KR20030005347A - 광학적 워터마크 - Google Patents

Abstract

다층 워터마크가 위조와 변조에 대하여 보호하기 위해 생성되어 문서에 배치된다.

워터마크 층의 각각에 끼워넣어진 숨겨진 정보는 해당 디코더를 사용함으로써 검출될 수 있다. 다층 구조 때문에 광학적 워터마크를 리버스 엔지니어링하기기 어렵다. 일반화된 워터마크 구조는 디코더의 키 공간을 상당히 증가시킨다.

Description

광학적 워터마크{Optical Watermark}

본 명세서 또는 인용문의 전반에 걸쳐 문서는 인쇄 문서 및 전자 문서 및 인쇄 문서의 (인쇄 또는 전자) 사본 및 전자 문서의 (인쇄 또는 전자) 사본을 포함하는 것으로 간주하여야 하고, 텍스트, 이미지, 그래픽, 비디오, 사진 및 기타 멀티미디어가 나타나는 그러한 문서를 포함할 것이다.

캐리어 돗트 패턴(carrier dot pattern)이라고 하는 워터마크의 구조는 2차원("2-D")의 돗트 어레이(dot array)처럼 가장 간단하고 가장 기본적인 구조를 갖는 반복 패턴이다. 상기 돗트 패턴 구조의 복잡성은 보안도(security level)를 결정한다. 잠정적인 이미지 대상(latent image object)을 워터마크에 끼워넣음(embedding)은 상기 잠정적인 이미지 대상이 있는 돗트 패턴 상의 변조(modulation)에 의해 구현된다. 디코더(decoder)를 사용하여 상기 잠정적인 이미지 대상을 관찰하는 것은 복조(demodulation) 공정이다. 상기 디코더는 또한 특정한 돗트 패턴에 해당하는 조직화된 패턴이다. 이는 격자(grating), 렌즈, 론치 룰링(Ronchi Ruling), 특수 필름, 또는 사진복사기와 같은 광학적 기구로서 실행된다.

미국 특허 제 5,915,027호는 워터마크를 데이터의 부영역(subregion) 또는 부이미지(subimage)에 반복 삽입함으로써 실행되는, 이미지, 비디오와 오디오 데이터를 포함하는 데이터의 워터마킹에 관한 것이다. 마찬가지로, 상기 워터마크는 상기 데이터의 부영역으로부터 반복 추출된다. 이러한 방법은 단층 방식이고, 텍스트를 기초로 한 문서 또는 종이에 인쇄된 문서에 적합하지 않다.

미국 특허 제 4,921,278호는 컴퓨터가 생성한 모아(Moire)를 사용하는 식별 시스템을 갖고 있고 컴퓨터가 생성한, 파선의 임의의 패턴에 기초한다. 대상 격자(object grid)와 기준 격자(reference grid)의 중첩은 '모아' 효과를 일으킬 것이다. 이러한 방법은 단층 방식이고, 더욱 간단하며, 위조 표시와 같은 충분한 보호를 제공하지 못한다.

미국 특허 제 5,734,752호는 뷰(view)될 때 실질적으로 볼 수 없는 디지털 방식으로 복사할 수있는 문서에 워터마크를 생성하기 위한 방법이다. 이는 콘텐트를 뷰하기 위해 문서 상의 회색 이미지를 복사하기 적합한 확률(stochastic) 스크린 패턴과, 첫번째 연관하는 또 다른 확률 스크린을 사용한다. 이는 회색 이미지를 나타내는 확률 스크린 패턴을 사용하는 것을 제외하면, 미국 특허 제 4,921,278호와 매우 유사하다.

이들과 유사한 다른 특허는 특수한 디코더 렌즈를 통하여 뷰할 때에만 뒤섞은(scrambled) 잠정적인 이미지를 볼 수 있도록 소스(source) 이미지와 잠정적인 이미지를 결합하는 미국 특허 제 5,708,717호; 문서 상의 회색 이미지를 복사하고 제 1 스크린 패턴에 관련된 하나 이상의 결합된 스크린 묘사(description)를 추론하기에 적합한 상기 제 1 스크린 패턴을 만들어 이들을 중첩으로 상기 문서의 콘텐트를 드러낼 수 있도록 하는 미국 특허 제 5,790,703호; 및 반위조를 위해 돗트 스크린의 상이한 사이즈를 사용하는 미국 특허 제 6,000,728호를 포함한다.

이들 미국 특허들로부터 알 수 있는 바와 같이, 단지 1층의 숨겨진 정보만이 있다. 그 구조는 공격자에게 노출되어 있다. 현미경 또는 유사한 기구로 상기 구조를 주의깊게 관찰하면, 상기 이미지 또는 문서를 위조하는데 필요한 모든 정보를 밝혀낼 것이다.

이러한 문제점을 언급하고 일반적으로 모든 필요 정보가 밝혀지지 않게 할 워터마크를 제공하는 것이 본 발명의 주 목적이다.

본 발명은 인쇄 문서(printed document)와 전자 문서(electronic document)에 광학적 워터마크(watermark)를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명을 명확히 이해하고 실질적인 효과를 용이하게 발휘하도록 하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예만을 비제한적인 예의 대신으로 설명하기로 한다.

도 1은 광학적 워터마크의 적층 구조를 나타낸 도면.

도 2는 기본적인 워터마크 층에 잠정적인 이미지 대상을 끼워넣음을 설명하기 위한 도면.

도 3a 및 도 3b는 "T"자와 "C"자의 복조 결과를 나타낸 도면.

도 4a 내지 도 4e는 광학적 워터마크의 구조를 나타낸 도면.

도 5a 내지 도 5f는 임의의 돗트 패턴이 있는 워터마크를 나타낸 도면.

도 6a 내지 도 6f는 "P"자가 끼워넣어져 있는 위조방지 워터마크 층을 나타낸 도면.

도 7은 전자 응용을 나타낸 도면.

도 8은 전자 서비스 모델을 나타낸 도면.

본 발명은 문서를 위조와 변조로부터 보호하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 워터마크를 생성하기 위해 반복 구조의 층에 다중의 잠재적인 이미지 대상을 끼워넣는다. 상기 워터마크는 이어 문서에 예를 들면, 봉인, 로고 또는 배경으로서 포함된다.

광학적 워터마크는 하나 또는 여러개의 워터마크 층을 갖는다. 하나 또는 두 개의 잠재적인 이미지 대상은 각 워터마크 층에 끼워넣어진다. 각 워터마크 층은상기 잠재적인 이미지 대상을 관측하기 위해 상기 워터마크 층에 끼워넣어진 해당 디코더는 물론 상이한 구조를 갖는다. 워터마크에 끼워넣어진 잠재적인 이미지 대상은 상기 워터마크 층의 구조에 해당하는 디코더가 상기 워터마크에 중첩되지 않으면, 사람의 육안에 의해 관측될 수 없다. 반면에, 어느 워터마크 층을 위한 디코더는 다른 워터마크 층의 잠정적인 이미지 대상을 이들 워터마크 층의 상이함 때문에 밝혀내지 않을 것이다. 그 자체로, 디코더는 비밀에 대한 키로서 간주될 수 있고, 상기 비밀은 상기 워터마크에 끼워넣어진 잠정적인 이미지 대상이다.

광학적 워터마크의 층은 서로 보호한다. 상기 광학적 워터마크의 (돗트 패턴의 잠정적인 이미지 대상과 변수를 포함하는) 모든 비밀을 알지못한 채 들키지 않고 상기 워터마크를 변조하거나 상기 워터마크 층의 잠정적인 이미지 대상을 변경시키는 것은 거의 불가능하다.

여러 가지 보안도의 층의 결합은 여러 가지 응용 요구에 대한 솔루션(solution)을 제공한다. 예를 들면, 광학적 워터마크는 회사의 로고로서 상기 회사에 의해 발행된 문서에 나타날 수 있다. 예를 들면, 세 개의 워터마크 층이 있을 수 있다. 제 1 층은 "COPY"와 같은 취소 단어일 수 있고, 증명 장치는 사진복사기이다. 인쇄된 원본 문서가 사진복사되면 상기 취소 단어 "COPY"가 나타난다. 제 2 층의 잠정적인 이미지 대상은 상기 회사의 로고일 수 있고 증명 장치는 격자가 주기적인 함수에 의해 정의되어 있는 특수 설계된 렌즈이다. 상기 렌즈는 상기 문서의 원본을 증명하기 위해 관련 조직에 주어질 수 있다. 제 3 층은 신뢰받는 제 3자의 로고로 끼워넣어질 수 있다. 증명 장치는 또한 렌즈이고, 그러나 상기 구조가 나머지 층보다 더욱 안전한 임의의 돗트 패턴이다.

다층의 중첩이 비가역 프로세스이기 때문에 상기 광학적 워터마크의 복잡성이 증가하고, 상기 워터마크로부터 상기 변수와 숨겨진 정보를 추출해내는 것이 리버스(reverse) 엔지니어에게 불가능하지 않을 지라도 매우 어렵다. 다층이 있기 때문에 위조 표시를 포함한 상이한 증명 방법이 더욱 안전한 응용을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 이러한 증명은 매우 간단한 장치로 오프라인으로 할 수 있다. 특히, 본 발명의 방법과 장치는 특수 잉크 또는 특수 종이를 사용하지 않고 매우 높은 보안을 성취할 수 있다.

본 발명의 광학적 워터마크는 도 1에 도시된 바와 같이 다층 구조를 갖는다. 워터마크 층은 다층과 보호의 카테고리를 제공하기 위해 서로 중첩된다. 이러한 여러 층의 중첩은 광학적 워터마크 단독으로부터 상기 구조의 변수와 숨겨진 정보를 추출해내는 것이 불가능하지 않더라도 매우 어렵다는 것을 의미한다.

각 워터마크 층은 반복 구조된 돗트 어레이이다. 잠정적인 이미지 대상은 변조에 의해 상기 워터마크 층에 끼워넣어진다. 이는 예를 들면, 위상 변조를 포함할 수 있다. 광학적 워터마크의 상이한 워터마크 층의 구조와 배향(orientation)은 서로 상이하여야 한다. 특정한 워터마크 층에 해당하는 디코더만이 상기 특정한 워터마크 층에 끼워넣어진 잠정적인 이미지 대상을 뷰하는데 사용될 수 있다.

기본적인 워터마크 층- 2차원 돗트 어레이

기본적인 워터마크 층은 2개의 직각 방향으로 가변하는 2차원 돗트 어레이이다. 잠정적인 이미지를 끼워넣기 위해서는 위상 변조가 양 방향에 적용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 부분(205)은 "T"자를 끼워넣는 수평 방향의 위상 변조인 한편, 부분(206)은 "C"자를 끼워넣는 수직 방향의 위상 변조를 나타낸다.

상기 위상 변조는 상기 위상 변조의 방향의 잠정적인 이미지의 가장자리의 1쌍의 돗트 사이의 거리를 변화시킨다. 사람의 시각 시스템의 특성에 따라 그러한 거리의 변화는 상기 잠정적인 이미지의 가장자리를 상기 돗트 어레이의 전체 회색 레벨보다 더욱 밝게 또는 어둡게 만들 것이다. 그러한 효과는 상기 잠정적인 이미지의 형상을 나타낼 것이다.

이러한 효과를 보상하기 위해 "스무딩(smooting)" 프로세스가 급격한 위상 천이가 있는 영역에 적용될 수 있다. 예를 들면, 도 2에서 201과 202과 같이 표시된 영역을 따라 1쌍의 돗트 사이의 거리가 돗트 어레이의 공간적인 반복 주기보다 크다. 그러므로, 돗트는 상기 가장자리를 조금 더 어둡게 하기 위해 거리 조정과 함께 추가된다. 패턴(201),(202)은 보상후의 결과이다. 반면에, 2개의 돗트 사이의 거리가 상기 돗트 어레이의 반복 주기보다 작을 때 거리 조정이 또한 상기 가장자리를 약간 더 밝게 하는데 필요할 수 있다. 패턴(203),(204)은 이러한 형태의 조정 결과이다.

상기 변조된 돗트 어레이의 잠정적인 이미지 대상을 뷰하기 위해서는 디코더가 상기 돗트 어레이와 같은 공간적인 주파수가 있는 격자 구조를 가져야만 한다. 특정한 방향으로 변조된 잠정적인 이미지를 복조하기 위해 상기 디코더의 배향이 동일 방향으로 정합되어야만 한다. 도 3a와 도 3b는 도 2의 복조 결과를 나타낸다. 상세한 수학적 분석은 휴리어 급수 전개(Fourier series expansion)에 따른다.

기본적인 워터마크 층에 잠정적인 이미지를 끼워넣기 위한 위상 변조의 수학적 분석

광학적 워터마크에서는 돗트 어레이가 잠정적인 이미지 대상을 끼워넣는 캐리어 돗트 패턴으로서 선택된다. 돗트 어레이는 2개의 직각 방향으로 가변하는 2차원 신호로서 간주될 수 있기 때문에 2개의 잠정적인 이미지 대상은 위상 변조로 2개 방향의 1개의 돗트 패턴으로 변조될 수 있다. 간단함을 위해 여기에 논의된 돗트 어레이는 양 방향의 동일한 공간적 반복 주기를 갖는다. 실제의 광학적 워터마크에서는 2 방향의 주파수가 상이할 수 있다.

휴리어 급수 전개는 변조와 복조를 분석하는데 적용된다. 기본적인 돗트 패턴을∈ 와 같이 표기하기로 한다. 여기서, 값 0는 흑을 나타내고, 값 1은 백을 나타낸다. 라인 격자의 중첩은 함수의 곱으로 나타낼 수 있다. 이러한 다중 모델은 휴리어 급수 전개로 분석 가능하게 해준다.

위상 천이된 돗트 어레이는 수학식 1의와와 같이 나타낼 수 있고, 각각은 변조 방향에 해당한다.

변조되어야 할 2개의 잠정적인 이미지 대상은와와 같이 나타낼 수 있다. 이들의 유효 값은 0 또는 1만이 될 수 있다. 그래서, 상기 워터마크된 돗트 어레이는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

상기 디코더는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 3에서 각도( θ)는의 배향과 y축 방향 사이의 각도이다. 상기 워터마크된 돗트 어레이와 상기 디코더의 중첩은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

모든 이들 함수는 그 다음에 수학식 5와 같이 휴리어 급수로 전개될 수 있다.

중첩은 상기 전개에 기초로 하여 분석될 수 있다. 수학식 4의 전개에 많은 성분이 있을 것이다. 가능한 한 상기 분석을 명확히 하기 위해 모든 고주파 성분은 무시될 수 있다. 아마도 저주파를 갖는 성분만이 상기 분석에 참조될 것이다.의 그러한 성분은 수학식 6과 같이 분석된다.

θ의 값이 0°에 아주 가까울 때, 성분의 주파수만이 캐리어 돗트 패턴의 주파수보다 훨씬 낮을 것이다. θ의 값이 90°보다 약간 위 또는 아래인 동안에는 성분만이 저주파를 가질 것이다. 그래서, 이들 2 경우에 대하여 수학식 7의또는만이 중첩에 중요할 것이다.

가 가장 중요한 경우에는 수학식 4의 중요한 성분이 수학식 8의 3개가 될 것이다. 그런 다음, 하나의 잠정적인 이미지만이 상대적 위상 때문에 명확히 관측될 수 있다.

가 가장 중요한 경우에, 수학식 4의 중요한 성분은 수학식 9의 3개가 될 것이다. 그런 다음, 하나의 잠정적인 이미지만이 상대적 위상 때문에 명확히 관측될 수 있다.

수학적 추출은 위상 변조로 2개의 잠정적인 이미지 대상이 기본적인 돗트 패턴으로 변조될 수 있다. 상기 돗트 어레이의 비교적 높은 주파수와 상기 가장자리에 인가된 보상법 때문에 상기 잠정적인 이미지 대상은 육안에 의해 관측되지 않을것이다. 상기 잠정적인 이미지 대상을 뷰하기 위해 상기 디코더의 주파수가 그 방향을 따라 상기 기본적인 캐리어 돗트 패턴의 주파수와 동일하여야 하고, 상기 디코더의 배향이 상기 잠정적인 이미지 대상이 변조된 동일 방향으로 정합되어야 한다.

여기서는 사람의 시각 시스템의 2가지 특성이 사용되어 있다. 첫째, 사람의 시각 시스템은 중간의 공간 주파수 범위, 약 2-6c/도에서 가장 높은 콘트라스트 감도를 갖는다. 상기 감도는 높은 공간 주파수에서 급감한다. 둘째, 사람의 눈은 동일 주파수에서 공간 신호 사이의 천이 또는 변위인 상대적 위상에 민감하다. 3c/도보다 높은 주파수에 대해 문턱 위상은 약 0.85' arc의 변위에 의해 나타난다. 3c/도보다 낮은 주파수에 대해 상대적 위상의 문턱은 약 5°이다. 관측자는 이러한 문턱보다 적은 상대적 위상을 관측하지 못할 것이다. 그래서, 고주파 신호에 대하여 상기 변위는 육안에 의해 쉽게 관측되지 않을 것이다.

각 워터마크 층의 잠정적인 이미지 대상은 위상 변조로 비교적 높은 반복 주파수 돗트 패턴으로 인코드(encode)된다. 상대적 위상 차이가 광학적 워터마크를 위해 선택되는 비교적 높은 주파수에서의 문턱보다 낮거나 비슷하기 때문에 상기 변위는 사람의 시각 시스템에 중요하지 않다. 그래서, 상기 잠정적인 이미지 대상이 적절한 디코더 없이는 관측되지 않을 것이다.

2차원 돗트 어레이 워터마크 층으로부터 일반화하기 위해서는 2개의 방향을 따른 돗트 어레이의 주파수가 상이할 수 있고, 상기 돗트 어레이가 어떠한 배향을가질지도 모른다. 상기 워터마크 층이와 같이 표기되고, 여기서,와는 각각 2개의 방향,의 돗트 어레이의 주파수이고, θ는와(수평축) 사이의 각도이고, 값이 1 또는 0만이 될 수 있는 함수와는 이러한 층의 잠정적인 이미지 대상을 나타낸다. 워터마크를 나타내는 함수는 수학식 10과 같다.

이러한 형태의 워터마크 층의 각 잠정적인 이미지 대상에 대하여 2개의 변수가 있다. 하나는 변조 주파수이고 다른 하나는 변조 배향이다. 상기 잠정적인 이미지 _에 대한 변수는에 대한 변수는와이다. 잠정적인 이미지에 대한 변수는와이다. 해당 주파수를 갖는 디코더만이 해당 방향으로 회전할 때 특정한 잠정적인 이미지를 볼 수 있게 할 수 있다. 그래서, 이러한 형태의 워터마크 층의 비밀에 대한 키(key)는 변조 주파수와 변조 배향이다.

다층 구조

도 4a는 1개의 워터마크 층의 축을 x-y 좌표를 기준하여 나타낸다. 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 3개의 워터마크 층을 나타내고 도 4e는 도 4b, 도 4c 및 도 4d의 워터마크 층의 중첩 결과를 나타낸다.

상기 광학적 워터마크는 여러개의 워터마크 층의 중첩이다. 그러한 중첩은 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

상기 분석에 따라 다중의 반복 구조의 상기 중첩에 일부의 저 주파수 성분이 있을 것이다. 그러한 저 주파수 성분은 아마도 원하지 않는 시각 효과를 가져오거나 디코더없이 상기 잠정적인 이미지를 나타내기조차 할 수 있다. 이러한 문제는 다음의 조건이 광학적 워터마크의 2개 층,에 대해 맞추어질 수 있으면 회피할 수 있다.

1.또는이면, 배향 차이가 충분히 커야한다. 예를 들면≥60°또는 일부 경우에≥45°.

2.이면,는 60°보다 작아야 한다. 예를 들면≤60°.

(여기서,그리고 0°≤≤90°)

상기 2개의 조건은 성분이 중첩의 캐리어 돗트 어레이의 주파수보다 훨씬 낮은 주파수를 가지지 않을 것임을 의미한다. 도 4e는 도 4b와 도 4c 및 도 4d의 중첩인 광학적 워터마크의 샘플을 나타낸다.

함수로 나타나는 디코더가 상기 광학적 워터마크에 중첩될 때 디코딩의 결과는 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

부록 A의 분석으로부터 다음의 결과가 얻어질 수 있다.

1.가와 동일하고가 아주 작을 때, 상기 잠정적인 이미지는 중첩상태에서 볼 수 있을 것이다.

2.가와 동일하고가 거의 90°일 때, 상기 잠정적인 이미지는 중첩상태에서 볼 수 있을 것이다.

상기 디코더의 주파수와 배향은 상기 잠정적인 이미지 대상을 디코드하는 키이다. 상기 디코더의 주파수가 특정한 잠정적인 이미지 대상의 변조 주파수와 배향에 일치할 때에만 상기 잠정적인 이미지 대상이 중첩상태에서 나타날 것이다.

따라서, 다층 구조에서는 모든 잠정적인 이미지 대상은 상기 워터마크 층으로부터 개별적으로 디코드(decode)될 수 있다. 모든 워터마크 층은 자신의 잠정적인 이미지 대상을 운송하고 하나의 특정한 워터마크 층의 지식으로부터 다른 워터마크 층의 잠정적인 이미지나 변수를 추출해내는 것이 매우 어렵고 거의 불가능하다.

이러한 다층 구조의 다른 이점은 모든 워터마크 층이 서로 보호한다는 것이다. 모든 워터마크 층의 세부 사항(변수와 잠정적인 이미지 대상)을 알지못한 채 상기 워터마크 층 중의 하나의 정보를 변경시키는 것이 매우 어렵고 거의 불가능하다. 상기 워터마크 층의 하나가 변경되면, 모든 다른 워터마크 층이 또한 이러한 변경에 의해 영향을 받을 것이다. 그러므로, 이러한 변경은 일측 당사자에 의해 권한을 받았을 지라도 각 당사자가 잠정적인 이미지 대상에 대한 키를 소지하고 있는 다중 당사자 응용의 시나리오에서 상기 문서의 인증을 무효화할 것이다.

복잡한 워터마크 층을 생성하는 좌표 맵핑

기본적인 워터마크 층에서는 숨겨진 정보에 대한 키 공간은 비교적 작은 디코더의 주파수이다. 일반적으로, 기본적인 2차원 돗트 어레이는 좌표 맵핑과 중첩에 의해 2차원 패턴으로 일반화될 수 있다.

좌표 맵핑의 경우에는 선형 또는 비선형 좌표 맵핑 함수가 상기 기본적인 워터마크 층에 응용된다. 이들 맵핑 함수는 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

함수,는로부터까지 좌표 공간을 맵핑한다.좌표 공간에서는 상기 워터마크 층의 변조와 복조가 상기 기본적인 워터마크 층과 동일하다. 그러나, 디코더로 복조하는 것은좌표 공간에서 이루어진다. 따라서, 상기 디코더는좌표 공간의 디코더가좌표 공간의 해당 디코더로부터 맵핑되어야 한다. 그래서, 상기 워터마크 층을 좌표 맵핑하는데 있어서, 잠정적인 이미지 대상의 변수는좌표 공간의 잠정적인 이미지 대상의 변조 주파수,좌표 공간의 잠정적인 이미지 대상의 변조 배향 및 맵핑 함수,이다.

예를 들면, 맵핑 함수인 싸인 함수. 좌표 시스템의 맵핑은 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

좌표 공간의 돗트 어레이가 수학식 15와 같이 나타나는 한, 좌표 맵핑으로좌표 공간의 해당 함수는 수학식 16과 같이 추출할 수 있다.

상기 워터마크 층에 끼워넣어진 상기 잠정적인 이미지 대상을 좌표 시스템 맵핑으로 복조하기 위하여 원래의 디코더가 또한 수학식 17과 같이,좌표 시스템에서좌표 시스템까지 맵핑되어야 한다.

상기 맵핑된 워터마크 층의 상기 잠정적인 이미지에 대하여 해당 디코더는 수학식 17의이고가 아니다. 수학식 17에서 알 수 있는 바와 같이, 키 공간은 2개의 요소에 의해 전개된다. 하나는 싸인 함수이고, 다른 하나는 싸인 함수의 주기이다.

임의의 패턴 워터마크 층

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 위상 변조가 있거나 없는 간단한 워터마크 층을 나타낸다. 이들로부터 변수를 추출해내는 것이 비교적 간단한다. 도 5d, 도 5e 및 도 5f는 임의의 돗트 패턴이 있는 워터마크 층을 나타낸다. 디코더없이 잠정적인 이미지 대상 정보를 복구하는 것이 매우 복잡하고 실제로 불가능하다.

끼워넣어진 잠정적인 이미지 대상을 뷰하는데 사용되는 디코더의 키 공간은 워터마크 방법 또는 장치가 가질 수 있는 보안을 나타낸다. 상기 키 공간은 앞에서 언급한 종래의 특허에 비하여 아주 작다.

당 분야의 전문가로부터 주의깊은 분석 또는 무자비한 힘(brute force) 공격으로 상기 키 공간을 발견하는 것이 가능하다. 일부 실시예로서 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 위상 변조가 있고/없는 규칙적인 패턴을 나타낸다. 암호 기법의 관점으로부터 이들 워터마크 층의 문제는 상기 키의 공간이 너무 작다는 것이다. 사람이 상기 워터마크를 관측함으로써 상기 키 변수를 쉽게 추출해낼 수 있는 것이 명확하다.

상기 기본적인 워터마크 층의 선형과 비선형 맵핑에 의해 키 공간이 2개의 요소에 의해 전개될 수 있다. 숨겨진 정보의 보안을 높이는 상기 키 공간을 더욱 전개하기 위해서는 상기 워터마크 층이 2차원 공간의 임의의 패턴과 같이 더욱 일반화될 수 있다.

정보 이론에 따라 상기 잠정적인 이미지 대상의 정보의 량은 상기 정보가 임의로 분산될 때 그 최대값에 도달할 수 있다. 임의의 패턴 워터마크 층에서는 임의로 분산된 정보가 2 부분으로 구분된다. 워터마크 층이 한 부분에 기초하여 생성되는 한편, 디코더가 다른 부분에 기초하여 생성된다. 따라서, 상기 워터마크 층과 상기 디코더는 잠정적인 이미지 대상에 관한 정보를 보유한다. 상기 잠정적인 이미지 대상은 상기 워터마크 층과 상기 디코더가 존재할 때에만 복구할 수 있다.

2개의 함수,는 잠정적인 이미지 대상과 닥치는 대로 0 또는 1로 리턴할 임의의 함수에 기초하여 수학식 18과 같이 생성될 수 있다. 상기 함수는 그 다음에 위상 변조가 있는 워터마크 층의 격자에 인코딩되는 한편, 함수가 또한 위상 변조가 있는 디코더의 라인 격자에 인코딩된다.,및의 값은 단지 1 또는 0이다.

상기 잠정적인 이미지 대상에 관한 정보는 함수또는를 조사하는 것으로부터 발견되지 않는다. 함수와사이의 관계가 있다.의 값이 1이면, 함수가 함수와 동일하다.의 값이 0이면, 함수는 1-와 동일하다.

그리고 상기 디코더는 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.

상기 식으로부터의 값이 0일 때 상기 워터마크 층과 상기 디코더 사이의 상대적 위상차가 있고,의 값이 1일 때 상기 워터마크 층과 상기 디코더 사이의 상대적 위상차가 없음을 알 수 있다. 이는 상기 워터마크 층과 상기 디코더가 정확하게 중첩될 때 상대적 위상차의 복조 때문에 상기 잠정적인 이미지 대상이 나타날 것임을 의미한다.

도 5d, 도 5e 및 도 5f는 도 5a와 도 5b 및 도 5c에 해당하는 임의의 패턴 워터마크 층의 예를 나타낸다.

임의의 패턴 워터마크 층의 정보량이 상기 잠정적인 이미지 대상의디멘전(dimension)의 2 내지 제곱(power)이기 때문에 보안도는 매우 높을 것이다. 상기 워터마크 층과 상기 디코더가 상기 잠정적인 이미지 대상의 부분을 운송하기 때문에 상기 워터마크 층 또는 상기 디코더 단독으로부터 다른 것을 추출해내는 것이 실제적으로 불가능하다. 반면에 임의의 패턴 워터마크 층은 상기 잠정적인 이미지 대상을 나타내기 위해 정확한 정합을 필요로 한다.

위조방지 층

워터마크 층의 돗트 패턴은 기본적인 돗트 패턴과 다른 형태의 돗트 턴의 하나 또는 세트에 대한 연산 결과가 될 수 있다. 여기서, 위조방지 층은 예이다.

상기 위조방지층은 사진복사기가 상기 잠정적인 이미지 대상에 대해 디코더인 특수 워터마크 층이다. 상기 위조방지 워터마크 층의 돗트 패턴은 상기 기본적인 돗트 어레이의 중첩에 기초한다. "COPY"와 같은 일부 취소 단어일 수 있는 상기 층의 잠정적인 이미지 대상은 함수와 같이 나타낼 수 있다. 이러한 함수의 값은 단지 0 또는 1일 수 있다. 그런 다음, 이러한 층은 수학식 21의 함수와 같이 나타낼 수 있다.

함수,는 2세트의 기본적인 돗트 어레이를 나타낸다.의 반복 주기는의 반복 주기보다 약간 크다. 그리고 수학식 21의는 작은 변위를 나타낸다.

도 6a는 이러한 위조방지 층의 샘플을 나타낸다. 도 6b는에 의해 나타나는 중첩된 돗트 어레이의 확대도이다.가 충분히 작은 변위이기 때문에 돗트 어레이의 각 돗트는 다른 돗트 어레이의 돗트에 인접할 것이다. 도 6c는로 나타나는 중첩된 돗트 어레이의 확대도이다. 변위때문에 돗트 어레이의 돗트가 다른 돗트 어레이의 돗트에 인접하지 않을 것이다.

사진복사 후 상기 잠정적인 이미지 대상이 나타나도록 하기 위해 이러한 위조방지 층의 돗트 사이즈가 주의깊게 선택되어야 한다. 이는 사진복사기가 견본으로 조사할 수 있는 돗트의 사이즈보다 작아야 한다.

대부분의 사진복사기의 광 해상도가 6001pi보다 작기 때문에 바람직한 돗트 사이즈는 _인치이다. 이러한 돗트는 너무 작아서 사진복사기에 의해 인식되지 않기 때문에 복사 후에 사라질 것이다. 그 자체로,의 값이 1인 영역은 이들 영역의 모든 돗트가 격리되고 사진복사기에 의해 견본으로 조사될 수 없기 때문에 복사 후에 사라질 것이다. 반면에,의 값이 0인 영역은 인접한 돗트 쌍이 비교적 큰 사이즈를 갖는 것처럼 보이고 사진복사기에 의해 견본으로 조사될 수 있기 때문에 여전히 잔존할 것이다. 이로써, 상기 잠정적인 이미지 대상은 사진복사 후에 나타날 수 있을 것이다.

수학식 21의 양 주파수,는 사람의 시각 시스템의 해상도 한계를 초과할 정도로 충분히 높아야 한다. 사람의 시각 시스템의 특성에 따라 위조방지 층의 상세한 구조는 육안에 의해 관측될 수 없을 것이다.의 값이 0인 영역은의 값이 1인 영역보다 회색 스케일(gray scale)에서 더욱 밝게 보여질 것이다.

상기 위조방지 층과 다른 워터마크 층의 중첩은 상기 위조방지 층을 보호한다. 상기 위조방지 층의 간단한 구조 때문에 상기 위조방지 층을 분석하고 복사하기가 비교적 쉽다

위조방지 층과 다른 워터마크 층의 중첩은 또한 수학식 11에 따라 연산한다.단지 필요한 후 처리(post-processing)는 상기 잠정적인 이미지 대상 외부의 영역을 위한 것이다. 도 6b와 도 6c는 대상 영역과 비대상 영역의 전형적인 돗트 패턴을 나타낸다. 도 6d는 위조방지 층과 다른 워터마크 층의 중첩을 위한 후 처리를 나타낸다. 도 6e는 중첩 결과를 나타내고, 도 6f는 도 6e의 사진복사 결과를 나타낸다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 워터마크 층의 돗트(613)가 상기 위조방지 층에 중첩될 때, 점선 박스에 의해 표기된 부분의 모든 다른 돗트가 제거되어야 한다. 그 원리는 중첩이의 값이 1인 영역의 회색 레벨을 변경시키지 않아야 하는 것이다. 중첩의 결과로서 상기 잠정적인 이미지 대상의 내부와 외부가 동일한 회색 레벨을 갖는다. 상기 위조방지 층의 구조는 사람의 시각 시스템의 해상도를 초과하는 주파수를 가지기 때문에 육안에는 연속적인 회색의 패치(patch)처럼 보인다. 도 6e는 중첩의 확대도이다. 도 6f는 사진복사후의 결과를 나타낸다. 상기 잠정적인 이미지 대상 "P"가 선명하게 나타난다.

문서 전송, 도착 및 인증에서의 광학적 워터마크. 상기 광학적 워터마크는 전자 문서에 응용될 수 있다. 상기 문서에 추가된 상기 광학적 워터마크는 상기 문서에 인증을 제공하는 봉인처럼 보여질 수 있다. 상기 광학적 워터마크의 시각적 외관은 즉각적인 신뢰를 제공하는 당국의 로고 또는 봉인과 같이 설계될 수 있다. 끼워넣어진 정보는 이름, 서명 및 당국의 로고, 또는 일부 번호 또는 상기 문서 콘텐트에 관련된 단어가 될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 응용 시나리오는 예를 들면, 시민에게 여권을 발급하는 정부의 이민국과 같은 당국이다. 여기서, 광학적인 워터마크는 상기 이민국의 배경이나 봉인으로서 상기 여권에 한 페이지에 부착된다. 상기 여권 소지자의 사진이 하나의 층에 끼워넣어지고 성명과 출생일자가 다른 층에 있다. 마지막으로 특수 상징물이 임의의 패턴 워터마크 층에 끼워넣어진다. 키 렌즈는 상기 여권의 유효성을 증명하는데 필요한 여러 당사자에게 분산된다. 임의의 키는 최종 증명을 위한 이민국에 의해 보유될 수 있다. 여기서, 상기 여권은 상기 이민국에 의해 발급되고 상기 소지자는 다른 국가의 여권 통제자와 같은 다른 당사자에 의해 체크될 필요가 있을지도 모른다.

서비스 모델인 또 다른 형태의 응용이 도 8에 도시되어 있다. 서비스 제공자가 전송과 인증 서비스를 고객에게 제공한다. 고객, 예를 들면, 해운 회사가 서비스 제공자를 통하여 하주 또는 수탁자에게 선하증권을 발행한다. 운송자의 로고 형상을 갖는 광학적 워터마크는 배경으로서 모든 양도할 수 없는 선하증권에 배치된다. 상기 하주와 수탁자가 돈과 선하를 청구하기 위해 선하증권을 사용할 때 증명 키가 인증 목적을 위한 은행과 운송 에이전트에 분산된다. 키 렌즈는 보안 이유 때문에 상기 서비스 제공자에 의해 주기적으로, 예를 들면 6개월마다 대체될 수 있다.

상기한 광학적 워터마크는 예를 들면, 제한하지는 않지만 여러가지 색상 공간의 상이한 색상의 채널에 상이한 워터마크를 갖고 있는 것과 같은 한개 이상의 색상을 사용하는 문서에 쉽게 응용될 수 있다. 예로는 CMYK와 RGB이다.

이상의 설명에서 본 발명의 바람직한 실시예가 기술되어 있는 한 본 발명을 벗어남 없이 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음은 당 기술 분야에서 통상을 지식을 가진 자에게는 이해되어질 것이다.

Claims (45)

1. 필요한 복수의 워터마크 층과 상기 복수의 워터마크 층의 각각에 대한 돗트 패턴을 결정하는 단계;

   상기 복수의 워터마크 층의 각각에 대한 하나 이상의 잠정적인 이미지 대상을 선택하고 각각의 워터마크 층에 각 잠정적인 이미지 대상을 끼워넣은 단계;

   상기 워터마크를 형성하기 위해 상기 워터마크 층을 중첩시키는 단계;

   상기 워터마크 층의 각각에 대한 디코더를 정의하고 생성하는 단계; 및

   상기 워터마크를 상기 문서에 응용하는 단계를 포함하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 워터마크 층의 각각에 대한 상기 돗트 패턴은 2차원 디지털 이미지 면에 정의된 패턴인 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 돗트 패턴은 기본적인 2차원 돗트 어레이인 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 돗트 패턴은 기본적인 2차원 돗트 어레이의 선형 좌표 맵핑인 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 돗트 패턴은 또한 기본적인 2차원 돗트 어레이의 비선형 좌표 맵핑을 포함하는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 돗트 패턴은 임의의 분산된 돗트 어레이인 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 돗트 패턴은 기본적인 2차원 돗트 어레이와 다른 형태의 2차원 돗트 어레이의 세트에서의 연산의 세트의 결과인 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 잠정적인 이미지 대상이 상기 응용에 중요한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 정보는 상기 문서로부터 복사, 보이드, 중요 이름 및 번호로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 잠정적인 이미지 대상은 변조법에 의해 각 워터마크층에 끼워넣어진 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 변조법이 위상 변조인 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 위상 변조는 상기 잠정적인 이미지 대상의 가장자리를 따라 급격한 위상 변화를 완화시키는 후처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 디코더는 상기 워터마크 층의 캐리어 돗트 패턴의 돗트 패턴 구조에 관계되고, 상기 잠정적인 이미지 대상이 끼워넣어진 방향의 디코더 구조를 갖는 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 관계는 동일과 결합됨으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
15. 제 10 항에 있어서, 변조 후에 상기 워터마크 층과 상기 워터마크 층의 디코더 각각은 상기 잠정적인 이미지 대상과 임의의 함수에 기초하여 생성되는 상기 잠정적인 이미지 대상의 정보의 부분을 운송하는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 워터마크 층은 서로 상이하고 중첩된 결과로서 상기 워터마크 층 사이의 간섭을 회피하기 위해 충분한 차이가 있는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 워터마크 층의 하나가 위조방지 층이고 상기 위조방지 층을 위한 디코더가 사진복사기인 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 워터마크 층과 상기 위조방지 층의 중첩 후에 너무 가까워서 비대상 영역의 돗트에 인접할 수 없는 돗트를 제거하는 후처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
19. 제 1 항에 있어서, 보호와 인증을 위한 문서를 인쇄하기 위한 방법에 포함될 때

    인쇄 전에 상기 문서의 인증과 판권을 증명하는 단계;

    청구항 1의 방법에 따라 상기 워터마크를 생성시키는 단계;

    상기 문서와 상기 워터마크를 공격으로부터 보호하기 위해 인쇄 프로세스를 제어하는 단계; 및

    상기 문서의 인증을 증명 가능하도록 하기 위해 상기 디코더 장치를 생성하고 상기 디코더 장치를 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 워터마크는 칼라 문서로 연장되는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 워터마크 층은 다양한 색상 공간의 상이한 색상의 채널에 있는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 칼라 공간 CMY/CMYK, HIS, XYA, Yuv 및 RGB가 사용되는 것을 특징으로 하는 문서에 워터마크를 제조하기 위한 방법.
23. 각각이 돗트 패턴인 필요한 복수의 워터마크 층;

    각 워터마크 층에 끼워넣어진 하나 이상의 잠정적인 이미지 대상; 및

    상기 워터마크를 형성하기 위해 중첩된 워터마크 층을 포함하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 워터마크 층의 각각에 대한 돗트 패턴이 2차원 디지털 이미지 평면에 정의된 돗트 패턴인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 돗트 패턴이 기본적인 2차원 돗트 어레이인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
26. 제 24 항에 있어서, 상기 워터마크를 위한 상기 돗트 패턴이 기본적인 2차원 돗트 어레이의 선형 좌표 맵핑인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 돗트 패턴이 또한 기본적인 2차원 돗트 어레이의 비선형 좌표 맵핑을 포함하는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
28. 제 24 항에 있어서, 상기 돗트 패턴이 임의의 분산된 돗트 어레이인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
29. 제 24 항에 있어서, 상기 돗트 패턴이 기본적인 및 다른 형태의 2차원 돗트 어레이의 세트에 연산의 결과인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
30. 제 23 항에 있어서, 상기 잠정적인 이미지 대상은 상기 응용에 중요한 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
31. 제 30 항에 있어서, 상기 정보는 상 문서로부터 복사, 보이드, 중요 이름 및 번호로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
32. 제 23 항에 있어서, 상기 잠정적인 이미지 대상은 변조에 의해 각 워터마크 층에 끼워넣어진 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
33. 제 24 항에 있어서, 상기 변조가 위상 변조인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
34. 제 33 항에 있어서, 상기 잠정적인 이미지 대상의 가장자리를 따라 급격한 위상 변화가 완화되는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
35. 제 33 항에 있어서, 관련 워터마크 층의 캐리어 돗트 패턴의 돗트 패턴 구조와 관계되고, 상기 잠정적인 이미지 대상이 끼워넣어진 방향의 디코더 구조를 갖는, 각 워터마크 층을 위한 디코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 관계는 동일과 결합됨으로 구성되는 그룹으로부터선택된 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
37. 제 35 항에 있어서, 변조 후에 상기 워터마크 층과 그 디코더 각각은

    상기 잠정적인 이미지 대상과 임의의 함수에 기초하여 생성되는 상기 잠정적인 이미지 대상의 정보의 부분을 운송하는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
38. 제 23 항에 있어서, 상기 워터마크 층은 서로 상이하고, 중첩된 상기 워터마크 층의 결과로서 상기 워터마크 층 사이의 간섭을 회피할 수 있는 정도의 차이가 있는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
39. 제 35 항에 있어서, 상기 워터마크 층의 하나가 위조방지 층이고 상기 위조방지 층을 위한 디코더가 사진복사기인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
40. 제 39 항에 있어서, 상기 워터마크 층과 상기 위조방지 층의 중첩 후에 너무 가까워서 비대상 영역의 돗트에 인접할 수 없는 돗트가 제거된 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
41. 제 23 항에 있어서, 보호와 인증을 위하여 문서 상에 또는 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
42. 제 41 항에 있어서, 상기 워터마크가 배경, 봉인, 로고, 그래픽 장치, 상표 및 단어로 구성되는 그룹으로부터 선택된 장치로서 상기 문서 상에 또는 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
43. 제 23 항에 있어서, 상기 워터마크가 칼라인 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
44. 제 43 항에 있어서, 상기 워터마크 층은 다양한 색상의 공간에 상이한 색상의 채널에 있는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.
45. 제 44 항에 있어서, 칼라 공간 CMY/CMYK, HIS, XYZ, Yuv 및 RGB가 사용되는 것을 특징으로 하는 문서에 사용하기 위한 워터마크.