(57)【要約】【課題】  映像用電子透かしの検出精度向上を目的とした従来技術は、各フレームの透かしの残存度合いに応じて当該フレームを透かしの検出対象とするか否かを判断することを特徴とする。しかし、従来技術では、透かしの残存度合いの推定方法が開示されておらず、検出精度向上の手段として不明確であった。また、フレーム単位で検出対象の可否を判断するため、フレーム内で不均一に残存する透かしの検出精度向上手法として不十分であった。【解決手段】  フレーム画像を複数の画像領域に分割し、各フレーム画像に対応したエラー率を推定するとともに、エラー率が最小となる部分集合を透かし検出対象とする。【選択図】  図４
2007074454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像コンテンツから、電子透かしとして挿入された情報を検出する電子透かし情報の検出方法であって、
前記画像コンテンツを少なくとも２つ以上の画像領域に分割する第一のステップと、
前記分割した各画像領域に対応した前記電子透かし情報の残存度合いを推定する第二のステップと、
推定した前記残存度合いの大きさに基づいて、対応する画像領域、または当該画像領域に対応した統計値集合を並び替える第三のステップと、
前記並び替えた画像領域、または統計値集合を昇順または降順で逐次加算し、加算毎に当該加算した画像領域、または加算した統計値集合から前記電子透かし情報の残存度合いを再推定する第四のステップと、
前記複数の加算した画像領域、または加算した統計値集合から前記残存度合いが最小となる画像領域、または統計値集合を選択する第五のステップと、
前記選択した画像領域、または統計値集合から前記電子透かし情報を判定する第六のステップと、を有する
ことを特徴とする電子透かし情報の検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の電子透かし情報の抽出方法であって、
前記画像コンテンツは、２つ以上のフレーム画像から構成される映像コンテンツである
ことを特徴とする電子透かし情報の検出方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の電子透かし情報の抽出方法であって、
前記画像領域に対応した統計値集合は、前記電子透かし情報を構成する各情報ビットに対応した統計値で構成され、
各統計値は、各情報ビットに対応した乱数と画像領域上の画素値との積で表現される
ことを特徴とする電子透かし情報の検出方法。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか一に記載の電子透かし情報の抽出方法であって、
前記第三のステップは、前記残存度合いが降順または昇順となるように、対応する画像領域、または統計値集合を並べ替える
ことを特徴とする電子透かし情報の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルデータ、特に動画像データに対する電子透かし技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像データなどのデジタルデータに対する著作権保護の観点から、電子透かし技術が注目されている。電子透かし技術とは、所定の規則にしたがい、デジタルデータに、所定の情報を、少なくとも所定の規則を用いることなく当該所定の情報を当該デジタルデータから抽出できないように埋め込む技術である。例えば、所定の規則にしたがい、動画コンテンツの購入者などに関する情報を動画コンテンツの各フレーム画像に目に見えない形態で埋め込んでおき、不正コピーされた場合に、所定の規則にしたがって、不正コピーされたコンテンツから埋め込まれた情報を抽出することで、不正コピーを行った者を特定する。動画を対象とした電子透かし技術については、非特許文献１に記載されている。
【０００３】
動画電子透かしで要求される技術課題のひとつに画像処理耐性の向上がある。これは、情報を埋め込んだ画像に加工・編集を加えた後でも、埋め込んだ情報を正しく検出できることである。例えば、画像・映像コンテンツの配信時では、電子透かしにより画像に情報を埋め込んだ後、パッケージのデータ容量やネットワークの伝送量を軽減するためにMPEGなどの映像圧縮がよく行われる。また二次流通の際には、上述した画像処理などの他に電子透かしを除去するために不正者が意図的に行う複雑な幾何変形などが想定される。従って、これらの処理を行った後からでも埋め込んだ情報を精度良く検出できることが重要である。
【０００４】
動画電子透かしの埋込み処理では、動画像を構成する各フレームに情報を表す画像パターンを重畳し、当該画像パターンは、一般的に、各フレームで同一である。そこで、画像処理耐性を向上させるために、動画電子透かしの検出時に透かしを埋め込んだ複数フレームを足し合わせることで、画像パターンに付随する画像ノイズを低減し、当該画像パターン（すなわち埋込み情報）の検出精度を向上する手法が非特許文献２で提案されている。
【０００５】
具体的には、非特許文献２に記載の検出装置は、Ｓ枚のフレーム画像を格納するスタックを保持し、一定時間毎にフレーム（orフィールド）画像の入力を受け付ける。当該検出装置のスタック内では、透かしの残存度合いが大きい順にフレーム画像が並べられており、スタック内で最下位のフレーム画像よりも透かしの残存度合いが大きいフレーム画像が新たにくると、スタックの更新が行なわれる。また、当該検出装置は、一定時間毎に下記手順にしたがって検出処理を行う。
（１）スタック最上位のフレーム画像で透かし検出
（２）スタック最上位と２番目のフレーム画像を足し合わせて透かし検出
・・・・
（Ｓ）スタック最上位から最下位（Ｓ番目）のフレーム画像を足し合わせて透かし検出
上記手順において、何らかの透かしが検出された時点で処理を止めて検出結果を出力する。
【０００６】
【非特許文献１】I.Echizen, H.Yoshiura, T.Arai, H.Kimura and T.Takeuchi: General Quality Maintenance Module for Motion Picture Watermarking, IEEE Transactions on Consumer Electronics Vol.45, No.4, pp.1150-1158, NOVEMBER 1999
【非特許文献２】杉原 亮 ：動画の電子透かしにおける信頼性評価, 2000年 暗号と情報セキュリティシンポジウム講演論文集 , SCIS2000-N02, (2000).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献２には、フレーム画像における透かしの残存度合いを算出する方法が開示されておらず、具体的内容に乏しい。
【０００８】
また、非特許文献２では、上述した検出処理の手順において、何らかの透かしが検出された時点で検出処理を止めて検出結果を出力するため、必ずしも、当該検出結果が誤り率低減の観点からみて最適とは限らず、検出精度を向上する手段として不十分であった。
【０００９】
さらに、フレーム画像の透かしの残存度合いは、一般的にフレーム内で不均一であるが、非特許文献２の検出処理は、フレーム単位の処理を前提とし、フレーム内における透かし残存度合いの不均一性を考慮していなかった。すなわち、フレーム単位で透かしの残存度合いを算出し、その強度に基づいてスタックのフレーム画像を並び替え、足し合わせ処理を行うため、フレーム内のノイズ低減は考慮されておらず、処理単位の観点からみても検出精度を向上する手段として不十分であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、動画電子透かしの検出において、動画コンテンツから透かし情報の検出精度が最適となるように、透かしの残存度合いの大きい領域を選択し、足し合わせる。具体的には、対象となる複数フレーム画像から推定誤り率が最小となる部分集合を選定して足し合わせることを特徴とする。
【００１１】
本発明の望ましい態様は、画像コンテンツから電子透かしとして挿入された情報を検出する電子透かし情報の検出方法において、
画像コンテンツを少なくとも２つ以上の画像領域に分割する第一のステップと、
分割した各画像領域に対応した電子透かし情報の残存度合いを推定する第二のステップと、
推定した残存度合いの大きさに基づいて、対応する画像領域、または当該画像領域に対応した統計値集合を並び替える第三のステップと、
並び替えた画像領域、または統計値集合を昇順または降順で逐次加算し、加算毎に当該加算した画像領域、または加算した統計値集合から電子透かし情報の残存度合いを再推定する第四のステップと、
複数の加算した画像領域、または加算した統計値集合から残存度合いが最小となる画像領域、または統計値集合を選択する第五のステップと、
選択した画像領域、または統計値集合から電子透かし情報を判定する第六のステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記電子透かし情報の検出方法において、画像コンテンツは、２つ以上のフレーム画像から構成される映像コンテンツであっても良い。
【００１３】
さらに、上記電子透かし情報の検出方法において、画像領域に対応した統計値集合は、電子透かし情報を構成する各情報ビットに対応した統計値で構成され、各統計値は、各情報ビットに対応した乱数と画像領域上の画素値との積で表現されるものであっても良い。
【００１４】
さらに、上記電子透かし情報の検出方法において、残存度合いが降順または昇順となるように、対応する画像領域、または統計値集合を並べ替えても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、動画電子透かしの埋込み処理を変更することなく、電子透かしの画像処理耐性の向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本実施形態の概略構成を示す図である。図１が示すように、コンテンツの配信方法として、放送、パッケージ、ネットワークを経由する方法が主流であり、本実施例の適用形態は、電子透かし埋込み・制御信号付加装置１００と電子透かし検出・制御信号検出装置２００を有している。
【００１７】
電子透かし埋込み・制御信号付加装置１００は、コンテンツ作成時またはコンテンツ配信時にコンテンツへの電子透かし情報の埋込みおよび制御信号の付加を施す装置であり、コンテンツ編集およびコンテンツ配信機能を備えることもある。電子透かし検出・制御信号検出装置３００は、コンテンツ再生時またはコンテンツ受信時にコンテンツに対して電子透かし情報、および付加された制御信号の検出を行う装置であり、コンテンツ再生およびコンテンツ受信機能や電子透かし埋込み・制御信号付加機能を備えることもある。
【００１８】
図２は本実施形態の電子透かし埋込み・制御信号付加装置１００の概略構成を示す図である。図２に示す様に本実施形態の電子透かし埋込み・暗号化装置１００は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、入力装置１０３と、出力装置１０４と、通信装置１０５と、メモリ１０６とを有する情報処理装置を用いて構成することができる。
【００１９】
ＣＰＵ１０１は、電子透かし埋込み・制御信号付加装置１００全体の動作を制御する装置である。メモリ１０６は、電子透かし埋込み・制御信号付加装置１００全体の動作を制御する際にその為の各種処理プログラムやデータを格納する記憶装置である。入力装置１０３は、コンテンツを入力する為の各種入力を行う装置である。出力装置１０４は、コンテンツの出力に伴う各種出力を行う装置である。通信装置１０５は、インターネットやイントラネット等のネットワーク、または、ＳＣＳＩやＲＳ４２２やＩＥＥＥ１３９４などの専用インタフェースを介して、他の処理装置との通信および制御を行う各種装置である。
【００２０】
また電子透かし埋込み・制御信号付加装置１００は、ＣＰＵ１０１が実行することにより、コンテンツ読み出し処理部１０８と、電子透かし埋込み処理部１０９と、制御信号付加処理部１１０と、コンテンツ出力部１１１とを実現するプログラム１２０をメモリ１０６中に有している。
【００２１】
コンテンツ読み出し処理部１０８は、入力装置１０３や格納領域１０７からコンテンツの部分または全体領域を読み出す。
【００２２】
電子透かし埋込み処理部１０９は、上記読み出したコンテンツの部分または全体領域が当該コンテンツの電子透かし検出・制御信号検出装置２００での処理内容を制御する為の制御情報の付加される領域である場合に、コンテンツの記録・再生、非加工領域への格納、加工可能領域への格納、コンテンツに付随する付随データの表示、コンテンツの送出機器の選択、または送信側と受信側との間の双方向通信を制御する為の制御情報や、利用者IDや受信側IDや、利用者のレベル情報の条件や当該コンテンツの送信元IDなどの情報を電子透かし情報としてその領域に埋込む。
【００２３】
制御信号付加処理部１１０は、コンテンツ内のヘッダやフッタなどの特定箇所が当該コンテンツの電子透かし検出・制御信号検出装置２００での処理内容を制御する為の制御信号の付加される領域に、コンテンツの記録・再生、非加工領域への格納、加工可能領域への格納、コンテンツに付随する付随データの表示、コンテンツの送出機器の選択、または送信側と受信側との間の双方向通信を制御する為の制御情報や、利用者IDや受信側IDや、利用者のレベル情報の条件や当該コンテンツの送信元IDなどの情報を電子透かし埋込み処理部１０９で埋め込んだ制御情報と整合性を保ちながら制御信号としてコンテンツの当該特定箇所に付加する。
【００２４】
なお、本実施例では、電子透かし埋込み処理部１０９と制御信号付加処理部１１０の処理手順は、電子透かし埋込み処理が先で、制御信号の付加が後となっているが、必ずしも上記処理手順で処理する必要はなく、制御信号の付加を先に行っても良い。
【００２５】
コンテンツ出力部１１１は、上記制御信号付加処理部１１０で制御信号が付加された当該コンテンツを出力装置２０３へ送信する。また、コンテンツ出力部１１１は、暗号化および透かし埋込み（またはその一方）が施されていない格納領域１０７上にあるコンテンツを出力装置１０４に送信する場合もある。
【００２６】
図３は本実施形態の電子透かし検出・制御信号検出装置２００の概略構成を示す図である。図３に示す様に本実施形態の電子透かし検出・復号化装置２００は、ＣＰＵ２０１と、ＲＯＭ２０２と、入力装置２０３と、出力装置２０４と、通信装置２０５と、メモリ２０６とを有する情報処理装置を用いて構成することができる。
【００２７】
ＣＰＵ２０１は、電子透かし検出・制御信号検出装置２００全体の動作を制御する装置である。メモリ２０６は、電子透かし検出・制御信号検出装置２００全体の動作を制御する際にその為の各種処理プログラムやデータを格納する記憶装置である。入力装置２０３は、コンテンツを入力する為の各種入力を行う装置である。出力装置２０４は、コンテンツの出力に伴う各種出力を行う装置である。通信装置２０５は、インターネットやイントラネット等のネットワーク、または、ＳＣＳＩやＲＳ４２２やＩＥＥＥ１３９４などの専用インタフェースを介して、他の処理装置との通信および制御を行う各種装置である。
【００２８】
また電子透かし検出・制御信号検出装置２００は、ＣＰＵ２０１が実行することにより、コンテンツ読み出し処理部２０８と、制御信号検出処理部２０９と、電子透かし検出処理部２１０と、検出情報整合性判定部２１１と、制御処理部２１２とを実現するプログラム２２０をメモリ２０６中に有している。
【００２９】
コンテンツ読み出し処理部２０８は、入力装置２０３や格納領域２０７からコンテンツの部分または全体領域を読み出す。
【００３０】
制御信号検出処理部２０９は、コンテンツ読み出し処理部２０８で読み出されたコンテンツ内のヘッダやフッタなどの特定箇所が当該コンテンツの電子透かし検出・制御信号検出装置２００での処理内容を制御する為の制御信号の付加された領域である場合に、コンテンツの記録・再生、非加工領域への格納、加工可能領域への格納、コンテンツに付随する付随データの表示、コンテンツの送出機器の選択、または送信側と受信側との間の双方向通信を制御する為の制御情報や、利用者IDや受信側IDや、利用者のレベル情報の条件や当該コンテンツの送信元IDなどの制御信号を当該特定箇所から検出する。
【００３１】
電子透かし検出処理部２１０は、当該コンテンツの部分または全体領域から電子透かしの検出処理を行い、当該コンテンツの電子透かし検出・制御信号検出装置２００での処理内容を制御する為の制御情報の付加される領域である場合に、コンテンツの記録・再生、非加工領域への格納、加工可能領域への格納、コンテンツに付随する付随データの表示、コンテンツの送出機器の選択、または送信側と受信側との間の双方向通信を制御する為の制御情報や、利用者IDや受信側IDや、利用者のレベル情報の条件や当該コンテンツの送信元IDなどの情報を電子透かし情報として検出する。
【００３２】
なお、本実施例では、制御信号検出処理部２０９と電子透かし検出処理部３１０の処理手順は、制御信号検出処理が先で、電子透かしによる制御情報の検出が後となっているが、必ずしも上記処理手順で処理する必要はなく、電子透かしによる制御情報の検出を先に行っても良い。
【００３３】
検出情報整合性判定部２１１は、制御信号検出処理部２０９により当該コンテンツから検出した制御情報と、電子透かし検出処理部２１０により当該コンテンツから検出した制御情報の整合性を判定し、判定結果に基づいて制御処理部２１２に対する処理指示を決定する。
【００３４】
制御処理部２１２は、当該コンテンツに対する処理指示として、コンテンツの再生、コンテンツのコピー、非加工領域への格納、加工可能領域への格納、コンテンツに付随する付随データの表示、コンテンツの送出機器の選択、または送信側と受信側との間の双方向通信の実行指示を検出情報整合性判定部２１１より受け付け、当該コンテンツに対して受け付けた指示を実行する。
【００３５】
本実施例において、上記各プログラムは、電子透かし埋込み・制御信号付加装置１００または電子透かし検出・制御信号検出装置２００を構成する情報処理装置が備える図示していない磁気ディスク等に格納された後、メモリ１０６または２０６にロードされて実行されるものとする。また上記プログラムを上記情報処理装置が利用可能なＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から上記情報処理装置にインストールして使用しても良いし、ネットワークを介して他の情報処理装置にアクセスして上記プログラムをインストールして使用するものとしても良い。また、外部サーバから当該情報処理装置が利用可能なネットワークまたはネットワーク上を伝搬する搬送波を利用して、プログラムを磁気ディスク等に格納し、当該メモリ１０６または２０６にロードしても良い。また、上記各処理部は、必ずしもプログラム実行により実現されるものではなく、FPGAなどの回路構成によるハードウェアで実現しても良い。
【００３６】
図４、および図５は本実施形態の電子透かし検出・制御信号検出装置２００内の電子透かし検出処理部２１０の概略構成、および処理概要を示す図である。
【００３７】
図４に示す様に本実施形態の電子透かし検出処理部２１０は、領域分割部４１と、統計値算出部４２と、エラー率推定部４３と、ソート処理部４４と、加算制御部４５と、透かし情報判定部４６から構成される。
【００３８】
領域分割部４１は、図５に示すように、所定枚数のフレーム画像４０を所定数（例えばN個の）の画像領域５１に分割する。
【００３９】
統計値算出部４２は、領域分割部４１により分割した各画像領域に対して、埋込み情報ビットBk(1≦k≦M)に対応した統計値集合V={V(k)| 1≦k≦M }を算出する。各統計値V(k)の算出例としては、V(k)＝ΣP(k,i)×M(k,i)などが挙げられる。ここで、Σは添え字iに対して和を取るという意味であり、M(k,i)は、添え字kおよびiに対して独立な擬似乱数列を表す。
【００４０】
エラー率推定部４３は、各画像領域から算出した統計値集合Vから埋込み情報ビットの誤りの程度を推定する。具体的な推定方法として、たとえば、特開２００５−０３３８１８号公報に記載の方法がある。この推定方法は、統計値集合を構成する複数の統計値のうち少なくとも２つの統計値の分布により定まる確率分布曲線に基づき、統計値のビット値判定に用いる閾値をＴとした場合における当該ビットデータのビット値判定誤り率を求める方法である。
【００４１】
ソート処理部４４では、N個の画像領域から算出したN個の統計値集合を、各統計値集合から推定したエラー率の大きさに基づいて、N個の統計値集合をソーティングする。
【００４２】
加算制御部４５では、ソーティングした各統計値集合の統計値について、図５に示すような加算処理を行う。すなわち、加算統計値集合１＝統計値集合１、加算統計値集合２＝統計値集合１＋統計値集合２、加算統計値集合３＝統計値集合１＋統計値集合２＋統計値集合３、・・・、加算統計値集合Ｎ＝統計値集合１＋・・・＋統計値集合Ｎの処理によって加算統計値集合を算出する。ここで“＋”の演算は、集合の各要素（統計値）に対して加算演算を行うことを意味する。
【００４３】
次に、加算制御部４５は、生成した各加算統計値集合に対して、埋込み情報ビットのエラー率を推定する。推定方法は、特許文献１に記載の方法に従う。
【００４４】
次に加算制御部４５は、図５に示すように、Ｎ個の加算統計値集合からエラー率が最小となる加算統計値集合を選択する。
【００４５】
透かし情報判定部４６は、加算制御部４５が選択した加算統計値集合からビット値判定に用いるしきい値Ｔを用いて透かし情報を判定し、透かし情報４７を出力する。ビット値判定の一例として、
Bk = 1 if V(k)≧Ｔ, Bk = 0 if V(k)＜Ｔ (1≦k≦M)が考えられる。
【００４６】
図６は、電子透かし検出処理部２１０の処理手順を表すフローチャートである。
【００４７】
最初にステップＳ６００において、領域分割部４１は、1枚以上の所定数のフレーム画像を読み込む。
【００４８】
次にステップＳ６０１で領域分割部４１は、読み込んだ所定数のフレーム画像を所定数（N個）の画像領域に分割する。
【００４９】
次にステップＳ６０２で統計値算出部４２は、分割した各画像領域に対して、統計値集合を算出し、N個の統計値集合を得る。
【００５０】
次にステップＳ６０３でエラー率推定部４３は、各統計値集合から情報ビットのエラー率を推定し、Ｎ個の統計値集合に対応したＮ個のエラー率を得る。
【００５１】
次にステップＳ６０４でソート処理部４４は、各統計値集合から推定したエラー率の大きさに基づいて、N個の統計値集合をソーティングする。
【００５２】
次にステップＳ６０５は、加算制御部４５は、ソーティングした各統計値集合の統計値について、上述した統計値の加算処理を行い、Ｎ個の加算統計値集合を得る。
【００５３】
次に、ステップＳ６０６で加算制御部４５は、各加算統計値集合から情報ビットのエラー率を再推定し、Ｎ個の加算統計値集合に対応したＮ個のエラー率を得る。
【００５４】
次にステップＳ６０７で加算制御部４５は、Ｎ個の加算統計値集合からエラー率が最小となる加算統計値集合を選択する。
【００５５】
次にステップＳ６０８で透かし情報判定部４６は、加算制御部４５が選択した当該加算統計値集合からビット値判定に用いるしきい値Ｔを用いて透かし情報を判定し、透かし情報４７を出力する。
【００５６】
つぎにステップＳ６０９で電子透かし検出処理部２１０を制御するＣＰＵなどの制御部は、電子透かし検出処理部２１０が所定数のフレーム画像の読込み処理を完了したかを判定し、読込み処理が完了したのであれば、電子透かし検出処理部２１０の処理を終了し、読込み処理が完了していなければ、ステップＳ６００に戻り、所定数のフレーム画像の読込みを開始する。
【００５７】
なお、本実施形態では、処理対象コンテンツとして、映像コンテンツを対象としているが、必ずしも、これに限定されるものではなく、静止画、音楽コンテンツを対象とすることも可能である。
【００５８】
静止画コンテンツを対象とした場合、本実施形態において、静止画像内を複数の画像領域に分割することで、画像領域を取得し、各画像領域における透かし情報のエラー率を推定することで、当該領域を透かしの検出対象とするか否かの判断をすることが可能である。
【００５９】
また、音楽コンテンツを対象とした場合、本実施形態において、音楽コンテンツ内を時分割することで、複数のコンテンツ領域を取得し、各領域における透かし情報のエラー率を推定することで、当該領域を透かしの検出対象とするか否かの判断をすることが可能である。
【００６０】
上述のように、本実施例は、動画電子透かしの検出において、動画コンテンツから透かし情報の検出精度が最適となるように、透かしの残存度合いの大きい領域を選択し、足し合わせる。具体的には、対象となる複数フレーム画像から推定誤り率が最小となる部分集合を選定して足し合わせることを特徴とする。本実施例により、動画電子透かしの埋込み処理を変更することなく、電子透かしの画像処理耐性の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態を適用したシステムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態の電子透かし埋込み・制御情報付加装置の概略構成を示す図である。
【図３】本実施形態の電子透かし検出・制御情報検出装置の概略構成を示す図である。
【図４】本実施形態の電子透かし検出処理部の概略構成を示す図である。
【図５】本実施形態の電子透かし検出処理部の処理内容を示す図である。
【図６】本実施形態の電子透かし検出処理部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
４０：フレーム画像、４１：領域分割部、４２：統計値算出部、４３：エラー率推定部、４４：ソート処理部、４５：加算制御部、４６：透かし情報判定部、４７：透かし情報。
【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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