(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
認証可能なカラー・ドキュメントを生成するプロセスであって、
前記カラー・ドキュメントは複数の色分解を有し、
認証画像が該カラー・ドキュメントに挿入され、該認証画像は該カラー・ドキュメントにおいて容易に視覚的に知覚されず、
第１の確率的ハーフトーン・スクリーンを使用して、少なくとも第１の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップであって、
前記第１の確率的ハーフトーン・スクリーンは複数のセルを有し、各々のセルは少なくとも１つの第１の領域と少なくとも１つの第２の領域を有し、各々のセルは少なくとも第１の距離により隣接セルから空間的にオフセットされ、
第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第１の領域が、第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第１の領域と同一(identic        al)であり、
第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第２の領域が、第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第２の領域と共役である、
前記少なくとも第１の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップと、
第２の確率的ハーフトーン・スクリーンを使用して、少なくとも第２の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップであって、
前記第２のハーフトーン・スクリーンは複数のセルを有し、各々のセルは少なくとも１つの第１の領域と少なくとも１つの第２の領域を有し、各々のセルは少なくとも第１の距離により隣接セルから空間的にオフセットされ、
第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第１の領域が、第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第１の領域と共役であり、
第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第２の領域が、第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第２の領域と同一である、
前記少なくとも第２の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップと、
マルチカラー画像を形成するために少なくとも第１および第２の色分解画像のハーフトーン化された画像データを結合するステップと、
を有し、
前記マルチカラー画像の少なくとも第１のコピーが少なくとも第１の距離によりマルチカラー画像の少なくとも第２のコピーから空間的にオフセットされた場合、マルチカラー画像の少なくとも第１および第２のコピーの各々の少なくとも第１のセルがマルチカラー画像の少なくとも第１および第２のコピーの少なくとも第２のセルに位置合わせ(align)され、同一および共役領域のコントラストが認証画像を形成するために視覚可能となる、
認証可能なカラー・ドキュメントを生成するプロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像の信用(authenticity)の検証を可能にするためにカラーウォーターマーク（電子透かし）をディジタルで再現可能なカラー画像に適用するプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウォーターマークは、ドキュメントの源泉または出所を識別するために、印刷業界において長く使用されてきた。一般に、ウォーターマークは、オリジナルドキュメントが特定の態様で見られた時にのみ可視となる、画像における不鮮明なパターンとして現れる。複写する者がウォーターマークされた紙を入手できない限り、ドキュメントの不信性を明らかにせずに、複写する者がドキュメントを再現することは困難であろう。すなわち、原画像が本来印刷された紙を用いなければ、コピーは容易に発見可能であろう。人々はコストや他の実利的な理由でウォーターマークされた印刷物を使用しなくなっている。しかし、ドキュメント画像の源泉または出所を識別することは依然必要である。
【０００３】
普通紙のコピーの導入は、紙の原本の紙のコピーの蔓延を結果として生じた。同様の結果は、ディジタルスキャナの容易な可用性および、インターネットによる迅速で広範な画像へのアクセスが得られるようになって、電子画像にも生じている。画像の創作者が、違法にコピーされ第三者に流布されないと創作者が保証され得る電子的原本を生成することは、現在極めて困難である。ディジタルウォーターマークは、電子コピーにおける画像の源泉が識別され得るようにする識別マークを画像内に包含させることによって、その流布を防止することを目的とする。識別マークは、画像の元の内容を乱さず、転じさせないと同時に、源泉を容易に識別可能にすることが重要である。
【０００４】
ウォーターマーク識別は、画像の権利所有者を識別するウォーターマークをディジタルまたは印刷されたページに埋め込むことによって実行され得る。従来、これらの画像はハードコピーで作成および配布されてきた。今後、これらの画像は主にディジタル形態で配布されるであろう。従って、画像識別は、ハードコピーおよびディジタル画像形態の両方に役立たなければならない。
【０００５】
ウォーターマーキングは２つの基本的な形態を取り得る。可視または知覚可能なものと、不可視または知覚不可能なものとである。可視のウォーターマークは、配布されるディジタルまたは印刷された画像に明記される著作権記号やロゴといったマークである。ウォーターマークの存在は、画像を損わずにそのウォーターマークを除去困難にさせる態様で、画像において明白に可視にされる。可視のウォーターマークの存在は画像の有用性を傷つけない。しかし、可視のウォーターマークは画像の美学を妨害することもある。また、可視のウォーターマークは、画像の詐欺的複製者がウォーターマークの位置を識別し、ウォーターマークを備えない画像を再現しようと試みることが可能であるという点で、詐欺の潜在的な標的でもある。
【０００６】
不可視のウォーターマークは、裸眼で容易に識別可能ではない態様でディジタルまたは印刷された画像に埋め込まれる著作権記号、ロゴ、通し番号などといったマークである。後に、それらのウォーターマークに埋め込まれた情報は、所有者や画像が販売される個人を含め、画像の源泉の識別を援助するために画像から導出され得る。そうしたウォーターマークは、画像の所有権が争われている場合には、所有権を確定するために有効である。そのようなウォーターマークは画像の窃盗の抑止としてはそれほど有効ではない。
【０００７】
画像には可視または不可視のウォーターマークの一方または両方が望ましいが、それらは、コピーを防止するまたはコピーを検出するための異なる技法を表している。ドキュメント作成者は両方の種類の保護を使用したいと望むであろうと予想される。
【０００８】
従来、多くの特許および出版物が、ドキュメントに使用するためのウォーターマーキングまたは他のディジタル情報符号化技法を開示している。以下に要約する特許および出版物はすべて、参照により全体として本願に包括される。
【０００９】
情報をハーフトーンに埋め込む方法が、Tuhro("Counterfeit Detection Method", Xerox Disclosure Journal, Vol. 20, No. 6, November/December 1995.)によって提案された。この方法は、セルごとにハーフトーン・ドットの位置にわずかな偏差を作る。代替として、ラインスクリーンの位置を少しずつ変えて情報を符号化してもよい。復号化は、符号化された画像の上に、そうした偏差をまったく持たないハーフトーンスクリーンを置くことによって実現される。ハーフトーンセル偏差の位置はビートパターンとして目立つ。この方法の難点は、情報がプリンタひずみ内で容易に失われる可能性があることである。目標は、その偏差を、見えないようにするためにできる限り小さくすることである。それは、その偏差を検出しづらくすることにもつながる。
【００１０】
Ｃｕｒｒｙの米国特許第５，７０６，０９９号には第２の方法が記載されている。この方法は、形状が対称である、「ヘビ状（serpentine）」ドットと称するハーフトーン・ドットを処理する。これらのドットは、回転し並んで配置された時に、ともに良好に適合するように設計されている。これは、ドットの様々な回転をページ全体に配置させ、ハーフトーンパターンに任意の情報を符号化する。目視検査からは、対称的パターンの変化する形状は目に不快ではない。この方法はＴｕｈｒｏによる方法と同じ難題を有する。情報が目で見えないことを保証するために、ハーフトーンセルはできる限り小さくする必要がある。セルサイズが縮小されるにつれて、セルの配向を検出することがより困難になる。
【００１１】
情報を画像に埋め込むためのさらに別のプロセスは、グリフの使用である。Ｔｏｗの米国特許第５，３１５，０９８号に開示されている通り、グリフは、小さな、線の配向が少数の値のうちの１個を表現する、３〜５ピクセルの長さの線である。従って、データストリームは、グリフによって表現することができ、その場合、個々の線は情報の符号化された図を与えるために配向が変化する。グリフが何らかの数値的方法によって情報を符号化するという点で、グリフはウォーターマークと異なり、ウォーターマークは実際の画像を表現する。グリフは、それらの赤外線反射率、高解像度スペクトル詳細、メタメリックスペクトル特性、磁化などといった印刷物の人間不可視特性によって機械可読とすることができる。それらの機械検出可能な素材は、色、白さ、黒さ、透明および不透明というそれらの通常の可視特性とともに、機械認識可能で人間不可視特性を有するゼログラフィトナーを利用するなどして、人間可読レンダリングを印刷するために使用されるものと同じ印刷プロセスに組み込むことができる。
【００１２】
Ｗａｎｇらの米国特許第５，３３７，３６１号は、グラフィック画像をオーバレイし、誤り訂正可能な機械可読フォーマットで符号化された情報を包含することができる情報領域を記載している。この方法は、下層のグラフィック画像によるひずみに関わらず、情報の回復を可能にする。その記録はまた、画像領域におけるワードと類似の形式でワードにより画像を表現することができる。その後、画像情報およびグラフィック・ワードは両方とも、記録に関する動作が生じた時に改変され得る。Ｗａｎｇらのものは、見えるように望まれる画像以外のバーコード符号化情報を本質的に付与するという点で、本発明と異なる。
【００１３】
"Cloaking Device for Top-Secret Faxes"(Electronic Imaging Review, Center for Electronic Imaging Systems, University of Rochester, N.Y., Fall, 1995, Vol. 2, No. 3, Page 4)は、小さな黒い「ワーム」で満たされた白黒ドットのランダムパターンで、全部のページが同一に見えるように暗号化方法を支援するソフトウェアを詳述している。ページは、そのページの上に解読キーを置くことによって解読される。テキストは、黒地に白文字かまたは白地に黒文字のいずれかで現れる。注目すべきことは、示された画像において、画像が位置する領域は白黒ドットのランダムパターンの変化によって識別可能である。
【００１４】
ディジタルウォーターマークを付加する方法を参照するいくつかの論文が、Ｄｉｇｉｍａｒｃ社について言及している。"Digimarc Corp. Announces New Copyright Protection Technology; Irremovable Signatures Protect Creative Property in the Digital Age," June 28, 1995, Business Wireは、画像とともに隠された情報が入手可能な著作権保護システムを記載している。また、以下も参照されたい。"Dice and Digimarc File for Patents for 'Scatter-Gun' Electronic Watermark Technology," October 4, 1995, Computergram International; "Holographic signatures for digital images; authentication, verification and protection for copyright holders" (Digimarc Corp's copyright protection technology), August 14, 1995, Seybold Report on Desktop Publishing, v9, n. 12, p. 23(2).
【００１５】
"NEC develops digital watermarking technique protecting copyrights of images and music on Internet," February 12, 1996, Business Wireは、拡散スペクトル通信と類似の方式でデータのスペクトル成分を用いて画像に隠されるウォーターマーク情報を記載している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、ディジタルで再現されたカラードキュメントに不可視のカラーウォーターマークを付与するシステムおよび方法のためのハーフトーン化分野における必要性を認識した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に従ったシステムおよび方法の様々な例示的な実施形態は、ディジタルで再現可能なカラードキュメントに本質的に不可視のウォーターマークを付与する際の基本的課題を扱う。詳細には、本発明に従ったシステムおよび方法の様々な例示的な実施形態において、ウォーターマークの色のコントラストは、基本画像におけるウォーターマークの検出可能性を低減させつつ、ウォーターマークの検出可能性を改善するように増強される。
【００１８】
不可視のウォーターマークを作成するために、確率的(stochastic)スクリーンが使用できる。確率的ハーフトーンスクリーンは、ランダムに分布したドットによる外観を有するハーフトーン画像を生じる大きなしきい値アレイである。確率的スクリーンのための不可視のウォーターマークを生じるために、少なくとも１つの付加的な確率的ハーフトーンスクリーンが作成され、ウォーターマーク情報をドキュメントに組み込むために使用される。以下に説明する様々な例示的な実施形態において、確率的ハーフトーンスクリーンの数は、カラードキュメントを形成する色分解の数に対応している。しかし、色分解の数より多い、または少ない確率的ハーフトーンスクリーンへの拡張は当業者にとって容易であるので、使用され得る確率的ハーフトーンスクリーンの数は色分解の数に限定されるものではない。
【００１９】
本発明は、ディジタルで再現可能なカラードキュメントにおけるカラーウォーターマークを作成するシステムおよび方法に関する。本発明に従ったシステムおよび方法の様々な例示的な実施形態において、カラーウォーターマークは、カラードキュメントの少なくとも１つ以上の色分解に、確率的に分布したドットとして見えるハーフトーンパターンを作成することによって生成される。同様に、確率的に分布したドットとして見える第２のハーフトーンパターンが、カラードキュメントの少なくとも１つ以上の色分解において生成される。第１および第２のハーフトーンパターンの部分は、自己相関または共役相関している。その結果、２つのハーフトーンパターンが適正に位置合わせされるように相互に重ねられるか、または適切に位置合わせされると、高コントラスト色のウォーターマークパターンが顕著に可視になる。
本発明は、認証可能なカラー・ドキュメントを生成するプロセスであって、前記カラー・ドキュメントは複数の色分解を有し、認証画像が該カラー・ドキュメントに挿入され、該認証画像は該カラー・ドキュメントにおいて容易に視覚的に知覚されず、第１の確率的ハーフトーン・スクリーンを使用して、少なくとも第１の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップであって、前記第１の確率的ハーフトーン・スクリーンは複数のセルを有し、各々のセルは少なくとも１つの第１の領域と少なくとも１つの第２の領域を有し、各々のセルは少なくとも第１の距離により隣接セルから空間的にオフセットされ、第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第１の領域が、第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第１の領域と同一(identical)であり、第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第２の領域が、第１の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第２の領域と共役である、前記少なくとも第１の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップと、第２の確率的ハーフトーン・スクリーンを使用して、少なくとも第２の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップであって、前記第２のハーフトーン・スクリーンは複数のセルを有し、各々のセルは少なくとも１つの第１の領域と少なくとも１つの第２の領域を有し、各々のセルは少なくとも第１の距離により隣接セルから空間的にオフセットされ、第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第１の領域が、第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第１の領域と共役であり、第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第１のセルの少なくとも１つの第２の領域が、第２の確率的ハーフトーン・スクリーンの少なくとも第２のセルの少なくとも１つの第２の領域と同一である、前記少なくとも第２の色分解に対応する画像データをハーフトーン化するステップと、マルチカラー画像を形成するために少なくとも第１および第２の色分解画像のハーフトーン化された画像データを結合するステップと、を有し、前記マルチカラー画像の少なくとも第１のコピーが少なくとも第１の距離によりマルチカラー画像の少なくとも第２のコピーから空間的にオフセットされた場合、マルチカラー画像の少なくとも第１および第２のコピーの各々の少なくとも第１のセルがマルチカラー画像の少なくとも第１および第２のコピーの少なくとも第２のセルに位置合わせ(align)され、同一および共役領域のコントラストが認証画像を形成するために視覚可能となる、認証可能なカラー・ドキュメントを生成するプロセスを提供する。
【００２０】
本発明の上記および他の特徴および利益は、本発明に従ったシステムおよび方法の様々な例示的な実施形態の以下の詳細な説明に記載されるか、またはそれより明白となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、カラードキュメントにおいてカラーパターンを使用可能にし、そのカラーパターンは所望の画像を作成するために確率的ハーフトーン化プロセスを用いて生成され得る。当該技法を使用すると、確率的スクリーンのランダムな性質は、異なる確率的スクリーンの相関関係と連係するユニークな認証手続きを備える機会をもたらす。
【００２２】
カラー確率的ハーフトーンスクリーニングの原理への第一歩として、単色確率的ハーフトーンスクリーンを以下に検討する。
【００２３】
単色ドキュメントの単色確率的ハーフトーンスクリーンに関して、ハーフトーン画像は、Ｎ個のエレメントを備えるスクリーンマトリックスによる一定のグレースケール入力から生成される。隣接するピクセル間のオーバラップが無視される場合、ｎ個の黒ピクセルおよびＮ−ｎ個の白ピクセルを備えるスクリーンセルは、次式に等しいグレースケール（ｇ）で入力をシミュレートする。
ｇ＝（Ｎ−ｎ）／Ｎ
ここで、０≦ｎ≦Ｎ、すなわち０≦ｇ≦１。このパターンの視覚的外観は、黒ピクセルまたは白ピクセルのいずれがマイノリティであるかに依存する。例えば、黒ピクセルが０．５≦ｇ≦１．０であれば、ハーフトーンパターンの最良の視覚的外観は、全部の黒ピクセルが「均一に」分布した時に、すなわち、個々の黒ピクセルがスクリーンの全面積の１／ｎまたはｌ／（ｌ−ｇ）Ｎの部分を「占有する」時に生じる。従って、隣接する黒ピクセルの平均距離は、α（ｌ−ｇ）-1/2と等しいはずであり、ここで、αはグレーレベルに依存しない。他方、白ピクセルがマイノリティである、すなわち０≦ｇ≦０．５である場合、個々の白ピクセルは全面積のｌ／（Ｎ−ｎ）または１／ｇＮの部分を「占有する」はずであり、隣接する白ピクセルの平均距離はαｇ-1/2に等しいはずである。理想化された確率的ディザリングスクリーンは、全部のグレーレベルについて上記の判定基準を満たすハーフトーン画像を生成するしきい値マスクとして定義される。
【００２４】
一般に、入力グレースケール画像は、整数Ｇ（ｘ，ｙ）により指定される（ここで０≦Ｇ≦Ｍ）。その結果、ディザリングスクリーンは、ゼロからＭ−１に及ぶＭ個の異なるしきい値を有するはずである。さらに、個々のレベルにおいて、同一のしきい値Ｔを有する（Ｎ／Ｍ）個のエレメントが存在するはずである。確率的スクリーンを設計する最終目標は、結果として生じるハーフトーン画像が理想化された確率的スクリーンによって生成されるものにできる限り近くなるようにしきい値Ｔを分布させることである。
【００２５】
ディザリングスクリーンから任意の対のピクセルを選び、それらの２個のピクセルに関するしきい値がそれぞれ、Ｔ1＝Ｔ（ｘ1，ｙ1）およびＴ2＝Ｔ（ｘ2，ｙ2）であると仮定する（ここで、（ｘ1，ｙ1）および（ｘ2，ｙ2）はこれらのピクセルの座標である）。一定の入力Ｇをディザリングする結果、出力Ｂ1＝Ｂ（ｘ1，ｙ1）およびＢ2＝Ｂ（ｘ2，ｙ2）は以下の可能な組合せを有する。
Ｇ≧Ｔ1かつＧ≧Ｔ2ならば、Ｂ1＝１かつＢ2＝１；
Ｇ＜Ｔ1かつＧ＜Ｔ2ならば、Ｂ1＝０かつＢ2＝０；
さもなくば、Ｂ1≠Ｂ2
式中、Ｂ＝１は白点を表し、Ｂ＝０は印刷のための黒点を表現する。１個の出力ピクセルが黒であり別のものが白である時、それらの２ピクセル間の距離は、上に概説した理由で視覚的外観と無関係である。両方のピクセルが白である場合、以下の場合の視覚的外観を考慮しなければならない。
Ｍ／２≧Ｇならば、Ｇ≧Ｔ1かつＧ≧Ｔ2
【００２６】
この場合、両方の出力ピクセルは白であり、白点はマイノリティである。従って、（ｘ1，ｙ1）と（ｘ2，ｙ2）との間の対応する距離は、ハーフトーン画像の視覚的外観と関連する。上に概説した分析によれば、この距離は、理想化される確率的スクリーンの出力について、αｇ-1/2またはα（Ｇ／Ｍ）-1/2以上である。この場合における全部のＧのうち、Ｇがクリティカルな場合は最小のもの、つまり、（ｘ1，ｙ1）および（ｘ2，ｙ2）の２ピクセル間の最も大きい距離を要求する、Ｇｃ＝Ｍａｘ（Ｔ1，Ｔ2）である。
【００２７】
同様に、両方のドットが黒いドットとして現れる場合、以下の場合における視覚的外観が考慮されなければならない。
Ｇ≧Ｍ／２ならば、Ｇ＜Ｔ1かつＧ＜Ｔ2
【００２８】
この場合における全部のＧのうち、最も大きいＧは、Ｇｃ＝Ｍｉｎ（Ｔ1，Ｔ2）により与えられ、それは、（ｘ1，ｙ1）および（ｘ2，ｙ2）の間に最も大きい距離α（ｌ−Ｇc／Ｍ）-1/2を要求する。
【００２９】
数学的には、理想化された確率的スクリーンと選択されたものの差を評価するために、メリット関数ｑ（Ｔ2，Ｔ2）が使用できる。例えば、以下の選択は、後述する実験に使用される。
ｑ（Ｔ1，Ｔ2）＝ｅｘｐ（−Ｃｄ2／ｄc2）        （１）
ここで、
ｄ2＝（ｘ1−ｘ2）2＋（ｙ1−ｙ2）2
Ｔ2＞Ｍ／２かつＴ1＞Ｍ／２ならば、
ｄc2＝Ｍ／［Ｍ−Ｍｉｎ（Ｔ1，Ｔ2）］
Ｔ2≦Ｍ／２かつＴ1≦Ｍ／２ならば、
ｄc2＝Ｍ／Ｍａｘ（Ｔ1，Ｔ2）
さもなくば、ｄc2＝０、すなわちｑ＝０、
Ｃは定数。
【００３０】
スクリーンより大きい画像をハーフトーン化するためにディザリングスクリーンが繰り返し使用されるので、ディザリングスクリーンからの任意の選択された対のピクセルについて、対応するハーフトーン画像における最も近い空間距離はディザリング方法に依存し、メリット関数に使用されるべきである。全体のメリット関数は全部の可能な組合せの寄与を含むはずである。実験において、ｑ（Ｔ1，Ｔ2）の総和は最適化のためであった。すなわち、
Ｑ＝Σｑ（Ｔ1，Ｔ2）      （２）
ただし、Σは全部の（ｘ1，ｙ1）≠（ｘ2，ｙ2）に関する。
【００３１】
その後、確率的スクリーンの設計は一般的な最適化問題になる。選択したスクリーンのしきい値が再構成されると、メリット関数は、方向およびステップを決定するために評価され得る。多くの既存の最適化技法がこの手法に適用できる。最も単純な方法は、１対のピクセルを無作為に選択し、しきい値をスワップして全体のメリット関数Ｑが低減するかどうかを確かめることである。スワップした対に関連するそれらのＱ値だけを再計算すればよいので、Ｑの評価は著しい計算時間を費さない。全部の初期しきい値は、標準の乱数発生器によって無作為に選択された。
【００３２】
代替として、既存のスクリーンからのしきい値の割当を使用することができる。メリット関数として式（１）によって記述されたガウス関数の他に、バターワース関数やそのフーリエ変換といった他の関数が試験された。他の最適化関数も可能である。各反復について、１対のピクセルがディザリングスクリーンから無作為に選択され、それらのしきい値をスワップし、メリット関数Ｑの変化が計算された。Ｑが低減しない場合、しきい値は復元される。そうでなければ、次の反復が実行される。最適化プロセスは、しきい値の満足した分布が得られるまで継続する。
【００３３】
単色確率的スクリーンに関する上述の問題は、本発明に従った確率的ハーフトーンスクリーニング方法の様々な例示的な実施形態による、ハーフトーン化されたカラードキュメントの不可視のカラーウォーターマークを生成するために発展させることができる。
【００３４】
Ｗａｎｇの米国特許第５，７９０，７０３号は、共役確率的スクリーンを用いて白黒ドキュメントをディジタルにウォーターマーキングすることに言及している。
【００３５】
全部のエレメント（ｘ，ｙ）について対応するしきい値の対が以下の関係を有するならば、同一サイズおよび同一形状を有する２つのスクリーンＴ1（ｘ，ｙ）およびＴ2（ｘ，ｙ）は共役である。
Ｔ1（ｘ，ｙ）＋Ｔ2（ｘ，ｙ）＝Ｍ              （３）
ここでＭは全部の可能レベルの数である。入力値Ｇ（ｘ，ｙ）としきい値Ｔ（ｘ，ｙ）との間の関係に基づき出力Ｂ（ｘ，ｙ）のバイナリステータスを定義するしきい値処理規則によって、以下を与える。
Ｇ（ｘ，ｙ）≧Ｔ（ｘ，ｙ）ならば、Ｂ（ｘ，ｙ）＝１；
Ｇ（ｘ，ｙ）＜Ｔ（ｘ，ｙ）ならば、Ｂ（ｘ，ｙ）＝０
入力画像が一定の値Ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｍ／２を有するならば、式（３）における２個の共役スクリーンＴ1（ｘ，ｙ）およびＴ2（ｘ，ｙ）によって生成される２個のバイナリ出力Ｂ1（ｘ，ｙ）およびＢ2（ｘ，ｙ）は、全部のピクセルについてのまさしくバイナリ補数であるということを指摘することは興味深い。すなわち、あらゆる黒ピクセルのＢ1は、同じピクセル位置（ｘ，ｙ）に対応する白ピクセルのＢ2を有しており、逆もまた同様である。入力レベルＧ（ｘ，ｙ）＜Ｍ／２であれば、Ｂ1とＢ2との間のバイナリ補数関係は、この場合でのマイノリティとして、全部の白点にあてはまる。Ｇ（ｘ，ｙ）＞Ｍ／２ならば、Ｂ1とＢ2との間のバイナリ補数関係は、同様に、この場合のマイノリティとして、黒点にあてはまる。
【００３６】
確率的スクリーンに関する上記検討から、Ｔ2のすべての出力レベルについて、スクリーン設計プロセスの間に最適化されているＴ1の対応するレベルが存在するので、良好に設計された確率的スクリーンＴ1（ｘ，ｙ）の共役スクリーンＴ2（ｘ，ｙ）もまた、良好に設計された確率的スクリーンである、ということを理解するのは難しくない。主要な相違は、Ｔ1のレベルが黒のマイノリティを備える場合、Ｔ2の対応するレベルは白のマイノリティを備え、同様に、白のマイノリティを備えるＴ1についてもそうである、ということである。以下の２つの場合を考えよう。
【００３７】
第１の例において、２つの同一のハーフトーン画像が、確率的スクリーンＴ1（ｘ，ｙ）を用いて生成され、２つの透明画にそれぞれ印刷される。２つの透明画が相互に重ねられて、透き通し(show-through)モードで見える場合、全体の外観は２つのハーフトーン画像間の相対位置に依存する。最大限または最も明るい透き通しは、いかなる横方向移動または回転も伴わずに２つの画像の完全なピクセル間の位置合わせによってのみ得ることができる。この論述がハーフトーン画像の二次元自己相関の類似であることを認識するべきである。最大限の透き通しは、自己相関のピーク値、すなわち相関の正のピークに対応する。
【００３８】
別の例において、２つのハーフトーン画像は、式（３）により定義された２つの共役な確率的スクリーンＴ1（ｘ，ｙ）およびＴ2（ｘ，ｙ）によってそれぞれ生成される。２つの共役スクリーンによって生成された２つのハーフトーン画像の相互相関は、上述の自己相関とは反対に、２つのハーフトーン画像が相互に重ねられて、完全に位置合わせされた後に、全体の外観が最小限または最も暗い透き通しに達するように振る舞う。数学的にこれは、相互相関の否定のピーク、つまり簡単にいえば相関の負のピークに対応する。
【００３９】
これらの２つの事例は、第２のハーフトーン画像のいくつかの部分が共役スクリーンＴ2（ｘ，ｙ）を使って生成され、第２の画像の残りの部分が第１のハーフトーン画像を生成するために使用されるものと同じ確率的スクリーンＴ1（ｘ，ｙ）によって生成されるように、相対的に組合せることができる。第１のものの上に第２の画像の透明画を置くと、最も明るいものと最も暗い透き通しとの間に強いコントラストが起こり、それが本発明に従ったディジタルウォーターマーキングのシステムおよび方法のための基礎を設定する。
【００４０】
実際的には、上述の第２のハーフトーン画像の２つの部分を結合することは、第１の確率的スクリーンＴ1（ｘ，ｙ）と同じ形状およびサイズを有する新しい確率的スクリーンＴ2（ｘ，ｙ）を設計することによって実現することができる。新しい確率的スクリーンＴ2の一部は、第１の確率的スクリーンＴ1の対応する部分と共役に作成され、新しい確率的スクリーンＴ2の他の部分は第１の確率的スクリーンＴ1の部分と同一に作成される。例えば、確率的スクリーン設計の最適化条件を修正することによって、第２のスクリーンによる２つの部分間の境界を視覚的にシームレスにすることが可能である。従って、新しい確率的スクリーンＴ2によって生成されるハーフトーン画像は、第１の確率的スクリーンＴ1によって生成されるハーフトーン画像とまったく同じに良好に見える。共役関係のための部分の形状によって定義されるウォーターマークは視覚的に知覚できないが、情報は隠されているか、または、相関度に従った態様で確率的スクリーンによって生成されるハーフトーン画像に組み込まれる。
【００４１】
上記の手順は特に、例えばシアンおよびマゼンタといった複数の色分解に適用できる。複数の色分解または色分解の組合せの確率的スクリーンのウォーターマークおよび残部を分離する部分について同一関係および共役関係を交番させることによって、ウォーターマークは、共役相関の部分と自己相関の部分との間の高コントラスト色として顕著に可視となるであろう。
【００４２】
さらに、共役相関領域と自己相関領域との差異から生じる増大した信号が画像処理技法で検出し得ることが認められよう。詳細には、ディジタルウォーターマークされたカラー画像をスキャンし、ディジタル化し、ディジタル化されたカラー画像の上に共役カラー画像を電子的に重畳してディジタル化カラー画像のウォーターマーク領域を検出することが可能であろう。
【００４３】
オーセンチケーション可能なドキュメントを生成する代替方法において、情報はまた、オリジナルドキュメントをハーフトーン化する間に、上述の２つの確率的スクリーンＴ1（ｘ，ｙ）およびＴ2（ｘ，ｙ）間で交番することによって組み込むことができる。従って、ハーフトーン化されたドキュメントは、自己参照しており、いかなる特別な視覚化「キー」ページも、オーセンチケーション画像を見るために要求されない。２つの確率的スクリーンによって生成される部分は並んでいるので、自己参照はスケーリングに影響されず、ハーフトーンのドキュメントが生成または転送される際の印刷および／またはコピープロセスの間に導入されるひずみに対してロバストである。この代替方法を実現するためには、第１および第２の確率的スクリーンを同時に設計することが必要である。設計プロセスの間に、組合せスクリーンの一般的な確率的スクリーンのための最適化要求条件だけでなく、式（４）および（５）によって記述される拘束も満たされなければならない。
【００４４】
本発明に従った画像処理システムおよび方法は、多様なコンピュータまたはワークステーションハードウェアプラットフォームにおいて使用され得る移植性のあるソースコードを提供するオブジェクト指向ソフトウェア開発環境を用いてソフトウェアに容易に具体化され得る。代替的に、本発明に従った画像処理システムおよび方法は、標準の論理回路またはＶＬＳＩ設計を用いて一部または完全にハードウェアにおいて具体化することができる。システムを具体化するためにソフトウェアまたはハードウェアを使用するかどうかは、システムの速度および効率の要求条件、特定の機能、および利用している特定のソフトウェアまたはハードウェアシステムおよびマイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータシステムに依存する。しかし、画像処理システムは、コンピュータ技術の一般知識とともにここに提示された機能に関する記載から過度の実験を伴わずに当業者によって容易に開発することができる。
【００４５】
図１は、本発明に従ったカラー画像処理システムの１つの例示的な一般的実施形態のブロック図を示す。図１に示すように、オリジナルドキュメントの電子表現が、画像入力端末１１０から、デバイスの特性と関連したフォーマットで、一般にｎビット／ピクセルで定義されるピクセルにより得られる。電子画像信号は、画像処理装置１２０によって、画像出力端末１３０での再現に適切な画像が得られるように処理されるように指示される。画像処理装置１２０は一般に、ｍビットディジタル画像データ信号を、特定のプリンタまたは他のデバイスを駆動するために適切なｎビット画像データ信号に変換する（ここでｍおよびｎは整数値である）、ハーフトーン処理装置２００を含む。一般的に、画像は、そのページの外観を記述する、ページ記述言語フォーマットで表現され得る。そうした場合において、画像処理装置１２０は、ページの分解のための処理要素および、プリンタを駆動するために適切な信号を供給する色変換要素を備え得る。
【００４６】
図２は、ハーフトーン処理装置２００の動作特性を示す。この例において、カラー処理システムは、４つの色分解を用いて例示されている。４つの色分解Ｃ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）、Ｙ（ｘ，ｙ）およびＫ（ｘ，ｙ）は、ｍビット入力をｎビット出力に低減するためのハーフトーン化目的で各プロセスにおいて独立に得られる。図２に図示の通り、スクリーンマトリックス情報のソース、スクリーンマトリックスメモリ２０６は、入力を、各色分解のための複数のコンパレータ２１０、２２０、２３０および２４０に供給する。コンパレータ２１０、２２０、２３０および２４０への他の入力は、ｍビット色分解画像データである。個々の２１０、２２０、２３０および２４０の出力は、レンダリングされるプリンタまたは類似デバイスに指示され得るｎビット出力である。この図例は、個別のスクリーンマトリックスが個々のコンパレータ２１０、２２０、２３０および２４０に供給され得る点で、高度に簡略化されている。
【００４７】
図３および４は、例えば、以下に述べる確率的スクリーンプロセスによってそれぞれ生成される第１および第２の確率的スクリーンによりマゼンタの色分解において生成される２つのハーフトーンパターンを示している。これらのパターンは単一のカラーレベルを表現している。スクリーンは、それらのスクリーンが生成したパターンが、低空間周波数において非常に小さなパワーを有する高周波パターンであるように設計されている。設計手順は、パターンがページ全体に以降のハーフトーンセルによって複製される時に、各セルの繰り返しによるような、いかなるエッジ効果も存在しないように、セル境界におけるラップアラウンドを考慮している。
【００４８】
図４に示された第２の確率的スクリーンの一部は、図３に示された第１のスクリーンの対応する部分と同一であるが、第２のスクリーンの他の部分は第１のスクリーンの対応する部分の共役である。２つのスクリーンのしきい値がそれぞれＴ1（ｘ，ｙ）およびＴ2（ｘ，ｙ）によって表現される場合、２つの確率的スクリーン間の同一関係および共役関係は、以下のように記述される。
Ｔ2（ｘ，ｙ）＝Ｔ1（ｘ，ｙ），および          （４）
Ｔ2（ｘ，ｙ）＝Ｍ−Ｔ1（ｘ，ｙ）            （５）
ここでＭは全部の可能な画像値レベルの数である。
【００４９】
綿密な調査を要さずに、第２のハーフトーンパターンは第１のパターンと極めて類似して見えるはずである。図３のパターンが慎重な位置合わせにより図４の上に置かれた時には、符号化された情報は巨視的な（例えば、ハーフトーンのセルサイズ）レベルで自らを露呈するであろう。情報は、２つのパターン間の相関関係において符号化され、広範な領域全体で巨視的に反復されるのであり、微細な細部または微視的なパターンにおいてではない。
【００５０】
図５および６は、図の左側部分に２つのハーフトーンスクリーンＡおよびＡ’を、図の右側部分に一定の入力レベルＧ＝１２８を備える対応するハーフトーン出力パターンを例示している。ハーフトーンパターンは、例えば上述の確率的方法によるマゼンタの色分解において生成される。図５および６に示された２つのハーフトーンスクリーンＡおよびＡ’は、相互に共役であり、ここにおいて個々の数字はしきい値を表現している。
【００５１】
図７は、図５の右側部分に示されたスクリーンＡのハーフトーン出力が、それ自体の上に置かれた場合に形成される、結果として得られるパターンを例示している。図８は、図５および６の右側部分に図示されたスクリーンＡおよびＡ’の２つのハーフトーン出力それぞれが相互に重ねられた場合に形成される、結果として得られるパターンを例示している。図７に示されたパターンは、自己相関のピーク値が０シフトで生起するので、図５の右側部分のパターンと同一である。しかし、図５および６の右側部分の２つのバイナリパターン間の共役相関の結果は、負ピーク相関を明らかにする。それらの２つの重なり合ったバイナリパターンに「ＯＲ」演算を適用することに類似である結果として得られるパターンは、図８に示された画像によって指示されるように、完全に色飽和するであろう。１２８より大きいカラー入力値Ｇが図５および６の２つのハーフトーンスクリーンＡおよびＡ’に適用された場合、２つのハーフトーン出力の重ね合わせによって得られる結果は、完全に色飽和とはならないであろう。むしろ、その結果は、双方がカラー入力値Ｇを表現する２つのハーフトーンパターンの全部の可能な組合せの間で最も暗いものであろう。明らかに、それは１２８未満のＧのカラー入力値について完全に色飽和である。
【００５２】
図９は、２つのハーフトーンスクリーンおよび、例えばマゼンタの色分解におけるそれぞれ２つのスクリーンによる２つのハーフトーン出力のオーバレイを例示する。第２のハーフトーンスクリーンの上側部分は、第１のハーフトーンスクリーンの上側部分の共役である。対照的に、第２のハーフトーンスクリーンの下側部分は、第１のハーフトーンスクリーンの下側部分と同一である。右に示されたハーフトーン出力間の結果として得られる共役相関および自己相関は明白になる。さらに重要なこととして、上側部分が共役要素を含み、下側部分が同一要素を含んでいるので、出力の視覚的コントラストは、それらのエリアに対して著しく変更されている。詳細には、下側部分は強く肯定的に相関するのに対し、上側部分は強く否定的に相関する。
【００５３】
図１０は、図７と同様に、２つのハーフトーンスクリーンおよび、例えばシアンの色分解におけるそれぞれ２つのスクリーンによる２つのハーフトーン出力のオーバレイを例示する。図１０の右側のオーバレイの上側部分および下側部分は、図９に示されたハーフトーンパターンとは逆になっている。第２のハーフトーンスクリーンの下側部分は、第１のハーフトーンスクリーンの下側部分の共役である。対照的に、第２のハーフトーンスクリーンの上側部分は、第１のハーフトーンスクリーンの上側部分と同一である。
【００５４】
図１１は、図９および１０の右側の２つのハーフトーンパターンが各自の色分解において相互の上に直接置かれた時に形成される強いコントラストになったカラー画像を例示している。結果として得られる画像は、共役相関部分と自己相関部分を形成する部分間のシアンおよびマゼンタの色分解の間での最も強いカラーコントラストを明らかにする。強調されたカラーコントラストは、カラーウォーターマークを形成するための視覚的パターン、形状または輪郭を表現するために使用できる。
【００５５】
図１２は、各サブセルがディジタル化されたＸ字ロゴを含んでいる、２つのサブセルを個々のハーフトーンスクリーンに含む２つの拡大された確率的ハーフトーンスクリーンを例示する。ハーフトーンスクリーンの各々において、下部サブセル１２０２および１２０４は、上部サブセル１２０１および１２０３の対応する領域に共役である領域を有する。詳細には、共役領域は、ディジタル化されたＸ字ロゴの内側部分および外側部分により形成される境界間に定義される。ディジタル化されたＸ字ロゴの外側部分に対応する第１のハーフトーンスクリーンの上部サブセル１２０１のエリア１２３０のスクリーンエレメントは、ディジタル化されたＸ字ロゴの外側領域に対応する第１のハーフトーンスクリーンの下部サブセル１２０２のエリア１２４０のスクリーンエレメントと同一である。すなわち、エリア１２３０および１２４０は同一である。しかし、ディジタル化されたＸ字ロゴの内側領域に対応する第１のハーフトーンスクリーンの上部サブセル１２０１のエリア１２１０のスクリーンエレメントは、ディジタル化されたＸ字ロゴの内側領域に対応する第１のハーフトーンスクリーンの下部サブセル１２０２のエリア１２２０のスクリーンエレメントと共役である。
【００５６】
下部サブセルの少なくとも１つの部分が上部サブセルの少なくとも１つの部分と共役であることが理解され得る。第１のハーフトーンスクリーンの上部サブセルおよび下部サブセル１２０１および１２０２は、例えばマゼンタといった第１の色分解において生成され得る。
【００５７】
第２の確率的ハーフトーンスクリーンにおいて、第２のハーフトーンスクリーンの上部サブセル１２０３は、第１のハーフトーンスクリーンの上部サブセル１２０１と同一である。しかし、上部サブセルおよび下部サブセル１２０１および１２０２間の内側領域１２３０および１２４０の第１のハーフトーンスクリーンについて定義される共役関係とそれぞれ異なり、ディジタル化されたＸ字ロゴの内側部分に対応する第２のハーフトーンスクリーンの上部サブセル１２０３の領域１２５０のスクリーンエレメントは、ディジタル化されたＸ字ロゴの内側部分に対応する第２のハーフトーンスクリーンの下部サブセル１２０４の領域１２６０のスクリーンエレメントと同一である。逆に、ディジタル化されたＸ字ロゴの外側部分に対応する第２のハーフトーンスクリーンの上部サブセル１２０３の領域１２７０のスクリーンエレメントは、ディジタル化されたＸ字ロゴの外側部分に対応する第２のハーフトーンスクリーンの下部サブセル１２０４の領域１２８０のスクリーンエレメントと共役である。
【００５８】
下部サブセルの少なくとも１つの部分が上部サブセルの少なくとも１つの部分と共役であることが理解され得る。第２のハーフトーンスクリーンの上部サブセルおよび下部サブセル１２０３および１２０４は、例えばシアンといった第２の色分解において生成することができる。
【００５９】
上述の検討から、第１および第２のハーフトーンスクリーンが同じサイズ、同じ形状および同じ位置により少なくとも２つの部分を含んでいることが理解され得る。これらの共通部分は、エリア１２１０、１２２０、１２５０および１２６０として、所望のウォーターマーク、例えばＸ字ロゴとして設計することができる。
【００６０】
２つのスクリーンが両方とも同じ確率的スクリーン最適化に基づいているので、２つのスクリーンによって生成されるパターンは、単一の画像において一緒に見られる時にはほぼ同一に見える。しかし、画像が、例えば、図１２の第１および第２のスクリーンを含む画像を例えば透明画に印刷し、その画像を画像記録媒体に印刷された別の画像へ１サブセルの距離だけ慎重にシフトするという機械的な作用によるなどして、それ自体に対してシフトされた場合、画像間の異なる色分解の自己相関および共役相関は顕著に明白になる。
【００６１】
図１３は、図１２に示されたものと同様なスクリーンを含むそうしたカラー画像を示し、図１４は、図１３の画像の結果的に得られる重ね合わされシフトされたカラーバージョンを示す。
【００６２】
図１２はディジタル化されたＸ字ロゴの内側部分および外側部分に対応するドメインにおける共役関係を例示しているが、当業者は、このプロセスを、所望のウォーターマークの２より多い部分との共役関係を包含するように容易に応用できることが理解され得る。すなわち、スクリーンは、必要に応じて、ウォーターマークを含んでいるサブセルを、交番に共役相関している３以上の領域に配分することができる。従って、個々の色分解スクリーンは、サブセルの各々の内部のウォーターマークの部分間および、他のものの各々の内部のウォーターマークの部分間で、交番する共役相関および自己相関関係を与える少なくとも３個のサブセルを含むことができる。従って、異なる色分解において生成される個々のスクリーンが適切に重ねられ、それに応じてシフトされるので、コントラストのある分解色は、ウォーターマークの交番に共役な部分間で容易に可視となり得る。
【００６３】
さらに、確率的ハーフトーンスクリーンの共役および自己相関の部分は、ハーフトーンスクリーンの非隣接領域において生成できる。当業者は、ハーフトーン化されたカラー画像の非隣接部分に共役部分および同一部分を容易に置くことができ、ハーフトーンスクリーンを相互の上に直接重ね合わせるのと同じ結果を生じるために、確率的ハーフトーンスクリーンのうちの１個以上を適切にシフトできよう。
【００６４】
上述の機械的な比較技法に関して説明したが、自己相関および共役相関の領域間の差異から得られる増大した信号が画像処理技法で検出できることがさらに理解されるであろう。詳細には、ディジタルウォーターマークされた画像をスキャンおよびディジタル化し、ディジタル化された画像の上に共役画像を電子的に重ね合わせてディジタル化されたカラー画像のウォーターマークされた領域を検出することが可能であろう。
【００６５】
オーセンチケーション可能なドキュメントを生成する代替方法において、情報はまた、オリジナルドキュメントをハーフトーン化する間に、２つのハーフトーンセル間で交番することによって包含され得る。従って、ハーフトーン化されたドキュメントは、自己参照しており、いかなる特別な視覚化「キー」ページもオーセンチケーション画像を見るために要求されない。２つの確率的セルによって生成される部分が並んでいるので、自己参照は、スケーリングに影響されず、ハーフトーンドキュメントが生成または転送される際の印刷および／またはコピープロセスの間に導入されるひずみに対してロバストである。
【００６６】
複数の色分解における確率的ハーフトーンスクリーンの使用は、共役および非共役境界の相対的境界に沿って著しく強いカラーコントラストを備える多色ウォーターマークを可能にする。従って、本発明に従ったシステムおよび方法を用いて生成されるカラーウォーターマークは、カラードキュメントにおいて非常に見やすく、カラー画像から容易に識別可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったカラーイメージングシステムの１つの例示的な実施形態のブロック図である。
【図２】本発明に従ったハーフトーンスクリーニング装置の１つの例示的な実施形態のブロック図である。
【図３】２つ共役確率的ハーフトーンスクリーンによって生成される２つのハーフトーン画像を例示する。
【図４】２つ共役確率的ハーフトーンスクリーンによって生成される２つのハーフトーン画像を例示する。
【図５】２つのハーフトーンスクリーンＡおよびＡ’を例示し、ここでハーフトーンスクリーンＡ’はハーフトーンスクリーンＡの共役スクリーンである。
【図６】２つのハーフトーンスクリーンＡおよびＡ’を例示し、ここでハーフトーンスクリーンＡ’はハーフトーンスクリーンＡの共役スクリーンである。
【図７】図５のハーフトーン出力がそれ自体の上に直接置かれた時に得られる結果を例示する。
【図８】図５および６に示されたハーフトーンスクリーンＡおよびＡ’の２つの出力パターンが相互に重ねられた時に得られる結果を例示する。
【図９】２つのハーフトーンスクリーンを例示しており、ここで２つのスクリーンの上側部分および下側部分はそれぞれ相互に共役および同一である。
【図１０】２つのハーフトーンスクリーンを例示しており、ここで２つのスクリーンの下側部分および上側部分はそれぞれ相互に共役および同一である。
【図１１】図９および１０のハーフトーンスクリーンによる２つの出力パターンが相互に直接重ねられた時に形成される画像を例示する。
【図１２】本発明の例示的な実施形態に従った相互に隣接して置かれた第１の確率的ハーフトーンスクリーンおよび第２の確率的共役ハーフトーンスクリーンを例示する。
【図１３】図１２の例示的な実施形態に従った不可視のウォーターマークを含んでいるカラー画像を示す。
【図１４】本発明の例示的な実施形態に従った不可視のウォーターマークが露呈された図１３のカラー画像を示す。
【符号の説明】
１１０  スキャナ、コンピュータ画像ジェネレータ、画像記憶装置
１２０  画像処理装置
１３０  表示装置、プリンタ、画像記憶装置
２００  ハーフトーン処理装置
【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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