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TECHNISCHER ANWENDUNGSBEREICH
DER ERFINDUNG
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Inhalt
der vorliegenden Erfindung ist ein Kennzeichnungsverfahren für ein Zielbild
und ein Verfahren zur Rückgewinnung
einer Kennzeichnung, die zuvor mit dem besagten Kennzeichnungsverfahren
in das Zielbild eingefügt worden
ist. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist vor allem für
Geräte
vom Typ Fotokopierer bestimmt, es kann jedoch auch auf all jene
Vorrichtungen ausgedehnt werden, mit denen man ein Bild reproduzieren kann,
wobei die besagte Reproduktion zumindest einen Schritt der Digitalisierung
des Bildes enthält.
Solche Geräte
sind beispielsweise Scanner, Drucker oder digitale Fotoapparate.
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Ziel
der Erfindung ist es im Wesentlichen, ein Verfahren zur Kennzeichnung
von Farbkopien anzubieten. Eine der Hauptanwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt in der Verhinderung der Herstellung gefälschter Banknoten mithilfe
eines Farbkopierers, durch das Einfügen einer Kennzeichnung mit
einer entsprechenden Information zur Identifizierung des verwendeten
Fotokopierers.
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Der
Anwendungsbereich der Erfindung im weiteren Sinne ist jener zur
Verhinderung der Herstellung von Fälschungen von Druckwerken.
In diesem Bereich sind vor allem Techniken bekannt, die mit dem
Aufdruck von Hologrammen oder Spezialmustern, mit Aufdrucken unter
Verwendung von Spezialtinten, oder mit Aufdrucken von Codes unter
der Verwendung von unsichtbaren Tinten arbeiten. Die bekannten Anwendungen
dieser Techniken können jedoch
nicht in einem Kennzeichnungsverfahren eingesetzt werden, bei dem
das Bild in einem Schritt digitalisiert wird. Auf diesem Gebiet
ist auch eine Technik der so genannten digitalen Kennzeichnung,
auf Englisch Watermarking genannt, bekannt, bei der man Informationen,
die Kennzeichnung oder Signatur genannt werden, auf robuste und
auf den Bildern nicht wahrnehmbare Art und Weise versteckt. Die Technik
der digitalen Kennzeichnung kann auch in anderen Anwendungsbereichen,
wie beispielsweise in der Musik, bei Videos und handgeschriebenen
Dokumenten, usw. eingesetzt werden. Ein allgemeines Anwendungsbeispiel
einer solchen Technik ist im internationalen Patentantrag zu finden,
der am 31. Januar 2002 unter der Nummer
WO 02/09019 im Namen der Firma DIGIMARC
veröffentlicht
wurde; in diesem Dokument ermöglicht
es ein durch Steganografie in ein Produkt eingefügter Code, das Produkt nach
dem Vergleich mit dem zuvor erhaltenen besagten Code zu authentifizieren.
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WO 0135323 veröffentlicht
ein Kennzeichnungsverfahren, dessen Besonderheit darin besteht, eine
Kennzeichnung anhand einer einzigen Komponente eines kolorimetrischen
Bereiches in ein Bild einzufügen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet im Wesentlichen eine besonders leistungsstarke digitale Kennzeichnungslösung in
Bezug auf die Unsichtbarkeit und die Robustheit der zu verbergenden
Kennzeichnung, sowie in Bezug auf die rasche Umsetzung an.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen sind digitale Kennzeichnungen, oder englisch Watermarks,
vor allem durch zwei wesentliche Merkmale gekennzeichnet: ein Watermark
muss unsichtbar und unentdeckbar sein, und das Verfahren, mit dem
es in das Bild eingefügt
wird, muss umkehrbar sein. Unter unsichtbar und unentdeckbar versteht
man die Tatsache, dass ein Support mit einer Kennzeichnung genau
so aussehen muss wie derselbe Support ohne diese Kennzeichnung. Eine
Person darf unter normaler Verwendung seiner Sinne nicht in der
Lage sein, einen Unterschied zwischen einem gekennzeichneten Support
und seinem Original zu erkennen. Nur durch eine digitale Bearbeitung
mithilfe einer entsprechenden Ausrüstung darf es möglich sein,
eine vorhandene Kennzeichnung zu bemerken.
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Darüber hinaus
hängt im
Bereich der digitalen Kennzeichnung das Einfügen in den meisten Fällen vom
Zielbild ab, in das man sie einfügen möchte. Man
spricht dann von der Abhängigkeit
der Kennzeichnung. Im Falle eines Bildes ist deshalb eine Einheit
an Pixeln zu bestimmen, die verändert
werden soll, wobei diese Einheit an Pixeln die Bildabhängigkeit
der Kennzeichnung bestimmt. Anders ausgedrückt besteht die Bildabhängigkeit
der Kennzeichnung in einem Bild, das man kennzeichnen möchte, aus
einer Einheit an Pixeln, die in Abhängigkeit von den Kriterien,
die dem verwendeten Kennzeichnungsverfahren eigen sind bestimmt
wird, und deren Werte so zu verändern
sind, dass die Informationen im Zusammenhang mit der Kennzeichnung
darin verborgen werden. Sobald die Bildabhängigkeit bestimmt ist, besteht
der zweite wesentliche Schritt eines digitalen Kennzeichnungsverfahrens
darin, die Pixel des Bildes, die zur Bildabhängigkeit gehören, zu
verändern,
um darin die Kennzeichnung wieder entsprechend den jeweiligen Verfahrenskriterien
einzufügen.
Diese Kriterien bringen zumeist bekannte Techniken, wie Schwellwertbildung
oder Einfügen
eines pseudozufälligen
Rauschens zur Anwendung, um bestimmte Bildkoeffizienten entsprechend
den jeweiligen Verfahrensregeln zu verändern.
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Und
schließlich
müssen
die verschiedenen digitalen Kennzeichnungsverfahren je nach Anwendungsgebiet
mehr oder weniger widerstandsfähig und
robust gegenüber
den verschiedenen Störungs- oder
Umwandlungstypen sein, denen ihr Support eventuell ausgesetzt ist.
Somit sind verschiedene Kennzeichnungsverfahren bekannt, die dazu
bestimmt sind, die Authentizität
digitaler Bilder zu belegen. Die verwendeten Kennzeichnungen müssen also
besonders empfindlich sein, und beim geringsten Versuch einer Bildveränderung
verschwinden. Ein solches Anwendungsbeispiel wird im internationalen
Patentantrag, der am 28. März
2002 unter der Nummer
WO 02/25599 vom
Erfinder F. JORDAN veröffentlicht
wurde, beschrieben. Es sind aber auch andere Kennzeichnungsverfahren
bekannt, deren Kennzeichnungen selbst dann erkannt werden müssen, wenn
der Support eine bestimmte Anzahl an Veränderungen erfährt, wobei
diese Änderungen
bei Bildern vor allem Drehungen, Translationen, und der Verlust
eines Teils des Bildes sein können.
Allgemein kann festgestellt werden, dass eine Kennzeichnung robust
ist, wenn die einzige Art und Weise, sie auf einem Support unentdeckbar
zu machen jene ist, diesen Support offenkundig zu verändern.
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Auch
wenn es viele verschiedene Formen der digitalen Kennzeichnung gibt,
so können
dennoch zwei große
Kategorien unterschieden werden:
- – einerseits
jene, die das Bild im räumlichen
Bereich verändern,
wie beispielsweise einen zuvor ausgewählten kolorimetrischen Raum;
dabei ist beispielsweise das Verfahren bekannt, das im Artikel beschrieben
wird, der von J. XIAO und Al. im Abschlussbericht der Konferenz über „Image Compression
and Encryption Technologies" (siehe
Proceedings of the SPIE, Vol. 4551, S. 69–73, 2001) veröffentlicht
wurde, und dessen englischer Titel „Watermarking algorithm based
an permutation and PDF417 coding" lautet.
Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zur digitalen Kennzeichnung,
bei dem eine zufällige
Permutation der Elemente vorgenommen wird, die das Zielbild bilden, bevor
man eine Kennzeichnung in Form eines Strichcodes einfügt. Für ein solches
Verfahren bedarf es jedoch umfangreicher Berechnungen, weshalb es
nicht für
ein Gerät
in der Art eines Fotokopierers eingesetzt werden kann, da auch die Robustheit
der eingefügten
Kennzeichnung unzureichend ist.
- – andererseits
jene, die beispielsweise eine Umwandlung im Frequenzspektrum des
Bildes vornehmen, eine Umwandlung, die zumeist auf einer entsprechenden
Wavelet-Transformation erfolgt. Die Wavelet-Transformationen werden mehrheitlich
verwendet, weil sie bis dato in Hinblick auf die Unsichtbarkeit
der verborgenen Kennzeichnung als die wirksamsten gelten. Auch sie
sind jedoch bei ihrer Anwendung sehr berechnungsintensiv, was für die Hauptanwendungsbereiche
der Erfindung, die Verhinderung von Bildfälschungen mittels Farbkopierer,
störend
ist. Denn bei einer solchen Anwendung muss die Kennzeichnung innerhalb
jener Zeit eingefügt
werden können,
die benötigt
wird, um eine Farbkopie zu erstellen.
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ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist somit Teil jener Verfahren zur digitalen Kennzeichnung, deren
allgemeine Prinzipien gerade beschrieben worden sind. Sein vorrangiges
Ziel ist es, einen Kompromiss zwischen den Eigenschaften der Robustheit, der
Unsichtbarkeit und der Einfüggeschwindigkeit
bei der Kennzeichnung anzubieten. Die Erfindung bietet darüber hinaus
ein Verfahren an, dessen verschiedene Schritte rasch aufeinander
folgen, sodass die Kennzeichnung in Echtzeit erfolgt. Die Umsetzung der
Erfindung gehorcht mehreren Zwängen,
unter denen man vor allem folgende findet:
- – den so
genannten geometrischen Zwang, wonach das Kennzeichnungsverfahren
den Vorgängen
der Rotation, der Translation und der Fensterung (die darin besteht,
nur einen Teil des Bildes anzuwählen)
eines zu markierenden Bildes widerstehen muss. Dieses kann zuerst
tatsächlich
frei angeordnet werden, bevor man die verschiedenen Operationen
des Verfahrens anwendet; und man muss in der Lage sein, die Kennzeichnung unabhängig von
der ursprünglichen
Position des Bildes zurück
zu gewinnen;
- – den
so genannten Zwang des Digitalisierungsversatzes: die Digitalisierung
eines Farbbildes durch ein Gerät
vom Typ Scanner besteht darin, das Bild in eine Rasterform zu bringen,
und in jedem Quadrat des Rasters für alle Werte der Komponenten
des Bildes einen Mittelwert zu bilden. Je nach ursprünglicher
Position des Bildes kann der Durchschnittswert einer Komponente
unterschiedlich sein. Diese Vorgabe zeigt eine der Schwierigkeiten
bei der Codierung auf, die dem Übergang
vom analogen zum digitalen Bild widerstehen muss;
- – den
als Druckrauschen bezeichneten Zwang: bei jedem Ausdruck werden
die Bilder einer Rasterung unterzogen. Diese Operation besteht darin,
die mit n Bits je Komponente codierten Bilder in mit einem Bit je
Komponente codierte Bilder umzuformen. Dieses Bit bestimmt das eventuelle Vorhandensein
von Tinte oder Toner in der jeweiligen Komponente. Diese Umwandlung
beschädigt
das Bild, und beschädigt
somit eine Kennzeichnung, die darin eingefügt sein könnte. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Kennzeichnung jedoch selbst nach einer solchen Beschädigung in
zuverlässiger
Form zurück
gewonnen.
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Um
die verschiedenen Ziele zu erreichen, drückt sich das erfindungsgemäße Verfahren
in drei voneinander getrennten Schritten aus: ein erster Schritt
besteht aus der Auswahl einer einzufügenden Kennzeichnung; ein zweiter
Schritt besteht aus der Auswahl der Bildabhängigkeit; ein dritter Schritt
besteht aus der Veränderung
der Bildabhängigkeit.
Diese drei Schritte werden vorzugsweise kombiniert. Jeder der oben
genannten Schritte wird getrennt voneinander in verschiedenen Kennzeichnungsverfahren
eingesetzt, und trägt
jeweils das seine dazu bei, entweder die Robustheit, oder die Unsichtbarkeit, oder
die Einfüggeschwindigkeit
der Kennzeichnung zu verbessern.
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Damit
bietet die Erfindung in erster Linie die Verwendung einer Kennzeichnung
an, die in Form eines Strichcodes auftritt, der in identischer Form mehrmals
wiederholt wird, bevor er in ein Bild eingefügt wird, das gekennzeichnet
werden soll, und das Zielbild genannt wird. Die Anordnung der verschiedenen
Wiederholungen des Strichcodes verleiht der Kennzeichnung vor allem
eine bessere Robustheit und erleichtert damit die Schritte der Rückgewinnung in
einem gekennzeichneten Bild. Bei der Erfindung wird vorzugsweise
angeboten, die Kennzeichnung in die Konturzonen des Zielbildes einzufügen. Die
Bildabhängigkeit
wird somit in einem kolorimetrischen Raum aufgebaut, der zuvor bestimmt
wird, und in die Konturzonen integriert. In einem Anwendungsbeispiel
besteht Sie aus Pixeln, deren Wert in einer der Farbkomponenten
des ausgewählten
kolorimetrischen Raumes bestimmten Kriterien entspricht.
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Die
Erfindung betrifft somit ein Kennzeichnungsverfahren eines Zielbildes,
in der Art jener Verfahren, die darin bestehen, eine Kennzeichnung
unsichtbar in das Zielbild einzufügen, und das speziell verschiedene
Schritte enthält,
die darin bestehen:
- – das Zielbild zu digitalisieren;
- – im
Zielbild eine Einheit an Pixeln festzulegen, die für die Kennzeichnung
geeignet sind, und eine Bildabhängigkeit
bilden;
- – die
Komponentenwerte einer Untereinheit an Pixeln zu verändern, die
zur Bildabhängigkeit
gehört,
indem man darin Informationen einfügt, die mit der einzufügenden Kennzeichnung
zu tun haben.
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Die
wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin,
dass zumindest drei Komponenten vorhanden sind, und die Kennzeichnung,
die es einzufügen
gilt, aus einer Pflasterung besteht, die aus einer Wiederholung
identischer Muster des Typs Strichcode, der eine Abfolge schwarzer und
weißer
Streifen aufweist, besteht; diese Pflasterung weist dabei mindestens
ein erstes und ein zweites nebeneinander liegendes Muster auf, wobei
das zweite Muster in Bezug auf das erste Muster um 90° gedreht
wurde; und dass
- – das erfindungsgemäße Verfahren
im Schritt zur Bestimmung der Bildabhängigkeit jene Operation enthält, die
darin besteht, eine Einheit an Pixeln auszuwählen, die die Konturzonen in
einer ersten Komponente eines kolorimetrischen Raumes bildet, in
dem das Zielbild digitalisiert wird, oder in einem anderen kolorimetrischen
Raum, in den man sich platziert, um einen geeigneteren kolorimetrischen
Raum für
die Arbeit zu erhalten; und im Schritt zur Änderung der Komponentenwerte
jene Operation enthält,
die darin besteht, für
die ausgewählten
Pixel, und in zumindest einer zweiten Komponente des besagten kolorimetrischen
Raumes bestimmte Graustufenwerte dieser Komponente zu ändern, um
darin eine Information in Zusammenhang mit der Kennzeichnung H einzuführen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist darüber
hinaus zu seinem Vorteil eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften
auf:
- – das
Muster ist ein quadratischer Strichcode;
- – die
einzufügende
Kennzeichnung ist eine Wiederholung des Strichcode-Musters auf einer
Gesamtfläche,
die der Größe des Zielbildes
entspricht, wobei jedes Muster eine Drehung um 90° im Verhältnis zu
dem jeweiligen Muster erfahren hat, das gleich neben ihm liegt;
- – die
Bildabhängigkeit
ist in den Konturzonen des Zielbildes enthalten;
- – die
veränderten
Komponenten des kolorimetrischen Raumes sind eine zweite und eine
dritte Komponente des kolorimetrischen Raumes, wobei die Graustufenwerte
der zweiten Komponente verändert
werden, um eine Information über
das Vorhandensein eines schwarzen Streifens des Strichcodemusters
einzufügen,
und die Graustufenwerte der dritten Komponente verändert werden,
um eine Information über
das Vorhandensein eines weißen
Streifens des Strichcodemusters einzufügen;
- – die
zu verändernden
Graustufenwerte sind jene, die unter einem zuvor festgelegten Änderungsgrenzwert
liegen, wobei zwei unterschiedliche Komponenten auch unterschiedliche Änderungsgrenzwerte
aufweisen können;
- – das
erfindungsgemäße Verfahren
enthält
im Schritt zur Bestimmung der Bildabhängigkeit Operationen, die darin
bestehen:
- – eine
Einheit an Pixeln des Zielbildes aus einer Gruppe von Komponenten
eines kolorimetrischen Raumes auszuwählen, in dem das Zielbild digitalisiert
wird, dessen Graustufenwerte für
jede betrachtete Komponente unter einem Änderungsgrenzwert liegen, der
jeder Komponente eigen ist;
- – unter
den ausgewählten
Pixeln jene auszuwählen,
die einer Konturzone in einer ersten Komponente des kolorimetrischen
Raumes angehören, die
nicht der Komponentengruppe zur Bestimmung der Bildabhängigkeit
angehören;
in
diesem Fall besteht die Komponentengruppe vorzugsweise aus einer
zweiten Komponente und einer dritten Komponente des kolorimetrischen Raumes,
und für
die Pixel, die die Bildabhängigkeit
bestimmen, werden die Graustufenwerte der zweiten Komponente verändert, indem
man eine Information über
das Vorhandensein eines schwarzen Streifens des Strichcodemusters
einfügt,
und die Graustufenwerte der dritten Komponente, indem man eine Information über das
Vorhandensein eines weißen
Streifens des Strichcodemusters einfügt.
- – der
Bildraum, in dem das Zielbild digitalisiert wird, ist der kolorimetrische
Raum;
- – die
erste Komponente ist die rote Komponente, die zweite Komponente
ist die blaue Komponente und die dritte Komponente ist die grüne Komponente;
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Ein
weiterer Inhalt der Erfindung ist ein Rückgewinnungsverfahren einer
entsprechend dem Verfahren eingefügten Kennzeichnung, bei dem
vor allem die letzte Eigenschaft zum Zuge kommt, von der eben die
Rede war, dadurch gekennzeichnet, dass es die verschiedenen Schritte
enthält,
die darin bestehen:
- – ein Bild einzuscannen, das
gekennzeichnet worden ist;
- – eine
Einheit an gescannten Pixeln auszuwählen, die einer Konturzone
in der ersten Komponente entsprechen;
- – eine
erste Untergruppe an Pixeln unter den ausgewählten Pixeln zu bilden, indem
man nur jene Pixel berücksichtigt,
bei denen der Graustufenwert der zweiten Komponente unter einem
zuvor festgelegten ersten Rückgewinnungsschwellenwert
liegt; die Graustufenwerte der Pixel der ersten Untergruppe zu ändern, indem
man sie in schwarze Pixel verwandelt;
- – eine
zweite Untergruppe an Pixeln unter den ausgewählten Pixeln zu bilden, indem
man nur jene Pixel berücksichtigt,
bei denen der Graustufenwert der dritten Komponente unter einem
zuvor festgelegten zweiten Rückgewinnungsschwellenwert
liegt; die Graustufenwerte der Pixel der zweiten Untergruppe zu ändern, indem
man sie in weiße
Pixel verwandelt;
- – die
erste Pixeluntergruppe und die zweite Pixeluntergruppe, deren Graustufenwerte
geändert wurden,
zu fusionieren.
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Die
Erfindung und die verschiedenen Anwendungen sind durch die Lektüre der folgenden
Beschreibung und durch das Studium der begleitenden Abbildungen
leichter verständlich.
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KURZE ABBILDUNGSBESCHREIBUNG
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Diese
dienen lediglich als Beispiele und sind keinesfalls als Einschränkung der
Erfindung anzusehen. Die Abbildungen zeigen:
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in
der 1 ein besonderes Beispiel für ein Muster, das als Basis
für die
Herstellung einer Kennzeichnung dient, die bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in das Zielbild einzufügen
ist;
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in
der 2 ein bevorzugtes Beispiel für eine Kennzeichnung, das ausgehend
vom Muster aus der 1 hergestellt wurde, das für das erfindungsgemäße Kennzeichnungsverfahren
herangezogen wird;
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in
der 3 ein Organigramm, das ein Beispiel für die Anwendung
des erfindungsgemäßen Kennzeichnungsverfahrens
darstellt;
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in
der 4 ein Organigramm, das ein Beispiel für die Anwendung
des erfindungsgemäßen Rückgewinnungsverfahrens
darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN UMSETZUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Die 1 und 2 zeigen
ein besonderes Beispiel für
den Aufbau der Kennzeichnung, die dazu bestimmt ist, in die verschiedenen
Zielbilder eingefügt
zu werden. In der 1 ist ein Strichcode 100 dargestellt.
Der Strichcode 100 bildet das Kennzeichnungsmuster. Für die Wahl
der Kennzeichnung durch eine Struktur basierend auf einem Strichcode waren
vor allem Gründe
der Robustheit ausschlaggebend. Das Wechselspiel von schwarzen Streifen 101 und
weißen
Streifen 102 gleicher Breite ermöglicht es, bei einem fehlenden
Teil eines Streifens, durch Extrapolieren der bei der Rückgewinnung
der Kennzeichnung tatsächlich
im Zielbild erfassten Teile, den besagten unvollständigen Streifen
zu vervollständigen.
Eine solche Extrapolierung ist bei komplexeren Symbolen, als es
Strichcodes sind, nicht möglich,
weil es, wenn ein Teil der Information verloren gegangen ist, unmöglich ist,
diese mithilfe der zurück gewonnenen
Informationen zu rekonstituieren.
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Darüber hinaus
ermöglicht
der Strichcode als Kennzeichnungsmuster eine einfache Codierung von
Informationen über
die Herkunft des Gerätes,
auf dem das Bild reproduziert wurde, wie beispielsweise über den
Fotokopierer, durch bijektives Beifügen eine binären Information – 1 oder
0 – zu
einem Farbstreifen, einem weißen
Streifen oder einem schwarzen Streifen. Bei den betrachteten Beispielen
verwendet man Strichcodes bestehend aus einer Reihe von 20 Streifen 103,
anhand derer die Identifizierungsnummer der Gerätes codiert werden kann. Die
20 Streifen 103 ermöglichen
die Codierung von 20 Bits; dadurch ist es möglich, mehr als 1 Million Identifizierungsnummern
einzusetzen. Bei Bedarf erhöht
man die Anzahl der Streifen, um die Zahl der verfügbaren Identifizierungsnummern
ebenfalls entsprechend zu erhöhen. Bei
der Aufeinanderfolge von 20 Streifen 103 wurden vier zusätzliche
Streifen 104 vorgesehen, mit denen selbstkorrigierende
Informationen (CRC) eingefügt werden
können.
Man legt für
ein solches Muster eine Leserichtung fest, um feststellen zu können, an
welchem Ende man mit der Entschlüsselung
des Strichcodes beginnen muss, um den Code zu erhalten, dem er entspricht.
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Um
die Robustheit der Kennzeichnung noch weiter zu erhöhen, wird
das Muster 100 mehrmals wiederholt, um die Kennzeichnung
zu bilden, die in das Zielbild einzufügen ist. Bei der Erfindung
hat man sich dafür
entschieden, eine Kennzeichnung zu erstellen, die aus der identischen
Wiederholung eines Musters besteht, das aus einem Strichcode besteht, wie
er in der 1 zu sehen ist. Dadurch erhält man eine
Kennzeichnung 200, die aus einem Strichcode erarbeitet
wurde, der sich von jenem aus der 1 unterscheidet,
so wie sie in der 2 dargestellt wird. Bei der
Erfindung wird das Muster zumindest zweimal wiederholt. Dadurch
verfügt
man über
eine redundante Information mit zumindest zwei identischen Strichcodes
in der Kennzeichnung, wodurch sich die Robustheit der Kennzeichnung
verbessert. Der erste und der zweite Strichcode sind vorzugsweise
nebeneinander angeordnet, wobei der zweite Strichcode gegenüber dem
ersten Strichcode um 90° verdreht
ist, sodass eines der Enden der schwarzen und weißen Streifen
des zweiten Strichcodes von einem, weißen oder schwarzen, Streifen
des ersten Strichcodes begrenzt wird, wobei der besagte Streifen
des ersten Strichcodes normal zu den Streifen des zweiten Strichcodes
steht. Eine solche Eingrenzung vereinfacht die Rückgewinnung der Kennzeichnung.
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In
manchen Umsetzungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Muster,
auf dessen Basis die Kennzeichnung erstellt wird, quadratisch. In
einem besonderen Umsetzungsbeispiel ist die Seite des Musters dazu
bestimmt, 480 Pixel des Zielbildes mit 600 dpi abzudecken. Mit einem
solchen Muster ist es einfach, eine Kennzeichnung zu erstellen,
wie sie in der 2 dargestellt ist, bei der man
anhand des Musters 100 eine Pflasterung in einer Größe erstellt,
die der Größe des Zielbildes
entspricht, oder die größer ist,
als das Zielbild, damit eine Information über die Kennzeichnung in irgendeinen
Abschnitt des Zielbildes eingefügt
werden könnte.
In bestimmten Beispielen wählt
man eine Pflasterung aus, deren Größe einem A4 Blatt entspricht.
Bei einer solchen Vorgehensweise erhält man eine maximale Redundanz
an Informationen, die in der Kennzeichnung vorhanden sind, und man
erzielt so eine optimale Robustheit. Zwei Muster sollten so nebeneinander
angebracht werden, dass ihre Streifen normal zueinander stehen.
Dadurch erhält
man eine Wechselwirkung an Mustern mit waagrechten Streifen und an
Mustern mit senkrechten Streifen, die vorzugsweise immer dieselbe
Leserichtung aufweisen, beispielsweise von links nach rechts für die Muster
mit senkrechten Streifen, und von oben nach unten für die Muster
mit waagrechten Streifen. Durch eine solche Kennzeichnung können die
zuvor genannten geometrischen Zwänge
erfüllt
werden.
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Sobald
die Kennzeichnung erstellt ist, muss sie nur noch ins Zielbild eingefügt werden.
Wie bereits erklärt,
bestimmt man dazu entsprechend bestimmter Kriterien eine Bildabhängigkeit,
bevor man die Pixelwerte entsprechend anderer Kriterien verändert. Im
erfindungsgemäßen Verfahren
hat man es aufgrund der aufwändigen
Berechnungsoperationen, die bei der Umwandlung des Frequenzspektrums des
Bildes nötig
sind, vorgezogen, eine Bildabhängigkeit
im Raum zu erzeugen.
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In
dem Beispiel, das nun beschrieben wird, nimmt man an, dass das Zielbild
eingescannt, und in den kolorimetrischen RVB Raum (Rot, Grün, Blau) zerlegt
wurde. Weitere kolorimetrische Räume,
wie beispielsweise der Lab Raum oder der YCrCb Raum können ebenfalls
für die
Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingesetzt werden.
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In
einer ersten Umsetzungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens
bestimmt man in einem ersten Schritt die Konturen in einer der Komponenten
des kolorimetrischen Raumes, wie zum Beispiel die rote Komponente.
Zu diesem Zweck werden Algorithmen zur Konturerfassung eingesetzt.
Man untersucht für
jedes Pixel, ob es einer so genannten Konturzone angehört oder
nicht, man setzt die Graustufenwerte der roten Komponente der benachbarten Pixel
ein, wobei diese Werte anschließend
für die Formeln
des Mittelwerts und der angepassten Varianz berücksichtigt werden, die bei
Personen mit entsprechenden Kenntnissen bekannt sind. Der Umfang der
benachbarten Abschnitte, die dabei berücksichtigt werden, liegt bei
9 Pixeln Seitenlänge,
wobei der zu untersuchende Pixel in der Mitte liegt. Da eine Erfassung
der Konturen nur ein bis zwei Pixel breite Linien zum Vorschein
bringt, ist sie für
die Einfügung und
die Rückgewinnung
einer Kennzeichnung unter korrekten Bedingungen nicht direkt verwendbar.
Deshalb bestimmt man eine Einheit an so genannten Kontur-Pixeln.
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In
einem zweiten Schritt wird festgelegt, ob der Graustufenwert für die zuvor
bestimmten Kontur-Pixel in zumindest einer weiteren Komponente des
kolorimetrischen Raumes unter einem bestimmten Schwellenwert liegt,
der Kennzeichnungs- oder Änderungsgrenzwert
genannt wird, wobei der besagte Kennzeichnungsschwellenwert nicht
für alle
einwirkenden Komponenten unbedingt derselbe sein muss. Wenn dies
der Fall ist, wird der entsprechende Pixel als Teil der Bildabhängigkeit
herangezogen. Sobald die Bildabhängigkeit
bestimmt ist, kann man die Kennzeichnungsmaske bestimmen, die aus
Pixeln der Bildabhängigkeit
besteht, die je nach Information über die Kennzeichnung, die
sie verbergen sollen, in schwarze oder weiße Pixel umgewandelt wurden. Bei
der Kennzeichnungsrückgewinnung
möchte
man genau diese Maske erhalten.
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Eine
zweite Umsetzungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem das
Berechnungsvolumen der ersten Variante verringert, und die Ausführungsgeschwindigkeit
des Verfahrens entsprechend erhöht
werden können,
ist in der 3 dargestellt. Bei dieser Variante
wählt man
zuerst die Pixel in zumindest einer vorgegebenen Komponente des
ausgewählten
kolorimetrischen Raumes aus, deren Graustufenwerte unter den Grenzwerten
der Kennzeichnung liegen, und bestimmt dann, ob diese ausgewählten Pixel
einer Konturzone in einer dritten Komponente angehören, um
das besagte Pixel gegebenenfalls in der Bildabhängigkeit zu verwenden.
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Deshalb
stellt man sich bei dem in der 3 dargestellten
Beispiel in einem Schritt 300 für jeden Pixel des Zielbildes
die Frage, ob der entsprechende Pixel der Maske schwarz ist. Ist
dies der Fall, fragt man sich in einem Schritt 310, ob
der Graustufenwert in der blauen Komponente des betrachteten Pixels
unter einem ersten Kennzeichnungsgrenzwert, Grenzwertblau, liegt,
der der blauen Komponente eigen ist. Ist dies der Fall, fragt man
sich in einem Schritt 311, ob die rote Komponente des betrachteten
Pixels einer Konturzone in dieser Komponente angehört. Wenn
dies der Fall ist, nimmt der Wert der blauen Komponente des betrachteten
Pixels in einem Schritt 312 einen zuvor festgelegten Wert,
Niveaublau, an, der für
das Vorhandensein eines schwarzen Pixels an dieser Stelle der Maske
von Bedeutung ist. Wenn die Antwort am Ende der Schritte 310 und 311 auf
die in diesen Schritten gestellte Frage negativ ist, geht das Verfahren
zum Schritt 330 über,
bei dem entschieden wird, das entsprechende Pixel des Zielbildes
nicht zu verändern.
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Wenn
man am Ende des Schrittes 300 bestimmt hat, dass das entsprechende
Pixel der Maske nicht schwarz, sondern weiß ist, geht man zu Schritt 320 über, bei
dem man sich die Frage stellt, ob ein Graustufenwert in der grünen Komponente
des betrachteten Pixels unter einem zweiten Kennzeichnungsgrenzwert,
Grenzwertgrün,
liegt, der der grünen
Komponente eigen ist. Ist dies der Fall, stellt man sich im Schritt 321 die
Frage, ob die rote Komponente des betrachteten Pixels einer Konturzone
in dieser Komponente angehört.
Ist dies der Fall, nimmt der Wert der grünen Komponente des betrachteten
Pixels einen zuvor bestimmten Wert, Niveaugrün, an, der für das Vorhandensein
eines weißen
Pixels an dieser Stelle der Maske von Bedeutung ist. Wenn die Antwort
am Ende der Schritte 320 und 321 auf die in diesen
Schritten gestellte Frage negativ ist, geht das Verfahren zum Schritt 330 über, bei
dem entschieden wird, das entsprechende Pixel des Zielbildes nicht
zu verändern.
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Das
Rückgewinnungsverfahren
einer eingefügten
Kennzeichnung entsprechend einer der Varianten, die eben beschrieben
wurden, ist in der 4 dargestellt. Das Rückgewinnungsverfahren greift
notwendigerweise auf einen vorherigen Schritt zurück, bei
dem das eventuell gekennzeichnete Bild eingescannt und in einen
kolorimetrischen Raum zerlegt wird. In einem ersten Schritt 400 stellt
man sich für
jedes gescannte Pixel des Bildes die Frage, ob es einer Konturzone
einer Komponente angehört,
die nicht verändert
worden ist, um Informationen über
die Kennzeichnung, wie beispielsweise die rote Komponente, zu verbergen.
Abgesehen von den Änderungen,
die auf das Druckrauschen und den Versatz bei der Digitalisierung
zurückzuführen sind,
ist diese Komponente tatsächlich
gleich geblieben, wie die ursprüngliche
Komponente des Zielbildes. Wenn das Pixel nicht zu einer solchen
Konturzone gehört,
wird es in einem Schritt 401 nicht als Träger von
Kennzeichnungsinformationen angesehen. Wenn das betrachtete Pixel
einer solchen Konturzone angehört, führt man
in einem Schritt 410 bzw. 420 einen vergleichenden
Test durch, um festzustellen, ob der Wert der grünen, bzw. der blauen Komponente
unter einem Rückgewinnungsschwellenwert
der grünen Komponente,
Grenzwertgrün,
bzw. der blauen Komponente, Grenzwertblau, liegt, wobei der Pixel
in diesem Fall in einem Schritt 411 bzw. 421 als
codierender Wert einer Information in Bezug auf das Vorhandensein
eines weißen
oder schwarzen Pixel einer Maske angesehen wird.
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Am
Ende des Schrittes 411 bzw. 421 verfügt man somit über eine
Pixeluntergruppe des gescannten Bildes, die Träger einer Information zur Codierung
des Vorhandenseins eines weißen
oder schwarzen Pixels der Maske sind; man verändert somit den Wert dieser
Pixel, um sie weiß oder
schwarz zu machen, und man legt somit in einem Schritt 430 die
erhaltenen Untergruppen für
jedes Muster der Kennzeichnung übereinander,
um eine möglichst
vollständige
Kennzeichnung zu erhalten, die in einem Schritt 440 durch
Interpolierung der tatsächlich
identifizierten Pixelwerte vervollständigt wird.
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Die
Rückgewinnungsschwellenwerte
in diesen grünen
und blauen Komponenten sind nicht unbedingt fix. Ein Benutzer, der
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Anwendung bringt, ist in der Lage, diese entsprechend weiter
zu entwickeln, und so die gekennzeichneten Pixel noch stärker hervorzuheben. Diese
Freiheit bei den Rückgewinnungsschwellenwerten
ermöglicht
es dem Benutzer, sich von Störungen
im Zusammenhang mit Operationen der Digitalisierung und des Ausdrucks
zu befreien. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Störungen im Zusammenhang
mit der Digitalisierung und des Ausdrucks bei Ausführung der
verschiedenen Operationen (Konturerfassung oder Änderung der Graustufenwerte)
nicht mehr störend.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist als Alternative und vorteilhaft auch in allen anderen kolorimetrischen
Räumen
anwendbar; auch ein Tausch der Rollen, die den Komponenten des RvB-Raumes zugedacht
wird, sprengt keinesfalls den Rahmen der Erfindung. Besonders aussagekräftige Ergebnisse wurden
jedoch mit einem solchen kolorimetrischen Raum und einer solchen
Aufteilung der Rollen für
die verschiedenen Komponenten erzielt.