JP5742488B2 - 画像処理装置、画像処理方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、画像に電子透かし情報を埋め込む画像処理装置、画像処理方法、プログラムおよび記録媒体に関する。

不正コピーや改ざんを防止する手法として、デジタル画像などのデジタルコンテンツを再生した場合に、視覚できない情報を付加する電子透かしと呼ばれる方法がある。例えば、２値画像に電子透かし情報を埋め込む場合は、白黒境界線のエッジ部に注目して、エッジ部を画素単位で変更し、または直線を組合せた折線の境界線を変更することにより実現しているが、一般的に埋め込む透かし情報量が多くなるほど、原画像の画質劣化の程度が増す。

ところで、グラフィクス表示などにおいて曲線を表現する多項式としてベジエ曲線があるが（例えば、特許文献１を参照）、高精細画像の輪郭線をベジエ曲線で近似して、ベジエ曲線に電子透かし情報を埋め込む場合に、高精細画像の画質が劣化する可能性がある。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、ベジエ曲線で近似した輪郭線に電子透かし情報を埋め込む場合に、原画像の画質劣化を抑制した画像処理装置、画像処理方法、プログラムおよび記録媒体を提供することにある。

本発明は、画像の輪郭線の始点における前記輪郭線の接線上の制御点を第１の制御点とし、前記輪郭線の終点における前記輪郭線の接線上の制御点を第２の制御点として、前記輪郭線を３次ベジエ曲線で近似する近似曲線を生成する生成手段と、前記生成手段で生成された近似曲線の前記始点と第１の制御点との長さ、または前記終点と第２の制御点との長さを、前記画像に埋め込む情報に応じて変更する変更手段と、前記変更手段によって前記始点と第１の制御点との長さまたは前記終点と第２の制御点との長さが変更された近似曲線の画像を描画する描画手段と、を備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、ベジエ曲線で近似した輪郭線の変形を滑らかに制御しているので、原画像の画質を劣化させることなく電子透かし情報を埋め込むことが可能となる。

本発明の実施例を説明する図である。 本発明の画像処理装置の構成を示す。 本発明の実施例の処理フローチャートを示す。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例を説明する図である。図１（ａ）において、１０１は画像塗り潰し部、１０２は輪郭線である。Ａは頂点（始点）、Ｅは最右点（終点）、Ｚ１、Ｚ２は制御点である。

本発明では、近似曲線として３次ベジエ曲線を採用する。３次ベジエ曲線Ｂ３（ｔ）は、始点をＡ、終点をＥ、制御点をＺ１、Ｚ２とすると、
Ｂ_３（ｔ）＝（１−ｔ）^３Ａ＋３（１−ｔ）^２ｔＺ_１＋３（１−ｔ）ｔ^２Ｚ_２＋ｔ^３Ｅ
と表現される。ここで、Ｂ_３（ｔ）、Ａ、Ｅ、Ｚ_１、Ｚ_２はベクトルであり、媒介変数ｔは、０から１の範囲のスカラー変数である。

この３次ベジエ曲線は、次のような幾何学的特徴を持つ。
（ａ）曲線は、線分ＡＺ_１、及び線分ＥＺ_２に接する。
（ｂ）曲線上の点Ｚ’＝Ｂ_３（０．５）とすると、
Ｚ’＝（Ａ＋３Ｚ_１＋３Ｚ_２＋Ｅ）／８
本発明の３次ベジエ曲線は、以下の２条件（１、２）を共に満たすときに、画像の曲線部に対する近似曲線として適応性に優れた弓形形状の曲線を保持する。つまり、この２条件を共に保証する範囲で曲線の変形を行えば、曲線は弓形形状を保持したままで変形することができる。
（条件１）ベジエ曲線が、媒介変数０＜ｔ＜１の間に変曲点を持たないこと。
（条件２）ベジエ曲線が、媒介変数０＜ｔ＜１の間にループ曲線を形成しないこと。

本発明の３次ベジエ曲線が、次の条件３を満たすときに、媒介変数が０＜ｔ＜１の範囲において、上記条件１、２の両方を満足する。即ち、条件３の基に形成する本発明の３次ベジエ曲線が、画像の曲線部に対する近似曲線として適応性に優れた弓形形状の曲線を保持する。

条件３：始点→第１制御点→第２制御点→終点の順に直線で結んだ閉図形ＡＺ_１Ｚ_２Ｅが１組の四角形を形成し、４頂点からなる４角（内角）が総て１８０度未満、つまり、∠ＡＺ_１Ｚ_２＜１８０度、かつ∠Ｚ_１Ｚ_２Ｅ＜１８０度、かつ∠Ｚ_２ＥＡ＜１８０度、かつ∠ＥＡＺ_１＜１８０度である（特許文献１を参照）。

図１（ｂ）に示すように、ベジエ曲線の形状は、２つの制御点Ｚ１、Ｚ２の位置によって弓形の膨らみが変化する。曲線の膨らみを大きくする場合には、制御点の位置をＺ１’またはＺ２’などへ変更し、逆に、曲線の膨らみを小さくする場合には、制御点の位置をＺ１”またはＺ２”などへ変更する。

本発明では、上記したようにベジエ曲線で輪郭線を近似し、以下のようにして電子透かし情報を埋め込む。

例えば、制御点がＺ１の位置にあり、ＡからＺ１までの長さが偶数値のとき、ビット０を割り当て、ＡからＺ１’またはＺ１”までの長さが奇数値のとき、ビット１を割り当てることにより、電子透かし情報を埋め込む。制御点がＺ２の位置にある場合も同様である。また、Ｚ１、Ｚ２がそれぞれ電子透かし情報（１ビット）を表現し、あるいは、Ｚ１、Ｚ２を組合せて電子透かし情報（１ビット）を表現することも可能である。

本発明では、画像または図形データのエッジ部の輪郭線に沿って、折り返し点（頂点、最右点、最下点、最左点）を、それぞれ始点、終点に選択し、例えば、図１（ａ）において輪郭線を右回りに辿る場合は、
（１）始点を頂点のＡ点とし、終点を最右点のＥ点とする。
次に、（１）に繋がる次のベジエ曲線は、
（２）最右点を始点として、最下点を終点とする。
同様に、（２）に繋がる次のベジエ曲線は、
（３）最下点を始点として、最左点を終点とする。
（３）に繋がる次のベジエ曲線は、
（４）最左点を始点として、頂点を終点とする。
上記した各ベジエ曲線における制御点Ｚ１、Ｚ２の位置に、電子透かし情報を埋め込む。

なお、上記したＡ（Ｅ）からＺ１（Ｚ２）までの長さは、画像読取り時の解像度（精度）に合せて可変にすることが可能である。

図２は、本発明の画像処理装置の構成を示す。ＣＰＵ（中央処理装置）１は、画像処理装置の動作制御を行い、ＲＯＭ２は、ＣＰＵ１が起動時に実行するプログラムや必要なデータ等を記憶し、ＲＡＭ３は、ＣＰＵ１のワークエリア等を構成する。時計回路４は、現在日時情報を出力し、磁気ディスク装置５は、種々のアプリケーションプログラム、ワークデータ、ファイルデータ、画像データデータなどの種々のデータを記憶する。

２値画像生成部６は、２値画像のエッジ部を抽出するときに、磁気ディスク装置５から入力された多値濃淡画像を２値化し、その出力データは画像エッジ抽出部７などに入力される。画像エッジ抽出部７は、ベジエ曲線を、画像や図形エッジ部などに当てはめるために、その前処理として、磁気ディスク装置５から入力された多値濃淡画像または２値画像生成部６から入力された２値画像に対し、画像のエッジ部を抽出し、その抽出情報を、出力データとしてセグメント分割部８に入力される。

セグメント分割部８は、ベジエ曲線を画像や図形のエッジ部などに当てはめる（フィッティングする）ための前処理として、画像エッジ抽出部７から入力された画像エッジ部の抽出情報を基に、画像をセグメントに分割し、その分割情報を出力データとして、フィッティング処理部９などに入力される。

フィッティング処理部９は、ベジエ曲線を画像や図形のエッジ部などに当てはめるときに、セグメント分割部８から入力された分割情報を基に、各セグメント内の画像のエッジ部にベジエ曲線を当てはめ、ベジエ曲線弓形判定部１０の判定結果に従って、その当てはめることができた情報を出力データとして、磁気ディスク装置５、ネットワーク伝送制御部１８、描画部１１などに入力される。

ベジエ曲線弓形判定部１０は、フィッティング処理部９から入力されたベジエ曲線を形成する（始点、終点、制御点のそれぞれの位置）情報を基に、そのベジエ曲線が弓形を形成するか否かを判定し、その判定結果を出力データとして、フィッティング処理部９などに入力される。

描画部１１は、フィッティング処理部９から入力されたベジエ曲線情報などを基にベジエ曲線を描画し、その描画した情報を出力データとして、磁気ディスク装置５、ネットワーク伝送制御部１８などに与えられる。ＣＲＴ画面表示装置１２は、画像処理装置を操作するための画面を表示し、表示制御部１３は、ＣＲＴ画面表示装置１２の表示内容を制御する。キーボード装置１４は、画像処理装置に種々のキー操作を行い、画面指示装置１５は、ＣＲＴ画面表示装置１２の任意の点を指示する等の操作作業を行い、入力制御部１６は、キーボード装置１４および画面指示装置１５の入力情報を取り込む。ネットワークインタフェース回路１７は、画像処理装置をネットワークに接続し、ネットワーク伝送制御部１８は、ネットワークを介して他の端末装置との間で種々の情報をやりとりするための伝送制御処理を行い、また、各要素間のデータの入出力はバス２３を介して行う。

２値画像生成部６から入力された２値画像データは、磁気ディスク装置５に保存された後、電子透かし埋め込み部２１に与えられ、電子透かし埋め込みまたは抽出箇所をチェックし、チェック結果のデータは磁気ディスク装置５に保存された後、電子透かし埋め込み部２１または電子透かし抽出部２２に与えられる。ソースデータ符号化部１９は、任意のデータ入力手段により外部から入力されたデータを使用して暗号化または符号化し、磁気ディスク装置５に保存された後、電子透かし埋め込み部２１に与えられる。

電子透かし抽出データ復号化部２０は、磁気ディスク装置５に格納されている電子透かし抽出データを暗号解読など復号化し、磁気ディスク装置５に格納する。電子透かし埋め込み部２１は、ソースデータ符号部化１９により生成された埋め込みデータを、埋め込み対象となる画像データに対して、電子透かしとして埋め込む。電子透かし抽出部２２は、電子透かしが埋め込まれた画像データから電子透かしを抽出し、抽出後の電子透かし情報は、電子透かし抽出データ復号化部２０による暗号解読など復号化するために磁気ディスク装置５に格納する。

図３は、本発明の実施例の処理（電子透かしに埋め込み処理）フローチャートを示す。
ステップ１において、電子透かしにより埋め込む情報をキーボード装置１４から入力する。埋め込み情報の解読を困難にするために、埋め込む情報は、パスワードなどの秘密キーによって予め暗号化する。

ステップ２において、電子透かし埋め込み部２１は、磁気ディスク装置５から、塗潰し画像領域毎に処理するために、塗潰し画像領域の情報を取得する。このステップでは、各塗潰し領域の位置、全ての塗潰し領域数などの情報を把握し、以下のステップへ基本情報を提供する。

ステップ３において、全ての塗潰し領域の処理が終了している場合は、ステップ４に移行し、全ての塗潰し領域の処理が終了していない場合はステップ５に移行する。

ステップ４において、電子透かし埋め込み部２１は、電子透かし後処理を行う。即ち、埋め込み状態を示す報告情報（例えば、埋め込み情報１０ビットの内、８ビットの情報が埋め込まれたことを示す報告情報など）を出力し、処理が終了する。

ステップ５〜７において、電子透かし埋め込み部２１は、全ての塗潰し領域の内、一つの塗潰し領域（図１（ａ））に注目した処理を行う。ステップ５において、セグメント分割部８は、現在処理中の塗潰し領域内の画像（図１（ａ））の形状を調査し、塗潰し領域の輪郭線を始点、終点で分割する位置や分割数を決定する。輪郭線の形状が凸形状の塗潰し領域の場合、図１（ａ）に示すように、頂点、最右点、最下点、最左点の４つの分割点が得られる。

ステップ６において、フィッティング処理部９が、ステップ５で得られた調査結果から、塗潰し領域内の全ての分割箇所について、ベジエ曲線の当てはめ処理が終了したか否かを判定する。全て終了した場合は、ステップ３に移行する。まだ終わっていなければ、ステップ７に移行する。

ステップ７において、フィッティング処理部９が塗潰し領域内の始点（頂点）、終点（最右点）にベジエ曲線を当てはめ、電子透かし埋め込み部２１は、埋め込み情報に従ってベジエ曲線の制御点の位置を変更することにより、電子透かし情報を埋め込む。以下、ステップ６、７において、始点を最右点、終点を最下点として埋め込み処理を実行し、次いで、始点を最下点、終点を最左点として埋め込み処理を実行し、最後に、始点を最左点、終点を頂点として埋め込み処理を実行する。

次に、電子透かし情報が埋め込まれた画像から、電子透かし情報を抽出する処理手順は、埋め込み処理の手順と同様である。異なる点は、ステップ７において、埋め込まれた情報を、抽出処理に変更する点と、ステップ４において、電子透かし情報抽出後処理（例えば、抽出されたビット数を出力するなど）に変更する点である。

上記したように、本実施例では、ベジエ曲線の特徴を利用して２値画像の輪郭部（エッジ部）にベジエ曲線を当てはめ、ベジエ曲線を膨らませたり、凹ませたりすることにより、画像を滑らかにかつ高速に変形させて、透かし情報の埋め込みが可能になる。

なお、ＣＲＴ画面表示装置、キーボード装置、画面指示装置は、ユーザ・インタフェース機能を実現し、例えば、各種操作指示や機能選択指令、編集データ等を入力し、画像の角度回転やノイズ除去のためにブロック単位に入力し、画像処理後のデータを隠蔽するための暗号化や解読時の秘密キーの入力に用いられる。また、キー操作により変更後の画像を入力イメージ画像データと重ね合わせて表示するなどの表示操作機能もある。また、処理画像データは、例えば磁気ディスク装置に予め保存され、あるいはネットワークを介し、他の端末装置等から受信したものを適用することができ、さらに、光学ディスク装置やデジタルスチルカメラ装置、スキャナ装置から画像データを入力することも可能である。

本発明は、前述した実施例の機能を実現するソフトウエアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施例の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれる。さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれる。また、本発明の実施例の機能等を実現するためのプログラムは、ネットワークを介した通信によってサーバから提供されるものでも良い。

１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
４ 時計回路部
５ 磁気ディスク装置
６ ２値画像生成部
７ 画像エッジ抽出部
８ セグメント分割部
９ フィッティング処理部
１０ ベジエ曲線弓形判定部
１１ 描画部
１２ ＣＲＴ画面表示装置
１３ 表示制御部
１４ キーボード装置
１５ 画面指示装置
１６ 入力制御部
１７ ネットワークインタフェース回路
１８ ネットワーク伝送制御部
１９ ソースデータ符号化部
２０ 電子透かし抽出データ復号化部
２１ 電子透かし埋め込み部
２２ 電子透かし抽出部
２３ バス

特開２０１１−２８６３２号公報

Claims (7)

1. 画像の輪郭線の始点における前記輪郭線の接線上の制御点を第１の制御点とし、前記輪郭線の終点における前記輪郭線の接線上の制御点を第２の制御点として、前記輪郭線を３次ベジエ曲線で近似する近似曲線を生成する生成手段と、
   前記生成手段で生成された近似曲線の前記始点と第１の制御点との長さ、または前記終点と第２の制御点との長さを、前記画像に埋め込む情報に応じて変更する変更手段と、
   前記変更手段によって前記始点と第１の制御点との長さまたは前記終点と第２の制御点との長さが変更された近似曲線の画像を描画する描画手段と、
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記始点を前記輪郭線の頂点としたとき、前記終点を前記輪郭線の最右点とし、前記始点を前記最右点としたとき、前記終点を前記輪郭線の最下点とし、前記始点を前記最下点としたとき、前記終点を前記輪郭線の最左点とし、前記始点を前記最左点としたとき、前記終点を前記頂点とすることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記埋め込む情報は２値情報であり、前記始点と第１の制御点との長さまたは前記終点と第２の制御点との長さが偶数値のときビット０を示し、奇数値のときビット１を示すこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 請求項１記載の描画手段によって描画された画像から、前記情報を抽出する抽出手段を備えたことを特徴とする画像処理装置。
5. 画像の輪郭線の始点における前記輪郭線の接線上の制御点を第１の制御点とし、前記輪郭線の終点における前記輪郭線の接線上の制御点を第２の制御点として、前記輪郭線を３次ベジエ曲線で近似する近似曲線を生成する生成工程と、
   前記生成工程で生成された近似曲線の前記始点と第１の制御点との長さ、または前記終点と第２の制御点との長さを、前記画像に埋め込む情報に応じて変更する変更工程と、
   前記変更工程によって前記始点と第１の制御点との長さまたは前記終点と第２の制御点との長さが変更された近似曲線の画像を描画する描画工程と、
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
6. 請求項５記載の画像処理方法をコンピュータに実現させるためのプログラム。
7. 請求項５記載の画像処理方法をコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。