(57)【要約】【課題】  保護する画像情報（秘密画像）を計算機ホログラムとし、ダミー画像（カバー画像）に計算機ホログラムを埋め込んで埋め込み画像を生成し、該埋め込み画像から秘密画像を再生することによって、画像情報（秘密画像）を保護することができる画像情報セキュリティ方法を提供する。【解決手段】  本発明の画像情報セキュリティ方法は、保護する対象となる秘密画像を用意する（ステップ１０１）。ステップ１０１で用意した秘密画像を埋め込むカバー画像を用意する（ステップ１０２）。ステップ１０１で用意した秘密画像を計算機ホログラムに合成する（ステップ１０３）。ステップ１０３で合成した計算機ホログラムをステップ１０２で用意したカバー画像に埋め込んで（ステップ１０４）、埋め込み画像を生成する（ステップ１０５）。ステップ１０５で生成した埋め込み画像から秘密画像を再生する（ステップ１０６）。これにより、秘密画像を取り出して、検証することができる。【選択図】  図１
2006301334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報を保護する画像情報セキュリティ方法であって、
（Ａ）保護する対象となる秘密画像を用意し、
（Ｂ）前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を埋め込むカバー画像を用意し、
（Ｃ）前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を計算機ホログラムに合成し、
（Ｄ）前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に埋め込んで、埋め込み画像を生成し、
（Ｅ）前記ステップ（Ｄ）で生成した埋め込み画像から秘密画像を再生する、
ことを特徴とする画像情報セキュリティ方法。
【請求項２】
前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像をＬｏｈｍａｎｎ（ローマン）型ホログラムに合成する、ことを特徴とする請求項１記載の画像情報セキュリティ方法。
【請求項３】
前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像をＬｅｅ（リー）型ホログラムに合成する、ことを特徴とする請求項１記載の画像情報セキュリティ方法。
【請求項４】
前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を２値位相型ホログラムに合成する、ことを特徴とする請求項１記載の画像情報セキュリティ方法。
【請求項５】
前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を誤差拡散型ホログラムに合成する、ことを特徴とする請求項１記載の画像情報セキュリティ方法。
【請求項６】
前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に画素置換によって埋め込んで、埋め込み画像を生成する、ことを特徴とする請求項１から５何れか記載の画像情報セキュリティ方法。
【請求項７】
前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に諧調値を用いて埋め込んで、埋め込み画像を生成する、ことを特徴とする請求項１から５何れか記載の画像情報セキュリティ方法。
【請求項８】
前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像を複数の領域に分割し、分割した領域の複雑さを検出し、該複雑さが所定の閾値をこえた領域に、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを埋め込んで、埋め込み画像を生成し、
前記ステップ（Ｅ）は、前記ステップ（Ｄ）で生成した埋め込み画像を複数の領域に分割し、分割した領域の複雑さを検出し、該複雑さが所定の閾値をこえた領域から秘密画像を再生する、
ことを特徴とする請求項１から５何れか記載の画像情報セキュリティ方法。
【請求項９】
前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に組織的ディザを用いて埋め込んで、埋め込み画像を生成し、
前記ステップ（Ｅ）は、前記ステップ（Ｄ）で生成した埋め込み画像から秘密画像を光学的に再生する、
ことを特徴とする請求項１から５何れか記載の画像情報セキュリティ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報を保護する画像情報セキュリティ方法に関する。特には、保護する画像情報（以下、「秘密画像」ともいう）を計算機ホログラムとし、ダミー画像（以下、「カバー画像」ともいう）に計算機ホログラムを埋め込んで埋め込み画像を生成し、該埋め込み画像から秘密画像を再生することによって、画像情報（秘密画像）を保護することができる画像情報セキュリティ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットなどの情報ネットワークの発展によって無数のマルチメディアコンテンツが存在し、それが流通している。マルチメディアコンテンツなどのディジタル情報は複製、配布、閲覧などが容易であることが長所の一つだが、そのことはまた無断複製や無断配布など著作権を無視した行為が簡単に行われてしまうという短所も併せ持っている。そうした欠点をなくすためにディジタル情報を保護する方法がいくつか考案されてきた。
【０００３】
その一つとして情報の暗号化があげられる。情報の配信者が自らの情報を暗号化し利用者以外のものにはわからないようにする方法である。しかし、この技術は広く情報を伝達することを阻害し、情報の自由な流通というマルチメディアコンテンツの長所を犠牲にしてしまう。そこで自由な情報の流通と著作権保護を両立させる手段として「電子透かし」が考案された。電子透かしとはあるコンテンツに対して製作者の著作権情報などをコンテンツ利用者が知覚できないように密かに埋め込む技術である。利用者はコンテンツに埋め込まれた情報を知覚できないので、通常のコンテンツと同様に複製、配布が行えるが、そこには著作情報が隠されており、不正が行われた場合には製作者はその著作情報を取り出して自らの権利を主張することができる。このように電子透かしはマルチメディアコンテンツの自由な流通と著作権保護を同時に行うことのできる技術として有効であると考えられる。
【０００４】
また、電子透かしと関連した技術として「ステガノグラフィ」があげられる。ステガノグラフィとは、あるマルチメディアコンテンツをダミー情報とし、その中に伝達すべき真の情報を密かに埋め込む技術である。情報を埋め込んだコンテンツを配信することで第三者の不正な情報盗用や情報漏洩を防ぐことができる。
【０００５】
さらに近年では、インターネットの普及によりディジタルメディアに接する機会が急速に増加している。平成１４年度の総務省の統計によるとインターネットの人口普及率は５４．５％にもなっている。こうした相互ネットワークの確立により情報収集の利便性が飛躍的に向上する反面、問題点も数多く現れてきた。なかでも画像情報の違法な複製による著作権侵害は大きな問題となっている。絵画などの画像と違い、ディジタル画像は容易に複製が可能で、しかもオリジナルな画像とまったく同じものを手に入れることができる。このことは画像情報を広く流通させるというディジタルメディアの利点でもあるが、著作権などの権利侵害を引き起こす要因ともなっている。このため、ディジタル画像の利点を生かしたまま、著作権を保護する方法が求められている。そのような画像の著作権保護方法のひとつとして電子透かし技術が提案されている。これはコンテンツの製作者が、そのコンテンツ内に自らの著作権情報を利用者に知覚できないような形で埋め込む技術である。電子透かしを埋め込むことで、仮に情報が不正に複製されたとしても、複製コンテンツから製作者の著作権情報を取り出すことができ、製作者としての権利を主張することができる。このような電子透かし技術の発展が画像の著作権保護に対して大きな役割を果たすと考えられる。電子透かしを埋め込む方法には、画素置換を用いた方法、周波数領域に埋め込む方法、ウェーブレット変換を用いた方法、統計量を用いた方法などがある。
【０００６】
また、濃淡画像に対して計算機ホログラムを埋め込む方法も検討されている。一般的に濃淡画像においては、１つの画素を８ビットの階調値で表現する。したがって、階調値に冗長性が高く、下位ビットにおける改変は視覚的に影響が少ないため、秘密画像を埋め込む方法を比較的多く考えることができた。しかし、擬似中間調処理された画像は、１つの画素を少ないビット数で表現しており、きわめて冗長性が乏しく、秘密画像を埋め込むことは難しい。とりわけ濃淡画像を擬似中間調処理によって２値に量子化した画像においては秘密画像を埋め込むことが非常に困難である。また、電子メディア上では濃淡画像の下位ビットへ埋め込んだ秘密画像をディジタル画像処理によって取り出すことができるが、プリンタ等でハードコピー化されたものにおいては、下位ビットの埋め込み情報だけを取り出す方法は使用できない。このような擬似中間調処理された２値画像に対しても秘密画像を埋め込むためにいくつかの方法が提案されている。例えば、誤差拡散を用いた方法、ディザ法を用いた方法などがある。
【０００７】
また、例えば、特開２００３−５８８５６公報では、ＩＣチップやホログラムを有する媒体を用いて印刷物の偽造防止を行うことが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−５８８５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の方法によれば、秘密画像をカバー画像の一部分に埋め込む方法であり、その部分を切り取られることで用意に秘密画像が失われてしまうという問題があった。
【０００９】
また、画質への影響を考慮すると埋め込む情報量も少ないものとなってしまうという問題があった。
【００１０】
また、特開２００３−５８８５６公報では、ＩＣチップやホログラムを有する媒体を印刷物やカードに直接内蔵しているため、印刷物やカードの決まった位置にＩＣチップやホログラムを有する媒体を内蔵するための特定の領域が必要となり、また、内蔵されたＩＣチップやホログラムを容易に取り外せるという問題があった。
【００１１】
さらに、特開２００３−５８８５６公報では、印刷物やカードの全体にＩＣチップやホログラムを有する媒体を複数挿入することができない。
【００１２】
従って、本発明の目的は、保護する画像情報（秘密画像）を計算機ホログラムとし、ダミー画像（カバー画像）に計算機ホログラムを埋め込んで埋め込み画像を生成し、該埋め込み画像から秘密画像を再生することによって、画像情報（秘密画像）を保護することができる画像情報セキュリティ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の画像情報セキュリティ方法は、  画像情報を保護する画像情報セキュリティ方法であって、（Ａ）保護する対象となる秘密画像を用意し、（Ｂ）前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を埋め込むカバー画像を用意し、（Ｃ）前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を計算機ホログラムに合成し、（Ｄ）前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に埋め込んで、埋め込み画像を生成し、（Ｅ）前記ステップ（Ｄ）で生成した埋め込み画像から秘密画像を再生する、ことを特徴とする。
【００１４】
また、前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像をＬｏｈｍａｎｎ（ローマン）型ホログラムに合成する、ことができる。
【００１５】
また、前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像をＬｅｅ（リー）型ホログラムに合成する、ことができる。
【００１６】
また、前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を２値位相型ホログラムに合成する、ことができる。
【００１７】
また、前記ステップ（Ｃ）は、前記ステップ（Ａ）で用意した秘密画像を誤差拡散型ホログラムに合成する、ことができる。
【００１８】
さらに、前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に画素置換によって埋め込んで、埋め込み画像を生成する、ことができる。
【００１９】
また、前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に諧調値を用いて埋め込んで、埋め込み画像を生成する、ことができる。
【００２０】
また、前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像を複数の領域に分割し、分割した領域の複雑さを検出し、該複雑さが所定の閾値をこえた領域に、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを埋め込んで、埋め込み画像を生成し、前記ステップ（Ｅ）は、前記ステップ（Ｄ）で生成した埋め込み画像を複数の領域に分割し、分割した領域の複雑さを検出し、該複雑さが所定の閾値をこえた領域から秘密画像を再生する、ようにしてもよい。
【００２１】
または、前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｃ）で合成した計算機ホログラムを前記ステップ（Ｂ）で用意したカバー画像に組織的ディザを用いて埋め込んで、埋め込み画像を生成し、前記ステップ（Ｅ）は、前記ステップ（Ｄ）で生成した埋め込み画像から秘密画像を光学的に再生する、ようにすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の画像情報セキュリティ方法によれば、保護する画像情報（秘密画像）を計算機ホログラムとし、ダミー画像（カバー画像）に計算機ホログラムを埋め込んで埋め込み画像を生成し、該埋め込み画像から秘密画像を再生することによって、画像情報（秘密画像）を保護することができる。
【００２３】
また、著作権情報（秘密画像）を計算機ホログラムという形にすることで、悪意ある改ざん者が著作権情報を消去する目的で行われるような改変操作に対してロバスト性を有するようになる。また、３次元情報を透かしとして利用したい場合、それを計算機ホログラムにすることで２次元の形で表現できる。
【００２４】
また、計算機ホログラムは冗長性が高く、多少の劣化では情報が失われないこと、秘密画像が３次元的なものであっても計算機ホログラムの形にすれば２次元の形で表現できること、計算機ホログラムは再生という手続きをとらないと情報の内容を把握することができないので、情報漏洩という視点から見ると安全性に優れていること、および計算機ホログラムの形自体が複雑であるため、埋め込んだことを認知されにくいことにより、以下の攻撃耐性を有するものである。
【００２５】
＜１＞ノイズ混入による影響
埋め込み画像に対してノイズを混入させた影響については、埋め込み画像が２値画像であるために、ノイズの影響はまったくといってよいほど問題にはならない。
【００２６】
＜２＞ＪＰＥＧ圧縮による影響
ＪＰＥＧ圧縮を行った場合にでも、２値画像が正確に復元できるならば、埋め込み画像もＪＰＥＧ圧縮の影響を考える必要はない。
【００２７】
＜３＞メディアンフィルタによる影響
２値画像を対象にしているため、メディアンフィルタをかけたところで２値しかとり得ないので、２値画像にノイズが重畳された場合と同様に考えることができる。したがって、メディアンフィルタによる影響の場合も、攻撃耐性は強い。
【００２８】
＜４＞切り取り攻撃による影響
画像の一部を切り取る処理を行う切り取り攻撃を埋め込み画像に加えた場合（切り取り攻撃）の影響において、悪意ある改ざん者が、画像に埋め込まれた秘密情報を消去する目的で、埋め込み画像の一部を切り取る場合がある。電子透かしとして有効であるためには、画像が仮に切り取られたとしても、著作権情報が失われないということが求められている。計算機ホログラムを埋め込む本発明の方法では、秘密情報は画像全域に渡っており、しかも一部が欠落しても秘密情報が失われることがない。したがって、本発明の計算機ホログラムを埋め込む方法は切り取り攻撃に対して優れた耐性を持っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の画像情報セキュリティ方法の実施の形態を説明する。以下において、本発明の画像情報セキュリティ方法は、一般的なＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）で実行されることを具体的な一例として説明する。
【００３０】
図１は、本発明の画像情報セキュリティ方法の処理を示すフローチャートである。図１において、本発明の画像情報セキュリティ方法は、まず、保護する対象となる秘密画像を用意する（ステップ１０１）。このとき、秘密画像は、ＰＣで読み取り可能な画像であればどのような形式の画像でもよい。また、秘密画像の読み取は、ＰＣによるダウンロード、スキャナ読み取り、記憶媒体からの読み取りなど、どのように行ってもよい。
【００３１】
次に、ステップ１０１で用意した秘密画像を埋め込むカバー画像を用意する（ステップ１０２）。このカバー画像もステップ１０１の秘密画像と同様に用意することができる。
【００３２】
次に、ステップ１０１で用意した秘密画像を計算機ホログラムに合成する（ステップ１０３）。このステップ１０３の計算機ホログラムに合成する処理については、後に詳述する。
【００３３】
そして、ステップ１０３で合成した計算機ホログラムをステップ１０２で用意したカバー画像に埋め込んで（ステップ１０４）、埋め込み画像を生成する（ステップ１０５）。これにより、秘密画像を保護した画像が生成される。この、ステップ１０４，１０５の処理についても、後に詳述する。
【００３４】
最後に、ステップ１０５で生成した埋め込み画像から秘密画像を再生する（ステップ１０６）。これにより、秘密画像を取り出して、検証することができる。
【００３５】
ステップ１０３で秘密画像をＬｏｈｍａｎｎ（ローマン）型ホログラムに合成する方法について説明する。図２は、Ｌｏｈｍａｎｎ（ローマン）型のセルを示す図である。Ｌｏｈｍａｎｎ（ローマン）型ホログラムは、計算機ホログラム面において各サンプル点（ｍ、ｎ）を中心に一辺Δνのセルに分割する。図２のように各セルＳｍｎは表現したい振幅と位相に応じて矩形の小窓をあける。窓の幅ｃは任意の値であり、その高さＶｍｎは振幅の大きさに比例している。また窓の中心とセルの中心とののずれＰｍｎは位相に対応している。Ｖｍｎ、Ｐｍｎの値は以下の＜数１＞で決定できる。
【数１】
2006301334.tif 000003
上述において、各セルの幅Δνを４ドットとし、ＶｍｎとＰｍｎを４値に量子化した場合のＬｏｈｍａｎｎ（ローマン）型計算機ホログラム（図３（Ａ））と再生画像（図３（Ｂ））を図３に示す。図３（Ａ）の画像は、ステップ１０５によって完成されたＬｏｈｍａｎｎ（ローマン）型計算機ホログラムを示し、図３（Ｂ）の画像は、ステップ１０６によって再生された再生画像（秘密画像）を示す。
【００３６】
また、ステップ１０３で秘密画像をＬｅｅ（リー）型ホログラムに合成する方法について説明する。図４は、Ｌｅｅ（リー）型のセルを示す図である。Ｌｅｅ（リー）型ホログラムは、ホログラムの複素振幅分布を実部と虚部に分け、それらが正か負かによって開口の位置を決めるものである。図４のように、セル左端から正の実部、正の虚部、負の実部、負の虚部が割り当てられる。開口の大きさはそれぞれの成分に比例している。開口の大きさをＯｍｎとし、実部または虚部の値をＢｍｎとすれば、
【数２】
2006301334.tif 000004
となる。ここで、各セルの幅Δνは４ドットとした場合のＬｅｅ（リー）型計算機ホログラム（図５（Ａ））と再生画像（図５（Ｂ））を図５に示す。図５（Ａ）の画像は、ステップ１０５によって完成されたＬｅｅ（リー）型計算機ホログラムを示し、図５（Ｂ）の画像は、ステップ１０６によって再生された再生画像（秘密画像）を示す。
【００３７】
また、ステップ１０３で秘密画像を２値位相型ホログラムに合成する方法について説明する。位相型ホログラムは、振幅を１と考え、位相のみを階調表示したものである。これは一般的にはキノフォームと呼ばれる。ここでは簡単化のため、２値に位相量子化した計算機ホログラムを使用する。２値位相型ホログラムＨｍｎは、
【数３】
2006301334.tif 000005
とあらわせる。図６（Ａ）の画像は、ステップ１０５によって完成された２値位相型計算機ホログラムを示し、図６（Ｂ）の画像は、ステップ１０６によって再生された再生画像（秘密画像）を示す。
【００３８】
また、ステップ１０３で秘密画像を誤差拡散型ホログラムに合成する方法について説明する。図７は、誤差拡散法の概念を示す図である。誤差拡散型ホログラムは２値位相型ホログラムをバイナリーホログラムに量子化する際に誤差拡散法を適用する。２値化した値Ｈｍｎと実際の値Ｄｍｎとの誤差をＥｍｎとする。その値に合計が１となるような拡散係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを乗じ、周囲の４つのＤｍ＋１，ｎ、Ｄｍ＋１，ｎ＋１、Ｄｍ，ｎ＋１、Ｄｍ−１，ｎ＋１にそれぞれ加える。それをあらためてＤｍ＋１，ｎ、Ｄｍ＋１，ｎ＋１、Ｄｍ，ｎ＋１、Ｄｍ−１，ｎ＋１とおく。そして同じ操作をラスタ走査の順に繰りかえす。式であらわせば以下の通りになる。
【数４】
2006301334.tif 000006
図８（Ａ）の画像は、ステップ１０５によって完成された誤差拡散型計算機ホログラムを示し、図８（Ｂ）の画像は、ステップ１０６によって再生された再生画像（秘密画像）を示す。
【００３９】
次に、計算機ホログラムをステップ１０２で用意したカバー画像に埋め込んで、埋め込み画像を生成する方法（ステップ１０４，１０５）について説明する。
【００４０】
以下は、計算機ホログラムをカバー画像に画素置換によって埋め込んで、埋め込み画像を生成することについて説明する。
【００４１】
画素置換型における計算機ホログラム埋め込みの手順としては、計算機ホログラムを用いた画素置換型の電子透かし、ステガノグラフィの方法は通常の画素置換で情報を埋め込む場合と、違いはほとんどない。以下にその方法を示す。
【００４２】
＜埋め込み手順＞
埋め込みたい秘密画像を用意する（ステップ１０１）。その画像の計算機ホログラムを合成する（ステップ１０３）。この時、計算機ホログラムの種類は任意のものであり、上述で示した４種の計算機ホログラムを使用することができる。合成した計算機ホログラムを画素置換の方法で埋め込む（ステップ１０４）。すなわち、カバー画像のあるビットプレーンを計算機ホログラムと取り替える。
【００４３】
＜取り出し手順＞
秘密情報を取り出す際には、埋め込んだ位置のビットプレーンの情報を取り出し、それを計算機ホログラムと考え、再生の手続きをとる（ステップ１０６）。
【００４４】
図９は、画質の評価を示す図である。画質の評価であるＰＳＮＲの図９を見ると、埋め込むビットプレーンが上位であるほど、埋め込み後の画像の画質は劣化し、秘密画像が認知されやすくなることは計算機ホログラムを用いない通常の方法と同じである。しかし、上位のビットプレーンに埋め込んだ場合に秘密画像である「Ａ」の文字が画像上に現れる通常の方法に比べ、秘密画像が計算機ホログラムの形に変換されているために、直接どんな秘密画像が埋め込まれているかを認識されることがない。画質においてもＰＳＮＲを比べてみると、計算機ホログラムを埋め込む方法と通常の方法で大きな差はない。また、埋め込む計算機ホログラムの種類によっても画質に対しての影響は同程度であると考えられる。ただし、上位のビットプレーンに埋め込んだ場合、Ｌｏｈｍａｎｎ（ローマン）型、Ｌｅｅ（リー）型、２値位相型で特徴的な模様が現れる。誤差拡散型では特徴的な模様は現れない。これは誤差拡散型では複雑さが高いため、意味ある形状がみうけられないことによる。したがって、通常の方法より、秘密情報を計算機ホログラムとして埋め込んだ方がよく、また計算機ホログラムは誤差拡散型が適していると思われる。
【００４５】
次に、計算機ホログラムをカバー画像に諧調値を用いて埋め込んで、埋め込み画像を生成することについて説明する。
【００４６】
＜埋め込み手順＞
階調値を用いた計算機ホログラムの埋め込みとして、画素置換型と同様に階調値を用いた方法でも計算機ホログラムを用いることができる。埋め込みは通常の階調値を用いた方法と同じだが、はじめに秘密画像を計算機ホログラムの形にする。すなわち、「秘密画像計算機ホログラム＋カバー画像」で埋め込み画像を生成する。
【００４７】
＜取り出し手順＞
秘密画像を取り出すときには、埋め込み画像から、カバー画像を減算「埋め込み画像−カバー画像」することで秘密画像計算機ホログラムを復元し、それを再生する。
【００４８】
図１０は、画質の評価（ＰＳＮＲ）を示す図である。図１０において、どの計算機ホログラムを用いても埋め込み強度が高ければ高いほど、画質は下がってゆく点は計算機ホログラムを用いない通常の場合と同じである。ただし、仮に高い強度で埋め込んだとしても、通常の場合のようにカバー画像上に秘密情報が直接現れてしまうようなことはない。これは秘密情報を計算機ホログラムの形に変換してあるので、一見しただけではどんな秘密情報が埋め込まれているのかわからないという利点がある。埋め込む計算機ホログラムの違いによる画質への影響を考えると、位相型、誤差拡散型で画質が低い。これは計算機ホログラムの開口である白部分が多いために、原理的に画質がＬｏｈｍａｎｎ（ローマン）型、Ｌｅｅ（リー）型よりも低くなってしまうためである。しかし、画像へあらわれる模様を見てみると、画素置換型以上にＬｏｈｍａｎｎ（ローマン）型、Ｌｅｅ（リー）型、２値位相型は計算機ホログラムの特徴的な模様がカバー画像上に現れてしまい、不自然な印象を受ける。一方、誤差拡散型は多少カバー画像がざらついた質感になってしまうものの、複雑性が高いため特徴的な模様は現れることはない。また、画素置換型と比べた場合、ＰＳＮＲは階調値変化型の方が低いものの、ある画素とその近傍画素との変化が滑らかである。画素置換型はあるビットプレーン全体を変化させてしまうので、ある画素とその近傍の画素が一様な階調値になってしまい滑らかさが失われている。その点で階調値変化型の方が秘密情報の埋め込みには適しているといえる。
【００４９】
次に、複雑さを用いた計算機ホログラムの埋め込みについて説明する。上述で示したように複雑さが高い画像ほど人間が認識できるような形状の情報が存在しない。したがって、複雑性の高い画像領域をそれとは別の形状をした複雑性の高い画像と交換しても人間は認識できない。このことを利用して情報を埋め込むことができる。画素置換型の情報埋め込みでは、あるビットプレーンをそのまま埋め込みたい情報と入れ替えることで実現した。また階調値を用いた方法では濃淡画像を透かし情報にしたがって階調値を変化させることで実現した。しかし、これらの方法では埋め込める情報は画像のビットプレーンのサイズに依存しており、多くの情報を埋め込むことはできない。ここで複雑さαに注目して情報を埋め込む方法を提案する。すなわち、各ビットプレーンにおいてその複雑性を調べ、それが複雑だと認められるような一定の複雑さを持つ領域を秘密情報と入れ替える。ここで秘密情報は一定以上の複雑さをもつような形に変換しておく。
【００５０】
図１１は、画像の各ビットプレーンの複雑さαを示す図である。図１２は、複雑さαと埋め込める画素数の関係を示す図である。この方法によれば、最下位の複雑性の高いビットプレーンだけでなく、上位のビットプレーンでも複雑性が高ければ情報を埋め込むことができる。こうすることで各ビットプレーンすべてにわたって情報を埋め込むことができるので、画素置換型や階調値変化型の埋め込みに比べて、埋め込むことのできる情報量が増大する。従来の複雑性を用いた方法では上述したように埋め込むための秘密情報は一定以上の複雑さをもたないといけないが、任意の画像が一定以上の複雑さを有しているとは限らないので、コンジュゲート演算などの処理が必要であり、情報を取り出す際にも、逆コンジュゲート演算をせねばならず、操作が煩雑となる。そこで埋め込み情報をホログラムの形にすることを考える。上述で示したように、計算機ホログラムはコンジュゲート演算をしても再生の際に逆演算をする必要がない。また誤差拡散型ホログラムはもともと非常に高い複雑性を持っている。したがって、秘密情報を計算機ホログラムの形にしておくことで、ある画像の複雑な領域と計算機ホログラムを入れ替えて情報を埋め込むことができ、逆コンジュゲート演算処理などを省くことが可能となる。以下に複雑さを用いた計算機ホログラムの埋め込み方法の手順を示す。
【００５１】
＜埋め込み手順＞
濃淡画像の各ビットプレーンの複雑さを調べる。以下では、各ビットプレーンを８×８のブロックに分け、その領域における複雑さを調べることを例にする。まず、各ブロックの複雑さが一定の閾値をこえた場合、その部分を計算機ホログラムと置き換える。複雑さの閾値は各画像によって異なるが、ノイズ領域とみなせる複雑さの値はおおむね０．５前後である。画像によって、画質に影響のない閾値を見つける必要がある。計算機ホログラムの方でも、複雑さの閾値を超えている必要があるので、閾値を超えていない場合にはコンジュゲート演算を行う。誤差拡散型の場合では複雑さは０．７に近いため、統計的にそのまま埋め込むことが可能であると考えられる。したがって埋め込む際には誤差拡散型が適していると考えられる。
【００５２】
＜取り出し手順＞
情報を取り出す場合は、各ビットプレーンで上記の閾値以上の領域を取り出して、元の計算機ホログラムを構成する。
【００５３】
上述した画素置換型、階調値変化型では画像と同じサイズの計算機ホログラムしか埋め込むことができなかった。しかし、複雑さを用いた場合、各ビット面で一定の閾値以上の複雑さがあれば、計算機ホログラムを埋め込むことができる。実際には画像サイズの２倍の大きさをもつ計算機ホログラムを埋め込むことができる。どの程度の量の秘密情報が埋め込み可能であるかは用いるカバー画像による。画質への影響をみると、埋め込み量が多いほど画質は劣化していく。また、閾値を下げると当然埋め込み量は多くなるが画質は下がってゆく。実験によると、おおむね自然画像であれば、画像サイズの２倍以上のホログラムを埋め込むことができる。計算機ホログラムであるので、３次元の情報も２次元の形で埋め込むことができる。また、３次元のホログラムとした場合、奥行きの情報を鍵情報とすることでステガノグラフィとしての安全性を高めることもできる。
【００５４】
次に、各種の改変操作に強い耐性をもつような擬似中間調処理における秘密画像の埋め込み方法について説明する。これは秘密画像を計算機ホログラムの形に変換し、その形状によって組織的ディザ法のディザ行列を変化させることで、ホログラムを画像全体に埋め込むものである。この方法によって、回転や切り取りなどの改変操作によっても影響を受けないような情報の埋め込みができる。またハードコピー化しても、光学的なホログラムの再生処理により透かし情報を取り出すことができる。以下ではその具体的な方法について述べる。
【００５５】
以下、組織的ディザ法の原理について説明する。組織的ディザ法とは、２値に量子化する際の閾値を画素ごとに変化させ、擬似的に濃淡画像の表現をする方法である。組織的ディザ法ではＮ×Ｎのディザ行列と呼ばれる閾値行列を入力画像に重ね合わせ、ディザ行列の要素を閾値として対応する画素を２値化する。白と黒の２階調表現であるので画素単位では濃淡表示ができないが、画像全体としては視覚の積分効果によりあたかも濃淡が表示されているように知覚できる。ディザ行列にはいくつか種類があるが、以下ではＢａｙｅｒ型、網点型、魔方陣型の３種類のディザ行列を用いる。
【００５６】
図１３は、組織的ディザ法の模式図である。図１４は、３種のディザ行列の具体的な値と擬似濃淡表示をした画像を示す図である。
【００５７】
以下、組織的ディザ法におけるホログラムの埋め込み方法について説明する。ここでは組織的ディザ法を用いたホログラムの埋め込み方法を具体的に示す。
【００５８】
＜手順１＞
組織的ディザ法を用いるために、カバー画像を１６階調に量子化する。（ここでは４×４のディザ行列を用いるために１６階調とした。）その画像を４×４のブロックに分割する。
【００５９】
＜手順２＞
上述の計算機ホログラムの合成法に従って、秘密画像を計算機ホログラムの形に変換する。ここで計算機ホログラムは２階調表示するものとする。計算機ホログラムの種類はどんなものでもよいが、埋め込んだときの影響を考えると、複雑度が高い誤差拡散型やコンジュゲート演算を行った２階調の位相型が適している。また計算機ホログラムのサイズはカバー画像を４×４で分割した際のブロック数に等しくする。例えば２５６×２５６サイズのカバー画像の場合、６４×６４サイズのホログラムを用いる。これはホログラムの各画素を４×４で分割した１６階調のカバー画像の各ブロックに対応させるためである。すなわち、ホログラムの左上の画素は、入力画像の左上のブロックに対応していると考える。
【００６０】
＜手順３＞
２種類のディザ行列を用意する。これらのディザ行列はどんなものでもよいが、使う行列の組み合わせによって、秘密画像の計算機ホログラムを埋め込んだ際の画質にも影響が出てくる。ここでは便宜上、Ｄ１とＤ０という二種類のディザ行列を用いたと仮定する。
【００６１】
＜手順４＞
１６階調のカバー画像の１ブロックをとりだし、それに対応するホログラムの輝度レベルを調べる。もし対応するホログラムの画素が１（白）だったら、ディザ行列Ｄ１を用いる。０（黒）だった場合にはディザ行列Ｄ０を用いる。使用するディザ行列が決まったら、それを用いて、入力画像のブロックにおける各画素の輝度レベルが、対応するディザ行列の閾値を超えているのならば１を出力し、閾値よりも下ならば０を出力する（図１５参照）。
【００６２】
以上の手順を各ブロックごとに繰り返すことで、計算機ホログラムの情報を埋め込んだ組織的ディザ法による擬似濃淡表示をした画像が合成される。
【００６３】
秘密画像を取り出す際は、埋め込み画像をフーリエ変換型のホログラムと考え、フーリエ変換を行う。そして、得られた複素振幅分布の大きさを濃淡表示することで埋め込んだ秘密画像（秘密画像の計算機ホログラムの再生像）を取り出すことができる。
【００６４】
本手法ではディザ行列を２種類用いるが、ディザ行列の組み合わせ方によって、得られる出力画像の画質やテクスチャ、再生像の画質などが異なる。ここでは様々なディザ行列の組み合わせでどういった画像が得られるかを比較した。図１６および図１７にディザ行列の組み合わせを示す。ここでのタイトルはディザ行列の組み合わせの名前である。表中のＤ１とＤ０は上記で示したようにホログラムが１（白）の場合と０（黒）の場合に用いるディザ行列である。
【００６５】
２つのディザ行列を用いることで各ブロック間に微小な形状の誤差を生じさせ、それによってホログラムを埋め込んでいるために、大きく異なるディザ行列では、ホログラムの形状が強く現れ、似たディザ行列では弱く現れることになる。したがって、２種類の行列が近ければ近いほど画質は向上する。
【００６６】
次に、埋め込み情報の光学的な再生について説明する。ディザ法によって擬似濃淡表示された画像自体がホログラムの形を内部に保有しているので、計算機上でディジタル処理を行うことなく通常の計算機ホログラムと同じように光学的に再生することで秘密画像を確認することができる。すなわち、埋め込み画像自体をフーリエ変換型のホログラムと考え、それにレーザ等で再生光を照射すれば、光の回折現象により秘密画像が再生される。
【００６７】
図１８は、ホログラムの再生光学系の一例を示す図である。この図１８において、光源である光学系レーザのＨｅ−Ｎｅレーザ１と、ビームエクスパンダ２と、２つのレンズ３を用いて、２つのレンズ３の間に計算機ホログラム４を設置することによって、焦平面５に再生画像（再生像）が出力される。すなわち、埋め込み画像を計算機ホログラム４として再生するために、画像を写真で撮影し、フィルムの大きさに縮小してから再生を行う。これはレーザ１で再生するためである。作成したフィルムをレーザ１で照射し、レンズ焦点面（焦平面）５にビデオカメラを設置し再生像を観測する。レーザにはヘリウム−ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ１を用い、焦点距離ｆ＝４００［ｍｍ］のレンズ３を用いる。秘密画像の計算機ホログラム４には誤差拡散型のホログラムを用い、図１７で示した網点型（１）のディザ行列を用いてホログラムを埋め込んでいる。
【００６８】
以上、本発明の画像情報セキュリティ方法について述べたが、本発明をＩＤカードや電子キーに適用することができる。また、紙幣や有価証券などの透かしや番号に経起用することもできる。従来のＩＣカードでは、傷や破損などにより埋め込まれた秘密情報が使用できなくなるが、本発明の場合、複数の箇所に埋め込み可能なため、傷や破損に強い耐性がある。また、著作物に秘密画像を埋め込んで埋め込み画像を作成すると、その埋め込み画像（著作物）をコピーした場合、秘密画像もコピーされるため、著作物の不正コピーを容易に証明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の画像情報セキュリティ方法の処理を示すフローチャートである。
【図２】Ｌｏｈｍａｎｎ（ローマン）型のセルを示す図である。
【図３】（Ａ）Ｌｏｈｍａｎｎ（ローマン）型計算機ホログラムと（Ｂ）再生画像を示す図である。
【図４】Ｌｅｅ（リー）型のセルを示す図である。
【図５】（Ａ）Ｌｅｅ（リー）型計算機ホログラムと（Ｂ）再生画像を示す図である。
【図６】（Ａ）２値位相型計算機ホログラムと（Ｂ）再生画像を示す図である。
【図７】誤差拡散法の概念を示す図である。
【図８】（Ａ）誤差拡散型計算機ホログラムと（Ｂ）再生画像を示す図である。
【図９】画質の評価（ＰＳＮＲ）を示す図である。
【図１０】画質の評価（ＰＳＮＲ）を示す図である。
【図１１】画像の各ビットプレーンの複雑さαを示す図である。
【図１２】複雑さαと埋め込める画素数の関係を示す図である。
【図１３】組織的ディザ法の模式図である。
【図１４】図１４は、３種のディザ行列の具体的な値と擬似濃淡表示をした画像を示す図である。
【図１５】計算機ホログラムによるディザ行列の決定を示す図である。
【図１６】ディザ行列の組み合わせを示す図である。
【図１７】ディザ行列の組み合わせを示す図である。
【図１８】ホログラムの再生光学系の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  Ｈｅ−Ｎｅレーザ
２  ビームエクスパンダ
３  レンズ
４  計算機ホログラム
５  焦平面（再生像）
【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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