JP2007110606A - 割符画像生成方法および装置、割符画像生成用プログラムおよび秘密画像復号方法 - Google Patents

割符画像生成方法および装置、割符画像生成用プログラムおよび秘密画像復号方法 Download PDF

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Abstract

【課題】連続的な多階調グレースケールの秘密画像を埋め込んだ高画質の割符画像を高速かつ膨大な計算コストをかけずに生成し、復号画像からは各々の割符画像を完全にまたはほぼ認知できない状態で秘密画像を復号できるようにすること。
【解決手段】第２の割符画像B1の画素値B1m,nを出力する第２の２値化部20は、復号画素値算出部28と周辺輝度値算出部29 からなる復号時周辺輝度値算出部を具備する。復号時周辺輝度値算出部は、注目画素周辺の輝度値dm,nを算出する。秘密画像埋め込み処理部26は、仮決定された画素値B1ｔm,n、秘密画像Sの輝度値Sm,nおよび第１の割符画像B0の画素値B0m,n、さらには周辺輝度値dm,nを使用して第２の割符画像B1の画素値B1m,nを算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、割符画像生成方法および装置、割符画像生成用プログラムおよび秘密画像復号方法に関し、特に、自然画像などの連続的な多階調グレースケールの秘密画像を埋め込んだ高画質の割符画像を高速かつ膨大な計算コストをかけずに生成でき、割符画像からは各々の割符画像を完全にまたはほぼ認知できない状態で秘密画像を復号できる割符画像生成方法および装置、割符画像生成用プログラムおよび秘密画像復号方法に関する。
従来、種々の割符画像生成法が提案されている。割符とは、一枚または一部の割符からは秘密情報が認識できないが、複数枚の割符を重畳処理などすると秘密情報が認識できるようになるものである。例えば、図１０に示すように、割符画像B0,B1が黒画素を０、白画素を１としたハーフトーン画像である場合、割符画像B0,B1を画素ごとにANDやORやXORといったブール演算することで秘密画像を復号できる。割符画像B0,B1では秘密画像を認識できない。ここでは、複数枚の割符画像を画素ごとにブール演算することで秘密画像を復号できるものを画像電子割符と呼ぶ。
AND演算で秘密画像を復号できる画像電子割符の場合には、各々の割符画像を透明シートに印刷し、それらを光学的に重畳することで、計算することなく視覚的に秘密画像を復号できるという特徴を持つ。
図１１および図１２は、割符画像生成法を示す概念図である。図１１の割符画像生成法では、秘密画像Sを分散し、分散した秘密画像および原画像A0,A1を第１および第２の２値化手段(割符画像生成手段)10,20に入力する。第１および第２の２値化手段10,20でそれぞれ、分散した秘密画像を原画像A0,A1に埋め込むことにより割符画像(ハーフトーン画像)B0,B1を生成する。このような割符画像生成法は、特許文献２や非特許文献１，２，３に記載されている。
図１２の割符画像生成法では、まず、原画像A0を第１の２値化手段10に入力して割符画像(ハーフトーン画像)B0を生成する。次に、割符画像B0、秘密画像Sおよび原画像A1を第２の２値化手段20に入力し、割符画像(ハーフトーン画像)B1を生成する。このような割符画像生成法は、特許文献１や非特許文献４に記載されている。
図１１や図１２の割符画像生成法により生成された割符画像B0,B1の各々から秘密画像Sを認識することは困難であり、割符画像B0,B1を重畳して初めて秘密画像Sを認識することができる。
ハーフトーン画像の割符画像を生成する割符画像生成法には、秘密画像の表現力に重点を置いたものと割符画像に重点を置いたものとがある。秘密画像の表現力に重点を置いた従来の割符画像生成法は、自然画像など連続的な多階調グレースケールの秘密画像を埋め込んだ割符画像を生成でき、割符画像から多階調グレースケールの秘密画像を復号できるのでエンターテイメント性に富むが、割符画像における原画像の階調再現性や割符画像における秘密画像の秘匿性を犠牲にしている。
非特許文献１に記載された割符画像生成法は、濃度パターン法によるハーフトーン画像生成法を基礎としており、秘密画像の表現力に重点を置いた割符画像生成法に分類される。この割符画像生成法では、秘密画像の階調を再現するために複数の割符画像に階調誤差を振り分ける。表現力の高い多階調グレースケールの秘密画像の埋め込むことができるが、割符画像中に秘密画像やもう片方の濃度が少々浮き出てしまい、割符画像における秘密画像の秘匿性や原画像の階調再現性を犠牲にしている。
非特許文献２に記載された割符画像生成法は、何度も繰り返し画素配置を試して計算することで理想的な計算値に近い画素配置を求める、探索的なハーフトーン画像生成法を基礎としており、これも秘密画像の表現力に重点を置いた割符画像生成法に分類される。この割符画像生成法では、多階調グレースケールの秘密画像を埋め込むことができる上、秘密画像と共に割符画像の高画質化を図ることができるが、割符画像を表現するダイナミックレンジを限って割符画像における原画像の階調再現性を犠牲にしている。
しかし、非特許文献１，２の割符画像生成法とも２枚の割符画像を重畳することにより多階調グレースケールの秘密画像を復号でき、復号画像においてはそれぞれの割符画像が認知されない状態となるので、非常にエンターテイメント性が高い。
一方、割符画像に重点を置いた従来の割符画像生成法は、２値または３値の秘密画像を埋め込むものであり、割符画像における原画像の階調再現性を犠牲にしない代わりに２値や３値の秘密画像の復号に制限される。このような割符画像生成法は、著作権情報を示す２値や３値の文字画像を秘密画像として埋め込むなどといったセキュリティ的な使い方に適する。
特許文献１に記載された割符画像生成法は、割符画像に重点を置いた割符画像生成法に分類され、これによれば高画質の複数枚の割符画像を生成できる。また、比較的高速に割符画像を生成でき、探索的なハーフトーン画像生成法のように、膨大な計算コストを必要としない。
特許文献２に記載された割符画像生成法は、濃度パターン法によるハーフトーン画像生成法を基礎とし、非特許文献３，４に記載された割符画像生成法は、組織的ディザ法あるいは誤差拡散法によるハーフトーン画像生成法を基礎としている。これらの割符画像生成方法も基本的に２値秘密画像を埋め込むものである。
US出願公開 2002/0106102号 特開平９−２５２３９７号公報 M.Nakajima, and Y. Yamaguchi,"Extended visual cryptography for natural images,"Journal of WSCG vol.2, pp.303-310, 2002. Chai Wah Wu and Gerhard R. Thompson,"Dital watermarking and steganography via overlays of halftone images,"Proceedings of SPIE, Vol. 5561, pp.152-163, 2004. 岡一博、松井甲子雄、"組織的ディザ法によるハードコピー画像への署名情報の埋め込み",信学論、Vol.J80-D-II, No.3, pp.820-823, 1997. Ming Sun Fu; AU, O.C, "A novel method to embed watermark in different halftone images: data hiding by conjugate error diffusion (DHCED)", Multimedia and Expo, 2003. ICME '03. Proceedings.2003 International Conference on Volume 1, 6-9 July 2003 Page(s):I - 609-12 vol.1
特許文献１，２や非特許文献３，４に記載された割符画像生成法は、埋め込む秘密画像が２値や３値の画像に制限され、連続的な多階調グレースケールの秘密画像の埋め込みに対応していない。特許文献２や非特許文献３に記載された割符画像生成法では、高速に割符画像を生成できるが、画質がよくない。
非特許文献１の割符画像生成法では、多階調グレースケールの秘密画像を埋め込むことができるが、濃度パターン法を基礎としており、割符画像の画素配置のランダム性が高く画質が悪いという課題がある。
非特許文献２の割符画像生成法では、多階調グレースケールの秘密画像を埋め込むことができるが、再帰的に割符画像および秘密画像の画質が良くなるよう探索する探索的なハーフトーン画像生成法を基礎としているため、計算コストが膨大になるという課題がある。
つまり、エンターテイメント性が高い多階調グレースケールの秘密画像を埋め込むことができる従来の割符画像生成法は、割符画像の画質が悪くなってしまうか計算コストが膨大になってしまうかのどちらかであり、双方を満たす割符画像生成法は存在しない。
本発明の目的は、上記課題を解決し、自然画像などの連続的な多階調グレースケールの秘密画像を埋め込んだ高画質の割符画像を高速かつ膨大な計算コストをかけずに生成でき、複数枚の割符画像に復号演算を行った復号画像上からはグレースケールの秘密画像は良好に知覚できるが、各々の割符画像を完全にまたはほぼ認知できない状態とすることができる、復号時の秘密画像表現力に注目した高速高画質な割符画像生成方法および装置、割符画像生成用プログラムおよび秘密画像復号方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、第１の入力原画像をハーフトーン処理して第１の割符画像を生成する第１のステップと、前記第１のステップによって生成された第１の割符画像と秘密画像と第２の入力原画像を用いて誤差拡散法を利用して秘密画像の埋め込み処理により第２の割符画像を生成する第２のステップを備え、前記第２のステップは、注目画素周辺の画素の復号時画素値を算出し、該復号時画素値を用いて注目画素周辺の周辺輝度値を算出し、該周辺輝度値を考慮して第２の割符画像の注目画素の画素値を決定することを特徴としている。
ここで、秘密画像の埋め込み処理前の第２の割符画像における注目画素の画素値および第１の割符画像の第２割符画像注目画素位置に対応する画素値をも用いて注目画素周辺の周辺輝度値を算出するようにしてもよい。また、第１および第２の入力原画像および秘密画像の輝度値範囲を補正してから前記第１および第２のステップでの処理を行うようにしてもよい。
本発明は、第１および第２の割符画像を生成する機能をコンピュータに実現させるプログラムとしても実現できる。本発明は、上記のようにして生成された第１および第２の割符画像が印刷された透明媒体に透過光を照射したり、第１および第２の割符画像の画素ごとの論理積演算や論理和演算や排他的論理和演算を行って秘密画像を復号する復号方法も含む。
本発明によれば、誤差拡散法を拡張して割符画像を生成することにより、高画質の割符画像を生成することができるとともに、探索的なハーフトーン画像生成法を利用した割符画像生成法と比較して低い計算コストで高速に割符画像を生成することができる。また、自然画像などの連続的な多階調グレースケールの秘密画像を埋め込むことができるので、復号画像の表現力が非常に高い割符画像を生成できる。
また、注目画素周辺の画素の復号時画素値から算出される注目画素周辺の周辺輝度値を考慮し、あるいはそれに加えて秘密画像の埋め込み処理前の第２の割符画像における注目画素の画素値および第１の割符画像の第２割符画像注目画素位置に対応する画素値をも用いて算出される注目画素周辺の周辺輝度値を考慮して第２の割符画像における注目画素の画素値を決定するので、各々の割符画像を完全にまたはほぼ認知できない状態で秘密画像を復号できる。
これにより、利用者に対して待ち時間のストレスを殆ど与えることなく高画質の割符画像を生成でき、かつ表現力の高い秘密画像を復号できるので、エンターテインメント性の高いシステムを実現できる。
まず、誤差拡散法を利用した従来の割符画像生成装置について説明する。誤差拡散法を利用した従来の割符画像生成装置は、図１２に示す基本構成を有し、第１および第２の２値化手段10,20はそれぞれ、図１３、図１４に示す構成を有する。このような割符画像生成装置は、非特許文献４に記載されている。
まず、図１３の構成により原画像A0から１枚目の割符画像B0を生成する。これは通常の誤差拡散法によるハーフトーン画像生成と同じである。ここでは、まず、原画像A0を減算器11に入力する。原画像A0のXY座標上の位置(m,n)の画素A0m,nは、例えば０(黒)〜１(白)の間の256階調の値を持つ。減算器11には、同時に誤差演算部12から出力される、今までに蓄積された誤差(1/H)×Σ(Hk,l×E0m+k,n+l)を入力する。減算器11は、蓄積された誤差を考慮した原画像輝度値U0m,n＝A0m,n−(1/H)×Σ(Hk,l×E0m+k,n+l)を計算する。
ここで、(k,l)は、注目画素A0m,nの位置を(0,0)とする座標値である。Hk,lは、誤差拡散法で使用されるマトリクスであり、Hは、マトリクスHk,lの重み係数を足し合わせた値である。また、E0m+k,n+lは、注目画素A0m,n周辺の画素(k,l)での誤差である。(1/H)×Σ(Hk,l×E0m+k,n+l)は、注目画素A0m,n周辺の画素について重み付けして算出した蓄積誤差を意味する。
マトリクスHk,lの具体例を図１５に示す。これは、Jarvis,Judice&Ninkeのフィルタと呼ばれるものである。なお、時間的に注目画素A0m,nより後の画素に対してはまだ誤差が得られていないので積算しない(図１５では、重み係数を(0)で表している)。
次に、量子化器13は、蓄積された誤差を考慮した原画像輝度値U0m,nに対して量子化を施し、２値の画素値B0m,nを出力する。ここでの量子化では、例えば、T=0.5とし、If (U0m,n>T) Then B0m,n＝１ else B0m,n=0として計算する。
量子化器13から出力される２値の画素値B0m,nを第１の割符画像B0の画素値として送出するとともに、乗算器14を介して減算器15に入力する。乗算器14での乗数Rは、1.0とすることができるので、以下ではRの記述を省略する。Rは、入力原画像輝度値範囲を今回0〜1.0としているため省略できるが、入力原画像輝度値範囲が0〜255の場合はR＝255を乗算する。
減算器15には、同時に減算器12から、蓄積された誤差を考慮した原画像輝度値U0m,nを入力する。減算器15は、量子化器13で決定された２値の画素値B0m,nと蓄積された誤差を考慮した原画像輝度値U0m,nの誤差E0m,n=B0m,n-U0m,nを求め、誤差演算部12に入力する。
誤差演算部12は、注目画素A0m,n周辺の画素での誤差を重み付けマトリクスHk,lで重み付けして足し合わせてΣ(Hk,l×E0m+k,n+l)を計算し、さらに、マトリクスHk,lの重み係数を足し合わせた値Hで割ることにより(1/H)×Σ(Hk,l×E0m+k,n+l)を算出する。
次に、図１３で生成された割符画像B0と原画像A1と３値の秘密画像Sを用い、誤差拡散法を利用して図１４に示す構成により２枚目の割符画像B1を生成する。図１４は、量子化の後段に秘密画像埋め込み処理部26を備え、ここで秘密画像Sの埋め込み処理を行う点が図１３と異なっている。秘密画像埋め込み処理部26は、割符画像B1の画質からみるとノイズを発生させるものであるのでノイズ発生器と称されることもある。
図１４において、原画像A1を減算器21に入力する。原画像A1の位置(m,n)の画素A1m,nも、例えば０(黒)〜１(白)の間の256階調の値を持つ。減算器21は、蓄積された誤差を考慮した原画像輝度値U1m,n＝A1m,n−(1/H)×Σ(Hk,l×E1m+k,n+l)を計算する。量子化器23は、蓄積された誤差を考慮した原画像輝度値U1m,nに対して量子化を施し、２値の画素値B1ｔm,nを出力する。画素値B1ｔm,nは、０(黒)か１(白)であり、これは秘密画像Sの埋め込み処理前の第２の割符画像B1における注目画素に対して仮決定された画素値である。
仮決定された画素値B1ｔm,nは、その後、秘密画像埋め込み処理部26で秘密画像Sが埋め込まれることにより変化することもあるが、高画質の割符を生成できる出力値である。
仮決定された画素値B1ｔm,nを秘密画像埋め込み処理部26に入力する。秘密画像埋め込み処理部26には秘密画像Sの輝度値Sm,nや第１の割符画像B0の画素値B0m,nも入力する。秘密画像埋め込み処理部26は、仮決定された画素値B1ｔm,n、秘密画像Sの輝度値Sm,nおよび第１の割符画像B0の画素値B0m,nを使用して秘密画像Sが埋め込まれた第２の割符画像B1の画素値B1m,nを算出する。
秘密画像埋め込み処理部26から出力される２値の画素値B1m,nを第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして送出するとともに、乗算器24を介して減算器25に入力する。乗算器24、減算器25、誤差演算部22は、図１３の乗算器14、減算器15、誤差演算部12と同様の処理を行うものであるので説明を省略する。
図１６は、秘密画像埋め込み処理部26の動作を示すフローチャートであり、これにより第２の割符画像B1が生成される。
図１６において、まず、蓄積誤差の考慮された原画像輝度値U1m,nがT−ΔTからT＋ΔT間の値であるか否かを判定する(S161)。ここで、T、 ΔTとしては、例えば、T＝0.5, ΔT=0.05などの値を用いることができる。
S161で、蓄積誤差の考慮された原画像輝度値U1m,nU1m,nがT−ΔTからT＋ΔT間の値でないと判定した場合、仮決定された画素値B1ｔm,nをそのまま第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして出力する(S162)。これは、画質が秘密画像埋め込みにより大幅に劣化するのを防ぐためである。
また、蓄積誤差の考慮された原画像輝度値U1m,nU1m,nがT−ΔTからT＋ΔT間の値であると判定した場合には、続いて秘密画像Sの輝度値Sm,nが１(白)であるか０(黒)であるか0.5(灰色)であるかを判定し(S163,S164)、この判定結果に従って仮決定された画素値B1ｔm,nを変化させる。
S163で、秘密画像Sの輝度値Sm,nが１(白)であると判定した場合には、第１の割符画像B0の画素値B0m,nをそのまま第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして出力する(S165)。また、S164で、秘密画像Sの輝度値Sm,nが０(黒)であると判定した場合には第１の割符画像B0の画素値B0m,nを反転して出力し(S166)、そうでない、つまり0.5(灰色)と判定した場合には、仮決定された画素値B1ｔm,nを出力する(S167)。反転は、黒画素ならば白画素、白画素ならば黒画素に変更することを意味する。
誤差拡散法を利用した従来の割符画像生成装置では、蓄積誤差を考慮した原画像輝度値U1m,nが閾値Tの変動ΔT内に収まっているときには、割符のために望ましい画素B1m,nを出力することができる。また、図１６のフローチャートから明らかなように、秘密画像Sにおける輝度値Sm,nが０(黒)である場合、第１の割符画像B0の画素値B0m,nを反転させて第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして出力し、１(白)である場合、第１の割符画像B0の画素値B0m,nと同一の画素値を第２の割符画像B1の画素B1m,nとして出力し、0.5(灰色)である場合、第１の割符画像B0の画素B0m,nとは無関係に第２の割符画像B1の画素値B1m,nを決定している。
しかし、秘密画像Sにおける輝度値Sm,nの状態を元に第２の割符画像B1の画素B1m,nを決定し、その決定に際して、既に画素値が求められた周辺画素の輝度情報を考慮していないので、復号画像上で秘密画像Sの画素値の相関関係が保てず、復号画像上で秘密画像のざらつきが発生したり、復号画像上に割符画像B0,B1の特徴が現れたりすることがある。
本発明は、上記の誤差拡散法を利用した割符画像生成をさらに拡張して割符画像を生成し、良好な復号画像が得られるようにしたものであり、以下、その実施形態について説明する。以下では、本発明を割符画像生成装置として実現する場合について説明するが、本発明は、割符画像生成方法や割符画像生成のためのコンピュータプログラムとしても実現できる。
本発明に係る割符画像生成装置は、従来と同様に、図１２に示す基本構成を有し、第１の２値化手段10および第２の２値化手段20を備えるが、第２の２値化手段20が異なり、連続的な多階調グレースケールの秘密画像を良好に埋め込むことができる。
図１は、第１の２値化手段10の構成例を示すブロック図であり、これは図１３と同じであるので説明を省略する。なお、第１の２値化手段10では誤差拡散法に限らず任意の２値化手法を用いることができる。
図２は、第２の２値化手段20の実施形態を示すブロック図である。本実施形態では、従来の第２の２値化手段の構成要素に加えて、復号画素値算出部28と周辺輝度値算出部29 からなる復号時周辺輝度値算出部を具備し、秘密画像埋め込み処理部26は、仮決定された画素値B1ｔm,n、秘密画像Sの輝度値Sm,nおよび第１の割符画像B0の画素値B0m,n、さらには復号時周辺輝度値算出部が算出する周辺輝度値dm,nを使用して第２の割符画像B1の画素値B1m,nを算出する。その他の構成および動作は、図１４と同じである。
復号画素値算出部28は、量子化器13(図１)からの第１の割符画像B0の画素値B0m,nと秘密画像埋め込み処理部26からの第２の割符画像B1の画素値B1m,nをブール演算し、復号時の画素値Vm,n＝B0m,n◎B1m,nを算出する。なお、◎は、AND,OR,XORなどのブール演算を示す。２枚目の割符画像B1の画素値B1m,nが決定された時、１枚目の割符画像B0の画素値B0m,nは既に決定されているので、この演算は可能である。
周辺輝度値算出部29は、既に決定されている注目画素A1m,n周辺の画素の復号画素値Vm+k,n+lに対し、マトリクスMk,lをかけて足し合わせ、さらに、マトリクスMk,lの重み係数を足し合わせた値Mで割ることで、復号時の周辺輝度値dm,nを式(1)により算出する。
dm,n＝(1/M)×Σ(Vm+k,n+l×Mk,l) (1)
マトリクスMk,lの具体例を図３に示す。本具体例では、既に決定されている注目画素周辺の画素に対する重み係数を全て１にしている。ここではマトリクスMk,lは、3×5画素のサイズとしているが、それ以上あるいはそれ以下の任意のサイズにすることができる。
上記式(1)により、処理中の注目画素A1m,n周辺の復号時輝度値を得ることができる。なお、画像の端部分などの画素の場合、マトリクスMk,lが参照する画素が一部存在しないことがあるが、このような場合にはマトリクスMk,lが参照する画素が存在する範囲内でのみ演算を行えばよい。また、マトリクスMk,lの重み係数を足し合わせた値Mが０となる場合や、マトリクスMk,lが参照する画素が全く存在しない場合にはdm,nはプログラムエラーが起こらないように任意の値を設定するか、秘密画像の埋め込みを行わず、仮決定された画素値B1ｔm,nまま出力すればよい。
また、画像の端部分であるか否かに関わらずマトリクスMk,lの重み係数を足した値Mを固定にして周辺輝度値dm,nを計算してもよい。マトリクスMk,lとしては、重み係数が全て１を持つ平坦なマトリクスを用いても、注目画素A1m,nに近いほど大きな重み係数を持つマトリクスを用いてもよい。
２次元のガウシアンフィルタの中心を注目画素A1m,nに合わせ、２枚の割符ともに画素値が決定している部分の復号画素値Vm-k,n-lだけについて重み係数(フィルタ係数)をかけて足し合わせてもよい。
注目画素A1m,nに近いほど重み係数が大きくなるマトリクスを用いた場合、平坦なマトリクスを用いた場合に比較して復号される秘密画像にコントラストがつきやすいが、周辺輝度の考慮が少なくなる。
図４は、秘密画像埋め込み処理部26の動作を示すフローチャートであり、このフローに従って第２の割符画像B1が生成される。図４には、AND演算で復号される場合に秘密画像埋め込み処理部26が出力する画素値の他に、OR演算およびXOR演算で復号される場合に出力する画素値も合わせて示しているが、以下では、AND演算で復号される場合の動作を説明する。
秘密画像埋め込み処理部26では、まず、蓄積誤差の考慮された原画像輝度値U1m,nがT−ΔTからT＋ΔT間の値であるか否かを判定する(S41)。ここで、T、 ΔTとしては、例えば、T＝0.5, ΔT=0.05などの値を用いることができる。
S41で蓄積誤差の考慮された原画像輝度値U1m,nがT−ΔTからT＋ΔT間の値でないと判定された場合、仮決定された画素値B1ｔm,nをそのまま第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして出力する(S42)。
また、蓄積誤差の考慮された原画像輝度値U1m,nがT−ΔTからT＋ΔT間の値であると判定された場合には、周辺輝度値dm,nと秘密画像Sの輝度値Sm,nの比較を行い、この比較結果に従って第２の割符画像B1の画素値B1m,nを決定する。
例えば、t1,t2をそれぞれ所定の閾値とし、ｄm,n＜Sm,n−t1か否かを判定する(S43)。S43でdm,n＜Sm,n−t1と判定された場合には、周辺輝度値dm,nが低くなりがちと考えられるので、第１の割符画像B0の画素値B0m,nと同じ画素値B0m,nを第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして出力する(S44)。
一方、S43で、ｄm,n＜Sm,n−t1でないと判定された場合には、さらに、dm,n＞Sm,n＋t2か否かを判定する(S45)。S45で、dm,n＞Sm,n＋t2と判定された場合には、周辺輝度値dm,nが高くなりがちと考えられるので、第１の割符画像B0の画素値B0m,nを反転させて第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして出力する(S46)。S45でdm,n＞Sm,n＋t2でないと判定された場合には、周辺輝度値dm,nがほぼ的確であると考えられるので、仮決定された画素値B1ｔm,nを第２の割符画像B1の画素値B1m,nとして出力する。t1やt2は、0から0.1程度の範囲で設定するのが好ましい。
本発明では、復号時周辺輝度値算出部29を設けて復号時の注目画素周辺の輝度値dm,nを算出し、該周辺輝度値dm,nを考慮して第２の割符画像B1の画素B1m,nを決定するので、復号された画像上で秘密画像Sの画素値の相関関係を保つことができ、復号画像上で秘密画像のざらつきが発生したり、復号画像上に割符画像B0,B1の特徴が現れたりすることが抑制される。
図５は、第２の２値化手段20の他の実施形態を示すブロック図であり、図２と同一あるいは同等部分には同じ符号を付してある。本実施形態は、乗算器51および注目画素A1m,nの仮決定された画素値B1ｔm,nを復号する復号画素値算出部52を具備し、仮決定された画素値B1ｔm,nをも周辺輝度値dm,nに反映させている。
復号画素値算出部52は、仮決定された画素値B1ｔm,nと第１の割符画像B0の画素値B0m,nをAND演算し、仮決定された画素値B1ｔm,nの復号時の画素値V1m,nを算出する。
周辺輝度値算出部29は、既に決定されている注目画素A1m,n周辺の画素の復号画素値Vm-k,n-lおよび仮決定された画素値B1ｔm,nを復号した画素値Vm,nに対し、マトリクスMk,lをかけて足し合わせ、さらに、マトリクスMk,lの重みを足し合わせた値Mで割ることで、注目画素A1m,nの仮決定された画素値B1ｔm,nが反映された周辺輝度値dm,nを式(2)により算出する。
dm,n＝(1/M)×Σ(Vm+k,n+l×Mk,l) (2)
式(2)は式(1)と同じであるが、ここで用いるマトリクスMk,lは図３と異なり、例えば図６(a)または(b)に示すように、注目画素A1m,nに対する重み係数が所定値を持っている。図６(a)は、重み係数を全て１とした平坦なマトリクスであり、同図(b)は、注目画素A1m,nに近いほど重み係数を大きくしたマトリクスであり、ここでは何れのマトリクスも使用できる。
上記説明では、原画像A1,A2や秘密画像Sをそのまま第１あるいは第２の２値化手段10,20に入力するものとしたが、第１あるいは第２の２値化手段10,20での２値化処理に先立ってそれらの画像の輝度を補正することにより、復号された秘密画像の視認性を高めることができる。
図７は、この輝度補正を伴う割符画像生成装置の実施形態を示すブロック図である。本実施形態では、まず、原画像A0,A1および秘密画像Sを輝度補正手段71で輝度補正する。
第１の２値化手段10は、輝度補正された原画像A0から第１の割符画像B0を生成し、第２の２値化手段20は、第１の割符画像B0と輝度補正された秘密画像Sと輝度補正された原画像A1とから第２の割符画像B1を生成する。
図８は、輝度補正手段71における輝度補正特性の一例を示す図である。AND演算で秘密画像Sを復号する場合、原画像A0,A1に対しては輝度値が中間階調に集中するように輝度補正を施し、秘密画像Sに対しては輝度値が低い輝度に集中するように輝度補正を施すのが好ましい。
０を黒、１を白とすると、例えば、図８(a),(b)に示すように原画像A0,A1に対しては輝度値が0.3から0.7に収まるように輝度値変換を施し、秘密画像Sに対しては図８(c)に示すように0.0から0.4に収まるように輝度値変換を施す。なお、原画像A0,A1に対する輝度補正特性は同一でなくてもよい。また、原画像A0,A1や秘密画像Sの輝度値分布によってはそれらの画像のうちの１つあるいは２つに輝度補正を施せばよい。
線形変換による輝度補正の場合、xy座標におけるxを入力原画像の輝度値、yを輝度変換後の輝度値とすると、図８(a),(b)の場合、変換式y＝0.4x+0.3に従って原画像A1,A2の輝度値xから変換後の輝度値yを算出できる。また、秘密画像Sの変換後の輝度値は、図８(c)の場合、変換式y＝0.4xに従って算出できる。変換式は、原画像A1,A2に対して同じでも異なってもよい。一般的には、xy座標の２点を指定し、そこを通る直線を表す式を用いて輝度値を変換できる。線形変換に限らず、非線形変換で輝度補正を行なうこともできる。
一般に、原画像A0,A1の輝度値を中間階調に集中させるほど秘密画像Sが表現可能な輝度値範囲を広げることができるので、復号時の秘密画像の視認性を良くすることができる。また、秘密画Sの輝度変換を行なう前にその輝度値ヒストグラムの平坦化を行なえば、秘密画像Sのコントラストを強くすることができる。
OR演算で秘密画像Sを復号する場合の割符は、秘密画像Sが高輝度値に集中するよう輝度補正を行ない、XOR演算で秘密画像Sを復号する場合の割符は、秘密画像Sが低輝度値に集中するように輝度値補正を行なえばよい。
本発明をコンピュータプログラムとして実現する場合には、プログラムに、第１の入力原画像をハーフトーン処理して第１の割符画像を生成する第１の機能と、第１の機能によって生成された第１の割符画像と秘密画像と第２の入力原画像を用いた秘密画像の埋め込み処理により第２の割符画像を生成し、その際に注目画素周辺の画素の復号時画素値を算出し、該復号時画素値から注目画素周辺の周辺輝度値を算出し、該周辺輝度値を考慮して第２の割符画像の注目画素の画素値を決定する第２の機能を備えさせればよい。
また、上記のようにして生成された第１および第２の割符画像をそれぞれ透明媒体に印刷し、それらを重畳して透過光を照射したり、第１および第２の割符画像の画素ごとの論理積あるいは倫理和あるいは排他的論理和を求める演算を実行することで秘密画像を復号することができる。
図９は、本発明によって生成された割符画像B0,B1(256×256画素)およびそれらを重畳(AND演算)して復号された秘密画像(256×256画素)の実際例を示す図である。ここでは、黒を０、白を１としたとき、割符画像B0,B1の生成に供する原画像A0,A1の輝度値範囲をそれぞれ0.3〜O.7、0.3〜0.75に補正し、秘密画像Sの輝度値範囲を0〜O.5に補正した。また、周辺輝度値算出部29では図６(a)のマトリクスを用い、秘密画像Sのヒストグラム平坦化を行った。
本発明における第１の２値化手段の実施形態を示すブロック図である。 本発明における第２の２値化手段の実施形態を示すブロック図である 図２の周辺輝度値算出部で用いるマトリクスの具体例を示す図である。 図２の秘密画像埋め込み処理部の動作を示すフローチャートである。 本発明における第２の２値化手段の他の実施形態を示すブロック図である。 図５の周辺輝度値算出部で用いるマトリクスの具体例を示す図である。 本発明に係る割符画像生成装置の実施形態(輝度補正を伴う場合)を示すブロック図である。 図７の輝度補正手段の輝度補正特性の一例を示す図である。 本発明によって生成された割符画像および復号された秘密画像の実際例を示す図である。 割符画像から秘密画像を復号する構成を示す概念図である。 従来の割符画像生成の構成を示す概念図である。 従来の割符画像生成の他の構成を示す概念図である。 図１２の第１の２値化手段を示すブロック図である。 図１２の第２の２値化手段を示すブロック図である。 図１２の誤差演算部で用いるマトリクスの具体例を示す図である。 図１２の秘密画像埋め込み処理部の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
10,20・・・２値化手段(割符画像生成手段)、11,15,21,25・・・減算器、12,22・・・誤差演算部、13,23・・・量子化器、14,24,27・・・乗算器、26・・・秘密画像埋め込み処理部、28,52・・・復号画素値算出部、29・・・周辺輝度値算出部、71・・・輝度補正手段、A0・・・第１の原画像、A1・・・第２の原画像、B0・・・第１の割符画像、B1・・・第２の割符画像、S・・・秘密画像

Claims (13)

  1. 第１の入力原画像をハーフトーン処理して第１の割符画像を生成する第１のステップと、
    前記第１のステップによって生成された第１の割符画像と秘密画像と第２の入力原画像を用いて誤差拡散法を利用して秘密画像の埋め込み処理により第２の割符画像を生成する第２のステップを備え、
    前記第２のステップは、注目画素周辺の画素の復号時画素値を算出し、該復号時画素値を用いて注目画素周辺の周辺輝度値を算出し、該周辺輝度値を考慮して第２の割符画像の注目画素の画素値を決定することを特徴とする割符画像生成方法。
  2. 前記第２のステップは、秘密画像の埋め込み処理前の第２の割符画像における注目画素の画素値および第１の割符画像の第２割符画像注目画素位置に対応する画素値をも用いて注目画素周辺の周辺輝度値を算出することを特徴とする請求項１に記載の割符画像生成方法。
  3. 前記第２のステップは、各画素値に重み付けして周辺輝度値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の割符画像生成方法。
  4. 前記第２のステップは、注目画素周辺の周辺輝度値と秘密画像の輝度値の比較結果に応じて注目画素の画素値を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の割符画像生成方法。
  5. 注目画素周辺の画素の復号時画素値をメモリに保持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の割符画像生成装置。
  6. 注目画素の画素値の決定処理を一画素ごとに繰り返して行うことを特徴する請求項１ないし５のいずれかに記載の割符画像生成装置。
  7. 第１および第２の入力原画像、秘密画像のうちの少なくとも１つの輝度値範囲を補正してから前記第１および第２のステップで処理することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の割符画像生成方法。
  8. 前記輝度値範囲の補正は、第１および第２の入力原画像を中間調輝度領域によせ、秘密画像を低輝度領域あるいは高輝度領域によせるように輝度変換するものであることを特徴とする請求項７に記載の割符画像生成方法。
  9. 第１の入力原画像をハーフトーン処理して第１の割符画像を生成する第１の２値化手段と、
    前記第１の２値化手段によって生成された第１の割符画像と秘密画像と第２の入力原画像を用いて誤差拡散法を利用して秘密画像の埋め込み処理により第２の割符画像を生成する第２の２値化手段を備え、
    前記第２の２値化手段は、注目画素周辺の画素の復号時画素値を算出する復号時画素値算出手段と、該復号時画素値算出手段により算出された復号時画素値から注目画素周辺の周辺輝度値を算出する周辺輝度値算出手段と、該周辺輝度値算出手段により算出された周辺輝度値を考慮して第２の割符画像の注目画素の画素値を決定する秘密画像埋め込み処理手段を備えることを特徴とする割符画像生成装置。
  10. 前記第２の２値化手段は、さらに秘密画像の埋め込み処理前の第２の割符画像における注目画素の画素値を算出する注目画素復号時画素値算出手段を備え、前記周辺輝度値算出手段は、前記注目画素復号時画素値算出手段により算出された注目画素の画素値をも用いて注目画素周辺の周辺輝度値を算出することを特徴とする請求項１に記載の割符画像生成装置。
  11. 第１および第２の入力原画像および秘密画像のうちの少なくとも１つの輝度値範囲を補正してから前記第１および第２の２値化処理手段に入力する輝度補正手段を備えたことを特徴とする請求項９または１０に記載の割符画像生成装置。
  12. コンピュータに下記の機能を実現させるためのプログラム。
    第１の入力原画像をハーフトーン処理して第１の割符画像を生成する第１の機能、
    前記第１の機能によって生成された第１の割符画像と秘密画像と第２の入力原画像を用いて誤差拡散法を利用して秘密画像の埋め込み処理により第２の割符画像を生成し、その際に注目画素周辺の画素の復号時画素値を算出し、該復号時画素値から注目画素周辺の周辺輝度値を算出し、該周辺輝度値を考慮して第２の割符画像の注目画素の画素値を決定する第２の機能。
  13. 請求項１、９、１２のいずれかにより生成された第１および第２の割符画像がそれぞれ印刷された透明媒体に透過光を照射することにより、または、請求項１、９、１２のいずれかにより生成された第１および第２の割符画像の画素ごとの論理積演算あるいは論理和演算あるいは排他的論理和演算を求める演算を実行することにより秘密画像を復号することを特徴とする割符画像復号方法。
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