JP3928325B2

JP3928325B2 - Image processing device

Info

Publication number: JP3928325B2
Application number: JP2000101455A
Authority: JP
Inventors: 英幸橋本
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2020-04-03
Also published as: JP2001285621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル画像データに電子透かしを施す画像処理装置であって、特に画像の下地部分に電子透かしを施す画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機の普及により文書や写真等の画像のコピーが容易になったことに加えて、インターネットを通して世界中から所望するデジタル画像を入手できるようになったため、不正コピーの問題が急速に高まってきている。特にデジタル画像は、原本とほとんど同じ複製品を容易に作成、保存できるため、不正コピーに対して著作者の著作権を保護するための方策が切実に求められている。
【０００３】
このような方策として、さまざまな電子透かし技術が提案されている。すなわち、画家がその作品にサインするように、デジタル画像に対して識別情報（以下、この識別情報を「透かし情報」という。）を付与し、それによって著作権の所在を明らかにしようとするものである。ただし、画家のサインとは異なり、デジタル画像ではサインの模倣が極めて容易であるため、電子透かしは透かし情報をその存在が他者に分からないよう付加することを大きな目的としている。すなわち、他者に透かし情報を判別できないようにすれば、透かし情報の模倣や改変、除去が困難となるからである。
【０００４】
ところで、透かし情報を埋め込むためには、何らかの形で原画像を改変しなければならない。その際、できるだけ原画像を損なわないようにすることが重要である。そこで原画像の中でも比較的重要度が低いと考えられる背景部分（以下、背景を「下地」という。）に透かし情報を埋め込む方法が提案されている。
この種の電子透かし技術は、例えば、特開平１１−６９１４２号公報等に開示されている。
【０００５】
特開平１１−６９１４２号公報の画像処理装置においては、下地部分のうち前景の輪郭近傍に所定の画像パターンを付加することによって透かし情報を埋め込んでいる。
詳しく述べると、まず画像を走査してデジタル画像データを一次元の画素列に変換する。各画素はそれぞれ対応する濃度値を有する。
【０００６】
この画素列において、連続する所定個数の画素の濃度値が下地部分の濃度値（以下、この濃度値を「下地レベル」という。）に等しく、かつそれらに続く一の画素の濃度値が下地レベルとは異なっている場合に、前記下地レベルの画素列を所定の濃度値パターンに置き換えることによって電子透かしを施す、というものである。
【０００７】
こうすることによって、画像中の下地部分に透かし情報を埋め込むことができる。
ところで、スキャナ等の画像読み取り装置にてデジタル画像を作成する場合、下地飛ばしと呼ばれる処理を行うため、上記埋め込み方法は下地飛ばしとの関係で問題がある。下地飛ばしとは、画像を読み取る際に発生する原稿の裏写りを消去し、また新聞や色紙など地が白くない原稿の地の色を白くするという処理をいう。
【０００８】
以下、便宜上、濃度画像の濃度値がゼロの画素の色を白色とし、濃度値が大きいほど色が濃くなるものとし、また濃度値は負値をとらないものとする。
さて、一般的に画像の下地部分は画像全体に対して占める面積の割合が大きいため、画像の濃度度数分布表（以下、単に「分布表」という。）を作成すると、下地レベルの度数がもっとも高くなる。そこで、下地飛ばしでは、この度数がもっとも高いレベル以下の濃度値を有する画素の濃度値をゼロとする。このようにして、下地部分を白く描画することができるのである。例えば、図８は３２階調の濃度値をもつ画像の濃度ヒストグラムの例である。この濃度ヒストグラムでは濃度値２の度数がもっとも高くなっており、これが下地レベルと認識される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−６９１４２号公報の画像処理装置においては、下地レベルの画素を他の濃度値に置き換える処理を行っているため、電子透かしを施すと、下地レベルとは異なる濃度値の度数がもっとも高くなる場合がある。
その結果、例えば、下地以外の部分まで白く描画されたり、逆に下地が部分的にしか白く描画されなくなる、という画像品質上の問題もある。
【００１０】
また、透かし情報に関連する画素が、前記の度数が最も高い濃度値をもつ場合、下地飛ばしによって透かし情報が失われるという問題もある。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、下地レベルの判定に影響を与えないようにして、透かし情報を原画像に埋め込む画像処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の画像処理装置は、画像の下地の濃度値を取得する下地レベル取得手段と、下地レベルよりも濃い濃度値であって、少なくとも一つの濃度値を透かし情報を埋め込むための透かしレベルとする透かしレベル設定手段と、一の透かしレベルの画素数が下地レベルの画素数より少なくなるように透かし情報を一または複数の透かしレベルで埋め込むように分配する透かし情報分配手段と、前記透かし情報分配手段によって分配された各透かし情報を分配先の透かしレベルで下地部分に埋め込む透かし情報埋め込み手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の画像処理装置の前記透かしレベル設定手段は、下地レベルの濃度値に一の正の差分値を繰り返し加算して複数の透かしレベルを算出することを特徴とする。
また、本発明の画像処理装置は、前記差分値を下地レベルに基づいて算出する差分値算出手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の画像処理装置の前記透かし情報分配手段は、透かし情報の種別に応じて異なる透かしレベルで埋め込むように透かし情報を分配することを特徴とする。
また、本発明の画像処理装置の前記透かし情報埋め込み手段は、優先度の高い透かし情報ほど下地レベルに近い透かしレベルで埋め込むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像処理装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明に係る画像処理装置の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【００１５】
図１において、本実施の形態に係る画像処理装置１はＣＰＵ２、画像処理プログラムを格納したＲＯＭ３、画像等のデータを格納するＲＡＭ４および外部装置７と通信するための通信インタフェース６を備える。
これらＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４、通信インタフェース６は内部バス５を介して相互に接続されている。
【００１６】
図２は画像処理装置１の機能ブロック図である。
図２において、通信処理部８は、通信インタフェース６を制御して、外部装置７から原画像データ等を受信し、ＲＡＭ４に格納する。分布表作成部９は、ＲＡＭ４に格納された原画像データに基づいて分布表を作成し、ＲＡＭ４に格納する。下地レベル判定部１０は、ＲＡＭ４に格納された前記分布表に基づいて下地レベルを判定する。埋め込み処理部１１は、ＲＡＭ４に格納された前記の原画像データ、分布表および下地レベルに基づいて、原画像に透かし情報を埋め込み、埋め込んだ画像をＲＡＭ４に格納する。透かし情報を埋め込んだ画像は、通信処理部８によってＲＡＭ４から外部装置７へ送信される。なお、これらの処理はＲＯＭ３に格納されたプログラムに従ってＣＰＵ２が実行する。
【００１７】
以下、図３のフローチャートに基づいて、画像処理装置１の動作を説明する。画像処理装置１は外部装置７から原画像データと透かし情報を受信する（ステップＳ１）。この透かし情報には識別番号が付加されている。透かし情報が複数の種別からなる場合、外部装置７は種別毎に異なる識別番号を付与する。ここでは特に識別番号が小さい透かし情報ほど優先度が高いものとする。
【００１８】
次に、画像処理装置１は原画像データに基づいて分布表を作成する（ステップＳ２）。ここで分布表とは濃度値にその濃度値をもつ画素の個数（以下、この個数を「度数」という。）を対応させたものである。
一般的に分布表は、その元となった画像が下地を有する場合、その下地レベルにおいて著しいピークをもつ。この知見に基づいて下地レベル判定部は前記分布表において、所与の閾値ｄ₀よりも濃度値が小さい範囲で、もっとも度数の高い濃度値を探す。
【００１９】
その結果、もっとも度数の高い濃度値を複数個検出した場合は下地レベルを特定できないため（ステップＳ３）、処理を終了する。
一方、もっとも高い度数の濃度値を一個検出した場合には、その濃度値を下地レベル（基準値）とする（ステップＳ４）。ここで基準値とは透かしレベルを計算するための中間変数である。
【００２０】
次に、まだ埋め込まれていない透かし情報の中から、もっとも識別番号の小さい透かし情報を選び（ステップＳ５）、埋め込み処理を行う（ステップＳ６）。この埋め込み処理に失敗したら（ステップＳ７）、これ以上透かし情報を埋め込めないと判断して処理を終了する。
埋め込み処理に成功した後、未処理の透かし情報があれば（ステップＳ８）、その中でもっとも識別番号の小さい透かし情報の埋め込み処理を行う（ステップＳ５、６）。未処理の透かし情報がすべてなくなれば、外部装置７に電子透かしを施した画像データ（以下、この画像を「透かし画像」という。）を送信して（ステップＳ９）、処理を終了する。
【００２１】
次に、図４のフローチャートに基づいて、画像処理装置１の埋め込み処理（ステップＳ６）を説明する。
ここで、画像処理装置１は、縦横ともに長さ８画素の、６４画素からなる正方形領域（以下、この正方形領域を「単位領域」という。）において、濃度値が透かしレベルである画素のパターン（以下、このパターンを「透かしパターン」という。）によって透かし情報を表現するものとする。なお、透かし情報のデータ量に応じてひとつまたは複数の単位領域を用いる。
【００２２】
図５は透かしパターンの一例である。図５においては画像の横方向の８画素を一単位とし、黒丸で表した透かしレベルの画素を有意ビット、白丸で表した透かしレベルでない画素を無意ビットとし、かつ図中、左側の画素を上位ビット、右側の画素を下位ビットとすることによって、８ビットのデータ、特にアスキーコードを表現している。この方法により図５の透かしパターンは文字列「ａｂｃｄｅｆｇｈ」を表しており、この透かしパターンを用いれば、所定の透かしレベルで透かし情報「ａｂｃｄｅｆｇｈ」を埋め込むことができる。
【００２３】
図４のフローチャートにおいて、画像処理装置１はまず、現在の基準値に差分値△ｘを加えて新たな透かしレベルとする（ステップＳ６１）。ここで△ｘは数式△ｘ＝（−９ｘ／ｄ₀）＋１０から求める。ただし、ｘは下地レベルで、条件０≦ｘ≦ｄ₀を満たす。このようにすれば、下地レベルが大きな値で、画像の前景部分のレベルに近い場合には、△ｘが小さくなるので、前景部分へ影響を抑えつつ、透かしレベルの数を増やすことができる。また、下地レベルが小さな値で、下地以外のレベルから離れている場合は、透かしレベルの間隔を大きくして、透かしレベル間の判別性を良くすることができる。
【００２４】
次に、画像処理装置１は濃度値が基準値より大きく、透かしレベル以下である画素の濃度値を下地レベルに変更する（ステップＳ６２）。この濃度値を変更する画素の数をＮ個とする。
画像処理装置１は次の一単位領域分の透かし情報を埋め込むと、現在の透かしレベルの画素数がＮよりも多くなるか、または下地レベルの画素数以上となる場合（ステップ６３）、前記透かし情報の埋め込みを保留する。その後、現在の透かしレベルを新たな基準値として（ステップＳ６４）、ステップＳ６１に進む。
【００２５】
さもなければ画像を単位領域に分割し、一の単位領域について、領域内のすべての画素の濃度値が下地レベルより小さい単位領域（以下、この単位領域を「空き領域」という。）を探索する。
もし空き領域が見つからなければ（ステップＳ６５）、埋め込み失敗とみなして、埋め込み処理を終了する。
【００２６】
空き領域があれば、その空き領域に透かし情報を埋め込む（ステップＳ６６）。埋め込んでいない透かし情報がなくなれば（ステップＳ６７）、埋め込み成功とみなして、埋め込み処理を終了する。
まだ埋め込んでいない透かし情報があれば、ステップＳ６３に進む。
図６は画像処理装置１による透かし情報を埋め込みよって画像の濃度ヒストグラムが変化する過程を例示したものである。以下、前記ステップＳ６２以降の処理による濃度ヒストグラムの変化について説明する。
【００２７】
図６（ａ）は透かし情報を埋め込む前の濃度ヒストグラムである。ここでは、△ｘ＝３の場合について例示する。したがって、透かしレベル１は、下地レベルに△ｘ＝３を加算して算出される。
図６（ｂ）はステップＳ６２の処理を施した後の濃度ヒストグラムである。濃度値が基準値（下地レベル）より大きく、透かしレベル（透かしレベル１）以下である画素の濃度値を下地レベルに変更したので、図６（ｂ）に比べて下地レベルの度数がＮ＝６だけ増加している。
【００２８】
ここで、次の一単位領域分の透かし情報（以下、この透かし情報を「透かし情報１」という。）を埋め込むと、現在の透かしレベル（透かしレベル１）の画素数がＮ＝６となるものとし、かつステップＳ６５ですべての画素が下地レベルである空き領域（以下、この空き領域を「空き領域１」という。）が見つかったものとする。
【００２９】
図６（ｃ）は、ステップＳ６６に従って、透かしレベル１で透かし情報１を空き領域１に埋め込んだ後の濃度ヒストグラムである。空き領域１において、下地レベルの６個の画素が透かしレベル１に変更されたので、図６（ｃ）の濃度ヒストグラムでは、下地レベルの度数が６だけ減少し、透かしレベル１の度数が６となっている。
【００３０】
次に、まだ埋め込まれていない透かし情報があるとすると、ステップＳ６７の条件判断の結果、処理がステップＳ６３に進む。
透かし情報１を埋め込んだ結果、透かしレベル１ではこれ以上、透かし情報を埋め込むことができないので、透かしレベル１を基準値とし（ステップＳ６４）、この基準値（透かしレベル１）に△ｘ＝３を加算して透かしレベル２を求める（ステップＳ６１）。図６（ｄ）の濃度ヒストグラムに、透かしレベル２の位置と、ステップＳ６２の処理で、濃度値を変更される画素に対応する部分を網掛けで示した。
【００３１】
図６（ｅ）はステップＳ６２の処理を実行した後の濃度ヒストグラムである。濃度値が基準値（透かしレベル１）より大きく、透かしレベル(透かしレベル２)以下である画素の濃度値を下地レベルに変更した結果、下地レベルの度数がＮ＝４だけ増加している。
ここで、次の一単位領域分の透かし情報（以下、この透かし情報を「透かし情報２」という。）を埋め込むと、現在の透かしレベル（透かしレベル２）の画素数が３となるものとし、かつステップＳ６５で空き領域（以下、この空き領域を「空き領域２」という。）が見つかったものとする。
【００３２】
図６（ｆ）は、ステップＳ６６に従って、透かしレベル２で透かし情報２を空き領域２に埋め込んだ後の濃度ヒストグラムである。図６（ｆ）では、空き領域２において、下地レベルの画素２個と濃度値ゼロの画素１個が透かしレベル２に変更された場合について示しており、図６（ｆ）の濃度ヒストグラムでは、下地レベルの度数が２だけ、濃度値ゼロの画素が１だけ減少し、透かしレベル２の度数が３となっている。
【００３３】
以上のように透かし情報を埋め込めば、透かしレベルの画素数が下地レベルの画素数よりも常に少なくなるように透かし情報を埋め込むこととしたので、分布表において下地レベルの度数が常にもっとも高くなることが保証され、透かし情報を埋め込んだ後でも下地飛ばしを正常に実行することができる。また、下地飛ばしによって透かし情報が失われることもない。
【００３４】
また、本実施の形態では識別番号の小さい透かし情報をさきに埋め込むので、優先度の高い透かし情報ほど小さい濃度値で埋め込まれ、見え難くできる。
画像処理装置１を用いて複数の種別の透かし情報を埋め込んだ画像から透かし情報を取り出す方法を図７のフローチャートに基づいて説明する。
まず、下地飛ばしを行う（ステップＳ１０）。次に、分布表を作成し（ステップＳ１１）、この分布表において、濃度値が一以上で、かつ度数が一以上の濃度値のうち、最も小さい濃度値を透かしレベルとする（ステップＳ１２）。この透かしレベルの画素と濃度値がゼロの画素のみからなる単位領域（以下、この単位領域を「透かし領域」という。）を探索すると、もっとも優先度の高い透かし情報を得ることができる（ステップＳ１３）。
【００３５】
以下、同様にして、濃度値の小さい順に透かしレベルを求め、求めた透かしレベルの画素を有する透かし領域を探索する。
求めた透かしレベルに対して、透かし領域が見つからなければ（ステップＳ１４）、処理を終了する。
このようにすれば、優先度の高い順に透かし情報を取り出すことができるので、優先度の高い透かし情報ほどはやく取り出すことができる。
【００３６】
（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されないのは勿論であり、例えば、次のような変形例を実施することもできる。
上述の実施の形態においては閾値ｄ₀を設けて下地レベルの範囲を制限したが、閾値を設けることなく、分布表中でもっとも度数の高い濃度値を下地レベルとしてもよい。
【００３７】
また、上述の実施の形態においては差分値を数式△ｘ＝（−９ｘ／ｄ₀）＋１０に基づいて算出したが、本発明に係る画像処理装置の差分値の算出方法はこれに限定されるものではなく、例えば、差分値は固定値としてもよい。また、条件△ｘ＞０を満たせば、他の数式を用いてもよい。例えば、Ｌ個の透かしレベルを使って透かし情報を埋め込む場合、ｄ₀−ｘ＜２Ｌのとき△ｘ＝１とし、ｄ₀−ｘ≧２Ｌのとき△ｘ＝ｆ（（ｄ₀−ｘ）／Ｌ）とすれば、下地レベルｘと閾値ｄ₀の間で透かしレベルを等間隔に設けることができる。ただし、ｆ（・）はフロアリング関数であり、実数ｘに対して、ｆ（ｘ）はｘをこえない最大の整数である。このようにすれば、特に下地レベルｘと閾値ｄ₀の差が大きいとき、透かしレベルの間隔を大きくすることができるので、透かしレベルの識別性を良くすることができる。
【００３８】
さらに、上述の実施の形態においては、透かしパターンによって透かし情報を表現し、透かし情報を埋め込んだが、他の埋め込み方法を用いてもよい。
また、上述の実施の形態においては、本発明に係る画像処理装置は一の外部装置と原画像等のデータを送受信する構成となっているが、複数の外部装置と通信するとしても構わない。また、原画像等のデータを送信する外部装置と、透かし画像を受信する外部装置は別体としてもよい。
【００３９】
また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよい。
また、本発明は、前記コンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、半導体メモリなど、に記録したものとしてもよい。
【００４０】
また、本発明は、前記コンピュータプログラムを、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワークなどを経由して伝送するものとしてもよい。
また、前記プログラムまたは前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、または前記プログラムまたは前記デジタル信号を前記ネットワークなどを経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
【００４１】
さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、原画像の下地レベルとは異なる濃度値で透かし情報を下地部分に埋め込むことによって、下地レベルの判定に影響を与えず、電子透かしを施した後も下地飛ばしを正常に実行することができる、という効果が得られる。
【００４３】
また、本発明においては、埋め込む透かし情報のデータ量に応じて、透かしレベルを増やすことができるので、原画像の特性とは無関係に透かし情報のデータ量を設定できる、という効果も得られる。
また、本発明においては、下地レベルに応じて差分値を算出することによって、下地レベルの大きさに関わらず、透かしレベルの個数を確保することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、透かし情報の種別に応じて透かしレベルを変えることができるので、特定の透かし情報のみを読み出すことが可能となる。
更に、本発明では、透かし情報が複数の種別の透かし情報で構成されている場合、種別毎に異なる透かしレベルを割り当てることができるので、重要度の高い透かし情報ほどを下地レベルに近い透かしレベルで埋め込むことによって機密性の保持を確かにし、また、速く取り出したい透かし情報についても同様にして処理速度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の実施の形態を実施するための回路ブロック図である。
【図２】上記実施の形態における機能ブロック図である。
【図３】上記実施の形態における画像処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】上記実施の形態における画像処理装置の埋め込み処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】上記実施の形態における画像処理装置が透かし情報から作成した透かしパターンの例である。
【図６】上記実施の形態における画像処理装置の埋め込み処理によって濃度ヒストグラムが変化する過程の例を示した図である。
【図７】上記実施の形態における画像処理装置が透かし情報を埋め込んだ画像から透かし情報を取り出す方法を示すフローチャートである。
【図８】分布表の例である。
【符号の説明】
１画像処理装置
２ＣＰＵ
３ＲＯＭ
４ＲＡＭ
５内部バス
６通信インタフェース
７外部装置
８通信処理部
９分布表作成部
１０下地レベル判定部
１１埋め込み処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus that applies a digital watermark to digital image data, and more particularly to an image processing apparatus that applies a digital watermark to a background portion of an image.
[0002]
[Prior art]
In recent years, copying of images such as documents and photographs has become easier due to the widespread use of copying machines, and the desired digital images can be obtained from all over the world through the Internet. It is coming. In particular, since digital images can be easily created and stored in the same copy as the original, there is an urgent need for measures to protect the copyrights of authors against unauthorized copying.
[0003]
Various digital watermark techniques have been proposed as such measures. In other words, identification information (hereinafter referred to as "watermark information") is assigned to a digital image so that the artist signs the work, thereby trying to clarify the location of the copyright. It is. However, unlike a painter's signature, a digital image is very easy to imitate a signature, so the main purpose of digital watermarking is to add watermark information so that the presence of the watermark is not known to others. That is, if the watermark information cannot be discriminated by others, it is difficult to imitate, modify, or remove the watermark information.
[0004]
By the way, in order to embed watermark information, the original image must be modified in some form. At that time, it is important not to damage the original image as much as possible. Therefore, a method of embedding watermark information in a background portion (hereinafter referred to as “background”) that is considered to be relatively low in importance in the original image has been proposed.
This type of digital watermark technology is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-69142.
[0005]
In the image processing apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-69142, watermark information is embedded by adding a predetermined image pattern in the vicinity of the outline of the foreground in the background portion.
More specifically, first, an image is scanned to convert digital image data into a one-dimensional pixel array. Each pixel has a corresponding density value.
[0006]
In this pixel row, the density value of a predetermined number of consecutive pixels is equal to the density value of the background portion (hereinafter, this density value is referred to as “background level”), and the density value of one pixel following them is the background level. Is different from the above, digital watermarking is performed by replacing the pixel column of the background level with a predetermined density value pattern.
[0007]
In this way, watermark information can be embedded in the background portion of the image.
By the way, when a digital image is created by an image reading apparatus such as a scanner, since a process called background removal is performed, the above-described embedding method has a problem in relation to background removal. Background removal is a process of erasing the show-through of a document that occurs when an image is read, and whitening the background color of a document that is not white, such as a newspaper or colored paper.
[0008]
Hereinafter, for the sake of convenience, it is assumed that the color of a pixel having a density value of zero in the density image is white, the color becomes darker as the density value increases, and the density value does not take a negative value.
Now, since the ratio of the area occupied by the background portion of the image is generally large with respect to the entire image, when the density frequency distribution table of the image (hereinafter simply referred to as “distribution table”) is created, the frequency of the background level is the most. Get higher. Therefore, in background removal, the density value of a pixel having a density value equal to or lower than the highest level is set to zero. In this way, the base portion can be drawn white. For example, FIG. 8 is an example of a density histogram of an image having a density value of 32 gradations. In this density histogram, the frequency of density value 2 is the highest, and this is recognized as the background level.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the image processing apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-69142, since processing for replacing pixels at the background level with other density values is performed, when digital watermarking is performed, the frequency of density values different from the background level is increased. May be highest.
As a result, there is also a problem in image quality that, for example, a portion other than the background is drawn white, or conversely, the background is only partially drawn white.
[0010]
In addition, when a pixel related to watermark information has the highest density value, the watermark information is lost due to background removal.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus that embeds watermark information in an original image without affecting the determination of the background level. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image processing apparatus of the present invention includes a background level acquisition unit that acquires a background density value of an image, a density value that is darker than the background level, and at least one density value is converted into watermark information. Watermark level setting means for providing a watermark level for embedding, and watermark information distribution means for distributing the watermark information so as to be embedded at one or more watermark levels so that the number of pixels at one watermark level is smaller than the number of pixels at the background level When, characterized in that it comprises a watermark information embedding means for embedding the background portion in the distribution destination watermark levels each watermark information distributed by the watermark information distribution means.
[0012]
The watermark level setting means of the image processing apparatus of the present invention is characterized in that a plurality of watermark levels are calculated by repeatedly adding one positive difference value to the density value of the background level.
In addition, the image processing apparatus of the present invention includes a difference value calculation unit that calculates the difference value based on a background level.
[0013]
Further, the watermark information distributing means of the image processing apparatus of the present invention distributes the watermark information so as to be embedded at different watermark levels depending on the type of the watermark information.
The watermark information embedding means of the image processing apparatus of the present invention is characterized in that watermark information with higher priority is embedded at a watermark level closer to the background level.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an image processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment)
FIG. 1 is a circuit block diagram showing an embodiment of an image processing apparatus according to the present invention.
[0015]
In FIG. 1, an image processing apparatus 1 according to the present embodiment includes a CPU 2, a ROM 3 that stores an image processing program, a RAM 4 that stores data such as images, and a communication interface 6 for communicating with an external device 7.
These CPU 2, ROM 3, RAM 4, and communication interface 6 are connected to each other via an internal bus 5.
[0016]
FIG. 2 is a functional block diagram of the image processing apparatus 1.
In FIG. 2, the communication processing unit 8 controls the communication interface 6 to receive original image data and the like from the external device 7 and store them in the RAM 4. The distribution table creation unit 9 creates a distribution table based on the original image data stored in the RAM 4 and stores it in the RAM 4. The background level determination unit 10 determines the background level based on the distribution table stored in the RAM 4. The embedding processing unit 11 embeds watermark information in the original image based on the original image data, distribution table, and background level stored in the RAM 4 and stores the embedded image in the RAM 4. The image in which the watermark information is embedded is transmitted from the RAM 4 to the external device 7 by the communication processing unit 8. Note that these processes are executed by the CPU 2 in accordance with a program stored in the ROM 3.
[0017]
The operation of the image processing apparatus 1 will be described below based on the flowchart of FIG. The image processing device 1 receives original image data and watermark information from the external device 7 (step S1). An identification number is added to the watermark information. When the watermark information is composed of a plurality of types, the external device 7 assigns different identification numbers for each type. Here, it is assumed that the watermark information with a smaller identification number has a higher priority.
[0018]
Next, the image processing apparatus 1 creates a distribution table based on the original image data (step S2). Here, the distribution table is a table in which the number of pixels having the density value (hereinafter, this number is referred to as “frequency”) is associated with the density value.
Generally, the distribution table has a remarkable peak at the background level when the image from which the distribution table has the background. Based on this knowledge, the background level determination unit searches the distribution table for a density value having the highest frequency in a range where the density value is smaller than a given threshold value d ₀ .
[0019]
As a result, if a plurality of density values having the highest frequency are detected, the ground level cannot be specified (step S3), and the process is terminated.
On the other hand, when one density value having the highest frequency is detected, the density value is set as a background level (reference value) (step S4). Here, the reference value is an intermediate variable for calculating the watermark level.
[0020]
Next, the watermark information with the smallest identification number is selected from the watermark information not yet embedded (step S5), and the embedding process is performed (step S6). If this embedding process fails (step S7), it is determined that no more watermark information can be embedded, and the process ends.
If there is unprocessed watermark information after successful embedding processing (step S8), watermark information with the smallest identification number is embedded (steps S5 and S6). When all the unprocessed watermark information disappears, image data (hereinafter referred to as “watermark image”) to which digital watermarking has been applied is transmitted to the external device 7 (step S9), and the processing is terminated.
[0021]
Next, the embedding process (step S6) of the image processing apparatus 1 will be described based on the flowchart of FIG.
Here, the image processing apparatus 1 has a pattern of pixels whose density value is a watermark level in a square area of 64 pixels (hereinafter, this square area is referred to as “unit area”) having a length of 8 pixels in both vertical and horizontal directions. Hereinafter, this pattern is referred to as a “watermark pattern”). One or a plurality of unit areas are used according to the data amount of the watermark information.
[0022]
FIG. 5 is an example of a watermark pattern. In FIG. 5, 8 pixels in the horizontal direction of the image are taken as one unit, a pixel with a watermark level represented by a black circle is a significant bit, a pixel not having a watermark level represented by a white circle is an insignificant bit, and By using the bit and the right pixel as the lower bits, 8-bit data, particularly an ASCII code, is expressed. With this method, the watermark pattern in FIG. 5 represents the character string “abcdefgh”. By using this watermark pattern, the watermark information “abcdefgh” can be embedded at a predetermined watermark level.
[0023]
In the flowchart of FIG. 4, the image processing apparatus 1 first adds the difference value Δx to the current reference value to obtain a new watermark level (step S61). Here, Δx is obtained from the equation Δx = (− 9x / d ₀ ) +10. However, x is a background level and satisfies the condition 0 ≦ x ≦ d ₀ . In this way, when the background level is a large value and close to the level of the foreground part of the image, Δx becomes small, so that the number of watermark levels can be increased while suppressing the influence on the foreground part. In addition, when the background level is a small value and is away from levels other than the background, the watermark level interval can be increased to improve the discrimination between the watermark levels.
[0024]
Next, the image processing apparatus 1 changes the density value of the pixel whose density value is larger than the reference value and equal to or lower than the watermark level to the background level (step S62). The number of pixels whose density value is changed is N.
When the image processing apparatus 1 embeds the watermark information for the next unit area, if the number of pixels at the current watermark level is greater than N or greater than or equal to the number of pixels at the background level (step 63), the watermark Defer the embedding of information. Thereafter, the current watermark level is set as a new reference value (step S64), and the process proceeds to step S61.
[0025]
Otherwise, the image is divided into unit areas, and for one unit area, a unit area in which the density values of all the pixels in the area are smaller than the background level (hereinafter, this unit area is referred to as “empty area”) is searched. .
If an empty area is not found (step S65), it is regarded as embedding failure and the embedding process is terminated.
[0026]
If there is an empty area, watermark information is embedded in the empty area (step S66). If there is no watermark information that has not been embedded (step S67), it is considered that the embedding has been successful, and the embedding process is terminated.
If there is watermark information that has not yet been embedded, the process proceeds to step S63.
FIG. 6 illustrates a process in which the density histogram of an image changes by embedding watermark information by the image processing apparatus 1. Hereinafter, changes in the density histogram due to the processing after step S62 will be described.
[0027]
FIG. 6A is a density histogram before embedding watermark information. Here, a case where Δx = 3 is illustrated. Therefore, the watermark level 1 is calculated by adding Δx = 3 to the background level.
FIG. 6B is a density histogram after the processing in step S62. Since the density value of the pixel whose density value is larger than the reference value (background level) and below the watermark level (watermark level 1) is changed to the background level, the frequency of the background level is N = 6 compared to FIG. Has only increased.
[0028]
Here, when the watermark information for the next unit area (hereinafter referred to as “watermark information 1”) is embedded, the number of pixels at the current watermark level (watermark level 1) becomes N = 6. In step S65, an empty area in which all the pixels are at the background level (hereinafter, this empty area is referred to as “empty area 1”) is found.
[0029]
FIG. 6C is a density histogram after the watermark information 1 is embedded in the empty area 1 at the watermark level 1 in accordance with step S66. In the empty area 1, since the six pixels of the background level are changed to the watermark level 1, in the density histogram of FIG. 6C, the frequency of the background level is decreased by 6, and the frequency of the watermark level 1 is 6. It has become.
[0030]
Next, if there is watermark information that has not been embedded yet, the process proceeds to step S63 as a result of the condition determination in step S67.
As a result of embedding watermark information 1, since watermark information cannot be embedded any more at watermark level 1, watermark level 1 is set as a reference value (step S64), and Δx = 3 is set to this reference value (watermark level 1). The watermark level 2 is obtained by addition (step S61). In the density histogram of FIG. 6D, the position corresponding to the watermark level 2 and the portion corresponding to the pixel whose density value is changed by the processing in step S62 are shown by shading.
[0031]
FIG. 6E is a density histogram after the process of step S62 is executed. As a result of changing the density value of the pixel whose density value is larger than the reference value (watermark level 1) and below the watermark level (watermark level 2) to the background level, the frequency of the background level is increased by N = 4.
Here, when the watermark information for the next unit area (hereinafter, this watermark information is referred to as “watermark information 2”) is embedded, the number of pixels at the current watermark level (watermark level 2) is 3. It is assumed that a free area (hereinafter, this free area is referred to as “free area 2”) is found in step S65.
[0032]
FIG. 6F is a density histogram after the watermark information 2 is embedded in the empty area 2 at the watermark level 2 in accordance with step S66. FIG. 6F shows a case where two pixels at the background level and one pixel with a density value of zero are changed to the watermark level 2 in the empty area 2, and the density histogram in FIG. The frequency of the background level is decreased by 2 and the pixel having the density value of zero is decreased by 1, and the frequency of the watermark level 2 is 3.
[0033]
If watermark information is embedded as described above, the watermark information is embedded so that the number of pixels at the watermark level is always smaller than the number of pixels at the background level, so the frequency of the background level is always the highest in the distribution table. Is guaranteed, and even after embedding watermark information, background removal can be performed normally. Also, the watermark information is not lost due to the background removal.
[0034]
In the present embodiment, since watermark information with a small identification number is embedded earlier, watermark information with a higher priority is embedded with a smaller density value, making it difficult to see.
A method for extracting watermark information from an image in which a plurality of types of watermark information are embedded using the image processing apparatus 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, background removal is performed (step S10). Next, a distribution table is created (step S11). In this distribution table, the lowest density value among density values having a density value of 1 or more and a frequency of 1 or more is set as a watermark level (step S12). When searching for a unit region (hereinafter, this unit region is referred to as a “watermark region”) consisting only of pixels of this watermark level and pixels whose density value is zero, watermark information with the highest priority can be obtained (step S13). ).
[0035]
In the same manner, watermark levels are obtained in ascending order of density value, and a watermark area having pixels of the obtained watermark level is searched.
If no watermark area is found for the obtained watermark level (step S14), the process is terminated.
In this way, since the watermark information can be extracted in order from the highest priority, the higher priority watermark information can be extracted sooner.
[0036]
(Modification)
As described above, the present invention has been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment described above, and for example, the following modifications may be implemented. .
In the above-described embodiment, the range of the background level is limited by providing the threshold value d ₀ , but the highest density value in the distribution table may be set as the background level without providing the threshold value.
[0037]
In the above-described embodiment, the difference value is calculated based on the formula Δx = (− 9x / d ₀ ) +10. However, the difference value calculation method of the image processing apparatus according to the present invention is limited to this. For example, the difference value may be a fixed value. Also, other mathematical expressions may be used as long as the condition Δx> 0 is satisfied. For example, when embedding watermark information using L watermark levels, Δx = 1 when d ₀ −x <2L, and Δx = f ((d ₀ −x) / when d ₀ −x ≧ 2L. if L), it can be provided watermark level at regular intervals between the background level x and the threshold d _0. However, f (·) is a flooring function, and f (x) is a maximum integer not exceeding x with respect to a real number x. In this way, especially when the difference between the background level x and the threshold value d ₀ is large, the watermark level interval can be increased, so that the discrimination of the watermark level can be improved.
[0038]
Further, in the above-described embodiment, the watermark information is expressed by the watermark pattern and the watermark information is embedded, but other embedding methods may be used.
In the above-described embodiment, the image processing apparatus according to the present invention is configured to transmit / receive data such as an original image to / from one external apparatus, but may communicate with a plurality of external apparatuses. The external device that transmits data such as an original image and the external device that receives a watermark image may be separated.
[0039]
Further, the present invention may be the method described above. Moreover, it is good also as a computer program which implement | achieves these methods with a computer.
In the present invention, the computer program may be recorded on a computer-readable recording medium such as a floppy disk, a hard disk, a CD-ROM, an MO, a DVD-ROM, a DVD-RAM, or a semiconductor memory.
[0040]
In the present invention, the computer program may be transmitted via an electric communication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, or the like.
In addition, the program or the digital signal is recorded on the recording medium and transferred, or the program or the digital signal is transferred via the network or the like, and is executed by another independent computer system. It is good.
[0041]
Furthermore, the above embodiment and the above modification examples may be combined.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the watermark information is embedded in the background portion with a density value different from the background level of the original image, so that the background level determination is not affected and the digital watermark is applied. Also, the effect that the background removal can be normally performed is obtained.
[0043]
In the present invention, the watermark level can be increased in accordance with the data amount of watermark information to be embedded, so that the effect is also obtained that the data amount of watermark information can be set regardless of the characteristics of the original image.
In the present invention, by calculating the difference value according to the background level, the number of watermark levels can be ensured regardless of the size of the background level.
[0044]
Further, according to the present invention, since the watermark level can be changed according to the type of watermark information, only specific watermark information can be read out.
Furthermore, in the present invention, when the watermark information is composed of a plurality of types of watermark information, a different watermark level can be assigned for each type. By embedding, it is possible to ensure the confidentiality, and it is possible to increase the processing speed of watermark information that is desired to be quickly extracted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram for carrying out an embodiment of an image processing apparatus according to the present invention;
FIG. 2 is a functional block diagram in the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of the image processing apparatus in the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing an embedding process operation of the image processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 5 is an example of a watermark pattern created from watermark information by the image processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a process in which a density histogram is changed by an embedding process of the image processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for extracting watermark information from an image in which watermark information is embedded by the image processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 8 is an example of a distribution table.
[Explanation of symbols]
1 Image processing device 2 CPU
3 ROM
4 RAM
5 Internal Bus 6 Communication Interface 7 External Device 8 Communication Processing Unit 9 Distribution Table Creation Unit 10 Ground Level Determination Unit 11 Embedding Processing Unit

Claims

In an image processing apparatus that embeds watermark information in an image,
A background level acquisition means for acquiring a background density value of an image;
A watermark level setting means having a density value that is darker than the background level, and at least one density value as a watermark level for embedding watermark information;
Watermark information distribution means for distributing the watermark information so as to be embedded at one or more watermark levels so that the number of pixels at one watermark level is less than the number of pixels at the background level;
A watermark information embedding means for embedding the background portion in the watermark information each watermark information distributed by the distribution means the distribution destination of the watermark level,
An image processing apparatus comprising:

The watermark level setting means calculates a plurality of watermark levels by repeatedly adding one positive difference value to the density value of the background level.
The image processing apparatus according to claim 1.

The image processing apparatus according to claim 2, further comprising difference value calculation means for calculating the difference value based on a background level.

The watermark information distributing means distributes the watermark information so as to be embedded at different watermark levels according to the type of watermark information.
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is an image processing apparatus.

The watermark information embedding means embeds a watermark level closer to the background level as the watermark information has a higher priority.
The image processing apparatus according to claim 4.