JP2005150815A - 透かし情報埋め込み装置，透かし情報検出装置，透かし情報埋め込み方法，透かし情報検出方法，および印刷物 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純な線や点で情報を表現することにより情報記録密度を飛躍的に向上させることの可能な透かし情報埋め込み装置を提供する。
【解決手段】 電子透かし技術により画像に情報を埋め込む透かし情報埋め込み装置であって，画像に埋め込む埋め込み情報の符号化を行う符号化部１１と，符号化された埋め込み情報の各シンボルに対するパターンの割り当てを行うパターン割り当て部１２と，埋め込み情報に対応するパターンを画像に規則的に配置する透かし入り画像合成部１３とを備え，各シンボルごとに，所定の空間的周期を持つ１または２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする。単純な線や点で情報を表現することにより情報記録密度を飛躍的に向上させることが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は，電子透かし技術により画像に情報を埋め込む透かし情報埋め込み装置／方法と，電子透かし技術により画像に埋め込まれた埋め込み情報を検出する透かし情報検出装置／方法に関するものである。

画像や文書データなどにコピー・偽造防止のための情報や機密情報を人の目には見えない形で埋め込む「電子透かし」は，保存やデータの受け渡しがすべて電子媒体上で行われることを前提としており，透かしによって埋め込まれている情報の劣化や消失がないため確実に情報検出を行うことができる。これと同様に，紙媒体に印刷された文書に対しても，文書が不正に改ざんされたりコピーされることを防ぐために，文字以外の視覚的に目障りではない形式でかつ容易に改ざんが不可能であるような秘密情報を印刷文書に埋め込む方法が必要となっている。

上記のような秘密情報を印刷文書に埋め込む画期的な方法として，特開２００３−１０１７６２号公報に開示された技術がある。同文献に示された技術では，情報の埋め込みと抽出にガボールフィルタを使用する。ガボールフィルタを使用したこれら発明では，広い範囲に対して複数のドットで波を表現するため，薄い地紋濃度で情報を記録することができ，視覚上目立ちにくいという長所がある。

特開２００３−１０１７６２号公報

ところで，特開２００３−１０１７６２号公報に開示された電子透かしでは，ガボールフィルタによって信号を検出しやすいようなパターンを使用している。このため，濃度が薄く情報が消失しやすい問題や，一つ一つのパターンのサイズが大きいことに起因する情報量の制限があった。すなわち，地紙濃度が薄いため，印刷時のかすれやＬＥＤプリンタなどのドット径が小さいプリンタから出力した場合などに，電子透かし情報を読み出せない場合がある。また，ドットパターンで波を表現しているため，１ビットの情報を埋め込むのに要する面積が広く，情報密度が制限される欠点がある。また，埋め込める情報量が少ないために，強いエラー訂正符号や信号同期方式を使用しにくく，結果的に媒体上のシワや汚れに弱い場合があった。

本発明は，従来の透かし情報埋め込み／検出技術が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の主な目的は，単純な線や点で情報を表現することにより情報記録密度を飛躍的に向上させることの可能な，新規かつ改良された透かし情報埋め込み装置，透かし情報検出装置，透かし情報埋め込み方法，透かし情報検出方法，および印刷物を提供することである。

上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，電子透かし技術により画像に情報を埋め込む透かし情報埋め込み装置が提供される。本発明の透かし情報埋め込み装置は，画像に埋め込む埋め込み情報の符号化を行う符号化部（１１）と，符号化された埋め込み情報の各シンボルに対するパターンの割り当てを行うパターン割り当て部（１２）と，埋め込み情報に対応するパターンを画像に規則的に配置する配置部（１３）と，を備え，各シンボルごとに，所定の空間的周期を持つ１または２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする（請求項１）。ここで，パターンは，一定の周波数と方向を持つ複数画素からなるパターンとすることができる（請求項２）。

本発明の透かし情報埋め込み装置において，以下のような応用が可能である。

パターンとシンボルとの対応関係は，例えば，以下のように定めることができる。
パターンは，周波数成分の強い方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項３）。また，パターンは，互いに直交する周波数を持つエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項４）。また，パターンは，特定の周波数の水平と垂直のエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項５）。また，各シンボルごとに，近い周波数と方向を持つ２以上のパターンが割り当てられるようにしてもよい（請求項６）。

配置部は，パターンの配置時に，画像上の画素と該パターンの画素とを画素単位で比較し，該パターンを配置するか否かを画素単位で切り替えるようにしてもよい（請求項７）。この場合，比較は，画素の値で行うことができる（請求項８）。また，比較は，画像上の画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素か，および，パターンの画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素かを判断することによって行うこともできる（請求項９）。

配置部は，画像上の画素が背景を構成する画素の場合にのみパターンを配置するようにしてもよい（請求項１０）。

パターンは，隣接するパターンと，パターンが接するパターンとすることができる（請求項１１）。

また，以下のような構成要素を付加してもよい。
任意のデータを画像に変換する画像化部を備えるようにしてもよい（請求項１２）。任意のデータとは，例えば，文書，図表，絵画，地図，写真などのデータである。また，埋め込み情報が埋め込まれた画像を，印刷可能な媒体に印刷する印刷部（１４）を備えるようにしてもよい（請求項１３）。

上記課題を解決するため，本発明の第２の観点によれば，電子透かし技術により画像に埋め込まれた埋め込み情報を検出する透かし情報検出装置が提供される。本発明の透かし情報検出装置は，画像に配置された，埋め込み情報に対応するパターンを検出する検出部（３２）を備え，パターンは，上記本発明の第１の観点にかかる透かし情報埋め込み装置によって画像に配置されたパターンであることを特徴とする（請求項１４）。

本発明の透かし情報検出装置において，以下のような応用が可能である。

パターンは，例えば，非可逆フィルタや拡大縮小処理，あるいは，印刷やスキャン等によって，埋め込み時よりも劣化したパターンであってもよい（請求項１５）。

検出部は，検出したパターンから，該パターンに対応するシンボルを決定し，該シンボルを結合することで，埋め込み情報を復元することができる（請求項１６）。

検出部は，画像中の微小領域に対するフィルタ処理を，画像中の微小領域よりも大きな領域に対して走査しながらフィルタ処理を行うようにしてもよい（請求項１７）。

走査したフィルタ処理結果から，パターンが記録されている単位でフィルタ出力値のピーク値を探索し，パターン位置を特定するようにしてもよい（請求項１８）。

検出部は，フィルタの出力値の正負によって，パターンを特定するようにしてもよい（請求項１９）。

検出部は，逆相のパターンに対する反応を低減するフィルタを使用するようにしてもよい（請求項２０）。

検出部は，パターンの周波数が低下しても正しく信号検出可能なフィルタを使用するようにしてもよい（請求項２１）。

検出部は，エッジ検出時のサンプル値の一部に，周囲のある一定範囲の画素の濃度，輝度，彩度，または色度の最高値または最低値を使用するフィルタを使用するようにしてもよい（請求項２２）。

上記課題を解決するため，本発明の第３の観点によれば，電子透かし技術により画像に情報を埋め込む透かし情報埋め込み方法が提供される。本発明の透かし情報埋め込み方法は，画像に埋め込む埋め込み情報の符号化を行う符号化工程（ステップＳ１０２）と，符号化された埋め込み情報の各シンボルに対するパターンの割り当てを行うパターン割り当て工程（ステップＳ１０３）と，埋め込み情報に対応するパターンを画像に規則的に配置する配置工程（ステップＳ１０４）と，を含み，各シンボルごとに，所定の空間的周期を持つ１または２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする（請求項２３）。ここで，パターンは，一定の周波数と方向を持つ複数画素からなるパターンとすることができる（請求項２４）。

上記本発明の透かし情報埋め込み方法において，以下のような応用が可能である。

パターンとシンボルとの対応関係は，例えば，以下のように定めることができる。
パターンは，周波数成分の強い方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項２５）。また，パターンは，互いに直交する周波数を持つエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項２６）。また，パターンは，特定の周波数の水平と垂直のエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項２７）。また，各シンボルごとに，近い周波数と方向を持つ２以上のパターンが割り当てられるようにしてもよい（請求項２８）。

配置工程において，パターンの配置時に，画像上の画素と該パターンの画素とを画素単位で比較し，該パターンを配置するか否かを画素単位で切り替えるようにしてもよい（請求項２９）。この場合，比較は，画素の値で行うことができる（請求項３０）。また，比較は，画像上の画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素か，および，パターンの画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素かを判断することによって行うこともできる（請求項３１）。

配置工程において，画像上の画素が背景を構成する画素の場合にのみパターンを配置するようにしてもよい（請求項３２）

パターンは，隣接するパターンと，パターンが接するパターンとすることができる（請求項３３）。

また，以下のような工程をさらに含むしてもよい。
任意のデータを画像に変換する画像化工程を含むようにしてもよい（請求項３４）。任意のデータとは，例えば，文書，図表，絵画，地図，写真などのデータである。また，埋め込み情報が埋め込まれた画像を，印刷可能な媒体に印刷する印刷工程を含むようにしてもよい（請求項３５）。

上記課題を解決するため，本発明の第４の観点によれば，電子透かし技術により画像に埋め込まれた埋め込み情報を検出する透かし情報検出方法が提供される。本発明の透かし情報検出方法は，画像に配置された，埋め込み情報に対応するパターンを検出する検出工程を含み，パターンは，上記本発明の第３の観点にかかる透かし情報埋め込み方法によって画像に配置されたパターンであることを特徴とする（請求項３６）。

本発明の透かし情報検出方法において，以下のような応用が可能である。

パターンは，例えば，非可逆フィルタや拡大縮小処理，あるいは，印刷やスキャン等によって，埋め込み時よりも劣化したパターンであってもよい（請求項３７）。

検出工程において，検出したパターンから，該パターンに対応するシンボルを決定し，該シンボルを結合することで，埋め込み情報を復元することができる（請求項３８）。

検出工程において，画像中の微小領域に対するフィルタ処理を，画像中の微小領域よりも大きな領域に対して走査しながらフィルタ処理を行うようにしてもよい（請求項３９）。

走査したフィルタ処理結果から，パターンが記録されている単位でフィルタ出力値のピーク値を探索し，パターン位置を特定するようにしてもよい（請求項４０）。

検出工程において，フィルタの出力値の正負によって，パターンを特定するようにしてもよい（請求項４１）。

検出工程において，逆相のパターンに対する反応を低減するフィルタを使用するようにしてもよい（請求項４２）。

検出工程において，パターンの周波数が低下しても正しく信号検出可能なフィルタを使用するようにしてもよい（請求項４３）。

検出工程において，エッジ検出時のサンプル値の一部に，周囲のある一定範囲の画素の濃度，輝度，彩度，または色度の最高値または最低値を使用するフィルタを使用するようにしてもよい（請求項４４）。

上記課題を解決するため，本発明の第５の観点によれば，電子透かし技術により画像に情報を埋め込んで出力された印刷物が提供される。本発明の印刷物は，画像に埋め込む埋め込み情報を符号化した各シンボルに対し，各シンボルごとに割り当てられた所定の空間的周期を持つ１または２以上のパターンのいずれかが割り当てられており，埋め込み情報に対応するパターンが画像に規則的に配置されたことを特徴とする（請求項４５）。ここで，パターンは，一定の周波数と方向を持つ複数画素からなるパターンとすることができる（請求項４６）。

パターンとシンボルとの対応関係は，例えば，以下のように定めることができる。
パターンは，周波数成分の強い方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項４７）。また，パターンは，互いに直交する周波数を持つエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項４８）。また，パターンは，特定の周波数の水平と垂直のエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めることができる（請求項４９）。また，各シンボルごとに，近い周波数と方向を持つ２以上のパターンが割り当てられるようにしてもよい（請求項５０）。

パターンの配置時に，画像上の画素と該パターンの画素とを画素単位で比較し，該パターンを配置するか否かを画素単位で切り替えるようにしてもよい（請求項５１）。この場合，比較は，画素の値で行うことができる（請求項５２）。また，比較は，画像上の画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素か，および，パターンの画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素かを判断することによって行うこともできる（請求項５３）。

配置工程において，画像上の画素が背景を構成する画素の場合にのみパターンを配置するようにしてもよい（請求項５４）

パターンは，隣接するパターンと，パターンが接するパターンとすることができる（請求項５５）。

なお上記において，構成要素に付随して括弧書きで記した参照符号およびステップは，理解を容易にするため，後述の実施形態および図面における対応する構成要素および信号を一例として記したに過ぎず，本発明がこれに限定されるものではない。

以上のように本発明によれば，単純な線や点で情報を表現することにより情報記録密度を飛躍的に向上させることが可能である。

以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる透かし情報埋め込み装置，透かし情報検出装置，透かし情報埋め込み方法，透かし情報検出方法，および印刷物の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は，本実施の形態にかかる透かし情報埋め込み装置及び透かし情報検出装置の構成を示す説明図である。

（透かし情報埋め込み装置１０）
透かし情報埋め込み装置１０は，画像データと画像に埋め込む情報とをもとに透かし入り画像を合成し，紙媒体に印刷を行う装置である。透かし情報埋め込み装置１０は，図１に示したように，符号化部１１と，パターン割り当て部１２と，透かし入り文書合成部１３と，出力デバイス１４とにより構成されている。透かし情報埋め込み装置１０には，画像データ１５と画像に埋め込む埋め込み情報１６とが入力される。

画像データ１５は，透かし情報埋め込み装置１０の画像入力端子（図示せず）から入力される。画像データ１５としては，文書，図表，絵画，地図，写真などの任意のデータ，あるいはこれらを任意に組み合わせたデータを画像化したものである。画像化は，スキャナで読み取る方法や，ワードプロセッサで出力した文書等を印刷イメージなどのように画像化したものを用いることができる。なお，本実施の形態では，白い紙面に黒のインク（単色）で印刷を行うことを前提として説明するが，本発明はこれに限定されず，カラー（多色）で印刷を行う場合であっても，同様に本発明を適用可能である。一方，埋め込み情報１６は紙媒体に文字以外の形式で埋め込む情報（文字列や画像，音声データ）などである。

符号化部１１は，埋め込み情報１６のデータの符号化処理を行う。また，パターン割り当て部１２は，符号化された各シンボルに対する透かし信号（パターン）の割り当て処理を行う。すなわち，埋め込み情報１６をディジタル化して数値に変換したものをＮ元符号化（Ｎは２以上）し，各シンボルをあらかじめ用意した透かし信号に割り当てる。本実施の形態の透かし信号は，任意の大きさの矩形領域中にドットを配列することにより任意の方向と波長を持つ波を表現し，波の方向や波長に対してシンボルを割り当てたものである。かかる透かし信号を，以下「信号ユニット」という。信号ユニットの詳細については，さらに後述する。

透かし入り文書合成部１３は，埋め込み情報を表現するパターンを，画像入力端子から入力された画像上に直接描画する。本実施の形態の透かし入り文書合成部１３は，このようにして，透かし入りの文書画像を作成する。また，出力デバイス１４は，プリンタなどの出力装置であり，透かし入り文書画像を紙媒体に印刷する。したがって，符号化部１１，パターン割り当て部１２，透かし入り文書合成部１３はプリンタドライバの中の一つの機能として実現されていてもよい。

（印刷物２０）
印刷物２０は，元の画像データ１５に対して埋め込み情報１６を埋め込んで印刷された紙やカードなどであり，物理的に保管・管理される。

（透かし情報検出装置３０）
透かし情報検出装置３０は，紙媒体に印刷されている文書を画像として取り込み，埋め込まれている埋め込み情報１６を復元する装置である。透かし情報検出装置３０は，図１に示したように，入力デバイス３１と，透かし検出部３２とにより構成されている。

入力デバイス３１は，スキャナなどの入力装置であり，印刷物２０を多値階調のグレイ画像として計算機に取り込む。入力される画像は，電子透かし埋め込み装置１０が出力した画像そのものであってもよいし，ＪＰＥＧ等の非可逆圧縮によって劣化した画像，デジタルフィルタなどにより縮小された画像，印刷され撮影／スキャンされた画像などでもよい。

透かし検出部３２は，入力デバイス３１で取り込まれた画像の全体または一部に対してフィルタリング処理を行うことで，画像上に描画されている信号ユニットを検出し，埋め込み情報１６の抽出を行う。

本実施の形態にかかる透かし情報埋め込み装置１０及び透かし情報検出装置３０は，以上のように構成されている。次いで，透かし情報埋め込み装置１０及び透かし情報検出装置３０の動作について説明する。まず，図２のフローチャートなどを参照しながら，透かし情報埋め込み装置１０の動作について説明する。

（ステップＳ１０１）
まず，透かし画像埋め込み装置１０に画像データ１５および埋め込み情報１６が入力される（ステップＳ１０１）。上述のように，文書データ１５はフォント情報やレイアウト情報を含むデータであり，ワープロソフト等で作成されるものとする。文書データ１５は，例えば白黒の二値データであり，画像上で白い画素（値が１の画素）は背景であり，黒い画素（値が０の画素）は文字領域（インクが塗布される領域）であるものとする。一方，機密情報１６は文字，音声，画像などの各種データである。

（ステップＳ１０２）
次いで，埋め込み情報１６をＮ元符号に変換する（ステップＳ１０２）。Ｎは任意であるが，本実施の形態では説明を容易にするためＮ＝２とする。従って，ステップＳ１０２で生成される符号は２元符号であり，０と１のビット列で表現されるものとする。このステップＳ１０２では埋め込み情報１６をそのまま符号化してもよいし，埋め込み情報１６を暗号化したものを符号化してもよい。

（ステップＳ１０３）
次いで，符号化された各シンボルに対して信号ユニットを割り当てる（ステップＳ１０３）。本実施の形態の透かし信号は，ドット（黒画素）の配列によって任意の波長と方向を持つ波を表現したものである。

ステップＳ１０３において，各シンボルに対して割り当てる信号ユニットについて説明する。図３は信号ユニットの一例を示す説明図である。

信号ユニットの幅と高さをそれぞれＳｗ，Ｓｈとする。ＳｗとＳｈは異なっていても良いが，本実施の形態では説明を容易にするためＳｗ＝Ｓｈとする。長さの単位は画素数であり，図３の例ではＳｗ＝Ｓｈ＝１２である。これらの信号が紙面に印刷されたときの大きさは，透かし画像の解像度に依存しており，例えば透かし画像が６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ：解像度の単位であり，１インチ当たりのドット数）の画像であるとしたならば，図３の信号ユニットの幅と高さは，印刷物上で１２／６００＝０．０２（インチ）となる。

以下，幅と高さがＳｗ，Ｓｈの矩形を１つの信号の単位として「信号ユニット」と称する。図３（１）は，ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（３）（ａｒｃｔａｎはｔａｎの逆関数）の方向に密であり，波の伝搬方向はａｒｃｔａｎ（−１／３）である。以下，この信号ユニットをユニットＡと称する。図３（２）はドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（−３）の方向に密であり，波の伝搬方向はａｒｃｔａｎ（１／３）である。以下，この信号ユニットをユニットＢと称する。

図４は，図３（１）の画素値の変化をａｒｃｔａｎ（１／３）の方向から見た断面図である。図４において，ドットが配列されている部分が波の最小値の腹（振幅が最大となる点）となり，ドットが配列されていない部分は波の最大値の腹となっている。

また，ドットが密に配列されている領域はそれぞれ１ユニットの中に２つ存在するため，この例では１ユニットあたりの周波数は２となる。波の伝播方向はドットが密に配列されている方向に垂直となるため，ユニットＡの波は水平方向に対してａｒｃｔａｎ（−１／３），ユニットＢの波はａｒｃｔａｎ（１／３）となる。なお，ａｒｃｔａｎ（ａ）の方向とａｃｒｔａｎ（ｂ）の方向が垂直のとき，ａ×ｂ＝−１である。

本実施の形態では，ユニットＡで表現される信号ユニットにシンボル０を割り当て，ユニットＢで表現される信号ユニットにシンボル１を割り当てる。また，これらをシンボルユニットと称する。

信号ユニットには図３（１），（２）で示されるもの以外にも，例えば図５（３）〜（５）で示されるようなドット配列が考えられる。
図５（３）は，ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（１／３）の方向に密であり，波の伝搬方向はａｒｃｔａｎ（−３）である。以下，この信号ユニットをユニットＣと称する。
図５（４）は，ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（−１／３）の方向に密であり，波の伝搬方向はａｒｃｔａｎ（３）である。以下，この信号ユニットをユニットＤと称する。
図５（５）は，ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（１）の方向に密であり，波の伝搬方向はａｒｃｔａｎ（−１）である。なお，図５（５）は，ドット間の距離が水平軸に対してａｒｃｔａｎ（−１）の方向に密であり，波の伝搬方向はａｒｃｔａｎ（１）であると考えることもできる。以下，この信号ユニットをユニットＥと称する。

このようにして，先に割り当てた組み合わせ以外にも，シンボル０とシンボル１を割り当てるユニットの組合わせのパターンが複数考えられるため，どの信号ユニットがどのシンボルに割り当てられているかを秘密にして第三者（不正者）が埋め込まれた信号を簡単に解読できないようにすることもできる。

さらに，図２に示したステップＳ１０３で，埋め込み情報１６を４元符号で符号化した場合には，例えば，ユニットＡにシンボル０を，ユニットＢにシンボル１を，ユニットＣにシンボル２を，ユニットＤにシンボル３を割り当てることも可能である。

図３，図５に示した信号ユニットの一例においては，１ユニット中のドットの数をすべて等しくしているため，これらのユニットを隙間なく並べることにより，透かし画像の見かけの濃淡が均一となる。したがって印刷された紙面上では，単一の濃度を持つグレー画像が背景として埋め込まれているように見える。

このような効果を出すために，例えば，ユニットＥを背景ユニット（シンボルが割り当てられていない信号ユニット）と定義し，これを隙間なく並べて透かし画像の背景とし，シンボルユニット（ユニットＡ，ユニットＢ）を透かし画像に埋め込む場合は，埋め込もうとする位置の背景ユニット（ユニットＥ）とシンボルユニット（ユニットＡ，ユニットＢ）とを入れ替える。

図６（１）はユニットＥを背景ユニットと定義し，これを隙間なく並べて透かし画像の背景とした場合を示す説明図である。図６（２）は図６（１）の背景画像の中にユニットＡを埋め込んだ一例を示し，図６（３）は図６（１）の背景画像の中にユニットＢを埋め込んだ一例を示している。本実施の形態では，背景ユニットを透かし画像の背景とする方法について説明するが，シンボルユニットのみを配置することによって透かし画像を生成しても良い。

次いで，透かし画像へ信号ユニットを埋め込む方法について，図７を参照しながら説明する。

図７は，透かし画像への信号ユニットの埋め込み方法の一例を示す説明図である。ここでは，例として「０１０１」というビット列を埋め込む場合について説明する。

図７（１），（２）に示すように，同じシンボルユニットを繰り返し埋め込む。これは文書中の文字が埋め込んだシンボルユニットの上に重なった場合，信号検出時に検出されなくなることを防ぐためであり，シンボルユニットの繰り返し数と配置のパターン（以下，ユニットパターンと称する。）は任意である。

すなわち，ユニットパターンの一例として，図７（１）のように繰り返し数を４（１つのユニットパターン中に４つのシンボルユニットが存在する）にしたり，図７（２）のように繰り返し数を２（１つのユニットパターン中に２つのシンボルユニットが存在する）にしたりすることができ，あるいは，繰り返し数を１（１つのユニットパターン中には１つのシンボルユニットだけが存在する）としてもよい。

また，図７（１），（２）は１つのシンボルユニットに対して１つのシンボルが与えられているが，図７（３）のようにシンボルユニットの配置パターンに対してシンボルを与えても良い。

１ページ分の透かし画像の中に何ビットの情報量を埋め込むことができるかは，信号ユニットの大きさ，ユニットパターンの大きさ，文書画像の大きさに依存する。文書画像の水平方向と垂直方向にいくつの信号を埋め込んだかは，既知として信号検出を行っても良いし，入力装置から入力された画像の大きさと信号ユニットの大きさから逆算しても良い。

１ページ分の透かし画像の水平方向にＰｗ個，垂直方向にＰｈ個のユニットパターンが埋め込めるとすると，画像中の任意の位置のユニットパターンをＵ（ｘ，ｙ），ｘ＝１〜Ｐｗ，ｙ＝１〜Ｐｈと表現し，Ｕ（ｘ，ｙ）を「ユニットパターン行列」と称することにする。また，１ページに埋め込むことができるビット数を「埋め込みビット数」と称する。埋め込みビット数はＰｗ×Ｐｈである。

図８は，埋め込み情報１６を透かし画像に埋め込む方法について示した流れ図である。
ここでは１枚（１ページ分）の透かし画像に，同じ情報を繰り返し埋め込む場合について説明する。同じ情報を繰り返し埋め込むことにより，透かし画像と文書画像を重ね合わせたときに１つのユニットパターン全体が塗りつぶされるなどして埋め込み情報が消失するような場合でも，埋め込んだ情報を取り出すことを可能とするためである。

まず，埋め込み情報１６をＮ元符号に変換する（ステップＳ２０１）。図２のステップＳ１０２と同様である。以下では，符号化されたデータをデータ符号と称し，ユニットパターンの組合わせによりデータ符号を表現したものをデータ符号ユニットＤｕと称する。

次いで，データ符号の符号長（ここではビット数）と埋め込みビット数から，１枚の画像にデータ符号ユニットを何度繰り返し埋め込むことができるかを計算する（ステップＳ２０２）。本実施の形態ではデータ符号の符号長データをユニットパターン行列の第１行に挿入するものとする。データ符号の符号長を固定長として符号長データは透かし画像には埋め込まないようにしても良い。

データ符号ユニットを埋め込む回数Ｄｎは，データ符号長をＣｎとして以下の式で計算される。

ここで剰余をＲｎ（Ｒｎ＝Ｃｎ−（Ｐｗ×（Ｐｈ−１）））とすると，ユニットパターン行列にはＤｎ回のデータ符号ユニットおよびデータ符号の先頭Ｒｎビット分に相当するユニットパターンを埋め込むことになる。ただし，剰余部分のＲｎビットは必ずしも埋め込まなくても良い。

図９の説明では，ユニットパターン行列のサイズを９×１１（１１行９列），データ符号長を１２（図中で０〜１１の番号がついたものがデータ符号の各シンボルを表わす）とする。

次いで，ユニットパターン行列の第１行目に符号長データを埋め込む（ステップＳ２０３）。図９の例では符号長を９ビットのデータで表現して１度だけ埋め込んでいる例を説明しているが，ユニットパターン行列の幅Ｐｗが十分大きい場合，データ符号と同様に符号長データを繰り返し埋め込むこともできる。

さらに，ユニットパターン行列の第２行以降に，データ符号ユニットを繰り返し埋め込む（ステップＳ２０４）。図９で示すようにデータ符号のＭＳＢ（ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ）またはＬＳＢ（ｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ）から順に行方向に埋め込む。図９の例ではデータ符号ユニットを７回，およびデータ符号の先頭６ビットを埋め込んでいる例を示している。

データの埋め込み方法は図９のように行方向に連続になるように埋め込んでも良いし，列方向に連続になるように埋め込んでも良い。

以上，パターン割り当て部１２における，透かし信号の割り当て（ステップＳ１０３）について説明した。次いで，再び図２などを参照しながら，ステップＳ１０４以降について説明する。

（ステップＳ１０４）
透かし入り文書画像合成部１３では，画像データ１５と，パターン割り当て部１２で割り当てられた透かし信号を重ね合わせる（ステップＳ１０４）。透かし入り文書画像の各画素の値は，画像データ１５が２値画像の場合，文書画像と透かし画像の対応する画素値の論理積演算（ＡＮＤ）によって計算する。すなわち，文書画像と透かし画像のどちらかが０（黒）であれば，透かし入り文書画像の画素値は０（黒），それ以外は１（白）となる。

一方，画像データ１５が３値以上の多値データの場合，以下のように処理を行う。

（カラーパターンの描画方法）
入力された画像は，文書や図等の背景を構成する背景色と，文子や線，図などの構成する前景色を持つ。また，信号ユニットも，信号を表現する前景色と，背景となる背景色を持つ。透かし入り画像合成部１３にて画像上に描画する場合は，図１０に示したように，信号ユニットの背景色を透過色として扱い，信号ユニットの背景色の部分は，画像そのものの色を出力画像上に残してよい。また，入力画像上の前景色と信号ユニットの前景色が重なる部分は入力画像の前景色を優先して出力画像上に残してよい。また，入力画像上の背景色と信号ユニットの前景色が重なった場合は，信号ユニットの前景色を出力画像上に残してよい。また，輝度成分のみを合成してもよいし，他の色成分を重畳して表現してもよい。

以上の方法により，入力画像と信号ユニットとが重ね合わさった透かし入り画像が生成できる。図１１は，透かし入り文書画像の一例を示す説明図である。図１２は，図１１の一部を拡大して示した説明図である。ここで，ユニットパターンは図７（１）のパターンを用いている。

（ステップＳ１０５）
以上のように生成された透かし入り文書画像は，出力デバイス１４により出力される（ステップＳ１０５）。

以上，透かし情報埋め込み装置１０の動作について説明した。
次いで，図１，及び，図１２〜図２０を参照しながら，透かし情報検出装置３０の動作について説明する。

（透かし検出部３２）
図１３は，透かし検出部３２の処理の流れを示す流れ図である。
まず，スキャナなどの入力デバイス３１によって印刷物２０を計算機のメモリ等に入力する（ステップＳ３０１）。この入力デバイス３１によって読み込まれた画像を入力画像と称する。入力画像は多値画像であり，以下では２５６階調のグレイ画像として説明する。また入力画像の解像度（入力デバイス３１で読み込むときの解像度）は，上記透かし情報埋め込み装置１０と異なっていても良いが，ここでは同じ解像度であるとして説明する。また，入力画像は回転や伸縮などの補正が行われているものとする。

次いで，入力画像の大きさと信号ユニットの大きさから，ユニットパターンがいくつ埋め込まれているかを計算する（ステップＳ３０２）。例えば入力画像の大きさがＷ（幅）×Ｈ（高さ）であるとして，信号ユニットの大きさをＳｗ×Ｓｈ，ユニットパターンはＵｗ×Ｕｈ個のユニットから構成されるとすると，入力画像中に埋め込まれているユニットパターンの数（Ｎ＝Ｐｗ×Ｐｈ）は以下のように計算される。

ただし，透かし情報埋め込み装置１０と透かし情報検出装置３０で解像度が異なる場合には，それらの解像度の比によって入力画像中の信号ユニットの大きさを正規化した後，上記の計算を行う。

次いで，ステップＳ３０２で計算したユニットパターン数をもとに入力画像に対してユニットパターンの区切り位置を設定する（ステップＳ３０３）。図１４は入力画像（図１４（１））と，ユニットパターンの区切り位置を設定した後の入力画像（図１４（２））の一例を示している。

次いで，ユニットパターンの区切りごとにシンボルユニットの検出を行い，ユニットパターン行列を復元する（ステップＳ３０４）。以下に，信号検出の詳細を説明する。

図１５は，入力画像中における，図３（１）に示したユニットＡに対応する領域の一例を示した説明図である。図３では信号ユニットは二値画像であるが，ここでは多値画像である。二値画像を印刷した場合，インクのにじみなどが原因で濃淡が連続的に変化するため，図１５のようにドットの周囲が白と黒の中間色になる。したがって図１５を波の伝播方向と平行な方向から見た断面図は図１６のようになる。図４が矩形波であるのに対し，図１６は滑らかな波となる。

また，実際には紙の厚さの局所的な変化や，印刷文書の汚れ，出力デバイスや画像入力デバイスの不安定性などの要因により，入力画像中には多くの雑音成分が付加されることになるが，ここでは雑音成分のない場合について説明する。しかしながら，ここで説明する方法を用いれば，雑音成分が付加された画像に対しても安定した信号検出を行うことができる。

以下では入力画像から信号ユニットを検出するために，波の周波数と方向，および影響範囲を同時に定義できる二次元ウェーブレットフィルタを用いる。以下では，二次元ウェーブレットフィルタの一つであるガボールフィルタを用いる例を示すが，ガボールフィルタと同様な性質を持つフィルタであれば，必ずしもガボールフィルタである必要はなく，さらには信号ユニットと同じドットパターンを持つテンプレートを定義してパターンマッチングを行うなどの方法でも良い。

以下にガボールフィルタＧ（ｘ，ｙ），ｘ＝０〜ｇｗ−１，ｙ＝０〜ｇｈ−１を示す。ｇｗ，ｇｈはフィルタのサイズであり，ここでは上記透かし情報埋め込み装置１０で埋め込んだ信号ユニットと同じ大きさである。

信号検出には透かし画像に埋め込んだシンボルユニットと周波数，波の方向，および大きさが等しいガボールフィルタを，埋め込んだ信号ユニットの種類と同じ数だけ用意する。ここでは図３のユニットＡとユニットＢに対応するガボールフィルタをフィルタＡ，フィルタＢと称する。

入力画像中の任意の位置でのフィルタ出力値はフィルタと画像間のコンボリューションにより計算する。ガボールフィルタの場合は実数フィルタと虚数フィルタ（虚数フィルタは実数フィルタと半波長分位相がずれたフィルタ）が存在するため，それらの２乗平均値をフィルタ出力値とする。例えば，フィルタＡの実数フィルタと画像間のコンボリューションがＲｃ，虚数フィルタとのコンボリューションがＩｃであったとすると，出力値Ｆ（Ａ）は以下の式で計算する。

図１７は，ステップＳ３０３によって区切られたユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）中に埋め込まれているシンボルユニットがユニットＡであるかユニットＢであるかを判定する方法について説明する説明図である。

ユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に対するシンボル判定ステップを以下のように行う。
（１）フィルタＡの位置を移動しながら，ユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）中のすべての位置についてＦ（Ａ）を計算した結果の最大値をユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に対するフィルタＡの出力値とし，これをＦｕ（Ａ，ｘ，ｙ）とする。
（２）ユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に対するフィルタＢの出力値を（１）と同様に計算し，これをＦｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）とする。
（３）Ｆｕ（Ａ，ｘ，ｙ）とＦｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）を比較し，Ｆｕ（Ａ，ｘ，ｙ）≧Ｆｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）であればユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＡであると判定し，Ｆｕ（Ａ，ｘ，ｙ）＜Ｆｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）であればユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＢであると判定する。

（１），（２）において，フィルタを移動するステップ幅は任意であり，ユニットパターン上の代表的な位置での出力値のみを計算してもよい。また，（３）でＦｕ（Ａ，ｘ，ｙ）とＦｕ（Ｂ，ｘ，ｙ）の差の絶対値があらかじめ定めておいた閾値以下であった場合には判定不能としてもよい。

また（１）において，フィルタをずらしながらコンボリューションを計算する過程で，Ｆ（Ａ）の最大値があらかじめ定めた閾値を超えた場合に，ただちにＵ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＡであると判定して処理を中止しても良い。（２）においても同様に，Ｆ（Ｂ）の最大値があらかじめ定めた閾値を超えた場合に，ただちにＵ（ｘ，ｙ）に埋め込まれているシンボルユニットはユニットＢであると判定しても良い。

以上，信号検出（ステップＳ３０４）の詳細について説明した。再び，図１３の流れ図に戻り，以降のステップＳ３０５について説明する。ステップＳ３０５では，ユニットパターン行列のシンボルを連結してデータ符号を再構成し，元の情報を復元する。

図１８は情報復元の一例を示す説明図である。情報復元のステップは以下の通りである。
（１）各ユニットパターンに埋め込まれているシンボルを検出する。
（２）シンボルを連結してデータ符号を復元する。
（３）データ符号を復号して埋め込まれた情報を取り出す。

図１９〜図２１はデータ符号の復元方法の一例を示す説明図である。復元方法は基本的に図８の逆の処理となる。

まず，ユニットパターン行列の第１行から符号長データ部分を取り出して，埋め込まれたデータ符号の符号長を得る（ステップＳ４０１）。

次いで，ユニットパターン行列のサイズとＳ４０１で得たデータ符号の符号長をもとに，データ符号ユニットを埋め込んだ回数Ｄｎおよび剰余Ｒｎを計算する（ステップＳ４０２）。

次いで，ユニットパターン行列の２行目以降からステップＳ２０３と逆の方法でデータ符号ユニットを取り出す（ステップＳ４０３）。図２０の例ではＵ（１，２）（２行１列）から順に１２個のパターンユニットごとに分解する（Ｕ（１，２）〜Ｕ（３，３），Ｕ（４，３）〜Ｕ（６，４），・・・）。Ｄｎ＝７，Ｒｎ＝６であるため，１２個のパターンユニット（データ符号ユニット）は７回取り出され，剰余として６個（データ符号ユニットの上位６個に相当する）のユニットパターン（Ｕ（４，１１）〜Ｕ（９，１１））が取り出される。

次いで，ステップＳ４０３で取り出したデータ符号ユニットに対してビット確信度演算を行うことにより，埋め込んだデータ符号を再構成する（ステップＳ４０４）。以下，ビット確信度演算について説明する。

図２１のようにユニットパターン行列の２行１列目から最初に取り出されたデ−外符号ユニットをＤｕ（１，１）〜Ｄｕ（１２，１）とし，順次Ｄｕ（１，２）〜Ｄｕ（１２，２），・・・，と表記する。また，剰余部分はＤｕ（１，８）〜Ｄｕ（６，８）とする。ビット確信度演算は各データ符号ユニットの要素ごとに多数決を取るなどして，データ符号の各シンボルの値を決定することである。これにより，文字領域との重なりや紙面の汚れなどが原因で，任意のデータ符号ユニット中の任意のユニットから正しく信号検出を行えなかった場合（ビット反転エラーなど）でも，最終的に正しくデータ符号を復元することができる。

具体的には例えばデータ符号の１ビット目は，Ｄｕ（１，１），Ｄｕ（１，２），・・・，Ｄｕ（１，８）の信号検出結果が１である方が多い場合には１と判定し，０である方が多い場合には０と判定する。同様にデータ符号の２ビット目はＤｕ（２，１），Ｄｕ（２，２），・・・，Ｄｕ（２，８）の信号検出結果による多数決によって判定し，データ符号の１２ビット目はＤｕ（１２，１），Ｄｕ（１２，２），・・・，Ｄｕ（１２，７）（Ｄｕ（１２，８）は存在しないためＤｕ（１２，７）までとなる）の信号検出結果による多数決によって判定する。

ビット確信度演算は，図１７の信号検出フィルタの出力値を加算することによっても行うこともできる。これは，例えば図３（１）のユニットＡに０のシンボルが割り当てられ，図３（２）のユニットＢに１のシンボルが割り当てられているものとし，Ｄｕ（ｍ，ｎ）に対するフィルタＡによる出力値の最大値をＤｆ（Ａ，ｍ，ｎ），Ｄｕ（ｍ，ｎ）に対するフィルタＢによる出力値の最大値をＤｆ（Ｂ，ｍ，ｎ）とすると，データ符号のＭビット目は，

の場合は１と判定し，それ以外の場合は０と判定する。ただし，Ｎ＜Ｒｎの場合はＤｆの加算はｎ＝１〜Ｒｎ＋１までとなる。

ここではデータ符号を繰り返し埋め込む場合について説明したが，データを符号化する際に誤り訂正符号などを用いることにより，データ符号ユニットの繰り返しを行わないような方法も実現できる。

以上説明したように，本実施の形態によれば，以下のような優れた効果が得られる。
（１−１）ドットの配列の違いにより埋め込み情報を表現するため，元の文書のフォント，文字間や行間のピッチに対する変更を伴わない。
（１−２）シンボルを割り当てているドットパターンと，シンボルを割り当てていないドットパターンの濃度（一定区間内のドットの数）が等しいため，人の目には文書の背景に一様な濃度の網掛けがされているように見え，情報の存在が目立たない。
（１−３）シンボルを割り当てているドットパターンと割り当てていないドットパターンを秘密にしておくことで，埋め込まれている情報の解読が困難となる。
（１−４）情報を表わすパターンは細かいドットの集まりで，文書の背景として一面に埋め込まれているため，埋め込みアルゴリズムが公開されたとしても，印刷された文書に対する埋め込み情報の改ざんが困難となる。
（１−５）波（濃淡変化）の方向の違いにより埋め込み信号を検出するため（１画素単位の詳細な検出を行わないので），印刷文書に多少の汚れなどがあった場合でも，安定した情報検出を行うことができる。
（１−６）同じ情報を繰り返し埋め込み，検出時には繰り返し埋め込まれた情報のすべてを利用して情報復元を行うため，大きなフォントの文字によって信号部分が隠されたり，用紙が汚れていたりすることによる部分的な情報の欠落が発生しても，安定して埋め込んだ情報を取り出すことができる。
（１−７）特開２００３−１０１７６２号公報では，文書画像と透かし画像とを別個に生成する構成を採用していたが，本実施の形態では，パターンを画像上に直接レンダリングできるので，文書画像と透かし画像とを別個に生成する必要がない。

（第２の実施の形態）
本実施の形態では，信号ユニットの応用例について説明する。

（応用例１）
図２２の信号ユニットは６×６画素で構成されており，それぞれ幅１画素程度の周波数を持つ水平成分，垂直成分の波を表現している。図２２（ａ）は情報“１”を記録するパターンの一例であり，図２２（ｂ）は情報“０”を記録するパターンの一例である。このような信号ユニットによれば，図２２（ｃ）に示したように，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，２４×１８画素の領域内に埋め込むことができる。

上記第１の実施の形態では，図２３に示したように，信号ユニットは１８×１８画素で構成されていた。図２３（ａ）は情報“１”を記録するパターンの一例であり，図２３（ｂ）は情報“０”を記録するパターンの一例である。このような信号ユニットによれば，図２３（ｃ）に示したように，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，７２×５４画素の領域を必要とする。この点，本実施の形態の（応用例１）では，２４×１８画素の領域内に埋め込むことができるため，同じ情報を埋め込む場合であれば，埋め込む領域の面積を１／９にすることができる。また，同じ面積の領域に情報を埋め込む場合であれば，９倍の情報を埋め込むことができる。

（応用例２）
図２４の信号ユニットは，図２２のパターンを破線で表現したものである。図２４のように破線等で表現しても波の伝播方向や周波数は変化しない。図２４（ａ）は情報“１”を記録するパターンの一例であり，図２４（ｂ）は情報“０”を記録するパターンの一例である。このような信号ユニットによれば，図２４（ｃ）に示したように，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，２４×１８画素の領域内に埋め込むことができる。

（応用例３）
図２５の信号ユニットは，信号の周波数成分に対してノイズとなるような成分を付加したものである。図２５のように信号の周波数成分に対してノイズとなるような成分を付加しても，水平／垂直の周波数成分が強いため情報抽出に与える影響は軽微である。図２５（ａ）は情報“１”を記録するパターンの一例であり，図２５（ｂ）は情報“０”を記録するパターンの一例である。このような信号ユニットによれば，図２５（ｃ）に示したように，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，２４×１８画素の領域内に埋め込むことができる。

（応用例４）
図２６は，上記図２４および図２５のパターンを組み合わせたものである。すなわち，パターン切り替え情報や乱数などにより，図２４および図２５のパターンを切り替えて埋め込むパターンを生成する。このように，図２６のように複数のパターンを組み合わせても，同一のフィルタで０／１を表現できる。このような信号ユニットによれば，図２６に示したように，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，２４×１８画素の領域内に埋め込むことができる。

（応用例５）
図２７の信号ユニットは４×４画素で構成されており，それぞれ幅１画素程度の周波数を持つ水平成分，垂直成分の波を表現している。図２７（ａ）は情報“１”を記録するパターンの一例であり，図２７（ｂ）は情報“０”を記録するパターンの一例である。このような信号ユニットによれば，図２７（ｃ）に示したように，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，１８×１２画素の領域内に埋め込むことができる。

上記第１の実施の形態では，図２３に示したように，信号ユニットは１８×１８画素で構成されており，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，７２×５４画素の領域を必要とする。この点，本実施の形態の（応用例５）では，１２×１６画素の領域内に埋め込むことができるため，同じ情報を埋め込む場合であれば，埋め込む領域の面積を１／２０未満にすることができる。また，同じ面積の領域に情報を埋め込む場合であれば，２０倍強の情報を埋め込むことができる。

（応用例６）
図２８の信号ユニットは，図２７の信号ユニットと同様に４×４画素で構成されており，上下左右のいずれかのパターンと接するようにしたものである。このような信号ユニットによれば，図２８（ｃ）に示したように，図２７（ｃ）と同様に，埋め込む情報が３行×４列＝１２ビットの情報の場合，１８×１２画素の領域内に埋め込むことができる。さらに，図２９に示したように，プリンタから出力された媒体上のパターンが，より明確に印刷され，信号検出精度が向上する場合がある。

埋め込み側における信号ユニットの変更に伴い，検証側の処理も以下のように異なる。以下では，第１の実施の形態からの変更点について説明する。

本実施の形態のパターンは水平方向／垂直方向のエッジ成分を持っており，かつ，それぞれのパターンは，ある幅の周波数を持つことから，この２パターンとそれ以外のバターンとを区別するためのフィルタ処理を行う。図３０は，４×４画素の場合のフィルタ処理マスクの一例を示している。図３０（ａ）のフィルタ処理マスクの場合，例えば，図３０（ｂ）をフィルタ出力が正のパターンとし，図３０（ｃ）をフィルタ出力が負のパターンとする。

フィルタ処理は，画像全体に対して，Ｍ×Ｎ画素（例えば，４×４画素）のフィルタ処理マスクをｎ画素づつＸ／Ｙ方向にスキャンしながら行ってよい。スキャンは，図３１に示したように，ラスタースキャン順に実施してもよい。また，水平方向のフィルタを画像全体に施した後，垂直方向のフィルタを画像全体に施す，といったフィルタ処理の分割を行ってもよい。

例えば，６００ｄｐｉで印刷したものを４００ｄｐｉでスキャンした場合，図２２のパターンは，プリンタ／スキャナの特性により，図３２のように高い周波数成分が鈍ったパターンとなる。同様に，５００ｄｐｉでスキャンした場合は図３３のようになり，６００ｄｐｉでスキャンした場合は図３４のようになる。なお，図３２〜図３４において，（ａ）は情報‘１’を記録するパターンを示し，（ｂ）は情報‘０’を記録するパターンを示している。

ここでは，４００ｄｐｉでスキャンする場合を例にとって説明する。４００ｄｐｉでスキャンする場合，本実施の形態の例では，図３２に示すパターンを検出するため，フィルタ処理マスクは，図３５に示した３×３画素のものを使用する。図３５（ａ）のフィルタ処理マスクの場合，例えば，図３５（ｂ）をフィルタ出力が正のパターンとし，図３５（ｃ）をフィルタ出力が負のパターンとする。なお，この例は，図２７に示した４×４のパターンを印刷した場合と同じ解像度でスキャンした場合にも適用できる。このマスクでフィルタ処理は，たとえば以下の式（１）のように記述できる。

・・・（１）

フィルタ処理マスクを移動しながらフィルタ処理を行い，このフィルタ処理の出力ｆの集合，すなわち図３１に示したようなスキャンをラスタースキャン順に実施した場合のフィルタ出力結果を生成する。フィルタの出力特性は図３６のようになり，フィルタ出力値の正負で情報の１／０を判定できる。

フィルタ処理マスクを移動しながらフィルタ処理を行う場合，フィルタ処理マスクが信号ユニットと一致する場合とずれる場合がある。フィルタ出力値は，信号ユニットと一致した場合にもっとも高い出力を出し，信号ユニットからずれるに従って出力値が低下するため，ピーク値を探索することで，信号位置を同期することができる。この処理については，上記第１の実施の形態と実質的に同様である。

（第２の実施の形態の効果）
以上説明したように，本実施の形態によれば，以下の効果が得られる。
（２−１）処理量が少ない。
（２−２）パターンが小さいので密度を高くできる。
（２−３）ドットパターンである必要はない。

（第３の実施の形態）
本実施の形態では，フィルタの応用例について説明する。

（１）応用例１
印刷スキャンにより，エッジの高周波成分が鈍るように変化した場合や，印刷時の黒ドナーのにじみなどにより高周波成分が鈍った場合に，式（１）では検出率が悪化しうまく検出できない。この場合は，図３０に示した４×４のフィルタ処理マスクを使用し，高周波成分が鈍った場合も鈍らなかった場合もエッジを検出できるように，式（１）を以下の式（２）のように拡張する。

・・・（２）

このフィルタの出力特性は，図３６のようになる。この出力結果を用いて，第１の実施の形態と同様に処理できる。このように，応用例１によれば，印刷／スキャンでエッジがぼやけたり，解像度が低下した場合でも，信号検出が可能となる。

（２）応用例２
式（１），式（２）は，同じ周波数で位相が逆（白黒が反転）のパターンにも反応するため，黒パターン間の疑似白エッジにも反応し，信号検出率に悪い影響を及ぼす。この逆位相への反応を抑制するために，逆相反応抑制手段（ｇ（ｘ））を用い，以下の式（３）のように変形することもできる。この例は，図３０に示した４×４のフィルタ処理マスクを使用した場合である。

・・・（３）

この出力結果を用いて，第１の実施の形態と同様に処理できる。このように，応用例２によれば，逆相の信号に反応しなくなるので，信号検出精度が向上する。

（３）応用例３
図２８のような隣接パターンとパターンが結合するようなパターンを使用した場合は，４×４パターンの周囲の画素を見てエッジの検出を行うため，図３７のようなフィルタ処理マスクを用いる。図３７（ａ）のフィルタ処理マスクの場合，例えば，図３７（ｂ）をフィルタ出力が正のパターンとし，図３７（ｃ）をフィルタ出力が負のパターンとする。フィルタ演算は，次の式（４）のように行う。

・・・（４）

このフィルタの出力特性は，図３６のようになる。この出力結果を用いて，第１の実施の形態と同様に処理できる。このように，応用例３によれば，図３８（ａ）に示したように，信号を表現するパターンで，信号パターンを構成するドットパターンの間隔を広くとれるため，図３８（ｂ）に示した応用例１，２の場合と比較して，印刷／スキャンしても波形に鈍りが少なく，信号検出精度が向上する。

以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる透かし情報埋め込み装置，透かし情報検出装置，透かし情報埋め込み方法，透かし情報検出方法，および印刷物の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，フィルタ処理は，水平／垂直だけでなく，周波数成分の主成分が直交するパターンであれば，図３９に示したような４５度の斜め線（‘／’と‘＼’などの形状）パターンであってもよい。なお，図３９において，（ａ）は情報‘１’を記録するパターンを示し，（ｂ）は情報‘０’を記録するパターンを示している。この際，図３９に示すパターンを検出するため，フィルタ処理マスクは，図４０に示したものを使用する。図４０（ａ）のフィルタ処理マスクの場合，例えば，図４０（ｂ）をフィルタ出力が正のパターンとし，図４０（ｃ）をフィルタ出力が負のパターンとする。この図３９のパターンと図４０のフィルタ処理マスクの場合，第２の実施形態のフィルタの式がそのまま使用できる。

また，上記実施の形態では，入力された画像データ１５を，透かし入り画像合成部１３に直接入力する場合について説明したが，本発明はこれに限定されない。例えば，画像データ１５を画像化する画像化部（画像化手段）を備えるようにし，画像化した画像を，透かし入り画像合成部１３に入力するようにしてもよい。

本発明は，電子透かし技術により画像に情報を埋め込む透かし情報埋め込み装置／方法と，電子透かし技術により画像に埋め込まれた埋め込み情報を検出する透かし情報検出装置／方法，および印刷物に利用可能である。

第１の実施の形態にかかる透かし情報埋め込み装置及び透かし情報検出装置の構成を示す説明図である。 透かし情報埋め込み方法の処理の流れを示す流れ図である。 信号ユニットの一例を示す説明図であり，（１）はユニットＡを，（２）はユニットＢを示している。 図３（１）の画素値の変化をａｒｃｔａｎ（１／３）の方向から見た断面図である。 信号ユニットの一例を示す説明図であり，（３）はユニットＣを，（４）はユニットＤを，（５）はユニットＥを示している。 背景画像の説明図であり，（１）はユニットＥを背景ユニットと定義し，これを隙間なく並べた透かし画像の背景とした場合を示し，（２）は（１）の背景画像の中にユニットＡを埋め込んだ一例を示し，（３）は（１）の背景画像の中にユニットＢを埋め込んだ一例を示している。 透かし画像へのシンボル埋め込み方法の一例を示す説明図である。 埋め込み情報１６を透かし画像に埋め込む方法について示した流れ図である。 透かし検出部３２の処理の流れを示す流れ図である。 透かし入り文書画像の合成方法を示す説明図である。 透かし入り文書画像の一例を示す説明図である。 図１０の一部を拡大して示した説明図である。 透かし検出部３２の処理の流れを示す流れ図である。 （１）入力画像と，（２）ユニットパターンの区切り位置を設定した後の入力画像の一例を示す説明図である。 入力画像中におけるユニットＡに対応する領域の一例を示した説明図である。 図１５を波の伝播方向と平行な方向から見た断面図である。 ユニットパターンＵ（ｘ，ｙ）中に埋め込まれているシンボルユニットがユニットＡであるかユニットＢであるかを判定する方法について説明する説明図である。 情報復元の一例を示す説明図である。 データ符号の復元方法の一例を示す説明図である。 データ符号の復元方法の一例を示す説明図である。 データ符号の復元方法の一例を示す説明図である。 ６×６画素で構成された信号ユニットの一例を示す説明図である。 １８×１８画素で構成された信号ユニットの一例を示す説明図である。 破線で表現された信号ユニットの一例を示す説明図である。 ノイズ成分を付加した信号ユニットの一例を示す説明図である。 図２４および図２５のパターンを組み合わせた一例を示す説明図である。 ４×４画素で構成された信号ユニットの一例を示す説明図である。 ４×４画素で構成された信号ユニットの一例を示す説明図である。 図２８のパターンを印刷／スキャンした場合を示す説明図である。 ４×４画素のフィルタ処理マスクの一例を示す説明図である。 スキャンをラスタースキャン順に実施した場合を示す説明図である。 ６００ｄｐｉで印刷したものを４００ｄｐｉでスキャンした場合の一例を示す説明図である。 ６００ｄｐｉで印刷したものを５００ｄｐｉでスキャンした場合の一例を示す説明図である。 ６００ｄｐｉで印刷したものを６００ｄｐｉでスキャンした場合の一例を示す説明図である。 ３×３画素のフィルタ処理マスクの一例を示す説明図である。 フィルタの出力特性を示す説明図である。 フィルタ処理マスクの一応用例を示す説明図である。 図３７のフィルタ処理マスクを用いた場合の処理結果を示す説明図である。 信号ユニットの一応用例を示す説明図である。 フィルタ処理マスクの一応用例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 透かし情報埋め込み装置
１１ 符号化部
１２ パターン割り当て部
１３ 透かし入り文書合成部
１４ 出力デバイス
１５ 画像データ
１６ 埋め込み情報
２０ 印刷物
３０ 透かし情報検出装置
３１ 入力デバイス
３２ 透かし検出部

Claims (55)

1. 電子透かし技術により画像に情報を埋め込む透かし情報埋め込み装置であって，
   画像に埋め込む埋め込み情報の符号化を行う符号化部と，
   前記符号化された埋め込み情報の各シンボルに対するパターンの割り当てを行うパターン割り当て部と，
   前記埋め込み情報に対応する前記パターンを前記画像に規則的に配置する配置部と，
   を備え，
   前記各シンボルごとに，所定の空間的周期を持つ１または２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする，透かし情報埋め込み装置。
2. 前記パターンは，一定の周波数と方向を持つ複数画素からなるパターンであることを特徴とする，請求項１に記載の透かし情報埋め込み装置。
3. 前記パターンは，周波数成分の強い方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項１または２に記載の透かし情報埋め込み装置。
4. 前記パターンは，互いに直交する周波数を持つエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の透かし情報埋め込み装置。
5. 前記パターンは，特定の周波数の水平と垂直のエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項４に記載の透かし情報埋め込み装置。
6. 前記各シンボルごとに，近い周波数と方向を持つ２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の透かし情報埋め込み装置。
7. 前記配置部は，前記パターンの配置時に，画像上の画素と該パターンの画素とを画素単位で比較し，該パターンを配置するか否かを画素単位で切り替えることを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の情報埋め込み装置。
8. 前記比較は，画素の値で行うことを特徴とする，請求項７に記載の透かし情報埋め込み装置。
9. 前記比較は，前記画像上の画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素か，および，前記パターンの画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素かを判断することによって行うことを特徴とする，請求項７に記載の透かし情報埋め込み装置。
10. 前記配置部は，前記画像上の画素が背景を構成する画素の場合にのみパターンを配置することを特徴とする，請求項８または９に記載の透かし情報埋め込み装置。
11. 前記パターンは，隣接するパターンとパターンが接するパターンであることを特徴とする，請求項１〜１０のいずれかに記載の透かし情報埋め込み装置。
12. さらに，任意のデータを前記画像に変換する画像化部を備えたことを特徴とする，請求項１〜１１のいずれかに記載の透かし情報埋め込み装置。
13. さらに，前記埋め込み情報が埋め込まれた画像を，印刷可能な媒体に印刷する印刷部を備えたことを特徴とする，請求項１〜１２のいずれかに記載の透かし情報埋め込み装置。
14. 電子透かし技術により画像に埋め込まれた埋め込み情報を検出する透かし情報検出装置であって，
    画像に配置された，前記埋め込み情報に対応するパターンを検出する検出部を備え，
    前記パターンは，請求項１〜１３に記載の透かし情報埋め込み装置によって前記画像に配置されたパターンであることを特徴とする，透かし情報検出装置。
15. 前記パターンは，埋め込み時よりも劣化したパターンであることを特徴とする，請求項１４に記載の透かし情報検出装置。
16. 前記検出部は，検出したパターンから，該パターンに対応するシンボルを決定し，該シンボルを結合することで，前記埋め込み情報を復元することを特徴とする，請求項１４または１５に記載の透かし情報検出装置。
17. 前記検出部は，画像中の微小領域に対するフィルタ処理を，画像中の微小領域よりも大きな領域に対して走査しながらフィルタ処理を行うことを特徴とする，請求項１４〜１６のいずれかに記載の透かし情報検出装置。
18. 走査したフィルタ処理結果から，パターンが記録されている単位でフィルタ出力値のピーク値を探索し，パターン位置を特定することを特徴とする，請求項１７に記載の透かし情報検出装置。
19. 前記検出部は，前記フィルタの出力値の正負によって，パターンを特定することを特徴とする，請求項１４〜１８のいずれかに記載の透かし情報検出装置。
20. 前記検出部は，逆相のパターンに対する反応を低減するフィルタを使用することを特徴とする，請求項１４〜１９のいずれかに記載の透かし情報検出装置。
21. 前記検出部は，パターンの周波数が低下しても正しく信号検出可能なフィルタを使用することを特徴とする，請求項１４〜２０のいずれかに記載の透かし情報検出装置。
22. 前記検出部は，エッジ検出時のサンプル値の一部に，周囲のある一定範囲の画素の濃度，輝度，彩度，または色度の最高値または最低値を使用するフィルタを使用することを特徴とする，請求項２１に記載の透かし情報検出装置。
23. 電子透かし技術により画像に情報を埋め込む透かし情報埋め込み方法であって，
    画像に埋め込む埋め込み情報の符号化を行う符号化工程と，
    前記符号化された埋め込み情報の各シンボルに対するパターンの割り当てを行うパターン割り当て工程と，
    前記埋め込み情報に対応する前記パターンを前記画像に規則的に配置する配置工程と，
    を含み，
    前記各シンボルごとに，所定の空間的周期を持つ１または２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする，透かし情報埋め込み方法。
24. 前記パターンは，一定の周波数と方向を持つ複数画素からなるパターンであることを特徴とする，請求項２３に記載の透かし情報埋め込み方法。
25. 前記パターンは，周波数成分の強い方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項２３または２４に記載の透かし情報埋め込み方法。
26. 前記パターンは，互いに直交する周波数を持つエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項２３〜２５のいずれかに記載の透かし情報埋め込み方法。
27. 前記パターンは，特定の周波数の水平と垂直のエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項２６に記載の透かし情報埋め込み方法。
28. 前記各シンボルごとに，近い周波数と方向を持つ２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする，請求項２３〜２７のいずれかに記載の透かし情報埋め込み方法。
29. 前記配置工程において，前記パターンの配置時に，画像上の画素と該パターンの画素とを画素単位で比較し，該パターンを配置するか否かを画素単位で切り替えることを特徴とする，請求項２３〜２８のいずれかに記載の透かし情報埋め込み方法。
30. 前記比較は，画素の値で行うことを特徴とする，請求項２９に記載の透かし情報埋め込み方法。
31. 前記比較は，前記画像上の画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素か，および，前記パターンの画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素かを判断することによって行うことを特徴とする，請求項２９に記載の透かし情報埋め込み方法。
32. 前記配置工程において，前記画像上の画素が背景を構成する画素の場合にのみパターンを配置することを特徴とする，請求項３０または３１に記載の透かし情報埋め込み方法。
33. 前記パターンは，隣接するパターンとパターンが接するパターンであることを特徴とする，請求項２３〜３２のいずれかに記載の透かし情報埋め込み方法。
34. さらに，任意のデータを前記画像に変換する画像化工程を含むことを特徴とする，請求項２３〜３３のいずれかに記載の透かし情報埋め込み方法。
35. さらに，前記埋め込み情報が埋め込まれた画像を，印刷可能な媒体に印刷する印刷工程を含むことを特徴とする，請求項２３〜３４のいずれかに記載の透かし情報埋め込み方法。
36. 電子透かし技術により画像に埋め込まれた埋め込み情報を検出する透かし情報検出方法であって，
    画像に配置された，前記埋め込み情報に対応するパターンを検出する検出工程を含み，
    前記パターンは，請求項２３〜３５に記載の透かし情報埋め込み方法によって前記画像に配置されたパターンであることを特徴とする，透かし情報検出方法。
37. 前記パターンは，埋め込み時よりも劣化したパターンであることを特徴とする，請求項３６に記載の透かし情報検出方法。
38. 前記検出工程において，検出したパターンから，該パターンに対応するシンボルを決定し，該シンボルを結合することで，前記埋め込み情報を復元することを特徴とする，請求項３６または３７に記載の透かし情報検出方法。
39. 前記検出工程において，画像中の微小領域に対するフィルタ処理を，画像中の微小領域よりも大きな領域に対して走査しながらフィルタ処理を行うことを特徴とする，請求項３６〜３８のいずれかに記載の透かし情報検出方法。
40. 走査したフィルタ処理結果から，パターンが記録されている単位でフィルタ出力値のピーク値を探索し，パターン位置を特定することを特徴とする，請求項３９に記載の透かし情報検出方法。
41. 前記検出工程において，前記フィルタの出力値の正負によって，パターンを特定することを特徴とする，請求項３６〜４０のいずれかに記載の透かし情報検出方法。
42. 前記検出工程において，逆相のパターンに対する反応を低減するフィルタを使用することを特徴とする，請求項３６〜４１のいずれかに記載の透かし情報検出方法。
43. 前記検出工程において，パターンの周波数が低下しても正しく信号検出可能なフィルタを使用することを特徴とする，請求項３６〜４２のいずれかに記載の透かし情報検出方法。
44. 前記検出工程において，エッジ検出時のサンプル値の一部に，周囲のある一定範囲の画素の濃度，輝度，彩度，または色度の最高値または最低値を使用するフィルタを使用することを特徴とする，請求項４３に記載の透かし情報検出方法。
45. 電子透かし技術により画像に情報を埋め込んで出力された印刷物であって，
    画像に埋め込む埋め込み情報を符号化した各シンボルに対し，前記各シンボルごとに割り当てられた所定の空間的周期を持つ１または２以上のパターンのいずれかが割り当てられており，前記埋め込み情報に対応する前記パターンが前記画像に規則的に配置されたことを特徴とする，印刷物。
46. 前記パターンは，一定の周波数と方向を持つ複数画素からなるパターンであることを特徴とする，請求項４５に記載の印刷物。
47. 前記パターンは，周波数成分の強い方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項４５または４６に記載の印刷物。
48. 前記パターンは，互いに直交する周波数を持つエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項４５〜４７のいずれかに記載の印刷物。
49. 前記パターンは，特定の周波数の水平と垂直のエッジ成分を持ち，該周波数の強いエッジ成分の方向によって対応するシンボルを定めていることを特徴とする，請求項４８に記載の印刷物。
50. 前記各シンボルごとに，近い周波数と方向を持つ２以上のパターンが割り当てられることを特徴とする，請求項４５〜４９のいずれかに記載の印刷物。
51. 前記パターンの配置時に，画像上の画素と該パターンの画素とを画素単位で比較し，該パターンを配置するか否かを画素単位で切り替えることを特徴とする，請求項４５〜５０のいずれかに記載の印刷物。
52. 前記比較は，画素の値で行うことを特徴とする，請求項５１に記載の印刷物。
53. 前記比較は，前記画像上の画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素か，および，前記パターンの画素が前景を構成する画素か背景を構成する画素かを判断することによって行うことを特徴とする，請求項５１に記載の印刷物。
54. 前記画像上の画素が背景を構成する画素の場合にのみパターンを配置することを特徴とする，請求項５２または５３に記載の印刷物。
55. 前記パターンは，隣接するパターンとパターンが接するパターンであることを特徴とする，請求項４５〜５４のいずれかに記載の印刷物。

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