JP2002176651A - デジタル画像ウォーターマーキング装置及び方法 - Google Patents

デジタル画像ウォーターマーキング装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォーターマークを、印刷又は多様なイメー
ジ変形にも強靱に残しながらも、デジタル画像の品質を
低下させることなく、画像原本無しでも検出することが
できるデジタル画像ウォーターマーキング装置及び方法
を提供する。 【解決手段】 デジタル画像の輝度成分を周波数領域の
係数に変換させ、使用者キーを暗号化し、疑似難数を発
生させてウォーターマークを生成し、周波数領域の係数
等のうち、第１の周波数領域の係数と前記ウォーターマ
ークを用いて生成された代置係数を、前記周波数領域の
係数等のうち、第２の周波数領域の係数と代置し、デジ
タル画像にウォーターマークを挿入する。認証装置にお
いて挿入されたウォーターマークは検出され、検出され
たウォーターマークと認証用ウォーターマークとの相関
関係を求めることにより、デジタル画像を認証する。こ
れにより、上記課題が解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル画像ウォ
ーターマーキング（watermarking）装置及び方法に関す
るものであり、更に、ウォーターマークが印刷又は多様
なイメージ変形にも強靱に残るようにし、挿入されたウ
ォーターマークを良好に検出しながら、デジタル画像の
品質を低下させることなく、画像原本無しでもウォータ
ーマークを検出することができるデジタル画像ウォータ
ーマーキング装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】写真のイメージのような静止画像や、ア
ニメーション等の動画像のようなデジタル画像物の創作
と流通が急増するにつれ、これらのデジタル画像物が、
多様な保存媒体等又はネットワークを通じて流通されな
がら、不法複製又は不法変形されることも亦大きく増加
するようになってきた。デジタル画像物が、不法変形さ
れたり、複製又は流通されることを防止するために、多
様な方法等が開発されてきたが、本発明の発明者は、こ
のような目的を達成するための方法としてデジタルウォ
ーターマーキング技術に注目した。
【０００３】デジタルウォーターマーキング技術は、デ
ジタルデータ著作物に肉眼では識別することができない
追加的な情報を挿入し、デジタルデータ著作物の所有権
者の許可無しに複写、配布、変形、販売等が行われるこ
とを防止するための技術である。
【０００４】これまでよく知られていたデジタルウォー
ターマーキング技術としては、空間領域法、周波数領域
法、スプレッドスペクトルコミュニケーション法等があ
る。これらのデジタルウォーターマーキング技術等は、
それぞれウォーターマークの挿入が容易であったり（空
間領域法）、ウォーターマークの削除が困難である（周
波数領域法）等の長所を有する反面、フィルタリングの
ような作業に脆弱であったり（空間領域法）、係数値に
よって画像が損なわれたり（周波数領域法）、又はウォ
ーターマークを検出するために画像原本が必要であり、
ウォーターマークを挿入すると、本来のデジタル画像が
大きく変形される（スプレッドスペクトルコミュニケー
ション法）等の様々な短所を有している。
【０００５】即ち、上述の従来のデジタルウォーターマ
ーキング技術では、デジタル画像の不法的な変形、複製
及び流通を防止するのに要求される要件等、詳細には、 1)デジタル画像に挿入されたウォーターマークは、削除
することが困難であるか、不可能でなければならない
（削除の困難性）； 2)デジタル画像の印刷、又は印刷のためのイメージ変
形、ディザーリング（dithering）やハーフトーン（hal
ftone）等を経ても、デジタル画像に挿入されたウォー
ターマークは、検出され得る程度に強靱でなければなら
ない（変形への強靱性）； 3)デジタル画像にウォーターマークを挿入した際、ウォ
ーターマークによるデジタル画像の品質低下を最小化さ
せるか、無いようにしなければならない（デジタル画像
品質の保存性）；及び 4)挿入されたウォーターマークは、著作権者及び使用が
許可された者以外には検出することができないようにし
なければならない（挿入情報の隠匿性） 等の要件等を全て、同時に満たすことができず、その適
用範囲が極めて限定的であり、上述の目的を達成するこ
とが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上述の要件等を全て満たすデジタル画像ウォーター
マーキング技術を提供することにある。更に、印刷や多
様なイメージ変形を経ても、挿入されたウォーターマー
ク検出が可能であり、非可視的なウォーターマークの挿
入方法を用いてウォーターマークへの接触を困難にし、
ウォーターマーク検出の際に、画像原本を必要としない
デジタル画像ウォーターマーキング装置及び方法を提供
するのにその目的がある。
【０００７】本発明の他の目的は、周波数領域特性を利
用し、ウォーターマークを挿入するため、デジタル画像
の品質も大きく低下しないだけでなく、ウォーターマー
ク挿入済みデジタル画像の高い解像度で出力、ディザー
リングやハーフトーン等によるイメージ変形に対して
も、ウォーターマークの保存性が高い強靱なデジタル画
像ウォーターマーキング装置及び方法を提供することで
ある。
【０００８】本発明の又他の目的は、使用者から入力さ
れた使用者キー値を暗号化し、ウォーターマークに生成
した後挿入し、デジタル画像からウォーターマークを検
出した後、使用者から入力された使用者キーから生成さ
れたウォーターマークと、検出されたウォーターマーク
とが一致するか否かを判別し、２つのウォーターマーク
が一致する場合にのみ認証を受けるようにし、ウォータ
ーマークの保安性をより強化したデジタル画像ウォータ
ーマーキング装置及び方法を提供することである。
【０００９】本発明の更なる目的は、使用者キー値とウ
ォーターマークの相関関係において、４次モーメント
（Kurtosis）を利用した先鋭度と最大値及びその位置を
利用し、ウォーターマーク検出及び認証の正確性を拡大
化させたデジタル画像ウォーターマーキング装置及び方
法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述のような目的を達成
するために、本発明は、デジタル画像にウォーターマー
クを挿入する装置において、前記デジタル画像の輝度成
分を周波数領域の係数等に変換させる周波数領域変換手
段；ウォーターマークを生成するウォーターマーク生成
手段；前記周波数領域の係数等のうち、第１の周波数領
域の係数と前記ウォーターマークを用いて生成された代
置係数を、前記周波数領域の係数等のうち、第２の周波
数領域の係数と代置し、前記デジタル画像にウォーター
マークを挿入するウォーターマーク挿入手段；及び、前
記周波数領域に変換され、ウォーターマーク挿入済みデ
ジタル画像を逆周波数領域変換する逆周波数領域変換手
段を含むデジタル画像ウォーターマーク挿入装置を提供
する。
【００１１】本発明の他の目的を達成するために、本発
明は、前記デジタル画像ウォーターマーク挿入装置おけ
るウォーターマーク挿入済みデジタル画像を認証する装
置において、前記ウォーターマーク挿入済みデジタル画
像の輝度成分を周波数領域の係数等に変換させる周波数
領域変換手段；認証用ウォーターマークを生成するウォ
ーターマーク生成手段；前記第１の周波数領域の係数及
び前記第２の周波数領域の係数を用いて、前記デジタル
画像に挿入されたウォーターマークを検出するウォータ
ーマーク検出手段；及び、前記検出されたウォーターマ
ークと前記認証用ウォーターマークとの相関関係を求め
ることにより、前記デジタル画像を認証する相関関係の
計算手段を含むデジタル画像ウォーターマーク認証装置
を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照し、本発
明の好ましい実施例によるデジタル画像ウォーターマー
キンング装置及び方法について詳細に説明する。
【００１３】通常、デジタル画像ウォーターマーキング
装置は、大別してウォーターマークをデジタル画像に挿
入するためのデジタル画像ウォーターマーク挿入装置
と、ウォーターマーク挿入済み画像を認証するためのデ
ジタル画像ウォーターマーク認証装置からなり、これら
の装置等は、実施形態によって独立又は統合されて用い
られる。
【００１４】まず、図１及び図５を参照し、デジタル画
像にウォーターマークを挿入する装置と方法について共
に説明する。図１は、本発明によるウォーターマーク挿
入装置の構成を概略的に示したブロック図であり、図５
は、本発明により、デジタル画像にウォーターマークを
挿入するプロセスを説明するフローチャートである。
【００１５】図１のウォーターマーク挿入装置(100)に
より行われる一連のプロセスは、図５に示されたプロセ
スに対応する。図１には、ウォーターマーク挿入装置(1
00)に含まれた構成要素等が機能ブロック別に示されて
おり、図５には、図１の構成要素等によって行われる過
程等が示されている。
【００１６】まず、デジタル画像原本(OI)は、ウォータ
ーマーク挿入装置(100)に含まれた白黒画像/カラー画像
判別器(110)に入力される(段階310)。白黒画像/カラー
画像判別器(110)は、ウォーターマークを挿入しようと
するデジタル画像原本(OI)が、白黒画像であるか、カラ
ー画像であるかを区別するために前段に配置されたもの
である。白黒画像/カラー画像判別器(110)は、入力され
たデジタル画像原本(OI)のフォーマット等に関するイメ
ージ情報データを抽出し、抽出されたイメージ情報デー
タから白黒画像であるか、カラー画像であるかを判別す
る(段階320)。
【００１７】次に、白黒画像/カラー画像判別器(110)に
より、判別過程(段階320)を経たデジタル画像原本(OI)
は、周波数領域変換器(125)により、周波数領域に変換
される。この際、白黒画像は、輝度(luminance)成分の
みを有しているので、白黒画像/カラー画像判別器(110)
による結果が、白黒画像である場合は、輝度成分に対す
る周波数領域変換のみを行い、直ちに周波数領域変換器
(125)により周波数変換が行われる(段階330a)。
【００１８】これとは異なり、上述の判別器(110)にお
ける結果がカラー画像である場合は、まず、カラーモデ
ル変換器(120)において、例えばRGBモード等のカラーモ
デルからHSB(H:hue、S:saturation、B:brightness)モー
ド、YIQ(Y:luminance、I:in−phase、Q:quadrature)モ
ード又はYCbCr(Y:luminance、Cb/Cr:chrominance)モー
ドのカラーモデルに変換され、変換されたカラーモデル
の輝度成分が抽出される(段階325)。カラーモデル変換
器(120)により変換されたカラーモデルの輝度成分は、
周波数領域変換器 (125)により周波数領域に変換され
る(段階330b)。
【００１９】デジタル画像原本(OI)を周波数領域に変換
する技法には、様々なものがあるが、代表的には、FFT
変換(Fast Fourier Transform)、DCT変換(Discrete
Cosine Transform)、DWT変換(Discrete Wavelet Tra
nsform)等が用いられる。
【００２０】本発明においては、ウォーターマークの挿
入と検出のために、周波数領域法を用いる。周波数領域
法による変換等は、デジタル画像を周波数領域に変換さ
せることにより、ウォーターマークをデジタル画像に隠
匿させる。これによりウォーターマークの除去を困難に
させ、デジタル画像原本の品質を大きく低下させない長
所を有する。周波数領域変換器(125)において、デジタ
ル画像のDCT係数、FFT係数又はDWT係数(FOI)を得るよう
になる。
【００２１】ところが、フーリエ変換は、変換領域の係
数が複素数からなるので、フーリエ変換係数にウォータ
ーマーク情報を挿入するのに困難がある反面、DCT変換
はフーリエ変換と類似する特性を含むこともあるが、変
換領域の係数が実数のみからなるので、フーリエ変換よ
り有利でかつ容易である。ここでは、デジタル画像に対
するDCT変換係数又はDWT変換係数にウォーターマークを
挿入する実施例として説明する。DCT変換は、基本的にF
FT変換と密接な関連があり、標準JPEG圧縮等で広く用い
られる変換技法である。
【００２２】１次元DCT変換は、次の数１のように定義
される；
【数１】 前記数１において、sは本来信号値であり、tは変換され
た信号値である。Nは信号の長さを示し、係数cは次の数
２のように与えられる；
【数２】 (但し、１≦k≦N-1である場合) 一方、正方行列に対する２次元DCT変換は、次の数３の
ように定義される；
【数３】 前記数３において、N、s、tは、１次元DCT変換における
それと同意義であり、c(i、j)は次の数４のように与え
られる；
【数４】 (但し、i≠0、j≠0である場合） 又、DCT変換は逆変換を有するが、１次元及び２次元に
対し、それぞれ次の数５及び数６で定義される；
【数５】
【数６】
【００２３】次に、DWT変換について検討してみる。フ
ーリエ変換が、サイン関数及びコサイン関数を基底関数
として用いる変換であれば、ウェーブレット変換は基底
関数としてウェーブレットを用いる変換であり、大きく
連続ウェーブレット変換及び離散ウェーブレット変換に
分けることができる。連続ウェーブレット変換は、次の
数７のように定義される；
【数７】 上記数７において、sはスケーリング(scaling)を、τは
位置移動(translation)を示し、ψ(s、t)はスケーリン
グされ、位置移動された形態のウェーブレットを示す。
【００２４】スケーリングは、周波数と関連されるが、
低いスケーリング、即ち圧縮されたウェーブレットは高
周波成分を抽出し、高いスケーリング、即ち拡張された
ウェーブレットは低周波成分を抽出する。通常、連続ウ
ェーブレット変換は、変換を通じて得られるウェーブレ
ット係数が、スケーリングと位置移動の関数として無限
個に得られるため、実際具現が不可能である。
【００２５】従って、スケーリングと位置移動に対し、
一定の周波数領域のみを選ぶ離散ウェーブレット変換を
用いれば、より効果的に具現することができる。しか
し、離散ウェーブレット変換も亦、コンピュータで具現
するには多くの演算量の負担を伴うため、高速ウェーブ
レット変換であるフィルタバンクを用いて、画像イメー
ジを変換させるのが好ましい。この方法は、古典的な２
チャンネルサブバンドコーティングとピラミッドアルゴ
リズムを利用し、逆変換のためのフィルタバンク間の関
係(PR-QMF:Perfectly reconstruction quadrature m
irror filter)さえ成立されれば、簡単に具現すること
ができる長所を有する。
【００２６】フィルタバンクを利用した高速ウェーブレ
ット変換の概要は、図２、図３及び図４に示されたとお
りである。図２は、本発明に用いられるフィルタバンク
による離散ウェーブレット変換のプロセスを示した図で
あり、図３は、本発明に用いられるフィルタバンクによ
る離散ウェーブレット逆変換プロセスを示した図であ
る。図４は、本発明に用いられる一般的な離散ウェーブ
レット変換後の係数分布を示す図である。
【００２７】一方、本発明の１実施例による、ウォータ
ーマークの生成において、一定の権限のある使用者が所
定の使用者キーを入力し、入力された使用者キーからウ
ォーターマークを生成する。使用者キーをウォーターマ
ークとして利用すれば、検出されたウォーターマークと
使用者キーから生成されたウォーターマークとの間の相
関関係を通じ、デジタル画像の真偽や変更の有無をより
正確に判断することができ、ウォーターマークの保安性
を強化させることができるという長所がある。
【００２８】又、本発明の１実施例によれば、入力され
た使用者キーを暗号化した後、これからデジタル画像に
挿入されるウォーターマークを生成する。使用者キーが
暗号化過程を経ると、使用者キー値が、容易に変更され
ないだけでなく、使用者キーそのものを隠匿させること
ができるので、暗号化された使用者キーから生成された
ウォーターマークをデジタル画像に挿入すると、以後に
デジタル画像からウォーターマークを検出する際、使用
者キーそのものが公開される恐れがないという長所があ
る。
【００２９】暗号化は通常の暗号化方式、例えばDES(da
te encryption standard)方式、RSA方式、ECC方式等
を用いることができる。本発明の１実施例においては、
図１に示されたとおり、暗号化するデータがコーディン
グされ、その結果が疑似難数(pseudo random number)
に出力されるPN−code方式を用いる。
【００３０】ウォーターマーク(W)を生成するために
は、図１及び図５に示されたとおり、使用者キーが、ウ
ォーターマーク生成器(130)に入力されると(段階341)、
ウォーターマーク生成器(130)に含まれた使用者キー暗
号化器(131)及び疑似難数生成器(132)は、入力された使
用者キーを利用して使用者キーを暗号化し、疑似難数を
生成し(段階343及び段階345)、デジタル画像原本(OI)の
周波数領域変換係数(FOI)に挿入されるウォーターマー
ク(W)を生成する(段階340)。
【００３１】使用者キーから生成されたウォーターマー
ク(W)は、ウォーターマーク挿入器(140)により、次の数
８のような方式のプロセシングを通じて、デジタル画像
に挿入される(段階350a又は段階350b)。
【数８】 ここで、fxはデジタル画像原本(OI)に挿入されるウォー
ターマークの強度を調節するための特性関数である。fx
は、多様に設定することができるが、デジタル画像原本
(OI)の周波数領域変換係数(FOI)のうち、一部をモジュ
ールロ(modulo)演算するか、多数の変換係数等の平均、
標準偏差、分散等の統計的な特性値を取り出す関数であ
る。
【００３２】FOI'は、デジタル画像原本(OI)の周波数領
域変換係数(FOI)に特性関数fxを適用した値にウォータ
ーマーク(W)が掛けられた結果を示す。前記数８におい
て、変換係数(FOI)は、デジタル画像の周波数領域の値
であるので、２次元配列の形態であり、ウォーターマー
ク(W)は１次元順列(sequence)の形態を有するために、
変換係数(FOI)を順列形態になったり、ウォーターマー
ク(W)を２次元ブロック化して演算する。演算のため画
像の周波数係数の１つにウォーターマークの１つをマッ
チングさせて計算することができ、画像周波数係数の幾
つかの統計的な特性を取り出し、１つのウォーターマー
クと演算する方法がある。
【００３３】数８を参照し、ウォーターマークが挿入さ
れる過程を更に詳細に説明すれば、ウォーターマーク挿
入器(140)は、所定の特定周波数領域の変換係数（以
下、挿入係数という）の絶対値に特性関数fxを適用して
得た値とウォーターマークを掛けた結果（FOI'、以下代
置係数という）を他の特定周波数領域の変換係数と代置
(replacement)するプロセシングを行う。
【００３４】例えば、デジタル画像を低周波数、中間周
波数及び高周波数領域に分けた時、デジタル画像の情報
が、相対的に少なく含まれた中間周波数又は高周波数領
域に、ウォーターマークを挿入するようになるが、低周
波数領域の変換係数(挿入係数)に特性関数fxを適用した
結果に、ウォーターマークを掛けた結果（代置係数）
を、既存の中間周波数領域や高周波数領域変換係数に代
置することにより、ウォーターマークの挿入が完了され
る。
【００３５】このような方式によれば、高周波数部分を
一部捨てる圧縮過程やブラーリング(blurring)のような
変形に対しても、ウォーターマークは低周波数領域の係
数と掛けられ、高周波数領域に代置されるものであり、
変形後にも高周波数領域が相当部分残るようになるの
で、強靱である長所がある。
【００３６】本明細書においては、ウォーターマーク
が、低周波数領域の係数の絶対値に特性関数fxを適用し
た結果と掛けられ、中間周波数と高周波数領域との間に
代置されることを一例として開示しているが、デジタル
画像の品質を低下させない範囲の周波数領域等を選び、
ウォーターマークを挿入することもできる。例えば、高
周波数領域の変換係数の絶対値に特性関数を適用した結
果に、ウォーターマークを掛けた後、高周波数領域に代
置することが可能であり、周波数領域に変換されたデジ
タル画像にウォーターマークを挿入する方法は、これに
限定されず、様々な周波数領域においても応用すること
ができる。
【００３７】又、本発明は、印刷により画像の全体的な
特性が、全く変わらないという点に着目して、任意の周
波数領域の係数を補償し、画像の全体的な特性に変化を
与えないという周波数領域の特性を利用すれば、印刷に
強靱な特性を有するようになり、印刷等によりウォータ
ーマークが無くなることを防止することができるように
なる。又、上述の周波数領域の特性を利用したウォータ
ーマークの挿入法によれば、ウォーターマークを挿入し
ても、デジタル画像の全体的な特性が変わらない。即ち
デジタル画像原本の品質が低下しないため、印刷後もデ
ジタル画像原本の品質を保持することが可能である。
【００３８】数８において、デジタル画像原本(OI)にウ
ォーターマーク(W)が挿入された際、ウォーターマーク
(W)の強度の強さを調節するのはfx関数である。この特
性関数値は、使用者の任意で設定することができ、どん
な値も可能であり、特にウォーターマーク(W)の挿入に
よるデジタル画像の品質が低下しないように、適切な関
数に決定することができる。即ち、ウォーターマークの
強度の強さとデジタル画像の品質の変形は、互いに反比
例の関係にあるので、ウォーターマークの使用環境とデ
ジタル画像の品質維持の側面を考慮して定めることが好
ましい。
【００３９】ウォーターマーク挿入済みデジタル画像を
得るために、逆周波数領域変換器(150)は、周波数領域
に変換されたデジタル画像を復元させる(段階360a又は
段階360b)。上述の周波数領域変換器(125)が、DCT変
換、DWT変換又はFFT変換を利用した場合、逆周波数領域
変換器(150)は、逆DCT変換、逆DWT変換又は逆FFT変換を
利用する。ここで、デジタル画像原本(OI)がカラー画像
である場合は、逆カラーモデル変換器(155)により、逆
周波数領域変換が行われた輝度成分と、周波数領域変換
を経なかった輝度成分を除く残りの成分を利用し、HSB
モード、YIQモード又はYCbCrモードのカラーモデルから
本来のカラーモデルに復元される(段階370)。その後、
ウォーターマーク挿入済みデジタル画像(WI)を獲得し
(段階380)、ウォーターマークのデジタル画像への挿入
プロセシングが完了される。
【００４０】以下、図６及び図７を参照し、ウォーター
マーク挿入済みデジタル画像からウォーターマークを検
出し、検出されたウォーターマークと使用者キーから生
成されたウォーターマークとの間の相関関係を通じて、
認証結果を出力する装置及び方法について説明する。
【００４１】図６は、本発明によるウォーターマーク認
証装置の構成を概略的に示したブロック図であり、図７
は、本発明により、デジタル画像からウォーターマーク
を検出し、検出されたウォーターマークへの相関関係の
算術及び分析から、認証結果を出力するプロセスを説明
するフローチャートである。
【００４２】図６のウォーターマーク認証装置(200)に
より行われる一連のプロセスは、図７に示されたプロセ
スに対応する。図６には、ウォーターマーク検出及び認
証装置(200)に含まれた構成要素等が、機能ブロック別
に示されており、図７には、図６の構成要素等により行
われる検出及び認証過程が示されている。
【００４３】まず、ウォーターマーク挿入済みデジタル
画像(WI)をウォーターマーク検出及び認証装置(200)の
白黒画像/カラー画像判別器(210)に入力する(段階41
0)。図６の白黒画像/カラー画像判別器(210)、カラーモ
デル変換器(220)及び周波数領域変換器(225)は、図１の
白黒画像/カラー画像判別器(110)、カラーモデル変換器
(120)及び周波数領域変換器(125)と動作及び機能面にお
いて同一である。
【００４４】即ち、ウォーターマークが挿入された画像
(WI)が、白黒画像であるか、カラー画像であるかを判別
し(段階420)、ウォーターマーク挿入済み画像(WI)が白
黒画像であれば、周波数領域変換器(225)により、輝度
成分に対する周波数領域変換が行われ(段階430a)、カラ
ー画像であれば、まず、カラーモデル変換器(220)によ
りHSBモード、YIQモード又はYCbCrモード等のカラーモ
デルに変換された後(段階425)、周波数領域変換器(225)
により輝度成分に対し、DCT変換、DWT変換、FFT変換等
の周波数領域変換が行われる(段階430b)。
【００４５】図６及び図７に示されたとおり、ウォータ
ーマーク生成器(230)は、使用者キーが入力されると(段
階441)、使用者キー暗号化器(231)により、図５おける
ウォーターマーク挿入過程と同一の方法で暗号化され
(段階443)、疑似難数生成器(232)により、PN−code方式
によるウォーターマーク(W)を生成するようになる(段階
445)。図６及び図７のウォーターマーク生成器(230)及
びウォーターマーク生成過程(440)は、図１及び図５Aの
ウォーターマーク生成器(130)及びウォーターマーク生
成過程(340)と同一である。
【００４６】次に、相関関係の算術及び分析器(240)
は、ウォーターマーク挿入の逆過程を行い、周波数領域
変換の結果から得たウォーターマーク挿入済みデジタル
画像の周波数領域への変換係数(FWI)からデジタル画像
に挿入されていたウォーターマーク(WE)を検出し、２つ
のウォーターマーク(W及びWE)間の相関関係を算術する
(段階450)。
【００４７】ウォーターマーク検出の際は、所定の特定
周波数領域の係数に特性関数を適用した結果にウォータ
ーマークを掛けて、他の特定周波数領域の係数に挿入す
るプロセシングを逆プロセシングするものであり、ウォ
ーターマーク挿入済みデジタル画像から、上述の特性周
波数領域に挿入されている代置係数(FOI')と、代置係数
(FOI')の計算に用いられた挿入係数(FOI)を求め、この
挿入係数及び代置係数を利用してウォーターマークを復
元する。この復元されたウォーターマーク(WE)とウォー
ターマーク挿入の際、用いられた方法により生成された
ウォーターマーク(W)間の相関関係を求めることによ
り、デジタル画像に所定のウォーターマークがあるかを
検出することができる。
【００４８】図に示されてはいないが、使用者キーから
ウォーターマークを生成する方法の他に、所定の保存媒
体に予め保存されていた様々なウォーターマーク等のう
ち、いずれか１つのウォーターマークを挿入及び検出す
る例もある。このように使用者キーが入力されない場合
は、挿入係数と代置係数から求めたウォーターマーク
を、予め保存されている様々なウォーターマーク等と比
較し、所定のウォーターマークが挿入されているかを判
断することができる。
【００４９】いずれの場合にも、ウォーターマーク挿入
済み画像の周波数領域の係数値等から、直接ウォーター
マークを検出することができるので、画像原本は必要で
はない。
【００５０】ウォーターマークが任意の大きさ値を有す
る順列である場合は、ウォーターマークを復元するため
に、挿入係数と代置係数の値を用いなければならない
が、ウォーターマークが１と−１のみを有する二進数列
である場合は、特性関数fxの値がいつも陽数であるとい
う仮定下に、代置係数の符号のみでもウォーターマーク
の値を復元することができる。
【００５１】相関関係の算術及び分析器(240)は、この
ように検出されたウォーターマーク(WE)と、使用者から
入力されたキーとを用いて、生成されたウォーターマー
ク(W)との間の相関関係及びその相関値を求め、使用者
の指定したウォーターマークが挿入されたことを確認
し、ウォーターマーク検出及び認証装置(200)により、
検査されるデジタル画像の真偽、変更の有無が分かる。
【００５２】以下、相関関係の算術及び分析器(240)の
２つのウォーターマーク(WE及びW)間の相関関係及びそ
の相関値を求める方法について説明する。
【００５３】２つのウォーターマーク(WE及びW)間の相
関関係は、次の数９により求めることができる；
【数９】 ここで、 はFFT(W)の共役複素数を示し、IFFT(W)は逆FFT(W)を示
す。
【００５４】前記数９から求められた相関関係の結果
は、ある１つの値ではなく、シーケンスの形態(x1、・
・・、xN)であるので、求められた複数個の値等(x1〜
xN)を比較して最大ピーク値M及びその位置Pを求める。
【００５５】次に、数９から求められた相関関係の結果
から先鋭度、即ち４次モーメント(Kurtosis)Kを次の数
１０により求める。
【数１０】 ここで、x1、・・・、xNは、上述のとおり数９から得た
数列であり、２つのウォーターマーク(W及びWE)間の相
関関係の結果値であり、 は、x1、・・・、xNの平均を、σは標準偏差を示す。
【００５６】このように求められた相関値等、K、M、P
を分析すると(段階460)、所定の使用者キーから生成さ
れたウォーターマーク(W)と、検出されたウォーターマ
ーク(WE)とが一致するかを判別することができる。詳細
に説明すれば、相関値K、即ちカートシス(Kurtosis)が
所定の臨界値未満であれば、２つのウォーターマーク(W
及びWE)が一致しないことを示し、最大ピーク値(M)が所
定の臨界値未満である場合も２つのウォーターマーク(W
及びWE)が一致しないことを示す。又、２つのウォータ
ーマーク(W及びWE)の最大ピーク値の位置(P)がいつも同
一の場合にのみ２つのウォーターマーク(W及びWE)が一
致することを意味する。又、ウォーターマーク生成器(2
30)により生成されたPN−codeは、自己信号以外のPN−c
odeとは相関度が‘０’であるので、PN−codeによる相
関度も亦、所定の臨界値以上の場合は、２つのウォータ
ーマーク(W及びWE)が一致することを意味する。従っ
て、デジタル画像が上述の相関値等の条件を全て満たせ
ば、２つのウォーターマーク(W及びWE)が一致すること
を意味し、デジタル画像の認証を確定する。一例とし
て、図７の段階370のように相関値等の条件を分析した
結果によって、ウォーターマークされたデジタル画像が
印刷された証明書の所持者を認証するか、例えば通過を
許可するか(段階480a)、又は認証を拒絶するか、又例え
ば通過を拒絶するか、警告することもできる(段階480
b)。
【００５７】本発明によるデジタルウォーターマーキン
グ装置及び方法に対する評価のために、256×256の大き
さのデジタル画像にウォーターマークを挿入した後、デ
ィザーリング、ハーフトーン、ブラーリングのような変
形を加えた後、ウォーターマークを検出する実験を行っ
た。この実験に対し、約99.92%の検出結果を得ることが
でき、この実験に引き続き、300dpi解像度のプリンタで
印刷した後、印刷された画像をスキャナ及びデジタルカ
メラを用いて、再びデジタル画像に生成した後、ウォー
ターマークを検出する実験を行った。この実験に対し、
95%以上の高い検出率を示すことにより、印刷による変
形に対し、強靱なウォーターマーキング技術であること
を確認することができた。
【００５８】
【発明の効果】上述のとおり、本発明によるデジタル画
像ウォーターマーキング装置及び方法によれば、周波数
領域特性を利用した本発明の原理により、ウォーターマ
ークの挿入及び検出に対する画像原本の品質を保障する
と同時に、印刷やイメージ変形等に強靱な特徴を有し、
画像原本無しでもウォーターマークを検出することがで
きる長所がある。又、使用者キーをウォーターマークと
して挿入し、ウォーターマーク検出の際、使用者から入
力された使用者キーから生成されたウォーターマーク
と、検出されたウォーターマークとが一致する場合にの
み認証され、４次モーメントのような相関値等の算出に
より、ウォーターマークの保安性及び正確性を大きく強
化させた特徴を有する。
【００５９】印刷に強靱であり、保安性が強化された特
性を有する本発明による装置及び方法は、印刷物として
の著作権や認証、個人情報の確証を要求する多様な応用
例に適用することができる極めて優れた長所を有する。
即ち、本発明の装置及び方法は、インターネットのよう
な大規模のネットワーク上における電子商取引、電子認
証書、電子識別カード、電子登録証、インターネットク
ーポン、電子貨幣、身分証、成績表等の活用のための前
提条件である情報保安装置及び方法を提供し、秘密維持
を必要とする情報に対する偽造、変造等の不法使用を防
ぎ、個人の身上情報の保護はもちろん、デジタル画像著
作物の知的財産権の保護産業分野にも広く適用すること
ができる。
【００６０】これまで、本発明によるデジタル画像ウォ
ーターマーキング装置及び方法に対する好ましい実施例
を開示し、例として説明したが、これは、本技術の分野
の熟練された者にとって、このような実施例が、単に例
示のためのものであって、これに限定されるものでな
く、本発明の技術的思想の範囲内で多様に変形又は変
換、置換、代替され得ることは明白である。又、本発明
の技術的思想は、上述の実施例に限定されるものではな
く、添付の特許請求の範囲及びそれと同等の技術的原理
によってのみ限定されることを理解しなければならな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるウォーターマーク挿入装置の構成
を概略的に示したブロック図である。
【図２】本発明に用いられるフィルタバンクによる離散
ウェーブレット変換プロセスを示した図である。
【図３】本発明に用いられるフィルタバンクによる離散
ウェーブレット逆変換プロセスを示した図である。
【図４】本発明に用いられる一般的な離散ウェーブレッ
ト変換後の係数分布を示す図である。
【図５】本発明により、デジタル画像にウォーターマー
クを挿入するプロセスを説明するフローチャートであ
る。
【図６】本発明によるウォーターマーク認証装置の構成
を概略的に示したブロック図である。
【図７】本発明により、デジタル画像からウォーターマ
ークを検出し、検出されたウォーターマークへの相関関
係の算術及び分析から、認証結果を出力するプロセスを
説明するフローチャートである。
【符号の説明】
100 ウォーターマーク挿入装置 110、210 白黒画像/カラー画像判別器 120、220 カラーモデル変換器 125、225 周波数領域変換器 130、230 ウォーターマ
ーク生成器 131、231 使用者キー暗号化器 132、232 疑似難数生成器 140 ウォーターマーク挿入器 150 逆周波数領域変換器 155 逆カラーモデル変換器 200 ウォーターマーク認証装置 240 相関関係の算術及び分析器 250 認証結果出力器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 1/387 Ｈ０４Ｎ 7/133 Ｚ ５Ｃ０７６ 7/08 7/08 Ｚ ５Ｊ１０４ 7/081 7/167 Ｚ 7/167 Ｈ０４Ｌ 9/00 ６７５Ａ 7/173 ６１０ ６５１ 11/04 (72)発明者 リー・ジュンス 大韓民国ソウル、ドボンク、サンムン３ド ン315−55番、チョングファ・ビラ・ビー 03ホ Ｆターム(参考） 5B057 CA01 CA02 CA08 CA12 CA16 CB01 CB02 CB08 CB12 CB16 CC01 CE08 CH08 5C057 AA07 EA01 EA02 EA07 EC01 EL01 EM07 EM09 EM11 GL02 5C059 KK43 MA00 MA21 MA23 MA24 PP01 PP04 RC35 SS28 UA02 UA05 5C063 AB03 AB07 AC01 CA03 CA11 CA12 CA23 DA07 DA13 DB09 5C064 BB02 BC07 BC17 BC22 BD08 CA14 CC01 CC04 5C076 AA14 BA06 5J104 AA08 AA14 JA04 LA02 NA14 PA10 PA12

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】デジタル画像にウォーターマークを挿入す
    る方法において、 (a)前記デジタル画像の輝度成分を周波数領域の係数等
    に変換させる段階； (b)ウォーターマークを生成する段階； (c)前記周波数領域の係数等のうち、第１の周波数領域
    の係数と前記ウォーターマークとを用いて生成された代
    置係数を、前記周波数領域の係数等のうち、第２の周波
    数領域の係数と代置し、前記デジタル画像にウォーター
    マークを挿入する段階；及び、 (d)前記ウォーターマーク挿入済みデジタル画像を逆周
    波数領域変換させる段階を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記デジタル画像はカラー画像であり、 前記方法は、 前記(a)段階以前に、 (a')前記デジタル画像を、輝度成分を含むカラーモデル
    に変換し、前記変換されたカラーモデルの輝度成分を抽
    出する段階を更に含み、 前記(d)段階の後、 (d')前記逆周波数領域変換されたデジタル画像を、前記
    逆周波数領域変換が行われた輝度成分及び前記周波数領
    域変換が行われない前記輝度成分を除いた残りの成分を
    利用し、カラーモデル逆変換を行う段階を含むことを特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記輝度成分を含むカラーモデルは、HSB
    モード、YIQモード及びYCbCrモードのいずれか１つであ
    ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記(c)段階は、 前記第１の周波数領域係数の絶対値に所定の特性関数を
    適用して求めた演算結果に、前記ウォーターマークを掛
    けた後、前記掛け算の結果を、前記第２の周波数領域の
    係数と代置させることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】前記第１の周波数領域は低周波数領域であ
    り、前記第２の周波数領域は中間周波数領域と高周波数
    領域との間であることを特徴とする請求項４に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】前記特性関数は、前記周波数領域変換係数
    のうち、一部をモジュールロ演算した結果、又は前記周
    波数領域変換係数等の統計的特性を示す関数であること
    を特徴とする請求項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記(a)段階は、FFT変換、DCT変換及びDWT
    変換のいずれか１つの変換方法を用いることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記(b)段階は、使用者から入力された使
    用者キーを暗号化し、疑似難数を生成することにより、
    ウォーターマークを生成するものであることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記暗号化は、PN−code方式の暗号化であ
    ることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】請求項１から請求項９に記載の方法によ
    り、ウォーターマーク挿入済みデジタル画像からウォー
    ターマークを検出し認証する方法において、 (e)前記ウォーターマーク挿入済みデジタル画像の輝度
    成分を周波数領域の係数等に変換させる段階； (f)認証用ウォーターマークを生成する段階； (g)前記第１の周波数領域の係数及び前記第２の周波数
    領域の係数を用いて、前記デジタル画像に挿入されたウ
    ォーターマークを検出する段階；及び、 (h)前記検出されたウォーターマークと前記認証用ウォ
    ーターマークとの相関関係を求めることにより、前記デ
    ジタル画像を認証する段階を含むことを特徴とする方
    法。
  11. 【請求項１１】使用者から入力された使用者キーを暗号
    化し、疑似難数を生成することにより、前記認証用ウォ
    ーターマークを生成されることを特徴とする請求項10に
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記(h)段階は、 (h1)前記検出されたウォーターマークと前記認証用ウォ
    ーターマークとの間の相関関係から最大ピーク値及び前
    記最大ピーク値の位置を求める段階； (h2)前記相関関係から４次モーメントを求める段階；及
    び、 (h3)前記４次モーメントが予め定められた臨界値以上で
    あり、前記相関関係の最大ピーク値が予め定められた臨
    界値以上であり、前記相関関係の最大ピーク値の位置が
    同一である場合に、前記検出されたウォーターマークと
    前記認証用ウォーターマークとが一致するものと判断す
    る段階を含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記ウォーターマークの挿入過程におい
    て、前記使用者キーが、PN−code方式で暗号化された場
    合に、 前記(h)段階は、前記PN−code方式による相関度が予め
    定められた臨界値以上である場合に、前記検出されたウ
    ォーターマークと前記認証用ウォーターマークとが一致
    するものと判断する段階を含むことを特徴とする請求項
    10に記載の方法。
  14. 【請求項１４】デジタル画像にウォーターマークを挿入
    する装置において、 前記デジタル画像の輝度成分を周波数領域の係数等に変
    換させる周波数領域変換手段；ウォーターマークを生成
    するウォーターマーク生成手段；前記周波数領域の係数
    等のうち、第１の周波数領域の係数と前記ウォーターマ
    ークを用いて生成された代置係数を、前記周波数領域の
    係数等のうち、第２の周波数領域の係数と代置し、前記
    デジタル画像にウォーターマークを挿入するウォーター
    マーク挿入手段；及び、 前記周波数領域に変換され、ウォーターマーク挿入済み
    デジタル画像を逆周波数領域変換する逆周波数領域変換
    手段を含むことを特徴とするデジタル画像ウォーターマ
    ーク挿入装置。
  15. 【請求項１５】前記デジタル画像が、白黒画像である
    か、カラー画像であるかを判別する白黒画像/カラー画
    像の判別手段を更に含み、 前記デジタル画像がカラー画像である場合に、 前記デジタル画像の輝度成分を含むカラーモデルに変換
    し、前記変換されたカラーモデルの輝度成分を抽出し、
    前記周波数領域変換手段に提供するカラーモデル変換手
    段；及び、 前記逆周波数領域変換手段において変換されたデジタル
    画像を、前記逆周波数領域変換が行われた輝度成分及
    び、前記周波数領域変換が行われない前記輝度成分を除
    いた残りの成分を利用し、カラーモデル逆変換を行うカ
    ラーモデル逆変換手段を更に含むことを特徴とする請求
    項14に記載のデジタル画像ウォーターマーク挿入装置。
  16. 【請求項１６】前記ウォーターマーク生成手段は、 使用者から入力された使用者キーを暗号化し、疑似難数
    を生成することにより、ウォーターマークを生成するこ
    とを特徴とする請求項14又は請求項15に記載のデジタル
    画像ウォーターマーク挿入装置。
  17. 【請求項１７】請求項15に記載のデジタル画像ウォータ
    ーマーク挿入装置おけるウォーターマーク挿入済みデジ
    タル画像を認証する装置において、 前記ウォーターマーク挿入済みデジタル画像の輝度成分
    を周波数領域の係数等に変換させる周波数領域変換手
    段；認証用ウォーターマークを生成するウォーターマー
    ク生成手段；前記第１の周波数領域の係数及び前記第２
    の周波数領域の係数を用いて、前記デジタル画像に挿入
    されたウォーターマークを検出するウォーターマーク検
    出手段；及び、 前記検出されたウォーターマークと前記認証用ウォータ
    ーマークとの相関関係を求めることにより、前記デジタ
    ル画像を認証する相関関係の計算手段を含むことを特徴
    するデジタル画像ウォーターマーク認証装置。
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