JP2008029007A

JP2008029007A - 電子透かし処理方法及び記録媒体

Info

Publication number: JP2008029007A
Application number: JP2007186469A
Authority: JP
Inventors: Shen-Ge Wang; ワンシェン−ジー; Reiner Eschbach; エシュバッハライナー
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2008-02-07
Also published as: EP1881690A2; US20080019559A1

Abstract

【課題】電子透かしを印刷文書に埋め込む方法を提供する。
【解決手段】電子透かし処理方法であって、第１のハーフトーンスクリーンを選択し、第２のハーフトーンスクリーンを選択し、電子背景画像と電子透かし画像を受信し、前記電子背景画像内の画素と前記電子透かし画像内の対応する画素を読み取り、前記電子透かし画像内の前記画素がオンかオフかを判定し、前記電子背景画像内の前記画素を、前記電子透かし画像内の前記対応する画素に応じて処理する、電子透かし処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、シートに電子透かしを入れ、その真正性を証明可能にする電子透かし処理方法に関し、とりわけ、可視または不可視の電子透かし模様を用いる電子透かし処理方法に関する。

これまで透かしは、印刷業界において文書の原典や原本を特定するために用いられてきた。一般的に、透かしは文書画像内に淡い模様として現れ、原文書を特定の方法で見たときにのみ確認できる。透かしの入った紙を入手しないかぎり、真正であることを示す文書を再現することは困難であった。つまり、元の文書画像が最初に印刷された紙を用いなければ、写しであることが簡単にわかる。しかし、費用や実用上の理由から、透かしの入った紙は普及せず、依然として文書画像の原典や原本を特定する必要性は高い。

普通紙複写機が誕生してから、紙原稿を紙に複写する方法が普及した。また、ディジタルスキャナが身近になり、インターネットであらゆる画像にすばやくアクセスできるようになったことで、電子画像においても同様の現象が見られる。現在、画像の作成者にとって、不正に再現された画像が第三者の手に渡らないようにするために電子的な原本を作成することは非常に難しくなっている。電子透かしの利用は、電子的な複写物内で画像の出所を特定できるような識別用のマークを画像内に組み込むことで不正な流通を防止するための技術である。識別用のマークは、画像の元の内容の邪魔になったりその内容を曖昧にしたりすることがなく、また出所を容易に見分けられる。

透かしによる特定は、画像の所有権を有する所有者を特定する電子透かしを電子ページまたは印刷ページ内に埋め込むことで可能になる。画像はハードコピーとして作成して配布することもでき、主に電子形式で配布することができる。

透かしには、可視つまり知覚可能と不可視つまり知覚不可能の２つの基本形式がある。可視の透かしは、配布される電子画像または印刷画像に刷り込まれた著作権のロゴ、またシンボルやロゴなどのマークである。その透かしは、画像を損なわずに消すことが困難なような方法で画像内に明瞭に表示される。可視の透かしがあっても画像の実用性を妨げることはなく、許諾なしに画像が用いられることを防止する。しかしながら、可視の透かしは画像の利用性つまり画像の美観を損なうおそれがある。また、可視の透かしは、悪意のある画像複写者が透かしの場所を特定し、透かしを消して画像を再現することが可能である点で、潜在的に不正行為の対象となりうる。

不可視の透かしは、肉眼では簡単に知覚できない方法で電子画像または印刷画像に埋め込まれた著作権のシンボル、ロゴ、シリアル番号などのマークである。これらの透かしに埋め込まれた情報は、後で画像から取り出して、所有者や画像の買い手など画像の出所を特定するのに役立つ。この透かしは、画像の所有権が問題である場合に、所有権を確定する上で便利である。しかし、画像の盗用に対する抑止力としてはさほど有用ではない。

従来の透かしの電子シミュレーションは、入力された画像の選択領域において濃度や色を変化させることで可能である。しかしながら、例えばブローダウェイ（Ｂｒａｕｄａｗａｙ）らによる米国特許第５，５３０，７５９号に開示されているように、透かしに対するこれらの変化は入力データの濃度や色に左右され、追加の処理が必要になる。

米国特許第５，５３０，７５９号

そこで、本願に記載する実施形態では、上述の問題などを解消する改良された新しい電子透かし処理について説明する。

ある実施形態においては、電子透かし処理法が提供される。この方法では、第１のハーフトーンスクリーンを選択し、第２のハーフトーンスクリーンを選択し、電子背景画像と電子透かし画像を受信し、電子背景画像内の画素と電子透かし画像内の対応する画素を読み取り、電子透かし画像内の画素がオンかオフかを判定し、電子背景画像内の画素を電子透かし画像内の対応する画素に応じて処理する。

別の実施形態においては、コンピュータが実行可能な指示でありそれによって電子文書処理機能が実行される指示を含む電子透かし処理プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。その指示により、第１のハーフトーンスクリーンを選択し、第２のハーフトーンスクリーンを選択し、電子背景画像と電子透かし画像を受信し、電子背景画像内の画素と電子透かし画像内の対応する画素を読み取り、電子透かし画像内の画素がオンかオフかを判定し、電子背景画像内の画素を電子透かし画像内の対応する画素に応じて処理する。

本願に記載する実施形態は、ロゴや文字、その他のユーザ情報などの電子透かしを異なるハーフトーンテクスチャで印刷文書に埋め込むのに用いることができる。ハーフトーン処理中に、異なるハーフトーンスクリーンや異なる誤差拡散アルゴリズムを用いるなど、ハーフトーン処理法を変更することで、電子透かしをランタイムで入力画像に埋め込むことができる。実際の透かしは、入力画像の描画に用いるハーフトーンアルゴリズムを画素単位で変化させることによって作成される。入力画像を一切変更する必要なく画像データが正確に再現され、異なるハーフトーン処理法の境目が可視になる。

以下の詳細な説明は、中央処理装置（ＣＰＵ）やＣＰＵ用記憶装置、それらに接続された画素指向のディスプレイなど、従来のコンピュータ構成要素で実行される演算の処理や記号的表現を中心に行う。その演算として、ＣＰＵによるデータビットの処理や、１つ以上の記憶装置内に常駐するデータ構造によるデータビットの保持などが挙げられる。そのデータ構造では、内部記憶装置に格納されたデータビットの集合に物理的構成が適用され、このデータ構造は特定の電気素子や磁気素子を表す。これらの記号的表現は、コンピュータプログラミングやコンピュータ構成の分野の当業者が、その他の分野の当業者に対して内容や新しい情報を効率的に伝えるために用いる手法である。

このような考察を行う上で、処理とは、一般に所望の結果を得るためにコンピュータが実行する一連の複数のステップを指すものとする。これらのステップでは、一般に物理量の物理的処理が必要になる。常にではないが通常これらの量は、保存、転送、結合、比較、あるいは処理できる電気的、磁気的、または光学的信号の形で表される。従来、当業者はこれらの信号をビット、値、要素、記号、特性、ターム、オブジェクト、番号、レコード、ファイルなどと呼んでいるが、これらの語や類似の語は、コンピュータの演算における適切な物理量に関連付けられており、コンピュータ演算時に存在する物理量に付けられた慣習的な名称に過ぎないことに注意すべきである。

また、ここで説明するプログラムや処理、方法などは、特定のコンピュータや装置に関連付けまたは限定されるものではない。むしろ、ここで説明する内容に基づいて構築されたプログラムを種々の汎用装置に用いることができる。同様に、読み取り専用メモリなどの不揮発性メモリに配線論理（hard-wired logic）やプログラムが格納されている専用のコンピュータシステムを用いて、ここで説明する方法のステップを実行する特別な装置を構築すると効果的である場合もある。

実施形態の全体的な理解のために、図を参照しながら説明する。図では、同一の要素を示す場合は一貫して同じ参照番号を用いる。実施形態の説明では、以下の語を用いる。

ここでは「データ」という用語は、情報を示すまたは情報を有する物理的信号を指す。データ項目が多数の選択候補の１つを指す場合は、データ項目は多数の「値」の１つを有するものとする。例えば、「ビット」とも呼ばれるデータのバイナリ項目は、「１」と「０」、「オン」と「オフ」、または「ｈｉｇｈ」と「ｌｏｗ」など、交換可能な２つの値の１つを指す。

「画像」は、物理的な光のパターンである。カラー画像を「描画する」または「印刷する」ことは、少なくとも２つ好ましくは３つ以上の着色剤（インク、トナー、顔料など）で基板にマーキングし、着色剤を視覚的に統合させてフルカラー画像を構成することである。ここで用いる主なマーキングカラーは、シアン、マゼンタ、黄、および可能であれば黒を含むものとする。ただし、基板上にフルカラー画像を作成するために用いる顔料や着色剤は状況によって変わるものとする。

「画素」は、所定のシステムで画像が分割される最小区分である。各画素値は、画像を「バイナリ形式」で表す場合はビット、画像を「グレイスケール形式」で表す場合はグレイスケール値、画像を「色座標形式」で表す場合は１組の色空間座標であり、バイナリ形式、グレイスケール形式、色座標形式は、それぞれ画像を定義する２次元配列である。

「画像入力装置」または「画像入力端末」（ＩＩＴ）は、画像を受信して画像のバージョンを決定するデータ項目を提供する装置である。「スキャナ」は、文書のスキャンなどのスキャン操作により画像を受信する画像入力装置である。

「画像出力装置」または「画像出力端末」（ＩＯＴ）は、画像を定義するデータ項目を受信して画像を出力として提供する装置である。「ディスプレイ」は、人間に可視な形式で出力画像を提供する画像出力装置である。ディスプレイで表示される可視の模様を、「表示画像」または単に「画像」とする。

文書のディジタル再現では、カラーか黒か白かなどの画像情報がラスタ形式で生成される。ラスタは、一般に複数の連続した色調または階調の画素、つまり多数の階調のうちの１つの階調を表すディジタル値によって定義される画素で構成される。したがって、８ビットシステムでは２５６段階の灰色が存在し、各段階が白と黒の間における灰色の増分を表す。分割された各部分が２５６段階の情報を有し、１，６００万色を超える色をグレイラスタで定義することができる。通常、このような階調形式のラスタは標準のプリンタでは印刷できない。通常のプリンタでは限られた数の階調でしか印刷できず、２値形式で点の有無で印刷するか、あるいは例えば４値形式で４種の点を用いて印刷するなど限られた数の階調を点に関連付けて印刷しなければならない。したがって、印刷できるのは限られた数の階調でしかない。スキャンによって得られる階調情報の他に、ここで説明する特定の処理法によって、印刷を行うための量子化に必要な階調データを生成することができることが、例えばエシュバッハ（Ｅｓｃｈｂａｃｈ）による米国特許第５，２２６，０９４号に開示されており、その開示内容を本願に援用して引用する。

したがって、加色混合の三原色（additive primary color）の各色に２５６段階の明度（shade）がある色分解では、コントーン（contone）効果を表す一連の２値のプリンタ信号を生成する必要がある。この処理は、一般に「ハーフトーン処理」と呼ばれる。ハーフトーン処理は、電子画像内の画素当たりの量子化レベル数を減らしつつ、通常の読み取り距離での画像のグレイ表示は保持する。ハーフトーン処理法は、電子画像の印刷や表示に幅広く用いられている。ハーフトーン処理法が必要な理由は、実行する物理的処理が本質的に２値であったり、処理の変動に伴う費用、速度とメモリの関係、または安定性の理由から処理が２値に限定されていたりするためである。このような処理の例として、一般の印刷機、インクジェットプリンタ、バイナリカソードレイチューブディスプレイ（binary cathode ray tube display）、レーザ電子写真が挙げられる。

以下にさらに詳しく説明するように、ハーフトーン処理中に異なるハーフトーンスクリーンや異なる誤差拡散アルゴリズムなどの異なるハーフトーン処理法を切り替えることによって、電子透かしをランタイムで入力画像に埋め込むことができる。実際の透かしは、入力画像の描画に用いるハーフトーン処理アルゴリズムを画素単位で変化させることで作成される。

印刷用の最も古いハーフトーン処理法である伝統的なスクリーン処理では、閾値の周期的なマスクをマルチビット画像の各色に適用する。閾値はディザマトリクスとして保存でき、このマトリクスによって生成される繰り返しパターンはハーフトーンセルと見なされることが、例えばホラディ（Ｈｏｌｌａｄａｙ）による米国特許第４，１４９，１９４号に開示されており、その開示内容を本願に援用して引用する。画素が閾値を満たさない場合は画素を０（黒）に、閾値を満たす場合は画素を１（白）に変換することができる。画素値が０以上１以下である連続色調（高解像度）画像の場合、Ｍ個の画素のマスクに対する閾値は０，１／Ｍ，２／Ｍ，…，１となり、Ｍ＋１段階の輝度レベルをサポートする。マスク内での閾値の順序は、ハーフトーンの画質に大きく影響する。中間的な灰色では、マスク内の半数の画素が表示され（オン）、残りの半数が非表示になる（オフ）。クラスタドットスクリーン（cluster dot screen）では、ドットが連結するようにクラスタ化されるので、印刷時のインクの散らばりが緩和される。拡散ドットスクリーン（dispersed dot screen）では、ドットが散らばるので、低コストのディスプレイに適している。

人間の視覚系は、非常に大まかに線形空間不変系に例えると、低域である。一般に人間の視覚系では、静止画像内のノイズについて、相関のない低周波ノイズよりも相関のない高周波ノイズの方が感応性は落ちる。ブルーノイズ（つまり高周波数ノイズ）を用いたディザでは、ハーフトーン処理で発生する量子化ノイズがより高い周波数に発生しやすい。ノイズシェイピングは、以下に説明する誤差拡散の特性であるが、周期性のある大きな閾値マスク（１２８ｘ１２８画素など）を作成してブルーノイズを有するハーフトーンを生成することができる。

繰り返しパターンを発生させずに濃淡画像を２値画像またはその他の多値画像に変換するアルゴリズムが存在し、誤差拡散もこのアルゴリズムに含まれることが、例えばエシュバッハ（Ｅｓｃｈｂａｃｈ）による米国特許第５，０４５，９５２号に開示されており、その開示内容を本願に援用して引用する。誤差拡散では、より多くの処理とメモリが必要になるが、通常は伝統的なスクリーン処理よりも高品質のハーフトーンが生成される。スクリーン処理を行うことは画素単位の閾値設定を行うことを意味するが、誤差拡散では近傍演算と閾値設定が必要になる。近傍演算では、閾値設定により発生した量子化誤差が、当該画素の近傍にあるハーフトーン処理されていない画素に分散される。「誤差拡散」とは、量子化誤差を画像スキャンのパスに沿って拡散させる処理を指す。ラスタスキャンの場合は、量子化誤差が画像全体にわたって拡散される。定性的には、誤差拡散により、フィードバックを用いて平均誤差が０にされ、局所領域の階調が正確に再現される。

ストキャスティックスクリーン処理（stochastic screening）、つまり非周期的スクリーン処理は、従来のクラスタドットスクリーンに代わる処理である。ストキャスティックスクリーン処理法では、紙面上で着色剤の量が増えるにつれて大きくなるドットが作成される代わりに、離間した画素位置にそれぞれ独立しているドットが配置された、分散性の良いパターンが作成される。そのため、ドット内には基本周期が存在せず、代わりに好適なノイズ特性を有するパターンを作成するようにスクリーンが設計される。人間の視覚系の感応性が著しく低下する高い空間周波数の領域内でノイズエネルギが分散されるようにスクリーンを設計することで、良好なノイズ特性が得られる。この点について、理想的なストキャスティックスクリーンを設計するためのストキャスティックハーフトーンスクリーン処理法が、ワン（Ｗａｎｇ）による米国特許第５，６７３，１２１号に開示されており、その開示内容を本願に援用して引用する。また米国特許第５，６７３，１２１号には、以下に詳細に説明する実施形態において役立つ特定のストキャスティックスクリーンが開示されており、その開示内容も本願に援用して引用する。ストキャスティックスクリーン処理、つまり非周期的スクリーン処理が周期的スクリーン処理よりも優れている点の１つとして、モアレを抑制できることが挙げられる。

上述のハーフトーン処理法は、振幅変調（ＡＭ）ハーフトーン処理、周波数変調（ＦＭ）ハーフトーン処理、ＡＭ−ＦＭ混成ハーフトーン処理の３つのカテゴリに分類することができる。ＡＭハーフトーン処理では、ドットサイズが、例えばクラスタドット組織的ディザ（clustered-dot ordered dither）のように、下地のグレイスケール画像の階調値によって変化するのに対して、ドット周波数は一定に保たれる。ＦＭハーフトーンでは、ドットのサイズと形が固定されているが、ドットの周波数は下地のグレイスケール画像の階調によって変化する。従来のディジタルＦＭハーフトーンは、１つの画素のドットサイズが固定されており、例えば拡散ドット組織的ディザ（dispersed-dot ordered dither）や誤差拡散により作成される。ＡＭ−ＦＭハーフトーンでは、ドットのサイズと形が変化し、再現する階調値に応じてドット周波数が変化する。ＡＭ−ＦＭハーフトーンの例としては、「グリーンノイズ」ハーフトーン、空間充填曲線によるハーフトーン、およびテクスチャ制御を用いたハーフトーンが挙げられる。

ここで図１は、実施形態の態様を実施する上で好ましい電子写真または類似の印刷システム１０のデータフロー図を示す。好ましくは印刷システム１０は、ハードコピーである原文書１８を電子化するスキャナ１６、記憶装置２０、またはコンピュータワークステーション２２を含むがこれらに限定されない複数の画像入力端末１４の１つから生成される電子文書画像１２を受信する。データは、電子化された形式、好ましくは３色の各色に対して多（ｍ）レベル信号で（例えば２４ビット分割や８ビット分割で）表現されると、画像処理装置（ＩＰＵ）２４に渡されるか転送される。ＩＰＵ２４は、供給される画像信号に対してさまざまなプログラム可能な演算を実行するための専用の処理装置（またはＣＰＵ）や、メトカーフ（Ｍｅｔｃａｌｆｅ）による米国特許第５，６０８，８２１号に開示されるように、さまざまな画像処理機能を提供することができるアプリケーション固有の集積回路を備える。なお、米国特許第５，６０８，８２１号の開示内容のうち関連する内容を本願に援用して引用する。

ＩＰＵ２４は、ｍレベルの入力信号を演算して各色分解に対してｎレベルの出力信号を生成するハーフトーン処理回路２６を備える。ここでｎは、ｍより小さく、通常は１色当たりの１つのｂｐｐ（bits per pixel）に相当する。ハーフトーン処理回路２６の演算の詳細については、図２を参照しながら以下に説明する。ハーフトーン処理された画像信号（例えば、Ｃ’、Ｍ’、Ｙ’、およびＫ’）は、図１に示す画像出力端末（ＩＯＴ）２８に渡される。ハーフトーン処理された画像信号は、画像出力端末に受信されると、端末を通過する基板への着色剤の配置制御に用いられ、この結果ハードコピー出力３０が得られる。ここでは４色画像処理システムの実施形態について説明したが、この実施形態は単色の色分解や白黒の再現にも適用できる。

実施形態により生成された電子透かしは、異なるハーフトーンテクスチャ間のコントラストとして表示することができる。このためには、ハーフトーン処理回路２６の演算特性を示す図２に示すように、標準の画像パスにある変更を行って画像のハーフトーン処理を行う。この変更を行うことで、以下に詳細に説明するように、どちらのハーフトーンスクリーンまたはハーフトーン処理法（つまり、ハーフトーン１（ＨＴ１）スクリーン３４かハーフトーン２（ＨＴ２）スクリーン３６か）を所定の画素に用いるかを、透かし画像３２によって選択することができる。

したがって、ハードコピー出力３０上の透かしの可視性は、２つのハーフトーンスクリーンＨＴ１とＨＴ２の関数になる。一般に、電子透かしは、ハーフトーンドットの差が大きくなる、つまり異なるハーフトーン処理法を用いる場合に可視性が高まり、ＨＴ１とＨＴ２の表示が似ている場合は可視性が低くなる。よって、このような電子透かしの可視効果は、スクリーン周波数やスクリーン配向などのアルゴリズムパラメータを変えたり、ハーフトーン処理自体を変更したりして、ハーフトーン処理アルゴリズムを局所的に変更することで得られる。これにより、入力データを変更または交換することなく、柔軟性のある透かしが得られる。

図３は、電子透かし処理法のフローチャートを示す。まず、少なくとも２つのハーフトーンスクリーン（例えば、ＨＴ１とＨＴ２）が選択される（１０２，１０４）。ハーフトーンスクリーン（ＨＴ１とＨＴ２）は、ここで説明する周知のハーフトーン処理法やその他の文献に記載された周知のハーフトーン処理法を用いて選択することができる。選択されたハーフトーンスクリーンの種類は、背景画像における電子透かしの可視性に影響を与えるだけである。したがって、２つのハーフトーンスクリーンＨＴ１とＨＴ２をそれぞれ異なる方法で生成しても何ら問題はない。次に、電子背景画像１２と電子透かし画像３２の両方が受信される（１０６，１０８）。これら最初の４ステップは、どのような順番で行ってもよい。

次に、背景画像内の画素、つまりＢ（ｘ，ｙ）が読み取られ（１１０）、透かし画像内の対応する画素、つまりＷ（ｘ、ｙ）が読み取られる（１１２）。そして、Ｗ（ｘ，ｙ）が０または１（つまり「オフ」または「オン」）のどちらであるかが判定される（１１４）。例えば、Ｗ（ｘ、ｙ）が０（つまり「オフ」）である場合、Ｂ（ｘ，ｙ）はＨＴ１スクリーン３４で処理される（１１６）。しかし、Ｗ（ｘ、ｙ）が１（つまり「オン」）である場合、Ｂ（ｘ，ｙ）はＨＴ２スクリーン３６で処理される（１１８）。当然ながら、画像内の各画素の読み取りが終わるまでこれらのステップが繰り返されるものとする。２つの画像１２，３２から各画素が読み取られると、透かしの入った最終的な画像３０を印刷することができる。

図４ないし図７は異なる電子透かしの例を示し、可視性を容易に変更できることがわかる。例えば図４は、位相シフトハーフトーンを用いた電子透かしを有するハーフトーン画像である。この場合では、４画素シフトでＶ４４．ｄｏｔ規格が用いられている。

図５は、配向が同じで周波数の異なる２つのハーフトーンドットを用いた電子透かしを有するハーフトーン画像である。したがって、図５は、Ｖ４４．ｄｏｔおよびＶ３３．ｄｏｔ（いずれも、シギの縞模様のようなハーフトーンドットのセット（sandpiper halftone dot set））を用いた場合の効果を示す。２つのドットが４５°の角度で組み合わさっているが、それぞれの周波数は異なる。

図６は、２つの異なる誤差拡散の重み設定を用いた電子透かしを有するハーフトーン画像である。透かしはほとんど目立たず、精査しなければ容易には確認できない。

図７は、２つの異なるハーフトーン処理法、つまり誤差拡散と従来のハーフトーン処理とを用いた電子透かしを有するハーフトーン画像である。画像は標準の空気拡散を用いて２値化され、透かしはＶ３３．ｄｏｔを用いた従来のハーフトーン処理で作成される。

さらに別の例として、変更を行ったストキャスティックスクリーンを用いてロゴを印刷文書に埋め込むことができる。透かしの可視性は調節でき、透かしを除去するのは困難である。透かしはハーフトーンスクリーンに埋め込まれており、元のハーフトーンスクリーンとして置き換えて利用できるので、所望の透かしを埋め込むためにインプリント画像をハーフトーン処理するのに必要な追加の処理が発生しない。また、埋め込まれる透かしの可視性はアプリケーションによって異なる。透かしは、適切に計画された確率的順序を用いた通常のハーフトーン出力と、不規則性を若干含む分布を用いた出力との間のコントラストとして表示される。その可視性は、変更を行ったストキャスティックスクリーンに用いるスワップ数に左右される。

ここで、ストキャスティックスクリーンに関する従来の特許に開示されるように、ストキャスティックハーフトーンスクリーンの設計は、極めて複雑な最適化処理である。例えば、ワン（Ｗａｎｇ）による米国特許第５，６７３，１２１号を参照されたい。

図８は、ハーフトーンプロセッサ２００の演算特性を示す。この例では、４つの色分解、Ｃ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）、Ｙ（ｘ，ｙ）、Ｋ（ｘ，ｙ）を取得してそれぞれをハーフトーン処理のために独立して処理し、ｍビット入力をｎビット出力に低減させる色処理システムを示す。この処理は、単色の色分解や白黒の再現にも適用できる。スクリーンマトリクス情報源であるスクリーンマトリクスメモリ２０２は、１つの入力を各色分解に対応するコンパレータ２０４，２０６，２０８，２１０に送り、別の入力としてｍビットの分解ビットマップをコンパレータに送る。出力はｎビット出力で、プリンタに送信することができる。図は簡略化して示しているが、異なるスクリーンマトリクスを各コンパレータに送ることもできる。

ここで、N要素のスクリーンマトリクスを用いて定数であるグレイスケールの入力からハーフトーン画像を生成する方法について考察する。隣り合う画素の重なりを無視すると、ｎ個の黒画素とN−ｎ個の白画素を有するスクリーンセルは、グレイスケール（ｇ）がｇ＝（N−ｎ）／N（ここで０＜ｎ＜N、つまり０＜ｇ＜１）である入力をシミュレートする。このパターンの表示は、黒画素と白画素のどちらが少ないかによって変化する。黒画素が少ない、つまり０．５＜ｇ＜１．０である場合は、すべての黒画素が「均一に」分布している、つまり各黒画素がスクリーン全体の１／ｎ（つまり１／（１−ｇ）N）の部分を「占有している」ときに、ハーフトーンパターンの表示が最適になる。したがって、隣り合う黒画素の平均距離は、α（１−ｇ）^−１／２（αは階調とは独立した値）に等しくなる。一方、白画素が少ない、つまり０＜ｇ＜０．５である場合は、各白画素はスクリーン全体の１／（N−ｎ）（つまり１／ｇN）を「占有し」、隣り合う白画素の平均距離はαｇ^−１／２に等しくなる。理想的なストキャスティックディザスクリーンは、全階調に対して上記の条件を満たすハーフトーン画像を生成する閾値マスクとして定義される。

以下の説明では、入力されたグレイスケール画像が整数G（ｘ、ｙ）（０＜G＜M）で指定されるとする。この仮定の下で、ディザスクリーンは、値が０からM−１までの間であるM個の異なる閾値を有する。また、各階調に同じ閾値Ｔを有するＮ／Ｍ要素があると仮定する。ストキャスティックスクリーンを設計する上での最終的な目標は、閾値Ｔを分散して、結果のハーフトーン画像を、理想的なストキャスティックスクリーンで生成した場合のハーフトーン画像にできるだけ近づけることである。ここでは、上記の条件と最適化方法を用いて「高品質の」ストキャスティックスクリーンを作成することができることを実証する。

ディザスクリーンから任意の１組の画素を選び、これら２つの画素の閾値がそれぞれＴ_１＝Ｔ（ｘ_１，ｙ_１）とＴ_２＝Ｔ（ｘ_２，ｙ_２）であり、（ｘ_１，ｙ_１）と（ｘ_２，ｙ_２）はそれらの画素の座標であるとする。定数である入力Ｇをディザ処理した結果、出力Ｂ_１＝Ｂ_１（ｘ_１，ｙ_１）とＢ_２＝Ｂ_２（ｘ_２，ｙ_２）は次の組み合わせを取りうる。
１．Ｇ＞Ｔ_１かつＧ＞Ｔ_２である場合、Ｂ_１＝１かつＢ_２＝１
２．Ｇ＜Ｔ_１かつＧ＜Ｔ_２である場合、Ｂ_１＝０かつＢ_２＝０
３．Ｂ_１≠Ｂ_２
ここで、印刷においてＢ＝１は白点、Ｂ＝０は黒点を表す。３の場合、つまり一方の出力画素が黒で他方の出力画素が白の場合に印刷を行うときは、出力画素間の距離と上述の条件に従った表示とは無関係である。１の場合は、さらに次の２つの場合の違いが考えられる。
１ａ．Ｍ／２＞ＧかつＧ＞Ｔ_１かつＧ＞Ｔ_２である場合
１ｂ．上記以外の場合

１aの場合は、両方の出力画素が白で、白点の方が少なくなる。したがって、（ｘ_１，ｙ_１）と（ｘ_２，ｙ_２）との間の対応する距離と、ハーフトーン画像の表示との間に関連性が生じる。上述の分析から、理想的なストキャスティックスクリーンの出力に対しては、この距離はαｇ^−１／２、つまりα（Ｇ／Ｍ）^−１／２以上である。１ａの場合を満たすすべてのＧの中で臨界的なＧは、Ｇが最小になる場合、つまりＧ_Ｃ＝Ｍａｘ（Ｔ_１，Ｔ_２）の場合であり、このとき２つの画素（ｘ_１，ｙ_１）と（ｘ_２，ｙ_２）の間の距離が最大になる。

同様に、両方のドットが黒のドットとして表示される場合、次の場合の表示について考える必要がある。
２ａ．Ｇ＞Ｍ／２かつＧ＜Ｔ_１かつＧ＜Ｔ_２である場合
２ｂ．上記以外の場合

２ａの場合を満たすすべてのＧの中で最大のＧはＧ_Ｃ＝Ｍｉｎ（Ｔ_１，Ｔ_２）で与えられ、このとき（ｘ_１，ｙ_１）と（ｘ_２，ｙ_２）の間の距離α（１−Ｇ_Ｃ／Ｍ）^−１／２が最大になる。

数学的には、メリット関数ｑ（Ｔ_１，Ｔ_２）を用いて、理想的なストキャスティックスクリーンと選択したストキャスティックスクリーンとの間の差異を評価することができる。例えば、以下に説明する実験においては、次の条件を用いた。
ｄ^２＝（ｘ_１−ｘ_２）^２＋（ｙ_１−ｙ_２）^２；
Ｔ_２＞Ｍ／２かつＴ_１＞Ｍ／２である場合、ｄ_Ｃ ^２＝Ｍ／［Ｍ−Ｍｉｎ（Ｔ_１，Ｔ_２）］
Ｔ_２＜Ｍ／２かつＴ_１＜Ｍ／２である場合、ｄ_Ｃ ^２＝Ｍ／Ｍａｘ（Ｔ_１，Ｔ_２）
上記以外の場合、ｄ_Ｃ ^２＝０、つまりｑ＝０；
Ｃは定数

ディザスクリーンは、スクリーンよりも大きい画像をハーフトーン処理するのに繰り返して使用されるので、ディザスクリーンから任意に選択した画素の組において、対応するハーフトーン画像内での最短の空間距離はディザ処理法によって異なり、その距離はメリット関数に用いられる。全体のメリット関数は、あらゆる可能な組み合わせによる寄与を包含している。ある実験では、ｑ（Ｔ_１，Ｔ_２）の総和を最適化に用いた。

ところで、ストキャスティックスクリーンの設計は、最適化における典型的な問題になる。選択したスクリーンの閾値を再決定する場合、メリット関数を評価して方向性や手順を決定することができる。この手法には、さまざまな既存の最適化方法を用いることができる。最も単純な方法は、１組の画素をランダムに選び、閾値をスワップして全体のメリット関数Ｑが減少するかどうかを確認する。スワップした組に関するｑの値だけを再計算すればよいので、Ｑを評価する際に長時間の処理時間がかからない。

図９を参照すると、適切に設計されたストキャスティックスクリーンのハーフトーン出力３０２が、所望の確率分布で拡散されたドットとして表示されている。しかしながら、最適化処理を逆向きに行って劣化したスクリーンを得る処理の方がやや単純で、ハーフトーンスクリーンの２つの要素をランダムに選択して閾値をスワップすることを繰り返すことで実行することができる。一方、図１０では、設計が不適切なスクリーンによるハーフトーン出力３０４が、不規則性のあるドット分布として表示されている。図９および図１０に示す２つのハーフトーンパッチ３０２，３０４は、平均密度の度合いが同じようではあるが、表示の差は明らかである。事実、パッチ３０４に用いられている劣化したスクリーンは、好適に設計されたストキャスティックスクリーンに対してランダムなスワップを５，０００回繰り返して得られたものである。

ストキャスティックスクリーン全体にランダムなスワップを行う代わりに、上記の処理を特定の選択領域にのみ適用することができる。例えば、図１１に示すロゴ３０６の白色部分にランダム化を行うと、その下に示すように、対応するハーフトーン出力３０８では、スクリーンに４回繰り返し適用された同じ透かしが表示される。

図１２から図１４は、異なるスクリーンでハーフトーン処理を行った教会の画像を示す。これら３つの像は、ランダムなスワップの回数を調節して可視性を変えて得られた透かしスクリーンである。例えば図１２は、１，０００スワップのランダム化を行った透かしスクリーンでハーフトーン処理した画像である。図１３は、３，０００スワップのランダム化を行った透かしスクリーンでハーフトーン処理した画像である。そして図１４は、１０，０００スワップのランダム化を行った透かしスクリーンでハーフトーン処理した画像を示す図である。透かしスクリーンは１回ないし数回しか使用できないのに対し、元のストキャスティックスクリーンは他の処理にも使用できることにも注目すべきである。したがって、透かしは所望の場所にのみ表示される。

上述した特徴や関数だけでなく、その他の特徴や関数、またそれらに代わるものなどを適切に組み合わせて、さまざまなシステムやアプリケーションに用いることができる。また、当業者によって将来実現される可能性のある、現在は不明であるか予期できない代替案や変更、組み合わせ、またはそれらの改良も請求項に含まれるものとする。

実施形態において特定の用途に用いることができる画像処理システムおよび関連するディジタル印刷システム内のデータの流れを示すデータフロー図である。実施形態を実施する際のハーフトーン処理回路の構成要素を示す模式図である。電子透かし処理法のフローチャートを示す図である。実施形態に従って、位相シフトハーフトーンを用いた電子透かしを有するハーフトーン画像を示す図である。実施形態に従って、配向が同じで周波数が異なる２つのハーフトーンドットを用いた電子透かしを有するハーフトーン画像を示す図である。実施形態に従って、２つの異なる誤差拡散量設定を用いた電子透かしを有するハーフトーン画像を示す図である。実施形態に従って、誤差拡散法と従来のハーフトーン処理の２つの異なるハーフトーン処理法を用いた電子透かしを有するハーフトーン画像を示す図である。ストキャスティックスクリーンを作成するハーフトーン処理システムを示す図である。好適に設計されたストキャスティックスクリーンによって作成されたハーフトーン画像を示す図である。設計が不適切なストキャスティックスクリーンによって作成されたハーフトーン画像を示す図である。透かしおよび対応するハーフトーン出力を示す図である。１，０００スワップのランダム化を行った透かしスクリーンでハーフトーン処理を行った画像を示す図である。３，０００スワップのランダム化を行った透かしスクリーンでハーフトーン処理を行った画像を示す図である。１０，０００スワップのランダム化を行った透かしスクリーンでハーフトーン処理を行った画像を示す図である。

符号の説明

１０印刷システム、１２電子文書、１４画像入力端末、１６スキャナ、１８原文書、２０記憶装置、２２コンピュータワークステーション、２４画像処理装置、２６ハーフトーン処理回路、２８画像出力端末、３０ハードコピー出力、３２透かし画像、３４ＨＴ１スクリーン、３６ＨＴ２スクリーン、２０２スクリーンマトリクスメモリ、２０４，２０６，２０８，２１０コンパレータ。

Claims

電子透かし処理方法であって、
第１のハーフトーンスクリーンを選択し、
第２のハーフトーンスクリーンを選択し、
電子背景画像と電子透かし画像を受信し、
前記電子背景画像内の画素と前記電子透かし画像内の対応する画素を読み取り、
前記電子透かし画像内の前記画素がオンかオフかを判定し、
前記電子背景画像内の前記画素を、前記電子透かし画像内の前記対応する画素に応じて処理する、
電子透かし処理方法。
請求項１に記載の電子透かし処理方法であって、さらに、
電子画像内の各画素を読み取った後で透かしの入った最終的な画像を印刷する、
電子透かし処理方法。
請求項１に記載の電子透かし処理方法であって、
（ａ）最初に、ある階調範囲内で変わる一連の閾値信号をスクリーンマトリクス内の位置に割り当て、各閾値信号は値とマトリクス内の位置とで定義され、
（ｂ）前記スクリーンマトリクス内の少なくとも２つの閾値信号を選択し、
（ｃ）選択したハーフトーンレベルに対して、ハーフトーンスクリーンセル全体における点の分布の均一性を特徴付け、
（ｄ）前記スクリーンマトリクス内の前記２つの閾値信号の位置をスワップし、
（ｅ）前記ハーフトーンスクリーンセルを用いて点の分布の均一性を再度特徴付け、
（ｆ）再特徴付けの機能として、ハーフトーンスクリーン上のスワップ位置における閾値信号を保持するか、または閾値を元の位置に戻すかを選択し、
（ｇ）（ｂ）ないし（ｆ）を、あらかじめ選択された回数だけ繰り返す、
ことによって第１のストキャスティックスクリーンが生成される電子透かし処理方法。
コンピュータが実行可能な指示でありそれによって電子文書処理機能が実行される指示を含む電子透かし処理プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記指示により、
第１のハーフトーンスクリーンを選択し、
第２のハーフトーンスクリーンを選択し、
電子背景画像と電子透かし画像を受信し、
前記背景画像内の画素と前記電子透かし画像内の対応する画素を読み取り、
前記電子透かし画像内の前記画素がオンかオフかを判定し、
前記電子背景画像内の前記画素を、前記電子透かし画像内の前記対応する画素に応じて処理する、
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
請求項４に記載されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、さらに、
電子画像内の各画素を読み取った後で透かしの入った最終的な画像を印刷する指示を含む、
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。