情報処理学会 インタラクション 2017
IPSJ Interaction 20173-409-73
2017/3/2

特定の観察位置から復号可能なキャリアスクリーン画像
兼田 真照1

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．従来のキャリアスクリーン画像と同様に，サンプリング処理による復号が可能であり，スマートフォンなどのカメラ付き携帯端末を利用することで非接触での復号が実現できる．本研究では，射影変換したキャリアスクリーン画像を直交する複数の壁面に分割して配置することで，特定の観察位置のみで復号可能な拡張手法を提案する．また，スマートフォンを用いた復号実験を行い，提案手法の妥当性を示す．

Carrier-Screen Images Decoding at a Specific Vantage Point
Masateru Kaneda1

Rui Shogenji1,a)Abstract: We propose the checkered-pattern carrier-screen images which can be visualized a secret image by
superimposing a checkered pattern. A checkered-pattern carrier-screen image can also decode by resampling
it at the certain interval. It is possible to non-contact and simple decoding by using a camera-equipped mobile terminal. In this paper, we propose a method of the projection transformation of a carrier-screen image
which can be decoded from a particular viewing position by arranged it on the surface of the orthogonal wall.
In addition, decoding experiments with a smartphone are performed to show the validity of the proposed
method.

1. はじめに

クリーン画像の応用範囲の拡張が期待される．
キャリアスクリーン画像の応用の一つとして，情報提示有価証券等の偽造防止や絵本などのエンタテインメント技術が考えられる．ポスターやデジタルサイネージへ単に分野で利用される潜像技術としてキャリアスクリーン画像

情報を表示するのではなく，情報を潜在化して提示するこがある [1–3]．キャリアスクリーン画像では，キャリアスクとで注意を引くことができる．さらに二次元バーコードとリーンと呼ばれる周期パターンを重ね合わせることで秘密は異なり，符号化された情報は視覚的に顕在化するため，画像が浮かび上がる．キャリアスクリーンとして万線や網強く印象に残すことが可能である．一方，ユーザの手によ点，チェッカパターン [4] などを印刷したフィルムが用いる撮影位置やカメラの傾きなどの調整が必要である．

られる．また，周期パターンを復号に用いるため，キャリ本研究では，ユーザの手による位置合わせを積極的に利アスクリーンの重ね合わせによる復号の他に，サンプリン用するため，複数の壁面に分割して配置することで，特定のグ処理による復号も可能である．このサンプリング処理に観察位置からのみで復号可能な射影変換キャリアスクリーよる復号を利用した復号手法として，我々はデジタルカメン画像を提案する．すなわち，ある地点から観察することラを用いた復号手法を提案している [4, 5]．デジタルカメ

で空間に幾何学模様が浮かび上がる Felice Varini [6] のアラを用いた復号手法では，撮影距離を調整することで適切

ナモルフィックアート作品などの様に，特定の位置で撮影なサンプリング間隔を設定でき，秘密画像が復号される．

したときのみ復号可能なパターンの生成を行う．また，射このように非接触での復号が可能であるため，キャリアス

影変換キャリアスクリーン画像のスマートフォンを用いた

1a)

静岡大学 大学院総合科学技術研究科
Shizuoka University, Hamamatsu, Shizuoka 432–8561, Japan
shogenji.rui@shizuoka.ac.jp© 2017 Information Processing Society of Japan

復号実験を行い，提案手法の妥当性を示す．

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Secret image
Carrier-screen image
図 1チェッカパターンキャリアスクリーン画像の生成

Fig. 1 Encoding process of a checkered-pattern carrier-screen
図 2 秘密画像

image.

Fig. 2 A secret image.

2. チェッカパターンキャリアスクリーン画像
チェッカパターンキャリアスクリーン画像は，キャリアスクリーンであるチェッカパターンの一部を階調反転することで秘密画像を符号化する．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概略図を図 1 に示す．補助画
素は，2 種類の相補的な 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，秘密画像の画素が黒であれば他方の補助画素に置き換える．また，補助画素のサイズが 2 × 2 であるため，生成されるキャリアスクリーン画像のサイズは，縦，横ともに秘密画像の 2 倍になる．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像を図 3 に示す．生成される
チェッカパターンキャリアスクリーン画像は，正方画素構造を持つため，射影変換 [7] や誤差拡散法などの従来の画

図 3

チェッカパターンキャリアスクリーン画像

Fig. 3 A checkered-pattern carrier-screen image.

像処理手法が容易に適用可能である．
出力されたキャリアスクリーン画像は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輪郭が露見する．
そのため図 4 に示す誤差拡散法を利用した潜在化処理を行う [8]．誤差拡散法による潜在化処理は，キャリアスク

Pixel value
adjustment

リーン画像のコントラスト調整およびハーフトーン処理の2 段階で行われる．まず，キャリアスクリーン画像の白画素（画素値: 255）の画素値を小さくすることで，キャリア

Carrier-screen image

スクリーン画像のコントラスト調整を行う．次に，誤差拡

Low contrast
carrier-screen image
Halftoning byerror diffusion

散法により 2 値化することで，潜在化キャリアスクリーン画像が生成される．本稿では，コントラスト調整後のキャリアスクリーン画像の明画素の画素値を 127 とし，誤差拡散法における拡散係数は Stucki [9] を使用した．誤差拡散法による潜在化例を図 5 に示す．潜在化処理前のキャリアスクリーン画像と比較して，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．図 6 にチェッカパターンの重ね合わせによる復号結果を示す．復号結果にはCarrier-screen imagewith hiding

潜在化の影響による劣化が見られるが，復号結果から秘密画像の情報を認識可能であることがわかる．
チェッカパターンキャリアスクリーン画像は，従来の

図 4

誤差拡散法を利用した潜在化処理Fig. 4 Hiding process with error diﬀusion halftoning.

キャリアスクリーン画像と同様に，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．我々は，マートフォンなどのカメラ付き携帯端末を用いることで，サンプリング処理による復号手法として，デジタルカメラより柔軟な復号処理が可能となり，様々応用手法の創出がを利用した非接触での復号処理を提案している．また，ス期待される．

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OWallWallP

図 5

潜在化チェッカパターンキャリアスクリーン画像

Fig. 5 A checkered-pattern carrier-screen image with errordiﬀusion hiding.

planeWallO

図 6

潜在化チェッカパターンキャリアスクリーン画像の復号結果

Fig. 6 A decoded result of the checkered-pattern carrier-screenPimage by superimposing a checkered pattern.

plane

3. 特定の観察位置からの復号
カメラで撮影した画像は，三次元空間を二次元平面に射影変換したものとなる．特定の位置から観察したときに

図 7 空間配置を考慮した観察モデル

Fig. 7 Observation model for the three-dimensional arrangement.

キャリアスクリーン画像が正方形に撮影されるように逆変換したパターンを空間に配置することで，特定の観察位置配置した．このとき壁面に対する観察位置の水平方向およからのみで復号可能なキャリアスクリーン画像を実現する

び垂直方向の角度をそれぞれ ϕ，θ とした．

ことができる．

観察距離，観察角度およびキャリアスクリーン画像の投影角から，壁ごと（xy 平面および yz 平面）に射影変換パ

3.1 キャリアスクリーン画像の射影変換

ラメータを求める．すなわち，観察位置からキャリアスク

本稿では，直交した 2 枚の壁にパターンを配置し，特定リーン画像を壁面に向かって投影したときに，キャリアスの観察位置のみで復号可能なパターンを生成することを考

クリーン画像の 4 隅が xy 平面あるいは yz 平面のどこに投える．図 7 に示すように，撮影範囲には xy 平面上と yz 平影されるかを算出する．ここでキャリアスクリーン画像の面上に壁を配置し，三次元空間上の原点 O を注視点とす

投影角は，カメラの画角と撮影時の視野内に占めるキャリる．注視点までの距離を d m とする位置に観察位置 P をアスクリーン画像の領域サイズから求める．本稿では，カ© 2017 Information Processing Society of Japan923情報処理学会 インタラクション 2017
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メラの垂直画角を 40◦ とし，撮影時にキャリアスクリーン画像が垂直画角の 4/5 の領域を占めるように，投影角を水平，垂直方向ともに 32◦ とした．
まず，投影角から任意の距離におけるキャリアスクリーン画像の投影座標を求め，観察位置から投影座標の 4 隅への方向ベクトルをそれぞれ求める．さらに求めた方向ベクトルを観察角度に従い回転する．観察位置座標と方向ベクトルから求められる 4 本の直線と壁との交点の座標に，キャリアスクリーン画像の 4 隅の点を対応させて射影変換を行うことで，壁面に配置する画像を生成する．実際には，xy 平面と yz 平面とに分けて射影変換画像を 2 枚生成し，それぞれを壁面に配置する．
図 8 復号実験

3.2 復号実験

Fig. 8 Experimental setup for decoding of the transformed
carrier-screen image.

実験に使用したキャリアスクリーン画像を図 10 に示す．
コントラストの良い復号結果を得るために，キャリアスクリーン画像の画素構造を 45◦ 回転させた画像を用いた．
この回転処理および射影変換における補間処理を考慮し，キャリアスクリーン画像は最近傍法で幅，高さともに 10倍に拡大した画像を用いた．撮影距離を 1.5 m，水平方向の観察角度 45◦ ，垂直方向の観察角度 20◦ として射影変換キャリアスクリーン画像（図 11）を生成した．
復号実験の外観を図 8 に示す．射影変換キャリアスクリーン画像を，約 1118 mm ×1118 mm の用紙に印刷したものを直角に折り曲げ壁面に貼り付けた．キャリアスク
リーン画像の復号には，スマートフォン用の復号アプリ

図 9

復号アプリケーションによる復号結果（スクリーンショット）

Fig. 9 A screenshot of the decoding result using a smartphone.

ケーションを使用した．水平方向および垂直方向の観察角度をそれぞれ 45◦ ，20◦ とし，距離約 1.5 m の位置にス

参考文献

マートフォンを配置した．スマートフォンの画面上でキャ[1]リアスクリーン画像は正方形に表示されており，復号アプリケーションのサンプリング間隔を適切な値に設定するこ[2][3]とで復号結果が得られた．このときのスマートフォンのスクリーンショットを図 9 に示す．

4. まとめ[4][5]

本研究では，射影変換したチェッカパターンキャリアス
クリーン画像を直交する複数の壁面に分割して配置するこ[6]とで，特定の観察位置からのみで復号可能な拡張手法を提案した．スマートフォンを用いた復号実験を行い，特定の[7]観察位置で復号できることを確認した．
提案手法は，キャリアスクリーン画像に限らず，QR コードなどの二次元バーコードや自己復号型ランダムグリッ[8]

ド [10] などへ適用することが可能である．特に本稿で示した例では，キャリアスクリーン画像が正方形に観察できる[9]

位置で秘密画像が復号できる．このことは適切な観察位置への誘導として利用することも可能であり，自己復号型ランダムグリッドのように精細な位置合わせが必要な手法に提案手法を適用することで，より簡便な復号が実現できる．

© 2017 Information Processing Society of Japan[10]

R. L. van Renesse: Optical Document Security, 3rd ed.,
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ポケットモンスター XY マジックルーペで さがそう！,
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図 10 実験に使用したキャリアスクリーン画像

Fig. 10 A checkered-pattern carrier-screen image for the decoding experiment.

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図 113-409-73
2017/3/2

実験に使用した射影変換キャリアスクリーン画像

Fig. 11 An anamorphic checkered-pattern carrier-screen image for the decoding experiment.

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