(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
文書上に光学的ウォーターマークを作る方法であって、
ａ）必要とされる複数のウォーターマーク層と前記複数のウォーターマーク層の各々についてのドットパターンとを決めること、
ｂ）前記複数のウォーターマーク層の各々について少なくとも１つの潜像オブジェクトを選ぶこと、
ｃ）各潜像オブジェクトをそれぞれのそのウォーターマーク層に埋め込むために前記ドットパターンの位相を変調すること、
ｄ）前記ウォーターマークを形成するために前記ウォーターマーク層を重ねること、
ｅ）前記複数のウォーターマーク層の各々についてデコーダを定義して生成すること、および、
ｆ）前記光学的ウォーターマークを前記文書に組入れること、
の段階を含む、
方法。
【請求項２】
前記複数のウォーターマーク層の各々についての前記ドットパターンは、２次元ディジタル画像面上に定義されたパターンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ドットパターンは、基本的な２次元ドットアレイである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ドットパターンは、基本的な２次元ドットアレイの線形座標マッピングである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ドットパターンはまた、基本的な２次元ドットアレイの非線形座標マッピングを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ドットパターンは、基本的なドットアレイの重ね合わせに基づいている、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記潜像オブジェクトは文書にとって重要である情報を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記情報は、前記文書からの番号、重要な名称、取消し単語、及びコピイからなる群から選択されている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記位相変調は、前記潜像オブジェクトの縁に沿ったどんな急な位相変化も平滑化するための後処理を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記デコーダは、前記ウォーターマーク層のキャリヤドットパターンのドットパターン構造に対応するデコーダ構造を、前記潜像オブジェクトが埋め込まれている方向に有している、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウォーターマーク層の１つは偽造品を防ぐ層であり、この層のための前記デコーダはフォトコピイ機である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記偽造品を防ぐ層と前記ウォーターマーク層を重ねた後に、破線の箱によって示される領域で示されるドットを除去するための後処理段階が含まれる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
変調後に、前記ウォーターマーク層およびそのデコーダは、各々、前記潜像オブジェクトとランダム関数とに基づいて生成される前記潜像オブジェクトの前記情報の一部を帯びている、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１４】
前記ウォーターマーク層は、互に異なっており、またそれらの層が重ねられた結果それらの層の間で干渉を回避するのに十分な程に異なっている、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、
ａ）印刷の前に前記文書の真正と著作権とを確認すること、
ｂ）請求項１記載の方法により前記ウォーターマークを生成すること、
ｃ）前記文書と前記ウォーターマークとを攻撃から保護するために印刷プロセスを制御すること、および
ｄ）前記文書の前記真正を確認できるようにするために確認装置を生成して前記確認装置を配布すること、
の段階を含む保護および認証のための文書を印刷する方法に含まれる、
請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記光学的ウォーターマークはカラー文書に組入れられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ウォーターマーク層は、様々なカラー空間内の異なるカラーチャンネル中にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
カラー空間ＣＭＹ／ＣＭＹＫ，ＨＩＳ，ＸＹＡ，Ｙｕｖ，及びＲＧＢが使用される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
光学的ウォーターマークを有する文書であって、前記光学的ウォーターマークは、
ａ）複数のウォーターマーク層の各々がドットパターンである、必要とされる複数のウォーターマーク層と、
ｂ）各ウォーターマーク層内に埋め込まれた少なくとも１つの潜像オブジェクトと、
ｃ）前記光学的ウォーターマークを形成するために重ねられている前記ウォーターマーク層と、
を有する、
文書。
【請求項２０】
前記複数のウォーターマーク層の各々についての前記ドットパターンは、２次元ディジタル画像面上で定義されたドットパターンである、請求項１９に記載の文書。
【請求項２１】
前記ドットパターンは、基本的な２次元ドットアレイ、基本的な２次元ドットアレイの線形座標マッピング、およびランダム分布のドットアレイからなる群から選択されている、請求項１９または２０に記載の文書。
【請求項２２】
前記ドットパターンはまた、基本的な２次元ドットアレイの非線形座標マッピングを含む、請求項１９ないし２０のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【請求項２３】
前記ドットパターンは、基本的なドットアレイの重ね合わせに基づいている、請求項１９ないし２１のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【請求項２４】
前記潜像オブジェクトは文書にとって重要である情報を含んでおり、前記情報は、前記文書からの番号、重要な名称、取消し単語、及びコピイからなる群から選択されている、請求項１９ないし２３のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【請求項２５】
前記潜像オブジェクトは、変調により各ウォーターマーク層内に埋め込まれており、前記潜像オブジェクトの縁に沿ったどんな急な位相変化も平滑化されている、請求項１９ないし２４のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【請求項２６】
前記関連するウォーターマーク層のキャリヤドットパターンのドットパターン構造に対応するデコーダ構造を、前記潜像オブジェクトが埋め込まれている方向に有する、各ウォーターマーク層についてのデコーダが含まれている、請求項１９ないし２５のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【請求項２７】
変調後に、前記ウォーターマーク層およびそのデコーダは、各々、前記潜像オブジェクトとランダム関数とに基づいて生成される前記潜像オブジェクトの前記情報の一部を帯びている、請求項２５に記載の文書。
【請求項２８】
前記ウォーターマーク層は、互に異なっており、またそれらの層が重ねられた結果それらの層の間で干渉を回避するのに十分な程に異なっている、請求項１９ないし２７のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【請求項２９】
前記ウォーターマーク層の１つは偽造品を防ぐ層であり、この層のための前記デコーダはフォトコピイ機であり、そして、前記偽造品を防ぐ層で前記ウォーターマーク層を重ねた後に、破線の箱によって示される領域で示されるドットが除去される、請求項２６に記載の文書。
【請求項３０】
保護及び認証のために文書上もしくは文書内に含まれており、前記ウォーターマークが、背景、シール、ロゴ、グラヒックデバイス、商標、及び単語からなる群から選ばれたデバイスとして、前記文書上もしくは文書内に含まれている、請求項１９ないし２９のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【請求項３１】
前記光学的ウォーターマークは色がついており、前記ウォーターマーク層は様々なカラー空間内の異なるカラーチャンネル中にあり、カラー空間ＣＭＹ／ＣＭＹＫ，ＨＩＳ，ＸＹＺ，Ｙｕｖ，及びＲＧＢが使用されている、請求項１９ないし２９のうちのいずれかの１つに記載の文書。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
この発明は印刷された文書及び電子文書上に光学的なウォーターマーク（透し模様）を作るための方法と装置に関する。
【０００２】
定義
この明細書全体にわたり、文書（ドキュメント）と言うときは、印刷された文書（プリンテッドドキュメント）、電子文書（エレクトロニックドキュメント）、印刷された文書のコピイ（印刷か電子によるもの）、電子文書のコピイ（印刷か電子によるもの）のいずれかもしくはいずれかの組合せもしくは全部を含むものとし、またテキスト、画像（イメージ）、グラヒックス、ビデオ、写真、及び他のマルチメディアでこれらの上にもしくは中に出現するものをもった文書を含むものとする。
【０００３】
この発明の背景
キャリヤドットパターンと呼ぶウォーターマークの構造は２次元（“２Ｄ”）ドットアレイのような最も簡単でかつ最も基本的なものをもった繰返しパターンである。ドットパターン構造の複雑さはセキュリティ（安全）レベルを決める。ウォーターマークの中に潜像（レイテントイメージ）オブジェクトを埋め込むことは潜像オブジェクトをもつドットパターン上の変調（モジュレーション）によって実現される。デコーダを用いて潜像を観察することは復調のプロセスである。デコーダはまた構造をもつパターンであり、これが特定のドットパターンに対応している。それは光学機器として実現でき、例えばグレーテング（回折格子）、レンズ、Ronchiルーリング、特殊フィルム、あるいはフォトコピイ機でもよい。
【０００４】
先行技術の考察
US 5,915,027は画像、ビデオ及びオーディオデータを含むデータのディジタルウォーターマークに関するものであり、これはウォーターマークをデータのサブ領域もしくはサブイメージ内に繰返し挿入することにより実行されている。同様に、このウォーターマークはデータのサブ領域から繰返して抽出される。この方法は単一層内でのことであり、テキスト応用文書とか紙に印刷された文書にとっては適切でない。
【０００５】
US 4,921,278は計算機が生成したモアレを用いる同定識別システムであり、破線についての計算機が生成したランダムパターンに基づいている。オブジェクトグリッドと基準グリッドとの重なりがモアレ効果をもたらすことになる。この発明は単一層内のことであり、むしろ単純なものであって、類似品模造品の識別といった十分な保護を与えない。
【０００６】
US 5,734,752はディジタルに再生産できる、見たときに実質的には見えない、文書内にウォーターマークを生成するための方法である。ある文書上でグレイ画像を再生産するために適しているストカステックな（偶然量を含んでいる）スクリーンパターンをこれは使用しており、別なストカステックなスクリーンが内容を眺めるために第１のものと相関をとるために使用する。これはUS 4,921,278と全く同様であるが、グレイイメージを表わすためにストカステックスクリーンパターンを使用する点は違っている。
【０００７】
こういったものと類似の他の特許には、US 5,708,717があり、これはソース画像を潜像画像と組合せて、それによりスクランブルされた潜像が特殊デコーダレンズを介して眺めたときにだけ見えるようになる。またUS 5,790,703があり、文書上にグレイイメージを再生産するのに適した第１のスクリーンパターンを作り、第１のパターンと関係している少くとも１つの共役（コンジュゲート）スクリーン記述を得るようにし、それによってそれらを重ねることが文書の内容を顕在化できるようにする。またUS 6,000,728があり、これは類似品（偽造品）に対抗するためにドットスクリーンの違った寸法を使用している。こういった米合衆国特許から分るように、そこには隠れた情報の一つだけの層（レイヤ）がある。この構造は攻撃する者に対してさらされている。この構造を顕微鏡とか同様の機器で注意深く観察すると、画像もしくは文書を偽造するのに必要なすべての情報があからさまになる。
【０００８】
この発明の主たる目的はこの問題をとりあげて、ウォーターマークを提供し、これが一般に正常状態では必要とされる情報のすべてがあからさまになることがないようにする。
【０００９】
この発明の要約
この発明は類似品と偽造とから文書を保護するための方法と装置を提供する。ウォーターマークを生成することは繰返し構造の層内に複数の潜像オブジェクトを埋め込む。このウォーターマークはそこで文書内に組入れられるが、例えば、シールとかロゴとか背景として組入れられる。これが光学的ウォーターマークと呼ばれている。
【００１０】
光学的ウォーターマークは１もしくはいくつかのウォーターマーク層を有している。１または２の潜像オブジェクトが各ウォーターマーク層内に埋め込まれる。各ウォーターマーク層は異なる構造をもつとともにそこに埋め込まれた潜像オブジェクトを観察するための対応するデコーダをもっている。ウォーターマーク層内に埋め込まれた潜像オブジェクトは裸眼の（何も助けがない）人の眼によって観察できないが、そのウォーターマーク層の構造に対応しているデコーダをこのウォーターマーク上に重ねたときは別である。他方、１つのウォーターマーク層についてのデコーダはその構造の差が原因となって他のウォーターマーク層内の潜像オブジェクトをあらわにすることはない。こんなわけで、デコーダは秘密に対するキー（鍵）として考えることができて、またこの秘密はウォーターマーク内に埋め込まれた潜像オブジェクトである。
【００１１】
光学的ウォーターマーク内の層は互に他を保護する。光学的ウォーターマークのすべての秘密を知らずには（この秘密には潜像オブジェクトとドットパターンのパラメータを含んでいる）、このウォーターマークの偽造はおよそ不可能であり、気付かれずにウォーターマーク層内の潜像オブジェクトを変更することもほとんどできない。
【００１２】
各種のセキュリティレベルの層を組合せると、各種の応用ニーズに対する解決を与える。例えば、光学的ウォーターマークはある会社により発行された文書上のその会社のロゴとして現れてよい。例えばそこには３つのウォーターマーク層があり、第１の層は取消し単語（例えば“COPY（コピイ）”）であり、確認装置はフォトコピイ機である。取消し単語“COPY”は印刷されたもとの文書がフォトコピイされるとすると出現する。潜像オブジェクトで第２の層内のものは会社のロゴであってよく、確認デバイスは特別設計のレンズで周期関数で定義されたグレーテングを備えている。このレンズはこの文書のオリジナリティを確認するための関連の組織に与えられるようにできる。第３の層は信任された第三当事者のロゴと一緒に埋め込まれてよい。確認デバイスはまたまたレンズであるが、その構造はランダムドットパターンで、他の層よりも一層安全（セキュリティあり）である。
【００１３】
複数の層の重畳は不可逆プロセスであるから、光学的ウォーターマークの複雑さ（コンプレキシティ）は増していって、不可能ではないとしても、リバースエンジニアがパラメータと隠れた情報をこのウォーターマークから抽出することは非常にむづかしい。そこには複数の層があるので、異なる確認方法で類似品同定識別を含んでいるものがもっとずっと安全な応用を形成するために組合せることができる。こういった確認は、非常に簡単なデバイスでオフラインですることができる。とりわけ、この発明の方法と装置とは特殊インクとか特殊用紙とかを用いずに非常に高いセキュリティを得ることができる。
【００１４】
この発明をよりはっきりと理解し、すぐに実用効果に加えられるようにするために、非限定の例をこの発明の好ましい実施形態を示すために添付の図面を参照して記述して行くこととする。
【００１５】
好ましい実施例の詳細な記述
この発明における光学的ウォーターマークは図１に示すような複数の層状構造を有している。ウォーターマーク層は互に重畳されて複数の層と保護のカテゴリイとを用意している。数層を重畳することは、不可能ではないとしても、構造のパラメータと隠れた情報とを光学的ウォーターマークだけから抽出することを非常にむづかしくしている。
【００１６】
各ウォーターマーク層は繰返された構造をもつドットのアレイである。潜像オブジェクトは変調（モジュレーション）によってウォーターマーク層内に埋め込まれている。これは、例えば、位相変調を含んでいてよい。光学的ウォーターマーク内の異なるウォーターマーク層の構造と配向とは互に異なっていなければならない。特定のウォーターマーク層に対応しているデコーダだけがその特定のウォーターマーク層に埋め込まれた潜像オブジェクトを眺めるために使用できる。
【００１７】
基本的なウォーターマーク層−２Ｄドットアレイ
基本的なウォーターマーク層は二次元（２−Ｄ）ドットアレイであり、２つの直交方向に変化する。潜像を埋め込むためには両方向に位相変調をかけることができる。図２の示すように、部分２０５は水平方向の位相変調であって文字“Ｔ”を埋め込み、また部分２０６は文字“Ｃ”を埋め込むための垂直方向の位相変調を示す。
【００１８】
位相変調は位相変調方向で潜像の縁端（エッジ）にあるドット対の間の距離を変える。人間の視覚系の特性によると、このような距離の変化は潜像のエッジをドットアレイの全体のグレイレベルよりも明るくするか暗くする。この効果は潜像の形状をあからさまにする。この効果を補償するために、“平滑化（スムージング）”プロセスが急な位相シフトをもつ領域に適用できる。例えば図２では、番号２０１と２０２で示した領域に沿って、ドット対間の距離がドットアレイの空間的な繰返し周期よりも大きくしてある。それ故に、ドットが加えられ、距離調節を伴ってエッジが幾分か暗くなっている。パターン２０１と２０２とは補償後の結果である。他方、２つのドット間の距離がドットアレイの繰返し周期よりもずっと小さいときには、距離調節はまた必要でエッジを幾分か明るくすることができる。パターン２０３と２０４とはこの種の調節の結果物である。
【００１９】
変調されたドットアレイ内の潜像オブジェクトを眺めるためには、デコーダはそのドットアレイと同じ空間周波数をもつグレーテング構造を有していなければならない。特定方向に変調された潜像を復調するためには、デコーダの配向は同じ方向で整列されていなければならない。図３の３０１と３０２とは図２の復調結果を示す。詳細な数学的解析はフーリエ級数展開による。
【００２０】
基本的ウォーターマーク層内に潜像を埋め込むための位相変調の数学的解析
光学的ウォーターマークでは、潜像オブジェクトを埋め込むためにキャリヤドットパターンとしてドットアレイが選ばれる。ドットアレイは２次元信号として考えられ、この信号は２つの直交方向に変るものであるから、２つの潜像オブジェクトは位相変調を受けた２つの方向での１つのドットパターンとして変調を受けることができる。簡単化するために、ここで論ずるドットアレイは両方向に同じ空間繰返し周波数をもつものとする。実際の光学的ウォーターマークでは２つの方向の空間周波数は違っていてよい。
【００２１】
フーリエ級数展開が変調と復調を解析するために採用されている。ここで基本的なドットパターンをｆ∈［０，１］  ｆ０（ｘ，ｙ）と書くこととし、ここで値０は黒を、値１は白を表わしている。ライングレーテングの重畳は関数の積として表わすことができる。この掛け算モデルはフーリエ級数展開での解析を可能とする。
【００２２】
位相シフトしたドットアレイはｆ１（ｘ，ｙ）とｆ２（ｘ，ｙ）として表わすことができ、各々が変調方向に対応している。
【００２３】
【数１】
0004373045.tif 000002
【００２４】
変調されることになる２つの潜像オブジェクトはｇ１（ｘ，ｙ）とｇ２（ｘ，ｙ）とで表わすことができる。これらの有効値は０か１かだけである。したがってウォーターマークドットアレイは式（４）で、またデコーダは式（５）で表わすことができる。
【００２５】
【数２】
0004373045.tif 000003
【００２６】
式（５）では、角度θはｆｄ（ｘ，ｙ）の方位とｙ軸方向とのなす角度である。ウォーターマークされたドットアレイとデコーダとの重畳は式（６）で表わされる。これらの関数のすべては式（７），（８），（９），（１０）のようにフーリエ級数で展開される。
【００２７】
【数３】
0004373045.tif 000004
【００２８】
重畳は上記の展開に基づいて解析できる。式（６）の展開にはたくさんの成分があることになる。解析をできるだけ明瞭にするためにすべての高周波成分を無視する。恐らくは低い方の周波数をもつ成分だけがこの解析に関与することになる。このような成分でｄ（ｘ，ｙ）の中のものは次式（１１）〜（１４）により解析される。
【００２９】
【数４】
0004373045.tif 000005
【００３０】
θの値が非常に０°に近いときには、成分Ｃ1 （１，−１）はキャリヤドットパターンの周波数よりもずっと小さいものとなる。θの値が９０°よりも僅かに上か下かのときは、成分Ｃ２（１，１）だけが低い周波数をもつことになる。したがって、これら２つの場合にはＣ１（１，−１）もしくはＣ２（１，１）だけが重畳で意味のあるものとなる。
【００３１】
【数５】
0004373045.tif 000006
【００３２】
Ｃ１（１，−１）が最も重要である場合には、式（６）における最重要成分は次の３つとなる。そのときは、唯一の潜像ｇ１（ｘ，ｙ）が相対的な位相が原因となってはっきりと観察できる。
【００３３】
【数６】
0004373045.tif 000007
【００３４】
Ｃ２（１，１）が最も重要である場合は、式（６）における最重要成分は次の３つとなる。そのときは、唯一の潜像ｇ２（ｘ，ｙ）が相対的な位相が原因となってはっきりと観察できる。
【００３５】
【数７】
0004373045.tif 000008
【００３６】
数学的解析結果は位相変調を伴うと２つの潜像オブジェクトが基本的なドットパターンに対して変調をかけることができることを示している。ドットアレイの比較的高い周波数とエッジ上に適用される補償方法とが原因して、潜像オブジェクトは裸眼によっては観察されない。潜像オブジェクトを眺めるためには、デコーダの周波数はその方向に沿って基本的なキャリヤドットパターンの周波数と同じでなければならないし、デコーダの配向は潜像オブジェクトが変調されるのと同じ方向に整列されていなければならない。
【００３７】
ここでは、人間の視覚系の２つの特徴が使用されている。第１は、人間の視覚系は中間の空間周波数レンジ約２〜６ｃ／ｄｅｇ内で最も高いコントラスト感度をもっていることである。この感度は高い空間周波数で鋭く低下する。第２は、人間の眼が相対位相に対して感度をもっていることであり、相対位相は同じ周波数の空間信号間のシフトもしくは変位である。３ｃ／ｄｅｇよりも高い周波数については、しきい値位相は約０．８５′の弧の変位によって表わされる。３ｃ／ｄｅｇよりも小さな周波数については、相対位相のしきい値は約５°である。人間の着者はこのしきい値よりも小さな相対位相を観察することはできない。したがって、高い周波数の信号については、変位は裸眼によっては簡単に観察できない。
【００３８】
各ウォーターマーク層内の潜像オブジェクトが位相変調を伴って相対的に高い繰返し周波数ドットパターンでエンコードされる。変位は人間の視覚系にとっては顕著なものではなく、その理由は相対的な位相差が光学的ウォーターマークのために選ばれた相対的な高い周波数におけるしきい値よりも小さいか同じ程であることによる。したがって潜像オブジェクトは適切なデコーダなしには観察されない。
【００３９】
２次元ドットアレイウォーターマーク層からの一般化をするために、２方向に沿ったドットアレイの周波数は違なるものとできて、また、ドットアレイはどんな方位をとってもよい。もしウォーターマーク層がＬ（ｆｕ，ｆｖ，θ，ｇｕ，ｇｖ）と記され、ここでｆｕとｆｖとはそれぞれ２つの方向ベクトル［ｕ］，［ｖ］（ここで［  ］は頭付きの矢印に変る記号としている）内のドットアレイの周波数であり、θは［ｕ］と［ｘ］（水平軸）とのなす角であり、関数ｇｕとｇｖとの値は１か０かに限り、この層内での潜像オブジェクトを表わすものとする。ウォーターマーク層を表わす関数は次の通り：
【数８】
0004373045.tif 000009
【００４０】
この種のウォーターマーク層内の各潜像については２つのパラメータが存在する：一つは変調周波数であり、他は変調方位（配向）である。潜像ｇｕについてのパラメータはｆｕと［ｕ］である。また、潜像ｇｖについてのパラメータはｆｖと［ｖ］である。対応する周波数を備えたデコーダだけが特定の潜像を見えるようにし、その条件として、デコーダが対応する方向に回転されたときがある。したがって、この形式のウォーターマーク層の秘密に対する鍵（キー）は変調周波数と変調方位（配向、オリエンテーション）ということになる。
【００４１】
多重構造
ここで図４を参照することとし、図４０１は１つのウォーターマーク層の座標を示しており、ｘ−ｙ座標を基準としている。図４０２，４０３，４０４は３つのウォーターマーク層であり、図４０５はその重畳結果である。
【００４２】
光学的ウォーターマークはいくつかのウォーターマーク層の重畳である。このような重畳は式（１８）で表わすことができる。
【００４３】
【数９】
0004373045.tif 000010
【００４４】
上記解析によると、複数の繰返し構造のこの重畳には若干の低い周波数成分が存在している。このような低い周波数成分は恐らくは望ましくない目視できる効果をもたらすことになったり、潜像をデコーダなしに顕在化しかねない。この問題は、もし次の要件が光学的ウォーターマーク内の２つの層Ｌi ，Ｌj のいずれについても適うことができれば回避できる。
【００４５】
１．もしｆｕ，ｉ＝ｆｕ，ｉもしくはｆｖ，ｉ＝ｆｖ，ｉであれば配向差Δθｉｊが十分大きい（例えばΔθｉｊ＞６０°か、ある場合にはΔθｉｊ＞４５°）。
【００４６】
２．もしｆｕ，ｉ＝ｆｖ，ｉであれば、Δθｉｊは６０°より小さく、Δθｉｊ＜６０°。（ここでΔθｉｊ＝across（｜cos（θｉ−θj ）｜）で、０°＜Δθｉｊ＜９０°）。
【００４７】
上記２つの要件はどの成分も重畳内でどのキャリヤドットアレイの周波数よりもうんと小さな周波数をもたないことを意味している。図４０５は光学的ウォーターマークのサンプルを示しており、これが図４０２，４０３，４０４の重畳となっている。
【００４８】
デコーダで関数ｄ（ｘ，ｙ）で表わされるものがこの光学的ウォーターマーク上に重畳されるときには、デコード動作の結果は式（１９），（２０）で表わされる。
【００４９】
【数１０】
0004373045.tif 000011
【００５０】
解析から、次の結果が得られる。
【００５１】
１．ｆｄがｆｕ，ｉに等しく、｜θｄ−θｉ｜が非常に小さいときには、潜像ｇｕ，ｉ（ｘ，ｙ）は重畳で見ることができるようになる。
【００５２】
２．ｆｄがｆｖ，ｉに等しく｜θｄ−θｉ｜がほぼ９０°のときには、潜像ｇｖ，ｉ（ｘ，ｙ）は重畳で見ることができるようになる。
【００５３】
デコーダの周波数と配向とは潜像オブジェクトをデコードするキーである。デコーダの周波数が特定の潜像オブジェクトの変調周波数と配向とに整合するときに限り、潜像は重畳で出現することになる。
【００５４】
したがって、多層構造では、すべての潜像オブジェクトがウォーターマーク層から別個にデコードされるようにできる。すべてのウォーターマーク層はそれ自身の潜像オブジェクトを帯していて、１つの特定のウォーターマーク層の知識から、潜像を抽出したり、他のウォーターマーク層のパラメータを抽出するのは非常に困難であり、ほとんど不可能である。
【００５５】
この多層構造の別の利点は、すべてのウォーターマーク層が互に他を保護していることである。すべてのウォーターマーク層の詳細（パラメータと潜像オブジェクト）を知らずには、ウォーターマーク層の一つの中の情報を変えることは非常に困難で、ほとんど不可能である。ウォーターマーク層の一つが変えられたとすると、他のすべてのウォーターマーク層がまたこの変化によって影響されることになる。したがって、この変化は一当事者によって承認されるとしてもなお、複数の当事者がいる応用で各当事者がある潜像オブジェクトについての“キー”を保持しているという状態では、文書の認証を無効とするものである。
【００５６】
複雑なウォーターマーク層を生成するための座標マッピング
基本的なウォーターマーク層では、隠れた情報へのキー空間（スペース）はデコーダの周波数であって、これは比較的小さい。一般に、基本的な２次元ドットアレイはどんな２次元パターンに対しても生成されるようにでき、座標マッピングと重畳とによっている。
【００５７】
座標マッピングの場合には、線形もしくは非線形のマッピング関数が基本的なウォーターマーク層に適用される。これらのマッピング関数は式（２１），（２２）で表わされる。
【００５８】
ｘ＝ｍｘ（ｕ，ｖ）                              （２１）
ｙ＝ｍｙ（ｕ，ｖ）                              （２２）
関数ｍx （ｕ，ｖ）とｍｙ（ｕ，ｖ）とは座標空間を（ｕ，ｖ）から（ｘ，ｙ）に写像（マップ）する。（ｕ，ｖ）座標空間では、ウォーターマーク層の変調と復調とは基本的なウォーターマーク層と同じである。しかしデコーダでの復調は（ｘ，ｙ）座標空間で行なわれる。従って、（ｘ，ｙ）座標空間でのデコーダは（ｕ，ｖ）座標空間内の対応するデコーダから写像されなければならない。したがってウォーターマーク層を座標マッピングするには潜像オブジェクトのパラメータが（ｕ，ｖ）座標空間内の潜像オブジェクトの変調周波数と、（ｕ，ｖ）座標空間内の潜像オブジェクトの変調配向であり、またマッピング関数ｍｘ（ｕ，ｖ）とｍｙ（ｕ，ｖ）である。例えば、マッピング関数が正弦関数とすると座標系のマッピングは式（２３），（２４）により表わされる。
【００５９】
ｘ＝sin（２π／Ｔ）ｖ＋ｕ                       （２３）
ｙ＝ｖ                                          （２４）
（ｕ，ｖ）座標空間内でのドットアレイは式（２５）で表わされ、座標マッピングでは、（ｘ，ｙ）座標空間内の対応する関数は式（２６）として求めることができる。
【００６０】
【数１１】
0004373045.tif 000012
【００６１】
座標系マッピングを伴うウォーターマーク層内に埋め込まれた潜像オブジェクトを復調するためには、もとのデコーダもまた（ｕ，ｖ）座標系から（ｘ，ｙ）座標系へ写像されなければならず、それは式（２７），（２８）で示される。
【００６２】
【数１２】
0004373045.tif 000013
【００６３】
写像されたウォーターマーク層内の潜像ｆ′（ｘ，ｙ）については、対応するデコーダは式（２８）内のｄ′（ｘ，ｙ）であって、式（２７）内のｄ０（ｘ，ｙ）ではない。式（２８）から分るように、キー空間は２つの因子で拡張されている。一つは正弦関数であり、他は正弦関数の周期である。
【００６４】
ランダムパターンウォーターマーク層
図５を参照すると、図５０１，５０２，５０３は単純なウォーターマーク層であって、位相変調を伴うものと、伴なわないものとである。これらからパラメータを求めることは比較的簡単である。図５０４，５０５，５０６はランダムドットパターンを備えたウォーターマークである。それは非常に複雑で、デコーダなしに潜像オブジェクト情報を回復することは事実上不可能である。
【００６５】
埋め込まれた潜像オブジェクトを眺めるために使用されるデコーダのキー空間は、ウォーターマーク方法もしくは装置がもつことになるセキュリティを表示するものである。このキー空間は先に列挙した先行特許発明については非常に小さなものである。この分野の専門家からの注意深い解析とか理性を欠如した攻撃に対してはこのキー空間を見付けることは可能である。僅かな例ではあるが、図５０１，５０２，５０３は規則的なパターンであって位相変調があるものとないものとを示している。暗号技術という観点からは、こういったウォーターマーク層の問題はキーの空間が小さすぎることにある。ウォーターマークを観察することによって、キーパラメータを人が容易に抽出できることは明らかである。
【００６６】
基本ウォーターマーク層の線形及び非線形マッピングにより、このキー空間はファクタ２（２倍）拡張できる。隠れた情報のセキュリティ（安全性）を増大するためにキー空間をさらに拡張するために、このウォーターマーク層を２次元空間内でランダムパターンとしてさらに一般化することができる。
【００６７】
情報理論によると、潜像オブジェクトの情報量はランダムに分布されているときに最大に到達することができる。ランダムパターンウォーターマーク層では、ランダムに分布した情報が２つの部分に分けられ、ウォーターマーク層が１つの部分に基づいて生成され、またデコーダが他の部分に基づいて生成される。したがって、ウォーターマーク層とデコーダとの両方が潜像オブジェクトについての情報を保持している。潜像はウォーターマークとデコーダとの両方が呈示されたときに限り回復が可能となる。
【００６８】
関数ｇｗ（ｘ，ｙ）とｇｄ（ｘ，ｙ）の２つが潜像オブジェクトｇ（ｘ，ｙ）とランダム関数ｒ（ｘ，ｙ）とに基づいて生成され、これが０か１かにランダムで戻る。関数ｇｗ（ｘ，ｙ）はそこで位相変調を伴うウォーターマーク層のグリッド（格子）にエンコードされ、また関数ｇｄ（ｘ，ｙ）も位相変調を伴うデコーダの線グレーテングにエンコードされる。ｇｗ（ｘ，ｙ），ｇｄ（ｘ，ｙ）及びｇ（ｘ，ｙ）の値は１か０かのいずれしかとれないことに留意のこと。
【００６９】
【数１３】
0004373045.tif 000014
【００７０】
潜像オブジェクトに関する情報は関数ｇｄ（ｘ，ｙ）とｇｗ（ｘ，ｙ）のいずれかを調べても見付けることはできない。関数ｇｄ（ｘ，ｙ）とｇｗ（ｘ，ｙ）との間にはある関係が存在する。ｇ（ｘ，ｙ）の値が１であるとすると関数ｇｄ（ｘ，ｙ）はｇｗ（ｘ，ｙ）に等しい。もしｇ（ｘ，ｙ）の値が０であれば、関数ｇｗ（ｘ，ｙ）は１−ｇｄ（ｘ，ｙ）に等しい。
【００７１】
ウォーターマーク層は式（３１）でまたデコーダは式（３２）で表わされる。
【００７２】
【数１４】
0004373045.tif 000015
【００７３】
上記式から、ｇ（ｘ，ｙ）の値が０に等しいときには、ウォーターマーク層とデコーダとの間には相対的位相差が存在すること、またｇ（ｘ，ｙ）の値が１に等しいときにはウォーターマーク層とデコーダとの間には相対値位相差が存在しないことが分る。これが潜像は出現することを意味しており、ウォーターマーク層とデコーダとが正しく重畳されるときには相対的位相差の復調が理由となっている。
【００７４】
図５０４，５０５，５０６は図５０１，５０２，５０３に対応しているランダムパターンウォーターマーク層の例である。
【００７５】
ランダムパターンウォーターマーク層内の情報量は潜像オブジェクトの次元（ディメンション）のべき２であるから、セキュリティレベルは非常に大きなものとなる。ウォーターマーク層とデコーダとの両方が潜像オブジェクトの部分を帯しているので、ウォーターマーク層とデコーダとのいずれかからだけでは他を求めることは事実上不可能である。他方、ランダムパターンウォーターマーク層は潜像オブジェクトを顕在化するためには正確な整列（合わせ作業）を必要とする。
【００７６】
偽造品（類似品）を防ぐ層（カウンタフィットプルーフレイヤ）
ウォーターマーク層のドットパターンは１つもしくは１組の基本となるものと、他の形式のドットパターンとに対する１組の演算操作の結果物とすることができる。ここでは偽造品を防ぐ（に対抗する）層を例とする。
【００７７】
偽造品を防ぐ層は特別なウォーターマーク層であり、ここではフォトコピイ機が潜像に対するデコーダとなっている。偽造品を防ぐウォーターマーク内のドットパターンは基本的なドットアレイの重畳に基づいている。この層内の潜像オブジェクトは、何らかの“コピイ（COPY）”といった打消し語であってよく、関数ｇｃ（ｘ，ｙ）として表わされる。この関数の値は０か１かだけしかとれない。そこでこの層は関数ｗｃ（ｘ，ｙ）として表わすことができる。
【００７８】
【数１５】
0004373045.tif 000016
【００７９】
関数ｆａ（ｘ，ｙ）とｆｂ（ｘ，ｙ）とは基本的なドットアレイの２つの組を表わしている。ｆａ（ｘ，ｙ）の繰返し周期はｆｂ（ｘ，ｙ）の繰返し周期よりも僅かに大きい。そして式（３３）におけるΔは小さな変位を表わしている。
【００８０】
図６０１はこのような偽造品を防ぐ層のサンプルである。図６０２はｆａ（ｘ，ｙ）ｆａ（ｘ＋Δ，ｙ＋Δ）により表わされる重ね合わされたドットアレイの拡大図である。ドットアレイｆａ（ｘ，ｙ）内の各ドットは、他のドットアレイｆａ（ｘ＋Δ，ｙ＋Δ）内のドットと接しており、その理由は小さいが十分な変位が原因している。図６０３はｆｂ（ｘ，ｙ）ｆｂ（ｘ＋（Ｔｂ／２），ｙ＋（Ｔｂ／２））で表わされる重ね合わされたドットアレイの拡大図である。変位（Ｔｂ／２）が原因となって、ドットアレイｆｂ（ｘ，ｙ）内のドットはどれも他のドットアレイｆｂ（ｘ＋（Ｔｂ／２），ｙ＋（Ｔｂ／２））内のドットと接してはいない。
【００８１】
潜像オブジェクトがフォトコピイ後に出現するようにするためには、この偽造品を防ぐ層内のドット寸法は注意深く選ばなければならない。それはフォトコピイ機がサンプルできるドットの大きさよりも小さいものでなければならない。
【００８２】
好ましいドットの大きさは１／６００インチ（２５．４／６００ｎｍ）であり、大部分のフォトコピイ機が６００ｌｐｉ（ラインパーインチ）の光学的解像度をもつことによる。このようなドットはフォトコピイ後には消失するのであり、フォトコピイ機によって認識するには小さすぎることが理由とされている。このようなわけで、ｇｃ（ｘ，ｙ）の値が１である領域はフォトコピイ後には消えてしまうのであり、これらの領域の全部のドットが孤立したものであり、フォトコピイ機によってはサンプルできないことがあげられる。他方、ｇｃ（ｘ，ｙ）の値が０である領域は依然として残っており、その理由は隣接したドット対が比較的大きな寸法をもつものとして眺められて、フォトコピイ機によってサンプルできることによる。従って、潜像オブジェクトはフォトコピイ後に出現できることになる。
【００８３】
式（３３）内の２つの周波数１／Ｔａと１／Ｔｂとは人間の視覚系の分解能限界を十分に越えるべきものであることに留意したい。人間の視覚系の特性によると、偽造品を防ぐ層の詳細な構造は裸眼によっては観察できないことになる。ｇｃ（ｘ，ｙ）の値が０である領域はｇｃ（ｘ，ｙ）の値が１である領域よりもグレイスケールでは明るく見えることになる。
【００８４】
偽造品を防ぐ層を他のウォーターマーク層と重畳することは偽造品を防ぐ層を保護する。偽造品を防ぐ層の単純な構造が理由となって、この層を解析し、それを再生することは比較的容易である。
【００８５】
偽造品を防ぐ層を他のウォーターマーク層と重畳することはまた式（１８）によって演算操作される。必要とされる後処理は潜像オブジェクトの外側領域についてするだけでよい。図６のうちの図６０２と６０３とがその関連のもので、オブジェクト領域と非オブジェクト領域内の典型的なドットパターンを表わしている。図６は偽造品防止層を他のウォーターマーク層と重畳した後処理を示す。図６０５は重畳の結果であり、図６０６は図６０５のフォトコピイの結果物である。図６０４に示したように、ウォーターマーク層内のドット６１３が偽造品を防ぐ層上に重畳されるときには、破線の箱によって示した領域での他のすべてドットは取り除かれなければならない。原理は、重畳がｇc （ｘ，ｙ）の値を１としている領域のグレイレベルを変えてはならないとするものである。重畳の結果として、潜像オブジェクトの内側と外側との両方が同じグレイレベルをもつことになる。偽造品を防ぐ層内の構造は人間の視覚系の分解能を越える周波数をもっているので、裸眼にとっては連続したグレイトーンのパッチ（あてもの）のように見えることになる。図６０５はこの重畳の拡大図である。図６０６はフォトコピイ後の結果物である。潜像オブジェクト“Ｐ”ははっきりと現れる。
【００８６】
文書配布、文書保管ファイル、及び認証における光学的ウォーターマーク
光学的ウォーターマークは電子文書に応用できる。ウォーターマークは文言に対する認証を与えるためのシールとして見ることもできる。光学的ウォーターマークの目視上の現れ方は即座に信用を与えるように権限者のロゴとかシールとして設計されていてよい。埋め込まれた情報は名称、署名もしくはロゴで権限者のものであるとか、文書の内容と関係した何らかの番号または単語とすることができる。
【００８７】
図７に示すように、応用のシナリオとして、例えば政府の移民局のような権限者である当局が国民に対して旅券を発行する。ここでは、光学的なウォーターマークが旅券のページに取付けられ、背景が移民局のシールかのようなものとなっている。旅券所有者の写真が１つの層内に埋め込まれ、他の層の上には名称と誕生日とが埋め込まれる。最後に、特殊なシンボルがランダムパターンウォーターマーク層内に埋め込まれる。キーのレンズが各種の当事者に配布されていて、これら当事者は旅券の有効性を確認する必要のある者である。ランダムキーは最終確認用に移民局によって保存されている。ここで、移民局により旅券が発給され、旅券所有者は他の国家の旅券管理機関のような他の当事者によりチェックを受けることが必要となる。
【００８８】
他の形式の応用は図８に示すもので、これはサービスモデルである。サービスプロバイダ（提供者）は顧客に向けて配送と認証サービスを提供する。例えば顧客は出荷会社（船会社）であり、出荷人又は受託者（荷受人）に向けてサービスプロバイダを介して荷積み証書を発行する。運送者（キャリヤ）のロゴの形をした光学的ウォーターマークが背景として荷積みの譲渡不能な証書を上に置かれる。確認キーが銀行と運送代理人とに認証の目的にあてられ出荷会社と受託者が金員と貨物の引渡しを請求するために荷積み証書を用いる際配布される。キーレンズは例えば６ヶ月毎に定期的にサービスプロバイダによって交換されてセキュリティの目的とされる。
【００８９】
上述の光学的ウォーターマークは、例えば、限定をするわけではないが、異なるウォーターマーク層をいろいろなカラー空間内の異なるカラーチャンネル内に有するような複数カラーをもつ文書に対して直ちに応用でき、例えばCMYKとかRGB空間が用いられる。
【００９０】
この発明についての好ましい実施形態をここまでの記載で述べてきたのであるが、この技術についての当業者は変形もしくは修正がこの発明を逸脱することなく行なわれてよいことを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光学的ウォーターマークの層状構造を示す図。
【図２】  基本的なウォーターマーク層内部に潜像オブジェクトを埋め込むことを示す図。
【図３】  文字“Ｔ”と“Ｃ”の復調結果を示す図。
【図４】  光学的ウォーターマークの構造を示す図。
【図５】  ランダムドットパターンをもつウォーターマークを示す図。
【図６】  文字“Ｐ”を埋め込んだ類似品対抗（防偽造）ウォーターマーク層を示す図。
【図７】  電子応用を示す図。
【図８】  電子サービスモデルを示す図。
【図１】
0004373045.tif 000017
【図２】
0004373045.tif 000018
【図３】
0004373045.tif 000019
【図４】
0004373045.tif 000020
【図５】
0004373045.tif 000021
【図６】
0004373045.tif 000022
【図７】
0004373045.tif 000023
【図８】
0004373045.tif 000024