JP4327676B2 - 画像印刷方法および画像印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、カメラ等の画像入力手段により入力された顔写真画像等の多階調画像を印刷する画像印刷方法および画像印刷装置に関する。

近年、情報の電子化やインターネットの普及に伴って、画像の偽造や変造防止のために電子透かし、電子署名などの技術が重要視されるようになってきた。特に、主画像情報に付加的な副情報（副画像情報）を不可視状態で埋め込む電子透かし技術は、ＩＤカードなどの個人認証媒体や著作権情報を埋め込んだ写真に対する不正コピー、偽造、改ざん対策として提案されている。

たとえば、印刷物へ出力される画像情報に対して、人間が感知しにくい高い空間周波数成分および色差成分の特性を利用して所定の情報を埋め込む電子透かし挿入方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
また、光学フィルタで確認できる電子透かしの印刷装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

上記特許文献による電子透かし埋め込み処理方式では、
(1) 人間の視覚特性を利用
・画像の周波数が高くなるほど階調識別能力が低下
・輝度情報よりも色差情報の方が判別困難
(2) 補色の関係 例…赤色＋シアン色＝無彩色（白）（加法混色の場合）
(3) 高周波キャリアパターン画像に補色の関係および色差情報を適用（色差変調処
理）
を用いることにより、画質劣化を招くことなく、主画像情報に副情報を不可視状態で埋め込むことが可能になっている。

上記(2)の例でいえば、赤色とシアン色（＝緑色＋青色）は、加法混色の場合 、補色の関係にあり、赤色とシアン色とが隣り合っていても人間の目には判別しにくく無彩色に見える。
上記(3)の例のように、高周波キャリアパターン画像を用いることで、赤色リッチな画素とシアン色リッチな画素とが繰り返し配置されているため、人間の目ではこれらの細かな色差の違いを識別できず、色差量はプラスマイナス「０」と判断してしまう人間の視覚特性を利用している。

もし、上記電子透かし技術を適用した画像が記録された印刷物の真偽判定が必要になった場合は、上記特許文献などに記載されている復元処理を鍵情報を利用して行なうことによって、不可視状態で記録されていた副情報を復元し、真偽判定が行なわれる。

すなわち、まず、スキャナやデジタルカメラなどの画像入力デバイスを用いて、カードなどの記録媒体に記録された色差情報として副情報を埋め込んだ合成画像情報をデジタル画像情報として読取る。次に、鍵情報の特定周波数の情報に応じた周波数成分を有するデジタルフィルタを合成画像情報に施すことにより、色差情報として埋め込まれた副情報を復元する。最後に、復元により得られた結果から真偽判定を行なうものである。
特開平９−２４８９３５号公報 特開２００１−２６８３４６号公報

しかしながら、上記した従来の方法では、色差を利用した電子透かし技術であるので、主画像情報の色によっては副情報の復元性が変化することがある。たとえば、主画像情報が顔画像である場合、髪の毛など黒い部分は、プリンタなどの印刷装置やスキャナなどの画像読取装置により、画質が劣化するため、肌色である顔部と同じ色差量で副情報の埋め込みを行なった場合、副情報の復元性が劣ることがある。
そこで、本発明は、どのような顔画像であっても、画質が劣化することなく、確実に副情報を埋め込むことができ、印刷物の偽造や変造の防止性を向上させることができる画像印刷方法および画像印刷装置を提供することを目的とする。

本発明の画像印刷方法は、画像入力手段により入力された印刷物上の顔画像を処理したのち印刷する画像印刷方法であって、前記画像入力手段により入力された顔画像に対し印刷に用いられる色情報に変換する色変換処理を施し、この色変換処理を施した顔画像に対し濃度パターンに基づいて濃度の反転値を輝度値に変換する第１の階調補正処理を施し、この第１の階調補正処理を施した顔画像に対して色差を利用した電子透かし埋め込み処理により副情報を不可視状態で埋め込み、この第１の階調補正処理を施し副情報を埋め込んだ顔画像に対し前記第１の階調補正処理とは逆変換の関係となる第２の階調補正処理を施し、この第２の階調補正処理を施した顔画像を印刷することを特徴とする。

また、本発明の画像印刷装置は、印刷物上の顔画像を入力する画像入力手段と、この画像入力手段により入力された顔画像に対し印刷に用いられる色情報に変換する色変換処理を施す色変換処理手段と、この色変換処理手段により色変換処理を施された顔画像に対し濃度パターンに基づいて濃度の反転値を輝度値に変換する第１の階調補正処理を施す第１の処理手段と、この第１の処理手段により第１の階調補正処理を施された顔画像に対して色差を利用した電子透かし埋め込み処理により副情報を不可視状態で埋め込む副情報埋め込み手段と、前記第１の処理手段により第１の階調補正処理を施され前記副情報埋め込み手段により副情報を埋め込まれた顔画像に対し前記第１の処理手段による第１の階調補正処理とは逆変換の関係となる第２の階調補正処理を施す第２の処理手段と、この第２の処理手段により第２の階調補正処理を施された顔画像を印刷する印刷手段とを具備している。

さらに、本発明の印刷物は、多階調画像が印刷されていて、この多階調画像には不可視状態で副情報が埋め込まれており、前記副情報は前記多階調画像の高濃度な部位ほどレベルが高くなる信号により埋め込まれていることを特徴とする。

本発明によれば、どのような顔画像であっても、画質が劣化することなく、確実に副情報を埋め込むことができ、印刷物の偽造や変造の防止性を向上させることができる画像印刷方法および画像印刷装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る画像印刷方法が適用される画像印刷装置の構成を概略的に示すものである。この画像印刷装置は、大きく分けて画像入力手段としての画像入力装置１１、印刷手段としてのプリンタ１２、各種処理を行なう計算機１３、および、これら画像入力装置１１、プリンタ１２と計算機１３とを通信可能に接続する双方向通信手段１４，１５によって構成されている。

画像入力装置１１は、写真（印刷物）Ｐ１上の顔画像などの多階調画像をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のデジタル画像情報として入力するもので、たとえば、デジタルカメラ、ビデオカメラやフラットベットスキャナなどで構成されている。本例では、たとえば、デジタルカメラを用いている。
プリンタ１２は、多階調画像や文字などの２値画像を記録媒体に印刷することで、ＩＤカードなどの印刷物Ｐ２を出力するものであり、本例では専用のプリンタとしている。

計算機１３は、画像入力装置１１によって入力された多階調画像情報に対して色変換処理などの印刷用画像処理を行なう印刷用画像処理手段としての印刷用画像処理部１６、印刷用画像処理部１６により印刷用画像処理された多階調画像情報に対して後述するような前処理（階調補正、第１の処理）を施す第１の処理手段としての前処理部１７、前処理部１７により前処理された多階調画像情報に対して、人間の肉眼で不可視状態で副情報を埋め込むことにより合成画像情報を作成する副情報埋め込み手段としての電子透かし埋め込み部１８、および、電子透かし埋め込み部１８により作成された合成画像情報に対して後述するような後処理（階調補正、第２の処理）を施す第２の処理手段としての後処理部１９によって構成されている。

ここに、計算機１３は、たとえば、パーソナルコンピュータ（以降、単にパソコンと略称する）であってもよいし、ＣＰＵ、半導体メモリ、ハードディスク装置、画像キャプチャーボードなどから構成される専用のボードであってもよく、本例ではパソコンを用いている。

なお、本実施の形態における、印刷用画像処理部１６、前処理部１７、電子透かし埋め込み部１８、および、後処理部１９は、パソコンで動作するアプリケーションプログラムの一部によって構成されている。
双方向通信手段１４，１５は、たとえば、ＵＳＢ、ＳＣＳＩなどの信号を双方向に通信できる手段であれば何でもよく、本例ではＵＳＢ２．０を用いている。

次に、このような構成において図１の動作、処理内容について説明する。
まず、画像入力装置１１により顔画像などの多階調画像を入力する。ここで、多階調画像は、たとえば写真上の顔画像とするが、これに限定されるものではない。入力された顔画像は、計算機１３において、アプリケーションプログラムの一部である前処理、印刷用画像処理、電子透かし埋め込み処理、後処理が順次施され、プリンタ１２へと送られる。

すなわち、まず、印刷用画像処理部１６では、画像入力装置１１により入力された顔画像に対し色変換処理が行なわれる。たとえば、デジタルカメラなどの画像入力系で用いているレッド、グリーン、ブルー（以降、Ｒ、Ｇ、Ｂと称す）の画像情報を、プリンタで用いられるシアン、マゼンタ、イエロー（以降、Ｃ、Ｍ、Ｙと称す）の画像情報に変換する色変換処理などが行なわれる。

次に、前処理部１７では、後で詳細を説明するような階調補正が行なわれる。次に、前処理が施された顔画像は、電子透かし埋め込み部１８により副情報が人間の認知されない形で埋め込まれる。次に、電子透かし埋め込み処理された顔画像は、後処理部１９により後で詳細を説明するような階調補正が行なわれる。次に、後処理が施された顔画像はプリンタ１２へ送られる。プリンタ１２では、副情報を埋め込んだ顔画像情報を記録媒体に印刷することで、ＩＤカードなどの印刷物Ｐ２を出力する。

なお、印刷用画像処理部１６による印刷用画像処理を、前処理、電子透かし埋め込み処理、後処理の前に行なっているが、この場合は、電子透かし埋め込み処理で扱われる画像情報はＣ、Ｍ、Ｙとして扱われる。Ｃ、Ｍ、ＹとＲ、Ｇ、Ｂとも、通常は各「０〜２５５」の８ビットデータ（合計２４ビット）となっているが、Ｃ、Ｍ、Ｙは「０」が最も明るい濃度を表すのに対して、Ｒ、Ｇ、Ｂでは「０」が最も暗い状態を表し、反転の関係にある。本実施の形態では、Ｃ、Ｍ、Ｙとして扱うため、便宜上Ｃ、Ｍ、Ｙの反転値（２５５から各値を引いた値）として、Ｒ、Ｇ、Ｂと同じ数値で扱う。このようにすれば、「０」が最も暗く、「２５５」が最も明るい状態にでき、Ｒ、Ｇ、Ｂと同じ情報として扱うことができる。本実施の形態では、印刷用画像処理を電子透かし埋め込み処理の前に行なっているため、電子透かし埋め込み処理ではＣ、Ｍ、Ｙの反転情報（以降、それぞれＲｃ、Ｇｍ、Ｂｙと称す）を扱う。

色差を利用した電子透かし埋め込み処理の技術では、この８ビットデータから色差量を足すか引くなどして副情報を埋め込んでいる。このとき、たとえば画像情報が「０」であった場合、色差量を足すことはできるが、色差量を引くことはできない。反対に、画像情報が「２５５」であった場合は、色差量を引くことはできるが、色差量を足すことはできない。このため、画像情報によっては、所望の色差量を確保できない場合がある。

色差を利用した電子透かし埋め込み処理の技術では、副情報を復元するための処理は、デジタルバンドパスフィルタ処理から構成される。本実施の形態で用いている色差として副情報を埋め込む電子透かし埋め込み処理の技術は、高周波キャリアパターン画像に色差を重畳することにより副情報を埋め込んでいる。このため、キャリアパターンの周波数のみを通すバンドパスフィルタにより副情報を復元することができる。

キャリアパターンの色差、つまりキャリアパターンの振幅が大きいほど、バンドパスフィルタで通り易くなり、復元性は向上する。復元性を向上させるためには、色差を増やす必要があるが、色差を増やすとキャリアパターンが人間の目に認知できるようになってしまうため、画質が劣化する。しかし、色差を増やした場合にキャリアパターンが人間の目に認知できるようになるのは、人間の肌のような中間濃度域であり、黒髪のように濃度が高い領域では色差を増やしても、キャリアパターンが人間の目に認知され難い。

そこで、本発明では、黒髪のように濃度が高い領域では色差量を増やし、肌のように中間領域では通常の色差量に保つように、簡単な処理を追加して副情報を埋め込めるようにしたものである。

図２は、印刷用画像処理後のＲc値に対する、たとえば図３に示すような濃度パターンの印刷物をデジタルカメラで撮影して得たＲ値をプロットしたものの近似曲線ａを示している。便宜上、ＲｃとＲとの関係にしたが、ＧｍとＧ、ＢｙとＢも同じような関係になる。なお、図３の濃度パターンを印刷するとき、電子透かし埋め込み処理を実施せずに、印刷画像処理のみを実施してプリンタで印刷した。なお、図３において、数値はパターンの濃度を示していて、数値が小さくなるにしたがって濃度が濃くなることを示している。この例の場合、数値「０」は黒色を示している。

輝度であるＲは、濃度の反転であるＲｃの対数特性を示すため、図２のような特性ａとなってしまう。色差を利用した電子透かし埋め込み技術では、輝度情報であるＲ、Ｇ、Ｂに対して色差を付けて副情報を埋め込むことを基本としている。印刷用画像処理を実施する前の図３に示す濃度パターンのＲ、Ｇ、Ｂ値を横軸に取り、同じようにプロットした場合、図２に破線ｂで示すように直線関係になる。

色差を利用した電子透かし埋め込み技術では、図２の破線ｂのような直線関係になる輝度情報に対して副情報を埋め込んでいる。このため、輝度と対数関係にある濃度の反転値であるＲｃ、Ｇｍ、Ｂｙに対して、輝度情報と同じ色差量で副情報を埋め込むと、印刷を実施したときに所望の色差量を確保できなくなってしまうことがある。

そこで、印刷用画像処理後に、前処理として、図４に破線で示す特性ｃのような、特性ａのほぼ逆変換を実施すれば、図４の特性ａは特性ｂのような直線関係に変換することができる。すなわち、濃度の反転値であるＲｃ、Ｇｍ、Ｂｙを輝度値Ｒ、Ｇ、Ｂに変換することができる。したがって、輝度情報と同じ色差量で副情報を埋め込むことができるようになる。

また、前処理を実施することにより、実際に印刷したい画像とは異なった画像情報となっている。このため、副情報を埋め込んだ後、再び濃度情報に戻す処理を実施する必要がある。これが後処理部１９による後処理であり、副情報を埋め込んだ画像情報に対して、特性ａの変換を実施すればよい。すなわち、前処理部１７における前処理のほぼ逆変換を行なうものである。

次に、本発明の作用、効果について図を用いて詳細に説明する。
図５は、本発明に係る印刷物Ｐ２の一例を示している。印刷物Ｐ２は、たとえば、顔画像２１および文字画像２２が印刷されているＩＤカードである。ＩＤカードは偽造や変造などの対策を施す必要があるため、顔画像２１には電子透かし埋め込み処理により副情報（破線で示す☆印）２３が不可視状態で埋め込まれている。

図６は、本発明に係る顔画像のドットの拡大図である。同図（ａ）は髪の毛のような高濃度領域の部位のデジタル情報としてのドット５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを表しており、輝度情報Ｒ、Ｇ、Ｂは全て「３６」になっている。この４つのドット５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに対して電子透かし埋め込み処理で副情報を埋め込んだデジタル情報としてのドットが同図（ｂ）である。同図（ｂ）のように、電子透かしのキャリアパターンはドット７ａ，７ｂと８ａ，８ｂを１組としたパターンになっている。ここで、キャリアパターンはこれに限定されるものではない。

ドット７ａと７ｂは同じＲ、Ｇ、Ｂ値であり、ドット８ａと８ｂも同じＲ、Ｇ、Ｂ値である。ドット７ａと８ａは所望の色差が付いている。たとえば、ドット７ａのＲ値は「２４」であり、Ｇ、Ｂ値は「４８」である。ドット８ａのＲ値は「４８」であり、Ｇ、Ｂ値は「２４」である。結果として、ドット７ａと８ａはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれ色差が「２４」となっている。

図７は、前処理、電子透かし埋め込み処理、後処理を順に実施したときのデジタル情報としてのドットを示している。各処理前のドットは同図（ａ）に示しているが、図６（ａ）と同じドット５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂとなっている。同図（ｂ）は、図４の特性ｃの階調補正を同図（ａ）のドット５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに対して実施したときのドット５ａ’，５ｂ’，６ａ’，６ｂ’を示している。図４の特性ｃの階調補正は、濃度が高くなるような補正である。同図（ｂ）のように、同図（ａ）よりも濃いドット５ａ’，５ｂ’，６ａ’，６ｂ’となり、「１２」になった。

同図（ｃ）は、同図（ｂ）のドット５ａ’，５ｂ’，６ａ’，６ｂ’に対し電子透かし埋め込み処理で副情報を埋め込んだドット７ａ’，７ｂ’，８ａ’，８ｂ’であり、ドット７ａ’，７ｂ’はＲ値が「０」、Ｇ、Ｂ値が「２４」であり、ドット８ａ’，８ｂ’はＲ値が「２４」であり、Ｇ、Ｂ値が「０」である。図６（ｂ）と同じように、ドット７ａ’と８ａ’の色差は「２４」となっている。

同図（ｄ）は、図４の特性ａの階調補正を同図（ｃ）のドット７ａ’，７ｂ’，８ａ’，８ｂ’に対して実施したときのドットドット７ａ”，７ｂ”，８ａ”，８ｂ”を示している。図４の特性ａの階調補正は、濃度が低くなる補正である。同図（ｄ）では、ドット７ａ”，７ｂ”のＲ値は「０」のままとなり、ドット８ａ”，８ｂ”は「７２」となった。

このように、前処理と後処理を施すことにより、高濃度領域では色差を３倍にすることができる。このため、復元性は向上する。また、高濃度領域であるため、キャリアパターンが認知され難く、画質劣化は起こらない。

次に、肌のような中間濃度域の部位のドットに前処理および後処理を施した場合について説明する。
図８は、本発明に係る顔画像のドットの拡大図である。同図（ａ）は肌のような中間濃度領域の部位のデジタル情報としてのドット９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂを表しており、輝度データＲ、Ｇ、Ｂは全て「１２８」になっている。この４つのドット９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂに対して電子透かし埋め込み処理で副情報を埋め込んだデジタル情報としてのドットが同図（ｂ）である。同図（ｂ）のように、電子透かしのキャリアパターンはドット１１ａ，１１ｂと１２ａ，１２ｂを１組としたパターンになっている。

ドット１１ａと１１ｂは同じＲ、Ｇ、Ｂ値であり、ドット１２ａと１２ｂも同じＲ、Ｇ、Ｂ値である。ドット１１ａと１２ａは所望の色差が付いている。たとえば、ドット１１ａのＲ値は「１１６」であり、ドット１２ａのＲ値は「１４０」である。結果として、ドット１１ａと１２ａは色差が「２４」となっている。

図９は、前処理、電子透かし埋め込み処理、後処理を順に実施したときのデジタル情報としてのドットを示している。各処理前のドットは同図（ａ）に示しているが、図８（ａ）と同じドット９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂとなっている。同図（ｂ）は、図４の特性ｃの階調補正を同図（ａ）のドット９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂに対して実施したときのドット９ａ’，９ｂ’，１０ａ’，１０ｂ’を示している。図４の特性ｃの階調補正は、濃度が高くなるような補正である。同図（ｂ）のように、同図（ａ）よりも濃いドット９ａ’，９ｂ’，１０ａ’，１０ｂ’となり、「９２」になった。

同図（ｃ）は、同図（ｂ）のドット９ａ’，９ｂ’，１０ａ’，１０ｂ’に電子透かし埋め込み処理で副情報を埋め込んだドット１１ａ’，１１ｂ’，１２ａ’，１２ｂ’であり、ドット１１ａ’，１１ｂ’はＲ値が「８０」、ドット１２ａ’，１２ｂ’はＲ値が「１０４」である。図８（ｂ）と同じように、ドット１１ａ’と１２ａ’の色差は「２４」となっている。

同図（ｄ）は、図４の特性ａの階調補正を同図（ｃ）のドット１１ａ’，１１ｂ’，１２ａ’，１２ｂ’に対して実施したときのドット１１ａ”，１１ｂ”，１２ａ”，１２ｂ”を示している。図４の特性ａの階調補正は、濃度が低くなる補正である。同図（ｄ）では、ドット１１ａ”，１１ｂ”のＲ値は「１１６」となり、ドット１２ａ”，１２ｂ”は「１４０」となった。

このように、前処理と後処理を施すことにより、中濃度領域では色差は変化しない。このため、復元性は確保しつつ、キャリアパターンが認知されるという画質劣化も起こらない。

また、上記実施の形態において前処理および後処理を施した多階調画像を印刷したものは、高濃度領域ほどキャリアパターンの色差量が高くなった状態になる。このことにより、高濃度領域ほど復元が容易となる。

以上説明したように、上記実施の形態によれば、いかなる多階調画像においても、画質が劣化することなく、確実に副情報を埋め込むことができる。さらに、作成された印刷物は、電子透かし埋め込み処理による副情報の埋め込みが確実になされており、偽造や変造の防止性に優れている。

本発明の実施の形態に係る画像印刷方法が適用される画像印刷装置の構成を概略的に示すブロック図。 階調特性について説明する図。 印刷された濃度パターンの一例を示す図。 階調補正について説明する図。 印刷物の一例を示す図。 印刷物上における印刷画像のドットを拡大して示す図。 印刷物上における印刷画像のドットを拡大して示す図。 印刷物上における印刷画像のドットを拡大して示す図。 印刷物上における印刷画像のドットを拡大して示す図。

符号の説明

１１…画像入力装置（画像入力手段）、１２…プリンタ（印刷手段）、１３…計算機、Ｐ１…写真（印刷物）、Ｐ２…印刷物、１６…印刷用画像処理部（印刷用画像処理手段）、１７…前処理部（第１の処理手段）、１８…電子透かし埋め込み部（副情報埋め込み手段）、１９…後処理部（第２の処理手段）、２１…顔画像、２２…文字画像、２３…副情報。

Claims (2)

1. 画像入力手段により入力された印刷物上の顔画像を処理したのち印刷する画像印刷方法であって、
   前記画像入力手段により入力された顔画像に対し印刷に用いられる色情報に変換する色変換処理を施し、この色変換処理を施した顔画像に対し濃度パターンに基づいて濃度の反転値を輝度値に変換する第１の階調補正処理を施し、この第１の階調補正処理を施した顔画像に対して色差を利用した電子透かし埋め込み処理により副情報を不可視状態で埋め込み、この第１の階調補正処理を施し副情報を埋め込んだ顔画像に対し前記第１の階調補正処理とは逆変換の関係となる第２の階調補正処理を施し、この第２の階調補正処理を施した顔画像を印刷することを特徴とする画像印刷方法。
2. 印刷物上の顔画像を入力する画像入力手段と、
   この画像入力手段により入力された顔画像に対し印刷に用いられる色情報に変換する色変換処理を施す色変換処理手段と、
   この色変換処理手段により色変換処理を施された顔画像に対し濃度パターンに基づいて濃度の反転値を輝度値に変換する第１の階調補正処理を施す第１の処理手段と、
   この第１の処理手段により第１の階調補正処理を施された顔画像に対して色差を利用した電子透かし埋め込み処理により副情報を不可視状態で埋め込む副情報埋め込み手段と、
   前記第１の処理手段により第１の階調補正処理を施され前記副情報埋め込み手段により副情報を埋め込まれた顔画像に対し前記第１の処理手段による第１の階調補正処理とは逆変換の関係となる第２の階調補正処理を施す第２の処理手段と、
   この第２の処理手段により第２の階調補正処理を施された顔画像を印刷する印刷手段と、
   を具備したことを特徴とする画像印刷装置。

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