電子水印嵌入裝置及檢測裝置的製作方法

2023-09-22 11:26:00

專利名稱：電子水印嵌入裝置及檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過人類難以感覺的形式在圖像數據內嵌入信息、生成 印刷用的嵌入水印圖像數據的電子水印嵌入裝置，以及從通過嵌入水印 圖像數據的印刷物而獲得的掃描圖像中檢測所嵌入的信息的電子水印檢 測裝置。
背景技術：
電子水印是將著作權信息和印刷者的跟蹤信息嵌入圖像、音頻等的 電子數據中的技術。在電子水印技術中，通過從電子數據中檢測作為"水 印"而被嵌入的信息，可以確認作品的擅自複製或跟蹤公司內部信息的 洩漏。特別對於文本圖像那樣可以印刷的電子介質，需要不僅能從電子 數據上，還可以從所印刷的紙類介質上檢測信息。作為現有的對於文本圖像的電子水印技術，已知有通過改變英文字 母串的文字間隔來嵌入信息的方法(例如參照後述非專利文獻1)，還有放大、縮小或旋轉文字來嵌入信息的方法(例如參照後述非專利文獻2)。 而且作為把信息嵌入文本的背景中的方法，公開有將點圖案嵌入文本圖像的背景中的方法(例如參照後述專利文獻1和專利文獻2)。通過把特定的點圖案嵌入文本圖像的背景部分，即使在印刷文本上具有些許汙漬等情況下也能穩定地檢測信息。進而，作為將信息嵌入印刷文本的背景之外的方法，公開了如下的技術根據人類對於2值圖像的視覺特性來賦予改變的判斷基準及其優先順序，按照順序從優先順序高的像素開始進行改變，由此插入水印信息的技術(例如參照後述專利文獻3);以及提取出文本圖像的文字的特 徵點，將電子水印嵌入特徵點上的技術(例如參照後述專利文獻4)。 後述專利文獻5涉及對黑白2值文本圖像的水印信息嵌入方法，專 利文獻6涉及將2值圖像轉換為多值圖像來確定嵌入位置的數據嵌入方 法。而且後述的非專利文獻3表示出人類的視覺易於統一察覺相近的區 域、封閉的區域和連續的區域的情況。專利文獻1日本專利第3628312號專利文獻2日本特開2001-346032號公報專利文獻3日本特開2004-289783號公報專利文獻4日本特開2006-074166號公報專利文獻5日本特開2001-078006號公報專利文獻6日本特開2006-108994號公報非專利文獻1J.T.Brassil,S丄ow,N.RMaxemchuk，andL.O，Gorman， "Electronic marking and identification teclpiques to discourage document copying" ,Proc.正EE INFOCOM,94,vol.3,pp. 1278-1287， 199非專利文獻2中村康弘、松井甲子雄共著、「著作権保護。/^&(D和文印刷文書^O署名情報(D埋&込^」、情報処理學會第50回大會、 vol.3、 p.203-204、 1994年非專利文獻3澱川英二、東倉陽一、中根一成共著、「視聴覚O認知科學」、電子情報通信學會編、〕口於社、p.18-21、 1998年 上述現有的電子水印嵌入方法具有如下問題。在非專利文獻1和非專利文獻2那樣的嵌入方法中，僅可以向文本 中的文字嵌入信息，具有嵌入的信息量很大程度上依賴於文字數量的問 題。在專利文獻1和專利文獻2那樣的嵌入方法中，容易察覺到嵌入背 景中的點圖案，具有會被簡單識別出嵌入有信息的問題。在專利文獻3和專利文獻4那樣的嵌入方法中，由於重點將信息嵌 入圖形和文字的輪廓和邊緣，所以當重複多次印刷或複製時，輪廓部分 會變淡或模糊，因而具有丟失所嵌入信息的可能性較高的問題。發明內容本發明的課題在於，通過難以視覺判別所嵌入信息、並且即使在印 刷後進行了複製、切取等加工的情況下也能進行檢測的形式將信息嵌入 到圖像數據中，從該印刷物中穩定地檢測出信息。圖1是本發明的電子水印嵌入裝置的原理圖。圖1的電子水印嵌入 裝置具有檢測單元101和嵌入單元102，其將信息嵌入到圖像數據111中。檢測單元101從圖像數據111內的背景之外的區域中，檢測嵌入信息112或者檢測可以嵌入表示存在嵌入信息112的區域的位置的圖形圖 案113的圖形圖案區域。嵌入單元102將圖形圖案113嵌入到所檢測出 的圖形圖案區域中，生成嵌入水印圖像數據114。檢測單元101在圖像數據111內的存在文字、圖、照片、網點等的 區域即背景之外的區域中，檢測與圖形圖案113的形狀對應的圖形圖案 區域，並把該圖形圖案區域的信息通知給嵌入單元102。嵌入單元102把 圖形圖案113嵌入到所通知的圖形圖案區域中，由此生成嵌入了嵌入信 息112的嵌入水印圖像數據114。檢測單元101和嵌入單元102例如分別與後述的圖7的圖形圖案區 域檢測部705和信息嵌入處理部706對應。而且本發明的電子水印嵌入裝置具有圖形圖案檢測單元和信息檢測 單元，其檢測嵌入到嵌入水印圖像數據中的信息。圖形圖案檢測單元從嵌入水印圖像數據內的背景之外的區域中檢測 圖形圖案。信息檢測單元檢測所檢測出的圖形圖案表示的嵌入信息，或 者檢測位於所檢測出的圖形圖案表示的位置的區域所具有的嵌入信息。圖形圖案檢測單元檢測嵌入到嵌入水印圖像數據內的背景之外的區 域中的圖形圖案，將該圖形圖案的信息通知給信息檢測單元。信息檢測 單元從所通知的圖形圖案、或者從位於所通知的圖形圖案表示的位置的 區域中檢測所嵌入的信息。圖形圖案檢測單元和信息檢測單元例如分別與後述的圖19的圖形圖 案檢測部1904和信息檢測處理部1905對應。根據本發明可以獲得如下的優異效果。 (1)由於信息嵌入到圖像數據內的背景之外的區域，所以能以人類不易 察覺的形式嵌入信息。 (2) 如果將多種圖形圖案嵌入圖像數據中，則對所嵌入的信息的解讀會 變得更難。(3) 由於使用特定圖案表示圖形圖案，所以即使由於複製和印刷等在印刷物上產生變淡或模糊，也能穩定地檢測信息。(4) 如果在圖像數據中分散地嵌入信息，則即使在被切取了一部分圖像 數據的情況下，也能穩定地檢測信息。


圖1是本發明的電子水印嵌入裝置的原理圖。圖2是表示圖形圖案的圖。圖3是表示各種圖形圖案的圖。圖4是表示第1圖形圖案的保存方法的圖。圖5是表示第2圖形圖案的保存方法的圖。圖6是表示第1圖形圖案嵌入處理的圖。圖7是電子水印嵌入裝置的結構圖。圖8是表示4種圖形圖案的圖。圖9是圖形圖案區域檢測處理的流程圖。圖IO是表示圖案匹配的圖。圖11是第1信息嵌入處理的流程圖。圖12是表示3種嵌入方法的圖。圖13是表示第2圖形圖案嵌入處理的圖。圖14是第2信息嵌入處理的流程圖。圖15是表示信息嵌入位置的圖。圖16是信息嵌入位置的放大圖。圖17是表示影子的像素值的圖。圖18是表示信息嵌入處理的圖。圖19是電子水印檢測裝置的結構圖。圖20是圖形圖案檢測處理的流程圖。圖21是表示非線性濾波器處理的圖。
圖22是表示圖形圖案檢測處理的圖。圖23是第1信息檢測處理的流程圖。圖24是表示界線判定處理的圖。圖25是第1信息檢測處理的流程圖。圖26是表示影子的像素值的變動的圖。圖27是表示索貝爾(Sobd)濾波器的圖。圖28是信息處理裝置的結構圖。圖29是表示程序和數據的提供方法的圖。
具體實施方式
下面參照附圖詳細說明用於實施本發明的最佳方式。為了通過視覺上難以進行判別的形式來嵌入信息，需要考慮人類的 視覺特性。例如根據非專利文獻3可知，人類視覺易於統一察覺相近的 區域、封閉的區域和連續的區域。在專利文獻3的方法中，通過改變圖形和文字的輪廓和邊緣的像素， 來嵌入信息。此時通過將改變像素識別為圖形和文字的結合體、即圖形 和文字的一部分，可以嵌入人類難以察覺的信息。反之，如果改變了作為單色部分的背景部分的像素，則由於人類會 將改變像素識別為孤立點、即獨立的部分，因而非常不易通過人類難以 察覺的形式嵌入信息。因此，為了通過人類難以察覺的形式嵌入信息， 需要將信息嵌入圖像數據中存在文字、圖、照片、網點等的區域、即背 景之外的區域。但如上所述，當重複了多次複製時，由於形狀的歪曲和 輪廓部分變淡，而存在所嵌入的信息會消失的可能性。而且為了即使在印刷之後進行了複製、切取等的加工的情況下也能 檢測信息，需要如專利文獻1和專利文獻2的方法那樣將信息嵌入到圖 像數據整體中。此時為了使其具有對於複製或印刷的耐性，優選將信息 作為特定的點圖案嵌入，但僅單純嵌入點圖案會使得點圖案易於被發現， 視覺上會容易識別出來。於是在本實施方式的電子水印嵌入裝置中，通過將特定圖案嵌入圖 像數據中背景之外的區域(下面稱為前景)，以視覺難以判別且可以穩定 檢測的形式來嵌入信息。使用圖形圖案作為特定的圖案。具體而言，在圖像數據內分散配置圖形圖案，將信息嵌入圖形圖案 自身或者圖形圖案的附近區域。通過從這樣生成的嵌入水印圖案數據中 檢測圖形圖案，可以檢測出所嵌入的信息。首先說明用於信息嵌入的圖形圖案。圖形圖案是嵌入到圖像數據的 前景中的圖案，其具有可通過濾波器檢測的頻率、相位、振幅等信號的特徵。例如圖2中對基本圖案201和方向圖案202進行了合成的圖案203被用作圖形圖案。基本圖案201用於檢測可以在圖像數據內嵌入圖形圖案203的區域。 基本圖案201的像素值優選與背景的像素值差別較大。方向圖案202是由以一定周期改變了像素值的圖案構成的，其用於 圖形圖案203的檢測和嵌入信息的判別。如果方向圖案202的像素值如 果與背景的像素值不同，則也可以是與基本圖案201的像素值相同或相 近的值。例如設構成方向圖案202的1個正方形為1點，則對於圖形圖案203， 濾波器範圍是橫8點，通過應用檢測2個周期的波(頻率)的非線性濾 波器，可以檢測方向圖案202。一般情況下，如果通過具有頻率、相位、振幅等信號的特徵的圖案 構成方向圖案，則對圖形圖案的結構沒有限制。圖3表示圖2之外的圖形圖案的結構例。圖形圖案301是與圖形圖 案203反向連接圖2的方向圖案202而成的，圖形圖案302是在縱方向 上配置了基本圖案和方向圖案而成的，圖形圖案303是在斜方向上配置 了基本圖案和方向圖案而成的。另外，還可以如屈形圖案304那樣以直線之外的形式構成基本圖案。 圖形圖案305是從基本圖案中刪除了方向圖案306而作成的。這樣，方向圖案表示相對於基本圖案的規定方向(上下左右、斜方 向等)，通過對相同的基本圖案組合不同方向圖案，可以表示不同的信息。例如圖4所示，圖2的圖形圖案203作為2維矩陣401而保存於電 子水印嵌入裝置的存儲器中。2維矩陣401由表示基本圖案201的部分的 值"1"、表示並非基本圖案201的部分的值"0"、表示方向圖案202的 部分的值"a"和後述的表示不用於圖案匹配的部分的值"x"構成。並且如果用2維矩陣表現圖3的圖形圖案303，則如圖5所示。在2 維矩陣501中，不清楚值"x"所示部分在進行圖案匹配時是應該作為背 景還是應該作為前景。這樣地，在難以通過2維矩陣表現圖形圖案的情 況下，把不用於圖案匹配的部分定義為不關心部分。2維矩陣401和501的各要素既可以與圖像數據的1個像素對應，也 可以與多個像素對應。圖6表示這種嵌入了圖形圖案的圖像數據的例子。通過在圖像數據 601的文字的輪廓部分上嵌入圖形圖案301和302,可獲得圖像數據602。接著一邊參照圖7到圖18， 一邊說明使用了圖形圖案的電子水印嵌 入裝置的結構和動作。圖7表示電子水印嵌入裝置的結構例。電子水印嵌入裝置701具有 圖形圖案輸入部702、圖像數據輸入部703、嵌入信息輸入部704、圖形 圖案區域檢測部705、信息嵌入處理部706和圖像數據輸出部707。圖形圖案711被輸入到圖形圖案輸入部702，圖像數據712被輸入到 圖像數據輸入部703，嵌入信息713被輸入到嵌入信息輸入部704。在以下說明中，以圖像數據712的白像素區域為背景部分，黑像素 區域為前景部分為前提進行說明，但本發明不限於此。例如只要將彩色 圖像的亮度值較高的部分作為背景部分，將亮度值較低的部分作為前景 部分，則本發明也能應用於黑白圖像之外的圖像。圖形圖案輸入部702例如以圖4那樣的2維矩陣的形式保存所輸入 的圖形圖案711的信息。該情況下也可以將同時使用的多種圖形圖案輸 入給圖形圖案輸入部702。例如如果輸入了圖8所示的圖形圖案801 804， 則可以將4種圖形圖案嵌入到圖像數據712中。嵌入信息輸入部704將嵌入信息713作為水印信息714輸出給信息 嵌入處理部706。水印信息714是例如由邏輯"0"或者"1"表示的位串。 另一方面，嵌入信息713既可以是文本也可以是數值。
例如當嵌入信息713是英語文本時，嵌入信息輸入部704將嵌入信 息713中的文本轉換為與文本對應的ASCII (註冊商標)碼，作為水印信 息714輸出。另外，為了提高檢測精度，也可以追加使用了糾錯碼的碼位，生成 水印信息714。例如當使用將6位的漢明碼追加到57位的信息上的63位 的信息作為水印信息714時，可以對水印信息714糾正1位的位錯誤。圖像數據輸入部703將圖像數據712輸出給圖形圖案區域檢測部705 和信息嵌入處理部706，圖形圖案輸入部702將圖形圖案711的信息輸出 給圖形圖案區域檢測部705。圖形圖案區域檢測部705從圖像數據712中檢測可以嵌入圖形圖案 711的區域。信息嵌入處理部706使用圖像數據712、圖形圖案區域檢測 部705的處理結果、水印信息714來生成在圖像數據712中嵌入了表示 水印信息714的圖形圖案711的圖像數據。信息嵌入處理部706將生成的圖像數據輸出給圖像數據輸出部707， 圖像數據輸出部707輸出嵌入了水印信息714的嵌入水印圖像數據715。 嵌入水印圖像數據715既可以用印表機等印刷，也可以原樣保存為電子 數據。圖9是圖形圖案區域檢測部705進行的圖形圖案區域檢測處理的流 程圖。圖形圖案區域檢測部705首先從圖像數據712讀取匹配判定部分 (步驟901)。所讀取的匹配判定部分的大小根據所嵌入的圖形圖案的種 類而不同。然後進行圖案匹配處理(步驟902)，判定匹配判定部分與構成圖形 圖案711的基本圖案是否一致(步驟903)。在圖案匹配處理中，檢査基本圖案是否與圖像數據712的前景一致， 並非基本圖案的部分是否與圖像數據的背景一致。此時例如2維矩陣401 的"a"和"x"所示，對於方向圖案的部分和不用於圖案匹配的部分， 不進行圖案匹配處理。例如設圖形圖案203的2維矩陣401的各要素為1點，則首先從圖 像數據712中取出8x3的大小(橫8點、縱3點)的區域。然後重合所取出的區域與2維矩陣401，檢查是否滿足下列2個條件。(1) 圖像數據712的前景與2維矩陣401的"1"的部分整體重合。(2) 圖像數據712的背景與2維矩陣401的"0"的部分整體重合。 此處，設黑像素的像素值為"1"，白像素的像素值為"0"，如圖10所示，設圖像數據f上的點(i, j)的像素值為f (i， j)。然後設與aXb 的大小的基本圖案t上的點(k， 1)對應的矩陣要素為t (k， 1)，進行圖 案匹配處理。當2維矩陣401的情況下，為『8、 b=l。此時如果下式的 值為O，則在點(i， j)上滿足上述(1)的條件。苦￡述(2)的條件中，通過使用2維矩陣401的"0"的部分來代 替基本圖案t，可以進行檢查。如果滿足了 (1)和(2)這雙方的條件，則看作匹配判定部分與基 本圖案一致，將點(i， j)的坐標保存在存儲器中(步驟904)。通過對圖 像數據712整體進行這種處理，能檢測出可以嵌入圖形圖案711的多個 圖形圖案區域。之後，信息嵌入處理部706使用圖形圖案711本身來嵌入水印信息 714，或者將水印信息714嵌入圖形圖案711的附近區域。圖11是使用圖形圖案本身來進行嵌入信息處理的流程圖。信息嵌入 處理部706首先將圖像數據712的整體或者一部分分割為多個嵌入區域 (步驟1101)。各嵌入區域例如是mXn的大小(橫m點、縱n點、m和 n是自然數)的矩形區域。其中，嵌入區域的大小需要大於圖形圖案711。接著，判定與嵌入到各嵌入區域中的與水印信息714對應的圖形圖 案711 (步驟1102)。如果1個嵌入區域內存在多個圖形圖案區域，則可 以在該數量範圍內嵌入1個以上的圖形圖案711。並且，既可以根據水印 信息714來單獨使用1種圖形圖案711，也可以組合使用多種圖形圖案 711。例如，根據水印信息714的位串來如下組合圖8的4種圖形圖案 801~804進行使用。 (a)例如起始位那樣的特定位置的位是"1"的情況下，嵌入圖形圖案801和圖形圖案804。(b) 特定位置的位是"0"的情況下，嵌入圖形圖案802和圖形圖案803。(c) 特定位置以外的位置的位是"1"的情況下，嵌入圖形圖案801和 圖形圖案803。(d) 特定位置以外的位置的位是"0"的情況下，嵌入圖形圖案802和 圖形圖案804。此時可以根據嵌入到各嵌入區域中的2種圖形圖案的組合來同時進 行水印信息714的1位判定和水印信息714的位置判定。其中，對不存 在能夠嵌入2種圖形圖案的區域的嵌入區域，僅嵌入1種圖形圖案。如圖12所示，水印信息714中以1位或者幾位作為信息單位的信息 串連續地嵌入到與信息串對應的多個嵌入區域。作為嵌入從開始起用號 碼0~3表示的水印信息串1201的例子，圖12表示出3種方法。在區域1202中，在行方向連續嵌入有水印信息串1201，在區域1203 中，作為2X2的大小的2維矩陣嵌入有水印信息串1201，在區域1204 中，錯開嵌入有該2維矩陣。優選作為參數而在嵌入之前事前設定使用 何種嵌入方法。然後，在各嵌入區域內，將與水印信息714對應的方向圖案插入由 圖形圖案區域檢測部705所檢測出的圖形圖案區域(步驟1103)。由此將 1種或者多種圖形圖案711嵌入各嵌入區域內。圖13表示將信息串"1101"分割成4個嵌入區域而嵌入到圖像數據 1301的情況下的嵌入水印圖像數據715的例子。在嵌入區域1302中，嵌 入有與起始位"l"對應的2種圖形圖案801和804，在嵌入區域1303中， 嵌入有與位"l"對應的l種圖形圖案801。而且在嵌入區域1304中，嵌 入有與位"0"對應的1種圖形圖案804，在嵌入區域1305中，嵌入有與 位"l"對應的1種圖形圖案803。圖14是不同於圖II的信息嵌入處理的、將信息嵌入到圖形圖案的 附近區域中的處理的流程圖。此時，通過在圖像數據712所含的前景邊 緣部分上加入影子，能夠嵌入信息，能夠作為表示嵌入位置的標誌而
信息嵌入處理部706首先確定嵌入信息的嵌入區域(步驟1401)。此 處，根據能夠嵌入到由圖形圖案區域檢測部705所檢測的圖形圖案區域 中的圖形圖案711的方向圖案來確定嵌入區域。如果方向圖案的形狀事 先與存在嵌入區域的方向相對應，則嵌入區域既可以相對於基本圖案存在於與方向圖案相同的方向上，也可以相對於基本圖案存在於與方向圖 案不同的方向上。只要接近於所嵌入的圖形圖案，則該嵌入區域的形成可以為任意形 狀，但需要大於嵌入信息。例如將嵌入區域設定為在圖形圖案711的上 下左右的某個方向上相鄰的mXn的大小的矩形區域。此時如果水印信息 714是S位(S是自然數)，則mXn大於等於S。然後，計算嵌入區域的特徵量(步驟1402)。嵌入區域的特徵量被計 算為在圖像數據712內相鄰的像素之間不同的、輪廓的邊緣部分的附近 像素數。因此特徵量可以通過圖像數據712與將圖像數據712移動了幾 個像素的圖像數據的差值來計算。例如將黑像素的像素值定義為"1"、將白像素的像素值定義為"0"、 將圖像數據712的橫方向定義為x軸、將縱方向定義為y軸、將橫方向 第x個點、縱方向第y個點的像素值定義為f (x， y) (x和y是大於等於 O的整數)。然後比較f (x， y)和向右(x軸的正方向)移動了i點、向 下(y軸的正方向)移動了 j點的像素值f (x+i， y+j) (i和j是整數)， 將滿足下面的(2)式或者(3)式的部分的像素數作為特徵量。f (x， y) -O並且f (x+i， y+j) =1... (2a)f (x， y) =1並且f (x+i， y+j) =0.., (2b)並且為了對邊緣部分加入影子，增加或者減少前景的像素數。增加 像素數的情況下，對滿足(2a)式的x、 y設定為f (x， y) =1，減少像 素數的情況下，對滿足(2b)式的x、 y設定為f (x， y) =0。通過這樣 改變所增減的像素的像素值，可以將信息嵌入到邊緣部分。圖15表示設i=-l、 j=0的情況下進行增減的像素。如果減少圖像數 據1501的前景的像素數，則相當於圖像數據1502的黑像素的部分減少; 如果增加圖像數據1501的前景的像素數，則相當於圖像數據1503的黑
像素的部分增加。放大了圖像數據1502和圖像數據1503的一部分後，成為圖16所示 那樣。在圖像數據1502的前景部分1601中，像素1611-1613成為嵌入 有信息的位置；在圖像數據1503的前景部分1602中，像素1621~1623 成為嵌入有信息的位置。接著，在步驟S1401中所確定的嵌入區域中插入所對應的圖形圖案 711的方向圖案(步驟1403)。此處，如果與不同的圖形圖案711對應的 多個嵌入區域重合，則優先對上述特徵量最多的嵌入區域插入方向圖案。然後，通過改變所增減的像素的像素值來將信息嵌入插入有方向圖 案的嵌入區域(步驟1404)。此時既可以同樣地將水印信息714嵌入到所 有嵌入區域中，也可以按照圖形圖案711的種類分割水印信息714進行 嵌入。例如具有4種用於嵌入的圖形圖案711的情況下，可以將把水印信 息714分割為4個的信息，嵌入到與各圖形圖案711對應的嵌入區域中。此處，嵌入信息，使得增減後的像素被觀察為前景的影子。該影子 是通過作為白與黑的中間的像素值來表現的。可以在各嵌入區域中，通 過在橫方向或者縱方向上排列水印信息串，或者在該雙方的方向上排列 水印信息串，來嵌入信息。例如，作為影子的像素值，使用圖17的像素值1701 1703，使意味 著水印信息串的開始的信息與像素值1702 (0.5)對應，使位"1"和"0" 分別與像素值1701 (0.25)和像素值1703 (0.75)對應起來。圖18表示將水印信息串"1101"在嵌入區域的橫向上嵌入到圖像數 據1801中的結果。在所獲得的圖像數據1802的區域1803中，在圖形圖 案804的右側確保了嵌入區域，生成影子的像素1811-1815。在該例子中，減少前景的像素數來賦予影子，但為了使圖像數據712 整體的前景或者背景的像素值不會發生較大變動，優選使前景的像素數 相對於多個嵌入區域隨機增減。而且，當輸出嵌入有信息的嵌入水印圖像數據715時，雖然也可以 在圖像數據輸出部707中通過抖動來對影子的像素進行2值化，但需要 改變影子的濃度，以使抖動之後的像素的圖案不與方向圖案的周期一致。下面一邊參照圖19到圖27， 一邊說明從嵌入水印圖像數據中檢測所嵌入的信息的電子水印檢測裝置的結構與動作。圖19表示電子水印檢測裝置的結構例。電子水印檢測裝置1901具 有圖像數據輸入部]902、圖形圖案輸入部1903、圖形圖案檢測部1904、 信息撿測處理部1905和信息輸出部1906。此處，設想為從由掃描儀裝置讀取嵌入水印的印刷物後得到的嵌入 水印圖像數據1911中檢測信息的情況，但除此之外也可以輸入保存為電 子數據的圖7的嵌入水印圖像數據715來作為嵌入水印圖像數據1911。首先，將嵌入水印圖像數據1911輸入給圖像數據輸入部1902，同時 將圖形圖案1912輸入給圖形圖案輸入部1903。作為圖形圖案1912，可 以輸入與輸入給電子水印嵌入裝置701的圖形圖案711相同的圖形圖案。 所輸入的嵌入水印圖像數據1911和圖形圖案1912被發送給圖形圖案檢 測部1904。然後，圖形圖案檢測部1904從嵌入水印圖像數據1911中檢測嵌入 有圖形圖案1912的部位；信息檢測處理部1905從圖形圖案檢測部1904 的檢測結果中檢測所嵌入的水印信息1913。而且信息輸出部1906將水印信息1913轉換為嵌入信息1914進行輸 出。當水印信息1913中包含糾錯碼時，通過由信息輸出部1709進行錯 誤位的糾正處理，提高檢測精度。這樣，從信息輸出部1906輸出的嵌入 信息1914作為嵌入到嵌入水印圖像數據1911中的信息而被保存。圖20是圖形圖案檢測部1904進行的圖形圖案檢測處理的流程圖。 圖形圖案檢測部1904首先在嵌入水印圖像數據1911中應用非線性濾波 器，由此檢測所希望的圖形圖案1912的方向圖案(步驟2001)。作為非線性濾波器，只要能檢測出方向圖案的頻率、相位、振幅等 信號的特徵，就可以使用任意濾波器。例如可以使用設第n個圖案的像 素值(0 255)為x (n) (n=0， 1， ...N-l)，由下式表示的1維付裡葉變 換來作為非線性濾波器。X(/t)-4^X(").r'2腐…(3)
圖21表示將(3)式的1維付裡葉變換應用在方向圖案2101上的結 果。由於方向圖案2101是由橫方向排列的8點像素構成的，因而N-8。 在該例子中，對於k-O， 1， 2，…，7用圖表表示X (k)的振幅IX (k) I，由於方向圖案2101為周期2的波(頻率)，所以可知付裡葉變換後k-2 和k-6的振幅較大。根據付裡葉變換的性質，k-O時振幅始終較大。這樣，通過從嵌入水印圖像數據1911中取出與方向圖案2101的大 小對應的區域，對該區域進行付裡葉變換，通過發現與方向圖案的周期 對應的k>0的振幅大於規定閾值的區域，可以檢測方向圖案。而且如果 僅對嵌入水印圖像數據1911的前景區域應用非線性濾波器，則可以高速 進行處理。例如對圖22的嵌入水印圖像數據2201應用非線性濾波器，則檢測 出圖像數據2202所示的方向圖案。然後，對於所檢測出的方向圖案的周圍進行使用了圖形圖案整體的 圖案匹配處理(步驟2002)。一般僅檢測方向圖案是無法判別是否嵌入有希望嵌入在該區域中的 圖形圖案1912的。例如將圖8的圖形圖案801和圖形圖案802嵌入到嵌 入水印圖像數據1911中的情況下，僅檢測方向圖案是無法判別為哪個圖 形圖案的。嵌入了圖形圖案803和圖形圖案804的情況也相同。於是，通過對方向圖案周圍進行使用了圖形圖案整體的圖案匹配處 理，如圖22的圖像數據2203所示，可以判別所嵌入的圖形圖案1912。 所判別的圖形圖案1912的種類記錄在存儲器中(步驟2003)。這樣，通過關注分散配置於嵌入水印圖像數據1911內的圖形圖案 1912的方向圖案來進行檢測處理，即使在被切取了圖像的一部分的情況 下或者由於印刷或複製而使輪廓部分變淡、模糊的情況下也能檢測圖形 圖案1912。如上所述，由於可以考慮2種方法作為水印信息1913的嵌入方法， 所以根據所採用的嵌入方法，檢測方法也變得不同。信息檢測處理部1905 從圖形圖案1912本身檢測水印信息1913，或者從圖形圖案1912的附近 區域檢測水印信息1913。 圖23是從圖形圖案本身檢測信息的處理的流程圖。信息檢測處理部1905首先從所檢測的圖形圖案1912中進行嵌入區域的界線判定(步驟 2301)。如上所述，各嵌入區域為mXn的大小的矩形區域。例如通過嵌入到 該嵌入區域中的圖形圖案1912的種類來判定1位時，從嵌入水印圖像數 據1911內取出AmXBn的大小的矩形區域R(A和B是任意的自然數)。 然後在橫m點、縱n點的範圍內使該矩形區域R分別錯開1點，計算下 式的值。Z》C(/t,/)-D(/t,/)1…(4)當豔矩形區域R分割為具有mXn大小的AXB個矩形區域時，C(k，l) 表示在從左起第k個且從上起第1個矩形區域r (k,l)中，與位"1"對 應的圖形圖案1912的數量。並且D (k,l)表示該矩形區域內與位"0" 對應的圖形圖案1912的數量。如果矩形區域R與嵌入區域的界線一致，則在各矩形區域r (k，l)內 僅包含與位"1"或者"0"中的某個對應的圖形圖案1912，因而(4)式 的值最大。與此相對，如果矩形區域R從嵌入區域的界線彼此錯開，則 在各矩形區域r (k,l)內混合存在有與位"1"或者"0"對應的圖形圖案 1912，因而(4)式的值變小。於是將(4)式的值最大的部位判定為矩 形區域的界線。例如，在將圖24的矩形區域2401分割為2X2個的矩形區域來作為 矩形區域R的情況下，A=B=2，使矩形區域2401在上下左右上錯開，同 時計算(4)式的值。然後，檢測水印信息的開始位置(步驟2302)。水印信息的開始位置 是根據嵌入到各嵌入區域的圖形圖案1912的種類進行判別的。例如按照 上述(a) ~ (d)組合圖8的4種圖形圖案801 804來嵌入信息的情況下， 在各嵌入區域中計算下式的值。I (圖形圖案801的數量)-(圖形圖案802的數量)-(圖形圖案 803的數量)+ (圖形圖案804的數量)l…(5)水印信息串中的起始位置這種對應於特定位置的(5)式的值相比其 他位置較大，因而可以通過(5)式來確定水印信息的開始位置。當從嵌入區域僅檢測出1種圖形圖案1912時、或者根本沒有檢測出圖形圖案1912時，也可以對與相同水印信息串對應的多個嵌入區域中的 圖形圖案1912的數量進行相加，來計算(5)式。例如，在圖12的區域1202的情況下，從與水印信息串1201的信息 "0"、 "1"、 "2"和"3"對應的所有嵌入區域中計算出圖形圖案801-804 的種類和數量。由於通過上述(a) ~ (d)的組合來指定包含於各嵌入區域中的信息 的位置，因而如果能檢測出特定位置的圖形圖案，則可以確定包含於各 嵌入區域中的信息的序號。然後，根據嵌入到各嵌入區域中的圖形圖案1912的種類來判定水印 信息1913。在水印信息1913的判定中，也可以從嵌入有相同信息的所有 嵌入區域中計算出圖形圖案1912的種類和數量，進行少數服從多數的判 定。或者還可以判定在1維方向或者2維方向上連續的水印信息。在上述例子中，對水印信息串的特定位置計算下式的值，如果該值 大於0則判定為位"1 "，如果小於0則判定為位"0"。(圖形圖案801的數量)-(圖形圖案802的數量)-(圖形圖案 803的數量)+ (圖形圖案804的數量)...(6)而且對特定位置之外的位置計算下式的值，如果該值大於0則判定 為位"1 "，如果小於0則判定為位"0"。(圖形圖案801的數量)-(圖形圖案802的數量)+ (圖形圖案803 的數量)-(圖形圖案804的數量)...(7)圖25是從圖形圖案的附近區域檢測信息的處理的流程圖。此時，信 息檢測處理部1905首先根據所檢測的圖形圖案1912的方向圖案提取嵌 入區域(步驟2501)，計算所提取的各嵌入區域的特徵量(步驟2502)。 計算邊緣部分的像素值作為嵌入區域的特徵量。然後根據所獲得的特徵 量來判定水印信息1914 (步驟2503)。例如根據所有的嵌入區域計算信 息，使用少數服從多數的判定來判定水印信息1914。通過圖14的步驟S1404的處理，將信息作為影子嵌入到圖形圖案 1912的附近像素中，但有可能由於印刷或複製等而使影子部分變淡或是 模糊。圖21表示在嵌入水印圖像數據1911中嵌入有信息的邊緣部分的線 和像素值的關係。橫軸表示嵌入水印圖像數據1911內的橫方向或者縱方 向的像素列，縱軸表示各像素的像素值。其中，作為影子被嵌入的像素 值2601可能由於印刷或複製等如像素值2602那樣發生變化。於是在步驟2503中計算與影子部分相鄰的前景部分的像素值的梯度 和與影子部分相鄰的背景部分的像素值的梯度的差，來判定所嵌入的信 息。例如對於關注像素的附近像素，通過應用圖27所示的橫方向索貝爾 (Sobd)濾波器2701和縱方向索貝爾濾波器2702來求出像素值的梯度。如果設關注像素的坐標為(i， j)、點(i， j)的像素值為f (i， j)， 則橫方向索貝爾濾波器2701的輸出Gx和縱方向索貝爾濾波器2702的輸 出Gy分別如下式。Gx=f j-l) +2f (i-l， j) +f (i-l， j+l) -f (i+l， j-l) -2f (i+l， j) -f (i+l， j+l) ... (8)Gy=f (i-l， j-l) +2f (i， j-l) +f (i+l， j-l)畫f (i-1， j+l) -2f (i， j+l) -f (i+l， j+l) ... (9)使用Gx和Gy通過下式計算出梯度的大小G。G=|Gx|+jGy|... (10)例如當使用圖17所示的影子的像素值考慮從白像素變化到黑像素時 的梯度，則下面的不等式成立。(白一黑的梯度的大小) > (白一像素值1703的梯度的大小)〉(白 —像素值1702的梯度的大小)〉(白一像素值1701的梯度的大小)...(ll) 因而，由於可以通過梯度大小判定影子的種類，所以能判別信息。 另外，圖7的電子水印嵌入裝置701和圖19的電子水印檢測裝置1901 是例如使用圖28所示的信息處理裝置(計算機)構成的。圖28的信息 處理裝置具有CPU (中央處理裝置)2801、存儲器2802、輸入裝置2803、 輸出裝置2804、外部存儲裝置2805、介質驅動裝置2806和網絡連接裝 置28Q7，它們通過總線2808而彼此連接在一起。
存儲器2802例如包含ROM(read only memory)、RAM(random access memory)等，保存用於處理的程序和數據。CPU 2801通過使用存儲器 2802來執行程序，由此進行上述處理。此時，圖7的圖形圖案輸入部702、圖像數據輸入部703、嵌入信息 輸入部704、圖形圖案區域檢測部705、信息嵌入處理部706和圖像數據 輸出部707以及圖19的圖像數據輸入部1902、圖形圖案輸入部1903、 圖形圖案檢測部1904、信息檢測處理部l卯5和信息輸出部1906與保存 在存儲器2802中的程序對應。輸入裝置2803例如為鍵盤、指示設備等，其用於輸入來自操作者的 指示和信息。輸出裝置2804例如為顯示器、印表機、揚聲器等，其用於 輸出對操作者的詢問和處理結果。外部存儲裝置2805例如為磁碟裝置、光碟裝置、光磁碟裝置、磁帶 裝置等。信息處理裝置將程序和數據保存在該外部存儲裝置2805中，根 據需要將它們加載到存儲器2802中進行使用。介質驅動裝置2806驅動可移動記錄介質2809，訪問其記錄內容。可 移動記錄介質2809是存儲卡、軟盤、光碟、光磁碟等任意的計算機可讀 取的記錄介質。操作者事先將程序和數據保存在該可移動記錄介質2809 中，根據需要將它們加載到存儲器2802中進行使用。網絡連接裝置2807與LAN (local area network)等通信網絡連接， 進行伴隨通信的數據轉換。而且信息處理裝置根據需要從外部裝置經由 網絡連接裝置2807接收程序和數據，將它們加載到存儲器2802中進行 使用。圖29表示將程序和數據提供給圖28的信息處理裝置的方法。保存 在可移動記錄介質2809和伺服器2卯1的資料庫2911中的程序和數據被 加載到信息處理裝置2902的存儲器2802中。伺服器2901生成傳播該程 序和數據的傳播信號，通過通信網絡上任意的傳送介質將其發送給信息 處理裝置2902。 CPU 2801使用該數據執行該程序，進行上述處理。(附記1) 一種電子水印嵌入裝置，該電子水印嵌入裝置將信息嵌入 到圖像數據中，其特徵在於，該電子水印嵌入裝置具有
檢測單元，其從上述圖像數據內的背景之外的區域中，檢測嵌入信 息或者可以嵌入圖形圖案的圖形圖案區域，所述圖形圖案表示存在嵌入信息的區域的位置；以及嵌入單元，其將上述圖形圖案嵌入到所檢測出的圖形圖案區域中， 生成嵌入水印圖像數據。(附記2) —種把信息嵌入到圖像數據中的計算機用的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理從上述圖像數據內的背景之外的區域中，檢測嵌入信息或者可以嵌 入圖形圖案的圖形圖案區域，所述圖形圖案表示存在嵌入信息的區域的 位置，將上述圖形圖案嵌入到所檢測出的圖形圖案區域中，生成嵌入水印 圖像數據。(附記3)根據附記2所述的程序，其特徵在於，上述圖形圖案具有 可通過濾波器檢測出來的信號特徵。(附記4)根據附記2或3所述的程序，其特徵在於，上述圖形圖案 包含基本圖案、和表示相對於該基本圖案的規定方向的方向圖案。(附記5)根據附記2或3或4所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理通過對構成上述圖形圖案的基本圖案與上述 背景之外的區域進行圖案匹配，來檢測上述圖形圖案區域。(附記6)根據附記2或3或4或5所述的程序，其特徵在於，該程 序使上述計算機執行如下處理將上述圖像數據分割為多個嵌入區域， 對應於上述嵌入信息，將多種圖形圖案中的任意一個嵌入到各嵌入區域 所包含的圖形圖案區域中。(附記7)根據附記2或3或4或5所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理將上述嵌入信息嵌入到所嵌入的圖形圖 案的附近區域中。(附記8)根據附記7所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理在上述圖形圖案的附近區域具有多個不同的像素值，通過生成表示上述嵌入信息的多個像素，來嵌入上述嵌入信息。(附記9)一種檢測嵌入到嵌入水印圖像數據中的信息的計算機用的 程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理從上述嵌入水印圖像數據內的背景之外區域中檢測圖形圖案， 對所檢測出的圖形圖案表示的嵌入信息進行檢測，或者對位於所檢 測出的圖形圖案表示的位置上的區域所存在的嵌入信息進行檢測。(附記IO)根據附記9所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計 算機執行如下處理通過使用濾波器檢測上述圖形圖案具有的信號特徵， 來檢測該圖形圖案。(附記11)根據附記9或IO所述的程序，其特徵在於，該程序使上 述計算機執行如下處理檢測表示相對於上述圖形圖案所含的基本圖案 的規定方向的方向圖案，通過對包含該基本圖案和該方向圖案的該圖形 圖案與所檢測出的方向圖案的周圍區域進行圖案匹配，來檢測該圖形圖 案。(附記12)根據附記9或10或11所述的程序，其特徵在於，該程 序使上述計算機執行如下處理判定上述嵌入水印圖像數據內的多個嵌 入區域的界線，從所檢測到的多個圖形圖案內的屬於各嵌入區域的圖形 圖案的種類之中，檢測該圖形圖案表示的嵌入信息。(附記13)根據附記9或10或11所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理從位於上述所檢測出的圖形圖案表示的 位置上的區域內的多個像素中提取像素值，使用所提取出的像素值來檢 測上述嵌入信息。
權利要求
1.一種電子水印嵌入裝置，該電子水印嵌入裝置將信息嵌入到圖像數據中，其特徵在於，該電子水印嵌入裝置具有檢測單元，其從上述圖像數據內的背景之外的區域中，檢測嵌入信息或者可以嵌入圖形圖案的圖形圖案區域，所述圖形圖案表示存在嵌入信息的區域的位置；以及嵌入單元，其將上述圖形圖案嵌入到所檢測出的圖形圖案區域中，生成嵌入水印圖像數據。
2. —種把信息嵌入到圖像數據中的計算機用的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理從上述圖像數據內的背景之外的區域中，檢測嵌入信息或者可以嵌 入圖形圖案的圖形圖案區域，所述圖形圖案表示存在嵌入信息的區域的 位置，將上述圖形圖案嵌入到所檢測出的圖形圖案區域中，生成嵌入水印 圖像數據。
3. 根據權利要求2所述的程序，其特徵在於，上述圖形圖案具有可 通過濾波器檢測出來的信號特徵。
4. 根據權利要求2或3所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計 算機執行如下處理通過對構成上述圖形圖案的基本圖案與上述背景之 外的區域進行圖案匹配，來檢測上述圖形圖案區域。
5. 根據權利要求2或3或4所述的程序，其特徵在於，該程序使上 述計算機執行如下處理將上述圖像數據分割為多個嵌入區域，對應於 上述嵌入信息，將多種圖形圖案中的任意一個嵌入到各嵌入區域所包含 的圖形圖案區域中。
6. 根據權利要求2或3或4所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理將上述嵌入信息嵌入到所嵌入的圖形圖案的附 近區域中。
7. —種檢測嵌入到嵌入水印圖像數據中的信息的計算機用的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理從上述嵌入水印圖像數據內的背景之外區域中檢測圖形圖案， 對所檢測出的圖形圖案表示的嵌入信息進行檢測，或者對位於所檢測出的圖形圖案表示的位置上的區域所存在的嵌入信息進行檢測。
8. 根據權利要求7所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機 執行如下處理通過使用濾波器檢測上述圖形圖案具有的信號特徵，來 檢測該圖形圖案。
9. 根據權利要求7或8所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理判定上述嵌入水印圖像數據內的多個嵌入區域的界 線，從所檢測到的多個圖形圖案內的屬於各嵌入區域的圖形圖案的種類 之中，檢測該圖形圖案表示的嵌入信息。
10. 根據權利要求7或8所述的程序，其特徵在於，該程序使上述計算機執行如下處理從位於上述所檢測出的圖形圖案表示的位置上的區 域內的多個像素中提取像素值，使用所提取出的像素值來檢測上述嵌入{曰息。
全文摘要
本發明提供一種電子水印嵌入裝置及檢測裝置，本發明的課題在於，通過難以視覺判別所嵌入的信息、並且即使在印刷後進行了複製、切取等加工的情況下也能進行檢測的形式，將信息嵌入到圖像數據中，並從該印刷物中穩定地檢測出信息。作為解決手段，檢測單元(101)從圖像數據(111)內的背景之外的區域中，檢測嵌入信息(112)或者檢測可以嵌入表示存在嵌入信息(112)的區域的位置的圖形圖案(113)的圖形圖案區域。嵌入單元(102)將圖形圖案(113)嵌入到所檢測出的圖形圖案區域中，生成嵌入水印圖像數據(114)。
文檔編號H04N1/00GK101155239SQ200710161700
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月28日 優先權日2006年9月28日
發明者倉木健介, 阿南泰三, 高橋潤 申請人:富士通株式會社