JP2001052144A - 画像処理装置および画像処理方法、並びに媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元物体が表示された画像の色の変更を、
容易に、かつ自然な画像となるように行う。 【解決手段】 演算処理回路１１において、画像を構成
する画素の画素値が、ダイクロマティックリフレクショ
ンモデルに基づいて、表面反射光成分と拡散反射光成分
とに分離される。さらに、演算処理回路１１では、表面
反射光成分または拡散反射光成分が、それぞれをフォー
ンイルミネーションモデルまたはランベルシャンリフレ
クションモデルによって表現することで変更され、その
変更後の表面反射光成分または拡散反射光成分に基づい
て、画素値が変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理装置およ
び画像処理方法、並びに媒体に関し、特に、３次元物体
が表示された画像の色の変更を、容易かつ自然に行うこ
とができるようにする画像処理装置および画像処理方
法、並びに媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年においては、高速なプロセッサが安
価で提供されており、これにより、データ量の多い画像
についても、ソフトウェアで、比較的高速に処理するこ
とが可能となってきている。

【０００３】このような画像処理用のソフトウェアとし
ては、例えば、ビデオカメラ等の撮影装置を使用して撮
影した画像の色を変化させる画像処理を行うもの等があ
る。このような画像処理によれば、例えば、赤色のボー
ルを含む画像のボールの部分のみを青く変えたり、ある
いは、そのボールを照明する光源の色を変えたりするこ
とができる。

【０００４】即ち、図１（Ａ）は、同一の光沢の赤色に
塗布されたボールを撮影した画像が表示された画面を示
している。

【０００５】図１（Ａ）において、画面には、３次元物
体であるボールの画像が表示されている。このボール
は、例えば、全体が赤色に塗布されているが、その画像
は、部分ごとに色が異なっている。即ち、光源に近い、
または撮影装置および光源に対して所定の角度を有する
領域Ｒ１は、明るい赤になっている。そして、光源から
遠ざかるにつれて、または撮影装置および光源に対する
角度が変化するにつれて、徐々に、暗い赤に変化してい
る。図１（Ａ）において、領域Ｒ２は、領域Ｒ１の色よ
り暗い色に、領域Ｒ３は、領域Ｒ２の色より暗い色に、
光源がボール自身の影になる領域Ｒ４は、最も暗い色
に、それぞれなっている。なお、図１（Ａ）では、ボー
ルの画像を、４つの領域に分割して説明したが、実際に
撮影装置を用いて得た画像においては、色は、連続的に
変化する。

【０００６】図１（Ａ）に示したボールの画像を、あた
かも青色に塗布されたボールを撮影した画像に変換する
とき、ユーザは、画面内のボールの画像が表示された領
域を選択し、その画素に、青色を設定する。この場合、
図１（Ｂ）に示すように、全て同一の青色に塗られたボ
ールの画像が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１（Ｂ）
に示したボールの画像は、色が連続的に変化していない
ため、図１（Ａ）のボールの画像のように、立体的に見
えず、不自然なものとなる。

【０００８】即ち、画像を自然なものとするためには、
画素に表示された物体の面の向き、光源の位置、および
撮像装置の位置（視点）の関係を考慮して、塗る色を段
階的に変化させる必要がある。

【０００９】しかしながら、特に、ボールのように塗る
面が曲面である場合においては、連続的に色を変化させ
る必要があり、従って、例えば、画素ごとに、塗る色を
選択しなおさなければならず、その作業は熟練を要し、
さらに、その作業量も膨大なものとなる。

【００１０】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、３次元物体が表示された画像の色の変更
を、容易に、かつ自然な画像となるように行うことがで
きるようにするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、画像を構成する画素の画素値を、３次元物体におけ
る表面反射による表面反射光成分と、拡散反射による拡
散反射光成分とに分離する分離手段と、表面反射光成分
または拡散反射光成分のうちの少なくとも一方を変更す
る成分変更手段と、変更後の表面反射光成分または拡散
反射光成分に基づいて、画像を構成する画素の画素値を
変更する画素値変更手段とを含むことを特徴とする。

【００１２】成分変更手段には、拡散反射光成分に影響
する要素のうち、３次元物体に固有の要素の値を変更す
ることで、拡散反射光成分を変更させることができる。
また、成分変更手段には、拡散反射光成分を、ランベル
シャンリフレクションモデル(Lambertian Reflection M
odel)によって表現することにより、３次元物体に固有
の要素の値を変更させることができる。

【００１３】成分変更手段には、表面反射光成分に影響
する要素のうち、３次元物体による表面反射の強度、ま
たは３次元物体の表面粗度に関する要素の値を変更する
ことで、表面反射光成分を変更させることができる。ま
た、成分変更手段には、表面反射光成分を、フォーンイ
ルミネーションモデル(Phong Illumination Model)によ
って表現することにより、３次元物体による表面反射の
強度、または３次元物体の表面粗度に関する要素の値を
変更させることができる。

【００１４】成分変更手段には、拡散反射光成分および
表面反射光成分に影響する要素のうち、３次元物体を照
明する光源からの光に関する要素の値を変更すること
で、拡散反射光成分および表面反射光成分の両方を変更
させることができる。また、成分変更手段には、拡散反
射光成分を、ランベルシャンリフレクションモデル(Lam
bertian Reflection Model)によって表現するととも
に、表面反射光成分を、フォーンイルミネーションモデ
ル(Phong Illumination Model)によって表現することに
より、３次元物体を照明する光源からの光に関する要素
の値を変更させることができる。

【００１５】本発明の画像処理装置には、変更後の画素
値をクリッピングするクリッピング手段をさらに設ける
ことができる。

【００１６】分離手段には、ダイクロマティックリフレ
クションモデル(Dichromatic Reflection Model)に基づ
いて、画像を構成する画素の画素値を、表面反射光成分
と拡散反射光成分とに分離させることができる。

【００１７】本発明の画像処理方法は、画像を構成する
画素の画素値を、３次元物体における表面反射による表
面反射光成分と、拡散反射による拡散反射光成分とに分
離する分離ステップと、表面反射光成分または拡散反射
光成分のうちの少なくとも一方を変更する成分変更ステ
ップと、変更後の表面反射光成分または拡散反射光成分
に基づいて、画像を構成する画素の画素値を変更する画
素値変更ステップとを含むことを特徴とする。

【００１８】本発明の媒体がコンピュータに実行させる
プログラムは、画像を構成する画素の画素値を、３次元
物体における表面反射による表面反射光成分と、拡散反
射による拡散反射光成分とに分離する分離ステップと、
表面反射光成分または拡散反射光成分のうちの少なくと
も一方を変更する成分変更ステップと、変更後の表面反
射光成分または拡散反射光成分に基づいて、画像を構成
する画素の画素値を変更する画素値変更ステップとを含
むことを特徴とする。

【００１９】本発明の画像処理装置および画像処理方
法、並びに媒体においては、画像を構成する画素の画素
値が、３次元物体における表面反射による表面反射光成
分と、拡散反射による拡散反射光成分とに分離され、そ
のうちの少なくとも一方が変更される。そして、その変
更後の表面反射光成分または拡散反射光成分に基づい
て、画像を構成する画素の画素値が変更される。

【００２０】

【発明の実施の形態】図２は、本発明を適用した画像処
理装置の一実施の形態の構成例を示している。この画像
処理装置は、コンピュータをベースに構成されており、
画像を構成する画素の色の編集などを容易に行うことが
できるようになされている。

【００２１】すなわち、演算処理回路１１は、例えば、
CPU(Central Processing Unit)などから構成され、プロ
グラムメモリ１２に記憶されたOS(Operating System)の
制御の下、同じくプログラムメモリ１２に記憶されたア
プリケーションプログラムを実行することで、画像に対
して、後述するような処理を施すようになされている。
プログラムメモリ１２は、例えば、RAM(Random Access
Memory)などでなり、外部記憶装置１７に記憶（記録）
されているOSやアプリケーションプログラムを一時記憶
するようになされている。

【００２２】データメモリ１３は、例えば、RAMなどで
なり、演算処理回路１１の処理上必要なデータを一時記
憶するようになされている。フレームメモリ１４は、例
えば、RAMなどでなり、画像表示装置１５に表示させる
画像データを記憶するようになされている。画像表示装
置１５は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)や液晶ディ
スプレイなどでなり、フレームメモリ１４に記憶された
画像データを表示するようになされている。入力装置１
６は、例えば、マウスや、ペンおよびタブレットの組み
合わせ、キーボードなどでなり、必要なコマンドやデー
タを入力するとき、あるいは画像表示装置１５の画面上
の所定の位置を指示するときなどに操作される。

【００２３】外部記憶装置１７は、例えば、ハードディ
スク、フロッピーディスク、CD-ROM(Compact Disc Read
Only Memory)、光磁気ディスクなどでなり、OSやアプ
リケーションプログラムを記憶している。また、外部記
憶装置１７は、演算処理回路１１の動作上必要なデータ
や、処理の対象となる画像（デジタルデータ）も記憶す
るようになされている。外部インターフェイス１８は、
例えば、カメラ（ビデオカメラ）１９などが出力する画
像や、図示せぬ通信回線を介して送信されてくるデータ
など、外部から供給されるデータを取り込むためのイン
ターフェイスとして機能するようになされている。

【００２４】なお、演算処理回路１１、プログラムメモ
リ１２、データメモリ１３、フレームメモリ１４、入力
装置１６、外部記憶装置１７、および外部インターフェ
ース１８は、相互にバスを介して接続されており、プロ
グラムやデータ等は、このバスを介して、各ブロックの
間でやりとりされる。

【００２５】以上のように構成される画像処理装置で
は、電源が投入されると、外部記憶装置１７に記憶され
たOSが読み出され、プログラムメモリ１２上に展開され
る。そして、ユーザが、アプリケーションプログラムを
実行するように、入力装置１６を操作すると、演算処理
回路１１において、OSの制御の下、外部記憶装置１７か
らアプリケーションプログラムが読み出され、プログラ
ムメモリ１２に展開されて実行される。これにより、例
えば、カメラ１９によって撮影された画像に対して、そ
の色を変換する画像処理が施される。

【００２６】次に、図２の画像処理装置において行われ
る、画像の色を変換する画像処理の原理について説明す
る。

【００２７】本実施の形態では、画像を構成する画素の
画素値（色）は、ダイクロマティックリフレクションモ
デル(Dichromatic Reflection Model)により表現するこ
とができることを前提としている。ダイクロマティック
リフレクションモデルによれば、画素値（色）は、画素
に投影された物体固有の色と、光源の発する光の色に分
離される。

【００２８】即ち、図３は、ダイクロマティックリフレ
クションモデルに基づく物体の見え方を示している。

【００２９】塗料、プラスティック、紙、焼き物など大
部分の物体は、媒質および媒質中に分散された顔料から
なる。物体に入射する光の一部は、物体の表面２１で反
射され、表面反射光(surface reflection)となり、残り
は、物体の内部に入射する。物体の内部に入射した光
は、媒質中を通り顔料２２に入射する。顔料２２は、所
定の波長の光を吸収しながら、光を散乱させる。１以上
の顔料２２により散乱された光は、物体の表面から、拡
散反射光(body reflection)として射出される。

【００３０】ここで、拡散反射光は、顔料２２により、
所定の波長の光が吸収されるため、その物体固有の色を
呈する。拡散反射光は、表面反射光と比べると、入射す
る光の入射角度に対して、広い角度の範囲で所定値以上
の強度を有する。

【００３１】一方、物体の表面２１で反射する表面反射
光は、物体固有の色が反映されず、光源の光の色をその
まま反映している。また、その強度は、入射する光の入
射角度に対応して、大きく変化する。さらに、表面反射
光の強度は、物体表面の粗さに依存する。

【００３２】このように、ダイクロマティックリフレク
ションモデルでは、物体上に観測される色は、表面反射
光と拡散反射光とで決定される。

【００３３】即ち、いま、図４に示すように、物体上の
ある点Ｏにおける法線ベクトルをベクトルＮと（図およ
び後述する式では、ベクトルを表す変数には、その変数
にバーを付して示してある）、光源から点Ｏに入射する
光の方向を表すベクトルをベクトルＲと、光源から点Ｏ
に入射する光が表面反射した反射光の方向を表すベクト
ルをベクトルＲ’と、点Ｏから視点の方向を表すベクト
ルをベクトルＶと、それぞれ表す。

【００３４】この場合、ベクトルＲと法線ベクトルＮと
がなす角度をθと表すと、ベクトルＲ’と法線ベクトル
Ｎとがなす角度もθとなる。さらに、この場合、ベクト
ルＲ’とベクトルＶとがなす角度をαと表すと、ダイク
ロマティックリフレクションモデルによれば、点Ｏにお
ける反射光のうち、視点に入射する、波長がλの光
（色）Ｌ（λ，θ，α）は、次式で表すことができる。

【００３５】

【数１】 ・・・（１） 但し、式（１）において、Ｌ_s（λ，θ，α）またはＬ_b
（λ，θ，α）は、それぞれ表面反射光または拡散反射
光の強度を表す。

【００３６】以上のように、ダイクロマティックリフレ
クションモデルによれば、物体上に観測される光Ｌ
（λ，θ，α）は、表面反射光Ｌ_s（λ，θ，α）と拡
散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）とで表される。そこで、こ
こでは、光Ｌ（λ，θ，α）を、表面反射光Ｌ_s（λ，
θ，α）と拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）とに分離す
る。

【００３７】光Ｌ（λ，θ，α）を、表面反射光Ｌ
_s（λ，θ，α）と拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）とに分
離する方法としては、例えば、Gudrun J. Klinker, "A
PhysicalApproach to Color Image UnderStanding", AK
Peters, 1993に記載されているクリンカ（Klinker）に
よる拡散反射光成分、表面反射光成分の分離方法（以
下、適宜、クリンカの分離法という）を用いることがで
きる。

【００３８】即ち、物体（３次元物体）が表示された画
像を構成する画素の画素値（色）を、ＲＧＢ(Red, Gree
n, Blue)空間にプロットすると、そのプロット結果は、
一般に、図５に示すようになる。ここで、図５において
は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各値の最小値は０、最大値は１として
ある（従って、０が、Ｒ，Ｇ，Ｂの強度が最も低い場合
で、１がＲ，Ｇ，Ｂの強度が最も高い場合である）。

【００３９】図５において、領域Ｄ１は、黒（Ｒ，Ｇ，
Ｂがいずれも０、即ち、ＲＧＢ空間の原点）から、物体
に固有の色に相当する画素値を有する画素を含んでお
り、この領域Ｄ１に含まれる画素は、マット画素(Matte
Pixels)と呼ばれる。マット画素の画素値には、表面反
射光に比較して、拡散反射光の影響が、非常に強く現れ
る。

【００４０】領域Ｄ２は、物体固有の色から、物体の光
沢部分の色に相当する画素値を有する画素を含んでお
り、この領域Ｄ２に含まれる画素は、ハイライト画素(H
ighlight Pixels)と呼ばれる。ハイライト画素の画素値
には、物体固有の色と、光源の色との両方の影響が現れ
る。

【００４１】領域Ｄ３は、物体において、強い光沢が現
れている部分の色に相当する画素値を有する画素を含ん
でおり、この領域Ｄ３に含まれる画素は、クリップ画素
(Clipped Pixels)と呼ばれる。クリップ画素は、画像の
撮像時に、その画素値が、撮像装置（ビデオカメラ等）
のダイナミックレンジ（ここでは、０≦Ｒ，Ｇ，Ｂ≦１
の範囲）に入りきらず、従って、画素値が、ダイナミッ
クレンジに入るようにクリッピングされている。

【００４２】クリンカの分離法によれば、処理の対象と
なる画像を構成する画素が、図５に示したＲＧＢ空間に
おける領域Ｄ１に含まれるマット画素、領域Ｄ２に含ま
れるハイライト画素、および領域Ｄ３に含まれるクリッ
プ画素に分離される。なお、クリップ画素の画素値は、
クリッピングされていない画素を用いて、元の画素値
（クリッピングされる前の画素値）に修復される。

【００４３】さらに、マット画素から、物体に固有の色
が推定され、ハイライト画素から、光源の色（正確に
は、色空間における光源の色の方向）が推定される。そ
して、マット画素、ハイライト画素、および修復後のク
リップ画素の各画素の画素値が、物体に固有の色と、光
源の色との線形結合で表され、物体に固有の色の成分が
拡散反射光成分Ｌ_bとされ、光源の色の成分が表面反射
光成分Ｌ_sとされる。

【００４４】ここで、ダイクロマティックリフレクショ
ンモデルによれば、式（１）における表面反射光Ｌ
_s（λ，θ，α）と拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）は、式
（２）と（３）のように、それぞれ表される。

【００４５】

【数２】 ・・・（２）

【００４６】

【数３】 ・・・（３） 但し、式（２）のｆ_s（θ，α）または式（３）のｆ
_b（θ，α）は、表面反射光または拡散反射光それぞれ
に関し、光源の位置、視点の位置、法線ベクトルＮ、注
目している点Ｏの位置等の幾何学的な要因で決定される
項である。また、式（２）のｃ_s（λ）または式（３）
のｃ_b（λ）は、それぞれ、表面反射光または拡散反射
光のパワースペクトル分布に相当する項である。

【００４７】画素値が、Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分で表される
場合においては、そのＲ，Ｇ，Ｂの各成分ｒ，ｇ，ｂ
は、式（１）乃至（３）より、次式で表されることにな
る。

【００４８】

【数４】 ・・・（４） 但し、式（４）において、ｃ_sR，ｃ_sG，ｃ_sBは、表面反
射光のパワースペクトルのＲ，Ｇ，Ｂ成分をそれぞれ表
す。また、ｃ_bR，ｃ_bG，ｃ_bBは、拡散反射光のパワース
ペクトルのＲ，Ｇ，Ｂ成分をそれぞれ表す。

【００４９】次に、ダイクロマティックリフレクション
モデルにより分離される表面反射光Ｌ_s（λ，θ，α）
と拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）をそれぞれモデル化す
る。なお、ここでは、例えば、コンピュータグラフィク
スの分野で用いられているモデルを用いることとする。

【００５０】まず、表面反射光Ｌ_s（λ，θ，α）は、
例えば、J. D. Foley他、"ComputerGraphics Principle
s and Practice", Addison-Wesley, 1990等に記載され
ているフォーンイルミネーションモデル(Phong Illumin
ation Model)によってモデル化することができ、このフ
ォーンイルミネーションモデルによれば、式（２）の表
面反射光Ｌ_s（λ，θ，α）は、例えば、次式で表すこ
とができる。

【００５１】

【数５】 ・・・（５） 但し、Ｉ（λ）は、光源のパワースペクトル分布を表
し、ｋ_sは、表面反射光の強度を表す係数である。ま
た、ｎは、物体表面の粗度を表すパラメータの１つで、
物体が均質な表面を有する場合には、物体表面の各点に
おいて、同一の値となる。

【００５２】ここで、式（２）のｆ_s（θ，α）は、式
（５）のｃｏｓⁿαに相当し、式（２）のｃ_s（λ）は、
式（５）のＩ（λ）ｋ_sに相当する。

【００５３】式（５）で表される表面反射光Ｌ_s（λ，
θ，α）は、ｎやｋ_sを変更することで変更することが
できる。

【００５４】即ち、図６は、式（５）におけるｃｏｓⁿ
αとαとの関係を示しており、図から明らかなように、
ｎが大きくなるほど、ｃｏｓⁿαは急峻に変化する（ｎ
が小さくなるほど、ｃｏｓⁿαは滑らかに変化する）。
従って、ｎが大きくなるほど、表面反射光Ｌ_s（λ，
θ，α）は、急峻に変化し、その結果、いわば鋭い光沢
が観察される。

【００５５】具体的には、ｎが大きい場合には、視点の
位置を、光沢の強い位置からずらしたときに（図４にお
いて、注目している点Ｏからの表面反射光の方向を表す
ベクトルＲ’と、点Ｏから視点の方向を表すベクトルＶ
とがなす角度αを大きくしたときに）、光沢が、急激に
弱くなる。一方、ｎが小さい場合には、視点の位置を、
光沢の強い位置からずらしたときに、光沢が、緩やかに
弱くなる。

【００５６】また、式（５）におけるｋ_sを変更した場
合には、物体表面のすべての点における表面反射光Ｌ_s
（λ，θ，α）の強さを、一様に変更することができ
る。

【００５７】画像として表示された物体の表面粗度は、
表面反射光Ｌ_s（λ，θ，α）を変更することで変更す
ることができる。従って、画像として表示された物体の
表面粗度を変更するには、ｎやｋ_sを変更すれば良く、
具体的には、ｎやｋ_sを大きくすれば、物体の表面粗度
を小さくした画像（物体の表面がつるつるした画像）と
なり、ｎやｋ_sを小さくすれば、物体の表面粗度を大き
くした画像（物体の表面がざらざらした画像）となる。

【００５８】ここで、図７は、物体が表示された画像を
構成する画素の画素値（色）を、ＲＧＢ空間にプロット
し、各画素値に相当する点を、拡散反射光の色方向を表
すベクトルと、光源の光の色方向を表すベクトルで規定
される平面上に正射影して得られる分布を示している。

【００５９】いま、元の画素値の分布が、図７（Ａ）に
示すようなものであったとした場合に、ｎを大きくする
と、図６に示したｃｏｓⁿαの形状から、画素値の分布
は、図７（Ｂ）に示すように、拡散反射光の色に対応す
る点Ｐ₁と、表面反射光の最も強い画素（最も明るい画
素）の色に対応する点Ｐ₂とを通る直線Ｓを中心に、表
面反射光成分の拡がりが狭まったものとなる（画素値の
分布の密度は密になる）。その結果、画像に表示された
物体における光沢のある部分の範囲が小さくなり、さら
に、光沢のある部分とない部分との境界は鋭くなる（光
沢の変化が急峻になる）。

【００６０】また、ｎを小さくすると、図６に示したｃ
ｏｓⁿαの形状から、画素値の分布は、図７（Ｃ）に示
すように、直線Ｓを中心に、表面反射光成分が拡がった
ものとなる（画素値の分布の密度は粗になる）。その結
果、画像に表示された物体における光沢のある部分の範
囲が大きくなり、さらに、光沢のある部分とない部分と
の境界は鈍くなる（光沢の変化が緩やかになる）。

【００６１】一方、ｋ_sを大きくすると、画素値の分布
は、図７（Ｄ）に示すように、表面反射光が強くなる方
向に拡がったものとなる。その結果、画像に表示された
物体には、全体として、光沢が強いものとなる。

【００６２】また、ｋ_sを小さくすると、画素値の分布
は、図７（Ｅ）に示すように、表面反射光が弱くなる方
向に狭まったものとなる。その結果、画像に表示された
物体には、全体として、光沢が弱いものとなる。

【００６３】以上のように、画像として表示された物体
の表面粗度の変更は、フォーンイルミネーションモデル
を用いて式（５）により表される表面反射光Ｌ_s（λ，
θ，α）を規定するｎやｋ_sを変更することで行うこと
ができるが、物体が表示された画像を構成する各画素に
ついての、式（５）におけるαやＩ（λ）は、不明であ
るのが一般的である。従って、αやＩ（λ）が不明で
は、ｎおよびｋ_sを設定しても、式（５）をそのまま用
いて、表面反射光Ｌ_s（λ，θ，α）を求めることはで
きない。

【００６４】そこで、ここでは、次のようにして、表面
反射光Ｌ_s（λ，θ，α）を求めることとする。

【００６５】即ち、いま、与えられた画像において、表
面反射光が最も強い画素における角度αをα₀とおき、
その画素における表面反射光Ｌ_s（λ，θ，α）を、Ｌ
_so（λ）とする。また、任意の画素における表面反射光
Ｌ_s（λ，θ，α）を、Ｌ_s（λ）とおくと、Ｌ_s（λ）
／Ｌ_so（λ）は、式（５）から、次のように計算するこ
とができる。

【００６６】

【数６】 ・・・（６） また、任意の画素における表面反射光Ｌ_s（λ，θ，
α）を変更したものを、Ｌ_s’（λ）とし、さらに、
ｘ，ｙを任意の値として、Ｌ_s’（λ）を、Ｌ_s’（λ）
＝ｙＬ_so（λ）（Ｌ_s（λ）／Ｌ_so（λ））^xとおくと、
Ｌ_s’（λ）は、次式のように計算することができる。

【００６７】

【数７】 ・・・（７） 式（５）と（７）とを比較すると、式（５）におけるｎ
を変更することは、式（７）におけるｘを１以外の値に
設定することに相当し、また、式（５）におけるｋ_sを
変更することは、式（７）におけるｙを１以外の値に設
定することに相当する。

【００６８】従って、表面反射光が最も強い画素を検出
するとともに、ｘ，ｙを所定の値にして、式Ｌ_s’
（λ）＝ｙＬ_so（λ）（Ｌ_s（λ）／Ｌ_so（λ））^xを計
算することにより、ｘまたはｙにそれぞれ相当するｎま
たはｋ_sを変更した表面反射光Ｌ_s’（λ）を得ることが
できる。

【００６９】即ち、表面粗度を大きくし（表面を粗く
し）、光沢を鈍く、かつ暗くする場合には、ｘやｙを１
より小さい値に設定して、変更後の表面反射光Ｌ_s’
（λ）を求めれば良い。逆に、表面粗度を小さくし（表
面を滑らかにし）、光沢を鋭く、かつ明るくする場合に
は、ｘやｙを１より大きい値に設定して、変更後の表面
反射光Ｌ_s’（λ）を求めれば良い。

【００７０】なお、式（７）から、ｘを１以外の値とす
ることは、その右辺におけるｃｏｓ ^xnαだけでなく、ｃ
ｏｓ^(1-x)nα₀も変更することとなり、ｃｏｓ^(1-x)α₀
の変更は、ｋ_sを変更することに相当する。従って、こ
の場合、ｘを１以外の値とすることは、ｎを変更するだ
けでなく、ｋ_sを変更することにもなる。

【００７１】しかしながら、表面反射光Ｌ_s（λ，θ，
α）が最も強い画素における角度α、即ち、角度α
₀は、一般に０となる。この場合、式（７）におけるｃ
ｏｓ^{(1-x) n}α₀は、１となるから、ｘを１以外の値とす
ることによって、ｋ_sが受ける影響は、ないことにな
る。従って、ｘを１以外の値とすることは、物体の表面
粗度を変更することに相当し、ｙを１以外の値をとする
ことは、物体における表面反射の強度を変更することに
相当すると考えて、問題はない。

【００７２】ここで、画素値が、Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分で
表される場合においては、変更後の表面反射光Ｌ_s’
は、式（７）に対応する次式で計算されることになる。

【００７３】

【数８】 ・・・（８） 但し、ｐ_sR，ｐ_sG，ｐ_sBは、元の画素値における表面反
射光のＲ，Ｇ，Ｂ成分をそれぞれ表す。また、ｐ_sR0，
ｐ_sG0，ｐ_sB0は、元の画像を構成する画素のうち、角度
αがα₀に等しい画素（表面反射光が最も強い画素）の
画素値における表面反射光のＲ，Ｇ，Ｂ成分をそれぞれ
表す。さらに、Ｉ_R，Ｉ_G，Ｉ_Bは、ＲＧＢ空間におい
て、光源の色を表すベクトルのＲ，Ｇ，Ｂの各成分を表
す。なお、光源の色を表すベクトルの方向は、上述した
ように、クリンカの分離法によって、画像から、表面反
射光成分を分離することで求めることができるから、例
えば、Ｉ_R ²＋Ｉ_G ²＋Ｉ_B ²＝１とおくことにより、Ｉ_R，
Ｉ_G，Ｉ_Bは、一意に求めることができる。

【００７４】次に、拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）は、
例えば、上述の"Computer GraphicsPrinciples and Pra
ctice"に記載されているランベルシャンリフレクション
モデル(Lanmertian Reflection Model)によってモデル
化することができ、このランベルシャンリフレクション
モデルによれば、式（３）の拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，
α）は、例えば、次式で表すことができる。

【００７５】

【数９】 ・・・（９） 但し、ｋ_bは、拡散反射光の強度を表す係数で、Ｏ
_b（λ）は、波長λの光に対する物体の拡散反射光の反
射強度を表す。即ち、このＯ_b（λ）は、物体に固有の
色によって決定される。また、ｍ_b（θ，α）は、上述
したような幾何学的な要因に依存する拡散反射光の反射
強度を表す。

【００７６】ここで、ダイクロマティックリフレクショ
ンモデルにおける拡散反射光を表す式（３）のｆ
_b（θ，α）は、式（９）のｍ_b（θ，α）に相当し、式
（３）のｃ _b（λ）は、式（９）のＩ（λ）ｋ_bＯ
_b（λ）に相当する。

【００７７】なお、ランベルシャンリフレクションモデ
ルによれば、拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）は、正確に
は、式（９）よりも複雑な式で表される。従って、式
（９）は、拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）をランベルシ
ャンリフレクションモデルにより表す近似式であるが、
ここでは、近似式で十分であるため、式（９）を用いる
こととする。但し、拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）は、
ランベルシャンリフレクションモデルに基づく正確な式
で表すようにすることも可能である。

【００７８】式（９）で表される拡散反射光Ｌ_b（λ，
θ，α）によれば、Ｏ_b（λ）を変更することにより、
物体に固有の色を変更することができる。即ち、Ｏ
_b（λ）を、Ｏ_b’（λ）に変更した場合、式（９）か
ら、拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）は、次式で示される
拡散反射光Ｌ_b’（λ，θ，α）に変更することができ
る。

【００７９】

【数１０】 ・・・（１０） そこで、物体が表示された画像を構成する画素のうち、
拡散反射光Ｌ_b（λ，θ，α）が最大の画素におけるｋ_b
ｍ_b（θ，α）を、例えば、１とおく。

【００８０】物体が表示された画像を構成する各画素に
おけるＩ（λ）Ｏ_b（λ）は共通の値となるから、拡散
反射光Ｌ_b（λ，θ，α）が最大の画素におけるｋ_bｍ_b
（θ，α）を１とおくことで、式（９）から、Ｉ（λ）
Ｏ_b（λ）を求めることができる。そして、Ｉ（Ｘ）Ｏ_b
（λ）が求まれば、式（９）から、各画素のｋ_bｍ
_b（θ，α）も求めることができる。

【００８１】新たなＯ_b’（λ）を与えて、式（１０）
に示した変更後の拡散反射光Ｌ_b’（λ，θ，α）を求
めるには、さらに、Ｉ（λ）を求める必要があるが、こ
れは、所定の条件を与えることによって求めることがで
きる。

【００８２】即ち、例えば、画素値が、Ｒ，Ｇ，Ｂの各
成分で表される場合においては、式（１０）の拡散反射
光Ｌ_b（λ，θ，α）を表すベクトルＬ_bは、次式のよう
に表すことができる。

【００８３】

【数１１】 ・・・（１１） 但し、ｏ_bR，ｏ_bG，ｏ_bBは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分に関
し、物体に固有の色によって決定される値である。ま
た、Ｉ_R，Ｉ_G，Ｉ_Bは、ＲＧＢ空間において、光源の色
を表すベクトルのＲ，Ｇ，Ｂの各成分を表し、式（８）
で説明したように、クリンカの分離法によって求められ
る光源の色を表すベクトルの方向と、条件式Ｉ _R ²＋Ｉ_G ²
＋Ｉ_B ²＝１とから、一意に求めることができる。

【００８４】式（１１）におけるｏ_bR，ｏ_bG，ｏ_bBを、
ｏ_bR’，ｏ_bG’，ｏ_bB’に変更することにより、物体に
固有の色を、ｏ_bR，ｏ_bG，ｏ_bBによって決定される色か
ら、ｏ_bR’，ｏ_bG’，ｏ_bB’によって決定される色に変
更することができる。即ち、拡散反射光は、ｏ_bR’，ｏ
_bG’，ｏ_bB’を与えることにより、次式のベクトル
Ｌ _b’で表されるものに変更することができる。

【００８５】

【数１２】 ・・・（１２） 以上から、式（７）によって与えられるＬ_s’（λ）、
または式（１０）によって与えられるＬ_b’（λ，θ，
α）を、式（１）におけるＬ_s’（λ，θ，α）、また
はＬ_b’（λ，θ，α）として、それぞれ与えて、各画
素における色Ｌ（λ，θ，α）を計算することにより、
画像に表示された物体の表面粗度、またはその固有の色
を変更することができる。

【００８６】次に、画像に表示された物体を照明する光
源の色の変更は、式（５）で表される表面反射光Ｌ
_s（λ，θ，α）、および式（９）で表される拡散反射
光Ｌ_b（λ，θ，α）におけるＩ（λ）を変更すること
で行うことができる。

【００８７】即ち、例えば、画素値が、Ｒ，Ｇ，Ｂの各
成分で表される場合においては、上述したようにして変
更が行われた後の表面反射光または拡散反射光を、それ
ぞれＬ_s’またはＬ_b’とするとともに、変更後の光源の
色のＲ，Ｇ，Ｂの各成分を、それぞれＩ_R’，Ｉ_G’，Ｉ
_B’とすると、光源の色の変更も行われた画素値Ｌ’
は、次式で求めることができる。

【００８８】

【数１３】 ・・・（１３） 但し、ｒ’，ｇ’，ｂ’は、画素値Ｌ’のＲ，Ｇ，Ｂの
各成分を表す。

【００８９】ここで、本実施の形態では、上述したこと
から、変更後の画素値のＲ，Ｇ，Ｂの各成分ｒ’，
ｇ’，ｂ’は、０乃至１の範囲の値でなければならない
が、式（１３）から求められるｒ’，ｇ’，ｂ’は、０
乃至１の範囲の値になるとは限らない。そこで、ｒ’，
ｇ’，ｂ’のうちの１以上が、０乃至１の範囲にない場
合には、クリッピングを行い、そのすべてが、０乃至１
の範囲の値になるようにする。

【００９０】クリッピングの方法としては、例えば、
ｒ’，ｇ’，ｂ’のうち、１を越えているものについて
は１にし、また、０未満となっているものについては０
にする方法がある。あるいは、例えば、ＲＧＢ空間にお
いて、点（ｒ’，ｇ’，ｂ’）を通り、式Ｒ＝Ｇ＝Ｂで
規定される直線と直交する線分と、式０≦Ｒ，Ｇ，Ｂ≦
１で規定される立方体との交点（ｒ’’，ｇ’’，
ｂ’’）（交点が複数存在する場合には、点（ｒ’，
ｇ’，ｂ’）に最も近い交点）を求め、ｒ’，ｇ’，
ｂ’を、それぞれｒ’’，ｇ’’，ｂ’’に変更する方
法等がある。

【００９１】次に、図８のフローチャートを参照して、
上述したようにして、画像に表示された物体の表面粗度
や、物体に固有の色、光源の色を変更する、図２の画像
処理装置による画像処理について説明する。

【００９２】ステップＳ１では、カメラ１９による撮像
の結果得られた画像データが、外部インターフェイス１
８を介して、データメモリ１３に供給されて記憶され
る。あるいは、また、外部記憶装置１７に、既に画像デ
ータが記憶されている場合には、ユーザが、入力装置１
６を操作すると、ステップＳ１において、画像データ
が、外部記憶装置１７から読み出され、データメモリ１
３に供給されて記憶される。データメモリ１３に記憶さ
れた画像は、フレームメモリ１４に転送され、さらに、
画像表示装置１５に供給されて表示される。なお、ここ
では、画像は、Ｒ，Ｇ，Ｂで表現されているものとす
る。

【００９３】その後、ステップＳ２において、画像表示
装置１５に表示された画像について、画像処理の対象と
する領域が指定されたかどうかが判定される。ステップ
Ｓ２において、画像処理の対象とする領域が指定されて
いないと判定された場合、即ち、ユーザが、画像処理の
対象とする領域を指定するように、入力装置１６の操作
を行わなかった場合、ステップＳ３に進み、画像表示装
置１５に表示された画像全体（従って、ステップＳ１
で、データメモリ１３に記憶された画像全体）が、画像
処理の対象とされ、ステップＳ５に進む。

【００９４】また、ステップＳ２において、画像処理の
対象とする領域が指定されたと判定された場合、即ち、
ユーザが、画像処理の対象とする領域を指定するよう
に、入力装置１６の操作を行った場合、ステップＳ４に
進み、画像表示装置１５に表示された画像のうち、ユー
ザによって指定された領域だけが、画像処理の対象とさ
れ、ステップＳ５に進む。

【００９５】ステップＳ５では、演算処理回路１１は、
画像処理の対象とされた領域（以下、処理対象領域とい
う）における各画素の画素値が、クリンカの分離法によ
って、表面反射光成分Ｌ_sと拡散反射光成分Ｌ_bとに分離
され、データメモリ１３に記憶される。

【００９６】そして、ステップＳ６に進み、ユーザによ
って、入力装置１６が、物体に固有の色（以下、適宜、
物体色という）を変更するように操作されたか否かが判
定される。ステップＳ６において、入力装置１６が、物
体色を変更するように操作されたと判定された場合、ス
テップＳ７に進み、変更後の物体色（式（１２）におけ
るｏ_bR’，ｏ_bG’，ｏ_bB’）が設定され、ステップＳ８
に進む。即ち、ステップＳ７では、例えば、画像表示装
置１５において、変更後の物体色の入力を要求するメッ
セージが表示され、ユーザが、入力装置１６を操作し
て、変更後の物体色を指定するのを待って、その指定さ
れた値が、変更後の物体色として設定される。

【００９７】なお、ユーザは、変更後の物体色ｏ_bR’，
ｏ_bG’，ｏ_bB’を直接指定する他、入力装置１６を操作
することにより、外部記憶装置１７に既に記憶されてい
る画像のある領域と、処理対象領域とを対応させ、そ
の、ある領域における色を、変更後の物体色として指定
することも可能である。

【００９８】一方、ステップＳ６において、入力装置１
６が、物体色を変更するように操作されていないと判定
された場合、ステップＳ７をスキップして、ステップＳ
８に進み、ユーザによって、入力装置１６が、物体の表
面粗度を変更するように操作されたか否かが判定され
る。ステップＳ８において、入力装置１６が、表面粗度
を変更するように操作されたと判定された場合、ステッ
プＳ９に進み、式（８）におけるｘとｙが設定され、ス
テップＳ１０に進む。即ち、ステップＳ９では、例え
ば、式（８）におけるｘおよびｙの入力を要求するメッ
セージが画像表示装置１５に表示され、ユーザが、入力
装置１６を操作して、ｘおよびｙを指定するのを待っ
て、その指定された値が、式（８）におけるｘおよびｙ
として設定される。

【００９９】また、ステップＳ８において、入力装置１
６が、表面粗度を変更するように操作されていないと判
定された場合、ステップＳ９をスキップして、ステップ
Ｓ１０に進み、ユーザによって、入力装置１６が、光源
の色を変更するように操作されたか否かが判定される。
ステップＳ１０において、入力装置１６が、光源の色を
変更するように操作されたと判定された場合、ステップ
Ｓ１１に進み、式（１３）におけるＩ_R’，Ｉ_G’，
Ｉ_B’が設定される。即ち、ステップＳ１１では、例え
ば、式（１３）におけるＩ_R’，Ｉ_G’，Ｉ_B’の入力を
要求するメッセージが画像表示装置１５に表示され、ユ
ーザが、入力装置１６を操作して、変更後の光源の色の
Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分を指定するのを待って、その指定さ
れたＲ，Ｇ，Ｂの各成分が、式（１３）における
Ｉ_R’，Ｉ_G’，Ｉ_B’としてそれぞれ設定される。

【０１００】一方、ステップＳ１０において、入力装置
１６が、光源の色を変更するように操作されていないと
判定された場合、ステップＳ１１をスキップして、ステ
ップＳ１２に進み、演算処理回路１１は、ステップＳ
７，Ｓ９、またはＳ１１で設定された値を用い、上述し
た原理に基づいて、処理対象領域を構成する画素の画素
値を変更する画像色変更処理を行い、処理対象領域の画
素の画素値（色）を変更し、その変更後の画素値を、デ
ータメモリ１３に書き込む。そして、ステップＳ１３に
進み、データメモリ１３の、変更後の画素値が書き込ま
れた画像がフレームメモリ１４に転送され、画像表示装
置１５に供給されて表示され、画像処理を終了する。

【０１０１】次に、図９のフローチャートを参照して、
図８のステップＳ１２における画像色変更処理につい
て、さらに説明する。

【０１０２】画像色変更処理では、ステップＳ２１にお
いて、処理対象領域を構成する画素についての表面反射
光成分Ｌ_sの中の最大値Ｌ_so、即ち、ＲＧＢ空間におい
て、原点との距離が最も大きい表面反射光成分Ｌ_soが求
められ、ステップＳ２２に進む。

【０１０３】ステップＳ２２では、処理対象領域を構成
する画素のうち、まだ、画素値（色）の変更を行ってい
ない画素のうちの１つが、注目画素として選択され、ス
テップＳ２３に進み、その注目画素についての表面反射
光成分Ｌ_sおよび拡散反射光成分Ｌ_bが、データメモリ１
３から読み出され、ステップＳ２４に進む。

【０１０４】ステップＳ２４では、処理対象領域に表示
された物体の物体色を変更するかどうかが判定される。
ステップＳ２４において、物体色を変更すると判定され
た場合、即ち、図８のステップＳ７で、式（１２）にお
けるｏ_bR’，ｏ_bG’，ｏ_bB’が設定されている場合、ス
テップＳ２５に進み、そのｏ_bR’，ｏ_bG’，ｏ_bB’を用
いて、式（１２）を演算することにより、注目画素につ
いて、新たな拡散反射成分Ｌ_b’が求められ、ステップ
Ｓ２７に進む。

【０１０５】また、ステップＳ２４において、物体色を
変更しないと判定された場合、即ち、図８のステップＳ
７で、式（１２）におけるｏ_bR’，ｏ_bG’，ｏ_bB’が設
定されていない場合、ステップＳ２６に進み、注目画素
の新たな拡散反射成分Ｌ_b’として、元の拡散反射成分
Ｌ_bが設定され、ステップＳ２７に進む。

【０１０６】ステップＳ２７では、処理対象領域に表示
された物体の表面粗度を変更するかどうかが判定され
る。ステップＳ２７において、表面粗度を変更すると判
定された場合、即ち、図８のステップＳ９で、式（８）
におけるｘとｙが設定されている場合、ステップＳ２８
に進み、そのｘとｙを用いて、式（８）を演算すること
により、注目画素について、新たな表面反射光成分
Ｌ_s’が求められ、ステップＳ３０に進む。

【０１０７】また、ステップＳ２７において、表面粗度
を変更しないと判定された場合、即ち、図８のステップ
Ｓ９で、式（８）におけるｘとｙが設定されていない場
合、ステップＳ２９に進み、注目画素の新たな表面反射
光成分Ｌ_s’として、元の表面反射光成分Ｌ_sが設定さ
れ、ステップＳ３０に進む。

【０１０８】ステップＳ３０では、処理対象領域に表示
された物体を照明する光源の色を変更するかどうかが判
定される。ステップＳ３０において、光源の色を変更す
ると判定された場合、即ち、図８のステップＳ１１で、
式（１３）におけるＩ_R’，Ｉ_G’，Ｉ_B’が設定されて
いる場合、ステップＳ３１に進み、そのＩ_R’，Ｉ_G’，
Ｉ_B’、さらには、新たな表面反射光成分Ｌ_s’および新
たな拡散反射光成分Ｌ _b’を用いて、式（１３）を演算
することにより、注目画素について、変更後の画素値の
Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分（ｒ’，ｇ’，ｂ’）が求められ、
ステップＳ３３に進む。

【０１０９】また、ステップＳ３０において、光源の色
を変更しないと判定された場合、即ち、図８のステップ
Ｓ１１で、式（１３）におけるＩ_R’，Ｉ_G’，Ｉ_B’が
設定されていない場合、ステップＳ３２に進み、式（１
３）におけるＩ_R’，Ｉ_G’，Ｉ_B’を、それぞれＩ_R，Ｉ
_G，Ｉ_Bに設定して、式（１３）を演算することにより、
注目画素について、変更後の画素値のＲ，Ｇ，Ｂの各成
分（ｒ’，ｇ’，ｂ’）が求められ、ステップＳ３３に
進む。

【０１１０】ステップＳ３３では、注目画素の変更後の
画素値（ｒ’，ｇ’，ｂ’）について、そのｒ’，
ｇ’，ｂ’のうちの１以上が、０乃至１の範囲にない場
合には、上述したようなクリッピングが行われ、データ
メモリ１３に書き込まれる。

【０１１１】そして、ステップＳ３４に進み、処理対象
領域を構成する画素すべてを、注目画素として処理を行
ったかどうかが判定され、まだ、行っていないと判定さ
れた場合、ステップＳ３５に進み、処理対象領域を構成
する画素のうち、まだ注目画素とされていないものの１
つが、新たに注目画素として選択される。そして、ステ
ップＳ２３に戻り、以下、同様の処理が行われる。

【０１１２】また、ステップＳ３４において、処理対象
領域を構成する画素すべてを、注目画素として処理を行
ったと判定された場合、リターンする。

【０１１３】次に、図１０および図１１は、式（８）に
基づいて、表面反射光を変更することにより画素値を変
更したシミュレーション結果を示している。

【０１１４】図１０（Ａ）は、元の画像（表面に模様の
ないもの）で、図１０（Ｂ）は、式（８）におけるｘと
ｙを０．４と０．１に設定した場合を、図１０（Ｃ）
は、式（８）におけるｘとｙを０．５７と０．５に設定
した場合を、それぞれ示している。また、図１０（Ｄ）
は、式（８）におけるｘとｙを１．７５と１．２５に設
定した場合を、図１０（Ｅ）は、式（８）におけるｘと
ｙを４．０と１．５に設定した場合を、それぞれ示して
いる。図１１についても、図１１（Ａ）は、元の画像
（表面に模様のあるもの）で、図１１（Ｂ）乃至図１１
（Ｅ）は、図１０（Ｂ）乃至図１０（Ｅ）それぞれにお
ける場合と同様に、ｘとｙを設定した場合を示してい
る。

【０１１５】図１０および図１１から、ｘやｙが大きい
ほど、光沢が鋭く、かつ明るくなり、また、ｘやｙが小
さいほど、光沢が鈍く、かつ暗くなることが分かる。

【０１１６】次に、上述した一連の処理は、それ専用の
ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェア
により行うこともできる。一連の処理をソフトウェアに
よって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプロ
グラムが、コンピュータにインストールされる。

【０１１７】そこで、図１２を参照して、上述した一連
の処理を実行するプログラムをコンピュータにインスト
ールし、コンピュータによって実行可能な状態とするた
めに用いられる媒体について説明する。

【０１１８】プログラムは、図１２（Ａ）に示すよう
に、コンピュータ１０１に内蔵されている記録媒体とし
てのハードディスク１０２や半導体メモリ１０３に予め
インストールした状態でユーザに提供することができ
る。

【０１１９】あるいはまた、プログラムは、図１２
（Ｂ）に示すように、フロッピーディスク１１１、CD-R
OM(Compact Disc Read Only Memory)１１２，MO(Magnet
o optical)ディスク１１３，DVD(Digital Versatile Di
sc)１１４、磁気ディスク１１５、半導体メモリ１１６
などの記録媒体に、一時的あるいは永続的に格納し、パ
ッケージソフトウエアとして提供することができる。

【０１２０】さらに、プログラムは、図１２（Ｃ）に示
すように、ダウンロードサイト１２１から、ディジタル
衛星放送用の人工衛星１２２を介して、コンピュータ１
０１に無線で転送したり、LAN(Local Area Network)、
インターネットといったネットワーク１３１を介して、
コンピュータ１２３に有線で転送し、コンピュータ１０
１において、内蔵するハードディスク１０２などに格納
させるようにすることができる。

【０１２１】本明細書における媒体とは、これら全ての
媒体を含む広義の概念を意味するものである。

【０１２２】また、本明細書において、媒体により提供
されるプログラムを記述するステップは、必ずしもフロ
ーチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理
する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理
（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）
も含むものである。

【０１２３】以上のように、画像を構成する画素の画素
値を、ダイクロマティックリフレクションモデルに基づ
いて、表面反射光成分と拡散反射光成分とに分離し、表
面反射光成分または拡散反射光成分を、フォーンイルミ
ネーションモデルまたはランベルシャンリフレクション
モデルによってそれぞれ表現して、表面反射光成分また
は拡散反射光成分を変更し、その変更後の表面反射光成
分または拡散反射光成分に基づいて、画素値を変更する
ようにしたので、例えば、３次元物体が表示された画像
の色の変更を、その変更後の画像が自然なものとなるよ
うに行うことができる。さらに、ユーザは、画像の色の
変更にあたって、式（８）におけるｘとｙや、式（１
２）におけるｏ_bR’，ｏ_bG’，ｏ_bB’、式（１３）にお
けるＩ_R’，Ｉ_G’，Ｉ_B’を指定するだけで済み、従っ
て、画像の色を、容易に変更することができる。

【０１２４】なお、本実施の形態においては、画素値
を、ダイクロマティックリフレクションモデルに基づい
て、表面反射光成分と拡散反射光成分とに分離するよう
にしたが、画素値は、その他のモデルや手法によって、
表面反射光成分と拡散反射光成分とに分離しても良い。

【０１２５】また、本実施の形態では、表面反射光成分
をフォーンイルミネーションモデルにより表現し、表面
反射の強度に関する要素ｘや、物体の表面粗度に関する
要素ｙ、あるいは光源の光に関する要素Ｉ_R，Ｉ_G，Ｉ_B
を変更することで、表面反射光成分を変更するようにし
たが、表面反射光成分は、その他の手法で変更するよう
にしても良い。

【０１２６】さらに、本実施の形態では、拡散反射光成
分をランベルシャンリフレクションモデルにより表現
し、物体に固有の要素ｏ_bR，ｏ_bG，ｏ_bB、あるいは光源
の光に関する要素Ｉ_R，Ｉ_G，Ｉ_Bを変更することで、拡
散反射光成分を変更するようにしたが、表面反射光成分
も、その他の手法で変更するようにしても良い。

【０１２７】また、本実施の形態では、画素値をＲＧＢ
で表現するようにしたが、画素値は、ＲＧＢ以外の、例
えば、ＹＵＶ等で表現することも可能である。

【０１２８】

【発明の効果】本発明の画像処理装置および画像処理方
法、並びに媒体によれば、画像を構成する画素の画素値
が、３次元物体における表面反射による表面反射光成分
と、拡散反射による拡散反射光成分とに分離され、その
うちの少なくとも一方が変更される。そして、その変更
後の表面反射光成分または拡散反射光成分に基づいて、
画像を構成する画素の画素値が変更される。従って、３
次元物体が表示された画像の色の変更を、容易に、かつ
自然な画像となるように行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の画像処理による画像の色変換を説明する
ための図である。

【図２】本発明を適用した画像処理装置の一実施の形態
の構成例を示すブロック図である。

【図３】表面反射と拡散反射とを説明するための図であ
る。

【図４】ダイクロマティックリフレクションモデルによ
る物体の見え方を説明するための図である。

【図５】物体が表示された画像の画素の画素値を、ＲＧ
Ｂ空間にプロットしたものを示す図である。

【図６】αとｃｏｓⁿαとの関係を示す図である。

【図７】物体が表示された画像の画素の画素値を、ＲＧ
Ｂ空間にプロットしたものの分布の変化を説明するため
の図である。

【図８】図２の画像処理装置による画像処理を説明する
ためのフローチャートである。

【図９】図８のステップＳ１２の処理の詳細を説明する
ためのフローチャートである。

【図１０】表面反射光を変更することにより画素値を変
更したシミュレーション結果を示すディスプレイ上に表
示された中間階調の写真である。

【図１１】表面反射光を変更することにより画素値を変
更したシミュレーション結果を示すディスプレイ上に表
示された中間階調の写真である。

【図１２】本発明を適用した媒体を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１１ 演算処理回路， １２ プログラムメモリ， １
３ データメモリ，１４ フレームメモリ， １５ 画
像表示装置， １６ 入力装置， １７ 外部記憶装
置， １８ 外部インターフェイス， １９ ビデオカ
メラ， １０１コンピュータ， １０２ ハードディス
ク， １０３ 半導体メモリ， １１１ フロッピーデ
ィスク， １１２ CD-ROM， １１３ MOディスク，
１１４DVD， １１５ 磁気ディスク， １１６ 半導
体メモリ， １２１ ダウンロードサイト， １２２
衛星， １３１ ネットワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B057 BA02 BA25 CA01 CA08 CA13 CA16 CB01 CB08 CB13 CB16 CE17 CH01 CH11 DA20 DB03 DB06 DB09

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元物体が表示された画像の色を変更
   する画像処理装置であって、 前記画像を構成する画素の画素値を、前記３次元物体に
   おける表面反射による表面反射光成分と、拡散反射によ
   る拡散反射光成分とに分離する分離手段と、 前記表面反射光成分または拡散反射光成分のうちの少な
   くとも一方を変更する成分変更手段と、 変更後の前記表面反射光成分または拡散反射光成分に基
   づいて、前記画像を構成する画素の画素値を変更する画
   素値変更手段とを含むことを特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記成分変更手段は、前記拡散反射光成
   分に影響する要素のうち、前記３次元物体に固有の要素
   の値を変更することで、前記拡散反射光成分を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 【請求項３】 前記成分変更手段は、前記拡散反射光成
   分を、ランベルシャンリフレクションモデル(Lambertia
   n Reflection Model)によって表現することにより、前
   記３次元物体に固有の要素の値を変更することを特徴と
   する請求項２に記載の画像処理装置。
4. 【請求項４】 前記成分変更手段は、前記表面反射光成
   分に影響する要素のうち、前記３次元物体による表面反
   射の強度、または前記３次元物体の表面粗度に関する要
   素の値を変更することで、前記表面反射光成分を変更す
   ることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 【請求項５】 前記成分変更手段は、前記表面反射光成
   分を、フォーンイルミネーションモデル(Phong Illumin
   ation Model)によって表現することにより、前記３次元
   物体による表面反射の強度、または前記３次元物体の表
   面粗度に関する要素の値を変更することを特徴とする請
   求項４に記載の画像処理装置。
6. 【請求項６】 前記成分変更手段は、前記拡散反射光成
   分および表面反射光成分に影響する要素のうち、前記３
   次元物体を照明する光源からの光に関する要素の値を変
   更することで、前記拡散反射光成分および表面反射光成
   分の両方を変更することを特徴とする請求項１に記載の
   画像処理装置。
7. 【請求項７】 前記成分変更手段は、前記拡散反射光成
   分を、ランベルシャンリフレクションモデル(Lambertia
   n Reflection Model)によって表現するとともに、前記
   表面反射光成分を、フォーンイルミネーションモデル(P
   hong Illumination Model)によって表現することによ
   り、前記３次元物体を照明する光源からの光に関する要
   素の値を変更することを特徴とする請求項６に記載の画
   像処理装置。
8. 【請求項８】 変更後の前記画素値をクリッピングする
   クリッピング手段をさらに含むことを特徴とする請求項
   １に記載の画像処理装置。
9. 【請求項９】 前記分離手段は、ダイクロマティックリ
   フレクションモデル(Dichromatic Reflection Model)に
   基づいて、前記画像を構成する画素の画素値を、前記表
   面反射光成分と拡散反射光成分とに分離することを特徴
   とする請求項１に記載の画像処理装置。
10. 【請求項１０】 ３次元物体が表示された画像の色を変
    更する画像処理方法であって、 前記画像を構成する画素の画素値を、前記３次元物体に
    おける表面反射による表面反射光成分と、拡散反射によ
    る拡散反射光成分とに分離する分離ステップと、 前記表面反射光成分または拡散反射光成分のうちの少な
    くとも一方を変更する成分変更ステップと、 変更後の前記表面反射光成分または拡散反射光成分に基
    づいて、前記画像を構成する画素の画素値を変更する画
    素値変更ステップとを含むことを特徴とする画像処理方
    法。
11. 【請求項１１】 ３次元物体が表示された画像の色を変
    更する画像処理を行うプログラムを、コンピュータに実
    行させる媒体であって、 前記画像を構成する画素の画素値を、前記３次元物体に
    おける表面反射による表面反射光成分と、拡散反射によ
    る拡散反射光成分とに分離する分離ステップと、 前記表面反射光成分または拡散反射光成分のうちの少な
    くとも一方を変更する成分変更ステップと、 変更後の前記表面反射光成分または拡散反射光成分に基
    づいて、前記画像を構成する画素の画素値を変更する画
    素値変更ステップとを含むことを特徴とするプログラム
    を、前記コンピュータに実行させる媒体。