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JP4829164B2 - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

画像処理装置および画像処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、主画像情報(人物の顔画像など)に対して別の付加的な副情報(セキュリティ情報など)を重畳するための画像処理装置および画像処理方法に関する。
近年、情報の電子化やインターネットの普及に伴って、画像の偽造や変造防止のために電子透かし、電子署名などの技術が重要視されるようになってきた。特に、主画像情報に付加的な副情報を不可視状態で埋め込む電子透かし技術は、IDカードなどの個人認証媒体や著作権情報を埋め込んだ写真に対する不正コピー、偽造、改ざん対策として提案されている。
たとえば、印刷物へ出力される画像データに対して、人間が感知しにくい高い空間周波数成分および色差成分の特性を利用してデータを埋め込む電子透かし挿入方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
また、光学フィルタで確認できる電子透かしの印刷装置が知られている(たとえば、特許文献2参照)。
これらの電子透かし埋め込み処理方式では、
(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及び色差情報を適用(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(副画像情報)を不可視状態で埋め込むことを可能にしている。
上記(2)の例でいえば、赤色とシアン色(=緑色+青色)は、加法混色の場合、補色の関係にあり、赤色とシアン色とが隣り合っていても人間の目には判別しにくく無彩色に見える。
上記(3)の例のように、高周波キャリアパターン画像は、図4に示すように、赤色リッチな画素2とシアン色リッチな画素3とが繰り返し配置された色差格子パターン1で構成され、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。
もし、上記電子透かし技術を適用した画像が記録された記録物の真偽判定が必要になった場合は、上記特許文献等に記載されている復元処理を鍵情報を利用して行ない、不可視状態で記録されていた副情報を復元することにより、真偽判定が行なわれる。
詳しくは、まず、スキャナやカメラ等の入力デバイスを用いて、カードなどの記録物に記録された、色差情報として副情報を埋め込んだ合成画像情報をデジタル情報として読取る。次に、鍵情報の特定周波数の情報に応じた周波数成分を有するデジタルフィルタを合成画像情報に施すことにより、色差情報として埋め込まれた副情報を復元する。最後に、復元により得られた結果から真偽判定を行なう。
特開平9−248935号公報 特開2001−268346号公報
しかし、上記特許文献では、1種類の副情報を主画像情報に重畳する方法が開示されている。この方式では、副情報のサイズが主画像情報のサイズで規定されてしまい、副情報のサイズを大きくすることが困難である。また、副情報を1種類のみ重畳するため、記録物を調査すれば、副情報が入っていることに気づき、偽造や変造を招いてしまう。
このような問題を解決するため、R(赤),G(緑),B(青)の画像情報に第1の副情報を埋め込んだ後、プリンタのインクの色であるシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色に変換し、この4色の画像情報を使って第2の副情報を埋め込む方法が提案されている(特開2005−159438号公報参照)。
しかし、この方式では、ブラックインクが必要となり、ブラックインクがないプリンタでは使えない。また、2つの副情報が埋め込まれた画像を有する記録物から第2の副情報を復元する場合、一般的なスキャナやカメラなどには搭載されていない赤外光を照射する必要があり、復元装置が大掛かりなものになってしまう。
そこで、本発明は、2つ以上の色差格子パターンを利用して2つの副情報を主画像情報に重畳させることで、得られる記録物の偽変造耐性を向上させることができる画像処理装置および画像処理方法を提供することを目的とする。
本発明の画像処理装置は、カラー階調画像からなる主画像情報を入力する画像入力手段と、2値画像からなる第1の副情報により第1の色差格子パターンを変調する第1の変調手段と、この第1の変調手段により変調された第1の色差格子パターンを前記画像入力手段により入力された主画像情報に対し重畳する第1の重畳手段と、2値画像からなる第2の副情報により、前記第1の色差格子パターンとはパターンを構成する画素の数が異なり、かつ、互いに異なった補色関係である2色の色情報で構成されている第2の色差格子パターンを変調する第2の変調手段と、前記第1の重畳手段により第1の色差格子パターンを重畳した主画像情報に対し前記第2の変調手段により変調された第2の色差格子パターンを重畳することにより合成画像情報を作成する第2の重畳手段と、この第2の重畳手段により作成された合成画像情報を記録媒体に記録する記録手段とを具備している。
また、本発明の画像処理方法は、カラー階調画像からなる主画像情報を入力する画像入力工程と、2値画像からなる第1の副情報により第1の色差格子パターンを変調する第1の変調工程と、この第1の変調工程により変調された第1の色差格子パターンを前記画像入力工程により入力された主画像情報に対し重畳する第1の重畳工程と、2値画像からなる第2の副情報により、前記第1の色差格子パターンとはパターンを構成する画素の数が異なり、かつ、互いに異なった補色関係である2色の色情報で構成されている第2の色差格子パターンを変調する第2の変調工程と、前記第1の重畳工程により第1の色差格子パターンを重畳した主画像情報に対し前記第2の変調工程により変調された第2の色差格子パターンを重畳することにより合成画像情報を作成する第2の重畳工程と、この第2の重畳工程により作成された合成画像情報を記録媒体に記録する記録工程とを具備している。
本発明によれば、2つ以上の色差格子パターンを利用して2つの副情報を主画像情報に重畳させることで、得られる記録物の偽変造耐性を向上させることができる画像処理装置および画像処理方法を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る画像処理装置および画像処理方法が適用される画像処理システムの構成を概略的に示すものである。この画像処理システムは、大きく分けて画像入力手段としての画像入力装置11、記録手段としてのプリンタ12、各種処理を行なう計算機13、および、これら画像入力装置11、プリンタ12と計算機13とを通信可能に接続する双方向通信手段14,15によって構成されている。
画像入力装置11は、写真(印刷物)P1上の顔画像などの多階調画像をR(赤)、G(緑)、B(青)のデジタル画像として入力するもので、たとえば、デジタルカメラ、ビデオカメラやフラットベッドスキャナなどで構成されている。本実施の形態では、たとえば、スキャナを用いている。
プリンタ12は、多階調画像や文字などの2値画像を記録媒体に記録することで、IDカードなどの個人認証媒体として用いられる記録物P2を出力するものであり、本実施の形態では専用のプリンタとしている。
計算機13は、画像入力装置11によって入力された画像情報に対して、人間の肉眼で不可視状態で副情報を埋め込むことにより合成画像情報を作成する副情報埋め込み処理などを行なう画像処理手段としての画像処理部16を有している。
ここに、計算機13は、たとえば、パーソナルコンピュータ(以降、単にパソコンと略称する)であってもよいし、CPU、半導体メモリ、ハードディスク装置、画像キャプチャーボードなどから構成される専用のボードであってもよく、本実施の形態ではパソコンを用いている。
なお、本実施の形態における画像処理部16は、パソコンで動作するアプリケーションプログラムの一部によって構成されている。
双方向通信手段14,15は、たとえば、USBやSCSIなどの信号を双方向に通信できる手段であればなんでもよく、本実施の形態ではUSB2.0を用いている。
以下、このように構成された画像処理システムの全体的な処理動作について図2に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、画像入力装置11により顔画像などの多階調画像を入力する(ステップS1)。ここで、多階調画像は、たとえば、写真(印刷物)P1上のカラー顔画像とするが、これに限定されるものではない。入力された画像情報は、計算機13の画像処理部16に入力される。
画像処理部16は、入力された画像情報に対し第1の副情報を埋め込む第1副情報埋込処理を行なう(ステップS2)。次に、画像処理部16は、第1の副情報が埋め込まれた画像情報に対し第2の副情報を埋め込む第2副情報埋込処理を行なう(ステップS3)。こうして第1の副情報および第2の副情報が埋め込まれた画像情報はプリンタ12へ送られる。
プリンタ12は、第1の副情報および第2の副情報が埋め込まれた画像情報を記録媒体上に記録することにより記録物P2を得る(ステップS4)。ここで、ステップS2の第1の副情報埋込処理、ステップS3の第2の副情報埋込処理は、副情報を埋め込むべき対象が異なるだけで、埋め込みに関する処理は同じ内容となっている。
次に、画像処理部16において副情報を画像情報に埋め込むための埋め込み処理(ステップS2,S3の処理)について詳細に説明する。
図3は、画像処理部16内の要部構成を示しており、平滑処理部21、位相変調処理部22、色差変調処理部23、および、重畳処理部24を有していて、これらはパソコンで動作するアプリケーションプログラムの一部である。なお、当該埋め込み処理については、たとえば、特開平11−168616公報や特開2001−268346公報などに記述された電子透かし処理手法を適用することができる。
主画像情報(被埋め込み画像情報)25は、副情報26が重畳される画像情報であり、個人認証媒体では所有者の顔画像に相当する。これは、1画素当たり24ビット(R、G、B各8ビット)の情報を持っている。
副情報(埋め込み画像情報)26は、埋め込む情報を2値画像情報に変換したもので、個人認証媒体では例えば識別番号(ID番号)などに相当する。これは、1画素あたり1ビットの情報を持っている。
色差格子パターン27は、格子状のパターンであり、副情報26を復元する際の鍵情報として用いる。これは、1画素当たり1ビットの情報を持っている。
最初に、平滑化処理部21において、副情報26の黒画素を「1」、白画素を「0」として平滑化処理を行なう。ここでは、画像の横方向(x方向)に対して複数画素の領域を切り出して、重み平均を取る。
次に、位相変調処理部22において、平滑化処理部21における平滑化処理の結果を基に色差格子パターン27に対し位相変調を行なう。ここでは、2×2(黒あるいは白が交互に存在している)の画素パターンを90度右方向に回転させている。
次に、色差変調処理部23において、位相変調処理部22における位相変調結果を基に所定の色差量ΔCdを用いて色差変調処理を行なう。この場合、R(赤)、G(緑)、B(青)の3成分を別々に計算する。たとえば、色差格子パターン27が図4に示すような赤色リッチな画素2とシアン色リッチな画素3とが繰り返し配置された色差格子パターン1である場合、赤色リッチな画素2に対応する部分はRデータを+ΔCd、G,Bデータを−ΔCdとし、シアン色リッチな画素3に対応する部分はRデータを−ΔCd、G,Bデータを+ΔCdとする。
次に、重畳処理部24において、色差変調処理部23における色差変調処理結果と主画像情報25とから重畳処理を行なうことにより、合成画像情報28を作成する。詳しくは、色差変調処理結果のR,G,Bそれぞれの値を主画像情報25のR,G,Bそれぞれの値に足し合わせる。
以上説明した埋め込み処理を2回繰り返し行なうことにより、主画像情報25に対し2種類の副情報を重畳することが可能となる。2種類の副情報が重畳された合成画像情報28は、プリンタ12に送られて記録媒体上に記録され、記録物P2が得られる。
図5、図6は、本実施の形態に係る変調された第1の色差格子パターンの画素配列および第1の副情報を示している。図5の太い破線で囲む部分は第1の色差格子パターン4を示しているが、網点で示す画素4aと斜線で示す画素4bが5画素ずつ交互に並んだパターンとなっており、10画素×2ラインの構成になっている。後述する第2の色差格子パターン7は4画素×2画素であるが、第1の色差格子パターン4より細かくなっている。
人間の視覚特性は、解像度が低くなると識別できる画素間の階調差が少なくなっていくことが知られており、色差量もこの特性に応じた値にする必要がある。このため、解像度が荒い第1の色差量はなるべく小さくする必要ある。本実施の形態では、不可視状態で第1の副情報を埋め込めるようにするため、色差量ΔCdは「12」とした。
また、網点で示す画素4aと斜線で示す画素4bは互いに補色関係となっており、本実施の形態では網点で示す画素4aは赤色リッチ、斜線で示す画素4bは赤色の補色であるシアン色リッチとした。
また、後述する副情報の復元に用いる周波数フィルタの特性から第1の色差格子パターン4と第2の色差格子パターン7とでは、網点で示す画素4aと斜線で示す画素4bの画素数(第1の色差格子パターン4では「5」)の整数倍にはならない方が好ましい。整数倍になっていると、周波数領域における信号のピークがかち合う場合があるからである。本実施の形態のように、「2」と「5」など、偶数と奇数の組合わせが望ましい。
図5の色差格子パターン群5a,5bは、それ以外の色差格子パターン群と90度位相がずれた状態になっている。図6は第1の副情報6の一例であるが、黒色(斜線で示す)のセル6aと白色のセル6bからなる2値画像となっている。図5の色差格子パターン群5a,5bは、図6の黒のセル6aに対応した位置となっている。つまり、本実施の形態では、色差格子パターンの位相を変調することにより、第1の副情報6を主画像情報に重畳させている。
図7、図8は、本実施の形態に係る変調された第2の色差格子パターンの画素配列および第2の副情報を示している。図7の太い破線で囲む部分は第2の色差格子パターン7を示しているが、網点で示す画素7aと斜線で示す画素7bが2画素ずつ交互に並んだパターンとなっている。
前述の通り、第2の色差格子パターン7は第1の色差格子パターン4よりも細かくなっているため、色差量をより大きくすることが可能となっている。本実施の形態では、不可視状態で第2の副情報を埋め込めるようにするため、色差量ΔCdは「24」とした。
また、網点で示す画素7aと斜線で示す画素7bは互いに補色関係となっており、本実施の形態では網点で示す画素7aは青色リッチ、斜線で示す画素7bは青色の補色であるイエロー色リッチとし、第1の色差格子パターン4とは異なる補色関係にした。こうすることで、記録物から2つの副情報を復元する際に、分離がより容易になるという利点がある。
2種類の副情報を重畳した画像を記録した記録物から画像情報をスキャナなどで読取った場合、補色関係が赤色とシアン色であった第1の副情報は赤色の画像情報に強く入っているが、補色関係が青色とイエロー色であった第2の副情報は青色の画像情報に強く入っている。このため、第1の副情報を復元するときは赤色の画像情報を主に用い、第2の副情報を復元するときは青色の画像情報を主に用いることができる。
図7の色差格子パターン群8a,8bなどは、その隣の色差格子パターン群と90度位相がずれた状態になっている。図8は第2の副情報9の一例であるが、黒色のセル(斜線で示す)9aと白色のセル9bからなる2値画像となっている。図7の色差格子パターン群8a,8bは、図8の黒のセル9aに対応した位置となっている。つまり、本実施の形態では、色差格子パターンの位相を変調することにより、第2の副情報9も主画像情報に重畳させている。
図9は、作成された記録物P2の具体例を示している。記録物P2は、たとえば、個人認証用の顔画像30aおよび文字画像(個人管理情報等)30bが記録されたIDカードなどの個人認証媒体である。個人認証媒体は偽変造対策を施す必要があるため、顔画像30aには第1の色差格子パターン4を変調して第1の副情報(破線で示す星印)31が不可視状態で重畳されている。さらに、第2の色差格子パターン7を変調して第2の副情報(一点破線で示すハート形パターン)32が不可視状態で重畳されている。ここで、顔画像30aはカラー画像である。また、第1の副情報31である星印、および、第2の副情報32であるハート形パターンは、それぞれ2値画像である。
なお、上記例では、第1の副情報31および第2の副情報32が共に不可視状態で重畳される場合を示したが、いずれか一方が可視状態で重畳されてもよい。
図10は、上記したように作成された記録物P2の顔画像30aをスキャナなどの画像入力装置で読込み、その読取った画像情報を空間周波数領域に変換したときの信号を模式的に示している。横軸は画像横方向の空間周波数を示し、縦軸は画像縦方向の空間周波数を示している。点在する円形状の信号は、それぞれ第1の色差格子パターン4、第2の色差格子パターン7の信号であり、同図の通り、それぞれは分離できている。
第1の色差格子パターン4の信号に対応する周波数のバンドパスフィルタを読込み画像情報にかけてやることで、第1の副情報6のみを復元することが可能となる。また、第2の色差格子パターン7の信号に対応する周波数のバンドパスフィルタを読込み画像情報にかけてやることで、第2の副情報9を復元することが可能となる。
本実施の形態に係る記録物P2は、第1の副情報6および第2の副情報9の両方が復元された場合にのみ、真性である。いずれか一方の副情報だけ、あるいは両方の副情報が復元されない場合は、偽物ということになる。
以上説明したように、上記実施の形態によれば、主画像情報に対して別の付加的な副情報を重畳する際、2つ以上の色差格子パターンを利用して2つの副情報を主画像情報に重畳させることにより、得られる記録物の偽変造耐性を向上させることが可能となる。
本発明に係る画像処理装置および画像処理方法が適用される画像処理システムの構成を概略的に示すブロック図。 図1の画像処理システムの全体的な処理動作について説明するフローチャート。 図1における画像処理部内の要部構成を概略的に示すブロック図。 色差格子パターンの一例を示す模式図。 第1の色差格子パターンの画素配列を説明する模式図。 第1の副情報を説明する模式図。 第2の色差格子パターンの画素配列を説明する模式図。 第2の副情報を説明する模式図。 作成された記録物の具体例を示す模式図。 作成された記録物の顔画像を読取った画像情報の周波数信号を示す模式図。
符号の説明
4…第1の色差格子パターン、6…第1の副情報、7…第2の色差格子パターン、9…第2の副情報、11…画像入力装置(画像入力手段)、12…プリンタ(記録手段)、13…計算機、14,15…双方向通信手段、16…画像処理部(画像処理手段)、21…平滑処理部、22…位相変調処理部、23…色差変調処理部、24…重畳処理部、25…主画像情報、26…副情報、27…色差格子パターン。

Claims (2)

  1. カラー階調画像からなる主画像情報を入力する画像入力手段と、
    2値画像からなる第1の副情報により第1の色差格子パターンを変調する第1の変調手段と、
    この第1の変調手段により変調された第1の色差格子パターンを前記画像入力手段により入力された主画像情報に対し重畳する第1の重畳手段と、
    2値画像からなる第2の副情報により、前記第1の色差格子パターンとはパターンを構成する画素の数が異なり、かつ、互いに異なった補色関係である2色の色情報で構成されている第2の色差格子パターンを変調する第2の変調手段と、
    前記第1の重畳手段により第1の色差格子パターンを重畳した主画像情報に対し前記第2の変調手段により変調された第2の色差格子パターンを重畳することにより合成画像情報を作成する第2の重畳手段と、
    この第2の重畳手段により作成された合成画像情報を記録媒体に記録する記録手段と、
    を具備したことを特徴とする画像処理装置。
  2. カラー階調画像からなる主画像情報を入力する画像入力工程と、
    2値画像からなる第1の副情報により第1の色差格子パターンを変調する第1の変調工程と、
    この第1の変調工程により変調された第1の色差格子パターンを前記画像入力工程により入力された主画像情報に対し重畳する第1の重畳工程と、
    2値画像からなる第2の副情報により、前記第1の色差格子パターンとはパターンを構成する画素の数が異なり、かつ、互いに異なった補色関係である2色の色情報で構成されている第2の色差格子パターンを変調する第2の変調工程と、
    前記第1の重畳工程により第1の色差格子パターンを重畳した主画像情報に対し前記第2の変調工程により変調された第2の色差格子パターンを重畳することにより合成画像情報を作成する第2の重畳工程と、
    この第2の重畳工程により作成された合成画像情報を記録媒体に記録する記録工程と、
    を具備したことを特徴とする画像処理方法。
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