JPH11234500A - マシーン動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 元の画像を必要とせずに、元の画像に知覚不
可能な信号を付加して修正されたカラー画像を形成する
方法を提供する。 【解決手段】 元の画像I(x,y)に信号S ⁱ (x,y) を付加
して修正されたカラー画像I'(x,y) を生成し(210) 、人
間の知覚のモデルを使用してこの元のカラー画像I(x,y)
と修正されたカラー画像I'(x,y) との知覚差ΔE(x,y)を
測定し(240) 、この知覚差ΔE(x,y)としきい値とを比較
して知覚差ΔE(x,y)が人間の観察者によって知覚されて
しまう領域を特定し(270) 、その領域において信号S
ⁱ⁺¹(x,y)を減衰させ、知覚不可能となった差を元のカラ
ー画像I(x,y)に付加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、カラー画
像処理及び情報符号化(encoding)の分野におけるプロセ
ッサベースの技術に関し、さらに詳細には、付加した信
号が修正カラー画像の人間の観察者に知覚されないよう
に、さらに、修正画像の一つ以上の連続する操作の後、
付加した信号が元の画像を使用せずに復号される(decod
e)ことができるように、元の画像に信号を付加して修正
カラー画像を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】連続的
に電子復号できる画像形式の情報の符号化は、公知の情
報処理技術である。例えば、バーコードは、白黒画像形
式の符号化情報を明示的に保持し、典型的には、符号化
情報の明白且つ知覚可能な存在が意図され、不利益でな
いアプリケーションにおいて使用される。

【０００３】データグリフ(data glyph)技術は、埋め込
まれたデータが符号化の目的には粗いが得られた画像に
おいては目立たないか見えないことが要求される画像の
アプリケーションで使用するのに特に有用な埋め込まれ
た符号化情報のカテゴリーである。データグリフ技術
は、非常に小さな線形マークのような認識可能な形状の
マークの形態にレンダリングされるバイナリ（２値）の
１及び０の形式のデジタル情報を符号化する。 "Method
s and Means for Embedding Machine Readable Digital
Data in Halftone Images" というタイトルの米国特許
第5,315,098 号は、デジタルハーフトーン画像のハーフ
トーンセルに書き込まれる円形且つ非対称なハーフトー
ンドットパターンの角度を付けた方向にデジタルデータ
を符号化する技術を開示する。

【０００４】別のタイプの画像又は文書のマーキング
は、デジタルウォーターマーキング(water marking) と
して公知である。有用なデジタルウォーターマーキング
は、二つの目的を同時に達成する。第１に、この技術
は、透かしが入れられる(watermarked) 画像の品質及び
価値が低下しないように、人間の観察者に知覚不可能な
埋め込み信号を生成しなければならない。同時に、埋め
込み信号は改ざんに対する抵抗性がなければならず、埋
め込み信号の除去がウォーターマーキングの識別目的を
失敗させるため、有用なウォーターマーキング技術は、
典型的には、埋め込み信号を除去しようとする試みによ
って、画像が市場であまり価値がなくなる程度に品質が
劣化するように設計される。

【０００５】ブラシル(Brassil) らによる"Electronic
Marking and Identification Techniques to Discourag
e Document Copying"(IEEE Journal on Selected Areas
inCommunications,Vol.12, No.8, October 1995,pp.14
95-1504) は、認可されていないテキスト文書の分散を
防ぐ目的で、テキスト文書画像に固有のコードワードを
埋め込むための三つの技術を開示しており、このコード
ワードによって、文書の読者に殆ど識別されずに、文書
の認可された受領を識別することができる。画像符号化
方式は、うまく除去されれば文書の表示される品質を実
質的に損なわせるように設計される。開示された技術
は、ラインシフト符号化、単語シフト符号化及び特徴符
号化を含む。得られる画像にこれらの技術を使用するこ
とは、典型的には、画像の観察者には知覚されず、画像
のテキストは変えられない。

【０００６】画像に情報を埋め込む既存の技術の多くは
白黒画像領域で動作し、人間の観察者には知覚できず、
画質を損なわない信号をカラー画像にどのように埋め込
むかについては明確に述べていない。カラー画像にも適
用されるであろうデジタルウォーターマーキングは、典
型的には、変えられないように設計され、これらの技術
は、画像の情報を破壊しないと除去できない改ざんの恐
れのない埋め込み信号を生成し、透かしが入れられた画
像はその後の使用にも透かしが入れられたままでなけれ
ばならない。さらに、透かしが入れられた画像において
埋め込み識別信号を検出することは、典型的には、元の
画像を使用しなければならず、この元の画像はこのよう
な将来に必要になった場合に安全な場所に保管されてい
る。デジタルウォーターマーキングのこれらの特徴は画
像承認及び識別の目的には有用な特徴であるが、他の目
的に対しては限界がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像を許容不
可能に歪めたり劣化させたりしない信号をカラー画像に
付加することが、元の画像と埋め込み信号を有する画像
のバージョンとの知覚差の大きさを量的に決定すること
ができる人間の知覚の洗練されたモデルを使用すること
によってのみ予想通りに且つ確実に達成されることを見
出すことに基づく。本発明の技術は、人間の知覚の量的
なモデルを使用して、このモデルが、元のカラーと付加
された信号で生成された修正されたカラーとの知覚差が
大きすぎることを示すカラー画像の局所的領域の付加さ
れた信号のパワー（振幅）を、人間である画像の観察者
に実質的に知覚不可能な付加された信号を有する元のカ
ラー画像のバージョンを生成する目標に向かって減衰さ
せる。人間の知覚の量的なモデルは、埋め込み信号が知
覚的しきい値よりも下であることを確実にすることによ
って埋め込み信号の知覚性を制御する。

【０００８】本発明の例示される実施の形態の技術は、
周期的信号のパターンをカラー画像に付加し、特に、振
幅変調された正弦波信号のパターンをカラー画像に付加
する。比較動作は、埋め込み情報の振幅が高すぎるため
知覚可能である局所的領域を修正されたカラー画像にお
いて自動的に決定する。知覚可能信号は修正された画像
のこれらの特定された局所的領域において繰り返し減衰
される。例示される実施の形態の一つの態様では、正弦
波信号は、大部分のカラー画像があまりパワーを持た
ず、人間の感覚が最も鈍い空間周波数で、カラー画像の
黄−青反対色帯に付加される。付加された振幅変調され
た正弦波信号は、周波数領域にピークパワー集中の特定
のパターンを形成するため、復号される（修正された画
像に配置される）。信号を付加する方法によって、空間
周波数間に、本来あまり起こりそうにない特定の幾何学
的関係又はコンピュータ生成された合成画像が確立す
る。埋め込み技術は人間の知覚を利用し、埋め込まれた
正弦波信号の空間周波数は、人間が輝度（白黒）視覚帯
で通常感度を示す周波数の範囲内であるが、この感度は
色覚帯に及ばない。したがって、以下に述べる本発明の
実施の形態において、比較的高い空間周波数の正弦波信
号が修正されたカラー画像に付加される場合、信号は、
特定のアプリケーション、特定の復号領域又は特定の装
置が要求する場合、より低い空間周波数で付加され得
る。

【０００９】信号符号化プロセスの技術の重要な利点
は、獲得画像に埋め込まれた正弦波信号画像を配置する
プロセス（即ち、復号プロセス）が元の修正されていな
い画像の使用を必要としないことである。この特徴によ
って、誰もが埋め込み情報を使用することができる。

【００１０】したがって、本発明の一つの態様による
と、中に埋め込まれた視覚的に許容可能な信号差を有す
る元の画像データ構造のバージョンを生成するためにプ
ロセッサ制御マシーンを動作させる方法が提供される。
このマシーンは、データを受け取る信号源、データを記
憶するメモリ及びマシーンを動作させるためにメモリに
記憶された命令データにアクセスしこれを実行するよう
に接続されたプロセッサを含み、プロセッサはさらに信
号源からのデータを受け取るように接続され、メモリに
データを記憶するように接続される。この方法は、各々
が元のカラーを示す複数の元の画像位置を含む元の画像
を定義する元の画像データ構造を得、元の画像に埋め込
むための信号を得るためにプロセッサを動作させる。こ
の方法は、さらに、元の画像データ構造の複数の画像位
置の少なくとも一つに信号を付加し、中間カラー画像デ
ータ構造を生成するためにプロセッサを動作させる。中
間カラー画像データ構造は、元の画像データ構造の少な
くとも一部分のバージョンであり、各々が中間カラーを
示す複数の中間画像位置を含む。元の画像データ構造に
おける元の画像位置及び中間カラーデータ構造における
中間画像位置は、各画像において同じ画像位置を示し、
集合的に各々ペアの画像位置とされる。各々ペアの画像
位置のそれぞれは画像のカラーを示す。次に比較動作が
実行されて各々ペアの画像位置のそれぞれに量的な知覚
差測定値を生成する。比較動作は人間の知覚のモデルを
使用し、元の画像と中間画像の人間の観察者によって知
覚された知覚可能な画像差を量的に表す。各々ペアの画
像位置同士の間の差の測定値が元のカラー画像と中間カ
ラー画像との許容可能な知覚差を示すしきい値を越える
場合、信号が減衰されて非ゼロの修正された信号を生成
する。次に、反復動作が実行され、各々ペアの画像位置
同士の間の知覚差測定値がしきい値を越えなくなるま
で、修正された信号を使用して付加、比較、及び減衰動
作を反復する。この反復動作は、知覚的に許容可能な信
号差である、元のカラー画像と修正されたカラー画像と
の信号差を示す修正されたカラー画像データ構造を生成
する。

【００１１】本発明の別の態様によると、プロセッサ制
御マシーンを動作させる方法は、画像に埋め込まれたｎ
個の周期的信号のセットを復号するために提供される。
この方法は、埋め込まれたｎ個の周期的信号のセットを
含む画像を定義する画像データ構造を得ることを含む。
ｎ個の周期的信号のセットは、互いに関する幾何学的関
係を有する。この方法は、さらに、ｎ個の周期的信号の
セットに関して予測された幾何学的関係を示す幾何学的
制約データを得ることを含む。次に、画像の二次元空間
周波数パワースペクトルにおける複数の局所的ピークパ
ワー集中が特定され、ｎ個の周期的信号のセットに関し
て予測された幾何学的関係を示す幾何学的制約データを
満たさないこれらの局所的ピークパワー集中のサブセッ
トが考慮から外される。局所的ピークパワー集中の残り
のサブセットは、ｎ個の周期的信号のセットの空間周波
数及び方向を示す代表的な局所的ピークパワー集中とな
るように決定される。次に、画像のｎ個の代表的な局所
的ピークパワー集中のセットと幾何学的制約データによ
って示されるｎ個の周期的信号のセットの間で最適な線
形マッピングが計算される。最適な線形マッピングは、
画像に埋め込まれたｎ個の周期的信号のセットの空間周
波数及び方向を特定する。

【００１２】

【発明の実施の形態】カラー画像に信号を埋め込む本発
明の技術は、目標として、この信号が、この技術の出力
として生成された修正カラー画像の人間の観察者に実質
的に知覚できないように信号を埋め込まなければならな
い。信号が知覚可能かどうかは、人間の知覚のモデルを
使用して元のカラー画像と中に信号が埋め込まれた修正
カラー画像との量的な知覚差の測定値を提供する比較動
作によって測定される。しきい値を越える知覚差の測定
値は人間の観察者によって知覚可能であるため、埋め込
み信号で修正されたカラー画像は元のカラー画像の許容
不可能な劣化をもたらす。しきい値設定によって、この
技術を使用する特定のアプリケーションを許容するか又
は特定のタイプの構造的又は色的内容を有する画像を許
容する、技術上の柔軟性がもたらされる。したがって、
しきい値は、元のカラー画像と埋め込み信号で修正され
たカラー画像との間で許容される許容可能な知覚差の限
界を設定し、このしきい値は、元の画像と修正されたカ
ラー画像との多少の知覚差、つまり元のカラー画像の多
少の劣化を許容するように変更され得る。以下に述べる
例示された実施の形態を含む多くの場合、この技術によ
って、埋め込み信号が人間に知覚不可能であり、この説
明のために、埋め込み信号は知覚不可能信号と称され
る。しかし、本発明の技術は元の画像と修正されたカラ
ー画像との知覚差を測定し、この知覚差の許容度を制御
する方法を提供することが理解されるであろう。

【００１３】元のカラー画像に知覚不可能な信号成分を
埋め込む本発明の技術は、入力として（埋め込まれた信
号成分のない）元のカラー画像及び付加される信号成分
を含む画像の二つのデータ構造を必要とする。この技術
は、中に知覚されずに埋め込まれた付加された信号成分
を有する元のカラー画像のバージョンを生成し、元の画
像のこのバージョンは以下修正画像と称される。

【００１４】「元のカラー画像」という用語は、知覚不
可能な信号が付加される入力カラー画像を定義する画像
データ構造についていうために使用される。本発明の入
力として適したタイプのカラー画像は二次元であり、画
像位置が画像座標のセット（ｘ，ｙ）によって与えられ
る画像座標系を有する。画像の各位置は「ピクセル」と
称される。データアイテムの二次元アレイはカラー画像
を空間的に定義し、データの各アイテムは画像位置の色
を示す「ピクセル値」と称される値を提供する。各ピク
セル値は、選択された色空間、例えば、ＲＧＢ色空間又
は容認される国際ＣＩＥ標準色空間において色を定義付
ける色空間座標の組である。元の画像は以下Ｉ（ｘ，
ｙ）とも称される。

【００１５】元のカラー画像に埋め込まれる信号成分
は、それ自体画像として見られる。以下により詳細に述
べられるように、信号成分は幾つかの処理の反復にわた
って埋め込まれ、Ｓⁱ ( ｘ，ｙ）とも称される（ここで
ｉは現行の反復の数である）。付加される信号成分の特
徴は、信号を保持する修正画像が使用されるアプリケー
ションに応じて変化し、幾つかのアプリケーションで
は、付加された信号成分は周期的信号でなければならな
い。以下に述べられる技術の例示される実施の形態で
は、元のカラー画像に付加される信号は正弦信号成分で
ある。

【００１６】図１は、知覚不可能な信号成分を元のカラ
ー画像に付加する動作２００を例示するフローチャート
である。一般には、動作２００は、元のカラー画像及び
画像表示として信号成分を扱い、ボックス２１０でこれ
らを付加し、以下Ｉ'(ｘ，ｙ）として示される修正され
たカラー画像を生成する。

【００１７】付加された信号成分が修正された画像のあ
らゆる部分において人間の観察者によって知覚されない
ように、ボックス２４０では、人間の知覚をモデルにし
た比較動作を使用して各画像位置でＩ（ｘ，ｙ）とＩ'
(ｘ，ｙ）との知覚差が測定される。比較動作２４０
は、Ｉ'(ｘ，ｙ）における各画像位置に対してＩ（ｘ，
ｙ）とＩ'(ｘ，ｙ）との知覚差の量的な測定値を示すデ
ータを生成する。量的測定値は、Ｉ（ｘ，ｙ）とＩ'
(ｘ，ｙ）との知覚差が修正されたカラー画像Ｉ'(ｘ，
ｙ）の人間の観察者に知覚可能かどうかを示す。比較動
作２４０の出力は、以下知覚差ΔＥ（ｘ，ｙ）として示
される。人間の知覚モデルに関するさらなる詳細及び例
示される実施の形態で使用されるモデルの記述は以下に
述べられる。

【００１８】知覚差データは、ボックス２７０におい
て、二つの方法で評価される。一つの評価は、任意の画
像位置が、許容可能な知覚差測定値となるように決定さ
れたしきい値知覚差よりも大きい知覚差ΔＥ（ｘ，ｙ）
を有するかどうかを含む。このしきい値よりも大きい差
の測定値を有する画像位置は、付加された信号が人間で
ある、修正カラー画像の観察者に知覚可能であることを
示し、付加された信号成分がこれらの画像位置において
連続する処理の反復で減衰される必要があることを意味
する。第２の評価は、十分な反復がなされて付加された
信号がしきい値を越える知覚差測定値を全く又は殆ど生
成せず、実質的に知覚不可能であると決定し、処理を完
了する。この評価は多数の異なる方法で行われることが
でき、例えば、ΔＥ（ｘ，ｙ）の画像位置のしきい値百
分率がしきい値差よりも小さな差を測定した場合又はΔ
Ｅ値の幾つかの（例えば、算術的又は幾何学的）平均が
しきい値よりも低い場合に処理が終了する。これら両方
のしきい値は、修正されたカラー画像が使用される特定
のアプリケーションに適するように、又は元のカラー画
像の特定の空間的及び構造的属性を許容するように調節
されることができる。

【００１９】図１のボックス２７０が示すように、二つ
の評価によって、修正されたカラー画像がしきい値であ
る許容可能な差より低い差の測定値を有する多数の画像
位置を有することが示された場合、修正されたカラー画
像を生成する動作２００は完了し、処理は停止する。修
正されたカラー画像の最終的なバージョン２９０は、元
のカラー画像と修正されたカラー画像との許容可能な知
覚差を生成する付加された信号成分を有し、多くの場
合、付加される信号成分は人間である画像の観察者には
知覚不可能である。

【００２０】画像位置Ｉ'(ｘ，ｙ）がしきい値許容可能
な差の測定値より大きい知覚差ΔＥ（ｘ，ｙ）を有する
場合、図１のボックス２８０に示されるように、新しい
信号画像が形成され、この画像において、先行信号画像
の信号は許容不可能な差の測定値がある画像領域におい
て減衰される。この新しい信号画像は先行の反復の信号
画像Ｓⁱ （ｘ，ｙ）を使用して生成され、次の（ｉ＋
１）回目の反復に対する信号画像（本明細書中でＳ
ⁱ⁺¹(ｘ，ｙ）で示される）を形成する。次に、処理はボ
ックス２１０に戻り、修正された信号Ｓⁱ⁺¹(ｘ，ｙ）が
元の画像に付加される。

【００２１】図２〜６は、代表的且つ概略的な画像表示
による動作２００を例示する。図２の元のカラー画像３
００は画像領域３０２、３０４、３０６、３０８、及び
３１０を示し、各領域は、異なるクロスハッチングパタ
ーンによって表示されるように、異なるカラーで示され
る。図３は、元の画像３００に付加される信号成分の画
像３２０を表示する。画像３２０は、以下により詳細に
述べる例示される実施の形態の主題である特定の信号成
分の画像である図１０の画像４８０と対照的に、任意の
タイプの信号成分を示すことが意図されるクロスハッチ
ングパターンで示されることに注目されたい。

【００２２】図４は図１の動作２１０によって生成され
た画像３３０を示し、この画像は画像３２０を画像３０
０に付加することによって生成された画像である。本発
明によって元のカラー画像に信号を埋め込むプロセスの
結果として生成された画像は、結合され、また登録され
る位置合わせをされてレンダリングされる二つの画像デ
ータ構造であるように定義される。画像３３０では、画
像領域３３２、３３４及び３４０は図２の画像３００と
同じ色（同じクロスハッチング）を有して示されるが、
画像領域３３６及び３３８は、画像領域３０６及び３０
８のクロスハッチングカラーの上に信号画像３２０のク
ロスハッチングカラーを重畳したものとして示される。
画像３３０は、信号成分３２０が画像領域３３６及び３
３８において知覚可能であるが、画像領域３３２、３３
４及び３４０では知覚できないことを概略的に例示す
る。図５は、人間の知覚モデルを使用して画像３００と
画像３３０との間の知覚差を測定する動作２４０によっ
て生成された知覚差ΔＥ（ｘ，ｙ）を示す画像３５０を
示す。画像領域３５８及び３５６の量的な知覚差ΔＥ
は、許容可能な知覚差しきい値よりも上である。

【００２３】図６は、図１の動作２８０によって生成さ
れた信号画像Ｓⁱ⁺¹(ｘ，ｙ）を表す画像３６０を示す。
信号画像３６０は処理の次の反復で元の画像に埋め込ま
れ、領域３６４の異なるクロスハッチングパターンによ
って、信号成分が、付加された信号成分が許容不可能な
程度に大きな知覚差を生成し、そのため人間である画像
３３０の観察者に知覚されてしまう、画像３３０の画像
領域に対応する画像領域で減衰されることを示す。

【００２４】本発明の動作２００の例示される実施の形
態は、元のカラー画像に、信号成分として一つ以上の正
弦波グリッドを付加し、正弦波は所定の空間方向及び空
間周波数を有する。例示される実施の形態は、図７のフ
ローチャート４００に示される。元のカラー画像４０４
は、ボックス４０６において、三つの色分解、即ち輝度
（黒及び白）、赤−緑（ＲＧ）及び黄−青（ＹＢ）を生
成する反対色表示に変換される。この変換は、典型的に
はＲＧＢ色空間からの一次変換である。正弦波信号４０
２の合計Ｓ（ｘ，ｙ）は、ボックス４０８で黄−青（Ｙ
Ｂ）色帯に埋め込まれる。例示される実施の形態は、人
間の感覚が低く大部分の画像が比較的に殆どパワーを持
たない高空間周波数を選択する。埋め込み信号を有する
ＹＢ帯を含む三つの色分解は中間修正画像４１４を形成
し、この画像はＳ−ＣＩＥＬＡＢ知覚差測定動作４５０
への入力に適した入力表示に変換される。特に、中間カ
ラー画像４１４は、ボックス４０９において、人間の目
の網膜の錐体状受光体に感度を示す長波、中波及び短波
（ＬＭＳ）の波長の吸収を概算する表示に変換される。
このＬＭＳ表示は、ボックス４０９で変換された元の画
像４０４のＬＭＳ表示と共に、比較動作４５０へ入力さ
れて二つの画像間の知覚差を検出し測定する。知覚差測
定値がしきい値を越える場合、正弦波グリッド４０２は
知覚差を生成する領域で減衰されなければならず、再び
元の画像４０４のＹＢ帯に付加される。このようにし
て、信号は繰り返し埋め込まれる。正弦波グリッド画像
４０２の生成及び動作４２０で生成された減衰画像４１
８は元の画像４０４に付加される。知覚差測定値が再び
しきい値を越える場合、さらなる反復が必要となり、新
しい減衰画像４１８がボックス４２０で生成され、この
画像は最後の反復で生成された正弦波グリッド４０２と
逓倍されて新しい正弦波グリッドを形成し、このグリッ
ドは次の反復で元の画像４０４のＹＢ帯に付加される。
反復処理はライン４１０で示される。

【００２５】本発明の技術はカラー画像に信号を埋め込
むことについて説明しているが、信号成分は反対色画像
表示の色（即ち、ＲＧ又はＹＢ）帯に埋め込まれること
のみに制約されない。例示される実施の形態の技術は元
の画像のＹＢ帯に信号成分を埋め込むが、信号は元の画
像のＢＷ、ＲＧ又はＹＢ帯のうちの任意の一つ以上に埋
め込まれ得る。反対色表示の特定の一つにおける埋め込
み信号の知覚は、特定の画像の空間構造又は色構造に依
存する。他のタイプの画像分解、例えば、ＨＳＶ（色
相、彩度及び輝度）及びＬ^* ａ^* ｂも可能であることに
も注目されたい。

【００２６】例示される実施の形態は、Ｓ−ＣＩＥＬＡ
Ｂとして公知の人間知覚モデルを使用して元の画像と修
正画像の各反復の中間バージョン４１４との間の知覚差
比較を行い、知覚差測定値画像４１６、ΔＥ（ｘ，ｙ）
を生成する。Ｓ−ＣＩＥＬＡＢの機能的且つ動作的特徴
は以下に述べられる。図７のボックス４０９におけるＲ
ＧＢ画像のＬＭＳ表示への変換は、人間の知覚の文献に
おいては標準的な動作であり、Ｓ−ＣＩＥＬＡＢソース
コードを用いたユーティリティとして提供される。

【００２７】正弦波グリッドを埋め込み知覚差を測定す
るプロセス及び獲得した修正カラー画像における正弦波
グリッドの位置を決定する復号プロセスを含む本発明の
技術は、Matlabとして公知のプログラミング言語で実施
されてきたが、これらの実施は適切に構成された汎用コ
ンピュータ、例えば図１９に概略的に示され以下に述べ
るマシーン１００で実行される。

【００２８】先に示したように、図１の比較動作２４０
の目的は、元のカラー画像と修正カラー画像の現行バー
ジョンとの間の知覚差を測定してこの知覚差が許容可能
な知覚差のしきい値を越えるかどうか、及び人間である
画像の観察者によって知覚可能であるかどうかを決定す
ることである。人間の色知覚の多くのモデルは色研究の
文献で提案されてきた。本発明での使用に適したモデル
は、人間の観察者が知覚する二色間の知覚差を表す二色
間の色の見えの差を測定し、測定した差を、実際の人間
の色覚に正確に対応する知覚した色の見えの差の大小の
量的な範囲又は尺度で表現する機能性を提供しなければ
ならない。しきい値は人間の知覚のしきい値より下の知
覚差を表すため、又はしきい値以上の知覚差は特定のア
プリケーションに対して許容可能な程度まで許容可能で
あるため、本発明の技術は、「許容可能な」知覚差を表
すモデルを使用した結果として生成される量的な差の尺
度からしきい値知覚差を選択することができなければな
らない。さらに、本発明での使用に適したモデルは、色
に対する人間の目の実際の物理的反応による色測定を前
提とし、典型的には、画像の白黒点及び／又は画像を生
成するために使用される測色用の光の特定を可能とす
る。色を定義し測定するためのＣＩＥ（国際照明委員
会:Commission Internationale de l'Eclairage)標準
は、人間の色知覚の多くのこのようなモデルの基礎を形
成する。特定の人間の色知覚モデルがどのようにして正
確に知覚差を表示且つ測定するかということは、本発明
の動作に影響を与え、図１の比較動作２４０が提供する
知覚差に関する情報がより正確になると、この技術によ
って、埋め込み信号がより知覚不可能になることがより
確実となる。

【００２９】例示される実施の形態では、本発明はＳ−
ＣＩＥＬＡＢとして公知の人間の色知覚モデルを使用す
る。Ｓ−ＣＩＥＬＡＢモデルはX.ツァン(X.Zhang) 及び
B.バンデル(B.Wandell) によって開発され、A.ポアゾン
(A.Poirson) 及びB.バンデルの色視覚調査に基づく。以
下に述べる以外のＳ−ＣＩＥＬＡＢならびにポアゾン及
びバンデルの調査に関するさらなる情報は以下の文献か
ら入手可能である：A.Porison and B.Wandell, "The ap
pearance of colored patterns: pattern-color separa
bility",( Journal of the Optical Society of Americ
a A,10:2458-2471, 1993);A.Porison and B.Wandell, "
Pattern-color separable pathways predict sensitivi
ty to single colored patterns",( Vision Research,
36:515-526, 1996);X.Zhang and B.Wandell, "A spatia
l extension of CIELAB for digital color image repr
oduction",( Proceedings of the Society of Informat
ion Display 96 Digest, pp.731-734, San Diego,199
6)。これらの出版物はそれぞれ必要に応じて検索される
色科学及び人間の視覚の文献に対する参照を提供する。
Ｓ−ＣＩＥＬＡＢ実施のソースコードは、ブライアンバ
ンデルのウェブサイト( 出願日のURL:http://white.sta
nford.edu./html/wandell.html) からダウンロードする
ことによって利用可能である。

【００３０】Ｓ−ＣＩＥＬＡＢは、色再現誤差が正確に
測定され得る知覚的に均一な色空間を定義付けようとす
る公知のＣＩＥＬＡＢ標準の拡張である。Ｓ−ＣＩＥＬ
ＡＢは、元のカラー画像と特定の装置による色再現との
間の知覚差の誤差を測定するために設計された。Ｓ−Ｃ
ＩＥＬＡＢは、色の見えが画像の空間構造に全体的及び
局所的に依存することを説明しようとする。ＣＩＥＬＡ
Ｂは、広く均一な色パッチの色の識別能力の心理物理的
研究に基づく。より最近の研究によって、色の見えは画
像の局所的構造にも依存することが分かった。細かい寸
法のパターンによる色の見えの測定値（例えば、異なる
空間周波数の色方形波格子）は、広く均一なカラーパッ
チによるものと異なる。ポイゾン及びバンデルは、これ
らの人間の色覚反応を説明するために、先の人間の色処
理のパターン色分解可能モデルを提案する。ツァン及び
バンデルは、ＣＩＥＬＡＢを用いてパターン形成された
画像における局所的な色再現の誤差を予測するのでは満
足な結果が得られないと述べ、例として連続トーンカラ
ー画像と画像のハーフトーンバージョンとの比較につい
て述べている。これらの画像の間のＣＩＥＬＡＢ誤差の
点ごとの比較は、大部分の画像の点で大きな誤差を生成
する。しかし、ハーフトーンパターンは急速に変化する
ため、これらの差は目にはぼやけて見え、再現部は元の
外観を維持している。

【００３１】図８は、Ｓ−ＣＩＥＬＡＢ色知覚モデルを
使用して例示される実施の形態で実施されるＳ−ＣＩＥ
ＬＡＢ比較動作４５０の一般的な処理を例示する。Ｓ−
ＣＩＥＬＡＢパターン色分解可能モデルでは、オリジナ
ル及び修正されたカラー画像の現行バージョンの両方の
カラー信号はＬＭＳ表示に入力される。この表示のカラ
ー信号は、ボックス４５４において、ＬＭＳ座標から輝
度（ＢＷ）、赤−緑（ＲＧ）及び黄−青（ＹＢ）と称さ
れる三つの帯（即ち、空間画像）を有する反対色表示に
変換される。各反対色画像は、ボックス４５６におい
て、核を用いてたたみこまれ、この核の形状は、その色
の寸法、即ちこれらの核が一つに統合する領域に対する
視覚的空間感度によって決定される。これは、各反対色
画像をＲＧ及びＹＢ帯がより低い周波数カットオフを有
するローパスフィルターで平滑化することに等しい。色
変換は画像の空間パターンに依存せず、空間たたみこみ
は画像の色に依存しないため、この計算はパターンカラ
ー分解可能である。

【００３２】最後に、各画像位置のフィルタリングされ
たカラー信号の表示は、ボックス４５８において、ＣＩ
Ｅ ＸＹＺ三刺激座標に変換される。ＣＩＥ ＸＹＺ三
刺激表示は、ボックス４６０において、ＣＩＥＬＡＢ式
を使用してＣＩＥＬＡＢ色空間に変換される。従来のＥ
ＩＣＬＡＢ色差式は、各画像ピクセルにおける元のカラ
ー画像の色と修正されたカラー画像の現行バージョンの
色との間の知覚差を測定するために使用される。これら
の知覚差はΔＥで示され、ここで１より大きな値は知覚
差が人間によって検出可能であることを示す。１未満の
知覚差値は、差が識別不可能であることを示す。画像の
知覚差ΔＥ（ｘ．ｙ）は動作４２０に戻される。Ｓ−Ｃ
ＩＥＬＡＢ差の測定値は、空間的及び色的な感度を表
し、ツァン及びバンデルによると、画像の均一な領域に
わたった従来のＣＩＥＬＡＢに等しい。

【００３３】Ｓ−ＣＩＥＬＡＢ色知覚モデルの使用は、
幾つかの較正パラメータを必要とする。Ｓ−ＣＩＥＬＡ
Ｂは、カラー画像のデジタル表示と、プリント又は表示
された場合の画像の空間反射率との間のマッピングを必
要とする。したがって、プリンタ又は表示装置の詳細な
モデル及び測色用の光のスペクトル分布はそのモデルに
特定される必要がある。本発明の例示される実施の形態
では、Ｓ−ＣＩＥＬＡＢモデルは、画像がＲＧＢ蛍光体
の従来のセットを用いてＣＲＴモニターに表示されるこ
とを仮定している。また、Ｓ−ＣＩＥＬＡＢモデルは白
色点の特定も必要とする。本発明の例示される実施の形
態では、Ｓ−ＣＩＥＬＡＢモデルは、処理されるデジタ
ル画像に対して、白色点が元のカラー画像において最も
高い輝度のピクセルの色組である、即ち、ＣＩＥ ＸＹ
Ｚ−三刺激座標において、全ての画像ピクセルのうちの
最も大きなＹ要素が白色点として指定されることを仮定
する。白紙にプリントされた画像に対して、白色点は通
常紙の反射率として特定される。

【００３４】Ｓ−ＣＩＥＬＡＢモデルを用いた経験によ
り、実際、埋め込み正弦波信号成分を有する修正された
カラー画像の知覚差がΔＥ＜３である場合、明白でない
ことが分かった。しかし、例示される実施の形態におけ
る場合のように、適切な較正パラメータの知識が不完全
である場合、ΔＥの値を保存的になるように小さく（例
えば、＜１）維持することが重要である。先に述べたよ
うに、しきい値は、最終的な修正カラー画像の画像劣化
をより許容するように変更されることができる。

【００３５】先に述べたように、図７に示される本発明
の例示される実施の形態では、知覚差画像４１６、ΔＥ
（ｘ，ｙ）は元の画像４０４であるＩ（ｘ，ｙ）と現行
の又は中間の修正画像４１４であるＩ'(ｘ，ｙ）との知
覚差を表す。埋め込まれる信号は、元の画像と修正され
た画像との間の知覚差が大きい場合、即ち、ΔＥ（ｘ，
ｙ）＞１である場合に常に減衰される。図９のフローチ
ャートは、例示される実施の形態によって次の反復の信
号成分画像Ｓⁱ⁺¹(ｘ，ｙ）を生成する動作４２０を例示
する。各反復において、ΔＥ（ｘ，ｙ）＞ｔ（ここでｔ
はあるしきい値である）である画像位置が多数ある場
合、ΔＥ（ｘ，ｙ）は、ボックス４２２において、以下
のように減衰画像４１８とも称される減衰因子ａ（ｘ，
ｙ）の画像に変換される。 ａ（ｘ，ｙ）＝（２／２＋ｍａｘ［０，ΔＥ（ｘ，ｙ）−ｔ］）² （１） しきい値ｔは、ΔＥ（ｘ，ｙ）が信号画像の減衰を起こ
さないしきい値よりも小さなしきい値である。例示され
る実施の形態では、使用されるしきい値は１である。

【００３６】減衰因子の画像ａ（ｘ，ｙ）は、ボックス
４２６において、ローパスフィルターを用いてぼかされ
る。Ｓ−ＣＩＥＬＡＢは、各反対色帯における空間的ぼ
けによって局所的近隣の知覚差を測定するため、ａ
（ｘ，ｙ）のぼけは重要である。減衰因子の画像ａ
（ｘ，ｙ）は、Ｓ−ＣＩＥＬＡＢがＹＢ帯のために使用
するのと同じローパスフィルターでぼかされる。また、
このぼけは埋め込み信号の帯幅を比較的小さく維持す
る。これによって、その周波数内容を人間が感度を示す
低周波数から離れるように維持する。また、より狭い帯
幅によって、正弦波のパワーがより集中し検出しやすく
なる。

【００３７】ぼかされた減衰画像４１８は、ボックス４
２８において、先行の反復で埋め込まれた信号と逓倍さ
れる。例示される実施の形態の動作４００（図７）は、
ピクセルの９９．５％がΔＥ（ｘ，ｙ）≦ｔを有するま
で繰り返され、３〜５回の反復を要することが分かっ
た。最終的な埋め込み信号は以下によって得られる。

【００３８】

【数１】 ここで、ｎは反復の回数であり、Ｓ（ｘ，ｙ）は正弦波
の合計であり、ａ（ｘ，ｙ）は反復ｉでぼかされた減衰
画像である。埋め込み信号の振幅は各反復で減少し、こ
れによってΔＥ（ｘ，ｙ）≦１がほぼどこにでもあるよ
うな収束が確実となる。ΔＥ値を減衰因子に変換する式
（１）は、適切な収束率を得るように経験的に選択され
た。正弦波信号の減衰は、信号がスキャナのような画像
獲得装置によって検出できない限界を下回ってはいけな
い。

【００３９】埋め込むための正弦波の数及び正弦波の空
間的方向及び空間的波長の選択は、修正された画像又は
修正された画像のあるバージョンが使用されるアプリケ
ーションのタイプに影響を受ける。本発明の例示される
実施の形態では、四つの正弦波がカラー画像に埋め込ま
れ、画像にわたって正弦波格子を形成し、この格子は、
獲得画像から復号された場合、獲得画像と修正画像との
間の幾つかの幾何学的関係を決定するために使用され
る。元の画像は各ピクセルでＲ、Ｇ及びＢ値を有し、こ
れらの値は０〜２５５の範囲で表示される（即ち、ピク
セル当たりの色帯当たり８ビット）。反対色表示への変
換後、ＹＢ（黄−青）チャンネルは、典型的には、−８
〜８の値を有する。四つの正弦波がそれぞれ約０．５ピ
クセルの振幅で付加される。したがって、本実施の形態
の埋め込み信号の典型的な振幅は２であった。

【００４０】信号画像Ｓ（ｘ，ｙ）を形成するこれら四
つの正弦波信号の概略表示は、図１０の空間画像４８０
に例示される。画像４８０は、格子の画像を形成する、
画像４８０にわたって直交する方向に延び、等しい間隔
で斜めに配置された直線の対を示す。これらの直線は、
異なる空間周波数を有し異なる空間方向で画像４８０に
配置された正弦波のゼロ交点の位置をマークする。斜線
の対の相対位置から、四つの正弦波が画像４８０のｘ方
向の座標軸（図示せず）から±４５°の方向を有するこ
とが分かる。図１１は一対の正弦波の関係を示した、画
像４８０の斜め断面部分４８２を示し、点線４８１は水
平の正弦波軸を示す。例示される実施の形態では、正弦
波の波長は３．８及び２．７ピクセルであり、それぞれ
波長４８６及び４８８で示される。Ｓ−ＣＩＥＬＡＢ
は、周波数が７及び１０サイクル／度の１０インチの距
離から見た場合、埋め込み信号が見えないように較正さ
れた。実際の経験において、プロセスは、埋め込み信号
が１０インチよりも近くから見た場合でも知覚不可能な
ままである程度に十分に粗かった。

【００４１】別のアプリケーションでは、修正された画
像の獲得画像バージョンから正弦波画像を復号する所望
の結果は、獲得画像における絶対空間座標の確立を促進
する。これは、二つ以上の正弦波を特定の特徴を有する
元の画像に付加することによって達成される。特に、付
加された正弦波はそれぞれ制御された所定の位相を有
し、第１正弦波の位相は第２正弦波の位相と異なる。二
つの正弦波によって形成された結合した信号は、画像範
囲の周期よりも長い周期を有し、例えば、正弦波が水平
な空間方向にある場合、結合した周期は画像の水平方向
の寸法（例えば、幅）よりも長い。信号の全体的な周期
が画像範囲よりも大きいという事実に結びついた正弦波
の相対的位相によって、二つ（又はそれ以上）の正弦波
が同時に水平軸を交差して獲得画像に空間画像の原点を
得る場所を示すことが可能となる。図１２は正弦波４９
２及び４９４を示す正弦波画像４９０を示す。これらの
正弦波はそれぞれ他方と異なる位相及び画像の幅より大
きな周期を有し、これらは０である点４９６のみで共通
軸を同時に交差する。

【００４２】この説明において、「獲得画像」とは、動
作２００（図１）又は動作４００（図７）のいずれかの
出力として生成された修正画像の視覚的レンダリングか
ら装置によってデジタル的に捕獲された画像を意味す
る。修正された画像は中に埋め込まれた周期的信号を有
する元の画像のバージョンであるため、修正された画像
は元の画像の代用として作用し、獲得画像に埋め込まれ
る信号を使用するアプリケーションは、元の画像に対し
て動作又は計算を行うために同じことを行う。修正され
た画像、及び修正された画像のバージョンである獲得画
像は、事実上、元の画像の美的外観を許容不可能に変化
させずに元の画像に関する情報を保持する。

【００４３】典型的には、獲得画像は、修正された画像
のプリントレンダリングの色（白黒又はカラー）を光学
的に感知し、捕獲信号を画像のデジタル表示に変換する
走査装置によって生成される。しかし、他のタイプのデ
ジタル捕獲装置、例えばデジタルカメラも獲得画像のた
めの信号源となり得る。

【００４４】図１３は、図１又は７に例示された技術に
よって修正された画像が使用されるアプリケーションの
クラスの一般的なフローチャート５００を提供する。こ
の説明で獲得画像５０４と修正画像５０１との区別を明
確にするために、画像獲得プロセスは動作５０２として
図１３に概略的に表示され、画像獲得動作５０２を囲む
点線は、これがフローチャート５００に例示されるアプ
リケーションのクラスとは明確に異なるプロセスである
ことを示す。

【００４５】フローチャート５００に例示されるアプリ
ケーションのクラスは、復号プロセス中に実際の元の画
像を使用せずに、獲得画像に知覚不可能なように埋め込
まれた信号を使用して獲得画像と元の画像との幾何学的
差を決定する。修正された画像に埋め込まれた信号は周
期的信号であり、埋め込まれた周期的信号成分の空間周
波数に関する獲得画像から復号された情報及び埋め込み
信号に関する所定の幾何学的情報は、獲得画像の埋め込
み信号と元の埋め込み信号画像との幾何学的関係を決定
するために使用される。信号間のこの幾何学的関係は、
修正された画像又は元の画像のいずれかの入力を必要と
せずに、獲得画像の幾何学的特性と元の画像の幾何学的
特性とを計算し自動的にマッチさせるために使用され
る。このような幾何学的特性は、方向、スケール、線形
変形を含む。さらに、獲得画像の埋め込み信号の位相
は、画像位置を決定するための獲得画像において絶対的
な局所的座標を確立するために使用される。

【００４６】このアプリケーションのクラスを例示する
フローチャート５００は、以下のように進む。獲得画像
５０４及び埋め込み信号に関する幾何学的制約情報５０
８は復号動作５２０への入力であり、この復号動作は、
獲得画像５０４の埋め込み信号の空間周波数を決定す
る。復号動作の出力は、獲得画像５０４と修正された画
像２９０との間の局所的ピークパワー集中の位置の線形
マッピング５５８を含む。この線形マッピング情報は動
作５６０への入力であり、この動作５６０は、獲得画像
５０４と修正されたカラー画像２９０との幾つかの幾何
学的関係を計算する。これらの幾何学的関係が分かる
と、獲得画像５０４は、ボックス５５６において、修正
されたカラー画像２９０の幾何学的特性にマッチするよ
うに幾何学的に変換され、幾何学的に修正された獲得画
像５７０を生成する。

【００４７】図１４は、復号動作５２０の例示される実
施の形態の一般的なフローチャートを提供する。復号動
作５２０の目標は、図７及び１０に示される信号埋め込
み技術の例示される実施の形態に関して上述したように
獲得画像に埋め込まれた正弦波信号の空間周波数を配置
且つ特定することである。四つの正弦波のセットを含む
図１０の画像４８０は、正弦波の空間周波数の位置を示
す局所的ピークパワー集中の明確なパターンを有し、こ
のパターンは図１５に示される。図１５は、図１０の信
号成分画像の強化ログ振幅空間周波数スペクトルの画像
５８０を示す。画像５８０は点５８１に画像パワースペ
クトル原点を有し、点５８２、５８３、５８４、５８
５、５８６、５８７、５８８及び５８９に表示される局
所的ピークパワー集中（以下単にピークと称される）を
示すためにしきい値処理されている。これらのピークは
二つずつのセットが四つあり、位置５８１に原点を有す
る座標軸５７８に関して互いに幾何学的関係を有する。
特に、ピークは（点線５７４に沿って測定した）位置５
８１からの距離５７６及び５７７ならびに座標軸５７８
より上及び下の角度５７５で起こる。正弦波が±４５°
の方向を有し、３．８及び２．７ピクセルの波長を有す
ることは図１０の説明で先に述べた。画像５８０はこの
信号のこれらの特定の特徴に対応するピークを示す。よ
り一般的には、ｎ個の正弦波のセットからなる画像は、
パワースペクトル画像の原点として指定された点からの
角度のついた方向差及び放射周波数比の幾何学的特徴を
有する。埋め込み信号のこれらの幾何学的特徴は、本明
細書中では「幾何学的制約」と称され、復号動作５２０
において獲得画像から空間周波数を復号するのに必要な
唯一のアプリオリ情報である。幾何学的制約データのソ
ースは重要ではなく、別の信号源からの別の入力データ
として利用されるか又は獲得画像になんらかの方法で含
まれてもよい。

【００４８】図１４を参照すると、獲得画像データ構造
５０４は最初に複数の反対色表示に変換され、これは、
図７及び８のボックス４０９及び４５４において例示さ
れる実施の形態４００の説明で先に述べたように、元の
画像及び中間カラー画像が反対色表示に変換されたのと
同じように達成される。ＦＦＴ動作５２４はＹＢ色分解
に適用され、ＹＢ帯の振幅空間周波数スペクトルを計算
し、このスペクトルはボックス５２５でそのスペクトル
のぼかされたバージョンによって分割され、局所的ピー
クパワー集中を強化する。次に、ボックス５２６におい
て、獲得画像のＹＢ帯における全てのパワーピーク集中
が配置され、テストされる代表的な空間周波数として含
まれる。

【００４９】図１６は、埋め込まれた図１０の正弦波画
像４８０を有する獲得画像５０４のＹＢ帯の強化ログ振
幅空間周波数スペクトルの画像５９０を示す。画像５９
０は点５９１に画像原点を有し、全ての局所的ピークを
示すようにしきい値処理されている。再び図１４を参照
すると、四つの局所的ピークのセットは図１５に示す幾
何学的制約５０８、特に、距離５７６と５７７の距離の
比及び角度５７５と比較される。制約５０８を破る四つ
の周波数のこれらのセットはボックス５２８で捨てられ
る。残りの代表的な周波数のうち、最適な線形マッピン
グは、ボックス５３０において、幾何学的制約５０８を
使用して獲得画像の局所的ピークパワー集中の位置と正
弦波画像の局所的パワー集中の位置との間で見られる。
最適なマッピングを生成するために最小自乗技術が使用
されてもよい。ボックス５３０はその出力として線形マ
ッピング５５８を生成し、復号動作５２０が完了する。

【００５０】図１３の説明で述べたように、埋め込み信
号を有する画像のこのアプリケーションのクラスでは、
線形マッピング情報は獲得画像と元の画像との幾何学的
関係を計算する動作への入力である。図１６に示される
獲得画像の振幅空間周波数スペクトルの例示される実施
の形態に関して、ボックス５３０の処理（図１４）は、
残りの代表的な周波数から四つの空間周波数のセットの
最適なマッチが点５９２、５９３、５９４、５９５、５
９６、５９７、５９８及び５９９で探されることを示
す。図１７に示されるように、これらのピークが一旦特
定されると、画像座標軸６１０からの方向の角度６１４
ならびに点５９１から離れるピークの距離６１８及び６
２０が計算される。図１５と１７のこれらのピークの位
置及び方向の視覚的比較から、図１７に示される獲得画
像のピークが図１５に示される正弦波画像のピークと異
なる幾何学的特徴を有することが分かる。図１８はこれ
らの幾何学的相違を例示する。図１８では、正弦波画像
の振幅空間周波数スペクトル画像５８０が獲得画像の振
幅空間周波数スペクトル画像５９０の上に重畳され、指
定された原点で位置合わせされる。画像５８０の局所的
ピークはピークをつなぐ点線で示され、画像５９０の局
所的ピークはこのピークをつなげる実線で示される。ピ
ークは位置合わせされず、獲得画像の振幅空間周波数ス
ペクトル５９０におけるピークパワー集中は角度６５０
だけオフセットされ、距離６５２及び６５４だけ原点か
らピークの距離の差があることが分かる。角度６５０の
差は獲得画像５０４の回転を示し、これは、画像獲得プ
ロセス中の修正された画像の視覚的レンダリングの配置
ミスによるものである。距離の差６５２及び６５４は獲
得画像５０４のスケーリング（拡大）を示し、これは、
例えば、修正されたカラー画像のレンダリング中に起こ
り得る。復号動作５２０の出力として生成される線形マ
ッピング５５８は、これらの幾何学的差を計算するため
に使用される。これらの幾何学的特徴が計算されると、
獲得画像５０４は自動的にスケールが縮小され、元の画
像の幾何学的特徴にマッチするように回転される。図１
３のフローチャートに例示されるアプリケーションのク
ラスは、獲得画像と埋め込み周期的信号を有する元の画
像とのこのような線形幾何学的変換の全てを含む。

【００５１】図１９は、汎用のプロセッサ制御マシーン
１００のブロック図であり、本発明は、マシーン１００
と共通の要素、特徴及び構造を有するあらゆるマシーン
で使用され、特定のプロセッサ、マシーン、システム又
は他の装置に固有に関連しない。このマシーン又はシス
テムは、本発明を実行する目的で特に構成され最適化さ
れるか又はコンピュータに保存されるコンピュータプロ
グラムによって選択的に起動されるか再構成される汎用
コンピュータを含むか又は汎用コンピュータと補助目的
のハードウェアとの組み合わせであり得る。マシーン１
００のようなマシーンが本発明を具体化するように適切
にプログラミングされる場合、マシーンは標準的又は公
知の構造ではない。

【００５２】マシーン１００は、カラー画像にデータを
埋め込む図１の動作２００、獲得画像から埋め込み信号
を復号する図１４の動作５２０、獲得画像と修正された
カラー画像との幾何学的関係を計算する図１３の動作５
００のいずれか一つを実行するように構成されてもよい
し、これらの動作全てを実行するように構成されてもよ
い。入力カラー画像、例えば、図２の元のカラー画像３
００、図７のカラー画像４０４、又は図１３の獲得画像
５０４は、信号源１５８から提供される。信号源１５８
は、記憶装置、通信チャンネル、データバス、動作を実
行する別のプロセッサ、又はカラー画像信号の任意の他
の適切なソースであってよい。例えば、信号源１５８は
画像捕獲装置、例えば、走査装置、デジタルカメラ、又
は別のタイプの画像信号からデジタル画像定義データ構
造を生成するインタフェース装置であってよい。信号源
１５８によって提供される入力カラー画像は入力回路１
５６を介してプロセッサ１４０に送出され、データメモ
リ１１４に保存される。マシーン１００は、必須ではな
いが、画像を表示することができる従来のディスプレイ
装置（図示せず）、例えば、ブラウン管、液晶ディスプ
レイ（ＬＣＤ）装置、プリント装置、又は画像を表示す
るのに適した任意の他の装置を含む。

【００５３】プロセッサ１４０は、プログラムメモリ１
１０にアクセスして命令を検索し、そしてそれを実行す
るように動作する。マシーン１００が信号埋め込み動作
２００を実行するように構成される場合、プログラムメ
モリ１１０は、図１のフローチャート２００に示される
機能を実行する信号埋め込み命令２００を含む。プログ
ラムメモリ１１０は、信号埋め込み命令２００による埋
め込み信号を有する修正されたカラー画像を生成するた
めに必要なサブルーチンの命令を含み、これらは知覚差
測定命令２４０及び減衰画像生成命令２８０を含む。同
様に、マシーン１００が埋め込まれた信号の復号動作５
２０を実行するように構成される場合、プログラムメモ
リ１１０は図１４のフローチャートに示される機能を実
行する復号命令５２０を含み、また、獲得画像から空間
周波数を復号するのに必要なサブルーチンの命令も含
む。マシーン１００が自動的画像スケーリング及び位置
合わせ、又は獲得画像に別のタイプのアプリケーション
を実行するように構成される場合、プログラムメモリ１
１０は図１３のフローチャートに示される機能を実施す
るアプリケーション命令５００を含み、この命令は、元
のカラー画像の幾何学的特徴にマッチするように、獲得
画像の幾何学的特徴を変換するための図１３に示された
サブルーチンの命令を含む。

【００５４】命令の実行中、プロセッサ１４０はデータ
メモリ１１４にアクセスして動作を実行するのに必要な
データを得るか又は保存する。例えば、マシーン１００
が元のカラー画像に信号を埋め込む動作２００を実行す
るように構成される場合、データメモリ１１４は元のカ
ラー画像を定義する画像データ構造４０４、修正された
カラー画像の元のバージョン及び中間バージョンの反対
色表示４１２を定義する画像データ構造及び埋め込み信
号を有する最終的な修正されたカラー画像４２４を定義
する画像データ構造を保存する。データメモリ１１４
は、元のカラー画像４０４に付加される信号成分データ
４０８及び知覚差測定値ΔＥ（ｘ，ｙ）を定義するデー
タ４１６も保存する。データメモリ１１４は種々の他の
雑データも保存する。同様に、マシーン１００が復号動
作５２０を実行するように構成される場合、データメモ
リ１１４は、幾何学的制約５０８、代表的な空間周波数
及び獲得画像空間周波数パワースペクトルと修正画像空
間周波数パワースペクトルとの局所的ピークパワー集中
の位置の線形マッピング５５８を保存する。

【００５５】マシーン１００の物理的要素が接続される
実際の方法はいろいろあり、要素の幾つか又は全てのハ
ードワイヤード物理的接続部ならびにワイヤード又はワ
イヤレス通信設備、例えば、遠隔又は局所的通信ネット
ワーク及び赤外線及びラジオ接続を含んでもよい。プロ
グラムメモリ１１０又はデータメモリ１１４は、例え
ば、局所的メモリとしてプロセッサ１４０に物理的に接
続されるか又はワイヤード或いはワイヤレス通信設備
（図示せず）によってプロセッサ１４０に遠隔アクセス
可能なメモリを含む。

【００５６】図１９は、ソフトウェア製品１６０、マシ
ーン１００に示されるような要素を含むマシーンで使用
され得る製品も含む。ソフトウェア製品１６０は、記憶
媒体アクセス回路１５０によってアクセスされることが
できるデータ記憶媒体１７０を含む。データ記憶媒体１
７０は、図１の動作２００、図１３の動作５００又は図
１４の動作５２０のうちの一つ以上を実行するための命
令を記憶し、図７、８及び９に例示される例示される実
施の形態によってこれらの動作を実行する命令も含む。

【００５７】ソフトウェア製品１６０は、データ記憶媒
体１７０及び製品を説明する適切な文書を含む収縮包装
パッケージの形態で消費者に市販されている。この場
合、データ記憶媒体は命令データを記憶する物理的な媒
体である。データ記憶媒体の例として、磁気媒体、例え
ば、フロッピーディスク、ディスケット、ＰＣカード
（ＰＣＭＣＩＡメモリカードとしても公知）、光学媒
体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ及び半導体媒体、例えば半導
体ＲＯＭ及びＲＡＭが挙げられる。本明細書中で使用さ
れるように、「記憶媒体」はデータの本体を一緒に記憶
する媒体の一つ以上の単位を含む。例えば、単一のデー
タの本体を記憶するディスクのセットは記憶媒体であ
る。「記憶媒体アクセス回路」は、データ記憶媒体のデ
ータにアクセスすることができる回路である。記憶媒体
アクセス回路１５０は物理的装置に含まれ、データ記憶
媒体１７０は記憶されるデータにアクセスするための記
憶媒体アクセス回路のためにこの装置に挿入される。記
憶媒体アクセス装置の例として、ディスクドライブ及び
ＣＤ−ＲＯＭ読み取り装置が挙げられる。これらはマシ
ーン１００から物理的に遠隔配置される装置であるか又
は他の要素を含むマシーン１００のハウジングの一部と
して含まれる。

【００５８】例えば、記憶媒体アクセス回路が、データ
保存媒体１７０がサーバのような遠隔配置記憶装置の一
部として保存される場合にデータ記憶媒体１７０の命令
データをアクセスするために通信アクセスソフトウェア
及び回路を含む場合、記憶媒体アクセス回路１５０は、
マシーン１００の機能性の一部として含まれてもよい。
ソフトウェア製品１６０は、遠隔配置された記憶装置か
ら通信機構にわたってユーザに伝送される本発明の方法
を実行するための命令データを示すデータストリームの
形式でユーザに市販されるか又は利用可能である。後者
の場合、製品１６０は遠隔配置される記憶装置に記憶さ
れる信号として物理的形態で具体化され、ユーザは、本
発明を実行する命令を含むデータ記憶媒体１７０の内容
のコピーを購入するか又はこれにアクセスするが、典型
的には、実際の遠隔配置される記憶装置の権利を購入又
は獲得していない。ソフトウェア製品１６０が遠隔配置
される装置から通信機構を介してユーザに伝送されるデ
ータストリームの形態で提供される場合、データ記憶媒
体１７０に記憶される命令データは記憶媒体アクセス回
路１５０を使用してアクセス可能である。或いは、遠隔
配置される記憶装置から通信機構を介してユーザに伝送
されるデータストリームは、マシーン１００のある適切
な局所的記憶装置に記憶され、これはプログラムメモリ
１１０、又はマシーン１００（図示せず）に局所的にア
クセス可能なデータ記憶であり、記憶媒体アクセス回路
１５０を使用してもアクセス可能である。

【００５９】図１９は、動作２００（図１）、５００
（図１３）及び５２０（図１４）を実行する命令データ
を記憶するように構成されたデータ記憶媒体１７０を示
す。この命令データはプロセッサ１４０に送出され、カ
ラー画像に知覚不可能な信号データを埋め込む技術が使
用される場合に実行される。記憶されたデータはバイナ
リデータ信号埋め込み命令１６２及び１６４を含み、こ
れらの命令がプロセッサ１４０に送出されプロセッサ１
４０がこれらを実行すると、マシーンは、図１のフロー
チャートに示されるように、元のカラー画像に知覚不可
能な信号データを付加する動作を実行するように動作さ
れる。例えば、図１９に示されるように、記憶されたデ
ータは知覚差測定命令１６４を含み、これらの命令がプ
ロセッサ１４０に送出されこのプロセッサ１４０がこれ
ら実行する場合、マシーンは、図１のボックス２４０又
は図８のフローチャートに示されるように人間の知覚モ
デルを使用して、元のカラー画像と修正されたカラー画
像の現行バージョンとの知覚差を測定する動作を実行す
るように動作される。示される記憶されたデータは減衰
画像生成命令１６２も含み、これらの命令がプロセッサ
１４０に送出されてこのプロセッサ１４０がこれらを実
行する場合、マシーンは、図１のボックス２８０又は図
９のフローチャートに示されるように信号埋め込み動作
の次の反復で減衰信号成分を生成する動作を実行するよ
うに動作される。

【００６０】図１９に示されるように、データ記憶媒体
１７０に記憶されるデータは、さらに、修正されたカラ
ー画像に埋め込まれる信号成分を復号する復号命令を示
す命令データ１６６を含み、これらの命令がプロセッサ
１４０に送出されてこのプロセッサ１４０がこれらを実
行する場合、マシーンは図１４のフローチャートに示さ
れるような復号動作５２０を実行するように動作され
る。さらに、データ記憶媒体１７０に記憶されるデータ
は、獲得画像の幾何学的属性、例えば、スキュー及びス
ケールを対応する元のカラー画像のそれにマッチするよ
うに自動的に変換する幾何学的変換命令を示す命令デー
タ１６８を含み、これらの命令がプロセッサ１４０に送
出されプロセッサ１４０がこれらを実行する場合、マシ
ーンは、図１３の動作５００に表示されるアプリケーシ
ョンのクラスの一つとして獲得画像の自動空間歪み補
正、デスキュー及びスケーリングを実行するように動作
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって信号成分をカラー画像に付加す
るための本発明の一般的な動作を例示するフローチャー
トである。

【図２】本発明への入力に適した代表的な元のカラー画
像を概略的に例示する。

【図３】本発明によって図２の元のカラー画像に付加さ
れる信号成分として適切な代表的な信号成分画像を概略
的に例示する。

【図４】図３の付加された信号成分画像を有する図２の
元のカラー画像の修正バージョンを概略的に例示する。

【図５】図２の元の画像と図４の修正されたカラー画像
との知覚差を示す知覚差画像を概略的に例示する。

【図６】幾つかの画像領域において減衰信号成分で修正
された図３の信号成分画像を概略的に例示する。

【図７】本発明の例示される実施の形態の一般的な動作
を概略的に例示するブロック図である。

【図８】図７の例示される実施の形態のＳ−ＣＩＥＬＡ
Ｂカラー画像比較動作の一般的な動作を例示するフロー
チャートである。

【図９】図７の例示される実施の形態によって減衰画像
を生成する技術を例示するフローチャートである。

【図１０】本発明の例示される実施の形態によってカラ
ー画像に埋め込むのに適した正弦波信号のセットの画像
を概略的に例示する。

【図１１】図１０の画像の正弦波のペアを示す図１０の
画像の断面を概略的に例示する。

【図１２】本発明によってカラー画像に埋め込むのに適
した正弦波信号のセットの第２画像を概略的に例示す
る。

【図１３】本発明の技術によって埋め込まれた信号を有
する画像を使用するアプリケーションのクラスの動作を
例示するフローチャートである。

【図１４】例示される実施の形態によって獲得画像に埋
め込み信号を配置する復号動作のフローチャートであ
る。

【図１５】埋め込まれた図１０の信号を有する修正され
たカラー画像の黄色−青色帯の振幅空間周波数スペクト
ル画像であり、画像に見られるピークパワー集中の幾つ
かの幾何学的関係を示す。

【図１６】埋め込まれた図１０の信号を有する獲得画像
の黄色−青色帯の振幅空間周波数スペクトル画像であ
る。

【図１７】図１６の振幅空間周波数スペクトル画像にみ
られるピークパワー集中の幾何学的関係を示す。

【図１８】図１６及び１７の振幅空間周波数スペクトル
画像にみられるピークパワー集中のうえに重畳された図
１５の振幅空間周波数スペクトル画像にみられるピーク
パワー集中を示す。

【図１９】本発明が使用される適切に構成されたマシー
ンを例示し、さらに本発明のソフトウェア製品及びマシ
ーンに関連するその使用を例示する単純化したブロック
図である。

【符号の説明】

１００ マシーン １４０ プロセッサ

フロントページの続き (72)発明者 デイビッド ジェイ．ヒーガー アメリカ合衆国 94303 カリフォルニア 州 パロ アルト マーシャル ドライブ 891 (72)発明者 トッド エ−．カス アメリカ合衆国 94116 カリフォルニア 州 サンフランシスコ ディグビー スト リート ４ (72)発明者 デイビッド エル．ヘクト アメリカ合衆国 94303 カリフォルニア 州 パロ アルト バーバラ ドライブ 2001

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中に埋め込まれた知覚的に許容可能な信
   号差を有する元のカラー画像データ構造のバージョンを
   生成するためにマシーンを動作させる方法であって、前
   記マシーンは、プロセッサ及びデータを記憶するための
   メモリ装置を含み、メモリ装置に記憶されるデータは、
   プロセッサがマシーンを動作させるために実行する命令
   データを含み、前記プロセッサはメモリ装置に接続さ
   れ、記憶された命令データにアクセスしてこれを実行
   し、前記方法は、 各々が元のカラーを示す複数の元の画像位置を含む元の
   カラー画像を定義する元のカラー画像データ構造を得る
   ためにプロセッサを動作させ、 信号を得るためにプロセッサを動作させ、 信号を元のカラー画像データ構造に付加し、中間カラー
   画像データ構造を生成するためにプロセッサを動作さ
   せ、前記中間カラー画像データ構造は元のカラー画像デ
   ータ構造の少なくとも一部分のバージョンであり、各々
   が中間カラーを示す複数の中間画像位置を含み、前記信
   号は複数の中間画像位置の少なくとも一つに付加され、
   元のカラー画像データ構造の元の画像位置及び中間カラ
   ー画像データの中間画像位置は、各画像において同じ画
   像位置を示し、集合的に各々ペアの画像位置とされ、各
   々ペアの画像位置のそれぞれは画像カラーを示し、 比較動作を実行し、各々ペアの画像位置のそれぞれにお
   ける量的な知覚差測定値を生成するためにプロセッサを
   動作させ、前記比較動作は、人間の知覚のモデルを使用
   し、元のカラー画像及び中間カラー画像の人間の観察者
   によって知覚される知覚差を量的に表示し、 信号を減衰させ、各々ペアの画像位置同士の間の知覚差
   測定値が、元のカラー画像と中間カラー画像との許容可
   能な知覚差を示すしきい値を越える場合、非ゼロの修正
   された信号を生成するためにプロセッサを動作させ、 各々ペアの画像位置同士の間の知覚差測定値がしきい値
   を越えなくなるまで、修正された信号を使用して付加、
   比較及び減衰動作を反復する反復動作を実行し、前記反
   復動作は、元のカラー画像と修正されたカラー画像との
   知覚的に許容可能な信号差を示す修正されたカラー画像
   データを生成するためにプロセッサを動作させる、 マシーン動作方法。
2. 【請求項２】 人間が知覚不可能な情報を元のカラー画
   像データ構造に付加して修正されたカラー画像を生成す
   るためにマシーンを動作させる方法であって、前記マシ
   ーンは、プロセッサ及びデータを記憶するためのメモリ
   装置を含み、メモリ装置に記憶されるデータは、マシー
   ンを動作させるためにプロセッサが実行する命令データ
   を含み、前記プロセッサはメモリ装置に接続され、記憶
   された命令データにアクセスしてこれを実行し、前記方
   法は、 各々が元のカラーを示す複数の元の画像位置を含む元の
   カラー画像を定義する元のカラー画像データ構造を得る
   ためにプロセッサを動作させ、 情報を示す周期的信号を得るためにプロセッサを動作さ
   せ、 元の画像位置の複数の元の画像のカラーを修正すること
   によって、情報を示す周期的信号を元のカラー画像に付
   加して中間カラー画像データ構造を生成するためにプロ
   セッサを動作させ、前記中間カラー画像データ構造は元
   のカラー画像データ構造の少なくとも一部分のバージョ
   ンであり、各々が中間カラーを示す複数の中間画像位置
   を含み、元のカラー画像データ構造の元の画像位置及び
   中間カラーデータ構造の中間画像位置は、各画像におい
   て同じ画像位置を示し、集合的に各々ペアの画像位置と
   され、各々ペアの画像位置のそれぞれは画像のカラーを
   示し、 比較動作を実行し、各々ペアの画像位置のそれぞれにお
   ける量的な知覚差測定値を生成するためにプロセッサを
   動作させ、前記比較動作は、人間の知覚のモデルを使用
   して、元のカラー画像及び中間カラー画像の人間の観察
   者によって知覚される知覚差を量的に表示し、 周期的信号を減衰させ、各々ペアの画像位置同士の間の
   知覚差測定値が、元のカラー画像と中間カラー画像との
   許容可能な知覚差を示すしきい値を越えた場合に、非ゼ
   ロの修正された周期的信号を生成するためにプロセッサ
   を動作させ、 各々ペアの画像位置同士の間の知覚差測定値がしきい値
   を越えなくなるまで、修正された信号を使用して付加、
   比較及び減衰動作を反復する反復動作を実行し、前記反
   復動作は、人間が知覚不可能な情報を含み、元のカラー
   画像と修正されたカラー画像との知覚的に許容可能な信
   号差を示す修正されたカラー画像データを生成するため
   にプロセッサを動作させる、 マシーン動作方法。
3. 【請求項３】 元の画像の幾何学的特徴にマッチするよ
   うに、元の画像の獲得画像バージョンの幾何学的特徴を
   自動的に変換するためにマシーンを動作させる方法であ
   って、前記マシーンは、信号を受け取るように接続され
   る信号源、プロセッサ及びデータを記憶するためのメモ
   リ装置を含み、メモリ装置に記憶されるデータはマシー
   ンを動作させるためにプロセッサが実行する命令データ
   を含み、前記プロセッサはメモリ装置に接続され、記憶
   された命令データにアクセスしてこれを実行し、前記方
   法は、 信号源から獲得画像を定義する獲得画像データ構造を得
   るためにプロセッサを動作させ、前記獲得画像は元の画
   像のバージョンであり、元の画像に含まれない埋め込み
   信号を有し、前記埋め込み信号は互いに関する所定の幾
   何学的関係を有し、 獲得画像の埋め込み信号に関して予測される幾何学的関
   係を示す幾何学的制約データを得るためにプロセッサを
   動作させ、 獲得画像の埋め込み信号の所定の幾何学的関係を決定す
   るためにプロセッサを動作させ、 獲得画像の埋め込み信号の所定の幾何学的関係及び埋め
   込み信号の予測される幾何学的関係を示す幾何学的制約
   データを使用して、獲得画像と元の画像との幾何学的差
   を計算するためにプロセッサを動作させ、 獲得画像と元の画像との間で計算された幾何学的差を使
   用して、元の画像の幾何学的特徴にマッチするように、
   元の画像の獲得画像バージョンの幾何学的特徴を変換す
   るためにプロセッサを動作させる、 マシーン動作方法。
4. 【請求項４】 画像に埋め込まれた周期的信号を復号す
   るためにプロセッサ制御されたマシーンを動作させる方
   法であって、マシーンはプロセッサ及びデータを記憶す
   るためのメモリ装置を含み、メモリ装置に記憶されるデ
   ータは、マシーンを動作させるためにプロセッサが実行
   する命令データを含み、前記プロセッサは、メモリ装置
   に接続され、記憶された命令データにアクセスしてこれ
   を実行し、前記方法は、 画像を定義する画像データ構造を得るためにプロセッサ
   を動作させ、画像は埋め込まれたｎ個の周期的信号のセ
   ットを含み、ｎ個の周期的信号のセットは互いに関する
   幾何学的関係を有し、 画像に埋め込まれたｎ個の周期的信号のセットに関して
   予測される幾何学的関係を示す幾何学的制約データを得
   るためにプロセッサを動作させ、 画像の二次元空間周波数パワースペクトルにおいて複数
   の局所的ピークパワー集中を特定するためにプロセッサ
   を動作させ、 画像に埋め込まれたｎ個の周期的信号のセットに関して
   予測される幾何学的関係を示す幾何学的制約を満たさな
   い局所的ピークパワー集中のサブセットを捨てるために
   プロセッサを動作させ、局所的ピークパワー集中の残り
   のサブセットは、ｎ個の周期的信号のセットの空間周波
   数及び方向を示す代表的な局所的ピークパワー集中とな
   るように決定され、 画像のｎ個の代表的な局所的ピークパワー集中のセット
   と幾何学的制約データによって示されるｎ個の周期的信
   号のセットとの最適な線形マッピングを計算するために
   プロセッサを動作させ、最適な線形マッピングは画像に
   埋め込まれたｎ個の周期的信号のセットの空間周波数及
   び方向を特定する、 マシーン動作方法。