JP2008067308A - 色処理装置、色処理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】色変換行列を用いて色信号の色変換を行う場合に、発散解になることなく色信号の色変換ができる色処理装置等を提供すること。
【解決手段】色変換行列の成分に所定の値を加えることにより、正則行列に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、色信号の変換に用いられる色処理装置等に関する。

例えば、あるカラー出力デバイス等の色信号を用いて、別のカラー出力デバイス等に出力を行うような場合、両者間で異なる色空間における色信号を使用していると、色信号の変換を行う必要がある。

異なる色空間への色信号の変換を行う方法として、例えば、色予測モデルを構築し、１つの色信号の値に応じて、実測データに対する色予測モデルのスムージング度合いを制御するパラメータを変化させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
この方法によれば、精度のよい色変換行列を算出することができ、また逆行列も存在することが多いので、色の逆変換も良好に行うことができる場合が多い。

特開２００２−０８４４３４号公報

本発明の目的は、色変換行列を用いて色信号の変換を行う場合に、発散解（計算上ありえない解）になることなく色信号の変換ができる色処理装置等を提供することにある。

かくして本発明が適用される色処理装置は、所定の入力色信号からなる画像信号を取得する画像信号取得部と、入力色信号と出力色信号とを対応づける色変換行列の情報が格納された色変換行列格納部と、色変換行列格納部から色変換行列の情報を読み出し、色変換行列を正則行列に変換する行列正則化処理部と、画像信号取得部により取得された入力色信号を、正則行列を用いて出力色信号に変換する正色変換部とを有することを特徴とする。

また、本発明が適用される色処理装置は、所定の出力色信号からなる画像信号を取得する画像信号取得部と、出力色信号と入力色信号とを対応づける色変換行列の情報が格納された色変換行列格納部と、色変換行列格納部から色変換行列の情報を読み出し、色変換行列を正則行列に変換する行列正則化処理部と、正則行列から逆行列を算出する逆行列算出部と、画像信号取得部により取得された出力色信号を、逆行列を用いて入力色信号に変換する逆色変換部とを有することを特徴とする。

ここで、行列正則化処理部では、色変換行列の成分に所定の値を加えることにより処理が行われることが好ましい。

一方、本発明が適用される色処理方法は、所定の入力色信号からなる画像信号を取得し、入力色信号と出力色信号とを対応づける色変換行列の情報を取得し、色変換行列を正則行列に変換し、正則行列を用いて、入力色信号を出力色信号に変換することを特徴とする。

また、本発明が適用される色処理方法は、所定の出力色信号からなる画像信号を取得し、出力色信号と入力色信号とを対応づける色変換行列の情報を取得し、色変換行列を正則行列に変換し、正則行列から逆行列を算出し、逆行列を用いて、出力色信号を入力色信号に変換することを特徴とする。

ここで、色変換行列を正則行列に変換する処理は、色変換行列の成分に所定の値を加えることにより行われることが好ましい。

一方、本発明が適用されるプログラムは、コンピュータに、入力色信号と出力色信号を対応づける色変換行列の情報をメモリから読み出す機能と、色変換行列を正則行列に変換する機能と、正則行列を用いて、入力色信号を出力色信号に変換する機能を実現させることを特徴とする。

また、本発明が適用されるプログラムは、コンピュータに、入力色信号と出力色信号を対応づける色変換行列の情報をメモリから読み出す機能と、色変換行列を正則行列に変換する機能と、正則行列から逆行列を算出する機能と、逆行列を用いて、出力色信号を入力色信号に変換する機能を実現させることを特徴とする。

ここで、コンピュータに、色変換行列の成分に所定の値を加えることにより、色変換行列を正則行列に変換する機能を更に実現させることが好ましい。

請求項１に記載の発明によれば、色変換行列を用いて色信号の色変換を行う場合に、発散解になることなく正色変換ができる色処理装置が得られる。
また、請求項２に記載の発明によれば、色変換行列を用いて色信号の色変換を行う場合に、発散解になることなく逆色変換ができる色処理装置が得られる。
更に、請求項３に記載の発明によれば、この構成を用いない場合に比べて簡便な手段で、発散解になることなく色信号の色変換ができる上記色処理装置が得られる。

一方、請求項４に記載の発明によれば、色変換行列を用いて色信号の色変換を行う場合に、発散解になることなく正色変換ができる色処理方法が得られる。
また、請求項５に記載の発明によれば、色変換行列を用いて色信号の色変換を行う場合に、発散解になることなく逆色変換ができる色処理方法が得られる。
更に、請求項６に記載の発明によれば、この構成を用いない場合に比べて簡便な手段で、発散解になることなく色信号の色変換ができる上記色処理方法が得られる。

一方、請求項７に記載の発明によれば、色変換行列を用いて色信号の色変換を行う場合に、発散解になることなく正色変換ができるプログラムが得られる。
また、請求項８に記載の発明によれば、色変換行列を用いて色信号の色変換を行う場合に、発散解になることなく逆色変換ができるプログラムが得られる。
更に、請求項９に記載の発明によれば、この構成を用いない場合に比べて簡便な手段で、発散解になることなく色信号の色変換ができる上記プログラムが得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

異なる色空間への色変換を行う場合、例えば、標準色空間から標準色空間への色変換であるｓＲＧＢ→ｓＹＣｂＣｒなどの色変換の場合は、決まった変換行列が定義されている。
またｓＹＣｂＣｒ→ｓＲＧＢの逆変換を行いたい場合は、その逆行列を用いればよい。
上記のような標準色空間同士での変換行列は、必ず逆行列が存在するので、逆変換であるｓＹＣｂＣｒ→ｓＲＧＢの色変換などの場合は、不安定な値が算出されることはない。

しかしながら、カラー出力デバイスなどのデバイスに依存した色空間と、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊などのデバイスに依存しない色空間への変換定義は、測色したときの環境や、デバイスの状態によって対応関係が異なる。
このような、カラー出力デバイスなどのデバイスに依存した色空間から、デバイスに依存しない色空間への変換は、実測データを用いてモデルを構成し、色変換特性を予測することが多い。
例えば、カラー出力デバイスを、ＣＭＹＫを色信号とするプリンタとし、デバイスに依存しない色空間をＬ^＊ａ^＊ｂ^＊とする。
実測データは、ＣＭＹＫ値でカラーパッチを作成し、プリンタで出力したカラーパッチを測色器によって測色することで、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊値を算出し、ＣＭＹＫ値とＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値を対応づければよい。
このとき、１０００パッチくらいのＣＭＹＫ値とＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値の対応関係があれば、当該パッチに無い色は十分に予測することができる。

しかし、精度の高い測色器を用いたとしても、通常測色されるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値は測色誤差というばらつきをもつ。
このようなばらつきをもつ実測データをもとに、統計的に色変換特性をモデル化する方法は、キャラクタライゼーション、または、色予測モデルなどと呼ばれる。
一方、ＣＭＹＫ値とＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値の対応関係をニューラルネットワークに学習させ、学習後のニューラルネットワークを色予測モデルとして用いる場合もある。

しかしながら、色変換の特性が常に素直であるとは限らない。例えば、ＣＭＹＫを色信号としたプリンタでの色予測モデルでは、ＣＭＹＫ値の変化量に対して、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊値の変化量が極端に小さくなる領域がある。
このような領域は、色予測モデルにとっては、低感度な領域で、わずかなＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値のばらつきに結果が大きく左右されることになる。
このような場合、低感度な領域は、Ｋの値が大きい場合に生じやすく、特殊な領域として扱われる場合もある。
低感度な領域における色変換を、色変換行列で行う場合、行列式の値が極端に小さくなる場合があり、逆行列の演算が不安定になることがある。
逆行列の演算が不安定であれば、色の逆変換（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊→ＣＭＹＫへの色変換）において算出されたＣＭＹＫ値が発散解（計算上ありえない解）になってしまう。

また異なる色空間へ色信号を変換するにあたり、必要な逆行列が不安定になる場合は、前述のような色信号の対応関係が低感度な領域が存在する場合だけとは限らない。色変換行列の逆行列を用いて演算を行う必要がある場合は、常に懸念しなければならない問題である。

この問題を解決するのに、例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊→ＣＭＹＫの色変換の場合、Ｋの値に応じて、実測データに対する色予測モデルのスムージング度合いを制御するパラメータを変化させる方法のように、色変換行列の生成方法を改良する方法もあるが、生成された色変換行列が常に安全なものとは限らない。
色変換行列が逆行列を持たないような性質を有するものであれば、解が発散し、プログラムが停止する可能性がある。
このため、計算上安全なプログラムを作成するにあたり、色変換行列そのものが逆行列を有する安全なものであること（即ち、正則行列であること）が重要となる。

そこで本実施の形態においては、以下のような方法により、上記問題を解決する。

図１は、本実施の形態が適用される色処理装置１０の機能を示すブロック図である。
図１に示した色処理装置１０では、例えば外部のコンピュータ装置（図示せず）から所定の出力色信号からなる画像信号を取得する画像情報取得部１１を備えている。また異なる色空間への色変換を行うための情報である色変換行列が格納されている色変換行列格納部１２を備えている。更に図示しない制御部等により読み出された色変換行列を正則化して正則行列を算出する行列正則化処理部１３、正則行列から逆行列を算出する逆行列算出部１４、出力色信号を逆行列を使用して色変換を行い入力色信号とする逆色変換部１５を備えている。

図２は、このときの色処理装置１０の動作を示したフローチャートである。
以下、図１および図２を使用して本実施の形態が適用される色処理装置について詳述するが、ここでは例として、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊→ＣＭＹの色変換を行う場合について説明を行う。

画像情報取得部１１では、前述の通り、外部のコンピュータ装置等から所定の出力色信号からなる画像信号を取得する（ステップ１０１）。ここでは出力色信号としてＬ^＊ａ^＊ｂ^＊の色信号を取得する。

色変換行列格納部１２では、異なる色空間への色変換を行うための情報である色変換行列が格納されているが、図示しない制御部等によりＣＭＹ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の色変換を行うための情報である色変換行列を取得する（ステップ１０２）。
この色変換行列は、例えば、実測データに対して、与えられたＣＭＹの近傍にあるデータに重みづけをし、重みづけされたデータに対し、回帰分析を行うことで、決定することができる。
このように算出された色変換行列Ｓを、

とすれば、与えられたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色信号近傍での、ＣＭＹ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の色変換は、以下のような数式２で行うことができる。

Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色信号からＣＭＹ色信号を算出するためには、数式２の逆変換を行えばよく、以下のような数式３で行うことができる。

ここで、行列Ｓが正則でなければ、逆行列Ｓ^−１が存在しないことになり、発散解が算出されることになる。実測データの質が悪ければ、行列Ｓが正則にならない可能性は多分にある。
そこで、行列正則化処理部１３では、発散解が算出されないようにするため、行列Ｓが正則になるように行列の成分の最適化を行う（ステップ１０３）。
逆行列をもたない場合は、行列式｜Ｓ｜が、｜Ｓ｜＝０となる場合である。本実施の形態ではこれを回避するために、行列Ｓの対角成分に対して、以下のようなパラメータλを導入し、そのパラメータλを行列Ｓの所定の成分に加える。

｜Ｓ｜＝０になるのは、行列の対角成分のいずれかが０になる場合なので、例えば、数式４のように対角成分に０以外の数値λを加えれば、行列の対角成分のいずれかが０になることはなくなる。

λはパラメータとして固定的に持っていてもよいが、例えば、以下の方法により導出してもよい。
まず、適当な初期値λを代入することで、以下の数式５によって、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊値からＣＭＹ値を算出する。算出されたＣＭＹ値から、以下の数式６でＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値を算出し、元のＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値との差が最小となるようなλを探索する。

探索手順としては、与えられたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値を、（Ｌ_０，ａ_０，ｂ_０）として、適当な初期値λを与え、数式５に代入して、以下の数式７により変換後のＣＭＹ値である（Ｃ_λ，Ｍ_λ，Ｙ_λ）を算出する。

算出された（Ｃ_λ，Ｍ_λ，Ｙ_λ）を数式６に代入し、以下の数式８で、（Ｌ_λ，ａ_λ，ｂ_λ）を算出する。

以上のように算出された（Ｌ_０，ａ_０，ｂ_０）と（Ｌ_λ，ａ_λ，ｂ_λ）の距離ｄは以下の数式９で表すことができる。

ｄがなるべく小さくなるように、かつλ＞０となるλを探索し、採用する。これにより逆行列を算出でき、発散解になることなく色信号の色変換を行うことができる正則行列を得ることができる。

また、本実施の形態では、λは対角成分の全てに対して同一のものを使う必要はなく、以下のように成分ごとに異なるものを用いてもよい。
この場合、数式４は、以下の数式１０となる。

上述の場合と同様の手順で、λ_１，λ_２，λ_３を個別に最適化することができ、逆行列が算出できる正則行列を得ることができる。

以下は、逆行列算出部１４において、算出された正則行列から逆行列を算出する（ステップ１０４）。
そして、逆色変換部１５において、当該逆行列を用いて出力色信号であるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊から入力色信号であるＣＭＹへの逆色変換を行うことができる（ステップ１０５）。
そして、最後に入力色信号としての画像信号を出力する（ステップ１０６）。

更に、本実施の形態では、上述した方法を次元の異なる色変換においても適用することができる。
例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊→ＣＭＹＫの色変換を行う場合を考える。
ＣＭＹＫ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の色変換を行う色変換行列は、４次元色空間から３次元色空間への変換なので、既知数の不足により、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊からＣＭＹＫへの逆変換は一意に決定することはできない。
このため、一般的には、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊値の他に、ＣＭＹＫ値のうちいずれか１つ以上の値を与えて解を算出する。通常はＫの値を与えることが多いので、以下の実施例では、Ｋの値を与えるものとして説明を行う。

この場合は、画像情報取得部１１で外部のコンピュータ装置等からＬ^＊ａ^＊ｂ^＊の出力色信号からなる画像情報を取得する（ステップ１０１）。

色変換行列格納部１２では、ＣＭＹＫ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の色変換を行うための情報である色変換行列が格納されており、図示しない制御部等により当該色変換行列を取得する（ステップ１０２）。
色変換行列は、上述の例の場合と同様に、例えば、実測データに対して、与えられたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値の近傍にあるデータに重みづけをし、重みづけされたデータに対し、回帰分析を行うことで、決定することができる。
この色変換行列をＳとすると、ＣＭＹＫ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊への色変換は以下の数式１１で行うことができる。

与えられたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値およびＫ値の色成分を（Ｌ_０，ａ_０，ｂ_０）およびＫ_０とすると、数式１１は、以下の数式１２となる。

以下、整理すると下記の数式１３が得られる。

以上の式より、ＣＭＹ値は、以下の数式１４により算出することができる。

次に、行列正則化処理部１３では、発散解になることなく色信号の色変換ができるように、行列の成分の最適化を行う（ステップ１０３）。
即ち、数式１４における色変換行列に、パラメータλを導入し、そのパラメータを行列の成分に加える。

このとき、色変換行列は、数式４と同様なものになるので、以下正則行列を求める手順は、前述の方法と同様の方法で行うことができる。
なお、正則行列を求めた後の処理については、前述の場合と同様であるので、説明を省略する。

以上、ＣＭＹ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の色変換とＣＭＹＫ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の色変換の例を示したが、色変換行列に逆行列が存在し、その逆行列が計算上問題なければ、そのまま色変換をしてもよい。

図３は、本実施の形態が適用される色処理装置において、図１に、行列特性判定部２１を追加した場合の機能を示すブロック図である。
また、図４は、このときの色処理装置２０の動作を示したフローチャートである。
図３に示した色処理装置２０では、行列特性判定部２１において、行列が発散解になることなく色信号の色変換ができるどうかの判定を行う（ステップ２０３）。
行列特性判定部２１で行う判定の基準としては、行列式が０に近い場合は逆行列が発散解を算出する可能性が高いため、逆行列が存在しないものとみなし（ステップ２０４）、行列正則化処理部１３を実行する（ステップ２０５）。しかし、そうでない場合は逆行列算出部１４に移行し（ステップ２０４）、逆行列を算出する（ステップ２０６）。
なお、上記の行列特性の判定は、対角成分のみで行ってもよい。

当然ながら、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊→ＣＭＹ、またはＬ^＊ａ^＊ｂ^＊→ＣＭＹＫへの逆色変換以外に、ＣＭＹ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊、またはＣＭＹＫ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の正色変換にも本実施の形態による色処理方法は適用可能である。

図５は、本実施の形態が適用される色処理装置において、正色変換を行う場合の機能を示したブロック図である。
また、図６は、このときの色処理装置３０の動作を示したフローチャートである。
例として、ＣＭＹＫ→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の色変換を行う場合の説明を以下に行う。
この場合は、行列正則化処理部１３により正則行列を算出するが（ステップ３０３）、その逆行列を算出することなく色変換行列として用いることができるので、それを用いて正色変換部３１において、色変換を行えばよい（ステップ３０４）。

なお、本実施の形態では、ＣＭＹＫやＣＭＹの色信号を扱う場合を例にして説明を行ったが、これに限らないことは勿論のことであり、ＲＧＢ色信号やＣＭＹＫＲＧＢ色信号などでも同様であり、また、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色信号のみならずＸＹＺ色信号やＹＣｂＣ色信号を用いる色変換などに適用してもよい。色変換行列に関する演算が必要な場合の全ての処理に対して有効である。

図７は、本発明の実施の形態が適用される色処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
図７に示す色処理装置４０は、演算手段であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４１と、記憶手段であるメインメモリ４２と、外部との通信を行うための通信Ｉ/Ｆ４４とを備える。ここで、ＣＰＵ４１は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やアプリケーション等の各種ソフトウェアを実行し、上述した各機能を実現する。また、メインメモリ４２は、各種ソフトウェアやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域である。また通信Ｉ/Ｆ４４は、所定の色信号からなる画像信号の入出力を行う。
更に、色処理装置４０は、各種ソフトウェアに対する入力データや各種ソフトウェアからの出力データ等を記憶する記憶領域である磁気ディスク装置(ＨＤＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ)４３や、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構４５や、キーボードやマウス等の入力デバイス４６等を備えていてもよい。

本実施の形態が適用される色処理装置の機能を示すブロック図である。 本発明の実施の形態が適用される色処理装置の動作を示したフローチャートである。 本実施の形態が適用される色処理装置において、図１に、行列特性判定部を追加した場合の機能を示すブロック図である。 本発明の実施の形態が適用される色処理装置の動作を示したフローチャートである。 本実施の形態が適用される色処理装置において、正色変換を行う場合の機能を示したブロック図である。 本発明の実施の形態が適用される色処理装置の動作を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態が適用される色処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。

符号の説明

１１…画像情報取得部、１２…色変換行列格納部、１３…行列正則化処理部、１４…逆行列算出部、１５…逆色変換部、２１…行列特性判定部、３１…正色変換部

Claims (9)

1. 所定の入力色信号からなる画像信号を取得する画像信号取得部と、
   前記入力色信号と出力色信号とを対応づける色変換行列の情報が格納された色変換行列格納部と、
   前記色変換行列格納部から前記色変換行列の情報を読み出し、当該色変換行列を正則行列に変換する行列正則化処理部と、
   前記画像信号取得部により取得された前記入力色信号を、前記正則行列を用いて出力色信号に変換する正色変換部と
   を有することを特徴とする色処理装置。
2. 所定の出力色信号からなる画像信号を取得する画像信号取得部と、
   前記出力色信号と入力色信号とを対応づける色変換行列の情報が格納された色変換行列格納部と、
   前記色変換行列格納部から前記色変換行列の情報を読み出し、当該色変換行列を正則行列に変換する行列正則化処理部と、
   前記正則行列から逆行列を算出する逆行列算出部と、
   前記画像信号取得部により取得された前記出力色信号を、前記逆行列を用いて入力色信号に変換する逆色変換部と
   を有することを特徴とする色処理装置。
3. 前記行列正則化処理部では、前記色変換行列の成分に所定の値を加えることにより処理が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の色処理装置。
4. 所定の入力色信号からなる画像信号を取得し、
   前記入力色信号と出力色信号とを対応づける色変換行列の情報を取得し、当該色変換行列を正則行列に変換し、
   前記正則行列を用いて、前記入力色信号を出力色信号に変換することを特徴とする色処理方法。
5. 所定の出力色信号からなる画像信号を取得し、
   前記出力色信号と入力色信号とを対応づける色変換行列の情報を取得し、当該色変換行列を正則行列に変換し、
   前記正則行列から逆行列を算出し、
   前記逆行列を用いて、前記出力色信号を入力色信号に変換することを特徴とする色処理方法。
6. 前記色変換行列を正則行列に変換する処理は、当該色変換行列の成分に所定の値を加えることにより行われることを特徴とする請求項４または５に記載の色処理方法。
7. コンピュータに、
   入力色信号と出力色信号を対応づける色変換行列の情報をメモリから読み出す機能と、
   前記色変換行列を正則行列に変換する機能と、
   前記正則行列を用いて、前記入力色信号を出力色信号に変換する機能
   を実現させるプログラム。
8. コンピュータに、
   入力色信号と出力色信号を対応づける色変換行列の情報をメモリから読み出す機能と、
   前記色変換行列を正則行列に変換する機能と、
   前記正則行列から逆行列を算出する機能と、
   前記逆行列を用いて、前記出力色信号を入力色信号に変換する機能
   を実現させるプログラム。
9. 前記コンピュータに、
   前記色変換行列の成分に所定の値を加えることにより、色変換行列を正則行列に変換する機能を更に実現させる請求項７または８に記載のプログラム。

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