(57)【要約】【課題】埋め込み済画像を出力装置で出力し、それを入力装置でキャプチャした画像からツブレの影響を受けず電子透かしの読み出しができるようにする。【解決手段】色票を出力装置で出力し、その色票画像を入力装置でキャプチャし、表現可能な最小輝度ｌと最大輝度ｈを求める。電子透かしの輝度変調最大強度±ｍから、輝度圧縮の目標最小輝度Ｌ＝ｌ＋ｍ、最大輝度Ｈ＝ｈ−ｍを定める。例えば、圧縮関数ｆ（ｘ）としてｆ（ｘ）＝（Ｈ−Ｌ）ｘａ＋Ｌを用い、ａの値を変化させて元画像に輝度圧縮をかけ、画質評価値を最適にするａの値を求める。求めたａの値を適用したｆ（ｘ）で改めて元画像を輝度圧縮し、得られた圧縮画像に電子透かしを埋め込む。結果として輝度範囲がＬ〜Ｈに抑えられた電子透かし埋め込み済画像が得られる。【選択図】図１６
2006050272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法であって、
輝度がデジタル的表現可能な最小値から最大値まで徐々に円周方向に変化する円環状の帯を配した色票を出力装置で出力し、前記出力された色票画像を入力装置でキャップチャしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータ上の輝度の最小値と最大値を取得して、前記出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能な最小輝度ｌと最大輝度ｈを求めるステップと、
電子透かしの輝度変調最大強度を±ｍとして、電子透かし埋め込みを考慮した圧縮後の画像輝度の最小値Ｌ＝ｌ＋ｍ，最大値Ｈ＝ｈ−ｍを求めるステップと、
以下の条件
【数１】
2006050272.tif 000005
ただし、ｘｍｉｎは原画像の輝度最小値
ｘｍａｘは原画像の輝度最大値
を満たす圧縮関数ｆ（ｘ）にて電子透かし対象の元画像の輝度を圧縮して、圧縮後の画像の輝度分布をＬとＨの間に押えるステップと、
を有することを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画像圧縮方法において、
元画像と圧縮後画像の同一位置画素２点の輝度差の画像全体に対する積分が最小になるように圧縮関数ｆ（ｘ）を定めることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項３】
請求項２に記載の画像圧縮方法において、
元画像と圧縮後画像の輝度差として、元画像と圧縮後画像の輝度を１／３乗した値の差分を用いることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項４】
請求項１に記載の画像圧縮方法において、
元画像の任意２点間の輝度差Δｘと、圧縮後画像の対応する２点間の輝度差Δｘｃの比Δｘｃ／Δｘの画像内での変動を表わす標準偏差値が最小になるように圧縮関数ｆ（ｘ）を定めることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項５】
請求項１に記載の画像圧縮方法において、
元画像と圧縮後画像の同一位置画素２点間の輝度差ｅの画像全体に対する積分値Ｅと、元画像の任意２点間の輝度差Δｘと圧縮後画像の対応する２点の輝度差Δｘｃの比のΔｘｃ／Δｘ変動を表す標準偏差値Ｄとの任意係数の線形結合が最小になるように圧縮関数ｆ（ｘ）を定めることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項６】
請求項１に記載の画像圧縮方法において、
圧縮関数ｆ（ｘ）として
【数２】
2006050272.tif 000006
を用いることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項７】
請求項６に記載の画像圧縮方法において、
元画像と圧縮後画像の同一位置画素２点の輝度差の画像全体に対する積分が最小になるようにａの値を定めることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項８】
請求項７に記載の画像圧縮方法において、
元画像と圧縮後の画像の輝度差として、元画像と圧縮後画像の輝度を１／３乗した値の差分を用いることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項９】
請求項６に記載の画像圧縮方法において、
元画像の任意２点間の輝度差Δｘと、圧縮後画像の対応する２点間の輝度差Δｘｃの比Δｘｃ／Δｘの画像内での変動を表わす標準偏差値が最小になるようにａの値を定めることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の画像圧縮方法において、
元画像と圧縮後画像の同一位置画素２点間の輝度差ｅの画像全体に対する積分値Ｅと、元画像の任意２点間の輝度差△ｘと圧縮後画像の対応する２点間の輝度差Δｘｃの比Δｘｃ／Δｘの変動を表す標準偏差値Ｄとの任意係数の線形結合が最小になるようにａの値を定めることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項１１】
画像の画素に微小輝度変調を加えることにより情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法において、
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の画像圧縮方法で元画像の圧縮を行い、圧縮後の画像に対して輝度変調を用いて電子透かしを埋め込むことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の画像圧縮方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の電子透かし埋め込み方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子透かし埋め込みに係り、特に電子透かし埋め込みのための画像圧縮技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像の画素に微小輝度変調を加えることにより情報を埋め込む電子透かし埋め込み方式がある（例えば、非特許文献１参照）。この場合、従来技術では、電子透かしの埋め込まれたデジタル画像を生成し、このデジタル画像から透かし情報を読み取るような、電子透かし埋め込みから読み取りまで全てデジタルデータ処理で完結する場合も、電子透かしの埋め込まれたデジタル画像を印刷や画面表示などアナログ出力し、この電子透かし入りアナログ画像をカメラなどで撮影してキャプチャし、該キャプチャした画像から透かし情報を読み取るような、途中にアナログ的データ変換が入る場合も、電子透かしの埋め込み自体は同じ方法により行っていた。
【０００３】
【非特許文献１】松井甲子雄著、１９９８年、森北出版、ＩＳＢＮ４−６２７−８２５５１−Ｘ「電子透かしの基礎」、“３．１画素置換型の電子透かし”ｐ３８〜ｐ４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
透かし入り印刷物あるいは透かし画像を表示したディスプレイ装置から、カメラなどを使って画像を撮影し、電子透かしを読み取る場合、従来技術では、電子透かし埋め込み直後のデジタル画像データでは表現されていた透かし変調による微小輝度変化が、印刷過程や表示過程、あるいはカメラ撮影過程で減衰してツブレてしまい、透かし読み出しに失敗してしまうことがあった。
【０００５】
本発明は、途中にアナログ的データ変換が入る場合も、キャプチャ画像からツブレの影響を受けずに電子透かしを正しく読み出すことが可能となる、電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法および電子透かし埋め込み方法、並びにそのプログラム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】
【０００６】
画像をデジタルデータで表現する場合、画素毎のＲＧＢ値（例えば、０≦Ｒ，Ｇ，Ｂ≦２５５）で表現することが一般的である。またＲＧＢを規定の変換式で変換して得られるＹＣｂＣｒ、ＹＵＶ、ＸＹＺでの表現も用いられる。これらは相互に可逆変換である。電子透かしを輝度変調により埋め込む場合は、例えば、画像データをＹＵＶに変換し、輝度成分Ｙに電子透かしによる変調を加え、電子透かし埋め込み済画像を得る。必要があれば、その後、ＲＧＢなどの表現形式に変換する。
【０００７】
透かし埋め込み済画像データを印刷機器やディスプレイ等の出力装置で出力すると、画像データは出力装置固有の色空間に合わせて変換され、表現できない色は色空間内の最も近い色に丸められる。また、出力装置の画像をカメラやスキャナ等の入力装置でキャプチャすると、ここでも入力装置固有の色空間への変換が行われ、表現できない色の丸めが発生する。結果として、出力装置で出力した透かし埋め込み済画像を入力装置でキャプチャして得た画像データは、埋め込み直後に比べてデータが変換されており、特に色空間の周辺部分でのデータの変換度合いが大きい。以降、出力装置と入力装置とからなる系での画像データの変換をアナログ変換と呼ぶことにする。
【０００８】
輝度変調により電子透かしを埋め込む方式は、アナログ変換による色味の変化にはあまり影響を受けないが、輝度の変化には大きく影響を受ける。特に画像中の黒い部分や白い部分、つまり色空間での周辺部分に当たる部分では影響を受けやすく、この部分に電子透かしを埋め込んだ場合、埋め込み直後のデジタル画像データ上では表現されていた輝度の微小変化が、出力装置と入力装置を経るにつれ減少し、透かし読み出し時には変化が消失してしまい、透かしが読み出せないことがある。いわゆる黒や白の「つぶれ」と呼ばれる現象である。
【０００９】
電子透かしが「つぶれ」の影響を受けないためには、画像中のつぶれそうな箇所には透かしを埋め込まない方法と、画像を透かし埋め込み前に輝度圧縮し、アナログ変換を行ってもつぶれが生じないようにする方法が考えられる。しかし、前者では画像により透かしを埋め込める面積が異なり、画像によっては透かしが全く埋め込めない状況も生じるので好ましくない。したがって、本発明では後者の方法を用いる。
【００１０】
（１）輝度圧縮の程度決定
輝度圧縮の程度を定めるには、アナログ変換により失われる、つまり「つぶれ」の生じる輝度の範囲を予め知っておく必要がある。アナログ変換は装置固有の性質であるから、使用する装置毎に、その特性を測定する必要がある。本発明では基準色票として図１に示すものを用意する。図１において、円環状の帯１１は、デジタルデータで表現できる輝度の最小値から最大値までを円周方向に徐々に変化させたデータから成っている。円環状である理由は、本色票１０をカメラで撮影した場合、写真の中心部ではより明るく写り、周辺部では暗く写るコサイン４乗則の影響を受けないためである。円環状帯の背景１２は正方形かつ中間調の灰色とする。正方形である理由は撮影後に逆射影変換をし易くするためであり、中間調の灰色である理由はカメラのオートホワイトバランスによる影響を最小にするためである。
【００１１】
本色票１０を対象出力装置である印刷機器で印刷するか、ディスプレイで表示しておく。次に、印刷あるいは表示された色票画像を対象入力装置であるカメラかスキャナによりキャプチャする。カメラで写した場合は、画像は射影変換を受けているので、外側の正方形の四隅を手がかりに逆射影変換を施し、色票１０のオリジナルデータ（色票データ）と同じ形状に戻す。スキャナの場合はアフィン変換を受けているので、同じく正方形の四隅を手がかりに逆アフィン変換を施し、オリジナルデータ形状に戻す。次に、色票１０の円環状帯部の画素毎の輝度をキャプチャデータとオリジナルデータからそれぞれ取得し、円環状帯部の輝度の最小値と最大値を求めて、出力装置と入力装置の両方を経た場合のオリジナルデータの表現可能な最小輝度ｌと最大輝度ｈを得る。
【００１２】
キャプチャデータの輝度を縦軸に、オリジナルデータの輝度を横軸にプロットした例が図２である。図２ではオリジナルデータのｌ以下の輝度範囲とｈ以上の輝度範囲がキャプチャデータでは表現できておらず、この範囲の画像は「つぶれ」てしまうことが分かる。ここでは説明のためにグラフを用いたが、実際はｌとｈを求めるにはグラフを作成する必要はなく、キャプチャデータの円環状帯部の輝度の最小値と最大値を求め、対応するオリジナルデータ値を得るのみで足りる。
【００１３】
ｌとｈは、それぞれ圧縮後の画像が表現できる最小輝度と最大輝度を意味し、圧縮後の画像の輝度がｌとｈの間におさまるように画像を圧縮すれば「つぶれ」は生じない。電子透かしの輝度変調最大強度を±ｍと仮定した場合、電子透かしを埋め込む場合は各画素の輝度は埋め込み前に比べ最大で±ｍ変動する可能性があるので、電子透かし埋め込みを考慮した圧縮後の画像輝度の最小値はＬ＝ｌ＋ｍとなり、最大値はＨ＝ｈ−ｍとなる。
【００１４】
（２）輝度圧縮関数
元画像を輝度範囲ＬからＨとなるように圧縮する圧縮関数ｆ（ｘ）はいくつものバリエーションがあり、以下の式（１）を満足することが必要条件である。
【００１５】
【数３】
2006050272.tif 000003
ただし、ｘｍｉｎは原画像の輝度最小値
ｘｍａｘは原画像の輝度最大値
ｆ（ｘ）の条件を図示すると図３のようになり、Ｌ点とＨ点を通り微分値が負にならない関数であることが条件である。微分値が負になるのを禁じているのは、元画像と圧縮後画像で２点間の輝度の大小が逆転する場合を除外するためである。
【００１６】
（３）輝度圧縮関数の評価
上記式（１）の条件を満たす輝度圧縮関数ｆ（ｘ）はバリエーションはあるが、元画像を輝度範囲ＬからＨとなるように圧縮する点では同じなので、埋め込んだ透かしがつぶれること無く保存されるかの観点ではいずれの関数を用いても性能は同等である。しかしながら、画像の品質の観点ではｆ（ｘ）の選び方により性能は大きく異なる。輝度圧縮では元画像に何らかの改変を加えるため、品質が全く低下しないことは難しいが、品質低下は最小限に抑えることが望ましい。ｆ（ｘ）のバリエーションの中から品質低下の小さいものを選ぶために次の３つの評価基準を用いる。
【００１７】
（ａ）単純輝度差
元画像と圧縮後画像の同一位置画素２点間の輝度差を求め、画像全体での輝度差の総和が小さいほど、圧縮による品質の低下が少ないとする。
【００１８】
（ｂ）均等色空間色差
元画像と圧縮後画像の同一位置画素２点間の知覚的相違を色差と呼び、画像全体での色差の総和が小さいほど、圧縮による品質の低下が少ないとする。色差を定量的に表わす方法として、国際照明委員会（ＣＩＥ）により勧告されたＣＩＥＬＡＢ色空間あるいはＣＩＥＬＵＶ色空間でプロットした２つの画素のユークリッド距離を用いる方法が一般的である。しかしながら、ＣＩＥＬＡＢ色空間、ＣＩＥＬＵＶ色空間とも数式の単純さを求めたため、色差を正確に表すには不十分である。そこで、元画像と圧縮後画像では輝度のみが異なる点と、ＣＩＥＬＡＢ色空間もＣＩＥＬＵＶ色空間も視覚の１／３乗則（人間の感じる視覚強度は、視覚刺激の１／３乗に比例する）に基づいて実験的に求めたものである点を考慮して、色差として２点の輝度をそれぞれ１／３乗したものの差を用いる。
【００１９】
（ｃ）局所圧縮率
元画像内の任意２点間の輝度差Δｘと圧縮後画像の対応する２点の輝度差Δｘｃの比Δｘｃ／Δｘ（これを局所圧縮率と呼ぶ）が零に近い場合には、元画像では存在した濃淡が、圧縮後画像では減衰あるいは消失してしまい好ましくない。これも一種の「つぶれ」である。圧縮をする以上、局所圧縮率が小さい値になることは止むを得ないが、画像の一部分であってもこれが零に近づかないよう制御することが「つぶれ」を防ぐために必要である。圧縮後の輝度範囲はＬとＨで抑えられているため、局所圧縮率の最小値が零に近づかないようにするためには、局所圧縮率の画像内の変動を小さくすれば良い。したがって局所圧縮率の変動を表す標準偏差を評価基準として用いる。
【００２０】
（４）最適輝度圧縮関数の決定
上記の３つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になる輝度圧縮関数ｆ（ｘ）を決定する。本発明では次の二つの方法のいずれかを用いる。
【００２１】
第一の方法は、先の式（１）の条件を満たすのいくつかの圧縮関数ｆ（ｘ）をあらかじめ用意して、上記の３つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になるｆ（ｘ）を選択するものである。
【００２２】
第二の方法は、圧縮関数として次の式（２）を用い、上記の３つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になるようなａの値を決定するものである。
【００２３】
【数４】
2006050272.tif 000004
ここで、上記式（２）で表わされるｆ（ｘ）は任意のａにおいて先の式（１）を満たすので、輝度圧縮関数としての働きはａの値によらず同等である。したがって、画像の品質劣化が最小になるようにａの値を自由に選ぶことができる。式（２）の圧縮関数は調整変数がａのみなので、調整が容易である特徴がある。上記の３つの評価基準とその組み合わせを用いて品質が最良になるようａを選択すればよい。なお、いずれの評価基準を用いる場合も、元画像の絵柄によって最適なａは微妙に異なるため、任意画像に対してほぼ十分な画像品質を与えるａをひとつ選んでも良いし、画像毎に最適なａを選んでもよい。
【００２４】
（５）  電子透かし埋め込み
上記のようにして決定した圧縮関数ｆ（ｘ）にて元画像の輝度を圧縮し、圧縮後の画像に対して輝度変調を用いて電子透かしを埋め込む。ここで、輝度変調方式の電子透かしにより埋め込み前に比べ、埋め込み後画像の各画素の輝度値が最大±ｍ変動するとする。また、使用する装置のアナログ変換により再現可能な輝度範囲がｌ〜ｈであることはあらかじめ得られているとする。すると、Ｌ＝１＋ｍ，Ｈ＝ｈ−ｍとして、透かし埋め込み前に元画像の輝度範囲を輝度圧縮によりＬ〜Ｈに押さえることにより、透かし埋め込み後の画像が輝度範囲ｌ〜ｈを超えることはなく、アナログ変換による「つぶれ」が透かしに悪影響を与えることが抑制できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、電子透かしを画像に埋め込むにあたり、予めツブレが生じないように画像を輝度圧縮し、圧縮後画像に対して透かし情報を埋め込むようにするため、電子透かし埋め込み済画像を出力装置で出力したものをアナログ入力装置でキャプチャしたときに、各装置の特性により大輝度部分や小輝度部分が消失した場合でもツブレを生じることはなく、キャプチャ画像からツプレの影響を受けずに電子透かしを正しく読み出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図４に、本発明による電子透かし埋め込みのための画像圧縮方法および電子透かし埋め込み方法の全体の処理の流れを示す。まず、色票を用いて出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能最小輝度ｌと表現可能最大輝度ｈを求める（Ｓ１１０）。次に、電子透かし輝度変調最大強度を±ｍとして、輝度圧縮の最小輝度Ｌ、最大輝度Ｈを、Ｌ＝ｌ＋ｍ，Ｈ＝ｈ−ｍと定めて（Ｓ１２０）、画質評価値が最良になる圧縮関数（輝度圧縮関数）ｆ（ｘ）を求める（Ｓ１３０）。次に、この求めた圧縮関数ｆ（ｘ）を用いて、圧縮後の輝度分布がＬとＨの間に押えられるように元画像を輝度圧縮する（Ｓ１４０）。そして、この圧縮後の画像に対して輝度変調を用いて電子透かしを埋め込む（Ｓ１５０）。以下では、本発明の特徴とするステップＳ１１０，Ｓ１３０の処理について、その実施例を説明する。
【００２７】
＜アナログ変換特性測定＞
図５に、任意出力装置と任意入力装置のアナログ変換における表現可能最小輝度ｌと表現可能最大輝度ｈを求める一実施例のフローチャートを示す。まず、図１の色票を対象出力装置で出力する（Ｓ２０１）。次に、出力された色票画像を対象入力装置であるカメラやスキャナによりキャプチャし、画像圧縮処理や電子透かし埋め込み処理装置（パソコン、その他）の入力とする（Ｓ２０２）。ステップＳ２０３以降は処理装置内での処理となる。もし、カメラで写した場合は、画像は射影変換を受けているので、色票画像の外側灰色部の正方形の四隅を手がかりに逆射影変換を施し、色票のオリジナルデータと同じ形状に戻す（Ｓ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０５）。カメラでなくスキャナの場合は、アフィン変換を受けているので、同じく正方形の四隅を手がかりに逆アフィン変換を施し、オリジナルデータ形状に戻す（Ｓ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０６）。オリジナルデータ形状と同じ形状のキャプチャデータが得られたら、円環状帯部の帯幅の中心位置の画素輝度を円周方向にキャプチャデータから取得し、それらの最小値と最大値を求め（Ｓ２０７）、出力装置と入力装置の両方を経た場合の表現可能最小輝度ｌと表現可能最大輝度ｈを得る（Ｓ２０８）。すなわち、図２に示したように、最小値位置に対応する位置のオリジナルデータ値がｌであり、最大値位置に対応する位置のオリジナルデータ値がｈである。
【００２８】
＜最適圧縮関数計算＞
先の３つの評価基準（単純輝度差、均等空間色差、局所圧縮率）、あるいはこれらの組み合わせを用いて品質が最良になる圧縮関数ｆ（ｘ）を得る。以下にいくつかの実施例を示す。
【００２９】
図６は、先の式（１）の条件を満たす任意の圧縮関数ｆ（ｘ）のバリエーションの中から、評価基準として単純輝度差を利用して画質評価値が最良の圧縮関数ｆ（ｘ）を決定する実施例示す処理フローチャートである。まず、式（１）の条件を満たす任意の圧縮関数ｆ（ｘ）のいくつかのバリエーションの中から一つの圧縮関数ｆ（ｘ）を選択し（Ｓ３０１）、該選択した圧縮関数ｆ（ｘ）で元画像を圧縮して圧縮後画像を生成する（Ｓ３０２）。次に、元画像と圧縮後画像の同一位置画素（ピクセル）間の輝度差を画像全体（全ピクセル）について求めて積分する（Ｓ３０３）。つまり、元画像と圧縮後画像の画像全体での輝度差の総和を計算する。そして、この輝度差の総和（積分値）を統計等によりあらかじめ定めた閾値と比較し（Ｓ３０４）、積分値＜閾値の場合、当該選択した圧縮関数ｆ（ｘ）を最適の圧縮関数と決定する（Ｓ３０５）。一方、積分値≧閾値の場合には、別の圧縮関数ｆ（ｘ）を選択して（Ｓ３０６）、ステップＳ３０２以降の処理を繰り返す。
【００３０】
なお、閾値判定のかわりに、順次、圧縮関数ｆ（ｘ）を選択してその積分値を保持しておき、その中から最小の積分値に対応する圧縮関数を最終的に選択することでもよい。また、いずれの圧縮関数ｆ（ｘ）も、その積分値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。
【００３１】
図７は、圧縮関数ｆ（ｘ）として先の式（２）のｆ（ｘ）を用い、ａを可変として、上記同様に単純輝度差を利用して画質評価値が最良の圧縮関数ｆ（ｘ）を決定する実施例を示す処理フローチャートである。圧縮関数ｆ（ｘ）を先の式（２）のｆ（ｘ）と定め（Ｓ４０１）、まず、ａの値を、例えばａ＝０.１と初期設定し（Ｓ４０２）、そのときのｆ（ｘ）を用いて元画像を圧縮して圧縮後画像を生成する（Ｓ４０３）。次に、元画像と圧縮後画像の同一位置画素（ピクセル）間の輝度差を画像全体（全ピクセル）について求めて積分する（Ｓ４０４）。そして、この積分値を予め定めた閾値と比較し（Ｓ４０５）、積分値＜閾値の場合、そのときのａの値を最適と決定し、そのａを用いたｆ（ｘ）を最適の圧縮関数と決定する（Ｓ４０６）。一方、積分値≧閾値の場合には、ｆ（ｘ）のａの値を、例えばａ＝０.２に変更し（Ｓ４０７）、ステップＳ４０３以降の処理を繰り返す。
【００３２】
本実施例の場合も、閾値判定のかわりに、順次ａを変更（例えば、ａ＝０.１〜２）して求めた各積分値を保持しておき、その中から最小の積分値に対応するａの値を選択し、このａの値を代入して得られる式（２）のｆ（ｘ）を最適の圧縮関数と決定することでもよい。また、いずれのａの値でも、積分値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。
【００３３】
評価基準として均等色空間色差を用いる場合は、図６のステップＳ３０３あるいは図７のステップＳ３０４において、元画像と圧縮後の画像の輝度差として、元画像と圧縮画像の各同一ピクセルの輝度を１／３乗した値の差分を求めて、これを全ピクセルについて積分すればよく、処理フローチャートは省略する。
【００３４】
図８は、先の式（１）の条件を満たす任意の圧縮関数ｆ（ｘ）のバリエーションの中から、評価基準として局所圧縮率の変動を表わす標準偏差を利用して画質評価値が最良の圧縮関数ｆ（ｘ）を決定する実施例を示す処理フローチャートである。
【００３５】
まず、元画像の各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δｘを計算しておく（Ｓ５０１）。画像のピクセル数をｘとすると、Δｘはｘ（ｘ−１）個できる。次に、式（１）の条件を満たす圧縮関数ｆ（ｘ）のいくつかのバリエーションの中から一つの圧縮関数ｆ（ｘ）を選択し（Ｓ５０２）、該選択した圧縮関数ｆ（ｘ）で元画像を圧縮して圧縮後画像を生成する（Ｓ５０３）。そして、この圧縮後画像について、元画像の場合と同様に、各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δｘｃを計算する（Ｓ５０４）。ここでも、Δｘｃはｘ（ｘ−１）個できる。次に、元画像と圧縮後画像の対応するΔｘとΔｘｃの比Δｘｃ／Δｘを計算し、その変動を表わす標準偏差値を求める（Ｓ５０５）。そして、標準偏差値を閾値判定し（Ｓ５０６）、標準偏差値＜閾値の場合、当該選択した圧縮関数ｆ（ｘ）を最適の圧縮関数と決定する（Ｓ５０７）。一方、標準偏差値≧閾値の場合には、別の圧縮関数ｆ（ｘ）を選択して（Ｓ５０８）、ステップＳ５０３以降の処理を繰り返す。
【００３６】
本実施例でも、閾値判定のかわりに、各圧縮関数ｆ（ｘ）の標準偏差値を保持しておき、その中から最小の標準偏差値に対応する圧縮関数を最終的に選択することでもよい。また、いずれの圧縮関数ｆ（ｘ）も、標準偏差値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。
【００３７】
図９は、圧縮関数ｆ（ｘ）として先の式（２）のｆ（ｘ）を用い、ａを可変として、上記と同様に評価値基準として局所圧縮率の変動を表わす標準偏差値を利用して画質評価値が最適の圧縮関数ｆ（ｘ）を決定する実施例を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、元画像の各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δｘを計算しておく（Ｓ６０１）。次に、圧縮関数ｆ（ｘ）を先の式（２）のｆ（ｘ）と定め（Ｓ６０２）、ａの値を初期設定して（例えば、ａ＝０.１）（Ｓ６０３）、元画像を圧縮し、圧縮後画像を生成する（Ｓ６０４）。そして、この圧縮後画像について、元画像の場合と同様に、各ピクセル毎に、当該ピクセルとそれ以外の全てのピクセルとの輝度差Δｘｃを計算する（Ｓ６０５）。次に、元画像と圧縮後画像の対応するΔｘとΔｘｃの比Δｘ／Δｘｃを計算し、その変動を表わす標準偏差値を求める（Ｓ６０６）。そして、標準偏差値を閾値判定し（Ｓ６０７）、標準偏差値＜閾値の場合、そのときのａの値を最適とし、そのｆ（ｘ）を最適な圧縮関数と決定する（Ｓ６０８）。一方、標準偏差値≧閾値の場合には、ｆ（ｘ）のａの値を変更して（例えば、ａ＝０.２）（Ｓ６０９）、ステップＳ６０４以降の処理を繰り返す。
【００３９】
本実施例でも、閾値判定のかわりに、順次、ａの値を変更した場合の標準偏差値を保持しておき、その中から最小の標準偏差値に対応するａの値を選択し、このａの値を代入して得られる式（２）の圧縮関数ｆ（ｘ）を最適の圧縮関数とすることでもよい。また、いずれのａの値でも、標準偏差値が閾値以上だった場合には、処理を諦めるか、他の実施例のやり方で再びトライしてもよい。
【００４０】
処理フローチャートは省略するが、単純輝度差と局所圧縮率との組み合わせを用いて画質評価値が最良になる圧縮関数ｆ（ｘ）を求める場合は次のようにすればよい。例えば、式（１）の条件を満たす任意のｆ（ｘ）のバリエーションの中から最適のｆ（ｘ）を選択する場合は、図６のＳ３０３で得られた積分値をＥとし、図８のＳ５０５で得られた標準偏差値をＤとして、ａＥ＋ｂＤを計算し（ａ，ｂは任意の係数）、その値が最小になるようなｆ（ｘ）を選択する。また、式（２）のｆ（ｘ）を用い、ａを可変として最適のｆ（ｘ）を決定する場合には、同様に、図７のＳ４０４で得られた積分値をＥとし、図９のＳ６０６で得られた標準偏差値をＤとして、ａＥ＋ｂＤを計算し、その値が最小になるようなａを定めて、最適なｆ（ｘ）を決定する。
【００４１】
次に、圧縮関数の具体例を示す。
［例１］
図１０に、圧縮関数としてｆ（ｘ）＝（Ｈ−Ｌ）ｘ＋Ｌ，（０≦ｘ≦１）を用いた圧縮前後の値を示す。本関数はリニアなので計算が容易である特徴がある。ただし、図１１にしめすように、ｘの小さい範囲と大きい範囲で元画像との輝度差が大きくなるため、人間の視覚特性である１／３乗別によりｘの小さい範囲での均等色空間色差が大きくなってしまう欠点がある。
【００４２】
［例２］
図１２に、圧縮関数として
ｆ（ｘ）＝Ｌ，（０≦ｘ≦１）
ｆ（ｘ）＝ｘ，（Ｌ≦ｘ≦Ｈ）
ｆ（ｘ）＝Ｈ，（Ｈ≦ｘ≦Ｌ）
を用いた圧縮前後の値を示す。本関数は均等色空間色差が最も小さい特徴がある。ただし、ｘがＬ以下の範囲とＨ以上の範囲では元画像で表現されていた濃淡が「つぶれ」てしまう問題がある。
【００４３】
［例３］
図１３に、圧縮関数として式（２）のｆ（ｘ）を用いた圧縮前後の値を示す。本関数はａによって種々の性質を示す。ある画像に対し、ａを変えて均等色空間色差の画像全体の積分値をプロットしたものが図１４である。この画像ではａ＝１．１付近が色差積分を最小にする。同じ画像に対し、局所圧縮率をプロットしたものが図１５である。局所圧縮率の変動が少ないのはａ＝０．５付近である。均等色空間色差と局所圧縮率を両立させるためには、均等色空間色差の画像全体に対する積分値Ｅと、局所圧縮率の画像全体での標準偏差値Ｄとの線形結合０．５Ｅ＋０．５Ｄが最小になるａを選ぶ。色差と局所圧縮率のどちらを重視するかにより、線形結合の係数を変える。
【００４４】
＜システム例＞
図１６に、本発明による画像圧縮方法および電子透かし埋め込み方法の一実施形態の具体的システム例を示す。これは、出力装置としてプリンタを、入力装置として携帯電話機内蔵カメラを用いた例である。図１に示した色票をプリンタ７０２で印刷し、印刷結果７０３を携帯電話機内蔵カメラ７０４で撮影する。この撮影画像（色票画像）とオリジナルの色票データ７０１をパソコン（ＰＣ）に入力する。ＰＣでは、撮影画像の円環状帯部の輝度最小値位置と最大値位置を求め、対応するオリジナルデータ位置から表現可能最小輝度ｌと最大輝度ｈを求める（７０５）。携帯電話機に計算機能がある場合はＰＣでなく、直接携帯電話機でｌとｈを求めても良い。次に、ＰＣでは、輝度変調電子透かしの既知輝度変調最大強度±ｍから、輝度圧縮の目標最小輝度Ｌ，最大輝度ＨをＬ＝ｌ＋ｍ，Ｈ＝ｈ−ｍにより定める（７０６、７０７）。次に、本実施形態では、圧縮関数を先の式（２）のｆ（ｘ）と定め、元画像７１０に対して、例えば、ａ＝０．１から２．０まで変化させて輝度圧縮をかける（７０８）。そして、圧縮後の画像から、例えば、均等色空間色差の画像全体に対する積分値Ｅと、局所圧縮率の画像全体での標準偏差値Ｄとの線形結合０．５Ｅ＋０．５Ｄを求め、それを最小にするａの値を求める（７０９）。次に、求めたａの代入された式（２）のｆ（ｘ）を用いて、改めて元画像７１０を輝度圧縮し（７１１）、得られた画像に電子透かしを埋め込む（７１２）。結果として輝度範囲がＬ〜Ｈに押えられた電子透かし埋め込み済画像７１３が得られる。この画像をプリンタで印刷し、印刷結果を携帯電話機内蔵カメラで撮影してもツブレは生じず、電子透かしを適切に読み出すことができる。なお、最適のｆ（ｘ）は、先の図６〜図９の実施例を適用して決定しても良いことは云うまでもない。
【００４５】
なお、図４〜図９で示した処理手順をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータに実行させることができることは言うまでもない。また、コンピュータにその処理手順を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えば、ＦＤ、ＭＯ、ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ、ＤＶＤ、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、提供したりすることができるとともに、インターネット等のネットワークを通してそのプログラムを配布したりすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に用いる色票を示す図。
【図２】アナログ変換による輝度変換を示す図。
【図３】圧縮関数ｆ（ｘ）の条件を説明する図。
【図４】本発明による画像圧縮および電子透かし埋め込みの全体的処理フローチャート。
【図５】アナログ変換特性測定の一実施例の処理フローチャート。
【図６】最適の圧縮関数ｆ（ｘ）を求める第１の実施例の処理フローチャート。
【図７】最適の圧縮関数ｆ（ｘ）を求める第２の実施例の処理フローチャート。
【図８】最適の圧縮関数ｆ（ｘ）を求める第３の実施例の処理フローチャート。
【図９】最適の圧縮関数ｆ（ｘ）を求める第４の実施例の処理フローチャート。
【図１０】リニア圧縮関数を示すグラフ。
【図１１】リニア圧縮関数の均等色空間色差を示す図。
【図１２】均等色空間色差最小関数を示すグラフ。
【図１３】ノンリニア圧縮の例を示す図。
【図１４】均等色空間色差積分値の変化を示す図。
【図１５】局所圧縮率を示すグラフ。
【図１６】本発明に電子透かし埋め込みシステムの一実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０    色票
Ｓ１１０  アナログ変換特性測定
Ｓ１２０  輝度最小値／最大値の確定
Ｓ１３０  最適の圧縮関数計算
Ｓ１４０  元画像圧縮
Ｓ１５０電子透かし埋め込み
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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