JP2003141518A

JP2003141518A - 色再現システム

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Publication number: JP2003141518A
Application number: JP2001338122A
Authority: JP
Inventors: Tateo Osawa; 健郎大澤; Masahiro Yamaguchi; 雅浩山口; Nagaaki Ooyama; 永昭大山
Original assignee: Telecommunications Advancement Organization; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp; Telecommunications Advancement Organization
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: WO2003038751A1; US20040263638A1; EP1450302A1; JP3829238B2; EP1450302A4

Abstract

(57)【要約】【課題】等色関数にばらつきのある多くの観察者に対
しても正確な色再現を行うことが可能な色再現システム
を提供する。【解決手段】測色値算出部２１により算出された、被
写体スペクトルの測色値と、６原色ディスプレイ３の表
示スペクトルの測色値と、を一致させる拘束条件の下
で、信号算出部２２が、残りの自由度のなかで被写体ス
ペクトルと表示スペクトルとの二乗誤差を最小とするよ
うな表示信号を、ラグランジュの未定係数法または縮小
勾配法により算出するようにした色再現システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は色再現システムに関
し、特に、スペクトルを近似した画像表示を行う色再現
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラー画像機器の多くは、人の色
知覚特性が３次元であることに基づいて３原色により色
を入力し、あるいは表示していた。このようなカラー画
像機器の一例としてのカメラでは、３つの異なる分光感
度を有するセンサーにより被写体のスペクトルを入力し
て、それぞれのセンサー出力信号により色情報を表すよ
うになっている。また、カラー画像機器の他の例とし
て、ＣＲＴディスプレイなどの表示装置では、３つの異
なる発光スペクトルの色を加法混色することにより、さ
まざまな色を表示し、その入力信号により色情報を表し
ている。

【０００３】近年、被写体の色を正確に再現することが
重要である遠隔医療や電子美術館等を応用分野として、
マルチバンドのカメラにより正確な色情報を取得するシ
ステムに関する研究が活発に行われている。

【０００４】このような研究の一例として、例えば、村
上百合、他による「正確な色再現が可能なカラー画像シ
ステムの開発」（カラーフォーラムJAPAN'99論文集の第
５頁から第８頁）（文献１）に記載されたものが挙げら
れ、この研究によれば、入力装置のバンド数を増やすこ
とにより、取得する被写体の色情報の精度を向上させる
ことが可能となっている。

【０００５】一方、表示装置では、従来の３原色では表
示できない鮮やかな色を表示することが可能な多原色デ
ィスプレイの研究が行われている。例えば、T.Ajito、
他による「Six-Primary Color Projection Display for
Expanded Color Gamut Reproduction」（Proc. Int. S
ymp. on Multispectral Imaging and Color Reproducti
on for Digital Archives, Chiba University, Japan,
1999の第１３５頁から第１３８頁）（文献２）に記載さ
れているように、６原色表示を行うことによって、表示
可能な色域を従来の３原色ディスプレイよりも拡大する
ことが可能である。

【０００６】このように、従来のＲＧＢの３バンド入力
や３原色表示の入出力システムに代えて、多バンド入力
や多原色表示の入出力システムが提案されている。

【０００７】これらのシステムにおいて正確な色再現を
行うためには、従来の３原色のシステムと同様に、機器
に依存しない表色値（デバイスインディペンデントカラ
ー）を仲介した色情報の変換を行うことが必要となる。
すなわち、多バンドのカメラにより得られた撮影信号値
をデバイスインディペンデントカラーに正確に変換し
て、さらに、デバイスインディペンデントカラーを多原
色ディスプレイにより表示するための多原色信号に正確
に変換することが必要となる。

【０００８】このデバイスインディペンデントカラーと
して一般に用いられている表色系は、国際照明委員会
（ＣＩＥ）が規定するＣＩＥ１９３１表色系（ＸＹＺ表
色系）や、あるいはＸＹＺ表色系に基づいた均等色空間
であるＣＩＥＬＡＢ表色系などがある。

【０００９】上記ＸＹＺ表色系は、等色実験に基づいて
得られた等色関数により求められるＸＹＺ値により色を
定量的に表すものである。ここに、等色関数は、多くの
被験者に対する等色実験により得られたデータの平均的
な特性から求められたものであり、ＣＩＥ１９３１測色
標準観測者（以下、標準観測者とする）と呼ばれる仮想
的な観測者の特性に対して与えられたものである。

【００１０】しかし、等色関数は、実際には個人差があ
り、とりわけ老化に伴って標準観測者から大きくずれる
ことが知られている。この標準観測者からのずれに関し
ては、例えばＣＩＥの技術委員会報告書（Technical Re
port）No.80（Special metamerism index : Change in
observer,1989）（文献３）に、ずれを表す関数ととも
に報告されている。

【００１１】上述したような多バンド入力や多原色表示
の入出力システムも含めた従来の表示システムは、標準
観測者のみを想定して正確な色再現を行うように設計さ
れたものであるために、標準観測者から視覚特性のずれ
ている人や、標準観測者からずれた表色系に対しては、
必ずしも正確な色再現を行うことができなかった。

【００１２】これに対して、B.Hillによる「Aspects of
total multispectral image reproduction systems」
（Proceedings of Second International Symposium on
Multispectral Imaging and High Accurate Color Rep
roductionの第６７頁から第７８頁）（文献４）には、
等色関数の統計データを用いることにより、等色関数の
ばらつきを考慮した色再現を行う手段が記載されてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記文献４に記載され
たような手段を用いるためには、個人差等によりばらつ
きのある等色関数を数多く測定して、等色関数の統計デ
ータを得る必要がある。しかし、多数の等色関数を正確
に測定することは難しいために、現在、信頼できる等色
関数の統計データが十分にある状況ではない。従って、
現状では、等色関数の統計データを用いた色再現を実用
化するのは困難である。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、等色関数にばらつきのある多くの観察者に対して
も正確な色再現を行うことが可能な色再現システムを提
供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明による色再現システムは、スペクトル
データを表示信号に変換する色変換手段と、上記表示信
号に基づいて表示を行うカラー画像表示手段と、を具備
し、上記色変換手段は、上記カラー画像表示手段の表示
に係る表示スペクトルを、該カラー画像表示手段により
可能な表示スペクトルの範囲内で上記スペクトルデータ
に近似させるように、スペクトルデータを表示信号に変
換するものである。

【００１６】また、第２の発明による色再現システム
は、上記第１の発明による色再現システムにおいて、上
記色変換手段が、上記スペクトルデータの測色値と、上
記表示スペクトルの測色値と、を一致させる条件の下で
上記近似を行い、スペクトルデータを表示信号に変換す
るものである。

【００１７】さらに、第３の発明による色再現システム
は、上記第２の発明による色再現システムにおいて、上
記測色値が、任意個の関数を用いて、これらの各関数に
一対一に対応して算出される値である。

【００１８】第４の発明による色再現システムは、上記
第１から第３の発明による色再現システムにおいて、上
記色変換手段が、所望の関数により重み付けされた上記
スペクトルデータと、該所望の関数により重み付けされ
た上記表示スペクトルと、に対して上記近似を行うもの
である。

【００１９】第５の発明による色再現システムは、上記
第１から第４の発明による色再現システムにおいて、上
記色変換手段が、上記スペクトルデータと上記表示スペ
クトルとの最小自乗近似により、上記近似を行うもので
ある。

【００２０】第６の発明による色再現システムは、上記
第１から第５の発明による色再現システムにおいて、上
記色変換手段が、上記表示信号に基づく表示スペクトル
が上記カラー画像表示手段による表示可能範囲に入るよ
うな最小自乗近似により、上記近似を行うものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を具体的に説
明する前に、本発明において用いられている原理につい
て説明する。

【００２２】３原色を越える多原色（Ｎ原色：Ｎ≧４）
で表示を行う場合には、特定の観測者（例えば標準観測
者）に同一色と知覚させるような表示を行ったとして
も、言い換えれば、人間（標準観測者）の３次元となっ
ている色知覚特性を拘束条件としたとしても、Ｎ−３の
自由度が残っている。

【００２３】そこで、この自由度を利用して、測色値を
一致させる拘束条件の下で、さらにスペクトルまでも近
似させることにより、非特定の観測者に対しても良好な
色再現を行うようにした本原理について、詳細に説明す
る。

【００２４】まず、再現しようとしている被写体画像中
の、ある画素位置におけるスペクトルをＳ（λ）とし、
このスペクトルＳ（λ）に対応する色を、Ｎ個の原色を
有するＮ原色ディスプレイにより再現するものとする。
ここに、Ｎ原色ディスプレイは、Ｎ個の原色の加法混色
により色を再現するものである。

【００２５】すなわち、Ｎ原色ディスプレイの表示スペ
クトルＳ_d（λ）は、各原色の発光スペクトルＳ_i（λ）
（ｉ＝１〜Ｎ）を用いて次の数式１により表される。

【数１】

【００２６】ここに、α_iは原色ｉの表示信号値であ
り、次の数式２に示すような範囲を取り得る。

【００２７】

【数２】

【００２８】まず、Ｓ（λ）のＸＹＺ三刺激値とＳ
_d（λ）のＸＹＺ三刺激値とを等しくする拘束条件は、
次の数式３により表される。

【数３】

【００２９】ここに、左辺は、

【数４】であり、右辺は、上記数式１を用いることにより、

【数５】である。

【００３０】なお、Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_iは、それぞれ、

【数６】である。

【００３１】数式３の拘束条件は、上記数式４と数式５
を用いて整理することにより、次の数式７に示すような
α₁〜α_Nに対する条件を示す行列式に書ける。

【数７】

【００３２】一方、Ｎ原色ディスプレイの表示スペクト
ルＳ_d（λ）が、被写体画像のスペクトルＳ（λ）にど
のくらい近似しているかを示す量として、次の数式８に
示すような二乗誤差Ｅを用いることにする。

【数８】

【００３３】この数式８における各記号ｓ，Ｃ，Ｄ，ａ
は、

【数９】とおいたときに、それぞれ次の数式１０，数式１１，数
式１２，数式１３に示すように表される。

【００３４】

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【数１３】

【００３５】なお、数式９からわかるように＜ｓ_iｓ_j＞
＝＜ｓ_jｓ_i＞であるから、数式１２に示すＤは対称行列
となっている。

【００３６】また、右上の肩に添えた記号「Ｔ」は、行
列またはベクトルの転置を表している。

【００３７】なお、上記説明では測色値としてＸＹＺ三
刺激値を用いたが、任意のＮ個の関数により各算出され
るＮ個の測色値に置き換えた場合にも、同様の説明が成
り立つ。

【００３８】さらに、上記説明では、Ｎ原色ディスプレ
イの表示スペクトルＳ_d（λ）と、被写体画像のスペク
トルＳ（λ）との差をそのまま用いて二乗誤差Ｅを算出
するようにしたが、これに限らず、任意の関数Ｗ（λ）
により重み付けした上で算出することも可能である。こ
の場合には、数式８におけるＳ（λ）とＳ_d（λ）と
を、次の数式１４に示すようなＳ’（λ）とＳ’
_d（λ）とにそれぞれ置き換えるだけでよい。

【数１４】

【００３９】こうして、数式３に示すような拘束条件、
つまり、数式７を満たすようなα₁〜α_Nの内で、数式８
で表される二乗誤差Ｅを最小にするものを求めること
が、この原理における目標となる。

【００４０】二乗誤差Ｅは数式８を見ればわかるように
ａに関する２次式、拘束条件は数式７を見ればわかるよ
うにａに関する１次式であるから、つまりこれは、目的
関数が２次式、拘束条件が１次式の２次計画法問題であ
る。

【００４１】以下では、この問題を解くための２つの手
段、すなわち、ラグランジュの未定係数法を用いる手段
と、縮小勾配法を用いる手段と、について説明する。

【００４２】前者のラグランジュの未定係数法を用いる
手段は、原色ｉの表示信号値の取り得る範囲、つまり、
数式２に示した条件を考慮することなく解を求める手段
である。そして、求めた結果がこの数式２に示した条件
の範囲内に入っている場合には、それが最終的な解とな
る。

【００４３】また、後者の縮小勾配法を用いる手段は、
ラグランジュの未定係数法を用いて求めた解が上記範囲
内に入っていない場合に、逐次的に最適解を求める手段
である。

【００４４】１．ラグランジュの未定係数法による解
法ラグランジュの未定係数法では、次の数式１５に示すよ
うにＦを定義して、このＦの勾配が０になるようなα₁
〜α_N，λ_X，λ_Y，λ_Zを求めることにより、数式３に示
した拘束条件の下で、数式８に示した二乗誤差Ｅを最小
とするα₁〜α_Nを算出するものである。

【数１５】ここに、ｇ_X，ｇ_Y，ｇ_Zは、次の数式１６により定義さ
れる。

【数１６】

【００４５】上記数式１５で示されるＦをα₁〜α_Nで各
偏微分して、それらが０になるとすることにより得られ
るＮ個の条件式は、次の数式１７により与えられる。

【数１７】

【００４６】また、上記数式１５で示されるＦをλ_X，
λ_Y，λ_Zで各偏微分して、それらが０になるとすること
により得られる３個の条件式は、上記数式７と同一であ
る。

【００４７】こうして得られる（Ｎ＋３）個の条件式か
らα₁〜α_N，λ_X，λ_Y，λ_Zを求めると、次の数式１８
に示すようになる。

【数１８】

【００４８】この数式１８により求めたα₁〜α_Nが、数
式２に示した原色ｉの表示信号値のダイナミックレンジ
の条件を満たすか否かを調べて、全てのα_iについて成
立している場合には、得られたα₁〜α_Nが最適解とな
る。また、この条件を満たしていないα_iが１つ以上あ
る場合には、次に説明する縮小勾配法を用いることにな
る。

【００４９】２．縮小勾配法による解法縮小勾配法の概要縮小勾配法（reduced gradient method）は、Ｎ次元ユ
ークリッド空間Ｒ^Nの要素ａ（つまり、ａ∈Ｒ^N）を変数
とする凸関数Ｅ（ａ）がある場合に、その最小値を得る
ために、あるａ₁から下り勾配の方向に出発して、ａ₂，
ａ₃，…と進み、ついに最小点ａ^*に収束させるための逐
次近似法の一つである。

【００５０】この縮小勾配法を適用するためには、
（１）数式８に示した目的関数Ｅ（ａ）が凸関数である
こと（２）数式２および数式７で規定されるａの可能領
域（解の空間）が凸集合であることの２つの条件が必要
となる。

【００５１】（１）の条件については、数式１２に示し
たヘシアン行列Ｄの要素が全て正であることから、勾配
が０となる点が唯一の局所最低点であって、最適解であ
ることが保証される。

【００５２】また、（２）の条件については、可能領域
内の任意の２点を結ぶ線分上の点が全て該可能領域内に
含まれることが容易に示されるために、可能領域が凸集
合であることが証明される。

【００５３】従って、数式２および数式３の制限の元
で、数式８に示したＥ（ａ）の最小値を得る問題に対し
て、この縮小勾配法を適用することが可能である。

【００５４】この縮小勾配法における各点の移動は、次
のように行う。

【００５５】可能領域内のある点ａ₁を始発点とする。
まず、この点ａ₁から、−∇Ｅ（ａ₁）の方向に進む。こ
の方向は点ａ₁を通るＥ（ａ₁）の等高面の法線方向の逆
にあたり、ある意味で最も急な下り傾斜の方向である。

【００５６】そしてａ₁からこの方向に進んで、勾配が
次第に変化して下りから上りに転ずるところか、あるい
は可能領域の境界に突き当たるところで停止する。この
停止した点をａ₂とする。

【００５７】この点ａ₂において進行方向を変化させる
が、その方向は−∇Ｅ（ａ₁）と９０°以下の角度をな
す方向であって、かつその方向に進行したときに可能領
域内を通行する方向でなければならない。

【００５８】その後は、同様にして、勾配が上りに転ず
る点、または可能領域の境界に突き当たった点で停止し
て進行方向を変化させ、ａ₃，ａ₄，…と逐次進行して行
き、進行方向を９０°以下の角度でどのように変化させ
ても、変化させた進行方向に可能領域の点がなくなった
ときは、その点が最適点となる。

【００５９】以下では、具体的な縮小勾配法の手順につ
いて述べるが、その前準備として、まず勾配を計算して
おく。

【００６０】数式７において、右辺の行列をＡ、左辺の
ベクトルをｂと書くことにすると、右辺のベクトルは数
式１３で既にａとして定義されていることから、この数
式７はｂ＝Ａａと表される。

【００６１】数式７は、α₁〜α_Nに関する３つの拘束条
件を記述しているために、これらＮ個の変数の内の独立
なものは（Ｎ−３）個であり、残りの３個については従
属変数となる。

【００６２】そこで、ｂ＝Ａａの基底Ｂをもとに、ａを
基底変数（従属変数とよぶ）ａ^Bと、非基底変数（独立
変数とよぶ）ａ^Rとに分けて、同様に、行列ＡをＡ＝
［Ｂ｜Ｒ］と分割する。なお、以下では、説明を簡潔に
するために、ａ₁，ａ₂，ａ₃を基底変数とし、ａ4，ａ
5，…，ａNを非基底変数とする。このときには、上記ベ
クトルｂも含めて、次の数式１９に示すようになる。

【数１９】

【００６３】このような基底変数と非基底変数とに基づ
き、目的関数である上記数式８を再度記載すると次の数
式２０に示すようになり、また、拘束条件である上記数
式７を書き直すと次の数式２１に示すようになり、変数
の変域を示す上記数式２を再度記載すると次の数式２２
に示すようになる。

【００６４】

【数２０】

【数２１】

【数２２】

【００６５】なお、数式２１は、明白に書き下せば次の
数式２３に示すようになる。

【００６６】

【数２３】

【００６７】拘束条件を示す数式２１の両辺にＢ^-1を左
から掛けると、次の数式２４に示すようになり、

【数２４】これを上記数式２３に対応させて具体的に書き下せば、
次の数式２５に示すようになる。

【数２５】

【００６８】従属変数であるα₁〜α₃を、独立変数であ
るα₄〜α_Nによって表すと、次の数式２６に示す形とな
る。

【数２６】

【００６９】ここに、Ｍとｋは次の数式２７に示すよう
に定義している。

【数２７】

【００７０】この数式２７に示すように定義すると、単
体表は以下の表１に示すようになる。

【表１】

【００７１】また、目的関数である数式２０に数式２６
を代入することにより、ａ^Bつまりα₁〜α₃を消去すれ
ば、Ｅ（ａ^B，ａ^R）はａ^Rのみの関数とみなすことがで
きるために、これを改めてＦ（ａ^R）とおく。

【００７２】以上のように独立変数を明確化した後に、
Ｆ（ａ^R）の勾配の計算を、次の数式２８に示すように
行う。

【数２８】

【００７３】この数式２８の右辺第２項における∂ａ^B
／∂ａ^Rは、数式２６と数式２７から、次の数式２９に
示すように計算される。

【数２９】

【００７４】従って、数式２８の∇Ｆ（ａ^R）は、結
局、次の数式３０に示すようになる。

【００７５】

【数３０】

【００７６】このような勾配計算の準備の元に、以下の
ような手順で縮小勾配法を行う。

【００７７】＜手順１＞まず、可能領域内に含まれる１
つの点、つまり、拘束条件である数式２１と、変数の変
域を示す上記数式２２と、を両方とも満たす解を何等か
の手段により見つける。この解を見つける手段として
は、例えば、T.Ajito、他による「Color Conversion Me
thod for Multiprimary Display Using Matrix Switchi
ng」（Optical Review Vol.8, No.3, 2001の第１９１頁
から第１９７頁）（文献５）に記載されている手段を用
いることができる。こうして見い出した解を、次の数式
３１に示すようなａ（バー）とする。

【００７８】

【数３１】

【００７９】＜手順２＞次に、ａ（バー）^Rを起点とし
て移動して行く方向を決定する。この移動方向の方向ベ
クトルを、次の数式３２に示すように、

【数３２】とする。このとき、この方向ベクトルΔａ^Rを、ａ（バ
ー）^Rにおける勾配の逆方向と９０°以下の角度をなす
方向であって、かつその方向に進行したときに可能領域
から出ることのない方向にとる。そのためには、４≦ｉ
≦Ｎに対して、次の数式３３を満たすようにとればよ
い。

【数３３】ただし、この数式３３の右辺において、Ｆをα_iで偏微
分した後に、ａ（バー）を値として代入するものとす
る。

【００８０】すなわち、α（バー）_iがダイナミックレ
ンジ内に収まっている場合か、あるいはα（バー）_iは
ダイナミックレンジの限界になっているが勾配はダイナ
ミックレンジ内に収まる方向に向いている場合にのみ、
α（バー）_iを変化させ、それ以外の場合にはα（バ
ー）_iは変化させないということである。このようにし
て求めたΔａ^R＝（Δα₄，Δα₅，…，Δα_N）に対し
て、（i） Δａ^R＝０のとき：上記数式３１で示される現在
の点は最小点であるために、ここで処理は終了する。な
ぜなら、全ての独立変数の可能な変位方向に対して、目
的関数Ｅが非減少となるからである。

【００８１】（ii）Δａ^R≠０のとき：次に説明する＜
手順３＞へ進む。

【００８２】＜手順３＞数式３１で示される現在の点か
ら上記手順２で求めた進行方向に向かって、可能領域を
出ない範囲で、進める限界まで進むか、または下り勾配
から上り勾配に変化する点を探す。

【００８３】そのために、ａ（バー）^Rを次の数式３４
で示されるものと置き換える。

【００８４】

【数３４】

【００８５】そして、以下の数式３５に示すように、θ
₁と、θ₂と、θ₃と、を計算する。ここに、θ₁は独立変
数α（バー）₄〜α（バー）_Nについての可能領域の限界
を出ない上限値、θ₂は従属変数α（バー）₁〜α（バ
ー）₃についての可能領域の限界を出ない上限値、θ₃は
下り勾配から上り勾配に転ずる点を与える値、である。

【００８６】

【数３５】

【００８７】そして、数式３６に示すように、これらの
内の最小のものをθの増加限界θ（バー）とする。

【００８８】

【数３６】

【００８９】こうして得られたθ（バー）の値に応じ
て、以下のように手順が分岐する。（i） θ（バー）＝∞のとき：目的関数は下に有界でな
い、すなわち解はないということになる。しかし、本原
理においては、目的関数は２次式でしかも下に凸である
ために、このケースはあり得ない。（ii）θ（バー）＜∞のとき：ａ（バー）^R，ａ（バ
ー）^Bの値をそれぞれａ（バー）^R＋θ（バー）Δａ^R，
ａ（バー）^R−θ（バー）ＭΔａ^Rで置き換える。そし
て、（ii-ａ）θ（バー）＝θ₁またはθ₃のとき：現在の基
底Ｂと単体表はそのままで、上記手順２に戻る。（ii-b） θ（バー）＝θ₂のとき：現在の基底変数ａ^B
の一つα_ω ^Bがθ＝θ（バー）のときに０または１にな
るので、α_ω ^Bを非基底にし、その代わりに｜α（バ
ー）_i｜の内で最も大きい非基底変数α_ξ ^Bを基底に入れ
るような基底変換を行い、新しい単体表を作ってから、
上記手順２に戻る。

【００９０】このようにして、場合に応じて上記手順２
や手順３を複数回繰り返し、手順２において上述したよ
うにΔａ^R＝０となったところで、目的とする最小点が
得られる。

【００９１】以下、図面を参照して本発明の実施の形態
を説明する。図１から図７は本発明の一実施形態を示し
たものであり、図１は色再現システムの構成の概略を示
す図である。

【００９２】この色再現システムは、撮影照明光５によ
って照明された被写体６を撮影するマルチバンドカメラ
１と、このマルチバンドカメラ１から入力されるカラー
画像を後述する６原色ディスプレイ３に出力するための
カラー画像に変換する画像変換装置２と、この画像変換
装置２により変換されたカラー画像を例えばスクリーン
４に投影するカラー画像表示手段たる６原色ディスプレ
イ３と、を有して構成されている。

【００９３】上記マルチバンドカメラ１は、上記撮影照
明光５により照明された被写体６を、例えば１６バンド
のマルチバンド画像データとして撮影して、撮影した画
像データを画像変換装置２へ出力するものである。

【００９４】上記画像変換装置２は、上記マルチバンド
カメラ１から入力された１６バンドの画像データを、後
で詳しく説明するように、６原色ディスプレイ３に表示
するための６原色の画像データに変換して、変換後の画
像データを該６原色ディスプレイ３へ出力するものであ
る。

【００９５】上記６原色ディスプレイ３は、画像変換装
置２から入力された６原色の画像データを、例えばスク
リーン４に投影することにより、観察可能となるように
表示するものである。

【００９６】図２は、マルチバンドカメラ１の構成を示
す図である。

【００９７】被写体６からの入射光は、レンズ１ａによ
り集光され、干渉フィルタ１ｃを介して所定の波長帯域
の光のみの通過が許容された後に、モノクロＣＣＤ１ｅ
上に結像される。

【００９８】上記干渉フィルタ１ｃは、１６バンドの帯
域に各対応して１６枚設けられており、これら１６枚の
干渉フィルタ１ｃがフィルタターレット１ｂに装填され
ている。そして、このフィルタターレット１ｂをモータ
１ｄによって回転することにより、上記レンズ１ａから
モノクロＣＣＤ１ｅへの光路中に、各干渉フィルタ１ｃ
が順次挿入されるようになっている。干渉フィルタ１ｃ
が光路上に位置するのに同期させて、上記モノクロＣＣ
Ｄ１ｅで撮影を行うことにより、各干渉フィルタ１ｃに
対応する分光感度の１６バンドの被写体画像が順次撮影
される。

【００９９】図３は、１６バンドでなるマルチバンドカ
メラ１の分光感度の一例を示す線図である。

【０１００】このマルチバンドカメラ１は、図３に示す
ように、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域におい
て、ほぼ等間隔の１６個のピーク感度を有する分光感度
となっている。このマルチバンドカメラ１により撮影さ
れた１６バンドでなるマルチバンド画像データは、上記
画像変換装置２に出力されて処理される。

【０１０１】なお、フィルタターレット１ｂの干渉フィ
ルタ１ｃを付け替えることにより、１６バンドの分光感
度を用途に応じて変更することが可能である。

【０１０２】図４は、６原色ディスプレイ３の６原色で
なる発光スペクトルを示す線図である。

【０１０３】６原色の発光スペクトルｐ₁（λ），ｐ
₂（λ），ｐ₃（λ），ｐ₄（λ），ｐ₅（λ），ｐ
₆（λ）は、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域にお
いてほぼ等間隔に分布している。

【０１０４】図５は、画像変換装置２の構成を示すブロ
ック図である。

【０１０５】画像変換装置２は、スペクトル推定部１１
と、表示色変換部１２と、データ記憶部１３と、を有し
て構成されている。

【０１０６】上記スペクトル推定部１１は、マルチバン
ドカメラ１から１６バンドのマルチバンド画像データを
入力して、スペクトルデータたる被写体スペクトルを算
出し、色変換手段たる表示色変換部１２に出力する。こ
のスペクトル推定部１１による被写体スペクトルの算出
は、例えば上記文献１に記載されているように、分光反
射率の算出手段により算出した分光反射率に照明光スペ
クトルを掛けることにより行われる。

【０１０７】上記表示色変換部１２は、スペクトル推定
部１１から入力された被写体スペクトルを、データ記憶
部１３から入力した６原色ディスプレイ３の色再現デー
タを用いて、６原色表示信号に変換し、６原色ディスプ
レイ３に出力する。

【０１０８】上記データ記憶部１３に記憶されている６
原色ディスプレイ３の色再現データは、各原色の発光ス
ペクトルと、階調特性と、を含んでいる。これらの内の
発光スペクトルは、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領
域を１ｎｍ間隔で刻む４０１個のデータにより構成さ
れ、また、階調特性は、各原色の入力信号値に対して、
最大値が１となるように正規化された表示輝度を所定サ
ンプル階調毎に与えられたデータである。

【０１０９】図６は、表示色変換部１２の構成を示すブ
ロック図である。

【０１１０】表示色変換部１２は、測色値算出部２１
と、信号算出部２２と、階調補正部２３と、を有して構
成されている。

【０１１１】上記測色値算出部２１は、データ記憶部１
３から入力された６原色ディスプレイ３のスペクトルを
上記数式６により算出するとともに、スペクトル推定部
１１から入力された被写体スペクトルの測色値を上記数
式４により算出する。

【０１１２】この測色値を算出するに当たり用いられる
等色関数は、測色値算出部２１に記憶されている等色関
数データの内からこの画像変換装置２を使用するユーザ
ーが選択したものであり、上述したように、任意個の関
数を用いることが可能である。

【０１１３】こうして、測色値算出部２１は、６原色デ
ィスプレイ３の各原色のスペクトルおよび測色値と、被
写体のスペクトルおよび測色値と、を信号算出部２２に
出力する。

【０１１４】上記信号算出部２２は、６原色ディスプレ
イ３の各原色のスペクトルおよび測色値と、被写体のス
ペクトルおよび測色値と、を入力して、６原色ディスプ
レイ３の表示信号値を算出し、階調補正部２３に出力す
る。

【０１１５】このときに、信号算出部２２は、例えば設
定を行うことにより、被写体スペクトルと、６原色ディ
スプレイ３の各原色のスペクトルと、を数式１４に基づ
いて重み付けし入力することも可能である。

【０１１６】上記階調補正部２３は、信号算出部２２か
ら入力した６原色表示信号を、データ記憶部１３から入
力した階調特性を用いて補正し、６原色ディスプレイ３
に出力する。

【０１１７】図７は、信号算出部２２の構成を示すブロ
ック図である。

【０１１８】信号算出部２２は、ユーザー設定部３１
と、線形解算出部３２と、非線形解算出部３３と、を有
して構成されている。

【０１１９】ユーザー設定部３１は、線形解算出部３２
を用いるか否かの設定情報と、非線形解算出部３３を用
いるか否かの設定情報と、をそれぞれ、線形解算出部３
２と、非線形解算出部３３と、に出力する。

【０１２０】上記線形解算出部３２は、ユーザー設定部
３１が線形解算出部３２を用いるという設定情報を出力
した場合に、スペクトル推定部１１から入力した被写体
スペクトルに対する６原色表示信号を算出して、被写体
スペクトルとともに非線形解算出部３３に出力する。

【０１２１】一方、ユーザー設定部３１が線形解算出部
３２を用いないという設定情報を出力した場合には、線
形解算出部３２は、スペクトル推定部１１から入力した
被写体スペクトルをそのまま非線形解算出部３３に出力
する。

【０１２２】上記非線形解算出部３３は、ユーザー設定
部３１が非線形解算出部３３を用いるという設定情報を
出力した場合に、線形解算出部３２から被写体スペクト
ルまたは６原色表示信号を入力する。

【０１２３】非線形解算出部３３は、被写体スペクトル
または０〜１の範囲外となる６原色表示信号を受け取っ
た場合は、０〜１の範囲内となる６原色表示信号を算出
して、階調補正部２３に出力する。

【０１２４】また、非線形解算出部３３は、０〜１の範
囲内となる６原色表示信号を受け取った場合は、入力し
た６原色表示信号をそのまま階調補正部２３に出力す
る。

【０１２５】一方、ユーザー設定部３１が非線形解算出
部３３を用いないという設定情報を出力した場合には、
非線形解算出部３３は、入力した６原色表示信号をその
まま階調補正部２３に出力する。ただし、６原色表示信
号が０〜１の範囲外であった場合には、０〜１の範囲と
なるように信号値のマッピングを行う。

【０１２６】上記線形解算出部３２と非線形解算出部３
３とにおける表示信号算出の処理について、さらに説明
する。

【０１２７】線形解算出部３２は、線形の２次計画法を
用いて６原色ディスプレイ３の表示信号を算出するもの
であり、具体的には、上記原理で述べたラグランジュの
未定係数法を用いるものとなっている。すなわち、線形
解算出部３２は、測色値算出部２１から入力した６原色
ディスプレイ３の原色スペクトル及び測色値と、該測色
値算出部２１から入力した被写体の測色値と、スペクト
ル推定部１１から入力した被写体スペクトルと、を用い
て、数式１８に基づいて、６原色ディスプレイ３の表示
信号α₁〜α₆を算出する。

【０１２８】非線形解算出部３３は、非線形の２次計画
法を用いて６原色ディスプレイ３の表示信号を算出する
ものであり、具体的には、上記原理で述べた縮小勾配法
を用いるものとなっている。すなわち、非線形解算出部
３３は、線形解算出部３２から、被写体スペクトル及び
測色値と、６原色ディスプレイ３のスペクトル及び測色
値と、を入力し、上述した＜手順１＞〜＜手順３＞に従
った処理を行うことにより、６原色ディスプレイ３の表
示信号α₁〜α₆を算出する。

【０１２９】このような実施形態によれば、スペクトル
を近似する画像表示を行うようにしたために、等色関数
のばらつきに関する統計情報が未知である場合にも、多
くの観測者に対して正確な色再現を行うことが可能とな
る。

【０１３０】このとき、測色値が一致する拘束条件の下
で、スペクトルを近似するようにしたために、多くの観
測者に対する正確な色再現をより高精度に行うことが可
能となる。

【０１３１】また、被写体スペクトルやディスプレイの
スペクトルに適切な重み付けを行った上で、スペクトル
を近似するようにしたために、多くの観測者に対する正
確な色再現をより高精度に行うことが可能となる。

【０１３２】さらに、測色値を算出する等色関数として
任意の関数を用いることができるようにしたために、観
察者に応じたより適切な等色関数や等色関数のばらつき
を表す高次元の測色値を利用することができ、多くの観
測者に対する正確な色再現をより高精度に行うことが可
能となる。

【０１３３】そして、スペクトルを近似する際の計算方
法として、最小自乗近似を用いているために、計算を高
速に行うことができ、多くの観測者に対する正確な色再
現を、現行システムと同程度の処理時間により実現する
ことが可能となる。

【０１３４】また、最小自乗近似により算出された解が
表示可能な範囲に入っていない場合でも、逐次的に算出
を行うことにより、表示可能な範囲内の最適解を得るこ
とが可能である。

【０１３５】加えて、逐次的な算出を行う際に、最適解
を得るまで演算を繰り返さなくても、適当な段階で演算
を打ち切ることにより、比較的精度の良い近似解を得な
がら、計算時間を短縮することも可能となる。

【０１３６】こうして、等色関数の個人差に関する統計
データがない場合でも、より多くの観察者に対して正確
な色再現を行うことが可能となる。

【０１３７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

【０１３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の色再現シス
テムによれば、等色関数にばらつきのある多くの観察者
に対しても正確な色再現を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における色再現システムの
構成の概略を示す図。

【図２】上記実施形態のマルチバンドカメラの構成を示
す図。

【図３】上記実施形態における１６バンドでなるマルチ
バンドカメラの分光感度の一例を示す線図。

【図４】上記実施形態における６原色ディスプレイの６
原色でなる発光スペクトルを示す線図。

【図５】上記実施形態の画像変換装置の構成を示すブロ
ック図。

【図６】上記実施形態の表示色変換部の構成を示すブロ
ック図。

【図７】上記実施形態の信号算出部の構成を示すブロッ
ク図。

【符号の説明】

１…マルチバンドカメラ２…画像変換装置３…６原色ディスプレイ（カラー画像表示手段）４…スクリーン１１…スペクトル推定部１２…表示色変換部（色変換手段）１３…データ記憶部２１…測色値算出部２２…信号算出部２３…階調補正部３１…ユーザー設定部３２…線形解算出部３３…非線形解算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口雅浩東京都港区芝２−31−19 通信・放送機構内 (72)発明者大山永昭東京都港区芝２−31−19 通信・放送機構内Ｆターム(参考） 5B057 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC01 CE17 CE18 CH08 5C066 AA01 AA03 BA20 CA05 EE04 GA01 KE02 KE03 KE04 KF05 KL13 KM05 KM11 5C077 LL19 MP08 PP37 PP47 PP48 PQ12 PQ18 SS06 5C079 HB05 HB11 JA12 JA16 JA23 LB01 MA11 NA03 PA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スペクトルデータを表示信号に変換する
色変換手段と、上記表示信号に基づいて表示を行うカラー画像表示手段
と、を具備し、上記色変換手段は、上記カラー画像表示手段の表示に係
る表示スペクトルを、該カラー画像表示手段により可能
な表示スペクトルの範囲内で上記スペクトルデータに近
似させるように、スペクトルデータを表示信号に変換す
るものであることを特徴とする色再現システム。
【請求項２】上記色変換手段は、上記スペクトルデー
タの測色値と、上記表示スペクトルの測色値と、を一致
させる条件の下で上記近似を行い、スペクトルデータを
表示信号に変換するものであることを特徴とする請求項
１に記載の色再現システム。
【請求項３】上記測色値は、任意個の関数を用いて、
これらの各関数に一対一に対応して算出される値である
ことを特徴とする請求項２に記載の色再現システム。
【請求項４】上記色変換手段は、所望の関数により重
み付けされた上記スペクトルデータと、該所望の関数に
より重み付けされた上記表示スペクトルと、に対して上
記近似を行うものであることを特徴とする請求項１、請
求項２、または請求項３に記載の色再現システム。
【請求項５】上記色変換手段は、上記スペクトルデー
タと上記表示スペクトルとの最小自乗近似により、上記
近似を行うものであることを特徴とする請求項１、請求
項２、請求項３、または請求項４に記載の色再現システ
ム。
【請求項６】上記色変換手段は、上記表示信号に基づ
く表示スペクトルが上記カラー画像表示手段による表示
可能範囲に入るような最小自乗近似により、上記近似を
行うものであることを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４、または請求項５に記載の色再現シ
ステム。