JP4550749B2 - 画像処理方法および画像処理装置 - Google Patents
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Description
たとえば、主画像情報に色差情報を利用して副情報を重畳処理することにより当該副情報の埋め込みを行なう電子透かし方法が公知である(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。
副情報を取出す際の復元処理に関しては、従来から色々な手法があるが、その中でも周波数領域を利用した周波数フィルタリング等の手法はよく利用されることが多い。
なお、以下の説明では、たとえば、IDカードの個人認証用顔画像の処理に適用した場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の画像の処理にも同様に適用可能である。
第1の実施の形態に係る画像処理装置(画像処理方法)は、図1(a)に示す第1の画像処理手段(第1の画像処理方法)、および、図1(b)に示す第2の画像処理手段(第2の画像処理方法)から構成される。
入力情報として、主画像情報101、副情報(電子透かし情報)102、鍵情報103がある。主画像情報101は例えば個人認証用の顔画像、副情報102は主画像情報101のセキュリティ性を高める情報または真偽判定に用いる情報、さらには著作権管理に用いる情報など、鍵情報103は電子透かしとして埋め込んだ副情報102を後で取出して復元するときに用いる鍵となる情報である。
以降、上述した図1(a)の副情報の埋め込み処理を電子透かし埋め込み処理と呼ぶ。
まず、画像情報入力部110は、記録物109に記録されている合成画像情報を光学的に読取り、デジタルの画像情報として入力する。次に、色分解部111は、画像情報入力部110により入力された画像情報をR、G、Bの3原色の色プレーンに色分解する。
次に、平滑化処理部113a,113b,113cは、周波数成分抽出部112a,112b,112cの各抽出結果に対しそれぞれ平滑化処理を行なう。
次に、正規化処理部115は、入力値(選択処理部114の選択結果)を輝度値「0」から「255」の範囲内に収まるように正規化処理を行なう。最後に、表示処理部116は、正規化処理部115の処理結果を表示する。
以降、上述した図1(b)の副情報の復元処理を電子透かし復元処理と呼ぶ。
図1(a)における鍵情報103を下記式(A−1)〜(A−6)にしたがい色差変調処理することにより埋め込み情報を作成する。
KEY(x,y)=白画素の場合 → EMD(x,y)−R=
+△CD−R……(A−1)
EMD(x,y)−G=
−△CD−G……(A−2)
EMD(x,y)−B=
−△CD−B……(A−3)
KEY(x,y)=黒画素の場合 → EMD(x,y)−R=
−△CD−R……(A−4)
EMD(x,y)−G=
+△CD−G……(A−5)
EMD(x,y)−B=
+△CD−B……(A−6)
KEY(x,y):鍵情報
EMD(x,y):埋め込み情報(色差変調処理結果)
ΔCD :色差量
色差変調処理の結果、鍵情報が白画素に対応している部分はレッド成分リッチ(R−rich)になり、黒画素に対応している部分はシアン成分リッチ(C−rich)になる。レッドとシアンは物理補色の関係にあるために、両者を足し合わせると無彩色になる。したがって、この画素ピッチを人間の肉眼の感知範囲を超えた高解像度(約300dpi以上)に設定することにより、色差変調処理結果である埋め込み情報は肉眼ではレッドとシアンが識別できず無彩色(灰色)となる。この性質を利用することにより、鍵情報のパターンを見かけ上無彩色情報に置き換えることができる。
重畳処理は、画像の座標(x,y)における主画像情報、重畳用の埋め込み情報、合成画像情報を下記のように定義すると、
主画像情報 :SRC−C(x,y)……図3(a)に相当……(B−1)
埋め込み情報:EMD−C(x,y)……図3(b)に相当……(B−2)
合成画像情報:DES−C(x,y)……図3(c)に相当……(B−3)
x,yは画像の座標値(座標サイズは全て同じものとする)
C={R(赤)、G(緑)、B(青)}プレーンを示す
それぞれの値は24ビットカラー演算の場合は、0〜255の整数値
次式で表される。
DES−G(x,y)=SRC−G(x,y)+EMD−G(x,y)……(C−2)
DES−B(x,y)=SRC−B(x,y)+EMD−B(x,y)……(C−3)
この方式では、
(1)人間の視覚特性を利用
・画像の周波数が高くなるほど階調識別能力が低下
・輝度情報よりも色差情報の方が判別困難
(2)補色の関係例……赤色+シアン色=無彩色(白) (加法混色の場合)
(3)高周波キャリアパターン画像に補色の関係および色差情報を適用(色差変調処
理)
を用いることにより、画質劣化を招くことなく、主画像情報に副情報を不可視状態で埋め込むことが可能になっている。
上記(3)のように、高周波キャリアパターン画像を用いることで、赤色リッチな画素とシアン色リッチな画素が繰り返し配置されているため、人間の目ではこれらの細かな色差の違いを識別できず、色差量はプラスマイナス「0」と判断してしまう人間の視覚特性を利用している。
まず、復元処理の対象となる合成画像情報がどのような状態になっているかを説明する。
図6(a)は主画像情報の周波数領域表現、図6(b)は鍵情報の周波数領域表現、図6(c)は合成画像情報の周波数領域表現である。正確には重畳処理において、図6(b)は鍵情報の周波数領域ではなく、埋め込み情報の周波数領域表現であるが、色差変調ではR、G、Bの1つの色プレーンに特定して着目した場合、鍵情報の周波数は全く変更されておらず、そのまま埋め込み情報へと変換されているため、[鍵情報の周波数領域表現=埋め込み情報の周波数表現]と見なして構わない。
そこで、周波数成分抽出部112a,112b,112cでは、図6(c)で示すように、合成画像情報の周波数分布から鍵情報の周波数部分を検知して抽出し、図6(c)から図5(b)の状態へ戻すような処理を行なう。
周波数成分抽出部112a,112b,112cで抽出された信号は、たとえば、図7(a)に示すように示される。横軸は位置(x方向またはy方向)、縦軸は振幅(=信号の強さ)を示す。実際には、2次元画像の周波数分布の振幅と位置の関係なので、図7(a)のように単純な2次元グラフではなく、2次元グラフになるのであるが、ここは説明をわかりやすくするために、このようにしている。
さらに、所定の領域単位で参照領域を設けて移動平均処理等を行なうと、図7(c)のようになり、「信号有り」と「信号無し」の部分が比較的明確に分離される。
ここでは、3つの色プレーン単位で処理された平滑化処理部113a,113b,113cでの各処理結果が入力値となる。選択処理部114では、これら3つの入力値から最適な値を選択して正規化処理部115へ送る。本実施の形態では、信号のSN比(SNR=10*log(PS/PN)、PS:透かし信号、PN:雑音信号)の高いものを最適値として選択する。なお、本例ではSN比を選択基準としたが、単純に最大値を基準に選択することも有効である。
選択処理部114で選択された平滑化処理結果は、図8(a)に示すように、相対的に大きいピークA2を持つ波形と相対的に小さいピークA1を持つ波形の2種類の波形の混合されたものである。実際、小さいピークA1の波形では電子透かし信号は抽出されていないので、この信号は必要ない。
IN:ガンマ補正前の信号値
OUT:ガンマ補正後の信号値
γ:ガンマ補正パラメータ、γ=1.5〜4.0程度
以上説明したように第1の実施の形態によれば、R、G、B(あるいはC、M、Y)色プレーンそれぞれから電子透かし信号を取出して、それぞれの信号に対して復元処理を行ない、それらの中から状態の良いものを選択して復元結果とすることで、主画像情報の色分布に影響を受けることなく、復元処理にて安定して副情報(電子透かし)を取出すことが可能になる。
第2の実施の形態に係る画像処理装置(画像処理方法)は、図9(a)に示す第1の画像処理手段(第1の画像処理方法)、および、図9(b)に示す第2の画像処理手段(第2の画像処理方法)から構成される。
まず、埋め込み情報作成部104は、副情報102および鍵情報103を入力として埋め込み情報105を作成する。
図9(b)は、第2の実施の形態に係る第2の画像処理手段としての復元処理系の構成を概略的に示すものである。第2の実施の形態に係る復元処理系は、図2(a)の電子透かし埋め込み処理系で作成された記録物109から副情報102を復元する、いわゆる電子透かし復元処理を行なうもので、その構成は第1の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
図10(a)は、第1の実施の形態で主画像情報101を用いて埋め込み処理した結果の周波数分布を模式的に示し、図10(b)は、第2の実施の形態で新たな主画像情報101′を用いて埋め込み処理した結果の周波数分布を模式的に示す。
Claims (10)
- 可視状態の主画像情報に対して不可視状態で副情報を埋め込むことによって合成画像情報を作成する第1の画像処理方法、および、この第1の画像処理方法により作成された合成画像情報を取得して、その取得した合成画像情報から前記副情報を復元する第2の画像処理方法から構成される画像処理方法において、
前記第1の画像処理方法は、
副情報を復元する際に用いる鍵情報および当該副情報を基に埋め込み情報を作成する埋め込み情報作成ステップと、
主画像情報に対して前記埋め込み情報作成ステップにより作成された埋め込み情報を不可視状態で埋め込んで合成画像情報を作成する合成画像作成ステップとを具備し、
前記第2の画像処理方法は、
前記第1の画像処理方法により作成された合成画像情報を取込む画像情報取込ステップと、
この画像情報取込ステップにより取込まれた合成画像情報を複数の色成分に色分解する色分解ステップと、
この色分解ステップにより色分解された複数の色成分の画像情報を用いて前記副情報の各色成分単位での周波数成分を抽出する複数の周波数成分抽出ステップと、
この複数の周波数成分抽出ステップにより抽出された複数の周波数成分をそれぞれ平滑化処理する複数の平滑化処理ステップと、
この複数の平滑化処理ステップの各処理結果から1つの処理結果を選択する選択処理ステップと、
この選択処理ステップにより選択された処理結果を正規化処理する正規化処理ステップと、
この正規化処理ステップの処理結果を出力する出力処理ステップとを具備したことを特徴とする画像処理方法。 - 可視状態の主画像情報に対して不可視状態で副情報を埋め込むことによって合成画像情報を作成する第1の画像処理方法、および、この第1の画像処理方法により作成された合成画像情報を取得して、その取得した合成画像情報から前記副情報を復元する第2の画像処理方法から構成される画像処理方法において、
前記第1の画像処理方法は、
主画像情報に対して副情報の復元時に影響を与える周波数成分を除去または低減する主画像周波数処理ステップと、
副情報を復元する際に用いる鍵情報および当該副情報を基に埋め込み情報を作成する埋め込み情報作成ステップと、
前記主画像周波数処理ステップにより処理された主画像情報に対して前記埋め込み情報作成ステップにより作成された埋め込み情報を不可視状態で埋め込んで合成画像情報を作成する合成画像作成ステップとを具備し、
前記第2の画像処理方法は、
前記第1の画像処理方法により作成された合成画像情報を取込む画像情報取込ステップと、
この画像情報取込ステップにより取込まれた合成画像情報を複数の色成分に色分解する色分解ステップと、
この色分解ステップにより色分解された複数の色成分の画像情報を用いて前記副情報の各色成分単位での周波数成分を抽出する複数の周波数成分抽出ステップと、
この複数の周波数成分抽出ステップにより抽出された複数の周波数成分をそれぞれ平滑化処理する複数の平滑化処理ステップと、
この複数の平滑化処理ステップの各処理結果から1つの処理結果を選択する選択処理ステップと、
この選択処理ステップにより選択された処理結果を正規化処理する正規化処理ステップと、
この正規化処理ステップの処理結果を出力する出力処理ステップとを具備したことを特徴とする画像処理方法。 - 前記埋め込み情報作成ステップは、副情報を復元する際に用いる複数の鍵情報および副情報およびあらかじめ与えられた色差量を基に所定の鍵情報に色差変調処理を行なうことにより埋め込み情報を作成し、
前記合成画像作成ステップは、主画像情報に対して前記埋め込み情報作成ステップにより作成された埋め込み情報を重畳処理することにより合成画像情報を作成することを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像処理方法。 - 前記合成画像作成ステップにおいて主画像情報に対して埋め込まれる埋め込み情報は、所定の領域内において複数の色成分に色分解したときに、それぞれの絶対値および周波数成分および位相差のうち少なくともいずれか1つがほぼ同じであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像処理方法。
- 前記色分解ステップは、合成画像情報をR(赤)、G(緑)、B(青)あるいはC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)の3原色の色プレーンに分解することを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像処理方法。
- 前記選択処理ステップは、前記複数の平滑化処理ステップの各処理結果のうちで一番信号のSN比が高い1つの処理結果を選択することを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像処理方法。
- 前記選択処理ステップは、前記複数の平滑化処理ステップの各処理結果のうちで一番信号の強さが高い1つの処理結果を選択することを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像処理方法。
- 可視状態の主画像情報に対して不可視状態で副情報を埋め込むことによって作成される合成画像情報を取得して、その取得した合成画像情報から前記副情報を復元する画像処理手段から構成される画像処理装置において、
前記画像処理手段は、
合成画像情報を取込む画像情報取込手段と、
この画像情報取込手段により取込まれた合成画像情報を複数の色成分に色分解する色分解手段と、
この色分解手段により色分解された複数の色成分の画像情報を用いて前記副情報の各色成分単位での周波数成分を抽出する複数の周波数成分抽出手段と、
この複数の周波数成分抽出手段により抽出された複数の周波数成分をそれぞれ平滑化処理する複数の平滑化処理手段と、
この複数の平滑化処理手段の各処理結果から1つの処理結果を選択する選択処理手段と、
この選択処理手段により選択された処理結果を正規化処理する正規化処理手段と、
この正規化処理手段の処理結果を出力する出力処理手段とを具備したことを特徴とする画像処理装置。 - 可視状態の主画像情報に対して不可視状態で副情報を埋め込むことによって合成画像情報を作成する第1の画像処理手段、および、この第1の画像処理手段により作成された合成画像情報を取得して、その取得した合成画像情報から前記副情報を復元する第2の画像処理手段から構成される画像処理装置において、
前記第1の画像処理手段は、
主画像情報に対して副情報の復元時に影響を与える周波数成分を除去または低減する主画像周波数処理手段と、
副情報を復元する際に用いる鍵情報および当該副情報を基に埋め込み情報を作成する埋め込み情報作成手段と、
前記主画像周波数処理手段により処理された主画像情報に対して前記埋め込み情報作成手段により作成された埋め込み情報を不可視状態で埋め込んで合成画像情報を作成する合成画像作成手段とを具備し、
前記第2の画像処理手段は、
前記第1の画像処理手段により作成された合成画像情報を取込む画像情報取込手段と、
この画像情報取込手段により取込まれた合成画像情報を複数の色成分に色分解する色分解手段と、
この色分解手段により色分解された複数の色成分の画像情報を用いて前記副情報の各色成分単位での周波数成分を抽出する複数の周波数成分抽出手段と、
この複数の周波数成分抽出手段により抽出された複数の周波数成分をそれぞれ平滑化処理する複数の平滑化処理手段と、
この複数の平滑化処理手段の各処理結果から1つの処理結果を選択する選択処理手段と、
この選択処理手段により選択された処理結果を正規化処理する正規化処理手段と、
この正規化処理手段の処理結果を出力する出力処理手段とを具備したことを特徴とする画像処理装置。 - 前記色分解手段は、合成画像情報をR(赤)、G(緑)、B(青)あるいはC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)の3原色の色プレーンに分解することを特徴とする請求項8または請求項9記載の画像処理装置。
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