JP2006086822A - Electronic watermark embedding apparatus and method thereof, and electronic watermark extracting apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子透かし技術に関し、特に印刷画像用の電子透かし埋め込み装置と方法ならびに電子透かし抽出装置と方法に関する。 The present invention relates to a digital watermark technique, and more particularly to a digital watermark embedding apparatus and method for a printed image and a digital watermark extraction apparatus and method.
電子透かしが埋め込まれたデジタル画像を印刷媒体に印刷し、印刷された画像をデジタルカメラやスキャナ等で撮影して再度デジタル化して埋め込まれた電子透かしを検出するシステムがある。たとえば、チケットやカードを利用者に発行する際に、発行者や利用者に関する識別情報などを電子透かしとして視覚的に検知できないように画像に埋め込んでチケットやカードに印刷する。チケットやカードの利用時に、その電子透かしを検出することにより、偽造や不正入手などの不正行為を防止することができる。また、複写機やプリンタで画像を印刷する際に、著作権情報や機器の識別番号等を電子透かしとして埋めこんで印刷することにより、著作物、有価証券等の不正コピーを防止することができる。 There is a system for printing a digital image in which a digital watermark is embedded on a printing medium, photographing the printed image with a digital camera, a scanner, or the like and digitizing it again to detect the embedded digital watermark. For example, when a ticket or card is issued to a user, identification information about the issuer or the user is embedded in an image so that it cannot be visually detected as a digital watermark and printed on the ticket or card. By detecting the digital watermark when using a ticket or card, it is possible to prevent fraudulent acts such as forgery and unauthorized acquisition. In addition, when an image is printed with a copier or printer, it is possible to prevent unauthorized copying of copyrighted works, securities, etc. by embedding copyright information and device identification numbers as digital watermarks. .
一般にデジタルカメラやスキャナを用いて印刷画像を撮影してデジタル化すると、撮影画像には、撮影機器のレンズの形状や焦点距離に依存したレンズ歪みや、撮影時の光軸の傾きに起因する透視歪みが生じ、印刷画像と撮影画像の間で画素のずれが現れる。そのため、印刷画像に埋め込まれた電子透かしを撮影画像から正しく抽出することは困難であり、撮影画像の歪み補正が必要となる。 Generally, when a printed image is photographed and digitized using a digital camera or scanner, the photographed image can be seen through due to lens distortion that depends on the lens shape and focal length of the photographing device and the tilt of the optical axis at the time of photographing. Distortion occurs, and a pixel shift appears between the printed image and the captured image. Therefore, it is difficult to correctly extract the digital watermark embedded in the print image from the photographed image, and it is necessary to correct the distortion of the photographed image.
特許文献1には、印刷画像を光学的に読み取ることによって発生した歪みを含む画像情報から、もとの画像情報の大きさを算出し、付加情報を復元する画像処理装置が開示されている。
特許文献1の画像処理装置では、画像の形状が長方形であることを前提として、撮影画像から付加情報を抽出している。しかしながら、通信販売のカタログなどの印刷物に用いられる商品の画像は、四角形とは限らず、円形や三角形などいろいろな形をとり、画像の大きさも様々である。そのようないろいろな形態の画像に透かしを埋め込んだ場合、画像の形状とサイズを特定しなければ、透かしの抽出を行うことができない。また、印刷画像の場合、利用者が透かしの入った画像と透かしの入っていない画像とを区別できるようにする必要がある。また、撮影による画像歪みを補正するためには、撮影機器の歪み特性に関する情報や撮影時の光軸の傾き、光軸周りの回転に関する情報を取得し、撮影画像に幾何学的な変換を施す必要がある。 In the image processing apparatus of Patent Document 1, additional information is extracted from a captured image on the assumption that the shape of the image is a rectangle. However, an image of a product used for a printed matter such as a catalog for mail order is not limited to a quadrangle, and has various shapes such as a circle and a triangle, and the size of the image varies. When a watermark is embedded in such various types of images, the watermark cannot be extracted unless the shape and size of the image are specified. In the case of a printed image, it is necessary for the user to be able to distinguish between an image with a watermark and an image without a watermark. In addition, in order to correct image distortion due to shooting, information on distortion characteristics of the shooting device, information on the tilt of the optical axis at the time of shooting, and information on rotation around the optical axis are obtained, and the shot image is subjected to geometric conversion. There is a need.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたもので、その目的は、歪み補正が可能な透かし入りの印刷画像を生成する電子透かし埋め込み技術、および透かし入りの印刷画像を撮影した場合に生じる歪みを補正し、透かしを検出することのできる電子透かし抽出技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to embed a digital watermark embedding technique for generating a watermarked print image capable of distortion correction, and to correct distortion generated when a watermarked print image is photographed. An object of the present invention is to provide a digital watermark extraction technique capable of detecting a watermark.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電子透かし埋め込み装置は、画像の輪郭に沿って画像サイズに依存しない一定間隔で複数の特徴点を配置するためのフレームを画像の形状に合わせて複数種類格納したフレームデータベースと、電子透かしの埋め込み対象の原画像の形状に合った前記フレームを前記フレームデータベースから選択し、前記原画像の周囲に貼り付けるフレーム貼付部と、前記原画像に電子透かしを埋め込む透かし埋め込み部と、前記電子透かしが埋め込まれ、前記複数の特徴点が画像の輪郭に沿って配置された前記原画像を印刷媒体に印刷するために出力する出力部とを含む。 In order to solve the above problems, a digital watermark embedding device according to an aspect of the present invention matches a frame for arranging a plurality of feature points at regular intervals along the contour of an image without depending on the image size. A plurality of types of stored frame databases, a frame pasting unit that selects the frame that matches the shape of an original image to be embedded with a digital watermark from the frame database, and pastes the frame around the original image; A watermark embedding unit that embeds a watermark; and an output unit that outputs the original image in which the digital watermark is embedded and the plurality of feature points are arranged along an outline of the image on a print medium.
「原画像の形状」とは、たとえば、原画像を多角形や円形などの所定の形状にて形成したときの原画像の輪郭の形状をいう。「原画像の実サイズ」とは、原画像の実際の大きさを指し、原画像が撮影されたときの撮影画像の大きさとは区別される。 The “shape of the original image” refers to the shape of the contour of the original image when the original image is formed in a predetermined shape such as a polygon or a circle. The “actual size of the original image” refers to the actual size of the original image, and is distinguished from the size of the captured image when the original image is captured.
本発明の別の態様は、電子透かし抽出装置である。この装置は、電子透かしが埋め込まれた原画像が印刷された印刷画像をデジタル画像として取得する画像入力部と、前記デジタル画像の原画像領域の輪郭に沿って画像サイズに依存しない一定間隔で配置された複数の特徴点を抽出する特徴点抽出部と、前記複数の特徴点の配置に基づいて前記原画像の形状および実サイズを判定する判定部と、前記複数の特徴点の各々について、本来あるべき位置からのずれを検出することにより、前記原画像領域に生じた透視歪みを補正する透視歪み補正部と、判定された前記原画像の形状と実サイズにしたがって、補正された前記原画像領域から前記電子透かしを抽出する透かし抽出部とを含む。 Another aspect of the present invention is a digital watermark extraction apparatus. The apparatus includes an image input unit that acquires a print image obtained by printing an original image in which a digital watermark is embedded as a digital image, and a constant interval that does not depend on the image size along the outline of the original image area of the digital image. For each of the plurality of feature points, a feature point extraction unit that extracts the plurality of feature points that has been performed, a determination unit that determines the shape and actual size of the original image based on the arrangement of the plurality of feature points, A perspective distortion correction unit that corrects a perspective distortion generated in the original image area by detecting a deviation from a desired position, and the original image corrected according to the determined shape and actual size of the original image A watermark extracting unit that extracts the digital watermark from the region.
本発明のさらに別の態様は、電子透かし埋め込み方法である。この方法は、電子透かしの埋め込み対象として所定の形状の原画像が与えられたとき、前記原画像の輪郭に沿って画像サイズに依存しない一定間隔で複数の特徴点を配置した前記原画像と同一形状のフレームを前記原画像の周囲に貼り付けて、前記原画像に電子透かしを埋め込み、印刷媒体に印刷するために出力する。 Yet another embodiment of the present invention is a digital watermark embedding method. This method is the same as the original image in which a plurality of feature points are arranged at regular intervals along the contour of the original image when an original image of a predetermined shape is given as an electronic watermark embedding target. A frame having a shape is pasted around the original image, an electronic watermark is embedded in the original image, and output for printing on a print medium.
本発明のさらに別の態様は、電子透かし抽出方法である。この方法は、電子透かしが埋め込まれた原画像が印刷された印刷画像をデジタル画像として取得し、前記デジタル画像の原画像領域の輪郭に沿って画像サイズに依存しない一定間隔で配置された複数の特徴点を抽出して、それらの特徴点の本来あるべき位置からのずれを検出することにより、前記原画像領域に生じた透視歪みを補正し、前記複数の特徴点の配置に基づいて判定された前記原画像の形状と実サイズにしたがって、補正された前記原画像領域から前記電子透かしを抽出する。 Yet another embodiment of the present invention is a digital watermark extraction method. In this method, a print image obtained by printing an original image in which a digital watermark is embedded is obtained as a digital image, and a plurality of images are arranged at regular intervals along the outline of the original image area of the digital image without depending on the image size. By extracting feature points and detecting deviations from the original positions of these feature points, the perspective distortion generated in the original image area is corrected and determined based on the arrangement of the plurality of feature points. The digital watermark is extracted from the corrected original image area according to the shape and actual size of the original image.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、様々な形状をもつ透かし入りの印刷画像を生成することができ、また、透かし入りの印刷画像を撮影した画像に生じる歪みを補正して、透かしを高い精度で検出することができる。 According to the present invention, a watermarked print image having various shapes can be generated, and distortion generated in an image obtained by photographing the watermarked print image is corrected to detect the watermark with high accuracy. Can do.
実施の形態1
本発明の実施の形態1に係る電子透かしシステムは、図1の電子透かし埋め込み装置100と図7の電子透かし抽出装置200とを含み、電子透かし埋め込み装置100によって電子透かしの埋め込まれた印刷画像が生成され、電子透かし抽出装置200によって印刷画像を撮影して、埋め込まれた電子透かしが抽出される。電子透かし埋め込み装置100は、たとえば、透かし入りのチケットやカードの発行、通信販売等のカタログに掲載される透かし入りの商品画像の生成などに用いられ、電子透かし抽出装置200は、透かしを検出することによりチケットやカードの偽造を発見したり、カタログに掲載された商品画像から商品情報を抽出するために用いられる。どちらの装置もネットワーク上の端末からアクセスされるサーバとして構成してもよい。
Embodiment 1
The digital watermark system according to Embodiment 1 of the present invention includes the digital
図1は、実施の形態1に係る電子透かし埋め込み装置100の構成図である。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた画像処理機能および電子透かし埋め込み機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
FIG. 1 is a configuration diagram of a digital
画像形成部10は、入力されたデジタル画像Iの形状とサイズを変更して、印刷時の解像度に適した画像を生成する。画像形成部10により変形された画像を原画像という。原画像には透かし入り画像であることを明示するとともに、撮影時の歪み補正を行うために、原画像の輪郭に沿ってフレームを貼り付ける。そのために、原画像の形状とサイズには一定の制約がある。たとえば、長方形、円形、三角形などの所定の形状のフレームがあらかじめ用意されており、画像形成部10は、用意されたフレームの形状に合った形状に原画像を整形する。また、原画像のサイズについても、後述のように、フレーム内に配置される複数の特徴点の間隔の整数倍という制約があり、画像形成部10は、その制約に合わせて原画像のサイズを調整する。画像形成部10は、あらかじめ用意されたフレームの形状とサイズの制約に合わせて、画像をクロッピングするためのユーザインタフェースを備えてもよい。
The
画像形成部10は、このようにしてフレームに合わせて変形処理した原画像を透かし埋め込み部12に与える。また、画像形成部10は原画像の形状とサイズに関する情報を透かし埋め込み部12とフレーム貼付部16に与える。
The
透かし埋め込み部12は、画像形成部10から与えられた原画像に対して、原画像の形状とサイズに適したブロックサイズで透かし情報Xを埋め込む。たとえば、原画像が長方形である場合、透かし埋め込み部12は、原画像を適当なサイズのブロックに分割して、透かし情報Xをブロック毎に埋め込む。
The
フレーム貼付部16は、画像形成部10から与えられた原画像の形状とサイズに合ったフレームをフレームデータベース18から読み出し、そのフレームを原画像の周囲に貼り付け、フレーム内に原画像の輪郭に沿って複数の特徴点を所定の間隔で配置する。このフレーム内の複数の特徴点は、透かしの抽出の際、透視歪みを補正するために利用される。
The
印刷部14は、透かし埋め込み部12により透かし情報Xが埋め込まれ、フレーム貼付部16によりフレームが貼り付けられた原画像を紙やカードなどの印刷媒体に印刷し、フレーム付き印刷画像Pを生成する。なお、同図では、印刷部14は電子透かし埋め込み装置100の構成要素であるが、印刷部14を電子透かし埋め込み装置100の外部に設け、プリンタによって構成してもよく、その場合は、電子透かし埋め込み装置100とプリンタは、周辺機器の接続ケーブルまたはネットワークで接続される。
The
図2は、電子透かし抽出装置200により出力されるフレーム付き印刷画像Pを説明する図である。印刷媒体上に電子透かしの埋め込まれた原画像が印刷されており、原画像が印刷された領域20(以下、原画像領域20と呼ぶ)の周囲には、複数の特徴点22を含むフレーム24が印刷されている。フレーム24は、原画像領域20の外周に一定の幅をもって設けられており、白色であっても何らかの色に着色されていてもよい。フレーム24内の特徴点22は、カメラで撮影するときに検出しうる程度の大きさをもつマークであり、ここでは円形で示すが、四角や十字形など他の形状であってもよい。なお、帯状のフレーム24が原画像領域20の周囲に配置するのではなく、長方形の形状をしたフレーム24の上に原画像領域20を重ね合わせることによって、同図のようなフレーム付き印刷画像Pを生成してもよい。
FIG. 2 is a diagram for explaining the framed print image P output from the digital
ここで、隣接する特徴点22の間隔Lは、あらかじめ設定した固定値であり、画像のサイズには依存せず、すべての画像に同一の間隔Lが適用される。特徴点22の間隔Lを小さく設定すれば、特徴点22の個数が増え、歪み補正の精度が上がるが、ユーザにとっては目障りになるため、特徴点22の間隔Lは、歪み補正の精度とデザイン面での配慮の両面を考慮して設定するのがより好ましい。 Here, the interval L between adjacent feature points 22 is a fixed value set in advance, and does not depend on the size of the image, and the same interval L is applied to all images. If the interval L between the feature points 22 is set to be small, the number of feature points 22 increases and the accuracy of distortion correction increases. However, since this is annoying for the user, the interval L between the feature points 22 depends on the accuracy and design of the distortion correction. It is more preferable to set in consideration of both aspects.
図2の例では、原画像領域20の横方向に7個の特徴点22が等間隔Lで配置され、縦方向に5個の特徴点22が等間隔Lで配置されている。したがって、原画像領域20の横方向の長さは6L、縦方向の長さは4Lであることがわかる。
In the example of FIG. 2, seven
印刷媒体上の原画像領域20を撮影すると、撮影時のズーム倍率によって撮影画像のサイズは変化するため、一般的に撮影画像からは原画像領域20の実サイズはわからない。しかし、特徴点22の間隔Lは、原画像の実サイズに関係なく一定の値であるため、撮影された原画像領域20の特徴点22の個数を数えることにより、原画像領域20の実サイズを求めることができる。
When the
また、印刷媒体上の原画像領域20が長方形であっても、斜めから撮影すると透視歪みによって、撮影画像がたとえば台形になることがあるが、もともと台形の原画像領域20を撮影したのか、透視歪みにより台形になったのか判別がつかないため、一般的に撮影画像からは原画像領域20の各辺の実サイズはわからない。しかし、この場合でも、撮影された原画像領域20の各辺の特徴点22の個数を数えることにより、各辺の実サイズを求めることができ、原画像領域20の形状が長方形であるのか、台形であるのかを判別することができる。
Even if the
なお、正確には、原画像領域20の実サイズは、特徴点22から原画像領域20のエッジまでの距離dを考慮して、図2の例では、原画像領域20の横方向の長さは6L−2d、縦方向の長さは4L−2dと算出されるが、以下では、説明を簡単にするため、特徴点22から原画像領域20のエッジまでの距離dについて言及しないことにする。
To be precise, the actual size of the
図3(a)、(b)は、フレーム付き印刷画像Pの別の例を説明する図である。図3(a)は、原画像領域20の横方向に5個の特徴点22、縦方向に4個の特徴点22が等間隔Lで配置されており、原画像領域20の横方向の長さは4L、縦方向の長さは3Lであることがわかる。図3(b)は、原画像領域20の横方向に4個の特徴点22、縦方向に5個の特徴点22が等間隔Lで配置されており、原画像領域20の横方向の長さは3L、縦方向の長さは4Lであることがわかる。フレーム付き印刷画像Pを撮影した場合でも、原画像領域20に貼り付けられたフレーム24内の特徴点22の個数を数えることにより、原画像領域20の実サイズを判定することができる。
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining another example of the framed print image P. FIG. In FIG. 3A, five
図4(a)、(b)は、フレーム付き印刷画像Pのさらに別の例を説明する図である。この例では、原画像領域20は円形であり、原画像領域20の外周に貼り付けられたフレーム24も同じく円形である。図4(a)、(b)では、原画像領域20の大きさが異なるが、隣接する2つの特徴点22が作る点線で示した円弧の長さLは共通である。したがって、フレーム24内の特徴点22の個数を数えることにより、原画像領域20の円周の長さを求めることができる。図4(a)のフレーム付き印刷画像Pでは、フレーム24内に特徴点22が24個あるから、原画像領域20の円周の長さは24Lであることがわかる。一方、図4(b)のフレーム付き印刷画像Pでは、フレーム24内に特徴点22が16個あるから、原画像領域20の円周の長さは16Lであることがわかる。
4A and 4B are diagrams for explaining still another example of the framed print image P. FIG. In this example, the
仮に、撮影時に図4(b)のフレーム付き印刷画像Pをズームして撮影し、図4(a)のフレーム付き印刷画像Pよりも大きく撮影したとしても、フレーム24内の特徴点22の個数は変化しないから、ズーム倍率に関係なく、原画像領域20に貼り付けられたフレーム24内の特徴点22の個数にもとづいて原画像領域20の実サイズを求めることができる。
Even if the framed print image P of FIG. 4B is zoomed and photographed at the time of photographing, and the photographed image is larger than the framed print image P of FIG. 4A, the number of feature points 22 in the
図5(a)、(b)は、フレーム付き印刷画像Pのさらに別の例を説明する図である。この例では、原画像領域20は正三角形であり、原画像領域20の外周に貼り付けられたフレーム24も同じく正三角形である。図5(a)、(b)では、原画像領域20の大きさが異なるが、隣接する2つの特徴点22の間隔Lは共通であり、フレーム24内の特徴点22の個数を数えることにより、原画像領域20の各辺の長さを求めることができる。図5(a)のフレーム付き印刷画像Pでは、フレーム24内の特徴点22は正三角形の各辺につき6個ずつあるから、各辺の長さは5Lであることがわかる。一方、図5(b)のフレーム付き印刷画像Pでは、フレーム24内の特徴点22は正三角形の各辺につき5個ずつあるから、各辺の長さは4Lであることがわかる。
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating still another example of the framed print image P. FIG. In this example, the
フレームデータベース18には、長方形、三角形等の任意の多角形や円形などのいろいろな形状のフレーム24があらかじめ登録されており、フレーム貼付部16は、原画像の形状に合ったフレーム24をフレームデータベース18から選択して原画像の周囲に貼り付け、フレーム24内に原画像の輪郭に沿って複数の特徴点22を所定の間隔Lで配置する。原画像の実サイズがLの整数倍でない場合には、特徴点22を原画像の周囲に等間隔で配置することができなくなるため、その場合は、画像形成部10は、原画像の一部をカットしたり、原画像を縮小または拡大することにより、原画像の実サイズが所定の間隔Lの整数倍になるように調整する。
In the
図6は、電子透かし埋め込み装置100による電子透かし埋め込み手順を説明するフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining a digital watermark embedding procedure by the digital
画像形成部10は、デジタル画像Iの変形処理を行う(S10)。デジタル画像Iは、フレームデータベース18に登録されているフレーム24の形状に合わせて、長方形、円形、三角形などの形状にクロッピングされる。
The
画像形成部10は、変形処理後の原画像のサイズがフレーム24のサイズに一致するかどうかを調べる(S12)。たとえば、原画像の形状が長方形の場合は、縦横のサイズがフレーム24内の特徴点22の間隔Lの整数倍であるかどうかを調べる。原画像の形状が円形の場合は、円周の長さがフレーム24内の隣接する2つの特徴点22が作る円弧の長さLの整数倍であるかどうかを調べる。原画像の形状が三角形の場合は、各辺の長さがフレーム24内の特徴点22の間隔Lの整数倍であるかどうかを調べる。
The
原画像がフレーム24のサイズに一致しない場合(S12のN)、画像形成部10は、画像サイズをフレーム24のサイズに一致するように調整する(S14)。画像サイズの調整は、たとえば、原画像を拡大もしくは縮小したり、原画像の周辺を切り取ることにより行われる。原画像がフレーム24のサイズに一致する場合(S12のY)、画像サイズの調整処理は不要である。
When the original image does not match the size of the frame 24 (N in S12), the
透かし埋め込み部12は、画像形成部10により変形処理された原画像に透かし情報Xを埋め込む(S16)。フレーム貼付部16は、原画像の形状とサイズに合ったフレーム24をフレームデータベース18から読み出し、透かし情報Xの埋め込まれた原画像の輪郭に沿って所定の間隔で複数の特徴点22を配置したフレーム24を貼り付ける(S18)。印刷部14は、透かし埋め込み部12により透かし情報Xが埋め込まれ、フレーム貼付部16によりフレーム24が貼り付けられた原画像を印刷媒体に印刷し、フレーム付き印刷画像Pを生成する(S20)。
The
上記の手順において、透かし埋め込み部12による透かし情報Xの埋め込みと、フレーム貼付部16によるフレーム24の貼り付けの順序は逆でもよい。すなわち、フレーム貼付部16が原画像にフレーム24を貼り付けた後に、透かし埋め込み部12が原画像に透かし情報Xを埋め込むように手順を変更してもよい。
In the above procedure, the order of embedding the watermark information X by the
図7は、実施の形態1に係る電子透かし抽出装置200の構成図である。これらの構成も、CPU、メモリなどのハードウエア、画像処理機能および電子透かし抽出機能のあるソフトウエアの任意の組み合わせによっていろいろな形で実現することができる。
FIG. 7 is a configuration diagram of the digital
撮影部30は、電子透かし埋め込み装置100により生成されたフレーム付き印刷画像Pを撮影し、フレーム付き印刷画像Pをデジタル化する。同図では、撮影部30は電子透かし抽出装置200の構成要素であるが、撮影部30を電子透かし抽出装置200の外部に設け、デジタルカメラやスキャナによって構成してもよく、その場合は、電子透かし抽出装置200と、デジタルカメラまたはスキャナは、周辺機器の接続ケーブルまたはネットワークで接続される。特にデジタルカメラに無線通信機能がある場合は、デジタルカメラで取り込まれた撮影画像が無線で電子透かし抽出装置200に送信される。
The photographing
撮影部30によってフレーム付き印刷画像Pを取り込む際、撮影画像にはレンズ歪みや透視歪みが生じる。電子透かしは、このような幾何学的な歪みに対して頑強ではないため、撮影画像に生じた幾何学的な歪みを補正しなければ、原画像に埋め込まれた電子透かしを正確に抽出することができない。撮影画像の幾何学補正は、これから述べるように、レンズ歪み補正、透視歪み補正の2段階の処理で行われる。
When the framed print image P is captured by the photographing
フレーム付き印刷画像Pを撮影した画像内の点の座標を(Xd,Yd)とすると、レンズ歪み補正部32は、次のレンズ歪み補正関数fを用いて、撮影画像内の点(Xd,Yd)をレンズ歪み補正後の点(Xc,Yc)に写像することにより、撮影画像に生じたレンズ歪みを補正する。
Assuming that the coordinates of the point in the image obtained by photographing the framed print image P are (X d , Y d ), the lens
(Xc,Yc)=f(Xd,Yd) (X c , Y c ) = f (X d , Y d )
レンズ歪み補正関数fは、レンズ歪みの生じた撮影画像内の点をレンズ歪みのない画像内の点に写像するものであり、具体的には、次の多項式で表される。 The lens distortion correction function f is a function for mapping a point in a captured image in which lens distortion has occurred to a point in an image without lens distortion, and is specifically represented by the following polynomial.
Xc=a0Xd 2+a1XdYd+a2Yd 2+a3Xd+a4Yd+a5
Yc=a6Xd 2+a7XdYd+a8Yd 2+a9Xd+a10Yd+a11
X c = a 0 X d 2 + a 1 X d Y d + a 2
Y c = a 6 X d 2 + a 7 X d Y d + a 8
ここで、パラメータa0,a1,…,a11はレンズ歪み係数である。レンズ歪み係数は、格子模様画像のようなキャリブレーション用の画像をあらかじめ撮影することによって求めることができる。レンズ歪みは、撮影に使用するレンズの種類および焦点距離に依存する。焦点距離は、ズームレンズを使って撮影した場合には、ズーム倍率により変化することに注意する。レンズ歪みを測定するために、撮影部30によりキャリブレーション用の格子模様画像を撮影し、格子模様画像の格子点のレンズ歪みによる位置ずれを検出する。この格子点の位置ずれに基づいて、レンズ歪み関数fのレンズ歪み係数を求める。ズームレンズを使用して撮影する場合は、ズーム倍率を変えて異なる焦点距離のもとで、キャリブレーション用の格子模様画像を撮影して格子点の位置ずれを検出し、焦点距離毎にレンズ歪み係数を求める。
Here, parameters a 0 , a 1 ,..., A 11 are lens distortion coefficients. The lens distortion coefficient can be obtained by photographing a calibration image such as a lattice pattern image in advance. The lens distortion depends on the type of lens used for photographing and the focal length. Note that the focal length changes depending on the zoom magnification when the zoom lens is used for photographing. In order to measure lens distortion, a grid pattern image for calibration is photographed by the photographing
より具体的に説明すると、格子模様画像を撮影した画像上のN個の格子点の座標値(Xdk,Ydk)(k=0,1,…,N−1)と、元の格子模様画像上のN個の格子点の真の座標値(Xck,Yck)(k=0,1,…,N−1)とを1対1で対応づけ、レンズ歪み補正関数fに当てはめ、レンズ歪み係数a0,a1,…,a11を次の最小二乗法により求める。 More specifically, the coordinate values (X dk , Y dk ) (k = 0, 1,..., N−1) of N lattice points on the image obtained by capturing the lattice pattern image and the original lattice pattern The true coordinate values (X ck , Y ck ) (k = 0, 1,..., N−1) of the N lattice points on the image are associated one-to-one and applied to the lens distortion correction function f. Lens distortion coefficients a 0 , a 1 ,..., A 11 are obtained by the following least square method.
J=Σk=0 N−1[(Xck−(a0Xdk 2+a1XdkYdk+a2Ydk 2+a3Xdk+a4Ydk+a5))2+(YCk−(a6Xdk 2+a7XdkYdk+a8Ydk 2+a9Xdk+a10Ydk+a11))2]→min
J = Σ k = 0 N−1 [(X ck − (a 0 X dk 2 + a 1 X dk Y dk + a 2 Y dk 2 + a 3 X dk + a 4 Y dk + a 5 )) 2 + (Y Ck − ( a 6 X dk 2 + a 7 X dk Y dk + a 8
上式において、∂J/∂a0=0,∂J/∂a1=0,…,∂J/∂a11=0を解くことにより、Jが最小となるレンズ歪み係数a0,a1,…,a11を求めることができる。 By solving 式 J / ∂a 0 = 0, ∂J / ∂a 1 = 0,..., ∂J / ∂a 11 = 0, the lens distortion coefficients a 0 and a 1 that minimize J are obtained. , ..., it can be obtained a 11.
レンズの種類および焦点距離にレンズ歪み係数を対応づけたデータベースを設け、レンズ歪み補正部32は、撮影時のレンズの種類および焦点距離に対応するレンズ歪み係数をデータベースから読み出して参照する。レンズの種類が、カメラの機種により決まっている場合は、レンズの種類の代わりにカメラの機種情報を用いてデータベースに登録してもよい。カメラの機種情報や焦点距離は、撮影されたデジタル画像のヘッダに付加されている情報から取得することができる。たとえば、撮影画像がEXIF(Exchangeable Image File Format)で与えられた場合、画像データに含まれるEXIF情報からカメラの機種情報や撮影時の焦点距離を取得することができる。
A database in which the lens distortion coefficient is associated with the lens type and the focal length is provided, and the lens
特徴点抽出部34は、レンズ歪み補正部32によりレンズ歪みが補正された撮影画像からフレーム24内の複数の特徴点22を抽出する。特徴点22は原画像領域20の周囲にあるフレーム24に配置されているため、容易に高い精度で抽出することができる。また、レンズ歪みは撮影画像の中心から離れるほど大きくなる傾向にあり、原画像領域20の周囲にあるフレーム24付近では、レンズ歪みが最も大きくなっている可能性があるが、レンズ歪み補正部32によりレンズ歪みが補正された後の撮影画像から特徴点22を抽出するため、レンズ歪みの影響を受けずに特徴点22を抽出することができる。
The feature
特徴点抽出部34は、抽出した特徴点22の位置情報を画像形状・サイズ判定部36および透視歪み補正部38に与える。
The feature
画像形状・サイズ判定部36は、特徴点抽出部34により抽出された複数の特徴点22の配置にもとづいて、撮影画像の原画像領域20の形状と実サイズを判定する。たとえば、特徴点22の配置が四角形をなしていれば、原画像領域20の形状は少なくとも四角形であると推定することができる。隣接する特徴点22の間隔は、原画像の実サイズに依存しない固定値Lであることがわかっているから、抽出された特徴点22の個数により、原画像領域20の実サイズを判定することができる。たとえば、原画像領域20の形状が四角形であると推定される場合、原画像領域20の各辺に沿って配置された特徴点22の個数を数えることにより、原画像領域20の各辺の実サイズを判定することができ、四辺の内、向かい合う二辺の実サイズが等しければ、原画像領域20の形状は長方形であると判定することができ、四辺の実サイズがいずれも等しければ、原画像領域20の形状は正方形であると判定することができる。
The image shape /
画像形状・サイズ判定部36は、判定された原画像領域20の形状と実サイズの情報を透視歪み補正部38に与える。
The image shape /
透視歪み補正部38は、原画像領域20の形状と実サイズに合った特徴点テンプレート54を特徴点テンプレート記憶部50から読み出す。特徴点テンプレート記憶部50は、図1の電子透かし埋め込み装置100が利用するフレームデータベース18に登録されたフレーム24を特徴点テンプレート54として記憶したものである。特徴点テンプレート54は、フレーム24内に配置される特徴点22の本来あるべき位置座標を示す情報として、参照用特徴点52の位置情報をもつ。
The perspective
図1の電子透かし埋め込み装置100が参照するフレームデータベース18に新しいフレーム24が登録されると、電子透かし抽出装置200が参照する特徴点テンプレート記憶部50の特徴点テンプレート54もそれに合わせて更新されるように構成されている。あるいは、電子透かし抽出装置200は、ネットワークを介して電子透かし埋め込み装置100のフレームデータベース18を直接参照して、フレームデータベース18から読み出したフレーム24を特徴点テンプレート54として利用するように構成してもよい。
When a
透視歪み補正部38は、特徴点テンプレート記憶部50から読み出した特徴点テンプレート54内の複数の参照用特徴点52の座標値と、特徴点抽出部34により撮影画像から抽出されたフレーム24内の複数の特徴点22の座標値とを1対1に対応づけ、次の透視歪み補正関数gを求める。
The perspective
(Xu,Yu)=g(Xc,Yc) (X u , Y u ) = g (X c , Y c )
ここで(Xc,Yc)は、カメラによる投影面上の点の座標値であり、(Xu,Yu)は原画像平面上にあり、点(Xc,Yc)に対応する点の座標値である。透視歪み補正関数gは、透視歪みの生じた撮影画像内の点を透視歪みのない原画像内の点に写像するものであり、具体的には、次式で表される。 Here, (X c , Y c ) is the coordinate value of the point on the projection plane by the camera, and (X u , Y u ) is on the original image plane and corresponds to the point (X c , Y c ). The coordinate value of the point. The perspective distortion correction function g is a function for mapping a point in the captured image in which the perspective distortion has occurred to a point in the original image having no perspective distortion, and is specifically expressed by the following equation.
Xu=(b0Xc+b1Yc+b2)/(b6Xc+b7Yc+1)
Yu=(b3Xc+b4Yc+b5)/(b6Xc+b7Yc+1)
X u = (b 0 X c + b 1 Y c + b 2) / (b 6 X c + b 7 Y c +1)
Y u = (b 3 X c + b 4 Y c + b 5) / (b 6 X c + b 7 Y c +1)
透視歪み補正関数gの8個のパラメータb0,b1,…,b7は、透視歪み係数である。透視歪み係数は、原理的には原画像領域20の4隅の点について、投影面上の座標値と原画像平面上の座標値を与えることにより、求めることができるが、原画像領域20の周囲に配置された複数の特徴点22を利用することにより、求めたい透視歪み係数の精度を上げることができる。
The eight parameters b 0 , b 1 ,..., B 7 of the perspective distortion correction function g are perspective distortion coefficients. The perspective distortion coefficient can be obtained in principle by giving the coordinate values on the projection plane and the coordinate values on the original image plane for the four corner points of the
透視歪み補正部38は、撮影画像上のフレーム24内のM個の特徴点22の座標値(Xck,Yck)(k=0,1,…,M−1)と、特徴点テンプレート記憶部50から読み出した特徴点テンプレート54内のM個の参照用特徴点52の座標値(Xuk,Yuk)(k=0,1,…,M−1)とを1対1に対応づけ、透視歪み補正関数gに当てはめ、透視歪み係数b0,b1,…,b7を次の最小二乗法により求める。
The perspective
J=Σk=0 M−1[(Xu(b6Xc+b7Yc+1)−(b0Xc+b1Yc+b2))2+(Yu(b6Xc+b7Yc+1)−(b3Xc+b4Yc+b5))2]→min J = Σ k = 0 M−1 [(X u (b 6 X c + b 7 Y c +1) − (b 0 X c + b 1 Y c + b 2 )) 2 + (Y u (b 6 X c + b 7 Y c +1)-(b 3 X c + b 4 Y c + b 5 )) 2 ] → min
上式において、∂J/∂b0=0,∂J/∂b1=0,…,∂J/∂b7=0を解くことにより、Jが最小となる透視歪み係数b0,b1,…,b7を求めることができる。 By solving 式 J / ∂b 0 = 0, ∂J / ∂b 1 = 0,..., ∂J / ∂b 7 = 0, the perspective distortion coefficient b 0 , b 1 that minimizes J is obtained. ,..., B 7 can be obtained.
透視歪み補正部38は、算出した透視歪み補正関数gにより原画像領域20内の各点を写像することにより原画像領域20の透視歪みを補正し、補正後の原画像領域20を透かし抽出部40に与える。透かし抽出部40は、判定された原画像領域20の形状と実サイズにしたがって原画像領域20を特定し、原画像領域20の形状と実サイズに適したブロックサイズのもと、補正後の原画像領域20からブロック毎に透かし情報Xを抽出して出力する。
The perspective
透かしビットを検出する際、原画像領域20に歪みがあると、透かしの検出が困難になるが、レンズ歪み補正部32および透視歪み補正部38により幾何学的な歪みが補正されているため、透かしの検出精度が保証される。また、フレーム24内の複数の特徴点22の配置から原画像領域20の形状と実サイズを判定することができるため、撮影画像から原画像領域20を正確に切り出して、原画像領域20から透かし情報Xを抽出することができる。
When the watermark bit is detected, if the
図8(a)〜(c)は、レンズ歪み補正部32および透視歪み補正部38によって撮影画像に生じた幾何学的な歪みが補正される様子を説明する図である。図8(a)は、レンズ歪みと透視歪みの生じた撮影画像とその画像内の点(Xd,Yd)を示す。図8(b)は、レンズ歪み補正部32によってレンズ歪みが補正された画像とその画像内の点(Xc,Yc)を示す。図8(a)に示した補正前の撮影画像内の点(Xd,Yd)は、レンズ歪み補正関数fにより、図8(b)に示したレンズ歪み補正後の画像内の点(Xc,Yc)に写像される。図8(c)は、さらに透視歪み補正部38によって透視歪みが補正された画像とその画像内の点(Xu,Yu)を示す。図8(b)に示したレンズ歪み補正後の画像内の点(Xc,Yc)は、透視歪み補正関数gにより、図8(c)に示した透視歪み補正後の画像内の点(Xu,Yu)に写像される。
FIGS. 8A to 8C are diagrams illustrating how the geometric distortion generated in the photographed image is corrected by the lens
図9(a)、(b)は、撮影画像から抽出された複数の特徴点22にもとづいて透視歪みが補正される様子を説明する図である。図9(a)のように、原画像領域20は透視歪みにより幾何学的な歪みが生じており、原画像領域20の周囲に配置された複数の特徴点22もそれに伴って座標位置がずれている。図9(b)は、透視歪み補正関数により透視歪みが補正された原画像領域20および特徴点テンプレート54の参照用特徴点52の位置を示す。透視歪み補正関数gは、図9(a)の各特徴点22を図9(b)の対応する各参照用特徴点52に写像するものであり、この透視歪み補正関数gによって、図9(a)の原画像領域20が図9(b)の透視歪みのない原画像領域20に変換され、透視歪みが補正される。
FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining how perspective distortion is corrected based on a plurality of feature points 22 extracted from a captured image. As shown in FIG. 9A, the
図10は、電子透かし抽出装置200による電子透かし抽出手順を説明するフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart for explaining a digital watermark extraction procedure by the digital
撮影部30はフレーム付き印刷画像Pを撮影する(S30)。レンズ歪み補正部32は、撮影画像に生じたレンズ歪みを補正する(S32)。特徴点抽出部34は、レンズ歪みが補正された撮影画像のフレーム24から複数の特徴点22を抽出する(S34)。画像形状・サイズ判定部36は、抽出された複数の特徴点22の配置から原画像領域20の形状と実サイズを判定する(S36)。
The
透視歪み補正部38は、原画像領域20の形状と実サイズに合った特徴点テンプレート54を特徴点テンプレート記憶部50から読み出す(S38)。透視歪み補正部38は、特徴点テンプレート54内の各参照用特徴点52と撮影画像のフレーム24内の各特徴点22を1対1で対応づけて、透視歪み補正関数gに当てはめ、透視歪み係数を算出し、算出された透視歪み補正関数gにより原画像領域20に生じた透視歪みを補正する(S40)。透かし抽出部40は、レンズ歪みと透視歪みが補正された原画像領域20から透かし情報Xを抽出する(S42)。
The perspective
以上述べたように、本実施の形態の電子透かし埋め込み装置100は、電子透かしを埋め込む原画像の形状に合ったフレーム24を貼り付け、フレーム24内に幾何学補正用の複数の特徴点22を所定の間隔で配置する。原画像の様々な形状に合わせてフレーム24を用意しているため、多角形や円形などいろいろな形状で透かし入りの印刷画像を作成することができ、利便性が向上する。
As described above, the digital
本実施の形態の電子透かし抽出装置200は、撮影画像のフレーム24から複数の特徴点22を抽出して、透視歪みの補正を行う。特徴点22は撮影画像の周囲に設けられたフレーム24内に存在するため、原画像領域20内の画素と区別しやすく、正確に抽出することができる。抽出された複数の特徴点22を用いた透視歪みの補正により、高い精度で画像に生じた歪みを補正することができ、電子透かしの検出頻度を高めることができる。また、原画像の形状が複雑な形状であったとしても、複数の特徴点22の配置から原画像の形状と実サイズを判定することができるため、原画像領域20を正確に識別して、電子透かしを抽出することができる。
The digital
実施の形態2
実施の形態2に係る電子透かしシステムでは、電子透かしの埋め込まれた原画像に特徴点22を含むフレーム24を貼り付けるとともに、原画像に透かし入り画像であることを示すロゴマークなどのシンボルマークを重ね合わせて、印刷媒体に印刷し、透かし抽出の際、そのシンボルマークを撮影画像の幾何学補正に利用する。
In the digital watermark system according to the second embodiment, a
図11は、実施の形態2に係る電子透かし埋め込み装置100の構成図である。実施の形態1の電子透かし埋め込み装置100と同一の構成には同一符号を付して説明を適宜省略し、実施の形態1の電子透かし埋め込み装置100とは異なる構成と動作について説明する。
FIG. 11 is a configuration diagram of the digital
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置100は、ロゴマーク重ね合わせ部17を含み、透かしの埋め込まれた原画像に透かし入り画像であることを示すロゴマークを重ね合わせる。このロゴマークは、透かし入り画像であることを証明する認定マークの役目をもつものであるが、それ以外に透かし抽出時において、原画像の形状または実サイズの判定や撮影時の光軸周りの回転角の推定を行うためにも用いられる。
The digital
ロゴマーク重ね合わせ部17は、フレーム貼付部16によりフレーム24が周囲に貼り付けられた原画像上の所定の位置に所定の形状のロゴマークを重ね合わせる。ロゴマークは、フレームデータベース18にフレーム24とともにあらかじめ登録されたものを用いる。
The logo
印刷部14は、透かし埋め込み部12により透かし情報Xが埋め込まれ、フレーム貼付部16によりフレーム24が貼り付けられ、さらにロゴマーク重ね合わせ部17によりロゴマークが重ね合わせられた原画像を印刷媒体に印刷し、フレーム付きロゴマーク入り印刷画像Qを生成する。
The
本実施の形態では、透かし埋め込み部12による透かし情報Xの埋め込みの後に、フレーム貼付部16によるフレーム24の貼り付けが行われ、さらにその後にロゴマーク重ね合わせ部17によるロゴマークの重ね合わせが行われたが、これらの処理の順序は変更してもよい。たとえば、フレームの貼り付け、ロゴマークの重ね合わせ、透かしの埋め込みの順に処理してもよく、あるいは、ロゴマークの重ね合わせ、透かしの埋め込み、フレームの貼り付けの順に処理してもよい。これらの処理の順序は全部で6通りあるが、いずれの順序であってもよい。
In this embodiment, after embedding the watermark information X by the
図12は、本実施の形態の電子透かし抽出装置200により出力されるフレーム付きロゴマーク入り印刷画像Qを説明する図である。原画像領域20の周囲には、実施の形態1と同様に、複数の特徴点22を含むフレーム24が印刷されている。原画像領域20の左下隅には、星形のロゴマーク26が印刷されている。ロゴマーク26を原画像に重ね合わせる位置は、原画像の左下隅など所定の位置に決められている。ロゴマーク26の重ね合わせ位置が決まっていることから、透かしの抽出時に、ロゴマーク26と特徴点22の相対的な位置関係を利用して、フレーム付きロゴマーク入り印刷画像Qを撮影したときの光軸周りの回転角を正確に判定することができるようになる。
FIG. 12 is a diagram for explaining a print image Q with a logo with a frame output by the digital
図13(a)、(b)は、フレーム付きロゴマーク入り印刷画像Qの別の例を説明する図である。図13(a)は、円形の原画像領域20に重ね合わせる菱形のロゴマーク26を示し、図13(b)は、三角形の原画像領域20に重ね合わせる六角形のロゴマーク26を示す。この例のように、原画像領域20の形状によってロゴマーク26の形状を異ならせることにより、透かしの抽出時に、ロゴマーク26の形状から原画像領域20の形状を判定することができるようになる。
FIGS. 13A and 13B are diagrams illustrating another example of the printed image Q with a logo with a frame. FIG. 13A shows a
ロゴマーク26のさらに別の使用例として、原画像領域20の実サイズに応じてロゴマーク26の形状や色などの各種属性を変えるようにし、ロゴマーク26の種類から原画像領域20の実サイズが判定できるようにしてもよい。また、ロゴマーク26の色によって原画像領域20の実サイズを表し、ロゴマーク26の形状によって原画像領域20の形状を表すなど、ロゴマーク26の種類によって、原画像領域20の形状と実サイズが同時に判定できるようにしてもよい。
As another use example of the
図14は、実施の形態2に係る電子透かし抽出装置200の構成図である。実施の形態1の電子透かし抽出装置200と同一の構成には同一符号を付して説明を適宜省略し、実施の形態1の電子透かし抽出装置200とは異なる構成と動作について説明する。
FIG. 14 is a configuration diagram of the digital
特徴点抽出部34は、レンズ歪み補正部32によりレンズ歪みが補正された撮影画像からフレーム24内の複数の特徴点22を抽出し、複数の特徴点22の位置情報を画像形状・サイズ判定部36、透視歪み補正部38、および回転角推定部46に与える。
The feature
ロゴマーク抽出部44は、レンズ歪み補正部32によりレンズ歪みが補正された撮影画像の原画像領域20からロゴマーク26を抽出し、ロゴマーク26に関する情報を画像形状・サイズ判定部36および回転角推定部46に与える。
The logo
画像形状・サイズ判定部36は、特徴点抽出部34により抽出された複数の特徴点22の配置にもとづいて、撮影画像の原画像領域20の形状と実サイズを判定し、原画像領域20の形状と実サイズの情報を回転角推定部46およびテンプレート回転部48に与える。
The image shape /
画像形状・サイズ判定部36は、ロゴマーク抽出部44が抽出したロゴマーク26の種類にもとづいて原画像領域20の形状または実サイズを判定してもよい。たとえば、図12、図13(a)、(b)の例では、抽出されたロゴマーク26が星形であれば、原画像領域20は長方形であると判定し、ロゴマーク26が菱形であれば、原画像領域20は円形であると判定し、ロゴマーク26が六角形であれば、原画像領域20は三角形であると判定する。ロゴマーク26により原画像領域20の形状が判定できる場合、判定された形状の情報を特徴点抽出部34に与え、特徴点抽出部34が特徴点22を検出する際の誤検出を防止することもできる。たとえば、ロゴマーク26の形状により、原画像領域20の形状が円形であることがわかれば、特徴点抽出部34は、特徴点22を円周に沿って探索することで、原画像領域20内の点や、フレーム24の外の点を誤って特徴点として検出するのを防止することができ、特徴点22の検出精度を上げることができる。
The image shape /
回転角推定部46は、画像形状・サイズ判定部36から与えられた原画像領域20の形状と実サイズに合った特徴点テンプレート54を特徴点テンプレート記憶部50から読み出す。特徴点テンプレート54は複数の参照用特徴点52と参照用ロゴマーク56の位置情報を含む。回転角推定部46は、撮影画像のフレーム24内の特徴点22とロゴマーク26の位置情報を、特徴点テンプレート54内の参照用特徴点52と参照用ロゴマーク56の位置情報と比較することにより、撮影時の光軸周りの回転角θを推定する。
The rotation
図15(a)、(b)は、回転角推定部46による回転角θの推定方法を説明する図である。図15(a)は、特徴点テンプレート記憶部50から読み出された特徴点テンプレート54を示す。特徴点テンプレート54は、18個の参照用特徴点52a、52b、…、52rと参照用ロゴマーク56を含む。電子透かし埋め込み装置100において透かし埋め込み時にロゴマーク26を原画像領域20の左下隅に配置することに決めたことに対応して、参照用ロゴマーク56も同じ左下隅の位置に配置されている。
FIGS. 15A and 15B are diagrams illustrating a method of estimating the rotation angle θ by the rotation
特徴点テンプレート54の左下隅の参照用特徴点52aの座標値を(x0,y0)として、以下順に反時計回りに参照用特徴点52b、…、52rの座標値を(x1,y1)〜(x17,y17)とおく。隣接する2つの参照用特徴点52a、52bの座標値(x0,y0)、(x1,y1)を結ぶ直線の傾きa0は次式で与えられる。
The coordinates of the lower left corner of the
a0=tan(y1−y0)/(x1−x0)+π・f(x0−x1) a 0 = tan (y 1 −y 0 ) / (x 1 −x 0 ) + π · f (x 0 −x 1 )
ただし、f(x)は、x>0のとき1、x≦0のとき0の値を取るステップ関数である。 However, f (x) is a step function that takes a value of 1 when x> 0 and 0 when x ≦ 0.
一般に、隣接する2つの参照用特徴点の座標値(xi,yi)、(xi+1,yi+1)を結ぶ直線の傾きaiは次式で与えられ、この傾きaiを特徴点テンプレート54の傾きを示す指標として用いる。
ai=tan(yi+1−yi)/(xi+1−xi)+π・f(xi−xi+1)
In general, a slope a i of a straight line connecting the coordinate values (x i , y i ) and (x i + 1 , y i + 1 ) of two adjacent reference feature points is given by the following equation, and this slope a i is expressed as a feature point template. It is used as an index indicating the inclination of 54.
a i = tan (y i + 1 −y i ) / (x i + 1 −x i ) + π · f (x i −x i + 1 )
図15(b)は、撮影画像におけるフレーム24とロゴマーク26を示す。原画像領域20上のロゴマーク26とフレーム24の相対的な位置関係から、フレーム24内の各特徴点22と特徴点テンプレート54内の各参照用特徴点52が1対1に対応づけられる。この例では、図15(a)の特徴点テンプレート54の左下隅の参照用特徴点52aは、図15(b)の撮影画像のフレーム24の右上隅の特徴点22aに対応づけられる。
FIG. 15B shows the
同様に、図15(a)の特徴点テンプレート54の左下隅の参照用特徴点52aのすぐ右に隣接する参照用特徴点52bは、図15(b)のフレーム24の右上隅の特徴点22aのすぐ斜め左下に隣接する特徴点22bに対応づけられ、15(a)の特徴点テンプレート54の左下隅の参照用特徴点52aのすぐ上に隣接する参照用特徴点52rは、図15(b)のフレーム24の右上隅の特徴点22aのすぐ斜め右下に隣接する特徴点22rに対応づけられる。フレーム24内の右上隅の特徴点22aの座標値を(v0,w0)として、以下反時計回りに特徴点22の座標値を順に(v1,w1)〜(v17,w17)とおく。隣接する2つの特徴点22a、22bの座標値(v0,w0)、(v1,w1)を結ぶ直線の傾きb0は次式で与えられる。
Similarly, the
b0=tan(w1−w0)/(v1−v0)+π・f(v0−v1) b 0 = tan (w 1 −w 0 ) / (v 1 −v 0 ) + π · f (v 0 −v 1 )
一般に、隣接する2つの特徴点の座標値(vi,wi)、(vi+1,wi+1)を結ぶ直線の傾きbiは次式で与えられ、この傾きbiをフレーム24の傾きを示す指標として用いる。
bi=tan(wi+1−wi)/(vi+1−vi)+π・f(vi−vi+1)
In general, the inclination b i of a straight line connecting the coordinate values (v i , w i ) and (v i + 1 , w i + 1 ) of two adjacent feature points is given by the following equation, and this inclination b i is expressed as the inclination of the
b i = tan (w i + 1 −w i ) / (v i + 1 −v i ) + π · f (v i −v i + 1 )
特徴点テンプレート54とフレーム24の傾きの差ci=bi−aiは、特徴点テンプレート54を基準位置としてフレーム24が光軸周りに回転した角度を与える。回転角推定部46は、傾きの差ciの平均値θ=Σi=0 17c0/18を求め、平均値θを、特徴点テンプレート54を基準位置とした場合のフレーム24の光軸周りの回転角の推定値として出力する。回転角推定部46がフレーム24の回転角を推定する段階では、撮影画像は透視歪みが補正される前の状態であるため、撮影画像から抽出されたフレーム24内の特徴点22の座標値は、透視歪みによる誤差を含んでいる。そこで、回転角推定部46は、傾きの差ciの平均をとることにより、回転角θの推定誤差を軽減している。
A difference c i = b i −a i between the
図14に戻り、回転角推定部46は、推定した回転角θをテンプレート回転部48および補正画像回転部42に与える。テンプレート回転部48は、画像形状・サイズ判定部36により判定された原画像領域20の形状と実サイズに合った特徴点テンプレート54を特徴点テンプレート記憶部50から読み出し、特徴点テンプレート54を回転角θだけ回転させ、透視歪み補正部38に与える。
Returning to FIG. 14, the rotation
透視歪み補正部38は、特徴点抽出部34により撮影画像から抽出されたフレーム24内の複数の特徴点22と、テンプレート回転部48から与えられた回転後の特徴点テンプレート54内の複数の参照用特徴点52とを1対1に対応づけ、透視歪み補正関数gに当てはめ、透視歪み補正係数を算出する。透視歪み補正部38は、算出した透視歪み補正関数gにより原画像領域20の透視歪みを補正し、補正後の原画像領域20を補正画像回転部42に与える。
The perspective
補正画像回転部42は、回転角推定部46により推定された回転角θをもとに、透視歪み補正部38により補正された原画像領域20を−θだけ回転させる。原画像領域20は回転角θだけ反回転し、光軸周りの回転がない状態に変換される。補正画像回転部42は、反回転後の補正画像を透かし抽出部40に与え、透かし抽出部40は、反回転後の補正画像から透かし情報Xを抽出して出力する。
The corrected
図16は、本実施の形態の電子透かし抽出装置200による電子透かし抽出手順を説明するフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart for explaining a digital watermark extraction procedure performed by the digital
撮影部30はフレーム付きロゴマーク入り印刷画像Qを撮影する(S50)。レンズ歪み補正部32は、撮影画像に生じたレンズ歪みを補正する(S52)。特徴点抽出部34は、レンズ歪みが補正された撮影画像のフレーム24から複数の特徴点22を抽出し、ロゴマーク抽出部44は、撮影画像の原画像領域20からロゴマークを抽出する(S54)。画像形状・サイズ判定部36は、抽出された複数の特徴点22の配置から原画像領域20の形状と実サイズを判定する(S56)。
The photographing
回転角推定部46は、原画像領域20の形状と実サイズに合った特徴点テンプレート54を特徴点テンプレート記憶部50から読み出す(S58)。回転角推定部46は、特徴点テンプレート54における参照用ロゴマーク56の位置と撮影画像のフレーム24におけるロゴマーク26の位置の関係から、特徴点テンプレート54内の各参照用特徴点52と撮影画像のフレーム24内の各特徴点22を1対1で対応づけて、特徴点テンプレート54を基準としてフレーム24の光軸周りの回転角θを推定する(S60)。
The rotation
テンプレート回転部48は、特徴点テンプレート記憶部50から読み出した特徴点テンプレート54を回転角θだけ回転させる(S62)。
The
透視歪み補正部38は、回転角推定部46により推定された回転角θだけ回転した特徴点テンプレート54内の各参照用特徴点52と撮影画像のフレーム24内の各特徴点22を1体1で対応づけて、透視歪み補正関数gに当てはめ、透視歪み係数を算出し、算出された透視歪み補正関数gにより原画像領域20に生じた透視歪みを補正する(S64)。補正画像回転部42は、透視歪み補正後の原画像領域20を−θだけ回転させる(S66)。透かし抽出部40は、レンズ歪みと透視歪みが補正され、光軸周りに回転角θだけ反対方向に回転させた原画像領域20から透かし情報Xを抽出する(S68)。
The perspective
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置100は、電子透かしが埋め込まれた原画像の周囲に複数の特徴点22が配置されたフレーム24を貼り付けた上で、ロゴマーク26を原画像の所定の位置に重ね合わせる。ロゴマーク26があることにより、ユーザは透かし入り画像であることを容易に知ることができる。電子透かし抽出装置200は、ロゴマーク26とフレーム24内の特徴点22の相対的な位置関係を利用して、光軸周りの回転角を検出して回転方向の補正を行うことができる。また原画像の形状や実サイズによってロゴマーク26の種類を異ならせることにより、ロゴマーク26の種類によって撮影された原画像の形状や実サイズを判定することができ、原画像領域を正確に切り出して、透かしを抽出することができる。
The digital
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .
実施の形態2では、回転角推定部46は、ロゴマーク26と特徴点22の相対的な位置関係からフレーム24の光軸周りの回転角θを推定したが、たとえば、原画像領域20が四角形の場合で、光軸周りの回転角θが±45°以内であることが仮定することができる場合は、回転角θが±45°以内であることを前提に、フレーム24の各特徴点22と特徴点テンプレート54の各参照用特徴点52を対応づけることができるため、ロゴマーク26を用いなくても回転角θを算出することができる。
In the second embodiment, the rotation
10 画像形成部、 12 透かし埋め込み部、 14 印刷部、 16 フレーム貼付部、 17 ロゴマーク重ね合わせ部、 18 フレームデータベース、 20 原画像領域、 22 特徴点、 24 フレーム、 26 ロゴマーク、 30 撮影部、 32 レンズ歪み補正部、 34 特徴点抽出部、 36 画像形状・サイズ判定部、 38 透視歪み補正部、 40 透かし抽出部、 42 補正画像回転部、 44 ロゴマーク抽出部、 46 回転角推定部、 48 テンプレート回転部、 50 特徴点テンプレート記憶部、 52 参照用特徴点、 54 特徴点テンプレート、 56 参照用ロゴマーク、 100 電子透かし埋め込み装置、 200 電子透かし抽出装置。 10 image forming unit, 12 watermark embedding unit, 14 printing unit, 16 frame pasting unit, 17 logo mark overlapping unit, 18 frame database, 20 original image area, 22 feature points, 24 frames, 26 logo mark, 30 shooting unit, 32 lens distortion correction unit, 34 feature point extraction unit, 36 image shape / size determination unit, 38 perspective distortion correction unit, 40 watermark extraction unit, 42 corrected image rotation unit, 44 logo mark extraction unit, 46 rotation angle estimation unit, 48 Template rotation unit, 50 feature point template storage unit, 52 reference feature point, 54 feature point template, 56 reference logo mark, 100 digital watermark embedding device, 200 digital watermark extraction device
Claims (12)
電子透かしの埋め込み対象の原画像の形状に合った前記フレームを前記フレームデータベースから選択し、前記原画像の周囲に貼り付けるフレーム貼付部と、
前記原画像に電子透かしを埋め込む透かし埋め込み部と、
前記電子透かしが埋め込まれ、前記複数の特徴点が画像の輪郭に沿って配置された前記原画像を印刷媒体に印刷するために出力する出力部とを含むことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。 A frame database storing a plurality of types of frames for arranging a plurality of feature points at regular intervals along the contour of the image at a constant interval;
A frame pasting unit that selects the frame that matches the shape of the original image to be embedded with the digital watermark from the frame database and pastes the frame around the original image;
A watermark embedding unit for embedding a digital watermark in the original image;
An electronic watermark embedding apparatus comprising: an output unit configured to output the original image in which the electronic watermark is embedded and the plurality of feature points are arranged along an outline of the image on a print medium.
前記デジタル画像の原画像領域の輪郭に沿って画像サイズに依存しない一定間隔で配置された複数の特徴点を抽出する特徴点抽出部と、
前記複数の特徴点の配置に基づいて前記原画像の形状および実サイズを判定する判定部と、
前記複数の特徴点の各々について、本来あるべき位置からのずれを検出することにより、前記原画像領域に生じた透視歪みを補正する透視歪み補正部と、
判定された前記原画像の形状と実サイズにしたがって、補正された前記原画像領域から前記電子透かしを抽出する透かし抽出部とを含むことを特徴とする電子透かし抽出装置。 An image input unit for acquiring a print image obtained by printing an original image embedded with a digital watermark as a digital image;
A feature point extraction unit that extracts a plurality of feature points arranged at a constant interval that does not depend on the image size along the contour of the original image region of the digital image;
A determination unit that determines the shape and actual size of the original image based on the arrangement of the plurality of feature points;
For each of the plurality of feature points, a perspective distortion correction unit that corrects the perspective distortion generated in the original image area by detecting a deviation from the position where it should be,
An electronic watermark extracting apparatus comprising: a watermark extracting unit that extracts the electronic watermark from the corrected original image area according to the determined shape and actual size of the original image.
前記特徴点抽出部は、前記レンズ歪み補正部によりレンズ歪みが補正された前記原画像領域から前記複数の特徴点を抽出し、
前記透かし抽出部は、前記レンズ歪み補正部によりレンズ歪みが補正され、前記透視歪み補正部により透視歪みが補正された前記原画像領域から前記電子透かしを抽出することを特徴とする請求項4に記載の電子透かし抽出装置。 A lens distortion correction unit that corrects lens distortion generated in the original image area;
The feature point extraction unit extracts the plurality of feature points from the original image region in which lens distortion is corrected by the lens distortion correction unit,
5. The watermark extraction unit extracts the digital watermark from the original image region in which lens distortion is corrected by the lens distortion correction unit and perspective distortion is corrected by the perspective distortion correction unit. The electronic watermark extraction apparatus described.
前記透視歪み補正部は、推定された前記回転角に基づいて回転方向の補正をした上で、前記複数の特徴点の各々について、本来あるべき位置からのずれを検出することにより、前記原画像領域に生じた透視歪みを補正することを特徴とする請求項4または5に記載の電子透かし抽出装置。 A rotation angle estimation unit that estimates the rotation angle around the optical axis at the time of photographing by detecting the inclination when compared with the original arrangement for the arrangement of the plurality of feature points,
The perspective distortion correction unit corrects the rotation direction based on the estimated rotation angle, and detects a deviation from the original position for each of the plurality of feature points. 6. The digital watermark extracting apparatus according to claim 4, wherein the perspective distortion generated in the region is corrected.
前記回転角推定部は、前記シンボルマークに対する前記複数の特徴点の相対的な位置関係も利用して前記回転角を推定することを特徴とする請求項6に記載の電子透かし抽出装置。 A mark extraction unit for extracting a symbol mark indicating that the image is a digital watermarked image from the acquired digital image;
The digital watermark extraction apparatus according to claim 6, wherein the rotation angle estimation unit estimates the rotation angle using a relative positional relationship of the plurality of feature points with respect to the symbol mark.
前記判定部は、前記シンボルマークの種類によって前記原画像の形状または実サイズを判定することを特徴とする請求項4または5に記載の電子透かし抽出装置。 A mark extraction unit for extracting a symbol mark indicating that the image is a digital watermarked image from the acquired digital image;
6. The digital watermark extraction apparatus according to claim 4, wherein the determination unit determines a shape or an actual size of the original image according to a type of the symbol mark.
前記原画像に電子透かしを埋め込む透かし埋め込むステップと、
前記電子透かしが埋め込まれ、前記複数の特徴点が画像の輪郭に沿って配置された前記原画像を印刷媒体に印刷するために出力するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 From the frame database that stores multiple types of frames for arranging multiple feature points at regular intervals along the contour of the image to match the shape of the image, the shape of the original image to be embedded with the digital watermark Selecting the matched frame and pasting it around the original image;
Embedding a watermark to embed a digital watermark in the original image;
A program for causing a computer to execute the step of outputting the original image in which the digital watermark is embedded and the plurality of feature points are arranged along an outline of the image for printing on a print medium.
前記デジタル画像の原画像領域の輪郭に沿って画像サイズに依存しない一定間隔で配置された複数の特徴点を抽出するステップと、
前記複数の特徴点の配置に基づいて前記原画像の形状および実サイズを判定するステップと、
前記複数の特徴点の各々について、本来あるべき位置からのずれを検出することにより、前記原画像領域に生じた透視歪みを補正するステップと、
判定された前記原画像の形状と実サイズにしたがって、補正された前記原画像領域から前記電子透かしを抽出するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 Obtaining a print image on which an original image embedded with a digital watermark is printed as a digital image;
Extracting a plurality of feature points arranged at regular intervals independent of the image size along the contour of the original image area of the digital image;
Determining the shape and actual size of the original image based on the arrangement of the plurality of feature points;
Correcting the perspective distortion generated in the original image area by detecting a deviation from the position where it should be for each of the plurality of feature points;
A program for causing a computer to execute the step of extracting the digital watermark from the corrected original image area according to the determined shape and actual size of the original image.
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