(57)【要約】【課題】  色空間上で埋め込み時の画素値の変化の仕方や変化の限界が把握できる透かし埋め込み方法を提供する。【解決手段】  原画像および指標画像の各位置（ｍ，ｎ）の画素ｇ（ｍ，ｎ），ｇ＾（ｍ，ｎ）について、それぞれの画素の画素値を示すことになるＬａｂ空間上の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ），Ｐ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）をとり、色空間の原点との距離である画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）を用いた画素ノルム総和の平均Ｗ−を算出し、さらに量子化された画素ノルムＷ−Ｑを算出し、これにビット情報を埋め込み、そのときの画像の変化がＰｍｎとＰ＾ｍｎとを結ぶ線上で動くように演算を行う。【選択図】  図１
2011147017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像に透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
原画像と画像が異なる指標画像を設定する指標画像設定工程と、
原画像および指標画像を、１ビットの透かし情報を埋め込む単位となるブロックＢ（ｉ，ｊ），Ｂ＾（ｉ，ｊ）ごとに分割するとともに、各ブロックについてサブブロックＢｓ（ｋ，ｌ），Ｂｓ＾（ｋ，ｌ）に分割するブロック・サブブロック分割工程と、
原画像および指標画像の各位置（ｍ，ｎ）の画素ｇ（ｍ，ｎ），ｇ＾（ｍ，ｎ）について、画素値Ｌ，ａ，ｂにより色情報が指定されるＬａｂ色空間上の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ），Ｐ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）と前記色空間の原点との距離となる画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）を算出する画素ノルム算出工程と、
原画像および指標画像における対応する画素ｇ（ｍ，ｎ），ｇ＾（ｍ，ｎ）どうしの画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）の差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を算出する画素ノルム差分算出工程と、
ブロック内で正の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を有する画素の画素ノルム差分の総和Σ＋、ブロック内で負の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を有する画素の画素ノルム差分の総和Σ−を、それぞれ原画像を指標画像に近づけるときにブロック単位で画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量として算出する変化許容量算出工程と、
サブブロック単位で画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）の総和Ｗ（ｋ，ｌ）を算出する画素ノルム総和算出工程と、
ブロック内に含まれる各サブブロックの画素ノルム総和Ｗ（ｋ，ｌ）の平均を埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−として算出する画素ノルム総和平均算出工程と、
埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−に対して埋め込み強度を与える量子化値Ｑを用いて量子化した透かし評価値Ｗ−Ｑを算出する量子化工程と、
透かし評価値Ｗ−Ｑの偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致するときは透かし評価値Ｗ−Ｑをそのまま調整値として用い、また、透かし評価値Ｗ−Ｑの偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致しないときは正および負の画素ノルム差分総和Σ＋，Σ−の大小関係に応じて透かし評価値Ｗ−Ｑを＋１増または−１減させた値を調整値として用いて、調整値と量子化値Ｑに基づいて透かし埋め込み後の画素ノルム総和平均Ｗ−’を算出する埋め込み後画素ノルム総和平均算出工程と、
埋め込み後画素ノルム総和平均Ｗ−’と埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−との差をビット情報の埋め込みに要する画素ノルムの総変化量Ｋとして算出する総変化量算出工程と、
各画素ｇ（ｍ，ｎ）ごとに総変化量Ｋの正負および画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）の正負に応じて画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）を変化させる画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）を算出する画素別変化量算出工程と、
色空間上で原画像の画素ｇ（ｍ，ｎ）の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）を指標画像の画素ｇ＾（ｍ，ｎ）の点Ｐ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）に向けた直線上で移動させ、画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）を画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）だけ変化させた画素ノルムＤ’（ｍ，ｎ）となる色空間上の点Ｐ’ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）を算出することによって埋め込み後の画素ｇ’（ｍ，ｎ）の色情報を算出する埋め込み後色情報算出工程とを備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
【請求項２】
Ｌａｂ色空間として、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色空間が使用され、算出されたＬ＊ａ＊ｂ＊色空間上の点Ｐ’ｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）をｓＲＧＢ表色系色空間の色情報に変換して画像を出力する請求項１に記載の電子透かし埋め込み方法。
【請求項３】
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色空間からｓＲＧＢ表色系色空間の色情報に変換する際に行う整数値化を、色空間上のＰ’ｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）をｓＲＧＢ表色系色空間に変換したときの３つの成分値Ｒ，Ｇ，Ｂの小数点以下を切り上げ、切り捨てすることにより得られる８とおりのＲ，Ｇ，Ｂの整数値群を作成し、
各整数値群ごとに、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色空間に逆変換したときの原点からの距離ｄを求めて、点Ｐ’ｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）の原点からの距離との絶対差ΔＥを算出し、ΔＥが最小となる整数値群のＲ，Ｇ，Ｂを透かし入り画像のＲＧＢ値とする請求項２に記載の電子透かし埋め込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像データに電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み方法に関し、さらに詳細には、電子透かしを埋め込んだときの画質劣化の形式や限界を定めることができる電子透かし埋め込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子透かしは、電子画像等のデジタルコンテンツに人が知覚できないように何らかの情報を埋め込む技術であり、埋め込む情報を「透かし」と呼んでいる。電子透かしは著作権保護に利用可能な技術の一つとして注目されており、さまざまな研究、開発がなされている。
ところで、電子画像へ電子透かしを埋め込むと、埋め込まれた透かし入り画像は原画像から画質劣化することになる。
【０００３】
そのため、従来から、画質劣化の影響を抑えるために、視覚的に感度が高い輝度成分を避け、色差などの色成分を微小変更する方法などがなされている。例えば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）を用いる画像データにおいては、人間の視覚には検知しにくいイエローを用いて、電子透かし情報を付加する技術がある（特許文献１参照）。また、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）表色系の画像データにおいては、人間の視覚には検知しにくい青色成分を用いて電子透かし情報を用いる技術がある（特許文献２参照）。
他の方法としては、画像データの周波数成分の解析を行い、人間の視覚特性を考慮して視覚特性が鈍感な高周波領域は埋め込み強度を強く、低周波領域は埋め込み強度を弱くする方法などが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２５１３４８号公報
【特許文献２】特開２００１−１４８７７６号公報
【特許文献３】特開２００４−０２３１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、これらの従来の電子透かし技術では、画質劣化は埋め込み手法ごとに固有であり、画質劣化の度合いも実際に埋め込むまで確定しなかった。このように透かし埋め込みによる画質劣化の形式や劣化の限界が定まらないことが実用化への阻害要因の一つとなっている。電子透かし技術が広く実用されるためには、原画像に透かしを埋め込んだときに、透かし入り画像がどのような形式にどこまで変化していくかをある程度予想できることが望ましい。
そこで、本発明は、原画像に透かし情報を埋め込んだときの色空間上での画素値の変化（画質劣化）があらかじめ設定した指標画像の画素値に近づくようにして、色空間上での変化の仕方や変化の限界が把握できる透かし埋め込み方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、実用的な観点から、原画像を画像処理することによりＪＰＥＧ圧縮画像、ぼかし処理画像、エッジ強調処理画像、フィルタ画像などのさまざまな画像に加工することができるが、これらのいずれかの処理後画像を指標画像として、透かし入り画像の変化が指標画像に近づくように変化の形式（画質劣化の形式）を定めることができ、最大変化した場合でも指標画像となるように画質劣化の限界を規定できることが望ましい。
【０００７】
そこで、本発明は、あらかじめ、画質劣化の形式を規定したり、画質劣化の許容範囲となる限界（最も画質劣化が激しくなる下限）を規定したりすることができようにして、透かし入り画像に対し一定レベルの画質を保証することができる電子透かし埋め込み技術を提供することを目的とする。
【０００８】
また、従来の電子透かし技術では、透かし入り画像から透かし情報を抽出（検出）する際に、埋め込み時に用いた何らかの参照用の画像情報が必要になることが多かったが、そのような画像情報を用意することなく、透かし情報を抽出できる電子透かし埋め込み技術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】
まず、本発明の電子透かし埋め込み方法の概要を説明する。本発明では、透かし埋め込みによる画質劣化の形式や劣化度合いの許容範囲を規定する指標画像（原画像と異なる任意の画像）をあらかじめ規定しておく。指標画像は、原画像の各画素と対をなす画素で構成され、画質劣化の限界の画像として定義する画像であり、色空間上で原画像の画素値を動かして透かし情報を埋め込むときに、原画像の画素値を指標画像の画素値に近づくように変化させる画像である。
【００１０】
以後の説明では、原画像に用いる記号、パラメータと対をなす指標画像の記号、パラメータに、「＾」を付すこととする。
本発明では原画像および指標画像の各位置（ｍ，ｎ）の画素ｇ（ｍ，ｎ），ｇ＾（ｍ，ｎ）について、それぞれの画素の画素値を示すことになるＬａｂ色空間上の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ），Ｐ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）をとる。ここで「Ｌａｂ色空間」とは、色情報（画素値）Ｌ，ａ，ｂをパラメータとする色空間全般を示している。具体的には、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色空間を始め、Ｌｕｖ表色系色空間、ＸＹＺ表色系色空間、ＣＩＥ−ＲＧＢ表色系色空間、ｓＲＧＢ表色系色空間などが含まれる（本発明が使用される代表的な色空間がＬ＊ａ＊ｂ＊表色系色空間であるため、これに似せてＬａｂ色空間と表現している）。
【００１１】
本発明では、色空間の点Ｐｍｎ，Ｐ＾ｍｎと原点との距離である画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）を算出し、これを用いた演算を行う。
原画像を、透かしのビット情報を埋め込む単位であるブロック単位Ｂ（ｉ，ｊ）に分割し、さらに埋め込み処理による影響を調節できるようにサブブロック単位Ｂｓ（ｋ，ｌ）に分割し、サブブロック単位で画素ノルムの総和Ｗ（ｋ，ｌ）を計算する。さらにブロック内に含まれるサブブロックについての画素ノルムの総和の平均Ｗ−を算出する。続いて画素ノルムの総和の平均Ｗ−を埋め込み強度を与える量子化値Ｑで量子化して、これを「透かし評価値Ｗ−Ｑ」とする。この透かし評価値Ｗ−Ｑに対して、ビット情報（透かし）を埋め込む操作を行って調整値にする。調整値はＷ−Ｑ，Ｗ−Ｑ＋１，Ｗ−Ｑ−１のいずれかである。いずれの値になるかは、埋め込むビット情報の偶奇による場合分け、および、ブロック内全画素の画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）とＤ＾（ｍ，ｎ）との関係でＷ−Ｑ＋１，Ｗ−Ｑ−１のいずれに調整する方が指標画像に近づけるのに有利かを定めるために算出された変化許容量Σ＋，Σ−（詳細は後述する）による場合分けにしたがい決定する。
そしてビット情報埋め込み後と埋め込み前との「画素ノルムの総変化量Ｋ」を算出し、さらに画素ノルムの総変化量Ｋを「各画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）」として各画素に配分する。
色空間上でＰｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）からＰ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）に向けた直線上で、画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）を画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）だけ変化させた画素ノルムＤ’（ｍ，ｎ）となる色空間上の点Ｐ’ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）を算出する。
そして色空間上の点Ｐ’ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）として表される画素値を透かし入り画像の画素値とする。
以上の手順を各ブロック単位で行い、Ｌａｂ色空間上で、原画像の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）から指標画像の点Ｐ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）に向けた直線上に乗る点Ｐ’ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）を色情報（画素値）とする透かし埋め込み画像を得るようにする。
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明の電子透かし埋め込み方法は、以下の構成を有する。
原画像に透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、原画像とは画像が異なる指標画像を設定する指標画像設定工程と、原画像および指標画像を、１ビットの透かし情報を埋め込む単位となるブロックＢ（ｉ，ｊ），Ｂ＾（ｉ，ｊ）ごとに分割するとともに、各ブロックについてサブブロックＢｓ（ｋ，ｌ），Ｂｓ＾（ｋ，ｌ）に分割するブロック・サブブロック分割工程と、原画像および指標画像の各位置（ｍ，ｎ）の画素ｇ（ｍ，ｎ），ｇ＾（ｍ，ｎ）について、画素値Ｌ，ａ，ｂにより色情報が指定されるＬａｂ色空間上の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ），Ｐ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）と色空間の原点との距離となる画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）を算出する画素ノルム算出工程と、原画像および指標画像における対応する画素ｇ（ｍ，ｎ），ｇ＾（ｍ，ｎ）どうしの画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）の差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を算出する画素ノルム差分算出工程と、ブロック内で正の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を有する画素の画素ノルム差分の総和Σ＋、ブロック内で負の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を有する画素の画素ノルム差分の総和Σ−を、それぞれ原画像を指標画像に近づけるときにブロック単位で画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量として算出する変化許容量算出工程と、サブブロック単位で画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）の総和Ｗ（ｋ，ｌ）を算出する画素ノルム総和算出工程と、ブロック内に含まれる各サブブロックの画素ノルム総和Ｗ（ｋ，ｌ）の平均を埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−として算出する画素ノルム総和平均算出工程と、埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−に対して埋め込み強度を与える量子化値Ｑを用いて量子化した透かし評価値Ｗ−Ｑを算出する量子化工程と、透かし評価値Ｗ−Ｑの偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致するときは透かし評価値Ｗ−Ｑをそのまま調整値として用い、また、透かし評価値Ｗ−Ｑの偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致しないときは正および負の画素ノルム差分総和Σ＋，Σ-の大小関係に応じて透かし評価値Ｗ−Ｑを＋１増または−１減させた値を調整値として用いて、調整値と量子化値Ｑとに基づいて透かし埋め込み後の画素ノルム総和平均Ｗ−’を算出する埋め込み後画素ノルム総和平均算出工程と、埋め込み後画素ノルム総和平均Ｗ−’と埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−との差をビット情報の埋め込みに要する画素ノルムの総変化量Ｋとして算出する総変化量算出工程と、各画素ｇ（ｍ，ｎ）ごとに総変化量Ｋの正負および画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）の正負に応じて画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）を変化させる画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）を算出する画素別変化量算出工程と、色空間上で原画像の画素ｇ（ｍ，ｎ）の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）を指標画像の画素ｇ＾（ｍ，ｎ）の点Ｐ＾ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）に向けた直線上で移動させ、画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）を画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）だけ変化させた画素ノルムＤ’（ｍ，ｎ）となる色空間上の点Ｐ’ｍｎ（Ｌｍｎ，ａｍｎ，ｂｍｎ）を算出することによって埋め込み後の画素ｇ’（ｍ，ｎ）の色情報を算出する埋め込み後色情報算出工程とを���えるようにしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、原画像に透かし情報を埋め込んだときの画素値の変化（色空間上での点の位置の変化）を、あらかじめ設定した指標画像の画素値に近づくように変化させることができるので、色空間上での変化の仕方や変化の限界が把握できる。
したがって、ＪＰＥＧ圧縮画像、ぼかし処理画像、エッジ強調処理画像、フィルタ画像などのさまざまな画像を指標画像として、透かし入り画像が指標画像に近づくように変化の形式（画質劣化の形式）を定めることができ、最大変化した場合でも指標画像を越えないように画質劣化の限界を規定できる。
【００１４】
また、透かし入り画像から透かし情報を抽出する際には、透かし入り画像について、画素ノルム総和Ｗ（ｋ，ｌ）の平均Ｗ−を算出し、量子化値Ｑで量子化したときの偶奇を抽出することで透かし情報を得ることができるので、指標画像などの参照用の画像情報を用意することなく、透かし情報を抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である電子透かし埋め込み方法の手順を示す図である。
【図２】原画像と指標画像の一例を示す図である。
【図３】原画像と指標画像についてブロック分割およびサブブロック分割を示すための図である。
【図４】Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間での点の移動（画素値の変化）を示した図である。
【図５】ビット情報（透かし）を埋め込むときの透かし評価値と調整値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。最初に本発明で用いる表色系について説明し、続いて電子透かしの埋め込み方法、抽出方法、誤差減少処理について説明する。
【００１７】
（表色系）
表色系には、色刺激値と関係するＸＹＺ表色系、ＣＩＥ−ＲＧＢ表色系、モニタ画面上に表示されるＲＧＢ値であるｓＲＧＢ表色系、ＪＰＥＧ圧縮に用いられるＹＣｂＣｒ表色系、均等色空間であるＬ＊ｕ＊ｖ＊表色系、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系など、さまざまな表色系が存在し、それぞれの特徴に適した用途で使用されている。
【００１８】
本発明では、透かし情報を埋め込むときに用いる表色系として、いずれの表色系を用いた場合でも、当該表色系の色空間上で原画像を指標画像の画素値に近づくように変化させることができ、当該表色系の色空間上での変化の仕方や変化の限界を把握することができる。
【００１９】
とりわけ、人間の視覚に合わせた均等色空間の一つであるＬ＊ａ＊ｂ＊表色系を適用した場合は、視覚に沿った色情報の変更ができるので、以下の説明では、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系を用いる。
表色系どうしは、少し複雑な座標変換の計算さえ行えば、例えばＸＹＺ表色系を介して互いにデータ変換できるので、一つの表色系で実行できる透かし埋め込み処理（色情報の変更処理）は他の表色系でも実行することができることになる。
【００２０】
一般に、画像をモニタ画面に表示するときの画素値として、ｓＲＧＢ表色系が用いられる。したがってｓＲＧＢ表色系とＬ＊ａ＊ｂ＊表色系とを対応付けるため、ＸＹＺ表色系、ＣＩＥ−ＲＧＢ表色系を介したデータ変換を行う。このときの変換式を以下に示す。
【００２１】
ＣＩＥ−ＲＧＢ表色系とＸＹＺ表色系との変換式を（１）に示す。
Ｒγ，Ｇγ，ＢγはＣＩＥ−ＲＧＢ値であり、デジタル画像に画素値として保存されているＲＧＢ（ｓＲＧＢ値）とは異なる。ｓＲＧＢとＣＩＥ−ＲＧＢとの変換式を（２）に示す。
ここで、Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’は、ｓＲＧＢの各値を２５５で割り、［０．０，１．０］の範囲に補正した値とする。
【００２２】
【数１】
2011147017.tif 000003
【００２３】
【数２】
2011147017.tif 000004
【００２４】
次に、ＸＹＺ座標系からＬ＊ａ＊ｂ＊色空間への変換式を（３）に示す。
【００２５】
【数３】
2011147017.tif 000005
【００２６】
標準の光Ｄ６５光源下のとき、Ｘｎ＝95.045，Ｙｎ＝100，Ｚｎ＝108,892となる。Ｌ＊成分は明度、ａ＊成分は緑から赤への色度座標、ｂ＊成分は黄から青への色度座標である。
【００２７】
Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間の特徴は、色Ｃ１と色Ｃ２間の色空間上の距離と色Ｃ３と色Ｃ４間との色空間上の距離とが等しいとき、色Ｃ１と色Ｃ２との色の違いと色Ｃ３と色Ｃ４間との色の違いとが等しいように人間が知覚できることである。
【００２８】
（電子透かしの埋め込み方法）
次に、本発明である電子透かしの埋め込み方法について図を用いて説明する。図１は、本発明の電子透かし埋め込み方法の手順を示すフロー図である。
【００２９】
図２に示すように、透かし埋め込みに用いる幅Ｗ、高さＨの原画像１と指標画像１＾とが用意される（Ｓｔ１）。
指標画像１＾は、原画像１と異なる画像であって、原画像１の各画素に対し、対となる画素を対応付けることができる画像であればよい。例えば原画像１を加工したＪＰＥＧ圧縮画像、ぼかし処理画像、エッジ強調処理画像、フィルタ画像などでもよいし、極端な場合は原画像とは別の被写体画像を指標画像としてもよい。
【００３０】
図３に示すように、原画像１および指標画像１＾をＬ×Ｌピクセルのブロックに分割するとともに、さらに各ブロックをＬｓ×Ｌｓピクセルのサブブロックに分割する（Ｓｔ２）。
原画像１、指標画像１＾における水平方向にｉ番目、垂直方向にｊ番目のブロックをＢ（ｉ，ｊ），Ｂ＾（ｉ，ｊ）とし、Ｂ（ｉ，ｊ），Ｂ＾（ｉ，ｊ）内の水平方向にｋ番目、垂直方向にｌ番目のサブブロックをそれぞれＢｓ（ｋ，ｌ），Ｂｓ＾（ｋ，ｌ）とする。
ここで、
０≦ｉ＜Ｗ／Ｌ，  ０≦ｊ＜Ｈ／Ｌ，
０≦ｋ＜Ｌ／Ｌｓ，０≦ｌ＜Ｌ／Ｌｓ
である（図３では０≦ｉ＜４，０≦ｊ＜５，０≦ｋ＜２，０≦ｌ＜２）。
【００３１】
あるブロックＢ（ｉ，ｊ）に埋め込むビット情報（０または１）をｂｉｊとする。以下の手順で１ブロックに対して１ビットの情報を埋め込む処理を行う。
【００３２】
Ｂ（ｉ，ｊ）中の位置（ｍ，ｎ）（０≦ｍ＜Ｌ、０≦ｎ＜Ｌ）における画素をｇ（ｍ，ｎ）とし、ｇ（ｍ，ｎ）の画素値を表すＬ＊ａ＊ｂ＊色空間上の点を点Ｐｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）とする（図４参照）。同様にＢ＾（ｉ，ｊ）中の画素ｇ＾（ｍ，ｎ）のＬ＊ａ＊ｂ＊色空間上の点をＰ＾ｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）とする。
上記色空間の原点Ｏと点Ｐｍｎとの距離をＤ（ｍ，ｎ）とし、原点Ｏと点Ｐ＾ｍｎとの距離をＤ＾（ｍ，ｎ）とし、これらを画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）と呼ぶ。
各画素ｇ（ｍ，ｎ）の画素ノルムＤ（ｍ，ｎ），Ｄ＾（ｍ，ｎ）を、次式（４）を用いて算出する（Ｓｔ３）。
【００３３】
【数４】
2011147017.tif 000006
【００３４】
各画素について、画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）と画素ノルムＤ＾（ｍ，ｎ）との差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を、式（５）を用いて算出する（Ｓｔ４）。
ΔＤ（ｍ，ｎ）を「画素ノルム差分」と呼ぶ。
【００３５】
【数５】
2011147017.tif 000007
【００３６】
そして、ブロック単位で、ブロック内の各画素を、正の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を有する画素群と負の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）を有する画素群とに分ける。そして式（６）を用いて、前者の画素群に対応する正の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）の和Σ＋と、後者の画素群に対応する負の画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）の和Σ−とを算出する（Ｓｔ５）。
Σ＋を「正の画素ノルム差分総和」、Σ−を「負の画素ノルム差分総和」と呼ぶ。
Σ＋，Σ−は、原画像の画素値を指標画像の画素値に近づけるときに、ブロック単位で画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量となる。このことから、Σ＋，Σ−を総称して変化許容量と呼ぶ。すなわち、正負の変化許容量Σ−〜Σ＋の範囲内で画素ノルムの総和を動かすことができることになる。このΣ＋，Σ−は、詳細は後述するが、ビット情報を埋め込む操作を行うときに「透かし評価値」を正側に操作するか負側に操作するかの判定基準として用いられることになる。
【００３７】
【数６】
2011147017.tif 000008
【００３８】
正、負の画素ノルム差分総和Σ＋，Σ−の算出とは別に、サブブロックＢｓ（ｋ，ｌ）内におけるＤ（ｍ，ｎ）の総和Ｗを、式（７）で算出する（Ｓｔ６）。
サブブロックＢｓ（ｋ，ｌ）内におけるＤ（ｍ，ｎ）の総和Ｗ（ｋ，ｌ）を「画素ノルム総和」と呼ぶ。
【００３９】
【数７】
2011147017.tif 000009
【００４０】
そして、ブロック内に含まれる画素ノルム総和Ｗ（ｋ，ｌ）の平均値Ｗ−を、次式（８）を用いて算出する（Ｓｔ７）。
Ｗ−を「埋め込み前の画素ノルム総和平均」と呼ぶ。
埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−は、後述する埋め込み後の画素ノルム総和平均Ｗ−’との間の演算に用いられる。
【００４１】
【数８】
2011147017.tif 000010
【００４２】
次いで埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−を、量子化値Ｑで割って四捨五入することにより量子化する（Ｓｔ８）。具体的には式（９）による計算を行う。量子化値Ｑの大きさは透かしの埋め込み強度を与えることになり、Ｑを大きくすると埋め込み強度を強くすることができる。ただし、（ブロック分割やサブブロック分割との関係で）Ｑをあまり大きくし過ぎると、埋め込み後の画素値がＬ＊ａ＊ｂ＊色空間上の点Ｐｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）と点Ｐ＾ｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）との間に存在できなくなるので、適当なＱを選ぶことになる。
量子化した画素ノルム総和平均Ｗ−Ｑは、次工程でビット情報が埋め込まれる対象となるので「透かし評価値」と呼ぶ。
【００４３】
【数９】
2011147017.tif 000011
【００４４】
続いて、透かし評価値Ｗ−Ｑに対し、透かしとなるビット情報ｂ（ｂはブロック（ｉ，ｊ）のビット情報ｂｉｊであり０または１となる）が埋め込まれた後の透かし評価値に相当する「調整値」を計算する。さらに、この調整値と量子化値Ｑとを用いて、埋め込み前の画素ノルム総和平均と同レベルの値を算出する（Ｓｔ９）。
具体的には、図５に示すように、ｂ＝０とするブロックについては透かし評価値Ｗ−Ｑが偶数（２Ｑ，４Ｑ，・・・）、ｂ＝１とするブロックについては透かし評価値Ｗ−Ｑが奇数（１Ｑ，３Ｑ，・・・）となるように、以下に説明する場合分けで透かし評価値Ｗ−Ｑの値を調整する操作を行い、調整値を算出する。さらに、この調整値に対して式（１０），（１１）で示すように量子化値Ｑで掛け算を行い、画素ノルム総和平均Ｗ−と同じレベルの値Ｗ−’に戻す。Ｗ−’を「埋め込み後の画素ノルム総和平均」と呼ぶ。
【００４５】
まず、Ｗ−Ｑ≡ｂ  ｍｏｄ  ２のとき（（９）で計算された透かし評価値Ｗ−Ｑの偶奇が埋め込むビット情報ｂと一致しているとき）は、そのままＷ−Ｑの値を調整値とする。
【００４６】
【数１０】
2011147017.tif 000012
【００４７】
一方、Ｗ−Ｑ≠ｂ  ｍｏｄ  ２のとき（（９）で計算された透かし評価値Ｗ−Ｑの偶奇が埋め込むビット情報ｂと一致していないとき）は、Ｗ−Ｑ＋１、または、Ｗ−Ｑ−１を調整値とする。Ｗ−Ｑ＋１，Ｗ−Ｑ−１のいずれをとるかは正負の変化許容量Σ＋の絶対値、Σ−の絶対値の大小により決定する。
すなわち、
｜Σ＋｜  ≧  ｜Σ−｜のときは、（Ｗ−Ｑ＋１）を調整値とする。
｜Σ＋｜  ＜  ｜Σ−｜のときは、（Ｗ−Ｑ−１）を調整値とする。
正負の変化許容量Σ＋，Σ−は、原画像の画素値を指標画像の画素値に近づけるときに画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量なので、上記のように調整値を定めることによって、変更できる余地の大きい方を選択できる。変更できる余地が大きいということはすなわち、より柔軟に埋め込み強度を設定できることを意味する。
【００４８】
【数１１】
2011147017.tif 000013
【００４９】
続いて、埋め込み後画素ノルム総和平均Ｗ−’と埋め込み前の画素ノルム総和平均Ｗ−との差Ｋを算出する（Ｓｔ１０）。
差Ｋは、ビット情報の埋め込みに必要な画素ノルムの総変化量に相当する値であるので、「画素ノルム総変化量」と呼ぶ。
【００５０】
【数１２】
2011147017.tif 000014
【００５１】
続いて、式（１２）で算出した画素ノルム総変化量Ｋを、ブロック内の各画素ｇ（ｍ，ｎ）の画素ノルムに振り分けて変化させる（Ｓｔ１１）。画素ノルム総変化量Ｋは、ブロック内のすべての画素に均等に振り分けるのではなく、Ｋの正負によって場合分けし、Ｋが正の場合は画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）が正となる画素ｇ（ｍ，ｎ）の群に対して、総変化量Ｋを比例配分（ΔＤ／Σ＋）し、サブブロックの個数分を倍増させた変化量Ｋ（ｍ，ｎ）を振り分ける。Ｋが負の場合は画素ノルム差分ΔＤ（ｍ，ｎ）が負となる画素ｇ（ｍ，ｎ）の群に対して、総変化量Ｋを比例配分（ΔＤ／Σ−）し、サブブロックの個数分を倍増させた変化量Ｋ（ｍ，ｎ）を振り分ける。この変化量Ｋ（ｍ，ｎ）を「画素別変化量」と呼ぶ。
具体的には、ブロック内の各画素のＤ（ｍ，ｎ）を変化させる画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）は式（１３），（１４）で計算する。
このようにＫが正のときはΔＤが正となる画素群のＤ（ｍ，ｎ）だけを変化させ、Ｋが負のときはΔＤが負となる画素群のＤ（ｍ，ｎ）だけを変化させることにより、ビット情報を埋め込んだときの画素値が色空間上で指標画像の画素値に近づく画素だけを変化させてビット情報を埋め込むことになる。
【００５２】
【数１３】
2011147017.tif 000015
【００５３】
【数１４】
2011147017.tif 000016
【００５４】
続いて、図４に示すように色空間上において、原画像の画素ｇ（ｍ，ｎ）の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ＊，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）から指標画像の画素ｇ＾（ｍ，ｎ）の点Ｐ＾ｍｎ（Ｌ＊ｍｎ，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）に向けた直線上で点を移動させ、画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）を画素別変化量Ｋ（ｍ，ｎ）だけ変化させた画素ノルムＤ’（ｍ，ｎ）となる色空間上の点Ｐ’ｍｎ（Ｌｍｎ＊，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）を算出する（Ｓｔ１２）。
【００５５】
移動後の点Ｐ’ｍｎ（Ｌｍｎ＊，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）は、式（１５）を満たす点に移動することになる。
【００５６】
【数１５】
2011147017.tif 000017
【００５７】
ここで、ｔはＰｍｎをＰ＾ｍｎに近づける比率であり、式（１６）を満たし、かつ、０≦ｔ≦１を満たす値である。
【００５８】
【数１６】
2011147017.tif 000018
【００５９】
したがって、ビット情報（透かし）を埋め込んだ透かし入り画像のＬ＊ａ＊ｂ＊色空間上での点Ｐ’ｍｎは、図４に示すように、原画像の点Ｐｍｎから指標画像の点Ｐ＾ｍｎに向けた直線上で、画素ノルムＤ（ｍ，ｎ）をＤ’（ｍ，ｎ）に変化させた位置にくるようになり、色空間上での変化の仕方や変化の限界が把握できる。
さらに、均等色空間であるＬ＊ａ＊ｂ＊色空間上で変化させているので、人間の知覚に合わせた色情報の変化となり、埋め込み後の画像の予測ができるようになる。また、最大変化したときの画質劣化がＰ’ｍｎとなるので、画質劣化の保証が可能になる。
【００６０】
（透かし情報の抽出方法）
次に、ビット情報（透かし）が埋め込まれた透かし入り画像からビット情報を抽出する工程について説明する。
【００６１】
埋め込み時と同様に、透かし入り画像をブロック分割、サブブロック分割する。以下では、ブロックＢ（ｉ，ｊ）からビット情報ｂｉｊを抽出する処理について説明する。
【００６２】
まず、ブロックＢ（ｉ，ｊ）内の画素ｇ（ｍ，ｎ）について、画素値を表すＬ＊ａ＊ｂ＊色空間上の点Ｐｍｎ（Ｌｍｎ＊，ａ＊ｍｎ，ｂ＊ｍｎ）を得る。
【００６３】
続いて、式（４），（７）を用いて、サブブロック内における画素ノルム総和Ｗ（ｋ，ｌ）を計算する。
【００６４】
続いて、式（８）を用いて、ブロック内に含まれる画素ノルム総和Ｗ（ｋ，ｌ）の平均値Ｗ−を算出する。
続いて、式（９）を用いて、量子化した画素ノルム総和平均Ｗ−Ｑを計算する。
このとき、Ｗ−Ｑの値が偶数であればｂｉｊ＝０、Ｗ−Ｑの値が奇数であればｂｉｊ＝１を、それぞれビット情報として抽出する。
以上の処理をすべてのブロックについて実行することで画像に埋め込まれたすべての透かし情報が抽出される。
【００６５】
したがって、ビット情報の抽出には、指標画像のような参照用の画像は必要ではなく、埋め込み時に用いた量子化値Ｑの情報だけが与えられれば抽出が可能になる。
【００６６】
（誤差減少処理）
既述のように、本発明はＬ＊ａ＊ｂ＊色空間を始め、さまざまな色空間（Ｌａｂ空間として説明）を用いて利用することができる。そのため、ｓＲＧＢ色空間以外を用いた場合には、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間などの成分値からｓＲＧＢ色空間の成分値に変換し、さらにそれらを整数値化しなければならない。このため、抽出の際に透かし入り画像のＲＧＢ値から計算したＬ＊ａ＊ｂ＊成分値と、透かし埋め込み直後のＬ＊ａ＊ｂ＊成分値との間には、誤差が生じる。
【００６７】
したがって、透かし情報の抽出率を高めるために、誤差減少処理を追加することが望ましい。従来、異なる色空間の間で成分値を変換し、整数値化する場合は、全画素を四捨五入で整数値化していた。
しかし、変換前後の色空間に線形関係がない場合は、四捨五入では誤差を除去できず、かえって誤差を助長する場合がある。そこで、本発明では、以下の手順で誤差減少処理を行うようにして透かし情報の抽出精度を高めるようにしている。
【００６８】
透かしのビット情報が埋め込まれた位置（ｒ，ｓ）（０≦ｒ＜Ｗ，０≦ｓ＜Ｈ）における画素のＬ＊ａ＊ｂ＊成分値Ｌ＊ｒｓ’、ａ＊ｒｓ’、ｂ＊ｒｓ’を、ｓＲＧＢ表色系に変換して得られた各成分値をＲ〜ｒｓ，Ｇ〜ｒｓ，Ｂ〜ｒｓとする。
【００６９】
各成分値の少数点以下の切り上げ、切り捨てを行う。すなわち、式（１７）を用いて、Ｘｒｓｕ，Ｘｒｓｄ（Ｘ∈｛Ｒ，Ｇ，Ｂ｝）の計算を行う。
【００７０】
【数１７】
2011147017.tif 000019
【００７１】
続いて、Ｒｒｓｐ，Ｇｒｓｐ，Ｂｒｓｐ（ｐ∈｛ｕ，ｄ｝）から、Ｌ＊ａ＊ｂ＊系色空間への変換を経て計算される原点からの距離ｄｉ（画素ノルム）を、すべてのｐの組み合わせについて計算する。
すなわち、式（１８）を用いて８とおりの原点からの距離ｄｉ値を計算する。
【００７２】
【数１８】
2011147017.tif 000020
【００７３】
ここで、ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ｘ，ｙ，ｚをＬ＊ａ＊ｂ＊色空間に変換したときの原点からの距離を示す。
【００７４】
続いて、式（１９）を用いて、位置（ｒ，ｓ）の画素の原点からの距離とｄｉ値との差の絶対値ΔＥｉを計算する。
【００７５】
【数１９】
2011147017.tif 000021
【００７６】
ここで、０≦ｉ≦７である。
【００７７】
式（１９）で得られた８つのΔＥｉのなかから、式（２０）により、最小値ΔＥｍｉｎを求める。
【００７８】
【数２０】
2011147017.tif 000022
【００７９】
ΔＥｍｉｎを計算するのに用いたＸｒｓｐ（Ｘ∈｛Ｒ，Ｇ，Ｂ｝，ｐ∈｛ｕ，ｄ｝）を、透かし入り画像の位置（ｒ，ｓ）における画素のＲ，Ｇ，Ｂ値と決定する。
【００８０】
このようにして、四捨五入ではなく、切り上げ、切り捨てにより得られる８とおりの組み合わせのなかから、最も原点からの距離が近い１つを選択することにより、誤差を最小にすることができる。
【００８１】
（変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られず発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形実施することができるので、変形例について説明する。
【００８２】
上述した電子透かしの埋め込み方法では、ブロック分割を４×５個のブロックに分割し、１つのブロックを２×２個のサブブロックに分割する例を用いて説明した。サブブロックは、最小１×１個のサブブロック（すなわち１ブロック全体が１つのサブブロック）とした場合でも、計算は理論上実行できるのでこの場合も本発明に含まれるものとする。
【００８３】
上述した実施形態ではＬ＊ａ＊ｂ＊色空間を用いたが、他の色空間に本発明を適用した場合にも、当該色空間上で、原画像の点から指標画像の点に向けた線上で透かし入り画像の点を表すことができるので、当該色空間上での画像の変化を予測することができるようになる（ｓＲＧＢ表色系に変換すればモニタ画像も予測できるようになる）。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、画像データに電子透かしを埋め込む技術として利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１    原画像
１＾  指標画像
【図１】
2011147017.tif 000023
【図２】
2011147017.tif 000024
【図３】
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【図４】
2011147017.tif 000026
【図５】
2011147017.tif 000027