JP2007097189A - 情報埋め込み装置、画像形成装置及び情報埋め込み方法 - Google Patents

Abstract

【課題】情報埋め込み装置、画像形成装置及び情報埋め込み方法を提供すること。
【解決手段】画像信号を平滑化し、埋め込み情報を重畳した重畳信号を生成し、平滑化された画像信号に対して重畳信号を加え、重畳信号が加えられ画像信号を２値化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像に他の情報を埋め込む情報埋め込み装置、画像形成装置及び情報埋め込み方法に関する。

画像に対する他の情報の重畳は、副次的な情報を記録できたり、改竄や偽造等の防止が可能になる。画像への他の情報の重畳には、次のような技術が開示されている。
非特許文献１には、疑似階調表現されたデジタル画像に情報を重畳する方法が開示されている。この方法は、濃度を疑似階調表現する際に同じ濃度を複数通りの階調パターンで表現できる自由度を利用して情報を重畳する。
特許文献１は、カラー複写機のハードコピー出力から記録を行った複写機などを特定する方式について開示する。この方式は、複写機のハードコピー出力に重ねて黄色の小さいドットパターンを記録する。ドットパターンは、複写機の型番などの条件に応じた形状となっている。この出力をスキャナなどで読み取り、重ねて記録したパターンを抽出し、所定の信号処理を行う。これにより、複写機を同定する。

特許文献２は、カラー画像に高周波数の色差信号を重畳する方法を開示する。この方式は、重畳する情報をコード化し、コードに対応した高空間周波数ピークを有する色差成分を原画像に重畳する。高空間周波数の色差成分は、人間の視覚により見えにくい。これにより、重畳した情報は、殆ど原画像を劣化させない。一般の画像は、高周波の色差成分を殆ど含まない。これにより、重畳画像を読み取り、信号処理により高周波の色差成分を抽出することにより、重畳した情報は、再生できる。
他の技術として埋め込み情報に応じて文字間の間隔や文字の傾き、サイズを微小に変化させる方法、文字の縁に微小なノッチを追加する方法等がある。
特開平４−２９４８６２号公報 特開平７−１２３２４４号公報 書籍「電子透かし技術」画像電子学会編、東京電機大学出版局発行、Ｐ４３〜Ｐ４４、２００４年１月２０日

本発明の主要な局面に係る情報埋め込み装置は、画像信号を平滑化する平滑化部と、埋め込み情報を重畳した重畳信号を生成する変調部と、平滑化部により平滑化された画像信号に対して変調部により生成された重畳信号を加える重畳部と、重畳部により重畳信号が加えられ画像信号を２値化する２値化部とを具備する。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は情報埋め込み装置のブロック構成図を示す。画像入力部１は、画像を画像信号として入力する。画像信号は、例えばＰ（ｘ，ｙ）により表現される。画像入力部１は、スキャナを有する。スキャナは、画像記録媒体として例えば用紙に記録された画像を読み取り、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を出力する。画像入力部１は、ハードディスクに保存された画像データを読み取り、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を出力する。画像入力部１は、他の装置からの画像データをネットワークを介して受信する。画像入力部１から出力される画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）は、信号レベル値が急峻に変化するエッジ部分を有する。
平滑化部２は、画像入力部１から出力された画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を平滑化する。平滑化部２は、平滑化フィルタを有する。図２は平滑化フィルタのカーネル（フィルタ係数）の一例を示す。平滑化部２は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を平滑化してエッジ部を中間的な信号レベル値にする。平滑化部２は、例えば式（１）により平滑処理を行う。平滑化部２は、例えば、注目画素を中心とした５×５画素の平滑化を行う。これにより、平滑化部２は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）に有するエッジ部をなまらせる。

但し、Ｐ_２（ｘ，ｙ）は平滑処理後の画像信号、ａ（ｉ，ｊ）はフィルタの係数を表す。
情報入力部３は、画像入力部１により入力された画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）に埋め込む埋め込み情報を入力する。埋め込み情報は、例えば有限ｂｉｔのデジタル信号として表現される。本実施の形態において埋め込み情報は、例えば１６ｂｉｔのデジタル信号とする。
変調部４は、情報入力部３から入力された埋め込み情報を重畳した重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を生成する。変調部３は、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を例えば１６種類の空間周波数の２次元の正弦波の重ね合せにより生成する。式（２）は、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を生成する式を示す。

但し、ｘ，ｙは画像上の画素の座標値、Ｑ（ｘ，ｙ）は座標ｘ，ｙでの重畳信号の値、ｕｋ，ｖｋはそれぞれｋ番目の周波数成分を示す。
ｆｋは埋め込み情報のｋｂｉｔ目の値を表し、ｆｋ＝０又は１である。なお、０≦ｋ≦−５である。
Ａは重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の強度を表す。ここでは画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）の最大強度を１とし、Ａ＝０．２とする。また、clip（ｘ）は、値を±０，５以内にクリップする関数である。clip（ｘ）を次式（３）〜式（５）に示す。
ｉｆ（ｘ＜−０．５） clip（ｘ）＝−０．５ …（３）
ｉｆ（ｘ＞０．５） clip（ｘ）＝０．５ …（４）
ｉｆ（０．５＞ｘ＞−０．５ clip（ｘ）＝ｘ …（５）
画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）には、下地部分や太い文字や図形の内部などエッジ部以外の部分を有する。clip関数を設けることで、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の値は、−０．５≦Ｑ（ｘ，ｙ）≦０．５となる。これにより、エッジ部以外の部分に重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）が現れるのを防止できる。

ｕｋ，ｖｋは、埋込む正弦波のｋ番目の周波数成分を表す。ｕｋ，ｖｋは、任意の値を設定してよい。なお、周波数すなわち（ｕｋ，ｖｋ）の値が高すぎると記録時や再生時に重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の成分が消えやすくなる。周波数（ｕｋ，ｖｋ）の値が低すぎると埋込んだ凹凸情報が視覚的に見えやすくなり、阻害感が高くなる。又、２つの周波数が互いに近いと、干渉や誤検知が発生しやすくなる。
従って、ｕｋ，ｖｋは、中間周波数域に適度な間隔で配置するのがよい。ｕｋ，ｖｋは、アプリケーションに応じて決まる信号再現の信頼性や画質の阻害感の許容度に応じて適当な周波数域に配置する。ここでは、周波数の絶対値が１００ｄｐｉ〜２００ｄｐｉ程度の範囲内で、かつ２つの周波数の間の最小距離が５０ｄｐｉ以上になるように設定している。

図３は埋込む正弦波のｋ番目の周波数成分ｕｋ，ｖｋのｕｖ座標系上の配置図を示す。周波数成分ｕｋ，ｖｋの配置図は、周波数分布が原点について点対称となる。従って、ｖ＜０の領域（第３象限、第４象限）は省略してある。図４は同周波数成分ｕｋ，ｖｋの対応を示す。
重畳部５は、平滑化部２により平滑化された画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）のエッジ部に対して変調部４により生成された重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加える。
２値化部６は、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）が加えられ画像信号を２値化し、エッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状を付加する。２値化部６は、式（６）〜式（８）に示す２値化処理を行う。
Ｐ_３（ｘ，ｙ）＝Ｐ_２（ｘ，ｙ）＋Ｑ（ｘ，ｙ） …（６）
Ｐ_４（ｘ，ｙ）＝１（if Ｐ_３（ｘ，ｙ）≧０．５） …（７）
Ｐ_４（ｘ，ｙ）＝０（if Ｐ_３（ｘ，ｙ）＜０．５） …（８）
画像出力部７は、２値化部６により２値化された画像信号を出力する。画像出力部７から出力された２値化の画像信号は、例えばハードディスク等に保存されたり、又は直接プリンタにより画像記録媒体に印刷される。

次に、上記の如く構成された装置による情報の埋め込み動作について説明する。
画像入力部１は、画像を画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）として入力する。図５は入力された画像Ｐａの一部の模式図を示す。画像Ｐａは、例えば黒「１」、白「０」に対応する２つのレベルのみを持つ。
平滑化部２は、画像入力部１から出力された画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を例えば図２は平滑化フィルタにより平滑化する。これにより、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）に有するエッジ部は、なだらかになり、中間的な信号レベル値になる。すなわち、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）に有するエッジ部は、なまらされる。図６Ａは平滑化処理前の画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）のプロファイルを示し、図６Ｂは平滑化処理後の画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）のプロファイルを示す。

一方、情報入力部３は、例えば有限ｂｉｔのデジタル信号として表現される埋め込み情報を入力する。図７は埋め込み情報の一例を示す。同図において埋め込み情報は、３通り示す。埋込む情報は、１６ｂｉｔの信号とし、ｆ（ｋ）（１≦ｋ≦１６）で表す。
変調部４は、情報入力部３から入力された埋め込み情報を重畳した重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を生成する。変調部３は、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を例えば１６種類の空間周波数の２次元の正弦波の重ね合せにより生成する。
図８Ａ及び図８Ｂは埋込み情報に対して上記式（２）を演算して求めた各重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の一例を示す。各図は、簡便のため重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の値が正となる画素を黒、負となる画素を白で表している。上記式（２）からも分かるように各重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）は、周期的な縞構造が生ずる。これら重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）は、埋込み情報を埋め込む画像中のパターン、パターンの角度、間隔、空間周波数によってそれぞれ異なる。
重畳部５は、平滑化部２により平滑化された画像信号のエッジ部に対して変調部４により生成された重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加える。
２値化部６は、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）が加えられ画像信号を２値化し、エッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状を付加する。
図９Ａ及び図９Ｂは画像信号に埋込み情報を付加した結果の一例を示す。図９Ａは図５に示す画像Ｐａに図８Ａに示す重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加えた一例を示す。図９Ｂは図５に示す画像Ｐａに図８Ｂに示す重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加えた一例を示す。これら重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）は、画像中のパターンに加わる角度がそれぞれ異なっている。又、画像中における文字や線のエッジ部分にのみ埋込み情報に応じた凹凸の形状が付加されている。

ここで、平滑化と２値化処理を行う理由について説明する。
画像にそのまま重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加算すると、画像中の下地や太い文字の内部などのエッジ以外の部分にも重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）が生じてしまう。平滑化処理を行うことによりエッジの近傍における画像信号のレベル値が（０，１．０）の間の中間的な値をとる領域ができる。この画像に−０．５≦Ｑ（ｘ，ｙ）≦０．５の範囲の重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加えて２値化する。これにより、画像信号のレベル値値が中間的となっているエッジ領域のみに凹凸形状を付加することができる。

平滑化処理を行うことにより、エッジからの距離に応じて中間値の値が変わる。これにより、エッジから離れた位置に孤立点が生じにくくなる。画像を例えば用紙に印字した場合、微小な孤立点は一般的に再現されにくかったり、不安定性の要因となる。このように孤立点が生じにくいことは安定性の面で好ましい。

以上の情報の埋め込み動作を一次元で表わせば次の通りになる。
図１０Ａは画像入力部１から入力された画像Ｐｂの一部を示す。図１０Ｂは画像ＰｂのＳ−Ｓライン上における画像信号のレベルを示す。画像信号は、例えば黒、白に対応する「１」「０」のレベルを有する。画像信号は、信号レベルが「１」から「０」、「０」から「１」に急峻に変化する各エッジ部分Ｅ_１、Ｅ_２を有する。
平滑化部２は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を例えば図２は平滑化フィルタにより平滑化する。画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）は、平滑化されることにより図１１に示すように各エッジ部分Ｅ_１、Ｅ_２がなだらかなプロファイルになる。
一方、変調部４は、情報入力部３から入力された埋め込み情報を重畳した重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を生成する。図１２は重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の波形の一例を示す。
重畳部５は、平滑化部２により平滑化された画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）のエッジ部に対して変調部４により生成された重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加える。図１３は、図１１に示す平滑化された画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）に図１２に示す重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を加えたプロファイルを示す。
２値化部６は、図１３に示すように重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）が加えられ画像信号に対して閾値Ｒにより２値化を行う。この結果、図１４に示すように画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）のエッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状Ｇが付加される。

このように上記第１の実施の形態によれば、平滑化、埋め込み情報の変調、重畳、２値化といった簡易な処理で埋め込み情報をエッジ部分に付加することができる。エッジの近傍であるエッジ部のみに凹凸形状を付加するので、画像中の下地や太い文字の内部などに埋め込み情報を付加することはない。これにより、下地や太い文字の内部などには影響を与えない。画像の全体に一様な周期信号を付加するので、ノイズなどへの耐性が高く、埋込み情報の検出も容易である。これにより、文書画像など文字や線画など２値画像が主体の画像に対しても用意に埋め込み情報を埋め込みすることが可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図１５は情報埋め込み装置のブロック構成図を示す。同装置は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）のエッジ部分に凹凸形状を付加する方法が上記第１の実施の形態と相違する。エッジ判定部１０は、画像入力部１からの画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を入力し、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）におけるエッジ部としてのエッジ及びエッジ近傍領域を判定する。エッジ近傍は、エッジすなわち画像の黒「１」、白「０」が反転する画素からの距離が所定値以内の領域とする。判定方法は、例えば注目画素から所定値の距離内の領域を参照し、この領域内に黒、白の両方の画素があればエッジ近傍領域と判定する。従って、エッジ判定部１０は、判定結果であるエッジ近傍信号Ｒ（ｘ，ｙ）を出力する。図１６は画像入力部１から入力された画像に対するエッジ近傍信号Ｒ（ｘ，ｙ）の処理結果を示す。

重畳部１１は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）、エッジ近傍信号Ｒ（ｘ，ｙ）、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を入力し、エッジ近傍部すなわちエッジ近傍信号Ｒ（ｘ，ｙ）＝１の領域にのみ重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を重畳する。エッジ近傍部以外は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）をそのままとする。すなわち重畳部１１は、式（９）の処理を行う。
Ｐ_３（ｘ，ｙ）＝Ｐ（ｘ，ｙ）＋Ｒ（ｘ，ｙ）・（Ｑ（ｘ，ｙ）＋０．５） …（９）
２値化処理部６は、重畳部１１により求められた信号Ｐ_３（ｘ，ｙ）を２値化し、エッジ部分に凹凸形状を付加する。

このように上記第２の実施の形態によれば、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の値を予め「０」「１」のいずれか一方の値に２値化するので、２値化処理部が不要になる。これにより、埋め込み情報をエッジ部分に付加する演算量は、上記第１の実施の形態よりも少なく出来る。又、エッジ部からの遠近に拘わらず凹凸形状を付加できる。これにより、エッジ部から離れた位置に孤立点を生ずる可能性が高くなる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上記図１に示す装置構成と同一構成を有するので、図１を援用して説明する。
画像入力部１は、例えばスキャナによって画像記録媒体として例えば用紙に記録された画像を読み取り、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を出力する。又は画像入力部１は、ハードディスクに保存された画像データを読み取り、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を出力する。画像入力部１は、他の装置からの画像データをネットワークを介して受信する。

画像入力部１によって入力される画像中に既に変調部４によって生成される重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）と略同一周波数の情報が存在する場合がある。この場合、画像中の周波数が埋め込み情報の周波数成分なのか、又は本来画像中に存在している周波数成分なのかを判断することに困難性が生じる。
これを解決するために、変調部４は、埋め込み情報の各値に対応する２つの周波数を１組とし、当該組を複数有する。変調部４は、埋め込み情報の各値に応じて１組の各周波数のうちいずれか一方の周波数により埋め込み情報を重畳した重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を生成する。

具体的に、変調部４は、埋め込み情報の１ｂｉｔに対応して２つ１組の周波数を割り当てる。例えば埋め込み情報の１ｂｉｔに対応して（ｕ１，ｕ２）を設ける。埋め込み情報が「０」の場合に周波数ｕ１を用いる。埋め込み情報が「１」の場合に周波数ｕ２を用いる。図１７は変調部４により埋込む正弦波の周波数成分の配置図を示す。図１８は同周波数成分の対応を示す。

図１７において黒丸「・」は、一方の周波数を表す。白丸「○」は他方の周波数を表す。黒丸「・」と白丸「○」との各周波数により１組となる。例えば、埋め込み情報のｋ番目のｂｉｔが「０」の場合、（ｕ１，ｖ１）＝（１００，０）となる。ｂｉｔが１の場合、（ｕ１，ｖ１）＝（０，１００）となる。図１７及び図１８から分かるように、絶対値が等しく、かつ角度が９０度ずれている２つの周波数が１組として割り当てられる。
一般に画像入力部１によって読み取られる原稿画像の周波数成分は、点対称である場合が多い。このような前提を基に埋め込み情報の１ｂｉｔに対応して２つ１組の周波数を割り当てる。このような前提が成り立ちにくい場合は、埋め込み情報の１ｂｉｔに対応して２つ１組の周波数の配置を変更してもよい。

変調部４は、上記式（２）に示す計算式によって重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を求めることは上記第１の実施の形態と同様である。図１７及び図１８に示すように例えば１６個の周波数を用いている。１ｂｉｔに対して２つの周波数を１組として用いるので、埋め込み情報は、８ｂｉｔとなる。埋め込み情報のｂｉｔ数は、上記第１の実施の形態の半分となる。

このように上記第３の実施の形態によれば、埋め込み情報の各値に対応する２つの周波数を１組として複数組有し、埋め込み情報の各値に応じて１組の各周波数のうちいずれか一方の周波数により埋め込み情報を重畳した重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を生成する。これにより、画像中の周波数が埋め込み情報の周波数成分なのか、又は本来画像中に存在している周波数成分なのかが判断できる。しかるに、埋込んだ情報の検出では、原稿画像に本来含まれている周波数成分の影響を受けにくい。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図１７は情報埋め込み装置のブロック構成図を示す。細線判定部２０は、画像入力部１からの画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）から所定幅以下の細線領域を判定する。細線領域の検出方式は、例えば、注目画素を中心とする所定の参照ウインドウを設定し、参照ウインドウ内における各画素の連結性及び幅により判定し、細線領域信号Ｔｈ（ｘ，ｙ）を出力する。細線領域信号Ｔｈ（ｘ，ｙ）は、細線領域内で値「１」を示し、細線領域以外で値「０」を示す。細線領域の検出方式は、他の方式を用いてもよい。
階調領域判定部２１は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）中における階調領域すなわち写真領域を判定する。階調領域は、写真や中間階調を有する下地、文字等、白、黒以外の中間的な階調レベルからなる領域である。階調領域は、中間調領域と擬似中間調領域とを有する。中間調領域は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）のレベルが中間値を含む領域である。擬似中間調領域は、本来中間調領域であったが、誤差拡散処理や網点処理などの擬似中間調処理により２値の信号レベルにより表現されている領域である。
階調領域として中間調領域と擬似中間調領域との両方が含まれるか、一方の領域のみ含まれるかはシステムに依存する。本実施の形態では、両方の領域に対応するものとする。
中間調領域の判定方法は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）のレベルを判定し、中間値であった画素を階調領域とする。次に、階調領域に膨張処理を施し、この結果を階調領域と判定する。膨張処理を施すのは、中間調領域の中にも画素値「０」、「１」となる画素を含んでおり、これら画素を階調領域に含めるためである。

擬似中間調領域の判定方法は、黒「１」の画素に対して所定画素の膨張処理を行う。この後、黒「１」の画素が複数連続して存在する連結性からラベリングを行う。縦方向と横方向とが共に所定値以上のサイズの連結性を有すれば、これら縦方向と横方向とから成る領域を擬似中間調領域と判定する。
擬似中間調領域において黒「１」の各画素同士は近接する。擬似中間調領域に対して膨張処理を施すことにより、黒「１」の各画素同士が連結して大きな連結領域となる。一方、文字や線画などは、文字や線のパーツごとはそれぞれ離れている。このため、文字や線画などは、大きな連結領域になりにくい。

これらの判定の結果、階調領域判定部２１は、階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）を出力する。
中間調領域又は擬似中間調領域と判定された領域は、値「１」となり、これ以外の領域は値「０」となる。
重畳部２２は、平滑化部２から出力された画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）と、細線判定部２０から出力された細線領域信号Ｔｈ（ｘ，ｙ）と、階調領域判定部２１から出力された階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）と、変調部４から出力された重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）とを入力し、画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）に重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を重畳する。

この際、重畳部２２は、細線領域信号Ｔｈ（ｘ，ｙ）にのより表わされる細線領域と階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）により表わされる階調領域とにおいて画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）に対する重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の重畳を行わない。すなわち、重畳部２２の出力信号をＰ_３（ｘ，ｙ）とすると、重畳部２２は、以下の処理を行う。
ｉｆ（Ｔｈ（ｘ，ｙ）＝１orＧｒ（ｘ，ｙ）＝１）
Ｐ_３（ｘ，ｙ）＝Ｐ_２（ｘ，ｙ）
ｉｆ（Ｔｈ（ｘ，ｙ）＝０andＧｒ（ｘ，ｙ）＝０）
Ｐ_３（ｘ，ｙ）＝Ｐ_２（ｘ，ｙ）＋Ｑ（ｘ，ｙ）
…（１０）
２値化部６は、上記第１の実施の形態と同様に２値化を行う。本実施の形態では、画像に階調領域が含まれることを前提としている。これにより、２値化部６は、階調領域判定部２１からの階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）を入力し、重畳部２２の出力信号Ｐ_３（ｘ，ｙ）における階調領域に対して２値化処理を行わない。すなわち、２値化部６は、階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）により２値化処理にマスクをかける。２値化部６は、下記式（１１）の処理を行い、出力信号Ｐ_４（ｘ，ｙ）を得る。
ｉｆ（Ｇｒ（ｘ，ｙ）＝１） Ｐ_４（ｘ，ｙ）＝Ｐ_３（ｘ，ｙ）
ｉｆ（Ｇｒ（ｘ，ｙ）＝０andＰ_３（ｘ，ｙ）≧０．５） Ｐ_４（ｘ，ｙ）＝１
ｉｆ（Ｇｒ（ｘ，ｙ）＝０andＰ_３（ｘ，ｙ）＜０．５） Ｐ_４（ｘ，ｙ）＝０
…（１１）
次に、上記の如く構成された装置による情報の埋め込み動作について説明する。
画像入力部１は、画像を画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）として入力する。平滑化部２は、画像入力部１から出力された画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）を平滑化する。
一方、情報入力部３は、例えば有限ｂｉｔのデジタル信号として表現される埋め込み情報を入力する。変調部４は、情報入力部３から入力された埋め込み情報を重畳した重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を生成する。変調部３は、重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を例えば１６種類の空間周波数の２次元の正弦波の重ね合せにより生成する。

細線判定部２０は、画像入力部１からの画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）から所定幅以下の細線領域を判定する。細線判定部２０は、細線領域の判定結果である細線領域信号Ｔｈ（ｘ，ｙ）を出力する。
階調領域判定部２１は、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）中における写真や中間階調を有する下地、文字等、白、黒以外の中間的な階調レベルからなる階調領域を判定する。階調領域は、中間調領域と擬似中間調領域との両方を含む。階調領域判定部２１は、判定の結果、階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）を出力する。

重畳部２２は、平滑化部２から出力された画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）と、細線判定部２０から出力された細線領域信号Ｔｈ（ｘ，ｙ）と、階調領域判定部２１から出力された階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）と、変調部４から出力された重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）とを入力し、画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）に重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）を重畳する。この際、重畳部２２は、細線領域信号Ｔｈ（ｘ，ｙ）により表わされる細線領域と階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）により表わされる階調領域とにおいて画像信号Ｐ_２（ｘ，ｙ）に対する重畳信号Ｑ（ｘ，ｙ）の重畳を行わない。重畳部２２は、重畳処理した信号Ｐ_３（ｘ，ｙ）を出力する。

２値化部６は、階調領域判定部２１からの階調領域信号Ｇｒ（ｘ，ｙ）を入力し、重畳部２２の出力信号Ｐ_３（ｘ，ｙ）における階調領域に対してマスクを行い、階調領域以外の領域に対して２値化処理を行う。この結果、画像信号Ｐ（ｘ，ｙ）のエッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状Ｇが付加される。

このように上記第４の実施の形態によれば、所定幅以下の細線領域と、写真や中間階調を有する下地、文字等、白、黒以外の中間的な階調レベルからなる階調領域とに対して埋め込み情報の重畳を行わない。これにより、ある程度太い文字や線のエッジ部のみに選択的に凹凸形状の変調が行われる。この結果、細線のとぎれや階調領域へのテキスチャの発生などの画質劣化が防止できる。

次に、本発明の第５の実施の形態について図面を参照して説明する。
図２０は画像形成装置（プリンタシステム）の構成図を示す。本装置は、画像の改窟防止機能を有する。制御部３０は、ＣＰＵを有する。制御部３０には、プログラムメモリ３１と、データメモリ３２と、プリンタ３３と、文書ファイル入力部３４とが接続されている。制御部３０は、レンダリング（rendering）部３５と、コード情報抽出部３６と、埋め込み部３７とに対して動作指令を発する。
プログラムメモリ３１には、プリント処理プログラムが予め記憶されている。プリント処理プログラムは、例えば図２１に示すプリント処理フローチャートに従った処理を実行させるための各指令等を記述する。
データメモリ３２には、文書ファイルや画像データ等が一時的に記憶される。
プリンタ３３は、記録用紙等の画像形成媒体に画像を形成する。
文書ファイル入力部３４は、文書ファイルを入力する。文書ファイルは、例えば各種のページ記述言語（page description language：ＰＤＬ）により記述されている。

レンダリング部３５は、文書ファイル入力部３４から入力された文書ファイルを例えばビットマップ画像にレンダリングする。
コード情報抽出部３６は、文書ファイル入力部３４から入力された文書ファイルからテキスト情報をコード情報として抽出する。コード情報は、埋め込み情報となる。コード情報抽出部３６は、抽出したテキストのコード情報に基づいてハッシュ値を算出する。ハッシュ値は、テキストのコード情報により一意に生成される情報である。ハッシュ値は、例えば全ての文字コードの排他的論理和により求められる。ここでは、ハッシュ値を例えば１６ｂｉｔとする。

埋め込み部３７は、ビットマップ画像にハッシュ値を埋め込む。埋め込み部３７は、例えば上記第１乃至４の実施の形態のうちいずれか１つの実施の形態の情報埋め込み装置を有する。例えば、埋め込み部３７は、図１に示す情報埋め込み装置を有する。すなわち、埋め込み部３７は、画像入力部１と、平滑化部２と、情報入力部３と、変調部４と、重畳部５と、２値化部６と、画像出力部７とを有する。埋め込み部３７は、例えば図１５に示す情報埋め込み装置を有する。すなわち、埋め込み部３７は、画像入力部１と、情報入力部３と、変調部４と、エッジ判定部１０と、重畳部１１と、２値化部６と、画像出力部７とを有する。埋め込み部３７は、例えば図１９に示す情報埋め込み装置を有する。すなわち、埋め込み部３７は、画像入力部１と、平滑化部２と、情報入力部３と、変調部４と、細線判定部２０と、階調領域判定部２１と、重畳部２２と、２値化部６と、画像出力部７とを有する。
次に、上記の如く構成された装置による画像形成動作について図２１に示すプリント処理フローチャートに従って説明する。
先ず、文書ファイル入力部３４は、ステップ＃１において、例えば各種のページ記述言語により記述された文書ファイルを入力する。
次に、レンダリング部３５は、ステップ＃２において、文書ファイル入力部３４から入力された文書ファイルを例えばビットマップ画像にレンダリングする。
これと共に、コード情報抽出部３６は、ステップ＃３において、文書ファイル入力部３４から入力された文書ファイルからテキスト情報をコード情報として抽出する。

次に、コード情報抽出部３６は、ステップ＃４において、抽出したテキストのコード情報に基づき、テキストのコード情報により一意に生成されるハッシュ値を算出する。ここでは、ハッシュ値を例えば１６ｂｉｔとする。
次に、埋め込み部３７は、ステップ＃５において、レンダリング部３５からのビットマップ画像に対してコード情報抽出部３６からのハッシュ値を埋め込む。埋め込み部３７は、上記第１乃至４の実施の形態のうちいずれか１つの実施の形態と同様の動作を実行する。埋め込み部３７が例えば上記第１の実施の形態で説明した情報埋め込み装置であれば、画像入力部１は、ビットマップ画像を画像信号として入力する。平滑化部２は、画像入力部１から出力された画像信号を平滑化する。情報入力部３は、ハッシュ値を入力する。変調部４は、情報入力部３から入力されたハッシュ値を重畳した重畳信号を生成する。重畳部５は、平滑化部２により平滑化された画像信号のエッジ部に対して変調部４により生成された重畳信号を加える。２値化部６は、重畳信号が加えられ画像信号を２値化し、エッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状を付加する。画像出力部７は、２値化部６により２値化された画像信号を出力する。
埋め込み部３７は、上記第１の実施の形態に限らず、上記第２乃至４の実施の形態のうちいずれか１つの実施の形態であっても同様の動作を実行する。すなわち、上記第２乃至４の実施の形態のうちいずれか１つの実施の形態であれば、画像入力部１から入力される画像をビットマップ画像に置き換え、情報入力部３から入力される埋め込み情報をハッシュ値に置き換えればよい。埋め込み部３７が上記第２乃至４の実施の形態のうちいずれか１つの実施の形態の場合は、説明が重複するので、ここでは省略する。

次に、プリンタ３３は、ステップ＃６において、ハッシュ値を埋め込んだ画像が記録用紙等の画像形態媒体にプリントアウトする。
このように上記第５の実施の形態によれば、文書ファイルから抽出したコード情報から生成されたハッシュ値を、文書ファイルからレンダリングされたビットマップ画像に対して埋め込んだ。これにより、画像記録媒体にプリントアウトされた文書には、文書ファイルの内容に応じたコード情報を埋め込むことができる。

この結果、文書ファイルを改窟したり、埋め込み情報を失うような方法で複写すると、埋め込まれた情報と文書ファイルの内容とが整合しなくなる。然るに、埋め込まれた情報を再生し、文書ファイルの内容をＯＣＲ等によりコード情報として読み取る。読み取ったコード情報からハッシュ値を計算する。文書ファイルの内容とハッシュ値とを比較する。この比較のけっ化から文書ファイルの改竃や不正コピーを発見することができる。これにより、文書ファイルの改竃を間接的に防ぐことができる。
上記第１乃至４の実施の形態のうちいずれか１つの実施の形態を例えばプリンタに適用すれば、プリンタに改鼠防止又は認証機能を備えることができる。

本発明に係る情報埋め込み装置の第１の実施の形態を示すブロック構成図。 平滑化部に有する平滑化フィルタのフィルタ係数を示す図。 変調部により埋込む正弦波の周波数成分の配置図。 同周波数成分の対応を示す図。 入力された画像の一部の模式図。 平滑化処理前の画像信号のプロファイルを示す図。 平滑化処理後の画像信号のプロファイルを示す図。 埋め込み情報の一例を示す図。 埋込み情報に対して求めた重畳信号の一例を示す図。 埋込み情報に対して求めた重畳信号の一例を示す図。 画像信号に埋込み情報を付加した結果の一例を示す図。 画像信号に埋込み情報を付加した結果の一例を示す図。 画像入力部から入力された画像の一部を示す模式図。 同画像のＳ−Ｓライン上における画像信号のレベルを示す図。 平滑化された画像信号のプロファイルを示す図。 重畳信号の波形の一例を示す。 平滑化された画像信号に重畳信号を加えたプロファイルを示す図。 画像信号のエッジ部に付加された埋め込み情報に応じた凹凸形状Ｇを示す図。 本発明に係る情報埋め込み装置の第２の実施の形態を示すブロック構成図。 エッジ近傍信号の模式図。 変調部により埋込む正弦波の周波数成分の配置図。 同周波数成分の対応を示す図。 本発明に係る情報埋め込み装置の第４の実施の形態を示すブロック構成図。 本発明に係る情報埋め込み装置を適用した画像形成装置の第５の実施の形態を示す構成図。 同装置のプリント処理フローチャート。

符号の説明

１：画像入力部、２：平滑化部、３：情報入力部、４：変調部、５：重畳部、６：２値化部、７：画像出力部、１０：エッジ判定部、１１：重畳部、２０：細線判定部、２１：階調領域判定部、２２：重畳部、３０：制御部、３１：プログラムメモリ、３２：データメモリ、３３：プリンタ、３４：文書ファイル入力部、３５：レンダリング部、３６：コード情報抽出部、３７：埋め込み部。

Claims (27)

1. 画像信号を平滑化する平滑化部と、
   埋め込み情報に応じた重畳信号を生成する変調部と、
   前記平滑化部により平滑化された前記画像信号に対して前記変調部により生成された前記重畳信号を加える重畳部と、
   前記重畳部により前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化する２値化部と、
   を具備することを特徴とする情報埋め込み装置。
2. 前記画像信号は、信号レベル値が急峻に変化するエッジ部分を有し、
   前記平滑化部は、前記画像信号を平滑化して前記エッジ部を中間的な信号レベル値にする、
   ことを特徴とする請求項１記載の情報埋め込み装置。
3. 前記埋め込み情報は、少なくとも１ビットの情報を有することを特徴とする請求項１記載の情報埋め込み装置。
4. 前記変調部は、複数の空間周波数の２次元の正弦波の重ね合わせにより前記重畳信号を生成することを特徴とする請求項１記載の情報埋め込み装置。
5. 前記変調部は、クリップ関数を有する又は前記クリップ関数を施した前記重畳信号を生成することを特徴とする請求項４記載の情報埋め込み装置。
6. 前記画像信号は、信号レベル値が急峻に変化するエッジ部分を有し、
   前記平滑化部は、前記画像信号の前記エッジ部を平滑化し、
   前記重畳部は、前記平滑化部により平滑化された前記エッジ部に対して前記重畳信号を加える、
   ことを特徴とする請求項１記載の情報埋め込み装置。
7. 前記２値化部は、前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化して前記エッジ部に前記埋め込み情報に応じた凹凸形状を付加することを特徴とする請求項６記載の情報埋め込み装置。
8. 前記埋め込み情報は、それぞれ異なる各値を取り、
   前記変調部は、前記埋め込み情報の前記各値に対応する少なくとも２つの周波数を１組有し、前記埋め込み情報の前記各値に応じて前記１組の前記各周波数のうちいずれか一方の前記周波数により前記埋め込み情報を重畳した前記重畳信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の情報埋め込み装置。
9. 画像信号に有する信号レベル値が急峻に変化するエッジ部分を判定するエッジ判定部と、
   埋め込み情報を重畳した重畳信号を生成する変調部と、
   前記エッジ判定部により判定された前記エッジ部分に対して前記変調部により生成された前記重畳信号を加える重畳部と、
   前記重畳部により前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化する２値化部と、
   を具備することを特徴とする情報埋め込み装置。
10. 前記埋め込み情報は、少なくとも１ビットの情報を有することを特徴とする請求項９記載の情報埋め込み装置。
11. 前記変調部は、複数の空間周波数の２次元の正弦波の重ね合わせにより前記重畳信号を生成することを特徴とする請求項９記載の情報埋め込み装置。
12. 前記変調部は、クリップ関数を有することを特徴とする請求項９記載の情報埋め込み装置。
13. 前記２値化部は、前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化して前記エッジ部に前記埋め込み情報に応じた凹凸形状を付加することを特徴とする請求項９記載の情報埋め込み装置。
14. 画像信号を平滑化する平滑化部と、
    埋め込み情報を重畳した重畳信号を生成する変調部と、
    前記画像信号から所定幅以下の細線領域を判定する細線判定部と、
    前記画像信号中における階調領域を判定する階調領域判定部と、
    前記平滑化部により平滑化された前記画像信号における前記細線判定部により判定された前記細線領域及び前記階調領域判定部により判定された前記階調領域以外の領域に対して前記変調部により生成された前記重畳信号を加える重畳部と、
    前記重畳部により前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化する２値化部と、
    を具備することを特徴とする情報埋め込み装置。
15. 前記画像信号は、信号レベル値が急峻に変化するエッジ部分を有し、
    前記平滑化部は、前記画像信号を平滑化して前記エッジ部を中間的な信号レベル値にする、
    ことを特徴とする請求項１４記載の情報埋め込み装置。
16. 前記埋め込み情報は、少なくとも１ビットの情報を有することを特徴とする請求項１４記載の情報埋め込み装置。
17. 前記変調部は、複数の空間周波数の２次元の正弦波の重ね合わせにより前記重畳信号を生成することを特徴とする請求項１４記載の情報埋め込み装置。
18. 前記変調部は、クリップ関数を有することを特徴とする請求項１７記載の情報埋め込み装置。
19. 前記階調領域判定部は、白レベル及び黒レベル以外の中間の階調レベルからなる階調領域を判定することを特徴とする請求項１４記載の情報埋め込み装置。
20. 前記階調領域判定部は、前記諧調領域として白レベル及び黒レベル以外の中間値を含む前記画像信号のレベルを有する中間調領域と、擬似的な中間調処理によって信号上のレベルが２値により表現されている擬似中間調領域とを判定することを特徴とする請求項１９記載の情報埋め込み装置。
21. 前記２値化部は、前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化して前記エッジ部に前記埋め込み情報に応じた凹凸形状を付加することを特徴とする請求項１４記載の情報埋め込み装置。
22. 文書ファイルを入力する入力部と、
    前記文書ファイルを画像信号に変換する変換部と、
    前記文書ファイルから埋め込み情報を抽出する抽出部と、
    前記変換部により変換された前記画像信号に対して前記抽出部により抽出された前記埋め込み情報を加える埋め込み部と、
    前記埋め込み部により前記埋め込み情報が加えられ前記画像信号を２値化する２値化部と、
    前記２値化部により２値化された前記画像信号を画像形成媒体に画像形成する画像形成部と、
    を具備することを特徴とする画像形成装置。
23. 前記画像信号は、信号レベル値が急峻に変化するエッジ部分を有し、
    前記埋め込み部は、前記画像信号の前記エッジ部を平滑化する平滑化部と、
    前記平滑化部により平滑化された前記エッジ部に対して前記重畳信号を加える重畳部と、
    を有することを特徴とする請求項２２記載の画像形成装置。
24. 前記埋め込み部は、前記画像信号から所定幅以下の細線領域を判定する細線判定部と、
    前記画像信号中における階調領域を判定する階調領域判定部とを有し、
    前記重畳部は、前記画像信号における前記細線判定部により判定された前記細線領域及び前記階調領域判定部により判定された前記階調領域以外の領域に対して前記変調部により生成された前記重畳信号を加える、
    ことを特徴とする請求項２２記載の画像形成装置。
25. 画像信号を平滑化し、
    埋め込み情報を重畳した重畳信号を生成し、
    前記平滑化された前記画像信号に対して前記重畳信号を加え、
    前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化する、
    ことを特徴とする情報埋め込み方法。
26. 画像信号に有する信号レベル値が急峻に変化するエッジ部分を判定し、
    埋め込み情報を重畳した重畳信号を生成し、
    前記エッジ部分に対して前記重畳信号を加え、
    前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化する、
    ことを特徴とする情報埋め込み方法。
27. 画像信号を平滑化し、
    埋め込み情報を重畳した重畳信号を生成し、
    前記画像信号から所定幅以下の細線領域を判定し、
    前記画像信号中における階調領域を判定し、
    前記平滑化された前記画像信号における前記細線領域及び前記階調領域以外の領域に対して前記重畳信号を加え、
    前記重畳信号が加えられ前記画像信号を２値化する、
    ことを特徴とする情報埋め込み方法。

Images