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KR101509877B1 - 이미지로부터 생성한 워터마크를 이미지에 삽입하는 기법에 의한 워터마킹 방법 및 장치 - Google Patents

이미지로부터 생성한 워터마크를 이미지에 삽입하는 기법에 의한 워터마킹 방법 및 장치 Download PDF

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KR101509877B1
KR101509877B1 KR20130006521A KR20130006521A KR101509877B1 KR 101509877 B1 KR101509877 B1 KR 101509877B1 KR 20130006521 A KR20130006521 A KR 20130006521A KR 20130006521 A KR20130006521 A KR 20130006521A KR 101509877 B1 KR101509877 B1 KR 101509877B1
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이철희
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에스케이씨앤씨 주식회사
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Abstract

이미지로부터 생성한 워터마크를 이미지에 삽입하는 기법에 의한 워터마킹 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 워터마킹 방법은, 제1 이미지를 이용하여 워터마크를 생성하고, 생성된 워터마크가 삽입될 제2 이미지 상의 위치를 결정하여 워터마크를 삽입한다. 이에 의해, 이미지로부터 생성한 워터마크를 다른 이미지에 삽입하여 다른 이미지에 대한 무결성 검증이 가능해진다.

Description

이미지로부터 생성한 워터마크를 이미지에 삽입하는 기법에 의한 워터마킹 방법 및 장치{Watermarking Method and Apparatus for Inserting Watermark Created from an image into another image}
본 발명은 워터마킹 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지 또는 이미지가 기록된 매체에 대한 무결성 검증을 위해 이미지에 워터마크를 삽입하는 워터마킹 방법 및 장치에 관한 것이다.
전자여권은 MRZ(Machine-Readable Zone)의 정보에 해당하는 여권번호, 영문성명, 성별, 주민등록번호 등이 IC 칩/카드(Integrated Circuit Chip/Card) 내부에 암호화되어 저장된다. 전자주민카드(전자주민등록증)는 주민등록번호, 주소, 지문 등의 정보가 IC 칩/카드에 저장된다.
전자여권의 경우 전 세계 모든 국가에서 동일하게 정보를 판독하여야 하기 때문에, 상호 호환성 확보를 위해 얼굴, 지문, 홍채 정보들은 이미지 원형으로 저장되어야 하며, 판독 속도 향상을 위해 얼굴, 홍채는 JPEG 또는 JPEG200 포맷으로, 지문은 WSQ 포맷으로 압축 저장하도록 규정하고 있다.
전자주민카드의 경우도 지문의 경우 위와 같은 전자여권의 사례에 따라 이미지 원형으로 압축되어 IC 칩/카드 내에 저장될 가능성이 높다.
그런데, 전자여권 내의 IC 칩/카드와 프로토콜 호환만 갖춘다면 어떠한 리더를 통해서도 전자여권 내의 IC 칩/카드에 저장된 정보를 읽어들여 변조하는 것은 물론, 이를 위조하여 가짜 전자여권을 만들 수도 있다. 이는, 전자주민카드에 대해서도 마찬가지일 것이다.
특히, 전자여권이나 전자주민카드에 저장된 증명사진은 암호화되어 저장되어 있지 않았기 때문에, 위조/변조의 위험성이 더욱 높다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전자여권이나 전자주민카드에 저장되어 있는 지문 정보에 대한 기밀성과 얼굴 이미지 정보에 대한 무결성을 동시에 제공하기 위해 본인을 식별할 수 있는 지문 정보에서 선택된 일부의 특징점들을 이용한 얼굴 이미지 워터마킹 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이미지로부터 생성한 워터마크를 다른 이미지에 삽입하는 기법에 의한 워터마킹 방법 및 장치를 제공함에 있다. 아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 위 워터마킹 방법 및 장치에 대응하는 무결성 검증 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 워터마킹 방법은, 제1 이미지를 이용하여 워터마크를 생성하는 단계; 상기 생성단계에서 생성된 워터마크가 삽입될 제2 이미지 상의 위치를 결정하는 단계; 및 상기 워터마크를 상기 결정단계에서 결정된 위치에 삽입하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 생성단계는, 상기 제1 이미지로부터 특징점들을 추출하는 단계;를 포함하고, 상기 특징점들의 위치 정보들로 워터마크를 생성할 수 있다.
또한, 상기 생성단계는, 상기 특징점들의 위치 정보(x,y)들 각각에 대해 |(x-y)|들을 산출하는 단계; 및 산출된 |(x-y)|들 중 일부를 선택하는 단계;를 더 포함하고, 선택된 일부로 워터마크를 생성할 수 있다.
그리고, 상기 선택된 일부는, 상기 산출된 |(x-y)|들 중 크기가 큰 상위 m개(m : 자연수)일 수 있다.
또한, 상기 생성단계는, 선택된 일부를 동일 자리수의 이진수들로 변환한 후 나열하여 워터마크를 완성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 결정단계는, 랜덤으로 중복하지 않게 생성한 비밀키들을 나열하여 비밀키 배열을 생성하는 단계; 및 상기 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들이 삽입될 위치들을, 상기 비밀키 배열에 나열된 비밀키들이 지시하는 상기 제2 이미지의 위치들로 각각 선정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 선정단계는, 상기 제2 이미지를 구성하는 블록들 중, 상기 워터마크 비트들이 각각 삽입될 블록들을 선정할 수 있다.
그리고, 상기 삽입단계는, 상기 제2 이미지에 대한 Y-이미지에 상기 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들을 삽입할 수 있다.
또한, 상기 삽입단계는, 상기 Y-이미지의 AC 계수들 중 일부에 상기 워터마크 비트들을 삽입할 수 있다.
그리고, 상기 워터마크 비트들이 삽입되는 일부의 AC 계수들은, 절대값 크기가 큰 상위 n개(n : 자연수)일 수 있다.
또한, 상기 제2 이미지는 다수의 블록들로 분할되며, 동일 블록에 포함된 AC 계수들에는, 동일한 워터마크 비트가 삽입될 수 있다.
그리고, 상기 삽입단계는, 상기 AC 계수들의 소수점 위 가장 큰 자리수와 가장 작은 자리수를 제외한 자리수에 워터마크 비트를 삽입할 수 있다.
또한, 상기 삽입 단계는, 워터마크 비트가 "1"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 자리수를 홀수 및 짝수 중 어느 하나로 설정하고, 상기 워터마크 비트가 "0"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 자리수를 홀수 및 짝수 중 다른 하나로 설정할 수 있다.
그리고, 상기 삽입단계는, 상기 AC 계수들의 소수점 아래는 버리고, 소수점 위 가장 작은 자리수는 "5"로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지는, 동일인의 각기 다른 신체 부위들에 대한 이미지들일 수 있다.
그리고, 상기 제1 이미지는, 지문 이미지이고, 상기 제2 이미지는, 얼굴 이미지일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 워터마킹 장치는, 제1 이미지를 이용하여 워터마크를 생성하고, 생성된 워터마크가 삽입될 제2 이미지 상의 위치를 결정하며, 상기 워터마크를 결정된 위치에 삽입하는 프로세서; 및 상기 프로세서가 상기 워터마크를 생성하고, 상기 위치를 결정하며, 상기 워터마크를 삽입하는 과정에 필요한 저장공간을 제공하는 저장부;를 포함한다.
다른 한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 무결성 검증 방법은, 워터마킹된 제2 이미지로부터 워터마크 비트들을 추출하는 단계; 상기 워터마크의 삽입 위치 정보를 이용하여, 상기 워터마크 비트들을 원위치로 배열하여 워터마크를 복원하는 단계; 상기 제2 이미지에 삽입된 워터마크를 생성하는데 이용된 제1 이미지의 인덱스 정보로부터 워터마크를 생성하는 단계; 및 상기 복원단계에서 복원된 워터마크와 상기 생성단계에서 생성된 워터마크를 비교하여, 제2 이미지의 무결성을 판단하는 단계;를 포함한다.
또 따른 한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 무결성 검증 장치는, 워터마킹된 제2 이미지로부터 워터마크 비트들을 추출하고, 상기 워터마크의 삽입 위치 정보를 이용하여 상기 워터마크 비트들을 원위치로 배열하여 워터마크를 복원하며, 상기 제2 이미지에 삽입된 워터마크를 생성하는데 이용된 제1 이미지의 인덱스 정보로부터 워터마크를 생성하고, 복원된 워터마크와 생성된 워터마크를 비교하여 제2 이미지의 무결성을 판단하는 프로세서; 및 상기 프로세서가 상기 워터마크 비트들을 추출하고, 상기 워터마크를 복원하며, 상기 워터마크를 생성하는 과정에 필요한 저장공간을 제공하는 저장부;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 이미지로부터 생성한 워터마크를 다른 이미지에 삽입하여 다른 이미지에 대한 무결성 검증이 가능해진다.
특히, 전자여권 및 전자주민카드 IC 칩/카드 내부에 저장된 지문 정보의 기밀성 및 얼굴 이미지 정보의 무결성을 제공하기 위해 본인을 식별할 수 있는 지문 정보에서 선택된 일부의 특징점들을 추출하여 본인 얼굴 사진에 워터마크로 삽입하여, 무결성 검증이 가능해진다.
특히, 지문 이미지의 특징점들의 인덱스 정보들로 워터마크를 생성하기 때문에 워터마크 예측이나 추정이 매우 어렵다. 또한, 워터마크가 삽입되는 블록들을 랜덤하게 선정하므로 보안성이 우수하다.
아울러, 워터마크 크기를 비교적 작게 하고, 이들을 데이터 크기가 큰 Y-이미지의 AC 계수들에 삽입하고, DC 계수에는 삽입하지 않아, 워터마크의 비가시성을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 계수 우기성을 이용하여 워터마크를 삽입함은 물론 워터마크가 삽입된 자리수 보다 작은 자리수를 "5"로 유지시킴으로서, 영상 처리 과정이나 노이즈 인입에 대해 워터마크가 견고하다는 장점이 있다.
도 1은 지문 이미지로부터 워터마크를 생성하는 과정의 설명에 제공되는 도면,
도 2는 지문 이미지와 지문 이미지로부터 특징점들을 추출한 결과를 예시한 도면,
도 3은 특징점들에 대한 인덱스 정보들 및 이를 이용한 워터마크 생성 과정의 부연 설명에 제공되는 도면,
도 4는 비밀키 배열 및 이를 이용한 워터마크 위치 변경의 설명에 제공되는 도면,
도 5는 증명사진에 워터마크를 삽입하는 과정의 설명에 제공되는 도면,
도 6은 블록 내 워터마크 비트 삽입 방법을 나타낸 도면,
도 7은 블록 내에서 워터마크 비트를 삽입할 AC 계수들을 선정하는 방법을 나타낸 도면,
도 8은 워터마크 비트 삽입 기법을 정리한 도면,
도 9는 전자여권의 IC 칩/카드에 저장된 증명사진의 무결성 검증 과정의 설명에 제공되는 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자여권 기록장치의 블록도, 그리고,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자여권 심사장치의 블록도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 지문 이미지로부터 워터마크를 생성하고, 생성된 워터마크를 전자여권의 IC 칩/카드(Integrated Circuit Chip/Card)에 저장할 증명사진에 삽입하여 증명사진/전자여권의 무결성을 보장하기 위한 워터마킹 기법에 대해 상세히 설명한다.
1. 워터마크 생성
도 1은 지문 이미지로부터 워터마크를 생성하는 과정의 설명에 제공되는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 지문 이미지를 획득하여(S110), 특징점들을 추출한다(S120). 도 2의 좌측에는 지문 이미지를 예시하였고, 도 2의 우측에는 좌측의 지문 이미지로부터 특징점들을 추출한 결과를 예시하였다.
S120단계에서 추출되는 특징점들에는, 융선이 시작되거나 끝나는 곳인 단점, 융선이 갈라지는 곳인 분기점, 지문의 유선 중 방향이 급격하게 변하는 곳인 중심점, 융선이 세 방향으로 나뉘어지는 곳인 삼각주 등이 포함된다.
이후, S120단계에서 추출된 특징점들의 인덱스 정보(좌표 정보)들을 획득한다(S130). S130단계를 통한 인덱스 정보 획득 결과를 도 3의 (a)에 나타내었다.
도 3의 (a)에 나열된 정보는, 지문 이미지 크기를 '256×256'으로 가정하고 특징점들의 인덱스 정보(좌표 정보)들을 [x 좌표][y 좌표] 형식으로, [0][0] 부터 [255][255] 까지의 순서로 나타낸 것이다.
따라서, 도 3의 (a)에 나열된 인덱스 정보는 지문 이미지에서 특징점들이 (12,6), (15,102), (35,201), (47,95), (56,62), (58,34) 등에 위치함을 나타낸다.
S130단계에서 획득된 인덱스 정보들은 전자여권번호와 매칭되어 법무부 서버의 DB에 저장된다(S140). 이는, 워터마킹된 증명사진에 대한 무결성 검증에 이용되기 때문이다.
또한, S130단계에서 획득된 인덱스 정보들 각각에 대해, x 좌표에서 y 좌표를 뺀 결과의 절대값 |(x-y)|을 산출한다(S150). S150단계에서, 뺄셈 연산을 적용한 이유는 산출 결과가 8비트를 넘지 않도록 하기 위함이며, 절대값을 취한 이유는 산출 결과가 음수로 발생하지 않도록 하기 위함이다.
도 3의 (b)에는 S150단계를 수행한 결과를 나타내었다. 도 3의 (b)에 도시된 바에 따르면, 인덱스 정보들 각각에 대해 |(x-y)|을 산출한 결과로, 6, 87, 166, 48, 6, 24 등이 산출되었음을 확인할 수 있다.
이후, S150단계에서 산출된 연산 결과값들을 내림차순으로 정렬한다(S160). 이때, 연산 결과값이 동일한 것들에 대해서는, x 좌표가 큰 연산 결과값을 먼저 배열한다. S160단계에서의 정렬결과를 도 3의 (c)에 나타내었다.
마지막으로, S160단계에서 내림차순으로 정렬된 연산 결과값들 중 상위 8개(1번째부터 8번째까지 8개)를 선택하고, 선택된 8개를 8자리의 이진수들로 변환한 후 나열하여 64(=8×8) 비트의 워터마크를 생성한다(S170). S170단계에서의 연산 결과값들을 이진수들로 변환한 결과가 도 3의 (d)에 나타내었다.
상기에 기술된 워터마크 생성 방법을 적용하는 이유는, 이미지 판독 속도 향상과 보안성을 동시에 제공하는 의미 있는(사용자 생체 정보 패턴 특징에 의존하여 생성한 워터마크 정보) 소량(64bit)의 워터마크 정보를 생성하기 위함이다.
2. 비밀키 배열 생성 및 워터마크 삽입 위치 결정
지금까지, 지문 이미지로 워터마크를 생성하는 과정에 대해 상세히 설명하였다. 이하에서, 생성된 워터마크를 증명사진에 삽입하는 기법에 대해 상세히 설명한다.
워터마크를 증명사진에 단순하게 삽입하는 경우 공격자에 의해 쉽게 추출될 수 있다. 따라서, 제안하는 기법에서는 비밀키들을 랜덤으로 생성하여 배열하고, 비밀키 배열에 따라 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들의 삽입 위치가 랜덤하게 결정되도록 하였다.
2.1 비밀키 배열 생성
비밀키 배열은, 먼저 63개의 랜덤 넘버들을 생성하고, 생성된 랜덤 넘버들을 비밀키들로 배열하여 완성한다. 이때, 랜덤 넘버는 현재 시각을 64로 나눈 나머지로 생성할 수 있다. 예를 들어, 현재 시각이 13시 10분 7초인 경우, 랜덤 넘버는 현재 시각을 초 단위로 환산한 47,407초(=13*3600+10*60+7)를 64로 나눈 나머지 47이 랜덤 넘버로 생성된다.
이때, 나중에 생성되는 비밀키는 먼저 생성된 비밀키와 중복되지 않도록 한다. 예를 들어, 첫 번째 생성된 비밀키[0]이 "47"인데, 두 번째 비밀키[1]로 생성된 랜덤 넘버도 "47"인 경우, 랜덤 넘버를 다시 생성하여 "47"이 아닌 경우 비밀키[1]로 한다. 이와 같은 원리로, 세 번째 비밀키[2]로 생성된 랜덤 넘버는 첫 번째 비밀키[0] 및 두 번째 비밀키[1]와 중복되지 않도록 한다.
이에 의해, 비밀키 배열에는 0~63이 중복 없이 한 번씩 랜덤하게 포함되는데, 도 4의 중앙에는 비밀키 배열을 예시하였다. 한편, 완성된 비밀키 배열 정보는 전자여권번호와 매칭되어 법무부 서버의 DB에 저장된다. 이는, 워터마킹된 증명사진에 대한 무결성 검증에 이용되기 때문이다.
2.2 비밀키 배열로 워터마크 삽입 블록 결정
비밀키 배열은 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들이 삽입될 위치들을 결정하는데 사용된다.
구체적으로, '앞서 생성된 워터마크를 구성하는 64 비트들'을 '비밀키 배열에 나열된 비밀키들이 지시하는 인덱스들(위치들)'에 배열하는 방식으로, 워터마크 비트들의 삽입 위치들을 결정한다.
여기서, 비밀키가 지시하는 인덱스는 증명사진을 구성하는 블록들 중 하나를 지정한다. 즉, 비밀키에 의해 지정된 위치의 블록에 워터마크 비트가 삽입되는 것으로 이해하면 된다.
도 4의 좌측에 도시된 워터마크를 구성하는 첫 번째 비트 "1"은 비밀키 배열에 나열된 첫 번째 비밀키 "Key[0]"이 지시하는 인덱스 "47"에 배열된다. 도 4의 우측에 도시된 바와 같이 인덱스 "47"은 증명사진을 구성하는 블록들 중 위치가 (8,6)인 블록을 지정한다. 따라서, 워터마크를 구성하는 첫 번째 비트 "1"은 증명사진의 (8,6) 블록에 삽입된다.
마찬가지로, 워터마크를 구성하는 두 번째 비트 "0"은 비밀키 배열에 나열된 두 번째 비밀키 "Key[1]"이 지시하는 인덱스 "5"가 지정하는 (1,6) 블록에 삽입되고, 워터마크를 구성하는 세 번째 비트 "0"은 비밀키 배열에 나열된 세 번째 비밀키 "Key[2]"이 지시하는 인덱스 "7"가 지정하는 (1,8) 블록에 삽입된다.
3. 워터마크 삽입
지금까지, 지문 이미지를 이용하여 워터마크를 생성하고, 워터마크의 삽입 위치 정보라 할 수 있는 비밀키 배열을 생성하는 과정에 대해 상세히 설명하였다. 이하에서는, 원본 이미지가 없어도 워터마크 추출이 가능한 블라인드 워터마킹 방법으로, 계수 우기성을 이용하여 워터마크를 증명사진(256×256의 JPEG 이미지로 상정)에 삽입하는 과정에 대해, 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
3.1. 워터마크 삽입 계수 선택
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 증명사진을 획득하고, 획득된 증명사진을 RGB 포맷으로부터 YCbCr 포맷으로 변환한다. 후술하겠지만, 워터마크는 Y-이미지에 삽입될 것이기 때문에, RGB 포맷으로 이루어진 JPEG 이미지인 증명사진을 YCbCr 포맷으로 변환하는 것이다.
Y-이미지에 워터마크를 삽입하는 이유는, Cr이나 Cb은 정보량이 작아 워터마크 삽입시 색상 왜곡이 심하게 발생할 수 있는 반면, Y는 정보량이 커서 워터마크 삽입시에도 휘도 왜곡이 심하게 발생하지 않아 워터마크의 비가시성이 향상되기 때문이다. 인간의 시각은 색상 보다 밝기에 민감하기 때문에, 이미지에서 Y의 정보량이 Cr이나 Cb의 정보량 보다 크다.
이후, Y-이미지를 32×32 크기의 블록들로 분할하여 블록 단위로 DCT(Discrete Cosine Transform)하여, DCT 계수들을 정렬한다. Y-이미지의 크기는 256×256 이므로, 64(=8×8)개의 블록들로 분할된다.
분할된 64개의 블록들에는 워터마크를 구성하는 64개의 비트들이 하나씩 삽입되는데, 삽입되는 워터마크 비트는 비밀키 배열에 의해 결정된다. 즉, 위치가 (1,1)인 블록에는 인덱스가 "0"인 비밀키에 매칭된 워터마크 비트가 삽입된다.
도 4를 참조하여 설명하면, (8,6) 블록에는 인덱스가 "47"인 비밀키 Key[0]에 매칭된 워터마크 비트 "1"이 삽입되는 것이다. 또한, (1,6) 블록에는 인덱스가 "5"인 비밀키 Key[1]에 매칭된 워터마크 비트 "0"이 삽입되고, (1,8) 블록에는 인덱스가 "7"인 비밀키 Key[2]에 매칭된 워터마크 비트 "0"이 삽입된다.
한편, DCT된 블록은 1개의 DC 계수와 1,023개의 AC 계수들을 포함하는데, 이 계수들 모두에 워터마크 비트들이 삽입되지 않는다. 이들 중 10개의 AC 계수들에만 워터마크 비트가 삽입된다. 10개의 AC 계수들에 삽입되는 워터마크 비트는 동일하다.
도 6에는 (1,1) 블록에 대한 워터마크 비트 삽입 방법을 나타내었는데, 도시된 바와 같이 (1,1) 블록에서 검게 표시된 10개의 AC 계수들에만 워터마크 비트가 삽입된다.
워터마크 비트를 삽입할 AC 계수들을 선정하는 방법이 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 1,023개의 AC 계수들을 절대값 크기에 따라 내림차순으로 재정렬한 후 상위 10개를 워터마크 비트를 삽입할 AC 계수들로 선택하게 된다. 즉, 블록에 포함된 1,023개의 AC 계수들 중 절대값 크기가 큰 10개의 AC 계수들에만 워터마크 비트를 삽입하는 것이다.
DC 계수는 블록의 휘도 평균값을 나타내는 가장 중용한 정보로, DC 계수에 워터마크 삽입시 휘도 왜곡이 심하게 발생할 수 있어, 여기에는 워터마크 비트를 삽입하지 않는 것으로 구현하였다.
또한, AC 계수들 중 절대값 크기가 큰 10개의 AC 계수들에만 워터마크 비트를 삽입하여 발생할 수 있는 휘도 왜곡을 최소화하여, 워터마크의 비가시성이 향상되도록 하였다.
상기한 바와 같이 AC계수들을 재정렬하고 계수 크기가 큰 상위 10개를 선택하여 워터마크를 삽입하는 이유는, AC계수 값이 큰 값에 워터마크를 삽입해야 JPEG 압축과 같은 이미지 공격에 워터마크를 보호할 가능성이 커지기 때문이다.
3.2 선택된 AC 계수들에 워터마크 비트 삽입
이하에서는, 앞서 선택된 10개의 AC 계수들에 워터마크 비트를 삽입하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 제안하는 방법에서는 계수 우기성을 이용한 블라인드 워터마킹을 이용한다.
AC 계수에서 워터마크 비트가 삽입되는 위치는 10의 자리수이다. 100의 자리수에 워터마크 비트를 삽입하면 휘도 왜곡이 발생할 여지가 있고, 1의 자리수에 워터마크 비트를 삽입하면 영상 처리 과정이나 노이즈 인입에 의해 워터마크 비트 자체가 왜곡될 수 있기 때문에, 양자의 절충점(소수점 위의 가장 큰 자리수와 가장 작은 자리수를 제외한 자리수)인 10의 자리수를 워터마크 비트가 삽입되는 위치로 선정하였다.
구체적으로, 워터마크 비트가 "0"인 경우 AC 계수의 10의 자리수가 짝수가 되고, 워터마크 비트가 "1"인 경우 AC 계수의 10의 자리수가 홀수가 되도록 하는 방식으로 워터마크를 삽입한다.
이를 위해, 워터마크 비트가 "0"인 경우, AC 계수의 10의 자리수가 홀수이면 10의 자리수를 하나 증가(AC 계수가 양수이면 10이 가산(+10) 되고, AC 계수가 음수이면 10이 감산(-10))시켜 짝수로 전환시킨다.
이는, 워터마크 삽입 과정에서 AC 계수의 절대값 순위가 바뀌어, 후술할 워터마크 추출 과정에서 오류가 생기는 것을 방지하기 위함이다. 예를 들어, AC 계수 "-100"에 10이 가산되어 "-90"으로 변환된 경우, 절대값이 줄어들어 워터마크 추출 과정에서 수행되는 절대값 상위 10개의 AC 계수 선정에서 누락되는 문제가 발생할 수 있다.
반대로, 워터마크 비트가 "1"인 경우 AC 계수의 10의 자리수가 짝수이면 10의 자리수를 하나 증가(AC 계수가 양수이면 10이 가산(+10) 되고, AC 계수가 음수이면 10이 감산(-10))시켜 홀수로 전환시킨다.
한편, 워터마크 비트가 삽입되는 AC 계수의 1의 자리수는 "5"로 고정시키고, 소수점 이하는 버린다. AC 계수의 1의 자리수는 "5"로 고정시키는 이유는, 1의 자리수가 "9" 또는 "1"인 경우 영상 처리 과정이나 노이즈 인입에 의해 10의 자리가 증가 또는 감소하게 되어, 궁극적으로 워터마크 비트에 왜곡이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
도 8에는 지금까지 설명한 워터마크 비트 삽입 기법을 구체적으로 구분하여 정리하였다.
3.3 워터마킹된 증명사진 기록
전술한 방법에 의해 Y-이미지를 구성하는 모든 블록들에 대해 워터마크 비트 삽입이 완료되면, 도 5의 중간에 도시된 바와 같이 Y-이미지를 IDCT 하고, YCbCr 포맷의 증명사진을 RGB 포맷의 증명사진으로 역변환하여, 워터마킹된 증명사진을 생성한다. 워터마킹된 증명사진은 전자여권(P)의 IC 칩/카드에 기록한다.
4. 증명사진 무결성 검증
이하에서는, 도 5에 도시된 전자여권(P)의 IC 칩/카드에 기록된 워터마킹된 증명사진을 RF 리더(R)를 통해 읽어들이고, 법무부 서버(S)로부터 DB(D)에 저장된 '지문 이미지의 특징점들에 대한 인덱스 정보'와 '비밀키 배열 정보'를 전달받아, 워터마킹된 증명사진에 대한 무결성 검증을 수행하는 과정에 대해, 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 먼저 전자여권의 IC 칩/카드에 저장된 워터마킹된 증명사진을 읽어들인다(S205). 그리고, 읽어들인 워터마킹된 증명사진을 RGB 포맷으로부터 YCbCr 포맷으로 변환한다(S210).
다음, 256×256 크기의 Y-이미지를 32×32 크기의 블록들로 분할하여 블록단위로 DCT 하고(S215), 64개의 블록 별로, AC 계수들을 절대값 크기에 따라 내림차순으로 재정렬한다(S220). 그리고, 64개 블록 별로, 상위 10개의 AC계수들을 참고로 워터마크 비트를 판독하여, 64 비트의 워터마크 추출한다(S225).
구체적으로, S225단계에서의 워터마크 비트 판별은 상위 10개의 AC계수들의 10의 자리수들을 참고로 수행되는데, 홀수가 많은 경우에는 워터마크 비트를 "1"로 판별하고, 짝수가 많은 경우에는 워터마크 비트를 "0"으로 판별한다.
이후, 법무부 서버(S)를 통해 DB(D)로부터 비밀키 배열을 전달받아(S230), 비밀키 배열을 참조로 S225단계에서 추출된 워터마크 비트들을 원위치로 배열한다(S235). S235단계에서의 원위치 배열은, 도 4의 우측에 나타난 워터마크 배열을, 도 4의 중앙에 나타난 비밀키 배열을 참고로, 도 4의 좌측에 나타난 워터마크 배열로 되돌리는 과정으로 이해하면 된다.
다음, S235단계에서 워터마크 비트들이 원위치로 배열된 워터마크를 8비트 씩 10진수로 변환하여 워터마크를 복원한다(S240).
그리고, 법무부 서버(S)를 통해 DB(D)로부터 인덱스 정보들을 전달받아(S245), 인덱스 정보들 각각에 대해 |(x-y)|를 산출한다(S250). S245단계에서 전달받는 인덱스 정보들은, 워터마크 생성시 지문 이미지에서 추출한 특징점들의 인덱스 정보(좌표 정보)들이다.
이후, S250단계에서 산출된 연산 결과값들을 내림차순으로 정렬하고(S255), 상위 8개의 연산 결과값들을 선택한다(S260).
끝으로, S240단계의 결과물과 S260단계의 결과물을 비교하여, 양자가 일치하는 경우 전자여권의 IC 칩/카드에 저장된 증명사진은 무결성이 확보된 것으로 판단한다(S265).
만약, S240단계의 결과와 S260단계의 결과가 일치하지 않는다면, 증명사진 또는 전자여권이 위조 또는 변조된 것으로 취급할 수 있다.
5. 전자여권 기록장치
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자여권 기록장치의 블록도이다. 도시된 전자여권 기록장치(300)는, 여권정보, 사용자의 지문 이미지 및 전술한 기법에 따라 워터마킹된 증명사진을 사용자의 전자여권(P) 내에 마련된 IC 칩/카드에 기록하기 위한 장치이다. 기록과정에서, 전자여권 기록장치(300)는 워터마킹 장치로도 기능한다.
이와 같은 기능을 수행하는 전자여권 기록장치(300)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 디스플레이(310), RF 라이터(320), 프로세서(330), 통신 인터페이스(340) 및 저장부(350)를 구비한다.
디스플레이(310)는 전자여권 기록장치(300)가 동작하는 중에 제공되는 시각 정보들로, 지문 이미지, 증명사진, 여권정보, 기록완료 안내 메세지 등이 표시된다.
RF 라이터(320)는 여권정보, 지문 이미지 및 워터마킹된 증명사진을 전자여권(P) 내에 마련된 IC 칩/카드에 기록할 수 있음은 물론, IC 칩/카드에 기록된 정보, 이미지 등을 읽어들일 수도 있다.
프로세서(330)는 도 1 내지 도 8에 도시된 워터마킹 기법에 따라 지문 이미지로부터 워터마크를 생성하고, 생성된 워터마크를 증명사진에 삽입한다.
통신 인터페이스(340)는 프로세서(330)에 의한 워터마킹 과정에서 발생한 '지문 이미지의 특징점들에 대한 인덱스 정보'와 '비밀키 배열 정보'를 법무부 서버(S)를 통해 DB(D)에 전달하여 저장한다.
저장부(350)는 프로세서(330)에 의한 워터마킹 과정에서 필요한 저장공간을 제공하는 저장매체이다.
6. 전자여권 심사장치
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자여권 심사장치의 블록도이다. 도시된 전자여권 심사장치(400)는, 전자여권 내에 마련된 IC 칩/카드로부터 여권정보, 지문 이미지 및 증명사진을 읽어들여, 입국 심사 또는 출국 심사에 제공하기 위한 장치이다. 심사과정에서, 본 실시예에 따른 전자여권 심사장치(400)는 무결성 검증 장치로도 기능한다.
이와 같은 기능을 수행하는 전자여권 심사장치(400)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 디스플레이(410), RF 리더(420), 프로세서(430), 통신 인터페이스(440) 및 저장부(450)를 구비한다.
RF 리더(420)는 출/입국자의 전자여권(P) 내의 IC 칩/카드에 기록된 여권정보, 지문 이미지 및 워터마킹된 증명사진을 읽어들인다.
디스플레이(410)는 출입국 관리자의 출입국 심사를 위한 시각 정보들로, RF 리더(420)가 읽어들인 여권정보, 지문 이미지, 워터마킹된 증명사진, 무결성 검증 결과(전자여권/증명사진 위/변조 여부)를 표시한다.
프로세서(430)는 도 9에 도시된 증명사진 무결성 검증 기법에 따라, 워터마킹된 증명사진에 대한 무결성 검증을 수행한다.
통신 인터페이스(440)는 프로세서(430)에 의한 무결성 검증 과정에 필요한 '지문 이미지의 특징점들에 대한 인덱스 정보'와 '비밀키 배열 정보'를 법무부 서버(S)를 통해 DB(D)로부터 수신하여 프로세서(430)에 전달한다.
저장부(450)는 프로세서(430)에 의한 무결성 검증 과정에서 필요한 저장공간을 제공하는 저장매체이다.
7. 변형예
지금까지, 지문 이미지로부터 워터마크를 생성하여 증명사진에 삽입하는 워터마킹 기법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서 언급한 전자여권은 지문 정보와 증명사진 등의 디지털 이미지를 저장하는 매체의 일종으로, 전자여권이 '전자주민카드' 또는 '디지털 이미지를 저장하는 다른 매체'로 대체되는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 위 실시예에서 언급한 법무부 서버/DB는 본 발명의 기술적 사상이 적용될 서비스와 시스템의 종류에 따라 다른 단체 또는 업체의 서버/DB로 대체될 수 있다.
또한, 위 실시예에서 제시한 지문 이미지와 증명사진은 이미지들을 예시한 것으로, 지문 이미지가 아닌 다른 이미지로부터 워터마크를 생성하고, 증명사진이 아닌 다른 이미지에 워터마크를 삽입하는 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용가능하다.
이때, 이미지의 종류에 대한 제한은 없다. 사람의 신체와 관련 없는 이미지인 경우도 무방하며, 이미지화된 문서(공문서, 사문서를 모두 포함)에 워터마크를 삽입하는 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
P : 전자여권
R : 리더
S : 서버
D : DB(DataBase)

Claims (19)

  1. 제1 이미지를 이용하여 워터마크를 생성하는 단계;
    상기 생성단계에서 생성된 워터마크가 삽입될 제2 이미지 상의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 워터마크를 상기 결정단계에서 결정된 위치에 삽입하는 단계;를 포함하고,
    상기 결정단계는,
    상기 제2 이미지를 구성하는 블록들 중 상기 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들을 삽입할 블록들을 결정하고,
    상기 삽입단계는,
    상기 결정단계에서 결정된 블록들에 상기 워터마크 비트들을 블록 단위로 삽입하여, 동일 블록에 포함된 계수들 중 일부에 동일한 워터마크 비트가 삽입되도록 하며,
    워터마크 비트가 "1"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 10n(n은 자연수)의 자리수를 홀수 및 짝수 중 어느 하나로 설정하고, 상기 워터마크 비트가 "0"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 10n의 자리수를 홀수 및 짝수 중 다른 하나로 설정하며,
    상기 계수들의 소수점 아래는 버리고, 소수점 위 가장 작은 자리수는 "5"로 설정하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 생성단계는,
    상기 제1 이미지로부터 특징점들을 추출하는 단계;를 포함하고,
    상기 특징점들의 위치 정보들로 워터마크를 생성하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  3. 제1 이미지를 이용하여 워터마크를 생성하는 단계;
    상기 생성단계에서 생성된 워터마크가 삽입될 제2 이미지 상의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 워터마크를 상기 결정단계에서 결정된 위치에 삽입하는 단계;를 포함하고,
    상기 생성단계는,
    상기 제1 이미지로부터 특징점들을 추출하는 단계;
    상기 특징점들의 위치 정보(x,y)들 각각에 대해 |(x-y)|들을 산출하는 단계; 및
    산출된 |(x-y)|들 중 일부를 선택하는 단계;를 포함하고,
    선택된 일부로 워터마크를 생성하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 선택된 일부는,
    상기 산출된 |(x-y)|들 중 크기가 큰 상위 m개(m : 자연수)인 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 생성단계는,
    선택된 일부를 동일 자리수의 이진수들로 변환한 후 나열하여 워터마크를 완성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 결정단계는,
    랜덤으로 중복하지 않게 생성한 비밀키들을 나열하여 비밀키 배열을 생성하는 단계; 및
    상기 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들이 삽입될 위치들을, 상기 비밀키 배열에 나열된 비밀키들이 지시하는 상기 제2 이미지의 위치들로 각각 선정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 선정단계는,
    상기 제2 이미지를 구성하는 블록들 중, 상기 워터마크 비트들이 각각 삽입될 블록들을 선정하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 삽입단계는,
    상기 제2 이미지에 대한 Y-이미지에 상기 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들을 삽입하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 삽입단계는,
    상기 Y-이미지의 AC 계수들 중 일부에 상기 워터마크 비트들을 삽입하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 워터마크 비트들이 삽입되는 일부의 AC 계수들은,
    절대값 크기가 큰 상위 n개(n : 자연수)인 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제2 이미지는 다수의 블록들로 분할되며,
    동일 블록에 포함된 AC 계수들에는, 동일한 워터마크 비트가 삽입되는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 삽입단계는,
    상기 AC 계수들의 소수점 위 가장 큰 자리수와 가장 작은 자리수를 제외한 자리수에 워터마크 비트를 삽입하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지는,
    동일인의 각기 다른 신체 부위들에 대한 이미지들인 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 이미지는, 지문 이미지이고,
    상기 제2 이미지는, 얼굴 이미지인 것을 특징으로 하는 워터마킹 방법.
  17. 제1 이미지를 이용하여 워터마크를 생성하고, 생성된 워터마크가 삽입될 제2 이미지 상의 위치를 결정하며, 상기 워터마크를 결정된 위치에 삽입하는 프로세서; 및
    상기 프로세서가 상기 워터마크를 생성하고, 상기 위치를 결정하며, 상기 워터마크를 삽입하는 과정에 필요한 저장공간을 제공하는 저장부;를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 이미지를 구성하는 블록들 중 상기 워터마크를 구성하는 워터마크 비트들을 삽입할 블록들을 결정하고, 결정된 블록들에 상기 워터마크 비트들을 블록 단위로 삽입하여 동일 블록에 포함된 계수들 중 일부에 동일한 워터마크 비트가 삽입되도록 하며,
    워터마크 비트가 "1"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 10n(n은 자연수)의 자리수를 홀수 및 짝수 중 어느 하나로 설정하고, 상기 워터마크 비트가 "0"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 10n의 자리수를 홀수 및 짝수 중 다른 하나로 설정하며,
    상기 계수들의 소수점 아래는 버리고, 소수점 위 가장 작은 자리수는 "5"로 설정하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 장치.
  18. 워터마킹된 제2 이미지로부터 워터마크 비트들을 추출하는 단계;
    상기 워터마크의 삽입 위치 정보를 이용하여, 상기 워터마크 비트들을 원위치로 배열하여 워터마크를 복원하는 단계;
    상기 제2 이미지에 삽입된 워터마크를 생성하는데 이용된 제1 이미지의 인덱스 정보로부터 워터마크를 생성하는 단계; 및
    상기 복원단계에서 복원된 워터마크와 상기 생성단계에서 생성된 워터마크를 비교하여, 제2 이미지의 무결성을 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 생성단계는,
    상기 제1 이미지로부터 추출된 특징점들의 위치 정보(x,y)들 각각에 대해 |(x-y)|들을 산출하는 단계; 및
    산출된 |(x-y)|들 중 일부를 선택하는 단계;를 포함하고,
    선택된 일부로 워터마크를 생성하는 것을 특징으로 하는 무결성 검증 방법.
  19. 워터마킹된 제2 이미지로부터 워터마크 비트들을 추출하고, 상기 워터마크의 삽입 위치 정보를 이용하여 상기 워터마크 비트들을 원위치로 배열하여 워터마크를 복원하며, 상기 제2 이미지에 삽입된 워터마크를 생성하는데 이용된 제1 이미지의 인덱스 정보로부터 워터마크를 생성하고, 복원된 워터마크와 생성된 워터마크를 비교하여 제2 이미지의 무결성을 판단하는 프로세서; 및
    상기 프로세서가 상기 워터마크 비트들을 추출하고, 상기 워터마크를 복원하며, 상기 워터마크를 생성하는 과정에 필요한 저장공간을 제공하는 저장부;를 포함하고,
    상기 제2 이미지를 구성하는 블록들 중 일부에 상기 워터마크 비트들이 블록 단위로 삽입되어, 동일 블록에 포함된 계수들 중 일부에는 동일한 워터마크 비트가 삽입되어 있으며, 워터마크 비트가 "1"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 10n(n은 자연수)의 자리수는 홀수 및 짝수 중 어느 하나로 설정되고, 상기 워터마크 비트가 "0"인 경우 상기 워터마크 비트가 삽입되는 10n의 자리수는 홀수 및 짝수 중 다른 하나로 설정되며, 상기 계수들의 소수점 아래는 버려지고, 소수점 위 가장 작은 자리수는 "5"로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 무결성 검증 장치.
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