DE69224812T2

DE69224812T2 - Farbvorstellungsmethode und Bildverarbeitungsgerät dafür

Info

Publication number: DE69224812T2
Application number: DE69224812T
Authority: DE
Inventors: Ken-Ichi Ohta
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-01-06
Filing date: 1992-12-31
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-01-01
Also published as: US5710644A; EP0551773A1; EP0551773B1; DE69224812D1; JPH05183743A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Farbausdrucken und eine Bildverarbeitungsvorrichtung dafür.
Bei einen herkömmlichen Verfahren zum Farbausdrucken einer Farbbild-Leseverarbeitungsvorrichtung gibt es ein Verfahren, das Farben von R (Rot)-, G (Grün)-, B (Blau)- Signalen verwendet, die bei der Fernsehübertragung wie in Fig. 7 gezeigt für die Farbempfindlichkeit eines Farbtrennungssystems genormt wurden. Dies ist festgelegt, um den Farbentwicklungskennlinien von als leuchtende Materialien in einem Fernsehempfänger verwendeten, fluoreszierenden R-, G-, B- Materialien in einer Kathodenstrahlröhre zu entsprechen.
Es existiert ein anderes Verfahren zum Farbausdrucken, das die spektrale Empfindlichkeit des farbmetrischen Standardsystems gemäß CIE 1931 oder ein Farbtrennungssystem mit einer spektralen Empfindlichkeit einer verengten Bandbreite zur Messung der Dichte der für eine Vorlage verwendeten Tinte (durch Transmission oder Reflexion) oder der Dichte von fluoreszierenden Y (Gelb)-, M (Magenta)-, C (Zyan)- Materialien verwendet.
Bei einer Videokamera/Videowiedergabevorrichtung beispielsweise existiert ein Verfahren, bei den durch das vorstehend genannte Verfahren unter Verwendung der spektralen Empfindlichkeit gelesene Farbbildsignale einmal auf einem Magnetband gespeichert werden, und die davon ausgelesenen R-, G-, B- Signale in einen Farbmonitor und dergleichen ausgegeben werden. Es existiert ein anderes Verfahren wie beispielsweise bei einem Farbmeßgerät, bei dem die gelesenen XYZ-Signalwerte berechnet werden und die berechneten Werte in einen Farbart- und Farbsättigungs-Koordinatensystem gemäß dem farbmetrischen CIE L*a*b*- System festgelegt werden. Es existiert ein anderes Verfahren, bei dem eine Farbkorrekturverarbeitung ausgeführt wird, um den Kennlinien der leuchtenden Materialien wie z.B. Tinte oder Toner zu entsprechen, wobei korrigierte Farbbildsignale durch einen Farbdrucker oder ein Farbkopiergerät ausgegeben werden. Es existiert noch ein anderes Verfahren, bei dem eine Reihe von Farbbild verarbeitungen wie beispielsweise Farbbildlesen, Farbkorrektur und Ausgeben in einer Weise derart ausgeführt werden, daß Farbbildsignale auf der Festplatte eines Computers oder eines Bildschirmarbeitsplatzes gespeichert werden, wobei Bearbeitungen wie beispielsweise Bildsynthese und Farbtransformation auf einem Farbmonitor des Computers ausgeführt werden.
Bei der wie in Fig. 7 gezeigten, vorstehend aufgeführten Farbbild-Lesevorrichtung jedoch ist jeder der Farbart- und Farbsättigungswerte der R-, G-, B- Signale innerhalb eines Spektralraums angeordnet. Daher sollten theoretisch die spektralen Empfindlichkeitskennlinien eines Farbtrennungssystems, das für die R-, G-, B- Signale zum Erreichen der Farbart- und Farbsättigungswerte erzeugende Farbbild-Lesevorrichtung verwendet wird, zum Teil in einen negativen Bereich liegen.
Jedoch ist es unmöglich, zu verwirklichen, daß die spektralen Empfindlichkeitskennlinien zum Teil in einem negativen Bereich angeordnet sind. Entsprechend werden wie in Fig. 8 gezeigt angenäherte Werte durch spektrale Korrektur erhalten, das heißt, die Kennlinien in dem negativen Bereich werden beseitigt, die Kennlinien werden wie durch eine gestrichelte Linie angezeigt korrigiert, oder eine Primärtransformation wird zur Korrektur ausgeführt. Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren werden jedoch Farbkennlinien einer Objektivvorlage oder eines Objektes mit einer beträchtlichen Fehlermenge gelesen.
Selbst wenn eine Vorlage wie in einem xy-Farbart- und Farbsättigungsdiagramm nach Fig. 9 gezeigt genau gelesen wird, hat die Farbe entsprechend einer Kennzeichnung X, die außerhalb des Dreieckes angeordnet ist, das durch die durch die vorstehend genannten fluoreszierenden Materialien entwickelten Farbart- und Farbsättigungswerte ausgebildet wird, einen negativen Signalwert. Die zeigt die Tatsache an, daß, wenn ein Gegenstand durch eine Farbvideokamera abgelichtet und durch eine Videowiedergabevorrichtung wiedergegeben wird, die Farben des Objektes nicht genau wiedergegeben werden. In dem Fall von Farbkopiergeräten besteht das Problem, daß Farben des Vorlagenbilds sich von der der Kopie unterscheiden, das heißt, es ist unmöglich, eine genaue Farbwiedergabe zu erhalten.
Um das vorstehend aufgeführte Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, Farbdaten zu verwenden, die durch eine Kombination von Bezugsfarbanregungen ausgedrückt werden, die durch die Ecken eines Dreiecks angezeigt werden, das im wesentlichen durch einen Spektralraum des Farbart- und Farbsättigungsdiagramms gemäß CIE begrenzt wird, als Farbdaten von Daten, die in jede Einheit wie beispielsweise eine Bildeingabeeinheit, eine Bildausgabeeinheit und eine andere Bildverarbeitungseinheit der Farbbild- Verarbeitungsvorrichtung eingegeben oder ausgegeben werden.
Jedoch besteht, selbst falls derartige Farbdaten verwendet werden, da die menschliche Farbunterscheidungsfähigkeit nicht berücksichtigt wird, ein Nachteil, wenn Bilddaten auf einer Magnetplatte als Datei gespeichert oder über eine Telefonübertragungsleitung übertragen werden. Das heißt, wenn jeder der durch die drei Grundfarben ausgedrückten Farbmeßwerte der R-, G-, B- Signale in 8 Bits ausgedrückt wird, werden den Bits Farben zugeteilt, die durch das menschliche Auge nicht unterschieden werden können, wobei die Datenredundanz erhöht wird. Folglich wird die Menge von zu speichernden oder zu übertragenden Daten beträchtlich groß.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Farbausdrucken und eine Bildverarbeitungsvorrichtung zu schaffen, die zur Verringerung der Farbdatenredundanz, der Verbesserung der Farbwiedergabe auf verschiedenen Medien und zur Ausführung einer effektiven Datenspeicherung und Datenübertragung, während die Qualität der Bilddaten erhalten bleibt, geeignet sind.
Ein Artikel in der "Electronics & Communications Engineering", Nr. 1, 1989, offenbart auf den Seiten 93-100 ein XYZ-Farbsystem, bei dem ein Quantisierungsvorgang ausgeführt wird, wobei (RGB)-Vektoren zu (XYZ)-Vektoren und zu (Y ξ η)-Vektoren umgewandelt werden. Jedoch sieht dieses keine Lösung für das vorstehend in der Beschreibung aufgetretene Problem vor.
Entsprechend einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Bildverarbeitungsvorrichtung wie in dem Anspruch 1 angegeben geschaffen.
Entsprechend einer zweiten Ausgestaltung wird ein Verfahren zur Bildverarbeitung wie in dem Anspruch 5 angegeben geschaffen.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung offensichtlich, wobei die gleichen Bezugszeichen durchwegs dieselben oder ähnliche Teile bezeichnen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die beigefügte Zeichnung, die in die Beschreibung aufgenommen wurde und einen Teil der Beschreibung bildet, veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Fig. 1A zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Farbbild-Verarbeitungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 1B zeigt ein Blockschaltbild, das die Farbsignal- Umwandlungseinheit mit der Farbbild-Verarbeitungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 darstellt,
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer allgemeinen Nachschlagetabelle zur Umwandlung von Farbbildsignalen R, G, B in Grundsignale Y, M, C,K,
Fig. 3 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Nachschlagetabelle zur Umwandlung von Farbbildsignalen R, G, B in Grundfarbsignale Y, M, C, K gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1,
Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Farbraums der sechs primären Grundfarben gemäß der Abänderung 1,
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, das die Farbsignalumwandlung in der Farbbild-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Abänderung 2 darstellt,
Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Bezugsfarbenanregungs- Koordinatensystem,
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das die Spektralkennlinien der für die Fernsehübertragung genormten Farbsignale R, G, B darstellt,
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das die Kennlinien der spektralen Empfindlichkeiten der Signale R, G, B darstellt, und
Fig. 9 zeigt ein xy-Farbart- und Farbsättigungsdiagramm.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschreiben.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden drei durch die Kennzeichnung X angezeigte Punkte in einem Bezugsfarbenanregungs-Koordinatensystem wie in Fig. 6 gezeigt ausgedrückt. Diese Koordinaten in dem xy-Koordinatensystem sind:
( 0,7347; 0,2653) (-0,0860; 1,0860) ( 0,0957;-0,0314).
Ein durch Verbinden dieser drei Punkte ausgebildetes Dreieck (Bezugszahl 2) wird durch ein xy-Farbart- und Farbsättigungswert-Spektralraum (Bezugszahl 1) etwa bei 505 nm und 525 um begrenzt und überlappt beinahe eine Purpurlinie, die zwei Punkte bei 380 um und 780 nm verbindet. Farbsignalwerte, die aus den Bezugsfarbenanregungs-Koordinaten erhalten werden können, werden durch R, G, B und einem Farbsignalausdruck ausgedrückt, der zum Datenspeichern geeignet ist, wobei eine Datenübertragung durch Ausführung einer nichtlinearen Transformation von R-, G-, B- Werten erreicht werden kann.
Nachstehend sind die Gleichungen zur Transformation von R-, G-, B- Werten in Farbsignalwerte L, C1, C2 aufgeführt:
L = 255 x (G/255) 1/3 C1 = 255 x ( (R/255) 1/3 - (G/255) 1/3) C2 = 255 x ( (G/255) 1/3 - (B/255) 1/3) ...(1).
Der Grund für das Bilden der dritten Wurzel jedes Signalwertes liegt darin, daß das menschliche Auge proportional zu der dritten Wurzel des Luminanzsignals wie in dem farbmetrischen L*a*b*-System gemäß CIE gezeigt anspricht. Das heißt ein Mensch stellt fest, daß ein durch den Farbsignalwert L auf 7 Bits quantisiertes Bild zu einem durch den Signalwert G auf 8 Bits quantisiertes Bild gleichwertig ist. Entsprechend wird die Informationsmenge des Bildes durch Verwendung des Farbsignalwertes L ohne Verschlechterung der Bildqualität auf 7/8 verringert.
Bei den vorstehend aufgeführten Gleichungen (1) liegt der Grund für die Verwendung der Differenzen der dritten Wurzel der R-, G-, B- Werte als Farbsignalwerte C1, C2 darin, daß die Fähigkeit der Farbunterscheidung des menschlichen Auges mit dem Höherwerden der Farbart und Farbsättigung abnimmt. Entsprechend wird, selbst falls die Anzahl der Quantisierungsbits der Farbsignalwerte C1, C2 oder die räumliche Auflösung verringert ist, die Bildqualität nicht verschlechtert.
Fig. 1A zeigt ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Farbbild-Verarbeitungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. In Fig. 1A wird aus einer (nicht gezeigten) Bildsignalquelle ein Bildsignal in eine Bildeingabeeinheit 11 eingegeben. In der Bildeingabeeinheit 11 werden eine A/D (Analog/ Digital)- Umwandlung und Abtasten-und-Halten ausgeführt.
Bei einer Bildverarbeitungseinheit 12 werden eine Schattierungskorrektur oder Schwarzkorrektur an dem aus der Bildeingabeeinheit 11 ausgegebenen Signal ausgeführt, wobei die korrigierten Signale in eine Farbsignal- Umwandlungseinheit 13 als R-, G-, B- Bildsignale eingegeben werden.
Die Farbsignal-Umwandlungseinheit 13 führt eine nachstehend beschriebene Quantisierung an den eingegebenen R-, G-, B- Signalen aus und gibt Farbsignale, d.h., L, C1, C2- Signale aus, bei denen die Anzahl der Bits pro Bildelemente verringert ist. Eine Nachschlagetabelle (LUT) 14 transformiert diese eingegeben Farbsignale L, C1, C2 in einer Papierkopie-Ausgabeeinheit 15 wie benötigt in Grundfarbensignale Y, M, C, K.
Fig. 1B zeigt ein Blockschaltbild, das die Farbsignal- Umwandlungseinheit 13 darstellt, die eine durch die vorstehend aufgeführten Gleichungen (1) ausgedrückte Umwandlung ausführt, und die die erfindungsgemäße Farbbild- Verarbeitungsvorrichtungaufweist. In Fig. 1B sind die Bezugszahlen 101 103 Nachschlagetabellen, die eine Dritte-Wurzel-Umwandlung ausführen, und die Bezugszahlen 104 und 105 sind Subtraktionsschaltungen zur Erzeugung eines Differenzsignals. In der Schaltung von Fig. 1B werden, mit Bezug auf jede 8-Bit-Eingabe der R-, G-, B- Werte, Daten, an denen eine Dritte-Wurzel-Unwandlung ausgeführt wurde, auf 7 Bits quantisiert, wobei jeder der Farbsignalwerte C1, C2 nach dem Subtraktionsvorgang erneut auf 6 Bits quantisiert wurde.
Entsprechend kann ein Farbsignal von 24 (8 x 3) Bits/Bildelement auf eines mit 19 (6 + 7 + 6) Bits/Bildelement verringert werden, womit sich eine Verringerung der Datenmenge auf 19/24 ergibt.
Als nächstes wird eine Tabellenumwandlung beruhend auf dem Farbsignal L, C1, C2 beschrieben.
Zur Ausgabe einer Papierkopie vom durch die Signale R, G, B ausgedrückten Farbbildsignalen auf einem Aufzeichnungspapier werden die Farbbildsignale durch die in Fig. 2 gezeigte Nachschlagetabelle 301 zu Grundfarbensignale Y, M, C, K transformiert. Jedoch ist, gemäß dem Aufbau nach Fig. 2, die Anzahl der Quantisierungsbits der eingegebenen/ausgegebenen Signale R, G, B jeweils 8 Bits. Die für die Nachschlagetabelle benötigte Kapazität ist 64 Megabytes, was nicht praktikabel ist.
Gemäß dem wie in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden, nachdem die eingegebenen Signale R, G, B zu Farbsignalen L, C1, C2 transformiert wurden, diese Signale in die Nachschlagetabelle (LUT) 401 eingegeben. Die für die Nachschlagetabelle benötigte Kapazität ist 2 Megabytes, wenn L = 7 Bits, C1 = 6 Bits und C2 = 6 Bits gilt. Folglich kann die Schaltungsgröße. der Nachschlagetabelle auf 1/32 der in Fig. 2 gezeigten Nachschlagetabelle verringertwerden.
Entsprechend kann die Menge der Bildinformationen ohne Verschlechterung der Bildqualität durch Verwendung von Farbsignalen verringert werden, bei denen die Farbdatenredundanz in einer derartigen Weise entfernt wurde, daß unter Berücksichtigung der Farbunterscheidungseigenschaften des menschlichen Auges eine Transformation an den durch eine Kombination der Bezugsfarben-Anregungsdaten ausgedrückten Signalen R, G, B ausgeführt wird, die durch die Ecken eines im wesentlichen durch einen Spektralraum des Farbart- und Farbsättigungsdiagramms gemäß CIE begrenzten Dreiecks angezeigt werden.

[Abänderung 1]

Nachstehend wir eine Abänderung des vorstehenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Bei dieser Abänderung werden die Farbsignalwerte L, C1, C2 durch Ausführung einer nichtlinearen Transformation an den Signalen R, G, B erhalten.
L 255 x ( (R/255) 1/3 + (G/255) 1/3 + (B/255)1/3)/3 C1 = 255 x ((R/255)1/3 - (G/255)1/3) C2 = 255 x ((R/255)1/3/2 + (G/255)1/3/2 - (B/255)1/3) ...(2)
Unter Verwendung der Gleichungen (2) werden sechs primäre Grundfarben wie beispielsweise Rot, Grün, Blau, Gelb, Zyan, Magenta durch die Signale R, G, B ausgedrückt, das heißt, sechs durch (R, G, B) = (255; 0; 0), (0; 255; 0), (0; 0; 255), (255; 255; 0), (0; 255; 255), (255; 0; 255) ausgedrückte Farben bilden ein wie in Fig. 4 gezeigtes Sechseck in einem Farbraum aus. Folglich kann die Signalverarbeitungleicht ausgeführt werden.
Wenn das Sechseck in Fig. 4 durch die Farbsignalwerte L, C1, C2 ausgedrückt wird, können einfache Werte wie nachstehend aufgeführt erhalten werden:
Rot : ( 255/3; 255; 255/2) Grün : ( 255/3; -255; 255/2) Blau : ( 255/3; 0; -255 ) Gelb : (255 x2/3; 0; 255 ) Zyan : (255 x2/3; -255; -255/2) Magenta : (255 x2/3; 255; -255/2).
Auf diese Weise kann gemäß der Abänderung eine Signalverarbeitung leicht unter Verwendung einfacher Farbsignalwerte ausgeführt werden.

[Abänderung 2]

Gemäß einem zweiten Beispiel einer Abänderung, werden die Farbsignalwerte L, C1, C2 aus den Farbsignalwerten R, G, B erhalten, die aus denselben Bezugsanregungskoordinaten wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erhalten werden können. Das heißt:
L = -255/Dmax x Log&sub1;&sub0;(G/255) C1 = -255/Dmax x (Log&sub1;&sub0;(R/255) - Log&sub1;&sub0;(G/255)) C2 = -255/Dmax x (Log&sub1;&sub0;(G/255) - Log&sub1;&sub0;(B/255)) ...(3).
Als Modell der visuellen Eigenschaften des menschlichen Auges wird das logarithmische Ansprechmodell nach Weber- Fechner benutzt. Bei den Gleichungen (3) bezeichnet Dmax eine maximale Dichte, die in einem Bildsignal enthalten ist, wobei normalerweise ein Wert von 1,5 2,0 eingestellt wird.
Fig.5 zeigt ein Blockschaltbild, das die Farbsignalumwandlung bei der Farbbild-Verarbeitungsvorrichtung gemäß Abänderung 2 darstellt. In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszahlen 201 203 Nachschlagetabellen, die eine logarithmische Transformation ausführen. Die Bezugszahlen 204 und 205 bezeichnen Subtraktionsschaltungen, die ein Differenzsignal der transformierten Daten erzeugen. In Fig. 5 werden, mit Bezug auf jede 8-Bit-Eingabe der R-, G-, B- Signale, Daten nach der logarithmischen Transformation auf 7 Bits quantisiert, wobei die Farbsignalwerte C1, C2 nach dem subtraktionsvorgang auf 6 Bits quantisiert werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Bildinformationsmenge ohne Verschlechterung der Bildqualität verringert werden.
Die Erfindung kann auf ein System angewendet werden, das durch eine Vielzahl von Vorrichtungen gebildet wird, oder auf ein Gerät mit einer einzelnen Vorrichtung. Außerdem ist es offensichtlich, daß die Erfindung auch auf einen Fall anwendbar ist, bei dem die Aufgabe der Erfindung durch Zuführen eines Programms zu einem System oder einem Gerät gelöst wird.

Claims

1. Bildverarbeitungsvorrichtung, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (11, 12) zum Erhalten von ersten Farbsignaldaten in einem Farbraum (2 von Fig. 6), der durch bei

( 0,7347; 0,2653) (-0,0860; 1,0860) ( 0,0957;-0,0314)

in xy-Farbartkoordinaten gemäß CIE 1931 angeordneten drei Anregungskomponenten (R, G, B) definiert ist,

einer Datentransformationseinrichtung (13, 101-105) zum Erhalten zweiter Farbsignaldaten durch Ausführung einer nichtlinearen Transformation an den ersten Farbsignaldaten und

einer Ausgabeeinrichtung (15) zur Ausgabe einer sichtbaren Ausgabe beruhend auf dem zweiten Farbsignal.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datentransformationseinrichtung eine nichtlineare Umwandlung ausführt, so daß der Quantisierungsschritt mit dem Anwachsen der Luminanz der ersten Farbsignaldaten größer wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datentransformationseinrichtung weiterhin eine Speichertabelle (14, 401) zur Eingabe der zweiten Farbsignaldaten und Ausgabe vorbestimmter Signaldaten aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Transformation eine logarithmische Transformation ist.

5. Verfahren zur Bildverarbeitung, gekennzeichnet durch die Schritte

Erhalten erster Farbsignaldaten in einem Farbraum (2 von Fig. 6), der durch bei

( 0,7347; 0,2653) (-0,0860; 1,0860) ( 0,0957;-0,0314)

Erhalten zweiter Farbsignaldaten durch Ausführen einer nichtlinearen Transformation der ersten Farbsignaldaten und

Ausgeben einer sichtbaren Ausgabe beruhend auf dem zweiten Farbsignal.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Transformation eine derartige Transformation ist, daß der Quantisierungsschritt mit dem Anwachsen der Luminanz der ersten Farbsignaldaten größer wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Transformation eine logarithmische Transformation ist.