JP2005109627A - Method and device for embedding additional information, method and device for detecting additional information and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像データや音声データなどのデジタルデータに付加情報を埋め込む方法及び装置並びに付加情報が埋め込まれたデジタルデータから付加情報を検出する方法に関し、更に詳細には、二値化された画像に付加情報を埋め込む方法及び装置並びに付加情報を検出する方法に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for embedding additional information in digital data such as image data and audio data, and a method for detecting additional information from digital data in which additional information is embedded, and more specifically, a binarized image. The present invention relates to a method and apparatus for embedding additional information, and a method for detecting additional information.
近年、パーソナルコンピュータの普及およびインターネットなどの情報通信技術の発展に伴い、音楽、写真、映像、文書などの著作物はデジタルデータとして容易に作成可能となっている。このようなデジタル化された著作物は、複製や改竄が容易にできるため、著作権保護の観点から問題となっている。この問題を解決するための技術として、音声データや画像データなどのデジタルデータに、知覚的には判別できないように所望の付加情報を埋め込むいわゆる電子透かしと呼ばれる技術が注目されている。これは、著作者名その他著作権に関する情報を電子透かしとして埋め込むことにより、デジタル化された著作物を適切に保護しようとするものである。 In recent years, with the spread of personal computers and the development of information communication technologies such as the Internet, copyrighted works such as music, photos, videos, and documents can be easily created as digital data. Such digitized works are problematic from the viewpoint of copyright protection because they can be easily duplicated and altered. As a technique for solving this problem, a so-called digital watermarking technique in which desired additional information is embedded in digital data such as audio data and image data so as not to be perceptually discerned is drawing attention. This is an attempt to appropriately protect a digitized work by embedding the author's name and other copyright information as a digital watermark.
電子透かし技術の例として、例えば、下記特許文献1は、原画像をハーフトーニングする際に付加情報を埋め込む方法を開示している。また、下記特許文献2は、透かしが施されるデータをフーリエ変換することによって得られた周波数スペクトラム画像の知覚的に重要な成分に透かしを埋め込む方法を開示している。また、下記特許文献3は、透かし情報を埋め込む対象のデータ全体に直交変換を施して変換係数を求め、その変換係数に透かし情報を埋め込む方法を開示している。また、下記特許文献4は、鍵情報と電子透かしから複素行列である透かし係数行列の各係数値の実数成分と虚数成分を独立に変更し、変更後の透かし系列行列を離散逆フーリエ変換して得られる透かしパターンを原画像にタイル状に加算することによって電子透かしを埋め込む方法を開示している。
As an example of the digital watermark technique, for example,
ところで、下記特許文献1のように、画像データの実空間上に付加情報を付与する方法では、付加情報を再生する際に、付加情報を埋め込んだ位置を参照する必要があり、出力解像度と入力解像度を一致させたり、スケール比に応じてスケーリングを行うなどの処理が必要であった。このため、付加情報が埋め込まれた画像の解像度を変更してしまうと、付加情報を再生することができなくなるという問題があった。
By the way, in the method of adding additional information to the real space of image data as in
また、下記特許文献2または3のように、原画像データにフーリエ変換等を施すことによって付加情報を埋め込む方法では、複数の原画像に同一の付加情報を埋め込む場合であっても、その都度フーリエ変換等を行う必要があるため、同一の付加情報が埋め込まれた画像を大量に生成するのに時間がかかるという問題があった。また、下記特許文献3においては、付加情報を埋め込む原画像をデジタルデータに限定しているため、印刷やスキャナなどのアナログへの変換処理が行なわれると、フーリエ空間に存在する情報の検出が困難となるという問題もある。
Further, as described in
また、下記特許文献4では、周波数空間において実数部と虚数部を独立に変調することにより電子透かしを埋め込んでいる。このため、電子透かしが埋め込まれた画像を実際の出力機、例えば、電子写真機や印刷機で出力し、出力された画像を入力機器例えばスキャナを用いて読み込んだときに、スキャナで読み込んだ画像から電子透かしを検出する際に劣化が大きくなり、付加した情報を正確に再生することが困難な場合がある。また、電子透かしを埋め込む際に透かしパターンを加算する方法を採用すると、加算したパターンの情報があれば、その情報を減算することにより透かしパターンが取り除かれてしまう恐れがあり、例えば、電子透かしを署名として利用したいときに、署名を取得できないという問題が生じる。
In
ところで、ファクシミリやモノクロプリンタ、モノクロのデジタルコピー機など2値の濃度値しか表現できない表示装置などでは、連続調の原画像をディザ法などの画像処理によりハーフトーン画像(二値化された画像)に変換して出力している。このようなハーフトーン画像にも電子透かしを埋め込む技術が要望されている。 By the way, in a display device that can express only binary density values, such as a facsimile, a monochrome printer, or a monochrome digital copier, a halftone image (binarized image) is obtained by performing image processing such as dithering on a continuous tone original image. It is converted and output. There is a demand for a technique for embedding a digital watermark in such a halftone image.
本発明は、前記従来技術に基づく問題点を解消するためになされたものであり、出力機器により出力された場合であっても確実に付加情報が検出される付加情報埋め込み方法及び付加情報埋め込み装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the problems based on the prior art, and an additional information embedding method and an additional information embedding apparatus capable of reliably detecting additional information even when output by an output device. The purpose is to provide.
また、本発明は、出力解像度または入力解像度が不明であっても付加した情報を確実に抽出することができる付加情報埋め込み方法及び付加情報埋め込み装置並びに埋め込み情報の検出方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide an additional information embedding method, an additional information embedding device, and an embedded information detection method that can reliably extract added information even if the output resolution or input resolution is unknown. To do.
また、本発明は、ファクシミリやモノクロプリンタ、モノクロのデジタルコピー機などの2値の濃度値しか表現できない表示装置であって付加情報を埋め込み最適な付加情報埋め込み装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide an optimum additional information embedding device which is a display device capable of expressing only binary density values, such as a facsimile, a monochrome printer, and a monochrome digital copier, and which embeds additional information.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に従えば、
原画像に閾値マトリクスを用いた二値化処理を施すことにより付加情報が埋め込まれた二値化画像を生成するための付加情報埋め込み方法であって、
ノイズ信号を用いてノイズ画像を生成し、前記ノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に前記付加情報を付与した後、前記画像変換と逆の変換を行なってノイズマスクを生成する工程と、
前記ノイズマスクに基づいて前記閾値マトリクスを変調する工程と、
前記変調された閾値マトリクスに基づいて前記原画像を二値化する工程とを含むことを特徴とする付加情報埋め込み方法が提供される。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention,
An additional information embedding method for generating a binarized image in which additional information is embedded by performing binarization processing using a threshold matrix on an original image,
A noise image is generated using a noise signal, and the additional information is added to the noise conversion image obtained by performing image conversion by orthogonal function expansion on the noise image, and then the noise conversion is performed by performing a reverse conversion to the image conversion. Generating a mask; and
Modulating the threshold matrix based on the noise mask;
And binarizing the original image based on the modulated threshold matrix. The method of embedding additional information is provided.
本発明の第1の態様の付加情報埋め込み方法においては、前記ノイズ変換画像への付加情報の付与は、前記付加情報を画像として表すことにより得られる付加情報画像の各画素位置の成分と、それら各画素位置に対応する前記ノイズ変換画像の成分とを掛けることであることが好ましい。 In the additional information embedding method according to the first aspect of the present invention, the addition of additional information to the noise-converted image includes components at each pixel position of the additional information image obtained by representing the additional information as an image, and It is preferable to multiply the component of the noise conversion image corresponding to each pixel position.
本発明においては、直交関数展開とは、予め定められた区間において、定義される直交関数を用いて展開するものであり、直交関数とは関数同士の内積またはスカラー積が零となることをいう。直交関数展開としては、例えば、離散コサイン変換、ウォルシュ・アダマール変換、離散フーリエ変換、フーリエ変換、離散サイン変換、ハール変換、スラント変換及びカルーネン/レーベ変換からなる群から選択された1種であることが好ましい。 In the present invention, the orthogonal function expansion means expansion using a defined orthogonal function in a predetermined section, and the orthogonal function means that the inner product or scalar product of the functions becomes zero. . The orthogonal function expansion is one selected from the group consisting of, for example, discrete cosine transform, Walsh Hadamard transform, discrete Fourier transform, Fourier transform, discrete sine transform, Haar transform, slant transform and Karhunen / Labe transform Is preferred.
本発明の付加情報埋め込み方法において、前記閾値マトリクスを変調する工程は、
前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値をTとし、その座標位置における前記ノイズマスクのノイズの大きさをΔとし、kを定数としたときに、
前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値を、(1+k・Δ)×Tに置換することによって前記閾値マトリクスを変調することが好ましい。
In the additional information embedding method of the present invention, the step of modulating the threshold value matrix includes:
When the threshold value at a predetermined coordinate position of the threshold value matrix is T, the noise magnitude of the noise mask at the coordinate position is Δ, and k is a constant,
Preferably, the threshold matrix is modulated by replacing the threshold at a predetermined coordinate position of the threshold matrix with (1 + k · Δ) × T.
あるいは、前記閾値マトリクスの所定の座標における閾値を、その座標位置における前記ノイズマスクのノイズの大きさを定数倍した距離だけ一定方向に離れた座標位置に存在する閾値マトリクスの閾値に置換して前記閾値マトリクスを変調することが好ましい。 Alternatively, the threshold at a predetermined coordinate of the threshold matrix is replaced with a threshold of a threshold matrix existing at a coordinate position that is separated in a certain direction by a distance obtained by multiplying a noise magnitude of the noise mask at the coordinate position by a constant. It is preferable to modulate the threshold matrix.
本発明の第2の態様に従えば、本発明の第1の態様の付加情報埋め込み方法を用いて付加情報が埋め込まれた二値化画像から付加情報を検出する方法であって、前記二値化画像に直交関数展開による画像変換を行なうことにより付加情報を検出することを特徴とする付加情報の検出方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for detecting additional information from a binary image in which additional information is embedded using the additional information embedding method according to the first aspect of the present invention. There is provided a method for detecting additional information, characterized in that additional information is detected by performing image transformation by orthogonal function expansion on the digitized image.
本発明の第2の態様の付加情報の検出方法は、更に、前記付加情報の埋め込みの際に用いた直交関数展開の情報を表す鍵情報を取得する工程を含み、
前記取得した鍵情報に基づいて前記直交関数展開による画像変換を前記二値化画像に対して行ない、前記画像変換された画像を可視化することが好ましい。
The method for detecting additional information according to the second aspect of the present invention further includes a step of acquiring key information representing information on orthogonal function expansion used when the additional information is embedded.
It is preferable that image conversion by the orthogonal function expansion is performed on the binarized image based on the acquired key information to visualize the image converted image.
本発明の第2の態様の付加情報の検出方法において、前記鍵情報は、前記直交関数展開の種類と、前記直交関数展開による画像変換の際の前記直交関数展開における基底関数の次数の割り当て方法の情報とであることが好ましい。 In the additional information detection method according to the second aspect of the present invention, the key information includes a type of the orthogonal function expansion and a basis function order assignment method in the orthogonal function expansion at the time of image conversion by the orthogonal function expansion. It is preferable that the above information.
本発明の第3の態様に従えば、原画像に対して閾値マトリクスを用いた二値化処理を施すことにより付加情報が埋め込まれた二値化画像を生成するための付加情報埋め込み装置であって、
ノイズ信号を用いてノイズ画像を生成し、前記ノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に前記付加情報を付与した後、前記画像変換と逆の変換を行なってノイズマスクを生成する手段と、
前記ノイズマスクに基づいて前記閾値マトリクスを変調する手段と、
前記変調された閾値マトリクスに基づいて前記原画像を二値化する手段とを有することを特徴とする付加情報埋め込み装置が提供される。
According to the third aspect of the present invention, there is provided an additional information embedding device for generating a binary image in which additional information is embedded by performing binarization processing using a threshold matrix on an original image. And
A noise image is generated using a noise signal, and the additional information is added to the noise conversion image obtained by performing image conversion by orthogonal function expansion on the noise image, and then the noise conversion is performed by performing a reverse conversion to the image conversion. Means for generating a mask;
Means for modulating the threshold matrix based on the noise mask;
There is provided an additional information embedding device comprising means for binarizing the original image based on the modulated threshold value matrix.
本発明の第3の態様の付加情報埋め込み装置において、前記ノイズ変換画像への付加情報の付与は、前記付加情報を画像として表すことにより得られる付加情報画像の各画素位置の成分と、それら各画素位置に対応する前記ノイズ変換画像の成分とを掛けることであることが好ましい。 In the additional information embedding device according to the third aspect of the present invention, the addition of additional information to the noise-converted image includes components at each pixel position of the additional information image obtained by representing the additional information as an image, It is preferable to multiply the component of the noise conversion image corresponding to the pixel position.
また、前記直交関数展開は、離散コサイン変換、ウォルシュ・アダマール変換、離散フーリエ変換、フーリエ変換、離散サイン変換、ハール変換、スラント変換及びカルーネン/レーベ変換からなる群から選択された1種であることが好ましい。 The orthogonal function expansion is one selected from the group consisting of discrete cosine transform, Walsh Hadamard transform, discrete Fourier transform, Fourier transform, discrete sine transform, Haar transform, slant transform, and Karhunen / Loeve transform. Is preferred.
本発明の第3の態様の付加情報埋め込み装置において、前記閾値マトリクスを変調する手段は、前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値をTとし、その座標位置における前記ノイズマスクのノイズの大きさをΔとし、kを定数としたときに、前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値を、(1+k・Δ)×Tに置換することによって前記閾値マトリクスを変調することが好ましい。 In the additional information embedding device according to the third aspect of the present invention, the means for modulating the threshold value matrix sets T as a threshold value at a predetermined coordinate position of the threshold value matrix, and sets the noise magnitude of the noise mask at the coordinate position. It is preferable that the threshold value matrix is modulated by substituting the threshold value at a predetermined coordinate position of the threshold value matrix with (1 + k · Δ) × T, where Δ is a constant and k is a constant.
あるいは、前記閾値マトリクスを変調する工程は、前記閾値マトリクスの所定の座標における閾値を、その座標位置における前記ノイズマスクのノイズの大きさを定数倍した距離だけ一定方向に離れた座標位置に存在する閾値マトリクスの閾値に置換して前記閾値マトリクスを変調することが好ましい。 Alternatively, the step of modulating the threshold matrix exists at a coordinate position separated in a fixed direction by a distance obtained by multiplying the threshold value at a predetermined coordinate of the threshold matrix by a constant times the magnitude of the noise of the noise mask at the coordinate position. It is preferable to modulate the threshold value matrix by replacing the threshold value matrix with a threshold value.
本発明の第4の態様に従えば、本発明の第3の態様の付加情報埋め込み装置により付加情報が埋め込まれた二値化画像から付加情報を検出する装置であって、前記二値化画像に直交関数展開による画像変換を行なう手段を有することを特徴とする付加情報検出装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting additional information from a binary image in which additional information is embedded by the additional information embedding device according to the third aspect of the present invention, wherein the binary image There is provided an additional information detecting apparatus characterized by having means for performing image conversion by orthogonal function expansion.
本発明の第4の態様の付加情報検出装置は、更に、前記付加情報の埋め込みの際に用いた直交関数展開の情報を表す鍵情報を取得する手段を含み、前記取得した鍵情報に基づいて前記直交関数展開による画像変換を前記二値化画像に対して行ない、前記画像変換された画像を可視化する手段を有することが好ましい。 The additional information detecting apparatus according to the fourth aspect of the present invention further includes means for acquiring key information representing information on orthogonal function expansion used when embedding the additional information, based on the acquired key information. It is preferable to have means for performing image conversion by the orthogonal function expansion on the binarized image and visualizing the image converted image.
本発明の付加情報検出装置において、鍵情報は、前記直交関数展開の種類と、二次元空間の各点への前記直交関数展開における基底関数の割り当てとであることが好ましい。 In the additional information detection apparatus of the present invention, it is preferable that the key information is a type of the orthogonal function expansion and assignment of a basis function in the orthogonal function expansion to each point in a two-dimensional space.
本発明の第5の態様に従えば、本発明の第3の態様に従う付加情報埋め込み装置と、本発明の第4の態様に従う付加情報検出装置とを備えるシステムが提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a system comprising an additional information embedding device according to the third aspect of the present invention and an additional information detection device according to the fourth aspect of the present invention.
本発明の第6の態様に従えば、コンピュータに、原画像に閾値マトリクスを用いた二値化処理を施すことにより付加情報が埋め込まれた二値化画像を生成するステップを実行させるための付加情報埋め込みプログラムであって、
前記コンピュータに、
ノイズ信号を用いてノイズ画像を生成し、前記ノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に前記付加情報を付与した後、前記画像変換と逆の変換を行なってノイズマスクを生成するステップを実行させる手順と、
前記ノイズマスクに基づいて前記閾値マトリクスを変調するステップを実行させる手順と、
前記変調された閾値マトリクスに基づいて前記原画像を二値化するステップを実行させる手順とを含む処理を実行させるための付加情報埋め込みプログラムが提供される。
According to the sixth aspect of the present invention, an addition for causing a computer to execute a step of generating a binarized image in which additional information is embedded by performing binarization processing using a threshold matrix on the original image. An information embedding program,
In the computer,
A noise image is generated using a noise signal, and the additional information is added to the noise conversion image obtained by performing image conversion by orthogonal function expansion on the noise image, and then the noise conversion is performed by performing a reverse conversion to the image conversion. A procedure for performing a step of generating a mask;
Performing a step of modulating the threshold matrix based on the noise mask;
There is provided an additional information embedding program for executing a process including a step of executing a step of binarizing the original image based on the modulated threshold matrix.
本発明の付加情報埋め込み方法は、ノイズ信号を用いて生成されたノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に付加情報を与えているため、付加情報は二値化画像全体に埋め込まれて分散されている。埋め込まれた付加情報は、二値化画像を直交関数展開による画像変換を行なうことによって検出されるため、付加情報が埋め込まれた二値化画像をプリンタなどの出力機器を用いて出力したことによってドットのばらつきが生じて二値化画像にノイズが発生したとしても、直交関数展開による画像変換がされた二値化画像においてはそれらのばらつきは平均化されてキャンセルされる。したがって、ノイズの影響をほとんど受けることなく付加情報を検出することができる。本発明は、電子透かしを作成する方法として最適である。 In the additional information embedding method of the present invention, the additional information is binarized because the additional information is given to the noise transformed image obtained by performing image transformation by orthogonal function expansion on the noise image generated using the noise signal. Embedded and distributed throughout the image. Since the embedded additional information is detected by image conversion of the binarized image by orthogonal function expansion, the binary image embedded with the additional information is output using an output device such as a printer. Even if dot variations occur and noise occurs in the binarized image, those variations are averaged and canceled in the binarized image that has been subjected to image conversion by orthogonal function expansion. Therefore, it is possible to detect the additional information with almost no influence of noise. The present invention is most suitable as a method for creating a digital watermark.
また、本発明の付加情報埋め込み方法により二値化画像に埋め込まれた付加情報は、生成された二値化画像の全体に分散されているため、二値化画像の一部からも付加情報を確実に検出し復元することができる。すなわち、二値化画像の一部を切り出し、その画像の一部を直交関数展開による画像変換を施すことによっても付加情報を検出し再生することができる。 Further, since the additional information embedded in the binarized image by the additional information embedding method of the present invention is distributed throughout the generated binarized image, the additional information is also obtained from a part of the binarized image. It can be reliably detected and restored. That is, additional information can also be detected and reproduced by cutting out a part of the binarized image and subjecting a part of the image to image conversion by orthogonal function expansion.
また、本発明の付加情報埋め込み方法においては、ノイズ信号を用いて生成されたノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に付加情報が与えられているため、出力解像度と入力解像度が不明であっても付加情報を確実に検出することができる。 Further, in the additional information embedding method of the present invention, additional information is given to the noise conversion image obtained by performing image conversion by orthogonal function expansion on the noise image generated using the noise signal. Even if the input resolution is unknown, the additional information can be reliably detected.
また、本発明の付加情報埋め込み方法は、連続調画像を、変調された閾値マトリクスを用いて二値化処理しているので、逆算、即ち二値化画像から元の連続調画像を正確に再現することはできない。このため、付加情報を完全に除去することは不可能となり、例えば、付加情報を署名として用いても署名が取り除かれることが防止される。 In the additional information embedding method according to the present invention, the continuous tone image is binarized using the modulated threshold matrix, so that the original continuous tone image is accurately reproduced from the binarized image by back calculation. I can't do it. For this reason, it is impossible to completely remove the additional information. For example, even when the additional information is used as a signature, the signature is prevented from being removed.
また、本発明の付加情報埋め込み方法は、付加情報に基づいてノイズマスクを作成し、このノイズマスクを用いて変調した閾値マトリクスを生成し、この変調された閾値マトリクスを用いて連続調画像に二値化処理を行なっている。本発明においては、ノイズマスク及び変調された閾値マトリクスは予め用意しておくことができるので、同一の付加情報を複数の原画像に埋め込む際にその都度フーリエ変換などの直交関数展開を行なう必要はなく、付加情報に基づいて予め作成しておいた変調閾値マトリクスを用いて複数の原画像を短時間で二値化することができる。このように本発明の付加情報埋め込み装置によれば、複数の原画像に付加情報を埋め込む際の処理時間を従来よりも短縮することが可能となる。また、ノイズマスクを用いたことにより、空間上のどこにも同じパターンは出現しないので周期性がなくなり、空間全体に付加情報を分散させることができる。 Further, the additional information embedding method of the present invention creates a noise mask based on the additional information, generates a threshold matrix modulated using the noise mask, and uses the modulated threshold matrix to convert the continuous tone image into a continuous tone image. A valuation process is performed. In the present invention, since a noise mask and a modulated threshold matrix can be prepared in advance, it is necessary to perform orthogonal function expansion such as Fourier transform each time the same additional information is embedded in a plurality of original images. In addition, a plurality of original images can be binarized in a short time using a modulation threshold matrix prepared in advance based on the additional information. As described above, according to the additional information embedding device of the present invention, it is possible to shorten the processing time when embedding additional information in a plurality of original images. Moreover, since the same pattern does not appear anywhere in the space by using the noise mask, the periodicity is lost, and the additional information can be dispersed throughout the space.
本発明の付加情報検出方法は、二値化された画像を直交関数展開することができるので、本発明の付加情報埋め込み方法により情報が埋め込まれた二値化画像から付加情報を検出する方法として最適である。 Since the additional information detection method of the present invention can perform orthogonal function expansion on a binarized image, as a method for detecting additional information from a binarized image in which information is embedded by the additional information embedding method of the present invention. Is optimal.
本発明の埋め込み装置は、本発明の付加情報埋め込み方法を実現することができるため、ノイズ耐性に優れる付加情報が埋め込まれた二値化画像を極めて容易に作成することができる。本発明の埋め込み装置は、付加情報を埋め込むことが可能なファクシミリやモノクロプリンタ、モノクロのデジタルコピー機などの次世代表示装置に最適である。 Since the embedding apparatus of the present invention can realize the additional information embedding method of the present invention, a binary image in which additional information having excellent noise resistance is embedded can be created very easily. The embedding device of the present invention is most suitable for next-generation display devices such as a facsimile, a monochrome printer, and a monochrome digital copier capable of embedding additional information.
本発明の付加情報検出装置は、本発明の付加情報埋め込み装置における画像変換に基づく鍵情報を取得することができるので、付加情報が埋め込まれた二値化画像から鍵情報に基づいて付加情報を確実に検出することができる。したがって、本発明の付加情報埋め込む装置と、本発明の付加情報検出装置とを備えるシステムは、鍵情報を暗号とした暗号化システムに最適である。 Since the additional information detection apparatus of the present invention can acquire key information based on image conversion in the additional information embedding apparatus of the present invention, additional information is obtained from a binary image in which additional information is embedded based on key information. It can be detected reliably. Therefore, a system including the additional information embedding device of the present invention and the additional information detection device of the present invention is optimal for an encryption system using key information as encryption.
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の方法及び装置を詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は、本発明に係る付加情報埋め込み装置を備える画像処理システム10のブロック図である。画像処理システム10は、画像入力装置11、付加情報埋め込み装置12及び画像出力装置13を有する。画像入力装置11は、付加情報を埋め込みたい連続調の画像を入力することができる。埋め込み装置は、画像入力装置から出力された連続調の画像に、本発明の埋め込み方法を適用して付加情報が埋め込まれたハーフトーン画像(二値化画像)を画像データとして画像出力装置に出力することができる。画像出力装置13は、付加情報埋め込み装置12から出力されたハーフトーン画像を出力することができる。
The method and apparatus of the present invention will be described below in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram of an
画像入力装置12は、連続調の画像データを作成して、付加情報埋め込み装置12に画像データとして出力するためのものであり、例えば、画像収録装置、具体的には、カラー(またはモノクロ)ネガフィルムやカラー(またはモノクロ)リバーサルフィルムなどのカラーフィルム画像をCCD素子などの撮像素子や撮像デバイス等によって読み取ってディジタル画像データを作成するフィルムスキャナ装置を用いることができる。また、印刷物や反射プリント画像などのカラー反射原稿画像を撮像素子によって読み取ってディジタル画像データを作成する反射原稿用スキャナ装置を用いて構成してもよい。あるいは、画像撮影デバイス、具体的には、被写体を撮像素子または撮像デバイス等で直接撮影してディジタル画像データを作成するディジタルカメラや電子スチルカメラ、ビデオカメラを用いることもでき、これらを用いて作成されたディジタル画像データを格納した記録媒体、例えば、スマートメディア、PCカードなどの半導体メモリー、FD若しくはZipなどの磁気記録媒体、MO若しくはMDなどの光磁気記録媒体、または、CD−ROM若しくはPhoto−CDなどの光記録媒体などをドライブしてデジタル画像データとして読み出すドライバを用いても良い。更には、ディジタル画像データを読み込んでソフトコピー画像を表示するCRTモニタ若しくは液晶モニタなどの表示装置、または、読み込んだ若しくは表示されたディジタル画像データを全体的に若しくは部分的に画像処理する画像処理用PC、WSなどのコンピュータなどを用いることもできる。
The
画像出力装置13は、付加情報埋め込み装置12から出力される付加情報が埋め込まれた二値化画像を出力するためのものであり、例えば、反射プリント画像や反射原稿画像などのハードコピー画像を出力するディジタルフォトプリンタや複写機や電子写真、レーザプリンタ、インクジェット、熱昇華型、TAなどの種々の方式のディジタルプリンタなどの画像出力装置、ソフトコピー画像として表示するTV、CRTモニタ、液晶モニタ等の表示装置やPCやWSなどのコンピュータなどを挙げることができる。
The
付加情報埋め込み装置12は、ノイズマスク生成部14、閾値マトリクス変調部15、二値化処理部16とを有する。ノイズマスク生成部14は、ホワイトノイズをノイズ信号としてノイズ画像を発生させ、そのノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なってノイズ変換画像を生成し、そのノイズ変換画像と、画像入力装置11から入力された付加情報画像の互いに対応する画素同士を掛けることによって得られた画像に、ノイズ画像に施した画像変換とは逆の画像変換を行なってノイズマスクを生成することができる。ノイズマスク生成部14によって生成されたノイズマスクは閾値マトリクス変調部15に出力される。
The additional
閾値マトリクス変調部15は、既知の閾値マトリクスの各成分の閾値を、ノイズマスク生成部14によって生成されたノイズマスクの各成分に基づいて変調することができる。変調された閾値マトリクスは、二値化処理部16に出力される。二値化処理部16は、図に示すように、入力側が閾値マトリクス変調部15と画像入力装置11と接続され、出力側は画像出力装置に接続されている。二値化処理部16は、付加情報を付加する原画像を画像入力装置11から取得することができ、ノイズマスクに基づいて変調された成分を有する閾値マトリクス(以下、変調閾値マトリクスという)を参照して原画像を面積変調型に二値画像化し、それを二値化画像データとして画像出力装置13に出力することができる。
The threshold value
つぎに、本発明の付加情報埋め込み方法について図2を参照して具体的に説明する。図2は、本発明の埋め込み装置の動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、付加情報が埋め込まれる原画像として、図8に示した連続調のひまわりの画像を用い、付加情報として、図9に示す「ひまわり」という文字を画像として表したものを用いる。また、直交関数展開としてフーリエ変換を用いる。 Next, the additional information embedding method of the present invention will be specifically described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the embedding device of the present invention. In the following description, the continuous-tone sunflower image shown in FIG. 8 is used as the original image in which the additional information is embedded, and the character “sunflower” shown in FIG. Use. Further, Fourier transform is used as the orthogonal function expansion.
(ステップS100)
図8に示すひまわりの連続調画像のデータを、図1の画像入力装置から取得する。
(Step S100)
The data of the continuous tone image of sunflower shown in FIG. 8 is acquired from the image input device of FIG.
(ステップS110)
図1に示すノイズマスク生成部14においてノイズマスクを生成する。ここで、ノイズマスクの生成について図3を参照して説明する。図3は、本実施の形態のノイズマスクの生成方法のフローチャートである。まず、連続調のひまわり画像に埋め込むための付加情報を画像として作成する(ステップS301)。ここでは、図9に示す「ひまわり」という文字が描かれた付加情報(以下、付加情報画像という)を作成する。付加情報画像は、「ひまわり」という文字が記載された印刷物を図1に示す入力装置から入力して作成しても、コンピュータを用いて作成しても良い。つぎに、実空間において発生させた正規分布ランダム画像を、ホワイトノイズとして作成する(ステップS302)。そして、作成した正規分布ランダム画像にフーリエ変換による画像変換を施す。(ステップS303)。これにより、周波数空間において低周波から高周波までほぼ同じ大きさの成分を有するフーリエスペクトルが作成される。そして、ノイズ変換画像に、付加情報画像を用いてフィルタリング処理を行なう(ステップS304)。フィルタリング処理は、付加情報画像を周波数空間におけるフィルタとみなして付加情報画像とフーリエスペクトルの各成分との積を求める方法を用いる。求めた積は、周波数空間において付加情報画像の波形成分を有するノイズとなっている。すなわち、周波数空間上で、付加情報画像の文字として示された部分だけをノイズが透過するようなフィルタリング処理が行なわれている。更に、求めた積を逆フーリエ変換して(ステップS305)、画像(ノイズマスク)を作成する(ステップS306)。図7に、作成したノイズマスクを示す。ここで、ノイズマスクのサイズは、最終的に作成される二値化画像のサイズと一致するように調整される。
(Step S110)
A noise mask is generated in the
(ステップS120)
連続調画像を面積変調型に二値画像化する際に参照される閾値マトリクスの閾値をノイズマスクの各画素の値に基づいて変調する。閾値マトリクスとしては、ここでは、150線45度のドット集中型ディザマトリクスを用いる。閾値マトリクスを変調する方法として、例えば、ノイズマスクを用いずに連続調画像を二値化画像に変換する際に参照される閾値マトリクスの座標位置から、ある一定の方向に、その座表位置に対応するノイズマスクのノイズの大きさΔを定数倍して得られる距離だけ離れた座標位置の閾値を参照する方法を用いることができる。例えば、ある画素位置において参照される閾値をTとすれば、閾値Tを変調する場合は、その画素位置に相当する位置におけるノイズマスクのノイズの大きさΔを参照し、ある一定の方向に、ノイズの大きさΔの定数倍(k倍)だけ離れた画素の位置の閾値マトリクスの閾値を参照し、この閾値を新たな閾値として用いる。定数kは、ノイズマスクのノイズの値の分布に応じて調整することができ、ノイズの値の分布は付加情報画像の形状に依存する。ここで、k・Δの分布幅を大きくすると、付加情報の埋め込みと付加情報の抽出が比較的容易となるが、ノイズ成分が増加するため二値化画像の画質が悪くなる恐れがある。一方、k・Δの値の分布幅を小さくすると付加情報の埋め込みと抽出が比較的困難となるが、二値化画像の画質は良好となる。このように、kの値は、付加情報画像の形状と二値化画像に付加されるノイズ量とに依存するため、付加情報の埋め込み及び抽出の容易性、並びに二値化画像の画質の程度に応じて適宜調整することが望ましい。
(Step S120)
The threshold value of the threshold matrix that is referred to when the continuous tone image is converted into a binary image in the area modulation type is modulated based on the value of each pixel of the noise mask. Here, a dot concentration type dither matrix of 150 lines and 45 degrees is used as the threshold matrix. As a method of modulating the threshold matrix, for example, the coordinate position of the threshold matrix referred to when converting a continuous tone image into a binarized image without using a noise mask is moved to the locus position in a certain direction. It is possible to use a method of referring to threshold values of coordinate positions separated by a distance obtained by multiplying the noise magnitude Δ of the corresponding noise mask by a constant. For example, if the threshold value referred to at a certain pixel position is T, when the threshold value T is modulated, the noise magnitude Δ of the noise mask at the position corresponding to the pixel position is referred to in a certain direction, Reference is made to the threshold value of the threshold value matrix at pixel positions separated by a constant multiple (k times) of the noise magnitude Δ, and this threshold value is used as a new threshold value. The constant k can be adjusted according to the noise value distribution of the noise mask, and the noise value distribution depends on the shape of the additional information image. Here, if the distribution width of k · Δ is increased, it becomes relatively easy to embed additional information and extract additional information. However, since the noise component increases, the image quality of the binarized image may be deteriorated. On the other hand, if the distribution width of the value of k · Δ is reduced, it becomes relatively difficult to embed and extract the additional information, but the image quality of the binarized image is improved. Thus, since the value of k depends on the shape of the additional information image and the amount of noise added to the binarized image, the ease of embedding and extracting additional information and the degree of image quality of the binarized image It is desirable to adjust appropriately according to.
また、異なる閾値の変調方法として、ノイズマスクを用いずに連続調画像を二値化画像に変換する際に参照される閾値に、その位置に対応するノイズマスクのノイズの大きさに起因する変動分を加え、これを新たな閾値として用いる方法を適用することもできる。例えば、あるの画素位置において参照される閾値をTとすれば、その画素位置に相当する位置におけるノイズマスクの大きさΔを参照し、このノイズの大きさΔの定数倍(k倍)だけ足し合わせた閾値(1+k・Δ)×Tを新たな閾値として用いる。このように、閾値マトリクスの各成分を、ノイズマトリクスのノイズの大きさに応じて変調させる方法を用いることもできる。 In addition, as a modulation method of different thresholds, a threshold value that is referred to when converting a continuous tone image to a binarized image without using a noise mask is changed due to the noise magnitude of the noise mask corresponding to the position. It is also possible to apply a method of adding minutes and using this as a new threshold value. For example, if a threshold value referred to at a certain pixel position is T, the noise mask size Δ at the position corresponding to the pixel position is referred to, and a constant multiple (k times) of the noise size Δ is added. The combined threshold value (1 + k · Δ) × T is used as a new threshold value. In this manner, a method of modulating each component of the threshold matrix according to the noise magnitude of the noise matrix can be used.
(ステップS130)
変調された閾値を有する閾値マトリクスを参照して、ひまわりの連続調画像を面積変調型に二値画像化する。
こうして図9に示す付加情報画像がフーリエ空間上に埋め込まれた二値化画像が作成される。図10に、作成された二値化画像を示す。
(Step S130)
Referring to a threshold matrix having a modulated threshold value, a sunflower continuous tone image is binarized into an area modulation type image.
In this way, a binary image in which the additional information image shown in FIG. 9 is embedded in the Fourier space is created. FIG. 10 shows the created binarized image.
図10に示す二値化画像に付加された付加情報は、例えば、二値化画像をフーリエ変換する機能を有する装置を用いて容易に検出することができる。即ち、図10に示す二値化画像を、画像入力装置を用いて検出装置に入力し、入力した二値化画像を検出装置においてフーリエ変換する。図11に、二値化画像のフーリエ変換後の画像を示す。図11に示すように、ひまわりという文字情報が再現されているのがわかる。図11において、「ひまわり」という文字が、画像の中心を点対称として2箇所現れているが、これはフーリエ変換の性質によるものである。 The additional information added to the binarized image shown in FIG. 10 can be easily detected using, for example, an apparatus having a function of Fourier transforming the binarized image. That is, the binarized image shown in FIG. 10 is input to the detection device using the image input device, and the input binarized image is Fourier transformed in the detection device. FIG. 11 shows an image after the Fourier transform of the binarized image. As shown in FIG. 11, it can be seen that the character information of sunflower is reproduced. In FIG. 11, the characters “sunflower” appear in two places with the center of the image as point symmetry. This is due to the nature of the Fourier transform.
上述の実施の形態においては、図2のS110のノイズマスクの生成において、直交関数展開としてフーリエ変換を用いたが、これに限らず任意の直交関数展開を用いることができる。直交関数展開としては、例えば、JPEGで採用されている離散コサイン変換(DCT;discrete cosine transform)、ウォルシュ・アダマール変換(WHT)、離散フーリエ変換(DFT;discrete fourier transform)、離散サイン変換(DST)、ハール変換、スラント変換、カルーネン/レーベ変換(KLT)などを用いることができる。付加情報を検出する際は、用いた直交関数展開と同じ直交関数展開を用いれば良い。 In the above-described embodiment, the Fourier transform is used as the orthogonal function expansion in the generation of the noise mask in S110 of FIG. 2, but the present invention is not limited to this, and an arbitrary orthogonal function expansion can be used. Examples of the orthogonal function expansion include discrete cosine transform (DCT), Walsh-Hadamard transform (WHT), discrete Fourier transform (DFT), and discrete sine transform (DST) employed in JPEG. , Haar transformation, slant transformation, Karhunen / Loeve transformation (KLT), etc. can be used. When detecting the additional information, the same orthogonal function expansion as that used may be used.
[実施の形態2]
本実施形態では、図2のステップS110のノイズマスクの生成において、直交関数展開の種類と、直交関数展開における各基底関数の割り当てとを鍵情報として利用する場合の付加情報埋め込む方法とその付加情報を検出する方法について説明する。付加情報の埋め込みにおいては、ノイズマスクの生成以外については、上記実施形態1と同様であるので、説明は省略する。
[Embodiment 2]
In the present embodiment, in the generation of the noise mask in step S110 of FIG. 2, a method of embedding additional information when the type of orthogonal function expansion and the allocation of each basis function in orthogonal function expansion are used as key information and the additional information. A method of detecting the will be described. The embedding of the additional information is the same as that of the first embodiment except for the generation of the noise mask, and thus the description thereof is omitted.
図4に、本実施の形態のノイズマスクの生成方法のフローチャートを示す。以下、図4に基づいてノイズマスクの生成方法について説明する。 FIG. 4 shows a flowchart of the noise mask generation method of the present embodiment. The noise mask generation method will be described below with reference to FIG.
(ステップS401)
実施の形態1と同様の方法により、ホワイトノイズとして正規分布ランダム画像を作成する。
(Step S401)
A normal distribution random image is created as white noise by the same method as in the first embodiment.
(ステップS402)
正規分布ランダム画像に対して、鍵情報に基づいて直交関数展開による画像変換を行なう。ここで、直交関数展開としては、上述したような、離散コサイン変換、ウォルシュ・アダマール変換、離散フーリエ変換、離散サイン変換、ハール変換、スラント変換、カルーネン/レーベ変換などを用いることができる。したがって、これらの一種を鍵情報として用い、その直交関数展開を用いて正規分布ランダム画像の画像変換を行なう。
(Step S402)
Image transformation by orthogonal function expansion is performed on the normal distribution random image based on the key information. Here, as the orthogonal function expansion, discrete cosine transform, Walsh Hadamard transform, discrete Fourier transform, discrete sine transform, Haar transform, slant transform, Karhunen / Labe transform, etc. can be used. Therefore, using one of these as key information, image transformation of a normal distribution random image is performed using the orthogonal function expansion.
(ステップS403)
正規分布ランダム画像に直交関数展開による画像変換を行なうことによって得られたノイズ変換画像を鍵情報に基づいて二次元空間上で可視化する。ここで、鍵情報に基づいて、直交関数展開による画像変換で得られたノイズ変換画像を二次元空間上で可視化する処理(以下、二次元可視化処理という)について詳細に説明する。
(Step S403)
A noise transformed image obtained by performing image transformation by orthogonal function expansion on a normal distribution random image is visualized on a two-dimensional space based on key information. Here, based on the key information, a process for visualizing a noise transformed image obtained by image transformation based on orthogonal function expansion in a two-dimensional space (hereinafter referred to as a two-dimensional visualization process) will be described in detail.
まず、二次元空間の横軸をX軸、縦軸をY軸とし、二次元空間上の各点に、直交関数展開の際に用いた基底関数の次数を割り当てる。二次元空間上の各点にどの基底関数の次数を割り当てたかが、鍵情報として利用される。例えば、典型的な例として、直交関数展開として離散フーリエ変換を用い、周波数ゼロ成分を原点とし、基底関数exp(-i*(fx+fy))のfxをX軸に、fyをY軸に対応させる。ここで、fx及びfyは空間周波数を示し、fx=nπ(x/a)、fy=mπ(y/b)であり、n及びmは次数を示し、a及びbはX軸とY軸で表されたときの画像の範囲である。この場合、fx及びfyがインデックスとなり、周波数の大小がそのままX軸及びY軸の大小となる。そして、二次元空間上の各点に、各次数に対応する基底関数にかかる係数の絶対値を代入して、ノイズ変換画像を可視化する。こうして、直交関数展開による画像変換された画像を二次元空間上に可視化することができる。例えば、各次数に対応する基底関数の絶対値として、輝度、RGB値、グレースケール等を用いれば、直交関数展開により画像変換されたノイズ変換画像を二次元空間上で濃淡画像として表現することができる。また、周波数空間における付加情報成分は小さいため、基底関数の絶対値の代わりに、基底関数の絶対値の対数を取ってからグレースケール表示し、適当にγ補正、画像の二値化処理を行なうことにより、一層付加情報の検出を容易にすることができる。 First, the horizontal axis of the two-dimensional space is set to the X axis and the vertical axis is set to the Y axis, and the order of the basis function used in the orthogonal function expansion is assigned to each point on the two-dimensional space. Which basis function order is assigned to each point in the two-dimensional space is used as key information. For example, as a typical example, discrete Fourier transform is used as an orthogonal function expansion, the zero frequency component is the origin, fx of the basis function exp (-i * (fx + fy)) is the X axis, and fy is the Y axis Make it correspond. Here, fx and fy indicate spatial frequencies, fx = nπ (x / a), fy = mπ (y / b), n and m indicate orders, and a and b are on the X axis and the Y axis. The range of the image when it is represented. In this case, fx and fy are indexes, and the magnitudes of the frequencies are the magnitudes of the X axis and the Y axis as they are. Then, the noise conversion image is visualized by substituting the absolute value of the coefficient applied to the basis function corresponding to each degree into each point in the two-dimensional space. In this way, an image converted by orthogonal function expansion can be visualized in a two-dimensional space. For example, if luminance, RGB values, gray scale, etc. are used as the absolute values of the basis functions corresponding to the respective orders, a noise-converted image that has been image-converted by orthogonal function expansion can be expressed as a grayscale image in a two-dimensional space. it can. Further, since the additional information component in the frequency space is small, instead of the absolute value of the basis function, the logarithm of the absolute value of the basis function is taken and then displayed in gray scale, and γ correction and image binarization processing are performed appropriately. Thereby, detection of additional information can be further facilitated.
ここで、二次元空間上の各点にどの基底関数の次数を割り当てるかは任意に選択することができる。上述のように、直交関数展開として離散フーリエ変換を用いた場合に、周波数の低い順に並べても良いし、全くランダムに並べても良い。このような割り当てを鍵情報として予め設定しておけば、すなわち、二次元空間上の各点にどのような基底関数を割り当てるかを予め鍵情報として付与しておけば、この鍵情報に基づいて、二次元空間上の各点に基底関数を割り当てることによって、直交関数展開による画像変換で得られたノイズ変換画像を二次元空間上で可視化することができる。 Here, it is possible to arbitrarily select which basis function order is assigned to each point in the two-dimensional space. As described above, when the discrete Fourier transform is used as the orthogonal function expansion, they may be arranged in ascending order of frequency or may be arranged at random. If such assignment is set in advance as key information, that is, what basis function is assigned to each point in the two-dimensional space is assigned in advance as key information, it is based on this key information. By assigning a basis function to each point in the two-dimensional space, a noise transformed image obtained by image transformation by orthogonal function expansion can be visualized in the two-dimensional space.
(ステップS404)
二次元空間上で可視化されたノイズ変換画像に対して、付加情報画像を用いてフィルタリング処理を行なう。フィルタリング処理は、上述の二次元可視化処理により可視化されたノイズ変換画像の各画素と、それに対応する付加情報画像の画素との積を求めることによって行なう。
(Step S404)
The noise conversion image visualized on the two-dimensional space is filtered using the additional information image. The filtering process is performed by obtaining the product of each pixel of the noise-converted image visualized by the above-described two-dimensional visualization process and the corresponding additional information image pixel.
(ステップS405)
求めた積に対して、前述画像変換で用いた直交関数展開とは逆の直交展開を行なう。こうしてノイズマスクを作成する。
(Step S405)
An orthogonal expansion opposite to the orthogonal function expansion used in the image conversion is performed on the obtained product. In this way, a noise mask is created.
こうして得られたノイズマスクを用いて上述の実施の形態1と同様の方法で閾値マトリクスを変調し、変調された閾値マトリクスを用いて連続調画像を二値化することができる。 By using the noise mask thus obtained, the threshold matrix can be modulated by the same method as in the first embodiment, and the continuous tone image can be binarized using the modulated threshold matrix.
つぎに、前述の方法に従って付加情報が埋め込まれた二値化画像から付加情報を、付加情報検出システムを用いて検出する方法について図を参照して説明する。図5に付加情報検出システムの概略構成をブロック図で示した。図5に示すように、付加情報検出システム50は、画像入力装置51、付加情報検出装置52及び画像出力装置53を有する。画像入力装置51は、付加情報が埋め込まれている二値化画像を入力することができ、画像出力装置53は、付加情報検出装置52で検出された付加情報を出力することができる。これら画像入力装置51及び画像出力装置53は、例えば、図1に示した画像処理システム10の画像入力装置11及び画像出力装置13と同一の装置を用いて構成することができる。
Next, a method for detecting additional information from a binarized image in which additional information is embedded using the above-described method using an additional information detection system will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the additional information detection system. As illustrated in FIG. 5, the additional
付加情報検出装置52は、鍵情報取得部55と、直交関数展開処理部56と、二次元可視化処理部57とを有する。鍵情報取得部55は、二値化画像から付加情報を検出するのに必要な鍵情報を外部入力部58からの入力等により取得することができる。直交関数展開処理部56は、鍵情報取得部55において取得した直交関数展開の種類に基づいて、画像入力装置51から入力された二値化画像を直交関数展開することができる。二次元可視化処理部57は、直交関数展開された二値化画像を二次元空間上で可視化するための処理を行なうことができる。
The additional
上記付加情報検出システム50を用いて、鍵情報に基づいて付加情報が埋め込まれた二値化画像から付加情報を検出し、再生する方法について、図6を参照して説明する。図6は、付加情報検出システム50の動作を示すフローチャートである。
A method for detecting and reproducing additional information from a binary image in which additional information is embedded based on key information using the additional
まず、画像入力装置51から、付加情報が埋め込まれた二値化画像を入力する(ステップS601)。次いで、鍵情報取得部55において鍵情報を取得する(ステップS602)。鍵情報は、直交関数展開の種類と、二次元可視化処理部57において、二次元空間上の各点にどの基底関数を割り当てるかとである。
First, a binarized image in which additional information is embedded is input from the image input device 51 (step S601). Next, key information is acquired in the key information acquisition unit 55 (step S602). The key information is the type of orthogonal function expansion and which basis function is assigned to each point in the two-dimensional space in the two-dimensional
鍵情報取得部55にて取得した直交関数展開を用いて二値化画像の画像変換を行なう(ステップS603)。そして、直交関数展開による画像変換により変換された二値化画像に対して、鍵情報に基づいて、上述と同様の二次元可視化処理を行ない、二次元空間上で可視化する(ステップS604)。二次元可視化処理部57では、例えば、二次元空間の横軸をX軸、縦軸をY軸とし、二次元空間上の各点に、鍵情報に基づいて所定の基底関数の次数の割り当てを行ない、二次元空間上の各点に、各次数に対応する基底関数の絶対値を代入して可視化する。このとき、例えば、各次数に対応する基底関数の絶対値として、輝度、RGB値、グレースケール等を用いることにより、付加情報は二次元空間上で濃淡画像として表現される。こうして、二値化画像から付加情報が検出され再生される(ステップS605)。
Image conversion of the binarized image is performed using the orthogonal function expansion acquired by the key information acquisition unit 55 (step S603). Then, based on the key information, a two-dimensional visualization process similar to that described above is performed on the binarized image converted by the image conversion based on the orthogonal function expansion to visualize the two-dimensional space (step S604). In the two-dimensional
本実施の形態のように、二値化画像に付加情報を埋め込む際に用いる画像変換の種類に基づく情報を鍵情報として用い、その鍵情報に基づいて二値化画像に埋め込んだ付加情報を検出して再生するシステムは暗号化システムとして好適である。 As in this embodiment, information based on the type of image conversion used when embedding additional information in a binarized image is used as key information, and additional information embedded in the binarized image is detected based on the key information. Thus, the reproducing system is suitable as an encryption system.
上記実施の形態においては、直交関数展開による画像変換が施された画像に対して、ガンマ補正や二階調化等の画像処理を行なって付加情報の抽出を容易にすることもできる。 In the above embodiment, additional information can be easily extracted by performing image processing such as gamma correction and two-gradation on an image that has been subjected to image conversion by orthogonal function expansion.
本発明の埋め込み方法により付加情報が埋め込まれた二値化画像は、プリンタ等の出力機器を用いて出力された後、スキャナやデジタルカメラ等の入力機器から入力された場合であっても、その入力画像から付加情報を抽出することができる。 Even if the binarized image in which the additional information is embedded by the embedding method of the present invention is output using an output device such as a printer and then input from an input device such as a scanner or a digital camera, Additional information can be extracted from the input image.
上記実施の形態では、付加情報として、文字が描かれた画像を用いたが、絵や図形、図案、模様、幾何学的模様などが描かれた画像など種々のパターンを用いることもできる。 In the above embodiment, an image on which characters are drawn is used as the additional information, but various patterns such as an image on which a picture, a figure, a design, a pattern, a geometric pattern, or the like is drawn can also be used.
また、上記実施の形態では、実空間において発生させた正規分布ランダム画像を、ホワイトノイズとして用いたが、これに限定されず、周波数空間で一定の強度を持たせられればよく、例えば、デルタ関数をフーリエ変換して得られたものをホワイトノイズとして用いても良い。 In the above embodiment, the normal distribution random image generated in the real space is used as the white noise. However, the present invention is not limited to this, and it is only necessary to have a certain intensity in the frequency space. For example, the delta function You may use what was obtained by Fourier-transforming as white noise.
本発明においては、直交関数展開としてフーリエ変換を選択した際、付加情報を画像で表したときに画像領域の周辺の高周波域に付加情報を形成することが好ましい。これにより、本発明の付加情報埋め込み処理により付加情報が埋め込まれた二値化画像の画質を、低周波域に付加情報を形成した場合よりも向上させることができる。しかしながら、付加情報が埋め込まれた二値化画像をプリンタなどの出力機器で出力し、出力された二値化画像をスキャナなどの入力機器で入力するという操作を行なうと、高周波成分ほど減衰が大きくなり、付加情報の検出が難しくなる恐れがあるので、システムに応じて情報を付与することが好ましい。 In the present invention, when the Fourier transform is selected as the orthogonal function expansion, it is preferable that the additional information is formed in a high frequency region around the image region when the additional information is represented by an image. Thereby, the image quality of the binarized image in which the additional information is embedded by the additional information embedding process of the present invention can be improved as compared with the case where the additional information is formed in the low frequency region. However, when a binarized image in which additional information is embedded is output by an output device such as a printer, and the output binarized image is input by an input device such as a scanner, the higher the frequency component, the greater the attenuation. Therefore, it may be difficult to detect the additional information. Therefore, it is preferable to add information according to the system.
また、本発明においては、付加情報を検出する際の検出能は、原画像の内容にも依存し、例えば、低周波成分が多く画像全体として変化の殆どない画像を原画像として用いた場合は付加情報を検出しやすいが、高周波成分を多く含む細かい構造を有する画像を原画像として用いた場合は付加情報の検出が難しくなる恐れがある。したがって、原画像としては、低周波成分が多く画像全体として変化の殆どない画像が好ましいが、高周波成分を多く含む細かい構造を有する画像を原画像として用いた場合であっても、ノイズの大きさを強くすることにより付加情報を埋め込むことができるため、その結果、検出能力は高められる。
また、本発明においては、ノイズマスクは均一であることが好ましく、これにより、付加情報が埋め込まれた二値化画像に乱れが少なくなり画質は良好となる。
In the present invention, the detectability when detecting additional information also depends on the contents of the original image. For example, when an image having many low frequency components and little change in the entire image is used as the original image. Although it is easy to detect additional information, when an image having a fine structure containing a lot of high-frequency components is used as an original image, it may be difficult to detect the additional information. Therefore, the original image is preferably an image having many low-frequency components and little change in the entire image. However, even when an image having a fine structure containing many high-frequency components is used as the original image, the magnitude of noise is large. Since the additional information can be embedded by strengthening, the detection capability is enhanced as a result.
In the present invention, it is preferable that the noise mask is uniform, whereby the binarized image in which the additional information is embedded is less disturbed and the image quality is improved.
以上、本発明の付加情報の埋め込み方法及び埋め込み装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよい。 The additional information embedding method and embedding device according to the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Good.
10 画像処理システム
11、51 画像入力装置
12 付加情報埋め込み装置
13、53 画像出力装置
14 ノイズマスク生成部
15 閾値マトリクス変調部
16 二値化処理部
50 付加情報検出システム
52 付加情報検出装置
55 鍵情報取得部
56 直交関数展開処理部
57 二次元可視化処理部
DESCRIPTION OF
Claims (17)
ノイズ信号を用いてノイズ画像を生成し、前記ノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に前記付加情報を付与した後、前記画像変換と逆の変換を行なってノイズマスクを生成する工程と、
前記ノイズマスクに基づいて前記閾値マトリクスを変調する工程と、
前記変調された閾値マトリクスに基づいて前記原画像を二値化処理する工程とを含むことを特徴とする付加情報埋め込み方法。 An additional information embedding method for generating a binarized image in which additional information is embedded by performing binarization processing using a threshold matrix on an original image,
A noise image is generated using a noise signal, and the additional information is added to the noise conversion image obtained by performing image conversion by orthogonal function expansion on the noise image, and then the noise conversion is performed by performing a reverse conversion to the image conversion. Generating a mask; and
Modulating the threshold matrix based on the noise mask;
An additional information embedding method comprising: binarizing the original image based on the modulated threshold matrix.
前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値をTとし、その座標位置における前記ノイズマスクのノイズの大きさをΔとし、kを定数としたときに、
前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値を、(1+k・Δ)×Tに置換することによって前記閾値マトリクスを変調することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の付加情報埋め込み方法。 Modulating the threshold matrix comprises:
When the threshold value at a predetermined coordinate position of the threshold value matrix is T, the noise magnitude of the noise mask at the coordinate position is Δ, and k is a constant,
The additional information according to claim 1, wherein the threshold value matrix is modulated by replacing a threshold value at a predetermined coordinate position of the threshold value matrix with (1 + k · Δ) × T. Embed method.
前記取得した鍵情報に基づいて前記直交関数展開による画像変換を前記二値化画像に対して行ない、前記画像変換された画像を可視化することを特徴とする請求項6に記載の付加情報の検出方法。 Further, the method includes a step of obtaining key information representing information on orthogonal function expansion used when the additional information is embedded,
7. The detection of additional information according to claim 6, wherein image conversion by the orthogonal function expansion is performed on the binarized image based on the acquired key information, and the image converted image is visualized. Method.
ノイズ信号を用いてノイズ画像を生成し、前記ノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に前記付加情報を付与した後、前記画像変換と逆の変換を行なってノイズマスクを生成する手段と、
前記ノイズマスクに基づいて前記閾値マトリクスを変調する手段と、
前記変調された閾値マトリクスに基づいて前記原画像を二値化する手段とを有することを特徴とする付加情報埋め込み装置。 An additional information embedding device for generating a binarized image in which additional information is embedded by performing binarization processing using a threshold matrix on an original image,
A noise image is generated using a noise signal, and the additional information is added to the noise conversion image obtained by performing image conversion by orthogonal function expansion on the noise image, and then the noise conversion is performed by performing a reverse conversion to the image conversion. Means for generating a mask;
Means for modulating the threshold matrix based on the noise mask;
Means for binarizing the original image based on the modulated threshold value matrix.
前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値をTとし、その座標位置における前記ノイズマスクのノイズの大きさをΔとし、kを定数としたときに、
前記閾値マトリクスの所定の座標位置における閾値を、(1+k・Δ)×Tに置換することによって前記閾値マトリクスを変調することを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の付加情報埋め込み装置。 The means for modulating the threshold matrix comprises:
When the threshold value at a predetermined coordinate position of the threshold value matrix is T, the noise magnitude of the noise mask at the coordinate position is Δ, and k is a constant,
The additional information according to claim 9, wherein the threshold value matrix is modulated by replacing a threshold value at a predetermined coordinate position of the threshold value matrix with (1 + k · Δ) × T. Implantation device.
前記取得した鍵情報に基づいて前記直交関数展開による画像変換を前記二値化画像に対して行ない、前記画像変換された画像を可視化する手段を有することを特徴とする請求項14に記載の付加情報の検出方法。 Furthermore, means for obtaining key information representing information of orthogonal function expansion used when embedding the additional information,
The addition according to claim 14, further comprising means for performing image conversion by the orthogonal function expansion on the binarized image based on the acquired key information and visualizing the image converted image. Information detection method.
請求項14に記載の付加情報検出装置とを備えるシステム。 The additional information embedding device according to claim 9,
A system comprising the additional information detection device according to claim 14.
前記コンピュータに、
ノイズ信号を用いてノイズ画像を生成し、前記ノイズ画像に直交関数展開による画像変換を行なって得られたノイズ変換画像に前記付加情報を付与した後、前記画像変換と逆の変換を行なってノイズマスクを生成するステップを実行させる手順と、
前記ノイズマスクに基づいて前記閾値マトリクスを変調するステップを実行させる手順と、
前記変調された閾値マトリクスに基づいて前記原画像を二値化するステップを実行させる手順とを含む処理を実行させるための付加情報埋め込みプログラム。 An additional information embedding program for causing a computer to execute a step of generating a binarized image in which additional information is embedded by performing binarization processing using a threshold matrix on an original image,
In the computer,
A noise image is generated using a noise signal, and the additional information is added to the noise conversion image obtained by performing image conversion by orthogonal function expansion on the noise image, and then the noise conversion is performed by performing a reverse conversion to the image conversion. A procedure for performing a step of generating a mask;
Performing a step of modulating the threshold matrix based on the noise mask;
An additional information embedding program for executing a process including a step of executing a step of binarizing the original image based on the modulated threshold value matrix.
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