情報処理学会 インタラクション 2014
IPSJ Interaction 2014

A2-2
2014/2/27

デジタルカメラによる復号が可能な潜像技術：
一様な画像への誤差拡散法による埋め込み
生源寺 類1,a)

概要：我々はチェッカパターンを重ね合わせることで秘密画像が浮かび上がる潜像技術，チェッカパター
ンキャリアスクリーン画像を提案している．また，キャリアスクリーン画像では，物理的なパターンの重ね合わせの他に，適切なサンプリング間隔でのサンプリング処理による復号も可能である．このようなサンプリング処理による復号手法として，市販のデジタルカメラの液晶モニタへの表示処理を利用した復号手法を提案している．デジタルカメラを用いた復号において，コントラストの良い復号結果を得るためには，キャリアスクリーン画像を低解像度で出力する必要がある．しかしながら，キャリアスクリーン画像を低解像度で出力した場合，秘密画像の露見が問題となるため潜在化処理が必須となる．特に有効な潜在化手法として誤差拡散法による自然画像への埋め込みを提案している．本稿では，一様な画素値を持つ画像への埋め込みにおける潜在化効果について調査したので報告する．

Digital Camera Decoded Carrier-Screen Images:
Embedding into Uniform Images by Error Diﬀusion Method
Rui Shogenji1,a)Abstract: As a kind of carrier-screen images, we have developed checkered-pattern carrier-screen images,
which can be physically decoded by superimposing a sheet of a checkered pattern. Also we propose a decoding method using an ordinary compact digital camera. To obtain better decoding result using a digital
camera, the carrier-screen image should be displayed at low resolution. However if the carrier-screen image
is displayed at low resolution, the secret information can be detected when you look carefully. So a hiding
process is important technique. One of a hiding method, we propose a hiding method by embedding thecarrier-screen image into another significant image. In this paper, we investigate the imperceptibility of thecarrier-screen image which embedded into a uniform image.

1. はじめにとして認識される．復号は対応するキャリアスクリーンの重ね合わせの他に，サンプリング処理による復号も可能で周期的なパターンを重ね合わせることで，秘密画像が浮ある．このようなキャリアスクリーン画像は，有価証券等かび上がる潜像技術としてキャリアスクリーン画像 [1] がの偽造防止や絵本 [2], [3] などのエンタテインメント分野である．復号に用いる周期的なパターンを，キャリアスク利用されている．

リーンと呼び，多数の平行線で構成される万線や周期的な我々は，キャリアスクリーンとしてチェッカパターン点で構成される網点などがよく用いられる．秘密画像の符を用いたチェッカパターンキャリアスクリーン画像を提号化は，キャリアスクリーンの一部の位相や角度，大きさ案している [4]．従来のキャリアスクリーン画像と同様に，などを変調することで行われる．キャリアスクリーン画像

チェッカパターンの重ね合わせやサンプリング処理によるは通常，高解像度で出力されるため，肉眼では一様な領域復号が可能である．特にサンプリング処理による復号では，

1a)

静岡大学 大学院工学研究科
Shizuoka University, Hamamatsu, Shizuoka 432–8561, Japan
shogenji@sys.eng.shizuoka.ac.jp© 2014 Information Processing Society of Japan

デジタルカメラの液晶モニタへの表示処理を利用した復号手法 [5] を提案している．また，キャリアスクリーンとし216

Secret image
Carrier-screen image
図 1

キャリアスクリーン画像の生成

Fig. 1 Encoding process of a carrier-screen image.

図 2秘密画像

Fig. 2 Secret image.てチェッカパターンを用いているため，生成されるキャリアスクリーン画像は正方画素構造となる．そのため，液晶ディスプレイなどのデジタルデバイスへの表示に適している．さらに，従来の画像処理手法が容易に適用可能である
ため様々な拡張が可能であり，これまでに解像度多重化 [6]や角度多重化 [7]，自然画像への埋め込み [8] 手法を提案している．
デジタルカメラを用いた復号では，イメージセンサによって取得したキャリアスクリーン画像を再サンプリングすることで復号を行っているため，コントラストの良い復号結果を得るためには，従来のキャリアスクリーン画像と比較して，低解像度で出力する必要がある．
しかしながら低解像度で出力した場合，キャリアスクリーン画像の詳細な構造が識別可能となり，秘密画像の露見が問題となる．そのため，潜在化処理が必須である．潜
在化処理として誤差拡散法による自然画像への埋め込みは非常に有効である．自然画像への埋め込みは，キャリアス

図 3 キャリアスクリーン画像

Fig. 3 Carrier-screen image.

クリーン画像と埋め込み対象である濃淡画像との合成およ像を図 3 に示す． 出力されたキャリアスクリーン画像はび誤差拡散法によるハーフトーン処理で行われる．本稿で十分な解像度を有していないため，秘密画像のパターンのは，埋め込み対象である濃淡画像をカバー画像と呼ぶ．

輪郭が露見していることが確認できる．

一方，カバー画像の画素値が一様な領域において，十分復号は従来のキャリアスクリーン画像と同様に，キャリな潜在化効果得られないことが確認されている．そこで本

アスクリーンであるチェッカパターンの重ね合わせ，ある研究では，一様な画素値を持つカバー画像における誤差拡いは適切なサンプリング間隔でのサンプリング処理により散法による埋め込みの潜在化効果について調査したので報行われる．我々は，サンプリング処理による復号手法とし告する．て，デジタルカメラを利用した復号を提案している．図 4

2. チェッカパターンキャリアスクリーン画像にデジタルカメラを用いた復号例を示す．復号処理は，液晶ファインダへ画像を表示するためにイメージセンサで取チェッカパターンキャリアスクリーン画像の生成処理の得したキャリアスクリーン画像を再サンプリングする過

概略図を図 1 に示す．符号化は以下のルールに従い秘密画程を利用して行われる．復号に使用したデジタルカメラで像の各画素をキャリアスクリーンを構成する補助画素に置は，デジタルカメラを 45℉傾けることでコントラストの良き換えることで行われる．補助画素は，2 種類の相補的ない復号結果が得られた．また，表示したキャリアスクリー

2 × 2 画素のチェッカパターンを使用する．秘密画像の画素

ン画像は白黒の 2 値画像を用いているが，復号結果には偽が白であれば一方の補助画素に置き換え，秘密画像の画素色が生じている．これらは液晶ファインダへの表示処理にが黒であれば他方の補助画素に置き換える．すなわち，秘おいて，平滑化などによる近傍画素処理が行われているた

密画像の画素が白の場合と黒の場合とで，白黒を反転しためであると考えられる．さらに，デジタルカメラを復号に補助画素を配置することで秘密画像を符号化する．また，利用した場合，手ぶれなどの影響により精細な位置合わせ補助画素のサイズが，2 × 2 であるため，生成されるキャは困難である．しかしながら十分に認識可能な復号結果がリアスクリーン画像のサイズは，縦，横ともに，秘密画像得られており，このことはキャリアスクリーン画像の歪みの 2 倍になる．などの劣化に対してロバストな復号が可能であることを示

図 2 に示す秘密画像を符号化したキャリアスクリーン画© 2014 Information Processing Society of Japanすものである．

217

図 4

デジタルカメラを用いた復号例
図 6

Fig. 4 Decoding example with a digital camera.

カバー画像

Fig. 6 Cover image.

Carrier-screen image

Cover image

Blended image

Halftoned image

図 5 埋め込み処理

図 7

Fig. 5 Embedding process.

Fig. 7 Embedded carrier-screen image.

3. 誤差拡散法による埋め込み

次に，合成画像を誤差拡散法により 2 値化することで，カバー画像への埋め込み処理の概略図を図 5 に示す．埋め込み処理は．キャリアスクリーン画像とカバー画像との合成および誤差拡散法によるハーフトーン処理の 2 段階で行われる．カバー画像として 256 階調のグレイスケール画像を用いる．合成処理は，画素値の加減算により行う．カ
バー画像，キャリアスクリーン画像および合成量を，それぞれ f (x, y)，g(x, y)，w とすると，合成画像 h(x, y) は次式で表される．

f (x, y) + w, if g(x, y) is white,h(x, y) =f (x, y) − w, if g(x, y) is black.

潜在化キャリアスクリーン画像

潜在化キャリアスクリーン画像が生成される．本稿では，
誤差拡散法におけるしきい値を 127.5 とし，拡散係数はStucki[9] のものを使用した．
誤差拡散法による埋め込みの例として，図 6 に示すカ
バー画像にキャリアスクリーン画像（図 3）を埋め込んだ
結果およびチェッカパターンの重ね合わせによる復号結果をそれぞれ図 7，図 8 に示す． カバー画像にキャリアスクリーン画像を埋め込みことで，秘密画像のパターンが知覚されにくくなっていることが確認できる．

(1)

4. 一様なカバー画像への埋め込み
前節では，カバー画像へキャリアスクリーン画像を埋めすなわち，キャリアスクリーン画像の画素が白であれば，込むことで，潜在化できることを示した．しかしながら，カバー画像の対応する画素に画素値 w を加算し，キャリア一部の領域において，十分な潜在化効果が得られていなスクリーン画像の画素が黒であれば，画素値 w を減算する

い．そこで，一様な画素値を持つカバー画像へキャリアスことで合成する．

クリーン画像の埋め込みを行い，このときの潜在化効果に© 2014 Information Processing Society of Japan218

図 8(a) 画素値: 0

復号結果

Fig. 8 Decoded result.

ついて調査した．
すべての画素の画素値が同じである，一様な画像をカバー画像として作成した．作成したカバー画像は，0～255の画素値を持つ 256 枚のカバー画像である．これらの画像に対して，合成量 w を 48 として，図 3 に示すキャリアス
クリーン画像を埋め込む．図 9 に一様画像の画素値をそれぞれ 0，80，120 としたときの潜在化キャリアスクリーン画像を示す．画素値 0 のカバー画像に埋め込んだ潜在化
キャリアスクリーン画像では，秘密画像のパターンの露見が無いのに対して，画素値 120 のカバー画像に埋め込んだ
潜在化キャリアスクリーン画像では，秘密画像のパターン(b) 画素値: 80が露見していることが確認できる．
秘密画像のパターンの露見は，主にパターンのエッジ部分で顕著であることから，エッジ検出を行い潜在化効果を評価する．エッジ検出手法として，Diﬀerence of Gaussian（DoG）処理を適用した．基準画像として，埋め込みを行っていないキャリアスクリーン画像に対して DoG 処理を行った画像を使用した．DoG 処理を行った潜在化キャリアスクリーン画像および基準画像に対して，しきい値処理による2 値化を行い，エッジ部分の比較を行う．これらの画像のハミング距離を求め，総画素数で正規化したものを潜在化効果 (Imperceptibility) とした．図 10 に一様画像の画素値と潜在化効果との関係を示す．誤差拡散法のしきい値付
近で，潜在化効果がほとんど得られていないことが確認できた．このことから，しきい値付近の値を持つ一様な領域では，カバー画像の画素値を変調する必要があると言える．

5. まとめ(c) 画素値: 120
図 9

一様な画像への埋め込み例

Fig. 9 Embedding with uniform cover images.

本稿では，チェッカパターンキャリアスクリーン画像のて，潜在化効果がほとんどないことが確認された．任意の誤差拡散法を利用した潜在化手法において，一様な画素値カバー画像に対して，高い潜在化効果を得るためには，カを持つカバー画像における潜在化効果について調査した．

バー画像の一様な領域に対してノイズを加えるなどの前処

誤差拡散法のしきい値付近の値を持つ一様な領域におい理を行う必要があると言える．

© 2014 Information Processing Society of Japan219

図 10

一様画像の画素値と潜在化効果

Fig. 10 Pixel value of uniform image vs imperceptibility.

謝辞

本研究は JSPS 科研費 24700164 の助成を受けたものである．
参考文献
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生源寺類, 大坪順次: “チェッカパターン視覚復号型暗号における秘密画像の角度多重埋め込み”, 第 71 回応用物理学会学術講演会 講演予稿集, p. 03-093 (2010).
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© 2014 Information Processing Society of Japan220