JP2006287700A - 電子透かし挿入方法及び電子透かし検出方法並びに電子透かし挿入装置及び電子透かし検出装置 - Google Patents

電子透かし挿入方法及び電子透かし検出方法並びに電子透かし挿入装置及び電子透かし検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 データの取りうる値の数を大きくすることを可能とする。
【解決手段】 データを表す非ゼロ周波数成分より成るパターンは、外側の2つの同心円に配置される。画像の拡大縮小率及び回転角度を検出するための非ゼロ周波数成分は、渦巻き状の曲線上に配置される。この曲線は、極座標にプロットすると直線となる。この直線の傾きを基に画像の拡大縮小率を検出し、この直線のθ切片の大きさを基に画像の回転角度を検出する。検出された拡大縮小率及び回転角度を補正した上で、画像に埋め込まれているデータを検出する。
【選択図】 図7

Description

本発明は、画像に電子透かしを挿入するための電子透かし挿入方法及び電子透かしが挿入された画像から電子透かしを検出するための電子透かし検出方法並びにこれらに対応する電子透かし挿入装置及び電子透かし検出装置に関する。
バーコードを印刷物やホームページに表示し、このバーコードをカメラで撮影し、撮影されたバーコードを基に、例えばURL等のデータを得る方法が普及しているが、このような方法では、バーコードにより印刷物やホームページの体裁が下がってしまう。
このような問題を解決するために、画像にデータを表す電子透かしを挿入する方法が提案されている。この方法を利用すれば、撮影された画像からデータを得ることができるので、バーコードが不要となる。
このような方法に係る発明として、挿入装置は、拡大縮小率検出用パターン、回転角検出用パターン、候補位置のうち挿入データにより組み合わされる位置にデータパターンを設定し、全てのパターンを合わせて逆フーリエ変換し、原画像に変換により得た画像を加算し、検出装置は、画像をブロックに分割し、各ブロックのデータをフーリエ変換して各ブロックの各周波数成分の振幅を得て、各周波数成分の振幅をブロック間で加算して各周波数毎の総和振幅を得て、拡大縮小率検出用パターンで画像の拡大縮小率を検出し、回転角検出用パターンで画像の回転角を検出し、拡大縮小率及び回転角が補正された総和振幅で候補位置にあるもののうち相対的に大きな値を示す所定数の総和振幅の位置の組み合わせを基にデータを検出するような発明がある(例えば、特許文献1参照)。この発明は、特にカメラで画像を撮影した場合に、画像の縮尺が変化し、また、画像が回転してしまい、このためにデータを表す電子透かしを検出することができなくなってしまうという問題を解決するために、画像の拡大縮小率及び回転角度を検出するための電子透かしを画像に埋め込んでおくものである。
特開2004−15396号公報
しかし、上記特許文献1に記載されている発明によれば、図1に示すように、周波数領域において、データを表す非ゼロ周波数成分を配置するべき円101の他に、画像の拡大縮小率を検出するための非ゼロ周波数成分を配置するべき円102と画像の回転角度を検出するための非ゼロ周波数成分を配置するべき円103を設けなければならない。そうすると、データを表す非ゼロ周波数成分を配置するべき円の数が制限されてしまい、従って、データの取りうる値の数が制限されてしまう。例えば、図1に示す例では、円101上の20個の候補位置のうちの10個の候補位置に非ゼロ周波数成分を配置し、また、周波数成分は原点について点対称であるので、これは、10個の候補位置のうちの5個の候補位置に非ゼロ周波数成分を配置することとなるので、データの取りうる値の数は、10=252となる。
そこで、本発明は、データの取りうる値の数を大きくすることを可能とする電子透かし挿入方法及び電子透かし検出方法並びに電子透かし挿入装置及び電子透かし検出装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の観点によれば、極座標で見た周波数領域において直線上に並ぶ複数の非ゼロ周波数成分を生成する生成ステップと、前記非ゼロ周波数成分を原画像に埋め込む埋込みステップと、を備えることを特徴とする電子透かし挿入方法が提供される。
上記の電子透かし挿入方法において、前記埋込みステップは、前記非ゼロ周波数成分を前記周波数領域から空間領域に変換するステップと、前記空間領域に変換された前記非ゼロ周波数成分を前記原画像に埋め込むステップと、を備えるようにしてもよい。
上記の電子透かし挿入方法において、データを表す電子透かしを前記原画像に埋め込むデータ挿入ステップを更に備えるようにしてもよい。
本発明の第2の観点によれば、画像を空間領域から周波数領域に変換するステップと、前記周波数領域に変換された画像から、極座標で見た周波数領域において直線上に並ぶ複数の非ゼロ周波数成分を検出する検出ステップと、前記直線を基に前記画像の拡大縮小率及び回転角度を検出する検出ステップと、を備えることを特徴とする電子透かし検出方法が提供される。
上記の電子透かし検出方法において、前記検出ステップは、前記直線をθ=ar×bと表した場合のaの値を基に前記画像の拡大縮小率を検出するステップと、前記直線をθ=ar×bと表した場合のbの値を基に前記画像の回転角度を検出するステップと、を備えるようにしてもよい。
上記の電子透かし検出方法において、前記画像を検出された前記拡大縮小率及び回転角度で補正する補正ステップと、補正された前記画像からデータを表す電子透かしを検出するデータ検出ステップと、を更に備えるようにしてもよい。
本発明によれば、周波数領域における円が拡大縮小率及び回転角度検出用のパターンを埋め込むために利用されず、従って、データを埋め込むことができる円の数が増えるので、データの取りうる値の数を増やすことができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図2は、本発明の実施形態による、画像の拡大縮小率及び回転角度を検出するための周波数領域におけるパターンを示す。201−1〜201−11及び201’−1〜201’−11は、パターンを構成する非ゼロ周波数成分を示す。周波数成分は、原点について対象であるので、201−1〜201−11は、それぞれ、201’−1〜201’−11に対応する。
図3は、図2に示すパターンを極座標で見た場合のものを示す。非ゼロ周波数成分201’’−1〜201’’−11は、それぞれ、201−1〜201−11に対応し、また、201’−1〜201’−11に対応する。非ゼロ周波数成分201’’−1〜201’’−11は、直線202’’上に設けられる。図2における曲線202及び曲線202’は、図3における直線202’’に対応する。直線202’’は、θ=a×r+bで表される。図2及び図3の例では、図2において、曲線202及び曲線202’が傾きがπ/4である直線203と接することから明らかなように、b=π/4である。
図4は、撮影された画像が拡大又は縮小している場合に、直線202’’がどのように変化するのかを示す。図4に示すように、撮影された画像が拡大している場合には、直線202’’は直線202’’Aに変化する。つまり、撮影された画像が拡大している場合には、直線の傾きは大きくなる。反対に、撮影された画像が縮小している場合には、直線202’’は直線202’’Bに変化する。つまり、撮影された画像が縮小している場合には、直線の傾きは小さくなる。直線の傾きは、拡大縮小率をzとすると、z×aで表される。
図5は、撮影された画像が回転している場合に、直線202’’がどのように変化するのかを示す。図5に示すように、撮影された画像が左に回転している場合には、直線202’’は直線202’’Cに変化する。つまり、撮影された画像が左に回転している場合には、直線のθ切片は大きくなる。反対に、撮影された画像が右に観点している場合には、直線202’’は直線202’’Dに変化する。つまり、画像が右に回転している場合には、直線のθ切片は小さくなる。直線のθ切片は、回転角度をΔbとすると、b+Δbで表される。
また、撮影された画像が拡大又は縮小しており、且つ、回転している場合には、直線の傾きは、拡大縮小率をzとすると、z×aで表され、直線のθ切片は、回転角度をΔbとすると、b+Δbで表される。従って、直線は、θ=(z×a)×r+(b+Δb)で表される。z×a及びb+Δbが検出された直線より求まり、また、a及びbは既知であるので、これらよりz及びΔbが求まる。
図6は、データを表す周波数領域におけるパターンを示す。円211には、20個の候補位置が設けられ、このうちの10個の候補位置に非ゼロ周波数成分がデータの値に応じて配置される。また、周波数成分の分布は原点について対象であるので、この配置は、10個の候補位置のうちの5個の候補位置に非ゼロ周波数成分をデータの値に応じて配置することと等価である。同様に、円212には、28個の候補位置が設けられ、このうちの14個の候補位置に非ゼロ周波数成分がデータの値に応じて配置される。また、周波数成分の分布は原点について対象であるので、この配置は、14個の候補位置のうちの7個の候補位置に非ゼロ周波数成分をデータの値に応じて配置することと等価である。従って、このパターンによれば、10×14=864864通りのデータを表せることとなる。円212は、拡大縮小率を表すためのパターンを図2に示すようなものにしたことによりデータを表すために用いられることが可能となったものである。従来例では、円212を拡大縮小率検出のパターンのために用いなければならなかった。従って、本実施形態によれば、データの取りうる値の数を増加させることが可能となる。
図2に示すパターンと図6に示すパターンを合わせることにより図7に示すパターンが得られる。図7に示すパターンを逆フーリエ変換し、これを原画像に重畳(加算又は減算)する。
次に、本発明の実施形態による電子透かし挿入装置について説明する。
図8を参照すると、本実施形態による電子透かし挿入装置は、補正用パターン生成部301、データ保持部302、データパターン生成部303、合成部304、逆離散フーリエ変換部305、二値化部306及び加算部(又は減算部)307を備える。
補正用パターン生成部301は、電子透かし検出装置で、入力した画像の拡大縮小率及び回転角度を検出するための周波数領域におけるパターン(図2にしめすようなもの)を生成する。
データ保持部302は、画像に電子透かしの形態で埋め込みたいデータを保持する。
データパターン生成部303は、データ保持部が保持するデータの値に応じたデータパターン(図6に示すようなもの)を生成する。
合成部304は、補正用パターン生成部301及びデータパターン生成部303が生成した非ゼロ周波数成分を合成して、図7に示すようなパターンを生成する。なお、ここでいう合成とは、加算のことである。
逆離散フーリエ変換部305は、合成部304が合成した非ゼロ周波数成分を逆離散フーリエ変換して、空間領域におけるパターンを生成する。逆離散フーリエ変換部305が出力するパターンの大きさは、逆離散フーリエ変換で扱うサンプル数によって決定され、例えば、256×256画素、512×512画素、1024×1024画素等の大きさである。
二値化部306は、逆離散フーリエ変換部305が生成したパターンを予め定めた値をしきい値として所定の値a又は−aに二値化する。
加算部(又は減算部)307は、CMYKで表される原画像のうちY(黄)成分の全部又は一部のブロックに二値化されたパターンを加算(または減算)する。Y成分を選択したのは、Y成分のノイズは視覚上目立たないからである。従って、例えば、パターンが元々目に付きにくい場合等には、Y成分以外の成分を選択しても良い。なお、二値化部306による二値化の処理は、電子透かし検出装置における電子透かし検出の精度が上がるという実験結果が出ているために行っている。従って、必ずしも二値化の処理は必要ではなく、この場合には、加算部(又は減算部)307は、逆離散フーリエ変換部305が出力するパターンに所定の係数を掛けたものを原画像のうちY成分の全部又は一部のブロックに加算(又は減算)する。また、カメラの光学系又は電気処理系の特性によるものと推測されるが、Y成分の他の成分にも僅かに逆離散フーリエ変換部305が出力するパターン又は二値化されたパターンを加算(又は減算)した場合の方が、Y成分のみに逆離散フーリエ変換部305が出力するパターン又は二値化されたパターンを加算(又は減算)した場合に比べ、電子透かし検出装置における電子透かし検出の精度が上がるという実験結果が出ているので、Y成分の他の成分の一部又は全てのブロックにも僅かに逆離散フーリエ変換部305が出力するパターン又は二値化されたパターンを加算(又は減算)してもよい。
次に、図9を参照して、本実施形態による電子透かし挿入装置の動作を説明する。
まず、補正用パターン生成部301は、補正用パターン(図2に示すようなもの)を生成する(ステップS401)。次に、データパターン生成部303は、データ保持部302が保持するデータの値により定まるデータパターン(図6にしめすようなもの)を生成する(ステップS402)。次に、パターン合成部304は、補正用パターン生成部301及びデータパターン生成部303が生成したパターンを合成する(ステップS403)。次に、逆離散フーリエ変換部305は、合成部304が合成して得たパターン(図7にしめすようなもの)を逆離散フーリエ変換して、空間領域におけるパターンを生成する(ステップS404)。次に、二値化部306は、逆離散フーリエ変換部305が生成した空間領域におけるパターンを二値化する(ステップS405)。最後に、加算部(又は減算部)307は、二値化されたパターンを原画像のY成分及び必要に応じて他の成分に加算(又は減算)する(ステップS406)。
電子透かしが挿入された画像は、本、雑誌等に印刷され、又は、ホームページ等の画面に表示され、携帯電話のカメラ等により撮影されることを待つこととなる。
次に、本発明の実施形態による電子透かし検出装置について説明する。
図10を参照すると、本実施形態による電子透かし検出装置は、ブロック化部311、離散フーリエ変換部312、振幅計算部313、振幅積算部314、補正値検出部315、補正部316及びデータ検出部317を備える。
ブロック化部311は、携帯電話のカメラ等が入力した電子透かし挿入画像のRGBでいうB成分をブロック化する。CMYKで表される原画像のうちY(黄)成分の全部又は一部のブロックに挿入されたパターンは、RGB原色フィルタのカメラで撮影した場合には、B成分に挿入されていることとなるからである。従って、パターンがY成分以外の成分に挿入されている場合には、B成分以外の成分(具体的には、パターンが挿入されている成分と補色の関係にある成分)をブロック化する。なお、カメラ等は、本、雑誌等に印刷されている画像、又は画面に表示されている画像を撮影するので、カメラ等が入力した電子透かし挿入画像は、電子透かし挿入装置が出力する電子透かし挿入画像と比較し、一般に、原点がずれ、拡大又は縮小され、回転し、コントラスト及び明るさが異なっている。上述したように、Y成分の他の成分にも電子透かしを挿入している場合には、B成分の他の成分もブロック化する。ブロックは、電子透かし挿入装置の逆離散フーリエ変換部305が変換した画素の数に等しい数の画素よりなるブロックであり、例えば、256×256画素、512×512画素又は1024×1024画素等のブロックである。なお、ブロック化部311が作成するブロックを構成する画素の数は、電子透かし挿入装置の逆離散フーリエ変換部305が変換した画素の数に等しいが、ブロック化部311が入力する画像がカメラ等が入力した画像であるので、ブロック化部311が作成するブロックは、一般に、電子透かし挿入装置の逆離散フーリエ変換部305による逆離散フーリエ変換のブロックを拡大又は縮小したものである。
離散フーリエ変換部312は、ブロック化部311が出力する全てのブロックを離散フーリエ変換して、ブロック化部311が出力する全てのブロックの全ての周波数成分を出力する。
振幅計算部313は、離散フーリエ変換部312が出力する一般に複素数である周波数成分の振幅(絶対値)を求め、ブロック化部311が出力する全てのブロックの全ての周波数成分の振幅を出力する。
振幅積算部314は、振幅計算部313が出力する周波数成分の振幅を基に、各周波数成分の振幅を全てのブロック間で加算する。
補正値検出部315は、振幅積算部314が出力する周波数領域における各周波数成分の振幅を基にブロック化部311が入力した画像の拡大縮小率及び回転角度を検出する。
検出のためには、まず、周波数領域において直交座標で表されている各周波数成分の振幅を極座標で表される各周波数成分の振幅に変換する。そうすると、図3に示すように一直線に並んだ非ゼロ周波数成分201’’−1〜201’’−11を得ることができる。これらの非ゼロ周波数成分201’’−1〜201−’’11を基に直線202’’を求め、直線202’’の傾きを基に拡大縮小率を求め、直線202’’のθ切片の値を基に回転角度を検出する。
補正部316は、振幅積算部314が出力する周波数領域における各周波数成分の振幅の位置を、補正値検出部315が検出した拡大縮小率及び回転角度で補正し、これにより、拡大縮小率が1であり、回転角度が0である場合の周波数領域における各周波数成分の振幅を得る。
データ検出部317は、補正部316からの拡大縮小率が1であり回転角度が0である場合の周波数領域における各周波数成分の振幅を基に、データを検出する。データの検出は、データパターンを検出することにより行う。拡大縮小率及び回転角度が補正されているので、データパターンに対応した総和振幅が所定の半径の候補位置に現れるようになっている。従って、拡大縮小率及び回転角の補正後の総和振幅を候補位置のみの周波数成分を通すフィルタに通す。そして、各円211、212毎にフィルタ出力の全ての総和振幅を、高い値から低い値に変化する共通のしきい値と比較し、値がしきい値を上回る総和振幅が所定数(円211については10、円212については14)に達したところで、しきい値の変化を中止する(図11参照)。このときに、しきい値を上回っている総和振幅が成すパターンより電子透かしの形態で埋め込まれているデータの値を検出する。
次に、図12を参照して、本実施形態による電子透かし挿入装置の動作を説明する。
まず、ブロック化部311は、カメラ等が撮影した電子透かし挿入画像のB成分及び必要に応じて他の色成分をブロック化する(ステップS411)。次に、離散フーリエ変換部312は、ブロック化部311が生成した各ブロックを離散フーリエ変換する(ステップS412)。次に、振幅計算部413は、離散フーリエ変換部312が出力する複素数の各周波数成分の振幅を求める(ステップS413)。次に、振幅積算部314は、振幅計算部313が出力する振幅をブロック間で周波数毎に積算して、周波数毎の総和振幅を求める(ステップ414)。次に、補正値検出部315は、振幅積算部314が出力する周波数毎の総和振幅を基に、カメラ等が撮影した電子透かし挿入画像の拡大縮小率及び回転角度を求める(ステップS415)。次に、補正部316は、周波数毎の総和振幅の周波数領域における位置を、ステップS415で求めた拡大縮小率及び回転角度で補正する(ステップS416)。最後に、データ検出部317は、補正部316が出力する周波数毎の総和振幅を基に電子透かしの形態で埋め込まれているデータを検出する(ステップS417)。
なお、図8に示した電子透かし挿入装置は、ハードウェアによって実現することも可能であるが、コンピュータを図8に示した電子透かし挿入装置として機能させるためのプログラムをコンピュータが読み込んで実行することによっても実現することができる。同様に、図10に示した電子透かし検出装置は、ハードウェアによって実現することも可能であるが、コンピュータを図10に示した電子透かし検出装置として機能させるためのプログラムをコンピュータが読み込んで実行することによっても実現することができる。
従来例による電子透かしの周波数領域におけるパターンを示す図である。 本発明の実施形態による、画像の拡大縮小率及び回転角度を検出するための、周波数領域におけるパターンを示す図である。 図2に示すパターンを極座標にプロットした場合のパターンを示す図である。 図2に示すパターンを用いて画像の拡大縮小率を検出するための方法を説明するための図である。 図2に示すパターンを用いて画像の回転角度を検出するための方法を説明するための図である。 本発明の実施形態による、データを表すための、周波数領域におけるパターンを示す図である。 図2に示すパターンと図6に示すパターンを合わせたパターンを示す図である。 本発明の実施形態による電子透かし挿入装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による電子透かし挿入方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による電子透かし検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるデータ検出の方法を説明するための図である。 本発明の実施形態による電子透かし検出方法を示すフローチャートである。
符号の説明
301 補正用パターン生成部
302 データ保持部
303 データパターン生成部
304 合成部
305 逆離散フーリエ変換部
306 二値化部
307 加算部(減算部)
311 ブロック化部
312 離散フーリエ変換部
313 振幅計算部
314 振幅積算部
315 補正値検出部
316 補正部
317 データ検出部

Claims (15)

  1. 極座標で見た周波数領域において直線上に並ぶ複数の非ゼロ周波数成分を生成する生成ステップと、
    前記非ゼロ周波数成分を原画像に埋め込む埋込みステップと、
    を備えることを特徴とする電子透かし挿入方法。
  2. 請求項1に記載の電子透かし挿入方法において、
    前記埋込みステップは、
    前記非ゼロ周波数成分を前記周波数領域から空間領域に変換するステップと、
    前記空間領域に変換された前記非ゼロ周波数成分を前記原画像に埋め込むステップと、
    を備えることを特徴とする電子透かし挿入方法。
  3. 請求項1に記載の電子透かし挿入方法において、
    データを表す電子透かしを前記原画像に埋め込むデータ挿入ステップを更に備えることを特徴とする電子透かし挿入方法。
  4. 画像を空間領域から周波数領域に変換するステップと、
    前記周波数領域に変換された画像から、極座標で見た周波数領域において直線上に並ぶ複数の非ゼロ周波数成分を検出する検出ステップと、
    前記直線を基に前記画像の拡大縮小率及び回転角度を検出する検出ステップと、
    を備えることを特徴とする電子透かし検出方法。
  5. 請求項4に記載の電子透かし検出方法において、
    前記検出ステップは、
    前記直線をθ=ar×bと表した場合のaの値を基に前記画像の拡大縮小率を検出するステップと、
    前記直線をθ=ar×bと表した場合のbの値を基に前記画像の回転角度を検出するステップと、
    を備えることを特徴とする電子透かし検出方法。
  6. 請求項4に記載の電子透かし検出方法において、
    前記画像を検出された前記拡大縮小率及び回転角度で補正する補正ステップと、
    補正された前記画像からデータを表す電子透かしを検出するデータ検出ステップと、
    を更に備えることを特徴とする電子透かし検出方法。
  7. 極座標で見た周波数領域において直線上に並ぶ複数の非ゼロ周波数成分を生成する生成手段と、
    前記非ゼロ周波数成分を原画像に埋め込む埋込み手段と、
    を備えることを特徴とする電子透かし挿入装置。
  8. 請求項7に記載の電子透かし挿入装置において、
    前記埋込み手段は、
    前記非ゼロ周波数成分を前記周波数領域から空間領域に変換する手段と、
    前記空間領域に変換された前記非ゼロ周波数成分を前記原画像に埋め込む手段と、
    を備えることを特徴とする電子透かし挿入装置。
  9. 請求項7に記載の電子透かし挿入装置において、
    データを表す電子透かしを前記原画像に埋め込むデータ挿入手段を更に備えることを特徴とする電子透かし挿入装置。
  10. 画像を空間領域から周波数領域に変換する手段と、
    前記周波数領域に変換された画像から、極座標で見た周波数領域において直線上に並ぶ複数の非ゼロ周波数成分を検出する検出手段と、
    前記直線を基に前記画像の拡大縮小率及び回転角度を検出する検出手段と、
    を備えることを特徴とする電子透かし検出装置。
  11. 請求項10に記載の電子透かし検出装置において、
    前記検出手段は、
    前記直線をθ=ar×bと表した場合のaの値を基に前記画像の拡大縮小率を検出する手段と、
    前記直線をθ=ar×bと表した場合のbの値を基に前記画像の回転角度を検出する手段と、
    を備えることを特徴とする電子透かし検出装置。
  12. 請求項10に記載の電子透かし検出装置において、
    前記画像を検出された前記拡大縮小率及び回転角度で補正する補正手段と、
    補正された前記画像からデータを表す電子透かしを検出するデータ検出手段と、
    を更に備えることを特徴とする電子透かし検出装置。
  13. 請求項1乃至6の何れか1項に記載の方法をコンピュータに行わせるためのプログラム。
  14. 請求項13に記載のプログラムを記録した、コンピュータ読取り可能な記録媒体。
  15. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の電子透かし挿入方法により生成された画像が記録された媒体。
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