JPWO2007049333A1 - 背景地紋画像生成方法 - Google Patents

Abstract

印刷された地紋パターンから埋め込み情報を安定して読み取ることができるように、地紋パターンの基本単位を縦横に複数個ずつ並べたブロックを形成する。このブロックに２値あるいは多値の数値を割り当て、情報を表現する。２×２の地紋パターンからなるブロックに、２値の数値（ビット）を割り当てた場合には、ブロックの読み取りの際に、ブロック内の地紋パターンの読み取りが間違えても、間違えが１つの地紋パターンだけである場合には、誤り訂正を行うことができる。また、各地紋パターンは、対角方向に、中央が削除された斜線を引き、斜線とは別の対角方向に孤立ドットを配置する構成とする。これにより、スキャナによる読み取り後の埋め込み情報の読み取りの安定性を確保しながら、印刷物の見た目の一様性を確保することができる。

Description

本発明は、印刷用文書に対し、潜像領域を含む背景地紋画像を付与することにより、文書の不正複写の防止、抑制を行う技術に関し、特には、背景地紋領域に埋め込まれた透かし情報のスキャナ装置による検出に適した潜像および地紋パターンの生成方法に関する。

印刷文書の背景領域に、見た目が一様の地紋パターンを埋め込み、この中の一部領域に、コピー機における複写の際に白く抜ける潜像パターンを指定することによって、不正複写を抑制する潜像印刷技術がある。

このような潜像印刷技術として、特許文献１に示すようなものがある。この特許文献１では、特定解像度での孤立ドットと隣接ドットに対する、複写機の処理方法が異なることを利用し、潜像領域の描画パターンについては孤立ドットで構成し、背景地紋領域（非潜像領域）については隣接ドットで構成した地紋パターンを用いている。各々の平均濃度をほぼ同様に調整することによって、印刷時の複写機での複写時に潜像領域のみが白く変化する潜像印刷（または、桜紙印刷）を実現している。

また、類似の潜像印刷技術として、特許文献２のような、潜像領域と、背景地紋領域を異なるサイズのドットで表現する方法もある。潜像領域については、前記孤立ドットによる小ドットを使用し、背景地紋領域については、隣接ドットで構成された大ドットを利用する。各々の領域のドット間隔を調整し、平均濃度がほぼ同様になるよう制御して、印刷時の一様さを確保している。

潜像印刷に対する複写時の効果は、潜像パターンと地紋パターンの双方を、例えば、６００ｄｐｉの解像度で印刷用ビットマップに描画し、これを指定解像度で印刷し、複写機で複写した場合に、潜像部分の孤立ドットが複写処理において欠落することによって得られる。この潜像印刷の原理は、複写機内部での微細ドットに対する処理方法に依存するものであり、コピー機の種類によって効果は異なる。この原理は、特許文献６において提示され、特許文献１や特許文献２などで利用されている。

次に、前記の潜像印刷技術とは別に、複数の背景地紋パターンを組み合わせて、文書の背景地紋画像を構成することにより、地紋画像内に透かしデータを埋め込む、地紋透かし技術がある。

このような地紋透かしの実現方式として、特許文献３では、一定サイズのドットパターンを利用し、各ドットが均等配置されたパターンを元に、透かし情報の各ビットに応じた設定された伝播方向を持つ波を、パターン内に埋め込むように、パターン内の一部のドットの位置をずらすことによって、均一濃度の背景地紋画像に対する、透かし情報の埋め込みを実現している。なお、特許文献３の方式は、一定サイズのドットパターンを利用することが前提であり、潜像印刷を伴うものではない。

潜像印刷に加えて、透かし情報の埋め込みを実現した方式として、前述の特許文献１では、「０」「１」に相当する２種類の地紋パターンを利用し、透かし情報を表現することを示している。これを利用して、特許文献４では、複写機における複製禁止コードを、同じく潜像印刷における地紋領域内に埋め込んでいる。さらに、特許文献５では、地紋パターンをブロック単位で構成することにより、複写機における複製禁止コードに加えて、地紋パターンの組合せにより、複写機での複製を可能とするための条件コードを加えている。

潜像印刷に加えて、透かし情報の埋め込みを実現した別方式として、前述の特許文献２では、潜像領域と背景領域に各々おける、小ドットと大ドットの描画位置を、対応する透かし情報のビット値を参照して決定する方法がある。ただし、複写物からの検出を行う場合は、大ドットの描画位置に透かし情報を埋め込む必要がある。大ドットへ情報を埋め込む場合は、位置のずれが比較的めだちやすく、印刷物としての一様感に欠けるという問題点がある。

まず、第１に、上記特許文献５の方法においては、複数の地紋パターンに透かし情報のビット値を割り当て、背景地紋画像上の一定の領域に対して、２次元状に透かし情報のビットパターンを埋め込み、埋め込まれた透かし情報の検出をする場合、スキャナ装置による読み込み時のノイズや紙の汚れによって、透かし情報のビットパターンに対する地紋パターンの検出精度が低下することが課題となる。

上記特許文献５においては、背景地紋領域に対して、ビットパターンを繰り返して埋め込み、検出時に、これを繰り返して検出することにより、精度の向上を図っている。この方法により安定した検出を行うには、ビットパターンで構成された透かし埋め込み用ブロックを、印刷文書の文字領域や、潜像領域と重ならない位置に、繰り返して配置することが必要である。しかし、印刷文書上に余白領域が少ない場合には、透かし情報の埋め込み・検出がうまく行えない。このため、より狭い領域に透かし情報を埋め込めることが望ましい。

第２に、上記特許文献１、４、５における、潜像つき地紋透かし画像の生成方式においては、複写機の機能を利用した潜像印刷を行うために、潜像パターンと地紋パターンを通常印刷よりも高い解像度で構成し、高精細な地紋透かし画像を生成する必要がある。具体的には、潜像印刷が可能な解像度として６００ｄｐｉで背景地紋画像を構成すれば、同じ解像度で潜像印刷が可能である。

しかし、文書スキャナ装置における、６００ｄｐｉでの画像読込は、３００ｄｐｉでの読み込みに比べて、４倍程度の読み込み時間を要するため、大量の文書スキャンが必要な場合では、現実的とは言えない。また、透かし情報の安定した検出のためには、印刷後または複写後の文書のスキャンを多値で行う必要があり、特に、６００ｄｐｉでの画像読込の場合、透かしの読込のために、スキャン画像を蓄積保存しておくことは、格納容量消費の増大要因となる。

このため、現実的には、透かし検出時の文書スキャナ装置の解像度を、印刷時と異なるより低い解像度と設定することが望ましい。
第３に、上記特許文献１における潜像入り画像は、潜像用の孤立ドットパターンについて、地紋部分の平均濃度とほぼ同様の濃度を設定するという制約から、地紋用のドットパターンとほぼ同数のドットをパターン内にランダムに配置したものを用いるよう想定している。

しかしながら、上記特許文献１に基づき孤立ドットを構成する場合、手作業によっては、所要のドット数で、孤立ドットを均等に配置した潜像パターンを構成することは困難である。よって、印刷時あるいは複写時における潜像の色ムラの発生を避けるには、あらかじめ、潜像パターンを含む潜像入り地紋画像を生成した上で、試し印刷を行うことによって潜像の印刷色を確認し、必要に応じて再調整を行う必要がある。

また、上記特許文献２に示される、小ドットと大ドットの組合せによって潜像効果を得る潜像入り地紋透かし方式において、複写後の透かし検出を行うためには、複写によってドットが消えない大ドットに対して、透かしを埋め込まなければならない。

大ドットは、潜像用の小ドットに比べて、印刷時に目立ちやすく、透かしを埋め込むことによる大ドットの位置の変化量も、低解像度でのスキャンを考慮し、大きめに設定しておく必要がある。よって、特許文献２については、透かしを埋め込んだ場合に、大ドットで構成される領域についてムラが発生しやすく、見た目の一様性が妨げられるという欠点がある。
特開２００１−３４６０３２号公報 特開２００４−２２３８５４号公報 特開２００３−１０１７６２号公報（特許第３６２８３１２号） 特開２００２−３０５６４６号公報 特開２００３−２８３７９０号公報 特開平７−２３１３８４号公報

本発明の課題は、複写機で複写した後にも情報の読み取りを安定して行うことができる背景地紋画像の生成方法を提供することである。
本発明の地紋画像生成方法は、印刷文書の背景領域に対して、ドットパターンを印刷することにより、背景地紋を付与する背景地紋画像生成方法において、２種類の地紋パターンを用意し、該２種類の地紋パターンを複数個結合したブロックに、該２種類の地紋パターンの組み合わせにより、情報を表示する２値あるいは多値の数値を対応させ、該２値あるいは多値の数値が対応付けられたブロックを、背景地紋に含ませる透かし情報に従って配列することによって、背景地紋画像を生成することを特徴とする。

本発明の地紋パターンは、印刷文書の背景領域に付与する背景地紋の基本単位となる地紋パターンであって、背景地紋に埋め込まれる透かし情報を検出するための、隣接ドットで構成される線分と、複写時に白色に変化する孤立ドットとからなることを特徴とする。

潜像パターンを含む文書の印刷イメージを示す図である。 本発明の実施形態における地紋パターンの構成例を示す図である。 本発明の実施形態における潜像用パターンの構成例を示す図である。 本発明の実施形態に従った透かし情報の埋め込み方法を示す図である。 誤り訂正の行い方を示す図（その１）である。 誤り訂正の行い方を示す図（その２）である。 透かしの埋め込み例を示す図である。 印刷用背景画像の生成手順を示す図である。 ブロック区切りパターンの例を示す図である。 スキャナ読込み時のパターン変化を示す図である。 潜像用ドットパターンの作成方法を説明する図（その１）である。 潜像用ドットパターンの作成方法を説明する図（その２）である。 本発明の実施形態で提案する地紋パターンのドットパターンの設計手順を説明する図である。

本発明の実施形態では、上記特許文献１、４、５の画像生成方式に見られる上記の問題点を解決するために、
（１）透かしの埋め込みについては、効率性の向上と検出の安定性を確保する、
（２）地紋については、印刷時の見た目の一様性の向上とともに、複写処理とスキャン処理を行った状態での透かし検出に適した地紋パターンを設定する、
（３）潜像については、印刷時と複写時で、各々、濃淡が一様となるような潜像パターンを設定可能とする、
の３つの観点から、新たに考案した潜像入り地紋透かし画像の生成方法を示す。

第１の観点に対して、透かし情報の埋め込みに際し、２値に相当する地紋パターンを，縦横に計ｎ×ｍ個単位で配置した、定数倍サイズの地紋パターン（以下、縦横数倍サイズの地紋パターンと呼ぶ）を単位とし、透かし情報のビット値に、冗長性を加えた多値ビット情報として、パターンを埋め込む。これにより、誤り訂正が可能になり、透かしの埋め込みの効率性と検出時の安定性を両立させつつ、地紋パターンに透かし情報の埋め込みが可能になる。

また、第１の観点に対し、潜像入り地紋画像領域への透かし情報の埋め込みの際に、透かし情報の埋め込み部分の先頭となる地紋パターンについて、透かし情報が埋め込まれた領域を特定するための、専用の領域特定用地紋パターンを使用する。ｎ×ｍ個単位で構成された縦横数倍サイズの地紋パターンを単位とする、透かし情報の埋め込み領域の先頭に、特定の地紋パターンを埋め込むことにより、透かし検出領域の開始位置・終了位置を正しく検出することができる。

第２の観点に対して、例えば、６００ｄｐｉで印刷された潜像入り文書に対し、スキャナ装置によって、より低い解像度でのスキャンを行っても、透かし検出が安定して行えるように、透かし画像の生成時において、地紋パターンの生成と同時に、より低解像度でのスキャン時における、適切な透かし検出ルールの作成をあらかじめ行う。この検出性能を事前に予測検証するプロセスを経ることにより、統計的なパターン検出をベースとし、安定した透かし検出が可能となる。

第３の観点に対して、潜像パターンについて、印刷時と、複写時の双方で、色ムラを発生させない条件を満たしつつ、孤立ドットをどのように均等配置するかを決定する方法を提供する。この手法により、透かし埋め込みに利用したい地紋パターンに対し、適切な濃度の潜像パターンを生成することができる。

本発明の実施形態では、上記特許文献１、４、５と同様の方式で、潜像パターンと地紋パターンの組合せに基づいて、潜像印刷を実現する。
図１は、潜像パターンを含む文書の印刷イメージを示す図である。

文書には、背景地紋領域１１が所定の地紋パターンで周囲に印刷され、この中に、文書テキストを描画する領域１０が設けられる。また、文書テキストを描画する領域１０は、潜像を埋め込む領域１２でもあり、地紋パターンを所定の方法で変えることにより潜像パターンが形成される。

例えば、孤立ドットによる潜像パターンと、隣接ドットによって構成した地紋パターンを使用する。文書の背景領域における潜像領域１２には、孤立ドットにより形成された潜像パターンを描画する。また、背景地紋領域１１には、隣接ドットから構成された地紋パターンの組み合わせによって描画する。

図２に、本発明の実施形態における地紋パターンの構成例を、また、図３に、本発明の実施形態における潜像用パターンの構成例を示す。
いずれも画素サイズを１２×１２画素とし、地紋パターンを構成するドット数を１０ドットとして構成したものである。図２（ａ）と図２（ｂ）の地紋パターンは、いずれかにビットの「０」を対応させ、他方にビットの「１」を対応させることによって、情報を表現させるようにする。図２（ａ）、（ｂ）では、対角線方向の斜め線を真ん中で分離した模様と、斜め線と反対の対角線方向に、孤立ドットを設けている。

なお、地紋パターンと潜像パターンがうまく適合するよう、地紋パターンと潜像パターンは、本実施形態では、縦横が同一サイズのビットマップとして構成するものとして説明を行う。なお、潜像描画を行った場合に、地紋領域１１と潜像領域１２の境界部で、地紋パターンの一部が潜像パターンに上書きされることを許容するなら、地紋パターンと潜像パターンを特に同一サイズに制限する必要はない。

次に、本発明の本実施形態における透かしの埋め込み領域（潜像領域１２）について説明する。
本発明の実施形態では、印刷物と複写物の双方を、スキャナ装置で読み込んだものから、透かし情報の検出を行うことを想定している。複写時に潜像領域１２が白く変化するように孤立ドットパターン（図３の潜像パターン）を用いる場合は、複写時にパターンが消えない背景領域１１に、透かし情報を割り当てればよい。逆に、複写時に背景領域１１を白く変化させ、潜像文字１２をそのまま残したい場合は、背景領域１１に孤立ドットパターン（図３の潜像パターン）を割り当て、潜像文字領域１２には、隣接ドットパターンで構成した地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ）の地紋パターン）を割り当てる。本実施形態では、背景領域１１の地紋パターンに対して、規則的に透かし情報を埋め込む場合について説明を行う。

上記特許文献１では、２種類の地紋パターンとして、たとえば、「＼」、「／」の２つの斜め線を、各々「０」、「１」に対応させ、この２つのパターンを既定サイズのブロック内に繰り返し並べることにより、透かし情報のビットパターンをブロック内の既定領域に２次元配置によって表現する方法を採用している。

これに対し、本発明の実施形態では、印刷時の見易さ、および、複写機における複写処理によって、地紋パターンが、より低解像度のスキャナによる読込に適した形状となるよう、独自に孤立ドットパターン（図３）と、複数の隣接ドットパターン（図２（ａ）、（ｂ））を生成し、使用している。

以下、上記特許文献１に対する、本発明の実施形態の地紋パターンの優位性を述べる。
本発明の実施形態で構成した地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））では、上記特許文献１の「＼」、「／」に比べて、２つのパターン同士の見た目の一様性が増しており、遠目には同一のパターンを配置しているように感じられるため、これらのパターンの中に描画した潜像文字も比較的発見し難いというメリットがある。すなわち、対角方向への孤立ドットの付与により、遠目に見たとき、正方状の格子模様に見えるという効果が得られるため、見た目の一様性が増しているとともに、透かし情報の検出に必要な地紋パターンの位置検出の精度向上にも適している。

また、地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））を複写機で複写した場合は、孤立ドットパターンが削除され「＼」、「／」の単純なパターンと変化するため、特許文献１と同程度に透かしの検出は容易である。なお、「−」と「｜」の縦横パターンに対して小ドットを付与し、「÷」と「*|*」の地紋パターンを構成した場合も、同様の効果を得ることができる。

また、孤立ドットを付与した地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））を用いた印刷物を、直接スキャナで読み込む場合は、孤立ドット部分の変化パターンを確認すれば、印刷時の解像度を推測できる。例えば、孤立ドット部分が 600dpiにおける１ドットである場合は、スキャナ装置での読み込みではドットが消去されるとは限らない。しかし、300dpiにおける１ドット印刷に比べて、600dpiにおける１ドット印刷では単位面積あたりの濃度が低いため、スキャン装置の処理方式によらず該当領域の平均濃度は低くなる。よって、本来２値の画像を入力として、スキャン装置で読み込むことにより、画素平均などの縮小処理で現れないような低濃度の領域が出現した場合には、スキャナの解像度よりも印刷時の解像度の方が高いと判断できる。

潜像部分１２を複写によって残したい場合には、背景部分１１に孤立ドットパターン（図３）を使用し、潜像文字領域１２に隣接ドットで構成された地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））を用いて、透かし情報を埋め込むことが可能である。ただし、潜像文字領域１２に透かし情報を埋め込むには、潜像文字が、透かし情報を埋め込むブロックサイズを十分に含むよう、大きなフォントサイズで潜像文字を描画する必要がある。一般的には、背景領域１１に、地紋とともに透かし情報を埋め込むことが妥当と思われるため、以下、背景領域への地紋透かし情報の埋め込み方法について説明する。

図４に、本発明の実施形態に従った透かし情報の埋め込み方法を示す。
本発明の実施形態における、透かし情報の埋め込みの実施形態では、「０」、「１」の２値に割り当てた２種類の地紋パターンを、縦横２×２の計４個並べた、２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））を、透かしの埋め込みに用いる。より一般的には、横にｍ個、縦にｎ個、計ｍ×ｎ個を配置することで得られる、縦横数倍サイズの地紋パターンを用いればよい。このような中間的なサイズの地紋パターンについて、例えば、２×２個の場合には、便宜上「２倍サイズの地紋パターン」などと呼ぶことにする。

透かし情報のビット埋め込みを、例えば、上述のように、４個の地紋パターンを正方形状に配置した、２倍サイズの地紋パターン（Ｔ１４，Ｔ１５）を単位として行うことにより。ビット埋め込みにおける冗長度を、自由に制御できるようになる。例えば、
上段：下段の各２個の並びについて、図２（ａ）を「０」、図２（ｂ）を「１」とした場合、
「００；００」⇒０ （図４（ａ））
「１１；１１」⇒１ （図４（ｂ））
と並べた場合には、地紋パターンを４個につき透かし情報の１ビットを割り当て、残りの３ビットを読み込み字の安定性向上に用いることができる。すなわち、４つの「０」と「１」の組み合わせで、「０」と「１」のみを表現すればよいので、誤り訂正を行うことができる。

例えば、このように生成されたパターンの読込時には、２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））の４個全てが同一の値を示すはずであるが、スキャン時に発生するノイズによって一部のビットが不明瞭となる可能性があるため、この２倍サイズの地紋パターンを構成する地紋パターン４個全部の検出結果について、例えば多数決を取ることにより、ロバストな透かし検出が容易に実現できる。

また、このような２倍サイズの地紋パターンを用いる場合には、
上段：下段の各２個の並びについて、
「００；００」⇒０
「１１；１１」⇒１
「０１；０１」⇒２
「１０；１０」⇒３
「００；１１」⇒４
「１１；００」⇒５
「１０；０１」⇒６
「０１；１０」⇒７
と、上記の２個に加えて、０と１の個数が等しいパターンを追加し、透かし情報を８値で割り当てることも可能である。例えば、この場合は、透かし情報３ビットに対して、エラー検出用ビットを１ビット割り当てることになる。具体的には、埋め込みを行いたい透かし情報を８進数に変換し、透かし情報を８値（３ビット）単位で与えることによって、２値の場合に比べ、より狭い地紋領域に、透かし情報を埋め込みつつ、微細なノイズに対しても比較的ロバストな検出が可能である。

例えば、０を「＼」（図２（ａ）の地紋パターン）、１を「／」（図２（ｂ）の地紋パターン）と表現した場合には、８値の埋め込みパターンは、
０：＼＼ １：／／ ２：＼／ ３：／＼ ４：＼＼ ５：／／ ６：／＼ ７：＼／
＼＼ ／／ ＼／ ／＼ ／／ ＼＼ ＼／ ／＼
という形状の、計８種類の２倍サイズの地紋パターンとして表現される。

このように、例えば、地紋パターン４個からなる２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））を透かしの埋め込み単位とすることによって、検出の安定性と、埋め込みの効率性のバランスをとりつつ、透かし情報の埋め込みを行うことができる。

本実施例では、地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））を４個、正方状に並べたものを使用する場合について説明したが、透かし情報の埋め込みにおいては、透かし情報の埋め込み単位に用いる、地紋パターンの個数には制約はない。例えば、地紋パターンを縦横４×２の計８個、あるいは、縦横４×４の計１６個並べたものを用いて、透かし情報を埋め込んでもよい。このように、地紋パターンを複数個並べた中間的なパターンを透かし埋め込み単位とすれば、透かし検出時における多数決の精度を上げたり、あるいは、誤り訂正ビット数を増加させることができる。

図５及び図６に、誤り訂正の行い方を示す。
図５に示されるように、透かしパターンを m x n個 (例として2 x 2個)並べたもので、透かしの１ビットを表現する。透かしビットを構成するm x n個のうち、半数以下 ( = (m x n)/2-1 )個まで) の透かしパターンが反転したものも、検出時に 0, 1 ビットとして許容する。これにより、微細な紙汚れなど局所ノイズに対処することができる。

また、図６のように、パターンがすべて同一か、２種のパターンが同数のものを用いて、透かし情報を多値で表現する。図６の２〜７のパターンが、一定以上存在すれば、多値埋込と判断する。これにより、多値埋込の場合において、左記の誤検出判断用パターンが（前頁における誤り訂正用パターンが）一定以上出現した場合には、検出精度が不十分と判断する。すなわち、図６（ｂ）のパターンを誤り訂正用パターンとして用いる。

次に、このようなパターンを一定の２次元空間領域に、配置して並べることを考える。
図７は、透かしの埋め込み例を示す図である。
例えば、透かしの埋め込み単位として、単位ブロックあたりに、２値で４００ビットの情報を埋め込む場合には、「０」「１」に相当する２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））を用いて、ビット値の内容に応じて、これを２０×２０個の正方ブロック内に並べればよい。一例として、２５×１６のブロックの構成例を図７に示している。

また、単位ブロックあたりに、８値（３ビット）で４００ビットの情報を埋め込むためには、２倍サイズの地紋パターンが、少なくとも１３４個必要である。この場合は、透かしを埋め込むブロックの大きさを、２値の場合の２５×１６に比べて、８値では１５×９程度まで削減できる。

仮に、地紋パターンが１２×１２画素の場合は、２倍サイズの地紋パターンが２４×２４画素となる。よって、４００ビットを２値で埋め込む場合は、１ブロックあたり６００ｘ３８４画素が必要である（図７）。一方、４００ビットを８値により埋め込む場合は、１ブロックあたり３６０×２１６画素が必要である。

なお、上記は、６００ｄｐｉの印刷時の画素サイズであり、同じ地紋画像データを、スキャナによって３００ｄｐｉで読込みを行った場合は、地紋パターンは６×６画素、２倍サイズの地紋パターンは１２×１２画素へ縮小される。また、透かしの埋め込みサイズについては、２値での埋め込みの場合には、３００×１６２画素、８値での埋め込みの場合は１８０×１０８画素となる。

このように、例えば、４００ビットの透かし情報を埋め込む場合に、２倍サイズの地紋パターンを４００個並べて、４００ビットの透かし情報を埋め込んだ領域を、以下、透かし埋め込みブロックと呼ぶことにする。

このような透かし埋め込みブロックを、文書の印刷用ビットマップに配置する方法として、例えば、情報が埋め込まれた透かし埋め込みブロックを背景領域に敷き詰めればよい。例えば、２倍サイズ地紋パターンを２５×１６個並べた、透かし埋め込みブロックでは、Ａ４紙上では縦１０×横１０の計１００個のブロックを並べることができる。

背景地紋画像への透かし埋め込みに加えて、潜像文字の描画を同時に実現する方法については、例えば、特許文献１に記載の方法に従えばよい。
図８は、印刷用背景画像の生成手順を示す図である。

具体的には、地紋パターン（１）を生成した上に、これをコピーして２倍サイズの地紋パターン（２）を生成し、以下の手順で、潜像パターンを上書きする（３）。
（１）潜像の文字内容を、指定フォントを用いて、２値ビットマップ上に黒文字で描画する。
（２）上記の２値ビットマップ上の各ピクセルを参照し、あるピクセルが潜像文字の黒ドットである場合は、あらかじめ前記の方法で準備した潜像パターンが、潜像用の２値ビットマップを地紋画像ビットマップの解像度に拡大したと見なし、対応する位置に描画する。

この（２）の操作は、ビットマップのブロック転送処理を、上書きモードで行うことにより、容易に実現できる。たとえば、Microsoft（登録商標）の Win32APIのGDI関数を使う場合は、
BitBlt(コピー先, コピー先のX座標, コピー先のY座標,
転送範囲の横幅, 転送範囲の縦幅,
コピー元, コピー元のX座標, コピー元のY座標, 転送モード);
を呼ぶ際に、転送モードをSRCCOPYと設定すればよい（３）。

このように生成した、潜像入りの背景地紋画像を、実際の印刷文書の背景画像として利用することによって、潜像と地紋透かしを埋め込んだ印刷が行える。
この操作も、やはりWin32APIのGDI関数を用いることで実現できる。ただし、この場合は、上書きモードではなく、２値画像の各画素をOR演算モードで重ね合わせればよい。具体的には、印刷文書を出力画面に描画した上で、さらに前述の BitBlt関数を使用して、潜像入りの背景地紋画像を合成する。あるいは、印刷対象文書を２値ビットマップに描画した上で、潜像入りの背景地紋画像をあらかじめ出力画面に描画し、この上に、改めて印刷文書から生成した２値ビットマップを重ねてもよい。このように、転送モードを SRCPAINT と設定すれば、背景地紋画像と印刷文書画像の対応する位置の画素についてOR演算を施したものが得られる（４）。

以上の手順により、潜像入りの背景地紋透かし入り文書の出力画像を２値ビットマップで生成できる。このビットマップ画像を、６００ｄｐｉなどの特定解像度で印刷した場合にのみ、複写時の潜像効果（潜像部分が白く変化）が得られるため、ビットマップ画像の付随情報には、印刷時の解像度をあらかじめ設定しておくことが好ましい。また、プリンタは、ビットマップ画像に付随する解像度指定を参照し、拡大・縮小を行わずに印刷を行うことが、潜像印刷では必要である。

次に、上記のように生成された、潜像入り地紋透かし文書に対する透かしの検出手順について説明する。
本発明の実施形態における透かし検出処理は、複写機や複合機などにおける不正複写の防止を目的とするものではなく、ＰＣ端末に接続した比較的低解像度のスキャナから、潜像入り地紋透かし文書を読み込み、ＰＣ上で文書の印刷実行者などの個人ＩＤなど、文書の出元を追跡するための情報を、高速に取得することを目的とする。この目的のためには、目に見えず（簡単には識別できず）、しかも、複写機での複写や、スキャナでの縮小読込み過程で、地紋パターンの変形により埋め込んだ情報が消失することなく、透かし情報を確実に検出できる必要がある。

まず、前述のように、本本発明の実施形態では、２種類の地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））を、例えば、４個単位で組み合わせた、２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））を、透かし情報埋め込みの最低単位として用いる。なお、本発明の実施形態では、２倍サイズの地紋パターンを用いて説明をしているが、一般に、図２（ａ）、（ｂ）の地紋パターンをｍ×ｎ個配列したパターンを使用することができる。

地紋パターンが肉眼で識別しづらいように、地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））の画素サイズについて、本発明の実施形態では、１２×１２画素サイズとし、６００ｄｐｉの解像度を想定して、背景地紋入り画像を用意する。これを３００ｄｐｉで読み込んだスキャン文書データにおいては、地紋パターンは６×６画素のサイズとなる。

図９は、ブロック区切りパターンの例を示す図である。
本発明の実施形態では、前述のように透かしの埋め込み単位を２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））としている。このため、透かしの検出時に、検出位置のずれにより、地紋透かしの埋め込み単位である２倍サイズの地紋パターンの区切り位置を誤検出した場合は、透かし情報を得ることはできなくなる。

この問題を解決するため、本発明の実施形態では、２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））と同サイズの特殊な区切り記号パターン（図９）を用意し、透かし埋め込み単位である透かし埋め込みブロックの先頭位置（図７の左上）に描画しておく。

このパターンとしては、地紋パターンの組合せとして、２倍サイズの地紋パターンの形状として想定しているものと一見類似しつつ、機械的な検出によって、明らかにパターンの差異を特定できる形状が好ましい。例えば、地紋ブロックが「／」「＼」の２種類である場合には、これを組み合わせて構成される「×」マークと似た形状として、２倍地紋パターンサイズの「×」パターン（図９）を用いることが考えられる。具体的には、「×」の中央のドットの連続性などの形状の特徴を判断することで、例えば６４ビットの透かし情報を埋め込んだ、透かしブロックの位置を特定できる。

透かし埋め込みブロック（図７）を連続して配置する場合は、各々の透かし埋め込みブロック（図７）の開始位置（図７の左上）のみに、この区切り記号パターン（図９）を与えれば、上下左右に配置されたブロックの先頭位置にある同じ区切り記号パターン（図９）を特定し、隣接するブロックの区切り記号パターンの距離（画素数）を求めることで、透かし埋め込みブロック（図７）が可変長である場合も対応できる。

同様に、地紋パターンの一部にのみ、透かし情報を埋め込む場合であっても、該当透かしブロックの先頭位置（図７左上）のほか、この区切り起動の下（図７左下）、図７の右、図７の右下にある区切り記号パターン（図９）を同定することで、背景地紋画像中の任意の位置に埋め込まれた、任意サイズの透かし情報の検出が可能である。

また、本発明の実施形態では、スキャナによる読込を想定しているが、個々のスキャナの読込方式により事態は異なり、フラットヘッド型に比べて、ローラー型のスキャナは、読込時に、ラインの歪みが発生しやすい。上記のように、本実施形態における、２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））による埋め込みの場合、地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））の各辺の半分以上について、スキャナによる読込時に歪みが生じた場合には、致命的な検出ミスが発生する。

このような問題に対して、本発明の実施形態では、上記のように、明示的に透かし埋め込みブロック（図７）の埋め込み位置を示す区切り記号（図９）を与えておき、これを手掛かりとして、透かしブロックを構成する全ての２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））の位置を仮定する。地紋パターンの検出時においては、この２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））を中心に、数ピクセルのずれの範囲を探索する。この結果、微細な検出位置のずれを補正しながら、同時に透かし情報のビット値を検出できる。以上のように、２倍サイズの地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））で透かし情報を埋め込んだ場合も、安定した透かし情報検出が可能となる。

続いて、本発明の実施形態における地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））の、ドットパターンの配置の特徴について説明する。
このパターンは、本発明の実施形態として、６００ｄｐｉで印刷された潜像入り文書に対し、複写機による複写に加えて、より低い解像度でのスキャンを行っても、透かし検出が安定して行えるように、構成されたものである。

まず、地紋パターンの基本的な制約として、潜像印刷のような微細ドットの印刷紙を複写機で複写した場合に、読込み方向と、読込み方向に対する垂直方向とで、処理結果が異なることが挙げられる。

例えば、「−」マークと「｜」マークは、本体が同じパターンを９０度回転したものである。しかし、複写機の読込み・印刷方向によって、複写後の両者は必ずしも同一となる保証はない。このような理由から、本発明の実施形態では、複写時の方向が９０度回転した場合の影響を抑えるために、「／」や「＼」に似た、斜め線をベースとする地紋パターンを使用している。しかしながら、複写機での複写の際の「−」と「｜」の各々の変化を考慮した検出ルールを用いることを前提とすれば、地紋パターンに「−」や「｜」のような縦横の直線をベースとするものを用いることも可能である。

ここで、単なる「／」や「＼」は、印刷時結果を見た場合に、斜線の方向がパターンとしてわかりやすく、潜像部分との違いが比較的わかりやすい。このため、本発明の実施形態では、プリンタ出力について、見た目の一様性を向上するように、斜め線パターンに対して、これと直交する位置に、複写時には消失する程度の小ドットを配置したものを用いる（図２（ａ）、（ｂ））。あるいは、「−」「｜」をベースとして、「÷」や「*|*」（「÷」を左回転したもの）を地紋パターンとして用いてもよい。

本実施形態で示した地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））は、プリンタへの印刷時には、地紋パターンの斜め成分とともに、地紋パターンごとに正方形状の濃淡を付したような効果が得られる。この濃淡により、地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））は、特許文献１の単純な「＼」「／」パターンに比べ、視覚上の一様性を向上させている。さらに、印刷出力を直接スキャンし、透かし検出を行う場合も、黒地に対する白色の格子状成分を検知することによって、２倍サイズの各地紋パターン（図４（ａ）、（ｂ））の位置合わせが可能となるため、小ドットを付与した地紋パターン（図２（ａ）、（ｂ））は、単純な斜線パターン「＼」「／」に比べて有効である。

以下、このような地紋パターンを生成する方法について説明する。
潜像入り透かし画像の生成時において、低解像度での読込に適した独自の地紋パターンを生成する場合には、
地紋パターン ⇒ 複写による形状変化 ⇒ 低解像度でのスキャンによる縮小
という手順で、パターンの変化が生じると考えられる。よって、このような変化の過程を予測する画像を生成すればよい。例えば、微細な孤立ドットを削除するノイズ除去処理を施し、さらに、スキャナの解像度に応じた縮小処理を、読込時のドットすれを考慮しつつ、条件を変えて行ったものを生成する。

図１０は、スキャナ読込み時のパターン変化を示す図である。
例えば、図１０には、本実施形態の地紋パターン（図１０（ａ））を素材として、縮小処理を適用した結果と（図１０（ｂ）は、間引き処理、図１０（ｃ）は、平均処理）、実際のスキャン結果（図１０（ｄ））との比較を示す。

この画像を目視確認することにより、地紋生成したパターンが、想定解像度での読み込みに適しているか、印刷・複写・スキャンという手順を踏まずに、確認できる。
検出時には、上記のように生成した縮小画像を、照合用のテンプレートとして用いることが妥当である。また、本発明の実施形態における照合対象は、微細なドットであるため、統計的ルールによってパターン検出方法を決定することも可能である。統計的ルールによるパターン検出方法の決定とは、例えば、前記の方法で、一方の地紋パターン（たとえば、図２（ｂ））からシミュレーション生成した縮小画像に対し、適切な形状のマスクパターンを複数個設定し、個々のマスクに存在するピクセルの画素について、例えば、輝度平均を求めることで、どのマスクパターンが有効かを判断するものである。

次に、潜像パターン（図３）のドットパターンの作成法について説明する。潜像パターンは、地紋パターンと見かけ上同じ濃度であり、さらに、複写処理によって除去されるようにドットパターンを互いの距離を一定以上離した孤立ドットで構成される。

パターン内で偏りがあると、印刷時あるいは複写時の双方において、色ムラが発生することになる。潜像用ドットパターンについて、ドット配置が均一でないと潜像領域について、印刷時に微細なムラが生じる。この結果、複写の際の濃淡の変化が一定でなくなり、マダラ模様となる。このため、制約条件としては、潜像パターン中のドットの距離計算において、上下および左右がつながったものと仮定して、ドット間の距離の中で、各ドット間の距離を算出した場合に、２つのドット間の距離が一定の閾値値以上になるように、ドットを構成する格子上で調整すればよい。

この孤立ドットの配置については、例えば、バネモデルを用いてドットパターンを均一に配置した上で、各ドットをもっとも近い格子点に割り当てる方法が適用できる。
あるいは、各ドットが格子上にあるという前提のもとで、以下の手順で格子上のドット配置を修正していくことも考えられる。

アルゴリズムの概略は、以下の通りである。
（１）全ドット間の距離の中で最短のものを求める。
（２）この最短の距離を伸ばす方向に、ドットの移動先を探索する。

該当ドットの移動先について、近隣ドットとの距離を一定以下であると、潜像用の孤立ドットとして不適切であるため、移動先候補から除外する。
（３）該当ドットについて、近隣ドットとの距離を広げる方向に移動を行う。
（４）移動結果について、上記の操作を繰り返すことにより、あるドットと他のドットの最短距離の差がほぼ一定になれば、完了する。
という手順で、孤立ドットを、ほぼ均等に配置することが可能となる。

図１１及び図１２は、潜像用ドットパターンの作成方法を説明する図である。
ドット配置を手作業で行おうとすると、配置が均一であるかどうかを印刷して確認する必要があり、手間がかかる。ドット数が増えてくると、手作業で均等に配置を決定するのは難しい。そこで、以下の制約条件下で、指定ドット数でのドット配置を自動決定するアルゴリズムが必要となる。
・配置決定上の制約条件
１）近隣ドットとの距離について、一定以上であること
２）上下左右の隣接パターン（同一パターンを繰り返す）上のドットとの距離も考慮して、潜像ドットを配置すること
以下、図１１及び図１２を参照して、m x n ドットサイズの潜像パターンに p 個のドットを配置する場合の潜像パターンの作成アルゴリズムを説明する。
Step1： m x n の潜像パターン用配列を用意し、任意の位置に１個目のドットを置く。
Step2： 既に配置された点から縦・横の合計が3以上となる任意の位置に n (< p) 個目のドットを置く。

図１１の中央ドットの周辺の×印については距離が２以下と判断し、ドットを配置しない。
Step3： n = p となるまで、Step2を繰り返す。
Step4： p個中のq番目のドットとr番目のドットの距離 d(q,r) を、隣接領域への繰り返しを考慮して算出する。すなわち、今作成している潜像パターンが隣にもある場合を想定して、隣の潜像パターン内のドットまでの距離も求める。

Step4は、以下の、Step4.1〜Step4.3からなる。
Step 4.1： ドットパターン領域内の qとrの距離を算出する。
qの座標が (Xq, Yq)、rの座標が (Xr, Yr)のとき、
d(q,r)=√((Xq-Xr)²+(Yq-Yr)²)
Step4.2： ドットパターンを４分割した領域(A,B,C,D：図１２（ａ）参照)において、点qの属する領域が例えばＣの場合は、下方の５つの隣接領域において、点rに対応する点の位置を求め、q と最も近いものを r’ とし、qとr’の距離を求める（図１２（ｂ）参照）。

d(q,r')=√((Xq-Xr')²+(Yq-Yr')²)、ここで、(Xr', Yr')は、r'の座標。
Step4.3： qとrの距離を、Step4.1 と Step4.2 の小さい方とする。
d(q, r) = min (d(q,r), d(q,r’))
そして、以下の処理に続く。
Step5： p個中の全ての qとrの組合せについて、Step4の手順で 距離 min (d(q,r), d(q,r’) ) を算出する。
Step6： 全ての q, r, の組合せに対する d(q, r) の値の中で近隣の位置にあるもの（所定の閾値 d0 以下のもの）すべてを、移動対象として取り上げる。この２点を例えば s と t とする。
Step7： 選択した全ての s と t について、斥力 fr を求める。

すなわち、２点の実距離をd(s, t) 、上記Step6の閾値距離をd0とするとき
fr(d(s,t))=K((d0-d(s,t))/d(s,t))² （Ｋは定数）（d(s,t)≦d0の場合）
fr(d(s,t))=0 （d(s,t)>d0の場合）
Step8： s, t の組み合わせにおいて、上記の斥力が最大なものを選び、その斥力が消失する方向に（具体的には s,t が存在する軸上に沿って sと tを同時に反対方向へ）移動する。閾値を超え、斥力が消失すれば停止する。
Step9： Step4〜Step8 の手順を繰り返し、全ての２点間で、斥力を消失させる。

以上のアルゴリズムにより、潜像パターンのドットパターンを自動で設計できる。
図１３は、本発明の実施形態で提案する地紋パターンのドットパターンの設計手順を説明する図である。

まず、ステップＳ１０において、ユーザが任意の地紋パターンを作成する。このとき、ＧＵＩのツールを使う。ステップＳ１１において、ユーザがスキャナの解像度を指定する。ステップＳ１２において、地紋パターンの構成解像度（上記実施形態では、６００ｄｐｉ）と、スキャナの読み込み解像度（上記実施形態では、３００ｄｐｉ）から、縮小率（倍率）を算出する。この計算は、コンピュータに自動で行わせることが可能である。ステップＳ１３において、算出した縮小率で、地紋パターンを縮小する。縮小法は、平均法（図１０（ｃ）参照）などであり、この処理もコンピュータに自動で行わせる。この縮小画像がパターン変化の予測画像である。ステップＳ１４において、縮小した地紋パターンを用いて、地紋パターンを構成し、コンピュータに描画させる。ステップＳ１５において、ユーザが、縮小パターンの検出ルール（枠線の大きさや升目マスクの種類等）を選択する。ステップＳ１６において、枠線や升目マスクを、ユーザが縮小地紋パターンに重ねることにより、重なり具合を算出する。これは、マスクと重なるドットの輝度の総和をコンピュータに計算させる。ステップＳ１７において、重なり具合（総和の値）が閾値以上か否かを判断する。ステップＳ１７の判断がＹｅｓなら、検出ルールが有効と判断する。ステップＳ１８において、検出ルールが有効と判断された場合には、ユーザが、その地紋パターンを採用する。そして、ステップＳ１９において、選択したマスクを指定解像度向け検出ルールとして採用する。ステップＳ２０において、他の解像度で当該地紋パターンが読み取られる可能性があるか否かを判断する。ステップＳ２０で、他解像度での読み取りがない場合には、作成を終了する。ステップＳ２０で、他解像度での読み取りがあると判断された場合には、ステップＳ１１に進んで、それ以下のステップを繰り返す。ステップＳ１７の判断がＮｏで、検出ルールが有効でないと判断された場合には、ステップＳ２１において、検出ルールを変更するか否かの判断をユーザにさせる。ステップＳ２１において、検出ルールを変更するとされた場合には、ステップＳ１５に戻って処理を行う。ステップＳ２１において、検出ルールを変更しないとされた場合には、ステップＳ２２において、地紋パターンを修正するか否かをユーザに判断させる。ステップＳ２２において、地紋パターンを修正しないとされた場合には、処理を終了する。ステップＳ２２において、地紋パターンを修正するとされた場合には、ステップＳ１０に戻って、地紋パターンを作成しなおす。

以上、本発明の実施形態によれば、透かし情報の埋め込みに際し、２値に相当する地紋パターンを縦横に各々数個ずつ並べた縦横数倍サイズの地紋パターンを単位とし、透かし情報のビット値に、冗長性を加えた多値ビット情報を埋め込む。これにより、地紋透かしを埋め込む場合、埋め込み領域の削減と検出時の安定性が得られる。また、地紋画像への透かし情報の埋め込みの際に、透かし埋め込みブロックの先頭部分について、埋め込み領域を特定するための地紋パターンを使用する。これにより、透かし検出領域の開始位置・終了位置の正確な検出を行うことができ、透かしの検出精度が向上する。

地紋パターンに関しては、透かし画像の生成時に、低解像度でスキャンすることを想定し、適切な透かし検出ルールの作成をあらかじめ行う。統計的なパターン検出、あるいはテンプレートマッチング用に、パターン変化の予測画像を用いることで、検出の安定性が図れる。

潜像パターンについては、印刷時と、複写時の双方で、色ムラを発生させない条件を満たしつつ、孤立ドットの均等配置を決定する。この手法により、地紋パターンに対し、適切な潜像パターンが得られるため、潜像入り地紋透かし文書の出力品質が向上できる。

例えば、０を「＼」（図２（ａ）の地紋パターン）、１を「／」（図２（ｂ）の地紋パターン）と表現した場合には、８値の埋め込みパターンは、
という形状の、計８種類の２倍サイズの地紋パターンとして表現される。

Claims (12)

1. 印刷文書の背景領域に対して、ドットパターンを印刷することにより、背景地紋を付与する背景地紋画像生成方法において、
   少なくとも２種類の地紋パターンを用意し、
   該少なくとも２種類の地紋パターンを複数個結合したブロックに、該少なくとも２種類の地紋パターンの組み合わせにより、情報を表示する２値あるいは多値の数値を対応させ、
   該２値あるいは多値の数値が対応付けられたブロックを、背景地紋に含ませる透かし情報に従って配列することによって、背景地紋画像を生成する
   ことを特徴とする背景地紋画像生成方法。
2. 前記ブロックの前記地紋パターンの組み合わせを、前記情報を表示する２値あるいは多値の各数値に対応させ、該対応関係を調べることにより、誤り訂正を可能とすることを特徴とする請求項１に記載の背景地紋画像生成方法。
3. 前記誤り訂正は、前記ブロックに含まれる前記地紋パターンの種類について多数決をとることにより行うことを特徴とする請求項２に記載の背景地紋画像生成方法。
4. 前記透かし情報に従って行われる前記ブロックの配列の先頭位置に、前記少なくとも２種類の地紋パターンとは異なる情報領域検出専用パターンを付加することを特徴とする請求項１に記載の背景地紋画像生成方法。
5. ドットが所定の制約条件の下に配置された潜像用パターンを用いて、前記少なくとも２種類の地紋パターンの配列からなる背景地紋に潜像を埋め込むことを特徴とする請求項１に記載の背景地紋画像生成方法。
6. 前記制約条件の下の配置は、均等配置であることを特徴とする請求項５に記載の背景地紋画像生成方法。
7. 前記地紋パターンは、
   透かし情報を検出するための、隣接ドットで構成される線分と、
   複写時に白色に変化する孤立ドットと、
   からなることを特徴とする請求項１に記載の背景地紋画像生成方法。
8. 印刷文書の背景領域に付与する背景地紋の基本単位となる地紋パターンであって、
   背景地紋に埋め込まれる透かし情報を検出するための、隣接ドットで構成される線分と、
   複写時に白色に変化する孤立ドットと、
   からなることを特徴とする地紋パターン。
9. 前記線分は、中央部分が削除された、地紋パターンの対角方向の線分であり、
   前記孤立ドットは、該線分とは別の対角方向に、該線分に対して対称な位置に配置されることを特徴とする請求項８に記載の地紋パターン。
10. 前記線分が生成される対角線方向を異ならせることにより生成される２種類の地紋パターンを組み合わせて、背景地紋に埋め込む透かし情報を表現することを特徴とする請求項９に記載の地紋パターン。
11. 印刷文書の背景領域に付与する、透かし情報が埋め込まれた背景地紋を構成する地紋パターンの設計方法であって、
    （ａ）与えられた地紋パターンを、印刷時とは異なる解像度の画像に変換し、
    （ｂ）該変換された画像に対し、地紋パターンの所定の検出ルールを適用し、
    （ｃ）該検出ルールの適用の結果、地紋パターンが検出できるか否かを判断し、
    （ｄ）該検出ルールを適用して、地紋パターンが検出できない場合には、該検出ルールを変更するか、地紋パターンを変更し、
    （ｅ）上記ステップ（ａ）〜ステップ（ｄ）を繰り返すことにより、適切な地紋パターンと検出ルールを決定する
    ことを特徴とする地紋パターンの設計方法。
12. 印刷文書の背景領域に対して、ドットパターンを印刷することにより、背景地紋を付与する背景地紋画像生成装置において、
    ２種類の地紋パターンを入力する入力手段と、
    該２種類の地紋パターンを複数個結合したブロックに、該２種類の地紋パターンの組み合わせにより、情報を表示する２値あるいは多値の数値を対応させ、該２値あるいは多値の数値が対応付けられたブロックを、背景地紋に含ませる透かし情報に従って配列することによって、背景地紋画像を生成する背景地紋画像生成手段と、
    を備えることを特徴とする背景地紋画像生成装置。