JP4389942B2 - 二値画像用電子透かし方法 - Google Patents

Description

本発明は、任意の情報を二値画像に埋め込み、それを検出する、二値画像用の電子透かし技術に関係する。

二値画像用電子透かしとは、文書、表、地図などといった二値画像のデジタルデータに、改変が目立ちにくい箇所の画素の輝度値を反転させることで著作権IDなどの情報を埋め込み、二値画像の著作権を保護する技術である。

二値画像への情報埋め込み方法に対して実用面から以下の要求がある。

(1) 文字だけからなる文書に限らず一般の二値画像に適用可能。

(2) 大量の情報を埋め込まない限り、透かし挿入による改変が知覚されない。あるいは知覚できたとしても画像認知の妨害にならない。

(3) 拡大・縮小などの画像処理が施された場合や、印刷された紙からも、挿入された情報が正常に検出できる。

(4) 埋め込む情報量を調節可能。

文字だけからなる二値画像用電子透かしの技術として、文字間隔、行間を微妙に変更することで情報を秘匿する技術が知られている。例えば、非特許文献１を参照。

一般の二値画像に適用可能な従来技術として、透かし情報に対応する特殊なパターンを背景の白部分に直接書き込む方法が知られている。例えば、次の非特許文献２を参照。さらに、画像の平坦部より改変が目立ちにくい輪郭部分だけに微細な変更を施すことで透かし情報を挿入する、非特許文献３が知られている。

S. H. Low, N. F. Maxemchuk, J. Brassil and L. O'Gorman: ‘‘Document Marking and Identification Using Both Line and Word Shifting’’, INFOCOM Vol.2, pp.853-860 (1995). M. Bern, J. Breidenbach and D. Goldberg: ‘‘Trustworthy Paper Documents’’, LNCS 2137 pp.1-12 (2001). 小堀紀子、岩切宗利、松井甲子雄：「画素分布による2値漫画への電子透かしの一技術」、情報処理学会論文誌Vol.42, No.3, pp.596-598 (2001)。

非特許文献１の技術では文字の位置情報を変更するので、印刷した紙からも正しく情報が復元でき、要求(3)が満たされる。しかしこの技術は文字だけからなる二値画像にしか適用できないため、上記の要求(1)が満たされない。また、文字間隔などを微妙に変更することで画面のレイアウトが変わるため要求(2)が満たされず、さらに、画像中にある文字の個数で埋め込める透かし情報の量も変わってしまう。従って、この技術は(4)も満足しない。

非特許文献２の技術では、埋め込みたい情報に対応する特殊なパターンを背景に直接書き込むことで、印刷した紙からも正しく情報が検出できる。従って要求(3)が満足される。また、一般の二値画像に適用可能であるため、要求(1)も満足される。
しかし、この技術では、情報が背景に直接書き込まれるので、透かし埋め込みが容易に知覚でき、上記の要求(2)が満たされない。また、背景部の面積に応じて埋め込む情報量が変わってしまうため、要求(4)も満たされない。

非特許文献３の技術は一般の二値画像に適用可能であるため、要求(1)が満たされ、さらに、輪郭部分だけに改変を施すために、凹凸した輪郭成分を多く含むような画像に適用した場合には、要求(2)が満足される。また、この技術は、画像処理にある程度の耐性を有することが実証されているため、要求(3)を満たす。さらに、変更する画素の数を調節することで埋め込む情報量も調節できるため、要求(4)も満たす。

しかし非特許文献３の技術では、透かし埋め込みによって輪郭部分に凹凸が生じるために、その分画質が劣化してしまう。従って滑らかな輪郭成分しか含まないような画像に適用した場合には、輪郭に凹凸が生じることで、改変が画像認知の妨害となる場合が多々ある。このような画像の場合には要求(2)が満足されない。さらに、この技術では、画像中に輪郭部分が少ない場合、透かし情報を埋め込めない場合がある。

また、上記の要求(4)を満たすためには、例えば画像処理を施されても透かし情報が除去されないように、かつ、二値画像の輪郭部分の多さなどといった原画の構造に依存せず、予想される画像処理に応じて埋め込む情報量を調節できることが要求される。しかしこのような調整は、従来の二値画像用電子透かしすべてにおいて困難である。

以上の通り、従来の二値画像用電子透かし技術では、要求(1)〜(4)すべてを同時に満たすことができない。

本発明は、上記要求(1)〜(4)すべてを高い程度で満足する二値画像用電子透かし技術を提供する。

本発明は、輪郭部分にも、改変が目立ちやすい箇所とそうでない箇所とに分類されることを応用している。例えば、もともと凸凹がある輪郭部分には、多少の改変を施してもその改変が知覚されることはないが、もともと整った線分に対する改変は目立つ。

本発明は、改変の目立ちにくい箇所を選定して、その部分を積極的に改変することで、画質をできるだけ維持したまま、多くの情報を埋め込むことを可能にする。

具体的には、透かしを埋め込むために、まず、改変が最も目立ちにくい画素だけを選定して反転する。もし選定した反転個数が少なく、要求される透かし情報を埋め込むことができなかったら、次に目立ちにくい画素を追加して反転させていく。このような操作を繰り返すことで、従来技術と比べて画質をできるだけ維持したまま、より多くの情報を埋め込むことが可能とする。

また、輪郭部分のみを改変して情報を埋め込む従来技術では、画像中にある輪郭部分の量に応じて挿入情報量に限界があった。本発明は、輪郭部分だけの改変だけでは所望の情報量に達しなかった場合、輪郭部分だけではなく、背景部分にも情報を書き込むことにより、より多くの情報を埋め込むことを可能とする。

以上のように、本発明は、人間の視覚特性に基づいて改変の目立ちやすさ、優先順位を定義し、できるだけ高い順位の画素だけを反転させることで、画質をできるだけ維持したまま多くの情報を埋め込むことを特徴とする。

その結果、埋め込む情報量をより広い範囲で調節可能となり、要求(4)を満たすことが可能になる。

本発明は輪郭および背景部分を改変することから、文字だけではない一般の二値画像に適用可能である。従って、上記の要求(1)を満たす。また、できるだけ目立ちにくい箇所のみを選定して改変するために、埋め込み情報量に応じた最善の画質が維持され、要求(2),(4)が満たされる。また、本発明は輪郭部分のみを改変する非特許文献３に記載された技術を内包するため、この技術で実証された要求(3)も満足される。

本発明の実施に当たっては、人間の視覚特性に基づいて改変の目立ちやすさ、優先順位を定義しなければならない。

二値画像の改変の目立ちやすさに関しては、古くから認知科学の立場から多くの事実が解明されている。例えば、文献
淀川英司、東倉洋一、中根一成：「視聴覚の認知科学」、電子情報通信学会編pp.50-52 (1998)
によれば、人間の視覚は、二値画像を不規則部分や連続性などの要因に基づいて注視するとされている。このことから、透かし埋め込みによって背景にノイズが生じたり、連続した線分に切れ目が生じたりした場合、そのような改変は直ちに知覚され、画質劣化をまねくと考えられる。

また、文献
淀川英司、東倉洋一、中根一成：「視聴覚の認知科学」、電子情報通信学会編pp.9-13 (1998)
では、人間の目は、網膜に映った像の輪郭部分を、その方向にそって平滑化してから認識すると述べられている（方向選択性という）。従って、人間の目は輪郭のにじみや凹凸に敏感で、逆に、輪郭部分をその方向に平滑化するように改変を施した場合、そのような改変は人間の目に画質劣化を引き起こさないと考えられる。

また、認知心理学で実証されている人間の視覚特性として「ゲシュタルトの法則」が有名である。これは単純な図形はより単純になるようにまとめて知覚されるという心理学上の法則である。ゲシュタルトの法則に関しては、文献
淀川英司、東倉洋一、中根一成：「視聴覚の認知科学」、電子情報通信学会編pp.18-21 (1998)
を参照。

以上の人間の視覚特性に関する事実をもとにすれば、画像の乱れの目立ちやすさを次の順序で仮定できる。
(1) ノイズ状に画素が反転したことによる不規則な部分の発生
(2) 図形に切れ目ができるといった連結性の破れ
(3) 輪郭部分のにじみ、かすれ
また、ゲシュタントの法則から、(1),(2)の逆の
(1’) ノイズを取り除く
(2’) 図形の切れ目をふさぎ連結性をもたせる
といった改変は、画質向上のために積極的に行うべき改変であるといえる。すなわち、画素は、(1’),(2’)の操作および(3)の順で改変しやすいといえる。逆に、(1),(2)を引き起こすような改変は、画質の劣化をまねく、回避すべき改変であるといえる。

以上をまとめ、本発明では、図２に例示するような情報埋め込みのための改変方法について、改変の目立ちにくさを考慮した優先順位を以下のとおり定める。
(1) 背景部（すなわち、画像の平坦部）のノイズ（すなわち、孤立点）を取り除くように改変する (例えば、図2の画像201を画像202に改変)
(2) 図形の切れ目を塞ぐように改変する (例えば、図2の線分211を線分212に改変)
(3) 図形を所定の方向に沿って（たとえば、輪郭をその方向に沿って）平滑化するように改変する (例えば、図2の輪郭221を輪郭222に改変)
(4) 図形（たとえば、輪郭）を凹凸させるように改変する (例えば、図2の輪郭222を輪郭221に改変)
(5) 図形に切れ目が生じるように改変する (例えば、図2の線分212を線分211に改変)
(6) 背景部（すなわち、画像の平坦部）にノイズ（すなわち、孤立点）が生じるように改変する (例えば、図2の画像202を画像201に改変)。

優先順位が高い改変方法(1),(2)に基づいて透かしを埋め込むことで、透かし挿入後の画質を維持できるようになる。その結果、もし透かし情報量が多く、優先順位が高い改変方法だけでは反転させる画素個数が足りなかった場合には、改変方法(3),(4)も用いて反転画素数を増やせばよい。なお、改変方法(4)-(6)は、画質劣化を招く、できるだけ回避すべき改変方法となる。

視覚特性に基づいて改変の優先順位を設けたことによって、従来技術と比べて透かし埋め込みによる画質劣化が回避でき、さらに埋め込み情報量調整のための自由度も獲得できる。

また、本発明は、改変方法(1)-(6)に基づいて改変可能な画素を抽出し、その優先順位を設定する方法として、順位を判定したい画素の周辺3画素×3画素のブロックを取り出し、二値画像の局所的な特徴量である交差数を用いてそのブロックの2値パターンを高速に照合する方法を提供する。

以上の透かし情報の埋め込みに対応する透かし情報を検出する方法として、透かしを埋め込む前の原画像を用意しておき、それと比較することで、改変した画素を特定する方法がある。しかし、この方法では、原画を外部に保存しておかなければならないため、透かし技術の運用面から実用的ではない。従って、検出時に原画を必要としない技術が好ましい。

本発明は、透かし検出技術として、原画を用いずに検出を可能とする技術を提供する。そのために、図７に示すように、情報を以下の手順で埋め込む。

(1) 透かし情報に対応するビット列を2次元ブロック状に配置する（ブロック702参照）。

(2) 透かしを埋め込む画像と、上記2次元ブロックを上下左右に並べたものとを重ねあわせる。2次元ブロックを並べる際に上下左右一つおきにビット値を反転させた2次元ブロックを用いる。（画像704参照）。

(3) 画像中の画素の値と重なるビットの値が異なるとき、画素値を反転する。ただし、ビットの値が異なるすべての画素値を反転するのではなく、改変の優先順位に基づき、改変可能と判定された画素だけを反転する。

こうして埋め込まれた透かし情報は、次の手順で検出できる。

(1) 透かしが埋め込まれた画像を透かし情報に対応するブロックの大きさに分割する。

(2) 互いに隣り合うブロックの輝度値を正負反転させながら加算し、得られたブロックからビット列を読み取る（ステップ705参照）。

正負反転させながら加算することで、あらかじめ反転させながら埋め込んだ透かし情報が浮き上がる反面、原画の情報が消失するため、原画像を用いずに埋め込んだ情報を抽出することが可能となる。

本発明は、人間に改変が知覚されにくいパターンに優先順位を設ける優先順位設定ステップと、このようなパターンを見つけ出し改変可能な画素を抽出する改変画素抽出ステップと、抽出した画素の輝度値を反転させることで情報を埋め込む情報挿入ステップとを備えることを特徴とする、二値画像用電子透かし技術である。計算機上でその機能を持つプログラムを作成し実行すること、あるいは、これと同等な機能を持つハードウェアを作成することによって実現できる。

本発明によって、埋め込む情報の量に応じてできるだけ画質を維持するように透かし情報を挿入することが可能になる。

本発明の実施形態として、（A）で透かし埋め込み装置の概略を述べ、（B）で二値画像の局所的な特徴量である交差数を用いて改変可能画素に優先順位を設定する効率的な技術について説明する。（C）で改変可能画素を抽出する技術の詳細について述べる。（D）で本実施形態の応用例をあげる。

（A）透かし埋め込み装置の概略
透かし埋め込み装置101の概略構成を図１に示す。この装置は計算機上のプログラムをプロセッサが実行することもしくは同等の機能を持つハードウェアが動作することによって具現化される。

画像データ入力装置111が二値画像データ102を読み込む。同時に、透かし情報入力装置112が、透かし情報103を読み込む。

次に、透かし埋め込み装置101は、二値画像データ102を優先順位設定装置113に送る。この優先順位設定装置113は画像データ102を走査して、画像中各画素の改変の優先順位を設定する。

改変画素抽出装置114は、透かし情報103の情報量から改変すべき画素の個数を算出し、優先順位設定装置113にて設定された画素の優先順位を参照することで、画像データ101の中で改変可能となる画素を算出する。

透かし情報挿入装置115は、改変画素抽出装置114が算出した結果をもとに、改変可能と判定された画素を反転させることで、画像データ102に透かし情報103を挿入する。

透かし埋め込み装置101はこのデータを画像データ出力装置116に送り、透かし情報が埋め込まれた画像データを出力する。その結果、透かし入り二値画像データ104が作成される。

（B）改変可能画素に優先順位を効率的に設定する方法
図２に示すように、ノイズ散在した画像201のノイズを除去して画像202を得ることや、切断された線分211の切れ目をふさいで連結した線分212に変換することや、輪郭部分が乱れた画像221を、輪郭部分を滑らかにした画像222に平滑化することによって、画質が改善されたと認知されることが、前述のように明らかにされている。また、これらの逆操作は画質劣化を引き起こすことも実証されている。

このような視覚特性に基づいて、優先順位を伴う、画素の改変方法(1)〜(6)として具体的に定めた。

このような視覚特性に基づいて改変箇所を見つけ出すためには、例えば、改変を試みる画素の周りの局所的なブロックを取り出し、このブロック内の画素パターンによってブロックの中心にある画素の改変の可否及びその優先順位を判断する技術をとればよい。しかし、画素毎にこのようなパターンとのマッチングを行って改変可否を判断することは、計算量が多く実用的でない。

そこで、本実施例においては改変箇所を効率的に見つける方法として、局所的なブロックを3×3に限定して、二値画像の局所的な特徴量の一つである「交差数」、および3×3ブロック内の輝度値の総和から定量的に改変可否を決定する。なお、交差数に関する文献として次の文献が知られている。

横井茂樹、鳥脇純一郎、福村晃夫：「標本化された二値図形のトポロジカルな性質について」、電子通信学会論文誌 D Vol.56-D, No.11, pp.662-669 (1973)。

定量的に改変可否を決定する判断基準について説明するために、まず用語を定義する。

図３のブロック301のように、3×3ブロックに0から8までラベリングする。中心の0とラベリングされた画素が、改変可能性及び優先順位を算出する画素である。このとき、k=0,…,8について、f(k)を、k番目の画素が黒い場合1、そうでない場合0と定める。同様にg(k)を、k番目の画素が黒い場合0、そうでない場合1とする。

以上の定義のもと、交差数Cを、積f(k+1)g(k)のk=1,…,8までの和と定義する。ただしf(9)=f(1)とする。このように定義された交差数Cは、中心画素の周りをk=1からk=8まで反時計回りに一周したときに、画素の輝度値が白から黒に遷移する回数を与える。

さらに、中心画素のk=0を除くk=1からk=8までのf(k)の和をS、g(k)の和をTと定める。図４に、中心画素が黒い場合の3×3ブロックの具体例401,402をあげる。例えば、ブロック401は輝度値の和Ｓが3で交差数Cは1である。ブロック402はSが2でＣは2である。

ここで交差数Ｃは、ブロック内の画素の分布にだけに依存し、中心画素の輝度値や、ブロック内の黒画素の個数S、白画素の個数Tによらないことに着目する。従って、これらの量も使用することでブロック内に現れた輪郭の形状をさらに絞り込めるはずである。

例えば、交差数Cが1の場合、ブロック401のように、Ｓの値が小さく、かつ中心画素が黒であるとすると、ブロック内には白画素が多いため、黒い注目点が輪郭から突起している可能性が高い。このような画素は高い優先順位で改変可能である。逆に、Ｓの値が大きい場合には、ブロック内は黒画素が多いため、中心画素が輪郭内に埋没している可能性が高い。この場合、中心画素の改変は輪郭の乱れを招くため改変の優先順位は低くなる。またブロック402はC=2の例であるが、このとき中心の黒画素を白に反転させると、もともとつながっていた線分に切れ目が生じてしまう。従ってこのような改変は低い優先順位となる。

このように、交差数Cの値と輝度値の和S,Tおよび中心画素の画素値からブロックの形状の種類を限定でき、これらの値から注目点の改変可否およびその優先順位を導出できる。

前述の、課題を解決するための手段で与えた改変条件(1)-(6)と、3×3ブロック全パターン512種類とを照合することで、改変条件(1)-(6)はそれぞれ次に対応することが証明できる。

(1) C=3,4のとき中心画素を白に反転する
(2) C=0かつS=0のとき中心画素を白に反転する
(3) C=1かつ1≦S≦4のとき中心画素を白に反転する
(4) C=1かつ5≦S≦7のとき中心画素を白に反転する
(5) C=2のとき中心画素を白に反転する
(6) C=0かつS=8のとき中心画素を白に反転する
ただし、これらは中心画素が黒い場合に成立する。中心画素が白い場合は、SをTに変えて、全く同様の式が成立する。また、番号(1)-(6)は優先順位に対応している。番号が大きくなるほど改変の優先順位が低くなり、画質の劣化をひきおこす。

この技術に従い、全画像を一画素ずつ走査し、各画素について交差数C、および輝度値の総和S,Tを計算すれば、各画素の改変の可否及びその優先順位を効率的に計算することが可能となる。

（C）改変可能画素を抽出する詳細な方法
改変可能画素を抽出する具体的実施例を2つ、詳細に説明する。これらはいずれも図１の改変画素抽出装置114にて行われる処理であり、計算機上のプログラムをプロセッサが実行することもしくは同等の機能を持つハードウェアが動作することによって具現化される。

図５を用いて第一の改変可能画素抽出方法を説明する。

まず優先順位設定装置113が、各画素の優先順位を算出する。これには改変方法(1)〜(6)を直接用いてもよいし、先程述べた、交差数および周辺輝度の総和を用いたより効率的なアルゴリズムを採用してもよい。

次に改変画素抽出装置114は、得られた改変画素の集合を参照して、対応する原画像の輝度を反転させることで透かし情報を挿入する。

具体的には、ステップ501で改変限界順位Ｒを１に設定し、ステップ502において、改変画素抽出装置114は、Ｒよりも高い優先順位、すなわち改変の優先順位(1)の画素だけに改変を施して透かし情報を挿入する。

次に、ステップ503にて、改変画素抽出装置114は、作成した透かし挿入画像が所望の情報量に達したかどうかを判断する。もし所望の情報量に達したと判断した場合、改変画素抽出装置114は、透かし入り画像を出力して終了する。

達しなかった場合、改変画素抽出装置114は、ステップ504で変更した輝度値を元に戻し、ステップ505で改変の優先順位を下げるためにＲを１増やして、透かし情報挿入ステップ502をやりなおす。所望の情報量に達するまで、改変画素抽出装置114は、ステップ502,503,504,505を繰り返す。

ただし、もしRが最大値をとった場合、(B)であげた改変方法(6)を用いて透かしを埋め込むことになるが、このとき透かしが非常に目立ちやすくなる。これを回避するために、Rが最大値を取った場合、改変画素抽出装置114は、ステップ502にて、改変方法(6)によって改変可能と判断された画素から、予め設定した所定の反転確率になるようにランダムに選別して透かしを挿入する。ステップ503にて所望の情報量に達していないと判断された場合、この反転確率を上げながらステップ502をやりなおす。

以上の技術によって、求められる透かしの強度に応じて、画質をできるだけ維持するように、二値画像に透かし情報を挿入できる。

図６を用いて第二の改変可能画素抽出方法を説明する。これは図５の手順からステップ503,504,505を省略したものである。この処理は改変画素抽出装置114が実行する。

まず優先順位設定装置113は、各画素の優先順位を算出する。前と同様、改変方法(1)〜(6)を直接用いてもよいし、交差数を用いたより効率的なアルゴリズムを採用してもよい。

次に、ステップ601において、装置のユーザが改変限界順位Rを入力する。例えば、上述の改変方法(1)〜(6)のうち、段階的に適用を認める改変方法のうち、最低順位を改変限界順位R(１≦R≦６)として指定すればよい。

ステップ602において、改変画素抽出装置114は、入力されたR以下の優先順位を持つ画素を改変して情報を埋め込む。

ステップ601において、例えば画質を優先する場合には、ユーザはRを小さく指定し、できるだけ高い改変の優先順位を用いて改変するようにする。ただし、Ｒを小さくした結果、透かし情報の埋め込みに失敗する場合がある。また、印刷などの画質が劣化する処理によって、透かし情報が消失する場合もある。このような可能性をできるだけ排除して、透かしの耐性を優先する場合には、ユーザはRを大きくとり、同じ透かし情報を繰り返して大量に埋め込む。

なお、このような改変限界順位の入力には、ただ順位を指定するのではなく、ダイアログ611のように、例えば「画質優先」「印刷対応」などといったキーワードを用いるインターフェースを用いても良い。埋め込み情報量や透かしの耐性を調節することが困難だった従来の二値画像用電子透かし技術とは異なり、本実施例によれば、このような強度調整を行うインターフェースをもつ透かし埋め込み装置101を実現できる。

次に、具体的な情報の埋め込み方法として、検出時に原画を必要としない方法を、図７を用いて説明する。この処理は図１に記載された透かし情報挿入装置115によって実行される。

まず透かし情報挿入装置115は、透かし情報に対応するビット列701を、ビット値０，１をそれぞれ黒白として、2次元のブロック702に配置する。ここでブロック702の形状は、ビット列701ができるだけ隙間なく埋まるようにあらかじめ設定しておく。同時に、ブロック702のビット0,1を逆転させたブロック703を構築する。

次に透かし情報挿入装置115は、画像704に示すようにブロック702と703とが互いに隣り合うように並べて、透かし情報を埋め込む画像にこれらのブロックを重ねあわせる。

ここで、埋め込み対象画像中の画素が黒で、かつ重ねたブロック702もしくは703内の対応するビットが白のとき、その黒画素を白に反転させ、画像中の画素が白で、かつ重なるビットが黒のとき、その白画素を黒に反転させることで、情報挿入装置115は透かし情報を埋め込む。ただし、ビットの値に応じてすべての画素値を反転するのではなく、改変の優先順位に基づき、改変対象と判定された画素だけを反転する。

このように埋め込まれた透かし情報は、以下の手順により、原画を用いずに正しく検出することができる。検出装置は計算機上のプログラムをプロセッサが実行することもしくは同等の機能を持つハードウェアが動作することによって具現化される。

まず検出装置は、透かしが埋め込まれた画像を、704のように透かし情報に対応するブロック702, 703の大きさに分割する。

次に検出装置は、ステップ705で互いに隣り合うブロックの輝度値を正負反転させながら加算する。このように、正負反転させながら加算することで、あらかじめ反転させながら埋め込んだ透かし情報が浮き上がる反面、原画の情報が消失するため、原画像を用いずに埋め込んだ情報を抽出することが可能となる。

加算の結果ブロック706が得られる。検出装置はブロック706からビット列を読み取ることで、埋め込まれた情報701を原画と比較することなく検出できる。

検出装置について図８にまとめる。検出装置801は、透かし検出を試みる二値画像データ802を画像データ入力装置811にて読み込む。画像データ加算装置812は、ステップ705のように、互いに隣り合うブロックの輝度値を正負反転させながら加算する。デコード装置813は、加算して得られたブロック706を透かし情報に変換する。検出装置801は得られた情報を透かし情報検出装置814を経て、透かし情報701を出力する。

（D）応用例
図９をもとに、本実施形態の具体的な応用例をあげる。電子の世界で厳重に管理されている証明書などといった機密性の高い二値画像データも、一度紙に印刷されると簡単に外部に持ち出され、不正流出されてしまうおそれがあったが、本実施例によりそれを抑止することができる。

本応用例は透かし埋め込み装置101と印刷装置911を備えることを特徴とする。透かし埋め込み装置101は、印刷装置911に接続された、外部の計算機上においてプログラムをプロセッサが実行することにより、あるいは外部のハードウェア装置として、構成される。または、印刷装置911そのものにハードウェアとして内蔵されていてもよい。

いずれの場合でも、データは埋め込み装置101を経ることでのみ印刷装置911に送信され、直接印刷装置911に送られることはないとする。すなわち、印刷装置911は透かし入り画像のみ受信する装置である。これは計算機上で印刷データを送信するドライバを加工すること、もしくはハード的に耐タンパー処理を施すことで実装できる。

本応用例は以下の手順による。まず、二値画像データ901を印刷する際、透かし埋め込み装置101に対して、ユーザは透かし情報902を入力する。透かし情報902としてユーザを特定するユーザIDを用いる。ユーザIDを埋め込むことにより、印刷を指示したユーザに関する情報が印刷物そのものに付随する。

次に透かし埋め込み装置101は、上述の二値電子透かし方法で透かし情報902を二値画像データ901に埋め込み、印刷装置911に送信する。印刷装置911は、透かし情報902が埋め込まれた印刷物903を出力する。

なお、透かし埋め込みは、紙に印刷したときに埋め込んだ情報が消失しないように、画質よりも耐性を重視して改変限界順位を低くとり、改変する画素数を多めにとっておくことが望ましい。印刷物は電子データと比べて、簡単に外部に持ち出され、不正流出されてしまうというおそれがあるが、本応用例はこれを抑止することができる。

上記機密データが印刷された印刷物903が外部に不正に流出しているのが発見されたと仮定する。そのとき、発見者または調査者は、まず発見された印刷物904を印刷物読み込み装置912で読み取り、電子データに変換させる。これを図８で説明した透かし検出装置801に入力し、透かし検出装置801は透かし検出を試みる。その結果、あらかじめ透かし埋め込み装置101で埋め込まれていた透かし情報902が検出できる。この透かし情報902にはユーザIDが用いられているので、印刷物904を印刷した人物、すなわち外部への不正流出元が特定できる。

以上で述べた実施例によって、印刷された紙の不正流出の犯人特定が可能になるため、不正流出が抑止できると考えられる。

また、この実施例では911として印刷機を例にとったが、複写機を用いた場合も同様である。すなわち、複写する際ユーザID入力を求め、複写物にそのユーザIDを透かし情報902として埋め込んでおけばよい。その結果、複写物の不正流出を抑止することができる。ただし、複写機は、スキャナで読み込んだ原稿を内部で電子データに変換するため、透かし埋め込み装置101は複写機に内蔵しておくべきである。耐タンパー処理を施しておき、透かし埋め込み装置が取り外され、解析されないようにしておくことが望ましい。

さらには、透かし検出装置801に耐タンパー処理を施して複写機に内蔵しておいてもよい。すなわち、複写する前に複写機内部で透かし検出を試みて、もしユーザIDが透かし情報902として埋め込まれているのが発見された場合、これ以上の不正流出を防止するために、複写を停止する。この方法によっても、複写物の不正流出を抑止することができる。

この応用例では、上述の通り、透かし強度を調節し、画質よりも耐性を重視して、透かしを埋め込むことが望ましい。

なお、上記各実施例において、プロセッサによって実行されるプログラムは、それぞれの計算機内の記憶装置に予め格納されていても良いし、必要に応じて、当該計算機が利用可能な、着脱可能な記憶媒体や、通信媒体すなわちネットワークまたはそれを伝搬する搬送波、を介して、他の装置から導入されても良い。

本実施形態の機能構成を例示する。 本実施形態の改変可能な画素の具体例を示す。 本実施形態の改変可能画素抽出に用いられるブロックの番号づけを例示する。 本実施形態の改変可能画素抽出に用いられるブロックの具体例を示す。 本実施形態の透かし情報挿入処理のフローチャートの例。 本実施形態の透かし情報挿入処理のフローチャートの例。 本実施形態の透かし情報挿入・検出処理の具体例を示す。 本実施形態の検出装置構成図の例。 本実施形態の印刷機機能構成図の例。

符号の説明

101…透かし埋め込み装置、102…入力二値画像データ、103…入力透かし情報、104…出力透かし入り二値画像データ、111…画像データ入力装置、112…透かし情報入力装置、113…優先順位設定装置、114…改変画素抽出装置、115…透かし情報挿入装置、116…画像データ出力装置、201…ノイズを含む画像、202…ノイズがない画像、211…線分に切れ目がある画像、212…線分の切れ目がない画像、221…輪郭が乱れた画像、222…輪郭の乱れがない画像、301…3×3ブロックの番号付けを示す画像、401…中心画素が黒で周辺輝度の総和が3、交差数が1のブロック、402…中心画素が黒で周辺輝度の総和が2、交差数が2のブロック、501…改変優先順位初期化ステップ、502…画素反転ステップ、503…埋め込み情報量を判断するステップ、504…輝度値を元に戻すステップ、505…改変優先順位を加算するステップ、601…改変優先順位入力ステップ、602…画素反転ステップ、611…改変優先順位入力ダイアログ、701…埋め込む透かし情報、702…透かし情報に対応するブロック、703…ブロック702のビット列を逆転したブロック、704…透かし入り画像の模式図、705…正負反転しつつブロックを加算するステップ、706…ステップ705によって得られたブロック、801…透かし検出装置、802…二値画像データ、803…検出された透かし情報、811…画像データ入力装置、812…画像データ加算装置、813…デコード装置、814…透かし情報出力装置、901…機密性の高い二値画像データ、902…ユーザを特定する透かし情報、903…透かし入り画像データが印刷された紙、904…流出した印刷物、911…印刷装置、912…印刷物読み込み装置。

Claims (7)

1. 電子計算機を用いて，ビット列からなり，所定の情報量を備える情報を，二値画像に挿入する，二値画像への電子透かし情報の挿入方法であって，
   前記二値画像の各画素に，前記挿入する情報とは独立に，当該画素を改変することの目立ちやすさに応じた改変の優先順位を設ける優先順位設定ステップと，
   設定した前記優先順位が，求められる透かし強度に応じて設定される改変限界順位以上の，前記二値画像の画素の値を反転させることにより，前記電子透かし情報を構成するビット値を挿入する透かし情報挿入ステップと，を備え，
   前記優先順位設定ステップにおいて，
   対象とする前記二値画像の画素と周辺の画素からなる局所的なブロックの画素パターンに基づき，前記優先順位を設定する
   ことを特徴とする二値画像への電子透かし情報の挿入方法。
   
2. 請求項１に記載の二値画像への電子透かし情報の挿入方法において，
   前記局所的なブロックは，前記優先順位の設定対象である画素を中心とする3画素×3画素のブロックである
   ことを特徴とする二値画像への電子透かし情報の挿入方法。
   
3. 請求項１または２に記載の二値画像への電子透かし情報の挿入方法において，
   前記優先順位設定ステップは，各画素が，
   前記二値画像の平坦部に現れた孤立点を取り除くように改変する場合の対象画素である第一の種類，
   前記二値画像を構成する図形の切れ目を塞ぐように改変する場合の対象画素である第二の種類，
   前記二値画像を構成する図形を所定の方向に沿って平滑化する場合の対象画素である第三の種類，
   前記二値画像を構成する図形を凹凸させる場合の対象画素である第四の種類，
   前記二値画像を構成する図形に切れ目を生じさせるように改変する場合の対象画素である第五の種類，
   のいずれに相当するかを判定するステップと，
   前記優先順位を、前記第一の種類，前記第二の種類，前記第三の種類，前記第四の種類，前記第五の種類の順に設定するステップと，を備える
   ことを特徴とする二値画像への電子透かし情報の挿入方法。
4. 請求項３に記載の二値画像への電子透かし情報の挿入方法において，
   前記優先順位設定ステップは，さらに，
   各画素が，当該画素の改変が前記二値画像の背景部に孤立点が生じさせる第六の種類に相当するか，を判定するステップと，
   前記第六の種類に相当する画素に，前記第五の種類の画素より低い優先順位を設定するステップと，を備え，
   前記透かし情報挿入ステップは，
   予め定めた前記改変限界順位に基づいて前記ビット値を挿入し，挿入された情報量が不足する場合には，該改変限界順位を下げるステップと，
   前記限界順位を下げるステップにおいて，該改変限界順位を前記第五の種類の画素に設定された優先順位より下げた場合，前記優先順位設定ステップにおいて判定された前記第六の種類に相当する画素について，当該画素値を，所定の反転確率になるようにランダムに反転させることにより，前記ビット値を挿入するステップと，を備える
   ことを特徴とする二値画像への電子透かし情報の挿入方法。
5. 請求項４に記載の二値画像への電子透かし情報の挿入方法において，
   前記透かし情報挿入ステップは，さらに，
   予め設定した前記所定の反転確率において前記ビット値の挿入を行い，前記挿入された情報量が不足する場合，該反転確率を上げるステップと，
   前記反転確率を上げる前の前記挿入するステップにおいて，前記ビット値を挿入した画素の画素値を元に戻すステップと，
   前記第六の種類に相当すると判定された画素について，当該画素の画素値を，前記上げた反転確率になるようにランダムに反転させることにより，前記ビット値を挿入するステップと，を備える
   ことを特徴とする二値画像への電子透かし情報の挿入方法。
   
6. 請求項１ないし５いずれか一に記載の二値画像への電子透かし情報の挿入方法において，
   前記透かし情報挿入ステップは，
   前記ビット列を２次元ブロック状に配置するステップと，
   前記２次元ブロックと，前記２次元ブロックのビット値を反転させた２次元ブロックとを上下左右交互に並べて，前記二値画像と対応づけるステップと，
   設定した前記優先順位が，求められる透かし強度に応じて設定される改変限界順位以上の画素の画素値を，対応する前記２次元ブロックのビット値に応じて，反転するステップと，を備える
   ことを特徴とする二値画像への電子透かし情報の挿入方法。
   
7. 電子計算機を用いて，請求項６に記載の二値画像への電子透かし情報の挿入方法によって挿入された情報を検出する，二値画像からの電子透かし情報の検出方法において，
   前記情報が挿入された二値画像を，前記情報に対応する前記２次元ブロックの大きさで分割するステップと，
   分割された前記二値画像の互いに隣り合う前記２次元ブロックの輝度値を正負反転させながら重畳するステップと，
   前記重畳により得られた２次元ブロックからビット列を読み取り，前記情報を抽出するステップと，を備える
   ことを特徴とする二値画像からの電子透かし情報の検出方法。

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