CN1230788C - 图像处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了图像处理设备和方法。为了改进将附加信息多路转换到图像信息上的效果，提供了一种用来把附加信息多路转换到图像信息上的图像处理设备，该图像处理设备包括：通过基于误差扩散的伪半色调处理对图像信息的特定像素进行量化的量化机构；以及用形成表示该附加信息的特定图案的一组包括该特定像素在内的像素的量化值来控制该特定像素的量化值的控制机构，其中，所述控制机构通过根据该附加信息控制所述量化机构的量化条件来形成所述特定图案。

Description

图像处理设备和方法

本发明涉及一种图像处理设备和方法。

常规上，已经全面地进行了用来把另一个有关图像的信息多路转换到图像信息上的研究。

近年来，一种称为数字水印的技术，该技术把包括版权持有人姓名、使用许可/拒绝之类的附加信息多路转换到照片、油画之类的图像信息上，致使视觉上难以察觉，并经由诸如因特网之类的网络分发该信息，已经流行起来。

作为这种技术的另一个应用领域，像诸如复印机、打印机之类得到较高图像质量的成像设备，一种把附加信息嵌入一个图像以便从图像输出端对记录纸指定输出设备型式和型号，目的是防止诸如钞票、印花税票之类的票证被伪造，是公知的。

例如，已经提出了一种通过在具有低视觉灵敏度的色差和饱和成分的高频范围嵌入附加信息把信息多路转换的技术。

然而，常规的多路转换技术存在着以下问题。

图16示出常规的附加信息嵌入方法。如图16中所示，图像信息A和附加信息B经由加法器1601被多路转换以便生成多路转换信息C。加法器1601可以把信息加在图像信息A的真实空间里或者可以用例如付里叶变换之类把图像信息A变换成在频域里的信息，然后可以在变换的信息的高频范围里综合附加信息B。

如果有可能不用进行任何诸如各种滤波处理之类的图像处理或者任何诸如不可逆压缩之类的编码处理而分发这样生成的多路转换信息C，则即使用常规技术来从多路转换信息C解码附加信息B也是容易的。此外，在例如因特网上分发的图像信息也可以经由用来诸如边缘强调、平滑处理之类的改善图像质量的数字滤波器来解码，只要它具有一定的噪声回弹性。

假定一个成像设备仅有低达每个颜色二至几个灰度级的表达性能。近年来，喷墨打印机用具有较低的着色浓度的墨水或者通过可变地控制将要输出的墨点尺寸，可以表达每个颜色几个灰度级，但是除非采用伪半色调处理无法表达照片质量的图像。

图17示出在常规的附加信息多路转换时执行伪半色调处理的一个例子。也就是说，除了图16中所示的配置之外，该多路转换信息靠伪半色调处理1701转换成量化信息D，而该转换信息靠打印机输出1702在记录纸上打出，从而得到已经明显恶化的打印信息E。

因此，为了防止伪造的目的从记录纸上的信息解码附加信息意味着在图17中所示的一系列处理之后从打印信息E解码附加信息。然而，图像信息通过该两项处理，即伪半色调处理1701和打印机输出1702，改变很大程度。因而，对附加信息进行多路转换极其困难致使不能成为视觉上可以察觉的，而且从记录纸上的信息对多路转换的附加信息正常地进行解码极其困难。

在上述多路转换技术中，信息附加在图像的高频范围里。然而，当随后的伪半色调处理使用误差扩散时，附加信息的频率范围被掩盖在由于误差扩散所特有的高通滤波器的特性而由误差扩散产生的纹理之下，而且对附加信息进行解码变得更困难。此外，为了准确地解码该信息，需要具有极高的精度的扫描装置。

也就是说，当必须进行伪半色调处理时，图17中所示的多路转换方法是不合适的。换句话说，需要一种充分利用伪半色调处理的特性的附加信息多路转换方法。

下面将说明把附加信息的多路转换与伪半色调处理的冗余部分结合起来的一些例子。

作为第1个例子，在用有序混色来二进制化时，通过选择标示一个识别灰度级的混色矩阵而把附加数据混合在图像信号中。然而，在有序混色中，除非使用具有高分辨率和极高的机械精度的打印机，难以输出照片质量图像。很小的机械误差作为诸如横条之类的低频噪声而产生，并且在纸上可以从视觉上容易地察觉。当该混色矩阵周期地改变时，由规则的混色图案产生的具体频率范围被干扰，于是对图像质量产生不良影响。此外，解码器必须通过估计二进制化中所使用的混色矩阵来解码，而作为原始信号的图像信息的像素值是未知的，从而难以得到准确的解码。

作为第2个例子，一种用彩色混色图形法对附加信息进行多路转换的方法是公知的。在此一方法中，切换混色矩阵时的图像质量的恶化无法像上例中那样避免。比起第1个例子来，数量更多的附加信息片可以被多路转换，但是由于颜色成分的布局改变而使色调改变，而在实心部分图像质量显著恶化。此外，解码变得更难得到。

在任何情况下，改变混色矩阵的这些方法都有以下问题，即尽管图像质量显著恶化，仍然难以得到解码。

本发明已经做成以便解决上述问题，其目的在于，提供一种能够把附加信息多路转换到图像信息上，同时抑制图像质量的恶化，并且能够对附加信息容易地进行解码的图像处理设备和方法，以及一种存储媒体。

为了实现以上目的，根据本发明的一个最佳实施例，提供了一种用来把附加信息多路转换到图像信息上的图像处理设备，该图像处理设备包括：通过基于误差扩散的伪半色调处理对图像信息的特定像素进行量化的量化机构；以及用形成表示该附加信息的特定图案的二组包括该特定像素在内的像素的量化值来控制该特定像素的量化值的控制机构，其中所述控制机构通过根据该附加信息控制所述量化机构的量化条件来形成所述特定图案。

例如，该特定图案是一个靠该量化机构不容易生成的图案。

本发明的另一个目的在于，提供一种用来把附加信息多路转换到图像信息上的图像处理方法，该方法包括：通过基于误差扩散的伪半色调处理对该图像信息的特定像素进行量化的量化步骤；以及用形成表示该附加信息的特定图案的一组包括该特定像素在内的像素的量化值控制该特定像素的量化值的控制步骤，其中，通过在所述量化步骤中根据所述附加信息来控制量化条件，从而在所述控制步骤中形成该特定图案。

从结合附图作出的以下描述，本发明的其他特征和优点将会是显而易见的，在附图中相同的标号在其所有的图中代表相同或类似的部分。

图1是表示根据本发明的第1实施例的多路转换器的示意的配置的方框图；

图2是表示第1实施例的伪半色调处理单元的详细配置的方框图；

图3是表示第1实施例中的量化处理的流程图；

图4A和图4B示出第1实施例中的目标图案之一例；

图5示出第1实施例中的其上编码被多路转换的块之一例；

图6示出误差扩散中扩散矩阵之一例；

图7是表示根据本发明的第2实施例的量化处理的流程图；

图8A至图8C示出第2实施例中的目标图案的例子；

图9是表示根据本发明的第3实施例的多路转换器的示意的配置的方框图；

图10是表示根据本发明的第4实施例的多路转换器的示意的配置的方框图；

图11是表示第4实施例中的阈值改变处理的流程图；

图12是表示根据本发明的第5实施例的多路转换器的示意的配置的方框图；

图13是表示根据本发明的第6实施例的多路转换器的示意的配置的方框图；

图14是表示第6实施例中的量化处理的流程图；

图15A和图15B示出第6实施例中的量化图案中的改变例；

图16是表示常规的多路转换处理之一例的方框图；以及

图17是表示常规的多路转换处理的另一例的方框图。

下面将参照附图详细描述本发明的最佳实施例。注意，每个实施例中的图像处理设备是作为计算机中的打印机驱动器有效实现的，该计算机产生将要输出到打印机信息的图像信息，但是也可以作为硬件或软件在复印机、传真设备、打印机主体之类中有效地实现。

图1是表示本发明的第1实施例中的多路转换器的示意的配置的方框图。

参照图1，标号10代表一个控制器，该控制器包括CPU10a、ROM10b、RAM10c之类，并控制将在下文述及的各个构件的操作和处理。特别是，CPU10a按照预先储存在ROM10b中的程序用RAM10c作为工作存储器来控制多路转换和相应的处理。

标号100代表一个输入端，该输入端输入多等级图像信息。标号101代表一个伪半色调处理单元，该处理单元执行从输入端100输入的图像信息的伪半色调处理以便把该信息转换成小于输入灰度级数的量化等级并且使用一组像素的量化值通过墨点面积调制来复现色调。注意，在伪半色调处理单元101中的伪半色调处理将在下文中详细描述。标号102代表一个用来输入将要嵌入图像信息的所需的附加信息的输入端。附加信息可以包括在把一个图像输出到记录纸上时有关输出状态的各种信息，诸如输出装置的制造商名称、型号名称、机器号之类。标号103代表一个用来参照附加信息的代码和已经被最终量化的一组像素的量化结果而计算特定像素的量化值的量化单元。注意，在量化单元103中的量化方法将在下文中详细描述。

标号104代表一个量化值确定单元，该单元根据在伪半色调处理单元101中伪半色调处理之后的量化值和在量化单元103中量化之后的量化值二者来确定最终量化值。此一量化结果经由输出端105作为附加信息多路转换到图像信息上的结果发送到打印机，而在记录纸上形成一个图像。

图2是表示伪半色调处理单元101的详细配置的方框图。伪半色调处理单元101使用误差扩散来执行伪半色调处理。由于一般误差扩散的细节对于本专业的技术人员是公知的，所以将省略其详细描述。

下面将举例说明其中量化值为二进制值的误差扩散处理。

参照图2，标号200代表一个加法器，该加法器把输入图像信息的特定像素的值与来自已经二进制化的，周围像素的分配的量化误差相加。靠比较器201把该和与一个事先设定的阈值进行比较，而当该和大于该阈值时，输出“1”；否则，输出“0”，于是把该像素值量化。当用例如8位精度来表达一个给定的像素的灰度级时，常见的做法是用“255”作为最大值并用“0”作为最小值来表达它。当该量化值为“1”时，一个墨点(墨水、墨粉之类)打印在记录纸上。

标号202代表一个减法器，该减法器计算从比较器201输出的量化结果与从加法器200输出的该和之间的任何误差，向一个误差分配操作部203输出该误差。误差分配操作部203把该误差向接着将要进行量化的周围像素分配。作为误差分配比，事先准备一个根据至特定像素的相对距离用实验方法设定的误差分配表204，而该误差根据误差分配表204中的分配比向诸像素分配。

下面将详细描述量化单元103。图3是表示在量化单元103中计算量化值的操作顺序的流程图。下面将举出一种情况为例，其中附加信息嵌入一个由图像信息中的N个垂直像素和M个水平像素构成的块中。

在步骤S301里，变量i被初始化。变量i计数垂直地址。在步骤S302里，进行用地址值i的判别，也就是说，检查地址i是否标示其中一个代码将要被嵌入的一行。假定40位的附加信息嵌入一个由N个垂直像素和M个水平像素界定的块，沿着该块的垂直方向的所有N行中的“40+α”行的地址被用于嵌入代码。注意，α作为标示代码的开始和结束的标记码是需要的。在此一场合，标示N行中的“40+α”行将要被使用的规则必须为编码器侧和解码器侧二者所识别。例如，可以设定对每个第n行之类嵌入代码的规则。在此一场合，数值n最好是大到一定程度，以便嵌入的代码视觉上是不明显的。

在步骤S302里，‘是’在N行中被判定“40+α”次，而‘否’被判定剩下的“N-(40+α)”次。如果在步骤S302里为‘否’，则在步骤S304里输出针对一行的量化值Q＝“0”。另一方面，如果在步骤S302里为‘是’，则在步骤S303里检查特定代码是“1”还是“0”。在此一实施例中，将要针对该块中的一行嵌入的信息大小为1位。如果该代码为“0”，则在步骤S304里输出针对一行的量化值Q＝“0”，并在步骤S312里选择下一行。

另一方面，如果该代码为“1”，则在步骤S314里计数水平地址的变量j被初始化并在步骤S305里生成随机数a。注意，可以假定随机数a的数值范围设定成小于N，更确切地说，此一范围最好是用实验方法设定。接着，在步骤S306里检查水平地址计数器的变量j是否大于随机数a。如果在步骤S306里为‘是’，则该过程进到步骤S307，检查涉及一组已经二进制化的像素的窗口中的图案是否与一个事先设定的图案(下文中将称为目标图案)相吻合。如果两个图案相吻合，则在步骤S308里输出一个量化值Q＝“ 1”；否则在步骤S309里输出一个量化值Q＝“0”。

图4A和图4B示出在此一实施例中的目标图案之一例。图4A示出图像信息的一个给定的块，即窗口，中的像素布局，*标示特定像素，而像素A、B、C、D和E是已经经过最终二进制化的。图4B示出一个目标图案例。如果在图4A中所示的窗口中像素A至E取目标图案中的数值，则判定窗口中的图案与目标图案相吻合。在图4A和图4B中所示的例子中，由于将要涉及的像素有五个，所以作为基准像素的图案可以得到5位的组合。特定像素周围的量化值的实际图案是一种5位的组合，并且在上面的步骤S307里检查周围像素图案是否等于事先设定的目标图案。

变量j的值在步骤S310里递增计数以便把水平地址移动一列。在步骤S311里检查变量j是否小于M。如果已经针对M个水平像素进行了该处理，则在步骤S312里对垂直方向的变量i递增计数。在步骤S313里根据变i来检查是否已经针对N个行进行了该处理。如果在步骤S313里为‘否’，则该过程返回到步骤S302以便重复一系列处理。

在图3中所示的流程图中，为了简单起见两个量化值Q＝“0”和“1”都被输出。然而，此一实施例也可以如下实现。也就是说，由于其中代码被嵌入的“Q＝1”的场合明显地少于“Q＝0”的场合，所以“Q＝0”可以被设定成默认量化值，而可以针对与“Q＝1”相对应的像素发送切换信号。

下面将描述量化值确定单元104。量化值确定单元104包括一个简单的‘或’门。因此，作为伪半色调处理单元101或者量化单元103的量化结果被量化为“1”的一个像素最终按“1”输出。更具体地说，一个新的量化值“1”除了附加于已经经过伪半色调处理的那些像素之外仅附加于其中代码“1”被量化单元103嵌入的像素。量化值的附加在此一实施例中意味着附加信息的代码的嵌入。

图5示出一种其中代码在一个块中被多路转换的状态。假定图5中的虚线标示其中将要嵌入代码者。通过把一组代码嵌入一行，它们标示用作该块的开始码和结束码的标记码。

在其中嵌入了一个开始码的一行之后，从第1位到第x位的所有x位代码被嵌入固定行。如上所述，标示在嵌入中所使用的行的信息必须被编码器侧和解码器侧二者所识别。在该块的末端嵌入一个结束标记码。注意，开始标记码或结束标记码之一可以省略。更具体地说，解码器侧可以检测其中代码被多路转换的一个区域。

在此一实施例中，在列方向使用一个随机数。然而，本发明不限于这种具体例，而且可以在行方向使用随机数。也就是说，解码器侧必须通过沿至少一个方向规则地判定所嵌入的代码的位置或者通过提供一个指定嵌入位置的关键码来准确地识别嵌入位置。

已经描述了实现此一实施例的多路转换处理的配置。此一实施例的要点在于，通过量化值的组合人为地生成靠伪半色调处理通常无法生成的纹理，并且靠该纹理的存在/不存在来表达一个1位代码。也就是说，此一实施例的特征在于，当在一个图像中检测到图4B中所示的目标图案时，特定像素被量化为“1”，于是人为地生成一个一连串“1”的纹理。

一般来说，误差扩散作为一种生成非常独特的纹理的量化方法是公知的。常规上，观察者用视觉发现干扰的链式纹理的生成是误差扩散的一个严重的问题。为此，曾经作出许多用来防止这种干扰纹理的建议。

然而，在分析纹理的生成因素时，纹理图案包括能够生成者和不能生成者。例如，如果把图6中所示的扩散矩阵用作误差分配表，则当由*标示的特定像素紧前面的一个像素被量化为“1”时，由于生成负的量化误差，所以把相邻的特定像素量化成“1”变得更加困难。因而，在对用此一实施例附加的代码进行解码时，如果可以检测到一个辉亮的(低浓度区)实心部分，由于无法正常地生成其中两个水平相邻的像素取为“1”的量化值图案，所以该图案假如它被检测到则可能被识别为的一个代码。

注意，由相继打印的墨点形成的纹理即使当它是由具有低到大约360dpi的分辨率的喷墨打印机在记录纸上打印时也难以突出，不会给肉眼强加任何视觉干扰。然而，当用放大镜观察记录纸上的纹理时，可以清晰地察觉到相继打印的墨点。因此，在此一实施例中，不用任何诸如高分辨率图像扫描器之类昂贵的阅读器就可以容易地对嵌入的代码进行解码。也就是说，如果仅仅放大镜和能够测量嵌入的代码(纹理)之间的距离(像素数)的测量装置可资利用，则可以容易地对嵌入的代码进行解码。

这样一来，只要可以在记录纸上形成的纹理能够人为地控制，就可以视觉上自然地嵌入代码。这是因为误差扩散的频率特性在给定的固定频率处没有任何尖峰而是用作一个宽带高通滤波器的缘故。

作为对照，在其中以短的周期规则地重复处理有序混色中，难以人为地控制纹理。由于有序混色在一个基于混色周期的固定频率处有非常大的电功率，如果信息嵌入该尖峰频率以外的频率范围中，则观察者视觉上经验不协调，造成图像质量的恶化。

如上所述，一般来说，在辉亮的实心部分中两个相邻的像素从来不都取为“1”。因此，在此一实施例中作为相继的墨点嵌入的代码可以至少在辉亮的实心部分中被解码。由于此一实施例有其防止诸如钞票、印花税票之类的票证被伪造的目的，所以目标图案始终包括一个辉亮的实心部分。在诸如YMCK信息之类的彩色信息中，分成颜色成分的四色之一作为诸如UCR(下色减除)之类的处理的结果极有可能成为一个辉亮的实心部分。因此，此一实施例能够充分地实现该目的。

已经举例说明了辉亮的实心部分中的纹理。此外，在例如辉亮部分以外的高浓度部分的实心部分中，一个任意码可以通过生成一个在该浓度范围中不容易生成的纹理被嵌入。更具体地说，解码器侧仅需要识别并解码一个在可能判别为代码的浓度范围中不容易生成的纹理图案。

在此一实施例中，已经说明了在一个块中的代码嵌入方法。最好是用该块作为一个单位在整个图像上重复地嵌入代码。当代码在整个图像上被嵌入时，甚至当代码无法在图像的一个给定的块中被嵌入时，代码可以容易地嵌入某个其他块中。

如上所述，根据此一实施例，由于一个代码由在图像的实心部分中不容易生成的纹理来表达，所以附加信息可以被多路转换到图像信息上，同时抑制图像质量的恶化。此外，多路转换的附加信息可以容易地被解码而不用使用任何昂贵的、精密的装置。

下面将描述本发明的第2实施例。

由于除了量化单元103中的处理之外第2实施例中的多路转换器的示意的配置与上述第1实施例的图1中所示者大体上相同，所以将省略其详细描述。

下面将参照图7中所示的流程图详细描述第2实施例中的量化处理。在以下描述中，像在第1实施例中那样假定量化值取为二进制值而附加信息嵌入图像信息中的N×M个像素组成的块中。注意，将要嵌入该块中的一行中的信息大小为1位。此外，相同的步骤号代表与图3中所示的流程图中者相同的处理，将省略其详细描述。

在第2实施例中的量化处理中，如果在步骤S303里判定将要嵌入的代码为“1”，则事先寄存的图案A在步骤S701里被设定成目标图案；如果在步骤S303里判定该代码为“0”，则事先寄存的图案B在步骤S706里被设定成目标图案。以后的处理与第1实施例中者相同。

而且在图7中所示的流程图中，为了简单起见两个量化值Q＝“0”和“1”都被输出。然而，由于其中代码被嵌入的“Q＝1”的场合明显地少于“Q＝0”的场合，所以“Q＝0”可以被设定成默认量化值，而可以针对与“Q＝1”相对应的像素发送切换信号。

图8A至图8C示出在第2实施例中作为目标图案设定的图案A和B的例子。图8A示出窗口中的像素布局，*标示特定像素，而像素A至H是已经经过最终二进制化的周围像素，并且有8位的数值组合。图8B和图8C分别示出图案A和B的例子，而位于由“-”标示的位置的像素的数值可以是任何数值。

从图8A至图8C可以看出，图案A的特征在于，沿着水平方向在特定像素的紧前面的像素处有一个量化值＝1，而图案B的特征在于，沿着垂直方向在特定像素的紧前面的像素处有一个量化值＝1。因此，如果在该块中检测到图案A的像素布局，则形成一个水平相继的量化图案；如果检测到图案B，则形成一个垂直相继的量化图案。

在第2实施例中，在嵌入附加信息的一个代码时，不仅当该代码为“1”时，而且当该代码为“0”时，量化值Q＝“1”被设定成“1”。也就是说，在嵌入代码时，所有的量化值Q都被设定成“1”。

解码器侧可以根据图案差来判别嵌入的代码是“1”还是“0”。也就是说，上述第1实施例如图3中所示，靠纹理的存在/不存在来嵌入1位的信息，而第2实施例通过改变将要生成的纹理的图案来嵌入一个代码。在图8A至图8C中所示的例子中，其中垂直地相继出现“1”的图案被设定成代码“1”，而其中水平地相继出现“1”的图案被设定成代码“0”。

注意，解码器侧应该像在上述第1实施例中那样识别并解码一个辉亮的实心部分或者一个高浓度部分的实心部分。

在第2实施例中，已经举例说明用两种不同的目标图案对1位的信息的嵌入。此外，通过设定两个或多个不同的目标图案，可以嵌入更多的代码。

如上所述，根据第2实施例，由于一组代码靠一组在图像的实心部分中不容易生成的纹理来表达，所以可以在图像信息上多路转换大量的附加信息，同时抑制图像质量的恶化。

下面将描述本发明的第3实施例。

图9示出根据第3实施例的多路转换器的示意的配置。图9中的相同的标号代表与上述第1实施例中的图1中相同的部分，将省略其详细描述。

第3实施例的特征在于，在伪半色调处理单元101的前面插入一个噪声去除单元901。噪声去除单元901用一个滤波器来去除存在于图像中的小噪声。噪声去除方法不特别限定。例如，一个窗口可以由包围特定像素的一些像素来形成，而如果仅有特定像素具有与周围像素的值不同的像素值，则它可以被判别成噪声，而且特定像素的像素值可以被改变。此外，可以采用其他公知的方法。

注意，量化单元103中的量化方法可以基于上述第1或第2实施例中的图3或图7中所示的操作顺序。

像在上述第1和第2实施例中那样，第3实施例作为纹理图案在一个图像上嵌入一个代码，而解码器侧通过检测嵌入的代码来对信息进行解码。也就是说，作为将要人为地生成的图案，需要一个在相应的浓度范围中单靠伪半色调处理难以生成的图案。

像已经在第1实施例中描述的那样，在辉亮的实心部分中不容易针对两个相继的像素生成数值“1”。然而，当图像中包括噪声，以及解码器侧检测到一个相继的“1”的图案时，可能难以判别检测到的图案是由噪声生成的还是由人为地嵌入一个代码而生成的。

为了解决此一问题，第3实施例在伪半色调处理之前去除像素单位中的所有噪声成分，从而避免输出混有噪声的图像。用此一处理，可以防止一个由噪声生成的图案被错误地判别成一个人为的图案。此外，生成人为的图案的自由度提高了。也就是说，由于去除了噪声成分，所以由误差扩散生成的纹理的类型数减少了，可以人为地生成的纹理图案数相对地增加。

注意，代替噪声去除单元901可以连接一个低通滤波器。然而，如果在伪半色调处理之前一个图像被滤波改变得过大，则这种改变明显地影响图像质量。因此，一个最佳滤波器最好是通过实验来选择。

注意，第3实施例不适用于人为产生的字符/线条图像。例如，在由例如图像扫描器之类扫描的字符/线条图像中，其边缘由于输入装置的MTF而变钝，并且生成中间浓度。因此，可以在伪半色调处理单元101的前面插入噪声去除单元901。然而，在由计算机之类人为地产生的字符/线条图像中，由于难以区分它是噪声还是所需的信息，所以所需的信息可能通过噪声去除处理而丢失。

因此，为了避免以上缺点，输入端100经由诸如扫描器之类的输入装置仅接受图像信息，而诸如字符/线条图像之类的人为图像最好是经由另一个处理程序来输入，以便不经过任何噪声去除。

如上所述，根据第3实施例，由于在对图像信息伪半色调处理之前噪声被去除，然后附加信息被多路转换到图像信息上，所以不仅编码器侧可以避免纹理表达码的判别错误，而且可以多路转换更大的附加信息种类数。

下面将描述本发明的第4实施例。

图10是表示根据第4实施例的多路转换器的示意的配置的方框图。标号100代表一个输入端，该输入端输入多等级图像信息。标号1001代表一个伪半色调处理单元，该处理单元执行从输入端100输入的图像信息的伪半色调处理以便把该信息转换成小于输入灰度级数的量化等级并且使用一组像素的量化值通过墨点面积调制来复现色调。此一量化结果经由一个输出端105作为附加信息多路转换到图像信息上的结果发送到打印机，而在记录纸上形成一个图像。注意，伪半色调处理单元1001的详细配置与第1实施例中的图2中所示者相同。

标号102代表一个用来输入将要嵌入图像信息的所需的附加信息的输入端。附加信息可以包括在向记录纸上输出一个图像时有关输出状态的不同种类的信息，诸如输出装置的制造商名称、型号名称、机器号之类。标号1002代表一个伪半色调条件改变单元，该单元参照附加信息的代码和一组已经经过最终量化的像素的量化结果，改变伪半色调处理单元1001中的伪半色调处理条件。

第4实施例的特征在于，伪半色调条件改变单元1002改变伪半色调处理中的阈值。例如，在上述第1实施例中的伪半色调处理单元101中，输入到比较器201(图2)的量化的阈值是一个固定值。然而，在第4实施例中，输入到比较器201的阈值是由伪半色调条件改变单元1002动态地改变的。

图11是表示伪半色调条件改变单元1002的操作顺序的流程图。在以下描述中，像在第1实施例中那样，假定量化值取为二进制值而附加信息嵌入图像信息中的N×M个像素组成的块中。注意，将要嵌入该块中的一行中的信息大小为1位。此外，相同的步骤号代表与图3中所示的流程图中者相同的处理，将省略其详细描述。

在第4实施例的阈值改变处理中，如果在步骤S302里判定特定行是其中未嵌入代码的行，而且如果在步骤S303里将要嵌入的代码为“0”，则在步骤S1101里针对一行设定并输出阈值TH＝C。由于数值C被设定成伪半色调处理的阈值，所以常见的做法是作为量化值“0”与“1”之间的中间值设定“0.5”。如果一个像素值用8位来表达，则阈值TH＝C相当于“128”。当然，阈值不限于量化值的中间值。

在步骤S306里检查水平地址计数器的值j是否大于随机数a。如果在步骤S306里为‘是’，则像在第1实施例中那样在步骤S307里检查窗口中的图案，该图案涉及一组已经二进制化的像素，是否与一个预定的目标图案相吻合。如果在步骤S307里为‘是’，则在步骤S1102里设定并输出一个阈值TH＝D。在此一场合，D被设定成迫使伪半色调处理输出“1”的值。

另一方面，如果在步骤S306里j≤a，而且如果在步骤S307里基准图案与目标图案不相吻合，则该过程进到步骤S1103以便像在步骤S1101里那样设定并输出一个阈值TH＝C。

在图11的流程图中，为了简单起见针对两个阈值TH＝C和D都生成输出，但是嵌入一个代码“1”的“TH＝D”的场合明显地少于“TH＝C”的场合。因此，在伪半色调处理单元1001中把C设定成默认阈值TH是有效的。更具体地说，伪半色调条件改变单元1002仅针对相当于“TH＝D”的像素生成一个至伪半色调处理单元1001的切换信号，而伪半色调处理单元1001仅当它收到该切换信号时才用D作为阈值来执行伪半色调处理，而针对其他像素可以用C来执行伪半色调处理。

如上所述，根据第4实施例，仅当一个代码“1”被嵌入时阈值TH＝D才被设定。当伪半色调条件改变单元1002这样改变阈值TH时，伪半色调处理单元1001可以通过仅执行正常的误差扩散来适当地嵌入附加信息。

注意，第4实施例中的量化处理不等效于第1实施例中者。在第1实施例中，将要在其中嵌入一个代码的像素的量化值被强制地设定成“1”，而且不管特定像素的值就进行此一设定。也就是说，由于量化值确定单元104在用伪半色调处理单元101误差扩散之后强制地设定一个量化值，在把量化值设定成＝“1”时任何量化误差未被扩散。严格地说，像素值未被保持。此外，由于“1”被加到通常被量化成“0”的像素位置，所以浓度局部地提高，而且该像素视觉上容易被察觉。

作为对照，在第4实施例中，将要在其中嵌入一个代码的像素的量化值像在第1实施例中那样被强制地设定成“1”，但是由于仅改变伪半色调处理中的阈值，所以特定像素的像素值被保持。也就是说，由于将要在其中嵌入一个代码的像素的量化值被设定成“1”，所以在伪半色调处理单元1001中累积了一个更大的负量化误差。因此，在该代码被嵌入之后在周围像素中生成其中相继出现量化值“0”的空白状态，而浓度被局部地保持。

而且在第4实施例中，在伪半色调处理单元1001前面插入第3实施例中所述的噪声去除单元是有效的。

如上所述，根据第4实施例，由于在伪半色调处理中将要涉及的阈值被控制，所以一个代码可以被多路转换同时保持局部浓度。

下面将描述本发明的第5实施例。

图12示出根据第5实施例的多路转换器的示意的配置。在图12中相同的标号代表与第1实施例中的图1中者相同的部分，将省略其详细描述。参照图12，标号1201代表一个用来参照附加信息的代码和一组已经被最终量化的像素的量化结果而计算特定像素的量化值的量化单元。

第5实施例的特征在于，特定像素在伪半色调处理之前和它的周围像素被输入量化单元1201。

在上述第1至第4实施例中，在相应的浓度范围中不容易生成的纹理作为人为的纹理图案被生成，并被多路转换。此一多路转换方法的前提在于图像信息块，该图像信息块用作将要多路转换的代码的一个单位，是具有均一浓度的实心部分。更具体地说，上述多路转换方法对于图像的实心部分是有效的。然而，实际上，一个图像信息块往往包括一个边缘或者一组浓度范围。

第5实施例在以下方面与以上诸实施例大不相同，即将要生成的图案是动态地改变的。也就是说，量化单元1201检测包围特定像素的诸像素的浓度，把在这些浓度下不容易生成的一个图案设定成目标图案，并用人为地生成的该目标图案嵌入一个代码。

作为在第5实施例中设定的目标图案，能够表达的灰度级数被分组成一组浓度范围，而且以浓度范围为单位的目标图案最好是事先保存成一个表。

此外，当特定像素相当于一个时边缘部分时，可以确定一个代码难以嵌入，而量化结果可以被强制地设定成“0”以便实现高速处理。

注意，解码器侧必须检测图像浓度，并且与浓度相一致地检测目标图案。因此，当在多路转换时使用该表时，在解码时使用类似的表是有效的。

在第5实施例中，与图像浓度相一致地设定目标图案。例如，把第5实施例与第4实施例结合起来是有效的。更具体地说，当与图像浓度相一致地设定量化阈值时，实际上得到与切换目标图案时得到者同样的效果。

如上所述，根据第5实施例，由于一个代码的目标图案按图像信息的浓度而变化，所以即使在图像的实心部分以外的部分中也可以适当地多路转换一个代码。

下面将描述本发明的第6实施例。

图13示出根据第6实施例的多路转换器的示意的配置。图13中的相同的标号代表与第1实施例中的图1中者相同的部分，将省略其详细描述。参照图13，标号1301代表一个用来根据在伪半色调处理之后的包围特定像素的量化值，和输入的附加信息，改变已经进行伪半色调处理的量化值的布局的量化布局改变单元。

图14是表示量化布局改变单元1301中的操作顺序，也就是第6实施例中的量化处理的流程图。在以下描述中，像在第1实施例中那样，假定量化值取为二进制值而附加信息被嵌入图像信息中的N×M个像素组成的块中。注意，将要嵌入该块中的一行中的信息大小为1位。此外，相同的步骤号代表与第1实施例中所述的图3中所示的流程图中者相同的处理，将省略其详细描述。

在第6实施例的量化处理中，如果在步骤S302里判定特定行是其中未嵌入代码的行，而且如果在步骤S303里将要嵌入的代码为“0”，则该程序跳到步骤S312以便开始对下一行的处理。也就是说，在当前处理的行中，已经量化的像素的布局保持不变。

在步骤S306里检查水平地址计数器的值j是否大于随机数a。如果在步骤S306里为‘是’，则像在第1实施例中那样在步骤S307里检查窗口中的图案，该图案涉及一组已经二进制化的像素，是否与一个预定的目标图案相吻合。如果在步骤S307里为‘是’，则在步骤S1401里搜索周围像素的相邻的范围以便找出一个量化成“1”的像素。此一搜索在预定的范围内从比较靠近特定像素的像素开始依次进行。注意，与目标图案中存在的相邻的“1”相对应的像素从搜索目标中剔除。注意，搜索范围必须小于其中代码被嵌入的行的跨距。

找出的像素的量化值在步骤S1402里从“1”改变为“0”，而特定像素的量化值在步骤S1403里相反地从“0”改变为“1”。也就是说，在步骤S1402和步骤S1403里，特定像素和周围像素的量化值的布局被改变。在量化值的布局被改变之后，该程序进到步骤S312以便数完垂直地址计数器i，于是开始对下一行的处理。

另一方面，如果在步骤S306里j≤a，而且如果在步骤S307里基准图案与目标图案不相吻合，则该过程进到步骤S310以便数完水平地址计数器j。

在第6实施例中，由于通过上述量化值布局改变处理来生成人为纹理图案，所以附加信息的1位代码或等效物被嵌入图像信息。

第6实施例的特征在于，通过仅改变像素布局而不改变浓度值本身来嵌入一个代码。注意，量化布局改变处理可以与误差扩散同步地或不同步地进行。

图15A和图15B示出一种其中量化布局在第6实施例中被改变的状态。图15A示出来自伪半色调处理单元101的输出，也就是在误差扩散处理之后量化值的状态，而图15B示出来自量化布局改变单元1301的输出，也就是在布局已经被改变之后量化值的状态。在图15A和图15B中，打阴影线的格子标示具有＝“1”的量化值的像素，而标号1501代表特定像素。此外，搜索范围设定成包括例如特定像素附近的24个像素(以特定像素为中心的5×5个像素)。

根据图15A和图15B，通过改变量化布局得到与通过把搜索范围内的具有数值“1”的像素1502移动到特定像素1501的位置所得到者同样的效果。

如上所述，根据第6实施例，通过改变像素值的布局而不改变像素值本身来生成预定的纹理，附加信息可以被多路转换。

已经说明了第1至第6实施例，而且把这些实施例适当地组合起来也是有效的。

以上实施例中的每一个都举例说明两个灰度级(量化值取为“0”或“1”)，但是本发明对于更大的灰度级数也是有效的。在以上实施例中，一个1位代码被嵌入块的每一行，但是本发明不限于此。在以上实施例中，在一行中代码将要被嵌入的位置是用一个随机数来控制的。然而，本发明不限于这种具体例。例如，在一行中代码将要被嵌入的位置可以事先设定，而且这种位置可以规则地设定。

当附加信息被多路转换到诸如YMCK信息之类的彩色图像信息上时，多路转换处理不需要对所有的颜色成分进行(例如，可以仅对黄色成分进行，黄色成分中分辨率视觉上恶化)。

在以上实施例中，用误差扩散作为伪半色调处理。然而，本发明不限于误差扩散，而可以使用具有与误差扩散者相同的频率特性的蓝噪声通过混色来实现，或者一种把误差扩散和平均浓度方法组合起来的方法(日本专利公开№2-210961)。

附加信息的类型不限于有关图像信息的输出状态的信息，而可以采用例如音频信息之类。

注意，本发明可以运用于由一组装置(例如一个主计算机、一个接口装置、一个阅读器、一个打印机之类)构成的一个系统，或者一个由单个设备构成的设备(例如一个复印机、一个传真设备之类)。

本发明的目的还通过提供一种存储媒体(或记录媒体)来实现，该存储媒体把能够实现上述实施例的功能的软件程序的程序码记录到该系统或设备，并且由该系统或设备的一个计算机(或者一个CPU或MPU)读出并执行储存在该存储媒体中的程序码。在此一场合，从该存储媒体读出的程序码本身实现上述实施例的功能，而储存该程序码的该存储媒体构成本发明。上述实施例的功能不仅可以通过由计算机执行读出的程序码来实现，而且可以通过由在该计算机上运行的一个OS(操作系统)根据该程序码的指示执行某些或全部实际处理操作来实现。

此外，上述实施例的功能可以通过由一个配置在一个功能扩展板或一个功能扩展单元，该功能扩展板或功能扩展单元插入或者连接到该计算机，中的CPU之类，在从该存储媒体读出的该程序码被写入该扩展板或扩展单元的一个存储器之后，执行某些或全部实际处理操作来实现。

当本发明运用于存储媒体时，该存储媒体储存与图3、图7、图11、图14之类中所示的流程图相对应的程序码。

总之，根据本发明，由于纹理生成作为误差扩散的原理被由于嵌入的代码，所以附加信息可以被多路转换到图像信息上，同时抑制图像质量的恶化，并且多路转换的附加信息可以容易地被解码。

因此，可以防止对票据的伪造和对版权的侵犯。

因为可以作出许多本发明的大不相同的实施例而不脱离其精神和范围，所以应该指出，除了在所附权利要求书中界定者外，本发明不限于具体的实施例。

Claims (16)

1.一种用来把附加信息多路转换到图像信息上的图像处理设备，该图像处理设备包括：

通过基于误差扩散的伪半色调处理对图像信息的特定像素进行量化的量化机构；以及

用形成表示该附加信息的特定图案的一组包括该特定像素在内的像素的量化值来控制该特定像素的量化值的控制机构，

其中，所述控制机构通过根据该附加信息控制所述量化机构的量化条件来形成所述特定图案。

2.根据权利要求1的设备，其中该特定图案是具有相继的点的图案。

3.根据权利要求1的设备，其中，所述控制机构包括：

根据已经被所述量化机构量化的周围像素和所述附加信息来设定该特定像素的量化值的附加信息量化机构；以及

根据所述量化机构和所述附加信息量化机构的量化结果来确定该特定像素的所述量化值的确定机构。

4.根据权利要求3的设备，其中所述量化机构和所述附加信息量化机构进行二进制量化，

所述确定机构通过对所述量化机构和所述附加信息量化机构的量化结果取‘或’来确定该特定像素的所述量化值。

5.根据权利要求3的设备，其中，所述附加信息量化机构通过当周围像素形成一个预定的图案时把附加信息多路转换到其上来量化该特定像素。

6.根据权利要求3的设备，其中，所述附加信息量化机构还在由所述量化机构进行量化之前参照该特定像素周围的像素值来设定该特定像素的量化值。

7.根据权利要求1的设备，其中，所述控制机构通过还根据已经被所述量化机构量化的周围像素来控制所述量化机构的量化条件来形成所述特定图案。

8.根据权利要求1的设备，其中，所述控制机构在由所述量化机构执行的伪半色调处理中控制一个量化阈值。

9.根据权利要求1的设备，其中，所述控制机构参照由所述量化机构进行量化之前的该特定像素周围的像素值来控制所述量化机构的量化条件。

10.根据权利要求1的设备，其中，所述控制机构通过根据该附加信息控制该特定像素和被所述量化机构量化的周围像素的布局来形成所述特定图案。

11.根据权利要求10的设备，其中，所述控制机构参照由所述量化机构进行量化之前的该特定像素周围的像素值来控制量化之后的像素布局。

12.根据权利要求1的设备，其中，所述控制机构形成多种类型的特定图案。

13.根据权利要求1的设备，其中，所述控制机构根据一个随机数来控制所述特定图案的形成位置。

14.根据权利要求1的设备，其中所述控制机构形成在列和行方向中的至少一个方向上有规律性的特定图案。

15.根据权利要求1的设备，还包括去除该图像信息的噪声成分的噪声去除机构，而且

其中所述量化机构对已经被所述噪声去除机构从其中去除了噪声的该图像信息进行量化。

16.一种用来把附加信息多路转换到图像信息上的图像处理方法，该方法包括：

通过基于误差扩散的伪半色调处理对该图像信息的特定像素进行量化的量化步骤；以及

用形成表示该附加信息的特定图案的一组包括该特定像素在内的像素的量化值控制该特定像素的量化值的控制步骤，

其中，通过在所述量化步骤中根据所述附加信息来控制量化条件，从而在所述控制步骤中形成该特定图案。

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