西田　正純

　このところ障害者や高齢者の生活の質を向上させるために工学を活用しようとする動きが盛んになっています。今回紹介する「視覚障害者向け秘匿文書システム」も、そうしたものの一つで、プライバシーに関わる文書情報を視覚障害者本人のみに直接伝えること（秘匿通信）を目的としています。
　一般に、文書で情報を伝えるには印刷物や手紙があります。プライバシーに関わる情報を伝えるには、「親展」と表示した封書などが使われています。しかし視覚障害者の場合、その内容を目の見える人（晴眼者）に読んでもらう必要があり、これまではプライバシーを保つことは不可能でした。
　視覚障害者には文書による通信手段として点字もあります。しかし、受け取った文書が視覚障害者に渡されるまでの段階で他人の目に触れる可能性が高く、点字を理解していれば誰にでも読めるため、やはりプライバシーを守ることはできません。さらに高齢化社会の進展に伴い、高齢になってから視覚に障害を持つ人が増加する傾向にあり、このような場合には点字を読めないことが多いと言われています。
　プライバシーに関わる情報を保護することは、当然のことながら視覚障害者にとっても非常に重要なことです。ここでは、その解決手段の一つとして、印刷文書に対して電子透かし技術の一種を応用してメッセージを隠すことで、視覚障害者向けの秘匿通信が可能になることを説明し、実際に当所が(株)エム研の協力を得て開発した実証システム「視覚障害者向け秘匿文書システム」について紹介します。ここで言う「電子透かし技術」とは、人の目では分からない形で印刷文書の中に別の情報を埋め込む技術を指します。

図1　システムの処理手順

表1　ハードウェア必要条件

図2　秘匿文書システムの外観

　このシステムでは図１のような手順によって、プライバシーに関わる情報を印刷文書を介して、第三者の手を借りることなく直接視覚障害者のみに伝えます。
　システムは、図2の外観写真に示すように、2台のパソコンで構成されています。左半分のパソコンは「秘匿文書作成装置」と呼んでおり、情報の発信側となります。このパソコンにはプリンタが接続されています。また右半分のパソコンは「秘匿文書読み上げ装置」と呼んでおり、情報の受取側となります。こちらのパソコンには、イメージ・スキャナと、ヘッドフォンが接続されています。このほか、両装置とも合成音声を出力するための音声ボードとスピーカ（秘匿文書読み上げ装置の方は、ヘッドフォンで代用可能）を備えています。図3にシステムの機能ブロック図、表1には必要とされるハードウェアの条件を示します。

図3　全体構成図

　 システムの主な操作手順は、先ず情報を送る側が「秘匿文書作成装置」を使い、相手の視覚障害者のみに伝えたいテキスト情報を、電子透かし技術の一種を使って通常の2値画像データに埋め込みます。次に情報の埋め込まれた画像データをプリンタで印刷し印刷文書としますが、この文書は一見したところでは元の画像データを印刷したものと区別がつきません。この印刷文書を受け取った側、すなわち視覚障害者は、「秘匿文書読み上げ装置」のスキャナを使って印刷文書を画像データとして装置に取り込みます。読み上げ装置は、この画像データの中に埋め込まれた秘密の情報を抽出し、内容を ヘッドフォンを通して音声で伝えます。
　こうした手順で、当事者以外に情報が漏れず秘匿性が保たれる理由としては、次のようなことが挙げられます。
（1）印刷文書に秘匿情報が埋め込まれていることが、外見からは分かりにくい。
（2）情報を伝えるのにヘッドフォンを使うため、他人に聞かれない。
（3）情報の埋め込みと抽出に送受間で決めた暗証番号を使うため、第三者が無断で読み上げ装置を使っても内容を聞けない。

　システムで使っている電子透かし技術は、通常の電子透かしが電子的なデータに直接使われるのに対し、印刷文書を介するという点でこれまでとは異っています。一度印刷物の形を取るため、紙が折れたり汚れたりして受け取った時にはかなりの誤りを含む可能性があり、それに耐える方式を採用しています。
　システムの特徴と性能は以下の通りです。

（1）	印刷された2値画像に秘匿情報を埋め込む。
（2）	秘匿情報が埋め込まれた印刷文書をスキャナで読み取り、秘匿情報を抽出する。
（3）	A4版用紙1枚の2値画像に200文字（2 Byteコード文字換算）の情報が埋め込める。
（4）	秘匿情報を暗号化/解読できる。
（5）	装置使用者の暗証番号を設定できる。
（6）	印刷文書に多少の拡大・縮小コピーを行っても埋め込まれた秘匿情報が失われない。（開発したシステムではスキャナがＡ4版対応のものなので、ハード面の制約から拡大は不可。）
（7）	埋め込まれた秘匿情報は、容易に改ざん、検出できない。
（8）	印刷面の汚れや読み込みエラーにより、印刷文書の100ピクセル中10ピクセル程度のランダムなビット誤りノイズが発生しても、秘匿情報を抽出できる。

　視覚障害者の使用に配慮して、以下のような操作性を実現しています。

（1）	マウスを用いずにキーボードのみで操作が行える。
（2）	操作の手順を音声でガイドする。
（3）	システムの動作を単純化し、操作の流れを覚えやすくした。
（4）	機能の比較的多い「秘匿文書作成装置」では、多くの機能に対してショートカット・キーを設定した。
（5）	視覚障害者の使用が多い「秘匿文書読み上げ装置」では、主な操作を3つのボタン選択に集約し、特に操作の簡略化を図った。（図4）
（6）	選択されたボタンを白黒反転表示とし、弱視者にも判別しやすくした。

図4　秘匿文書読み上げ装置の画面表示例

　このシステムは、銀行預金の取引明細の文書通知などプライバシーに関わる情報の伝達を、視覚障害者に対しても保障しようという発想から生じたものです。しかし、視覚障害者同志のプライバシーに関わる文書コミュニケーション（例えばラブレター？）など、幅広い利用を願って、発信側の「秘匿文書作成装置」の方にも視覚障害者対応の操作性を持たせてあります。
　 「秘密」という要素は、人の生活に味付けを行うものです。誰にでも身内にさえ知られたくない秘密はあり、これは人間に固有の欲求でもあります。工学がこうした微妙な分野 ―生活の質を一味変える技術― にもますます貢献してゆくことを期待し、今後もシステムの改良を行い、また新たな課題に挑戦したいと思います。
（情報通信部ユニバーサル端末研究室）

木村　真一

　昨年11月に世界初の無人ロボット衛星・技術試験衛星VII型（以下ETS-VII）が打ち上げられてから、8ヶ月が経過しようとしています（CRL News 1998年2月号（No. 263）「鉄腕始動」参照）。CRLでは宇宙空間でのアンテナ組立に関する基礎実験について、現在までに5日間の実験機会に恵まれ、宇宙開発事業団の協力のもと、全部で14回の実験パス（ETS-VIIがデータ中継衛星を介して通信できる時間帯）の実験を実施してきました。実験は、スケジュール上予定より若干前倒しで、順調に実施されています。ここでは、これまでに行った実験の概要と成果について紹介します

　本格的な実験を行うのに先立って、ロボットアームの性能確認や実験に用いる地上設備の機能確認等を行う必要があります。私たちは、2回の実験パスをこれら初期点検に用いました。具体的には、地上の運用設備からコマンドを送信してロボットアームを動かし、ロボットアーム先端の位置をアームに取り付けられたカメラからの画像から確認したり、CRLの搭載構造物であるアンテナ結合機構をつかむ動作のテストなどを行いました。
　続く2回の実験パスではロンチロックを解除しました。ロンチロックとは搭載実験系が打ち上げ時の衝撃に耐えられるように固定しておく固定具のことです。これを解除する過程で、アンテナ結合機構は一度分離され再び結合されるため、このロンチロックの解除は、実験の準備作業の最終段階であると同時に、最初の結合実験でもありました。分離再結合は非常にスムーズに実施され、アンテナ結合機構の有効性が確認されました。

　ETS-VIIのロボットアームは手先にかかった力を検出し、この力を緩和するようにロボットアームをあたかもバネが入っているかのように自動的に動作させるコンプライアンス制御という機能をもっています。この機能は、宇宙ロボットのように限られた情報をもとに遠隔操作をするときに、特に有効に働きます。CRLもこれまでアンテナ結合機構をつかむときに、このコンプライアンス制御を利用してきました。ところがこのようなコンプライアンス制御は全てのロボットアームに用意されている機能ではなく、一般のロボットアームでは、このようなコンプライアンス制御ではなく位置制御、すなわち目標とする位置へ力と無関係に移動するのが普通です。そこで、アンテナ結合機構には、このような位置制御のロボットアームでも容易に組立作業を実現できるように、メカニカルコンプライアンスと呼ばれるバネ機構を用意しています。
　そこでこの実験では、メカニカルコンプライアンスの有効性を確認するために、コンプライアンス制御モードから位置制御モードへ段階的に移行して組立シーケンスを実施しました。先ず1回目の実験では全てのシーケンスをコンプライアンスモードで、2回目の実験では把持するための接近時のみ位置制御モードで、3回目の実験では全ての実験シーケンスを位置制御モードで行いました。結果は全ての条件で組立に成功し、メカニカルコンプライアンスが有効に働いていることが実証されました。この実験により、コンプライアンス制御機能を持たない一般的なロボットアームでも、ETS-VIIに搭載したアンテナ結合機構が容易に組み立てられることを実証しました。この時の実験の様子を、図1に示します。

図1　実験中に衛星から送られてきた映像：肩監視カメラ
（1）実験開始	（2）ターゲットマークを確認	（3）ロボットアームが 結合機構を掴む
（4）結合機構を分離	（5）分離完了状態	（6）結合機構を 手前側へ移動
（7）再結合	（8）ロボットアームを解放して実験完了

図2　アンテナ結合機構基礎実験装置

　ETS-VIIのロボットアームは同じ目標位置を何度か指示したときのずれ、いわゆる繰り返し精度が非常に高くできています。しかしながら、大型のロボットアーム、たとえば宇宙ステーション等で用いられるロボットアームでは、ロボットの繰り返し精度はそれほど高くなく、またロボットの手先に振動が発生することもあります。そこで、アンテナ結合機構には、このような位置のずれを機械的に吸収し、正確で確実な結合を実現する機構が用意されています。ガイドコーンと呼ばれる構造がその一つで（図2参照）、コーン状の機構の位置ずれをその受け皿が補正し、アンテナ結合機構を正しい結合位置へ導いてくれます。また、先に説明したメカニカルコンプライアンスが、この時生じるロ ボットアームの手先と正しい結合位置とのずれを吸収する働きを果たしています。
　そこで本実験では位置ずれを吸収する機構の性能を確認するために、正しい結合位置からあえてずらして結合させる実験を試みました。その結果、理想的な結合位置から前後左右に5mmずらして結合しても、それぞれ正しい結合位置へ補正され、結合することが可能でした。実験後の解析から何れの場合にも8N（ニュートン）というわずかな先端力で結合が実現できたことも確認されました。このことは、本アンテナ結合機構が位置決め精度の高くないロボットアームでも十分組み立て可能であることを示しています。

　アンテナのような非常に高い精度が要求されるものを、遠隔操作によって組み立てる場合、組み立てる部品同士の位置を正確に計測し調節することが特に重要です。その組立を宇宙ロボットにより行う場合は、作業中得られる情報がカメラや計測機器を多数設置することが難しいため、限られた情報で、効率良くこのような正確な位置計測・調節を実現する必要があります。
　我々は、アンテナ結合機構にターゲットマークという目印を取り付けておき、ロボットアームの手首に取り付けられたカメラでこの画像をとり、この画像を解析することで自動的にロボットアームの手の位置を計測し調節する方法を開発いたしました。ターゲットマークというのは図3に示すような形をしており、このマークとカメラの相対的な位置関係によって異なった画像が得られます。例えば、カメラがマークに近づくと、マークの大きさが視野の中で大きくなりますし、カメラが左右に移動するとマークの中心が視野の中で左右に移動します。また、カメラの視線方向がマークに正対していないと、中心の白点が他の白点に対して相対的にずれて見えます。このように、手首カメラからターゲットマークを撮影した1枚の画像から、基準となる位置･姿勢からのずれを容易に計算し調整することができます。
　 そこで、本実験では、結合機構の上方のいくつかの点で、画像誘導の機能確認を行いました。その結果、何れの場合でも、正しい把持点へ自動的にロボットアームを移動させることができました。
　実験直後のデータ解析から、アプローチ方向（ロボットアームが接近する方向）で平均1.8mm、その他の方向で平均1mm程の精度が実現できたことが確認できました。今後パラメータを調節し、より高精度化を目指すべく検討を開始していますが、現状でもアンテナを自動組立するうえで必要な精度（アプローチ方向で±10mm、その他の方向で±5mm）を十分実現できています。
　 この実験では、ダウンリンク画像を地上の画像処理計算機で処理して画像誘導を行いましたが、将来的には軌道上のシステムで実現することも可能です。この画像誘導機能を実現することはアンテナ組立を自動化していくうえで極めて重要で、今回の成功はこのような大型アンテナの全自動組立へ向けた大きな一歩であるということができます。

図3　ターゲットマーク	図4 画像誘導実験に用いた手先カメラの画像

　ここでは、ETS-VIIでのアンテナ結合機構基礎実験について、実験の進捗状況を紹介してきました。現在のところ、予定した全実験日程の3分の1を完了したところで、全ての実験が完了するのは来年の4月ごろとなります。今後はこれまでの経験を生かして、効率的で有意義な実験が実施できるよう心がけていきたいと考えています。

（宇宙通信部　宇宙技術研究室）

今江　理人　

　当所では、標準電波の短波帯から長波帯への移行と利便性の向上を目的として、平成9年度より長波標準電波送信施設の建設を開始している。当初計画では、平成9年度〜平成11年度の3ヶ年計画での整備予定であったが、本年度補正予算により平成11年度整備分が認められ、平成11年度早期に新設局における本格運用の目処が立ち、目下諸作業を進めている。
　また、同施設の新設に合わせ、同標準電波に重畳する時刻符号の見直しなどを実施し、より使いやすい情報源としての検討を行っている。
　 本報告では、同施設の計画概要等について紹介する。

　我が国（当所）における標準電波は、電波監理上、特に、短波帯における標準周波数の伝送が目的で昭和15年（1940年）に送信が開始され、その後、標準時の通報等が追加され現在に至っている。
　本報告で紹介している長波帯標準電波（40kHz）は、実験局（JG2AS）として運用を開始し、周波数伝送精度が短波帯に比べ、3〜4桁優れた10-11〜10-12が1日平均で得られることや、1988年に時刻符号の重畳を開始して以来、時刻標準としての有用性など、本格実用局としての運用が期待されていた。しかしながら、送信電力が不十分なこと、実験局という位置づけであることなどから、将来に渡る運用の保証が当所としては、出来ないなどの課題があった。
　一方、短波帯標準電波の受信精度の不十分性や西日本における他国の標準電波等との混信の問題、NTT 名崎送信所の将来問題などから、将来的に標準電波を短波帯から長波帯へ移行する基本方針を当所では数年前から検討していた。
　世界的な標準電波の動向としても、欧州では、ドイツ・イギリスが長波帯でほぼヨーロッパ全体をカバーし、米国においても、国立標準技術研究所（NIST）が長波標準電波WWVB（60kHz）を大幅に送信電力を増強する方向で長波帯に力を入れつつある状況である。
　これらの背景から、平成9年度より当所における長波標準電波施設整備経費が認められ、設置場所に関しても、海上保安庁の所有していた福島県南部の旧川内デッカ局跡地を入手することができ、着工に至っている。

表1　施設諸元
施設名称	郵政省通信総合研究所おおたかどや山標準電波送信所
設置場所	福島県田村郡都路村／双葉郡川内村境界大鷹鳥谷山山頂付近　 （標高790 m程度　緯度37゜22’N；経度140゜51’E）
敷地面積	約82,000m2（直径300mの円形の敷地）
送信施設 アンテナ施設	250m主鉄塔を有する傘型トップローディングアンテナ
アンテナ電力	50kW
実効輻射電力	10kW以上
送信周波数	40kHz
受信周波数精度	10-11〜10-12 @24hours
局舎	約 600m2
時刻情報	年、通算日、時、分、曜日、うるう秒情報、パリティ（時・分）、予備ビット（夏時間対応等）等

図1　長波標準電波送信施設外観予想図

　表1に建設中の施設の概要を示す。送信周波数は、現在NTT名崎送信所から送信しているJG2ASと同一の40kHzを、また送信電力は、JG2ASと比べ、10倍以上に増強する予定である。同標準電波局は、本格的な標準周波数実用局として位置づけられており、今後長期に渡って継続的に運用がなされる予定である。
　図1は、施設完成予想形態を示すもので、敷地中央に250mアンテナ鉄塔が、また、それに隣接して送信施設等を有する局舎が配置される。
　 局舎は、施設の重要性を考慮し、特に、耐震性を重視した構造を有しており、また、原子時計を設置する“原器室”は、アンテナ直下でもあり、電磁シールドを十分に考慮して設計している。また、当然ながら、不測の停電に対処でき、停電時にも連続送信が可能な予備電源設備を有している。
　図2は、同施設からの想定受信電界強度を表しており、1000km程度で50〜60dBμV/mが、また、1500km程度でも40dBμV/mが期待できる。

図2　想定受信電界強度

　本施設からの標準電波の利用分野としては、周波数標準と時刻標準の2つの利用分野がある。前者は、従来の実験局においても高精度の周波数標準として利用がなされているが、送信電力の増強により、より遠方でも利用が可能となると想定される。ただし、標準電波を用いて、周波数国家標準とのトレースの認定を行えるよう期待されており、法的な整備を含め今後に向けた課題である。
　時刻標準としては、実験局を用いた“電波修正時計”が既に数多く市販されているが、今回の施設の本格実用局化と送信電力の増強などにより、幅広く普及することが期待される。即ち、従来、送信局から半径500km程度が電波修正時計の一つの目安であったが、送信電力が10倍以上に増強されることから、3倍程度利用範囲が拡大出来ることが考えられる。また、重畳する時刻符号についても、表１に若干記したように、従来の情報に加え、より利便性を向上するため、いくつかの情報を追加することが確定している。

　長波標準電波施設の本格運用のための施設整備の概要に関して記した。長波標準電波の本格運用開始後、2ヶ年程度の移行期間の後、短波帯標準電波は、終了することを予定しており、同標準電波の利用者の方々のスムーズな移行を期待する限りである。
　今回の報告では、誌面の関係で、十分には紹介できなかったが、今後、より詳しい内容や進捗状況などについて、本CRLニュースや当所のWWW（World Wide Web）のホームページなどを通じて適宜お知らせしていく予定である。
　最後に、同長波標準電波が、少しでも多くの方々に利用していただくことを期待する次第である。

（標準計測部　周波数標準課）

無線通信研究100年記念出版
内　容 1章 放送システムの概要 2章 放送技術の基礎 3章 ディジタル変調と 誤り訂正符号 4章 地上放送 5章 衛星放送 6章 CATV（ケーブルテレビ） 7章 新しい放送の流れ		内　容 総論 (1)人と通信 　 (2)有線通信 　 (3)無線通信 　 (4)郵便 　 (5)放送 各論 五十音順の中項目解説、辞典機能を収載 付録 通信関係年表/物理定数/単位系/周波数帯の呼称と利用概況/代表的な通信衛星と打上げロケット/移動通信システムの分類/アマチュア無線関係表/日本の主要光海底ケーブル図/世界の主要光海底ケーブル図/法制･規則の体系図/電話･郵便･放送料金の推移/関係国内機関･組織/関係国際機関･組織/標準化体制/世界の通信会社/国内電気通信事業者/放送局一覧/各種統計
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