JP2017072958A - 画像処理装置および画像に多重化された情報の復号方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カメラ付携帯端末の多重化デコード用アプリを立ち上げる。このデコード用アプリは、印刷物を撮影する撮影機能S1401と、複数の異なる多重化パターンをデコードする多重化デコード機能S1402と、デコードして取得した情報をそれぞれ複数の異なるメモリ領域に格納する情報格納機能S1403と、カメラ付携帯端末のディスプレイに表示するコンテンツ再生機能S1404を持っている。
【選択図】図14
Description
本発明は上記従来例に鑑みて成されたもので、画像データに情報を埋め込む多重化方式として複数の方式を利用可能な場合に、ユーザが煩わしい設定をすることなく、埋め込まれた情報を取得することが可能な画像処理装置、および画像に多重化された情報の復号方法およびプログラムを提供することを目的とする。
前記複数の異なる多重化方法に対応した複数の異なる復号方法により前記画像情報から前記付加情報の復号を試みる復号処理手段と、
前記復号処理手段により復号が成功した前記付加情報を出力する出力手段と
を有することを特徴とする画像処理装置。
図1は、第1の実施形態の画像処理システムの構成を示すブロック図である。
入力端子100からは多階調の画像情報が、入力端子101からは、画像情報の中に埋め込むべき必要な付加情報が入力される。この付加情報は、入力端子100にて入力される画像情報とは別の情報、例えば音声情報や動画情報、テキスト文書情報、入力端子100にて入力される画像に関する著作権、撮影日時、撮影場所、撮影者等の諸情報、また、全く別の画像情報等、様々な応用が考えられる。
付加情報多重化装置102は、視覚的に判別しづらいように、画像情報中に付加情報を埋め込ませる装置である。この付加情報多重化装置102は、付加情報の多重化とともに、入力した多階調の画像情報の量子化をも司る。
プリンタ103は、付加情報多重化装置で作成された情報をプリンタエンジンにて媒体上に可視化し、印刷物として出力する。プリンタ103は、インクジェットプリンタ、レーザープリンタ等、疑似階調処理を用いることにより階調表現を実現するプリンタを想定する。
出力された印刷物上の画像は、カメラ付携帯端末104の撮像センサ105を用いて読みとり、付加情報分離装置106によって、印刷物に印刷された画像中に埋め込まれた付加情報を分離し、出力端子107に出力する。この出力端子107は、取得した付加情報を出力するインターフェイスであり、例えば音声情報であればカメラ付携帯端末104のスピーカー108への出力となり、画像情報であればディスプレイ109への出力となる。また、出力端子107は外部デバイスへデータを出力するインターフェイスでも構わない。また、カメラ付携帯端末104に複数の撮像センサがある場合、印刷物の撮影は第二撮像センサ111で行ってもよい。
図2は、図1の付加情報多重化装置102の構成を示すブロック図である。
誤差拡散部200は、入力端子100より入力された画像情報を誤差拡散法を用いた疑似階調処理することによって、入力階調数よりも少ない量子化レベルに変換し、複数画素の量子化値によって面積的に階調性を表現する。誤差拡散処理についての詳細は後述する。
ブロック化部201は、入力された画像情報を所定領域単位に区分する。このブロック化部201により行われるブロック化は矩形でも良いし、矩形以外の領域に区分しても良い。
量子化条件制御部202は、ブロック化部201にてブロック化した領域単位で量子化条件を変更し、制御する。量子化条件制御部202は、入力端子101から入力された付加情報に基づき、ブロック単位で量子化条件を制御する。量子化条件制御部202により制御され、出力される量子化条件には例えば量子化閾値を含む。2値化の場合には量子化閾値は1つであるが、多値化の場合には、量子化後の階調数に応じた数の閾値が出力される。また、階調数を量子化条件に含めてもよい。
制御部210は、CPU211、ROM212、RAM213などを含む。CPU211は、ROM212に保持された制御プログラムを実行して、上述した各構成たとえば誤差拡散部200、量子化条件制御部202の動作、及び処理を制御する。RAM213は、CPU211の作業領域として使用される。また上述したブロックは制御部210により制御されるハードウエアであってもよいが、制御部210によるプログラムの実行で実現される論理的な機能ブロックであってもよい。
図3は、誤差拡散処理部200の詳細を表すブロック図である。いま、量子化値が2値である誤差拡散処理を例にして説明する。
加算器300は、入力された画像情報の注目画素値と既に2値化された周辺画素の分配された量子化誤差とを加算する。量子化条件制御部202からの量子化閾値と、加算器300によって誤差が加算された画素値とを比較部301にて比較し、量子化閾値よりも大きい場合には"1"を、それ以外では"0"を出力する。例えば、8ビットの精度で画素の階調を表現する場合には、最大値である"255"と最小値である"0"で表現するのが一般的である。
いま、量子化値が"1"(すなわち255)の時に、紙上にドット(インク、トナー等)が印刷されると仮定する。減算器302は、量子化結果と、前述した注目画素値と分配された誤差との加算結果との誤差すなわち量子化誤差を算出し、誤差配分演算部303に基づいて、今後の量子化処理が施される周辺画素に誤差を配分する。誤差の配分割合は注目画素とその周辺画素との相対的な距離に基づいて実験的に設定された誤差の配分テーブル304を予め所有している。誤差配分演算部303は、配分テーブル304に記された配分割合に基づいて、減算器302により得られた量子化誤差を分配する。図3の配分テーブル304は、注目画素の周囲8画素のうち、量子化されていない4画素分の配分テーブルを示しているが、これに限るものではない。
次に量子化条件制御部202を含む全体の動作手順について、図4のフローチャートを基に説明する。いま、量子化値は2値である例について述べる。
S401では、制御部210が変数iの初期化を行う。変数iは処理対象の画素すなわち注目画素の垂直方向のアドレスをカウントする変数である。
S402では、制御部210が変数jの初期化を行う。変数jは注目画素の水平方向のアドレスをカウントする変数である。
続いてS403は、i、jのアドレス値による判定工程であり、制御部210が、現在の注目画素のアドレスである座標(i、j)が、多重化処理を実行すべき領域に属しているか否かを判定している。
W = INT(WIDTH / N) ...式1
H = INT(HEIGHT / M) ...式2
但し、INT( )は( )内の値の整数部分を示す。
式1、式2において割り切れない剰余画素数が、N×Mのブロックを画像中に複数配置した時の端部に相当し、付加情報を多重化する領域の外、すなわち符号多重化領域外となる。図4のS403においては、注目画素が、原点を基準にして水平方向にW x N、垂直方向にH x Mの矩形領域内にあれば符号多重化領域内と判定され、そうでなければ符号多重化領域外と判定される。ここでN,Mはブロック化部201によるブロックのサイズであり、WIDTH,HEIGHTは処理対象の画像データのサイズである。
bit = code[INT(i / M)×W + INT(j / N)] ...式3
ここで式3の右辺のインデックスは、ブロックをラスタ順に配置したときの順番を示している。式3により、処理対象の画像データの各ブロックに付加情報の各ビットが対応付けられる。このことから、付加情報codeのビット数は、W×H以下であり、望ましくはW×Hと等しい。例えば図5ではブロック数は4×6=24であるが、codeが48ビットであるなら、例えば8×6=48ブロックにブロック化することが望ましい。
制御部210は、S406にて"0"と判定した場合には、S407にて量子化条件Aを設定し、"1"と判定した場合には、S408にて量子化条件Bを設定する。
続いてS409では、設定した量子化条件に基づいて制御部210が量子化処理を行う。誤差拡散部200が行ってもよい。この量子化処理は、図3にて説明している誤差拡散法に相当する。
続いて、S410では水平方向変数jを1カウントアップし、S411にて画像の水平画素数であるWIDTH未満か否かを判定し、処理画素数がWIDTHになるまで前述の処理を繰り返す。また、水平方向の処理がWIDTH画素数分終了すると、S412にて垂直方向変数iを1カウントアップし、S413にて画像の垂直画素数であるHEIGHT未満か否かを判定し、処理画素数がHEIGHTになるまで前述の処理を繰り返す。
以上の動作手順により、N×M画素よりなるブロック単位で、付加情報に応じて量子化条件を変更することが可能になる。
続いて、量子化条件A、B、Cの例について説明する。誤差拡散法における量子化条件は様々な因子があるが、第1の実施形態では、量子化条件は量子化閾値とする。量子化条件Cが選択される場合は、注目画素は多重化領域外である為に、量子化閾値は何でも良い。前述したように、1画素が8ビットによる階調表現で、量子化レベルが2値の場合には、最大値である"255"、及び、最小値である"0"が量子化代表値となるが、その中間値となる"128"を量子化閾値として設定することが多い。すなわち、量子化条件Cでは、量子化閾値を"128"固定とする条件にする。量子化条件A、量子化条件Bを使用する場合は、注目画素が多重化領域内のブロックに属する為、量子化条件の違いによる画質の違いを生じさせなければならない。但し、画質の違いは視覚的には判別しにくいように表現し、かつ、紙上から容易に識別できなくてはならない。
・直接RGBの輝度情報に周期性を重畳する方式
・RGBの輝度情報を輝度‐色差情報(例えばYCrCb信号)に分離して周期性を多重化する方式
・RGBの輝度情報をインク色(例えばCMYK信号)に分離して周期性を多重化する方式
周期性の多重化は上述のように量子化閾値を用いてもよい。
次に、図1の画像処理システムにおける付加情報分離装置106について説明する。図7は、付加情報分離装置106の構成を示すブロック図である。説明を容易にする為に、前述した情報付加多重化装置102の例と同様、分割したブロック内に各1ビットずつの付加情報が多重化されている印刷物から分離する例について説明する。当然、多重化装置における1ブロックあたりの付加情報量と、分離装置における1ブロックあたりの分離情報量は等しくなる。
入力端子700には、カメラ付携帯端末104で読み込まれた画像情報が入力される。使用するカメラ付携帯端末104の撮像センサの解像度は、印刷物を作成するプリンタ解像度と同等以上が好ましい。当然、正確に印刷物のドットの点在情報を読み込む為には、サンプリング定理により、撮像センサ側はプリンタ側よりも2倍以上の解像度が必要になる。しかし、同等以上であれば、正確でなくとも、ある程度ドットが点在しているのを判別することは可能である。第1の実施形態では、説明を容易にするためにプリンタ解像度と撮像センサの解像度が同一解像度と想定する。
幾何学的ずれ検出部701は、カメラ付携帯端末104で撮影した画像の幾何学的ずれを検出する。処理対象の画像は、プリンタ出力、カメラ付携帯端末104撮影を経ている為に、入力端子700から入力される画像情報は、プリンタ出力以前の画像情報とは幾何学的に大きくずれている場合がある。そこで、幾何学的ずれ検出部701では、印刷物と印刷物以外との境界線をエッジ検出にて検出する。
P≦N、かつ Q≦M ... 式4
の関係が成り立つ。
また、P×Q画素単位のブロック化は、一定間隔で行う。すなわち、多重化時のN×M画素よりなるブロックと想定される領域内に、P×Q画素単位のブロックがひとつ内包するようにブロック化する。つまりブロックのピッチは、水平方向についてN画素、垂直方向についてM画素が基本となり、この場合、ブロック間の間隙は、水平方向にN−P画素、垂直方向にM−Q画素となる。ただし、上述したように原画像とキャプチャ画像との間にはずれがあり、幾何学的ずれ検出部701により検出したずれ量を1ブロックあたりのずれ量に換算して、スキップ画素数に加算して補正する必要がある。たとえば或るP×Qブロックの右横のP×Qブロックを決定する際に、単に水平方向のピッチがN画素となるようにP×Qブロックを決めるのではなく、右方向にN画素移動した場合の垂直方向のずれを検出したずれ量から求め、その画素数だけ垂直方向にずらした位置を基準としてP×Qブロックを確保する。
変換値加算部708は、画素特定部706、及び707にて特定した画素位置の変換値を、位相毎にそれぞれ加算する。この画素位置特定処理、及び、変換値の加算処理は、空間フィルタ703,704で強調した所定周波数ベクトルの電力を抽出することに相当する。周波数ベクトルとは、ここでは画像の水平方向と垂直方向それぞれの周波数成分の組であり、画像の二次元的な周波数特性を示す。
分散値算出部709は、位相毎に加算した複数の加算値の分散を、それぞれの周期性において算出する。
判定部710は、それぞれの周期性における分散値に基づいて、多重化された符号を判定する。
図11は、図7の画素特定部706、及び画素特定部707、変換値加算部708、分散値算出部709、判定部710の動作手順を示すフローチャートである。図11の手順は、図11に示した各構成要素で実行される。具体的には、S1103を画素特定部で、S1104を変換値加算部で、S1107を分散値部で、S1110,S1111を判定部710で実行する。その間にあるパラメータの設定処理や判定処理は例えば不図示の制御部などで行ってもよい。また、図11で言及する周期性No.の値は画素特定部から分散値部に至る処理ブロックのシーケンスに対応しており、図7では周期性No.の数は0,1の2つである。すなわち図11では周期性No.iの値を変えて直列的に処理されているが、図7のようにハードウエアで実現する場合には、異なる周期性No.に対応する処理は並列に実行される。このため図7の構成で図11の手順を実行する際には、パラメータiに関するS1108及びS1109は行われない。なお図11の処理は、不図示のCPU等のプロセッサーあるいは制御部により図11の手順全体を実現するためのプログラムを実行することで行われてもよい。以下の説明では、付加情報分離装置106が動作の主体であるとする。
図11中、S1101、及びS1102では、変数の初期化を行い、本フローで用いる変数i、jの値を0に初期化する。
S1103では、画素特定部706、707による特定する画素位置の規則性の因子、すなわち、"周期性"及び"位相"の2因子を決定する工程である。本フローでは、周期性に関する変数をi、位相に関する変数をjとする。この周期性及び位相の条件は、番号(ナンバー)により管理されていて、いま、周期性ナンバー(以下No.と略す)がi、位相No.がjである画素位置特定方法の因子を設定する。この例については図12、図13を参照して説明する。この因子により処理対象の変換値の画像データ中における位置が特定される。なおi,jはそれぞれ周期性と位相とを示すインデックスであるが、以下では周期性i、位相jと呼ぶこともある。
続いてS1104は、ブロック内で特定された位置の変換値を加算する工程である。加算した加算値を変数の配列TOTAL[i][j]として記憶する。パラメータi,jに応じて通常は複数の画素(変換値)が特定されるため、S1104では特定された位置の変換値の合計値を求めてTOTAL[i][j]に記憶する。
S1105にて変数jをカウントアップして、S1106にて固定値Jと比較する。Jは、位相を変化させて画素位置特定処理をする所定の回数が格納されている。もし、変数jがJ未満であればS1103に戻り、カウントアップ後のjによる新たな位相No.により、画素位置特定処理、及び、特定された位置の画素(すなわち変換値)の加算処理が繰り返される。インデックスjの値が異なれば、特定される画素の位置も異なる。
S1109にてiが設定回数終了したと判断されると、分散値B[i]はI個算出できたことになる。S1110にて、I個の分散値の集合から分散値の最大値を検出し、その時のiの値を変数imaxに代入する。
1.特定された位置の変換値を加算した加算値の最大値と最小値の差分
2.特定された位置の変換値を加算した加算値の最大値と2番目に大きな値との差分、もしくは、最小値と2番目に小さな値との差分のどちらか
3.特定された位置の変換値を加算した加算値によるヒストグラムを作成した時の、前後の順番の差分の最大値。
以下に、カメラ付携帯端末104にて、符号情報が多重化された画像情報を可視化した多重化印刷物を撮影し、撮影により得た画像情報をデコードして得られた符号情報をコンテンツ表示するフローについて、その詳細を図14、図15を用いて説明する。ここで、本実施形態では、写真や広告チラシやチケットといった様々な印刷物を想定する。また、埋め込まれる情報は、写真の被写体の詳細情報や、撮影時の音声データや動画データ、商品の生産者やメーカーや消費期限、チケットの座席情報などを想定する。なお、以下の説明では、画像情報に埋め込まれた付加情報を多重化情報と呼ぶこともある。
本実施形態では、図17に示すように、印刷物に三つの異なる多重化情報A、B、Cのうち少なくとも二つが埋め込まれていることを前提とする。ここでも、シングルスレッドとマルチスレッドのそれぞれについて説明する。
上記二つの実施形態は、ユーザに不可視の不可視情報を印刷物に埋め込む例について述べた。第3の実施形態として、ユーザに不可視の多重化情報とバーコードやQRコード(登録商標)に代表されるユーザに可視の可視情報が混在する印刷物について説明する。
上記実施形態において、シングルスレッドで複数の異なるデコード処理を行う場合、デコード処理A'、B'、C'の順番に処理を行ってきた。しかし、デコード処理の順番はこれに限らない。例えば、前回の撮影画像にて、デコード処理C'で所定の情報が取得できたなら、今回のデコード処理もC'から行ってもよい。
Claims (17)
- 複数の異なる多重化方法のうちの少なくとも一つによって付加情報が多重化された印刷物を撮影した画像情報から前記付加情報を取得する画像処理装置であって、
前記複数の異なる多重化方法に対応した複数の異なる復号方法により前記画像情報から前記付加情報の復号を試みる復号処理手段と、
前記復号処理手段により復号が成功した前記付加情報を出力する出力手段と
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記画像情報を分割したブロックを単位として前記付加情報は多重化されており、前記復号処理手段は、前記ブロックごとに、前記複数の異なる復号方法それぞれにより前記付加情報の復号を試み、成功した前記復号方法で前記画像情報の残りの部分について復号することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記復号処理手段は、前記画像情報の全体について、前記複数の異なる復号方法それぞれにより前記付加情報の復号を試みることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記復号処理手段は、前記画像情報に含まれる領域ごとに、前記複数の異なる復号方法それぞれによる前記付加情報の復号を試みることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記復号処理手段は、前記画像情報に含まれる領域から復号した前記付加情報により、前記付加情報が多重化された領域および当該領域の復号方法を特定し、特定した前記領域に多重化された付加情報を、特定した前記復号方法により復号することを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記複数の異なる多重化方法のうちのひとつとして、前記画像情報を分割したブロックを単位として、前記ブロックに前記付加情報の符号に対応した量子化閾値マトリクスにより前記ブロックを量子化することで前記付加情報を多重化する第1の多重化方法を含み、
前記復号処理手段は、前記ブロックごとに、当該ブロックに含まれる画像情報の空間周波数と前記量子化閾値マトリクスのパターンの空間周波数との一致の程度を判定し、一致の程度が所定値を超えていれば前記量子化閾値マトリクスに対応した符号を復号することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 前記第1の多重化方法における前記付加情報の符号と前記量子化閾値マトリクスとの対応付けを変えることで前記複数の異なる多重化方法とすることを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記第1の多重化方法と、前記第1の多重化方法とは異なる多重化方法を前記複数の異なる多重化方法とすることを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記復号処理手段は、前記複数の異なる復号方法それぞれを並行して行うことで、前記画像情報から前記付加情報の復号を試みることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記復号処理手段は、前記複数の異なる復号方法を切り替えながら行うことで、前記画像情報から前記付加情報の復号を試みることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記付加情報は、不可視情報であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記付加情報は、可視情報と不可視情報とが混在していることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記可視情報と前記不可視情報が混在している画像において、前記復号処理手段は、前記可視情報から取得した付加情報と、前記不可視情報から取得した付加情報とを照合し、一致を判定することを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。
- 印刷物を撮影して画像情報を得る撮影手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記出力手段は、前記付加情報を再生する再生手段を含むことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 複数の異なる多重化方法のうちの少なくとも一つによって付加情報が多重化された印刷物を撮影した画像情報から前記付加情報を取得する、画像に多重化された情報の復号方法であって、
前記複数の異なる多重化方法に対応した複数の異なる復号方法により前記画像情報から前記付加情報の復号を試み、
復号が成功した前記付加情報を出力する
ことを特徴とする復号方法。 - 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の画像処理装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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