JP2012016006A - デジタルドキュメントへの周波数変調赤外光透かしの埋め込み - Google Patents

Abstract

【課題】システムの経時的な変化にさらされることなく、印刷ドキュメント内の赤外光透かしをより良好に秘匿するシステムを提供する。
【解決手段】印刷画像内の機密保全情報で構成される赤外光マーク・インジケータを生成する実施形態が開示される。画像データは、ＣＭＹＫ画像に描画される。ＣＭＹＫ画像のブラックプレーンを分離して周波数領域へ変換し、ここで透かしメッセージをエンコードすべく周波数成分を変更する。ＣＭＹ値は、標準的な可視光照明下で印刷画像に関する同一の色の見え方の画像を維持すべく、エンコードされたブラック値に基づき選択される。画像データは被変換プレーンに従って下地上に印刷され、ここで残りの印刷画像を赤外光照明に晒すと、赤外光検出デバイスを用いて走査したときに印刷パターンは赤外光マークとして検出可能となる。
【選択図】図１

Description

様々な実施形態における本発明は、様々な印刷機と静電写真印刷環境に一般に用いられるトナー内に見いだされる赤外光成分の有用な操作に概ね関するものである。より具体的には、本願明細書に提示する教示はデータ要素の赤外光エンコードすなわち赤外光マークの少なくとも１つの実現に関する。

印刷システムが登場して以来、印刷機は印刷ドキュメントの偽造や不正な複写を抑止する方法を探求してきた。刷木の刻設パターンにおける強化された複雑さは、大半の人々が紙幣中のその日々の観察の結果として見慣れたこの種の方法の一つである。銀行小切手、有価証券、債権証書ならびに他の金融ドキュメントは、不正な複製を阻止する複雑な背景パターンを有する印刷ドキュメントの他の例である。識別ドキュメント、例えばパスポートや社会保障カード等は他の例である。クレジットカードは複雑な背景パターンを有するだけでなく、現在ではこの種のカードの検証性と認証性とを高めるべく埋め込みホログラフもまた有する。

ドキュメントの機密保全をもたらし、デジタル的に生成されるドキュメントにも適用可能な仕方で、ドキュメントの偽造や違法な変更および／または写しの検出を規定する方法を有することが、望ましい。この種の解決策もまた、システムの諸経費要件に加えデジタル処理と印刷環境における最小の記憶要件への影響が最小であることが望ましい。加えて、印刷装置に対する物理的な改変を伴うことなく、かつ費用のかかる特別な材料と媒体に対する必要性を伴うことなく、この解決策が得られることが特に望ましい。

透かしは、デジタルドキュメントの機密保全を確実にする一般的な方法である。多くの透かし手法は、コストと脆弱性と耐性等において様々な兼ね合いと共に存在する。従来の一つの手法は、標準照明下でインクが可視となる特別なインク描画を用いるものである。これらのインクは、通常可視域外の光に反応し、それによって可視とすることができる。この種の追加スペクトル技法の例は、ＵＶ（紫外光）とＩＲ（赤外光）である。従来の手法は、通常の光の下では視認されないものの、特別なスペクトルの照明の下では強力な識別特性を有する特別なインクを用いてエンコードデータを描画するものである。この種のエンコードの存否の判定は、かくしてその後に適切な光源と検出器とを用いて遂行することができる。しかしながら、これらの特別なインクと材料は、コストや利用可能性あるいは物理的／化学的特性のいずれかが原因で標準的な電子写真あるいは固体インク印刷機等の他の非インパクト方式印刷システムに組み込むことがしばしば困難である。このことは片や、例えば償還可能な優待券や他の個人専用の印刷媒体等の可変データ印刷装置におけるそれらの使用を阻むものとなる。

別の手法は、視認時に実質不可視であるデジタル的に再生可能なドキュメント内で透かし形態でエンコードするデータを生成する方法を提供するデジタルの透かし入れであり、それは（１）ドキュメント上のグレー画像の再生に適した第１の確率論的画面パターンを生成する工程と、（２）前記第１のパターンに関連のある少なくとも１つの確率論的画面説明を導出する工程と、（３）第１の確率論的画面を含むドキュメントを生成する工程と、（４）１以上の確率論的画面の組み合わせを含む第２のドキュメントを生成する工程とを含み、それによって第１と第２のドキュメントを重ね合わせ関係で配置して両ドキュメントの同時視認を可能にするときに、各ドキュメント上の第１の確率論的パターン間の相関が第１の画面を用いるドキュメント内の何処にも生じ、導出された確率論的画面が生ずる領域と導出された確率論的画面を用いてそこに配置される画像が視認可能である場合、相関は起きない。

赤外光マークは、直接空間近傍に比較的高い赤外光反射率を有する第１の着色剤の組み合わせから、可視光下で実質同じ視覚応答を有する第２の着色剤の組み合わせまでを印刷することで作成され、一方で通常照明下で人の目に実質不可視の仕方で混合物内の着色剤の相対的な量を変えることで異なる赤外光反射率を有する。

その根底にある原理は、カーボンを主成分とするトナーが赤外光の良好な吸収材であるのに対し、他のトナー（例えば、シアン、マゼンタ、イエロー）が赤外光領域ではほぼ透明である点にある。この赤外光透かしと注意を逸らす背景は、ブラックトナーの使用量を最大化もしくは最小化させる２つの異なるＧＣＲ（グレー成分置換）を用いて描画される。このシステムは、透かしが厳密な印刷機特性に非常に依存し、印刷機特性あるいは経時的な印刷機の変動が原因で知覚可能となりうる点で、限定される。換言すれば、マークの赤外光高吸収成分（Ｋ）色は通常の照光条件下では低吸収成分（ＣＭＹ）に合致せず、かくしてドキュメントが実用あるいは商用の用途に受容不能となることがある。

周波数領域の透かしもまた知られており、通常、透かしメッセージに従う交番周波数成分を含む。この種の技術によって、画像全体に分散させる透かしが得られる。しかしながら、全てのこの種の周知の方法は、可視光に基づくものであり、かくして機械だけでなく人によっても知覚可能となりうる。

より具体的には、従来の周波数領域透かし作成に対し２つの態様にて上回る利点を有する赤外光検出可能な機密保全情報に基づくシステムに対する必要性が存在し、すなわち、（１）「ブラインドデコード」を簡単に可能とし、より具体的には、必ずしもデコード過程で原画像を必要とせず、その結果、本方法が多くの用途においてより幅広く使用できる点と、（２）本方法がよりノイズが少ないという点とである。従来の方法では、透かしノイズは設計検討時の限定要因の一つとなる。所望の方法は、概念上のゼロ（視覚的）ノイズに達する。

かくして、システムの経時的な変化にさらされることなく、印刷ドキュメント内の赤外光透かしをより良好に秘匿するシステムに対する必要性が存在する。

主要な実施形態は、ＣＭＹＫ画像のブラックプレーンの周波数変調を介する透かし機密保全情報の埋め込み工程と、続く赤外光スキャナを用いた機械読み取り可能な透かしのデコード工程とを含む。ブラックプレーンは、先ず離散コサイン変換（ＤＣＴ）か離散フーリエ変換（ＤＦＴ）あるいは離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）を用いて周波数領域へ変換され、続いてコックス（Ｃｏｘ）法（下記に引用）等の方法を用いて透かしが埋め込まれる。ＣＭＹ値は、原画像と同じ色の見え方を維持すべくエンコードされたブラック値に基づきしかるべく調整される。印刷画像に秘匿された透かしは、赤外光スキャナを用いて走査することで検索することができる。検索された画像は、主としてエンコードされたブラックチャネル情報を含んでおり、周波数領域へ変換されて透かしをデコードする。この種の工程は、主要な実施形態において透かしが機械だけで読み取り可能であり、知覚するのが困難であり、経時的な印刷機の変動に不感応である点で利点をもたらす。

本実施形態によれば、赤外光マーク・インジケータを生成する一つの方法が開示される。選択された画像情報は、ＣＭＹＫ画像に描画される。ＣＭＹＫ画像のブラックプレーンは分離され、周波数領域へ変換され、選択された一群の周波数成分が透かし入れメッセージに従って変更される。ＣＭＹ値は、ブラック交番による可視変化を最小化するよう調整される。画像は被変換ブラックプレーンに従って下地に印刷され、ここで得られる印刷画像を赤外光照明にさらすと、赤外光検出デバイスを用いて走査したときに印刷パターンは赤外光マークとして検出可能となる。

主要な実施形態の利点は、機械のみが読み取り可能で、知覚が困難で、褪色等の経時的な印刷機変動に対し不感応である透かしが含まれる。

透かしを埋め込むフローチャートからなる。 透かしをデコードするフローチャートからなる。 単一の可視色ブラックが可視光下で異なる色の組み合わせをもって色整合されるが、赤外光の照光下で異なる赤外光反射を呈する２つの事例の断面輪郭を概略的に示す。 １０行１０列の画像の２値コード化における選択された未使用係数を示す。

本開示を概略理解できるよう、図面を参照することにする。図面中、同一要素を示すのに全体を通じて同様の参照符号を用いている。本開示の記載には、説明中に以下の用語が用いられる。

用語「データ」は、本願明細書では、情報を指示しあるいは含む物理的な信号を指す。物理的な光のパターンあるいは該物理的な光を表わすデータの収集としての１枚の「画像」には、文字や単語や文章に加え、図形等の他のフィーチャを含めることができる。「デジタル画像」は、拡大解釈すればデジタルデータの収集により表わされる画像である。一つの用語あるいは他の用語が他よりも狭義あるいは広義であるときは、本願明細書に提供され下記特許請求の範囲に記載される教示は、特許請求の範囲自体内でその用語がそれ以外に格段に限定されていない限り、より広義に特定される定義用語を指すものとする。

物理的な光を表わすデータからなるデジタル画像では、各データ要素は当分野での一般的な使用法で画素を指す「ピクセル」と呼ぶことができる。各ピクセルは、一つの場所と値とを有する。各ピクセル値は、画像の「２値形式」のビットか、画像の「グレー調形式」のグレー調値か、画像の「カラー座標形式」、２値形式、グレースケール形式、さらにそれぞれが画像を形成する２次元配列であるカラー座標形式の一群のカラー空間座標値である。それは、色差としてあるいは輝度差またはその両方として計測することができる。デジタルのカラー印刷システムは、画像データを受け入れ、その画像データを下地上に描画するのに適した装置構成である。

以下を明瞭にするために、下記の用語の定義をここに提供する。
着色剤：基本的な減法混色Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ原色成分（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の一つであり、液体インク、固体インク、染料あるいは静電写真トナーの配合により実現することができる。
着色剤混合：Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ着色剤の特定の組み合わせである。
赤外光マーク：画像内に埋め込まれ、通常光下では比較的判読不能な特性を有するが、赤外光カメラ等の適当な赤外光検出装置により赤外光（ＩＲ）照明下では依然判読可能な透かしである。
条件等色性描画／印刷：単色の視覚色を描画するのに多数の着色剤の組み合わせを使用する能力で、３色を超える着色剤を用いて印刷するときに達成することができる。
周波数領域準拠透かし入れ：周波数領域の透かし入れには、透かし入れメッセージに従って周波数成分を交番させる工程が含まれる。

主要な実施形態にあっては、この変更は異なるＣＭＹＫの色の組み合わせを実行し、可視光照明下では同じ色の見え方ながら赤外光照明下では異なる赤外光反射色を維持する工程を含む。

機密保全マーク用に用いられ、特に偽造あるいは不正な写しを阻止する技法としての赤外光源と組み合わせた赤外光材料インクの利用に関して印刷工業に十分に浸透している理解が存在する。しかしながら、ありふれた消耗品のみを用い、特にデジタル印刷環境内において同じ利点を、ただしより複雑さとコストを押さえて提供し、経時的に変動する印刷機特性にさらされることなく耐久性のある作動利点を有する技法等への手法に対する長期に亙る揺るぎない必要性が残されている。

主要な教示と実施形態は、ＣＭＹＫ画像のブラックプレーンの周波数変調を介して機密保全情報を埋め込み、続いて赤外光スキャナを用いて機械だけが読み取り可能な透かしをデコードするシステムと方法とを説明するものである。ブラックプレーンは、先ず離散コサイン変換（ＤＣＴ）か離散フーリエ変換（ＤＦＴ）か離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）を用いて周波数領域へ変換され、続いて様々な方法を用いて透かしとして埋め込まれる。ＣＭＹ値は、原画像と同じ色の見え方を保つべくエンコードブラック値に基づきしかるべく調整される。印刷画像に秘匿される透かしは、赤外光スキャナを用いた走査により検索することができる。走査された画像は、主にエンコードされたブラックチャネル情報を含んでおり、周波数領域へ変換されて透かしをデコードする。この技法の明確な利点は、透かしは気づくのが困難であって、経時的な印刷機のばらつきに不感応であり、ブラインドデコードに向け簡単に埋め込み可能である点にある。

より具体的には、図３は断面図にて異なる仕方を概念的に示すものであり、ここでは視覚色であるブラックは、ブラック着色剤１０かあるいは代替的にはイエロー１２とマゼンタ１４とシアン１６の重ね合わせのいずれか、すなわち下地印刷面１８上に印刷される着色剤を用いることで達成することができる。図３に描かれた重要な態様は、単色、この場合ブラックが、その組み合わせが異なる検出可能な赤外光反射を有する多数の条件等色の組み合わせによって達成できる点にある。

図１を参照するに、入力画像の色空間は、ｓＲＧＢ（ＩＥＣ推奨標準ＲＧＢ）やａｄｏｂｅＲＧＢ（アドビ社推奨ＲＧＢ）やＧｒａｃｏｌ ＣＭＹＫ（オフセット印刷向け標準規格）等の任意の色空間とすることができる。入力画像データは、元輪郭と目的輪郭とを結ぶ標準的な作像経路を介して特定の印刷装置（図示せず）ごとにＣＭＹＫ画像を描画することができる。本実施形態では、原画像２０は最大ＧＣＲを有する目的輪郭を用いて描画され、ブラックトナーの使用量を最大化する。ＣＭＹＫ画像データ２４のＫチャネルはそこで周波数領域へ変換２６され、透かし等の機密保全情報がＫチャネル内にエンコード２８される。エンコードは、Ｋチャネルを空間領域への変換２９と、Ｋチャネルの幾つかの周波数の選択と、透かし入れメッセージに従ったそれらの変更とを含む。エンコードの成果は、画像の赤外光反射が機械読み取り可能なマークをもたらすようになることである。エンコードされたＣＭＹＫ’画像３０はそこで、ＣＭＹチャネルを調整して所望の色整合を得て検出可能な色の不一致を排除することで、色補正３４用に原ＲＧＢ画像３２と比較される。得られたＣ’Ｍ’Ｙ’Ｋ’画像３６は、そこで印刷４０される。

前記した如く、ＣＭＹＫ画像のブラックプレーンは切り離され、任意の数の既知の周波数領域変換方法の周波数領域に変換される。この種の方法には、離散コサイン変換（ＤＣＴ）や離散フーリエ変換（ＤＦＴ）や離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）を含めることができる。透かしの埋め込みは、様々な方法あるいは下記により詳細に説明することにする２値エンコード法を用いて実行することもできる。

ブラックプレーンは、周波数領域に変換される。透かしは式（１）を用いてＤＣ成分を除くｎ個の最大振幅係数に配置され、ここでＣ_ｉは原係数であり、Ｃ_ｉ’は透かし係数であり、Ｘ_ｉは機密保全透かしコードであり、αはＸ_ｉがＣ_ｉを変える範囲を特定する縮尺パラメータである。その後、同じ周波数領域変換を用い、画像は空間領域へ変換し戻される。

代替的に２値コード化技法を透かしの埋め込みに用いることができる。本方法は、デコード工程に原画像が不要となる点ではコックス法より優れるものである。本方法は、図４に示す６個の係数を除き、所定の閾値を上回るｍ個の最大振幅係数を選択する工程もまた含むものである。これらの６個の係数は、知覚的に重要な構成要素であって、変更してはならず、そうでなければ結果として生じる画像が著しく劣化することになる。透かしは、一連の２進数により表わされる。被選択周波数成分はそこで、予め選択された順序、例えばＤＣＴエンコードではよく知られたジグザグ順に処理される。ｉ番目の被選択周波数成分は、透かし入りメッセージのｉ番目のビットのエンコードに適用される。その値が０である場合、振幅係数は固定のより低い値に設定され、一方でその値が１である場合、振幅係数は固定のより高い値に設定される。この場合、閾値は１０００に設定され、相対的な低値と高値はそれぞれ７００と１２００となる。

ブラックチャネル内に透かしが埋め込まれた後、カラー補正工程には、ＣＭＹチャネルを修正し、原画像と透かし入り画像とが同じ視覚的な見え方を有するようにする工程が付随する。一つの考えられる手法は、ＲＧＢＫからＣＭＹへの色変換の構築である。原画像は第１の３成分を供給し、透かしを入れたブラックチャネルは第４成分となる。修正されたＣＭＹ画像は、この色変換から導出することができる。最後に、最終的な透かし入りデジタル画像はＣ’Ｍ’Ｙ’Ｋ’修正画像３６に透かし入りブラックチャネルを組み合わせて構成され、印刷４０される。

特に図２を参照するに、透かし画像６０のデコード方法が図示されている。印刷画像は赤外光スキャナを用いて走査６２され、走査画像６４は回転と寸法変更と切り取り６６を含め処理される。前述の如く、主要な実施形態の基本的な前提はカーボンベースのブラックトナーが赤外光の優れた吸収材であることであり、一方で他のトナー（例えば、シアン、マゼンタ、イエロー）は赤外光を殆ど透過させてしまい、かくして赤外光走査画像６４は単にＣＭＹＫ画像のブラックチャネル情報を表わすだけとなる。非線形色調再生曲線（ＴＲＣ）が、処理画像に供給７０される。対象画像は、余白境界を除去することで走査画像から切り取られる。対象画像は走査工程期間中に歪むこともあり、かくして回転操作が必要となる。画像はまた、原画像と同一寸法に寸法変更される。ブラック量とその赤外光応答性の関係は線形でなく、非線形色調再生曲線により示される。かくして、逆非線形曲線を適用することによりブラック量は走査画像の赤外光応答から推定される。その後、ブラックチャネル情報を用いて透かしメッセージをデコードする。

非線形補正後に、補正画像７２はＤＣＴを用いて周波数領域へ変換され、異なる方法に基づいて機密保全コードが抽出され、デコードされたメッセージ７８を取得する。機密保全コード抽出用にコックス法を用いると、デコード工程に原ＣＭＹＫ（あるいは原ＲＧＢ画像）画像７４が必要になる。原画像と修正走査画像は共に、周波数領域へ変換される。原画像のｎ個の最大振幅係数Ｃ_ｉはその位置と共に記録され、それらの位置における走査画像Ｃ_ｉ’の係数が抽出される。コードされたメッセージは、式（１）から得ることのできる式（２）として表わされる。

続いて、デコードされたメッセージを原メッセージと比較する。相関係数が、原メッセージとデコードされたメッセージと間の類似度の特定に用いられることになる。処理全体を通じ、原画像は透かしを入れられ、中間調表現され、印刷され、走査され、幾何学点に変更（回転、縮尺変更、切り取り）され、ＣＭＹ量によって生じる所定のブラックレベルの赤外光信号のばらつきもまた存在する。かくして、検出耐性には限界がある。相関係数が６５％を上回る場合、それはこの画像が複製でないこと、すなわち透かしの存在を証明するものとなる。

機密保全コードの抽出用に２値エンコードを用いると、原ＣＭＹＫ画像はデコード工程において必要とはされず、デコード工程はブラインドデコードとも呼ばれる。走査画像のｍ個の最大振幅係数を抽出し、エンコード用と同じ順序で処理する。ｉ番目の抽出周波数は、透かし入れしたメッセージのｉ番目のビットの再構築に用いられる。振幅係数が弁別閾値を上回る場合、秘密コードは１であり、それ以外の場合コードは０である。例えば、コード化されたより低い値とより高い値はそれぞれ７００と１２００であり、弁別閾値は、相対的な低値と高値の平均値（９５０）に設定される。

Claims (10)

1. 赤外光マーク・インジケータを生成する方法であって、
   画像データをＣＭＹＫ画像に描画する工程と、
   画像データのブラックプレーンを周波数領域へ変換する工程と、
   機密保全情報を含む埋め込み対象である予選択透かしメッセージに従いブラックプレーンの周波数成分を変更する工程と、
   ＣＭＹ値を調整することで色補正する工程と、
   埋め込み機密保全情報を有する画像を印刷する工程と、
   赤外光スキャナを用いて印刷画像を走査する工程と、
   ブラックプレーンを周波数領域へ変換することで機密保全情報をデコードし、機械読み取り可能なマークを、復元された透かし情報として認識する工程とを含む、方法。
2. ブラックプレーンの変換工程は、グレー成分置換戦略に則って変換関数を当てはめ、画像データの描画にブラックトナーの使用量を最大化して赤外光マークを可能にする工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 変換工程は、変換関数として離散コサイン変換（ＤＣＴ）か離散フーリエ変換（ＤＦＴ）か離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）のうちの１つを選択する工程を含む、請求項１に記載の方法。
4. 印刷工程は、予選択方法を用いて描画画像データ内に被変換ブラックプレーンを埋め込む工程を含む、請求項１に記載の方法。
5. 被変換ブラックプレーンを埋め込む予選択方法は、コックス法または２値エンコード法のうちの１つである、請求項４に記載の方法。
6. ＣＭＹＫ画像データの描画ブラックプレーンの周波数変調を介して印刷画像内に機密保全情報を埋め込む方法であって、
   印刷画像を表わす画像データのブラックプレーンの周波数成分をマークとして埋め込む機密保全情報に対応する周波数領域へ変換する工程と、
   被変換ブラックプレーン内に機密保全情報を埋め込む工程で、標準的な可視光照明下で印刷画像に関する同一の色の見え方の画像を維持するよう、エンコードされたブラック値に基づきＣＭＹ値を選択する工程と、
   埋め込み機密保全情報を有する画像を印刷する工程と、
   赤外光スキャナを用いて印刷画像を走査する工程と、
   ブラックプレーンを周波数領域へ変換することで機密保全情報をデコードし、機械読み取り可能なマークを機密保全情報として認識する工程とを含む、方法。
7. 変換工程は、変換関数として離散コサイン変換（ＤＣＴ）か離散フーリエ変換（ＤＦＴ）か離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）のうちの１つを選択する工程を含む、請求項６に記載の方法。
8. 印刷工程は、予選択方法を用いて描画画像データ内に被変換ブラックプレーンを埋め込む工程を含む、請求項６に記載の方法。
9. 被変換ブラックプレーンを埋め込む予選択方法は、コックス法または２値エンコード法のうちの１つである、請求項８に記載の方法。
10. 機密保全情報を表わす埋め込み透かしを有する印刷画像であって、
    異なる赤外光反射を伴う類似する色の見え方を有する異なる色の組み合わせからなる印刷画像であって、ブラックプレーン画像データが周波数領域へ変換され、被選択周波数が赤外光検出可能な埋め込み透かしを形成するよう構成された色の組み合わせにそれぞれ対応する印刷画像からなる、印刷画像。