JP3985903B2 - Image compression method, digital watermark embedding method using the same, and program - Google Patents

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Description

本発明は、電子透かし埋め込みに係り、特に電子透かし埋め込みのための画像圧縮技術に関する。   The present invention relates to digital watermark embedding, and more particularly to an image compression technique for embedding a digital watermark.

画像の画素に微小輝度変調を加えることにより情報を埋め込む電子透かし埋め込み方式がある(例えば、非特許文献1参照)。この場合、従来技術では、電子透かしの埋め込まれたデジタル画像を生成し、このデジタル画像から透かし情報を読み取るような、電子透かし埋め込みから読み取りまで全てデジタルデータ処理で完結する場合も、電子透かしの埋め込まれたデジタル画像を印刷や画面表示などアナログ出力し、この電子透かし入りアナログ画像をカメラなどで撮影してキャプチャし、該キャプチャした画像から透かし情報を読み取るような、途中にアナログ的データ変換が入る場合も、電子透かしの埋め込み自体は同じ方法により行っていた。   There is a digital watermark embedding method for embedding information by applying minute luminance modulation to pixels of an image (for example, see Non-Patent Document 1). In this case, in the conventional technique, a digital image in which a digital watermark is embedded is generated and watermark information is read from this digital image. Analog output such as printing or screen display of the captured digital image, capturing the digital image with digital watermark by capturing it with a camera, etc., and reading the watermark information from the captured image. Even in this case, embedding of the digital watermark itself was performed by the same method.

松井甲子雄著、1998年、森北出版、ISBN4−627−82551−X「電子透かしの基礎」、“3.1画素置換型の電子透かし”p38〜p41Kokoo Matsui, 1998, Morikita Publishing, ISBN4-627-82511-X "Basics of Digital Watermarking", "3.1-pixel replacement type digital watermarking" p38-p41

透かし入り印刷物あるいは透かし画像を表示したディスプレイ装置から、カメラなどを使って画像を撮影し、電子透かしを読み取る場合、従来技術では、電子透かし埋め込み直後のデジタル画像データでは表現されていた透かし変調による微小輝度変化が、印刷過程や表示過程、あるいはカメラ撮影過程で減衰してツブレてしまい、透かし読み出しに失敗してしまうことがあった。   When a digital image is read using a camera or the like from a display device that displays a watermarked printed matter or watermark image, and the digital watermark is read in the prior art, a minute amount due to watermark modulation expressed in the digital image data immediately after the digital watermark is embedded. In some cases, the luminance change attenuates and blurs in the printing process, the display process, or the camera photographing process, and the watermark reading fails.

本発明は、途中にアナログ的データ変換が入る場合も、キャプチャ画像からツブレの影響を受けずに電子透かしを正しく読み出すことが可能となる、電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法および電子透かし埋め込み方法、並びにそのプログラムを提供することを目的とする。   The present invention provides an image compression method and an electronic watermark embedding method for embedding an electronic watermark, in which the electronic watermark can be correctly read out from the captured image without being affected by the blur even when analog data conversion is performed in the middle. As well as its program.

画像をデジタルデータで表現する場合、画素毎のRGB値(例えば、0≦R,G,B≦255)で表現することが一般的である。またRGBを規定の変換式で変換して得られるYCbCr、YUV、XYZでの表現も用いられる。これらは相互に可逆変換である。電子透かしを輝度変調により埋め込む場合は、例えば、画像データをYUVに変換し、輝度成分Yに電子透かしによる変調を加え、電子透かし埋め込み済画像を得る。必要があれば、その後、RGBなどの表現形式に変換する。   When an image is expressed by digital data, it is generally expressed by RGB values for each pixel (for example, 0 ≦ R, G, B ≦ 255). In addition, expressions in YCbCr, YUV, and XYZ obtained by converting RGB with a prescribed conversion formula are also used. These are reversible transformations. When embedding the digital watermark by luminance modulation, for example, the image data is converted to YUV, and the luminance component Y is modulated by the digital watermark to obtain a digital watermark embedded image. If necessary, it is then converted into an expression format such as RGB.

透かし埋め込み済画像データを印刷機器やディスプレイ等の出力装置で出力すると、画像データは出力装置固有の色空間に合わせて変換され、表現できない色は色空間内の最も近い色に丸められる。また、出力装置の画像をカメラやスキャナ等の入力装置でキャプチャすると、ここでも入力装置固有の色空間への変換が行われ、表現できない色の丸めが発生する。結果として、出力装置で出力した透かし埋め込み済画像を入力装置でキャプチャして得た画像データは、埋め込み直後に比べてデータが変換されており、特に色空間の周辺部分でのデータの変換度合いが大きい。以降、出力装置と入力装置とからなる系での画像データの変換をアナログ変換と呼ぶことにする。   When the watermark-embedded image data is output by an output device such as a printing device or a display, the image data is converted in accordance with a color space unique to the output device, and colors that cannot be expressed are rounded to the nearest color in the color space. Further, when an image of the output device is captured by an input device such as a camera or a scanner, conversion into a color space unique to the input device is performed here, and rounding of an unrepresentable color occurs. As a result, the image data obtained by capturing the watermark-embedded image output by the output device with the input device is converted compared to immediately after embedding, and the degree of data conversion particularly in the peripheral portion of the color space is large. Hereinafter, conversion of image data in a system including an output device and an input device is referred to as analog conversion.

輝度変調により電子透かしを埋め込む方式は、アナログ変換による色味の変化にはあまり影響を受けないが、輝度の変化には大きく影響を受ける。特に画像中の黒い部分や白い部分、つまり色空間での周辺部分に当たる部分では影響を受けやすく、この部分に電子透かしを埋め込んだ場合、埋め込み直後のデジタル画像データ上では表現されていた輝度の微小変化が、出力装置と入力装置を経るにつれ減少し、透かし読み出し時には変化が消失してしまい、透かしが読み出せないことがある。いわゆる黒や白の「つぶれ」と呼ばれる現象である。   The method of embedding a digital watermark by luminance modulation is not significantly affected by the change in color due to analog conversion, but is greatly affected by the change in luminance. In particular, the black and white parts of the image, that is, the part corresponding to the peripheral part in the color space, are easily affected. When a digital watermark is embedded in this part, the brightness that is expressed on the digital image data immediately after the embedding is small. The change decreases as it passes through the output device and the input device. When the watermark is read, the change disappears, and the watermark may not be read. This is a phenomenon called “collapse” of so-called black or white.

電子透かしが「つぶれ」の影響を受けないためには、画像中のつぶれそうな箇所には透かしを埋め込まない方法と、画像を透かし埋め込み前に輝度圧縮し、アナログ変換を行ってもつぶれが生じないようにする方法が考えられる。しかし、前者では画像により透かしを埋め込める面積が異なり、画像によっては透かしが全く埋め込めない状況も生じるので好ましくない。したがって、本発明では後者の方法を用いる。   In order to prevent digital watermarks from being affected by “crushing”, a method that does not embed a watermark in an image that is likely to be crushed and a method that does not embed the watermark before embedding the watermark and analog conversion are used. A way to prevent it is possible. However, the former is not preferable because the area in which the watermark can be embedded differs depending on the image, and depending on the image, the watermark cannot be embedded at all. Therefore, the latter method is used in the present invention.

(1)輝度圧縮の程度決定
輝度圧縮の程度を定めるには、アナログ変換により失われる、つまり「つぶれ」の生じる輝度の範囲を予め知っておく必要がある。アナログ変換は装置固有の性質であるから、使用する装置毎に、その特性を測定する必要がある。本発明では基準色票として図1に示すものを用意する。図1において、円環状の帯11は、デジタルデータで表現できる輝度の最小値から最大値までを円周方向に徐々に変化させたデータから成っている。円環状である理由は、本色票10をカメラで撮影した場合、写真の中心部ではより明るく写り、周辺部では暗く写るコサイン4乗則の影響を受けないためである。円環状帯の背景12は正方形かつ中間調の灰色とする。正方形である理由は撮影後に逆射影変換をし易くするためであり、中間調の灰色である理由はカメラのオートホワイトバランスによる影響を最小にするためである。
(1) Determining the degree of luminance compression In order to determine the degree of luminance compression, it is necessary to know in advance the range of luminance that is lost by analog conversion, that is, where “crushing” occurs. Since analog conversion is a property unique to a device, it is necessary to measure the characteristics of each device to be used. In the present invention, the reference color chart shown in FIG. 1 is prepared. In FIG. 1, an annular band 11 is composed of data obtained by gradually changing the minimum value to the maximum value of luminance that can be expressed by digital data in the circumferential direction. The reason for the annular shape is that when the color chart 10 is photographed with a camera, it is not affected by the cosine fourth law, which appears brighter in the center of the photograph and darker in the periphery. The background 12 of the toroidal band is square and halftone gray. The reason for the square is to facilitate reverse projection conversion after shooting, and the reason for the gray to be halftone is to minimize the influence of the auto white balance of the camera.

本色票10を対象出力装置である印刷機器で印刷するか、ディスプレイで表示しておく。次に、印刷あるいは表示された色票画像を対象入力装置であるカメラかスキャナによりキャプチャする。カメラで写した場合は、画像は射影変換を受けているので、外側の正方形の四隅を手がかりに逆射影変換を施し、色票10のオリジナルデータ(色票データ)と同じ形状に戻す。スキャナの場合はアフィン変換を受けているので、同じく正方形の四隅を手がかりに逆アフィン変換を施し、オリジナルデータ形状に戻す。次に、色票10の円環状帯部の画素毎の輝度をキャプチャデータとオリジナルデータからそれぞれ取得し、円環状帯部の輝度の最小値と最大値を求めて、出力装置と入力装置の両方を経た場合のオリジナルデータの表現可能な最小輝度lと最大輝度hを得る。   The color chart 10 is printed by a printing device that is a target output device or displayed on a display. Next, the printed or displayed color chart image is captured by a camera or a scanner as a target input device. When the image is taken by the camera, the image has undergone projective transformation, so reverse projection transformation is performed using the four corners of the outer square as a clue to restore the same shape as the original data (color chart data) of the color chart 10. In the case of the scanner, affine transformation has been performed, so reverse affine transformation is similarly applied to the four corners of the square to restore the original data shape. Next, the luminance of each pixel of the annular band of the color chart 10 is acquired from the capture data and the original data, and the minimum and maximum values of the luminance of the annular band are obtained. Both the output device and the input device The minimum luminance l and the maximum luminance h that can be expressed in the original data are obtained.

キャプチャデータの輝度を縦軸に、オリジナルデータの輝度を横軸にプロットした例が図2である。図2ではオリジナルデータのl以下の輝度範囲とh以上の輝度範囲がキャプチャデータでは表現できておらず、この範囲の画像は「つぶれ」てしまうことが分かる。ここでは説明のためにグラフを用いたが、実際はlとhを求めるにはグラフを作成する必要はなく、キャプチャデータの円環状帯部の輝度の最小値と最大値を求め、対応するオリジナルデータ値を得るのみで足りる。   FIG. 2 shows an example in which the brightness of the capture data is plotted on the vertical axis and the brightness of the original data is plotted on the horizontal axis. In FIG. 2, it can be seen that the luminance range of 1 or less and the luminance range of h or more of the original data cannot be expressed by the capture data, and the image in this range is “crushed”. Although a graph is used for the explanation here, it is not necessary to create a graph to actually obtain l and h, and the minimum and maximum luminance values of the annular band of the capture data are obtained and the corresponding original data You only need to get the value.

lとhは、それぞれ圧縮後の画像が表現できる最小輝度と最大輝度を意味し、圧縮後の画像の輝度がlとhの間におさまるように画像を圧縮すれば「つぶれ」は生じない。電子透かしの輝度変調最大強度を±mと仮定した場合、電子透かしを埋め込む場合は各画素の輝度は埋め込み前に比べ最大で±m変動する可能性があるので、電子透かし埋め込みを考慮した圧縮後の画像輝度の最小値はL=l+mとなり、最大値はH=h−mとなる。   l and h mean the minimum luminance and the maximum luminance that can be expressed by the compressed image, respectively, and if the image is compressed so that the luminance of the compressed image falls between l and h, “crushing” does not occur. Assuming that the maximum intensity modulation of the digital watermark is ± m, when embedding a digital watermark, the luminance of each pixel may vary by up to ± m compared to before embedding. The minimum value of the image luminance is L = 1 + m, and the maximum value is H = hm.

(2)輝度圧縮関数
元画像を輝度範囲LからHとなるように圧縮する圧縮関数f(x)はいくつものバリエーションがあり、以下の式(1)を満足することが必要条件である。
(2) Luminance compression function The compression function f (x) for compressing the original image so as to be in the luminance range L to H has many variations, and it is a necessary condition to satisfy the following expression (1).

Figure 0003985903
ただし、xmin元画像の輝度最小値
max元画像の輝度最大値
f(x)の条件を図示すると図3のようになり、L点とH点を通り微分値が負にならない関数であることが条件である。微分値が負になるのを禁じているのは、元画像と圧縮後画像で2点間の輝度の大小が逆転する場合を除外するためである。
Figure 0003985903
Where x min is the minimum luminance of the original image
FIG. 3 shows the condition of the maximum luminance value f (x) of the original image , where x max is a function that does not have a differential value passing through the L point and the H point. The reason why the differential value is prohibited from being negative is to exclude the case where the magnitude of the luminance between two points is reversed between the original image and the compressed image.

(3)輝度圧縮関数の評価
上記式(1)の条件を満たす輝度圧縮関数f(x)はバリエーションはあるが、元画像を輝度範囲LからHとなるように圧縮する点では同じなので、埋め込んだ透かしがつぶれること無く保存されるかの観点ではいずれの関数を用いても性能は同等である。しかしながら、画像の品質の観点ではf(x)の選び方により性能は大きく異なる。輝度圧縮では元画像に何らかの改変を加えるため、品質が全く低下しないことは難しいが、品質低下は最小限に抑えることが望ましい。f(x)のバリエーションの中から品質低下の小さいものを選ぶために次の3つの評価基準を用いる。
(3) Evaluation of luminance compression function The luminance compression function f (x) that satisfies the condition of the above expression (1) has variations, but is the same in that the original image is compressed from the luminance range L to H. In terms of whether the watermark is stored without being crushed, the performance is the same regardless of which function is used. However, in terms of image quality, performance varies greatly depending on how f (x) is selected. In luminance compression, since some modification is made to the original image, it is difficult for the quality to not deteriorate at all, but it is desirable to minimize the quality deterioration. The following three evaluation criteria are used in order to select the one with small quality degradation from the variations of f (x).

(a)単純輝度差
元画像と圧縮後画像の同一位置画素2点間の輝度差を求め、画像全体での輝度差の総和が小さいほど、圧縮による品質の低下が少ないとする。
(A) Simple luminance difference It is assumed that the luminance difference between two pixels in the same position of the original image and the compressed image is obtained, and the smaller the sum of the luminance differences in the entire image, the less the quality deterioration due to compression.

(b)均等色空間色差
元画像と圧縮後画像の同一位置画素2点間の知覚的相違を色差と呼び、画像全体での色差の総和が小さいほど、圧縮による品質の低下が少ないとする。色差を定量的に表わす方法として、国際照明委員会(CIE)により勧告されたCIELAB色空間あるいはCIELUV色空間でプロットした2つの画素のユークリッド距離を用いる方法が一般的である。しかしながら、CIELAB色空間、CIELUV色空間とも数式の単純さを求めたため、色差を正確に表すには不十分である。そこで、元画像と圧縮後画像では輝度のみが異なる点と、CIELAB色空間もCIELUV色空間も視覚の1/3乗則(人間の感じる視覚強度は、視覚刺激の1/3乗に比例する)に基づいて実験的に求めたものである点を考慮して、色差として2点の輝度をそれぞれ1/3乗したものの差を用いる。
(B) Uniform color space color difference A perceptual difference between two pixels in the same position in the original image and the compressed image is called a color difference, and it is assumed that the smaller the sum of the color differences in the entire image, the less the deterioration in quality due to compression. As a method for quantitatively expressing the color difference, a method using the Euclidean distance between two pixels plotted in the CIELAB color space or CIELV color space recommended by the International Commission on Illumination (CIE) is generally used. However, since the simplicity of the mathematical formula is obtained for both the CIELAB color space and the CIELV color space, it is insufficient to accurately represent the color difference. Therefore, the difference between the original image and the compressed image is only the brightness, and the CIELAB color space and the CIELV color space are both 1/3 power laws (the visual intensity perceived by humans is proportional to 1/3 power of visual stimuli). In consideration of the point that is experimentally obtained based on the above, the difference between the luminances of the two points raised to the 1/3 power is used as the color difference.

(c)局所圧縮率
元画像内の任意2点間の輝度差Δxと圧縮後画像の対応する2点の輝度差Δxの比Δx/Δx(これを局所圧縮率と呼ぶ)が零に近い場合には、元画像では存在した濃淡が、圧縮後画像では減衰あるいは消失してしまい好ましくない。これも一種の「つぶれ」である。圧縮をする以上、局所圧縮率が小さい値になることは止むを得ないが、画像の一部分であってもこれが零に近づかないよう制御することが「つぶれ」を防ぐために必要である。圧縮後の輝度範囲はLとHで抑えられているため、局所圧縮率の最小値が零に近づかないようにするためには、局所圧縮率の画像内の変動を小さくすれば良い。したがって局所圧縮率の変動を表す標準偏差を評価基準として用いる。
(C) Local compression rate The ratio Δx c / Δx (referred to as the local compression rate) between the luminance difference Δx between any two points in the original image and the luminance difference Δx c between the two corresponding points in the compressed image is called zero. If they are close to each other, the light and shade that existed in the original image is not preferable because the image after compression attenuates or disappears. This is also a kind of “collapse”. As long as compression is performed, it is inevitable that the local compression rate becomes a small value. However, even if a part of the image is controlled so as not to approach zero, it is necessary to prevent “collapse”. Since the luminance range after compression is suppressed by L and H, in order to prevent the minimum value of the local compression rate from approaching zero, it is only necessary to reduce the fluctuation in the image of the local compression rate. Therefore, the standard deviation representing the fluctuation of the local compression rate is used as the evaluation criterion.

(4)最適輝度圧縮関数の決定
上記の3つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になる輝度圧縮関数f(x)を決定する。実施例では次の二つの方法のいずれかを用いる。
(4) Determination of Optimal Luminance Compression Function The luminance compression function f (x) with the best quality is determined using the above three evaluation criteria and combinations thereof. In the embodiment , one of the following two methods is used.

第一の方法は、先の式(1)の条件を満たすいくつかの圧縮関数f(x)をあらかじめ用意して、上記の3つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になるf(x)を選択するものである。
The first method is to prepare a satisfy the condition of previous equation (1) some of the compression function f (x) in advance, the best quality using the combination with three evaluation criteria of the f ( x) is selected.

第二の方法は、圧縮関数として次の式(2)を用い、上記の3つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になるようなaの値を決定するものである。   The second method uses the following equation (2) as a compression function, and determines the value of a that gives the best quality using the above three evaluation criteria and combinations thereof.

Figure 0003985903
ここで、上記式(2)で表わされるf(x)は任意のaにおいて先の式(1)を満たすので、輝度圧縮関数としての働きはaの値によらず同等である。したがって、画像の品質劣化が最小になるようにaの値を自由に選ぶことができる。式(2)の圧縮関数は調整変数がaのみなので、調整が容易である特徴がある。上記の3つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になるようaを選択すればよい。なお、いずれの評価基準を用いる場合も、元画像の絵柄によって最適なaは微妙に異なるため、任意画像に対してほぼ十分な画像品質を与えるaをひとつ選んでも良いし、画像毎に最適なaを選んでもよい。
Figure 0003985903
Here, since f (x) represented by the above formula (2) satisfies the above formula (1) at an arbitrary a, the function as a luminance compression function is the same regardless of the value of a. Therefore, the value of a can be freely selected so that image quality degradation is minimized. The compression function of Expression (2) has a feature that adjustment is easy because the adjustment variable is only a. A may be selected so that the quality is the best using the above three evaluation criteria and combinations thereof. Note that, regardless of which evaluation criterion is used, the optimum a differs slightly depending on the pattern of the original image. Therefore, one a that gives almost sufficient image quality to an arbitrary image may be selected, or the optimum for each image. You may choose a.

(5) 電子透かし埋め込み
上記のようにして決定した圧縮関数f(x)にて元画像の輝度を圧縮し、圧縮後の画像に対して輝度変調を用いて電子透かしを埋め込む。ここで、輝度変調方式の電子透かしにより埋め込み前に比べ、埋め込み後画像の各画素の輝度値が最大±m変動するとする。また、使用する装置のアナログ変換により再現可能な輝度範囲がl〜hであることはあらかじめ得られているとする。すると、L=1+m,H=h−mとして、透かし埋め込み前に元画像の輝度範囲を輝度圧縮によりL〜Hに押さえることにより、透かし埋め込み後の画像が輝度範囲l〜hを超えることはなく、アナログ変換による「つぶれ」が透かしに悪影響を与えることが抑制できる。
(5) Digital watermark embedding The luminance of the original image is compressed with the compression function f (x) determined as described above, and the digital watermark is embedded in the compressed image using luminance modulation. Here, it is assumed that the luminance value of each pixel of the image after embedding varies by a maximum of ± m compared to before embedding by the digital watermark of the luminance modulation method. In addition, it is assumed that the luminance range that can be reproduced by analog conversion of the device to be used is 1 to h in advance. Then, assuming that L = 1 + m and H = hm, the luminance range of the original image is suppressed to L to H by luminance compression before embedding the watermark, so that the image after embedding the watermark does not exceed the luminance range 1 to h. Therefore, it is possible to suppress the “collapse” caused by analog conversion from adversely affecting the watermark.

本発明では、電子透かしを画像に埋め込むにあたり、予めツブレが生じないように画像を輝度圧縮し、圧縮後画像に対して透かし情報を埋め込むようにするため、電子透かし埋め込み済画像を出力装置で出力したものをアナログ入力装置でキャプチャしたときに、各装置の特性により大輝度部分や小輝度部分が消失した場合でもツブレを生じることはなく、キャプチャ画像からツプレの影響を受けずに電子透かしを正しく読み出すことが可能となる。   In the present invention, when embedding a digital watermark into an image, the image is brightness-compressed in advance so as not to cause blurring, and the watermark information is embedded in the compressed image. When the captured image is captured with an analog input device, no blur occurs even if the high-luminance or small-luminance portion disappears due to the characteristics of each device. It can be read out.

図4に、本発明による電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法および電子透かし埋め込み方法の全体の処理の流れを示す。まず、色票を用いて出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能最小輝度lと表現可能最大輝度hを求める(S110)。次に、電子透かし輝度変調最大強度を±mとして、輝度圧縮の最小輝度L、最大輝度Hを、L=l+m,H=h−mと定めて(S120)、画質評価値が最良になる圧縮関数(輝度圧縮関数)f(x)を求める(S130)。次に、この求めた圧縮関数f(x)を用いて、圧縮後の輝度分布がLとHの間に押えられるように元画像を輝度圧縮する(S140)。そして、この圧縮後の画像に対して輝度変調を用いて電子透かしを埋め込む(S150)。以下では、本発明の特徴とするステップS110,S130の処理について、その実施例を説明する。   FIG. 4 shows the overall processing flow of the image compression method and digital watermark embedding method for embedding a digital watermark according to the present invention. First, a minimum expressible luminance l and a maximum expressible luminance h when both the output device and the input device are passed using a color chart are obtained (S110). Next, assuming that the digital watermark luminance modulation maximum intensity is ± m, the minimum luminance L and the maximum luminance H of luminance compression are determined as L = 1 + m, H = hm (S120), and the compression with the best image quality evaluation value is performed. A function (luminance compression function) f (x) is obtained (S130). Next, using the compression function f (x) thus obtained, the original image is subjected to luminance compression so that the compressed luminance distribution is suppressed between L and H (S140). Then, an electronic watermark is embedded in the compressed image using luminance modulation (S150). Below, the Example is described about the process of step S110, S130 which is the characteristics of this invention.

<アナログ変換特性測定>
図5に、任意出力装置と任意入力装置のアナログ変換における表現可能最小輝度lと表現可能最大輝度hを求める一実施例のフローチャートを示す。まず、図1の色票を対象出力装置で出力する(S201)。次に、出力された色票画像を対象入力装置であるカメラやスキャナによりキャプチャし、画像圧縮処理や電子透かし埋め込み処理装置(パソコン、その他)の入力とする(S202)。ステップS203以降は処理装置内での処理となる。もし、カメラで写した場合は、画像は射影変換を受けているので、色票画像の外側灰色部の正方形の四隅を手がかりに逆射影変換を施し、色票のオリジナルデータと同じ形状に戻す(S203、S204、S205)。カメラでなくスキャナの場合は、アフィン変換を受けているので、同じく正方形の四隅を手がかりに逆アフィン変換を施し、オリジナルデータ形状に戻す(S203、S204、S206)。オリジナルデータ形状と同じ形状のキャプチャデータが得られたら、円環状帯部の帯幅の中心位置の画素輝度を円周方向にキャプチャデータから取得し、それらの最小値と最大値を求め(S207)、出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能最小輝度lと表現可能最大輝度hを得る(S208)。すなわち、図2に示したように、最小値位置に対応する位置のオリジナルデータ値がlであり、最大値位置に対応する位置のオリジナルデータ値がhである。
<Analog conversion characteristics measurement>
FIG. 5 shows a flowchart of an embodiment for obtaining the expressible minimum luminance l and the expressible maximum luminance h in the analog conversion of the arbitrary output device and the arbitrary input device. First, the color chart of FIG. 1 is output by the target output device (S201). Next, the output color chart image is captured by a camera or scanner which is a target input device, and is input to an image compression processing or digital watermark embedding processing device (personal computer, etc.) (S202). Step S203 and subsequent steps are processing within the processing apparatus. If the image is taken with a camera, the image has undergone projective transformation, so reverse projection transformation is performed using the four corners of the square in the outer gray part of the color chart image to restore the same shape as the original data of the color chart ( S203, S204, S205). In the case of a scanner instead of a camera, affine transformation has been performed, so reverse affine transformation is similarly performed using the four corners of the square as a clue to return to the original data shape (S203, S204, S206). When capture data having the same shape as the original data shape is obtained, the pixel luminance at the center position of the band width of the annular band is acquired from the capture data in the circumferential direction, and the minimum value and maximum value thereof are obtained (S207). Then, the minimum representable luminance l and the maximum representable luminance h obtained through both the output device and the input device are obtained (S208). That is, as shown in FIG. 2, the original data value at the position corresponding to the minimum value position is l, and the original data value at the position corresponding to the maximum value position is h.

<最適圧縮関数計算>
先の3つの評価基準(単純輝度差、均等空間色差、局所圧縮率)、あるいはこれらの組み合わせを用いて品質が最良になる圧縮関数f(x)を得る。以下にいくつかの実施例を示す。
<Optimal compression function calculation>
Using the above three evaluation criteria (simple luminance difference, uniform space color difference, local compression rate), or a combination thereof, the compression function f (x) with the best quality is obtained. Several examples are shown below.

図6は、先の式(1)の条件を満たす任意の圧縮関数f(x)のバリエーションの中から、評価基準として単純輝度差を利用して画質評価値が最良の圧縮関数f(x)を決定する実施例示す処理フローチャートである。まず、式(1)の条件を満たす任意の圧縮関数f(x)のいくつかのバリエーションの中から一つの圧縮関数f(x)を選択し(S301)、該選択した圧縮関数f(x)で元画像を圧縮して圧縮後画像を生成する(S302)。次に、元画像と圧縮後画像の同一位置画素(ピクセル)間の輝度差を画像全体(全ピクセル)について求めて積分する(S303)。つまり、元画像と圧縮後画像の画像全体での輝度差の総和を計算する。そして、この輝度差の総和(積分値)を統計等によりあらかじめ定めた閾値と比較し(S304)、積分値<閾値の場合、当該選択した圧縮関数f(x)を最適の圧縮関数と決定する(S305)。一方、積分値≧閾値の場合には、別の圧縮関数f(x)を選択して(S306)、ステップS302以降の処理を繰り返す。   FIG. 6 shows a compression function f (x) having the best image quality evaluation value using a simple luminance difference as an evaluation criterion from among variations of an arbitrary compression function f (x) that satisfies the condition of the expression (1). It is a processing flowchart which shows the Example which determines. First, one compression function f (x) is selected from several variations of an arbitrary compression function f (x) that satisfies the condition of Expression (1) (S301), and the selected compression function f (x) In step S302, the original image is compressed to generate a post-compression image. Next, the luminance difference between the same position pixels (pixels) of the original image and the compressed image is obtained for the entire image (all pixels) and integrated (S303). That is, the sum of luminance differences between the original image and the compressed image is calculated. Then, the sum (integral value) of the luminance differences is compared with a threshold value determined in advance by statistics or the like (S304), and if the integral value <threshold value, the selected compression function f (x) is determined as the optimum compression function. (S305). On the other hand, if the integral value ≧ the threshold value, another compression function f (x) is selected (S306), and the processes after step S302 are repeated.

なお、閾値判定のかわりに、順次、圧縮関数f(x)を選択してその積分値を保持しておき、その中から最小の積分値に対応する圧縮関数を最終的に選択することでもよい。また、いずれの圧縮関数f(x)も、その積分値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。   Instead of the threshold determination, the compression function f (x) may be sequentially selected and the integration value thereof may be held, and the compression function corresponding to the minimum integration value may be finally selected from the selection. . In addition, if the integration value of any compression function f (x) is equal to or greater than the threshold value, the processing may be given up or may be retried in the manner of another embodiment.

図7は、圧縮関数f(x)として先の式(2)のf(x)を用い、aを可変として、上記同様に単純輝度差を利用して画質評価値が最良の圧縮関数f(x)を決定する実施例を示す処理フローチャートである。圧縮関数f(x)を先の式(2)のf(x)と定め(S401)、まず、aの値を、例えばa=0.1と初期設定し(S402)、そのときのf(x)を用いて元画像を圧縮して圧縮後画像を生成する(S403)。次に、元画像と圧縮後画像の同一位置画素(ピクセル)間の輝度差を画像全体(全ピクセル)について求めて積分する(S404)。そして、この積分値を予め定めた閾値と比較し(S405)、積分値<閾値の場合、そのときのaの値を最適と決定し、そのaを用いたf(x)を最適の圧縮関数と決定する(S406)。一方、積分値≧閾値の場合には、f(x)のaの値を、例えばa=0.2に変更し(S407)、ステップS403以降の処理を繰り返す。   In FIG. 7, the compression function f (x) of the above equation (2) is used as the compression function f (x), a is variable, and the simple luminance difference is used similarly to the compression function f ( It is a process flowchart which shows the Example which determines x). The compression function f (x) is defined as f (x) in the above equation (2) (S401). First, the value of a is initially set to, for example, a = 0.1 (S402), and f ( The original image is compressed using x) to generate a compressed image (S403). Next, the luminance difference between the same position pixels (pixels) of the original image and the compressed image is obtained for the entire image (all pixels) and integrated (S404). Then, the integral value is compared with a predetermined threshold value (S405). If the integral value <threshold value, the value of a at that time is determined to be optimum, and f (x) using the value a is optimum compression function. Is determined (S406). On the other hand, when the integral value ≧ the threshold value, the value of a in f (x) is changed to, for example, a = 0.2 (S407), and the processes after step S403 are repeated.

本実施例の場合も、閾値判定のかわりに、順次aを変更(例えば、a=0.1〜2)して求めた各積分値を保持しておき、その中から最小の積分値に対応するaの値を選択し、このaの値を代入して得られる式(2)のf(x)を最適の圧縮関数と決定することでもよい。また、いずれのaの値でも、積分値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。   Also in this embodiment, instead of threshold determination, each integral value obtained by sequentially changing a (for example, a = 0.1 to 2) is held, and the minimum integral value is supported from among them. The value of a to be selected may be selected, and f (x) in Expression (2) obtained by substituting the value of a may be determined as the optimum compression function. In addition, when the integral value is greater than or equal to the threshold value for any value of a, the processing may be given up or may be retried in the manner of another embodiment.

評価基準として均等色空間色差を用いる場合は、図6のステップS303あるいは図7のステップS304において、元画像と圧縮後の画像の輝度差として、元画像と圧縮画像の各同一ピクセルの輝度を1/3乗した値の差分を求めて、これを全ピクセルについて積分すればよく、処理フローチャートは省略する。   When the uniform color space color difference is used as the evaluation criterion, the luminance of each identical pixel in the original image and the compressed image is set to 1 as the luminance difference between the original image and the compressed image in step S303 in FIG. 6 or step S304 in FIG. A difference between the values raised to the third power is obtained and integrated for all pixels, and the processing flowchart is omitted.

図8は、先の式(1)の条件を満たす任意の圧縮関数f(x)のバリエーションの中から、評価基準として局所圧縮率の変動を表わす標準偏差を利用して画質評価値が最良の圧縮関数f(x)を決定する実施例を示す処理フローチャートである。   FIG. 8 shows that the image quality evaluation value is the best using the standard deviation representing the fluctuation of the local compression rate as the evaluation criterion from among the variations of the arbitrary compression function f (x) satisfying the condition of the expression (1). It is a processing flowchart which shows the Example which determines the compression function f (x).

まず、元画像の各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δxを計算しておく(S501)。画像のピクセル数をxとすると、Δxはx(x−1)個できる。次に、式(1)の条件を満たす圧縮関数f(x)のいくつかのバリエーションの中から一つの圧縮関数f(x)を選択し(S502)、該選択した圧縮関数f(x)で元画像を圧縮して圧縮後画像を生成する(S503)。そして、この圧縮後画像について、元画像の場合と同様に、各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δxを計算する(S504)。ここでも、Δxはx(x−1)個できる。次に、元画像と圧縮後画像の対応するΔxとΔxの比Δx/Δxを計算し、その変動を表わす標準偏差値を求める(S505)。そして、標準偏差値を閾値判定し(S506)、標準偏差値<閾値の場合、当該選択した圧縮関数f(x)を最適の圧縮関数と決定する(S507)。一方、標準偏差値≧閾値の場合には、別の圧縮関数f(x)を選択して(S508)、ステップS503以降の処理を繰り返す。 First, for each pixel of the original image, a luminance difference Δx between the pixel and all other pixels is calculated (S501). If the number of pixels in the image is x, Δx can be x (x−1). Next, one compression function f (x) is selected from several variations of the compression function f (x) that satisfies the condition of Expression (1) (S502), and the selected compression function f (x) The original image is compressed to generate a compressed image (S503). Then, for this compressed image, as in the case of the original image, a luminance difference Δx c between the pixel and all other pixels is calculated for each pixel (S504). Again, Δx c can be x (x−1). Next, calculate the ratio [Delta] x c / [Delta] x of the corresponding [Delta] x and [Delta] x c of the compressed image after the original image, the standard deviation value indicating the variation (S505). Then, the threshold value of the standard deviation value is determined (S506). If the standard deviation value <the threshold value, the selected compression function f (x) is determined as the optimum compression function (S507). On the other hand, when the standard deviation value ≧ the threshold value, another compression function f (x) is selected (S508), and the processes after step S503 are repeated.

本実施例でも、閾値判定のかわりに、各圧縮関数f(x)の標準偏差値を保持しておき、その中から最小の標準偏差値に対応する圧縮関数を最終的に選択することでもよい。また、いずれの圧縮関数f(x)も、標準偏差値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。   Also in the present embodiment, instead of threshold determination, the standard deviation value of each compression function f (x) may be held, and the compression function corresponding to the minimum standard deviation value may be finally selected from among them. . In addition, when the standard deviation value of any compression function f (x) is greater than or equal to the threshold value, the processing may be abandoned or may be retried in the manner of another embodiment.

図9は、圧縮関数f(x)として先の式(2)のf(x)を用い、aを可変として、上記と同様に評価値基準として局所圧縮率の変動を表わす標準偏差値を利用して画質評価値が最適の圧縮関数f(x)を決定する実施例を示すフローチャートである。   FIG. 9 uses f (x) of the above equation (2) as the compression function f (x), a is variable, and uses the standard deviation value representing the fluctuation of the local compression rate as the evaluation value criterion as described above. 10 is a flowchart illustrating an example in which a compression function f (x) having an optimum image quality evaluation value is determined.

まず、元画像の各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δxを計算しておく(S601)。次に、圧縮関数f(x)を先の式(2)のf(x)と定め(S602)、aの値を初期設定して(例えば、a=0.1)(S603)、元画像を圧縮し、圧縮後画像を生成する(S604)。そして、この圧縮後画像について、元画像の場合と同様に、各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δxを計算する(S605)。次に、元画像と圧縮後画像の対応するΔxとΔxの比Δx/Δxを計算し、その変動を表わす標準偏差値を求める(S606)。そして、標準偏差値を閾値判定し(S607)、標準偏差値<閾値の場合、そのときのaの値を最適とし、そのf(x)を最適な圧縮関数と決定する(S608)。一方、標準偏差値≧閾値の場合には、f(x)のaの値を変更して(例えば、a=0.2)(S609)、ステップS604以降の処理を繰り返す。 First, for each pixel of the original image, a luminance difference Δx between the pixel and all other pixels is calculated (S601). Next, the compression function f (x) is defined as f (x) in the previous equation (2) (S602), the value of a is initialized (for example, a = 0.1) (S603), and the original image is set. Are compressed, and a compressed image is generated (S604). Then, for this compressed image, as in the case of the original image, a luminance difference Δx c between the pixel and all other pixels is calculated for each pixel (S605). Next, calculate the ratio [Delta] x / [Delta] x c of the corresponding [Delta] x and [Delta] x c of the compressed image after the original image, the standard deviation value indicating the variation (S606). Then, the standard deviation value is determined as a threshold value (S607). If standard deviation value <threshold value, the value of a at that time is set as the optimum value, and f (x) is determined as the optimum compression function (S608). On the other hand, if the standard deviation value ≧ the threshold value, the value of a in f (x) is changed (for example, a = 0.2) (S609), and the processes after step S604 are repeated.

本実施例でも、閾値判定のかわりに、順次、aの値を変更した場合の標準偏差値を保持しておき、その中から最小の標準偏差値に対応するaの値を選択し、このaの値を代入して得られる式(2)の圧縮関数f(x)を最適の圧縮関数とすることでもよい。また、いずれのaの値でも、標準偏差値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。   Also in this embodiment, instead of the threshold value determination, the standard deviation value when the value of a is sequentially changed is held, and the value of a corresponding to the minimum standard deviation value is selected from the standard deviation values. The compression function f (x) in equation (2) obtained by substituting the value of may be an optimal compression function. If the standard deviation value is greater than or equal to the threshold value for any value of a, the processing may be abandoned, or another attempt may be made in the manner of another embodiment.

処理フローチャートは省略するが、単純輝度差と局所圧縮率との組み合わせを用いて画質評価値が最良になる圧縮関数f(x)を求める場合は次のようにすればよい。例えば、式(1)の条件を満たす任意のf(x)のバリエーションの中から最適のf(x)を選択する場合は、図6のS303で得られた積分値をEとし、図8のS505で得られた標準偏差値をDとして、aE+bDを計算し(a,bは任意の係数)、その値が最小になるようなf(x)を選択する。また、式(2)のf(x)を用い、aを可変として最適のf(x)を決定する場合には、同様に、図7のS404で得られた積分値をEとし、図9のS606で得られた標準偏差値をDとして、aE+bDを計算し、その値が最小になるようなaを定めて、最適なf(x)を決定する。   Although the processing flowchart is omitted, the compression function f (x) that provides the best image quality evaluation value using a combination of the simple luminance difference and the local compression rate may be obtained as follows. For example, when selecting the optimum f (x) from any variation of f (x) that satisfies the condition of Equation (1), the integral value obtained in S303 of FIG. The standard deviation value obtained in S505 is set as D, aE + bD is calculated (a and b are arbitrary coefficients), and f (x) that minimizes the value is selected. When f (x) in equation (2) is used to determine the optimum f (x) with a being variable, similarly, the integral value obtained in S404 of FIG. The standard deviation value obtained in S606 is calculated as D, aE + bD is calculated, a is determined so that the value is minimized, and the optimum f (x) is determined.

次に、圧縮関数の具体例を示す。
[例1]
図10に、圧縮関数としてf(x)=(H−L)x+L,(0≦x≦1)を用いた圧縮前後の値を示す。本関数はリニアなので計算が容易である特徴がある。ただし、図11にしめすように、xの小さい範囲と大きい範囲で元画像との輝度差が大きくなるため、人間の視覚特性である1/3乗別によりxの小さい範囲での均等色空間色差が大きくなってしまう欠点がある。
Next, a specific example of the compression function is shown.
[Example 1]
FIG. 10 shows values before and after compression using f (x) = (HL) x + L, (0 ≦ x ≦ 1) as the compression function. Since this function is linear, it is easy to calculate. However, as shown in FIG. 11, since the luminance difference between the original image is large in the small range and the large range of x, the color difference in the uniform color space in the small range of x is different depending on the third power that is human visual characteristics. Has the disadvantage of becoming larger.

[例2]
図12に、圧縮関数として
f(x)=L,(0≦x≦1)
f(x)=x,(L≦x≦H)
f(x)=H,(H≦x≦L)
を用いた圧縮前後の値を示す。本関数は均等色空間色差が最も小さい特徴がある。ただし、xがL以下の範囲とH以上の範囲では元画像で表現されていた濃淡が「つぶれ」てしまう問題がある。
[Example 2]
In FIG. 12, as a compression function, f (x) = L, (0 ≦ x ≦ 1)
f (x) = x, (L ≦ x ≦ H)
f (x) = H, (H ≦ x ≦ L)
The values before and after compression using are shown. This function has the smallest uniform color space color difference. However, in the range where x is L or less and the range is H or more, there is a problem that the shading expressed in the original image is “crushed”.

[例3]
図13に、圧縮関数として式(2)のf(x)を用いた圧縮前後の値を示す。本関数はaによって種々の性質を示す。ある画像に対し、aを変えて均等色空間色差の画像全体の積分値をプロットしたものが図14である。この画像ではa=1.1付近が色差積分を最小にする。同じ画像に対し、局所圧縮率をプロットしたものが図15である。局所圧縮率の変動が少ないのはa=0.5付近である。均等色空間色差と局所圧縮率を両立させるためには、均等色空間色差の画像全体に対する積分値Eと、局所圧縮率の画像全体での標準偏差値Dとの線形結合0.5E+0.5Dが最小になるaを選ぶ。色差と局所圧縮率のどちらを重視するかにより、線形結合の係数を変える。
[Example 3]
FIG. 13 shows values before and after compression using f (x) in Expression (2) as the compression function. This function shows various properties depending on a. FIG. 14 is a plot of the integral value of the entire image of the uniform color space color difference with a being changed for an image. In this image, the vicinity of a = 1.1 minimizes the color difference integration. FIG. 15 is a plot of local compression rates for the same image. The fluctuation of the local compression rate is small near a = 0.5. In order to make the uniform color space color difference and the local compression ratio compatible, the linear combination 0.5E + 0.5D of the integral value E for the entire image of the uniform color space color difference and the standard deviation value D for the entire image of the local compression ratio is Choose the a that minimizes. The coefficient of the linear combination is changed depending on whether the color difference or the local compression rate is important.

<システム例>
図16に、本発明による画像圧縮方法および電子透かし埋め込み方法の一実施形態の具体的システム例を示す。これは、出力装置としてプリンタを、入力装置として携帯電話機内蔵カメラを用いた例である。図1に示した色票をプリンタ702で印刷し、印刷結果703を携帯電話機内蔵カメラ704で撮影する。この撮影画像(色票画像)とオリジナルの色票データ701をパソコン(PC)に入力する。PCでは、撮影画像の円環状帯部の輝度最小値位置と最大値位置を求め、対応するオリジナルデータ位置から表現可能最小輝度lと最大輝度hを求める(705)。携帯電話機に計算機能がある場合はPCでなく、直接携帯電話機でlとhを求めても良い。次に、PCでは、輝度変調電子透かしの既知輝度変調最大強度±mから、輝度圧縮の目標最小輝度L,最大輝度HをL=l+m,H=h−mにより定める(706、707)。次に、本実施形態では、圧縮関数を先の式(2)のf(x)と定め、元画像710に対して、例えば、a=0.1から2.0まで変化させて輝度圧縮をかける(708)。そして、圧縮後の画像から、例えば、均等色空間色差の画像全体に対する積分値Eと、局所圧縮率の画像全体での標準偏差値Dとの線形結合0.5E+0.5Dを求め、それを最小にするaの値を求める(709)。次に、求めたaの代入された式(2)のf(x)を用いて、改めて元画像710を輝度圧縮し(711)、得られた画像に電子透かしを埋め込む(712)。結果として輝度範囲がL〜Hに押えられた電子透かし埋め込み済画像713が得られる。この画像をプリンタで印刷し、印刷結果を携帯電話機内蔵カメラで撮影してもツブレは生じず、電子透かしを適切に読み出すことができる。なお、最適のf(x)は、先の図6〜図9の実施例を適用して決定しても良いことは云うまでもない。
<System example>
FIG. 16 shows a specific system example of an embodiment of an image compression method and a digital watermark embedding method according to the present invention. In this example, a printer is used as an output device, and a camera with a built-in mobile phone is used as an input device. The color chart shown in FIG. 1 is printed by the printer 702, and the print result 703 is photographed by the camera 704 built in the mobile phone. This photographed image (color chart image) and original color chart data 701 are input to a personal computer (PC). In the PC, the minimum luminance position and the maximum luminance position of the annular band of the photographed image are obtained, and the expressible minimum luminance l and maximum luminance h are obtained from the corresponding original data position (705). If the mobile phone has a calculation function, l and h may be obtained directly from the mobile phone instead of the PC. Next, in the PC, the target minimum luminance L and the maximum luminance H for luminance compression are determined by L = 1 + m and H = hm from the known luminance modulation maximum intensity ± m of the luminance modulation digital watermark (706, 707). Next, in the present embodiment, the compression function is defined as f (x) in the previous equation (2), and luminance compression is performed on the original image 710 by changing, for example, from a = 0.1 to 2.0. (708). Then, for example, a linear combination 0.5E + 0.5D of an integral value E with respect to the entire image of the uniform color space color difference and a standard deviation value D with respect to the entire image of the local compression rate is obtained from the compressed image, and this is minimized. The value of a is determined (709). Next, the original image 710 is again subjected to luminance compression (711) using f (x) of the expression (2) into which the obtained a is substituted, and a digital watermark is embedded in the obtained image (712). As a result, a digital watermark embedded image 713 having a luminance range of L to H is obtained. Even if this image is printed by a printer and the print result is taken by a camera with a built-in mobile phone, no blur occurs and the digital watermark can be read out appropriately. Needless to say, the optimum f (x) may be determined by applying the embodiments shown in FIGS.

なお、図4〜図9で示した処理手順をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータに実行させることができることは言うまでもない。また、コンピュータにその処理手順を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えば、FD、MO、ROM、メモリカード、CD、DVD、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、提供したりすることができるとともに、インターネット等のネットワークを通してそのプログラムを配布したりすることが可能である。   Needless to say, the processing procedures shown in FIGS. 4 to 9 can be configured by a computer program, and the program can be executed by the computer. In addition, a program for causing a computer to execute the processing procedure may be recorded and stored on a recording medium readable by the computer, for example, FD, MO, ROM, memory card, CD, DVD, removable disk, etc. Can be provided, and the program can be distributed through a network such as the Internet.

本発明に用いる色票を示す図。The figure which shows the color chart used for this invention. アナログ変換による輝度変換を示す図。The figure which shows the luminance conversion by analog conversion. 圧縮関数f(x)の条件を説明する図。The figure explaining the conditions of compression function f (x). 本発明による画像圧縮および電子透かし埋め込みの全体的処理フローチャート。3 is an overall processing flowchart of image compression and digital watermark embedding according to the present invention. アナログ変換特性測定の一実施例の処理フローチャート。The processing flowchart of one Example of an analog conversion characteristic measurement. 最適の圧縮関数f(x)を求める第1の実施例の処理フローチャート。The processing flowchart of the 1st Example which calculates | requires the optimal compression function f (x). 最適の圧縮関数f(x)を求める第2の実施例の処理フローチャート。The processing flowchart of the 2nd Example which calculates | requires the optimal compression function f (x). 最適の圧縮関数f(x)を求める第3の実施例の処理フローチャート。The process flowchart of the 3rd Example which calculates | requires the optimal compression function f (x). 最適の圧縮関数f(x)を求める第4の実施例の処理フローチャート。The processing flowchart of a 4th Example which calculates | requires the optimal compression function f (x). リニア圧縮関数を示すグラフ。The graph which shows a linear compression function. リニア圧縮関数の均等色空間色差を示す図。The figure which shows the uniform color space color difference of a linear compression function. 均等色空間色差最小関数を示すグラフ。The graph which shows the uniform color space minimum color difference function. ノンリニア圧縮の例を示す図。The figure which shows the example of non-linear compression. 均等色空間色差積分値の変化を示す図。The figure which shows the change of a uniform color space color difference integrated value. 局所圧縮率を示すグラフ。The graph which shows a local compression rate. 本発明に電子透かし埋め込みシステムの一実施形態を示す図。1 is a diagram showing an embodiment of a digital watermark embedding system according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 色票
S110 アナログ変換特性測定
S120 輝度最小値/最大値の確定
S130 最適の圧縮関数計算
S140 元画像圧縮
S150電子透かし埋め込み
10 Color chart S110 Analog conversion characteristic measurement S120 Determination of minimum / maximum brightness S130 Calculation of optimal compression function S140 Original image compression S150 Digital watermark embedding

Claims (7)

電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法であって、
輝度がデジタル的表現可能な最小値から最大値まで徐々に円周方向に変化する円環状の帯を配し、かつ背景が中間調の灰色である色票を出力装置で出力し、前記出力された色票画像を入力装置でキャップチャしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータ上の輝度の最小値と最大値を取得して、前記出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能な最小輝度lと最大輝度hを求めるステップと、
電子透かしの輝度変調最大強度を±mとして、電子透かし埋め込みを考慮した圧縮後の画像輝度の最小値L=l+m,最大値H=h−mを求めるステップと、
以下の条件
Figure 0003985903
ただし、xmin元画像の輝度最小値
max元画像の輝度最大値
を満たす圧縮関数f(x)を
Figure 0003985903
とし、aの値を所定の範囲で順次変化させて元画像の輝度を圧縮した画像を得、元画像と圧縮後画像の同一位置画素2点の輝度差の画像全体に対する積分値が最小となるaの値を選択するステップと、
前記選択されたaの値を代入した前記式(2)の圧縮関数f(x)を用いて前記元画像を輝度圧縮して、輝度分布をLとHの間に押えた圧縮画像を得るステップと、
を有することを特徴とする画像圧縮方法。
An image compression method for embedding a digital watermark,
The output device outputs a color chart with a circular band in which the luminance gradually changes in the circumferential direction from the minimum value that can be digitally expressed to the maximum value , and the background is a gray of gray. Capturing the color chart image with the input device and converting it into digital data, obtaining the minimum and maximum luminance values on the digital data, and expressing it through both the output device and the input device Determining a minimum luminance l and a maximum luminance h;
Obtaining a minimum value L = l + m and a maximum value H = hm of the image luminance after compression in consideration of embedding of the digital watermark, with the luminance modulation maximum intensity of the digital watermark taken as ± m;
The following conditions
Figure 0003985903
Where x min is the minimum luminance of the original image
x max is the maximum luminance of the original image
A compression function f (x) that satisfies
Figure 0003985903
Then, an image obtained by compressing the brightness of the original image by sequentially changing the value of a within a predetermined range is obtained, and the integral value for the entire image of the brightness difference between two pixels at the same position in the original image and the compressed image is minimized. selecting a value of a;
A step of obtaining a compressed image in which the luminance distribution is pressed between L and H by performing luminance compression on the original image using the compression function f (x) of the equation (2) into which the value of the selected a is substituted. When,
An image compression method characterized by comprising:
請求項1に記載の画像圧縮方法において、The image compression method according to claim 1,
元画像と圧縮後画像の前記輝度差として、元画像と圧縮後画像の輝度を1/3乗した値の差分を用いることを特徴とする画像圧縮方法。An image compression method characterized by using a difference between values obtained by raising the luminance of the original image and the compressed image to the 1/3 power as the luminance difference between the original image and the compressed image.
電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法であって、An image compression method for embedding a digital watermark,
輝度がデジタル的表現可能な最小値から最大値まで徐々に円周方向に変化する円環状の帯を配し、かつ背景が中間調の灰色である色票を出力装置で出力し、前記出力された色票画像を入力装置でキャップチャしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータ上の輝度の最小値と最大値を取得して、前記出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能な最小輝度lと最大輝度hを求めるステップと、The output device outputs a color chart with a circular band in which the luminance gradually changes in the circumferential direction from the minimum value that can be digitally expressed to the maximum value, and the background is a gray of gray. Capturing the color chart image with the input device and converting it into digital data, obtaining the minimum and maximum luminance values on the digital data, and expressing it through both the output device and the input device Determining a minimum luminance l and a maximum luminance h;
電子透かしの輝度変調最大強度を±mとして、電子透かし埋め込みを考慮した圧縮後の画像輝度の最小値L=l+m,最大値H=h−mを求めるステップと、Obtaining a minimum value L = l + m and a maximum value H = hm of the image luminance after compression in consideration of embedding of the digital watermark, with the luminance modulation maximum intensity of the digital watermark taken as ± m;
以下の条件The following conditions
Figure 0003985903
Figure 0003985903
ただし、xWhere x minmin は元画像の輝度最小値Is the minimum brightness of the original image
x maxmax は元画像の輝度最大値Is the maximum brightness of the original image
を満たす圧縮関数f(x)をA compression function f (x) that satisfies
Figure 0003985903
Figure 0003985903
とし、aの値を所定の範囲で順次変化させて元画像の輝度を圧縮した画像を得、元画像の任意2点間の輝度差Δxと、圧縮後画像の対応する2点間の輝度差ΔxTo obtain an image in which the luminance of the original image is compressed by sequentially changing the value of a within a predetermined range, and the luminance difference Δx between any two points of the original image and the luminance difference between two corresponding points of the compressed image Δx c の比ΔxRatio Δx c /Δxの画像内での変動を表わす標準偏差値が最小となるaの値を選択するステップと、Selecting a value of a that minimizes the standard deviation value representing the variation in the image of / Δx;
前記選択されたaの値を代入した前記式(2)の圧縮関数f(x)を用いて前記元画像を輝度圧縮して、輝度分布をLとHの間に押えた圧縮画像を得るステップと、A step of obtaining a compressed image in which the luminance distribution is pressed between L and H by performing luminance compression on the original image using the compression function f (x) of the equation (2) into which the value of the selected a is substituted. When,
を有することを特徴とする画像圧縮方法。An image compression method characterized by comprising:
電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法であって、An image compression method for embedding a digital watermark,
輝度がデジタル的表現可能な最小値から最大値まで徐々に円周方向に変化する円環状の帯を配し、かつ背景が中間調の灰色である色票を出力装置で出力し、前記出力された色票画像を入力装置でキャップチャしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータ上の輝度の最小値と最大値を取得して、前記出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能な最小輝度lと最大輝度hを求めるステップと、The output device outputs a color chart with a circular band in which the luminance gradually changes in the circumferential direction from the minimum value that can be digitally expressed to the maximum value, and the background is a gray of gray. Capturing the color chart image with the input device and converting it into digital data, obtaining the minimum and maximum luminance values on the digital data, and expressing it through both the output device and the input device Determining a minimum luminance l and a maximum luminance h;
電子透かしの輝度変調最大強度を±mとして、電子透かし埋め込みを考慮した圧縮後の画像輝度の最小値L=l+m,最大値H=h−mを求めるステップと、Obtaining a minimum value L = l + m and a maximum value H = hm of the image luminance after compression in consideration of embedding of the digital watermark, with the luminance modulation maximum intensity of the digital watermark taken as ± m;
以下の条件The following conditions
Figure 0003985903
Figure 0003985903
ただし、xWhere x minmin は元画像の輝度最小値Is the minimum brightness of the original image
x maxmax は元画像の輝度最大値Is the maximum brightness of the original image
を満たす圧縮関数f(x)をA compression function f (x) that satisfies
Figure 0003985903
Figure 0003985903
とし、aの値を所定の範囲で順次変化させて元画像の輝度を圧縮した画像を得、元画像と圧縮後画像の同一位置画素2点間の輝度差eの画像全体に対する積分値Eと、元画像の任意2点間の輝度差Δxと圧縮後画像の対応する2点間の輝度差ΔxAnd an integral value E for the entire image of the luminance difference e between the two pixels at the same position in the original image and the compressed image is obtained by sequentially changing the value of a within a predetermined range and compressing the luminance of the original image. The luminance difference Δx between any two points in the original image and the luminance difference Δx between two corresponding points in the compressed image c の比ΔxRatio Δx c /Δxの変動を表す標準偏差値Dとの任意係数の線形結合が最小となるaの値を選択するステップと、Selecting the value of a that minimizes the linear combination of arbitrary coefficients with the standard deviation value D representing the variation of / Δx;
前記選択されたaの値を代入した前記式(2)の圧縮関数f(x)を用いて前記元画像を輝度圧縮して、輝度分布をLとHの間に押えた圧縮画像を得るステップと、A step of obtaining a compressed image in which the luminance distribution is pressed between L and H by performing luminance compression on the original image using the compression function f (x) of the equation (2) into which the value of the selected a is substituted. When,
を有することを特徴とする画像圧縮方法。An image compression method characterized by comprising:
画像の画素に微小輝度変調を加えることにより情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法において、In a digital watermark embedding method for embedding information by applying minute luminance modulation to pixels of an image,
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の画像圧縮方法で元画像の圧縮を行い、圧縮後の画像に対して輝度変調を用いて電子透かしを埋め込むことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。5. An electronic watermark embedding comprising: compressing an original image using the image compression method according to claim 1; and embedding an electronic watermark using luminance modulation in the compressed image. Method.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の画像圧縮方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。The program for making a computer perform the image compression method of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載の電子透かし埋め込み方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。A program for causing a computer to execute the digital watermark embedding method according to claim 5.
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