JP4187726B2

JP4187726B2 - 透かし埋め込み装置およびプログラム

Info

Publication number: JP4187726B2
Application number: JP2005096211A
Authority: JP
Inventors: 亜輝臣国狭
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006279575A

Description

本発明は、電子透かし技術に関し、特に画像に電子透かしを埋め込む透かし埋め込み装置およびプログラムに関する。

ブロードバンドネットワークでは通信帯域が格段に広がり、音声、静止画、動画などデータ量の大きいコンテンツの配信が可能となった。デジタルコンテンツの流通が盛んになるにつれ、コンテンツの著作権の保護がより一層求められている。

ネットワーク上に流通するコンテンツのデータは他人に容易にコピーされ、著作権に対する保護が十分ではないのが現状である。そこで著作権を保護するために、コンテンツの作成者や利用者の情報を電子透かしとしてコンテンツデータに埋め込む技術が開発されている。この電子透かし技術を用いることにより、ネットワーク上で流通するコンテンツデータから電子透かしを抽出して、不正利用を検出したり、不正コピーの流通経路を追跡することが可能となる。

また、電子透かしが埋め込まれたデジタル画像を印刷媒体に印刷し、印刷された画像をデジタルカメラ、スキャナ、携帯電話に付属のＣＣＤカメラなどで撮影し、埋め込まれた電子透かしを抽出して利用するシステムがある。また、著作物、有価証券等の不正コピーを防止するために、複写機やプリンタで画像を印刷する際に、著作権情報や機器の識別番号等を電子透かしとして埋め込んで印刷することも行われる。

コンテンツデータは、流通過程や利用過程で、幾何学的な変換を受けることがある。たとえば、大きなサイズの画像を扱うことができない携帯端末では、画像を縮小してから利用する。また、印刷媒体上の画像を撮影した透かしを抽出するシステムにおいても、カメラの解像度が低い場合は、解像度の低い画像に変換される。また、ビデオストリームの配信では、ネットワークの帯域に合わせて、トランスコーディングが行われることがあり、その場合も、画像が縮小されることがある。

電子透かしは、こういった画像の幾何学的な変換に対する耐性が要求される。また、印刷された透かし画像を撮影する場合は、撮影画像にはレンズ歪みが生じるため、電子透かしはレンズ歪みに対しても耐性が求められる。

幾何学変換に対する透かしの耐性を向上するためにいろいろな電子透かし技術が提案されている。たとえば、非特許文献１には、対数極座標変換と離散フーリエ変換を組み合わせることにより、回転、スケーリング、および平行移動に関して不変な透かしを提供することのできる電子透かし技術が提案されている。
C. Lin, M.Wu, J. A. Bloom, I.J. Cox, M.L.Miller and Y.M. Lui,"Rotation, Scale, and Translation Resilient Watermarking for Images", IEEE Transactions on Image Processing, Vol.10, No. 5, pp.767-782, May 2001.

非特許文献１の方法では、透かし埋め込み時および透かし抽出時に直交座標系から対数極座標系への変換もしくはその逆変換の処理をする必要があり、処理時間がかかるという問題があった。このような複雑な計算処理が必要な方法は、携帯端末のようなＣＰＵ性能が低い機器には実装することが困難である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたもので、その目的は、画像の変換に対して耐性のある電子透かしを埋め込むことのできる電子透かし埋め込み技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の透かし埋め込み装置は、透かしの埋め込み対象の原画像を透かし抽出時の画像読み込みサイズに縮小して縮小画像を生成する画像縮小部と、縮小画像に透かしを埋め込む場合の透かし強度を計算する透かし強度計算部と、計算された透かし強度をもたせた透かしを原画像のサイズに拡大して拡大透かしを生成する透かし拡大部と、拡大透かしを原画像に埋め込む透かし埋め込み部とを含む。

「透かし抽出時の画像読み込みサイズ」とは、透かし抽出の対象となる画像のサイズであり、たとえば、透かし抽出の対象画像は、印刷された透かし画像を撮影した画像、伝送された動画像ストリームのフレーム画像などである。印刷された透かし画像のサイズは、元のデジタル画像のサイズとは一般に異なる。撮影された画像の場合、カメラの解像度により、画像サイズが原画像と異なる。動画像のストリームは、トランスコーディングによりサイズが変換されていることがある。

本発明の別の態様もまた、透かし埋め込み装置である。この装置は、透かしの埋め込み対象の原画像に対して、透かし抽出の際に行われる撮影による歪みをあらかじめ加える歪み生成部と、歪みが加えられた原画像に透かしを埋め込む場合の透かし強度を計算する透かし強度計算部と、計算された透かし強度をもたせた透かしに対して、歪みを補正する処理を加える歪み補正部と、歪みの補正処理が加えられた透かしを原画像に埋め込む透かし埋め込み部とを含む。

本発明のさらに別の態様もまた、透かし埋め込み装置である。この装置は、透かしの埋め込み対象の原画像を透かし抽出時の画像読み込みサイズに縮小して縮小画像を生成する画像縮小部と、縮小画像に対して、透かし抽出の際に行われる撮影による歪みをあらかじめ加える歪み生成部と、歪みが加えられた縮小画像に透かしを埋め込む場合の透かし強度を計算する透かし強度計算部と、計算された透かし強度をもたせた透かしに対して、歪みを補正する処理を加える歪み補正部と、歪みの補正処理が加えられた透かしを原画像のサイズに拡大して拡大透かしを生成する透かし拡大部と、拡大透かしを原画像に埋め込む透かし埋め込み部とを含む。

本発明のさらに別の態様は、透かし画像のデータ構造である。この透かし画像のデータ構造は、原画像に透かしが埋め込まれてなる透かし画像のデータ構造であって、原画像を透かし抽出時の画像読み込みサイズに縮小した縮小画像に対して透かし強度が計算された透かしが、原画像のサイズに拡大された上で原画像に埋め込まれてなる。

本発明のさらに別の態様もまた、透かし画像のデータ構造である。この透かし画像のデータ構造は、原画像に透かしが埋め込まれてなる透かし画像のデータ構造であって、原画像に対して、透かし抽出の際に行われる撮影による歪みをあらかじめ加えて得られる歪み画像に対して透かし強度が計算された透かしが、歪みを補正する処理を加えれた上で原画像に埋め込まれてなる。

本発明のさらに別の態様は、透かし埋め込み方法である。この方法は、透かしの埋め込み対象の原画像を透かし抽出時の画像読み込みサイズに縮小した縮小画像を生成し、縮小画像に透かしを埋め込む場合の透かし強度を求め、その透かし強度をもたせた透かしを原画像のサイズに拡大した上で原画像に埋め込む。

本発明のさらに別の態様もまた、透かし埋め込み方法である。この方法は、透かしの埋め込み対象の原画像に対して透かし抽出の際に行われる撮影による歪みをあらかじめ加えて歪み画像を生成し、歪み画像に透かしを埋め込む場合の透かし強度を求め、その透かし強度をもたせた透かしに歪みを補正する処理を加えた上でその透かしを原画像に埋め込む。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、透かし画像が変換されても透かしを高い精度で検出することができる。

まず、本発明の前提となる一般的な電子透かしシステムの構成を説明した上で、実施の形態に係る電子透かしシステムの構成を説明する。

一般的な電子透かしシステムは、図１の透かし埋め込み装置３００と、図２（ａ）、（ｂ）の透かし抽出装置４００、４０２とを含む。透かし埋め込み装置３００により生成された透かし画像は、デジタル画像としてネットワーク上で伝送されたり、紙面などの媒体に印刷されるなどして利用される。透かし抽出装置４００、４０２では、透かし画像からの透かしの抽出を試みる。

図１は、一般的な透かし埋め込み装置３００の構成図である。透かし埋め込み装置３００は、入力された原画像ｃに透かしを埋め込み、透かし画像ｃ_ｗを出力する。

周波数領域変換部２０は、原画像ｃを空間周波数領域に変換し、原画像の変換係数Ｃを求め、求めた変換係数Ｃを透かし強度計算部３０に与える。

透かし強度計算部３０は、空間周波数領域において、原画像の変換係数Ｃに透かしを埋め込む場合の透かしの強度を計算する。透かし強度計算部３０は、計算した埋め込み強度をもたせた透かしＷを空間周波数領域において生成し、空間領域変換部４０に与える。

空間領域変換部４０は、透かし強度計算部３０から与えられた２次元の空間周波数成分である透かしＷを空間領域に逆変換し、２次元直交座標系における透かしｗを求め、求めた透かしｗを透かし埋め込み部６０に供給する。

透かし埋め込み部６０は、空間領域変換部４０から与えられた透かしｗを原画像ｃに埋め込み、透かし画像ｃ_ｗを生成して、出力する。

図２（ａ）、（ｂ）は、一般的な透かし抽出装置４００、４０２の構成図である。

図２（ａ）の透かし抽出装置４００は、印刷媒体に印刷された透かし画像ｃ_ｗを撮影し、撮影された透かし画像ｃ_ｗから透かしｗ’を抽出して出力する。

レンズ歪み補正部２１０は、撮影された透かし画像ｃ_ｗに生じたレンズ歪みを補正して、規格化部２２０に出力する。規格化部２２０は、レンズ歪み補正された透かし画像ｃ_ｗを規格化し、規格化後の透かし画像ｃ_ｗ’を周波数領域変換部２４０に与える。

周波数領域変換部２４０は、規格化された透かし画像ｃ_ｗ’を空間周波数領域に変換し、規格化された透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ’を求め、透かし抽出部２５０に与える。

透かし抽出部２５０は、空間周波数領域において、規格化された透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ’から透かしｗ’を抽出して出力する。

印刷された透かし画像ｃ_ｗは、印刷時に縮小されているため、透かしが幾何学変換に対する耐性をもたないものであるなら、埋め込まれた透かしが壊れたり、失われたりする。そのため、透かし抽出部２５０が正しい透かしを抽出することが困難になる。

図２（ｂ）の透かし抽出装置４０２は、トランスコーディングのために、入力された透かし画像ｃ_ｗを縮小し、縮小された画像から透かしｗ’を抽出して出力する。

画像縮小部２３０は、入力された透かし画像ｃ_ｗを縮小し、縮小透かし画像ｃ_ｗ’を生成し、周波数領域変換部２４０に与える。周波数領域変換部２４０は、縮小透かし画像ｃ_ｗ’を空間周波数領域に変換し、縮小透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ’を求め、透かし抽出部２５０に与える。

透かし抽出部２５０は、空間周波数領域において、縮小透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ’から透かしｗ’を抽出して出力する。

透かし画像ｃ_ｗは、画像縮小部２３０によって縮小されるため、透かしが幾何学変換に対する耐性をもたないものであるなら、埋め込まれた透かしが壊れたり、失われたりし、透かし抽出部２５０が正しい透かしを抽出することは難しくなる。

通常、透かしを抽出する際、画像サイズを透かし埋め込み時の大きさに規格化した後に、透かし抽出アルゴリズムを適用して、透かしを抽出する。しかし、透かし画像が印刷媒体に印刷されるときは、印刷の時点で画像が縮小されている可能性がある。また、印刷物等から透かし画像を撮影する際、カメラの解像度が低いと、透かし解像度が高かったとしても、縮小された低解像度の透かし画像しか得ることができない。

また、携帯端末などのようにＣＰＵ性能が不足していたり、メモリ容量が少ない機器では、透かし画像を縮小して利用せざるをえない。また、ビデオのストリーム伝送では、動的に変化するインターネットの輻輳状態に応じて、トランスコーディングが行われ、画像サイズが縮小されることがある。

このように、透かし画像には何らかの幾何学的変換がなされることが多く、透かし画像から透かしを正しく抽出するのが困難である。本出願人はかかる課題に直面し、改良の余地があることを認識するに至った。

実施の形態１
図３は、実施の形態１に係る透かし埋め込み装置１００の構成図である。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた画像処理機能および電子透かし埋め込み機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

透かし埋め込み装置１００は、入力された原画像ｃに透かしを埋め込み、透かし画像ｃ_ｗ＊を出力する。透かし埋め込み装置１００は、透かし画像ｃ_ｗ＊が縮小されても透かしが正しく抽出されるように、透かしを画像の縮小に対する耐性をもたせた形にあらかじめ変換した上で原画像ｃに埋め込む。

透かし埋め込み装置１００は、透かし抽出時に透かし画像に対して施されるフィルタの情報を取得する。このフィルタ情報は、透かし画像を印刷機により縮小印刷するときの縮小率や補間パラメータ、撮影時の解像度、トランスコーディングのときの縮小率などの情報である。フィルタ情報は画像縮小部１０と透かし拡大部５０に与えられる。画像縮小部１０と透かし拡大部５０は、与えられたフィルタ情報から、透かし抽出の際の透かし画像の縮小率を取得する。

画像縮小部１０は、フィルタ情報から取得した透かし抽出時の縮小率にしたがって、入力された原画像ｃを縮小し、縮小原画像ｃ’を生成し、周波数領域変換部２０に与える。画像縮小部１０により、原画像ｃは、透かし抽出時の画像読み込みサイズに縮小される。

周波数領域変換部２０は、縮小原画像ｃ’を空間周波数領域に変換し、縮小原画像の変換係数Ｃ’を求め、求めた変換係数Ｃ’を透かし強度計算部３０に与える。周波数領域変換部２０によって、２次元の直交座標系で与えられる縮小原画像ｃ’は、２次元の空間周波数成分である変換係数Ｃ’に変換される。空間領域から空間周波数領域への変換は、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）などによりなされる。

透かし強度計算部３０は、空間周波数領域において、縮小原画像の変換係数Ｃ’に透かしを埋め込む場合の透かしの強度を求める。

透かしの埋め込みは、たとえば、ＨＶＳ（Human Visual System）を利用して行われる。人間の視覚の特性を利用し、人間に知覚されない領域に透かしを埋め込む。たとえば、空間周波数が高い領域は、透かしを埋め込んでも知覚され難いので、空間周波数が高い領域に透かしを埋め込む場合は、透かしの埋め込み量、すなわち透かしの強度を大きくすることができる。逆に空間周波数が低い領域は、透かしを埋め込むと知覚され易いので、空間周波数が低い領域に透かしを埋め込む場合は、透かしの強度を小さくする必要がある。

透かし強度計算部３０は、縮小原画像の変換係数Ｃ’に透かしを埋め込む場合、どれくらいの埋め込み量で埋め込むことができるかを調べ、透かしの抽出が十分な精度で行えるように適正な埋め込み量を定め、透かしの埋め込み強度を計算する。透かし強度計算部３０は、計算した埋め込み強度をもたせた透かしＷを空間周波数領域において生成し、空間領域変換部４０に与える。透かし強度計算部３０により生成される透かしＷは、縮小原画像の変換係数Ｃ’と同じく、２次元の空間周波数成分をもつ。

空間領域変換部４０は、透かし強度計算部３０から与えられた２次元の空間周波数成分である透かしＷを空間領域に逆変換し、２次元直交座標系における透かしｗを求め、求めた透かしｗを透かし埋め込み部６０に与える。空間周波数領域から空間領域への逆変換は、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）、逆離散ウェーブレット変換（ＩＤＷＴ）などによりなされる。

透かし拡大部５０は、フィルタ情報から取得した透かし抽出時の縮小率の逆数である拡大率にしたがって、空間領域の透かしｗを拡大し、拡大透かしｗ＊を生成し、透かし埋め込み部６０に与える。透かし拡大部５０により、透かしｗは、原画像ｃのサイズに拡大される。

透かし埋め込み部６０は、拡大透かしｗ＊を原画像ｃに埋め込み、透かし画像ｃ_ｗ＊を生成して、出力する。

図４は、実施の形態１に係る透かし埋め込み装置１００による透かし埋め込み手順を説明するフローチャートである。透かし埋め込み装置１００は、原画像ｃの入力を受け付け（Ｓ１０）、透かし抽出時のフィルタ情報を取得する（Ｓ１２）。

画像縮小部１０は、透かし抽出時のフィルタ情報にしたがって、原画像ｃを透かし抽出時の画像読み込みサイズに縮小した縮小画像ｃ’を生成する（Ｓ１４）。

周波数領域変換部２０は、縮小画像ｃ’を空間周波数領域に変換し、周波数変換係数Ｃ’を求める（Ｓ１６）。透かし強度計算部３０は、空間周波数領域において、縮小画像ｃ’の周波数変換係数Ｃ’に対して十分な耐性をもつ透かしの強度を計算し、計算された透かし強度をもつ空間周波数領域における透かしＷを生成する（Ｓ１８）。

空間領域変換部４０は、空間周波数領域における透かしＷを空間領域に逆変換することにより、空間領域の透かしｗを生成する（Ｓ２０）。

透かし拡大部５０は、透かし抽出時のフィルタ情報にしたがって、透かしｗを原画像のサイズに拡大した透かしｗ＊を生成する（Ｓ２２）。透かし埋め込み部６０は、拡大された透かしｗ＊を原画像ｃに埋め込む（Ｓ２４）。拡大された透かしｗ＊は、原画像ｃと同じサイズであるから、単に拡大された透かしｗ＊を原画像ｃに加算することで透かしの埋め込みが行われる。

透かし画像ｃ_ｗ＊においては、原画像ｃを透かし抽出時の画像読み込みサイズに縮小した縮小画像に対して十分な透かし強度が計算された透かしｗが、原画像ｃのサイズに拡大された上で原画像ｃに埋め込まれている。したがって、透かし画像ｃ_ｗ＊が透かし抽出時に縮小されても、透かしｗの強度は維持されるため、正しい透かしｗを抽出することができる。

画像縮小部１０および透かし拡大部５０に与えるフィルタ情報として、印刷機の特性や撮影時のカメラレンズの特性などを考慮した情報を適宜選択して与えることにより、状況に合った透かし画像を生成することができる。たとえば、印刷機では、一般に、非常に大きなデジタル画像を用意しておき、印刷時には縮小して印刷することにより、高画質の印刷画像を生成する。そのため、元のデジタル画像に埋め込まれた透かしは、縮小による影響を多大に受ける。そのため、あらかじめ縮小した画像において、十分な耐性のある透かしを生成しておかなければ、縮小された印刷画像からの透かし抽出はきわめて困難である。透かし埋め込み装置１００によれば、印刷機のフィルタ情報を取得して、印刷機による縮小印刷に耐える透かしを生成して原画像に埋め込むことができる。

次に、透かし埋め込み装置１００により生成された透かし画像ｃ_ｗ＊を取得して、透かしの抽出を行う透かし抽出装置２００、２０２の構成を説明する。

図５（ａ）、（ｂ）は、実施の形態１に係る透かし抽出装置２００、２０２の構成図である。これらの構成も、ＣＰＵ、メモリなどのハードウエア、画像処理機能および電子透かし抽出機能のあるソフトウエアの任意の組み合わせによっていろいろな形で実現することができる。

図５（ａ）の透かし抽出装置２００は、印刷媒体に印刷された透かし画像ｃ_ｗ＊を撮影し、撮影された透かし画像ｃ_ｗ＊から透かしｗを抽出して出力する。

レンズ歪み補正部２１０は、撮影された透かし画像ｃ_ｗ＊に生じたレンズ歪みを補正して、規格化部２２０に出力する。規格化部２２０は、レンズ歪み補正された透かし画像ｃ_ｗを規格化する。この規格化には、画像サイズの調整、透視歪みの補正などが含まれる。原画像の幅と高さが（Ｍ，Ｎ）であるとすると、撮影された画像のサイズは、（Ｍ／ｉ、Ｎ／ｊ）になる。ここで、ｉ，ｊは正の実数である。規格化部２２０は、透かし抽出のために、撮影画像を（Ｍ／ｍ，Ｎ／ｎ）のサイズに変換する。規格化部２２０は、規格化後の透かし画像ｃ_ｗ＊’を周波数領域変換部２４０に与える。

周波数領域変換部２４０は、規格化された透かし画像ｃ_ｗ＊’を空間周波数領域に変換し、規格化された透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ＊’を求め、透かし抽出部２５０に与える。

透かし抽出部２５０は、空間周波数領域において、規格化された透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ＊’から透かしｗを抽出して出力する。

印刷された透かし画像ｃ_ｗ＊は、印刷時に縮小などのフィルタリングの影響を受けている。図３の透かし埋め込み装置１００は、印刷時のフィルタ情報をあらかじめ取得して、原画像ｃを印刷時のフィルタリングに合わせて縮小し、縮小された画像に対して十分な耐性をもたせた透かしｗを原画像ｃのサイズに拡大した上で原画像ｃに埋め込んでいる。したがって、印刷された透かし画像ｃ_ｗ＊を撮影しても、透かしｗの強度は維持されているため、透かし抽出部２５０は、正しい透かしｗを抽出することができる。

図５（ｂ）の透かし抽出装置２０２は、トランスコーディングのために、入力された透かし画像ｃ_ｗ＊の縮小を行い、縮小された画像から透かしｗを抽出して出力する。

画像縮小部２３０は、入力されたサイズ（Ｍ／ｉ，Ｎ／ｊ）の透かし画像ｃ_ｗ＊を縮小し、サイズ（Ｍ／ｍ，Ｎ／ｎ）の縮小透かし画像ｃ_ｗ＊’を生成し、周波数領域変換部２４０に与える。ただし、ｉ＝１，２，３，…，Ｍ、ｊ＝１，２，３，…，Ｎである。周波数領域変換部２４０は、縮小透かし画像ｃ_ｗ＊’を空間周波数領域に変換し、縮小透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ＊’を求め、透かし抽出部２５０に与える。

透かし抽出部２５０は、空間周波数領域において、縮小透かし画像の変換係数Ｃ_ｗ＊’から透かしｗを抽出して出力する。

透かし画像ｃ_ｗ＊は、画像縮小部２３０によって幾何学的な変形を受ける。図３の透かし埋め込み装置１００は、画像縮小部２３０による縮小率をフィルタ情報としてあらかじめ取得しており、原画像ｃを透かし抽出時の縮小率で縮小する。そして、縮小画像に対して十分な透かし強度が計算された透かしｗを原画像ｃのサイズに拡大した上で原画像ｃに埋め込んでいる。したがって、透かし画像ｃ_ｗ＊が透かし抽出時に縮小されても、透かしｗの強度は維持されるため、透かし抽出部２５０は、正しい透かしｗを抽出することができる。

実施の形態２
図６は、実施の形態２に係る透かし埋め込み装置１００の構成図である。実施の形態１と共通する構成については同符号を付して、説明を適宜省略する。本実施の形態の透かし埋め込み装置１００は、透かし画像を撮影して透かし抽出する際に、透かし画像に生じる撮影による歪みをあらかじめ想定し、透かしの強度を調整して原画像ｃに埋め込む。

透かし埋め込み装置１００は、入力された原画像ｃに透かしを埋め込み、透かし画像ｃ_ｗ＊を出力する。透かし埋め込み装置１００は、透かし画像ｃ_ｗ＊が撮影により歪んでも透かしが正しく抽出されるように、透かしを撮影歪みに対する耐性をもたせた形にあらかじめ変換した上で原画像ｃに埋め込む。

レンズ歪み生成部７０は、原画像ｃに透かし抽出の際に行われる撮影によるレンズ歪みをあらかじめ加え、歪み画像ｃ_ｄを生成し、埋め込み領域指定部７２に与える。レンズ歪みについての情報は、撮影機器情報から取得される。

埋め込み領域指定部７２は、歪み画像ｃ_ｄにおいて透かしを埋め込む矩形領域を指定する。歪み画像ｃ_ｄは、レンズ歪みにより一般的には丸みをもった樽型の形状になるため、透かしの埋め込みのために、矩形領域を指定する必要がある。埋め込み領域指定部７２は、矩形領域として切り出された歪み画像ｃ_ｄを周波数領域変換部２０に与える。

周波数領域変換部２０は、矩形領域として切り出された歪み画像ｃ_ｄを空間周波数領域に変換し、歪み画像の変換係数Ｃ_ｄを求め、求めた変換係数Ｃ_ｄを透かし強度計算部３０に与える。

透かし強度計算部３０は、空間周波数領域において、歪み画像の変換係数Ｃ_ｄに透かしを埋め込む場合の透かしの強度を求める。透かし強度計算部３０は、計算した埋め込み強度をもたせた透かしＷを空間周波数領域において生成し、空間領域変換部４０に与える。

空間領域変換部４０は、透かし強度計算部３０から与えられた空間周波数成分である透かしＷを空間領域に逆変換し、空間領域における透かしｗを求め、求めた透かしｗを埋め込み領域合成部７４に与える。

埋め込み領域合成部７４は、透かしｗをレンズ歪みの生じた画像枠に合わせ込む処理を行う。埋め込み領域指定部７２により透かし埋め込み領域を歪み画像ｃ_ｄから切り出したことに対応して、透かしｗの埋め込み領域を歪み画像ｃ_ｄから切り出した領域に合わせ直す必要がある。埋め込み領域合成部７４は、元の切り出し領域に合わせ込まれた透かしｗをレンズ歪み補正部７６に与える。

レンズ歪み補正部７６は、歪み画像枠に合わせ込まれた空間領域の透かしｗに対して、レンズ歪みを補正する処理を施し、歪み補正された透かしｗ＊を生成し、透かし埋め込み部６０に与える。レンズ歪みの補正処理は、レンズ歪み生成部７０によるレンズ歪みの生成処理の逆変換である。

透かし埋め込み部６０は、歪み補正された透かしｗ＊を原画像ｃに埋め込み、透かし画像ｃ_ｗ＊を生成して、出力する。

図７は、実施の形態２に係る透かし埋め込み装置１００による透かし埋め込み手順を説明するフローチャートである。図８（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、透かし埋め込み手順を説明する。

透かし埋め込み装置１００は、原画像ｃの入力を受け付ける（Ｓ３０）。図８（ａ）は、入力された原画像ｃ（符号５００）を示す。原画像ｃは、幅がＭ画素、高さがＮ画素の矩形の画像である。

レンズ歪み生成部７０は、透かし抽出の際に行われる撮影によるレンズ歪みを原画像ｃに加え、歪み画像ｃ_ｄを生成する（Ｓ３２）。図８（ｂ）は、レンズ歪みの生じた歪み画像ｃ_ｄ（符号５１０）を示す。歪み画像ｃ_ｄは、丸みをもつ樽型の形状であり、撮影された画像サイズは、図８（ａ）の原画像ｃ（符号５００）のサイズとは異なっている。

埋め込み領域指定部７２は、歪み画像ｃ_ｄにおいて透かし埋め込み領域を指定する（Ｓ３４）。図８（ｃ）は、歪み画像ｃ_ｄ（符号５１０）において指定された透かし埋め込み領域（符号５２０）を示す。歪み画像ｃ_ｄのサイズは原画像ｃのサイズとは異なるため、透かし埋め込み領域のサイズは、一般に、幅が（Ｍ＋ａ）画素、高さが（Ｎ＋ｂ）画素となる。ただし、ａ、ｂは整数である。

周波数領域変換部２０は、歪み画像ｃ_ｄ内の透かし埋め込み領域を空間周波数領域に変換し、周波数変換係数Ｃ_ｄを求める（Ｓ３６）。透かし強度計算部３０は、空間周波数領域において、周波数変換係数Ｃ_ｄに対して十分な耐性をもつ透かしの強度を計算し、計算された透かし強度をもつ空間周波数領域における透かしＷを生成する（Ｓ３８）。

空間領域変換部４０は、空間周波数領域における透かしＷを空間領域に逆変換することにより、空間領域の透かしｗを生成する（Ｓ４０）。図８（ｄ）は、空間領域の透かしｗ（符号５２２）を示す。斜線により、幅（Ｍ＋ａ）画素、高さ（Ｎ＋ｂ）画素の領域に計算された強度の透かしが存在することを示す。

埋め込み領域合成部７４は、空間領域の透かしｗを歪み画像ｃ_ｄの画像枠に合わせ込む（Ｓ４２）。図８（ｅ）は、歪み画像ｃ_ｄの画像枠に合わせ込まれた空間領域の透かしｗを示す。透かしｗの埋め込み領域（符号５２２）が、歪み画像ｃ_ｄの画像枠（符号５１２）に合わせ込まれた状態（符号５３０）が示されている。ここで、歪み画像ｃ_ｄの画像枠（符号５１２）は、図８（ｂ）の歪み画像ｃ_ｄ（符号５１０）の画像枠であり、画像枠（符号５１２）内には、ゼロの情報をもたせているだけである。

透かしｗの埋め込み領域（符号５２２）の画像枠（符号５１２）への合わせ込みは、図８（ｃ）において、歪み画像ｃ_ｄ（符号５１０）から埋め込み領域（符号５２０）を切り出した位置に合わせる形で行われる。なお、合わせ込まれた透かしｗの領域（符号５３０）において、透かしｗの埋め込み領域（符号５２２）の外側で、この画像枠（符号５１２）の内側には、透かしは何ら埋め込まれていないから、画素情報としてはゼロであることに留意する。

レンズ歪み補正部７６は、歪み画像枠に合わせ込まれた空間領域の透かしｗのレンズ歪みを補正し、歪み補正された透かしｗ＊を生成する（Ｓ４４）。図８（ｆ）は、レンズ歪みの補正された透かしｗ＊を示す。図８（ｅ）の合わせ込み後の透かしの領域（符号５３０）が、レンズ歪み生成の逆変換を施されて、図８（ｆ）の矩形の透かしの領域（符号５３２）に変換される。この矩形の透かしの領域は、図８（ａ）の原画像ｃの大きさと同じであり、幅がＭ画素、高さがＮ画素である。

透かし埋め込み部６０は、レンズ歪みの補正された透かしｗ＊を原画像ｃに埋め込む（Ｓ４６）。レンズ歪みの補正された透かしｗ＊は、原画像ｃと同じサイズであるから、単にレンズ歪みの補正された透かしｗ＊を原画像ｃに加算することで透かしの埋め込みが行われる。

透かし画像ｃ_ｗ＊においては、原画像ｃに対して、透かし抽出の際に行われる撮影による歪みをあらかじめ加えた歪み画像に対して十分な耐性をもつ透かしｗが、歪みを補正された上で原画像ｃに埋め込まれている。したがって、透かし画像ｃ_ｗ＊が透かし抽出時に撮影による歪みを受けても、透かしｗの強度は維持されるため、正しい透かしｗを抽出することができる。さらに、透かし画像ｃ_ｗ＊を撮影して透かし抽出する際に、レンズ歪みの補正をしなくても透かしｗを抽出することができるという利点がある。

次に、透かし埋め込み装置１００により生成された透かし画像ｃ_ｗ＊を取得して、透かしの抽出を行う透かし抽出装置２００の構成を説明する。

図９は、実施の形態２に係る透かし抽出装置２００の構成図である。図５（ａ）に示した実施の形態１に係る透かし抽出装置２００とは違って、本実施の形態の透かし抽出装置２００は、レンズ歪み補正部２１０の構成を含まない。それ以外の構成は、実施の形態１の透かし抽出装置２００と同じであるから、説明を省略する。

透かし抽出装置２００は、印刷媒体に印刷された透かし画像ｃ_ｗ＊を撮影し、撮影された透かし画像ｃ_ｗ＊から透かしｗを抽出するものであるが、撮影により透かし画像ｃ_ｗ＊に生じる歪みの情報は、撮影機器情報としてあらかじめ図６の透かし埋め込み装置１００に与えられている。透かし埋め込み装置１００は、撮影によるレンズ歪みを想定して透かしを原画像に埋め込んでいるため、透かし抽出装置２００は、撮影された透かし画像ｃ_ｗ＊に生じたレンズ歪みを補正することなく、透かしの抽出を行うことができる。

規格化部２２０は、撮影された透かし画像ｃ_ｗをレンズ歪み補正することなく規格化し、規格化後の透かし画像ｃ_ｗ＊’を周波数領域変換部２４０に与える。

撮影された透かし画像ｃ_ｗ＊は、レンズ歪みによる変形を受ける。図６の透かし埋め込み装置１００は、レンズ歪みに関する情報をあらかじめ取得して、原画像ｃにレンズ歪みを生成し、レンズ歪みの生じた画像に対して十分な耐性をもたせた透かしｗを歪み補正した上で原画像ｃに埋め込んでいる。したがって、透かし画像ｃ_ｗ＊が透かし抽出時にレンズ歪みを受けても、透かしｗの強度は維持されるため、透かし抽出部２５０は、レンズ歪みを補正することなく、正しい透かしｗを抽出することができる。

特に、本実施の形態の透かしシステムは、携帯端末のように、ＣＰＵ性能やメモリ容量の面でレンズ歪み補正をするだけの計算能力が期待できない機器において、透かしを抽出する際に有効である。本実施の形態の透かし埋め込み装置１００により、あらかじめレンズ歪みを考慮した透かしの埋め込みを行うことにより、本実施の形態の透かし抽出装置２００を搭載した機器では、レンズ歪み補正の処理をすることなく、透かしを正しく抽出することができる。したがって、ＣＰＵ性能が低い、あるいはメモリ容量が少ない機器でも、透かしの利用が可能となる。

実施の形態３
図１０は、実施の形態３に係る透かし埋め込み装置１００の構成図である。本実施の形態の透かし埋め込み装置１００は、実施の形態２の構成に、実施の形態１の画像縮小部１０および透かし拡大部５０の構成を付加したものである。実施の形態１および２と共通する構成については同符号を付して、説明を適宜省略する。

透かし埋め込み装置１００は、入力された原画像ｃに透かしを埋め込み、透かし画像ｃ_ｗ＊を出力する。透かし埋め込み装置１００は、透かし抽出の際に、透かし画像ｃ_ｗ＊が印刷時の縮小の影響を受け、また、撮影することによりレンズ歪みが生じることがあっても、透かしが正しく抽出されるように、透かしを画像の縮小とレンズ歪みに対する耐性をもたせた形にあらかじめ変換した上で原画像ｃに埋め込む。

画像縮小部１０は、フィルタ情報から取得した透かし抽出時の縮小率にしたがって、入力された原画像ｃを縮小し、縮小原画像ｃ’を生成し、レンズ歪み生成部７０に与える。

レンズ歪み生成部７０は、縮小原画像ｃ’に透かし抽出の際に行われる撮影によるレンズ歪みをあらかじめ加え、縮小歪み画像ｃ_ｄ’を生成し、埋め込み領域指定部７２に与える。

埋め込み領域指定部７２は、縮小歪み画像ｃ_ｄ’において透かしを埋め込む矩形領域を指定し、矩形領域として切り出された縮小歪み画像ｃ_ｄ’を周波数領域変換部２０に与える。

周波数領域変換部２０は、矩形領域として切り出された縮小歪み画像ｃ_ｄ’を空間周波数領域に変換し、縮小歪み画像の変換係数Ｃ_ｄ’を求め、求めた変換係数Ｃ_ｄ’を透かし強度計算部３０に与える。

透かし強度計算部３０は、空間周波数領域において、縮小歪み画像の変換係数Ｃ_ｄ’に透かしを埋め込む場合の透かしの強度を求める。透かし強度計算部３０は、計算した埋め込み強度をもたせた透かしＷを空間周波数領域において生成し、空間領域変換部４０に与える。

埋め込み領域合成部７４は、透かしｗをレンズ歪みの生じた画像枠に合わせ込む処理を行い、元の切り出し領域に合わせ込まれた透かしｗをレンズ歪み補正部７６に与える。

レンズ歪み補正部７６は、歪み画像枠に合わせ込まれた空間領域の透かしｗに対して、レンズ歪みを補正する処理を施し、歪み補正された透かしｗを生成し、透かし拡大部５０に与える。

透かし拡大部５０は、フィルタ情報から取得した透かし抽出時の縮小率の逆数である拡大率にしたがって、歪み補正された空間領域の透かしｗを拡大し、歪み補正された拡大透かしｗ＊を生成し、透かし埋め込み部６０に与える。

透かし埋め込み部６０は、歪み補正された拡大透かしｗ＊を原画像ｃに埋め込み、透かし画像ｃ_ｗ＊を生成して、出力する。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記の説明では、透かし強度計算部３０は、透かしを空間周波数領域に変換した画像に埋め込んだ場合の透かし強度を求めたが、透かしを空間領域の画像に埋め込んだ場合の透かし強度を求めるようにしてもよい。空間領域で透かしを埋め込む場合、人物像の髪の毛の部分や細かいテクスチャ領域には、透かし強度を高めて埋め込むことができ、無地に近い領域では、透かしを埋め込まないか、透かし強度を低くする必要がある。透かし強度計算部３０は、空間領域の画像に透かしを埋め込む場合でも、ＨＶＳを利用して、どれくらいの埋め込み量で透かしを埋め込むことができるかを調べ、透かしの埋め込み強度を計算する。この方法によれば、空間領域で適正な強度をもつ透かしが得られ、周波数変換を伴わずに、求められた透かしを直接、原画像に埋め込むことができる。したがって、周波数領域変換部２０と空間領域変換部４０の構成は省くことができる。

一般的な透かし埋め込み装置の構成図である。一般的な透かし抽出装置の構成図である。実施の形態１に係る透かし埋め込み装置の構成図である。実施の形態１に係る透かし埋め込み装置による透かし埋め込み手順を説明するフローチャートである。実施の形態１に係る透かし抽出装置の構成図である。実施の形態２に係る透かし埋め込み装置の構成図である。実施の形態２に係る透かし埋め込み装置による透かし埋め込み手順を説明するフローチャートである。図７の透かし埋め込み手順を説明する図である。実施の形態２に係る透かし抽出装置の構成図である。実施の形態３に係る透かし埋め込み装置の構成図である。

符号の説明

１０画像縮小部、２０周波数領域変換部、３０透かし強度計算部、４０空間領域変換部、５０透かし拡大部、６０透かし埋め込み部、７０レンズ歪み生成部、７２埋め込み領域指定部、７４埋め込み領域合成部、７６レンズ歪み補正部、１００透かし埋め込み装置、２００、２０２透かし抽出装置、２１０レンズ歪み補正部、２２０規格化部、２３０画像縮小部、２４０周波数領域変換部、２５０透かし抽出部。

Claims

原画像に対して透かしを埋め込む透かし埋め込み装置であって、
前記原画像を撮影して得られる縮小画像において、所定の透かし強度を有する透かしを生成する透かし生成部と、
前記生成した透かしを前記原画像のサイズに拡大して拡大透かしを生成する透かし拡大部と、
前記拡大透かしを前記原画像に埋め込む透かし埋め込み部とを含むことを特徴とする透かし埋め込み装置。
原画像に対して透かしを埋め込む透かし埋め込み装置であって、
前記原画像を撮影して得られる縮小画像を空間周波数領域に変換する変換部と、
前記空間周波数領域に変換された縮小画像において、所定の透かし強度を有する透かしを前記空間周波数領域において生成する透かし生成部と、
前記空間周波数領域において生成した透かしを空間領域に逆変換して空間領域における透かしを生成する逆変換部と、
前記生成した空間領域における透かしを前記原画像のサイズに拡大して拡大透かしを生成する透かし拡大部と、
前記拡大透かしを前記原画像に埋め込む透かし埋め込み部とを含むことを特徴とする透かし埋め込み装置。
原画像に対して透かしを埋め込む透かし埋め込みプログラムであって、
前記原画像を撮影して得られる縮小画像において、所定の透かし強度を有する透かしを生成する透かし生成ステップと、
前記生成した透かしを前記原画像のサイズに拡大して拡大透かしを生成する透かし拡大ステップと、
前記拡大透かしを前記原画像に埋め込む透かし埋め込みステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。