CN101155239A - 电子水印嵌入装置及检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子水印嵌入装置及检测装置，本发明的课题在于，通过难以视觉判别所嵌入的信息、并且即使在印刷后进行了复制、切取等加工的情况下也能进行检测的形式，将信息嵌入到图像数据中，并从该印刷物中稳定地检测出信息。作为解决手段，检测单元(101)从图像数据(111)内的背景之外的区域中，检测嵌入信息(112)或者检测可以嵌入表示存在嵌入信息(112)的区域的位置的图形图案(113)的图形图案区域。嵌入单元(102)将图形图案(113)嵌入到所检测出的图形图案区域中，生成嵌入水印图像数据(114)。

Description

电子水印嵌入装置及检测装置
技术领域
本发明涉及通过人类难以感觉的形式在图像数据内嵌入信息、生成印刷用的嵌入水印图像数据的电子水印嵌入装置，以及从通过嵌入水印图像数据的印刷物而获得的扫描图像中检测所嵌入的信息的电子水印检测装置。
背景技术
电子水印是将著作权信息和印刷者的跟踪信息嵌入图像、音频等的电子数据中的技术。在电子水印技术中，通过从电子数据中检测作为“水印”而被嵌入的信息，可以确认作品的擅自复制或跟踪公司内部信息的泄漏。特别对于文本图像那样可以印刷的电子介质，需要不仅能从电子数据上，还可以从所印刷的纸类介质上检测信息。
作为现有的对于文本图像的电子水印技术，已知有通过改变英文字母串的文字间隔来嵌入信息的方法(例如参照后述非专利文献1)，还有放大、缩小或旋转文字来嵌入信息的方法(例如参照后述非专利文献2)。
而且作为把信息嵌入文本的背景中的方法，公开有将点图案嵌入文本图像的背景中的方法(例如参照后述专利文献1和专利文献2)。通过把特定的点图案嵌入文本图像的背景部分，即使在印刷文本上具有些许污渍等情况下也能稳定地检测信息。
进而，作为将信息嵌入印刷文本的背景之外的方法，公开了如下的技术：根据人类对于2值图像的视觉特性来赋予改变的判断基准及其优先顺序，按照顺序从优先顺序高的像素开始进行改变，由此插入水印信息的技术(例如参照后述专利文献3)；以及提取出文本图像的文字的特征点，将电子水印嵌入特征点上的技术(例如参照后述专利文献4)。
后述专利文献5涉及对黑白2值文本图像的水印信息嵌入方法，专利文献6涉及将2值图像转换为多值图像来确定嵌入位置的数据嵌入方法。而且后述的非专利文献3表示出人类的视觉易于统一察觉相近的区域、封闭的区域和连续的区域的情况。
【专利文献1】：日本专利第3628312号
【专利文献2】：日本特开2001-346032号公报
【专利文献3】：日本特开2004-289783号公报
【专利文献4】：日本特开2006-074166号公报
【专利文献5】：日本特开2001-078006号公报
【专利文献6】：日本特开2006-108994号公报
【非专利文献1】：J.T.Brassil，S.Low，N.F.Maxemchuk，and L.O’Gorman，“Electronic marking and identification techniques to discourage documentcopying”，Proc.IEEE INFOCOM’94，vol.3，pp.1278-1287，1994
【非专利文献2】：中村康弘、松井甲子雄共著、「著作権保護のための和文印刷文書ヘの署名情報の埋め込み」、情報処理学会第50回大会、vol.3、p.203-204、1994年
【非专利文献3】：淀川英二、東陽一、中根一成共著、「視聴覚の認知科学」、電子情報通信学会編、コロナ社、p.18-21、1998年
上述现有的电子水印嵌入方法具有如下问题。
在非专利文献1和非专利文献2那样的嵌入方法中，仅可以向文本中的文字嵌入信息，具有嵌入的信息量很大程度上依赖于文字数量的问题。
在专利文献1和专利文献2那样的嵌入方法中，容易察觉到嵌入背景中的点图案，具有会被简单识别出嵌入有信息的问题。
在专利文献3和专利文献4那样的嵌入方法中，由于重点将信息嵌入图形和文字的轮廓和边缘，所以当重复多次印刷或复制时，轮廓部分会变淡或模糊，因而具有丢失所嵌入信息的可能性较高的问题。
发明内容
本发明的课题在于，通过难以视觉判别所嵌入信息、并且即使在印刷后进行了复制、切取等加工的情况下也能进行检测的形式将信息嵌入到图像数据中，从该印刷物中稳定地检测出信息。
图1是本发明的电子水印嵌入装置的原理图。图1的电子水印嵌入装置具有检测单元101和嵌入单元102，其将信息嵌入到图像数据111中。
检测单元101从图像数据111内的背景之外的区域中，检测嵌入信息112或者检测可以嵌入表示存在嵌入信息112的区域的位置的图形图案113的图形图案区域。嵌入单元102将图形图案113嵌入到所检测出的图形图案区域中，生成嵌入水印图像数据114。
检测单元101在图像数据111内的存在文字、图、照片、网点等的区域即背景之外的区域中，检测与图形图案113的形状对应的图形图案区域，并把该图形图案区域的信息通知给嵌入单元102。嵌入单元102把图形图案113嵌入到所通知的图形图案区域中，由此生成嵌入了嵌入信息112的嵌入水印图像数据114。
检测单元101和嵌入单元102例如分别与后述的图7的图形图案区域检测部705和信息嵌入处理部706对应。
而且本发明的电子水印嵌入装置具有图形图案检测单元和信息检测单元，其检测嵌入到嵌入水印图像数据中的信息。
图形图案检测单元从嵌入水印图像数据内的背景之外的区域中检测图形图案。信息检测单元检测所检测出的图形图案表示的嵌入信息，或者检测位于所检测出的图形图案表示的位置的区域所具有的嵌入信息。
图形图案检测单元检测嵌入到嵌入水印图像数据内的背景之外的区域中的图形图案，将该图形图案的信息通知给信息检测单元。信息检测单元从所通知的图形图案、或者从位于所通知的图形图案表示的位置的区域中检测所嵌入的信息。
图形图案检测单元和信息检测单元例如分别与后述的图19的图形图案检测部1904和信息检测处理部1905对应。
根据本发明可以获得如下的优异效果。
(1)由于信息嵌入到图像数据内的背景之外的区域，所以能以人类不易察觉的形式嵌入信息。
(2)如果将多种图形图案嵌入图像数据中，则对所嵌入的信息的解读会变得更难。
(3)由于使用特定图案表示图形图案，所以即使由于复制和印刷等在印刷物上产生变淡或模糊，也能稳定地检测信息。
(4)如果在图像数据中分散地嵌入信息，则即使在被切取了一部分图像数据的情况下，也能稳定地检测信息。
附图说明
图1是本发明的电子水印嵌入装置的原理图。
图2是表示图形图案的图。
图3是表示各种图形图案的图。
图4是表示第1图形图案的保存方法的图。
图5是表示第2图形图案的保存方法的图。
图6是表示第1图形图案嵌入处理的图。
图7是电子水印嵌入装置的结构图。
图8是表示4种图形图案的图。
图9是图形图案区域检测处理的流程图。
图10是表示图案匹配的图。
图11是第1信息嵌入处理的流程图。
图12是表示3种嵌入方法的图。
图13是表示第2图形图案嵌入处理的图。
图14是第2信息嵌入处理的流程图。
图15是表示信息嵌入位置的图。
图16是信息嵌入位置的放大图。
图17是表示影子的像素值的图。
图18是表示信息嵌入处理的图。
图19是电子水印检测装置的结构图。
图20是图形图案检测处理的流程图。
图21是表示非线性滤波器处理的图。
图22是表示图形图案检测处理的图。
图23是第1信息检测处理的流程图。
图24是表示界线判定处理的图。
图25是第1信息检测处理的流程图。
图26是表示影子的像素值的变动的图。
图27是表示索贝尔(Sobel)滤波器的图。
图28是信息处理装置的结构图。
图29是表示程序和数据的提供方法的图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明用于实施本发明的最佳方式。
为了通过视觉上难以进行判别的形式来嵌入信息，需要考虑人类的视觉特性。例如根据非专利文献3可知，人类视觉易于统一察觉相近的区域、封闭的区域和连续的区域。
在专利文献3的方法中，通过改变图形和文字的轮廓和边缘的像素，来嵌入信息。此时通过将改变像素识别为图形和文字的结合体、即图形和文字的一部分，可以嵌入人类难以察觉的信息。
反之，如果改变了作为单色部分的背景部分的像素，则由于人类会将改变像素识别为孤立点、即独立的部分，因而非常不易通过人类难以察觉的形式嵌入信息。因此，为了通过人类难以察觉的形式嵌入信息，需要将信息嵌入图像数据中存在文字、图、照片、网点等的区域、即背景之外的区域。但如上所述，当重复了多次复制时，由于形状的歪曲和轮廓部分变淡，而存在所嵌入的信息会消失的可能性。
而且为了即使在印刷之后进行了复制、切取等的加工的情况下也能检测信息，需要如专利文献1和专利文献2的方法那样将信息嵌入到图像数据整体中。此时为了使其具有对于复制或印刷的耐性，优选将信息作为特定的点图案嵌入，但仅单纯嵌入点图案会使得点图案易于被发现，视觉上会容易识别出来。
于是在本实施方式的电子水印嵌入装置中，通过将特定图案嵌入图像数据中背景之外的区域(下面称为前景)，以视觉难以判别且可以稳定检测的形式来嵌入信息。使用图形图案作为特定的图案。
具体而言，在图像数据内分散配置图形图案，将信息嵌入图形图案自身或者图形图案的附近区域。通过从这样生成的嵌入水印图案数据中检测图形图案，可以检测出所嵌入的信息。
首先说明用于信息嵌入的图形图案。图形图案是嵌入到图像数据的前景中的图案，其具有可通过滤波器检测的频率、相位、振幅等信号的特征。例如图2中对基本图案201和方向图案202进行了合成的图案203被用作图形图案。
基本图案201用于检测可以在图像数据内嵌入图形图案203的区域。基本图案201的像素值优选与背景的像素值差别较大。
方向图案202是由以一定周期改变了像素值的图案构成的，其用于图形图案203的检测和嵌入信息的判别。如果方向图案202的像素值如果与背景的像素值不同，则也可以是与基本图案201的像素值相同或相近的值。
例如设构成方向图案202的1个正方形为1点，则对于图形图案203，滤波器范围是横8点，通过应用检测2个周期的波(频率)的非线性滤波器，可以检测方向图案202。
一般情况下，如果通过具有频率、相位、振幅等信号的特征的图案构成方向图案，则对图形图案的结构没有限制。
图3表示图2之外的图形图案的结构例。图形图案301是与图形图案203反向连接图2的方向图案202而成的，图形图案302是在纵方向上配置了基本图案和方向图案而成的，图形图案303是在斜方向上配置了基本图案和方向图案而成的。
另外，还可以如图形图案304那样以直线之外的形式构成基本图案。图形图案305是从基本图案中删除了方向图案306而作成的。
这样，方向图案表示相对于基本图案的规定方向(上下左右、斜方向等)，通过对相同的基本图案组合不同方向图案，可以表示不同的信息。
例如图4所示，图2的图形图案203作为2维矩阵401而保存于电子水印嵌入装置的存储器中。2维矩阵401由表示基本图案201的部分的值“1”、表示并非基本图案201的部分的值“0”、表示方向图案202的部分的值“a”和后述的表示不用于图案匹配的部分的值“x”构成。
并且如果用2维矩阵表现图3的图形图案303，则如图5所示。在2维矩阵501中，不清楚值“x”所示部分在进行图案匹配时是应该作为背景还是应该作为前景。这样地，在难以通过2维矩阵表现图形图案的情况下，把不用于图案匹配的部分定义为不关心部分。
2维矩阵401和501的各要素既可以与图像数据的1个像素对应，也可以与多个像素对应。
图6表示这种嵌入了图形图案的图像数据的例子。通过在图像数据601的文字的轮廓部分上嵌入图形图案301和302，可获得图像数据602。
接着一边参照图7到图18，一边说明使用了图形图案的电子水印嵌入装置的结构和动作。
图7表示电子水印嵌入装置的结构例。电子水印嵌入装置701具有图形图案输入部702、图像数据输入部703、嵌入信息输入部704、图形图案区域检测部705、信息嵌入处理部706和图像数据输出部707。
图形图案711被输入到图形图案输入部702，图像数据712被输入到图像数据输入部703，嵌入信息713被输入到嵌入信息输入部704。
在以下说明中，以图像数据712的白像素区域为背景部分，黑像素区域为前景部分为前提进行说明，但本发明不限于此。例如只要将彩色图像的亮度值较高的部分作为背景部分，将亮度值较低的部分作为前景部分，则本发明也能应用于黑白图像之外的图像。
图形图案输入部702例如以图4那样的2维矩阵的形式保存所输入的图形图案711的信息。该情况下也可以将同时使用的多种图形图案输入给图形图案输入部702。例如如果输入了图8所示的图形图案801～804，则可以将4种图形图案嵌入到图像数据712中。
嵌入信息输入部704将嵌入信息713作为水印信息714输出给信息嵌入处理部706。水印信息714是例如由逻辑“0”或者“1”表示的位串。另一方面，嵌入信息713既可以是文本也可以是数值。
例如当嵌入信息713是英语文本时，嵌入信息输入部704将嵌入信息713中的文本转换为与文本对应的ASCII(注册商标)码，作为水印信息714输出。
另外，为了提高检测精度，也可以追加使用了纠错码的码位，生成水印信息714。例如当使用将6位的汉明码追加到57位的信息上的63位的信息作为水印信息714时，可以对水印信息714纠正1位的位错误。
图像数据输入部703将图像数据712输出给图形图案区域检测部705和信息嵌入处理部706，图形图案输入部702将图形图案711的信息输出给图形图案区域检测部705。
图形图案区域检测部705从图像数据712中检测可以嵌入图形图案711的区域。信息嵌入处理部706使用图像数据712、图形图案区域检测部705的处理结果、水印信息714来生成在图像数据712中嵌入了表示水印信息714的图形图案711的图像数据。
信息嵌入处理部706将生成的图像数据输出给图像数据输出部707，图像数据输出部707输出嵌入了水印信息714的嵌入水印图像数据715。嵌入水印图像数据715既可以用打印机等印刷，也可以原样保存为电子数据。
图9是图形图案区域检测部705进行的图形图案区域检测处理的流程图。图形图案区域检测部705首先从图像数据712读取匹配判定部分(步骤901)。所读取的匹配判定部分的大小根据所嵌入的图形图案的种类而不同。
然后进行图案匹配处理(步骤902)，判定匹配判定部分与构成图形图案711的基本图案是否一致(步骤903)。
在图案匹配处理中，检查基本图案是否与图像数据712的前景一致，并非基本图案的部分是否与图像数据的背景一致。此时例如2维矩阵401的“a”和“x”所示，对于方向图案的部分和不用于图案匹配的部分，不进行图案匹配处理。
例如设图形图案203的2维矩阵401的各要素为1点，则首先从图像数据712中取出8×3的大小(横8点、纵3点)的区域。然后重合所取出的区域与2维矩阵401，检查是否满足下列2个条件。
(1)图像数据712的前景与2维矩阵401的“1”的部分整体重合。
(2)图像数据712的背景与2维矩阵401的“0”的部分整体重合。
此处，设黑像素的像素值为“1”，白像素的像素值为“0”，如图10所示，设图像数据f上的点(i，j)的像素值为f(i，j)。然后设与a×b的大小的基本图案t上的点(k，l)对应的矩阵要素为t(k，l)，进行图案匹配处理。当2维矩阵401的情况下，为a＝8、b＝1。此时如果下式的值为0，则在点(i，j)上满足上述(1)的条件。
Σ l = 0 b - 1 Σ k = 0 a - 1 | f ( i + k , j + l ) - t ( k , l ) | . . . ( 1 )
在上述(2)的条件中，通过使用2维矩阵401的“0”的部分来代替基本图案t，可以进行检查。
如果满足了(1)和(2)这双方的条件，则看作匹配判定部分与基本图案一致，将点(i，j)的坐标保存在存储器中(步骤904)。通过对图像数据712整体进行这种处理，能检测出可以嵌入图形图案711的多个图形图案区域。
之后，信息嵌入处理部706使用图形图案711本身来嵌入水印信息714，或者将水印信息714嵌入图形图案711的附近区域。
图11是使用图形图案本身来进行嵌入信息处理的流程图。信息嵌入处理部706首先将图像数据712的整体或者一部分分割为多个嵌入区域(步骤1101)。各嵌入区域例如是m×n的大小(横m点、纵n点、m和n是自然数)的矩形区域。其中，嵌入区域的大小需要大于图形图案711。
接着，判定与嵌入到各嵌入区域中的与水印信息714对应的图形图案711(步骤1102)。如果1个嵌入区域内存在多个图形图案区域，则可以在该数量范围内嵌入1个以上的图形图案711。并且，既可以根据水印信息714来单独使用1种图形图案711，也可以组合使用多种图形图案711。
例如，根据水印信息714的位串来如下组合图8的4种图形图案801～804进行使用。
(a)例如起始位那样的特定位置的位是“1”的情况下，嵌入图形图案801和图形图案804。
(b)特定位置的位是“0”的情况下，嵌入图形图案802和图形图案803。
(c)特定位置以外的位置的位是“1”的情况下，嵌入图形图案801和图形图案803。
(d)特定位置以外的位置的位是“0”的情况下，嵌入图形图案802和图形图案804。
此时可以根据嵌入到各嵌入区域中的2种图形图案的组合来同时进行水印信息714的1位判定和水印信息714的位置判定。其中，对不存在能够嵌入2种图形图案的区域的嵌入区域，仅嵌入1种图形图案。
如图12所示，水印信息714中以1位或者几位作为信息单位的信息串连续地嵌入到与信息串对应的多个嵌入区域。作为嵌入从开始起用号码0～3表示的水印信息串1201的例子，图12表示出3种方法。
在区域1202中，在行方向连续嵌入有水印信息串1201，在区域1203中，作为2×2的大小的2维矩阵嵌入有水印信息串1201，在区域1204中，错开嵌入有该2维矩阵。优选作为参数而在嵌入之前事前设定使用何种嵌入方法。
然后，在各嵌入区域内，将与水印信息714对应的方向图案插入由图形图案区域检测部705所检测出的图形图案区域(步骤1103)。由此将1种或者多种图形图案711嵌入各嵌入区域内。
图13表示将信息串“1101”分割成4个嵌入区域而嵌入到图像数据1301的情况下的嵌入水印图像数据715的例子。在嵌入区域1302中，嵌入有与起始位“1”对应的2种图形图案801和804，在嵌入区域1303中，嵌入有与位“1”对应的1种图形图案801。而且在嵌入区域1304中，嵌入有与位“0”对应的1种图形图案804，在嵌入区域1305中，嵌入有与位“1”对应的1种图形图案803。
图14是不同于图11的信息嵌入处理的、将信息嵌入到图形图案的附近区域中的处理的流程图。此时，通过在图像数据712所含的前景边缘部分上加入影子，能够嵌入信息，能够作为表示嵌入位置的标志而嵌入图形图案711。
信息嵌入处理部706首先确定嵌入信息的嵌入区域(步骤1401)。此处，根据能够嵌入到由图形图案区域检测部705所检测的图形图案区域中的图形图案711的方向图案来确定嵌入区域。如果方向图案的形状事先与存在嵌入区域的方向相对应，则嵌入区域既可以相对于基本图案存在于与方向图案相同的方向上，也可以相对于基本图案存在于与方向图案不同的方向上。
只要接近于所嵌入的图形图案，则该嵌入区域的形成可以为任意形状，但需要大于嵌入信息。例如将嵌入区域设定为在图形图案711的上下左右的某个方向上相邻的m×n的大小的矩形区域。此时如果水印信息714是S位(S是自然数)，则m×n大于等于S。
然后，计算嵌入区域的特征量(步骤1402)。嵌入区域的特征量被计算为在图像数据712内相邻的像素之间不同的、轮廓的边缘部分的附近像素数。因此特征量可以通过图像数据712与将图像数据712移动了几个像素的图像数据的差值来计算。
例如将黑像素的像素值定义为“1”、将白像素的像素值定义为“0”、将图像数据712的横方向定义为x轴、将纵方向定义为y轴、将横方向第x个点、纵方向第y个点的像素值定义为f(x，y)(x和y是大于等于0的整数)。然后比较f(x，y)和向右(x轴的正方向)移动了i点、向下(y轴的正方向)移动了j点的像素值f(x+i，y+j)(i和j是整数)，将满足下面的(2)式或者(3)式的部分的像素数作为特征量。
f(x，y)＝0并且f(x+i，y+j)＝1...(2a)
f(x，y)＝1并且f(x+i，y+j)＝0...(2b)
并且为了对边缘部分加入影子，增加或者减少前景的像素数。增加像素数的情况下，对满足(2a)式的x、y设定为f(x，y)＝1，减少像素数的情况下，对满足(2b)式的x、y设定为f(x，y)＝0。通过这样改变所增减的像素的像素值，可以将信息嵌入到边缘部分。
图15表示设i＝-1、j＝0的情况下进行增减的像素。如果减少图像数据1501的前景的像素数，则相当于图像数据1502的黑像素的部分减少；如果增加图像数据1501的前景的像素数，则相当于图像数据1503的黑像素的部分增加。
放大了图像数据1502和图像数据1503的一部分后，成为图16所示那样。在图像数据1502的前景部分1601中，像素1611～1613成为嵌入有信息的位置；在图像数据1503的前景部分1602中，像素1621～1623成为嵌入有信息的位置。
接着，在步骤S1401中所确定的嵌入区域中插入所对应的图形图案711的方向图案(步骤1403)。此处，如果与不同的图形图案711对应的多个嵌入区域重合，则优先对上述特征量最多的嵌入区域插入方向图案。
然后，通过改变所增减的像素的像素值来将信息嵌入插入有方向图案的嵌入区域(步骤1404)。此时既可以同样地将水印信息714嵌入到所有嵌入区域中，也可以按照图形图案711的种类分割水印信息714进行嵌入。
例如具有4种用于嵌入的图形图案711的情况下，可以将把水印信息714分割为4个的信息，嵌入到与各图形图案711对应的嵌入区域中。
此处，嵌入信息，使得增减后的像素被观察为前景的影子。该影子是通过作为白与黑的中间的像素值来表现的。可以在各嵌入区域中，通过在横方向或者纵方向上排列水印信息串，或者在该双方的方向上排列水印信息串，来嵌入信息。
例如，作为影子的像素值，使用图17的像素值1701～1703，使意味着水印信息串的开始的信息与像素值1702(0.5)对应，使位“1”和“0”分别与像素值1701(0.25)和像素值1703(0.75)对应起来。
图18表示将水印信息串“1101”在嵌入区域的横向上嵌入到图像数据1801中的结果。在所获得的图像数据1802的区域1803中，在图形图案804的右侧确保了嵌入区域，生成影子的像素1811～1815。
在该例子中，减少前景的像素数来赋予影子，但为了使图像数据712整体的前景或者背景的像素值不会发生较大变动，优选使前景的像素数相对于多个嵌入区域随机增减。
而且，当输出嵌入有信息的嵌入水印图像数据715时，虽然也可以在图像数据输出部707中通过抖动来对影子的像素进行2值化，但需要改变影子的浓度，以使抖动之后的像素的图案不与方向图案的周期一致。
下面一边参照图19到图27，一边说明从嵌入水印图像数据中检测所嵌入的信息的电子水印检测装置的结构与动作。
图19表示电子水印检测装置的结构例。电子水印检测装置1901具有图像数据输入部1902、图形图案输入部1903、图形图案检测部1904、信息检测处理部1905和信息输出部1906。
此处，设想为从由扫描仪装置读取嵌入水印的印刷物后得到的嵌入水印图像数据1911中检测信息的情况，但除此之外也可以输入保存为电子数据的图7的嵌入水印图像数据715来作为嵌入水印图像数据1911。
首先，将嵌入水印图像数据1911输入给图像数据输入部1902，同时将图形图案1912输入给图形图案输入部1903。作为图形图案1912，可以输入与输入给电子水印嵌入装置701的图形图案711相同的图形图案。所输入的嵌入水印图像数据1911和图形图案1912被发送给图形图案检测部1904。
然后，图形图案检测部1904从嵌入水印图像数据1911中检测嵌入有图形图案1912的部位；信息检测处理部1905从图形图案检测部1904的检测结果中检测所嵌入的水印信息1913。
而且信息输出部1906将水印信息1913转换为嵌入信息1914进行输出。当水印信息1913中包含纠错码时，通过由信息输出部1709进行错误位的纠正处理，提高检测精度。这样，从信息输出部1906输出的嵌入信息1914作为嵌入到嵌入水印图像数据1911中的信息而被保存。
图20是图形图案检测部1904进行的图形图案检测处理的流程图。图形图案检测部1904首先在嵌入水印图像数据1911中应用非线性滤波器，由此检测所希望的图形图案1912的方向图案(步骤2001)。
作为非线性滤波器，只要能检测出方向图案的频率、相位、振幅等信号的特征，就可以使用任意滤波器。例如可以使用设第n个图案的像素值(0～255)为x(n)(n＝0，1，...N-1)，由下式表示的1维付里叶变换来作为非线性滤波器。
X ( k ) = 1 N Σ n = 0 N - 1 x ( n ) · e - j 2 πk / N . . . ( 3 )
图21表示将(3)式的1维付里叶变换应用在方向图案2101上的结果。由于方向图案2101是由横方向排列的8点像素构成的，因而N＝8。在该例子中，对于k＝0，1，2，...，7用图表表示X(k)的振幅|X(k)|，由于方向图案2101为周期2的波(频率)，所以可知付里叶变换后k＝2和k＝6的振幅较大。根据付里叶变换的性质，k＝0时振幅始终较大。
这样，通过从嵌入水印图像数据1911中取出与方向图案2101的大小对应的区域，对该区域进行付里叶变换，通过发现与方向图案的周期对应的k＞0的振幅大于规定阈值的区域，可以检测方向图案。而且如果仅对嵌入水印图像数据1911的前景区域应用非线性滤波器，则可以高速进行处理。
例如对图22的嵌入水印图像数据2201应用非线性滤波器，则检测出图像数据2202所示的方向图案。
然后，对于所检测出的方向图案的周围进行使用了图形图案整体的图案匹配处理(步骤2002)。
一般仅检测方向图案是无法判别是否嵌入有希望嵌入在该区域中的图形图案1912的。例如将图8的图形图案801和图形图案802嵌入到嵌入水印图像数据1911中的情况下，仅检测方向图案是无法判别为哪个图形图案的。嵌入了图形图案803和图形图案804的情况也相同。
于是，通过对方向图案周围进行使用了图形图案整体的图案匹配处理，如图22的图像数据2203所示，可以判别所嵌入的图形图案1912。所判别的图形图案1912的种类记录在存储器中(步骤2003)。
这样，通过关注分散配置于嵌入水印图像数据1911内的图形图案1912的方向图案来进行检测处理，即使在被切取了图像的一部分的情况下或者由于印刷或复制而使轮廓部分变淡、模糊的情况下也能检测图形图案1912。
如上所述，由于可以考虑2种方法作为水印信息1913的嵌入方法，所以根据所采用的嵌入方法，检测方法也变得不同。信息检测处理部1905从图形图案1912本身检测水印信息1913，或者从图形图案1912的附近区域检测水印信息1913。
图23是从图形图案本身检测信息的处理的流程图。信息检测处理部1905首先从所检测的图形图案1912中进行嵌入区域的界线判定(步骤2301)。
如上所述，各嵌入区域为m×n的大小的矩形区域。例如通过嵌入到该嵌入区域中的图形图案1912的种类来判定1位时，从嵌入水印图像数据1911内取出Am×Bn的大小的矩形区域R(A和B是任意的自然数)。然后在横m点、纵n点的范围内使该矩形区域R分别错开1点，计算下式的值。
Σ l = 0 B - 1 Σ k = 0 A - 1 | C ( k , l ) - D ( k , l ) | . . . ( 4 )
当把矩形区域R分割为具有m×n大小的A×B个矩形区域时，C(k，l)表示在从左起第k个且从上起第1个矩形区域r(k，l)中，与位“1”对应的图形图案1912的数量。并且D(k，l)表示该矩形区域内与位“0”对应的图形图案1912的数量。
如果矩形区域R与嵌入区域的界线一致，则在各矩形区域r(k，l)内仅包含与位“1”或者“0”中的某个对应的图形图案1912，因而(4)式的值最大。与此相对，如果矩形区域R从嵌入区域的界线彼此错开，则在各矩形区域r(k，l)内混合存在有与位“1”或者“0”对应的图形图案1912，因而(4)式的值变小。于是将(4)式的值最大的部位判定为矩形区域的界线。
例如，在将图24的矩形区域2401分割为2×2个的矩形区域来作为矩形区域R的情况下，A＝B＝2，使矩形区域2401在上下左右上错开，同时计算(4)式的值。
然后，检测水印信息的开始位置(步骤2302)。水印信息的开始位置是根据嵌入到各嵌入区域的图形图案1912的种类进行判别的。例如按照上述(a)～(d)组合图8的4种图形图案801～804来嵌入信息的情况下，在各嵌入区域中计算下式的值。
|(图形图案801的数量)-(图形图案802的数量)-(图形图案803的数量)+(图形图案804的数量)|...(5)
水印信息串中的起始位置这种对应于特定位置的(5)式的值相比其他位置较大，因而可以通过(5)式来确定水印信息的开始位置。
当从嵌入区域仅检测出1种图形图案1912时、或者根本没有检测出图形图案1912时，也可以对与相同水印信息串对应的多个嵌入区域中的图形图案1912的数量进行相加，来计算(5)式。
例如，在图12的区域1202的情况下，从与水印信息串1201的信息“0”、“1”、“2”和“3”对应的所有嵌入区域中计算出图形图案801～804的种类和数量。
由于通过上述(a)～(d)的组合来指定包含于各嵌入区域中的信息的位置，因而如果能检测出特定位置的图形图案，则可以确定包含于各嵌入区域中的信息的序号。
然后，根据嵌入到各嵌入区域中的图形图案1912的种类来判定水印信息1913。在水印信息1913的判定中，也可以从嵌入有相同信息的所有嵌入区域中计算出图形图案1912的种类和数量，进行少数服从多数的判定。或者还可以判定在1维方向或者2维方向上连续的水印信息。
在上述例子中，对水印信息串的特定位置计算下式的值，如果该值大于0则判定为位“1”，如果小于0则判定为位“0”。
(图形图案801的数量)-(图形图案802的数量)-(图形图案803的数量)+(图形图案804的数量)...(6)
而且对特定位置之外的位置计算下式的值，如果该值大于0则判定为位“1”，如果小于0则判定为位“0”。
(图形图案801的数量)-(图形图案802的数量)+(图形图案803的数量)-(图形图案804的数量)...(7)
图25是从图形图案的附近区域检测信息的处理的流程图。此时，信息检测处理部1905首先根据所检测的图形图案1912的方向图案提取嵌入区域(步骤2501)，计算所提取的各嵌入区域的特征量(步骤2502)。计算边缘部分的像素值作为嵌入区域的特征量。然后根据所获得的特征量来判定水印信息1914(步骤2503)。例如根据所有的嵌入区域计算信息，使用少数服从多数的判定来判定水印信息1914。
通过图14的步骤S1404的处理，将信息作为影子嵌入到图形图案1912的附近像素中，但有可能由于印刷或复制等而使影子部分变淡或是模糊。
图21表示在嵌入水印图像数据1911中嵌入有信息的边缘部分的线和像素值的关系。横轴表示嵌入水印图像数据1911内的横方向或者纵方向的像素列，纵轴表示各像素的像素值。其中，作为影子被嵌入的像素值2601可能由于印刷或复制等如像素值2602那样发生变化。
于是在步骤2503中计算与影子部分相邻的前景部分的像素值的梯度和与影子部分相邻的背景部分的像素值的梯度的差，来判定所嵌入的信息。例如对于关注像素的附近像素，通过应用图27所示的横方向索贝尔(Sobel)滤波器2701和纵方向索贝尔滤波器2702来求出像素值的梯度。
如果设关注像素的坐标为(i，j)、点(i，j)的像素值为f(i，j)，则横方向索贝尔滤波器2701的输出Gx和纵方向索贝尔滤波器2702的输出Gy分别如下式。
Gx＝f(i-1，j-1)+2f(i-1，j)+f(i-1，j+1)-f(i+1，j-1)-2f(i+1，j)-f(i+1，j+1)...(8)
Gy＝f(i-1，j-1)+2f(i，j-1)+f(i+1，j-1)-f(i-1，j+1)-2f(i，j+1)-f(i+1，j+1)...(9)
使用Gx和Gy通过下式计算出梯度的大小G。
G＝|Gx|+|Gy|...(10)
例如当使用图17所示的影子的像素值考虑从白像素变化到黑像素时的梯度，则下面的不等式成立。
(白→黑的梯度的大小)＞(白→像素值1703的梯度的大小)＞(白→像素值1702的梯度的大小)＞(白→像素值1701的梯度的大小)...(11)
因而，由于可以通过梯度大小判定影子的种类，所以能判别信息。
另外，图7的电子水印嵌入装置701和图19的电子水印检测装置1901是例如使用图28所示的信息处理装置(计算机)构成的。图28的信息处理装置具有CPU(中央处理装置)2801、存储器2802、输入装置2803、输出装置2804、外部存储装置2805、介质驱动装置2806和网络连接装置2807，它们通过总线2808而彼此连接在一起。
存储器2802例如包含ROM(read only memory)、RAM(random accessmemory)等，保存用于处理的程序和数据。CPU 2801通过使用存储器2802来执行程序，由此进行上述处理。
此时，图7的图形图案输入部702、图像数据输入部703、嵌入信息输入部704、图形图案区域检测部705、信息嵌入处理部706和图像数据输出部707以及图19的图像数据输入部1902、图形图案输入部1903、图形图案检测部1904、信息检测处理部1905和信息输出部1906与保存在存储器2802中的程序对应。
输入装置2803例如为键盘、指示设备等，其用于输入来自操作者的指示和信息。输出装置2804例如为显示器、打印机、扬声器等，其用于输出对操作者的询问和处理结果。
外部存储装置2805例如为磁盘装置、光盘装置、光磁盘装置、磁带装置等。信息处理装置将程序和数据保存在该外部存储装置2805中，根据需要将它们加载到存储器2802中进行使用。
介质驱动装置2806驱动可移动记录介质2809，访问其记录内容。可移动记录介质2809是存储卡、软盘、光盘、光磁盘等任意的计算机可读取的记录介质。操作者事先将程序和数据保存在该可移动记录介质2809中，根据需要将它们加载到存储器2802中进行使用。
网络连接装置2807与LAN(local area network)等通信网络连接，进行伴随通信的数据转换。而且信息处理装置根据需要从外部装置经由网络连接装置2807接收程序和数据，将它们加载到存储器2802中进行使用。
图29表示将程序和数据提供给图28的信息处理装置的方法。保存在可移动记录介质2809和服务器2901的数据库2911中的程序和数据被加载到信息处理装置2902的存储器2802中。服务器2901生成传播该程序和数据的传播信号，通过通信网络上任意的传送介质将其发送给信息处理装置2902。CPU2801使用该数据执行该程序，进行上述处理。
(附记1)一种电子水印嵌入装置，该电子水印嵌入装置将信息嵌入到图像数据中，其特征在于，该电子水印嵌入装置具有：
检测单元，其从上述图像数据内的背景之外的区域中，检测嵌入信息或者可以嵌入图形图案的图形图案区域，所述图形图案表示存在嵌入信息的区域的位置；以及
嵌入单元，其将上述图形图案嵌入到所检测出的图形图案区域中，生成嵌入水印图像数据。
(附记2)一种把信息嵌入到图像数据中的计算机用的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：
从上述图像数据内的背景之外的区域中，检测嵌入信息或者可以嵌入图形图案的图形图案区域，所述图形图案表示存在嵌入信息的区域的位置，
将上述图形图案嵌入到所检测出的图形图案区域中，生成嵌入水印图像数据。
(附记3)根据附记2所述的程序，其特征在于，上述图形图案具有可通过滤波器检测出来的信号特征。
(附记4)根据附记2或3所述的程序，其特征在于，上述图形图案包含基本图案、和表示相对于该基本图案的规定方向的方向图案。
(附记5)根据附记2或3或4所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：通过对构成上述图形图案的基本图案与上述背景之外的区域进行图案匹配，来检测上述图形图案区域。
(附记6)根据附记2或3或4或5所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：将上述图像数据分割为多个嵌入区域，对应于上述嵌入信息，将多种图形图案中的任意一个嵌入到各嵌入区域所包含的图形图案区域中。
(附记7)根据附记2或3或4或5所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：将上述嵌入信息嵌入到所嵌入的图形图案的附近区域中。
(附记8)根据附记7所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：在上述图形图案的附近区域具有多个不同的像素值，通过生成表示上述嵌入信息的多个像素，来嵌入上述嵌入信息。
(附记9)一种检测嵌入到嵌入水印图像数据中的信息的计算机用的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：
从上述嵌入水印图像数据内的背景之外区域中检测图形图案，
对所检测出的图形图案表示的嵌入信息进行检测，或者对位于所检测出的图形图案表示的位置上的区域所存在的嵌入信息进行检测。
(附记10)根据附记9所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：通过使用滤波器检测上述图形图案具有的信号特征，来检测该图形图案。
(附记11)根据附记9或10所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：检测表示相对于上述图形图案所含的基本图案的规定方向的方向图案，通过对包含该基本图案和该方向图案的该图形图案与所检测出的方向图案的周围区域进行图案匹配，来检测该图形图案。
(附记12)根据附记9或10或11所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：判定上述嵌入水印图像数据内的多个嵌入区域的界线，从所检测到的多个图形图案内的属于各嵌入区域的图形图案的种类之中，检测该图形图案表示的嵌入信息。
(附记13)根据附记9或10或11所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：从位于上述所检测出的图形图案表示的位置上的区域内的多个像素中提取像素值，使用所提取出的像素值来检测上述嵌入信息。

Claims (10)

1.一种电子水印嵌入装置，该电子水印嵌入装置将信息嵌入到图像数据中，其特征在于，该电子水印嵌入装置具有：
检测单元，其从上述图像数据内的背景之外的区域中，检测嵌入信息或者可以嵌入图形图案的图形图案区域，所述图形图案表示存在嵌入信息的区域的位置；以及
嵌入单元，其将上述图形图案嵌入到所检测出的图形图案区域中，生成嵌入水印图像数据。
2.一种把信息嵌入到图像数据中的计算机用的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：
从上述图像数据内的背景之外的区域中，检测嵌入信息或者可以嵌入图形图案的图形图案区域，所述图形图案表示存在嵌入信息的区域的位置，
将上述图形图案嵌入到所检测出的图形图案区域中，生成嵌入水印图像数据。
3.根据权利要求2所述的程序，其特征在于，上述图形图案具有可通过滤波器检测出来的信号特征。
4.根据权利要求2或3所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：通过对构成上述图形图案的基本图案与上述背景之外的区域进行图案匹配，来检测上述图形图案区域。
5.根据权利要求2或3或4所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：将上述图像数据分割为多个嵌入区域，对应于上述嵌入信息，将多种图形图案中的任意一个嵌入到各嵌入区域所包含的图形图案区域中。
6.根据权利要求2或3或4所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：将上述嵌入信息嵌入到所嵌入的图形图案的附近区域中。
7.一种检测嵌入到嵌入水印图像数据中的信息的计算机用的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：
从上述嵌入水印图像数据内的背景之外区域中检测图形图案，
对所检测出的图形图案表示的嵌入信息进行检测，或者对位于所检测出的图形图案表示的位置上的区域所存在的嵌入信息进行检测。
8.根据权利要求7所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：通过使用滤波器检测上述图形图案具有的信号特征，来检测该图形图案。
9.根据权利要求7或8所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：判定上述嵌入水印图像数据内的多个嵌入区域的界线，从所检测到的多个图形图案内的属于各嵌入区域的图形图案的种类之中，检测该图形图案表示的嵌入信息。
10.根据权利要求7或8所述的程序，其特征在于，该程序使上述计算机执行如下处理：从位于上述所检测出的图形图案表示的位置上的区域内的多个像素中提取像素值，使用所提取出的像素值来检测上述嵌入信息。
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