JP4866698B2 - 埋め込み情報再生装置、改竄検知装置及び埋め込み情報再生方法 - Google Patents
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Description
図1は埋め込み情報再生装置のブロック構成図を示す。画像入力部1は、埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、画像の画像信号を出力する。画像入力部1は、例えばスキャナ等を有する。
ここで、埋め込み情報再生装置が再生を行う前提となる埋め込み情報が埋め込まれた画像について説明する。図2は情報埋め込み装置のブロック構成図を示す。画像入力部20は、画像を画像信号P(x,y)として入力する。画像入力部1は、例えばスキャナを有する。スキャナは、画像記録媒体として例えば用紙に記録された画像を読み取り、画像信号P(x,y)を出力する。
平滑化部21は、画像入力部20から出力された画像信号P(x,y)を平滑化する。
情報入力部22は、画像入力部20により入力された画像信号P(x,y)に埋め込む埋め込み情報を入力する。埋め込み情報は、例えば有限bitのデジタル信号として表現される。本実施の形態において埋め込み情報は、例えば16bitのデジタル信号とする。
変調部23は、情報入力部22から入力された埋め込み情報を重畳した重畳信号Q(x,y)を生成する。変調部23は、重畳信号Q(x,y)を例えば16種類の空間周波数の2次元の正弦波の重ね合せにより生成する。式(1)は、重畳信号Q(x,y)を生成する式を示す。
fkは埋め込み情報のkbit目の値を表し、fk=0又は1である。なお、0≦k≦−5である。
Aは重畳信号Q(x,y)の強度を表す。ここでは画像信号P(x,y)の最大強度を1とし、A=0.2とする。また、clip(x)は、値を±0,5以内にクリップする関数である。clip(x)を次式(2)〜式(4)に示す。
if(x<−0.5) clip(x)=−0.5 …(2)
if(x>0.5) clip(x)=0.5 …(3)
if(0.5>x>−0.5 clip(x)=x …(4)
uk,vkは、埋込む正弦波のk番目の周波数成分を表す。uk,vkは、任意の値を設定してよい。
重畳部24は、平滑化部21により平滑化された画像信号P2(x,y)のエッジ部に対して変調部23により生成された重畳信号Q(x,y)を加える。
2値化部25は、重畳信号Q(x,y)が加えられ画像信号を2値化し、エッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状を付加する。
画像出力部26は、2値化部25により2値化された画像信号を出力する。画像出力部26から出力された2値化の画像信号は、例えばハードディスク等に保存されたり、又は直接プリンタにより画像記録媒体に印刷される。画像記録媒体に印刷された画像は、画像信号P(x,y)のエッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状が付加されている。
埋め込み周波数記憶部3は、画像への埋め込みに用いたパラメータ、すなわち画像への前記埋め込み情報の埋め込みに用いた空間周波数情報を既知の情報として記憶する。すなわち、埋め込み周波数記憶部3は、例えば上記図3及び図4に示すように16組の空間周波数情報(uk,vk)をテーブル化して記憶する。
情報抽出部4は、k=1〜16までのkに応じた空間周波数(uk,vk)を埋め込み周波数記憶部3から読み出し、読み出した空間周波数(uk,vk)の周波数のスペクトル信号F(uk,vk)を求める。情報抽出部4は、スペクトル信号F(uk,vk)と所定の閾値Tと比較する。比較の結果、情報抽出部4は、スペクトル信号F(uk,vk)が閾値Tより大きければ情報を「1」、小さければ情報を「0」とする。そして、情報抽出部4は、k=1〜16までの16個の情報「1」又は「0」を並べ、16bitの埋め込み情報を再生する。埋め込み情報は、2バイトの信号として表せる。しかるに、情報抽出部4は、埋め込み情報を2バイトの信号として出力する。
画像入力部1は、埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取る。画像は、例えば画像記録媒体に印刷されている。画像は、例えば線分等のエッジ部に埋め込み情報に応じた凹凸形状が付加されている。画像入力部1は、読み取った画像の画像信号を出力する。
スペクトル解析部2は、画像入力部1から出力された画像信号を入力する。スペクトル解析部2は、図5に示すように画像信号による画像を複数のブロック、例えば16個の各ブロック「1」〜「16」に分割する。次に、スペクトル解析部2は、各ブロック「1」〜「16」の各画像に対してそれぞれフーリエ変換を行う。
次に、スペクトル解析部2は、上記各式(5)(6)を演算してフーリエ変換の結果である各周波数毎の絶対値の2乗を計算する。次に、スペクトル解析部2は、上記式(7)を演算して各ブロック「1」〜「16」について上記計算したスペクトルの各周波数毎の平均値F(u,v)を計算する。スペクトル解析部2は、平均値F(u,v)の計算結果をスペクトル信号として出力する。
次に、情報抽出部4は、スペクトル解析部2から出力されたスペクトル信号F(uk,vk)と所定の閾値Tと比較する。比較の結果、スペクトル信号F(uk,vk)が閾値Tより大きければ、情報抽出部4は、情報を「1」とする。スペクトル信号F(uk,vk)が閾値Tより小さければ、情報抽出部4は、情報を「0」とする。
次に、情報抽出部4は、k=1〜16までの16個の情報「1」又は「0」を並べ、16bitの埋め込み情報を再生する。埋め込み情報は、2バイトの信号として表せる。しかるに、情報抽出部4は、埋め込み情報を2バイトの信号として出力する。
図6は埋め込み情報再生装置のブロック構成図を示す。本埋め込み情報再生装置は、図表や写真などのハーフトーンを有する画像から埋め込み情報を再生する。
像域分離部30は、中間調領域の抽出を行う。中間調領域は、例えば写真、図表などのように網点により階調を表現している画像領域である。中間調領域の分離方法は、いくつかの方式がある。本実施の形態は、例えばスメアリングによる方法を用いる。
if(P(x)≧Th)Q(x)=1 …(8)
if(P(x)<Th)Q(x)=0 …(9)
次に、像域分離部30は、黒レベル「0」の画素を縦横4方向に所定画素数Nだけ膨張する。この結果をQ2(x,y)とする。すなわち、ある画素が黒レベル「0」の画素である場合、当該画素に対して上下左右の4方向の各N画素以内にある各画素を黒レベル「0」の画素に変更する。例えば、所定画素数N=2の場合の処理例を次式に示す。
(Q(x+1,y)=0)or(Q(x+2,y)=0)or(Q(x,y-2)=0)or
(Q(x,y-1)=0)or(Q(x,y+1)=0)or(Q(x,y+2)=0))
Q2(x,y)=0 …(10)
else Q2(x,y)=1
閾値Thは、中間調画像に用いられる網点の周期の半分又は網点の周期の半分以上の値に設定する。以上の処理により像域分離部30は、網点領域のように小さい形状の黒領域同士が狭い間隔で隣接している場合、これら黒領域は連結した1つの領域とする。
すなわち、文字や線画は、線要素より構成されている。このため、縦方向又は横方向の長さは所定値以下となる。中間調領域は、縦横方向共にある程度以上の長さがある。従って、像域分離部30は、上記判定条件により中間調領域を判定することができる。しかるに、像域分離部30は、例えば中間調領域と判定された画素を「1」、それ以外の画素を「0」とする判定信号を出力する。
図7A及び図7Bは中間調領域の判定例を示す。図7Aに示す黒領域K1は、横方向の大きさが所定の閾値TL以下である。このため、黒領域K1は、中間調領域とは判定されない。一方、図7Aに示す黒領域K2は、縦方向と横方向との大きさがそれぞれ所定の閾値TL以上である。これにより、黒領域K2は、中間調領域とは判定される。
画像入力部1は、埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、読み取った画像の画像信号を出力する。
像域分離部30は、画像入力部1から出力された画像信号を入力する。像域分離部30は、例えば写真、図表などのように網点により階調を表現している中間調領域の抽出を行う。像域分離部30は、例えば上記のスメアリングによる方法を用いて中間調領域を分離する。像域分離部30は、例えば中間調領域と判定された画素を「1」、それ以外の画素を「0」とする判定信号を出力する。
情報抽出部4は、埋め込み周波数記憶部3からk=1〜16までのkに応じた空間周波数(uk,vk)を読み出す。情報抽出部4は、読み出した空間周波数(uk,vk)の周波数のスペクトル信号F(uk,vk)を求める。
図8は埋め込み情報再生装置のブロック構成図を示す。像域分離部30は、上記第2の実施の形態と同様に、例えば中間調領域と判定された画素を「1」、それ以外の画素を「0」とする判定信号を出力する。この判定信号は、スペクトル解析部32にも送られる。
スペクトル解析部32は、上記第1の実施の形態と同様に、画像入力部1から出力された画像信号を入力する。スペクトル解析部2は、図5に示すように画像信号による画像を複数のブロック、例えば16個の各ブロック「1」〜「16」に分割する。次に、スペクトル解析部2は、各ブロック「1」〜「16」の各画像に対してそれぞれフーリエ変換を行う。
ここで、各ブロック「1」〜「16」の全部又は殆どが中間調領域の場合、各ブロック「1」〜「16」の領域に情報が埋め込まれていない。このため、各ブロック「1」〜「16」に対してスペクトル解析を行っても有意なスペクトル情報が抽出できない。処理が無駄であるだけでなく、情報抽出の精度が低下する。
従って、スペクトル解析部32は、像域分離部30により抽出された中間調領域を有する各ブロック「1」〜「16」に対するスペクトル解析を行わない。図9はスペクトル解析を行わない中間調領域を有する各ブロックの模式図を示す。領域Hは中間調領域を有する各ブロックh1〜h4を有する。スペクトル解析部2は、各ブロックh1〜h4に対してスペクトル解析を行わない。
スペクトル解析部32は、新たな4個のブロックを含む各ブロック「1」〜「16」毎にそれぞれスペクトル解析を行い、これらスペクトルの各周波数の平均値を求める。すなわち、スペクトル解析部2は、上記各式(5)(6)を演算してフーリエ変換の結果である各周波数毎の絶対値の2乗を計算する。次に、スペクトル解析部2は、上記式(7)を演算して各ブロック「1」〜「16」について上記計算したスペクトルの各周波数毎の平均値F(u,v)を計算する。スペクトル解析部2は、平均値F(u,v)の計算結果をスペクトル信号として出力する。
画像入力部40は、埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、画像の画像信号を出力する。画像入力部40は、例えばスキャナ等を有する。読み取られる画像には、冗長なスペクトルが埋め込まれている。すなわち1つのbitに対して2つの周波数スペクトルが割り当てられている。bitが「0」の場合、一方の周波数スペクトルが埋め込まれる。bitが「1」の場合、他方の周波数成分スペクトルが埋め込まれる。
ここで、埋め込み情報再生装置が再生を行う前提となる埋め込み情報が埋め込まれた画像について説明する。同情報埋め込み装置の構成は、上記図2に示すブロック構成図と同一なので、同図を援用する。
画像入力部20によって入力される画像中には、既に変調部23によって生成される重畳信号Q(x,y)と略同一周波数の情報が存在する場合がある。この場合、画像中の周波数が埋め込み情報の周波数成分なのか、又は本来画像中に存在している周波数成分なのかを判断することに困難性が生じる。
これを解決するために、変調部23は、埋め込み情報の各値に対応する2つの周波数を1組とし、当該組を複数有する。変調部23は、埋め込み情報の各値に応じて1組の各周波数のうちいずれか一方の周波数により埋め込み情報を重畳した重畳信号Q(x,y)を生成する。
具体的に、変調部23は、埋め込み情報の1bitに対応して2つ1組の周波数を割り当てる。例えば埋め込み情報の1bitに対応して(u1,u2)を設ける。埋め込み情報が「0」の場合に周波数u1を用いる。埋め込み情報が「1」の場合に周波数u2を用いる。図11は変調部23により埋込む正弦波の周波数成分の配置図を示す。図12は同周波数成分の対応を示す。
変調部23は、上記式(2)に示す計算式によって重畳信号Q(x,y)を求めることは上記第1の実施の形態中で説明した埋め込み情報の埋め込み動作と同一である。
情報抽出部43は、埋め込み周波数記憶部42に記憶されている空間周波数情報(u1k,v1k)(u2k,v2k)を用いてスペクトル信号F(u,v)から埋込み情報の抽出を行う。本実施の形態は、埋め込み情報を8bitとする。K=1から8番目のbitに対して図11に示すように2つの埋め込み周波数(ulk,vlk),(u2k,v2k)が割り当てられている。
Fd=F(ulk,vlk)−F(u2k,v2k) …(11)
if(Fd≧0) Tk=1
if(Fd<0) Tk=0
情報抽出部43は、k=1〜8までの8個の情報「1」又は「0」を並べ、8bitの埋め込み情報を再生する。
スペクトル解析部41は、画像入力部40から出力された画像信号を入力し、当該画像信号による画像を複数のブロック、例えば16個の各ブロック「1」〜「16」に分割する。スペクトル解析部41は、各ブロック「1」〜「16」の各画像に対してそれぞれフーリエ変換を行う。スペクトル解析部41は、上記式(5)〜(7)に示すようにフーリエ変換の結果である各周波数毎の絶対値の2乗を計算する。スペクトル解析部41は、スペクトルの各周波数毎の平均値F(u,v)を計算し、平均値F(u,v)をスペクトル信号として出力する。
本実施の形態のように2つの周波数成分の大小で判定すると、画像に本来存在する周波数成分の影響をかなり相殺することができる。これにより、精度の高い埋め込み情報の再生ができる。閾値の設計が容易であるというメリットもある。
本実施の形態は、上記第4の実施の形態における情報抽出部43の計算方法を変更している。情報抽出部43は、式(12)に示すように所定の閾値Thを設けている。情報抽出部43は、2つの周波数のスペクトルの差分がTh〜−Thの間にあれば、Tk=−1になるように判定する。
if(Fd≧Th) Tk=1
if(Th>Fd>−Th) Tk=−1
if(Fd≦−Th) Tk=0
Tk=−1は、情報が埋込まれていないことを示す。K=1〜8の中で1つでもTk=−1となる場合、情報抽出部43は、情報の埋め込みがないと判定する。
このように上記第5の実施の形態によれば、埋め込み情報の再生だけでなく、情報の埋め込みの有無も判定することができる。
図13は改竄検知装置の構成図を示す。制御部50は、CPUを有する。制御部50には、プログラムメモリ51と、データメモリ52が接続されている。制御部30は、画像入力部53と、像域分離部54と、マスク部55と、スペクトル解析部56と、情報抽出部57と、文字コード変換部58と、判定部59とに対して動作指令を発する。
プログラムメモリ51には、画像の改竄検知のプログラムが予め記憶されている。改竄検知のプログラムは、例えば図14に示す改竄検知処理フローチャートに従った処理を実行させるための各指令等を記述する。
画像入力部53は、埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、当該画像の画像信号を出力する。画像入力部53は、少なくとも2つの周波数成分を有する埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、当該画像の画像信号を出力する。画像入力部53は、例えば画像読み取りのスキャナを有する。
ここで、画像入力部53により読み取る原画像は、作成時に原稿の文字コードのハッシュ値を埋込んで作成されている。すなわち、原画像を含む文書ファイルからテキスト情報がコード情報として抽出される。コード情報は、埋め込み情報となる。抽出したテキストのコード情報に基づいてハッシュ値が算出される。ハッシュ値は、テキストのコード情報により一意に生成される情報である。ハッシュ値は、例えば全ての文字コードの排他的論理和により求められる。ここでは、ハッシュ値を例えば16bitとする。ハッシュ値は、例えばビットマップ画像に埋め込められる。ハッシュ値の埋め込みは、例えば上記図2に示す情報埋め込み装置により行われる。
像域分離部54は、画像入力部53から出力された画像ファイルから中間調の階調の領域を抽出する。
マスク部55は、画像入力部53から出力された画像ファイルから像域分離部54により抽出された中間調領域に対してマスクし、マスクされなかった画像ファイルをスペクトル解析部56に送る。
スペクトル解析部56は、マスク部55から出力された画像ファイルに対するスペクトル解析を行う。
情報抽出部57は、スペクトル解析部56によるスペクトル解析の結果と予め設定された情報とに基づいて画像ファイルに埋め込まれている埋め込み情報を抽出する。
判定部59は、情報抽出部57により抽出された埋め込み情報と文字コード変換部58により求められた文字コードとに基づいて画像の改竄を判定する。
先ず、画像入力部53は、ステップ#1において、例えば画像読み取りのスキャナによって埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、当該画像ファイルの画像信号を出力する。読み取られた画像は、上記の如く当該画像の作成時に原稿の文字コードのハッシュ値を埋込んで作成されている。画像入力部53から出力された画像ファイルは、データメモリ52に記憶される。
次に、マスク部55は、ステップ#3において、画像入力部53から出力された画像信号に対して像域分離部54により作成された判別画像ファイルによりマスクを行う。マスク部55は、判別画像ファイルによりマスクされなかったファイル、すなわちマスク画像ファイルをスペクトル解析部56に送る。
次に、文字コード変換部58は、ステップ#7において、全ての文字コードからハッシュ値を計算する。ハッシュ値は、所定の変換写像により、全文字コードから一意に決まる値である。ここではハッシュ値は、2バイト長すなわち16bit長とする。
次に、判定部59は、ステップ#8において、情報抽出部57により抽出された埋め込み情報と文字コード変換部58により求められた文字コードとに基づいて画像の改竄を判定する。すなわち、判定部59は、文字コードから計算されたハッシュ値と画像に埋込まれている情報とを比較する。比較の結果、ハッシュ値と画像に埋込まれている情報とが異なる場合、判定部59は、画像が改竄されていると判定する。ハッシュ値と画像に埋込まれている情報とが等しい場合、判定部59は、改竄されていない正規な文書であると判定する。
しかるに、文字コードから再生されるハッシュ値は、非常に高い確率で変化する。この確立は、例えば16bitのハッシュ値の場合、65535/65536=99.9985%となる。従って、文書ファイルの改竄が行われていると、殆ど確実に改竄が判定できる。これにより、文書ファイルの真偽が判定できる。
情報抽出部57は、スペクトル解析部56によるスペクトル解析の結果と予め設定された情報とに基づいて画像ファイルに埋め込まれている少なくとも2つの周波数成分のうち一方の周波数成分から埋め込み情報を抽出する。
Claims (8)
- 埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、前記画像の画像信号を出力する画像入力部と、
前記画像入力部から出力された前記画像信号から中間調の階調の領域を抽出する像域分離部と、
前記画像入力部から出力された前記画像信号から前記像域分離部により抽出された前記中間調領域に対してマスクし、前記マスクされなかった領域の前記画像信号を出力するマスク部と、
前記マスク部から出力された前記画像信号に対するスペクトル解析を行うスペクトル解析部と、
前記スペクトル解析部による前記スペクトル解析の結果と予め設定された情報とに基づいて前記画像信号に埋め込まれている前記埋め込み情報を抽出する情報抽出部と、
を具備することを特徴とする埋め込み情報再生装置。 - 前記像域分離部は、前記中間調領域として前記階調を網点により表現している画像領域を抽出することを特徴とする請求項1記載の埋め込み情報再生装置。
- 前記スペクトル解析部は、前記画像信号による前記画像を複数のブロックに分割し、前記像域分離部により抽出された前記中間調領域を有する前記ブロックに対する前記スペクトル解析を行わず、他の前記ブロック毎にそれぞれ前記スペクトル解析を行い、前記各周波数毎に前記各ブロックについての前記各スペクトル強度の平均値を求めることを特徴とする請求項1記載の埋め込み情報再生装置。
- 1つのbitに対してそれぞれ絶対値が等しくかつ角度が90度ずれている2つの周波数スペクトルを1組として割り当てられた埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、前記画像の画像信号を出力する画像入力部と、
前記画像入力部から出力された前記画像信号に対するスペクトル解析を行うスペクトル解析部と、
前記埋め込み情報の埋め込みに用いられ、絶対値が等しくかつ角度が90度ずれている前記2つの周波数スペクトルを1組とする複数組の空間周波数情報を記憶する埋め込み周波数記憶部と、
前記埋め込み周波数記憶部に記憶されている前記空間周波数情報を用いて、前記スペクトル解析部による前記スペクトル解析の結果から前記埋め込み情報を抽出し、当該埋め込み情報に割り当てられている前記2つの周波数スペクトルの強度の差分を求め、当該差分の値に基づいて前記複数組の空間周波数情報に対応する複数の前記埋め込み情報を抽出する情報抽出部と、
を具備することを特徴とする埋め込み情報再生装置。 - 埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、前記画像の画像信号を出力する画像入力部と、
前記画像入力部から出力された前記画像信号から中間調の階調の領域を抽出する像域分離部と、
前記画像入力部から出力された前記画像信号から前記像域分離部により抽出された前記中間調領域に対してマスクし、マスクされなかった前記画像信号を出力するマスク部と、
前記マスク部から出力された前記画像信号に対するスペクトル解析を行うスペクトル解析部と、
前記スペクトル解析部による前記スペクトル解析の結果と予め設定された情報とに基づいて前記画像信号に埋め込まれている前記埋め込み情報を抽出する情報抽出部と、
前記画像入力部から出力された前記画像信号から文字領域を抽出し、前記文字領域を文字コードへの変換を行う文字コード変換部と、
前記情報抽出部により抽出された前記埋め込み情報と前記文字コード変換部により求められた前記文字コードとに基づいて前記画像の改竄を判定する判定部と、
を具備することを特徴とする改竄検知装置。 - 前記スペクトル解析部は、前記マスク部から出力された前記画像信号に対するスペクトル解析を行うことを特徴とする請求項5記載の改竄検知装置。
- 埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取って画像信号を出力し、
前記画像を読み取った前記画像信号から中間調の階調の領域を抽出し、
前記画像を読み取った前記画像信号から前記中間調領域に対してマスクし、
前記マスクされなかった領域の前記画像信号に対して前記スペクトル解析を行い、
前記スペクトル解析の結果と予め設定された情報とに基づいて前記画像信号に埋め込まれている前記埋め込み情報を抽出する、
ことを特徴とする埋め込み情報再生方法。 - 1つのbitに対してそれぞれ絶対値が等しくかつ角度が90度ずれている2つの周波数スペクトルを1組として割り当てられた埋め込み情報が埋め込まれた画像を読み取り、前記画像の画像信号を出力し、
前記画像信号に対するスペクトル解析を行い、
埋め込み周波数記憶部に記憶され、前記埋め込み情報の埋め込みに用いられ、絶対値が等しくかつ角度が90度ずれている前記2つの周波数スペクトルを1組とする複数組の空間周波数情報を用いて、前記スペクトル解析部による前記スペクトル解析の結果から前記埋め込み情報を抽出し、当該埋め込み情報に割り当てられている前記2つの周波数スペクトルの強度の差分を求め、当該差分の値に基づいて前記複数組の空間周波数情報に対応する複数の前記埋め込み情報を抽出する、
ことを特徴とする埋め込み情報再生方法。
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