JPWO2004095828A1 - 透かし情報埋め込み装置及び方法、透かし情報検出装置及び方法、透かし入り文書 - Google Patents

Abstract

透かし情報を正確に検出できる透かし入り文書を作成する。文書画像作成部１０１は、文書データ１０５に基づいて文書画像を作成する。透かし画像作成部１０２は、透かし情報１０６をドットパターンで表すと共に、透かし情報１０６の記録領域の輪郭部を特定の値を示すドットパターンで表した透かし画像を作成する。透かし入り文書画像合成部１０３は、文書画像作成部１０１の文書画像と、透かし画像作成部１０２の透かし画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成する。

Description

本発明は、文書画像に対して透かし情報を付加する透かし情報埋め込み装置及び埋め込み方法と、この透かし情報埋め込み装置や透かし情報埋め込み方法で透かし情報が付加された文書から透かし情報を検出する透かし情報検出装置及び検出方法と、透かし入り文書に関するものである。

画像や文書データなどにコピー・偽造防止のための情報や機密情報を人の目には知覚しにくい形で埋め込む「電子透かし」は、保存やデータの受け渡しが全て電子媒体上で行われることを前提としており、透かしによって埋め込まれている情報の劣化や消失がないため確実に情報検出を行うことができる。これは同様に、紙媒体に印刷された文書に対しても、文書が不正に改ざんされたりコピーされることを防ぐために、文字以外の視覚的に目障りではない形式で、かつ、容易に改ざんが不可能であるような秘密情報を印刷文書に埋め込む方法が必要となっている。
従来、このような技術として、情報を数値化し、基準点マークと位置判別マークとの距離（ドット数）により情報の表現を行うといった方法があった（例えば、特許文献１参照）。
特開平０９−１７９４９４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、検出時にはスキャナ等の入力機器から読み取った入力画像の１画素単位の精密な検出処理が必要となるため、紙面の汚れや、印刷時や読取時に雑音が付加された場合などでは情報検出時に大きな影響を与える。
このように、上記従来の技術では、印刷された文書をスキャナなどの入力機器によって再びコンピュータに入力して埋め込まれた秘密情報を検出する場合に、印刷書類の汚れや入力の際に発生する回転などの画像変形が原因で、入力画像の多くの雑音成分が含まれるため、正確に秘密情報を取り出すことが困難であるという問題があった。

本発明は、前述の課題を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
本発明は、文書画像を作成する文書画像作成部と、透かし情報をドットパターンで表すと共に、透かし情報の記録領域の輪郭部を特定の値を示すドットパターンで表した透かし画像を作成する透かし画像作成部と、文書画像と透かし画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成する透かし入り文書画像合成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置である。
〈構成２〉
また本発明は、文書画像を作成する文書画像作成部と、ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部と、所定の透かし情報に対して、ＰＮ符号生成部で生成したＰＮ符号で拡散し、透かし画像を作成する透かし画像作成部と、文書画像と透かし画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成する透かし入り文書画像合成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置である。
〈構成３〉
また本発明は、構成２に記載の透かし情報埋め込み装置において、複数種類のＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部と、所定の透かし情報に対して、複数種類のＰＮ符号を行または列単位で使用して拡散する透かし画像作成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置である。
〈構成４〉
また本発明は、構成２または３に記載の透かし情報埋め込み装置において、行方向と列方向に異なる種類のＰＮ符号を表す２次元ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置である。
〈構成５〉
また本発明は、複数ページの文書画像を作成する文書画像作成部と、行方向と列方向とページ方向に異なる種類のＰＮ符号を表す３次元ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部と、所定の透かし情報に対して、ＰＮ符号生成部で生成した行方向と列方向のＰＮ符号からなる２次元ＰＮ符号を使用して透かし情報を拡散し、１ページ分の透かし画像を作成すると共に、ページ方向のＰＮ符号を使用して複数ページの透かし画像を作成する透かし画像作成部と、複数ページの文書画像と、これら複数ページに対応した透かし画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成する透かし入り文書画像合成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置である。
〈構成６〉
また本発明は、構成２〜５のいずれかに記載の透かし情報埋め込み装置において、透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報埋め込み装置である。
〈構成７〉
また本発明は、透かし情報が、複数種類のドットパターンが一面に配置された透かし画像として記録された文書から透かし情報を抽出する透かし情報検出装置であって、透かし画像から特定の値を示す輪郭部が検出された場合は、輪郭部に基づいて、透かし情報の記録領域を判定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置である。
〈構成８〉
また本発明は、透かし情報がＰＮ符号で拡散され、透かし画像として記録された文書から透かし情報を抽出する透かし情報検出装置であって、文書から透かし画像を抽出すると共に、透かし画像に対してＰＮ符号の相関をとることで、透かし情報の記録領域を特定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置である。
〈構成９〉
また本発明は、構成８に記載の透かし情報検出装置において、ＰＮ符号の相関値のピークに基づいて、透かし情報が正常に検出できたか否かを判定し、正常に検出できなかった場合は、所定の補正を行う透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置である。
〈構成１０〉
また本発明は、構成８または９に記載の透かし情報検出装置において、異なるＰＮ符号を用いて相関をとり、各ＰＮ符号に対応した相関値のピークを検出した場合は、ピークに対応して行または列単位のアドレスを抽出する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置である。
〈構成１１〉
また本発明は、構成８〜１０のいずれかに記載の透かし情報検出装置において、行方向と列方向に異なる種類のＰＮ符号を表す２次元ＰＮ符号を用いて相関をとることで、透かし情報の記録領域を特定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置である。
〈構成１２〉
また本発明は、構成８または９に記載の透かし情報検出装置において、文書は複数ページで構成され、かつ、行方向と列方向とページ方向に異なる種類のＰＮ符号を表す３次元ＰＮ符号との相関をとり、透かし情報の記録領域を特定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置である。
〈構成１３〉
また本発明は、構成８〜１２のいずれかに記載の透かし情報検出装置において、透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報検出装置である。
〈構成１４〉
また本発明は、透かし情報埋め込み装置を用いて、透かし情報をドットパターンで表すと共に、透かし情報の記録領域の輪郭部を特定の値を示すドットパターンで表した透かし画像を作成し、かつ、透かし画像と所定の文書画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成することを特徴とする透かし情報埋め込み方法である。
〈構成１５〉
また本発明は、透かし情報埋め込み装置を用いて、所定の透かし情報に対してＰＮ符号で拡散を行って透かし画像を作成し、透かし画像と所定の文書画像とを合成し、透かし入り文書として出力することを特徴とする透かし情報埋め込み方法である。
〈構成１６〉
また本発明は、構成１５に記載の透かし情報埋め込み方法において、透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報埋め込み方法である。
〈構成１７〉
また本発明は、透かし情報検出装置を用いて、透かし情報が複数種類のドットパターンが一面に配置された透かし画像として記録された文書から透かし情報を抽出する透かし情報検出方法であって、透かし画像から特定の値を示す輪郭部が検出された場合は、輪郭部に基づいて、透かし情報の記録領域を特定することを特徴とする透かし情報検出方法である。
〈構成１８〉
また本発明は、透かし情報検出装置を用いて、透かし情報がＰＮ符号で拡散され、透かし画像として記録された文書から透かし情報を抽出する透かし情報検出方法であって、文書から透かし画像を抽出すると共に、透かし画像に対してＰＮ符号の相関をとることで、透かし情報の記録領域を特定することを特徴とする透かし情報検出方法である。
〈構成１９〉
また本発明は、構成１８に記載の透かし情報検出方法において、透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報検出方法である。
〈構成２０〉
また本発明は、所定の透かし情報に対してＰＮ符号で拡散を行って透かし画像を作成し、透かし画像と所定の文書画像とを合成して作成したことを特徴とする透かし入り文書である。

第１図は、本発明の透かし情報埋め込み装置と透かし情報検出装置の具体例１を示す構成図である。
第２図は、透かし画像作成部の動作フローチャートである。
第３図は、透かし信号の一例を示す説明図である。
第４図は、第３図（１）の画素値の変化をａｒｃｔａｎ（１／３）方向から見た断面図である。
第５図は、他の透かし信号の説明図である。
第６図は、ユニットを並べた状態の説明図である。
第７図は、符号語の１シンボルを透かし画像に埋め込む方法を示す説明図である。
第８図は、透かし情報を透かし画像に埋め込む方法を示すフローチャートである。
第９図は、透かし情報の埋め込み処理の説明図である。
第１０図は、透かし情報領域の周囲に設けられた輪郭部のユニットパターンの説明図である。
第１１図は、透かし入り文書画像の一例を示す説明図である。
第１２図は、第１１図の一部を拡大して示す説明図である。
第１３図は、透かし検出部の処理の流れを示すフローチャートである。
第１４図は、入力画像と、ユニットパターンの区切り位置を設定した後の入力画像の一例を示す説明図である。
第１５図は、入力画像中における、ユニットＡに対応する領域の一例を示した説明図である。
第１６図は、第１５図を波の伝播方向と平行な方向から見た断面図である。
第１７図は、シンボルユニットの判定方法の説明図である。
第１８図は、情報復元の一例を示す説明図である。
第１９図は、データ符号の復元方法を示すフローチャートである。
第２０図は、データ符号の復元方法を示す説明図である。
第２１図は、ビット確信度演算の説明図である。
第２２図は、具体例２の構成図である。
第２３図は、シフトレジスタ符号発生器の構成図である。
第２４図は、４次の最長符号系列発生器の構成図である。
第２５図は、最長符号系列の自己相関関数の説明図である。
第２６図は、透かし画像生成の説明図である。
第２７図は、透かし検出部の動作を示す説明図である。
第２８図は、具体例３の動作を示す説明図（その１）である。
第２９図は、具体例３の動作を示す説明図（その２）である。
第３０図は、２次元ＰＮ符号の説明図である。
第３１図は、具体例４における２次元ＰＮ符号の検出処理を示す説明図である。
第３２図は、２次元ＰＮ符号の配置例を示す説明図である。
第３３図は、３次元ＰＮ符号の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて詳細に説明する。
《具体例１》
具体例１は、上記問題点を解決するため、透かし情報の領域の輪郭部に特定の値の信号パターンを配置するようにしたものである。例えば、具体例１は、透かし情報の画像領域の周囲に１を示す信号パターンを配置している。
〈構成〉
第１図は、本発明の透かし情報埋め込み装置と透かし情報検出装置の具体例１を示す構成図である。
図の装置は、透かし情報埋め込み装置１００と透かし情報検出装置３００からなる。また、透かし入り文書２００は、透かし情報埋め込み装置１００によって出力され、また、透かし情報検出装置３００の検出対象となる透かし入り文書である。
透かし情報埋め込み装置１００は、コンピュータからなり、文書データと文書に埋め込む透かし情報を元に文書画像を作成し、紙媒体に印刷を行う装置である。透かし情報埋め込み装置１００は、文書画像作成部１０１、透かし画像作成部１０２、透かし入り文書画像合成部１０３、出力デバイス１０４を備えている。また、文書データ１０５は、文書作成ツール等により作成されたデータである。透かし情報１０６は、紙媒体に文字以外の形式で埋め込む情報（文字列や画像、音声データ等）である。また、これら文書データ１０５や透かし情報１０６は、ハードディスク装置や半導体メモリ等の記憶装置に格納されるか、あるいはネットワークインタフェース等を介して外部から取り込むよう構成されている。
文書画像作成部１０１は、文書データ１０５を紙面に印刷した状態の画像を作成するための機能部である。具体的には、文書画像中の白画素領域は何も印刷されない部分であり、黒画素領域は黒の塗料が塗布される部分である。尚、以下、本発明の実施の形態では、白い紙面に黒のインク（単色）で印刷を行うことを前提として説明するが、本発明はこれに限定されず、カラー（多色）で印刷を行う場合であっても、同様に本発明に適用可能である。
透かし画像作成部１０２は、透かし情報１０６をディジタル化して数値に変換したものをＮ元符号化（Ｎは２以上）し、符号語の各シンボルを予め用意した信号に割り当てる処理を行う機能部である。信号は任意の大きさの矩形領域中にドットを配列することにより任意の方向と波長を持つ波を表現し、波の方向や波長に対してシンボルを割り当てたものである。透かし画像は、これらの信号がある規則に従って画像上に配置されたものである。即ち、透かし画像作成部１０２は、透かし情報１０６をドットパターンで表した透かし画像を作成する機能を有している。尚、この透かし画像の作成処理の詳細については後述する。
透かし入り文書画像合成部１０３は、文書画像と透かし画像を重ね合わせて透かし入りの文書画像を作成する機能部である。また、透かし入り文書画像合成部１０３は、透かし画像における透かし情報１０６に相当する領域の輪郭部を特定の値を示すドットパターンとして透かし入り文書画像を作成する機能を有している。
出力デバイス１０４は、透かし入り文書画像を印刷出力するプリンタ等の出力装置である。従って、文書画像作成部１０１、透かし画像作成部１０２および透かし入り文書画像合成部１０３は、プリンタドライバの中の一つの機能として表現されていてもよく、また、それぞれが独立したソフトウェアによって実現されていてもよい。
透かし入り文書２００は、元の文書データ１０５に対して透かし情報１０６を埋め込んで印刷されたものである。即ち、透かし画像に対応したドットパターンが地紋パターンとして一面に配置され、かつ、文書画像が印刷された文書である。
透かし情報検出装置３００は、透かし入り文書２００に印刷されている画像を取り込み、埋め込まれている透かし情報を復元する装置であり、入力デバイス３０１、透かし検出部３０２を備えている。
入力デバイス３０１は、スキャナ等の入力装置であり、透かし入り文書２００上の画像を、多値階調のグレイ画像として取り込むための装置である。また、透かし検出部３０２は、入力画像に対してフィルタ処理を行って埋め込まれた信号を検出し、この検出された信号からシンボルを復元し、埋め込まれた透かし情報を取り出す機能部である。また、透かし検出部３０２は、検出された信号において、連続して特定の値を示す領域が存在した場合は、これを透かし情報に対応した領域の輪郭部であると判定し、この輪郭部で特定される領域を透かし情報の記録領域として特定する機能を有している。
〈動作〉
次に、上記の透かし情報埋め込み装置１００及び透かし情報検出装置３００の動作について説明する。先ず、透かし情報埋め込み装置１００の動作について説明する。
（文書画像作成部１０１）
文書データ１０５は、フォント情報やレイアウト情報を含むデータであり、ワープロソフト等を用いて作成されるものとする。文書画像作成部１０１は、この文書データ１０５を元に、文書が紙に印刷された状態の画像をページ毎に作成する。この文書画像は白黒の二値画像であり、画像上で白い画素（値が１の画素）は背景であり、黒い画素（値が０の画素）は文字領域（インクが塗布される領域）であるものとする。
（透かし画像作成部１０２）
透かし情報１０６は、文字、音声、画像などの各種データであり、透かし画像作成部１０２では、この情報から文書画像の背景として重ね合わせる透かし画像を作成する。
第２図は、透かし画像作成部１０２の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、透かし情報１０６をＮ元符号に変換する（ステップＳ１０１）。Ｎは任意であるが、本具体例では、説明を容易にするため、Ｎ＝２とする。従って、ステップＳ１０１で生成される符号は２元符号であり、０と１のビット列で表現されるものとする。このステップＳ１０１では、データをそのまま符号化しても良いし、データを暗号化したものを符号化してもよい。
次いで、符号語の各シンボルに対して透かし信号を割り当てる（ステップＳ１０２）。透かし信号とはドット（黒画素）の配列によって任意の波長と方向を持つ波を表現したものである。尚、この透かし信号の詳細については後述する。
更に、符号化されたデータのビット列に対応する信号ユニットを透かし画像上に配置する（ステップＳ１０３）。
上記ステップＳ１０２において、符号語の各シンボルに対して割り当てる透かし信号について説明する。
第３図は、透かし信号の一例を示す説明図である。
透かし信号の幅と高さをそれぞれＳｗ，Ｓｈとする。ＳｗとＳｈは異なっていてもよいが、本具体例では説明を容易にするため、Ｓｗ＝Ｓｈとする。長さの単位は画素数であり、第３図の例では、Ｓｗ＝Ｓｈ＝１２である。これらの信号が紙面に印刷されたときの大きさは、透かし画像の解像度に依存しており、例えば、透かし画像が６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ：解像度の単位であり、１インチ当たりのドット数）の画像であるとしたならば、第３図の透かし信号の幅と高さは、透かし入り文書上で１２／６００＝０．０２（インチ）となる。
以下、幅と高さがＳｗ，Ｓｈの矩形を一つの信号の単位として「信号ユニット」と称する。第３図（１）は、ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（３）（ａｒｃｔａｎはｔａｎの逆関数）の方向に密であり、波の伝播方向はａｒｃｔａｎ（−１／３）である。以下、この信号ユニットをユニットＡと称する。第３図（２）は、ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（−３）の方向に密であり、波の伝播方向はａｒｃｔａｎ（１／３）である。以下、この信号ユニットをユニットＢと称する。
第４図は、第３図（１）の画素値の変化をａｒｃｔａｎ（１／３）方向から見た断面図である。
第４図において、ドットが配列されている部分が波の最小値の腹（振幅が最大となる点）となり、ドットが配列されていない部分は波の最大値の腹となっている。また、ドットが密に配列されている領域はそれぞれ１ユニットの中に二つ存在するため、この例では１ユニット当たりの周波数は２となる。波の伝播方向はドットが密に配列されている方向に垂直になるため、ユニットＡの波は水平方向に対してａｒｃｔａｎ（−１／３）、ユニットＢの波はａｒｃｔａｎ（１／３）となる。尚、ａｒｃｔａｎ（ａ）の方向とａｒｃｔａｎ（ｂ）の方向が垂直のとき、ａ×ｂ＝−１である。
本具体例では、ユニットＡで表現される透かし信号にシンボル０を割り当て、ユニットＢで表現される透かし信号にシンボル１を割り当てる。また、これらをシンボルユニットと称する。
透かし信号には、第３図（１），（２）で示されるもの以外にも、例えば、次のようなドット配列が考えられる。
第５図は、他の透かし信号の説明図である。
第５図中の（３）は、ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（１／３）の方向に密であり、波の伝播方向はａｒｃｔａｎ（−３）である。以下、この信号ユニットをユニットＣと称する。
第５図（４）は、ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（−１／３）の方向に密であり、波の伝播方向はａｒｃｔａｎ（３）である。以下、この信号ユニットをユニットＤと称する。第５図（５）は、ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（１）の方向に密であり、波の伝播方向はａｒｃｔａｎ（−１）である。尚、第５図（５）は、ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（−１）の方向に密であり、波の伝播方向はａｒｃｔａｎ（１）であると考えることもできる。以下、この信号ユニットをユニットＥと称する。
このようにして、先に割り当てた組み合わせ以外にも、シンボル０とシンボル１を割り当てるユニットの組み合わせのパターンが複数考えられるため、どの透かし信号がどのシンボルに割り当てられているかを秘密にして第三者（不正者）が埋め込まれた信号を簡単に解読できないようにすることもできる。
更に、第２図に示したステップＳ１０２で、透かし情報を４元符号で符号化した場合には、例えば、ユニットＡに符号語のシンボル０を、ユニットＢにシンボル１を（ユニットＣにシンボル２を、ユニットＤにシンボル３を割り当てることも可能である。
第３図および第５図に示した透かし信号の一例においては、１ユニット中のドットの数を全て等しくしているため、これらのユニットを隙間なく並べることにより、透かし画像の見かけの濃淡が均一となる。従って、印刷された紙面上では、単一の濃度を持つグレイ画像が背景として埋め込まれているように見える。
このような効果を出すために、例えば、ユニットＥを背景ユニット（シンボルが割り当てられていない信号ユニット）と定義し、これを隙間なく並べて透かし画像の背景とし、シンボルユニット（ユニットＡ、ユニットＢ）を透かし画像に埋め込む場合は、埋め込もうとする位置の背景ユニット（ユニットＥ）とシンボルユニット（ユニットＡ、ユニットＢ）を入れ替える。
第６図は、ユニットを並べた状態の説明図である。
第６図の（１）は、ユニットＥを背景ユニットと定義し、これを隙間なく並べて透かし画像の背景とした場合を示す説明図である。第６図の（２）は、第６図（１）の背景画像の中にユニットＡを埋め込んだ一例を示し、第６図の（３）は、第６図（１）の背景画像の中にユニットＢを埋め込んだ一例を示している。本具体例では、背景ユニットを透かし画像の背景とする方法について説明するが、シンボルユニットのみを配置することによって透かし画像を生成しても良い。
次に、符号語の１シンボルを透かし画像に埋め込む方法について説明する。
第７図は、これを示す説明図である。
第７図の例は、「０１０１」というビット列を埋め込む場合である。第７図の（１）、（２）に示すように、同じシンボルユニットを繰り返し埋め込む。これは文書中の文字が埋め込んだシンボルユニットの上に重なった場合、信号検出時に検出されなくなることを防ぐためであり、シンボルユニットの繰り返し数と配置のパターン（以下、ユニットパターンと称する）は任意である。
即ち、ユニットパターンの一例として、第７図の（１）のように繰り返し数を４（一つのユニットパターン中に四つのシンボルユニットが存在する）にしたり、第７図の（２）に示すように繰り返し数を２（一つのユニットパターン中に二つのシンボルユニットが存在する）にしたりすることができ、あるいは、繰り返し数を１（一つのユニットパターン中には一つのシンボルユニットだけが存在する）としてもよい。
また、第７図の（１）、（２）は、一つのシンボルユニットに対して一つのシンボルが与えられているが、第７図の（３）に示すように、シンボルユニットの配置パターンに対してシンボルを与えても良い。
１ページ分の透かし画像の中に何ビットの情報量を埋め込むことができるかは、信号ユニットの大きさ、ユニットパターンの大きさ、文書画像の大きさに依存する。文書画像の水平方向と垂直方向にいくつかの信号を埋め込んだかは、既知であるとして信号検出を行っても良いし、入力装置から入力された画像の大きさと信号ユニットの大きさから逆算しても良い。
１ページ分の透かし画像の水平方向にＰｗ個、垂直方向にＰｈ個のユニットパターンが埋め込めるとすると、画像中の任意の位置のユニットパターンをＵ（ｘ，ｙ）、ｘ＝１〜Ｐｗ、ｙ＝１〜Ｐｈと表現し、Ｕ（ｘ，ｙ）を「ユニットパターン行列」と称することにする。また、１ページに埋め込むことができるビット数を「埋め込みビット数」と称する。埋め込みビット数はＰｗ×Ｐｈである。
第８図は、透かし情報を透かし画像に埋め込む方法について示したフローチャートである。
ここでは、１枚（１ページ分）の透かし画像に、同じ情報を繰り返し埋め込む場合について説明する。同じ情報を繰り返し埋め込むことにより、透かし画像と文書画像を重ね合わせたときに、一つのユニットパターン全体が塗りつぶされるなどにより、埋め込み情報が消失するような場合でも、埋め込んだ情報を取り出すことを可能とするためである。
先ず、透かし情報１０６をＮ元符号に変換する（ステップＳ２０１）。これは、第２図のステップＳ１０１の処理と同様である。以下では、符号化されたデータをデータ符号と称し、ユニットパターンの組み合わせによりデータ符号を表現したものをデータ符号ユニットＤｕと称する。
次に、データ符号の符号長（ここではビット数）と埋め込みビット数から、１枚の画像のデータ符号ユニットを何度繰り返し埋め込むことができるかを計算する（ステップＳ２０２）。本具体例では、データ符号の符号長データを、透かし画像領域の輪郭部を除いたユニットパターン行列の第１行に挿入するものとする。また、データ符号の符号長を固定長として符号長データは透かし画像に埋め込まないようにしても良い。
データ符号ユニットを埋め込む回数Ｄｎは、データ符号長をＣｎとして以下の式で計算される。

ここで剰余をＲｎ（Ｒｎ＝Ｃｎ−（Ｐｗ×（Ｐｈ−１）））とすると、ユニットパターン行列にはＤｎ回のデータ符号ユニットおよびデータ符号の先頭Ｒｎビット分に相当するユニットパターンを埋め込むことになる。ただし、剰余部分のＲｎビットは必ずしも埋め込まなくても良い。
第９図は、透かし情報の埋め込み処理の説明図である。
第９図の説明では、ユニットパターン行列のサイズ９×１１（１１行９列）、データ符号長を１２（図中で０〜１１の番号がついたものがデータ符号の各符号語を表す）とする。
次いで、ユニットパターン行列の第１行目に符号長データを埋め込む（ステップＳ２０３）。第９図の例では符号長を９ビットのデータで表現して１度だけ埋め込んでいる例を説明しているが、ユニットパターン行列の幅Ｐｗが十分大きい場合、データ符号と同様に符号長データを繰り返し埋め込むこともできる。
さらに、ユニットパターン行列の第２行以降に、データ符号ユニットを繰り返し埋め込む（ステップＳ２０４）。第９図で示すようにデータ符号のＭＳＢ（ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ）またはＬＳＢ（ｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ）から順に行方向に埋め込む。第９図の例ではデータ符号ユニットを７回、およびデータ符号の先頭６ビットを埋め込んでいる例を示している。
データの埋め込み方法は第９図のように行方向に連続になるように埋め込んでも良いし、列方向に連続になるように埋め込んでも良い。
次に、本具体例で挿入する輪郭部について説明する。
透かし画像作成部１０２は、第９図で示したような透かし情報領域の周囲に“１”を示すユニットパターンを連続して配置した透かし入り文書画像を作成する。
第１０図は、透かし情報領域の周囲に設けられた輪郭部のユニットパターンの説明図である。
図示のように、透かし画像領域の周囲に“１”を示すユニットパターンが連続して配置される。尚、内部の透かし情報領域についてはその図示を省略する。
以上、透かし画像作成部１０２における透かし画像の作成処理について説明した。次いで、透かし情報埋め込み装置１００の透かし入り文書画像合成部１０３について説明する。
（透かし入り文書画像合成部１０３）
透かし入り文書画像合成部１０３では、文書画像作成部１０１で作成した文書画像と、透かし画像作成部１０２で作成した透かし画像を重ね合わせる。透かし入り文書画像の各画素の値は、文書画像と透かし画像の対応する画素値の論理積演算（ＡＮＤ）によって計算する。即ち、文書画像と透かし画像のどちらかが０（黒）であれば、透かし入り文書画像の画素値は０（黒）、それ以外は１（白）となる。
第１１図は、透かし入り文書画像の一例を示す説明図である。
第１２図は、第１１図の一部を拡大して示した説明図である。
ここで、ユニットパターンは第７図（１）のパターンを用いている。透かし入り文書画像は、出力デバイス１０４により出力される。
以上、透かし情報埋め込み装置１００の動作について説明した。
次いで、第１図、及び、第１３図〜第２１図を参照しながら、透かし情報検出装置３００の動作について説明する。
（透かし検出部３０２）
第１３図は、透かし検出部３０２の処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、スキャナなどの入力デバイス３０１によって透かし入り文書画像をコンピュータのメモリ等に入力する（ステップＳ３０１）。この画像を入力画像と称する。入力画像は多値画像であり、以下では２５６階調のグレイ画像として説明する。また入力画像の解像度（入力デバイス３０１で読み込むときの解像度）は、上記透かし情報埋め込み装置１００で作成した透かし入り文書画像と異なっていても良いが、ここでは上記透かし情報埋め込み装置１００で作成した画像と同じ解像度であるとして説明する。また、入力画像は回転や伸縮などの補正が行われているものとする。
次いで、入力画像の大きさと信号ユニットの大きさから、ユニットパターンがいくつ埋め込まれているかを計算する（ステップＳ３０２）。例えば入力画像の大きさがＷ（幅）×Ｈ（高さ）であるとして、信号ユニットの大きさをＳｗ×Ｓｈ、ユニットパターンはＵｗ×Ｕｈ個のユニットから構成されるとすると、入力画像中に埋め込まれているユニットパターンの数（Ｎ＝Ｐｗ×Ｐｈ）は以下のように計算される。

但し、透かし情報埋め込み装置１００と透かし情報検出装置３００で解像度が異なる場合には、それらの解像度の比によって入力画像中の信号ユニットの大きさを正規化した後、上記の計算を行う。
次いで、ステップＳ３０２で計算したユニットパターン数を元に入力画像に対してユニットパターンの区切り位置を設定する（ステップＳ３０３）。
第１４図は、入力画像（第１４図（１））と、ユニットパターンの区切り位置を設定した後の入力画像（第１４図（２））の一例を示している。
次いで、ユニットパターンの区切り毎にシンボルユニットの検出を行い、ユニットパターン行列を復元する（ステップＳ３０４）。以下に、信号検出の詳細を説明する。
第１５図は、入力画像中における、第３図（１）に示したユニットＡに対応する領域の一例を示した説明図である。
第３図では信号ユニットは二値画像であるが、ここでは多値画像である。二値画像を印刷した場合、インクのにじみなどが原因で濃淡が連続的に変化するため、第１５図のようにドットの周囲が白と黒の中間色になる。従って、第１５図を波の伝播方向と平行な方向から見た断面図は次のようになる。
第１６図は、第１５図を波の伝播方向と平行な方向から見た断面図である。
図示のように、第４図が矩形波であるのに対し、第１６図は滑らかな波となる。
また、実際には紙の厚さの局所的な変化や、印刷文書の汚れ、出力デバイスや画像入力デバイスの不安定性などの要因により、入力画像中には多くの雑音成分が付加されることになるが、ここでは雑音成分のない場合について説明する。しかしながら、ここで説明する方法を用いれば、雑音成分が付加された画像に対しても安定した信号検出を行うことができる。
以下では入力画像から信号ユニットを検出するために、波の周波数と方向、および影響範囲を同時に定義できる二次元ウェーブレットフィルタを用いる。以下では、二次元ウェーブレットフィルタの一つであるガボールフィルタを用いる例を示すが、ガボールフィルタと同様な性質を持つフィルタであれば、必ずしもガボールフィルタである必要はなく、更には信号ユニットと同じドットパターンを持つテンプレートを定義してパターンマッチングを行うなどの方法でも良い。
以下にガボールフィルタＧ（ｘ，ｙ）、ｘ＝０〜ｇｗ−１，ｙ＝０〜ｇｈ−１を示す。ｇｗ，ｇｈはフィルタのサイズであり、ここでは上記透かし情報埋め込み装置１００で埋め込んだ信号ユニットと同じ大きさである。

信号検出には透かし画像に埋め込んだシンボルユニットと周波数、波の方向、および大きさが等しいガボールフィルタを、埋め込んだ信号ユニットの種類と同じ数だけ用意する。ここでは第３図のユニットＡとユニットＢに対応するガボールフィルタをフィルタＡ、フィルタＢと称する。
入力画像中の任意の位置でのフィルタ出力値はフィルタと画像間のコンボリューションにより計算する。ガボールフィルタの場合は実数フィルタと虚数フィルタ（虚数フィルタは実数フィルタと半波長分位相がずれたフィルタ）が存在するため、それらの２乗平均値をフィルタ出力値とする。例えば、フィルタＡの実数フィルタと画像間のコンボリューションがＲｃ、虚数フィルタとのコンボリューションがＩｃであったとすると、出力値Ｆ（Ａ）は以下の式で計算する。

第１７図は、ステップＳ３０３によって区切られたユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）中に埋め込まれているシンボルユニットがユニットＡであるかユニットＢであるかを判定する方法について説明する説明図である。
ユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に対するシンボル判定ステップを以下のように行う。
（１）フィルタＡの位置を移動しながら、ユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）中の全ての位置についてＦ（Ａ）を計算した結果の最大値をユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に対するフィルタＡの出力値とし、これをＦｕ（Ａ，ｘ，ｙ）とする。
（２）ユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に対するフィルタＢの出力値を（１）と同様に計算し、これをＦｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）とする。
（３）Ｆｕ（Ａ，ｘ，ｙ）とＦｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）を比較し、ＦＵ（Ａ，ｘ，ｙ）≧ＦＵ（Ｂ，ｘ，ｙ）であればユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＡであると判定し、Ｆｕ（Ａ，ｘ，ｙ）＜Ｆｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）であればユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＢであると判定する。
（１），（２）において、フィルタを移動するステップ幅は任意であり、ユニットパターン上の代表的な位置での出力値のみを計算しても良い。また、（３）でＦｕ（Ａ，ｘ，ｙ）とＦｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）の差の絶対値があらかじめ定めておいた閾値以下であった場合には判定不能としても良い。
また（１）において、フィルタをずらしながらコンボリューションを計算する過程で、Ｆ（Ａ）の最大値が予め定めた閾値を超えた場合に、直ちに、Ｕ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＡであると判定して処理を中止しても良い。（２）においても同様に、Ｆ（Ｂ）の最大値が予め定めた閾値を超えた場合に、直ちにＵ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＢであると判定しても良い。
以上、信号検出（ステップＳ３０４）の詳細について説明した。再び、第１３図のフローチャートに戻り、以降のステップＳ３０５について説明する。ステップＳ３０５では、ユニットパターン行列のシンボルを連結してデータ符号を再構成し、元の情報を復元する。
第１８図は、情報復元の一例を示す説明図である。
情報復元のステップは以下の通りである。
（１）各ユニットパターンに埋め込まれているシンボルを検出する（第１８図▲１▼）。
（２）シンボルを連結してデータ符号を復元する（第１８図▲２▼）。
（３）データ符号を復号して埋め込まれた情報を取り出す（第１８図▲３▼）。
第１９図〜第２１図は、データ符号の復元方法を一例を示す説明図である。復元方法は基本的に第８図の逆の処理となる。
第１９図は、データ符号の復元方法を示すフローチャートである。
第２０図は、データ符号の復元方法を示す説明図である。
先ず、ユニットパターン行列から輪郭部を検出する（ステップＳ４０１）。この処理は、第１０図で示した透かし情報領域の周囲に配置された“１”を示すパターンを検出する処理である。即ち、ユニットパターン行列の行方向および列方向に“１”が連続して配置されている部分を検出する。そして、このような部分が検出された場合は、その内部が透かし情報領域であると判定する。これ以降の処理は、輪郭部のユニットパターンを検出対象から除外する。
次に、ユニットパターン行列の第１行から符号長データ部分を取り出して、埋め込まれたデータ符号の符号長を得る（ステップＳ４０２）。
次いで、ユニットパターン行列のサイズとＳ４０２で得たデータ符号の符号長を元に、データ符号ユニットを埋め込んだ回数Ｄｎおよび剰余Ｒｎを計算する（ステップＳ４０３）。
次いで、ユニットパターン行列の２行目以降からステップＳ２０３と逆の方法でデータ符号ユニットを取り出す（ステップＳ４０４）。第２０図の例では、Ｕ（１，２）（２行１列）から順に１２個のパターンユニット毎に分解する（Ｕ（１，２）〜Ｕ（３，３）、Ｕ（４，３）〜Ｕ（６，４）、…）。Ｄｎ＝７，Ｒｎ＝６であるため、１２個のパターンユニット（データ符号ユニット）は７回取り出され、剰余として６個（データ符号ユニットの上位６個に相当する）のユニットパターン（Ｕ（４，１１）〜Ｕ（９，１１））が取り出される。
次いで、ステップＳ４０４で取り出したデータ符号ユニットに対してビット確信度演算を行うことにより、埋め込んだデータ符号を再構成する（ステップＳ４０５）。以下、ビット確信度演算について説明する。
第２１図は、ビット確信度演算の説明図である。
図示のように、ユニットパターン行列の２行１列目から最初に取り出されたデータ符号ユニットをＤｕ（１，１）〜Ｄｕ（１２，１）とし、順次Ｄｕ（１，２）〜Ｄｕ（１２，２）、…、と表記する。また、剰余部分はＤｕ（１，８）〜Ｄｕ（６，８）とする。ビット確信度演算は各データ符号ユニットの要素毎に多数決をとるなどして、データ符号の各シンボルの値を決定することである。これにより、文字領域との重なりや紙面の汚れなどが原因で、任意のデータ符号ユニット中の任意のユニットから正しく信号検出を行えなかった場合（ビット反転エラーなど）でも、最終的に正しくデータ符号を復元することができる。
具体的には、例えばデータ符号の１ビット目は、Ｄｕ（１，１），Ｄｕ（１，２）、…、Ｄｕ（１，８）の信号検出結果が１である方が多い場合には１と判定し、０である方が多い場合には０と判定する。同様にデータ符号の２ビット目はＤｕ（２，１）、Ｄｕ（２，２）、…、Ｄｕ（２，８）の信号検出結果による多数決によって判定し、データ符号の１２ビット目は、Ｄｕ（１２，１）、Ｄｕ（１２，２）、…、Ｄｕ（１２，７）（Ｄｕ（１２，８）は存在しないためＤｕ（１２，７）までとなる）の信号検出結果による多数決によって判定する。
ビット確信度演算は、第１７図の信号検出フィルタの出力値を加算することによっても行うことができる。これは、例えば第３図（１）のユニットＡに０のシンボルが割り当てられ、第３図（２）のユニットＢに１のシンボルが割り当てられているものとし、Ｄｕ（ｍ，ｎ）に対するフィルタＡによる出力値の最大値をＤｆ（Ａ，ｍ，ｎ）、Ｄｕ（ｍ，ｎ）に対するフィルタＢによる出力値の最大値をＤｆ（Ｂ，ｍ，ｎ）とすると、データ符号のＭビット目は、

の場合は１と判定し、それ以外の場合は０と判定する。ただし、Ｎ＜Ｒｎの場合はＤｆの加算はｎ＝１〜Ｒｎ＋１までとなる。
ここでは、データ符号を繰り返し埋め込む場合について説明したが、データを符号化する際に誤り訂正符号などを用いることにより、データ符号ユニットの繰り返しを行わないような方法も実現できる。
〈効果〉
以上説明したように、具体例１によれば、次のような効果がある。
（１）ドットの配列の違いにより埋め込み情報を表現するため、元の文書のフォント、文字間や行間のピッチに対する変更を伴わない。
（２）シンボルを割り当てているドットパターンと、シンボルを割り当てていないドットパターンの濃度（一定区間内のドットの数）が等しいため、人の目には文書の背景に一様な濃度の網掛けがされているように見え、情報の存在が目立たない。
（３）シンボルを割り当てているドットパターンと割り当てていないドットパターンを秘密にしておくことで、埋め込まれている情報の解読が困難となる。
（４）情報を表すパターンは細かいドットのパターンの集まりで、文書の背景として一面に埋め込まれているため、埋め込みアルゴリズムが公開されたとしても、印刷された文書に対する埋め込み情報の改ざんが困難となる。
（５）波（濃淡変化）の方向の違いにより埋め込み信号を検出するため（１画素単位の詳細な検出を行わないので）、印刷文書に多少の汚れなどがあった場合でも安定した情報検出を行うことができる。
（６）同じ情報を繰り返し埋め込み、検出時には繰り返し埋め込まれた情報の全てを利用して情報復元を行うため、大きなフォントの文字によって信号部分が隠されたり、用紙が汚れていたりすることによる部分的な情報の欠落が発生しても、安定して埋め込んだ情報を取り出すことができる。
（７）透かし情報領域の周囲を特定の値を示すユニットパターンを連続して配置するようにしたので、透かし入り文書２００に皺や延び等が有っても透かし情報領域を正確に検出することができる。その結果、より信頼性の高い透かし情報検出を実現することができる。
《具体例２》
具体例２は、透かし情報をＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏ Ｎｏｉｓｅ（疑似雑音））符号で拡散して透かし画像を作成するようにしたものである。
第２２図は、具体例２の構成図である。
図示の装置は、透かし情報埋め込み装置１００ａと透かし情報検出装置３００ａからなる。また、透かし入り文書２００は、透かし情報埋め込み装置１００ａによって出力される透かし入り文書である。
透かし情報埋め込み装置１００ａは、文書画像作成部１０１、透かし画像作成部１０２ａ、透かし入り文書画像合成部１０３、出力デバイス１０４、文書データ１０５、透かし情報１０６とＰＮ符号生成部１０７からなる。ここで、文書画像作成部１０１、透かし入り文書画像合成部１０３〜透かし情報１０６は、具体例１の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。また、透かし画像作成部１０２ａは、透かし情報１０６に対して、ＰＮ符号生成部１０７で生成されたＰＮ符号で拡散し、透かし画像を作成する機能を有している。更に、ＰＮ符号生成部１０７は、公知の手法（これについては後述する）によりＰＮ符号（疑似ランダム系列）を生成する機能部である。
透かし情報検出装置３００ａは、入力デバイス３０１と透かし検出部３０２ａからなる。透かし検出部３０２ａは、ＰＮ符号との相関をとることによって透かし情報領域を検出すると共に、検出した透かし情報領域から透かし情報を取り出すと共に、ＰＮ符号の相関値のピークに基づいて、透かし情報が正常に検出できたか否かを判定し、正常に検出できなかった場合は、所定の補正を行う機能を有している。
〈動作〉
先ず、具体例２における透かし情報埋め込み装置１００ａの全体の動作の説明に先立ち、ＰＮ符号について説明する。
［最長符号について］
最長符号は、ｎビットの符号系列で、０と１の数が等しいか、もしくはその差が１以内であり、かつ、自己相関が、位相が同じ場合に１、位相が異なる場合の自己相関が０、もしくは−１／ｎとなる符号系列である。最長符号は、同期型やシングルユーザのＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）における符号拡散や同期補足に用いられる。最長符号は、ある長さのシフトレジスタとフィードバックによって生成される。例えば、ｎをシフトレジスタの段数とすると、
Ｌ＝２^ｎ−１
で得られるＬビットが最長符号系列の長さとなり、次のようなシフトレジスタ符号発生器によって生成される。
第２３図は、シフトレジスタ符号発生器の構成図である。
図において、ｒ_ｊは、各シフトレジスタの状態であり、ｓ_ｉは各シフトレジスタにかける係数（０または１）であり、シフトレジスタ符号発生器は、それぞれ複数段の論理結合がフィードバックされるループで構成される。この発生器で生成される最長符号系列ｏ_ｊは、

となる。
第２４図は、４次の最長符号系列発生器の構成図である。
図示の符号発生器は、第２３図でのｓ_０＝１，ｓ_１＝１，ｓ_２＝ｓ_３＝０となる。レジスタ値の初期条件を０００１とすると、生成される系列は、
０００１００１１０１０１１１１ ０００１００１１０１０１１１１ ０００１００１…
となり、周期１５（系列長１５）の最長符号となる（下線の単位で１周期）。
最長符号系列の自己相関関数は、系列１周期と、それを１ビットずつ時間的にずらせたものを乗積し、平均することで得られる。例えば、自己相関関数は、符号系列のビット値１をｍ_ｉ＝１、ビット値０をｍ_ｉ＝−１とすると、

で得られる。これは、ｔｍｏｄＬ＝０の場合に１、ｔｍｏｄＬ＝０でない場合に−１／Ｌをとる。
第２５図は、最長符号系列の自己相関関数の説明図である。
図示のように、同じ最長符号系列について相関をとると、同一位相の場合に１、位相がずれたときは−１／Ｌをとることが分かる。このため、最長符号系列で拡散された信号は、拡散に使用した最長符号との相関をとることで、容易に同期することができる。
最長符号は、同一周期の符号系列が少ないため、非同期型ＣＤＭＡ等や、複数系列が混在する環境では複数のシフトレジスタ符号発生器の組み合わせから生成されるＧｏｌｄ系列等が用いられる。
以下、具体例１とは異なる第２２図のＰＮ符号生成部１０７と透かし画像作成部１０２ａの動作について説明する。
ＰＮ符号生成部１０７は、ＰＮ符号を生成する。ＰＮ符号として、第２３図のシフトレジスタ符号発生器によって得られる最長符号系列やＧｏｌｄ系列、または、別の方法で得られる疑似ランダム系列などが使用される。系列の生成は、符号発生器などによる動的生成の他、テーブル等を用いた静的な生成などで行うようにしてもよい。
透かし画像作成部１０２ａは、透かし情報１０６から得られる情報ビット列をＰＮ符号生成部１０７から得られるＰＮ符号により拡散し、透かし画像を生成する。
第２６図は、透かし画像生成の説明図である。
ＰＮ符号による拡散は、例えば以下の方法で行う。
（１）情報ビット“０”を埋め込む場合、ＰＮ符号をそのまま使用する。
（２）情報ビット“１”を埋め込む場合、ＰＮ符号の全ビットを反転して使用する。
（３）各情報ビット分、ＰＮ符号を連結し、画像に連続して埋め込む。
ＰＮ符号の長さが１５ビットの場合、情報ビットＮは、ＰＮ符号による拡散の結果、（Ｎ×１５）ビットに拡張される。拡張された符号系列に対応するユニットパターンを、具体例１で説明したようにタイル状に配置し、透かし画像を生成する。配置方向は、横方向、縦方向のいずれであってもよい。尚、図示例では、透かし画像の全てをＰＮ符号で拡散する場合を示している。
ユニットパターンが１ビットの情報を表す場合、透かし画像はＰＮ符号で拡散されたシーケンスに対応するパターンの羅列となる。ユニットパターンが２ビット以上の情報を表す場合、拡散されたシーケンスは情報のビット深度方向（それぞれのビットをプレーンと考えた場合の深さ方向）に埋めても良いし、また、特定ビット深度のプレーンだけに埋め込んでも良い。
次に、透かし情報検出装置３００ａの動作について、具体例１とは異なる点を中心に説明する。
入力デバイス３０１の動作については、具体例１と同様である。透かし検出部３０２ａは、透かし情報を抽出するため、入力デバイス３０１から出力された信号に対して、埋め込み時に使用したＰＮ系列との相関値を計算する。
第２７図は、透かし検出部の動作を示す説明図である。
計算する相関値は、埋め込み時にＰＮ系列を配置した順に、例えば１ビットずつずらしながら計算する。ずらす方向は、横方向に配置した場合は横方向、縦方向に配置した場合は縦方向となる。
最長符号の場合、位相が０の場合に値１をとり、それ以外の場合で−１／Ｌを取るため、透かし検出部３０２ａにおけるフィルタ出力値のうち、実際に透かしとして埋め込まれている部分のみ相関値が高くなる。相関値はノイズによって上下するが、閾値を使用して相関値が高くなった部分のみを検出することで、情報の埋め込まれた透かし領域の位置を特定可能である。また、最長符号でない系列であっても、同一位相の場合は相関値が最も高くなるため、同期は可能である。ここで、相関値は上述した［数７］の式によって計算する。これは、簡単に書くと、以下の式を用いることができる。
（相関値）＝｜（ＰＮ符号と符号が一致した数）−（ＰＮ符号と符号が不一致の数）｜÷（ＰＮ符号長）
この式のように、相関値の最大値が１となるように正規化する必要は必ずしもない。同じＰＮ符号を同じ位相でライン単位に使用すると、ＰＮ符号での相関は第２７図の（２）のようになる。
また、拡散された値は、透かし情報埋め込み装置１００ａ側での上述した（１）〜（３）により、以下の条件で得ることができる。
（ＰＮ符号と符号が一致した数）≧（ＰＮ符号と符号が不一致の数）：０
（ＰＮ符号と符号が一致した数）＜（ＰＮ符号と符号が不一致の数）：１
ここで、ＰＮ符号との相関値が閾値以上となった符号系列の集合が、透かし画像領域として検出される。
ＰＮ符号との相関は必ずＰＮ符号周期の間隔で発生するため、ＰＮ符号周期以上の間隔が空いた場合、スキャンした用紙の延びなどにより、信号の間隔に隙間が発生し、誤った情報を抽出してしまう可能性がある。この場合、本具体例では、例えば、間隔のあいた部分のデータを削除する、といった対処が可能である。
また、ＰＮ符号周期未満の間隔が空いた場合、皺などによる情報の欠落として検出できるため、ダミーのデータ（例えば、全てのビットが０）などを挿入することにより、補正が可能である。情報を削除した場合やダミーを挿入した場合、その箇所では情報を誤る確率が高くなるが、透かし入り文書２００ａ全体としての信号の同期がとれるため、エラー訂正符号やブロック暗号に対する同期がとれ、情報を正確に検出できる確率を向上させることができる。
また、情報の削除や挿入は、フィルタリングによる信号検出（上述したステップＳ３０４の信号検出処理）の間隔が最もずれている部分などで行うことで誤り率を低減することもできる。
尚、上記の説明では、ＰＮ符号による拡散処理を透かし画像全体に施した場合を説明したが、具体例１のように、透かし画像領域の周囲のみや、内部の一部の領域のみに対して行うこともできる。この場合、ＰＮ符号によって拡散した情報の配置ルールを定義することで、透かし画像領域の抽出や、皺や延びに対する情報の訂正を行うことができる。
〈効果〉
以上のように、具体例２によれば、透かし情報をＰＮ符号を用いて拡散して透かし画像を作成するようにしたので、具体例１の効果に加えて次のような効果がある。即ち、透かし情報を検出する場合に、透かし画像領域の検出精度を向上させることができる。その結果、皺や延びなどによる情報の欠落があった場合でも、例えばエラー訂正符号を挿入するといった処理により、正しく情報を抽出できる確率を高くすることができる。
《具体例３》
具体例３は、複数のＰＮ符号を、行単位または列単位で使用した例である。
〈構成〉
図面上の構成は、第２２図に示した具体例２と同様であるため、第２２図を援用して説明する。具体例３のＰＮ符号生成部１０７では、複数の異なるＰＮ符号を生成するよう構成されている。また、透かし画像作成部１０２ａは、ＰＮ符号生成部１０７で生成された複数のＰＮ符号を用いて、行単位あるいは列単位でそれぞれのＰＮ符号を拡散に用いて透かし画像を作成する機能を有している。それ以外の構成は具体例２と同様である。
〈動作〉
先ず、複数（本具体例では二つ）のＰＮ符号をそれぞれ行単位で使用するようにした場合を説明する。
［透かし情報埋め込み装置１００ａ側の動作］
ＰＮ符号生成部１０７は、Ｎ種類の異なるＰＮ符号（本具体例では、ＰＮ符号Ａ、ＰＮ符号Ｂの２種類とする）を生成する。そして、透かし画像作成部１０２ａは、行単位でそれぞれのＰＮ符号を拡散に用いて透かし画像を作成する。即ち、Ｎ種類のＰＮ符号がある場合、１ライン目はＰＮ符号０、２ライン目はＰＮ符号１、…、Ｎライン目はＰＮ符号（Ｎ−１）、Ｎ＋１ライン目はＰＮ符号０、…といったルールでＰＮ符号を切り替えて拡散する。これ以外の動作は具体例２と同様である。
［透かし情報検出装置３００ａ側の動作］
第２８図は、具体例３の動作を示す説明図（その１）である。
第２８図中の（１）に示すように、透かし検出部３０２ａにおけるフィルタ出力値（ユニットパターンに基づいて抽出した値（第１７図参照））に対して、埋め込み時に使用したＮ種類のＰＮ符号を使用し、全てに対する相関値を計算する。本具体例では、Ｎ＝２とした場合である。
最長符号系列やＧｏｌｄ符号系列等をＰＮ符号として用いる場合、他符号との相関が十分に低いため、埋め込み時に用いた系列と同じ系列で、かつ、同一位相の場合にのみ、相関値が高い値となる。
ピーク値が得られた相関値に使用したＰＮ符号の種類は、ライン単位のアドレスに相当する。例えば、ＰＮ符号Ａと相関が高いのは、第１行、第（ｎ＋１）行（但し、ｎは１以上の自然数）となる。また、ＰＮ符号Ｂで相関が高いのは、第２行、第（ｎ＋２）行（但し、ｎは１以上の自然数）となる。このため、ＰＮ符号の番号０〜ｎは、埋め込みの情報の行アドレスと見なすことができる。ここで、実際の位置と行アドレスに差があった場合、情報の削除やダミーの挿入等によって、元と同じアドレス位置に修正することができる。
情報を削除した場合はダミーを挿入した場合、その箇所では情報（の検出）を誤る可能性が高くなるが、全体として信号の同期が取れるため、エラー訂正符号やブロック暗号に対して同期でき、情報を正確に検出できる可能性を高くすることができる。
また、情報の削除や挿入は、フィルタリングによる信号検出の間隔が最もずれている部分などで行うことで、誤り率を低減することができる。
次に、複数の異なるＰＮ符号をそれぞれ列単位で使用するようにした場合を説明する。
［透かし情報埋め込み装置１００ａ側の動作］
ＰＮ符号生成部１０７は、Ｎ種類の異なるＰＮ符号（本具体例では、ＰＮ符号Ａ、ＰＮ符号Ｂの２種類とする）を生成する。そして、透かし画像作成部１０２ａは、列単位でそれぞれのＰＮ符号を拡散に用いて透かし画像を作成する。即ち、Ｎ種類のＰＮ符号がある場合、１列目はＰＮ符号０、２列目はＰＮ符号１、…、Ｎ列目はＰＮ符号（Ｎ−１）、Ｎ＋１列目はＰＮ符号０、…といったルールでＰＮ符号を切り替えて拡散する。
［透かし情報検出装置３００ａ側の動作］
第２９図は、具体例３の動作を示す説明図（その２）である。
第２９図中の（１）に示すように、上述した行単位の場合と同様に、透かし検出部３０２ａにおけるフィルタ出力値（ユニットパターンに基づいて抽出した値）に対して、埋め込み時に使用したＮ種類のＰＮ符号を使用し、全てに対する相関値を計算する。本具体例では、Ｎ＝２とした場合である。
この場合、ピーク値が得られた相関値に使用したＰＮ符号の種類は、列単位のアドレスに相当する。例えば、ＰＮ符号Ａと相関が高いのは、第１列、第（ｎ＋１）列（但し、ｎは１以上の自然数）となる。また、ＰＮ符号Ｂで相関が高いのは、第２列、第（ｎ＋２）列（但し、ｎは１以上の自然数）となる。このため、ＰＮ符号の番号０〜ｎは、埋め込みの情報の列アドレスと見なすことができる。ここで、実際の位置と列アドレスに差があった場合、情報の削除やダミーの挿入等によって、元と同じアドレス位置に修正することができる。
情報を削除した場合はダミーを挿入した場合、その箇所では情報（の検出）を誤る可能性が高くなるが、全体として信号の同期が取れるため、エラー訂正符号やブロック暗号に対して同期でき、情報を正確に検出できる可能性を高くすることができる。
また、情報の削除や挿入は、フィルタリングによる信号検出の間隔が最もずれている部分などで行うことで、誤り率を低減することができる。
〈効果〉
以上のように、具体例３によれば、複数種類のＰＮ符号を行単位または列単位で使用して拡散するようにしたので、具体例２の効果に加えて、信号の絶対アドレスを埋め込めるため、皺や延びを訂正することができるようになる。これにより、横方向、縦方向共に、皺や延びによって情報の同期が外れた部分でも、同期を行うことができ、情報抽出精度を更に向上させることができる。
《具体例４》
具体例４は、２次元のＰＮ符号を使用するようにしたものである。
〈構成〉
図面上の構成は、第２２図に示した具体例２と同様であるため、第２２図を援用して説明する。具体例４のＰＮ符号生成部１０７では、複数の異なるＰＮ符号を生成するよう構成されている。また、透かし画像作成部１０２ａは、ＰＮ符号生成部１０７で生成された複数のＰＮ符号を用いて、２次元のＰＮ符号を拡散に用いて透かし画像を作成する機能を有している。それ以外の構成は具体例２、３と同様である。
〈動作〉
［透かし情報埋め込み装置１００ａ側の動作］
ＰＮ符号生成部１０７は、２次元のＰＮ符号を生成する。
第３０図は、２次元ＰＮ符号の説明図である。
図示のように、水平方向がＰＮ符号Ａ、垂直方向がＰＮ符号Ｂとなった２次元ＰＮ符号を生成する。即ち、ＰＮ符号ＡとＰＮ符号Ｂとは、互いのビット値に応じてそのビット値が反転したものとなっている。例えば、上から二番目のＰＮ符号Ａのビット値は、ＰＮ符号Ｂの上位２ビット目の値“１”に応じて各ビット値が反転したものとなっている。
また、値が“０”を示す２次元ＰＮ符号と、値が“１”を示す２次元ＰＮ符号とは、各ビットの値が反転したものである。
透かし画像作成部１０２ａは、このような２次元ＰＮ符号を拡散に用いて透かし画像を作成する。即ち、透かし情報１０６に対して、本具体例では、２次元のＰＮ符号を用いて拡散する。これ以外の動作は具体例２と同様である。
［透かし情報検出装置３００ａ側の動作］
第３１図は、具体例４における２次元ＰＮ符号の検出処理を示す説明図である。
透かし検出部３０２ａは、２次元ＰＮ符号を検出する場合、水平方向のＰＮ符号、垂直方向のＰＮ符号のそれぞれで相関値を計算する。これにより、水平方向に相関値を計算した場合は第３１図の（１）に示すように、相関値のピークが垂直方向に連続して現れ、垂直方向に相関値を計算した場合は第３１図の（２）に示すように、相関値のピークが水平方向に連続して現れる。従って、これらピークが連続する部分の交点（図面上では左上）が、２次元ＰＮ符号の頂点となり、これによって、その２次元ＰＮ符号の位置と矩形領域を知ることができる。
第３２図は、２次元ＰＮ符号の配置例を示す説明図である。
図示例は、２次元ＰＮ符号が、水平方向と垂直方向のそれぞれに、ＰＮ符号０，ＰＮ符号１，ＰＮ符号２，…となるよう形成されたものである。例えば、図面上で詳細を示した２次元ＰＮ符号は、水平方向がＰＮ符号１、垂直方向がＰＮ符号２に対応したビット列となっている。従って、それぞれの２次元ＰＮ符号が固有の行アドレスと列アドレスとを持つことができ、その結果、検出側でも２次元ＰＮ符号の位置を確実に検出することができる。
〈効果〉
以上のように具体例４によれば、透かし情報を拡散するためのＰＮ符号として２次元ＰＮ符号を用いるようにしたので、具体例２の効果に加えて、一つの２次元ＰＮ符号で、行アドレスと列アドレスの両方を持つことができ、検出する場合でも一つの２次元ＰＮ符号の位置を特定することができる。その結果、透かし入り文書２００ａに折り皺や延びがあった場合でもより正確に透かし情報を抽出することができる。
《具体例５》
具体例５は、ＰＮ符号を３次元に拡張するようにしたものである。
〈構成〉
図面上の構成は、第２２図に示した具体例２と同様であるため、第２２図を援用して説明する。具体例５で埋め込み対象となる文書データ１０５は、単一のページではなく、複数のページで構成されている。また、文書画像作成部１０１は、このような複数ページの文書データの文書画像を作成するよう構成されている。
更に、具体例５のＰＮ符号生成部１０７では、複数ページからなる文書データ１０５に対応して、３次元のＰＮ符号を生成するよう構成されている。透かし画像作成部１０２ａは、ＰＮ符号生成部１０７で生成された３次元のＰＮ符号を用いて、透かし情報１０６の値を拡散し、透かし画像を作成する機能を有している。それ以外の構成は具体例２、４と同様である。
〈動作〉
［透かし情報埋め込み装置１００ａ側の動作］
ＰＮ符号生成部１０７は、３次元のＰＮ符号を生成する。
第３３図は、３次元ＰＮ符号の説明図である。
図示のように、水平方向がＰＮ符号Ａ、垂直方向がＰＮ符号Ｂとなった２次元ＰＮ符号を更にページ方向にＰＮ符号Ｃとなるよう３次元ＰＮ符号を生成する。尚、２次元ＰＮ符号については具体例４と同様であるため、ここでの説明は省略する。
透かし画像作成部１０２ａは、このような３次元ＰＮ符号を拡散に用いて透かし画像を作成する。即ち、複数ページからなる文書画像の各ページに対して、３次元ＰＮ符号における各２次元プレーンの２次元ＰＮ符号（図示例において、ＰＮ符号ＡとＰＮ符号Ｂで構成されるＰＮ符号）を順次埋め込む。
［透かし情報検出装置３００ａ側の動作］
透かし検出部３０２ａは、複数ページからなる透かし入り文書２００から透かし情報を検出する場合、各ページから２次元ＰＮ符号を抽出する。尚、２次元ＰＮ符号の抽出処理については、具体例４と同様であるため、ここでの説明は省略する。そして、各２次元ＰＮ符号のプレーンの値と、複数ページ方向のＰＮ符号であるＰＮ符号Ｃとの相関をとる。ここで、相関が低い場合は、ページの削除や挿入が行われたことを示している。これ以外の動作は、具体例２、４と同様である。
〈効果〉
以上のように具体例５によれば、ＰＮ符号を３次元に拡張するようにしたので、具体例２の効果に加えて、複数ページからなる文書の場合でも、ＰＮ符号を用いるだけで、ページの削除や挿入といった状態を検出することができる。
以上のように、本発明によれば、透かし画像領域の周囲に特定の値のドットパターンを配置するようにしたので、透かし画像領域を正確に検出することができ、その結果、透かし情報を正確に検出することができる。
また、本発明によれば、透かし情報に対してＰＮ符号で拡散するようにしたので、透かし画像領域を正確に検出することができ、更に、画像の歪みや折り皺等による信号の歪みを補正することも可能であり、その結果、折り皺等への耐性を強くすることができる効果がある。

●上記具体例１において、透かし情報の記録領域の周囲に輪郭部を形成したが、例えば、矩形における隣り合う二辺といったように、記録領域を特定するのに必要な部分があればその周囲を全て覆っていなくても良い。また、具体例１〜５を含めて、透かし情報の記録領域としては矩形に限定されるものではなく、例えば、円形等であってもよい。このような場合も、具体例１ではその記録領域の輪郭部を所定の値とすることで、どのような形状に対しても同様の効果を得ることができる。また、具体例１では、輪郭部の値を“１”としたが、“０”であっても良い。
●上記具体例２〜５において、ＰＮ符号としては、埋め込み側と検証側で共通の規則性をもった符号であれば、最長符号（Ｍシーケンス）、Ｇｏｌｄ符号など任意の符号列を用いることができる。
●具体例５では、埋め込み／検出するＰＮ符号として３次元ＰＮ符号を用いるようにしたので、静止画だけでなく、複数フレームに亘る動画像、３次元オブジェクトなどで一意に情報が埋め込まれている立方体（動画像の場合はフレーム番号と位置）を検出することができる。また、動画像の場合は、フレームの欠落や挿入を検出することができる。
●上記具体例２〜５におけるＰＮ符号によって拡散された情報は、電子透かし領域の全体であってもよいし、電子透かし領域の輪郭（外枠）だけであってもよい。また、５０ピクセル飛びで配置する等、任意の設置方法を選ぶことができる。但し、配置に用いたルールは、埋め込み側と検証側で共有する必要がある。
●上記具体例２〜５では、透かし情報１０６を、ドットパターンを一面に配置した透かし画像で表現したが、これに限定されるものではなく、透かし情報１０６を文書上に一様に埋め込むような方式であれば同様に適用可能である。
●上記具体例１〜５では、透かし入り文書２００、２００ａを紙媒体からなる印刷文書としたが、これ以外にも、例えばディスプレイに表示される画像といったものでもよい。

Claims (20)

1. 文書画像を作成する文書画像作成部と、
   透かし情報をドットパターンで表すと共に、当該透かし情報の記録領域の輪郭部を特定の値を示すドットパターンで表した透かし画像を作成する透かし画像作成部と、
   前記文書画像と透かし画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成する透かし入り文書画像合成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置。
2. 文書画像を作成する文書画像作成部と、
   ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部と、
   所定の透かし情報に対して、前記ＰＮ符号生成部で生成したＰＮ符号で拡散し、透かし画像を作成する透かし画像作成部と、
   前記文書画像と透かし画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成する透かし入り文書画像合成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置。
3. 請求の範囲第２項に記載の透かし情報埋め込み装置において、
   複数種類のＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部と、
   所定の透かし情報に対して、前記複数種類のＰＮ符号を行または列単位で使用して拡散する透かし画像作成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置。
4. 請求の範囲第２項または第３項に記載の透かし情報埋め込み装置において、
   行方向と列方向に異なる種類のＰＮ符号を表す２次元ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置。
5. 複数ページの文書画像を作成する文書画像作成部と、
   行方向と列方向とページ方向に異なる種類のＰＮ符号を表す３次元ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成部と、
   所定の透かし情報に対して、前記ＰＮ符号生成部で生成した行方向と列方向のＰＮ符号からなる２次元ＰＮ符号を使用して透かし情報を拡散し、１ページ分の透かし画像を作成すると共に、前記ページ方向のＰＮ符号を使用して複数ページの透かし画像を作成する透かし画像作成部と、
   前記複数ページの文書画像と、これら複数ページに対応した透かし画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成する透かし入り文書画像合成部とを備えたことを特徴とする透かし情報埋め込み装置。
6. 請求の範囲第２項〜第５項のいずれかに記載の透かし情報埋め込み装置において、
   透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報埋め込み装置。
7. 透かし情報が、複数種類のドットパターンが一面に配置された透かし画像として記録された文書から前記透かし情報を抽出する透かし情報検出装置であって、
   前記透かし画像から特定の値を示す輪郭部が検出された場合は、当該輪郭部に基づいて、透かし情報の記録領域を判定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置。
8. 透かし情報がＰＮ符号で拡散され、透かし画像として記録された文書から前記透かし情報を抽出する透かし情報検出装置であって、
   前記文書から透かし画像を抽出すると共に、当該透かし画像に対してＰＮ符号の相関をとることで、透かし情報の記録領域を特定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置。
9. 請求の範囲第８項に記載の透かし情報検出装置において、
   ＰＮ符号の相関値のピークに基づいて、透かし情報が正常に検出できたか否かを判定し、正常に検出できなかった場合は、所定の補正を行う透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置。
10. 請求の範囲第８項または第９項に記載の透かし情報検出装置において、
    異なるＰＮ符号を用いて相関をとり、各ＰＮ符号に対応した相関値のピークを検出した場合は、当該ピークに対応して行または列単位のアドレスを抽出する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置。
11. 請求の範囲第８項〜第１０項のいずれかに記載の透かし情報検出装置において、
    行方向と列方向に異なる種類のＰＮ符号を表す２次元ＰＮ符号を用いて相関をとることで、透かし情報の記録領域を特定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置。
12. 請求の範囲第８項または第９項に記載の透かし情報検出装置において、
    文書は複数ページで構成され、
    かつ、
    行方向と列方向とページ方向に異なる種類のＰＮ符号を表す３次元ＰＮ符号との相関をとり、透かし情報の記録領域を特定する透かし検出部を備えたことを特徴とする透かし情報検出装置。
13. 請求の範囲第８項〜第１２項のいずれかに記載の透かし情報検出装置において、
    透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報検出装置。
14. 透かし情報埋め込み装置を用いて、
    透かし情報をドットパターンで表すと共に、当該透かし情報の記録領域の輪郭部を特定の値を示すドットパターンで表した透かし画像を作成し、
    かつ、
    当該透かし画像と所定の文書画像とを重ね合わせて透かし入り文書画像を作成することを特徴とする透かし情報埋め込み方法。
15. 透かし情報埋め込み装置を用いて、
    所定の透かし情報に対してＰＮ符号で拡散を行って透かし画像を作成し、
    当該透かし画像と所定の文書画像とを合成し、透かし入り文書として出力することを特徴とする透かし情報埋め込み方法。
16. 請求の範囲第１５項に記載の透かし情報埋め込み方法において、
    透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報埋め込み方法。
17. 透かし情報検出装置を用いて、透かし情報が複数種類のドットパターンが一面に配置された透かし画像として記録された文書から前記透かし情報を抽出する透かし情報検出方法であって、
    前記透かし画像から特定の値を示す輪郭部が検出された場合は、当該輪郭部に基づいて、透かし情報の記録領域を特定することを特徴とする透かし情報検出方法。
18. 透かし情報検出装置を用いて、透かし情報がＰＮ符号で拡散され、透かし画像として記録された文書から前記透かし情報を抽出する透かし情報検出方法であって、
    前記文書から透かし画像を抽出すると共に、当該透かし画像に対してＰＮ符号の相関をとることで、透かし情報の記録領域を特定することを特徴とする透かし情報検出方法。
19. 請求の範囲第１８項に記載の透かし情報検出方法において、
    透かし画像は、複数種類のドットパターンが一面に配置され、その中の少なくとも一種類のドットパターンは特定の透かし情報を表すことを特徴とする透かし情報検出方法。
20. 所定の透かし情報に対してＰＮ符号で拡散を行って透かし画像を作成し、当該透かし画像と所定の文書画像とを合成して作成したことを特徴とする透かし入り文書。

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