(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される元画像のデータに、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと、
透かし情報を埋め込む前の元画像のデータを含む復元鍵を生成するステップとを含み、
上記復元鍵として、上記元画像のデータとともに、これに対応する原本画像のデータを含むものを生成する
電子透かし埋込み方法により生成された上記原本画像及び上記復元鍵と、上記透かし鍵とを用いて元画像を復元する元画像復元方法において、
上記復元鍵に含まれる原本画像のデータと、上記原本画像のうちの、上記復元鍵に含まれるデータに対応するデータとを照合することにより、上記原本画像及び上記復元鍵がともに正当のものであるかどうかを検証するステップを含むことを特徴とする元画像復元方法。
【請求項２】
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される元画像のデータに、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと、
透かし情報を埋め込む前の元画像のデータを含む復元鍵を生成するステップと、
上記復元鍵を構成するデータを乱数により順序を変更するステップと
を含むことを特徴とする電子透かし埋込み方法。
【請求項３】
上記復元鍵のデータの順序を変更するために利用する乱数が、上記透かし情報の埋込みのために利用される乱数と同じものであることを特徴とする請求項２に記載の電子透かし埋込み方法。
【請求項４】
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される元画像のデータに、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと、
透かし情報を埋め込む前の元画像のデータを含む復元鍵を生成するステップと、
上記復元鍵を構成するデータを乱数により順序を変更するステップとを含む
電子透かし埋込み方法で生成された上記原本画像に基づき、元画像を復元する方法において、
上記データの順序が変更された復元鍵を用いて上記原本画像から復元画像を生成することを特徴とする元画像復元方法。
【請求項５】
上記データの順序が変更された復元鍵を、上記順序の変更の際用いられた乱数と同じ乱数を用いて順序を戻し、元の復元鍵を復元し、該復元された復元鍵を用いて原本画像から復元画像を生成することを特徴とする請求項４記載の元画像復元方法。
【請求項６】
元画像をビットプレーン拡張するステップと、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される上記ビット拡張した元画像の画素の値に、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと
透かし情報を埋め込む前の元画像の画素の値を含む復元情報を生成して、上記原本画像に保持させるステップと
を含む電子透かし埋込み方法。
【請求項７】
上記原本画像に上記復元情報を保持させるステップは、上記復元情報を含むビットプレーンを生成することを含むことを特徴とする請求項６に記載の電子透かし埋込み方法。
【請求項８】
元画像をビットプレーン拡張するステップと、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される上記ビット拡張した元画像の画素の値に、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと
透かし情報を埋め込む前の元画像の画素の値を含む復元情報を生成して、上記原本画像に保持させるステップとを含む
電子透かし埋込み方法により生成された上記原本画像から元画像を復元する元画像復元方法において、
上記原本画像と上記透かし鍵とを用いて元画像を復元するステップを含む元画像復元方法。
【請求項９】
上記復元情報を含むビットプレーンに、透かし鍵を用いて発生した乱数を用いて電子透かしを埋め込むことを特徴とする請求項７に記載の電子透かし埋込み方法。
【請求項１０】
元画像をビットプレーン拡張するステップと、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される上記ビット拡張した元画像の画素の値に、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと
透かし情報を埋め込む前の元画像の画素の値を含む復元情報を生成して、上記原本画像に保持させるステップとを含み、
上記原本画像に上記復元情報を保持させるステップは、上記復元情報を含むビットプレーンを生成することを含み、
上記復元情報を含むビットプレーンに、透かし鍵を用いて発生した乱数を用いて電子透かしを埋め込む
電子透かし埋込み方法により生成された原本画像の検証を行なう電子透かし検証方法において、
上記電子透かしを埋め込まれた復元情報を含むビットプレーンを、同じ透かし鍵を用いて発生した乱数を用いて検証を行うことを特徴とする電子透かし検証方法。
【請求項１１】
元画像をビットプレーン拡張するステップと、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される上記ビット拡張した元画像の画素の値に、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと
透かし情報を埋め込む前の元画像の画素の値を含む復元情報を生成して、上記原本画像に保持させるステップとを含み、
上記原本画像に上記復元情報を保持させるステップは、上記復元情報を含むビットプレーンを生成することを含み、
上記復元情報を含むビットプレーンに、透かし鍵を用いて発生した乱数を用いて電子透かしを埋め込む
電子透かし埋込み方法により生成された原本画像から元画像を復元する画像復元方法において、
上記電子透かしを埋め込まれた復元情報を含むビットプレーンを用いて元画像を復元することを特徴とする元画像復元方法。
【請求項１２】
元画像の各画素の値と、ビットプレーン拡張された画像の対応する画素の値が等価な関係にあり、かつビットプレーン拡張された画像の各画素の値から一意的に元画像の対応する画素の値が決まることを特徴とする請求項６に記載の電子透かし埋込み方法。
【請求項１３】
元画像をビットプレーン拡張するステップと、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される上記ビット拡張した元画像の画素の値に、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと
透かし情報を埋め込む前の元画像の画素の値を含む復元情報を生成して、上記原本画像に保持させるステップとを含み、
元画像の各画素の値と、ビットプレーン拡張された画像の対応する画素の値が等価な関係にあり、かつビットプレーン拡張された画像の各画素の値から一意的に元画像の対応する画素の値が決まる
電子透かし埋込み方法により生成された原本画像から元画像を復元する画像復元方法において、
上記ビットプレーン拡張されて生成された上記原本画像と、上記透かし鍵とを用いて元画像を復元するステップを含み、
上記復元の際、ビットプレーン拡張された画像の各画素の値から元画像の対応する画素の値を求める
ことを特徴とする元画像復元方法。
【請求項１４】
ビットプレーン拡張された元画像の各画素の値と、透かし埋込み後の原本画像の対応する画素の値との対応関係を、一枚の画像の処理の途中で変更することを特徴とする請求項６又は１２に記載の電子透かし埋込み方法。
【請求項１５】
電子透かしを用いて埋め込む値と透かしを埋め込まれることにより形成される原本画像の各画素の値の対応関係を一枚の画像の処理の途中で変更する請求項１２又は１４に記載の電子透かし埋込み方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は画像に対する電子透かし埋込み方法に関するものである。本発明はまた、元画像復元方法及び電子透かし検証方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子透かし技術は、例えば日経エレクトロニクス１９９７．２．２４（ｎｏ．６８３）に述べられているように、「著作権保護」の為に適用することが提案されており、画像品質を損なわないように、そして埋め込んだ透かしができるだけ消えないようにする方法が数多く提案されてきた。
【０００３】
一方、改竄防止の電子透かしとしては、ハッシュ情報や、特開平１０−２０８０２６に述べられるようにスタンピング情報を元画像に埋込み、その情報を抽出し、比較することによって、改竄を検出するという技術が提案されている。
【０００４】
電子透かしの埋込みまたは検出の際に用いられる電子透かし鍵は、一般に電子透かしを秘密裏に埋め込む為のパターンを生成するために用いられている。つまり電子透かしから擬似乱数を生成し、それを利用して埋め込むデータや埋め込む画素の選び方を複雑にすることによって、わかりにくくしている。
【０００５】
図２３に従来構成を示し、図２４に電子透かしの基本方法を示す。図２３において、元画像１０１は電子透かしの埋込みの対象となる画像である。電子透かし埋込み装置１０２は透かし鍵１０３を基に擬似乱数生成部１０７ａで乱数１０８ａを生成し、電子透かし埋込み部１１２は乱数１０８ａを用いて電子透かしを埋込み（１２０）、原本画像１０４を生成し、出力する。
【０００６】
電子透かし検証装置１０５では、透かし鍵１０３を基に擬似乱数生成部１０７ｂで乱数１０８ｂを生成し、電子透かし検証部１１５は乱数１０８ｂを用いて原本画像１０４から電子透かしを抽出し（１２２）、抽出された電子透かしを検証し、検証結果１０６を出力する。
【０００７】
図２４において、元画像１０１及び原本画像１０４は画素の集合として表現している。各矩形部分がそれぞれ１つの画素であり中に画素番号を記述している。矩形部分がハッチングされているか否かで、その画素の色を示している。ハッチングを施した矩形部分が黒色であり画素値は「１」、ハッチングされていない矩形部分が白色で画素値は「０」である。透かし情報１０９は埋め込む情報を「１」または「０」の２値で示し、矩形部分のハッチングの有無は画素の色を示している。乱数１０８ａ、１０８ｂは画素番号をランダムに並べたものである。
【０００８】
電子透かしを埋め込む際には、乱数１０８ａを用いて透かし情報１０９を元画像１０１に埋め込む。乱数１０８ａで示される画素番号の最初の値は▲２▼であり、透かし情報１０９の最初の値は「１」である。そのため、元画像１０１の画素▲２▼の画素値を「１」に置き換える。乱数１０８ａの次の値は▲４▼であり、透かし情報１０９の次の値は「０」であるため、元画像１０１の画素▲４▼の画素値を「０」に置き換える。この結果原本画像１０４ができる。
【０００９】
電子透かしを抽出する際には、埋込み時と同じ乱数１０８ｂ（埋込み時と同じ透かし鍵１０３を基にして生成された乱数）を用いて透かし情報１１０を原本画像１０４から抽出する。乱数１０８ｂの最初の値は▲２▼であり、原本画像１０４の画素番号▲２▼の画素値は「１」であるため、透かし情報１１０の最初の値として「１」が抽出される。乱数２０３の次の値は▲４▼であり、原本画像１０４の画素番号▲４▼の画素値は「０」であるため、透かし情報１１０の次の値として「０」が抽出される。これによって抽出された透かし情報１１０は埋め込んだ透かし情報１０９と同じ値となる。
【００１０】
これまでの電子透かしの適用において、電子透かしの埋込みは、除去を考えて構成されたものではなかった。また除去が可能というものも、せいぜい対象画像とは別に画像全体の元画像との差分情報を保持しておき、それを用いて電子透かし埋込み済み画像から電子透かしを除去するものであった。
【００１１】
元々電子透かしは、人間の視覚的に影響がないように考えられており、視覚的にはそれほど変化があるわけではない。しかしながら、元画像に対しては必ず変化が起きているわけであり、明らかに元画像とは異なる。また、医療用画像などのように、元画像でないと利用できないような画像もあり、それらに対しての電子透かしの適用は、コンピュータセキュリティシンポジウム”９８論文集（ＩＰＳＪ  Symposium Series Ｖol.98 No.12）「ＥＺＷビットストリームを用いたＲＯＩ (注目領域：region of interests)医用画像に適した電子透かし方式（pp.57−62）」のようにＲＯＩと呼ばれる重要な部分には電子透かしを埋め込まず、その周りにのみ埋め込むといった方法をとっていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来、元画像を復元することができる好ましい電子透かし埋込み方法が知られていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、元画像を復元することができる電子透かし埋込み方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、復元鍵の偽造が困難な電子透かし埋込み方法を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、電子透かしを埋め込んだ画像と、その画像を復元するための復元情報を一つの画像として構成することができる電子透かし埋込み方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される元画像のデータに、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと、
透かし情報を埋め込む前の元画像のデータを含む復元鍵を生成するステップとを含み、
上記復元鍵として、上記元画像のデータとともに、これに対応する原本画像のデータを含むものを生成する
電子透かし埋込み方法により生成された上記原本画像及び上記復元鍵と、上記透かし鍵とを用いて元画像を復元する元画像復元方法において、
上記復元鍵に含まれる原本画像のデータと、上記原本画像のうちの、上記復元鍵に含まれるデータに対応するデータとを照合することにより、上記原本画像及び上記復元鍵がともに正当のものであるかどうかを検証するステップを含むことを特徴とする元画像復元方法を提供する。
本発明はまた、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される元画像のデータに、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと、
透かし情報を埋め込む前の元画像のデータを含む復元鍵を生成するステップと、
上記復元鍵を構成するデータを乱数により順序を変更するステップと
を含むことを特徴とする電子透かし埋込み方法を提供する。
本発明はさらに、
元画像をビットプレーン拡張するステップと、
透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、
上記乱数により指定される上記ビット拡張した元画像の画素の値に、上記乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステップと
透かし情報を埋め込む前の元画像の画素の値を含む復元情報を生成して、上記原本画像に保持させるステップとを含む電子透かし埋込み方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３、及び図４はこの発明の実施の形態１を示す。図１は電子透かしの埋込み及び検証を行うための構成を示す。図示の構成は、図２３に示す従来の構成と同様であるが、従来技術と異なり、電子透かし埋込み装置２０２の電子透かし埋込み部２１２から復元鍵２１１を出力する。
【００１８】
図２は電子透かし埋込みと復元鍵生成の方法を示す図である。復元鍵２１１は透かし情報２０９と同じく「１」または「０」の２値で示し、矩形部分内のハッチングの有無は「１」ならば黒色、「０」ならば白色で示している。
【００１９】
図１及び図２に示す構成で、従来と同様な電子透かしの埋込み及び検証を行う場合には、各装置およびその構成部分の動作は従来の構成とほとんど同じである。異なるのは、本発明では画像を復元する為の鍵となる復元鍵２１１を出力することである。
【００２０】
図１及び図２において、元画像２０１は電子透かしの埋込みの対象となる画像である。電子透かし埋込み装置２０２は透かし鍵２０３を基に擬似乱数生成部２０７ａで乱数２０８ａを生成し、電子透かし埋込み部２１２は乱数２０８ａを用いて電子透かしを埋込み（２１９）、原本画像２０４を生成し、出力する。
【００２１】
電子透かし検証装置２０５では、透かし鍵２０３を基に擬似乱数生成部２０７ｂで乱数２０８ｂを生成し、電子透かし検証部２１５は乱数２０８ｂを用いて原本画像２０４から電子透かしを抽出し、抽出された電子透かしを検証し、検証結果２０６を出力する。
【００２２】
電子透かし埋込み装置２０２は、上記のように電子透かしを埋め込む際に電子透かし埋込み部２１２において復元鍵２１１を生成し、出力する。復元鍵２１１は透かし情報２０９によって置き換えられた元画像２０１の画素値である。つまり電子透かしを埋め込む際に、まず元画像２０１の画素番号▲２▼の画素値「０」が最初の透かし情報「１」で置き換えられるため、復元鍵２１１の最初の値は「０」であり、次に元画像２０１の画素番号▲４▼の画素値「１」が２番目の透かし情報「０」で置き換えられるため、復元鍵２１１の２番目の値は「１」となる。
【００２３】
図３は電子透かし埋込み及び画像復元を行う際の構成であり、図４は原本画像２０４、乱数２０８ｂ及び復元鍵２１１から復元画像２２６を生成する方法を示す。図３に示す画像復元装置２２０は、図１の電子透かし検証装置２０５と同様の擬似乱数生成部２０７ｂを備えるほか、擬似乱数生成部２０７ｂと画像を復元する画像復元部２２５を備える。擬似乱数生成部２０７ｂは透かし鍵２０３を基に埋込み時と同じ乱数２０８ｂを生成する。画像復元部２２５は、擬似乱数生成部２０７ｂで生成された乱数２０８ｂを入力とし、さらに電子透かし埋込み装置２０２から出力された原本画像２０４と復元鍵２１１を入力として、画像を復元し（２２１）、復元された画像である復元画像２２６を出力する。
【００２４】
図４に示すように、画像の復元の動作は、埋込み時と逆である。つまり乱数２０８ｂで示される画素番号の最初の値は▲２▼であり、復元鍵２１１の最初の値は「０」である。そのため、原本画像２０４の画素▲２▼の画素値を「０」に置き換える。乱数２０８ｂの次の値は▲４▼であり、復元鍵２１１の次の値は「１」であるため、原本画像２０４の画素▲４▼の画素値を「１」に置き換える。この結果復元画像２２６ができ、これは図２で示した元画像２０１と同じ画像である。
【００２５】
以上のように、実施の形態１によれば、電子透かし埋込み時に変更した部分の画素値から復元鍵を生成し、必要な時に復元鍵を用いて電子透かしを埋め込んだ画像から元の画像を復元することができる。
【００２６】
ここで作成される復元鍵の情報量は位置情報などを含まず、埋め込まれた透かし情報（即ち、変更された画素情報）と同じ量であり、復元に必要な最小情報量である。差分情報と比較しても、差分情報は画像と同じ大きさとして保持されるか、位置情報と画素情報の集合として保持されるため、絶対的に少なくなる。また処理の増加は画素値の置換だけである。
【００２７】
また復元鍵の値は乱数を基にランダムに並べられている為、乱数生成方法が分からなければ、原本画像と復元鍵から元画像を生成することは困難である。
【００２８】
図２及び図４で示す埋込み及び復元方法では、復元鍵をすり替えられた場合に検出する手段がないため、一般的な暗号手法と共に使うのが望ましい。例えば、システムとして復元鍵は基本的に移動させないで、特定の復元装置だけで必要な時に復元を行う場合は、復元鍵を暗号化し電子署名をつけてその装置内に保存し、復元したい原本画像があれば、それを復元装置に送り署名確認及び復号化を行った後復元することができるし、復元装置も分散させ復元鍵を原本画像と共に移動させる場合は、復元鍵と原本画像を一緒にアーカイブして（まとめて圧縮して）暗号化したり、相互に電子署名をつけるといった手法を取ることができる。
【００２９】
図５及び図６で示す埋込み及び復元方法（実施の形態２）のように、原本画像の情報を復元鍵に含めることによって復元鍵の検証を行うことができる。
【００３０】
図５において、復元鍵２３１は透かし情報２０９を画像に埋め込む（２２２）ことによって変化した画素の埋込み後と埋込み前の画素値から構成される。まず画素番号▲２▼の埋込み後画素値「１」と埋込み前画素値「０」であり、次に画素番号▲４▼の埋込み後画素値「０」と埋込み前画素値「１」である。
【００３１】
図６に復元時の動作を示す。不正な偽造復元鍵２３４が供給された場合、復元（２２３）に際し、まず画素番号▲２▼の画素に対して偽造復元鍵２３４の埋込み後画素値は「１」であり、原本画像２０４の値も「１」であるため照合が成立し、偽造復元２３４で示される埋込み前画素値「０」に置き換えられる。次に画素番号▲４▼の画素に対して偽造復元鍵２３４の埋込み画素値は「１」であるが、原本画像２０４の画素値は「０」である。よってこの時点で復元鍵２３４と原本画像２０４が一致しないことが検出できる。システム的に復元鍵が改竄されていないことが保証できる場合は、「原本画像が改竄されているか否かどうか」という検証にもなりうる。
【００３２】
上記のように埋込み画素値と原本画像の画素値の不一致が検出されたときは、復元画像（２２６）は生成されないが、不一致が検出されないときは、復元画像が生成される。
【００３３】
この実施の形態２は復元鍵のサイズは実施の形態１と比べて２倍に増えているが、処理の流れとして、実施の形態１と同様に復号する為に必ずアクセスしなければならない画素だけをチェックしているため、処理としては比較処理が増えているだけであり、処理時間の増加は非常に少ない。
【００３４】
実施の形態２では変更画素の埋込み後画素値のみを比較する。意味のある改竄（例えば、画像中に含まれる文字を他の文字に変える変更、画像中の人物を他の人物に変える変更）を行う為には或る程度の大きさを持った改竄を行う必要があるため、大抵の場合はこの方法で問題は生じないと考えられる。
【００３５】
更に安全にするために、原本画像全体の情報を復元鍵に含めることもできる。図７に示す埋込み方法（実施の形態３）では、透かしを埋込む（２１９）ことにより生成された原本画像２０４全体のハッシュ値２４２を生成し（２２４）、これを復元鍵２４１に含めることによって原本画像２０４との対応を更に保証する。
【００３６】
即ち、このようにして透かしが埋込まれた原本画像を検証／復元する側においては、図８に示すように、乱数２０８ｂと、埋込み側から送られた復元鍵２４１とを用いて、原本画像２０４から復元画像２２６を得る（２２７）。また、原本画像２０４からハッシュ値２４３を生成し（２２８）、埋込み側から送られた復元鍵２４１内のハッシュ値２４２と照合する（一致するかどうか調べる：２４５）。そして一致していれば、原本画像２０４及び復元鍵２４１がともに改竄されていないものと判断する。一致しなければ、原本画像２０４及び復元鍵２４１の少なくとも一方が改竄されているものと判断する。原本画像２０４及び復元鍵２４１の一方について、他の方法で改竄されていないことが保証される場合には、これらの他方が改竄されているものと判断する。図８の検証結果２４７は、これらの判断の結果を表わす。
【００３７】
このように、実施の形態２と同様に、システム的に復元鍵が改竄されていないことが保証できる場合は、「原本画像が改竄されているか否かどうか」という検証になりうる。
【００３８】
なお、ハッシュ値のサイズはハッシュ関数によって固定であり、埋め込む電子透かし情報量が多い場合は、復元鍵のサイズが実施の形態２より小さくなるという利点もある。
【００３９】
また、実施の形態２では埋込み後の画素値のみを比較しているため、復元鍵の偽造検証として各画素の電子透かし埋込み前の値だけを変更した場合に不正が検出できない。そのため埋込み後画素値と埋込み前画素値の順番がわからないようにランダムに並べ替える方が安全である。実施の形態３においても復元鍵内におけるハッシュ値の位置が固定であると偽造し易いため同様である。
【００４０】
図９に示す埋込み方法（実施の形態４）では、電子透かしを元画像２０１に埋込んで原本画像を得るとともに（２２２）、電子透かし埋込み及び抽出に使う乱数２０８ａを利用して復元鍵２３１をランダム化して（ランダムに並べ替えて）復元鍵２５１を生成する（２４９）。即ち、復元鍵２３１のデータに最初から順番に番号付け（例では▲１▼〜▲４▼）し、乱数２０８ａでの出現順序によってデータを並び替える。図示の例では、乱数２０８ａの最初が▲２▼のため、復元鍵２５１の最初の値は復元鍵２３１の２番目の値「０」、乱数２０８ａの２番目の値は▲４▼のため復元鍵２５１の２番目の値は復元鍵２３１の４番目の値「１」、残る「１」と「３」のうち、乱数２０８ａの中で次に「１」が出現する為、復元鍵２５１の３番目の値は復元鍵２３１の１番目の値である「１」、復元鍵２５１の最後の値は復元鍵２３１の３番目の値である「０」となる。この方法であれば、乱数はもともと生成されている為、復元鍵の値を並び替える処理を追加するだけで良い。
【００４１】
なお、復元鍵のランダム化に用いる乱数としては、埋込み位置の決定に用いる乱数とは異なるものを用いても良い。この場合には、復元鍵のランダム化に用いた乱数を発生する鍵を復元側にも与える必要がある。
【００４２】
図９の方法で透かしを埋込まれた原本画像を復元するには、図１０に示すように、埋込み側から送られて来た復元鍵を逆ランダム化し（復元鍵のデータの順序を元に戻し：２５２）して元の復元鍵２５３を生成し、これを（乱数２０８ｂとともに）用いて、画像を復元する（２５４）。この場合（復元鍵を逆ランダム化する場合）、ランダム化（データの順序の変更）の逆を行う。上記の例では、復元鍵は４ビットであり、乱数の順番から、▲２▼、▲４▼、▲１▼、▲３▼と並んでいるので、その順番を並び変える。
【００４３】
代りに、埋込み側から送られて来た復元鍵をそのまま（乱数２０８ｂとともに）用いて、画像を復元しても良い。この場合（逆ランダム化を行わない場合）、ランダム化（データの順序を変える）前の復元鍵とランダム化後の復元鍵の関係は、乱数（ランダム化に用いた乱数）から分かり、またランダム化前の復元鍵と復元画素値も乱数から分かる。上記の例では、最初の値は、ランダム化前の復元鍵▲２▼の値、その値はまた乱数を見て、画素▲４▼の復元画素の値であることが分かる。それ以下も、「ランダム化前の復元鍵の▲１▼の値→画素▲２▼復元画素値」、「ランダム化前の復元鍵の▲３▼の値→画素▲９▼の復元画素値」と同様に復元画素値を得る。
【００４４】
実施の形態１ないし実施の形態４では、元画像を復元する為の情報を復元鍵として外部に出力していたが、管理が複雑となる。以下に述べる実施の形態５ないし９は、復元鍵を生成せず、代りに画像データを拡張し復元情報を画像データ内に含めるものである。
【００４５】
図１１及び図１２に実施の形態５を示す。
【００４６】
図１１は、電子透かし埋込み方法を示す。元画像２０１は１ビットのビットプレーンから成る画像（１ビット画像と呼ぶ）、拡張画像３０１はビットプレーン１  ３０２、ビットプレーン０  ３０３の２ビットのビットプレーンから成る画像（２ビット画像と呼ぶ）であり、原本画像３０４は、ビットプレーン０  ３０５及びビットプレーン１  ３０６から成るもので、拡張画像３０１（ビットプレーン３０２、３０３から成る）に乱数１０８ａを用いて透かし情報１０９を埋め込んだ画像である。
【００４７】
即ち、１ビット画像である画像２０１は２ビット画像である拡張画像３０１（ビットプレーン３０２、３０３から成る）に拡張される（２６１）。この例では拡張は元画像２０１をビットプレーン１  ３０２とし、ビットプレーン０  ３０３の値はすべて「０」とした。
【００４８】
電子透かしの埋込み（２６３）はビットプレーン１  ３０２に対して、先に述べた実施の形態、例えば図２の実施の形態と同様に埋込みが行われ、その結果原本画像のビットプレーン１  ３０５が生成される。それと共に透かし情報が埋め込まれた画素（例では画素番号▲２▼と▲４▼の画素）の埋込み前画素値を原本画像のビットプレーン０  ３０６に保持することによって、原本画像３０５，３０６を生成する。
【００４９】
図１２は、電子透かし抽出および画像復元方法を示す。原本画像３０４（ビットプレーン３０５、３０６から成る）は電子透かしが埋め込まれ、かつ復元情報を持っている。透かし情報３１９は電子透かし抽出によって抽出された情報である。復元画像３０７のうちビットプレーン１  ３０８は復元された画像である（ビットプレーン０  ３０９は復元後不要であるので、必ずしも生成されるものではないが、生成可能であることを示すため図示している）。
【００５０】
図１２において、電子透かしの抽出（２６５）は原本画像のビットプレーン１３０５から従来と同様の抽出方法で行うことができる。画像復元（２６５）は電子透かし抽出と共に行われ、電子透かし抽出を行った画素のプレーン０  ３０９の画素値をプレーン１  ３０５の画素値にコピーする。その結果生成されたビットプレーン１  ３０８が復元された復元画像であり、これは図１１に示す元画像２０１と同一である（同一となるはずのものである）。
【００５１】
以上のように、実施の形態５によれば、電子透かしを埋め込んだ画像とその画像を元画像に復元する為の復元情報を１つの画像として構成することができる。
【００５２】
この方法において復元情報は原本画像のビットプレーン０にしか含まれておらず、またこのプレーンの変更に対する検証がないため、このプレーンに復元情報が含まれていることがわかると復元情報の偽造が可能であり、またプレーン１に埋め込まれた電子透かしの解析もわかりやすくなってしまう。このため、改竄検出を行える電子透かしを、復元情報を含むビットプレーンに適用する方法（実施の形態６）を図１３及び図１４に示す。
【００５３】
図１３において、拡張画像３０１（プレーン１  ３０２及びプレーン０  ３０３から成る）は、図１１に示すものと同じである。拡張画像３０１のプレーン１  ３０２に対する電子透かし２０９の埋込み（２６７）も図１１の透かし埋込み２６３と同様である。但し、プレーン１  ３０２への透かし埋込み前の画素値を復元情報として保持するビットプレーン０  ３１３（図１１のプレーン０  ３０６と同じ）は中間画像３１１を構成するものとして、これにさらに、透かしを埋め込む（２６９）ことによって、原本画像３１４のプレーン０  ３１６を生成する。原本画像３１４のプレーン１  ３１５は、図１１のプレーン１  ３０５と同じものである。
【００５４】
プレーン０  ３１３に対する透かしの埋込みに当たっては、プレーン１  ３０２に対する透かし埋込み（２６７）で使用したのと同じ乱数２０８ａのうち、上記透かし埋込み（２６７）で使っていない画素番号に対応するものを使用する。それによって、プレーン０  ３１３に含まれた復元情報を壊さないで透かし情報３２９を埋め込むことができる。この例では乱数の１番目（値：▲２▼）と２番目の値（値：▲４▼）はプレーン１に電子透かしを埋め込むために使用しているため、プレーン０への電子透かしは３番目（値：▲９▼）と４番目（値▲１▼）で示される画素に透かし情報３２９を埋め込む。その結果、プレーン０  ３１３の画素番号▲９▼の画素値は、透かし情報３２９の１番目の値「０」で、画素番号▲１▼の画素値は、透かし情報３２９の２番目の値「１」で置き換えられ、原本画像のプレーン０  ３１６が生成できる。
【００５５】
復元時には、図１４に示すように、まずプレーン０の透かし情報（３２９）を抽出し（２７０）、その値を検証することによって、改竄検出可能な電子透かしを検証し、改竄されていないことを確認し（２７１）、その後プレーン０の復元情報をプレーン１に適用することによって画像の復元を行う（２７３）ことができる。
【００５６】
プレーン０に改竄検出可能な電子透かしを埋め込むことによって、プレーン０の改竄を検出することができ、また復元情報しか含まれていなかったプレーン０に新たな電子透かしの情報が入り画像の複雑度が増し、プレーン１へ埋め込んだ電子透かしへの攻撃が難しくなる。
【００５７】
上記の実施の形態５及び実施の形態６並びに後述の実施の形態７はビットプレーン拡張可能な画像であれば適用可能である。ビットマップフォーマットとして良く知られたＢＭＰ/ＤＩＢ (device independent bitmap) 形式としては、１ビット、４ビット、８ビット、１６ビット、２４ビット、３２ビットがある。また基本的に電子透かしは１つの画素に１ビット若しくは３ビット（ＲＧＢ毎に１ビット）程度しか埋め込むことはないため、
１ビット画像→（１＋１）ビット必要→４ビット画像
４ビット画像→（４＋１）ビット必要→８ビット画像
８ビット画像→（８＋１）ビット必要→１６ビット画像
１６ビット画像→（１６＋３）又は（１６＋１）ビット必要→２４または３２ビット画像
２４ビット画像→（２４＋３）又は（２４＋１）ビット必要→３２ビット画像
に拡張して適用できる。
【００５８】
ビットプレーン拡張の方法として、実施の形態５で示したように単純に０または１に値が固定されたプレーンを追加することが一番簡単である。しかしながら、ビットプレーンが複数ある画像を拡張する場合、固定値のプレーンを追加するだけでは元画像との色の違いが大きくなる。そのためその場合は画素値を考慮したビットプレーン拡張を行う必要がある。
【００５９】
図１５に２ビットのビットプレーンを持つ元画像の値のプレーン拡張を例として示すが、単純にプレーン追加では最適な画素値にならないため、画素値が最適な値になるように（即ち、元画像の各画素の値と拡張画像の対応する画素の値とが等価な関係となるように）画素値を決めることによって元画像と等価に見える拡張画像を作ることができる。
【００６０】
上記方法で生成した最適な拡張画像は単純プレーン追加の場合と異なり、ほとんどの場合使っていないプレーンが無い。そのため電子透かし埋込み方法も変える必要がある。
【００６１】
図１６に最適な拡張を行った拡張画像に電子透かしを埋め込む値の割当て例を示す。埋め込む際に埋め込んだ値と元の画素値が分かる（埋込み後の値から元の画素値を一意的に決めることができる）画素値にすることで、電子透かしを埋込み、かつ画像を復元することができる。
【００６２】
図１６の値割当て例を用いた電子透かし埋込み（４１１）の例を実施の形態７として図１７に示す。乱数４０３ａの１番目の値が▲２▼であり透かし情報４０２の１番目の値が「０」であるため、画素番号▲２▼の画素に「０」を埋め込むために拡張画像４０４の画素番号▲２▼の画素値「０１０１」を「０１００」に変更し、乱数４０３ａの２番目の値が▲４▼であり透かし情報４０２の２番目の値が「１」あるため、画素番号▲４▼の画素に「１」を埋め込むために拡張画像４０４の画素番号▲４▼の画素値「１０１０」を「１０１１」に変更し、乱数４０３ａの３番目の値が▲９▼であり、透かし情報４０２の３番目の値が「１」であるため、画素番号▲９▼の画素に「１」を埋め込むために拡張画像４０４の画素番号▲９▼の画素値「００００」を「０００１」に変更し、乱数４０３ａの４番目の値が▲５▼であり透かし情報４０２の４番目の値が「０」であるため、画素番号▲５▼の画素に「０」を埋め込むための拡張画像４０４の画素番号▲５▼の画素値「１１１１」を「１１１０」に変更することによって原本画像４０６を生成する。
【００６３】
図１８に電子透かし抽出（４１３）及び画像復元（４１５）の例を示す。乱数４０３ｂの１番目の値が▲２▼であり原本画像４０６の画素番号▲２▼の画素値が「０１００」であるため、「０」が埋め込まれていることが分かり透かし情報４２２の１番目の値は「０」と抽出され、画素値「０１００」の元の画素値は必ず「０１０１」であるため「０１０１」に変更する。同様にすべての透かし情報を抽出し、画素値を復元することによって拡張画像４２４が復元できる。また、拡張画像４２４の各画素値から元の画像の画素値は一意的に決まるため、元画像４２１が復元できる。原本画像から拡張画像、また拡張画像から元画像への画素値対応はどちらも一意的であるため、拡張画像を生成しなくても、原本画像から元画像を生成することもできる。
【００６４】
実施の形態７では、埋込み方法としてビットプレーン０だけを変更した埋込み値を示したが、別の埋込み値を利用することも可能である。この例の様にビットプレーンが２倍に増えた場合、取り得る画素値は４倍になっており、図１９に示す例のように各画素値が重なり合わない画素値であればどの画素値でも利用することができる。図１９の例では元の画素値が「０：００００」の場合、電子透かしを埋め込んだ後の画素値として、「０：００００」、「１：０００１」、「２：００１０」、「３：００１１」の画素値のどれかを使うことができ、それらはすべて復元時に画素値「０：００００」に復元できる。
【００６５】
拡張画像の画素値と埋込み後の画素値の対応パターンが一つであると、埋込み後の画素値から拡張画像の画素値を推測して、元画像が取出される可能性がある。そのため図２０に示す実施の形態８のように複数の対応パターンを準備して、処理途中で変更することによって、拡張画像の画素値を推測しにくくすることができる。対応パターンは画質劣化の許容範囲内で用意しておき、処理の順番（例えば１番目の画素はパターン０、２番目の画素はパターン１、…）等によって、使用する対応パターンを変化させるわけである。
【００６６】
電子透かしを用いて埋め込む値の割当てを変化させる方法もある。「０」と「１」の２値を埋め込む場合、図２１に示す埋込み値割当てパターン例の様に４つの対応画素値があれば、割当てパターンは  4Ｐ2  ＝  ４！／（４−２）！  ＝１２パターン存在する。その割当てパターンを処理途中で変更するわけである。
【００６７】
図２２に図２１で示した埋込み値割当てパターン例を使った実施の形態９の電子透かし埋込み例（４１７）を示す。ここでは処理の順番によって割当てパターンを図２１の割当てパターン順番で適用している。まず乱数４３３の１番目の値は▲６▼であり画素番号▲６▼の画素に透かし情報４３２の１番目の値「０」を埋め込むために１番目の割当てパターンであるパターン０（０埋込み：００００，１埋込み：０００１）を適用する。同様に２番目の画素番号▲９▼の画素にはパターン１（０埋込み：０００１，１埋込み：００１１）を、３番目の画素番号▲３▼の画素にはパターン２（０埋込み：００１１，１埋込み：０１００）を適用すると、原本画像４３６ができる。この例を見て分かるように、拡張画像の画素値と埋め込む透かし情報の値が同じ場合でも画素値が異なる原本画像が生成される。
【００６８】
なお、実施の形態１ないし実施の形態４で、復元鍵をそのまま出力したが、圧縮して出力すれば更に短い復元鍵とすることができる。
【００６９】
実施の形態５ないし実施の形態９では、「０」「１」の２値の埋込み例を示したが、別の埋込み値を利用することも可能である。この例の様にビットプレーンが２倍に増えた場合、取り得る画素値は４倍になっており、４値まで埋め込むことが可能である。
【００７０】
実施の形態１ないし実施の形態４で画素の復元のために変更前画素値を復元鍵のデータとしていたが、２値の場合、復元の為の画素演算「そのまま」か「反転」のデータとすることも可能である。同様に実施の形態５（図１１）でプレーン０の値も、変更前画素値でなく画素演算「そのまま」か「反転」のデータとすることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の実施の形態１ないし実施の形態４によれば、少量のデータ（復元鍵）を生成して送るだけで元画像の復元が可能となる。
【００７２】
本発明の実施の形態５ないし実施の形態９によれば、ビットプレーン拡張を行ったのち透かしの埋込みを行うので、復元のための情報の改竄が一層困難となる。
【００７３】
請求項１の方法によれば、復元鍵を生成するので、これを利用することで、原本画像から元画像を復元することができる。
【００７５】
また、復元鍵が原本画像のデータを含むので、これと原本画像の対応するデータとを照合することにより、原本画像又は復元鍵のいずれかが改竄されていないかどうかの検証を行うことができる。
【００７６】
さらに、元画像や原本画像に比べはるかに少量のデータを伝達するのみで、原本画像又は復元鍵の検証を行うことができる。
【００７９】
請求項２の方法によれば、復元鍵を構成するデータを乱数により並べ替えるので、復元鍵の偽造が一層困難とである。
【００８０】
請求項３の方法によれば、復元鍵の並べ替えに用いられた乱数を発生するための鍵を別途伝達する必要がない。
【００８１】
請求項５の方法によれば、復元鍵を構成するデータを乱数により並べ替えるので、復元鍵の偽造が一層困難である。
【００８２】
請求項６の方法によれば、電子透かしを埋め込んだ画像と、その画像を復元するための復元情報を１つの画像として構成することができる。
【００８３】
請求項９の方法によれば、復元情報の偽造が困難である。
【００８４】
請求項１２の方法によれば、原本画像と元の画像との類似性が色に関し、一層高くなる。
【００８５】
請求項１４の方法には、拡張画像と埋込み後の画像との対応関係が変化するので、埋込み画像の画素の値から拡張画像の画素の値を推測するのが困難だという効果がある。
【００８６】
請求項１５の方法には、拡張画像の画素の値の推測が困難だと言う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の透かし埋込み及び検証のための装置の一例を示すブロック図である。
【図２】  実施の形態１における透かし埋込み方法を示す概略図である。
【図３】  本発明の実施の形態１の透かし埋込み及び復元のための装置の一例を示すブロック図である。
【図４】  実施の形態１における透かし復元方法を示す概略図である。
【図５】  本発明の実施の形態２の透かし埋込み及び復元のための装置の一例を示すブロック図である。
【図６】  実施の形態２における透かし復元方法を示す概略図である。
【図７】  実施の形態３における透かし埋込みを示す概略図である。
【図８】  実施の形態３における透かし検証／復元を示す概略図である。
【図９】  実施の形態４における透かし埋込みを示す概略図である。
【図１０】  実施の形態４における透かし検証／復元を示す概略図である。
【図１１】  本発明の実施の形態５の透かし埋込み方法を示す概略図である。
【図１２】  実施の形態５の透かし復元を示す概略図である。
【図１３】  実施の形態６の透かし埋込みを示す概略図である。
【図１４】  実施の形態６の透かし検証／復元を示す概略図である。
【図１５】  実施の形態７におけるプレーン拡張の例を示す概略図である。
【図１６】  実施の形態７における、透かし埋込み前後の各プレーンのデータを示す図である。
【図１７】  実施の形態７における、透かし埋込みの例を示す図である。
【図１８】  実施の形態７における、電子透かし抽出及び画像復元の例を示す図である。
【図１９】  実施の形態７における、埋込み値の異なる例を示す図である。
【図２０】  実施の形態８における、拡張画像の画素値と埋込み後の画素値の対応パターンの関係を示す図である。
【図２１】  実施の形態９における、電子透かしを用いて埋め込む値の割当てを変化させる方法の一例を示す図である。
【図２２】  図２１で示した埋込み値割当てパターン例を使った実施の形態９の電子透かし埋込み例を示す。
【図２３】  従来の透かし埋込み及び検証を行う装置の一例を示すブロック図である。
【図２４】  従来の装置における透かし埋込み及び電子透かしの抽出の方法を示す概略図である。
【符号の説明】
２０２  電子透かし埋込み装置、  ２０５  電子透かし検証装置、  ２０７ａ、２０７ｂ  擬似乱数生成部、  ２１２  電子透かし埋込み部、  ２１５  電子透かし検証部、  ２２０  画像復元装置、  ２２５  画像復元部。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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