(57)【要約】【課題】階調処理をすでに実行した画像、階調数の少ない階調処理を実行した画像に対しても情報の埋め込みが可能な画像処理装置及び画像処理方法を提供する。【解決手段】画像に対して階調処理を実行する階調処理手段（１０５）と、画像とは別の情報を表すデータ信号を発生する信号発生手段（１０１）と、データ信号に応じた複数の周波数成分を有する縞模様を階調処理後の画像信号に付加することにより画像に別の情報を埋め込む情報埋込手段（１０２、１０６）とを備えた画像処理装置である。【選択図】図１
2010011438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像に対して階調処理を実行する階調処理手段と、
画像とは別の情報を表すデータ信号を発生する信号発生手段と、
前記データ信号に応じた複数の周波数成分を有する縞模様を前記階調処理後の画像信号に付加することにより前記画像に前記別の情報を埋め込む情報埋込手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記情報埋込手段は、前記別の情報の埋め込みの前後で前記画像の階調数を変化させないことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記情報埋込手段は、前記別の情報を埋め込みによって前記画像の画素の値が変化する場合、その変動の値を階調処理に用いられている１レベルの整数倍相当に調整することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記情報埋込手段の前段に設けられて、前記画像信号の高周波成分を除去する高周波成分除去手段を有することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記情報埋込手段の前段に設けられて、前記画像信号に対して平滑化処理を実行する平滑化手段と、
前記情報埋込手段の後段に設けられて、前記別の情報が埋め込まれた画像信号に対して前記階調処理の多値数と同一の多値数となるように量子化する再量子化手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記平滑化手段と前記再量子化手段とは、前記階調処理の多値数が所定値以上のときはそれぞれ平滑化動作と再量子化動作を実行するようになされ、前記階調処理の多値数が所定値よりも小さいときは前記各動作を行わずに入力される画像信号をそのまま出力するようになされていることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
画像に対して階調処理を実行し、
画像とは別の情報を表すデータ信号を発生し、
前記データ信号に応じた複数の周波数成分を有する縞模様を前記階調処理後の画像信号に付加することにより前記画像に前記別の情報を埋め込むこと
を特徴とする画像処理方法。
【請求項８】
前記別の情報の埋め込みでは、当該別の情報の埋め込みの前後で前記画像の階調数を変化させないことを特徴とする請求項７に記載の画像処理方法。
【請求項９】
前記別の情報の埋め込みによって前記画像の画素の値が変化する場合、その変動の値を階調処理に用いられている１レベルの整数倍相当に調整することを特徴とする請求項８に記載の画像処理方法。
【請求項１０】
前記別の情報の埋め込みを実行する前に、前記画像信号の高周波成分を除去することを特徴とする請求項８に記載の画像処理方法。
【請求項１１】
前記別の情報の埋め込みを実行する前に、前記画像信号に対して平滑化処理を実行し、
前記別の情報の埋め込みを実行した後に、前記別の情報が埋め込まれた画像信号に対して前記階調処理の多値数と同一の多値数となるように量子化することを特徴とする請求項７に記載の画像処理方法。
【請求項１２】
前記階調処理の多値数が所定値以上のときは前記平滑化動作と前記再量子化動作を実行し、前記階調処理の多値数が所定値よりも小さいときは前記各動作を行わずに入力される画像信号をそのまま出力することを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、文書画像などに情報を埋め込む技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、著作権保護やセキュリティ目的で用いられる有効な技術のひとつとして電子透かしが知られている。この電子透かしの技術は、コンテンツデータに当該コンテンツデータ以外のデータを埋め込むもので、例えば、音声や動画などのコンテンツに対しては著作権者を特定する情報、複製の可否を表す情報などの情報を埋め込み、静止画像に対しては、その画像に関連する情報や著作権などの情報を埋め込む。そして、その埋め込んだ情報がコンテンツから読み取れるかどうかで、当該コンテンツが違法に流通していたものかどうかを判断することができる。
【０００３】
ところで、静止画に埋め込む手法として、画素値の下位ビットの値を入れ替えて情報の埋め込みを行う方法が知られている。しかし、この方法では情報の埋め込みに伴う画素値の変動が微小であるため、画質の劣化の大きいハードコピーで当該静止画が複製された場合には、そのハードコピーからは埋め込んだ情報を読取れないという問題がある。
【０００４】
このため、周期成分を利用してコンテンツデータに情報を埋め込みハードコピーされた出力画像を周波数解析する手法、あるいは階調処理の際にパターンを変調させて埋め込むという手法などが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら従来の情報埋め込みの技術は、いずれも階調処理前の画像データに微細な変更を加え、その後で、階調処理を行うものである。この理由は、階調処理後に従来の手法でデータの埋め込みを行うと階調パターンが変化してタイミングが取れなくなるからである。このように、既に画像処理系が１つにまとまって構成されている場合には、後からデータ埋め込み処理に関する機能を追加しようとしても、画像処理系全体の再設計が必要となるなど困難を伴うことが多かった。
【０００６】
また、埋め込み処理においては、元の画像の階調数を変化させるため、元の画像の階調数が少ない場合には、情報の埋め込みができない場合もあった。
【０００７】
従って、著作権保護強化、セキュリティ強化の動向の中で既存の画像処理系に対して、簡便に情報埋め込み処理機能を追加でき、また階調数の少ない画像に対しても情報埋め込み処理を適用できることが望まれる。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、階調処理をすでに実行した画像、階調数の少ない階調処理を実行した画像に対しても情報の埋め込みが可能な画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、画像に対して階調処理を実行する階調処理手段と、画像とは別の情報を表すデータ信号を発生する信号発生手段と、前記データ信号に応じた複数の周波数成分を有する縞模様を前記階調処理後の画像信号に付加することにより前記画像に前記別の情報を埋め込む情報埋込手段とを備えた画像処理装置である。
【００１０】
また本発明は、画像に対して階調処理を実行し、画像とは別の情報を表すデータ信号を発生し、前記データ信号に応じた複数の周波数成分を有する縞模様を前記階調処理後の画像信号に付加することにより前記画像に前記別の情報を埋め込む画像処理方法である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、階調処理をすでに実行した画像、階調数の少ない階調処理を実行した画像に対しても情報の埋め込みが可能な画像処理装置及び画像処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の画像処理装置を示すブロック図。
【図２】透かしパターンの埋め込み原理を説明する図。
【図３】対象画像データに埋め込む周期成分の周波数面上の配置の一例を示した図。
【図４】周波数面上の主走査軸上、もしくは主走査軸に近い点を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態の画像処理装置を示すブロック図。
【図６】本発明の第３の実施形態の画像処理装置を示すブロック図。
【図７】平滑化処理のために用いるフィルタリング用のオペレータの一例を表した図。
【図８】画像処理された信号の推移を示す図。
【図９】本発明の第４の実施形態の画像処理装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[第１の実施形態]    
図１は、本発明の第１の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。図１を参照しつつ本画像処理装置の構成と動作を説明する。  
画像処理装置１には、データ発生部１０１、パターン生成部１０２、画像データ入力部１０３、画像処理部１０４、階調処理部１０５、及びパターン埋め込み部１０６が設けられている。
【００１４】
データ発生部１０１は、透かしに使用するデータを発生する。パターン生成部１０２は、発生したデータから画像に埋め込む透かしパターンを生成する。このデータ発生部１０１から提供されるデータ（以下、特定情報という。）は、作成日時、埋め込み対象である画像に関連した情報など、予め設定されあるいは利用者が指定した情報である。
【００１５】
画像データ入力部１０３は、埋め込み対象である画像データを不図示の外部装置、不図示の読取装置などから入力する。画像処理部１０４は、入力された画像データに、所定の色変換処理、γ変換処理、墨入れ処理などを施す。階調処理部１０５は、階調処理を実行する。ここで、この階調処理部１０５で用いられている擬似階調処理の量子化レベルは所定のレベル、たとえば１６値程度以上であることが望ましい。  
なお、画像処理部１０４と階調処理部１０５とは、図１に示す順序で分離して設けられる必要はない。
【００１６】
パターン埋め込み部１０６は、階調処理部１０５から出力された対象画像データに対して、パターン生成部１０２より出力された透かしパターンを埋め込む。そして、パターン埋め込み部１０６は、透かしパターンを埋め込んだ画像データを出力/表示部１０７に供給する。出力/表示部１０７は、透かしパターンを埋め込んだ画像データを出力する。
【００１７】
図２は、透かしパターンの埋め込み原理を説明する図である。  
透かしパターンの埋め込みは、特定情報に対応したＯＮ（＝１）とＯＦＦ（＝０）とで構成される矩形波からなる周期パターン信号が画像データに重畳されることで実現される。この周期パターン信号の矩形波の振幅α、矩形波の周期τの設定については、人間の視覚限界を考慮に入れて検討することが必要である。パターンはその振幅が小さいほど、またその周期が短いほど、人の目には目立たないものとなる。
【００１８】
なお、パターン信号は振幅の中間レベルが０レベルとなるように重畳される。このため、図２の振幅を±α／２とすると、パターン信号が重畳された画像データには±α／２の階調値が重畳される。符号の＋は特定情報を表すコードのビットが“１”の場合、符号の−はコードのビットが“０”の場合である。
【００１９】
図２に示した例では、一定の周期で埋め込みデータを振幅変調して得られたパターンを画像に重畳した。しかしながら、上述のようにこの方法では画質劣化の大きいハードコピーからは埋め込んだ特定情報が読取れないケースが存在した。そこで、本第１の実施の形態では、２次元フーリエ変換面上の多数の周波数成分を特定情報に応じて多重し、多重周波数成分を有する２次元的な縞模様を対象画像データに追加することで埋め込みを行う。
【００２０】
図３は、対象画像データに埋め込む周期成分の周波数面上の配置の一例を示した図である。
【００２１】
パターン生成部１０２は、多重周波数成分を有する縞模様のパターン信号を発生するために、図３に示すように主走査方向の軸および副走査方向の軸により構成されるフーリエ変換面を定義する。このフーリエ変換面上には、所定の規則で配置された多数の点を設けている。この多数の点に特定情報のコードを構成する各ビットデータが所定の規則に従って配置される。
【００２２】
例えば、図３の左の領域に数字で表したように、Ｓ（スタートポイント）から始まって１→２→３→・・・の順序でそれぞれの点に特定情報のコードを構成するビットデータが割り付けられる。
【００２３】
フーリエ変換面の原点から各点までの距離ｆは周波数（ＣＰＩ：Cycle Per Inch）を表している。ここで、周期ｒは周波数ｆの逆数に対応しているため、フーリエ変換面上の各点は周期ｒを表していると見ることができる。一方、各点に割り付けられるビットデータは振幅を表している。従って、各点を特定することによって周期ｒと振幅αが対応付けられる。
【００２４】
データ発生部１０１で発生した特定情報コードは、パターン生成部１０２に供給される。パターン生成部１０２に上記コードが供給されると、そのコードを構成する複数のビットが順番に上記フーリエ変換面の所定の位置にそれぞれ配置される。なお、各ビットの配置場所や配置順序は任意に決めることができる。
【００２５】
図３に示す黒丸で表された点は、擬似階調表現に用いられている基本周期成分である。基本周期成分は、例えば、プリンタが表現できる高周波数成分の上限値（ナイキスト周波数）である。各点を選択する際には、埋め込む周期成分が、前記基本周期成分との干渉により、埋め込み情報の読み取り時において誤検出を起こすことがないように各点を配置する必要がある。
【００２６】
即ち、黒丸で表された同一角度の周期成分の使用を避けるなどして、フーリエ変換面上で各点が黒点となるべく干渉しないように角度や周波数を組み合わせて、埋め込む周期成分の配置を設定する。階調表現の基調となる周波数及びその近傍周波数、具体的には、図４に示すように主走査軸上、もしくは主走査軸に近い点を避けた点を用いて情報を埋め込むことが必要である。
【００２７】
パターン生成部１０２は、フーリエ変換面上に配置された特定情報の全ビットデータの周期ｒ、振幅αから画像データの埋め込む画素の位置に応じて、埋め込みパターンを発生する。
【００２８】
埋め込みパターンは、フーリエ変換面上で定義したデータを逆フーリエ変換することで生成される。まず、以下に示す式（１）に従って加算値Δdを求める。
【数１】
2010011438.tif 000003
【００２９】
ここで、αｍは埋め込む周期成分の振幅、rはその周期成分の周期（dot/cycle）、θｍはその周期成分が主走査方向となす角度、ｘ、ｙは対象画素の主走査方向、副走査方向それぞれの位置を表す。
【００３０】
次に、すべての周期成分の加算により求めたΔdを階調処理部１０５が処理した多値数（量子化レベル）に適合するように式（２）を用いて加算値Δｄ’に変形する。
【数２】
2010011438.tif 000004
【００３１】
ここで、ｉｎｔは、演算結果の少数値を切捨てて整数値に変換する関数（ガウス記号）、stpは階調処理部１０５で用いられている量子化の多値数に適合するように変換する変換係数を表す。
【００３２】
式（１）で求めた加算値Δｄは、階調変換前の信号に対応した値となっている。従って、変換係数stpを乗ずることによって階調処理前の値を階調処理後の値に対応するように変換する。また、その結果に０．５を加えているのは、演算結果は通常少数値であるため、四捨五入演算処理を付加することによって、精度の良い変換を行うためである。
【００３３】
次に、値Δd’を画素の値ｄ（階調値）に加算して情報埋め込み後の値d’を得る。  
ｄ’= ｄ + Δｄ’                          ・・・式（３）  
ここで、Δd’は正の値と負の値の両者をとり得る。そこで、情報埋め込み後の値d’（＝ｄ＋Δｄ’）がｄのとりうる値の最小値ｄminよりも小さい場合はｄminへ、ｄのとりうる値の最大値ｄmaxよりも大きい場合はｄmaxにｄmaxへクリッピング処理を行う。これによって、データ埋め込み後もその画素の値が所定の範囲内に収まるようにする。
【００３４】
以上のような工程で処理を実行することにより、データの埋め込みによるデータ容量の増加を最小限に抑えることができる。また階調数を変えることがないため、画像処理系が階調処理までひとつのユニットにまとめられている場合であっても、本願発明の実施の形態に係るパターン埋め込み部１０６を、そのユニットの後段に付加し、あるいは外部に設置することが可能となる。従って、柔軟に機能を付加することができる。
【００３５】
[第二の実施形態]    
図５は、本発明の第２の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。  
第２の実施の形態では、階調処理部１０５の後段で、パターン埋め込み部１０６の前段に低域通過処理部（ＬＰＦ：Low Pass Filter）１０８を新たに設けている点が第１の実施形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
【００３６】
入力された原稿もしくは画像データがあらかじめ本実施の形態に基づく技術により特定情報が埋め込まれている場合を想定する。この場合、処理対象となる画像データから古い情報を除去し、本来の画像データのみに処理しておく必要がある。低域通過処理部１０８は、高帯域を除去することによって古い特定情報を除去して画像信号のみを取り出す。  
なお、古い特定情報の除去に関しては、階調処理後の信号についてフーリエ変換を行って、埋め込んである特定情報を抽出し、抽出した周期成分のみを除去することにより画像データのみを求めてもよい。このときは、低域通過処理部１０８に替えて、バンド除去機能を備えた処理回路を設けても良い。
【００３７】
[第３の実施形態]    
図６は、本発明の第３の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。  
第３の実施の形態では、階調処理部１０５の後段で、パターン埋め込み部１０６の前段に平滑化処理部１０９を新たに設け、さらにパターン埋め込み部１０６の後段に再量子化部１１０を新たに設けている点が第１の実施形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
【００３８】
図６に示す画像処理装置の動作について説明する。  
画像データ入力部１０３から階調処理部１０５までの動作、およびデータ発生部１０１及びパターン生成部１０２の動作は第１の実施の形態と同様である。平滑化処理部１０９は階調処理後のデータに対して平滑化処理のためのフィルタリング処理を実行する。そして、再量子化部１１０は、パターンが埋め込まれたデータに対して、再度量子化処理を実行する。
【００３９】
第３の実施の形態の画像処理装置は、階調処理の量子化レベルが少ない画像データを対象とする場合のパターン埋め込み処理に適用される。  
階調処理の量子化レベルが少ない場合では、１レベルの差による画素の値の変動幅が大きいので、第１の実施の形態と比較して埋め込む周期成分の振幅αを大きくしても目立ちにくい反面、埋め込むことが可能な周期成分の数ｎが限定されることになる。なお、周期成分などの配置は第１の実施の形態に準ずる。
【００４０】
図７は、前記平滑化処理のために用いるフィルタリング用のオペレータの一例を表した図である。同図は３×３のオペレータで中心部の値が対象画素に対する重み付けを示している。この中心部の対象画素に対する重みを、周辺画素に対する重みよりも大きい値にすることで、フィルタリングによって極端なぼけが発生することを抑制している。
【００４１】
図８は、画像処理された信号の推移を示す図である。なお、図８は説明を簡略化するために、量子化レベルを２（＝１，０）としている。  
図８の（１）は、階調処理部１０５による階調処理後の信号を示している。図８の（２）は、平滑化処理部１０９による平滑化処理後の信号を示している。図８の（３）は、パターン埋め込み部１０６によりパターンを埋め込んだ後、再量子化部１１０が元の量子化レベルに再調整した後の信号を示している。
【００４２】
図８に示したように、階調処理後の信号に直接パターンを埋め込むのではなく、平滑化処理後にパターンを埋め込むことによって、量子化レベルが大きく変化することを抑制している。  
なお、図８の（３）に示すように、平滑化処理後にパターンを埋め込んでいるため、再量子化することによって印字位置を微修正したかのような信号となっている。しかし、データ出力／表示部１０７が、例えば公知の手法であるビーム絞込みで多値数を制御している形態の場合には、通常の処理においても、図８の（３）と同様にあたかも印字位置を微修正したかのような形状に変形される。従って、本第３の実施の形態のように構成した場合であっても、元の画像を損なうことが少ない。
【００４３】
以上のような方法によれば、階調処理にて使用している階調数が少なく、自由度が低い場合も階調処理後の画像に対して情報量のデータ埋め込みを行うことが可能となる。
【００４４】
[第４の実施形態]    
図９は、本発明の第４の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。  
第４の実施の形態では、第１の実施の形態と第３の実施の形態とを組合わせて画像処理装置を構成している。
【００４５】
図９に示す画像処理装置では、切替部１１１を新たに設け、階調処理部１０５からのデータに基づいて平滑化処理部１０９及び再量子化部１１０の機能のオン・オフを切り替えている点が第３の実施形態と異なっている。従って、第３の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
【００４６】
図９に示す画像処理装置の動作について説明する。  
画像データ入力部１０３から階調処理部１０５までの動作、およびデータ発生部１０１及びパターン生成部１０２の動作は第３の実施の形態と同様である。
【００４７】
切替部１１１は、階調処理部１０５より量子化レベル数を取得する。  
量子化レベル数が所定値以上であった場合は、切替部１１１は、平滑化処理部１０９及び再量子化部１１０にオフ信号を出力する。平滑化処理部１０９及び再量子化部１１０は、それぞれの機能をオフし、処理を行わずに画像信号を後段に出力する。  
量子化レベル数が所定値よりも小さい場合は、切替部１１１は、平滑化処理部１０９及び再量子化部１１０にオン信号を出力する。平滑化処理部１０９及び再量子化部１１０は、それぞれの機能をオンし、処理を実行して画像信号を後段に出力する。
【００４８】
以上説明した本発明の各実施の形態によれば、種々の効果を奏する。  
（１）階調処理を行った後でもデータ埋め込みが可能となるので、階調パターンが変わってしまうという不具合が発生する場合にも本発明を適用することで問題なく処理を行うことが可能となる。
【００４９】
（２）処理系が階調処理までひとつの単位にまとまっているため変更が不可能な場合であっても後付け、外付けでデータ埋め込み部を設置することが可能となる。
【００５０】
（３）階調処理に用いる階調数が少ない場合であっても、平滑化（高帯域カット）して再量子化を行うことでデータの埋め込みが可能となる。
【００５１】
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。  
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、階調処理をすでに実行した画像、階調数の少ない階調処理を実行した画像に対しても情報の埋め込みが可能な画像処理装置を製造する産業で利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…画像処理装置、１０１…データ発生部、１０２…パターン生成部、１０３…画像データ入力部、１０４…画像処理部、１０５…階調処理部、１０６…埋め込み部、１０７…表示部、１０８…低域通過処理部、１０９…平滑化処理部、１１０…再量子化部、１１１…切替部。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開平７−１２３２４４号公報
【図１】
2010011438.tif 000005
【図２】
2010011438.tif 000006
【図３】
2010011438.tif 000007
【図４】
2010011438.tif 000008
【図５】
2010011438.tif 000009
【図６】
2010011438.tif 000010
【図７】
2010011438.tif 000011
【図８】
2010011438.tif 000012
【図９】
2010011438.tif 000013