JP5520384B2 - 紙幣用のセキュリティ2値画像を生成するための方法 - Google Patents
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Description
元の2値画像の距離マップを決定するステップと、
前記距離マップの少なくとも一部分を前記セキュリティパターンで線形補間することによってマージ(併合、結合(merge))された画像を生成するステップと、
前記マージされた画像を閾値処理してセキュリティ2値画像を得るステップと、
セキュリティ2値画像を支持体上に適用するステップと
を含む方法を提案している。
本発明は、添付の図面の助けによって、より良く理解される。
図1に示されているようなセキュリティパターンは、自己相似1次元信号(1001−1002)を360度の円弧に沿って掃引することによって得られる円対称格子(1003)に基づいている。円対称の特性が、格子の中心に交差する直線に沿って観測される信号が、線のすべての角度について同じままであることを保証する。掃引された1次元信号の自己相似性が、格子がスケールの変化を通じて一定のままであることを保証する。
信号処理において一般的に使用されるさらに別の例は、
不連続な画素で形成された画像に取り組む場合、選択された積分変換の特定の形態が必要とされる。例えば、選択された積分変換がフーリエ変換である場合、離散フーリエ変換(以下では、Fと称される)およびその逆変換(以下では、F−1と称される)が、セキュリティパターンSを生成するために必要とされる。Sの生成は、周波数ドメインにおいて始まり、2つの成分に基づく。第1の成分は、大きさ成分Rであり、第2の成分は、位相成分Pである。大きさ成分および位相成分は、関係
図2に示されている第1の方法においては、大きさ成分R(1004)が、2D円対称格子の形態をとる。位相成分P(1005)の係数は、範囲[π,−π]の一様分布に従う確率プロセスによって生成される。この確率プロセスを、量子乱数発生器(例えば、http://www.randomnumbers.info/)または疑似乱数発生器によって実行することができる。次いで、RおよびPが、関係
図3に示されている第2の方法においては、大きさ成分Rが、2D円対称格子の形態をとる。位相成分Pの空のバージョンが、ゼロの2Dアレイとして生成される。次いで、Pが、90°および45°の対称軸に沿って分割される。第1の分割ステップが、Pを2つの直交する対称軸に沿って4つの四分円へと分割し、第2のステップが、これらの四分円をPの斜めの対称軸に沿って8つの八分円へとさらに分割する(1008)。形式上、この分割の仕組みは、壁紙群p4mと同等である。http://en.wikipedia.org/wiki/Wallpaper_group#Group_p4mを参照されたい。
ひとたび分割プロセスが完了すると、最後の分割ステップからもたらされる下方左の八分円P0 8の係数に、範囲[π,−π]の一様分布に従う確率プロセスを使用して乱数値が割り当てられる。この第1の割り当ての後で、左下の4分円P0 4の値の半分も決定される。次いで、P0 8が、左下方の八分円P1 8の値を割り当てるために、左側を形成している斜めの軸を横切って複製される(1009)。この第2の割り当ての後で、左下の4分円P0 4のすべての値が決定され、P0 4が、左上の4分円P1 4の値を割り当てるために、上側を形成している水平軸を横切って複製される(1010)。この第3の割り当ての後で、左半分P0 2のすべての値が決定され、P0 2が、右半分P1 2の値を割り当てるために、右側を形成している垂直軸を横切って複製される(1011)。この第4の最後の割り当ての後で、Pのすべての値が決定される(1012)。RおよびPが、関係
図6に示されている第3の方法においては、大きさ成分Rが、2D円対称格子の形態をとる。位相成分Pの空のバージョンが、ゼロの2Dアレイとして生成される。次いで、位相成分Pに内接させることができる最大の六角形Hが、120°の対称軸に沿って分割される。第1の分割ステップが、Hを3つの最も長い対角線に沿って6つの正三角形に分割する。第2のステップは、各々の正三角形をそれらの3つの中線に沿って6つの直角三角形に分割する(1015)。形式上、この分割の仕組みは、壁紙群p6mと同等である。http://en.wikipedia.org/wiki/Wallpaper_group#Group_p6mを参照されたい。
ひとたび分割プロセスが完了すると、最後の分割ステップからもたらされる下方左の直角三角形H0 8の係数に、範囲[π,−π]の一様分布に従う確率プロセスを使用して乱数値が割り当てられる(1016)。この第1の割り当ての後で、下方の二等辺三角形H0 4の値の半分も決定される。次いで、H0 8が、右辺を形成している垂直軸を横切って複製されて下方右の直角三角形H1 8の値が割り当てられる(1017)。この第2の割り当ての後で、下方の二等辺三角形H0 4のすべての値が決定される。次いで、H0 4が、左辺および右辺を形成している30°および150°の軸を横切って複製されて2つの二等辺三角形H1 4およびH2 4の値が割り当てられる(1018)。この第3の割り当ての後で、下側の正三角形H0 2のすべての値が決定される。次いで、H0 2が、左辺および右辺を形成している60°および120°の軸を横切って複製されて2つの正三角形H1 2およびH2 2の値が割り当てられる(1019)。この第4の割り当ての後で、H0 2、H1 2、およびH2 2が、Hの中心を通過する水平軸を横切って複製されてHの上半分を形成する3つの正三角形H3 2、H4 2、およびH5 2の0値が割り当てられる。この第5の最後の割り当ての後で、Hのすべての値が決定(1020)されるが、Hの外側のPの値は依然としてゼロである。これらの値を割り当てるために、Hが、Pの未割り当ての領域を満たすための一連の平行移動によって複製される(1021)。RおよびPが、関係
第4の方法においては、複素数のアレイC0を生成するために、Rと同じ寸法を有するソース・ハーフトーン・パターンに離散フーリエ変換が加えられる。図10に示されているように、C0の大きさ(1025)および位相(1026)の成分{R0,P0}が、関係
その成り立ちにより、上述の4つの方法のうちの1つによって生成されるセキュリティパターンSのフーリエ変換は、基本的に平坦な大きさ成分を有する。この平坦さゆえに、Sにおいて、より高い空間周波数がより低い空間周波数に優越し、白色雑音に近い視覚的態様を呈する。第5の方法は、大きさ成分Rを
いくつかの方法が、セキュリティパターンを含んだ画像を生成するために提供される。1つの例外を除き、これらの方法はすべて、図19に示されているように、元の分離ハーフトーン画像(2050)を入力として必要とし、図20に示されているように、セキュリティ分離ハーフトーン画像(2051)を出力として生成する。ハーフトーン画像のドットについて考えられる値の組は、オンおよびオフとも称される2つの値0および1を含んでいる。0(オン)の値を有するドットは、そのドットが占める位置にインクが存在することを示し、黒色の画素によって表される。1(オフ)の値を有するドットは、そのドットが占める位置にインクが存在しないことを示し、白色の画素によって表される。分離画像は、印刷プロセスにおいて紙幣の用紙へとインクの色を転写するために使用されるオフセット版または凹版のうちの1つを製造する目的で紙幣の設計者によって生成される画像と定義される。通常は、分離画像は、2値のハーフトーン画像の形態をとり、黒色の領域がインクの存在を表し、白色の領域がインクが存在しないことを表している。図21に示されているように入力として連続階調グレイスケール画像(2052)をとり、図22に示されているように出力としてセキュリティグレイスケール画像(2053)を生成する1つのさらなる方法も提供される。次いで、このセキュリティグレイスケール画像を、セキュリティ分離ハーフトーン画像を生成するために、標準的なハーフトーンプロセスの入力として使用することができる。
第1の方法においては、紙幣にインクの1つの層を印刷するための分離として使用されるセキュリティハーフトーン画像Mが、元のグレイスケール画像G(2052)をセキュリティパターンSで変調してセキュリティグレイスケール画像G’(2053)を得ることによって得られる。次いで、セキュリティグレイスケール画像G’が、2値セキュリティハーフトーン画像Mを生成するためにハーフトーン化される。グレイスケール画像Gの解像度は、Mの印刷解像度に一致している必要はなく、低解像度(例えば、300dpi)のグレイスケール画像が、10倍高い解像度を有するハーフトーン画像を生成するために一般的に使用される。
第2の方法においては、紙幣にインクの1つの層を印刷するための分離として使用されるセキュリティハーフトーン画像M(2051)が、元の分離ハーフトーン画像H(2050)をセキュリティパターンSで変調することによって生成される。変調は、ハーフトーン画像Hから導出される補助グレイスケール画像H’の生成を含む。セキュリティパターンSが、補助画像H’によって補間され、補間の結果が閾値処理されて2値のセキュリティハーフトーン画像Mが生成される。
第3の方法においては、元のハーフトーン画像Hの黒色までの距離マップおよび白色までの距離マップに基づく補助グレイスケール画像H’が、第2の方法のステップ1および2によって生成される。
図30および図31に示される第4の方法においては、第2の方法のステップ1および2に従い、1対の相補的な距離マップ{dHK,dHW}が、元のハーフトーン画像Hから導出され、補助グレイスケール画像H’を生成するために混ぜ合わせられる。
セキュリティ画像に埋め込まれたパターンは、典型的には、画像のプリントアウトの後で回復される。次いで、デジタル撮像装置(例えば、デジタルスキャナまたはカメラなど)が、印刷物をデジタルドメインに戻すために使用される。パターンは、(前もって定められた範囲の)任意の拡大縮小および回転の変換について、パターンを横切る任意の方向を有する直線に沿って実行される1次元の信号処理によって1次の検出を生じさせることができるような方法で設計される。この1次の検出が確定的な回答をもたらす場合、検出を正または負の結果によって停止させることができる。しかしながら、1次の検出の回答が確定的でない場合には、2次の検出プロセスが開始され、画像のより徹底的な調査が実行される。この結果を得るために、検出トリガの信頼性(偽陽性および偽陰性の検出)、幾何学的変換に対するロバストさ、およびセキュリティ画像データの喪失に対するロバストさという3つの問題に対処しなければならない。
埋め込まれたセキュリティパターンの1次の検出プロセスは、画像の投影の離散フーリエ変換に基づいており、国際公開第2006/048368号パンフレットに説明されている。
投影によるセキュリティパターンの検出が、不確定な結果しかもたらさない場合が存在する。そのような場合として、セキュリティパターンが全領域のわずかな部分しか覆っていない劣化したセキュリティ画像、きわめて低い解像度の画像、または低い品質係数を使用するロスの多い圧縮アルゴリズムで圧縮されたセキュリティ画像が挙げられる。
画像(3001)の固定サイズのチャンクの2D離散フーリエ変換の大きさ成分R(3004)が計算される。このチャンクのサイズsは小さく、典型的には128〜512の間の範囲にあり、すなわちチャンクが、128×128画素〜512×512画素を含んでいる。
図40に示されているように、大きさ成分Rが、デカルト座標から極座標へと写像され、各々の係数Rxyが、
図43に示されるとおり、順序統計量
その成り立ちから、フィルタ処理された順序統計量
Qに存在しうるソース1D信号が周期的であるため、ソース1D信号を保存しつつQの包絡線を平坦化することを、Qおよび低域通過フィルタ処理されたQのコピーの単純な減算で達成することができる。Qの最端における不連続を回避するために、図47に示されるとおり、Qの180°回転させたコピーをQの左側(3019)および右側(3020)の最端に付加することによって、Qの拡大されたコピーQ*(3018)が生成される。
図48に示されるように、Q*の移動ウインドウ平均L*(3021)が計算される。Q*に存在しうるソース1D信号を保存するために、このステップにおいて使用される移動ウインドウの長さは、ソース1D信号の逆対数変換の周期の整数倍である。
図49に示されるとおり、Q*の平坦化バージョンQ0 *を生成するために、L*がQ*から減算される。その成り立ちにより、Q0 *は、ステップ6においてL*を生成するために使用された移動ウインドウの長さ以上の周期を有するQ*の周波数成分だけを含んでいる。
図50に示されるように、Q0 *の移動ウインドウ平均Q1 *が、Q0 *の寄生の周波数成分を取り除くために計算される。これらの寄生成分は、ステップ4において順序統計量
Q1が、ステップ4において
図52に示されている逆変換され、フィルタ処理され、平坦化された順序統計量R1(3026)が、垂直な対称軸について複製され、R1の対称な複製R1’がR1の左側に付加される。図53に示されるとおり、この連結の結果が、ゼロという平均値および2という最大振幅を有するように正規化され、ステップ1において抽出された画像チャンク(3001)のシグネチュアS(3027)と呼ばれる1D信号を生成する。ステップ10において生成されるシグネチュアSは、後続の比較ステップの入力として使用され、典型的には10〜20の範囲のセット{Tk}の濃度│{Tk}│を有する1Dテンプレート関数{Tk}のセットにマッチさせられる。このセットの各々のテンプレート関数Tkは、ソース1D信号の微小な変化によって得られる。このセットの論理的根拠は、ステップ1において得られる画像チャンクの離散フーリエ変換が、周波数エイリアシングおよびオーバースピルなどのアーチファクトを呈する可能性が高いということにある。相互相関の基礎としてソース1D信号の注意深く設計された変化を使用することで、これらのアーチファクトによって引き起こされる偽陰性の発生が、偽陽性の割合に影響を及ぼさずに抑えられる。例えば、テンプレート関数T13およびT12が、(3007)および(3028)に示されている。しかしながら、これらのテンプレート関数を、(3007)および(3038)に表示された形態で使用することはできない。実際、ソース1D信号が意図的に自己相似であるため、図56に示されるその自己相関関数は、主たる中央のピークのそばに多数の2次ピークを呈する。そのようなピーク(3032)は、中央の相互相関ピーク(3031)を充分に良好に生成するソース1D信号(3030)にマッチするあらゆる信号(3029)において現れ、図55が、そのようなマッチする信号(3029)の例を示している。これらの2次ピークは、影響された相互相関関数の信号対雑音比を低下させるという望ましくない副作用を有する。この副作用は、シグネチュアS(3033)のテンプレート関数セット{Tk}(3034)との相互相関によって得られる1D相互相関が、図57に示されるように2Dグレイスケール画像(3035)を生成すべく積み重ねられる場合に、さらにより明らかである。このグレイスケール画像を多数の2次ピーク、および広い範囲に散在する中央のピーク(3036)を有する2D相互相関として解釈することができる。
鋭い中央の相互相関ピークを生成し、2次ピークを抑えるために、自己相似性をシグネチュアSおよびテンプレート関数{Tk}から取り除くと同時に、Sと{Tk}との間の類似性を維持しなければならない。テンプレート関数{Tk}からの自己相似性の除去という第1の目標を達成するために、各々のTk(3037)の個々の係数が、図58に示されるように置換によって配置し直される。最初に、この置換が無作為に引き当てられるが、この最初の引き当ての後で、同じ置換がすべての基底関数について再使用される。Sと{Tk}との間に存在しうる類似性を維持するために、同じ置換が、S(3038)の係数にも適用される。テンプレート関数の置換は、脱相関テンプレートのコードブック{T* k}(3039)を生成し、シグネチュアSの置換が、脱相関シグネチュアS*(3040)を生成する。
脱相関シグネチュアS*との1D相互相関Xk(3041)が、コードブック{T* k}の各々の脱相関テンプレートについて計算され、そのような1D相互相関の例が、図59に示されている。図60に示されるように2Dにおいて見たとき、S*(3042)の{T* k}(3043)との相互相関は、鋭くて狭い中央のピーク(3045)を有し、有意な2次ピークを有さない2D相互相関関数(3044)を生成する。図61に示されるように、S*および1つの脱相関テンプレートT* kの1D相互相関Xk(3046)も、S*およびT* kの導出元である置換されていないシグネチュアSおよびテンプレートTkの相互相関(3047)と比べたとき、有意な2次ピークを示さない。Xkのこれらの特性が、Xkの中央のピークの大きさ、およびこの中央のピークとXkの残りの部分との間の信号対雑音比に基づく確定的な検出の回答を出力することを可能にする。これらの値のための正確な検出閾値は、国際公開第2006/048368号パンフレットに記載のように、データの大きなセットについて実行される統計的検定に依存する。
印刷された紙幣は、産業プロセスの結果であり、発行の前に厳格な品質管理を受けなければならない。埋め込まれたセキュリティパターンを含むと仮定される場合、このパターンの実際の存在および品質を、信号検出器に通されたときに生じさせる応答に対する信頼できる評価を得るために評価しなければならない。この評価は、通常はスキャン装置によって取得される紙幣のデジタルコピーについて実行される。図62に示されるように、デジタルコピー(4101)が、規則的に空けられた間隔でサンプルされる同一のサイズのブロックへと分割される。迅速な評価が望まれる場合、サンプルの取得を緩くすることができ(4102)、2つの連続するブロックの間の重なり合いがわずかまたは皆無である。他方で、徹底的な評価が望まれる場合、サンプルが詰まっていなければならず(4103)、2つの連続するブロックの間の重なり合いが大きい。
Claims (7)
- 紙幣の複数のインクのうちの1つで形成するために使用されるセキュリティ2値画像を生成するための方法であって、
前記画像が、元の2値画像とセキュリティパターンとを含み、
前記セキュリティパターンが、2次元位相成分と2次元掃引との間の周波数ドメインにおける組み合わせの逆フーリエ変換によって空間ドメインにおいて得られ、
前記2次元掃引が、360度の円弧に沿って自己相似の1次元関数を掃引することによって生成された円対称の2次元パターンであり、
前記セキュリティパターンが、前記1次元関数の前記紙幣の1つの線のフーリエ変換との相互相関の最大値から検出可能であり、
前記方法が、
前記元の2値画像の距離マップを決定するステップと、
前記距離マップの少なくとも一部分を前記セキュリティパターンで線形補間することによってマージされた画像を生成するステップと、
前記マージされた画像を閾値処理して前記セキュリティ2値画像を得るステップと
を含む方法。 - 前記位相成分が、白色雑音パターンである請求項1に記載の方法。
- 前記位相成分が、90度および45度の対称軸に沿って8つの八分円に分割され、
下方左側の八分円が、白色雑音パターンであり、
残りの八分円が、下方左側の八分円を前記90度および45度の対称軸を横切って複製することによって得られる請求項1に記載の方法。 - 六角形が、前記位相成分に内接させられ、
前記六角形が、120度の対称軸に沿って6つの正三角形へと分割され、
前記正三角形が、それぞれの中線に沿って6つの直角三角形へとさらに分割され、
下側の正三角形の下方左側の直角三角形が、白色雑音パターンであり、
前記下側の正三角形の残りの直角三角形が、前記下方左側の直角三角形を前記下側の正三角形の前記中線を横切って複製することによって得られ、
残りの正三角形が、前記下側の正三角形を前記120度の対称軸を横切って複製することによって得られ、
前記位相成分の前記六角形の外側の部分が、前記六角形を平行移動させることによって得られる請求項1または2に記載の方法。 - 前記2次元掃引が、単調減少の1D関数の掃引によって得られる円対称掃引として定められる包絡線変調関数によって変調される請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マージされた画像の生成が、
前記距離マップ上の補間が許される最大および最小距離を定める1つの正の距離値および1つの負の距離値(イプシロン)を決定するステップと、
前記正および負の距離値の間の前記距離マップの要素を補間して他の要素を不変に保つステップと
を含む請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記元の2値画像が、インクの付着に相当するオンドットとインクの不在に相当するオフドットとによって形成され、
前記マージされた画像の生成が、
前記距離マップの中心軸を計算して2つのリッジマップを得るステップと、
前記リッジマップの距離関数を計算して2つの太さマップを得るステップと、
連続したオンドットによって形成される最小太さに相当する第1の太さ値、および連続したオフドットによって形成される最小太さに相当する第2の太さ値を決定するステップと、
正の値を有する前記距離マップの要素であって、前記第1の太さマップにおける対応する要素が前記第1の太さ値以上の値を有している要素について、補間を行うステップと、
負の値を有する前記距離マップの要素であって、前記第2の太さマップにおける対応する要素が前記第2の太さ値以上の値を有している要素について、補間を行うステップと、
前記距離マップの残りの要素を不変に保つステップと
を含む請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
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