WO2010140639A1 - 透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラム - Google Patents

透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラム Download PDF

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dimensional code
unit
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智司 小野
中山 茂
誠 津々見
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国立大学法人 鹿児島大学
A・Tコミュニケーションズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a watermark information embedding device, a watermark information processing system, a watermark information embedding method, and a program, and in particular, a watermark information embedding device and a watermark that can provide a two-dimensional code that enables detection of duplication.
  • the present invention relates to an information processing system, a watermark information embedding method, and a program.
  • QR Quality Response code
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a watermark information embedding device, a watermark information processing system, and a watermark information embedding method capable of providing a two-dimensional code that enables detection of duplication. And to provide a program.
  • a watermark information embedding device includes a first wavelet transform unit that performs wavelet transform on an original image of a two-dimensional code and decomposes it into frequency components, Among the frequency components decomposed by the first wavelet transform unit, a watermark information embedding unit that embeds watermark information as an oblique high-frequency component in a diagonal high-frequency component, and the watermark information embedding unit by the watermark information embedding unit.
  • inverse wavelet transform is performed on the frequency components other than the high-frequency components in the oblique direction, and watermark information is added.
  • An inverse wavelet transform unit that reconstructs the dimension code.
  • a color component separation unit that separates an original image of the two-dimensional code into color components and a two-dimensional code containing the watermark information for each color component reconstructed by the inverse wavelet transform unit.
  • a color component integration unit wherein the first wavelet transform unit performs the wavelet transform for each color component decomposed by the color component separation unit, and the watermark information embedding unit
  • the watermark information may be embedded in the oblique high-frequency component with an embedding strength weighted according to the frequency of use of each color component in the original image of the two-dimensional code.
  • the watermark information embedding unit performs embedding of the watermark information on a wavelet coefficient obtained by the wavelet transform, and the wavelet transform is performed by the first wavelet transform unit.
  • W m, n ⁇ (j + 1, d) ((m, n) is the pixel position, w m, n ⁇ (j + 1, d) in the oblique high-frequency component of the original image of the two-dimensional code after (j + 1) times d represents an index indicating that the wavelet coefficient is a coefficient of a high-frequency component in an oblique direction)
  • T m, n is a watermark binary image
  • is a weighting coefficient for each color
  • bit is an embedding strength
  • the wavelet coefficient W m, n ⁇ (j + 1, d) of the two-dimensional code with watermark information may be expressed by the following equation.
  • a watermark information processing system includes a watermark information embedding device, a two-dimensional code capturing unit that captures a watermark information-containing two-dimensional code reconstructed by the inverse wavelet transform unit, A wavelet transform is applied to the input image of the watermark information-containing two-dimensional code captured by the two-dimensional code capturing unit to extract a high frequency component, and the second wavelet transform unit extracts the second wavelet transform unit.
  • a watermark information extraction device including a watermark information extraction unit that extracts watermark information from oblique high-frequency components among the high-frequency components.
  • the second wavelet transform unit is configured such that the original image of the two-dimensional code is m ⁇ n, and the watermark information-containing two-dimensional code input image captured by the two-dimensional code capturing unit.
  • wavelet transform may be performed log 2 (M / m) times on the input image of the two-dimensional code with watermark information.
  • the second wavelet transform unit an input image of the watermark information containing the two-dimensional code taken by the two-dimensional code acquisition unit, a wavelet transform k + log 2 (M / m ) And applying the inverse wavelet transform k times, and the watermark information extraction unit performs the wavelet transform by applying the wavelet transform log 2 (M / m) times and the oblique high-frequency component.
  • the watermark information may be extracted from the sum of the oblique high-frequency components extracted by performing the inverse wavelet transform k times.
  • a first wavelet transform step of performing wavelet transform on an original image of a two-dimensional code and decomposing it into frequency components and the first wavelet transform step
  • the watermark information embedding step for embedding watermark information as an oblique high frequency component in the oblique high frequency component among the frequency components decomposed by the above, and the oblique information in which the watermark information is embedded by the watermark information embedding step A high-frequency component in the direction and a frequency component other than the high-frequency component in the diagonal direction among the frequency components decomposed in the first wavelet transform step are subjected to inverse wavelet transform to reconstruct a two-dimensional code with watermark information And an inverse wavelet transform step.
  • a program according to a first wavelet transformation procedure for performing wavelet transformation on an original image of a two-dimensional code and decomposing the original image into frequency components, and the first wavelet transformation procedure.
  • a watermark information embedding procedure for embedding watermark information as an oblique high frequency component in an oblique high frequency component, and an oblique direction in which the watermark information is embedded by the watermark information embedding procedure
  • inverse wavelet transform is applied to the frequency components other than the oblique high frequency components to reconstruct the two-dimensional code with watermark information And an inverse wavelet transform procedure.
  • a watermark information embedding device a watermark information processing system, a watermark information embedding method, and a program that can provide a two-dimensional code that enables detection of duplication.
  • the watermark information processing system it is possible to detect duplication of the two-dimensional code.
  • the watermark information processing system includes a watermark information embedding device 10 shown in FIG. 1 and a watermark information extracting device 20 shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a watermark information embedding device according to an embodiment of the present invention.
  • the watermark information embedding device 10 embeds watermark information in a two-dimensional code (for example, QR (Quick Response) code (registered trademark)) as an original image, reconstructs it, and generates a two-dimensional code in which the watermark information is embedded. To do.
  • the watermark information embedding device 10 includes a two-dimensional code input unit 11, a first wavelet transform unit 12, a watermark information input unit 13, a watermark information embedding unit 14, a two-dimensional code reconstruction unit.
  • a configuration unit 15 and a two-dimensional code output unit 16 are provided.
  • the two-dimensional code input unit 11 inputs a two-dimensional code that is an original image into which watermark information is embedded, and supplies a two-dimensional image signal indicating the original image of the two-dimensional code to the first wavelet transform unit 12.
  • the first wavelet transform unit 12 includes a color component separation unit 120 and performs wavelet transform, which is one of frequency analysis methods, on the two-dimensional image signal input from the two-dimensional code input unit 11.
  • the first wavelet transform unit 12 divides the original image of the two-dimensional code indicated by the two-dimensional image signal into RGB components (RGB decomposition) by the color component separation unit 120, and then R, G, By applying discrete wavelet transform (DWT) for each color component of B, the original image of the two-dimensional code shown in FIG. 2A is converted into an LL component, an LH component, and an HL component shown in FIG. , And HH components are decomposed (band division).
  • RGB decomposition RGB decomposition
  • DWT discrete wavelet transform
  • the LL component corresponds to multi-resolution approximation (Multi Resolution Approximation) and is called an MRA unit.
  • the LH component, HL component, and HH component correspond to multi-resolution representation (Multi Resolution Representation), and the MRR unit. Called.
  • the MRA part expresses an image with a low frequency component and mainly the resolution of the original image of the two-dimensional code halved.
  • the MRR part represents a high frequency component, and each component of the MRR part mainly represents this image.
  • the difference information in the horizontal, vertical, and diagonal directions is expressed. For this reason, even if the location (edge component) where the MRR component is strong (high) changes slightly, the deterioration of the image is not noticeable.
  • the watermark information input unit 13 shown in FIG. 1 inputs watermark information to be embedded in the original image of the two-dimensional code and supplies it to the watermark information embedding unit 14.
  • watermark information having the same signal length as that of the LH component, the HL component, and the HH component is used as the watermark information.
  • the signal length means the image size. That is, the image size of the watermark information is equal to the image size of each component obtained by performing one wavelet transform on the original image.
  • the watermark information embedding unit 14 uses the difference information of each frequency component, and the watermark supplied from the watermark information input unit 13 to only the HH component among the frequency components decomposed by the first wavelet transform unit 12. Information is embedded as a high-frequency component in an oblique direction. In order to embed the watermark information in the entire size, the length of the watermark information signal is the same as the length of the HH component signal.
  • the watermark information embedding unit 14 embeds only in the HH component because the two-dimensional code includes many LH components including horizontal edges and HL components including vertical edges. This is because it has the characteristics of Since the two-dimensional code has such characteristics, the coefficient values of the LH component and the wavelet coefficient of the HL component are large as shown in FIG. Therefore, the LH component and the HL component are easily affected by noise. Therefore, the LH component and the HL component are avoided, and the watermark information is embedded only in the HH component as a high frequency component in the oblique direction. This is because, if embedding is not performed in this manner, information other than the watermark information may appear as noise when the watermark information is extracted.
  • the deterioration of the image is not conspicuous.
  • the deterioration of the image of the two-dimensional code obtained by reconstruction can be made inconspicuous.
  • Embedding watermark information in a two-dimensional code is performed on wavelet coefficients obtained by wavelet transforming the two-dimensional code.
  • the wavelet coefficients in the HH component of the original image of the two-dimensional code after the wavelet transformation is executed (j + 1) times by the first wavelet transformation unit 12 are expressed as w m, n ⁇ (j + 1, d) ((m, n) represents the pixel position, d represents an index indicating that the wavelet coefficient is a coefficient of the HH component.), T m, n for the watermark binary image, ⁇ for the weighting coefficient for each color, and bit for the embedding strength.
  • the wavelet coefficient W m, n ⁇ (j + 1, d) of the two-dimensional code with watermark information is expressed by the following equation.
  • the reason for multiplying the color-specific weighting factor is as follows.
  • the luminance of each RGB color component is defined as an R value, a G value, and a B value.
  • the watermark information embedding unit 14 reduces the weighted embedding strength by reducing the color-specific weight coefficient ⁇ of the R component of the watermark information, and the R value of the image after embedding is reduced.
  • the watermark information embedding unit 14 copies the background lightness of the original image of the two-dimensional code to be embedded with the watermark information and the weighted embedding strength of the watermark information in order to prevent unauthorized copying of the two-dimensional code.
  • the range is adjusted so that missing information is large.
  • the two-dimensional code reconstruction unit 15 includes an inverse wavelet transform unit 150 and a color component integration unit 151.
  • the inverse wavelet transform unit 150 performs inverse wavelet transform using each frequency component output from the first wavelet transform unit 12 and the watermark information embedding unit 14. Thereafter, the color component integration unit 151 performs integration (RGB integration) of the RGB components after the inverse transformation. In this way, the two-dimensional code reconstruction unit 15 reconstructs the two-dimensional code by the inverse wavelet transform unit 150 and the color component integration unit 151.
  • the two-dimensional code reconstruction unit 15 includes an HH component in which the watermark information output from the watermark information embedding unit 14 is embedded, and each frequency component excluding the HH component output from the wavelet transform unit 12, That is, the inverse wavelet transform unit 150 performs an inverse discrete wavelet transform (Inverse Discrete Wavelet Transform, IDWT) using the LL component, the LH component, and the HL component.
  • IDWT inverse discrete wavelet transform
  • the two-dimensional code reconstruction unit 15 replaces only the HH component of each frequency component output from the first wavelet transform unit 12 with the HH component in which the watermark information is embedded by the watermark information embedding unit 14. In this way, the two-dimensional code reconstruction unit 15 can embed watermark information in the original image of the two-dimensional code.
  • the two-dimensional code output unit 16 outputs a two-dimensional code in which watermark information is embedded (two-dimensional code with watermark information) by printing on a paper medium such as high-quality printing paper.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the watermark information extraction apparatus according to the present embodiment.
  • the watermark information extracting device 20 is for extracting watermark information from a two-dimensional code with watermark information. As shown in FIG. 4, the two-dimensional code capturing unit 21, the second wavelet transform unit 22, and the watermark information are extracted. An extraction unit 23 and a watermark information output unit 24 are provided.
  • the two-dimensional code fetching unit 21 is, for example, a scanner or an image reading device of a multifunction machine, and takes in a two-dimensional code containing watermark information and supplies it to the second wavelet transform unit 22 as an input image.
  • the second wavelet transform unit 22 includes a color component separation unit 220.
  • the second wavelet transform unit 22 uses the color component separation unit 220 to decompose the input image supplied from the two-dimensional code capture unit 21 into RGB color components (hereinafter referred to as RGB decomposition), and then R, G, By performing discrete wavelet transform for each color component of B, the input image is decomposed (band division) into frequency components of LL component, LH component, HL component, and HH component.
  • the resolution of the input image supplied from the two-dimensional code fetching unit 21 has a large correlation with the restoration rate (extraction accuracy) of the watermark information, and it is determined whether the input image is copied using the extraction of the watermark information. Copy detection can be performed.
  • the image after copying generally has a feature that high-resolution information is missing compared to the image before copying. For this reason, the higher the resolution of the watermark information-containing two-dimensional code that is the input image, the greater the difference in the presence or absence of fine information before and after copying the image in which this watermark information is embedded.
  • the difference in whether or not watermark information can be extracted between images increases. Accordingly, it is possible to expect high accuracy of copy detection in which it is detected whether or not the input image has been copied based on the difference in the extraction possibility.
  • the high-resolution input image has an extremely large image size, resulting in a large difference from the original image size. Therefore, for convenience of post-processing and experiments, it is better to adjust so that the image size of the extracted watermark information is equal to the image size of the original image. At this time, if the input image is reduced easily, fine information may be lost, and the accuracy of extracting watermark information may be reduced. “Easy reduction of an input image” refers to reduction processing using, for example, commercially available general image processing software.
  • the second wavelet transform unit 22 performs discrete processing on the input image.
  • the wavelet transform 3 log 2 (2048/256)
  • the size of the input image is reduced to 256 px ⁇ 256 px, and then the HH component is extracted (referred to as HH component A).
  • the watermark information extraction unit 23 normalizes the HH component extracted from the second wavelet transform unit 22 and extracts watermark information. At this time, the watermark information extraction unit 23 can extract clearer watermark information by integrating the HH components obtained by different numbers of DWTs.
  • the HH component A + HH component B (the gradation value is added for each pixel) that is the sum of the HH component A and the HH component B is acquired as an extracted image signal indicating the extracted image.
  • the discrete wavelet transform is executed k times in addition to the required number (k: natural number), and then the HH component C obtained by executing the inverse discrete wavelet transform k times is used instead of the HH component B. May be.
  • the watermark information output unit 24 outputs the watermark information extracted by the watermark information extraction unit 23.
  • the watermark information embedding device 10 starts a watermark information embedding process when an original image of a two-dimensional code is input to the two-dimensional code input unit 11 and watermark information is input to the watermark information input unit 13.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the watermark information embedding process according to the present embodiment
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the watermark information embedding procedure according to the present embodiment.
  • the first wavelet transform unit 12 shown in FIG. 1 uses the color component separation unit 120 to perform RGB decomposition on the original image of the two-dimensional code shown in FIG. Step S1 shown in FIG. 6, (b1) to (b3)).
  • the first wavelet transform unit 12 performs discrete wavelet transform on the original image of the two-dimensional code for each of the R, G, and B color components, and converts the original image of the two-dimensional code into an LL component and an LH component. , HL components, and frequency components composed of HH components (step S2 shown in FIG. 5, FIGS. 6 (c1) to (c3)).
  • the watermark information embedding unit 14 illustrated in FIG. 1 uses only the difference information of each frequency component, and only the HH component among the frequency components decomposed by the first wavelet transform unit 12 is illustrated in FIG.
  • the watermark information input from the watermark information input unit 13 is embedded as a high-frequency component in an oblique direction (step S3 shown in FIG. 5, FIGS. 6 (d1) to (d3)).
  • the two-dimensional code reconstruction unit 15 in FIG. 1 uses the inverse wavelet transform unit 150 to embed the HH component in which the watermark information is embedded, and each frequency component other than the HH component, that is, the LL component, the LH component, and the HL component Is used to perform inverse discrete wavelet transform (step S4 shown in FIG. 5, FIGS. 6 (e1) to (e3)).
  • the two-dimensional code reconstruction unit 15 performs RGB integration by the color component integration unit 151 to reconstruct the two-dimensional code with watermark information (step S5 shown in FIG. 5, FIG. 6 (f)).
  • the two-dimensional code output unit 16 outputs the two-dimensional code with watermark information by printing on a paper medium such as high-quality printing paper (step S6).
  • the watermark information extraction apparatus 20 in FIG. 4 starts the watermark information extraction process when a two-dimensional code containing watermark information is input to the two-dimensional code capturing unit 21 and captured.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the watermark information extraction process according to the present embodiment
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the watermark information extraction procedure according to the present embodiment.
  • the second wavelet transform unit 22 further executes the discrete wavelet transform once again to reduce the size of the input image to 128 px ⁇ 128 px (step S14 shown in FIG. 7, FIGS. 8D1 to 8D3). )).
  • the watermark information extraction unit 23 acquires the sum of the HH component A extracted in the process of step S13 and the HH component B extracted in the process of step S16 as an extracted image signal indicating the extracted image.
  • the watermark information is extracted (step S17 shown in FIG. 7, FIG. 8E).
  • the HH component C may be used instead of the HH component B.
  • the watermark information output unit 24 outputs the watermark information extracted by the watermark information extraction unit 23 (step S18).
  • the watermark information embedding device 10 described above includes the color component separation unit 120 and the color component integration unit 151 in the first wavelet transform unit 12 and the two-dimensional code reconstruction unit 15, respectively.
  • the extraction device 20 includes a color component separation unit 220 in the second wavelet transform unit 22.
  • the color component separation units 120 and 220 and the color component integration unit 151 may be separately provided separately.
  • the two-dimensional code is formed in monochrome
  • the color component separation units 120 and 220 and the color component integration unit 151 are not necessarily provided. In this case, the embedding strength weighting by the color-specific weighting coefficient is not necessary.
  • the watermark information processing system including the watermark information embedding device 10 and the watermark information extraction device 20 may be equipped with the color component separation units 120 and 220 as a common component without being equipped separately.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an experimental procedure for observing a change in watermark information extracted using the copied two-dimensional code with watermark information according to the present embodiment.
  • the watermark information embedding apparatus 10 embeds watermark information in an original image of a two-dimensional code and prints it on a high-quality printing paper.
  • the two-dimensional code with watermark information printed on the high-quality printing paper is copied using a copying machine (SHARP color copying machine) having an input / output resolution of about 600 dpi. Assuming unauthorized copying).
  • SHARP color copying machine having an input / output resolution of about 600 dpi. Assuming unauthorized copying).
  • the reason why noise appears on the entire image when watermark information is extracted from the two-dimensional code with watermark information “after copying” is due to the density expression method (density pattern) of the copying machine. That is, as shown in FIG. 10, each copying machine has a unique shading pattern. As shown in FIG. 10A, the shading pattern of the SHARP color copier used in the present embodiment expresses shading with diagonal lines, so that HH components other than the watermark information are extracted when the watermark information is extracted. It is considered that the noise caused by this HH component has become very strong.
  • the shading pattern shown in FIG. 10B is based on a color copy machine made by RICOH, and the shading is expressed by diagonal lines as in the color copying machine made by SHARP.
  • the shading pattern shown in FIG. 10C is based on a color copying machine manufactured by Xerox, and, unlike the color copying machines made by SHARP and RICOH, the shading is expressed by horizontal lines.
  • the shading pattern shown in FIG. 10D is based on a Canon color copier, and the shading is expressed by points, unlike the SHARP and RICOH color copiers and the Xerox color copier.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a change in watermark information due to duplication according to the present embodiment.
  • FIG. 11A shows an extracted image from a watermark information-containing two-dimensional code copied by a RICOH color copier
  • FIG. 11B shows a watermark information-containing two-dimensional code copied by a Xerox color copier.
  • FIG. 11C shows an extracted image from the two-dimensional code with watermark information copied by a Canon color copier.
  • FIG. 11 not only a two-dimensional code containing watermark information copied by a RICOH color copier with the same shading pattern as the SHARP color copier used in this embodiment, but also a Xerox product with a different shading pattern.
  • it can be confirmed that the watermark information is lost from the two-dimensional code copied by the color copier manufactured by Canon.
  • the high-resolution two-dimensional code in the duplication process lacks high-resolution information, which is the cause of illegal copying.
  • the detection accuracy of being a dimension code can be greatly improved.
  • the watermark information embedding device 10 uses the first wavelet transform unit 12 to separate the original image of the two-dimensional code into RGB color components. , R, G, and B color components are subjected to discrete wavelet transform to be decomposed into frequency components of LL component, LH component, HL component, and HH component.
  • the watermark information embedding device 10 uses the watermark information embedding unit 14 to convert each color in the original image of the two-dimensional code into an HH component among the frequency components decomposed for each color component by the first wavelet transform unit 12.
  • the watermark information is embedded as a high-frequency component in an oblique direction with a weighted embedding strength that is weighted according to the frequency of use of the component.
  • the two-dimensional code reconstruction unit 15 includes the HH component in which the watermark information is embedded by the watermark information embedding unit 14, the LL component decomposed by the first wavelet transform unit 12, LH After the inverse discrete wavelet transform is applied to the component and the HL component, the RGB color components are integrated to reconstruct the two-dimensional code with watermark information.
  • the watermark information embedding device 10 is copied by embedding watermark information as a high-frequency component in an oblique direction only in the HH component in which the value of the wavelet coefficient (coefficient value) is smaller than the LH component and the HL component. It is possible to prevent the information other than the watermark information from appearing as noise from the HH component of the normal watermark information-containing two-dimensional code, and losing the watermark information.
  • Information other than watermark information appears very strongly in the component. Therefore, watermark information is lost.
  • the watermark information embedding device 10 can provide a two-dimensional code that enables detection of a copy.
  • the watermark information embedding device 10 embeds watermark information as a high-frequency component in an oblique direction in the HH component, which is a high-frequency component, so that the deterioration of the image of the two-dimensional code obtained by reconstruction is inconspicuous. it can.
  • the watermark information embedding device 10 embeds watermark information with a weighted embedding strength weighted according to the use frequency of each color component in the original image of the two-dimensional code, thereby improving the design characteristics of the two-dimensional code. It is possible to provide a two-dimensional code that can ensure the extraction accuracy of watermark information while suppressing alteration.
  • the image after copying generally has a feature that contrast is increased as compared with the image before copying. For this reason, in the watermark information embedding device 10, in the watermark information embedding unit 14, the background lightness of the original image of the two-dimensional code to be embedded and the embedding strength of the embedding information are greatly lost by copying. Adjust to range.
  • the watermark information disappears from the two-dimensional code with watermark information "after copying". Whether or not the two-dimensional code is duplicated can be detected through whether or not the watermark information can be extracted. Therefore, the watermark information embedding device 10 can provide a two-dimensional code capable of detecting a copy.
  • the watermark information extraction device 20 performs discrete wavelet transform log 2 (M / m) times on the input image of the watermark information-containing two-dimensional code captured by the two-dimensional code capture unit 21. Then, the HH component A is taken out. Also, the watermark information extraction apparatus 20 performs discrete wavelet transform k + log 2 (M / m) times on the input image of the watermark information-containing two-dimensional code in the wavelet transform unit 22, and then performs inverse discrete wavelet transform k times. Then, the HH component C is taken out.
  • the watermark information extraction device 20 uses the watermark information extraction unit 23 to perform the discrete wavelet transform log 2 (M / m) times, and the HH component A extracted and the discrete wavelet transform k + log 2 (M / m). After being applied, watermark information is extracted from the sum of the HH component C extracted by applying inverse discrete wavelet transform k times.
  • the watermark information extraction device 20 performs discrete wavelet transform to reduce the size of the input image of the two-dimensional code with watermark information to the size of the original image of the two-dimensional code. As a result, a minute difference in information before and after copying is saved, and a difference in extraction accuracy of embedded information before and after copying is increased. In this way, the watermark information extracting device 20 can improve the detection accuracy of whether or not the two-dimensional code is copied.
  • the watermark information extraction apparatus 20 uses the second wavelet transform unit 22 to perform discrete wavelet transform log 2 (M / m) times and extract the HH component A and the discrete wavelet transform k + log 2 (M / m ) And then the sum of the HH component C extracted by performing inverse discrete wavelet transform k times is obtained as an extracted image signal indicating the extracted image in the watermark information extraction unit 23, thereby providing a clearer image. Watermark information can be extracted.
  • the watermark information embedding device 10 for embedding watermark information and the watermark information extracting device 20 for extracting watermark information have been described separately.
  • both the function for embedding watermark information and the function for extracting watermark information are described.
  • the function may be provided in one image processing apparatus.
  • Such an image processing apparatus can be called a watermark information processing system.
  • the watermark information embedding device 10 and the watermark information extracting device 20 in the present embodiment are a computer CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory). And can be realized by operating a program stored in the RAM or ROM.
  • CPU Central Processing Unit
  • MPU Micro Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • a program that causes the computer to perform the above functions can be realized by recording the program on a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) and causing the computer to read the program.
  • a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)
  • DVD-ROM Digital Versatile Disc_Read Only Memory
  • Blu-ray disc flexible disc, hard disk, magnetic tape, magneto-optical disc, non-volatile memory card, etc. are used as the recording medium for recording the program. be able to.
  • the computer executes the supplied program, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (Operating System) or other application software running on the computer.
  • OS Operating System
  • the functions of the above-described embodiment are realized jointly or all or part of the processing of the supplied program is performed by a function expansion board or a function expansion unit of the computer, the function of the above-described embodiment is realized. In this case, such a program is included in the embodiment of the present invention.
  • all or a part of the program may be executed on another computer.
  • the screen input process may be performed by a remote terminal computer, and various determinations, log recording, and the like may be performed by another center computer.
  • the image processing apparatus shown in this embodiment has a computer function 500 as shown in FIG. 12, and the CPU 501 performs the operation in this embodiment.
  • the computer function 500 includes a CPU 501, a ROM 502, a RAM 503, a keyboard controller (Keyboard Controller) 505 of a keyboard (Keyboard, KB) 509, and an LCD display (Liquid Crystal Display) as a display unit.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • LCD LCD controller
  • LCDC Liquid Crystal Controller
  • HDD Hard Disk Drive
  • HDD Hard Disk Drive
  • RD removable Disk
  • DKC disk Controller
  • network interface A card Network Interface Card, NIC
  • NIC Network Interface Card
  • the CPU 501 comprehensively controls each component connected to the system bus 504 by executing software stored in the ROM 502 or HD 511 or software supplied from the RD 512.
  • the CPU 501 reads out and executes a processing program for performing the operation as described above from the ROM 502, the HD 511, or the RD 512, thereby performing control for realizing the operation in the present embodiment.
  • the RAM 503 functions as a main memory or work area for the CPU 501.
  • the KBC 505 controls an instruction input from the KB 509 or a pointing device (not shown).
  • the LCDC 506 controls the display on the LCD 510.
  • the DKC 507 controls access to the HD 511 and the RD 512 that store a boot program, various applications, user files, a network management program, a processing program in the present embodiment, and the like.
  • the NIC 508 bidirectionally exchanges data with other devices on the network 513.

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Abstract

 複製の検知を可能にする二次元コードを提供できる透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラムを提供する。透かし情報埋込装置は、第1ウェーブレット変換部(12)と、透かし情報埋込部(14)と、逆ウェーブレット変換部(150)とを備える。第1ウェーブレット変換部(12)は、二次元コードの原画像に、離散ウェーブレット変換を施して、LL成分、LH成分、HL成分、及びHH成分の各周波数成分に分解する。透かし情報埋込部(14)は、HH成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む。逆ウェーブレット変換部(150)は、LL成分、LH成分、及びHL成分の各周波数成分と、透かし情報が埋め込まれたHH成分とに逆離散ウェーブレット変換を施して二次元コードを再構成する。

Description

透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラム
 本発明は、透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラムに関し、特に、複製の検知を可能にする二次元コードを提供することができる透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラムに関する。
 二次元コードの一種であるQR(Quick Response)コード(登録商標)は、印刷物に機械可読な情報を埋め込むもので、昨今では、航空券に代表されるように、金銭的価値を持ったQRコードの利用が拡大している(例えば特許文献1参照)。
特開2006-318328号公報
 このため、QRコードに代表される二次元コードの複製を検知する方式の開発は、急務の課題となっている。
 本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、複製の検知を可能にする二次元コードを提供することができる透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る透かし情報埋込装置は、二次元コードの原画像にウェーブレット変換を施して、各周波数成分に分解する第1ウェーブレット変換部と、前記第1ウェーブレット変換部によって分解された前記各周波数成分のうち、斜め方向の高周波成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む透かし情報埋込部と、前記透かし情報埋込部によって前記透かし情報が埋め込まれた斜め方向の高周波成分、及び前記第1ウェーブレット変換部によって分解された前記各周波数成分のうち、該斜め方向の高周波成分以外の周波数成分に逆ウェーブレット変換を施して、透かし情報入り二次元コードを再構成する逆ウェーブレット変換部と、を備える。
 上記透かし情報埋込装置において、前記二次元コードの原画像を色成分に分離する色成分分離部と、前記逆ウェーブレット変換部によって再構成され色成分毎の前記透かし情報入り二次元コードを統合する色成分統合部と、をさらに備え、前記第1ウェーブレット変換部は、前記色成分分離部によって分解された色成分毎に、前記ウェーブレット変換を施し、前記透かし情報埋込部は、前記各色成分の前記斜め方向の高周波成分に、前記二次元コードの原画像における前記各色成分の使用頻度に応じて重み付けを行った埋込強度で、前記透かし情報を埋め込む、ようにしてもよい。
 また、上記透かし情報埋込装置において、前記透かし情報埋込部は、前記透かし情報の埋込を、前記ウェーブレット変換により得られるウェーブレット係数に対して実行し、前記第1ウェーブレット変換部によって前記ウェーブレット変換が(j+1)回実行された後の前記二次元コードの原画像の前記斜め方向の高周波成分におけるウェーブレット係数をwm,n^(j+1,d)((m,n)は画素の位置を、dは、該ウェーブレット係数が斜め方向の高周波成分の係数であることを示すインデックスを表す)、透かし二値画像をTm,n、色別重み係数をα、埋込強度をbitとすると、前記透かし情報入り二次元コードのウェーブレット係数Wm,n^(j+1,d)は、下記式で表されるようにしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 また、本発明の第2の観点に係る透かし情報処理システムは、上記透かし情報埋込装置と、前記逆ウェーブレット変換部によって再構成された透かし情報入り二次元コードを取り込む二次元コード取込部、前記二次元コード取込部によって取り込まれた前記透かし情報入り二次元コードの入力画像にウェーブレット変換を施して、高周波成分を取り出す第2ウェーブレット変換部、及び該第2ウェーブレット変換部によって取り出された前記高周波成分のうち斜め方向の高周波成分から、透かし情報を抽出する透かし情報抽出部、を備える透かし情報抽出装置と、を具備する。
 上記透かし情報処理システムにおいて、前記第2ウェーブレット変換部は、前記二次元コードの原画像のサイズをm×n、前記二次元コード取込部によって取り込まれた前記透かし情報入り二次元コードの入力画像のサイズをM×Nとした場合、該透かし情報入り二次元コードの入力画像にウェーブレット変換をlog(M/m)回施す、ようにしてもよい。
 また、上記透かし情報処理システムにおいて、前記第2ウェーブレット変換部は、前記二次元コード取込部によって取り込まれた前記透かし情報入り二次元コードの入力画像に、ウェーブレット変換をk+log(M/m)回施した後、逆ウェーブレット変換をk回施し、前記透かし情報抽出部は、前記ウェーブレット変換をlog(M/m)回施すことにより取り出された前記斜め方向の高周波成分と、該ウェーブレット変換をk+log(M/m)回施した後、前記逆ウェーブレット変換をk回施すことにより取り出された前記斜め方向の高周波成分と、の和から、前記透かし情報を抽出する、ようにしてもよい。
 さらに、本発明の第3の観点に係る透かし情報埋込方法は、二次元コードの原画像にウェーブレット変換を施して、各周波数成分に分解する第1ウェーブレット変換ステップと、前記第1ウェーブレット変換ステップによって分解された前記各周波数成分のうち、斜め方向の高周波成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む透かし情報埋込ステップと、前記透かし情報埋込ステップによって前記透かし情報が埋め込まれた斜め方向の高周波成分、及び前記第1ウェーブレット変換ステップによって分解された前記各周波数成分のうち、該斜め方向の高周波成分以外の周波数成分に逆ウェーブレット変換を施して、透かし情報入り二次元コードを再構成する逆ウェーブレット変換ステップと、を備える。
 そして、本発明の第4の観点に係るプログラムは、コンピュータに、二次元コードの原画像にウェーブレット変換を施して、各周波数成分に分解する第1ウェーブレット変換手順と、前記第1ウェーブレット変換手順によって分解された前記各周波数成分のうち、斜め方向の高周波成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む透かし情報埋込手順と、前記透かし情報埋込手順によって前記透かし情報が埋め込まれた斜め方向の高周波成分、及び前記第1ウェーブレット変換手順によって分解された前記各周波数成分のうち、該斜め方向の高周波成分以外の周波数成分に逆ウェーブレット変換を施して、透かし情報入り二次元コードを再構成する逆ウェーブレット変換手順と、を実行させる。
 本発明によれば、複製の検知を可能にする二次元コードを提供することができる透かし情報埋込装置、透かし情報処理システム、透かし情報埋込方法、及びプログラムを提供することができる。透かし情報処理システムによれば併せて二次元コードの複製を検知することができる。
本発明の実施形態に係る透かし情報埋込装置の構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る離散ウェーブレット変換を説明するための模式図である。 実施形態に係る各画素におけるウェーブレット係数の値(係数値)の一例を示すグラフ図である。 実施形態に係る透かし情報抽出装置の構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る透かし情報埋込処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る透かし情報埋込手順を説明するための模式図である。 実施形態に係る透かし情報抽出処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る透かし情報抽出手順を説明するための模式図である。 実施形態に係る複製された透かし情報入り二次元コードを使用して抽出された透かし情報の変化を観察するための実験手順を説明するための図である。 各複写機の濃淡パターンを示す図である。 実施形態に係る複製による透かし情報の変化の例を示す図である。 実施形態に係る透かし情報埋込装置及び透かし情報抽出装置を実現可能なコンピュータの構成例を示すブロック図である。
 以下、本発明を実施するための形態について説明する。
 まず、本実施形態に係る透かし情報処理システムの構成について、図面を参照しつつ説明する。透かし情報処理システムは、図1に示す透かし情報埋込装置10と、図4に示す透かし情報抽出装置20と、から構成されている。
 図1は、本発明の実施形態に係る透かし情報埋込装置の構成例を示すブロック図である。
 透かし情報埋込装置10は、原画像としての二次元コード(例えば、QR(Quick Response)コード(登録商標))に透かし情報を埋め込み、再構成して、透かし情報を埋め込んだ二次元コードを生成する。透かし情報埋込装置10は、図1に示すように、二次元コード入力部11と、第1ウェーブレット変換部12と、透かし情報入力部13と、透かし情報埋込部14と、二次元コード再構成部15と、二次元コード出力部16と、を備えている。
 二次元コード入力部11は、透かし情報の埋め込み先の原画像である二次元コードを入力し、二次元コードの原画像を示す二次元画像信号を第1ウェーブレット変換部12に供給する。
 第1ウェーブレット変換部12は、色成分分離部120を備えるとともに、二次元コード入力部11より入力される二次元画像信号に周波数解析手法の1つであるウェーブレット変換を施す。
 具体的には、第1ウェーブレット変換部12は、色成分分離部120により、二次元画像信号が示す二次元コードの原画像をRGBの各成分に分割(RGB分解)した後、R、G、Bの色成分別に離散ウェーブレット変換(Discrete Wavelet Transform,DWT)を施すことにより、図2(a)に示す二次元コードの原画像を、図2(b)に示すLL成分、LH成分、HL成分、及びHH成分という周波数成分に分解(帯域分割)する。
 ここで、LL成分は、多重解像度近似(Multi Resolution Approximation)に該当し、MRA部と呼ばれ、LH成分、HL成分、及びHH成分は、多重解像度表現(Multi Resolution Representation)に該当し、MRR部と呼ばれる。MRA部は、低周波成分で、主に二次元コードの原画像の解像度を1/2にした画像を表現し、MRR部は、高周波成分を表し、MRR部の各成分は、主にこの画像の横、縦、及び斜め方向の差分情報を表現している。このため、MRR成分が強い(高い)箇所(エッジ成分)が多少変化しても画像の劣化が目立ちにくい。
 図1に示す透かし情報入力部13は、二次元コードの原画像に埋め込む透かし情報を入力し、透かし情報埋込部14に供給する。本実施形態において、透かし情報には、LH成分、HL成分、及びHH成分と同じ信号の長さを持つ透かし情報が使用される。信号の長さとは画像サイズを意味する。すなわち、透かし情報の画像サイズは原画像に1回のウェーブレット変換を施して得られる各成分の画像サイズと等しい。
 透かし情報埋込部14は、各周波数成分の差分情報を利用して、第1ウェーブレット変換部12にて分解された各周波数成分のうちHH成分のみに、透かし情報入力部13から供給される透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む。サイズ全体に透かし情報を埋め込むために、透かし情報の信号の長さとHH成分の信号の長さとは同じにする。
 このように、透かし情報埋込部14がHH成分のみに埋込を行うのは、二次元コードは、水平方向のエッジを含むLH成分と、鉛直方向のエッジを含むHL成分と、を多く含むという特徴を有するためである。二次元コードでは、このような特徴を有するため、図3に示すように、LH成分及びHL成分のウェーブレット係数の係数値が大きい。そのためLH成分及びHL成分はノイズの影響を受けやすい。従って、LH成分及びHL成分を避けて、HH成分にのみ透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む。このような形で埋込を行わないと、透かし情報の抽出時に透かし情報以外の情報がノイズとして現れてしまうおそれがあるからである。
 また、上述したようにMRR成分が強い(高い)箇所(エッジ成分)が多少変化しても画像の劣化が目立ちにくいので、その性質を利用し、高周波成分であるHH成分に透かし情報を埋め込むことで、再構成して得られる二次元コードの画像の劣化を目立たなくすることができる。
 二次元コードへの透かし情報の埋込は二次元コードをウェーブレット変換することにより得られるウェーブレット係数に対して実行される。ここで、第1ウェーブレット変換部12により、ウェーブレット変換が(j+1)回実行された後の二次元コードの原画像のHH成分におけるウェーブレット係数をwm,n^(j+1,d)((m,n)は画素の位置を、dはウェーブレット係数がHH成分の係数であることを示すインデックスを表す。)、透かし二値画像をTm,n、色別重み係数をα、埋込強度をbitとすると、透かし情報入り二次元コードのウェーブレット係数Wm,n^(j+1,d)は、下記式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 このように、透かし情報埋込部14は、埋込強度に、背景色に使われているRGBの頻度に応じた色別重み係数を乗じて重み付けを行った重み付き埋込強度で、Tm,n=0の画素に埋込を行う。色別重み係数を乗じる理由は次の通りである。RGBの各色成分の輝度をR値、G値、B値とし、例えば、R値の平均値が高い背景画像に関しては、透かし情報のR成分の重み付き埋込強度が大きいと、それによる背景色のR成分の変動が微小であっても色相に大きな変化が生じて、二次元コードの意匠性が大きく変質するおそれがある。そのため、このような場合、透かし情報埋込部14は、透かし情報のR成分の色別重み係数αを小さくすることにより重み付き埋込強度を小さくして、埋込後の画像のR値の変動幅を小さくする一方、透かし情報のG成分とB成分(又はいずれか一方)の重み付き埋込強度を大きくして埋込後の画像のG値とB値との変動幅(又はいずれか一方の変動幅)を大きくすることで、二次元コードの意匠性の変質を抑えつつ、透かし情報の抽出精度を確保することができる。
 複写後の画像は、一般的に、複写前の画像と比較してコントラストが増加するといった特徴を有する。このため、透かし情報埋込部14は、二次元コードの不正コピーを防止すべく、透かし情報を埋め込む対象となる二次元コードの原画像の背景明度及び透かし情報の重み付き埋込強度を、複写による情報の欠落が大きいレンジに調整している。
 二次元コード再構成部15は、逆ウェーブレット変換部150と色成分統合部151とを備える。逆ウェーブレット変換部150は、第1ウェーブレット変換部12及び透かし情報埋込部14から出力される各周波数成分を用いて逆ウェーブレット変換を行う。その後、色成分統合部151は、逆変換後のRGBの各成分の統合(RGB統合)を行う。このようにして二次元コード再構成部15は、逆ウェーブレット変換部150と色成分統合部151とにより二次元コードを再構成する。
 具体的には、二次元コード再構成部15は、透かし情報埋込部14から出力される透かし情報が埋め込まれたHH成分と、ウェーブレット変換部12から出力されるHH成分を除く各周波数成分、すなわちLL成分、LH成分、及びHL成分とを用いて逆ウェーブレット変換部150により逆離散ウェーブレット変換(Inverse Discrete Wavelet Transform,IDWT)を行う。
 言い換えれば、二次元コード再構成部15は、第1ウェーブレット変換部12から出力される各周波数成分のうちHH成分のみを、透かし情報埋込部14で透かし情報が埋め込まれたHH成分に置き換える。このようにして、二次元コード再構成部15は、二次元コードの原画像に対して、透かし情報を埋め込むことができる。
 二次元コード出力部16は、透かし情報が埋め込まれた二次元コード(透かし情報入り二次元コード)を高品質印刷用紙などの紙媒体への印刷などにより出力する。
 図4は、本実施形態に係る透かし情報抽出装置の構成例を示すブロック図である。
 透かし情報抽出装置20は、透かし情報入り二次元コードから透かし情報を抽出するためのもので、図4に示すように、二次元コード取込部21と、第2ウェーブレット変換部22と、透かし情報抽出部23と、透かし情報出力部24と、を備えている。
 二次元コード取込部21は、例えばスキャナや複合機の画像読取装置などであって、透かし情報入り二次元コードを取り込んで、入力画像として第2ウェーブレット変換部22に供給する。
 第2ウェーブレット変換部22は、色成分分離部220を備える。第2ウェーブレット変換部22は、色成分分離部220により、二次元コード取込部21より供給される入力画像をRGBの各色成分に分解(以下、RGB分解と呼ぶ)した後、R、G、Bの色成分毎に離散ウェーブレット変換を施すことにより、入力画像をLL成分、LH成分、HL成分、及びHH成分という周波数成分に分解(帯域分割)する。
 二次元コード取込部21より供給される入力画像の解像度は、透かし情報の復元率(抽出精度)と大きな相関があり、透かし情報の抽出を利用して入力画像が複写されたものかどうかを検出する複写検出を行うことができる。
 複写後の画像は、一般的に、複写前の画像と比較して高解像度情報が欠落するという特徴が見られる。このため、入力画像である透かし情報入り二次元コードが高解像度である程、この透かし情報を埋め込んだ画像の複写前後における微細な情報の有無の違いが大きくなり、複写前、及び複写後の入力画像の間で透かし情報を抽出できるかどうかという違いが大きくなる。従って、この抽出可否の違いにより入力画像が複写されたものかどうかを検出するという複写検出の高精度化を期待することができる。
 しかし、高解像度の入力画像は、画像サイズが極度に大きくなり、原画像のサイズと大きな違いが生じる。そのため、後処理や実験の都合上、抽出した透かし情報の画像サイズを原画像の画像サイズと等しくなるよう、調整を行った方がよい。このとき、安易に入力画像の縮小を行うと、微細な情報が失われ、透かし情報の抽出精度が落ちてしまうおそれがある。「安易に入力画像の縮小を行う」とは、例えば、市販の一般的な画像処理ソフトウェアを使った縮小処理を言う。
 そこで、第2ウェーブレット変換部22は、離散ウェーブレット変換により解像度が1/2となる性質を利用して入力画像を原画像のサイズに合わせている。すなわち、二次元コードの原画像のサイズがm×n(例えばn=m)、入力画像のサイズがM×N(例えばN=M)の場合、M=m×2j(j∈N)とすることで、第2ウェーブレット変換部22は、離散ウェーブレット変換をj=log(M/m)回実行することにより、入力画像を原画像のサイズまで縮小している。
 原画像のサイズが256px×256px(m=n=256)、入力画像のサイズが2048px×2048px(M=N=2048)であるとすると、第2ウェーブレット変換部22は、入力画像に対して離散ウェーブレット変換を3(=log(2048/256))回実行することにより、入力画像のサイズを256px×256pxまで縮小してから、HH成分を取り出す(HH成分Aと呼ぶ)。
 更に、第2ウェーブレット変換部22は、離散ウェーブレット変換をj+1(=4)回実行することにより、入力画像のサイズを128px×128pxまで一旦縮小した後、逆離散ウェーブレット変換を1回実行することにより、256px×256pxまで戻してから、HH成分を取り出す(HH成分Bと呼ぶ)。
 透かし情報抽出部23は、第2ウェーブレット変換部22より取り出されたHH成分を正規化して透かし情報を抽出する。このとき、透かし情報抽出部23は、異なる回数のDWTにより得られるHH成分を統合することで、より鮮明な透かし情報を抽出することができる。
 そこで、本実施形態では、HH成分Aと、HH成分Bと、の和であるHH成分A+HH成分B(画素毎に階調値を加算)を、抽出画像を示す抽出画像信号として取得する。これにより、より鮮明な透かし情報の抽出が可能となる。なお、離散ウェーブレット変換を、必要な回数に加えて余分にk回実行し(k:自然数)、その後逆離散ウェーブレット変換をk回実行して得られるHH成分CをHH成分Bに代えて利用しても良い。
 透かし情報出力部24は、透かし情報抽出部23において抽出された透かし情報を出力する。
 次に、上記構成を備える透かし情報処理システムの動作について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明は、透かし情報埋込方法、及び透かし情報抽出方法の説明をも兼ねる。
 透かし情報埋込装置10は、二次元コード入力部11に二次元コードの原画像が入力され、且つ、透かし情報入力部13に透かし情報が入力されると、透かし情報埋込処理を開始する。
 図5は、本実施形態に係る透かし情報埋込処理の一例を示すフローチャートであり、図6は、本実施形態に係る透かし情報埋込手順を説明するための模式図である。
 この透かし情報埋込処理では、まず、図1に示す第1ウェーブレット変換部12が、色成分分離部120により、図6(a)に示す二次元コードの原画像をRGB分解する(図5に示すステップS1、図6(b1)~(b3))。
 次に、第1ウェーブレット変換部12は、二次元コードの原画像に対して、R、G、Bの色成分別に、離散ウェーブレット変換を施して、二次元コードの原画像をLL成分、LH成分、HL成分、及びHH成分から成る各周波数成分に分解する(図5に示すステップS2、図6(c1)~(c3))。
 続いて、図1に示す透かし情報埋込部14は、各周波数成分の差分情報を利用して、第1ウェーブレット変換部12にて分解された周波数成分のうちHH成分のみに、図1に示す透かし情報入力部13から入力された透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む(図5に示すステップS3、図6(d1)~(d3))。
 さらに、図1の二次元コード再構成部15は、逆ウェーブレット変換部150により、透かし情報が埋め込まれたHH成分と、HH成分以外の各周波数成分、すなわちLL成分、LH成分、及びHL成分とを用いて逆離散ウェーブレット変換を行う(図5に示すステップS4、図6(e1)~(e3))。
 その後、二次元コード再構成部15は、色成分統合部151によりRGB統合を行って、透かし情報入り二次元コードを再構築する(図5に示すステップS5、図6(f))。
 そして、二次元コード出力部16は、透かし情報入り二次元コードを高品質印刷用紙などの紙媒体への印刷などにより出力する(ステップS6)。
 図4の透かし情報抽出装置20は、二次元コード取込部21に透かし情報入り二次元コードが入力されて取り込まれると、透かし情報抽出処理を開始する。
 図7は、本実施形態に係る透かし情報抽出処理の一例を示すフローチャートであり、図8は、本実施形態に係る透かし情報抽出手順を説明するための模式図である。
 この透かし情報抽出処理では、まず、第2ウェーブレット変換部22が、色成分分離部220により、図8(a)に示す、例えば2048px×2048px(M=N=2048)の高解像度の入力画像をRGB分解する(図7に示すステップS11、図8(b1)~(b3))。以下の処理は色成分毎に実行される。
 次に、第2ウェーブレット変換部22は、離散ウェーブレット変換を3回実行することにより、入力画像のサイズを256px×256pxに縮小し(図7に示すステップS12、図8(c1)~(c3))、その後HH成分(=HH成分A)を取り出す(図7に示すステップS13)。
 また、第2ウェーブレット変換部22は、離散ウェーブレット変換を更にもう1回実行することにより、入力画像のサイズを128px×128pxに縮小する(図7に示すステップS14、図8(d1)~(d3))。
 続いて、第2ウェーブレット変換部22は、逆離散ウェーブレット変換を1回実行することにより、入力画像のサイズを256px×256pxに戻し(図7に示すステップS15)、その後HH成分(=HH成分B)を取り出す(ステップS16)。
 そして、透かし情報抽出部23は、ステップS13の処理にて取り出されたHH成分Aと、ステップS16の処理にて取り出されたHH成分Bと、の和を、抽出画像を示す抽出画像信号として取得することにより、透かし情報を抽出する(図7に示すステップS17、図8(e))。HH成分Bに代えてHH成分Cを利用しても良いことは既に説明したとおりである。
 そして、透かし情報出力部24は、透かし情報抽出部23において抽出された透かし情報を出力する(ステップS18)。
 以上説明した透かし情報埋込装置10は、色成分分離部120、及び色成分統合部151を、それぞれ、第1ウェーブレット変換部12、及び二次元コード再構成部15内に備えており、透かし情報抽出装置20は、色成分分離部220を第2ウェーブレット変換部22内に備えている。しかし、色成分分離部120、220、及び色成分統合部151をそれぞれ分離して別に備えても良い。また、二次元コードがモノクロで形成されているときは色成分分離部120、220、及び色成分統合部151を必ずしも装備しなくても良い。このときは色別重み付け係数による埋込強度の重み付けは不要となる。また、透かし情報埋込装置10と透かし情報抽出装置20とを備えた透かし情報処理システムは、色成分分離部120と220とを、別々に装備せずに共通のものとして装備してもよい。
 続いて、上記動作を実行する透かし情報処理システムにおいて、複製された透かし情報入り二次元コードを使用して抽出された透かし情報の変化を観察する。
 図9は、本実施形態に係る複製された透かし情報入り二次元コードを使用して抽出された透かし情報の変化を観察するための実験手順を説明するための図である。
 まず、図9(a)及び(b)に示すように、透かし情報埋込装置10において、二次元コードの原画像に透かし情報を埋め込んで高品質印刷用紙に印刷する。
 次に、図9(c)に示すように、高品質印刷用紙に印刷された透かし情報入り二次元コードを入出力解像度600dpi程度の複写機(SHARP製のカラーコピー機)を利用して複写(不正コピーを想定)する。
 そして、図9(d1)及び(d2)に示すように、透かし情報抽出装置20において、複写機による「複写前」の透かし情報入り二次元コードと、「複写後」の透かし情報入り二次元コードと、からそれぞれ透かし情報を抽出する。
 「複写後」の透かし情報入り二次元コードでは、図9(d2)に示すように、複写により透かし情報が失われていることが確認できる。これは、埋込部分の背景明度が非常に高いことに起因する。すなわち、複写機による色調整の過程で画像のコントラストが上がり、白色に近い部分に埋め込まれた透かし情報が失われたためである。
 また、「複写後」の透かし情報入り二次元コードから透かし情報の抽出を行った際に画像全面にノイズがのる理由は、複写機の濃淡表現方法(濃淡パターン)に起因する。すなわち、複写機は、図10に示すように、それぞれ特有の濃淡パターンを有している。本実施形態において使用したSHARP製のカラーコピー機の濃淡パターンは、図10(a)に示すように、斜線によって濃淡を表現するものであるため、透かし情報の抽出時に透かし情報以外のHH成分が発生し、このHH成分によるノイズが非常に強くなってしまったものと考えられる。
 なお、図10(b)に示す濃淡パターンは、RICOH製のカラーコピー機によるもので、SHARP製のカラーコピー機と同様に、斜線によって濃淡を表現している。図10(c)に示す濃淡パターンは、Xerox製のカラーコピー機によるもので、SHARP製及びRICOH製のカラーコピー機とは異なり、横線によって濃淡を表現している。図10(d)に示す濃淡パターンは、Canon製のカラーコピー機によるもので、SHARP製及びRICOH製のカラーコピー機とも、Xerox製のカラーコピー機とも異なり、点によって濃淡を表現している。
 図11は、本実施形態に係る複製による透かし情報の変化の例を示す図である。図11(a)は、RICOH製のカラーコピー機で複写した透かし情報入り二次元コードからの抽出画像、図11(b)は、Xerox製のカラーコピー機で複写した透かし情報入り二次元コードからの抽出画像、図11(c)は、Canon製のカラーコピー機で複写した透かし情報入り二次元コードからの抽出画像を、それぞれ示している。図11に示すように、本実施形態で使用したSHARP製のカラーコピー機と濃淡パターンが同様のRICOH製のカラーコピー機で複写した透かし情報入り二次元コードだけでなく、濃淡パターンの異なるXerox製及びCanon製のカラーコピー機で複写した二次元コードからも、透かし情報が失われていることが確認できる。
 このような複製によるコントラストの増加や、複写機の濃淡表現方法の相違という要因に加え、高解像度の二次元コードにおける複製過程での高解像度情報の欠落が要因となって、不正コピーされた二次元コードであることの検出精度を大きく向上させることができる。
 以上説明したように、本実施形態に係る透かし情報処理システムによれば、透かし情報埋込装置10は、第1ウェーブレット変換部12において、二次元コードの原画像をRGBの各色成分に分離した後、R、G、Bの色成分毎に離散ウェーブレット変換を施して、LL成分、LH成分、HL成分、及びHH成分という周波数成分に分解する。
 次に、透かし情報埋込装置10は、透かし情報埋込部14において、第1ウェーブレット変換部12によって色成分毎に分解された各周波数成分のうちHH成分に、二次元コードの原画像における各色成分の使用頻度に応じて重み付けを行った重み付け埋込強度で、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む。
 そして、透かし情報埋込装置10は、二次元コード再構成部15において、透かし情報埋込部14によって透かし情報が埋め込まれたHH成分と、第1ウェーブレット変換部12によって分解されたLL成分、LH成分、及びHL成分と、に逆離散ウェーブレット変換を施した後、RGBの各色成分の統合を行って、透かし情報入り二次元コードを再構成する。
 このように、透かし情報埋込装置10は、ウェーブレット係数の値(係数値)がLH成分及びHL成分に比べて小さいHH成分のみに、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込むことで、複写されていない正規の透かし情報入り二次元コードのHH成分から、透かし情報以外の情報がノイズとして現れて透かし情報が失われることを防止することができる。
 これに対して、複写前の正規の透かし情報入り二次元コードの画像と濃淡表現方法が相違する複写機で複写された(不正コピーされた)非正規の透かし情報入り二次元コードの画像のHH成分には、透かし情報以外の情報が非常に強く現れる。そのため、透かし情報が失われる。
 これにより、二次元コードの複製を検知することが可能となる。すなわち、透かし情報埋込装置10は複製の検知を可能にする二次元コードを提供することができる。
 さらに、透かし情報埋込装置10は、高周波成分であるHH成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込むことで、再構成して得られる二次元コードの画像の劣化を目立たなくすることができる。
 加えて、透かし情報埋込装置10は、二次元コードの原画像における各色成分の使用頻度に応じて重み付けを行った重み付け埋込強度で、透かし情報を埋め込むことにより、二次元コードの意匠性の変質を抑えつつ、透かし情報の抽出精度を確保することができる二次元コードを提供することができる。
 複写後の画像は、一般的に、複写前の画像と比較してコントラストが増加するといった特徴が見られる。このため、透かし情報埋込装置10は、透かし情報埋込部14において、埋込対象となる二次元コードの原画像の背景明度及び埋込情報の埋込強度を、複写による情報の欠落が大きいレンジに調整する。このような二次元コードとすることにより、この二次元コードを複写した場合に、「複写後」の透かし情報入り二次元コードから透かし情報が消失するので、透かし情報の抽出を行った場合に、透かし情報の抽出可否を介して二次元コードの複製の有無が検知できる。従って、透かし情報埋込装置10は複製を検知することが可能な二次元コードを提供することができる。
 透かし情報抽出装置20は、第2ウェーブレット変換部22において、二次元コード取込部21によって取り込まれた透かし情報入り二次元コードの入力画像に、離散ウェーブレット変換をlog(M/m)回施して、HH成分Aを取り出す。また、透かし情報抽出装置20は、ウェーブレット変換部22において、透かし情報入り二次元コードの入力画像に、離散ウェーブレット変換をk+log(M/m)回施した後、逆離散ウェーブレット変換をk回施して、HH成分Cを取り出す。
 そして、透かし情報抽出装置20は、透かし情報抽出部23において、離散ウェーブレット変換をlog(M/m)回施すことにより取り出されたHH成分Aと、離散ウェーブレット変換をk+log(M/m)回施した後、逆離散ウェーブレット変換をk回施すことにより取り出されたHH成分Cと、の和から透かし情報を抽出する。
 このように、透かし情報抽出装置20は、離散ウェーブレット変換を施して透かし情報入り二次元コードの入力画像のサイズを、二次元コードの原画像のサイズにまで縮小する。これにより、複写前後における微細な情報の違いを保存して、複写前後における埋込情報の抽出精度の違いを大きくする。透かし情報抽出装置20は、このようにして、二次元コードが複写されたものかどうかの検出精度を向上させることができる。
 また、透かし情報抽出装置20は、第2ウェーブレット変換部22で、離散ウェーブレット変換をlog(M/m)回施すことにより取り出されたHH成分Aと、離散ウェーブレット変換をk+log(M/m)回施した後、逆離散ウェーブレット変換をk回施すことにより取り出されたHH成分Cと、の和を、透かし情報抽出部23において抽出画像を示す抽出画像信号として取得することで、より鮮明な透かし情報を抽出することができる。
 なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施形態の変形態様について説明する。
 上記実施形態では、透かし情報を埋め込む透かし情報埋込装置10と、透かし情報を抽出する透かし情報抽出装置20と、をそれぞれ分けて説明したが、透かし情報を埋め込む機能と抽出する機能との両方の機能を1つの画像処理装置に備えても良い。このような画像処理装置は透かし情報処理システムということができる。
 また、上記本実施形態における透かし情報埋込装置10や透かし情報抽出装置20は、コンピュータのCPU(Central Processing Unit)あるいはMPU(Micro Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などで構成可能なものであり、RAMやROMに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。
 したがって、コンピュータが上記機能を果たすように動作させるプログラムを、例えばCD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)のような記録媒体に記録し、コンピュータに読み込ませることによって実現できるものである。上記プログラムを記録する記録媒体としては、CD-ROM以外に、DVD-ROM(Digital Versatile Disc_Read Only Memory)や、ブルーレイディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。
 また、コンピュータが、供給されたプログラムを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(Operating System)あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全てあるいは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われることにより上述の実施形態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明の実施形態に含まれる。
 また、本発明をネットワーク環境で利用するべく、全部あるいは一部のプログラムが他のコンピュータで実行されるようになっていても良い。例えば、画面入力処理は、遠隔端末コンピュータで行われ、各種判断、ログ記録等は他のセンターコンピュータ等で行われるようにしても良い。
 例えば、本実施形態に示した画像処理装置は、図12に示すようなコンピュータ機能500を有し、そのCPU501により本実施形態での動作が実施される。
 コンピュータ機能500は、図12に示すように、CPU501と、ROM502と、RAM503と、キーボード(Keyboard,KB)509のキーボードコントローラ(Keyboard Controller,KBC)505と、表示部としてのLCDディスプレイ(Liquid Crystal Display,LCD)510のLCDコントローラ(Liquid Crystal Controller,LCDC)506と、ハードディスク(Hard Disk Drive,HDD)511およびリムーバルディスク(Removable Disk,RD)512のディスクコントローラ(Disk Controller,DKC)507と、ネットワークインタフェースカード(Network Interface Card,NIC)508とが、システムバス504を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
 CPU501は、ROM502あるいはHD511に記憶されたソフトウェア、あるいはRD512より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス504に接続された各構成部を総括的に制御する。
 すなわち、CPU501は、上述したような動作を行うための処理プログラムを、ROM502、あるいはHD511、あるいはRD512から読み出して実行することで、本実施形態での動作を実現するための制御を行う。
 RAM503は、CPU501の主メモリあるいはワークエリア等として機能する。KBC505は、KB509や図示していないポインティングデバイス等からの指示入力を制御する。LCDC506は、LCD510の表示を制御する。
 DKC507は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、および本実施形態における処理プログラム等を記憶するHD511およびRD512とのアクセスを制御する。NIC508はネットワーク513上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
 さらに、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
 本出願は、2009年6月4日に出願された、日本国特許出願2009-135301号に基づく。本明細書中に日本国特許出願2009-135301号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
  10 透かし情報埋込装置
  11 二次元コード入力部
  12 第1ウェーブレット変換部
  13 透かし情報入力部
  14 透かし情報埋込部
  15 二次元コード再構成部
  16 二次元コード出力部
  20 透かし情報抽出装置
  21 二次元コード取込部
  22 第2ウェーブレット変換部
  23 透かし情報抽出部
  24 透かし情報出力部
 120 色成分分離部
 150 逆ウェーブレット変換部
 151 色成分統合部
 220 色成分分離部

Claims (8)

  1.  二次元コードの原画像にウェーブレット変換を施して、各周波数成分に分解する第1ウェーブレット変換部と、
     前記第1ウェーブレット変換部によって分解された前記各周波数成分のうち、斜め方向の高周波成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む透かし情報埋込部と、
     前記透かし情報埋込部によって前記透かし情報が埋め込まれた斜め方向の高周波成分、及び前記第1ウェーブレット変換部によって分解された前記各周波数成分のうち、該斜め方向の高周波成分以外の周波数成分に逆ウェーブレット変換を施して、透かし情報入り二次元コードを再構成する逆ウェーブレット変換部と、
     を備える透かし情報埋込装置。
  2.  前記二次元コードの原画像を色成分に分離する色成分分離部と、
     前記逆ウェーブレット変換部によって再構成された色成分毎の前記透かし情報入り二次元コードを統合する色成分統合部と、
     をさらに備え、
     前記第1ウェーブレット変換部は、前記色成分分離部によって分解された色成分毎に、前記ウェーブレット変換を施し、
     前記透かし情報埋込部は、前記各色成分の前記斜め方向の高周波成分に、前記二次元コードの原画像における前記各色成分の使用頻度に応じて重み付けを行った埋込強度で、前記透かし情報を埋め込む、
     ことを特徴とする請求項1に記載の透かし情報埋込装置。
  3.  前記透かし情報埋込部は、前記透かし情報の埋込を、前記ウェーブレット変換により得られるウェーブレット係数に対して実行し、前記第1ウェーブレット変換部によって前記ウェーブレット変換が(j+1)回実行された後の前記二次元コードの原画像の前記斜め方向の高周波成分におけるウェーブレット係数をwm,n^(j+1,d)((m,n)は画素の位置を、dは、該ウェーブレット係数が斜め方向の高周波成分の係数であることを示すインデックスを表す)、透かし二値画像をTm,n、色別重み係数をα、埋込強度をbitとすると、前記透かし情報入り二次元コードのウェーブレット係数Wm,n^(j+1,d)は、下記式で表される、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

     ことを特徴とする請求項2に記載の透かし情報埋込装置。
  4.  請求項1、2、又は3に記載の透かし情報埋込装置と、
     前記逆ウェーブレット変換部によって再構成された透かし情報入り二次元コードを取り込む二次元コード取込部、
     前記二次元コード取込部によって取り込まれた前記透かし情報入り二次元コードの入力画像にウェーブレット変換を施して、高周波成分を取り出す第2ウェーブレット変換部、
     及び前記第2ウェーブレット変換部によって取り出された前記高周波成分のうち斜め方向の高周波成分から、透かし情報を抽出する透かし情報抽出部、を備える透かし情報抽出装置と、
     を具備する透かし情報処理システム。
  5.  前記第2ウェーブレット変換部は、前記二次元コードの原画像のサイズをm×n、前記二次元コード取込部によって取り込まれた前記透かし情報入り二次元コードの入力画像のサイズをM×Nとした場合、該透かし情報入り二次元コードの入力画像にウェーブレット変換をlog(M/m)回施す、
     ことを特徴とする請求項4に記載の透かし情報処理システム。
  6.  前記第2ウェーブレット変換部は、前記二次元コード取込部によって取り込まれた前記透かし情報入り二次元コードの入力画像に、ウェーブレット変換をk+log(M/m)回施した後、逆ウェーブレット変換をk回施し、
     前記透かし情報抽出部は、前記ウェーブレット変換をlog(M/m)回施すことにより取り出された前記斜め方向の高周波成分と、該ウェーブレット変換をk+log(M/m)回施した後、前記逆ウェーブレット変換をk回施すことにより取り出された前記斜め方向の高周波成分と、の和から、前記透かし情報を抽出する、
     ことを特徴とする請求項5に記載の透かし情報処理システム。
  7.  二次元コードの原画像にウェーブレット変換を施して、各周波数成分に分解する第1ウェーブレット変換ステップと、
     前記第1ウェーブレット変換ステップによって分解された前記各周波数成分のうち、斜め方向の高周波成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む透かし情報埋込ステップと、
     前記透かし情報埋込ステップによって前記透かし情報が埋め込まれた斜め方向の高周波成分、及び前記第1ウェーブレット変換ステップによって分解された前記各周波数成分のうち、該斜め方向の高周波成分以外の周波数成分に逆ウェーブレット変換を施して、透かし情報入り二次元コードを再構成する逆ウェーブレット変換ステップと、
     を備える透かし情報埋込方法。
  8.  コンピュータに、
     二次元コードの原画像にウェーブレット変換を施して、各周波数成分に分解する第1ウェーブレット変換手順と、
     前記第1ウェーブレット変換手順によって分解された前記各周波数成分のうち、斜め方向の高周波成分に、透かし情報を斜め方向の高周波成分として埋め込む透かし情報埋込手順と、
     前記透かし情報埋込手順によって前記透かし情報が埋め込まれた斜め方向の高周波成分、及び前記第1ウェーブレット変換手順によって分解された前記各周波数成分のうち、該斜め方向の高周波成分以外の周波数成分に逆ウェーブレット変換を施して、透かし情報入り二次元コードを再構成する逆ウェーブレット変換手順と、
     を実行させるためのプログラム。
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