换的理由。在所述第1至第3实施方式中，位移计算部23作为编码用基底ξ1、...、ξn使用波数或函数种类(正弦函数还是余弦函数的种类)的某一个不同的正弦波的组合。因此，编码用基底ξ1、...、ξn相互正交。因此，内积矢量计算部104通过使用与编码用基底相同组合的解码用基底，所述矩阵ZTΞ成为下式。
ZTΞ＝ΞTΞ＝diag(∥ξ1∥2，...，∥ξn∥2)
在此，diag(∥ξ1∥2，...，∥ξn∥2)是在对角要素具备∥ξ1∥2，...，∥ξn∥2的矩阵。
在此，内积矢量计算部104对于i＝1、...、n，使得如下的比例关系成立。
p＝ZTΞ＝ΞTΞw＝diag(∥ξ1∥2，...，∥ξn∥2)w
即，pi＝∥ξi∥2wi
通过该比例关系，内积矢量p的要素pi的符号由权重矢量w的要素wi的符号决定。而且，第1至第3实施方式中，通过权重矢量w的要素wi的符号对数据进行编码。因此，数据抽取装置90内的数据抽取部105仅通过调查内积矢量p(＝变换矢量t)的要素pi(＝ti)的符号，就能够抽取编码后的数据所对应的比特bi。
但是，第4实施方式中应用的编码用基底包含不正交的基底。因此，在权重矢量w的要素wi和内积矢量p的要素pi之间，前述那样的比例关系不成立。
因此，在第4实施方式中，数据抽取部105在内积矢量p的变换中使用如下那样的线性变换。即，数据抽取部105将所述矩阵ZTΞ的逆矩阵(ZTΞ)-1与内积矢量p相乘。该线性变换(ZTΞ)-1p的结果如下式那样表示。
(ZTΞ)-1p＝(ZTΞ)-1ZTΞw＝w
因此，(ZTΞ)-1p与权重矢量w一致。因此数据抽取部105能够从(ZTΞ)-1p容易地抽取数据。
在第4实施方式中，作为编码用基底使用图29所示的锯齿波。但是，作为编码用基底的组合，只要是相互线性独立的基底的组合，可以使用任何基底的组合。此外，解码用基底的组合，只要是使所述矩阵ZTΞ规则的组合，可以使用任何组合。作为线性独立的基底的组合的例子，除了所述第1实施方式中使用的波数不同的正弦函数和余弦函数的组合(参照图4)、所述第2实施方式中使用的波数不同的余弦函数的组合(参照图17)之外，还可以举出正弦函数和余弦函数的线性结合的组合。此外，作为使所述矩阵ZTΞ(即配置有编码用基底和解码用基底的内积的矩阵ZTΞ)规则的解码用基底的组合，例如可以举出与编码用基底相同的组合。作为编码用基底和解码用基底的组合，只要是符合上述条件的组合，可以使用任何组合。
＜第5实施方式＞
接下来说明第5实施方式。第5实施方式的特征在于，嵌入数据De的对象不是图形(基准图形Gr)而是使用图像(原图像Iorg)这一点。
图30是表示第5实施方式的数据嵌入装置300的典型硬件构成的框图。另外，在图30中，对于与图1所示的数据嵌入装置10的硬件构成等价的要素赋予同一参照编号。图30所示的数据嵌入装置300与例如第1实施方式(第1至第4实施方式)中应用的数据嵌入装置10(参照图1)同样，使用个人计算机(PC)11来实现。但是，在第5实施方式中，PC11的存储装置13的软件区域13a所存放的数据嵌入软件的功能与第1实施方式一部分不同。
另一方面，第5实施方式中应用的数据抽取装置与例如所述第1实施方式相比，除了数据抽取软件的部分功能(更详细地说，残差计算部103的功能)之外基本等价。在此，关于数据抽取装置，为方便起见参照图9及图10。
图30所示的数据嵌入装置300的输入输出控制器14除了显示器16、键盘17及打印机18之外，还与扫描仪301连接。扫描仪301用于从例如印刷物取得作为所述原图像Iorg使用的图像。另外，输入输出控制器14也可以与扫描仪301以外的摄像装置、例如摄像机连接。
图31是表示数据嵌入装置300的典型功能构成的框图。在图31中，对于与图2所示的数据嵌入装置10的功能构成等价的要素赋予同一参照编号。数据嵌入装置300的功能构成通过由图30所示的PC11的CPU12执行所述数据嵌入软件而实现。数据嵌入装置300与数据嵌入装置10同样，具备数据取得单元21、权重矢量生成部22及位移计算部23。数据嵌入装置300代替数据嵌入装置10具有的图形生成部24及图形输出单元25，而还具备原图像取得单元311、图像变形单元312及图像输出单元313。在第5实施方式中，数据取得单元21、权重矢量生成部22、位移计算部23、原图像取得单元311、图像变形单元312及图像输出单元313由软件模块构成。但是，也可以将这些软件模块的一部分或全部置换为硬件模块。
原图像取得单元311取得作为嵌入了数据De(即，由数据取得单元21取得的数据De)的对象(第1对象)使用的原图像Iorg。图像变形单元312基于位移波形Wd(即，由位移计算部23计算的位移波形Wd)使原图像Iorg变形，从而生成该原图像Iorg变形后的图像Id(第2对象)。以下将图像Id称为变形图像Id。图像输出单元313将该变形图像Id作为嵌入了数据De的图像输出。
接下来说明第5实施方式中的数据嵌入装置300的动作。该数据嵌入装置300内的数据取得单元21、权重矢量生成部22及位移计算部23的动作与所述第1实施方式中的数据嵌入装置10内的相应部件同样。
在此，数据嵌入装置300的位移计算部23使用基于数据De的比特串生成的权重矢量w和图17所示的编码用基底ξ1、...、ξ8，计算前述的位移波形Wd。另一方面，扫描仪301从印刷有原图像Iorg的印刷物取得该原图像Iorg。数据嵌入装置300的输入输出控制器14将由该扫描仪301取得的原图像Iorg输入到该数据嵌入装置300内。原图像取得单元311取得被输入到数据嵌入装置300内的原图像Iorg，并存放到存储装置13的作业数据区域13b。图32表示该原图像Iorg的例子。原图像Iorg具有横方向的线段321至325。在图32的例子中，原图像Iorg是表单图像，横方向的线段321至325均是横框线。此外，原图像Iorg还具有字符串。线段321与第1实施方式中的基准图形Gr(第1线段)对应。
数据嵌入装置300的图像变形单元312基于由位移波形Wd示出的位移使原图像Iorg的至少一部分变形，从而生成该原图像Iorg变形后的图像Id(即，嵌入了数据De的变形图像Id)。
以下说明图像变形单元312的图像变形的详细情况。图33表示应该由图像变形单元312变形的原图像Iorg的范围的例子。在图33的例子中，所述范围是由预先决定的横方向的坐标(x坐标)x1及x2(x2＞x1)规定的。即，横方向的坐标x落入坐标x1及x2的范围内的原图像Iorg的部分是应该变形的原图像Iorg的范围。
在此，原图像Iorg的横方向的像素数(横向宽度)为1000，横方向的坐标x由原图像Iorg中的像素位置示出。此外，原图像Iorg的左上的角是原点，其坐标x为0。此外，坐标x1及x2例如分别是100及900。
这种情况下，图像变形单元312基于表示位移波形Wd的位移矢量d的要素的值，使横方向的坐标x落入坐标x1＝100及坐标x2＝900的范围内(x1≤x≤x2)的原图像Iorg(即作业数据区域13b内的原图像Iorg)的部分变形。该应该被变形的原图像Iorg的部分包含横方向的线段321至325当中的、该线段321至325上的横方向的坐标x落入坐标x1＝100及坐标x2＝900的范围内(x1≤x≤x2)的部分。该原图像Iorg的变形如下那样进行。
首先，图像变形单元312对于原图像Iorg上的坐标x(x1≤x≤x2)的每个值，根据下式计算索引j。
【数式5】
在此，floor()中的“floor”表示将括弧内的值的小数点以下舍去。
接下来，图像变形单元312对于所述坐标x的每个值，使作业数据区域13b内的原图像Iorg的对应部分(即坐标x的像素列)沿着纵方向(图33的上或下方向)偏移位移矢量d的第j个要素dj的值(即位移dj)。所述第j个要素dj由计算出的索引j示出。另外，位移dj由像素数示出。
在第5实施方式中，在坐标x中，如果位移dj为正，则图像变形单元312在原图像Iorg上使坐标x的像素列整体向例如下侧偏移dj像素。相对于此，在坐标x中，如果位移dj为负，则图像变形单元312在原图像Iorg上使坐标x的像素列整体向上侧偏移dj像素。图像变形单元312将与坐标x的每个值对应的像素列整体变形了位移dj后的原图像Iorg复制成作业数据区域13b的其他区域内的变形图像Id。这样，图像变形单元312作为对象生成部起作用，基于由位移波形Wd示出的位移，生成图32所示的原图像Iorg(第1对象)变形后的变形图像Id(第2对象)。
图34表示通过使图33所示的范围的原图像Iorg的部分变形而生成的变形图像Id的例子。变形图像Id包含有变形的线段(以下称为变形线段)341至345。该变形线段341至345与原图像Iorg的线段(框线)321至325(参照图32)对应。变形线段341还与第1实施方式中的图形Gd对应。另外，在第5实施方式中，坐标x落入所述范围内(x1≤x≤x2)的原图像Iorg的部分被变形。因此，落入该范围内的字符串也被变形。但是，在图34中，由于作图的原因，字符串被变形的状态并没有表现出来。
变形图像Id内的变形线段341至345相对于原图像Iorg内的线段321至325的变形程度与数据De的比特串的内容对应。即，变形图像Id可以说是嵌入了数据De的图像。
图像输出单元313输出由图像变形单元312在存储装置13的作业数据区域13b内生成的变形图像Id(由变形图像Id构成的第2对象)。在此，图像输出单元313将变形图像Id经由输入输出控制器14输出到打印机18。这种情况下，打印机18将由图像输出单元313输出的变形图像Id印刷到例如纸面。但是，为了进行后续的信息处理，图像输出单元313也可以将变形图像Id经由输入输出控制器14输出到外部的存储装置。此外，变形图像Id也可以在数据嵌入装置10内供后续的信息处理使用。
接下来，说明第5实施方式中的数据抽取装置90的动作。首先，图34所示的图像Id由图像取得单元101作为图像Iin取得。
匹配单元102向图像Iin匹配基准图形。在第5实施方式中，作为基准图形应用线段。匹配单元102为了向图像Iin匹配所述线段(即基准图形)，从该图像Iin检测1条以上的线段。以下对从图像Iin检测线段进行说明。
图35表示图像Iin和该图像Iin上的检测范围的例子。该检测范围是为了从图像Iin检测1条以上的线段而被设定于该图像Iin上的。在图35的例子中，将图像Iin上的横方向的坐标设为x时，该检测范围是坐标x落入坐标x1及x2之间的图像Iin上的部分(即x1≤x≤x2的范围)。该检测范围与前述的应该被变形的原图像Iorg的范围一致。
匹配单元102通过Hough变换，从图35所示的图像Iin的所述检测范围1≤x≤x2检测长度为阈值lTH以上的直线(线段)。阈值lTH通过下式表示。
lTH＝c(x2－x1)
在此，c是预先任意决定的常数，例如0.9。此外，将检测出的线段的条数设为nL。进而，将检测出的nL条线段设为l1、...、lnL，将第k条线段设为lk。在图35的图像Iin的例子中，从图32的原图像Iorg的例子可知nL为5。即，检测到与图32所示的线段321至325对应的5条线段。匹配单元102将检测到的5条线段分别作为基准图形Gr匹配到图像Iin。
残差计算部103计算由匹配单元102匹配的残差的阵列构成的残差矢量r。以下详细说明该残差计算部103的残差矢量r的计算。
首先，残差计算部103对于残差矢量r的各要素rj(j＝1、...、m)，根据下式计算坐标xj。
【数式6】
接下来，残差计算部103对于检测到的nL条线段lk(k＝1、...、nL)的每一个，计算坐标xj的匹配的残差rk,j。残差计算部103对于nL条线段lk的全部计算坐标xj的匹配的残差rk,j后，根据下式计算这些残差rk,j的平均值rj。
【数式7】
残差计算部103将计算出的平均值rj作为残差矢量r的第j个要素存放到存储装置13的作业数据区域13b。残差计算部103对于j＝1、...、m的每一个执行上述的残差rk,j的计算和平均值rj的计算。数据抽取装置90的以后的动作与所述第1实施方式同样。
在所述第5实施方式中，预先决定的范围(即x1≤x≤x2的范围)内的原图像Iorg的部分被变形。但是，也可以所述范围内仅直线(线段)被变形。即，图像变形单元312也可以通过Hough变换从所述范围内的原图像Iorg的部分检测例如横方向的全部直线(线段)，仅使检测到的直线基于由位移波形Wd示出的位移变形。
此外，在所述第5实施方式中，原图像Iorg是具有横方向的线段321至325的表单图像。但是，原图像Iorg也可以是表单图像以外的图像，原图像Iorg也可以是具有曲线(闭合曲线或开放曲线)的图像。这种情况下，在匹配单元102所进行的匹配中，也可以使用从与原图像Iorg对应的图像Iin检测到的曲线。此外，图像变形单元312也可以基于由位移波形Wd示出的位移，使从原图像Iorg的预先决定的范围检测到的轮廓线(更详细地说，由轮廓像素的系列构成的轮廓线)变形。
＜第6实施方式＞
接下来说明第6实施方式。第6实施方式的特征在于，数据嵌入装置中的权重矢量生成部及数据抽取装置中的数据抽取部各自的功能与所述第1实施方式不同这一点。但是，除去这些不同点，第6实施方式中应用的数据嵌入装置及数据抽取装置与所述第1实施方式基本等价。在此，为方便起见，参照图1、图2、图9及图10，对于第6实施方式重点说明与所述第1实施方式的不同点。
首先，说明第6实施方式中的数据嵌入装置10的动作。在此，由数据取得单元21取得的数据De由长度为n’＝2n的比特串构成。此外，将该长度为n’＝2n的比特串中相邻的比特设为b2i及b2i+1(i＝1、...、n)。i表示所述相邻的比特b2i及b2i+1的对的编号。
权重矢量生成部22例如根据下式，将长度为n’＝2n的比特串中相邻的比特b2i、b2i+1的对(即第i个的比特对)变换为－3、－1、+1或+3的某一个权重wi。
【数式8】
权重矢量生成部22将所述权重wi设定为权重矢量w的第i个要素wi。即，权重矢量生成部22将所述第i个比特对根据所述数式变换为权重矢量w的第i个要素wi。
权重矢量生成部22对于i＝1、...、n的全部比特b2i、b2i+1的对执行上述的变换。由此，权重矢量生成部22生成由i＝1、...、n的要素wi的阵列构成的权重矢量w。数据嵌入装置10中的以后的动作与所述第1实施方式同样。
图36表示上述的权重矢量生成部22的权重矢量生成的例子。在图36的例子中，数据De的比特串与所述第1实施方式同样，是“01001101”，其长度n’＝2n为8。即，n＝4。权重矢量生成部22基于该比特串“01001101”中相邻的比特的对，如图36中箭头360所示，生成权重矢量w＝(－1，－3，+3，－1)。
接下来说明第6实施方式中的数据抽取装置90的动作。在第6实施方式中，数据抽取装置90的图像取得单元101、匹配单元102、残差计算部103及内积矢量计算部104各自的动作与所述第1实施方式同样。
在此，由内积矢量计算部104取得内积矢量p。数据抽取部105如下述那样将与内积矢量p对应的变换矢量t进行量化。在此，与所述第1实施方式同样，变换矢量t与内积矢量p相等。
数据抽取部105将变换矢量t的第i个(i＝1、...、n)要素ti量化为－3、－1、+1及+3中的最接近的值qi。即，如果ti小于－2(ti＜－2)，则数据抽取部105将ti量化为qi＝－3。此外，如果ti为－2以上且小于0(－2≤ti＜0)，则数据抽取部105将ti量化为qi＝－1。此外，如果ti为0以上且小于+2(0≤ti＜+2)，则数据抽取部105将ti量化为qi＝+1。进而，如果ti为+2以上(ti≧+2)，则数据抽取部105将ti量化为qi＝+3。
数据抽取部105对于i＝1、...、n的全部要素ti执行上述那样的量化。由此，数据抽取部105取得变换矢量t的要素ti被量化后的量化结果qi(i＝1、...、n)
接下来，数据抽取部105判定与要素ti对应的量化结果qi是－3、－1、+1或+3的哪一个。数据抽取部105基于该判定的结果，决定与要素ti对应的第i个比特b’2i及b’2i+1的对是00、01、10或11的哪一个。即，如果qi＝－3，则数据抽取部105将比特b’2i及b’2i+1的对决定为00(b’2i＝0，b’2i+1＝0)，如果qi＝－1，则数据抽取部105将比特b’2i及b’2i+1的对决定为01(b’2i＝0，b’2i+1＝1)。此外，如果qi＝+1，则数据抽取部105将比特b’2i及b’2i+1的对决定为10(b’2i＝1，b’2i+1＝0)，如果qi＝+3，则数据抽取部105将比特b’2i及b’2i+1的对决定为11(b’2i＝1，b’2i+1＝1)。
数据抽取部105对于i＝1、...、n的全部量化结果qi执行上述的决定。由此，数据抽取部105抽取由n个比特b’2i及b’2i+1的对的串构成的数据Dd。另外，也可以是，数据抽取部105每当取得与第i个要素ti对应的量化结果qi，都基于该量化结果qi决定比特b’2i及b’2i+1的对是00、01、10或11的哪一个。
图37是表示上述的数据抽取部105的变换矢量t的量化的例子的图。在图37的例子中，变换矢量t是t＝(－1.2，－3.1，+2.8，－0.9)。如图37中箭头371所示，数据抽取部105将该变换矢量t的要素t1＝－1.2、t2＝－3.1、t3＝+2.8及t4＝－0.9分别量化为q1＝－1、q2＝－3、q3＝+3及q4＝－1。接下来，如图37中箭头372所示，数据抽取部105基于q1＝－1、q2＝－3、q3＝+3及q4＝－1，将分别对应的比特对决定为01、00、11及01。由此，数据抽取部105抽取由这些比特对的串01001101构成的数据Dd。
根据以上说明的至少1个实施方式，能够提供一种向对象嵌入数据的装置及方法、以及抽取所嵌入的数据的装置及方法，能够实现隐秘性优良并且不会损害美观的数据嵌入。
以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为例子提示，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨内，也包含在权利要求所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (8)

1.一种数据嵌入装置，其中，具备，
数据取得单元，构成为取得应该向包含第1线段或第1曲线的第1对象嵌入且由第1比特串构成的第1数据；
权重矢量生成部，构成为将所述第1比特串变换为权重矢量；
位移计算部，构成为对由预先决定的多个波形构成的多个编码用基底利用所述权重矢量的要素进行加权，从而计算位移的波形；
对象生成部，构成为基于所述第1比特串使所述第1对象的至少所述第1线段或所述第1曲线变形由所述位移的波形示出的位移，从而生成第2对象，该第2对象包含相对于所述第1线段或所述第1曲线具有与所述第1比特串对应的位移的变形线段或变形曲线，并且嵌入了所述第1数据；以及
对象输出单元，构成为输出所述第2对象。
2.如权利要求1所述的数据嵌入装置，其中，
所述多个编码用基底由相互线性独立的正弦函数的组合、或者相互线性独立的余弦函数的组合、或者相互线性独立的正弦函数及余弦函数的组合构成。
3.如权利要求1所述的数据嵌入装置，其中，
所述第1对象由包含所述第1线段或所述第1曲线的原图像构成，
所述第2对象由变形图像构成，
所述数据嵌入装置还具备图像取得单元，该图像取得单元构成为取得所述原图像，
所述对象生成部构成为，基于所述第1比特串使所述原图像的至少所述第1线段或所述第1曲线的部分变形由所述位移的波形示出的位移，从而生成所述变形图像，该变形图像相对于所述原图像具有与所述第1比特串对应的位移，并且嵌入了所述第1数据。
4.一种数据抽取装置，其中，具备，
图像取得单元，构成为取得第1图像，该第1图像包含由权利要求1所述的数据嵌入装置嵌入了所述第1数据的所述第2对象；
匹配单元，构成为向所述第1图像匹配与所述第1线段或第1曲线对应的第2线段或第2曲线；
残差计算部，构成为基于所述第1图像中的所述变形线段或所述变形曲线相对于所述第2线段或所述第2曲线的位移，计算由表示所述位移的所述匹配的残差的阵列构成的残差矢量；以及
数据抽取部，构成为基于所述残差矢量抽取与所述第1数据对应的第2数据。
5.如权利要求4所述的数据抽取装置，其中，
所述数据嵌入装置还具备内积矢量计算部，该内积矢量计算部构成为计算内积矢量，该内积矢量由与所述多个编码用基底对应的预先决定的多个解码用基底和所述残差矢量的内积的阵列构成，
所述数据抽取部构成为，通过对变换矢量进行量化而抽取所述第2数据，该变换矢量是由所述内积矢量的恒等映射构成的，或者是通过对所述内积矢量进行线性变换而取得的。
6.如权利要求4所述的数据抽取装置，其中，
所述匹配单元构成为，从与所述第1线段或第1曲线对应的所述第1图像的预先决定的范围，检测所述第2线段或所述第2曲线。
7.一种数据嵌入方法，其中，具备如下步骤：
取得应该向包含第1线段或第1曲线的第1对象嵌入且由第1比特串构成的第1数据；
将所述第1比特串变换为权重矢量；
对由预先决定的多个波形构成的多个编码用基底利用所述权重矢量的要素进行加权，从而计算位移的波形；
基于所述第1比特串使所述第1对象的至少所述第1线段或所述第1曲线变形由所述位移的波形示出的位移，从而生成第2对象，该第2对象包含相对于所述第1线段或所述第1曲线具有与所述第1比特串对应的位移的变形线段或变形曲线，并且嵌入了所述第1数据；
输出所述第2对象。
8.一种数据抽取方法，其中，具备如下步骤：
取得第1图像，该第1图像包含通过权利要求7所述的数据嵌入方法嵌入了所述第1数据的所述第2对象；
向所述第1图像匹配与所述第1线段或第1曲线对应的第2线段或第2曲线；
基于所述第1图像中的所述变形线段或所述变形曲线相对于所述第2线段或所述第2曲线的位移，计算由表示所述位移的所述匹配的残差的阵列构成的残差矢量；
基于所述残差矢量抽取与所述第1数据对应的第2数据。
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