JP3703819B2

JP3703819B2 - 画像暗号化再生装置

Info

Publication number: JP3703819B2
Application number: JP2003285877A
Authority: JP
Inventors: 義幸波塚
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: JP2004040819A

Description

本発明は、画像データを暗号化し、またこの暗号を元の画像に再生する画像暗号化再生装置に関する。

従来、この種の画像暗号化再生装置として、例えば特開平３−１２３９８８号公報に開示された技術がある。この開示された技術は、シート状媒体上に記録された高精細なビット情報を正確に再生して、良好な画像および音声信号として出力する再生装置に関するものである。この装置はシート状媒体上に文字、音声および画像情報を、光学的に読み取り可能なコードあるいはビット列情報として記録し、例えば既存の郵便手段を介して送信し、受信側においてこのコードあるいはビット列情報を文字、音声および画像情報に再生するように構成されている。また、情報の取り扱い性を向上するために、文字、音声および画像情報のビット情報のほかに、スタートデータ、エンドデータ、識別コードデータを付加することが提案されている。

また、スキャナにより読み取られた画像を印刷するまでのディジタル信号処理装置において画像の内容を秘密にすることができるが、ファクシミリ通信に適した暗号化の手法が例えば画像通信学会誌第１７巻第５号（１９８８）「画像のスクランブル手法を用いた機密保護ファクシミリ通信」に開示され、また、ディジタル画像に適した暗号化の手法が例えば電子通信学会論文誌’８６／１１Ｖｏｌ．Ｊ６９−ＢＮｏ．１１「ディジタル画像に適したデータ暗号化の一手法」に開示されている。

これらの方法は、従来知られている公開鍵方式や共通鍵方式などの暗号化方法では、画像に適用しても処理速度の点で不適当であり、また、コンピュータネットワークにおけるきわめて強力な暗号破りを想定しているので、システムの規模が大掛かりとなる問題点を解決しようとしている。そして、この目的のためにこれらの方法では、簡易な手法で画像データに対して高速であって暗号強度が比較的高い方式が提案されている。

しかしながら、上記従来の暗号化および再生装置では、シート状媒体上に記録されたビット列情報が一見してその内容が秘密であっても、再生装置があれば簡単にビット列情報を再生することができるので、機密を維持することができない。また、上記ファクシミリ通信やディジタル画像用の暗号化方法では、電気的に処理される画像信号に対する手法であるので、取扱いが容易なシート状媒体を介在して暗号化し、またこの暗号を元の画像に再生することはできない。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、シート状媒体上に記録された画像情報の機密性を向上することができる画像暗号化再生装置を提供することを目的とする。

第１の手段は上記目的を達成するため、シート状媒体に記録された画像を光学的に読み取る読み取り手段と、前記読み取り手段により読み取られた画像を記憶する記憶手段と、暗唱番号を入力するとともに、暗号化処理と復号化処理を選択可能な入力手段と、前記入力手段を介して入力された前記暗証番号に基づいて多項式演算の解を導出し、導出した解から移転先アドレスを算出するアドレス算出部と、前記入力手段を介して暗号化処理が選択された場合に、前記アドレス算出部で算出された移転先アドレスに基づいて前記記憶手段に記憶された画像に対して、暗号化画像の領域の水平方向と垂直方向を示す外枠を付加して暗号化する暗号化手段と、前記入力手段を介して復号化処理が選択された場合に、前記移転先アドレスに基づいて前記記憶手段に記憶された暗号化画像に対して、前記暗号化手段によって付加された外枠に基づいて前記暗号化画像を元の方向に戻した後、復号化する復号化手段と、前記暗号化手段により暗号化された画像または前記復号化手段により復号化された画像をシート状媒体にプリントアウトして出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において前記暗号化手段は暗号化画像の方向を付加することを特徴とする。

第１の手段では、暗証番号によりシート状媒体上に記録された画像情報の機密性を向上させることができるとともに、暗号化画像が外枠により元の方向に戻された後、復号化されるので、暗号化画像を正しく復号化して情報伝達の精度を向上させることができる。

第２の手段では、暗証番号によりシート状媒体上に記録された画像情報を機密性を向上させることができるとともに、シート状媒体上に暗号化画像の方向が付加されるので、暗号化画像の読み取りの際の操作が簡単になり、従って、情報伝達の精度を向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、シート状媒体上に記録された画像情報の機密性を向上させることができるとともに、暗号化画像が外枠により元の方向に戻された後、復号化されるので、暗号化画像を正しく復号化して情報伝達の精度を向上させることができる。

また、本発明によれば、シート状媒体上に暗号化画像の方向が付加されるので、暗号化画像の読み取りの際の操作が簡単になり、したがって、情報伝達の精度の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は本発明に係る画像暗号化再生装置の一実施例を示すブロック図、図２は図１の画像暗号化再生装置の動作を説明するためのフローチャート、図３は画像をブロック毎に暗号化する場合の動作を示す説明図、図４は画像を画素毎に暗号化する場合の動作を示す説明図、図５はランレングス毎に暗号化する場合の動作を示す説明図、図６は多値画像を暗号化する場合の動作を示す説明図、図７は画像の全部または一部を選択的に暗号化する場合の動作を示す説明図、図８は複数の暗号化画像を合成し、合成画像を分離して復号化する場合の動作を示す説明図、図９は非暗号化画像と暗号化画像を合成し、合成画像を分離して復号化する場合の動作を示す説明図、図１０は暗号化画像の領域を識別する場合の動作を示す説明図、図１１は暗号化画像であることを認識させる手法を示す説明図、図１２は暗号化画像を復号化する際の高域強調を示す説明図である。

図１において、概略を説明すると、矢印で示すようにこの装置により原画像が読み取られて暗号化され、この暗号化画像がシート状媒体に記録され、この暗号化画像が読み取られて復号化され、この復号化画像がシート状媒体に記録されて再生される。つぎに、図１および図２を参照して本実施例の詳細な構成および動作を説明すると、暗号化処理される原稿または暗号化されて記録され、復号化処理される原稿は画像読み取り部１により読み取られて電気信号に変換される。ついで、この電気信号はＡ／Ｄ変換器２によりディジタル信号に変換され、画像格納部３に格納される。

そして、暗号化モードかまたは復号化モードかは、暗証番号入力部９を介して入力した処理モードと暗証番号により選択される。この場合、番号解析部１０がこの入力処理モードと暗証番号を解析し（図２に示すステップ１３）、この解析結果に応じて暗号化／復号化制御部１１が処理モードを選択する（ステップ１４）。

アドレス算出部１２はこの処理モードに応じて暗号化処理または復号化する場合の画像をブロック単位、画素単位、ライン単位等で移動するための画素の移転先アドレスを、暗証番号に基づいて多項式演算の解を導出するような手法で算出し（ステップ１５，１９）、画素再配置／再構成部５はこの移転先アドレスにより、画像格納部３に格納された画像データの入れ替え（暗号化または復号化）を行う（ステップ１６，２０）。

なお、復号化の場合、アドレス算出部１２は暗証番号に基づいて多項式演算の解を導出するような手法でアドレスを算出するが、画素再配置／再構成部５はこのアドレスを暗号化画像の取り込み先として識別する。この暗号化または復号化された画像データは画像格納部７に格納され、また、出力部８によりシート状媒体に記録されて出力される。

また、暗号化処理の場合には、外接枠作成部６は、暗号化画像の水平方向、垂直方向を定義するために、画素再配置／再構成部５により再配置された画像領域を取り囲むようにその周囲を実線の枠で包囲し（ステップ１７）、復号化処理の場合には、枠線認識部４は画素再配置／再構成部５が暗号化画像を正しく再構成することができるように、上記実線の枠を認識することにより暗号化領域の方向を特定する（ステップ１８）。

したがって、暗証番号によりシート状媒体上の画像の暗号化と復号化が行われるので、シート状媒体上に記録された画像情報の機密性を向上させることができる。

つぎに、図３を参照してブロック毎に暗号化する場合の動作を説明する。まず図３（ｂ）に示すような原画像２７を暗号化する場合の全体の領域を算出し（ステップ２１）、ついでブロック毎に原画像２７を分割する（ステップ２２）。なお、このブロックの大きさはデフォルトで設定したり、例えば暗証番号入力部９を介して設定することができる。

ついで、この各分割画像を、暗証番号に基づいた多項式演算を行って演算結果に応じて回転させ（ステップ２３）、また、この各分割回転画像を、アドレス算出部１２により算出された移転先アドレスに従って画像格納部７に格納する（ステップ２４，２５）。そして、外接枠作成部６がこの各分割回転画像の周囲を包囲するための実線の枠２８ａを生成してそのアドレスの画像格納部７に格納する（ステップ２６）。

したがって、この実施例によれば、原画像２７がブロック毎に回転して暗号化されるので、シート状媒体上の画像を大まかに秘密にすることができる。なお、図３（ｂ）に示す暗号化画像２８のブロックは、説明を容易にするためにやや大きいが、ブロックを小さくすることにより機密性の向上を図ることができる。

つぎに、図４を参照して画像の画素毎に暗号化する場合の動作を説明すると、まず図４（ｂ）に示すような原画像３３を暗号化する場合の全体の領域を算出（ステップ２９）する。ついで、この領域内の各画素をアドレス算出部１２により算出された移転先アドレスに従って画像格納部７に格納することにより図４（ｂ）に示すような暗号化画像３４を生成し（ステップ３０，３１）、また、外接枠作成部６がこの暗号化画像３４の全体の周囲を包囲するための実線の枠３４ａを生成してそのアドレスの画像格納部７に格納する（ステップ３２）。

したがって、この例では、画素毎に入れ替えるので高速で処理することができ、また、図４（ｂ）に示すようにシート状媒体に印刷されても全く判読することができない。

つぎに、図５を参照してランレングス毎に画像を暗号化する場合の動作を説明する。まず、図５（ｂ）に示すような原画像４０を暗号化する場合の全体の領域を算出し（ステップ３５）、そして、この暗号化される領域の白と黒のランレングスを算出して同一の画素が連続する範囲を特定する（ステップ３６）。ついで、全領域について同一の画素が連続する範囲単位で入れ替えて画像格納部７に格納することにより図５（ｂ）に示すような暗号化画像４１を生成し、また、外接枠作成部６がこの暗号化画像４１の全体の周囲を包囲するための実線の枠４１ａを生成してそのアドレスの画像格納部７に格納する（ステップ３８，３９）。

したがって、この例では、ランレングス毎に暗号化されるので、シート状媒体上の画像が完全に判読不能となり、また、高速化とデータ圧縮を実現することができる。

つぎに、図６（ｂ）に示すような多値画像６７を暗号化する場合の動作を説明する。まず、この多値画像６７を暗号化する場合の全体の領域を算出し（ステップ６１）、そして、前値予測や平面予測により予測誤差を算出し（ステップ６２）、この予測誤差を量子化する（ステップ６３）。ついで、この予測誤差の量子化データをライン毎に入れ換えて画像格納部７に格納することにより図６（ｂ）に示すような暗号化画像６８を生成し（ステップ６４，６５）、また、外接枠作成部６がこの暗号化画像６８の全体の周囲を包囲するための実線の枠６８ａを生成してそのアドレスの画像格納部７に格納する（ステップ６６）。

したがって、この例では、多値画像が予測誤差により暗号化されるので、シート状媒体上の画像が完全に判読不能となり、また、高速化とデータ圧縮を実現することができる。

つぎに、図７を参照して原画像７８の全部または一部を選択的に暗号化する場合の動作を説明する。なお、画像７８の一部を暗号化する場合の指定は、暗証番号や処理モードとともに入力部９を介して行うようにしたり、予め原稿上に指定された実線の枠を枠線認識部４により認識したり、タブレットを介して指定することにより認識することができる。

まず、図７（ａ）に示すステップ７１において処理領域が判別され、全領域が指定されている場合にはステップ７２からステップ７３以下に進み、一部が指定されている場合にはステップ７５以下に進む。そして、全領域が指定されている場合には上記図３〜図６に示すような暗号化処理により、図７（ｂ）に示すように全領域の暗号化画像７９ａを生成し（ステップ７４）、また、外接枠作成部６がこの暗号化画像７９ａの周囲を包囲するための実線の枠７９ｃを生成する。

他方、一部の領域が指定されている場合には、まず、暗号化領域を特定する（ステップ７５）。なお、タブレットを介して領域を指定する場合には、タブレットにより指定されたアドレスにより暗号化領域を特定することができる。そして、上記図３〜図６に示すような処理により、図７（ｂ）に示すように指定領域のみが暗号化された画像７９ｂを生成し、また、外接枠作成部６がこの暗号化領域の周囲を包囲するための実線の枠７９ｃを生成する。

したがって、この例では、画像の一部が暗号化されるので、画像の目的や価値に応じて秘密にすることができ、また、非暗号化画像の画質の劣化を防止することができる。

つぎに、図８（ａ）を参照して複数の暗号化画像を合成する場合の動作を説明する。まず、原画像が入力されると（ステップ８１）、この原画像を画像格納部３に格納した後、上記図３〜図７に示すような処理により暗号化する（ステップ８２）。そして、この暗号化画像を暗証番号に基づき、既に同様な方法で暗号化された画像と合成画像の枚数および処理の順番に応じて導出される解読キーとともに排他的論理和演算を行うことにより合成する（ステップ８３）。

ついで、次の合成の際の解読のために解読キーを利用するために、合成枚数をカウントし（ステップ８４）、合成が終了すると（ステップ８５）外接枠作成部６がこの暗号化領域の周囲を包囲するための実線の枠を生成し（ステップ８６）、また、合成枚数を実線の枠の外に記録する（ステップ８７）。

つぎに、図８（ｂ）を参照してこの合成画像を分離して復号化する場合の動作を説明する。まず、合成枚数を識別し（ステップ８８）、また、暗号化領域を囲む実線の枠を認識する（ステップ８９）。ついで、この合成枚数と合成画像の順序と暗証番号から導出される解読キーに対応する最初の暗号化画像を合成画像から分離し（ステップ９０）、この暗号化画像を復号化処理により再生する（ステップ９１）。そして、このステップ９０，９１の処理を繰り返すことにより全ての暗号化画像を分離、再生する（ステップ９２）。

したがって、この例では、複数の暗号化画像が合成されて更に暗号化されるので、１枚のシート状媒体に多数の機密情報を記録して情報を高密度化することができる。

つぎに、図９（ａ）を参照して図９（ｃ）に示すように暗号化されていない被合成画像９３に対し、暗号化される画像９４を空間的に分散して合成する場合の動作を説明する。まず、暗号化される画像９４を暗号化し（ステップ１０１）、ついで、この暗号化画像を疑似乱数発生手段（図示省略）により生成される乱数に基づいたアドレスによりランダムにメモリに格納する（ステップ１０２，１０３）。そして、この画像と非暗号化画像９６を論理和により図９（ｃ）に示すような合成画像９５を生成する（ステップ１０４）。なお、図９（ｃ）に示す合成画像９５上の画像９６は、画像９４が暗号化されてランダムに配置された場合を示し、白色ノイズ状と同様な性質を有する。

つぎに、図９（ｂ）を参照しこの合成画像９５を分離する場合の動作を説明すると、まず、合成画像９５が入力されると（ステップ１０５）、非暗号化画像９３はローパスフィルタを介して分離され、白色ノイズ状と同様なランダム画像９６はハイパスフィルタを介して分離される（ステップ１０６〜１０８）。そして、ランダム画像９６は、合成の際の乱数に基づいて元の位置に再配置されて暗号化画像に復元され（ステップ１０９）、この暗号化画像が後述するような復号化処理により再生される（ステップ１１０）。

したがって、この例ではランダム化された暗号化画像９６と非暗号化画像９３が合成されるので、非暗号化画像により暗号化画像が第三者に知られないという効果がある。

つぎに、図１０（ａ）を参照して図１０（ｂ）に示すような暗号化画像の領域を識別する場合の動作を説明する。この領域は前述したように、水平方向の実線１１８と垂直方向の実線１１９で包囲されているので、暗号化画像が読み取り部１により読み取られて画像格納部３に格納されると、まず、枠線認識部４によりこの線分１１８，１１９を判別する（ステップ１１１）。そして、この線分１１８，１１９を水平線分１１８と垂直線分１１９に分離、抽出し（ステップ１１２，１１３）、この線分１１８，１１９の接続状態により外接枠を判別する（ステップ１１４）。

ついで、画像格納部３に格納されているこの外接枠のアドレスにより水平方向の傾斜量（ステップ１１５）と垂直方向の傾斜量（ステップ１１６）を算出し、この傾斜量に基づいて画像格納部３に格納された暗号化画像をシフトし、回転させることにより補正する（ステップ１１７）。したがって、シート状媒体に記録された暗号化画像が回転して読み取られても元の位置に補正して正確に復号化することができる。

なお、暗号化画像を認識させる手法として図１１に示すように、シート状媒体の原点１１９ａを示す矢印１１９ｂを可視的に記録することにより、所有者がシート状媒体を正しく画像読み取り部１にセットして暗号化画像を正しい方向に読み取ることができる。また、暗号化画像であることを示すマーク１２０を可視的に記録することにより、所有者が正しい暗証番号を入力すれば再生可能なことを報知することができる。この矢印１１９ｂやマーク１２０は、各パターンを予め記憶し、暗号化時に外接作成後に画像格納部７において展開することによりシート状媒体に記録することができる。

したがって、シート状媒体上に暗号化画像の方向が付加されるので、暗号化画像の読み取りの際の操作が簡単になり、したがって、情報伝達の精度を向上させることができる。

ここで、図１２（ｂ）上方に示すように、この暗号化画像１２５は高域成分１２６が欠落している。そこで、シート状媒体に記録された暗号化画像１２５を再度画像読み取り部１により読み取り（ステップ１２１）、Ａ／Ｄ変換器２によりディジタル信号に変換し（ステップ１２２）、画像格納部３に格納すると（ステップ１２３）、図１２（ｂ）下方に示すように水平、垂直の両方向において微分フィルタ等により信号の変化点と変化量を抽出し、画像格納部３に格納されている暗号化画像１２５と合成することにより高域成分を強調した画像１２７を再生することができる（ステップ１２４）。

本発明に係る画像暗号化再生装置の一実施例を示すブロック図である。図１の画像暗号化再生装置の動作を説明するためのフローチャートである。画像をブロック毎に暗号化する場合の動作を示す説明図である。画像を画素毎に暗号化する場合の動作を示す説明図である。ランレングス毎に画像を暗号化する場合の動作を示す説明図である。多値画像を暗号化する場合の動作を示す説明図である。画像の全部または一部を選択的に暗号化する場合の動作を示す説明図である。複数の暗号化画像を合成し、合成画像を分離して復号化する場合の動作を示す説明図である。非暗号化画像と暗号化画像を合成し、合成画像を分離して復号化する場合の動作を示す説明図である。暗号化画像の領域を識別する場合の動作を示す説明図である。暗号化画像であることを認識させる手法を示す説明図である。暗号化画像を復号化する際の高域強調を示す説明図である。

符号の説明

１画像読み取り部
２Ａ／Ｄ変換器
３，７画像格納部
４枠線認識部
５画素再配置／再構成部
６外接枠作成部
８出力部
９暗証番号入力部
１０番号解析部
１１暗号化／復号化制御部
１２アドレス算出部

Claims

シート状媒体に記録された画像を光学的に読み取る読み取り手段と、
前記読み取り手段により読み取られた画像を記憶する記憶手段と、
暗唱番号を入力するとともに、暗号化処理と復号化処理を選択可能な入力手段と、
前記入力手段を介して入力された前記暗証番号に基づいて多項式演算の解を導出し、導出した解から移転先アドレスを算出するアドレス算出部と、
前記入力手段を介して暗号化処理が選択された場合に、前記アドレス算出部で算出された移転先アドレスに基づいて前記記憶手段に記憶された画像に対して、暗号化画像の領域の水平方向と垂直方向を示す外枠を付加して暗号化する暗号化手段と、
前記入力手段を介して復号化処理が選択された場合に、前記移転先アドレスに基づいて前記記憶手段に記憶された暗号化画像に対して、前記暗号化手段によって付加された外枠に基づいて前記暗号化画像を元の方向に戻した後、復号化する復号化手段と、
前記暗号化手段により暗号化された画像または前記復号化手段により復号化された画像をシート状媒体にプリントアウトして出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とする画像暗号化再生装置。
前記暗号化手段は暗号化画像の方向を付加することを特徴とする請求項１記載の画像暗号化再生装置。