專利名稱：電子水印嵌入裝置和電子水印檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及作為用于防止在打印文檔中帶走信息的裝置的、用于 在印刷品的水印背景圖案區(qū)域的彩色文檔圖像中的背景圖案中嵌入水印 的電子水印嵌入裝置，即在印刷品的背景圖案中嵌入表示印刷源的追蹤 信息的裝置；和用于從文檔圖像中檢測背景圖案中的水印的電子水印檢 測裝置。
背景技術：
近年來，許多公司中保存的電子信息量不斷增加，而據(jù)預測保存的 紙制文檔的數(shù)量正在不斷減少。然而，由于紙制文檔永遠不會消失，因 此將會出現(xiàn)紙制文檔與電子文檔必然共存的情況。此外，人們對于諸如 由公司和公共機構處理的客戶數(shù)據(jù)的個人信息可能被帶走或者泄漏的關 注正在不斷提高，并且需要更加嚴格的管理系統(tǒng)。實際上，有數(shù)據(jù)顯示 目前約一半的信息泄漏通過印刷品而發(fā)生，因而對抗這種通過印刷品的 信息泄漏的有效對策是非常重要的。解決上述技術問題的其中一種安全技術是電子水印。電子水印是一 種在諸如圖像、文檔、聲音等的數(shù)據(jù)中嵌入信息(諸如版權擁有者的名 稱、版權歷史等)的技術。通過在公司要處理的重要數(shù)據(jù)和要向公司以 外提供的產品中嵌入信息，可以保護信息不被泄漏或者復制，并可以驗 證原始數(shù)據(jù)。將文檔數(shù)據(jù)打印為紙制文檔。由掃描儀讀取該紙制文檔并通過軟件 對其進行分析，從而檢測到嵌入的水印信息。通過利用上述技術在印刷品中嵌入打印該文檔的人員的姓名、ID、打印日期和時間等，即使該印 刷品被帶到公司以外，如果可以以某一方法收集到印刷品的副本或者部 分紙件，則可以通過檢測水印信息來檢查打印該信息的人。即，該技術
的應用被認為是一種從印刷品上追蹤信息泄漏源的技術。在如下專利文獻1的方法中，在不包括文字區(qū)域的文檔區(qū)域的背景 圖案中嵌入水印。然而，為嵌入的信息的各個位使用了多個符號圖案。如果在用于各個位的多個符號圖案中，數(shù)量上等于或者高于預定閾 值的符號圖案中包括文字區(qū)域，則在文字區(qū)域中嵌入背景文字的圖案， 并且在其他區(qū)域中嵌入同樣數(shù)量的符號"0"和"1"。如果在用于各個位 的多個符號圖案中，數(shù)量上等于或者高于預定閾值的符號圖案是空白區(qū) 域，則在所有針對各個位的空白區(qū)域中嵌入"0"或"1"的圖案?？梢?通過確定針對各個位的區(qū)域中的"0"或"1"的數(shù)目來檢測嵌入的信息。如下的專利文獻2涉及能夠指出偽造的印刷品的文檔打印機裝置。 如下的專利文獻3涉及在打印其中設置有彩色背景圖案的圖像時能夠添 加單色背景圖案的打印控制裝置。如下的專利文獻4涉及信息嵌入?yún)^(qū)域 確定裝置和印刷品出版裝置。如下非專利文獻1涉及在圖像處理中進行的平滑(邊緣保持平滑)、 二值化(判別分析方法)、邊緣檢査(坡度，拉普拉斯算子)、邊緣追蹤 和區(qū)域劃分(區(qū)域整合方法)操作。如下的非專利文獻2涉及用于二值 化灰度級圖像的閾值選擇方法。專利文獻1:第2003-209697號日本專利申請公報 專利文獻2:第2003-152979號日本專利申請公報 專利文獻3:第2005-193648號日本專利申請公報 專利文獻4:第2006-121569號日本專利申請公報 非專利文獻1: "Computer Image Processing" edited by Hideyuki Tamura, published by Ohmsha, p.l 14-115， 140， 184-188， 202-204， 206-207, December 20， 2002。非專利文獻2: "An Automatic Threshold Selection Method Based on Discriminant and Least Squares Criteria" by Nobuyuki Ohtsu， transactions of Institute of Electronics and Communication Engineers, Vol. J63-D， No. 4， P349-356, 1980。上述常規(guī)水印嵌入技術存在如下問題。 專利文獻1沒有描述區(qū)別符號圖案和文字區(qū)域的方法的可實施步 驟，或者沒有具體針對當檢測到彩色文檔中嵌入的背景圖案時發(fā)生的問 題。因此，無法對于關注的目標印刷品的彩色區(qū)域執(zhí)行嵌入操作。專利文獻1描述了以如下方法在文檔圖像中嵌入背景圖案。(1) 在確定文檔中的區(qū)域是否是文字區(qū)域以后，利用針對一個位的 多個符號來嵌入信息。(2) 背景圖案的顏色是黑色，與文檔是彩色區(qū)域還是單色區(qū)域無關。 當通過這種方法檢測嵌入的背景圖案時，在低亮度區(qū)域(深色區(qū)域)中的嵌入了水印用黑色背景圖案的部分，印刷品的背景顏色和水印之間 的亮度差低。最優(yōu)閾值是針對二值化的整個文檔計算的，對于低亮度區(qū) 域的二值化而言，該閾值不是適當?shù)拈撝?。因此，在彩色文檔中，如果 低亮度區(qū)域的比例增加，則必然很難檢測到背景圖案中的水印。圖1A示出了其中在背景圖案中嵌入了水印的彩色印刷品的實施例。在該實施例中，考慮由Powerpoirit (注冊商標)等制備的幻燈文檔中包括 的彩色圖形。在彩色印刷品的圖形區(qū)域10中，包括"起"的區(qū)域11是 淡黃色，包括"承"的區(qū)域12是淡綠色，包括"轉"的區(qū)域13是桔黃 色，并且包括"結"的區(qū)域14是淡藍色。日文字"起"、"承"、"轉"和 "結"分別表示引言、發(fā)展、轉折和結論。圖1B示出了印刷品的圖形區(qū)域10的掃描圖像，在該印刷品中，在 圖1A所示的整個彩色文檔中不回避文字區(qū)域或者圖形區(qū)域地在背景圖 案中強行嵌入了水印。水印不但位于白色區(qū)域上而且位于彩色區(qū)域上。圖1C示出了為了檢測水印在對圖1B所示的掃描圖像進行灰度級轉 換后應用作為二值化處理的判別分析方法的結果。當應用判別分析方法 時，如果在目標區(qū)域中包括不同背景顏色的區(qū)域，則確定整個圖像區(qū)域 的最優(yōu)閾值。在白色區(qū)域和淡黃色區(qū)域U，通過二值化，背景圖案清晰 可見。此外在淡綠色區(qū)域12和淡藍色區(qū)域14，盡管其看上去比白色區(qū)域 的背景圖案稍暗，但該背景圖案也清晰可見。然而，由于"轉"構成的桔黃色區(qū)域13的背景顏色亮度(顏色較深) 低于在判別分析方法中計算的閾值，因此其在經過二值化以后變?yōu)楹谏?br>
從而，常規(guī)方法無法檢測在低亮度(深顏色)區(qū)域中嵌入的背景圖案中 的水印。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于通過根據(jù)彩色文檔圖像的區(qū)域顏色適當分配背景 圖案來嵌入水印信息，然后從印刷品或者復制件中以與區(qū)域顏色無關的 方式正確地檢測該水印。根據(jù)本發(fā)明的電子水印嵌入裝置包括區(qū)域提取裝置、背景圖案確定 裝置和背景圖案圖像生成裝置，并且該電子水印嵌入裝置在彩色文檔圖 像中嵌入信息。區(qū)域提取裝置從所述彩色文檔圖像中提取其中能夠嵌入 背景圖案的嵌入?yún)^(qū)域。背景圖案確定裝置根據(jù)所述嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色 確定適于所述嵌入?yún)^(qū)域的背景圖案的顏色和形狀的至少其中之一。背景 圖案圖像生成裝置利用確定的背景圖案在所述嵌入?yún)^(qū)域嵌入水印信息， 并生成背景圖案圖像。根據(jù)本發(fā)明的電子水印檢測裝置包括圖像生成裝置和水印檢測裝 置，并檢測在彩色文檔圖像中嵌入的信息。圖像生成裝置用于生成水印 檢測圖像，利用該水印檢測圖像，在彩色文檔圖像中包括的彩色區(qū)域的 區(qū)域顏色能夠從區(qū)域的背景圖案中被識別。水印檢測裝置利用水印檢測 圖像從所述彩色區(qū)域檢測背景圖案。
圖1A示出了彩色印刷品； 圖1B示出了掃描圖像；圖1C示出了通過判別分析得到的二值化結果；圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的電子水印嵌入裝置的原理;圖2B示出了電子水印嵌入裝置的構造；圖3示出了去除了黑像素的圖像；圖4是區(qū)域劃分處理的流程圖；圖5示出了單位區(qū)域；
圖6示出了對文檔圖像的劃分；圖7示出了比較目標的單位區(qū)域；圖8示出了提取的彩色區(qū)域信息；圖9是邊緣檢測處理的流程圖；圖IO示出了均值濾波器；圖11示出了二階微分濾波器；圖12示出了邊緣檢測結果；圖13示出了背景圖案；圖14示出了背景圖案中的空白區(qū)域；圖15示出了結構元素(structuring element);圖16示出了侵蝕處理(erosionprocess)的進展；圖17示出了侵蝕處理的結果；圖18示出了侵蝕處理的結果的劃分出的塊；圖19示出了候選的嵌入?yún)^(qū)域；圖20示出了兩種類型的背景圖案；圖21示出了確定背景圖案的方法；圖22示出了分組的結構；圖23示出了對文檔圖像和背景圖案圖像進行層疊的方法;圖24示出了電子水印檢測裝置的構造；圖25是第一預處理的流程圖；圖26示出了掃描圖像的劃分；圖27示出了各單位區(qū)域的二值化；圖28示出了組合的二值化圖像；圖29是第二預處理的流程圖；圖30示出了邊緣保持濾波器(edge preserving filter); 圖31示出了搜索邊緣像素的方法； 圖32示出了提取封閉區(qū)域的方法； 圖33示出了二值化處理；圖34示出了背景圖案印刷品的灰度級圖像和放大圖像；
圖35示出了邊緣保持平滑方法的應用結果和放大圖像；圖36示出了二階微分方法的邊緣檢測結果和放大圖像；圖37示出了彩色區(qū)域劃分結果和二值化結果；圖38示出了對各彩色區(qū)域的二值化結果進行組合的圖像;圖39是第三預處理；圖40是第四預處理；圖41示出了對像素值差的閾值判別；圖42示出了信息處理裝置的構造；以及圖43示出了提供程序和數(shù)據(jù)的方法。
具體實施方式
下面參照附圖對用于實施本發(fā)明的最優(yōu)方式進行詳細描述。 圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的電子水印嵌入裝置的原理。圖2A所示的 電子水印嵌入裝置包括區(qū)域提取裝置101、背景圖案確定裝置102、以及 背景圖案圖像生成裝置103，該電子水印嵌入裝置在彩色文檔圖像111中 嵌入信息。區(qū)域提取裝置101從彩色文檔圖像111中提取其中可嵌入背景圖案 的嵌入?yún)^(qū)域。背景圖案確定裝置102根據(jù)該嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色來確定 適用于該嵌入?yún)^(qū)域的背景圖案的背景圖案色彩和形狀這兩者中的至少一 個。背景圖案圖像生成裝置103利用所確定的背景圖案在嵌入?yún)^(qū)域中嵌 入水印信息，并生成背景圖案圖像112。從整個彩色文檔圖像111中提取可以嵌入背景圖案的區(qū)域，根據(jù)該 區(qū)域的區(qū)域顏色來確定適當?shù)谋尘皥D案或者顏色或者同時確定二者。通 過根據(jù)各嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色來改變背景圖案的顏色或者形狀，可以選 擇可以在各背景圖案中容易被檢測出的背景圖案。通過利用所選擇的背 景圖案來生成背景圖案圖像112，可以將適當?shù)谋尘皥D案分配給包括各種 顏色區(qū)域的彩色文檔圖像111。區(qū)域提取裝置101例如對應于圖2B所示且稍后將進行描述的邊界檢 測單元212、候選區(qū)域提取單元213以及區(qū)域選擇單元214。背景圖案確
定裝置102例如對應于背景圖案確定單元215。背景圖案圖像生成裝置 103例如對應于水印嵌入單元216和背景圖案圖像產生單元217。根據(jù)本發(fā)明的電子水印檢測裝置設置有圖像產生裝置和水印檢測裝 置，并且檢測在彩色文檔圖像中嵌入的信息。圖像生成裝置生成水印檢測圖像，通過該水印檢測圖像，可以從背 景圖案中識別出該彩色文檔圖像中包括的彩色區(qū)域的區(qū)域顏色，并且該 水印檢測裝置利用水印檢測圖像從彩色區(qū)域中檢測背景圖案。在各彩色區(qū)域中，生成水印檢測單位，從而使得能夠從嵌入的背景 圖案中識別出區(qū)域顏色(背景顏色)。通過從水印檢測圖像中檢測背景圖 案，可以與區(qū)域顏色無關地正確檢測背景圖案。圖像生成裝置例如對應于圖24所示并將稍后描述的輪廓提取單元 2411、彩色區(qū)域劃分單元2412、動態(tài)二值化單元2413和二值圖像組合單 元2414。水印檢測裝置例如對應于水印檢測單元2415。根據(jù)本發(fā)明，不但可以在單色文檔圖像而且可以在彩色文檔圖像中 根據(jù)區(qū)域顏色在背景圖案中嵌入適當水印，而且可以與區(qū)域顏色無關地 正確地檢測被嵌入的水印。本發(fā)明涉及在執(zhí)行打印操作時通過向彩色文檔分配背景圖案來在彩 色文檔中嵌入水印信息并通過與印刷品的區(qū)域顏色無關的方式從印刷品 或者復制件中檢測水印的系統(tǒng)。為了解決上述的問題(即當對彩色文檔中嵌入的水印進行檢測時， 取決于區(qū)域顏色或者區(qū)域亮度而存在著無法容易地檢測其中的水印的區(qū) 域)，用于實施本發(fā)明的當前方式示出了在背景圖案中嵌入并檢測水印的 方法，通過該方法可以與區(qū)域顏色無關地正確而且穩(wěn)定地檢測水印。根據(jù)用于實施本發(fā)明的當前方式的電子水印嵌入裝置具有如下功 能輸入彩色文檔數(shù)據(jù)，提取其中可以嵌入背景圖案的區(qū)域；確定該背 景圖案的顏色和形狀，所述背景圖案取決于該檢測到的背景圖案嵌入?yún)^(qū) 域的區(qū)域顏色；并基于確定出的背景圖案的顏色和形狀生成其中嵌入了 水印信息的背景圖案圖像。圖2B示出了電子水印嵌入裝置的構造。電子水印嵌入裝置201包括
區(qū)域顏色確定單元211、邊界檢測單元212、候選區(qū)域提取單元213、區(qū) 域選擇單元214、背景圖案確定單元215、水印嵌入單元216、背景圖案 圖像生成單元217和文檔圖像疊加單元218。當用戶通過用于處理彩色文檔231的軟件(諸如PowerPoint (注冊 商標))在彩色打印機上執(zhí)行打印處理時，在巻軸(spool)上產生適用于 該打印機尺寸的打印數(shù)據(jù)232。例如以EMF (增強型圖元文件格式)產 生該打印數(shù)據(jù)232。通過獲得巻軸上的打印數(shù)據(jù)232，可以得到打印數(shù)據(jù) 232的彩色圖像233 (位圖數(shù)據(jù))。電子水印嵌入裝置201接收所獲得的打印文檔的彩色圖像233，產 生背景圖案圖像，從而產生彩色圖像233和背景圖案圖像的疊加圖像。以下參照作為實施例的圖1A所示的印刷品的彩色圖像描述在背景 圖案中嵌入水印的程序。為了簡化的目的，各示意性示圖均示出與該彩 色圖像的圖形區(qū)域10相關的處理結果。電子水印嵌入裝置201通過區(qū)域顏色確定單元211執(zhí)行確定區(qū)域顏 色的處理并通過邊界檢測單元212在作為輸入材料的彩色圖像233上執(zhí) 行檢測邊界的處理。這兩個處理可以同時執(zhí)行。區(qū)域顏色確定單元211包括黑像素去除單元221和顏色確定以及區(qū) 域劃分單元222。首先，黑像素去除單元221產生如圖3所示的去除了黑 像素的圖像，從輸入的彩色圖像233中去除非彩色像素(尤其是黒像素)。 作為去除了黒像素的結果，得到包括淡黃色區(qū)域301、淡綠色區(qū)域302、 桔黃色區(qū)域303和淡藍色區(qū)域304的圖像。接著，顏色確定以及區(qū)域劃分單元222提取彩色區(qū)域并確定區(qū)域顏 色。在該處理中，去除了黒像素的圖像被劃分為多個彩色區(qū)域，并且針 對各彩色區(qū)域獲得區(qū)域顏色。圖4是區(qū)域劃分處理的流程圖。顏色確定以及區(qū)域劃分單元222首 先將輸入的文檔圖像411 (去除了黒像素的圖像)劃分為預定多的單位區(qū) 域(步驟401)。例如使用圖5所示的2X2的正方形區(qū)域作為單位區(qū)域， 并且將輸入文檔圖像411劃分為如圖6所示的NXM個單位區(qū)域。接下來，計算各單位區(qū)域的平均像素值(步驟402)，并且在符號陣 列中存儲所獲得的平均像素值作為單位區(qū)域的像素值(步驟403)。例如， 使用RGB或者亮度作為像素值。然后，將彩色區(qū)域ID分配給位于輸入文檔圖像411的左上位置處的 單位區(qū)域601，并且計算與單位區(qū)域601相關的平均顏色信息(RGB、亮 度等)(步驟404)。接著，從左至右掃描輸入文檔圖像411的各行，并且 將各單位區(qū)域的像素值與相鄰單位區(qū)域的像素值進行比較(步驟405)。假設第i行j列(1=1,2，...^并且〗=1,2，...]^)的單位區(qū)域的像素值是 Yij，如圖7所示，將與該目標單位區(qū)域的左側和上部相鄰單位區(qū)域進行 比較，并且獲得兩個單位區(qū)域的像素值之間的差。當RGB被用作像素值 時，則得到R、 G和B值之間的差值。接著，將像素值之間的差值與預定閾值Th進行比較(步驟406)。 如果該差值等于或者小于Th，則向目標單位區(qū)域分配與相鄰單位區(qū)域一 樣的彩色區(qū)域ID (步驟407)。如果該差值高于Th，則對目標單位區(qū)域 分配新的彩色區(qū)域ID，并且計算與該單位區(qū)域相關的平均顏色信息(步 驟408)。例如，在使用256個級別的像素值時，將Th設定為10(Th=10)。接著，檢測該目標單位區(qū)域是否是輸入文檔圖像411的右下單位區(qū) 域(步驟409)。如果并非是右下單位區(qū)域，則對作為目標單位區(qū)域的下 一單元重復步驟405和其以后的處理。如果到達了右下單位區(qū)域，則輸 出像素陣列412和關于各個彩色區(qū)域ID的平均彩色信息413作為處理結 果。在上述區(qū)域劃分處理中，如果各單位區(qū)域的像素值都與其相鄰單位 區(qū)域的像素值相等，或者如果像素值之間的差值沒有超出預定閾值，則 這些區(qū)域具有一樣的顏色并被組合到一起。通過重復該處理，基于區(qū)域 顏色是否一樣的標準獲得區(qū)域的劃分結果。單位區(qū)域的形狀不限于圖5所示的形式，也可以使用其他形狀。例 如，當各像素都被用作單位區(qū)域時，在確定像素顏色時的基本單位是一 個像素，并且基于目標像素的像素值是否與相鄰像素的像素值一樣或者 像素值之間的差值是否小于預定閾值來進行確定。通過將沒有超過預定 閾值的像素組合為同一顏色的區(qū)域，可以提取具有相同的像素值或者像 素值處于預定范圍內的彩色區(qū)域。在其中將各像素當作單位區(qū)域進行處理的區(qū)域劃分處理中，如圖8所示，從圖3所示的去除了黒像素的圖像中提取四種顏色(淡黃色、淡綠色、桔黃色、淡藍色)構成的彩色區(qū)域301到304。利用該提取結果， 為各彩色區(qū)域提取彩色區(qū)域ID、形狀、起始點的坐標、尺寸、顏色(各 R、 G和B值)和亮度值Y。 ID"O"表示淡黃色的彩色區(qū)域301。 ID"1" 表示淡綠色的彩色區(qū)域302。 ID"2"表示桔黃色的彩色區(qū)域303。 ID "3" 表示淡藍色的彩色區(qū)域304。以例如位圖格式來保持彩色區(qū)域的形狀。與區(qū)域顏色確定單元211進行的區(qū)域顏色確定處理同時，邊界檢測 單元212執(zhí)行邊界檢測處理，來檢測在彩色圖像233中包含的文字區(qū)域 或圖形區(qū)域。取決于檢測背景圖案中的水印的方法，當背景圖案被嵌入 在文字區(qū)域或者圖形區(qū)域中時，很難從文字或者圖形中確定背景圖案。 因此，為了正確地檢測水印，希望保留文字區(qū)域和圖形區(qū)域以外的背景 圖案嵌入?yún)^(qū)域。然而，如果在其中可以連續(xù)嵌入背景圖案的圖形(諸如幻燈數(shù)據(jù)中 常用的彩色圖形)的內部存在具有恒定像素值的區(qū)域，則該區(qū)域可以被 用作背景圖案嵌入?yún)^(qū)域從而在文檔中保留寬的嵌入?yún)^(qū)域。例如，在稍后描述的水印檢測方法中，可以檢測嵌入彩色圖形內部 的背景圖案的水印。根據(jù)該水印檢測方法，適于例如執(zhí)行邊緣檢測處理 以檢測在輸入文檔圖像中包括的彩色圖形的文字區(qū)域和邊界區(qū)域。通過 對輸入圖像或者其亮度圖像執(zhí)行邊緣檢測處理，可以提取其像素值突然 變化的部分(諸如文字部分的輪廓、圖形區(qū)域的邊界等)。.在檢測邊緣時，可以得到用于獲得目標像素和相鄰像素的像素值的 差值的一階微分方法或者用于獲得像素值改變的最大點的二階微分方 法。被檢測出的邊緣表示文字或者圖形區(qū)域的邊界。在該邊緣上，像素 值發(fā)生突然變化，并且很難檢測到嵌入在該部分中的背景圖案。因此， 產生的邊緣圖像被用作指明這樣的區(qū)域的圖像，在該區(qū)域中無法嵌入背 景圖案。例如，如果使用二階微分方法作為邊緣檢測方法，則可以將文字和
圖形區(qū)域的邊界部分或者彩色區(qū)域的邊界部分檢測為行。由于文字區(qū)域等包括多條這種行圖像(lineimage),因此很難保留其中可連續(xù)嵌入背景 圖案的區(qū)域。另一方面，在用于幻燈圖像的彩色區(qū)域的情況，彩色區(qū)域 的內部不會被檢測為邊緣，因此只要彩色區(qū)域內部具有一致的像素值， 就可以保留水印嵌入?yún)^(qū)域。結果，可以避開含有文字的區(qū)域，而在彩色 圖形的內部嵌入水印。圖9是邊界檢測單元212進行邊界檢測處理的流程圖。首先，亮度 計算單元223檢查輸入的文檔圖像911是否是彩色圖像(步驟901)。如果輸入的文檔圖像911是彩色圖像233，則計算彩色圖像233的各 像素的亮度值，并由灰度級圖像(亮度圖像)表示彩色圖像233以與區(qū) 域顏色無關地獲得與文字和圖形的邊界對應的像素(歩驟902)。利用像 素的RGB值Ri」、Gi,j、 Bu通過如下等式計算彩色圖像233的位于圖像的 i行j列(i-l,2，…N,并且j^,2,…M)處的像素的Yij的亮度值。Y『0.3Ri」+0.59Gij+0.11Bij (1)接著，邊緣檢測單元224對所獲得的亮度圖像應用均值濾波器，平 滑該亮度圖像(步驟903)。例如，當使用圖10所示的2X2均值濾波器 1001時，通過如下等式獲得平滑后的圖像的亮度值Avij。Avg-(Yw，j-,+Ywj+Y^+Yij)/4 (2)接著對平滑后的圖像應用二階微分濾波器并獲得邊緣圖像912 (步 驟904)。例如，當使用圖11所示的3X3拉普拉斯算子濾波器1101 (4 個相鄰的拉普拉斯算子)時，通過如下等式獲得邊緣圖像912的像素值 ki。Lij=Av w，j十Avij-!十Avi+1J+ AviJ+1 +Avij.1-4Avi,j (3 )圖12示出了利用上述二階微分算子(拉普拉斯算子)通過邊界檢測 處理而產生的邊緣圖像。在圖12中，將彩色區(qū)域、行圖形(linegraphics)、 文字的輪廓等的邊界檢測為邊緣。在所獲得的邊緣圖像912上，候選區(qū)域提取單元213執(zhí)行候選區(qū)域 提取處理，并提取可進行嵌入的區(qū)域913。如果在候選區(qū)域提取處理中必須正確地確定文字區(qū)域，則通過OCR(文字識別)檢測亮度圖像中包括的文字圖像。如果對于檢測出的文字 圖像的區(qū)域執(zhí)行黒像素向外擴展的擴展處理，則連接了相鄰的文字圖像 區(qū)域，從而獲得包括多個連續(xù)文字圖像的文字區(qū)域。另外，作為確定文字區(qū)域的另一方法，獲得打印數(shù)據(jù)232并通過分 析在獲得彩色文檔231的打印數(shù)據(jù)232時獲得的數(shù)據(jù)來估計文字區(qū)域。 通過從包括在打印數(shù)據(jù)232中的文字圖像元素中提取與文字尺寸和繪圖 位置相關的信息來估計文字區(qū)域的位置。例如，在打印數(shù)據(jù)232為EMF格式的情況下，在打印數(shù)據(jù)232的列 表中記錄了包括文字的一組繪圖命令。因此，例如通過分析文字繪圖命 令中的坐標信息或者通過順序執(zhí)行包括文字繪圖命令在內的所有繪圖命 令，檢測了繪圖結果圖像隨著繪制文字的定時而變化，從而獲得了文字 被繪制的位置的坐標。當在上述邊界檢測處理中使用邊緣檢測處理時，如果文字較大，則 如圖形一樣，在大文字的內部保留背景圖案嵌入?yún)^(qū)域，從而降低了印刷 品外觀的質量。在這種情況下，可以通過從背景圖案嵌入?yún)^(qū)域去除由OCR 或者EXF分析所確定的文字區(qū)域來避開文字的內部，僅將背景圖案嵌入 在圖形的內部。在候選區(qū)域提取處理中，通過在邊界檢測處理中檢測邊緣而檢測到 的邊界像素被認為是文字和圖形區(qū)域的邊界部分(邊界線)。然后，在避 開文字和圖形區(qū)域的邊界部分的情況下保留嵌入?yún)^(qū)域。在該實施例中， 將水印信息分為多個組，對每個組分配用于彼此識別的ID，并確定可以 嵌入這些組的區(qū)域。候選區(qū)域提取單元213首先根據(jù)水印嵌入量確定用于水印嵌入?yún)^(qū)域 的形狀。區(qū)域的形狀可以是其中水印被劃分并嵌入的"組"形狀，以及 其中多個"組"被整體嵌入在矩形區(qū)域中的"塊"形狀。接著，從在邊界檢測處理中產生的邊緣圖像912中提取與區(qū)域形狀 相對應的候選嵌入?yún)^(qū)域。此時，以背景圖案(水印符號)的尺寸劃分邊 緣圖像912，在各獲得的小區(qū)域(符號區(qū)域)中嵌入背景圖案，并且測試 是否可以檢測到該背景圖案。如果能夠檢測到該背景圖案，則確定該小
區(qū)域可以是嵌入?yún)^(qū)域。如果沒有檢測到背景圖案，則確定該小區(qū)域不能 是嵌入?yún)^(qū)域。此外，設置和候選嵌入?yún)^(qū)域具有一樣尺寸的掃描窗口作為針對邊緣 圖像912的掃描窗口。如果在該掃描窗口范圍中不存在作為不能嵌入的 區(qū)域那樣的小區(qū)域，則將該范圍提取作為候選嵌入?yún)^(qū)域。此外，將提取 完成標記分配給已提取的區(qū)域的所有像素以避免再次檢測。從而，盡可 能多地保留成"組"形狀或者成"塊"形狀的候選嵌入?yún)^(qū)域。在用于實施本發(fā)明的當前模式中，如稍后描述的，在檢測水印時執(zhí) 行侵蝕處理。因此，在候選區(qū)域提取處理中也執(zhí)行侵蝕處理，并檢查是 否在各小區(qū)域中均保留了檢測時所需的確定區(qū)域(空白區(qū)域)。如果在小 區(qū)域中已經保留了空白區(qū)域，則確定出該小區(qū)域可以是嵌入?yún)^(qū)域。如果 沒有保留空白區(qū)域，則確定該區(qū)域不能是嵌入?yún)^(qū)域。以下通過參照圖13到圖18對檢測在侵蝕處理中的符號的方法進行 更具體的描述。在數(shù)學形態(tài)學中，當求解集合X和集合Y之間的閔可夫斯基和或者 差時，在集合X是要處理的圖形的情況下，集合Y被稱之為結構元素。 可以將結構元素處理為矩陣或者函數(shù)。在用于實施本發(fā)明的當前模式中， 將結構元素處理為矩陣。直觀地，可以將結構元素表示為具有預定形式 的小區(qū)域。"侵蝕"是指如下操作，即以圖像的目標像素為中心配置結構元素， 在與該結構元素的限定區(qū)域對應的范圍中獲得像素的亮度值，并用獲得 的亮度值的最小值替代目標像素的亮度。.圖13所示的四個背景圖案1301到1304是不同的水印符號。在這些 背景圖案中，將多個點設置為如圖14所示，對于各圖案，可以形成具 有不同特性的空白區(qū)域。空白區(qū)域的特性是指空白區(qū)域的數(shù)量、面積、 形狀、平均像素值等。通過對各背景圖案執(zhí)行侵蝕處理，可以在圖案中 檢測到空白區(qū)域。希望通過對整個彩色圖像設置一樣的濃度來使形成各背景圖案的點 的數(shù)量相同從而使用戶難以從視覺上判別背景圖案。
當從圖13所示的四個背景圖案中提取由如圖14所示的圓包圍的部 分的空白區(qū)域時，利用如圖15所示的結構元素1501來執(zhí)行侵蝕處理。 例如，如圖16所示，當對背景圖案1301執(zhí)行侵蝕處理時，得到了包括 如圖14所示的左上空白區(qū)域的轉換結果1701。在該處理中，將結構元素1501的中心設置為基準位置，并且該位置 在水印符號圖像中疊加在目標像素上，從而對結構元素1501進行了配置。 接著，獲得該結構元素的限定區(qū)域中的像素的亮度值，并且利用亮度值 的最小值替代目標像素的亮度。在利用結構元素1501對整個圖像進行光 柵掃描的同時重復執(zhí)行替換，從而獲得轉換結果1701。類似地，分別從背景圖案1302、 1303、 1304中獲得圖17所示的轉 換結果1702、 1703和1704。根據(jù)這些轉換結果，確定利用結構元素1501將在背景圖案1301到 1304中小于預定尺寸的空白區(qū)域涂成黑色，并且只有大于預定尺寸的空 白區(qū)域才能被檢測到。作為所獲得的圖像的轉換結果，基于空白區(qū)域在 符號圖像范圍中的位置信息識別符號值。實踐中，符號區(qū)域被劃分為多個塊，并基于在各個塊中包括的空白 區(qū)域的數(shù)量識別符號。當獲得圖17所示的轉換結果時，符號區(qū)域被劃分 為如圖18所示的2X2個塊，并且根據(jù)包括空白區(qū)域的塊的位置識別符 號。圖19示出了利用圖12所示的邊緣圖像來保留其中嵌入了水印的區(qū) 域的結果。在這種情況下，位于目標圖像中的空白區(qū)域很小。因此，以 "塊"形狀保留其中集總地嵌入了多條水印信息的區(qū)域是不可能的。從 而，提取出了 "組"形狀的與通過劃分水印獲得的最小單元相對應的大 量候選嵌入?yún)^(qū)域(小矩形區(qū)域)。接著，區(qū)域選擇單元214考慮在區(qū)域劃分處理中獲得的各種彩色區(qū) 域的區(qū)域顏色，判斷經提取的各候選嵌入?yún)^(qū)域作為嵌入?yún)^(qū)域是否有效。 例如，參照與候選嵌入?yún)^(qū)域相對應的彩色區(qū)域的區(qū)域顏色，并根據(jù)預定 閾值來判別該彩色區(qū)域是表示高亮度(淺色)還是表示低亮度(深色)。 從而選擇其中可以檢測到背景圖案的候選嵌入?yún)^(qū)域。不但可以基于亮度
而且可以基于在執(zhí)行到RGB值的色彩劃分處理時獲得的淺淡度、色彩飽和度或者各淺淡度等進行基于閾值的判別。從而，通過提前執(zhí)行彩色區(qū)域劃分處理和區(qū)域顏色確定處理，可以 容易地參照在己經被確定為水印可嵌入?yún)^(qū)域的候選區(qū)域中包括的彩色區(qū) 域，并且可以有效地確定背景圖案的色彩和形狀。此外，判斷在候選嵌入?yún)^(qū)域中是否包括多個彩色區(qū)域。如果在候選 嵌入?yún)^(qū)域中包括多個不同的彩色區(qū)域，則可以從嵌入?yún)^(qū)域中去除該候選 區(qū)域。這種候選嵌入?yún)^(qū)域例如是諸如紋理區(qū)域的非均勻顏色區(qū)域，并且 不適合作為背景圖案嵌入?yún)^(qū)域。在確定候選嵌入?yún)^(qū)域的顏色時，如果兩個相鄰候選區(qū)域的像素值之 間的差值位于預定閾值內，則將它們看作同一區(qū)域并進行組合，并且可 以再次保留嵌入?yún)^(qū)域，使得在兩個候選區(qū)域中連續(xù)嵌入水印。例如，在利用亮度值來確定依賴于嵌入?yún)^(qū)域的背景圖案顏色的情況 下，如果亮度值的差值位于預定閾值內，則這兩個區(qū)域被認為是同一區(qū) 域，即使它們在色調或者色彩飽和度方面是不同的，也是如此。此外， 在根據(jù)色彩飽和度對背景圖案的顏色進行確定的情況下，如果色彩飽和 度的差值位于預定閾值內，則這兩個區(qū)域被認為是同一區(qū)域，即使它們 在色調或者亮度方面是不同的，也是如此。接著，背景圖案確定單元215利用基于區(qū)域選擇單元214選擇的嵌 入?yún)^(qū)域的顏色的像素值(亮度、淺淡度等)的判別結果來確定適用于各 個區(qū)域色彩的背景圖案。從而，可以針對各嵌入?yún)^(qū)域確定背景圖案的顏 色或者形狀或者同時確定圖案和形狀二者。以下參照使用區(qū)域的亮度值作為確定基準的情況來說明在從邊界圖 像中提取的在水印嵌入?yún)^(qū)域中使用的用于確定背景圖案的顏色和形狀的 方法。(1)在亮度值超出預定閾值的嵌入?yún)^(qū)域，背景圖案由多個點構造， 該多個點的背景圖案顏色的亮度值不超出該閾值。例如，如果嵌入?yún)^(qū)域是彩色文檔中的白色區(qū)域，或者是基于閾值被 確定為高亮度區(qū)域的彩色區(qū)域，則利用以如下方式構造的背景圖案嵌入 水印，即如圖20所示的背景圖案A那樣在白色背景中設置多個黑色或者低亮度點。當通過同步信號嵌入4值水印時，使用背景圖案A。構造表 示同步信號、信息"0"、信息"1"、信息"2"和信息"3"的各背景圖 案使得根據(jù)缺少點的部分的位置可以對各背景圖案進行識別。(2)在其亮度值位于預定閾值內的嵌入?yún)^(qū)域，嵌入這樣的背景圖案， 該背景圖案包括空白區(qū)域(孔)，所述空白區(qū)域(孔)的背景圖案顏色的 亮度值超出該閾值。例如，如果嵌入?yún)^(qū)域是彩色文檔中的黑色區(qū)域，或者是基于閾值被 確定具有低亮度值的彩色區(qū)域，則利用被構造為如圖20所示的背景圖案 B那樣的背景圖案來嵌入水印，該背景圖案包括位于黑色背景上的白色 的或者高亮度的空白區(qū)域。如利用背景圖案A那樣，在通過同步信號嵌 入4值水印時，使用背景圖案B。將表示同步信號、信息"O"、信息"1"、 信息"2"和信息"3"的相應背景圖案構造為通過空白區(qū)域的位置可以 對它們進行識別。根據(jù)區(qū)域顏色的亮度來改變背景圖案顏色(亮度)的原因在于必須 將背景顏色和背景圖案之間的濃度差保持在預定級別或者高于預定級 別。因此，希望背景圖案的切換閾值例如是位于白色像素(亮度255) 和黑色像素(亮度0)之間的中間值(亮度128)。 _通過在方法(1)使用背景圖案A并在方法(2)使用背景圖案B， 可以通過同樣的方法在上述各方法(1)和方法(2)中檢測嵌入的水印。 可以同時使用背景圖案A和B，但是也可以單獨使用二者中的每一個。此外，作為確定方法(1)的變型，可以將背景圖案的顏色確定為使 得背景圖案顏色和區(qū)域顏色之間的差值在像素值方面為常數(shù)。例如，將 在彩色文檔中的高亮度的白色區(qū)域和彩色區(qū)域中嵌入的背景圖案顏色確 定為使得與該區(qū)域顏色的亮度差為常數(shù)。通過嵌入與區(qū)域顏色相比具有 很低亮度差的背景圖案，該背景圖案不易被察覺。在這種情況下，在檢測水印時，在打印期間的背景圖案顏色和區(qū)域 顏色之間的亮度差位于大約恒定值的范圍內可以被用作確定條件。此外， 還可以在檢測期間基于確定條件的改變通過如下方式，即不但可以通過
獲得亮度的預定差值而且可以通過獲得色彩飽和度、色度、RGB值的各個分量等的預定差值，來設置背景圖案的顏色。此外，對于背景圖案的色度，例如可以使用非彩色(白色、灰色或 者黑色)。另外，使用具有與區(qū)域顏色一樣色度的彩色或者與補償顏色一 樣的彩色，并且可以設置唯一一個具體像素值(例如，亮度和色彩飽和 度)來滿足上述條件。圖21示出了利用圖8所示的彩色區(qū)域信息針對在彩色區(qū)域中保留的 水印嵌入?yún)^(qū)域來確定背景圖案的結果。首先，區(qū)域選擇單元214判斷各 嵌入?yún)^(qū)域是否被檢測為彩色區(qū)域。如果是彩色區(qū)域，則背景圖案確定單 元215將該區(qū)域的亮度值與預先計算的閾值進行比較，并確定要使用哪 個背景圖案(用于高亮度區(qū)域的背景圖案A還是用于低亮度區(qū)域的背景 圖案B)。在要處理的整個文檔圖像中嵌入偽背景圖案，并利用判別分析方法 來計算用于選擇背景圖案的閾值。通過二值化將濃度比計算出的閾值高 的部分涂成黑色。在文檔圖像中嵌入偽背景圖案，并利用判別分析方法 來計算二值化閾值，是可行的。在將偽背景圖案嵌入到具有預定濃度的區(qū)域中時，該區(qū)域的平均亮 度降低(濃度升高)。由于嵌入背景圖案之前的濃度和嵌入背景圖案之后 的濃度之間存在相關性，因此，利用由判別分析方法根據(jù)嵌入了偽背景 圖案后的圖像計算出的亮度閾值，可以確定嵌入背景圖案以前的區(qū)域亮 度。如果區(qū)域的亮度等于或小于該閾值，則利用背景圖案B在背景圖案 中嵌入水印，這可以在打印期間與區(qū)域顏色無關地將區(qū)域顏色和背景圖 案之間的濃度差值保持在或者高于預定級別。因此，可以很容易地檢測 到該嵌入的水印。例如，當使用128作為亮度閾值時，則彩色區(qū)域301、 302和304的 亮度值超出該閾值。因此，對于屬于這些彩色區(qū)域的多個嵌入?yún)^(qū)域使用 背景圖案A。另一方面，由于彩色區(qū)域303的亮度等于或者小于該閾值， 因此對于屬于該彩色區(qū)域303的多個嵌入?yún)^(qū)域使用背景圖案B。 接著，水印嵌入單元216嵌入水印信息。例如，將具有如圖22所示的結構的水印組分配給"組"狀嵌入?yún)^(qū)域。該水印組包括表示組頭的同步符號2201和多個信息符號2202(用于4值符號的四種類型"0"到"3")。 在圖21所示的實施例中，存在多個"組"狀嵌入?yún)^(qū)域。因此，在部 分信息符號2202中包括用于指示在各區(qū)域中嵌入的水印組的識別信息。 如果完成了對所有嵌入?yún)^(qū)域進行的水印組分配，則嵌入水印信息的處理 終止。最后，背景圖案圖像產生單元217在整個紙張上生成確定出的背景 圖案的圖像數(shù)據(jù)(背景圖案圖像)，并且文檔圖像疊加單元218將該生成 的背景圖案圖像疊加在彩色圖像233上，從而產生其中嵌入有水印的彩 色文檔圖像。首先，背景圖案圖像產生單元217排列指明了為各嵌入?yún)^(qū)域分配的 水印信息的多個背景圖案。在該實施例中，對單色文檔應用避開文字地 在印刷品中嵌入水印信息的方法(對指定區(qū)域確定分配的背景圖案的方 法)。例如，在使用圖22所示的水印組時，將與多個背景圖案相對應的多 個ID分配給各嵌入?yún)^(qū)域，并且通過以地毯形式設置具有這些ID的背景 圖案圖像來產生疊加在彩色圖像233上的背景圖案圖像。接著，文檔圖像疊加單元218在輸入的彩色圖像233的文檔圖像上 疊加生成的背景圖案圖像，并輸出用于打印的文檔圖像(背景圖案疊加 圖像)，其中在背景圖案中嵌入有水印。例如，當使用上述方法(1)和 (2)作為確定背景圖案的方法時，必須針對背景圖案A和背景圖案B 的每一個改變在文檔圖像上疊加背景圖案圖像的方法。以下針對使用區(qū)域的亮度值作為確定背景圖案的確定基準的情況下 對在文檔圖像上疊加背景圖案圖像的方法進行說明。(1)在高亮度的彩色區(qū)域上疊加背景圖像的處理在白色背景上用低亮度顏色生成這樣的背景圖案圖像，該背景圖案 圖像是通過在被識別為是高亮度區(qū)域的所有區(qū)域排列黑色或者低亮度的 背景圖案A而獲得的。如果通過與(AND)操作對背景圖案圖像和文檔
圖像進行疊加，則獲得了作為在文檔圖像中嵌入的低亮度背景圖案的疊 加圖像(A)。然而，在該與操作中，利用了在文檔圖像和背景圖案圖像 中的對應位置處的像素中具有較小亮度值的像素。在二值圖像的情況， 當在文檔圖像和背景圖案圖像的其中之一中的像素的亮度值是0 (黒像 素)時，疊加結果是黒像素。(2)在低亮度的彩色區(qū)域上疊加背景圖案的處理在黒色背景上以高亮度顏色生成背景圖案圖像(B)，背景圖案圖像 (B)是通過在被認為是低亮度的所有區(qū)域上僅粘帖在背景圖案B中包括 的確定區(qū)域(空白區(qū)域)獲得的。對于文檔圖像，僅通過或(OR)操作 對背景圖案圖像(B)的高亮度部分(淺色部分)進行覆蓋或者處理，就 能夠獲得其中在文檔圖像中嵌入了高亮度背景圖案的疊加圖像。然而， 在該或操作中，利用了在文檔圖像和背景圖案圖像中的對應位置處的像 素中具有較大亮度值的像素。在二值圖像的情況，當在文檔圖像和背景 圖案圖像的其中之一中的像素的亮度值是255 (白像素)時，疊加結果是 白像素。當同時利用上述方法(1)和(2)嵌入背景圖案時，在上述的疊加 圖像(A)上例如覆蓋背景圖案圖像(B)的高亮度部分，或者執(zhí)行OR 操作。結果，獲得了在白色背景區(qū)域上以低亮度顏色排列點狀圖案而在 文檔圖像的低亮度區(qū)域產生高亮度孔的背景圖案疊加圖像。盡管將背景圖案顏色確定為使得背景圖案顏色和區(qū)域顏色之間的亮 度值的差為常數(shù)，但是在以上(1)所述的疊加處理中可以生成這樣的打 印用文檔圖像，在該打印用文檔圖像中，背景圖案嵌入在文檔圖像中。圖23示出了以上述(1)和(2)的組合方法進行的文檔圖像疊加處 理。首先，利用與操作，在彩色圖像233上疊加用于高亮度區(qū)域的、排 列有背景圖案A的背景圖案圖像2301，并且生成用于高亮度區(qū)域的背景 圖案疊加圖像2303。接著，在用于高亮度區(qū)域的背景圖案疊加圖像2303 上覆蓋用于低亮度區(qū)域的背景圖案圖像2302的高亮度部分，其中背景圖 案圖像2302排列有背景圖案B的空白區(qū)域，從而生成其中疊加了兩種類 型背景圖案的背景圖案疊加圖像2304。 通過上述處理，根據(jù)彩色區(qū)域完全嵌入背景圖案(生成具有背景圖 案的文檔圖像)。將具有該背景圖案的文檔圖像發(fā)送給打印單元202,并且打印單元202打印并輸出背景圖案印刷品234。盡管如2B所示的電子水印嵌入裝置201在彩色圖像233的整個區(qū)域 進行區(qū)域顏色確定處理。但是電子水印嵌入裝置201也可以僅對被確定 為在其中可嵌入背景圖案的區(qū)域的候選嵌入?yún)^(qū)域執(zhí)行區(qū)域顏色確定處 理。通常，能夠被嵌入背景圖案的區(qū)域是在文檔圖像的空白部分中、彩 色圖形內部等區(qū)域中顏色恒定的部分。在候選區(qū)域提取單元213提取候 選嵌入?yún)^(qū)域后，可以計算該候選區(qū)域內的像素值作為區(qū)域顏色。如果在 候選嵌入?yún)^(qū)域內部的顏色不是單個顏色，而是通過以網狀對多個點進行 組合構成的顏色，則可以對特定的單位區(qū)域計算平均像素值。如上所述，根據(jù)用于實施本發(fā)明的模式的電子水印嵌入裝置，當在 彩色文檔中嵌入水印時確定可能的嵌入?yún)^(qū)域，并且根據(jù)各個區(qū)域的顏色 來確定背景圖案的顏色和形狀。從而，可以根據(jù)彩色文檔圖像的區(qū)域顏 色嵌入適當?shù)乃?。接下來，對于用于檢測彩色印刷品中嵌入的背景圖案中的水印的電 子水印檢測裝置進行說明。當在彩色文檔圖像的彩色區(qū)域的背景圖案中嵌入了水印時，根據(jù)用 于實施本發(fā)明的模式的電子水印檢測裝置通過執(zhí)行適于檢測背景圖案的 預處理與彩色文檔圖像的區(qū)域顏色無關地對背景圖案進行檢測。在該預 處理中，考慮彩色文檔圖像的彩色區(qū)域生成水印檢測圖像，該水印檢測 圖像適于進行水印檢測，并且通過該水印檢測圖像，可以從背景顏色中 很容易地識別出背景圖案。為了從被檢測出的背景圖案中提取水印信息，根據(jù)其背景顏色是白 色而其背景圖案是黑色的二值圖像對水印信息進行分析。針對表示水印 的各種類型的背景圖案設置不同的確定區(qū)域。從而，通過確定區(qū)域的相 關位置可以識別背景圖案的類型。此外，提取作為水印信息的嵌入單元的水印組，并對信息符號進行
分析。從而，對在檢測范圍內的嵌入的水印組進行完全地分析，并且基 于組識別信息對劃分出的水印信息進行組合，從而獲得劃分前的原始水 印〈言息。圖24示出了電子水印檢測裝置的構造的實施例。電子水印檢測裝置2401包括輪廓提取單元2411、彩色區(qū)域劃分單元2412、動態(tài)二值化單元 2413、 二值圖像組合單元2414以及水印檢測單元2415。生成其中嵌入有水印的彩色印刷品或者其復制件2421的掃描圖像 2422，并且將該掃描圖像2422輸入給電子水印檢測裝置2401。電子水印 檢測裝置2401從輸入的掃描圖像2422中檢測水印信息，并輸出檢測結 果2423 。用于容易地檢測水印的實際預處理可以是如下第一到四個預處理。 由于圖24所示的電子水印檢測裝置2401采用第二預處理，因此參照其 它附圖對第一、第三和第四預處理進行說明。 (1)第一預處理將掃描圖像劃分為多個預定大小(例如，背景圖案的大小)的單位 區(qū)域，對各單位區(qū)域進行單獨二值化，對結果進行組合，從而生成經二 值化的單位區(qū)域的組合圖像。從該組合圖像中檢測水印信息。作為上面提到的二值化方法，希望使用一種適于將背景顏色從背景 圖案中分離出來的方法(例如判別分析方法)。在判別分析方法中，當在 選擇區(qū)域存在兩種類型像素值的像素時，計算用于使它們之間的類別差 異最小化的閾值。因此，通過適當?shù)刂付ㄒM行二值化的圖像，可以正 確地分離位于各單位區(qū)域中的背景顏色與背景圖案。當針對各單位區(qū)域完成了二值化時，對各單位區(qū)域的二值化圖像進 行組合。由于對于各彩色區(qū)域進行了背景顏色與背景圖案的完全分離， 因此獲得了包括明確地分離了背景顏色與背景圖案的二值化圖像，與整 個印刷品的彩色區(qū)域的濃度(在掃描圖像中彩色區(qū)域的亮度)無關。因 此，增加了這樣的區(qū)域的數(shù)量，通過對各單位區(qū)域執(zhí)行二值化能夠確定 該區(qū)域的背景圖案。圖25是第一預處理的流程圖。電子水印檢測裝置首先將掃描圖像 2511劃分為多個單位區(qū)域(步驟2501)。例如，當背景圖案的尺寸是8 X8時，將掃描圖像2511劃分為如圖26所示的尺寸為8X8的單位區(qū)域。接著，如圖27所示，對被劃分出的各單位區(qū)域執(zhí)行二值化(步驟 2502)。然后，如圖28所示，對相應單位區(qū)域中的二值化圖像進行組合 并生成組合的圖像(步驟2503)。接著，利用獲得的組合圖像，檢測水印信息2512 (步驟2504)。 (2)第二預處理從掃描圖像中檢測邊緣，接著跟蹤該邊緣，并提取其中嵌入有背景 圖案的、大于預定區(qū)域的封閉區(qū)域。對于兩個相鄰的封閉區(qū)域，對區(qū)域 顏色的平均像素值(RGB等的各直方圖的顏色特性)進行比較。如果區(qū) 域顏色一樣，則認為兩個封閉區(qū)域為同一區(qū)域并進行組合。因此，對根 據(jù)區(qū)域顏色分離出的各彩色區(qū)域單獨執(zhí)行二值化處理，對結果進行組合， 并生成組合圖像。然后，從該組合圖像中檢測水印信息。為了防止在區(qū)域中嵌入的背景圖案或者區(qū)域的紋理形式被檢測為密 閉區(qū)域，例如利用邊緣保持濾波器執(zhí)行多次邊緣保持平滑處理，使背景 圖案和紋理的形狀變得模糊，然后可以通過一階微分濾波器或者二階微 分濾波器檢測邊緣。如圖1C所示，當在整個紙中嵌入位于背景圖案中的水印時，取決于 背景顏色，可能很難檢測水印。在這種情況下，針對掃描圖像的各彩色 區(qū)域，將圖像劃分為多個區(qū)域，對劃分出的各區(qū)域進行二值化，并對二 值化圖像進行組合，從而可以與掃描圖像中彩色區(qū)域的亮度無關地檢測 到在各區(qū)域中嵌入的水印。圖29是第二預處理的流程圖。圖24所示的輪廓提取單元2411首先 用灰度級表示掃描圖像2422，然后執(zhí)行邊緣保持平滑處理(步驟2901)。圖30示出了在邊緣保持平滑處理中使用的邊緣保持濾波器的實施 例。在該處理中，對于在中央含有目標像素的5X5區(qū)域定義用"1"表 示的9個局部區(qū)域，并且計算各局部區(qū)域中像素值的方差。接著，選擇 具有最小方差的局部區(qū)域，并且輸出局部區(qū)域的平均像素值作為目標像 素的處理結果。
接下來，通過對平滑圖像應用二階微分濾波器，生成邊緣圖像(步 驟2卯2)。在該處理中，例如使用圖11所示的二階微分濾波器1101。然后，通過利用邊緣圖像跟蹤邊緣來提取封閉區(qū)域(步驟2903)。 在跟蹤邊緣時，例如如圖31所示，以順時針方向搜索鄰近中央目標邊緣 像素周圍的邊緣像素。接著，如圖32所示，如果檢測到的邊緣圖像與檢 測起始點3201匹配，則提取由搜尋路徑包圍的部分3202 (順時針箭頭右 側的部分)作為封閉區(qū)域。接著，彩色區(qū)域劃分單元2412對提取的各封閉區(qū)域執(zhí)行區(qū)域劃分處 理，對區(qū)域顏色一樣的封閉區(qū)域進行組合，然后生成彩色區(qū)域(步驟 2904)。接下來，動態(tài)二值化單元2413通過對各彩色區(qū)域進行判別分析 而進行二值化處理(步驟2905)，然后二值圖像組合單元2414對所有彩 色區(qū)域的二值化結果進行組合，生成組合圖像(步驟2906)。從而，通過在邊緣保持平滑處理以后檢測邊緣，提取背景顏色恒定 的彩色區(qū)域，并且對各所述區(qū)域執(zhí)行二值化處理，從而正確地將背景顏 色從背景圖案中分離出來。例如，在圖33所示的掃描圖像的情況下，在區(qū)域劃分處理中，將掃 描圖像劃分為5個彩色區(qū)域3301至U 3305。彩色區(qū)域3301到3304是封閉 區(qū)域，而彩色區(qū)域3305是非封閉區(qū)域。接著，分別根據(jù)彩色區(qū)域3301 到3305生成二值化圖像3311到3315，并對其進行組合。接著，水印檢測單元2415通過分析水印組并利用獲得的組合圖像確 定背景圖案來檢測水印信息，并輸出檢測結果2423 (步驟2907)。例如，如果通過灰度級表示圖1B所示的掃描圖像(色彩圖像)，則 生成如圖34所示的灰度級圖像3401 (亮度圖像)。通過局部放大灰度級 圖像3401來獲得放大的圖像3402。背景圖案嵌入在如由放大圖像3402所示的灰度級圖像3401中。由 于在區(qū)域劃分處理中不需要背景圖案，因此希望利用平滑濾波器將其去 除。此時，如果使用具有邊緣保持設備的邊緣保持濾波器，則背景圖案 變得不明顯，余下了圖形的邊界線。圖35示出了通過對灰度級圖像3401應用邊緣突出濾波器而獲得的
圖像3501以及通過對圖像3501進行局部放大獲得的放大圖像3502。如 果進一步對圖像3501應用二階微分濾波器，則生成如圖36所示的邊緣 圖像3601。邊緣圖像3601的一部分被放大，并且由放大圖像3602表示 該部分。通過跟蹤邊緣，從生成的邊緣圖像3601中提取封閉區(qū)域，并且針對 各封閉區(qū)域參照原始掃描圖像的背景顏色。如果兩個相鄰區(qū)域的背景顏 色相同或者類似，則將它們組合為同一顏色區(qū)域。通過對整個圖像重復 該處理，可以基于背景顏色對該掃描圖像進行完整劃分。當基于亮度值對圖34中所示的灰度級圖像3401的區(qū)域進行劃分時， 提取如圖37所示的四個局部圖像3701到3704。通過用判別分析方法對 局部圖像3701到3704執(zhí)行二值化處理而獲得經二值化的圖像3711到 3714。結果表明，通過基于背景顏色執(zhí)行區(qū)域劃分處理可以實現(xiàn)利用適 于區(qū)域顏色的閾值的二值化(對背景顏色和背景圖案進行的圖案分離)。 即，可以通過與區(qū)域顏色無關的方式對嵌入的背景圖案進行分析。在對各彩色區(qū)域完成二值化時，組合獲得的經二值化的圖像。例如， 在如圖1C所示的整個圖像的二值化結果中，當將二值圖像3711到3714 分別粘帖到區(qū)域11到14時，得到如圖38所示的組合圖像。由于將二值化執(zhí)行為使得可以從組合圖像的各彩色區(qū)域中的背景顏色中識別出背景圖案，因此可以識別各背景圖案并可以對被劃分為水印 組以后嵌入的水印信息進行分析。如果對于整個組合圖像執(zhí)行了水印檢 測處理，并且對被劃分為多個組的水印信息進行了組合，則重構了文檔 圖像中嵌入的水印信息。 (3)第三預處理通過對RGB的各顏色分量執(zhí)行像素值運算來生成水印檢測圖像，其 中該RGB的各色彩分量是通過對掃描圖像的各像素進行顏色分析而獲得 的。因而，在不執(zhí)行區(qū)域劃分的情況下也可以檢測到在彩色區(qū)域 (chromatic area )中嵌入的tK印。圖39是第三預處理的流程圖。電子水印檢測裝置執(zhí)行用于從掃描圖 像3911的彩色區(qū)域中檢測水印的預處理(步驟3901)。在該處理中，例如計算RGB的各色彩分量的最大值，生成灰度級圖像，并且對灰度級圖 像進行二值化，從而產生二值化圖像。假設位于掃描圖像3911的第i行第j列的各色彩分量是Rij、 Gy、 By, 則通過以下等式計算位于灰度級圖像的第i行第j列的像素值Mxij:Mxi廣Max(Rij，G^B。 (4)利用從灰度級圖像生成的二值化圖像，檢測水印信息2912 (步驟 3902)。該第三預處理在如下情況下是有效的，即在高色彩飽和度和低亮度 (例如，深紅色區(qū)域)的彩色區(qū)域中嵌入低亮度的背景圖案(例如，黑 色)而很難從亮度圖像中檢測出背景圖案的情況。 (4)第四預處理在掃描圖像中，計算各像素和周圍像素之間的像素值的差值。例如 使用目標像素的像素值和上、下、左和右四個像素的平均像素值之間的 差值、以及目標像素的像素值和圍繞該目標像素的8個像素的平均像素 值之間的差值。結果，獲得了這樣的嵌入的背景圖案的輪廓，該背景圖 案的像素值與背景顏色有預定的差值。從該圖像中識別出背景圖案。根據(jù)在圖像中是否存在檢測圖案所必須的空白區(qū)域來識別背景圖 案。因此，即使構成背景圖案的點的內部是空白的，也不會對檢測結果 產生影響。圖40是第四預處理的流程圖。電子水印檢測裝置以掃描圖像4011 的第i行第j列作為目標像素計算目標像素和周圍相鄰像素之間的像素值 的差值Diffjj (步驟4001)。如圖41所示，目標像素以外的像素是位于包括中央處的目標像素在 內的nXm區(qū)域中的周圍像素，該nXm區(qū)域具有nXm大小的背景圖案。 接著，通過以下等式計算像素值的差值Diffy。 Diffu=目標像素的像素值-周圍像素的平均像素值 (5) 接下來，將Diffy與預定閾值Thi和Th2進行比較(步驟4002)。如 果Th^Diffi^Th2，則將水印檢測圖像4012的第i行第j列的像素值設置 為"0"(白色像素)。否則，將該像素值設置為"1"(黑色像素)。
如果Dif^位于預定范圍內，則目標像素可能與如圖41所示的背景圖案的空白區(qū)域相對應，并且將輸出值設置為白色像素。另一方面，如果Diffy沒有位于該范圍內，則認為該目標像素是位于空白區(qū)域以外的亍象素，并且將輸出值設置為黑色像素。對掃描圖像4011中的所有像素執(zhí)行該處理。利用獲得的水印檢測圖像4012檢測水印信息4013 (步驟4005)。當根據(jù)在上述第一到第四預處理中生成的使用檢測圖像來檢測水印 信息時，使用上述侵蝕處理。在侵蝕處理中，通過確定在圖20中所示的 背景圖案A和B中的空白區(qū)域的位置來識別由各背景圖案所表示的信 息。通過在執(zhí)行第一到第四預處理后檢測水印，可以與區(qū)域顏色無關地 正確地對嵌入在彩色文檔圖像中的水印進行檢測。通過利用圖42所示的信息處理裝置(計算機)來構造圖2B所示的 電子水印嵌入裝置和圖24所示的電子水印檢測裝置。圖42所示的信息 處理裝置包括CPU (中央處理單元)4201、存儲器4202、輸入裝置4203、 輸出裝置4204、外部存儲裝置4205、介質驅動裝置4206和網絡連接裝 置4207，并經由總線4208將這些部件相互連接。存儲器4202例如包括ROM (只讀存儲器)、RAM (隨機存取存儲 器)等，并存儲執(zhí)行處理時使用的程序和數(shù)據(jù)。CPU4201通過利用存儲 器4202執(zhí)行程序來執(zhí)行上述處理。在這種情況下，圖2B所示的區(qū)域顏色確定單元211、邊界檢測單元 212、候選區(qū)域提取單元213、區(qū)域選擇單元214、背景圖案確定單元215、 水印嵌入單元216、背景圖案圖像生成單元217和文檔圖像疊加單元218 和圖24所示的輪廓提取單元2411、彩色區(qū)域劃分單元2412、動態(tài)二值 化單元2413和二值圖像組合單元2414以及水印檢測單元2415與存儲在 存儲器4202中的程序相對應。輸入裝置4203例如是鍵盤、指示裝置等，并且在輸入來自操作者的 指令和信息時使用該裝置。輸出裝置4204例如是顯示器、打印機、揚聲 器等，并用于向操作者輸出詢問和處理結果。圖2B所示的打印單元202 與輸出裝置4204相對應。
外部存儲裝置4205例如是磁盤裝置、光盤裝置、磁光盤裝置、帶式 存儲裝置(tape device)等。信息處理裝置在外部存儲裝置4205中存儲 程序和數(shù)據(jù)，并在存儲器4202中加載該程序和數(shù)據(jù)并在需要時使用它們。介質驅動裝置4206驅動便攜式記錄介質4209并訪問被記錄的內容。 便攜式記錄介質4209是諸如存儲卡、軟盤、光盤、磁光盤等的任意計算 機可讀記錄介質。操作者在便攜式記錄介質4209中存儲程序和數(shù)據(jù)并在 需要將它們載入存儲器4202中使用它們。網絡連接裝置4207與諸如LAN (局域網)等的通信網絡連接。并 執(zhí)行用于通信的數(shù)據(jù)轉換。信息處理裝置通過網絡連接裝置4207從外部 裝置接收程序和數(shù)據(jù)，將它們載入存儲器4202中，并在需要時使用它們。圖43示出了為圖42所示的信息處理裝置提供程序和數(shù)據(jù)的方法。 將存儲在便攜式記錄介質4209和服務器4301的數(shù)據(jù)庫4311中的程序和 數(shù)據(jù)加載到信息處理裝置4302的存儲器4202中。服務器4301生成用于 傳送程序和數(shù)據(jù)的傳送信號，并通過位于通信網絡上的任意傳輸介質向 信息處理裝置4302發(fā)送該信號。CPU 4201利用所述數(shù)據(jù)執(zhí)行程序并執(zhí) 行上述處理。
權利要求
1、一種計算機可讀記錄介質，其存儲這樣的程序，該程序用于指導在彩色文檔圖像中嵌入信息的計算機執(zhí)行如下步驟提取步驟，從所述彩色文檔圖像中提取其中能夠嵌入背景圖案的嵌入?yún)^(qū)域；確定步驟，根據(jù)所述嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色來確定適于所述嵌入?yún)^(qū)域的背景圖案的顏色和形狀這兩者中的至少一個；以及嵌入生成步驟，通過利用確定的背景圖案在所述嵌入?yún)^(qū)域中嵌入水印信息來生成背景圖案圖像。
2、 根據(jù)權利要求1所述的記錄介質，其中，所述提取步驟包括 檢測步驟，檢測包括在所述彩色文檔圖像中的文字區(qū)域或者圖形區(qū)域；并且避開檢測到的文字區(qū)域或者圖形區(qū)域地提取所述嵌入?yún)^(qū)域。
3、 根據(jù)權利要求2所述的記錄介質，其中，所述提取步驟還包括 利用所述彩色文檔圖像檢測邊緣來檢測像素值突然變化的部分；以及從所述嵌入?yún)^(qū)域的提取目標中去除所檢測到的部分。
4、 根據(jù)權利要求2所述的記錄介質，其中所述檢測步驟通過文字識別來檢測在所述彩色文檔圖像中包括的文 字圖像并將包括所檢測到的文字圖像的區(qū)域確定為文字區(qū)域，所述提取 步驟避開所述文字區(qū)域地提取所述嵌入?yún)^(qū)域。
5、 根據(jù)權利要求2所述的記錄介質，其中所述檢測步驟利用與在所述彩色文檔圖像的打印數(shù)據(jù)中包括的文字 的尺寸和繪圖位置相關的信息來估計所述文字區(qū)域的位置，并且所述提 取步驟避開所述文字區(qū)域地提取所述嵌入?yún)^(qū)域。
6、 根據(jù)權利要求1所述的記錄介質，其中，其中所述程序還指導所 述計算機來執(zhí)行如下步驟劃分步驟，利用所述彩色文檔圖像的像素值將所述彩色文檔圖像劃 分為多個彩色區(qū)域；并且比較及確定步驟，將與所述嵌入?yún)^(qū)域相對應的彩色區(qū)域的區(qū)域顏色 與預定閾值進行比較，從而判斷從所述嵌入?yún)^(qū)域中能否檢測出背景圖案; 以及所述確定步驟根據(jù)被判斷為能夠檢測出背景圖案的嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域 顏色，確定所述背景圖案的顏色和形狀這兩者中的至少一個。
7、 根據(jù)權利要求6所述的記錄介質，其中，所述劃分步驟包括將所述彩色文檔圖像劃分為多個單位區(qū)域； 計算各單位區(qū)域的平均像素值；以及將平均像素值的差值等于或者小于預定閾值的多個單位區(qū)域合并為 同一顏色區(qū)域。
8、 根據(jù)權利要求6所述的記錄介質，其中，所述程序還指導所述計 算機執(zhí)行如下步驟判斷在所述嵌入?yún)^(qū)域中是否包括多個彩色區(qū)域；以及 從所述水印信息的嵌入目標中去除包括多個彩色區(qū)域的嵌入?yún)^(qū)域。
9、 根據(jù)權利要求6所述的記錄介質，其中，所述程序還指導所述計 算機執(zhí)行如下步驟將與兩個相鄰嵌入?yún)^(qū)域相對應的彩色區(qū)域的像素值之間的差值與閾 值進行比較；并且如果所述像素值之間的差值等于或者小于所述閾值，則通過組合所 述兩個嵌入?yún)^(qū)域來生成一個嵌入?yún)^(qū)域，以及所述嵌入步驟在所生成的嵌入?yún)^(qū)域中嵌入所述水印信息。
10、 根據(jù)權利要求1所述的記錄介質，其中，所述程序還指導所述 計算機利用所述嵌入?yún)^(qū)域的像素值來計算所述區(qū)域顏色，并且所述確定 步驟根據(jù)所計算出的區(qū)域顏色確定所述背景圖案的顏色和形狀這兩者中 的至少一個。
11、 根據(jù)權利要求1所述的記錄介質，其中，在表示所述嵌入?yún)^(qū)域 的區(qū)域顏色的所述像素值超出預定閾值的情況下，所述確定步驟將由具 有不超過所述閾值的像素值的多個點構造的背景圖案確定為適于所述嵌 入?yún)^(qū)域的所述背景圖案。
12、 根據(jù)權利要求1所述的記錄介質，其中，在表示所述嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色的所述像素值等于或者低于預定閾值的情況下，所述確定步 驟將具有超出所述閾值的像素值的空白區(qū)域的背景圖案確定為適于所述 嵌入?yún)^(qū)域的所述背景圖案。
13、 根據(jù)權利要求1所述的記錄介質，其中，所述確定步驟確定所 述背景圖案的顏色，以使得表示所述嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色的像素值和表 示所述背景圖案的顏色的像素值之間的差為常數(shù)。
14、 根據(jù)權利要求1所述的記錄介質，其中，所述程序還指導所述 計算機生成背景圖案疊加圖像，在該背景圖案疊加圖像中，通過在所述 彩色文檔圖像上疊加所述背景圖案圖像而在所述彩色文檔圖像中嵌入所 述水印信息。
15、 一種電子水印嵌入裝置，其在彩色文檔圖像中嵌入信息，所述電子水印嵌入裝置包括區(qū)域提取設備，其用于從所述彩色文檔圖像中提取其中能夠嵌入背景圖案的嵌入?yún)^(qū)域；背景圖案確定設備，其用于根據(jù)所述嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色確定適于 所述嵌入?yún)^(qū)域的背景圖案的顏色和形狀這兩者中的至少一個；以及背景圖案圖像生成設備，其通過利用確定出的背景圖案在所述嵌入 區(qū)域中嵌入水印信息來生成背景圖案圖像。
16、 一種計算機可讀記錄介質，其存儲這樣的程序，該程序用于指 導對彩色文檔圖像中嵌入的信息進行檢測的計算機來執(zhí)行如下步驟生成步驟，其生成水印檢測圖像，利用所述水印檢測圖像，能夠從 背景圖案中識別出所述彩色文檔圖像中包括的彩色區(qū)域的區(qū)域顏色；以 及利用所述水印檢測圖像從所述彩色區(qū)域中檢測所述背景圖案。
17、 根據(jù)權利要求16所述的記錄介質，其中，所述生成步驟將所述 彩色文檔圖像劃分為多個單位區(qū)域，單獨地對各所述單位區(qū)域進行二值 化，對多個獲得的二值化圖像進行組合，并生成所述水印檢測圖像。
18、 根據(jù)權利要求16所述的記錄介質，其中，所述生成步驟利用所 述彩色文檔圖像來檢測邊緣，通過跟蹤所述邊緣來提取多個封閉區(qū)域， 對各所提取的封閉區(qū)域進行單獨二值化，組合獲得的多個經二值化的圖 像，并生成所述水印檢測圖像。
19、 根據(jù)權利要求16所述的記錄介質，其中，所述生成步驟利用通 過對所述彩色文檔圖像進行色彩分離所獲得的像素值來執(zhí)行算術運算， 并利用獲得的像素值生成所述水印檢測圖像。
20、 根據(jù)權利要求16所述的記錄介質，其中，所述生成步驟以所述 彩色文檔圖像中的各像素為所述目標像素，計算目標像素和相鄰像素之 間的像素值的差值，提取所獲得的像素值的差值位于預定閾值范圍內的 目標像素，并生成水印檢測圖像。
21、 一種電子水印檢測裝置，用于檢測在彩色文檔圖像中嵌入的信 息，所述電子水印檢測裝置包括圖像生成裝置，其用于生成水印檢測圖像，利用所述水印檢測圖像， 能夠從背景圖案中識別在彩色文檔圖像的彩色區(qū)域的區(qū)域顏色；以及水印檢測裝置，其利用所述水印檢測圖像從所述彩色區(qū)域中檢測背 景圖案。
22、 一種電子水印嵌入方法，用于在彩色文檔圖像中嵌入信息，該方法包括從所述彩色文檔圖像中提取其中能夠嵌入背景圖案的嵌入?yún)^(qū)域； 根據(jù)所述嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色來確定適于所述嵌入?yún)^(qū)域的背景圖案 的顏色和形狀這兩者中的至少一個；通過利用所確定的背景圖案在所述嵌入?yún)^(qū)域中嵌入水印信息來生成 背景圖案圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了電子水印嵌入裝置和電子水印檢測裝置。從彩色文檔圖像中提取其中可以被嵌入背景圖案的嵌入?yún)^(qū)域。根據(jù)所述嵌入?yún)^(qū)域的區(qū)域顏色來確定適于該嵌入?yún)^(qū)域的背景圖案的顏色和形狀這兩者中的至少一個。通過利用所確定的背景圖案在所述嵌入?yún)^(qū)域嵌入水印信息來生成背景圖案圖像。
文檔編號H04N1/46GK101155249SQ20071016171
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權日2006年9月28日
發(fā)明者中潟昌平, 倉木健介, 增井誠生, 石井英昭, 阿南泰三 申請人:富士通株式會社