JP3829143B2 - 紙上に大量データを保存できるスクリーンコードの埋め込み方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ図形コード及び印刷スクリーン技術に関し、特に、普通紙上に網点を印刷することによって、大量データを保存するスクリーンコードの埋め込み技術に関するものである。

近年、コンピュータ技術が急速に発展している。その中で、情報記述の媒体は、磁気媒体から光ディスク、フラッシュメモリ等へと進化してきた。その一方で、普通紙を媒体として情報を記述する方法は、従来と変わったところはあまり見受けられない。

１９３２年に、スーパーマーケットのチェッキングを安価に行うため、バーコードがハーバード大学により提案された。１９８０年後半に入ると、宝石や半導体、薬剤、機械部品等の特殊分野において、より多くの情報をより小さく印字したいという要求が出てきた。この要求に対応するため、１９８７年に、Code49の二次元コードがアメリカのインターメック社により発表された。その後、Code16K、DataMatrix (DataCode)及びMaxiCodeが開発され、続いてArrayTag、Code1等が開発された。また、日本でも、CPCodeやQRCode等が提案され、国際規格として認定された。

しかし、二次元コードはバーコードから発展してきたコードであるため、バーコードの欠点を克服することは難しい。まず、全ての二次元コードでは、黒いセルを「１」、白いセルを「０」と定義している。つまり、図形の変化によりコンピュータ情報コード（例えば、０〜９，Ａ〜Ｆ）を直接記述できることが考慮されていなかったため、情報の記述が冗長になるという問題が残されている。また、二次元コード及びバーコードは共に、紙に印刷されると、その紙上でスペースが取られてしまう。このため、簡単に複写ができるので、セキュリティ上の問題もある。さらに、二次元コードは、紙汚れにより正確に読み取ることができないという欠点がある。

近年、プリンタやスキャナーの精度向上と共に、１５年前の二次元コードを発表した当時と比較して、そのハード設備は格段に発展している。1200dpi、2400dpiの高精度プリンタやスキャナー等も現在はどこでも簡単に手に入れることができる。

金融、保険関係業界は、紙でより多くのデータを記述でき、且つ小さい印字の要望が生じてきている。特に、金融関係では、データを出力し紙として残すという法律上の義務付けがあり、印刷した後、紙上で印刷された内容はコンピュータでは復元不可能であるため、データベース上のデータをハードディスク中に保存する必要が生じる。もし、上述のデータを紙で登録することができれば、紙と情報が一体化し、ハードディスクへの保存の必要はなくなるので、安全性と利便性の両メリットを図ることができる。従って、上述のような金融関係等の需要に対して、二次元コードよりも大量なデータを紙上に登録できる方法が期待される。

一方、OCR文字認識によって印刷した文字を認識する手法で伝票情報を読み取る提案が一時期待されていた。しかし、この手法では、文字数が多いので、OCR文字認識の精度を１００％満たすことができないことが明らかである。従って、実用的な範囲を広げるのは困難な面が多い。

また、近年、アメリカでは電子透かし理論の研究が盛んになってきている。この理論については、毎年多くの論文が発表されているが、その殆どは画像の中でマークを埋め込み、書類の改ざんを防止する等のセキュリティを課題として応用したものである。日本の代表的な成果としては、「電子透かしを利用して印刷文書の改ざんを検出するセキュアプリント技術」が発表されているが（特許文献１を参照。）、金融関係では実用上大量なデータ情報を埋め込みむことが不可能に近く、情報をカラー画像へ埋め込むことも難しい。電子透かし技術より一歩進んでいた「印刷画像に見えないデータを埋め込む」というSteganography技術も発表されているが（特許文献２を参照。）、基本的には電子透かし技術と同様に印刷スクリーン原理を十分に考慮していないため、現在の印刷物に対して埋め込み情報量が少なかった。

最近、印刷スクリーンを用いて情報を記述することに関して、日本の発明者木内らは、「個人識別情報作成装置及び個人識別情報読み取り装置からなる個人識別情報システム」という技術を発表している（特許文献３を参照。）。この内容の要点は、個人身分証明のような印刷物の顔写真背景に対して個人固有の印刷スクリーン形状からなるIDパターン情報を作成し、登録ができる。登録したIDパターンと写真入り印刷物とを比較照合することにより、印刷物の真偽を判断することができる。しかし、この技術は、その解決課題や実施手法などについて紙でコンピュータデータコードを大量に記録し、読み取る目的とは異なる。

特開２００３−２０９６７６号公報 特開２００４−９６４０５号公報 特開２０００−７９７８２号公報

本発明が解決しようとする課題は、普通紙上で印刷またはプリンタ出力することによって大量なコンピュータデータを保存し、読み取ることが可能なスクリーンコード埋め込み方法及び装置を提供することにある。

また、本発明が解決しようとする印刷情報のセキュリティ課題は、印刷情報漏えい防止問題を解決するために印刷内容の暗号化、復号化を実現することにある。また、スクリーンコードと印刷内容とが混在した場合に、印刷内容の改ざん場所を特定することが可能な新しい改ざん防止方法及び装置を提供することにある。さらに、スクリーンコードを導入した複写機コピー防止方法及び装置を提供することにある。

また、本発明が解決しようとする他の課題は、画像の中にコンピュータデータを埋め込む場合、画像の画質を落としてしまうという従来改善していない問題を解決することにある。

また、本発明が解決しようとする他の課題は、二次元コードと同様な条件によって、二次元コードより情報密度が数倍以上高いスクリーンコードの形式を提供することにある。

また、本発明が解決しようとする他の重要な課題は、普通二次元コードのような紙汚れによって情報が正確に読めない問題を改善することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、コンピュータデータ処理モジュール、スクリーンコード埋め込みモジュール、暗号鍵による暗号化モジュール、及び印刷出力モジュールを含むスクリーンコード埋め込み装置と、
スキャン入力モジュール、暗号鍵による復号化モジュール、スクリーンコード識別モジュール、及びデータ情報登録モジュールを含むスクリーンコード読み取り装置とを備えたシステムの下で、紙上にデータ情報を印刷し、読み取る場合のスクリーンコードの処理方法であって、
スクリーンコード埋め込み装置について、
(1) コンピュータデータ処理モジュールが、メモリからコンピュータデータを読み出し、スクリーンコード埋め込みモジュールへ出力するステップと、
(2)スクリーンコード埋め込みモジュールが、前記コンピュータデータを埋め込む対象となる画像の各階調の値を変えないように、網点の形状の違いによって、コンピュータデータのコードを、０から９及びＡからＦを示す１６個の符号のコード値のうちのいずれかのコード値を有するスクリーンコードに変換するステップと、
(3)暗号化モジュールが、暗号鍵をk∈K、ステップ(2)において前記画像に配置されるスクリーンコードのコード値の解をr∈R、暗号鍵kに関する暗号化関数を¢(k, c)とした場合に、以下の式により、前記画像に配置されるスクリーンコードに対して暗号化の算出を行い、
R × K → C r → ¢( k，c )
前記画像に配置されるスクリーンコードを暗号化した新たな解（コード値）c∈Cを求めるステップと、
(4)印刷出力モジュールが、前記暗号化されたスクリーンコードを画像に埋め込み、新たな画像として紙上に印刷出力するステップとを有し、
スクリーンコード読み取り装置について、
(5)スキャン入力モジュールが、前記印刷出力された紙上から画像入力装置を用いて、暗号化されたスクリーンコードが埋め込まれた画像を読み出すステップと、
(6)復号化モジュールが、前記鍵k∈K、読み出された画像のうちの暗号化されたスクリーンコードの新たなコード値の解をc∈C、逆関数である復号化関数を£(k, c)とした場合に、以下の式により復号化の算出を行い、
C × K → R c → £( k，c )
復号化したスクリーンコードのコード値の解r∈Rを求めるステップと、
(7)スクリーンコード識別モジュールが、前記復号化されたスクリーンコードによって表れている各々の網点からスクリーンコードを認識し、該スクリーンコードをコンピュータデータのコードに変換するステップと、
(8)データ登録モジュールが、前記変換されたコンピュータデータを登録するステップとを有することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のスクリーンコード処理方法において、前記ステップ(2)は、前記コンピュータデータを埋め込む対象となる画像の各階調の値を変えないように、網点の形状の違いによって、コンピュータデータのコードを、０から９及びＡからＦを示す１６個の符号のコード値のうちのいずれかのコード値を有するスクリーンコードであって、分離体網点により構成されたスクリーンコードに変換することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、スクリーンコード埋め込み装置とスクリーンコード読み取り装置とを備え、紙上にデータ情報を印刷し、該データ情報を読み取るスクリーンコードの処理システムであって、
スクリーンコード埋め込み装置は、
(1)メモリからコンピュータデータを読み出し、スクリーンコード埋め込みモジュールへ出力するコンピュータデータ処理モジュールと、
(2) 前記コンピュータデータを埋め込む対象となる画像の各階調の値を変えないように、網点の形状の違いによって、コンピュータデータのコードを、０から９及びＡからＦを示す１６個の符号のコード値のうちのいずれかのコード値を有するスクリーンコードに変換するスクリーンコード埋め込みモジュールと、
(3)暗号鍵をk∈K、ステップ(2)において前記画像に配置されるスクリーンコードのコード値の解をr∈R、暗号鍵kに関する暗号化関数を¢(k, c)とした場合に、以下の式により前記画像に配置されるスクリーンコードに対して暗号化の算出を行い、
R × K → C r → ¢( k，c )
前記画像に配置されるスクリーンコードを暗号化した新たな解（コード値）c∈Cを求める暗号化モジュールと、
(4) 前記暗号化されたスクリーンコードを画像に埋め込み、新たな画像として紙上に印刷出力する印刷出力モジュールとを備え、
スクリーンコード読み取り装置は、
(5)前記印刷出力された紙上から画像入力装置を用いて、暗号化されたスクリーンコードが埋め込まれた画像を読み出すスキャン入力モジュールと、
(6)前記鍵k∈K、読み出された画像のうちの暗号化されたスクリーンコードの新たなコード値の解をc∈C、逆関数である復号化関数を£(k, c)とした場合に、以下の式により復号化の算出を行い、
C × K → R c → £( k，c )
復号化したスクリーンコードのコード値の解r∈Rを求める復号化モジュールと、
(7)前記復号化されたスクリーンコードによって表れている各々の網点からスクリーンコードを認識し、該スクリーンコードをコンピュータデータのコードに変換するスクリーンコード識別モジュールと、
(8)前記変換されたコンピュータデータを登録するデータ登録モジュールとを備えたことを特徴とする。

本発明の効果は、紙の上に印刷する画像の中でデータ情報を埋め込む場合に、従来の電子透かし技術と比べると、スクリーンコードの著しい特徴は、大量な情報を埋め込むことができ、且つ画像の画質を落とさないことである。

本発明の実施形態により、紙上で大量データ情報を記述し、読み取ることができるスクリーンコードの処理方法を提供する。コンピュータデータ処理モジュール、スクリーンコード埋め込みモジュール、暗号キーによる暗号化モジュール、及び印刷出力モジュールを含むスクリーンコード埋め込み装置と、スキャン入力モジュール、暗号キーによる復号化モジュール、スクリーンコード識別モジュール、及びデータ情報登録モジュールを含むスクリーンコード読み取り装置とを用いて、大量データ情報を記録し、読み取ることができるシステムを構築する。各モジュールの具体的な処理は次のようになる.

(1)スクリーンコード埋め込み装置の中で、コンピュータデータ処理モジュールは、処理する対象になっている漢字、英数、仮名、符号等を含むコンピュータデータに対してその内容の違いによってメモリから対応した文字コードを読み取ってから、スクリーンコード埋め込みモジュールへ伝送する。

(2)スクリーンコード埋め込みモジュールは、前記文字コードを対応するスクリーンコードに変換し、逐次に一つ画像を配置し、メモリに登録する。

(3)暗号化モジュールは、任意鍵k∈Kに対し、操作(2)によったスクリーンコードを変換し配置された画像の中で、スクリーンコードの値或いは配置場所の解をr∈Rとし、暗号化の算出結果は、
R × K → C r → ¢( k，c )
になり、スクリーンコードを暗号化した新しい解c∈Cを得る。ここで、¢(k, c)は暗号鍵kに関する暗号化関数(Encryption Function)である。新しい画像をメモリに登録する。

(4)印刷出力モジュールは、前記暗号化されたスクリーンコードの画像を印刷出力することにより、コンピュータデータ情報を紙の上に暗号化して記録できる。

(5)スクリーンコード読み取り装置の中で、スキャン入力モジュールは、コンピュータデータ情報が暗号化され記録されている紙に対して、画像入力装置を用いて暗号化されたスクリーンコードを読み出し、メモリに登録する。

(6)復号化モジュールは、前記鍵k∈K、暗号化されたスクリーンコードの新たな値或いは配置場所の解c∈Cを用いて、
C × K → R c → £ ( k，c )
によって、復号化されたスクリーンコードの値或いは配置場所の解r∈Rを求める。ここで、逆関数£(k, c)は復号化関数(Decrytption Function)である。

(7)スクリーンコード識別モジュールは、復号化されたスクリーンコード画像の中で各スクリーンコードを順番で認識し、コンピュータデータを変換する。

(8)データ登録モジュールは、前記コンピュータデータ情報を登録する。これにより、紙上で記述されたデータ情報を読み取る過程は完成したことになる。

前記スクリーンコードとは、紙の上に印刷された各網点に対して、その形状、位置、方向、網点を構成されているドットの数及び色の違いによってデータコード0〜9，A〜Fを直接に記述するコードである。

画像階調を現す従来のようなFM変調スクリーンとAM変幅スクリーン網点の大きさによってそれぞれ0〜9，A〜Fを表すことができる。

均一階調を表わす場合に、即ち網点を構成しているドットの数は同じになった時に、スクリーンの各網点に対して、その形状、位置、方向の違いによってコンピュータデータコード0〜9，A〜Fと変換することができる。

スクリーンコードに対して、紙の上に印刷された各網点に対して、その形状、位置、網点を構成されているドットの数及び色の違いによって、文字、数字、ローマ字、符号、図形などを直接表わすこともできる。

画像の中にスクリーンコードを埋め込む場合に、画像の各階調の値を変えないように、その画像の網点における形状、位置、及び方向の違いを考慮して、コンピュータデータのコードをスクリーンコードに変換することができる。スクリーンコードを埋め込む画像の異なる階調と隣接された場合に階調度合いは区別しにくい問題を考慮すると、スクリーンコードの定義は異なる階調の度合いに対して矩形、平行線、縦線、左斜め線、右斜め線などの網点によってスクリーンコードを埋め込むことができる。

スクリーンコードを用いて、コンピュータデータコードと同じの値及び形式によって記述することができるので、一般の電子ファイルの暗号化の方法を使って、紙に印刷されたスクリーンコードに対して暗号化、復号化を行うことができる。具体的な方法はスクリーンコードの値或いは配置場所に表れる解をr∈R，鍵をk∈K、及暗号化関数(Encryption Function)を¢ ( k，c )とすると、
R × K → C r → ¢ ( k，c )
によって、スクリーンコードに関した暗号化が行える。逆に暗号化されたスクリーンコードの解をc∈C，暗号鍵をk∈K、及復号化関数(Decrytption Function)を£( k，c )とし、
C × K → R £ ( k，c ) k∈K
を計算することによって暗号化されたスクリーンコードに対して複合化することができる。

スクリーンコードの網点にあったドットを紙上に配置する方法は、各網点毎を構成されたドットの数に応じて、各々のドットを、画像に対して別々の箇所に配置する。その配置方法は、元ドットの場所と配置しようとする場所に対し、各々元の網点のドット数を変えずに、また、文字コードとの対応を崩さないように決められたルールに従って、鍵k’∈K’を用いてランダムの配置関係になるように、全てのドットを画像の別々の場所にランダムに配置する。これによって、紙の局所が汚れても、破損でも、スクリーンコードを読み取ることができる。

フルカラー画像に対したスクリーンコードを埋め込む場合には、まず、C、M、Y、K四色に対して、別々にスクリーンコードを埋め込み、次は埋め込まれた画像のスクリーンコードの網点を構成されているドットの所定配置場所の解をR^c、R^m、R^y、R^kとし、鍵をk”∈K”とすると、C、M、Y、Kカラー合成は、
R^c × K”→C^c r^c → ¢( k”，c^c )
R^m × K”→C^m r^m → ¢( k”，c^m )
R^y × K”→C^y r^y → ¢( k”，c^y )
R^k × K”→C^k r^k → ¢( k”，c^k )
によって算出すれば、C、M、Y、K四色のスクリーンコードのランダム配置の解c^c、 c^m、 c^y 、c^k を得ることによって、従来のFM変調スクリーンのCMYKフルカラー合成の効果を実現できる。

スクリーンコードを認識する場合は、四色のスクリーンコードのランダム配置c^c、 c^m、 c^y 、c^k を鍵k”∈K”によって次のように、
C^c × K” → R^c £( k”，c^c )
C^m × K” → R^m £( k”，c^m )
C^y × K” → R^y £( k”，c^y )
C^k × K” → R^k £( k”，c^k )
によって算出すれば、スクリーンコードを複号化された網点の配置状態を求め、スクリーンコードを認識することができる。ここで、rⁿ∈Rⁿ、cⁿ∈ⁿ、¢( k”，cⁿ )を色nに対した暗号化関数とし、£( k”，cⁿ ) を色nに対した復号化関数，n=c，m，y，kとする。

印刷しようとする機密文書に対して暗号化、復号化を行う時に、機密文書中の文字コードをスクリーンコードに変換して、上述の符号化の方法を用いて、そのスクリーンコードを鍵によって暗号化することを行い、機密文書をスクリーンコードに暗号化された画像を求め、この画像を出力すれば、紙の上に暗号化された印刷物を得ることができる。

機密文章を読み取る時に、暗号化された機密文章の印刷物をスキャナーに読み取り、暗号化された機密文書の画像を暗号鍵によって複合化し、スクリーンコードの認識を行うことにより、機密文章元の文字などのコードを求めることができる。最後に読む者に対して本人かどうかの人体認証を行ってから、本人と確認できれば、この機密文章をディスプレイ上に表示する。

印刷設備や読み取り設備などの精度は低い場合にスクリーンコードの図形を分割でき、スクリーンコードの図形の黒い部分と白い部分の各網点をそれぞれに、分割された部分図形の網点或いは表わされる印刷階調の値と同じ数になっている集合体網点と分離体網点によって表現することができる。

集合体網点と分離体網点を構成されたドットの数が変わることによって画像の各階調を表現することができる。この場合、スクリーンコードを認識する時に、網点の数即ち網点の階調数と関係なく、集合体網点か、分離体網点かどうかだけを識別すれば、データコードに変換することができる。

紙上に印刷内容(例えば文字や伝票など)とデータコードを埋め込んだスクリーンコードと混在する場合、スクリーンコードを印刷内容の背景として埋め込むことができる。

スクリーンコードを埋め込んだ印刷領域や方向の判断は、その印刷領域の四角のうち三つ角のところに、印刷トンボを付け、その三つトンボによって、スクリーンコードの領域と方向を判断することができる。

紙上に印刷内容(例えば文字や伝票など)とデータコードを埋め込んだスクリーンコードを混在する場合、その印刷内容の周りでスクリーンコードを囲み込んでいるので、印刷の内容を改ざんすれば、周りのスクリーンコードの変動の判断によって改ざん場所を特定することが可能になり、改ざん防止システムとして応用できる。同じ理屈で、マークシートやアンケートの自動読み取りなど分野への応用に対して、スクリーンコードの変動の判断によってチェックマークを識別することもできる。

以上のように、紙の上に印刷する画像の中でデータ情報を埋め込む場合に、従来の電子透かし技術と比べると、スクリーンコードの著しい特徴は、大量な情報を埋め込むことができ、且つ画像の画質を落とさないことである。

紙を情報記録媒体として使う観点から見ると、スクリーンコードの特徴は、網点の図形の区別、方向の区別、場所の区別、色の区別によってデータコードを直接記述することである。従って、二次元コードと比べると、同じコード値、同じ識別値、同じセル値などの条件下では、スクリーンコードの情報密度が二次元コードの数倍以上になっている。以下にスクリーンコードの具体的な特徴を表に示す。

印刷情報のセキュリティ対応についてスクリーンコードを導入することによって、印刷物に対して電子ファイルと同様に暗号鍵を用いて印刷物の暗号化、復号化が実現可能になる。また、印刷物に対して新しい改ざん防止やコピー防止への応用効果を確認できる。

携帯電話を用いた場合には、スクリーンコードを埋め込んでいる画像への読み取り効果も確認できる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るスクリーンコード埋め込み装置、スクリーンコードの読取装置、スクリーンコード埋め込み方法、及びスクリーンコードの読取方法の最適な実施形態について詳細に説明する。

本発明では、普通紙に対して、図１のような埋め込み装置と読み取り装置を用いて、紙上に大量データを記録する方法を提案する。ここで、埋め込み装置は文字、数字、ローマ字や符号などを含んだコンピュータデータコードをそのデータ値の違いによってスクリーンコードに変換し、任意鍵k∈Kと暗号化関数¢( k，c )に対して、スクリーンコードの値或いは配置場所r∈Rにより、
R × K → C r → ¢ ( k，c )
を算出すると、スクリーンコードの暗号化の解を求めることができ、プリンタを用いて出力すると、紙の上に暗号化されたコンピュータデータを記録することができる。紙上に暗号化されたコンピュータデータでは、読み取り装置のスキャナーを通って紙の上に暗号化されたスクリーンコードを読み取り、復号化モジュールを通じて、上述の鍵と復号関数£ ( k，c )を用いて、暗号化されたスクリーンコードの結果c∈Cでは、
C × K → R £ ( k，c ) k∈K
によって計算すれば、スクリーンコードの復号化解Rを得ることができる。復号化されたスクリーンコードをスクリーンコード認識モジュールによってコンピュータデータコードに変換して、コンピュータデータベースに登録する、普通紙の上にデータコードを読み取る手順を行った。

（スクリーンコードの定義）
印刷スクリーン理論に基づいて、スクリーンコードの定義とは、普通紙の上に印刷された各網点に対し、その形状、場所、方向、網点を構成されているドットの数、色などの違いによって、データコード0〜9、A〜Fまたは、文字、数字、符号、図形を直接に表わすことができる。

（スクリーンコードの形態と特徴）
(1)スクリーンコード網点配置のコード値及び識別値はできる限り高い。
(2)セル分割し易い。スクリーンの密度は高く、スクリーンコードの大きさも小さく、割合に高速でセルを分割することがもっとも重要な課題である。
(3)スクリーンコードは位置ずれの影響がない。
(4)情報を含むスクリーンコードの一つ網点に対して、網点を構成されているドットを分離しない。
(5)認識しやすいスクリーンコードの形式を考慮すべきである。

一番シンプルなスクリーンコードは網点を構成されているドットの数即ち１６階調をデータコード0〜9、A〜Fという１６個の符号データコードに表わす。ここで、このスクリーンコードは一般的スクリーン原理と同様に図２のようなFMスクリーンコードと図３のようなAMスクリーンコードを分けている。スクリーンの網点の大きさはデータコードの値と一致しているので、あるセルの階調値を認識すれば、データコードの値を求めることができる。認識しやすく、精度も高い。例えば文字の”字”という文字コートはD7D6であり、AMスクリーンコードによって図４のように示す。

紙上に均一階調の印刷効果を考えると、スクリーンコードは紙の上にある階調を表現することができる。その特徴を利用して、図５のように、均一階調スクリーンコードを示す。このスクリーンコードは網点の形状、場所及び方向の違いによってデータコード0〜9、A〜Fを定義している。ここで、データコード0〜9、A〜Fは対応されているそのスクリーンコードの網点を構成しているドットの数は同様であるので、均一階調の印刷効果を得ることが可能である。

印刷や読み取りなど設備の精度が低い場合にはスクリーンの網点のドット数が少なくするため、図６のように均一階調スクリーンコードのもう一つの形式を示す。ここでは情報を記述するために、スクリーンの集合体網点と分離体網点の形状の違いを利用している。図５のスクリーンコードを分割して黒い部分を集合体網点、白い部分を分離体網点として表わすことができる。図７のようにスクリーンコードのコードDを集合体網点と分離体網点によって表現する例である。

網点の色情報を用いて図８のようにスクリーンコードを定義できる。ここで、CMYK四色の数の違い、合成された色の違いによって、データコード0〜9、A〜Fを定義している。その特徴はスクリーンコードが認識しやすい点である。つまり、スクリーンコードの色だけを認識すればいいのである。

図９のようにそのスクリーンコードは”認識しない”の文字列、”スペース”の符号或いは”白いセル”の図形と定義できる。

データコードに対応されたスクリーンコードのドット数をスクリーンコードのコード値とすると、図５のようなスクリーンコードのコード値は８である。各スクリーンコード間での異なるドットの最小の数をスクリーンコードの識別値とし、セルの中でドット全部配置したドットの数をセル値とすると、スクリーンコードのコード値及び識別値の大きいほど認識の精度は高く、逆に認識精度は低くなる。セル値は小さいほど情報密度は高くなり、逆に情報密度は小さくなる。

例えば、図１０は、”字”という文字を均一階調スクリーンコードによって示している。

ここで、セル間のドット数をセル間隔値とする、セル間隔値は大きいほど、セル分割しやすいが、情報密度は小さくなる。逆にセル間隔値は小さいほど、セル分割しにくいが、情報密度は高くなる。よって適当なセルの間隔値を選ぶことが重要である。図１１はセル間隔値が２になったスクリーンコードである。

紙上に局所的に汚れたことによって、情報が失う問題を解決するために、スクリーンコードを構成したドットを図１２のように、ランダムで紙の各ところに配置されると、紙が局所的に汚れても、破損しても、スクリーンコードの全体像は崩さないので、統計的な認識方法を用いて正確に識別することができる。すなわち、その配置方法は、紙上の画像における網点のドット数を変えずに、また、文字コードとの対応を崩さないように決められたルールに従って、ランダムな配置関係になるように、全てのドットを画像の別々の場所にランダムに配置する。

そこで、スキャナーで読める最小網点の概念を示す、SNminをスキャナーで読み取ることができる最小網点のコード値とすると、情報を画像の中に埋め込むことができる最小階調値をSNmin値以上とする。

ある画像に対して、SNmin以上の各階調に対し、元の階調値を持ったまま、即ち画像の画質に影響しないままで、スクリーンコードの網点の配置、その形状、場所、方向など情報だけを利用すれば、図１３〜１７のようにスクリーンコードの情報の埋め込みができる。その長所は画像の中で情報を埋め込むことができ、しかも画質を落とさない。スクリーンコードの埋め込みをされた画像の中で隣接されている異なる階調に対して階調度合いの区別は難しいため、図１３〜１７のように、異なる階調にとって、矩形、平行線、縦線、左斜め線、右斜め線など異なる図形の網点の配置を用いて、スクリーンコードを埋め込むことができる。

スクリーンコードの集合体網点と分離体網点の形を用いて、図１８のように集合体網点と分離体網点の数を変えることによって画像の各階調を表現することができる。しかも、画質も落とさない。

カラー画像に関したスクリーンコードの埋め込みの場合は、図１９のように、まずRIPされたC、M、Y、K四色に別々にスクリーンコードを埋め込み、次は、埋め込んだスクリーンコードが構成されたドットの所定範囲内の配置R^c、R^m、R^y、R^kは鍵k”∈K”によって、
R^c × K”→C^c r^c → ¢( k”，c^c )
R^m × K”→C^m r^m → ¢( k”，c^m )
R^y × K”→C^y r^y → ¢( k”，c^y )
R^k × K”→C^k r^k → ¢( k”，c^k )
算出すると、C、M、Y、K四色にランダムで配置させると、従来のFMスクリーンのCMYKカラー合成効果を表現することができる。スクリーンコードの認識をする場合に、上述のように、スクリーンコードをランダムで配置されたc^c、c^m、c^y、c^k は鍵k”∈K”によって、
C^c × K” → R^c £( k”，c^c )
C^m × K” → R^m £( k”，c^m )
C^y × K” → R^y £( k”，c^y )
C^k × K” → R^k £( k”，c^k )
計算すれば、元のスクリーンコードの配置に戻れる、スクリーンコードの認識を行うことができる。ここで、rⁿ∈Rⁿ，cⁿ∈Cⁿ，¢( k”，cⁿ )を色nに対した暗号化関数とし、£( k”，cⁿ )を色nに対した復号化関数、n=c，m，y，kとする。

上述原理を用いて、印刷情報の漏えい防止システムへの応用を行うことができる。具体的な例を図２０のように示す。印刷する機密文書中での文字などのデータコードをスクリーンコードへ変換し、鍵によってスクリーンコードの暗号化を行い、機密文書に対したスクリーンコードの暗号化画像になり、その画像を印刷すれば、紙の上に暗号化された機密文書の印刷物を出力することができる。機密文書を読み取る場合に、暗号化された機密文書をスキャナーに置いて、暗号化された機密文書の画像を読み取る。鍵によって復号化を行い、スクリーンコードを認識してから、機密文書の文字などコードを求める。最後に読む者にとって本人かどうかの人体認証をすると、本人の確認ができてから、機密文書をディスプレイの上に表示させる。ディスプレイの上に写真防止フィルターが掛けてあるので、デジタルカメラを持っても複写ができない。従って機密資料の流出問題に対して完全に解決することができる。その上、鍵の管理によって、機密資料の読める者や読める時間などの制限もできる。

図２１のように、紙上に印刷内容(例えば文字や伝票など)の紙の空白部分にデータコードを埋め込んだスクリーンコードを配置できるので、印刷内容とスクリーンコードを混在することができる。その長所は、スクリーンコードを印刷内容の背景として埋め込めることである。

スクリーンコードを印刷内容の背景として表現し、その背景のスクリーンの薄さを調整することもできる。印刷している内容に関するデータに対して、別の独立したデータとして、コピー防止マークなどの情報を背景に埋め込むことができる。また、その印刷内容の周りでスクリーンコードを囲み込んでいるので、印刷の内容を改ざんすれば、周りのスクリーンコードの変動の判断によって改ざん場所を特定することが可能になり、改ざん防止システムとして応用できる。

同じ理屈で、マークシートやアンケートの自動読み取りなど分野への応用に対して、チェックマークをされたところにスクリーンコードの状態が変わるので、この方法を用いてチェックマークを識別することができる。

図２２のようにスクリーンコードを埋め込んだ印刷領域や方向の判断は、その印刷領域の四角のうちの三つの角のところに、印刷トンボを付け、そのトンボによって、スクリーンコードの領域と方向を判断することができる。

紙上に大量なデータを保存できるスクリーンコードシステムを示す図である。 ４×４セルによってＦＭスクリーンコードの表現を示す図である。 ４×４セルによってＡＭスクリーンコードの表現を示す図である。 「字」という文字のＡＭスクリーンコードの表現を示す図である。 ４×４セルによって均一階調スクリーンコードの表現を示す図である。 集合体網点及び分離体網点を示す図である。 集合体網点及び分離体網点によってコードＤの表現を示す図である。 ＣＭＹＫ４色によってスクリーンコードの表現を示す図である。 文字列、符号、図形等を定義できるスクリーンコードを示す図である。 「字」という文字のスクリーンコードの表現を示す図である。 セル間隔を２としたスクリーンコードの表現を示す図である。 紙汚れに対応したスクリーンコードの配置を示す図である。 ４階調のスクリーンコードを示す図である。 ５階調のスクリーンコードを示す図である。 ６階調のスクリーンコードを示す図である。 ７階調のスクリーンコードを示す図である。 ８階調のスクリーンコードを示す図である。 各階調に対した集合体網点及び分離体網点の形式を示す図である。 スクリーンコードによるCMYKカラー合成方法を示す図である。 機密文書に対した暗号化・復号化を示す図である。 スクリーンコードと印刷内容とが混在している例を示す図である。 トンボを用いたスクリーンコード印刷範囲及び方向の表示を示す図である。

Claims (3)

1. コンピュータデータ処理モジュール、スクリーンコード埋め込みモジュール、暗号鍵による暗号化モジュール、及び印刷出力モジュールを含むスクリーンコード埋め込み装置と、
   スキャン入力モジュール、暗号鍵による復号化モジュール、スクリーンコード識別モジュール、及びデータ情報登録モジュールを含むスクリーンコード読み取り装置とを備えたシステムの下で、紙上にデータ情報を印刷し、読み取る場合のスクリーンコードの処理方法であって、
   スクリーンコード埋め込み装置について、
   (1) コンピュータデータ処理モジュールが、メモリからコンピュータデータを読み出し、スクリーンコード埋め込みモジュールへ出力するステップと、
   (2)スクリーンコード埋め込みモジュールが、前記コンピュータデータを埋め込む対象となる画像の各階調の値を変えないように、網点の形状の違いによって、コンピュータデータのコードを、０から９及びＡからＦを示す１６個の符号のコード値のうちのいずれかのコード値を有するスクリーンコードに変換するステップと、
   (3)暗号化モジュールが、暗号鍵をk∈K、ステップ(2)において前記画像に配置されるスクリーンコードのコード値の解をr∈R、暗号鍵kに関する暗号化関数を¢(k, c)とした場合に、以下の式により、前記画像に配置されるスクリーンコードに対して暗号化の算出を行い、
   R × K → C r → ¢( k，c )
   前記画像に配置されるスクリーンコードを暗号化した新たな解（コード値）c∈Cを求めるステップと、
   (4)印刷出力モジュールが、前記暗号化されたスクリーンコードを画像に埋め込み、新たな画像として紙上に印刷出力するステップとを有し、
   スクリーンコード読み取り装置について、
   (5)スキャン入力モジュールが、前記印刷出力された紙上から画像入力装置を用いて、暗号化されたスクリーンコードが埋め込まれた画像を読み出すステップと、
   (6)復号化モジュールが、前記鍵k∈K、読み出された画像のうちの暗号化されたスクリーンコードの新たなコード値の解をc∈C、逆関数である復号化関数を£(k, c)とした場合に、以下の式により復号化の算出を行い、
   C × K → R c → £( k，c )
   復号化したスクリーンコードのコード値の解r∈Rを求めるステップと、
   (7)スクリーンコード識別モジュールが、前記復号化されたスクリーンコードによって表れている各々の網点からスクリーンコードを認識し、該スクリーンコードをコンピュータデータのコードに変換するステップと、
   (8)データ登録モジュールが、前記変換されたコンピュータデータを登録するステップとを有することを特徴とするスクリーンコードの処理方法。
2. 請求項１に記載のスクリーンコード処理方法において、
   前記ステップ(2)は、前記コンピュータデータを埋め込む対象となる画像の各階調の値を変えないように、網点の形状の違いによって、コンピュータデータのコードを、０から９及びＡからＦを示す１６個の符号のコード値のうちのいずれかのコード値を有するスクリーンコードであって、分離体網点により構成されたスクリーンコードに変換することを特徴とするスクリーンコードの処理方法。
3. スクリーンコード埋め込み装置とスクリーンコード読み取り装置とを備え、紙上にデータ情報を印刷し、該データ情報を読み取るスクリーンコードの処理システムであって、
   スクリーンコード埋め込み装置は、
   (1)メモリからコンピュータデータを読み出し、スクリーンコード埋め込みモジュールへ出力するコンピュータデータ処理モジュールと、
   (2) 前記コンピュータデータを埋め込む対象となる画像の各階調の値を変えないように、網点の形状の違いによって、コンピュータデータのコードを、０から９及びＡからＦを示す１６個の符号のコード値のうちのいずれかのコード値を有するスクリーンコードに変換するスクリーンコード埋め込みモジュールと、
   (3)暗号鍵をk∈K、ステップ(2)において前記画像に配置されるスクリーンコードのコード値の解をr∈R、暗号鍵kに関する暗号化関数を¢(k, c)とした場合に、以下の式により前記画像に配置されるスクリーンコードに対して暗号化の算出を行い、
   R × K → C r → ¢( k，c )
   前記画像に配置されるスクリーンコードを暗号化した新たな解（コード値）c∈Cを求める暗号化モジュールと、
   (4) 前記暗号化されたスクリーンコードを画像に埋め込み、新たな画像として紙上に印刷出力する印刷出力モジュールとを備え、
   スクリーンコード読み取り装置は、
   (5)前記印刷出力された紙上から画像入力装置を用いて、暗号化されたスクリーンコードが埋め込まれた画像を読み出すスキャン入力モジュールと、
   (6)前記鍵k∈K、読み出された画像のうちの暗号化されたスクリーンコードの新たなコード値の解をc∈C、逆関数である復号化関数を£(k, c)とした場合に、以下の式により復号化の算出を行い、
   C × K → R c → £( k，c )
   復号化したスクリーンコードのコード値の解r∈Rを求める復号化モジュールと、
   (7)前記復号化されたスクリーンコードによって表れている各々の網点からスクリーンコードを認識し、該スクリーンコードをコンピュータデータのコードに変換するスクリーンコード識別モジュールと、
   (8)前記変換されたコンピュータデータを登録するデータ登録モジュールとを備えたことを特徴とするスクリーンコードの処理システム。

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