JP2011508480A - 画像に除去可能な可視透かしを挿入する方法と装置、及びその透かしを除去する方法と装置 - Google Patents

Abstract

画像に透かしを埋め込む方法である。可視透かし（Ｔ）を画像（１０）に挿入して、可視透かし画像（Ｉ_Ｖ）を求める。可視透かし（Ｔ）を除去する情報（２２）を保護（２４）し、保護情報（２６）を求める。これを可視透かし画像（Ｉ_Ｖ）に不可視透かしとして挿入（２７）し、可視透かしと不可視透かしを入れた画像（Ｉ_ＶＩ）を求める。可視透かしを除去するための情報（２２）は、可視透かしによりカバーされる画素の画素値と、可視透かしの位置と大きさとである。この場合、これらの値をまず記憶する。可視透かしは不透明であってもよい。透かしを挿入する装置と、上記方法を反対に実行して可視透かしを除去する方法と、可視透かしを除去する装置も提供する。

Description

本発明は、デジタルコンテンツ処理に関し、特に画像に対する除去可能で可視透かしに関する。

このセクションは、以下に説明して特許を請求する本発明の様々な態様に関連する様々な態様の技術を読者に紹介することを意図するものである。この説明は、本発明の様々な態様の理解を容易にする背景情報を読者に提供する役に立つと思われる。従って、言うまでもなくこれらの記載は上記を考慮して読むべきであり、先行技術として認める（admissions of prior art）ものではない。

画像に対する可視透かしは、比較的簡単な技術であり、大きく２種類に分けられる：テレビジョンチャンネルのロゴタイプを画面の隅に挿入するような、小さな画像の原画像への挿入と、原画像と同じ大きさの、一般的には二値の画像の半透過的重ね合わせである。

可視透かしのほとんどの方法は次式で表すことができる：
ここで、ｐ^ｖ _ｉ，ｊは可視透かしをされた画素ｉ，ｊの値であり、ｐ_ｉ，ｊは透かし前の画素の値であり、ａ_ｉ，ｊとｂ_ｉ，ｊとは透かしの変数である。

座標Ｉ，Ｊの大きさＭ×Ｎの原画像に小さな画像を挿入する場合、変数は次の通りである：
Ｉ≦ｉ＜Ｉ＋Ｍ、かつＪ≦ｊ＜Ｊ＋Ｎ（すなわち可視透かしの内側）の場合：ａ_ｉ，ｊ（０≦ａ_ｉ，ｊ＜１）は透かしの透明性であり、ｂ_ｉ，ｊは透かし画素の値×（１−ａ_ｉ，ｊ）である。

ｉ＜Ｉまたはｉ≧Ｉ＋Ｍ、またはｊ＜Ｊまたはｊ≧Ｊ＋Ｎ（すなわち可視透かしの外側）の場合：ａ_ｉ，ｊ＝１であり、ｂ_ｉ，ｊ＝０である。換言すると、透かしの外側では原画像は変更されない。

その結果、可視透かしを除去するには、ｐ_ｉ，ｊ＝（ｐ^ｖ _ｉ，ｊ−ｂ_ｉ，ｊ）／ａ_ｉ，ｊ、ただしａ_ｉ，ｊ≠０を用いてｐ^ｖ _ｉ，ｊからｐ_ｉ，ｊを計算すればよい。

画像の半透明な重ね合わせの場合：ａ_ｉ，ｊは重ね合わせる画像画素の値であり（０＜ａ_ｉ，ｊ≦１）、ｂ_ｉ，ｊ＝０である。透かしを除去するには、ｐ_ｉ，ｊ＝ｐ^ｖ _ｉ，ｊ／ａ_ｉ，ｊを計算する。当業者には言うまでもないが、可視透かしを除去するためには、第１の場合には、ａ_ｉ，ｊとｂ_ｉ，ｊとが必要であり、またはａ_ｉ，ｊ＝０の場合はｐ_ｉ，ｊが必要である。ｐ_ｉ，ｊの情報質量（information mass）がａ_ｉ，ｊより小さいとき、ａ_ｉ，ｊを自然に直接的に使うが、留意すべき点として、通常、ａ_ｉ，ｊは画像ごとに一定である。第２の場合には、ａ_ｉ，ｊまたはｐ_ｉ，ｊが必要である。

問題は、写真では、例えば著作権情報として可視透かしを用いることが望ましい場合が多いが、可視透かしを画像から除去できることも望ましい。これは例えば、カスタマーがサーバから可視透かしをした画像を自由にダウンロードでき、その画像を、透かしを入れていないバージョンで利用する権利を買うシステムの場合である。

問題は、エンドユーザが可視透かしを除去するのに必要な情報を入手する方法にあることが分かる。

この問題に対する自明な解決策は、画像の透かしをしていないバージョンをダウンロードすることである。

別の解決策が、非特許文献１に記載されている。バイナリロゴを（半透明の）可視透かしとして挿入し、写真の同じ位置に不可視透かしとして挿入する。実際には、可視透かしの場合、マークする画素の値に係数ｋ（０＜ｋ＜１）をかけて、最下位ビット（ＬＳＢ）を１に設定する。不可視透かしの場合、その他の画素の最下位ビットを０に設定する。可視透かしを除去するには、ＬＳＢが１に設定された画素の値を単に係数ｋで割ればよい。この解決策の問題は、誰でも容易に可視透かしと不可視透かしの両方を除去できてしまうことである。

特許文献１は、可視透かしを配置する画像部分をコピーしてこの問題を解決している。この時、透かしはコピーされた情報に不可視透かしとして組み込まれ、コピーされた情報は暗号化される。暗号鍵と、可視透かしの位置と大きさとを第２の暗号鍵を用いて暗号化し、認証情報を生成する。この認証情報は原画像（の透かしを入れた部分以外の部分）に不可視透かしとして組み込まれる。最後に、２重透かし原画像と、コピーをして透かしを入れて暗号化した情報とをユーザに送信する。この解決法により問題は解決されるが、非常に面倒である。

それゆえ、先行技術の解決策よりも簡単な、管理された除去が可能な可視透かしが必要であることが分かる。本発明はかかるソリューションを提供するものである。

米国特許出願公開第２００１／０００４７３６号

ペイ・ミン・ファン、ウェン・シャン・ツァイ著「除去可能な可視透かし方法と不可視信号の組み込み方法とによるグレースケール画像の著作権保護及び認証：新しいアプローチ」１６th IPPR Conference on Computer Vision, Graphics and Image Processing (CVGIP ２００３), August ２００３

第１の態様では、本発明は画像に透かしを入れる方法に関する。不透明な透かしによりカバーされる画像の画素の値を記憶する。不透明な透かしを画像に挿入して可視透かし画像を求める。記憶した画素値を保護（protect）して、保護された情報を求める。可視透かし画像に不可視透かしとして保護情報を挿入し、可視透かしと不可視透かしを入れた画像を求める。

好ましい第１の実施形態では、記憶した画素値は、さらに可視透かし画像中の可視透かしの位置と大きさとを含む。

好ましい第２の実施形態では、保護するステップは、記憶した画素値を暗号化するステップを含む。

第２の態様では、本発明は、不可視透かしをさらに有する画像から可視透かしを除去する方法に関する。可視透かしを置き換える、保護された画素値を含む不可視透かしを抽出して、保護された情報の保護を解除（unprotect）して可視透かしを置き換える画素値を求める。不可視透かしに画素値が含まれた画素を復元して、可視透かしを除去する。

第３の態様では、本発明は画像に透かしを入れる装置に関する。本装置は、不透明な透かしによりカバーされる画像の画素の値を記憶する手段と、不透明な透かしを画像に挿入して、可視透かし画像を求める手段と、記憶した画素値を保護して、保護情報を求める手段と、可視透かし画像に不可視透かしとして保護情報を挿入し、可視透かしと不可視透かしを入れた画像を求める手段とを有する。

好ましい第１の実施形態では、保護情報を挿入する手段は、可視透かし画像に可視透かしの位置と大きさとを挿入するように構成される。

好ましい第２の実施形態では、保護手段は暗号化モジュールである。

第４の態様では、本発明は、不可視透かしをさらに有する画像から可視透かしを除去する装置に関する。本装置は、可視透かしと置き換える、保護された画素値を有する不可視透かしを抽出する手段と、保護情報の保護を解除して、可視透かしを置き換える画素値を求める手段と、不可視透かしに画素値が含まれた画素を復元して、可視透かしを除去する手段と、を有する。

添付した図面を参照して、限定的でない例示により、本発明の好ましい特徴をここに説明する。
本発明の概要を示す図である。 本発明の好ましい第１の実施形態による透かしの挿入を示す図である。 本発明の好ましい第１の実施形態による透かしの除去を示す図である。 好ましい第１の実施形態の方法を実行する装置を示す図である。

図１は、本発明の概要を示す図である。原画像１０に、可視透かし１１と、好ましくは秘密にされた鍵１２とを用いて透かしを入れる（１３）。その結果、透かし画像１４を得る。鍵１２を用いて、この透かし画像１４から透かし１１を除去して（１５）、復元して、復元画像１６を得る。当業者には言うまでもなく、原画像１０と同じ復元画像１６を常に得られるとは限らない。可視透かしの挿入と除去の際に、小さな差異が生じることがあるからである。

本発明の概要は、可視透かしの除去に必要な、好ましくは暗号化された、そうでなければ保護された情報を、画像自体に不可視透かしとして挿入するものである。

図２は、本発明の好ましい第１の実施形態による透かしの挿入を示す図であり、小さい画像Ｔを可視透かしとして挿入している。この例では、画像Ｔは不透明であり、すなわちａ_ｉ，ｊ＝０である。可視透かしＴを原画Ｉ_Ｏに挿入するとき、透かしＴによりマスクされる画素の値を記憶する（２１）。これにより抽出画像２２が得られる。透かしＴを原画像Ｉ_Ｏに挿入する（２３）。これにより可視透かし画像Ｉ_Ｖが得られる。

当業者には言うまでもなく、画像Ｔが不透明でない場合（ａ_ｉ，ｊ≠０）には、代替的に、画素の値ｐ_ｉ，ｊではなく、変数ａ_ｉ，ｊとｂ_ｉ，ｊの値を記憶することも可能である。

マスクされた画素情報２２は、画素の値ｐ_ｉ，ｊまたは変数の値ａ_ｉ，ｊとｂ_ｉ，ｊであろうと、好ましくは鍵２５を用いて暗号化され（２４）、保護されたマスク画素情報２６が得られる。これは、可視透かしの位置と、形状または大きさとに関する情報も含む。暗号化アルゴリズムは対称暗号でも非対称暗号でもよい。

保護されたマスク画素情報２６を可視透かしを入れた写真Ｉ_Ｖに不可視透かしとして挿入し（２７）、可視透かしと不可視透かしを入れた画像Ｉ_ＶＩを求める。

不可視透かしを挿入する方法は、ほとんど視覚的な劣化無しに、可視透かしを入れた写真Ｉ_Ｖに、保護されたマスク画素情報２６を挿入できるものであれば、どんなものでもよい。留意しておくが、各画素を表すのに８ビットを用いて６４×６４画素のロゴを白黒画像に挿入するには、３２，７６８ビットの不可視透かしが必要であり、これはフォーマットにもよるが、カラー画像の場合には簡単に３倍になる。一方、不可視透かしは可視透かしの除去に必要な情報を含んでいるので、ハッカーは不可視透かしの除去には関心がなく、不可視透かしをロバスト（robust）なものにする必要はない。これも留意しておくが、透かしを入れた画像にロッシー（lossy）な圧縮をする場合があるなら、不可視透かしがこのロッシー圧縮に耐えられるように設計する必要がある。

図３は、本発明の好ましい第１の実施形態による透かしの除去を示す図であり、小さい画像Ｔを除去するものである。可視透かしと不可視透かしとを入れた画像Ｉ_ＶＩを受信し、その画像から不可視透かし２６を除去する（３１）。鍵３３は、暗号化アルゴリズムにもよるが、暗号化に使われた鍵２５と同じものである。この鍵３３を用いて、マスク画素情報２６を復号し（３２）、マスク画素情報２２を求める。次にマスク画素情報２２を用いて、マスクされた画素を復元し、復元画像Ｉ_Ｒを求める。復元画像Ｉ_Ｒは、不可視透かしにより生じたロス以外は原画像Ｉ_Ｏと同じである。マスク画素情報２２がａ_ｉ，ｊとｂ_ｉ，ｊの値を含む場合、計算結果の丸めによってさらにロスが発生することがある。

ここで、好ましい第１の実施形態の方法を実施するアルゴリズムの例を、もっと詳しく説明する。Ｉ_Ｏは大きさＭ’×Ｎ’の原画像であり、画素ｐ_ｉ，ｊ（０＜ｉ＜Ｍ’、０＜ｊ＜Ｎ’）よりなる。位置ｂ（０＜ｂ＜８、最下位ビットの場合ｂ＝０）のビットをｐ_ｉ，ｊ［ｂ］と表す。Ｉ_Ｏ中の位置Ｉ、Ｊにある可視透かしを入れるべき画像Ｔは、大きさがＭ×Ｎで、画素ｂ_ｉ，ｊよりなる。Ｉ_Ｏの大きさはＴの大きさの少なくとも７倍である（７×Ｍ×Ｎ≦Ｍ’×Ｎ’）。

まず、Ｔの画素で置き換えるＩ_Ｏの画素を、一時的メモリＴＥＭＰに格納する。画像の他の画素の最下位ビットはすべて不可視透かしの値に使うので、最上位ビットのみを格納すればよい。

ＴＥＭＰに格納したデータを、例えばＡＥＳアルゴリズムを用いて暗号化する。

Ｉ_Ｏの画素をＴの画素で置き換えて、可視透かしを挿入する：
画素ｐ_ｉ，ｊが画像Ｉ_Ｖを構成する。不可視透かしをＩ_Ｖの画素の最下位ビットに挿入する：
画像Ｉ_Ｏが透かし画像Ｔより１４倍以上大きければ、少なくとも１回、不可視透かしを繰り返すことが可能である。

画素ｐ_ｉ，ｊは画像Ｉ_ＶＩを構成し、透かし挿入方法は終わる。

留意すべき点として、不可視透かし方法は本発明のコアの部分ではない。本実施例で説明したものは簡単なので選んだものであり、透かし画像に適用するロッシー圧縮には耐えられないかも知れない。

可視透かしを除去するには、上記アルゴリズムを逆向きに実行する。

画素ｐ_ｉ，ｊは画像Ｉ_Ｒを構成し、これはほぼ確実にＩ_Ｏと一部の最下位ビットが違うだけである。

マスク画素情報がｐ_ｉ，ｊではなくａ_ｉ，ｊとｂ_ｉ，ｊとを含む場合に可視透かしを挿入及び除去するアルゴリズムは、必要な変更を行う当業者のコンピテンスの範囲なので、特には説明しない。

図４の説明では、一部の要素を機能モジュールとして説明する。言うまでもなく、こうした機能モジュールは必ずしも物理的な実体には対応しておらず、例えばソフトウェア、ハードウェアコンポーネント、またはこれらの組み合わせで実施することもできる。

図４は、好ましい第１の実施形態の方法を実行する装置を示す図である。透かし挿入器６００は、プロセッサ６０２（複数の場合もある）と、ユーザインタフェース６０４と、少なくとも１つのメモリ６０６とを有する。透かし挿入器６００はさらに入力６１０と出力６１２とを有する。入力６１０は、外部信号源または内部メモリ６０６から、原画像と透かし画像を受信するように構成される。出力６１２は、透かし除去器６５０などのデバイスに可視透かしと不可視透かしとを入れた画像Ｉ_ＶＩを送出するように構成される。

透かし挿入器６００はさらに、画素記憶モジュール６２０と、可視透かし挿入モジュール６２５と、暗号化モジュール６３０と、不可視透かし挿入モジュール６３５とを有する。

言うまでもなく、透かし挿入器６００は、本発明の好ましい第１の実施形態による可視透かしと不可視透かしとを入れた画像を生成するのに必要な機能的及び構造的実体を有している。

透かし除去器６５０はプロセッサ６５２と、ユーザインタフェース６５４と、メモリ６５６とを有する。透かし除去器６５０はさらに入力６６０と出力６６２とを有する。入力６６０は、透かし挿入器６００から可視透かしまたは不可視透かしを入れた画像Ｉ_ＶＩを、直接的または間接的に受信するように構成されている。出力６６２は、復元画像を表示（render）するか、他のデバイスに送信するように構成されている。

透かし除去器６５０はさらに不可視透かし抽出モジュール６７０と、復号モジュール６８０と、画素復元モジュール６９０とを有する。

言うまでもなく、透かし挿入器６５０は、本発明の好ましい第１の実施形態による可視透かしを入れた画像を復元するのに必要な機能的及び構造的実体を有している。

言うまでもなく、例として静止画を用いて本発明を説明したが、本発明はデジタルビデオにも利用できる。デジタルビデオは一連の静止画だからである。

また、言うまでもなく、白黒画像を用いて本発明を説明したが、例えば各コンポーネントＣｒＣｂ、ＲＶＢ、またはＣＭＪＮに上記の方法を適用することにより、カラー画像に本発明を容易に適用できる。

また、言うまでもなく、本発明は、可視透かしを画像に挿入、または画像から除去する方法であって、画像中の不可視透かしに含まれる情報を用いて可視透かしを除去する方法を提供するものである。好ましい実施形態では、復号鍵を除いて、画像に含まれた情報のみを用いて透かしを除去可能である。

明細書、特許請求の範囲、及び図面に開示した各特徴は、独立に設けることもできるし、適切に組み合わせて設けることもできる。ハードウェアで実施されると説明した機能はソフトウェアでも実施できるし、その逆の場合もある。接続は場合に応じて無線接続でも有線接続でもよく、必ずしも直接的または専用の接続でなくてもよい。

特許請求の範囲に示す参照符号は例示であり、請求項の範囲を限定するものではない。

Claims (8)

1. 画像への透かしの埋め込み方法であって、
   不透明な透かしによりカバーされる画像の画素の値を記憶する段階と、
   前記不透明な透かしを前記画像に挿入して、可視透かし画像を求める段階と、
   記憶した画素値を保護して、保護情報を求める段階と、
   可視透かし画像に不可視透かしとして保護情報を挿入し、可視透かしと不可視透かしを入れた画像を求める段階と、を有する方法。
2. 記憶した画素値は、さらに可視透かし画像中の可視透かしの位置と大きさとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 保護する段階は記憶した画素値を暗号化する段階を有する、請求項１に記載の方法。
4. 不可視透かしを有する画像から可視透かしを除去する方法であって、
   前記可視透かしと置き換える、保護された画素値を有する前記不可視透かしを抽出する段階と、
   前記保護情報の保護を解除して、前記可視透かしを置き換える画素値を求める段階と、
   前記不可視透かしに画素値が含まれた画素を復元して、前記可視透かしを除去する段階と、を有する方法。
5. 画像に透かしを埋め込む装置であって、
   不透明な透かしによりカバーされる画像の画素の値を記憶する手段と、
   前記不透明な透かしを前記画像に挿入して、可視透かし画像を求める手段と、
   記憶した画素値を保護して、保護情報を求める手段と、
   可視透かし画像に不可視透かしとして保護情報を挿入し、可視透かしと不可視透かしを入れた画像を求める手段と、を有する装置。
6. 前記保護情報を挿入する手段は、前記可視透かし画像に前記可視透かしの位置と大きさとを挿入するように構成された、請求項５に記載の装置。
7. 前記保護する手段は暗号化モジュールである、請求項５に記載の装置。
8. 不可視透かしを有する画像から可視透かしを除去する装置であって、
   前記可視透かしと置き換える、保護された画素値を有する前記不可視透かしを抽出する手段と、
   前記保護情報の保護を解除して、前記可視透かしを置き換える画素値を求める手段と、
   前記不可視透かしに画素値が含まれた画素を復元して、前記可視透かしを除去する手段と、を有する装置。