JP4725498B2 - 画像処理装置、符号化方法及び復号化方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像に付加情報を付加するため画像の符号化を行う又は画像に付加された付加情報の復号化を行う画像処理装置、その符号化方法及び復号化方法に関する。

多値画像を２値化して出力するに際して行われる誤差拡散処理では、誤差拡散に特有の固定パターンが生じることがある。例えば、読取時の解像度が６００dpi、印刷時の解像度が１２００dpiのコピー機の場合、印刷時に600dpiの多値画像を１２００dpiの２値画像に変換することとなる。つまり、読み取られた多値画像の１画素分を、２×２画素分の２値画像に変換することとなるが、中間調部分の濃度パターンは複数種類考えられる（例えば白１画素、黒３画素の場合、２×２画素における白１画素の位置によって４種類の濃度パターンがある）。そのため、コピー機において任意の１種類の濃度パターンを選択することとなる。この選択方法が固定化することにより誤差拡散処理後の２値画像の濃度特性が固定パターンとなるのである。従来は、固定化を避けるため、乱数により任意の濃度パターンを選択する等の対策がとられていた（例えば、特許文献１参照）。

一方、画像に付加情報を付加することもよく行われており、この付加方法については、様々な方法が考えられている。
例えば、符号化によって付加情報を画像に埋め込む方法（例えば、特許文献２参照）、地紋の模様に付加情報を埋め込む方法（例えば、特許文献３参照）がある。特許文献２に記載の方法では、付加情報を埋め込んだ画像データの印刷物からは付加情報を復号でき、その複写物からは付加情報の復号ができないように、画像データの画像形成条件等を調節している。また、特許文献３に記載の方法では、解像度、パターンの異なる複数種類の地紋パターンを組み合わせることにより、複写物では付加情報が再現されないように地紋画像を構成している。
特開平７−２３００１８号公報 特開２００６−１６６２０１号公報 特開２００６−５３９９号公報

しかしながら、上述した方法では印刷物において符号化が行われている起点がわからないため、復号化の際にはこの起点を検出しなければ復号化できない。従って、当該起点を示すため付加情報を付加する画像にマーキングをしなければならなかった。
また、より正確に復号することができる新しい手法も望まれる。

本発明の課題は、付加情報の復号にあたり、容易かつ正確な復号を可能とすることである。

請求項１に記載の発明は、画像処理装置において、
Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンを、識別コードごとに記憶する記憶手段と、
符号化対象の対象画像に付加する付加情報を識別コードに変換するコード変換手段と、
前記変換された識別コードに対応する符号化パターンを前記記憶手段から取得して前記対象画像にあてはめ、あてはめた画像部分の全部又は一部を、対応する符号化パターンのＭ系列符号に応じて符号化する符号化手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置において、
前記対象画像は多値画像であり、
前記符号化手段は、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、中間調の画像部分の濃度パターンを、その中間調の画像部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置において、
前記対象画像は文字画像を含み、
前記符号化手段は、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、文字画像の輪郭部分の濃度パターンを、その輪郭部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の画像処理装置において、
前記符号化手段は、誤差拡散処理が施された対象画像について前記符号化を行うことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置において、
前記対象画像は地紋パターンの繰り返しからなる地紋画像であり、
前記符号化手段は、前記符号化パターンをあてはめた画像部分の全部又は一部の地紋パターンを、その全部又は一部に対応するＭ系列符号に応じた地紋パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、画像処理装置において、
Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンを、識別コードごとに記憶する記憶手段と、
請求項１〜５の何れか一項に記載の画像処理装置によって符号化された符号化画像に対し、前記記憶された符号化パターンを走査させ、当該符号化パターンのＭ系列符号と一致する画像部分を検出し、一致する符号化パターンに対応する識別コードに変換する復号化手段と、
前記変換された識別コードを前記符号化画像に付加された付加情報に変換し、当該付加情報を出力するコード変換手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、符号化方法において、
符号化対象の対象画像に付加する付加情報を識別コードに変換するコード変換工程と、
Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンが識別コードごとに記憶された記憶手段から、前記変換された識別コードに対応する符号化パターンを取得して前記対象画像にあてはめ、あてはめた画像部分の全部又は一部を、対応する符号化パターンのＭ系列符号に応じて符号化する符号化工程と、
を含むことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の符号化方法において、
前記対象画像は多値画像であり、
前記符号化工程では、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、中間調の画像部分の濃度パターンを、その中間調の画像部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の符号化方法において、
前記対象画像は文字画像を含み、
前記符号化工程では、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、文字画像の輪郭部分の濃度パターンを、その輪郭部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９の何れか一項に記載の符号化方法において、
前記符号化工程では、誤差拡散処理が施された対象画像について前記符号化を行うことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項７に記載の符号化方法において、
前記対象画像は地紋パターンの繰り返しからなる地紋画像であり、
前記符号化工程では、前記符号化パターンをあてはめた画像部分の全部又は一部の地紋パターンを、その全部又は一部に対応するＭ系列符号に応じた地紋パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、復号化方法において、
請求項７〜１２の何れか一項に記載の符号化方法によって符号化された符号化画像に対し、Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンであって、識別コードごとに作成された符号化パターンを走査させ、当該符号化パターンのＭ系列符号と一致する画像部分を検出し、一致する符号化パターンに対応する識別コードに変換する復号化工程と、
前記変換された識別コードを前記符号化画像に付加された付加情報に変換し、当該付加情報を出力するコード変換工程と、
を含むことを特徴とする。

請求項１〜３、５、７〜１１に記載の発明によれば、自己相関性が高い符号化パターンを用いて対象画像の符号化を行うので、その符号化画像において符号化パターンと一致性の高い画像部分を検出して復号すればよく、容易に復号することができる。また、Ｍ系列符号の符号長をＬとすると、符号化画像からＬ個程度の符号が検出できれば復号用の符号化パターンと同期をとることができるため、対象画像の一部のみの符号化でも精度良く正確に復号することができる。また、符号化画像にノイズや画質劣化が生じた場合でも復号化が可能となる。さらに、同期をとることにより、符号化画像において符号化の起点が分からない場合でも復号化することができる。従って、容易かつ正確な復号を行うことが可能である。

請求項４に記載の発明によれば、符号化によって濃度パターンを置き換えることにより、誤差拡散処理によってパターンが固定化するのを防止することができる。

請求項６、１２に記載の発明によれば、符号化に用いられたものと同一の符号化パターンを用いて、符号化画像において符号化パターンが当てはめられた画像部分を検出し、これを復号することができる。すなわち、自己相関性の高い符号化パターンを復号用として用いることにより、符号化時に画像にあてはめられた符号化パターンと同期をとることができ、復号化の起点が分からない場合でも復号を行うことができる。また、Ｍ系列符号の符号長をＬとすると、符号化画像からＬ個程度の符号が検出できれば復号用の符号化パターンと同期をとることができるため、対象画像の一部のみの符号化でも精度良く正確に復号することができる。従って、容易かつ正確な復号を行うことが可能である。

〈第１実施形態〉
第１実施形態では、誤差拡散処理後にＭ系列符号を用いて画像の符号化を行うことにより、当該画像に付加情報を付加する例を説明する。

図１に、本実施形態における画像処理装置１０の構成を示す。
画像処理装置１０は、入力画像に対して誤差拡散処理を施した後、当該処理画像の一部を符号化して付加情報を付加した符号化画像を出力するものである。画像処理装置１０は、誤差拡散処理によって多値の入力画像を、２値の出力画像に変換する。
画像処理装置１０は、図１に示すように、誤差拡散処理を行うための加算部１１、閾値判定部１２、濃度演算部１３、減算部１４、拡散部１５、誤差メモリ１６、パターン生成部１７、パターンメモリ１８、符号化を行うための符号化部２０、パターンメモリ２１を備えて構成されている。

入力画像は多値画像である。例えば、８ビットの入力画像であれば、０〜２５５の画素値をとりうる。入力画像は画素ごとに画像処理装置１０に入力される。
加算部１１は、入力された処理対象の画素（これを注目画素という）より以前に入力された画素について生じた誤差値Eと、注目画素の画素値Cとを加算し、閾値判定部１２、減算部１４に出力する。

閾値判定部１２は、複数の閾値THi（iは階調を示す）を有し、加算部１１からの入力値E+Cとこの閾値THiとを比較して、どの階調に対応するかを判定する。
本実施形態では、２値の出力画像を５階調で出力する場合を例に説明する。閾値判定部１２は４つの閾値TH0、TH1、TH2、TH3を持ち、この閾値TH0〜TH3を用いて以下のように階調F（F=0〜4）を判定する。
0≦E+C＜TH0のとき、F=0
TH0≦E+C＜TH1のとき、F=1
TH1≦E+C＜TH2のとき、F=2
TH2≦E+C＜TH3のとき、F=3
TH3≦E+C≦255のとき、F=4
判定結果である階調Fの情報は、濃度演算部１３、パターン生成部１７に出力される。

濃度演算部１３は、閾値判定部１２から入力される階調Fの情報に基づいて、階調Fに応じた濃度値を演算する。すなわち、出力画像においてとり得る濃度値の範囲が0〜255であり、この濃度範囲を２×２画素の濃度パターンで表現する場合、１画素分の濃度は256/4=64である。よって、階調F=0のとき濃度値D=0、F=1のときD=64、F=2のときD=128、F=3のときD=192、F=4のときD=255である。演算された濃度値Dは減算部１４に出力される。

減算部１４は、加算部１１から入力された加算値E+Cと、濃度演算部１３から入力された濃度値Dとの減算を行い、その差である誤差値Eを演算して拡散部１５に出力する。

拡散部１５は、注目画素の周辺画素に誤差値Eを拡散するため、各周辺画素に応じた重み付け係数を誤差値Eに乗算する。拡散部１５は、重み付け係数を乗算した誤差値Eを各周辺画素に配分する誤差値として誤差メモリ１６に出力する。

誤差メモリ１６は、拡散部１５から入力された誤差値Eを配分先の周辺画素毎に記憶する。誤差メモリ１６は、配分先の周辺画素が注目画素として加算部１１に入力されるタイミングで、当該周辺画素に対応する誤差値Eを加算部１１に出力する。

パターン生成部１７は、閾値判定部１２から入力される階調Fの情報に基づき、階調Fつまり５値の１画素に対応する、２値の２×２画素の濃度パターンを出力する。すなわち、２倍の解像度変換を行い、変換後の２×２画素において白画素と黒画素の割合、位置を異なるものとすることにより、２値の濃度パターンで５階調を表現するものである。
２×２画素の２値の濃度パターンで５階調を表現する場合、図２に示すような濃度パターンが考えられる。階調０と階調４では濃度パターンは１種類のみだが、階調１〜３の中間調については白画素、黒画素の位置によって複数種類の濃度パターンが存在する。
パターンメモリ１８には、各階調０〜４に応じたこれら濃度パターンが予め格納されており、パターン生成部１７は、このパターンメモリ１８に記憶されている濃度パターンのうち、階調Fに対応する濃度パターンを選択する。一つの階調Fに複数の濃度パターンが存在する場合にはそのうち任意の一つを選択する。このとき、ランダムに選択することとしてもよいし、周期的に選択してもよい。選択した濃度パターンは符号化部２０に出力される。

符号化部２０は、パターン生成部１７から入力される濃度パターンからなる画像を符号化し、付加情報を付加する。
符号化部２０は、符号化においてＭ系列符号を２次元に配列した符号化パターンを用いる。

Ｍ系列符号について説明する。
Ｍ系列符号は、ｎ個のフリップフロップと、排他論理和を含めたフィードバックループとから得られる疑似乱数数列のうち、その周期が最長となる系列をいう。その長さＬは、Ｌ＝２^ｎ−１で表される。

Ｍ系列符号の特徴は、符号のランダム性と均等性、自己相関の高さにある。
これら特徴について、Ｌ＝２^３−１＝７の周期によるＭ系列符号「０１００１１１」の例で説明する。この配列から分かるようにＭ系列符号は〈０〉と〈１〉の符号が含まれる割合がほぼ同じであり、複数のＭ系列符号を連続的に並べると、ランダムな符号〈０〉、〈１〉の配列となる。しかし、ランダム性を有しながらもその配列は一定のパターンを構成しており、均等性をも併せ持っている。

例えば、図３（ａ）に示すように上記Ｍ系列符号を１次元方向に連続して配置した場合、ランダムな符号〈０〉、〈１〉の配列となる。しかし、この配列から１ビットづつシフトさせる毎に３ビット分の符号を抽出すると、抽出した３ビット分の符号の配列はＬ通りのパターンを繰り返すこととなる。図３（ａ）では３ビットの符号の配列とともにこれを１０進数表示した数字を示している。１０進数表示から分かるように３ビット分の符号の配列は１〜Ｌの数字を繰り返すことになる。

また、図３（ｂ）に示すように、隣り合う３ビット分の符号（２進数）を抽出しても、やはりＬ通りのパターンを繰り返す。この３ビットの符号を１０進数に変換すると、１〜Ｌの数字を繰り返す。
図４（ａ）は１ビットおきにＭ系列符号から抽出した符号の配列を示すものであり、図４（ｂ）は２ビットおきに抽出した符号の配列を示す図である。図４（ａ）に示すように、１ビットおきに抽出された符号の配列もまたＭ系列符号を構成する。また、図４（ｂ）から分かるように、２ビットおきに抽出された符号の配列は順序が反転するが、やはりＭ系列符号を構成している。

一方、２つのＭ系列符号を同期させて排他論理和をとると、各符号が全部一致するため、図４（ｃ）に示すように排他論理和は全て〈０〉となる。これに対し、一方のＭ系列符号を１ビットシフトさせ、２つのＭ系列符号を非同期とすると、一部一致する符号もあれば不一致の符号もあるため、図４（ｄ）に示すように排他論理和は符号〈１〉と〈０〉とが混在することとなる。このように、１ビットずれただけでもＭ系列符号同士の相関性が失われることから、Ｍ系列符号の自己相関の高さが分かる。しかし、１ビットずれた際の排他論理和は再びＭ系列符号を構成しており、均等性の高さをも示している。

以上のような特徴を有するＭ系列符号を用いて符号化及び復号化を行う。最初に、１次元のＭ系列符号を例に、本発明に係る符号化及び復号化の方法の原理について説明する。
〈符号化時〉
まず、識別コードとＭ系列符号との対応関係を定める。ここでは、識別コード〔０〕はＭ系列符号「０１００１１１」に対応し、識別コード〔１〕はＭ系列符号を反転させた「１０１１０００」に対応させることとする。
次に、付加情報を識別コードに変換した後、識別コードに対応するＭ系列符号に変換する。例えば、《０１００》の付加情報を付加する場合、図５（ａ）に示すように、〔０〕〔１〕〔０〕〔０〕の識別コードに置き換えられ、さらに識別コードに対応するＭ系列符号に置き換えられる。

〈復号化時〉
復号化時には、復号用のＭ系列符号との一致／不一致を見る。上述したように、Ｍ系列符号は自己相関性が高い。よって、Ｍ系列符号が同期したところでは符号〈０〉、〈１〉の一致性が高いものとなる。
各識別コード〔０〕〔１〕〔０〕〔１〕が示すＭ系列符号と、復号用のＭ系列符号「０１００１１１」とが同期した状態では、図５（ｂ）に示すように、識別コード〔０〕の位置ではＭ系列符号は全て一致するが、識別コード〔１〕の位置では全て不一致となる。よって、復号用のＭ系列符号と全部一致するところを識別コード〔１〕、全部不一致となるところを識別コード〔０〕に置き換えることにより、識別コード《０１００》を再現することができる。
これに対し、復号用のＭ系列符号の位置が１ビットでもずれて非同期となると、図５（ｃ）に示すように各識別コードの位置において部分的に符号〈０〉、〈１〉が一致、不一致となる箇所が混在し、無相関となってしまう。その結果、識別コードに置き換えることができず、付加情報を再現することができなくなる。

すなわち、Ｌビット単位で識別コード〔１〕又は〔０〕のＭ系列符号と全部一致するところを検出し、一致するＭ系列符号を対応する識別コード〈０〉又は〈１〉に置き換えることにより、付加情報《０１００》を復号することが可能となる。

符号化部２０では、上記符号化及び復号化の原理を利用し、Ｍ系列符号を２次元に配列した符号化パターンを用いて符号化、復号化を行う。
符号化パターンは、図６に示すように「０１００１１１」のＭ系列符号を１段毎に２ビットシフトさせて２次元的に配列したものを識別コード〔０〕に対応させて符号化パターンＰ１とし、この符号化パターンＰ１の反転パターンを識別コード〔１〕に対応させて符号化パターンＰ２とする。これら符号化パターンＰ１、Ｐ２はパターンメモリ２１に記憶されている。

２次元にＭ系列符号を配列したこれら符号化パターンＰ１、Ｐ２は、図７において矢印で示す何れの方向でもＭ系列符号を構成することとなり、ランダム性、均等性、自己相関性と、Ｍ系列符号が有する特徴を示す。
なお、図７は１段毎にＭ系列符号を２ビットシフトさせた符号化パターン例を示すものだが、これに限らずシフト量を変更することも可能である。このとき、１段毎のシフト量（つまり上下方向のシフト量）をＫビットとすると、Ｋと左右方向における符号のシフト量（±１）との和Ｋ±１及びＭ系列符号の符号長Ｌが素の関係を成立させるのであれば、図７に示す符号化パターン例と同様に上下左右・斜め４５度方向の全ての方向においてＭ系列符号となり得る。
特にＬ＝７のとき、７は素数であるので、Ｋ＝２に限らず、Ｋ＝３〜５までの任意のシフト量Ｋとすることができる。このシフト量Ｋであれば、全ての方向においてＭ系列符号となる符号化パターンを作成することができる。

例えば、Ｌ＝３１の場合、３１は素数であるので、左右方向で±１ビット、かつ上下方向でＫ＝２〜２９ビットまでの任意のシフト量をとることができる。この場合、斜め４５度方向（全部で４方向）における符号のシフト量は４方向について±Ｋ±１ビットとなり、左右方向におけるシフト量は±１、上下方向におけるシフト量は±Ｋとなる。何れもが符号長Ｌ＝３１と素の関係にあたるので、図７に示す符号化パターンと同様に上下左右・斜め４５度方向の全ての方向においてＭ系列符号となる２次元符号化パターンを作成することができる。

また、図８に示すように中間調の濃度パターン（階調１〜３の濃度パターン）を、Ｍ系列符号を構成する〈０〉と〈１〉の符号ごとにグループに分類し、分類した濃度パターンをそのグループの符号〈０〉、〈１〉に対応付けてパターンメモリ２１に備えておく。

符号化時、符号化部２０はまず付加情報を識別コードに置き換える。次いで、パターンメモリ２１から符号化パターンＰ１、Ｐ２を読み出し、置き換えられた識別コードに対応する符号化パターンＰ１、Ｐ２を、付加情報の付加対象である画像（以下、対象画像という）にあてはめる。

次いで、符号化部２０は符号化パターンＰ１、Ｐ２をあてはめた画像部分のうち、Ｍ系列符号に置き換える画像部分、つまり符号化対象の画像部分を検出する。なお、符号化パターンＰ１、Ｐ２を構成するＬ×Ｌ個の符号のうち、Ｌ個程度の符号に対応する画像部分を符号化対象とすることが好ましい。Ｍ系列符号の符号数Ｌだけあれば、後の復号において一定の繰り返しパターンを検出することが可能となり、復号の精度が向上するためである。

符号化対象の画像部分は、中間調の画像部分、或いは対象画像が文字画像を含むのであればこの文字画像の輪郭部分とする。中間調の画像部分の検出は、パターン生成部１７から入力される画像の濃度パターンが中間調のものか否かを判別することにより行う。文字画像の輪郭部分は中間調の濃度パターンとなるので、同様に中間調の濃度パターンか否かを判別すればよい。

そして、符号化部２０は、検出した画像部分を、その画像部分の濃度パターンと同一グループに属する同一階調の他の濃度パターンに置き換える。
対象画像が文字画像を含む場合を例に、図９を参照して具体的に説明する。
図９は、入力画像を誤差拡散処理した後、２×２画素の濃度パターンに置き換えた対象画像ｇ１を示す図である。
符号化部２０は、この対象画像ｇ１に《０１０》《１０１》の識別コードで示される付加情報ｃ２を付加する場合、この識別コードが示す符号化パターンＰ１、Ｐ２を対象画像ｇ１にあてはめる。あてはめは、Ｍ系列符号を構成する符号１つにつき２×２の画素が対応するように行う。あてはめた結果を図１０に示す。

次に、符号化部２０は、対象画像ｇ１において文字画像の輪郭部分、つまり中間調の濃度パターンを検出し、あてはめた符号化パターンＰ１、Ｐ２において、前記検出された濃度パターンに対応する符号を特定する。図１０において、丸で囲んだ符号が中間調の濃度パターンに対応する符号である。

次いで、符号化部２０は、特定したＭ系列符号の符号〈０〉、〈１〉に対応するグループに分類された濃度パターンをパターンメモリ２１から読み出す。例えば、対象画像ｇ１から検出されたのが階調２の濃度パターンであって、対応するＭ系列符号が〈０〉であった場合、図８に示すように〈０〉グループに属する階調２の濃度パターンは３種類ある。その３種類から対象画像ｇ１において検出された濃度パターンを除いた、残りの２種類の濃度パターンのうちの何れかを任意に選択して読み出す。そして、読み出した濃度パターンを対象画像ｇ１から検出された濃度パターンと置き換える。

置き換えた結果を、図１１に示す。
図１１は、文字画像の輪郭部分を構成する中間調の濃度パターンの全部を、同一濃度であって、対応するＭ系列符号のグループの他の濃度パターンに置き換えた符号化画像ｇ２を示す図である。この図１１に示す符号化画像ｇ２がＭ系列符号によって符号化され、付加情報が付加された画像となる。
符号化部２０では、この符号化画像ｇ２を出力する。

符号化画像ｇ２を復号し、付加情報を取得する場合には、画像処理装置１０に復号化部を設ける。そして、復号化部において符号化画像ｇ２の中間調の画像部分、つまり中間調の濃度パターンを検出する。そして、この濃度パターンが属するＭ系列符号の符号が〈０〉又は〈１〉の何れであるかを判別する。図１２は、その判別結果を示す図である。図１２において、数字は中間調の濃度パターンが検出された位置を示すとともに、当該濃度パターンが属する符号〈０〉又は〈１〉を示すものである。一方、点は中間調以外の濃度パターンが検出された位置を示している。

次いで、復号化部では、符号化画像ｇ２上に符号化パターンＰ１、Ｐ２をそれぞれ走査させ、前記判別した符号〈０〉又は〈１〉と、符号化パターンＰ１、Ｐ２の符号〈０〉又は〈１〉とが全部一致する画像部分を検出する。すなわち、自己相関性の高い符号化パターンＰ１、Ｐ２と全部一致する画像部分は、符号化時に符号化パターンＰ１、Ｐ２があてはめられた画像部分である。次に、復号化部において検出した画像部分を符号化パターンＰ１、Ｐ２が示す識別コードに置き換えることにより、《０１０》、《１０１》の付加情報ｃ１を求めることができる。

以上のように、第１実施形態によれば、Ｍ系列符号を２次元に配列した符号化パターンＰ１、Ｐ２を用いて対象画像の符号化を行い、付加情報を付加する。Ｍ系列符号自体、自己相関が高く、これを２次元に配列した符号化パターンＰ１、Ｐ２はより自己相関が高い。よって、対象画像の一部のみ符号化を行うだけで精度の高い復号を行うことが可能となる。

また、記録用紙等の媒体に符号化画像ｇ２が出力されると、当該媒体上における復号の起点が不明となる。このような場合であっても、符号化パターンＰ１、Ｐ２を走査し、当該符号化パターンＰ１、Ｐ２との相関性が高いところを検出すれば復号化が可能である。すなわち、Ｍ系列符号の高自己相関性という特性によって、符号化時に対象画像に当てはめられた符号化パターンＰ１、Ｐ２と、復号化時に走査される符号化パターンＰ１、Ｐ２との同期をとることができ、符号化パターンＰ１、Ｐ２があてはめられた画像部分を正確に認識することが可能となる。よって、符号化時にその起点を示すマーカーを設ける等の前処理をする必要がないうえ、復号も容易となる。

また、符号化画像において符号化パターンＰ１、Ｐ２を構成するＬ×Ｌ画素の中で、Ｌ個程度の符号が抽出できれば、符号化パターンＰ１、Ｐ２を用いて精度良く復号化することができる。冗長度が大きいため、符号化画像にノイズや画質劣化が生じた場合でも復号化ができ、情報欠損やノイズに対する耐性が高い。

また、Ｍ系列符号はランダムな符号列であるので、符号化画像において付加情報が付加されていることが視認し難い。よって、付加情報として秘匿情報を付加した場合でも、情報漏洩の防止を図ることができる。

また、本実施形態では符号化時に、誤差拡散処理後の対象画像の濃度パターンを、Ｍ系列符号の符号と同一グループに属する他の濃度パターンに置き換えている。中間調の場合、同一階調の濃度パターンは複数種類存在するため、誤差拡散処理ではパターン生成部１７においてランダムに一の濃度パターンを選択することにより固定パターン化することを防いでいる。これに加えて、さらに符号化の際に濃度パターンを置き換えることにより、よりランダム性を高めることができ、誤差拡散処理に特有の固定パターンが生じるのを防ぐことができる。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、誤差拡散処理に限らず、スクリーン処理後の画像に対して符号化を行う場合も、上記と同様の方法により符号化及び復号化が可能である。

また、特に誤差拡散処理による濃度パターンの固定化を問題としないのであれば、符号化部２０において濃度パターンを同一グループ及び同一階調の他の濃度パターンに置き換える必要はない。

さらに、符号化部２０における符号化の処理を、パターン生成部１７において濃度パターンの生成と同時に行うこととしてもよい。すなわち、パターン生成部１７において濃度値に応じた２×２画素の濃度パターンを選択する際に、対象画像ｇ１への符号化パターンＰ１、Ｐ２のあてはめを行い、Ｍ系列符号の符号〈０〉、〈１〉に対応する濃度パターンを選択すればよい。

〈第２実施形態〉
第２実施形態では、Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンを用いて、地紋画像を符号化し、付加情報を付加する例を説明する。

図１３に、第２実施形態に係る画像処理装置３０を示す。
第２実施形態に係る画像処理装置３０において、誤差拡散処理についての基本構成は第１実施形態に係る画像処理装置１０と同一であり、当該画像処理装置１０にさらに地紋画像の生成に係る構成を追加した構成となっている。よって、図１３において、第１実施形態に示した画像処理装置１０と同一の構成部分には同一の符号を付している。

すなわち、画像処理装置３０は、誤差拡散処理を行うための加算部１１、閾値判定部１２、濃度演算部１３、減算部１４、拡散部１５、誤差メモリ１６、パターン生成部１７、パターンメモリ１８、地紋画像を生成するための地紋生成部２２、パターンメモリ２３、符号化を行うための符号化部４０、パターンメモリ４１を備えて構成されている。
以下、各構成部について説明するが、誤差拡散処理に係る各構成部の処理は第１実施形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。

地紋生成部２２は、パターンメモリ２３から地紋パターンを読み出し、当該地紋パターンを用いて地紋画像を生成する。地紋画像とは、本来の出力対象の画像の背景を構成する画像をいい、例えば背景全体を模様とするものや、文字を構成するもの、透かし文字とするものがある。透かし文字は、地紋画像を印刷した印刷物が複写された際に、透かし文字の地紋画像のみが再現されるように、透かし文字部分とその他の部分との出力条件が調整された地紋画像である。

以下、透かし文字の地紋画像を出力する場合を例に説明する。
図１４は、透かし文字の地紋画像例を示す図である。図１４に示すように、地紋画像は「複製厳禁」という透かし文字部分と、その他の背景部分とからなる。何れの部分も図１５（ａ）に示す地紋パターンを基本単位として（以下、これを基本パターンＰ３という）、当該基本パターンＰ３の繰り返しによって構成されている。ただし、透かし文字部分の地紋パターンの解像度はその他の部分の地紋パターンの解像度よりも大きくなるよう構成されている（例えば、透かし文字部分は３００dpi、その他の部分は６００dpi等）。
パターンメモリ２３には、透かし文字の種類や地紋模様の種類等に応じた基本パターンＰ３（図１５（ａ）参照）が複数保存されており、地紋生成部２２はこの基本パターンＰ３を読み出して出力画像のサイズ、指定された模様、透かし文字の種類等に合わせた地紋画像を生成する。

符号化部４０は、地紋生成部２２により生成された地紋画像の符号化を行う。
符号化は、Ｍ系列符号を２次元に配列した符号化パターンＰ１、Ｐ２（図６参照）を用いて、地紋画像の全部又は一部の基本パターンを、Ｍ系列符号の〈０〉、〈１〉の符号に応じた地紋パターンに置き換えることにより行う。図１５（ｂ）に示す地紋パターンＰ４が符号〈０〉に応じたものであり、図１５（ｃ）に示す地紋パターンＰ５が符号〈１〉に応じたものである。
符号化パターンＰ１、Ｐ２及びＭ系列符号に応じた地紋パターンＰ４、Ｐ５は、パターンメモリ４１に記憶されている。

符号化時、符号化部４０はまず付加情報を識別コードに置き換える。次いで、パターンメモリ４１から符号化パターンＰ１、Ｐ２を読み出し、置き換えられた識別コードに応じて読み出した符号化パターンＰ１、Ｐ２を地紋画像にあてはめる。
図１６（ａ）に、地紋画像ｇ３（透かし文字の背景部分）の拡大図を示す。図１６（ａ）に示すように、地紋画像ｇ３は基本パターンＰ３の繰り返しによって模様が構成されている。この地紋画像ｇ３に《００１》の識別コードからなる付加情報ｃ２を付加する場合、図１６（ａ）に示すように、識別コード〔０〕、〔０〕、〔１〕に対応する符号化パターンＰ１、Ｐ１、Ｐ２（図１６（ｂ）参照）を地紋画像ｇ３にあてはめる。

次いで、符号化部４０は符号化パターンＰ１、Ｐ２をあてはめた画像領域のうち、Ｍ系列符号に置き換える地紋パターン部分、すなわち符号化対象の地紋パターン部分を決定する。符号化対象とする地紋パターン部分は任意に決定することとしてもよいが、Ｌ×Ｌ個の符号のうち、少なくともＬ個の地紋パターンを選択することが好ましい。Ｍ系列符号の符号数Ｌだけあれば、後の復号において一定の繰り返しパターンを検出することが可能となり、復号の精度が向上するためである。

符号化部４０は、決定した地紋パターン部分を、その地紋パターン部分が対応するＭ系列符号の地紋パターンＰ４、Ｐ５に置き換える。図１６（ａ）では、置き換えを行う地紋パターン部分を丸で囲んで示している。これに対応させて、置き換えを行う地紋パターン部分に対応するＭ系列符号の符号を、図１６（ｂ）において丸で囲んでいる。
置き換えの結果、図１７（ａ）に示すような符号化画像ｇ４が得られる。
符号化部４０は、この符号化画像ｇ４を合成部１９に出力する。

合成部１９は、パターン生成部１７から入力された、濃度パターンからなる出力画像に、符号化部４０から入力された符号化画像を合成し、その合成画像を出力する。

符号化画像ｇ４を復号し、付加情報を取得する場合には、画像処理装置３０に復号化部を設ける。そして、復号化部において当該符号化画像ｇ４において基本パターンと異なる地紋パターン部分を検出する。次いで、復号化部において検出した地紋パターンが属するＭ系列符号が〈０〉又は〈１〉の何れであるかを判別する。図１７（ｂ）は検出した地紋パターン部分の位置に、当該地紋パターンが示すＭ系列符号〈０〉又は〈１〉を表示した図である。

次いで、符号化画像ｇ４上に符号化パターンＰ１、Ｐ２を走査させ、前記判別した符号〈０〉、〈１〉と、符号化パターンＰ１、Ｐ２を構成する符号〈０〉、〈１〉とが全部一致する地紋パターン部分を検出する。すなわち、自己相関性が高い符号化パターンＰ１、Ｐ２と全部一致する地紋パターン部分は、符号化時に符号化パターンＰ１、Ｐ２が当てはめられた地紋パターン部分である。
一致する地紋パターン部分が検出されると、復号化部においてその地紋パターン部分を一致した符号化パターンＰ１、Ｐ２が示す識別コードに置き換えることにより、《００１》の付加情報ｃ２を求めることができる。

以上のように、第２実施形態によれば、Ｍ系列符号を２次元に配列した符号化パターンＰ１、Ｐ２を用いて地紋画像の符号化を行い、付加情報を付加する。Ｍ系列符号自体、自己相関が高く、これを２次元に配列した符号化パターンＰ１、Ｐ２はより自己相関性が高い。よって、符号化パターンＰ１、Ｐ２を用いて符号化を行い、復号化時に符号化パターンＰ１、Ｐ２と全部一致する相関性の高い地紋パターン部分を検出することにより、地紋画像の一部のみ符号化を行うだけで符号化された地紋パターン部分を容易に判別することができる。その結果、精度の高い復号を行うことが可能である。

また、記録用紙等の媒体に符号化された地紋画像が出力された場合、復号の起点が不明となる。このような場合であっても、符号化パターンＰ１、Ｐ２を走査し、当該符号化パターンＰ１、Ｐ２との相関性が高いところを検出すれば復号化が可能である。すなわち、Ｍ系列符号の高自己相関性という特性によって、地紋画像に当てはめられた符号化パターンＰ１、Ｐ２と同期をとることができ、そのあてはめ位置を正確に認識することが可能となる。よって、復号のために起点を示すマーカーを設ける等の前処理をすることなく、復号が容易となる。

また、符号化画像ｇ４において符号化パターンＰ１、Ｐ２を構成するＬ×Ｌ画素の中で、Ｌ個程度の符号が抽出できれば、符号化パターンＰ１、Ｐ２を用いて復号化することができる。冗長度が大きいため、符号化画像にノイズや画質劣化が生じた場合でも復号化ができ、情報欠損やノイズに対する耐性が高い。

また、符号化の際には地紋の基本パターンＰ３をＭ系列符号に応じた地紋パターンＰ４、Ｐ５に置き換えるが、基本パターンＰ３と地紋パターンＰ４、Ｐ５はドット１つ分の差という微細な差異しかないため、符号化画像ｇ４において付加情報が付加されていることは視認し難い。よって、付加情報として秘匿情報を付加した場合でも、当該秘匿情報の視覚による認識はできず、表面上の情報漏洩の防止を図ることができる。

また、地紋画像に付加情報を付加する場合、本来出力対象とする対象画像を符号化のために処理する必要がないので、対象画像を正確に再現しながら、付加情報を付加することが可能となる。

また、地紋画像の透かし文字の背景部分に付加情報を付加した場合、その地紋画像が印刷された記録用紙（原本）を複写すると、その複写物（副本）において当該背景部分の地紋画像は失われる。よって、付加情報の復号ができるかどうかによって印刷物が原本であるか否かを判別することができる。近年では印刷技術の発達により見た目には原本との差異がわからないほど精巧な複写物を作成することが可能である。このような場合でも、地紋画像にＭ系列符号による符号化を行っておけば、真贋判定を行うことが可能となる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、上記説明では地紋画像の背景部分の符号化を行う例を説明したが、これに限らず、地紋画像の透かし文字部分の符号化を行うこととしてもよい。また、地紋画像を出力しない場合には、故意に背景に中間調の画像を設け、当該画像の符号化を行うこととしてもよい。

また、地紋画像ではなく、２次元バー識別コードに用いられるようなＱＲ符号のパターン画像において上記符号化パターンＰ１、Ｐ２による符号化を行うこととしてもよい。この場合、符号化パターンＰ１、Ｐ２を用いることでＱＲ符号を一見しただけでは付加情報を把握できないようにすることができるうえ、さらにＱＲ符号自体に誤り訂正の機能があるため、復号に際してのノイズや情報欠落に対する耐性が向上する。

第１実施形態における画像処理装置の構成を示す図である。 濃度パターン例を示す図である。 （ａ）Ｍ系列符号の配列から１ビットづつシフトさせながら３ビットづつＭ系列符号を抽出した場合の繰り返しパターンを示す図である。（ｂ）Ｍ系列符号の最初から３ビットづつ順に抽出した場合の繰り返しパターンを示す図である。 （ａ）Ｍ系列符号の配列から１ビットおきに抽出した場合に再現されるＭ系列符号を示す図である。（ｂ）Ｍ系列符号の配列から２ビットおきに抽出した場合に再現されるＭ系列符号を示す図である。（ｃ）Ｍ系列符号同士を同期させた際の排他論理和を示す図である。（ｄ）Ｍ系列符号の一方を１ビットシフトさせた際の排他論理和を示す図である。 （ａ）識別コード符号とＭ系列符号とを示す図である。（ｂ）、（ｃ）Ｍ系列符号の高自己相関性を示す図である。 Ｍ系列符号を２次元に配列した符号化パターン例を示す図である。 符号化パターンにおけるＭ系列符号を示す図である。 Ｍ系列符号〈０〉、〈１〉に応じて分類された濃度パターンを示す図である。 対象画像例を示す図である。 対象画像にあてはめた符号化パターンを示す図である。 対象画像の濃度パターンをＭ系列符号に応じて置き換えた符号化画像例を示す図である。 符号化画像の復号にあたり、符号化画像において検出したＭ系列符号を示す図である。 第２実施形態に係る画像処理装置の構成を示す図である。 地紋画像例を示す図である。 （ａ）基本パターンを示す図である。（ｂ）Ｍ系列符号〈０〉に応じた地紋パターンを示す図である。（ｃ）Ｍ系列符号〈１〉に応じた地紋パターンを示す図である。 （ａ）地紋画像例を示す図である。（ｂ）識別コード符号に対応する符号化パターンを示す図である。 （ａ）符号化画像を示す図である。（ｂ）符号化画像の復号にあたり、符号化画像において検出したＭ系列符号を示す図である。

符号の説明

１０ 画像処理装置
１１ 加算部
１２ 閾値判定部
１３ 濃度演算部
１４ 減算部
１５ 拡散部
１６ 誤差メモリ
１７ パターン生成部
２０ 符号化部
２１ パターンメモリ
３０ 画像処理装置
１９ 合成部
２２ 地紋生成部
４０ 符号化部
４１ パターンメモリ

Claims (12)

1. Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンを、識別コードごとに記憶する記憶手段と、
   符号化対象の対象画像に付加する付加情報を識別コードに変換するコード変換手段と、
   前記変換された識別コードに対応する符号化パターンを前記記憶手段から取得して前記対象画像にあてはめ、あてはめた画像部分の全部又は一部を、対応する符号化パターンのＭ系列符号に応じて符号化する符号化手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記対象画像は多値画像であり、
   前記符号化手段は、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、中間調の画像部分の濃度パターンを、その中間調の画像部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記対象画像は文字画像を含み、
   前記符号化手段は、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、文字画像の輪郭部分の濃度パターンを、その輪郭部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記符号化手段は、誤差拡散処理が施された対象画像について前記符号化を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の画像処理装置。
5. 前記対象画像は地紋パターンの繰り返しからなる地紋画像であり、
   前記符号化手段は、前記符号化パターンをあてはめた画像部分の全部又は一部の地紋パターンを、その全部又は一部に対応するＭ系列符号に応じた地紋パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
6. Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンを、識別コードごとに記憶する記憶手段と、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の画像処理装置によって符号化された符号化画像に対し、前記記憶された符号化パターンを走査させ、当該符号化パターンのＭ系列符号と一致する画像部分を検出し、一致する符号化パターンに対応する識別コードに変換する復号化手段と、
   前記変換された識別コードを前記符号化画像に付加された付加情報に変換し、当該付加情報を出力するコード変換手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
7. 符号化対象の対象画像に付加する付加情報を識別コードに変換するコード変換工程と、
   Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンが識別コードごとに記憶された記憶手段から、前記変換された識別コードに対応する符号化パターンを取得して前記対象画像にあてはめ、あてはめた画像部分の全部又は一部を、対応する符号化パターンのＭ系列符号に応じて符号化する符号化工程と、
   を含むことを特徴とする符号化方法。
8. 前記対象画像は多値画像であり、
   前記符号化工程では、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、中間調の画像部分の濃度パターンを、その中間調の画像部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする請求項７に記載の符号化方法。
9. 前記対象画像は文字画像を含み、
   前記符号化工程では、前記符号化パターンをあてはめた画像部分のうち、文字画像の輪郭部分の濃度パターンを、その輪郭部分に対応するＭ系列符号に応じた濃度パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする請求項７に記載の符号化方法。
10. 前記符号化工程では、誤差拡散処理が施された対象画像について前記符号化を行うことを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の符号化方法。
11. 前記対象画像は地紋パターンの繰り返しからなる地紋画像であり、
    前記符号化工程では、前記符号化パターンをあてはめた画像部分の全部又は一部の地紋パターンを、その全部又は一部に対応するＭ系列符号に応じた地紋パターンに置き換えることにより、符号化を行うことを特徴とする請求項７に記載の符号化方法。
12. 請求項７〜１１の何れか一項に記載の符号化方法によって符号化された符号化画像に対し、Ｍ系列符号を２次元に配置した符号化パターンであって、識別コードごとに作成された符号化パターンを走査させ、当該符号化パターンのＭ系列符号と一致する画像部分を検出し、一致する符号化パターンに対応する識別コードに変換する復号化工程と、
    前記変換された識別コードを前記符号化画像に付加された付加情報に変換し、当該付加情報を出力するコード変換工程と、
    を含むことを特徴とする復号化方法。

Images