JP2008288982A

JP2008288982A - 色処理装置および方法

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Publication number: JP2008288982A
Application number: JP2007133037A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Sasaki; 良隆佐々木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】任意の重要色の再現目標に基づいて、色相、明度、彩度それぞれを独立して制御するとともに、滑らかな階調再現を実現し、好ましい色再現を得ることを目的とする。
【解決手段】色相、明度、彩度それぞれ独立に制御することが可能な色変換パラメータを設定する設定手段と、前記設定手段で設定したパラメータと一次元スプライン関数を利用して、標本点と出力色域内の変換後標本点との対応関係を生成する生成手段と、前記生成した対応関係と三次元スプライン関数とを用いて、処理対象である入力信号値を前記出力色域内の出力信号値に変換する変換手段とを有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、入力信号値を前記出力色域内の出力信号値に変換するものに関する。

近年、カラー画像を扱うデバイスの普及により、同じカラー画像を異なるデバイスで扱う機会が増加している。例えば、ディジタルカメラで撮影した画像の出力先としてモニタやプリンタが考えられる。しかし、デバイス毎に再現可能な色の範囲（以下、色域という）が異なるため、同じ画像であってもモニタで表示される色とプリンタで出力される色が異なるという問題がある。そこで、異なるデバイス間での色域の差を吸収するために、出力色域外の入力色を出力色域の内部の色に変換する色域変換処理が重要になっている。一般に色域変換処理はＣＩＥＬＡＢ色空間やＣＩＥＬＵＶ色空間などのデバイス非依存な均等色空間で実施され、図１５のように圧縮方向を決めて色変換する方法や色差が最小となる色に変換する方法などが広く知られている。

ところで、上記の色域圧縮処理において、出力機器でより好ましい色になるように画像の色を変換するために、肌色や青色といった一般に記憶色と呼ばれる色をより好ましい色に変換する場合がある。この好ましい色再現を得るためには記憶色を始めとしたいくつかの重要色を所望の色に高精度に変換することが重要となる。また、それと同時に画像全体としての好ましさを得るためには重要色の局所的な調整によらず階調が良好に再現されている必要がある。

また、特許文献１には、入力色の色相および明度に基づいて色域圧縮関数のパラメータを決定して色変換する技術が記載されている。しかしながら、調整項目が明度と彩度に限定されている為、肌色や空色等の色相を変換してより好ましい色に再現することは難しい。
特開２００３−３７７４５号公開

従来の色変換方法では調整可能な重要色の数や色域圧縮関数のパラメータの数が制限されていたり、色再現精度が不十分であったりしたために、所望の好ましい色再現を得ることが難しいという問題があった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、任意の重要色の再現目標に基づいて、色相、明度、彩度それぞれを独立して制御するとともに、滑らかな階調再現を実現し、好ましい色再現を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、色相、明度、彩度それぞれ独立に制御することが可能な色変換パラメータを設定する設定手段と、前記設定手段で設定したパラメータと一次元スプライン関数を利用して、標本点と出力色域内の変換後標本点との対応関係を生成する生成手段と、前記生成した対応関係と三次元スプライン関数とを用いて、処理対象である入力信号値を前記出力色域内の出力信号値に変換する変換手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、任意の重要色の再現目標に基づいて、色相、明度、彩度それぞれを独立して制御するとともに、滑らかな階調再現を実現し、好ましい色再現を得ることができる。

（第１実施例）
図１は、色処理装置のブロック図である。１０１は画像処理をする処理部、１０２は画像やプログラムを表示する表示部、１０３は画像データを出力する出力部、１０４は画像ファイルやデバイスプロファイルを保持する記録部である。

処理部１０１は、表示部１０２と出力部１０３のデバイスプロファイルを読み込み、表示部１０２の色信号を出力部１０３の好ましい色信号に変換するＬＵＴを生成する。さらに、表示部１０２に表示したカラー画像を、生成したＬＵＴを用いて処理部１０１で色変換する。

本実施例では、色変換アプリケーションを用いて画像の色を変換する。

色変換アプリケーションの起動に関するユーザ指示を入力すると、処理部１０１は記録部１０４に格納されている色変換アプリケーションを起動する。表示部１０２に、図２に示す色変換アプリケーションのウィンドウを表示する。

２０１は入力デバイスプロファイルの入力を指示するためのボタン、２０２は出力デバイスプロファイルの入力を指示するためのボタンである。２０３（ａ）、２０３（ｂ）、２０３（ｃ）はそれぞれ色相、明度、彩度の色変換を実行するかどうかを選択するためのチェックボックスである。２０４は２０３のチェック結果に従ったＬＵＴの生成を指示するためのボタンである。２０５は変換するカラー画像の入力を指示するためのボタンである。２０６（ａ）は色変換前の画像を表示するプレビュー領域、２０６（ｂ）はＬＵＴで変換後の画像を表示するプレビュー領域である。２０７は生成したＬＵＴを用いて色変換されたカラー画像をプリンタ１０９に出力することを指示するためのボタンである。

以下では、色変換アプリケーションの動作について図２と図３を用いて説明する。

ステップ３０１において、入力デバイスプロファイルボタン２０１および出力デバイスボタン２０２の押下の検出に応じて、記録部１０４から表示部１０２と出力部１０３のそれぞれに対応するデバイスプロファイルを読み込む。尚、このデバイスプロファイルはＰＣＳ（ＰｒｏｆｉｌｅＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｐａｃｅ）をＣＩＥＬＡＢ色空間とする。入力デバイスプロファイルはデバイス依存のＲＧＢ値とデバイス非依存のＬ＊ａ＊ｂ＊値で構成され、出力デバイスプロファイルはデバイス依存のＣＭＹＫ値とデバイス非依存のＬ＊ａ＊ｂ＊値で構成されるものとする。

ステップ３０２において、カラー画像ファイル入力ボタン２０５の押下に応じて、ユーザに指定されたカラー画像を記録部１０４から読み込み、２０６（ａ）のプレビュー領域にカラー画像を表示する。

ステップ３０３において、色変換を制御するチェックボックス２０３（ａ）、２０３（ｂ）、２０３（ｃ）ののオン、オフを検出する。但し、色変換パラメータの制御に関しては本実施例の様な単純な変換のオン、オフだけでなく所望の明度階調カーブを読み込ませるなど一次元ＬＵＴで表される色調整パラメータを外部から設定可能にしても良い。

ステップ３０４において、ＬＵＴ生成ボタン２０４の押下の検出に応じて、ステップ３０１で読み込まれた入出力デバイスプロファイルおよび、ステップ３０３の制御項目のチェック結果に基づいてＬＵＴを生成する。ＬＵＴの生成方法の詳細に関しては後述する。

ステップ３０５において、ステップ３０４で生成した色変換ＬＵＴを用いて、ステップ３０２で読み込んだカラー画像の色を変換する。変換された画像は２０６（ｂ）のプレビュー領域に表示される。

ステップ３０６において、ユーザが目視により、プレビュー領域２０６（ａ）および２０６（ｂ）に表示された画像を比較して所望の色変換が行われているかどうか確認する。所望の色変換が行われていればステップ３０７に移行し、所望の色変換が行われていない場合はステップ３０３に移行して色変換パラメータを再調整する。

ステップ３０６では、印刷ボタンの押下に応じて、色変換済みの画像を出力部１０３に送信し、出力部に画像を出力させる。

（スプライン関数）
ここで、以後の説明のために色変換に用いるスプライン関数について説明する。入力値ｘに対する出力値をｙとすると、スプライン関数は次式になる。

ここで、Ｂ_ｉ（ｘ）は基底関数、α_ｉはスプライン係数、ｉは基底関数番号である。このスプライン関数を用いて所望の標本点を通るような補間関数を得るには、与えられた標本点からスプライン係数を算出する必要がある。そこで、このスプライン係数の算出方法を図４のフローチャートに示す。

ステップ４０１において、標本点を取得する。ここで標本点の入力値のベクトルをＸ＝｛ｘ_０，ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４｝（但し、

）、対応する出力値のベクトルをＹ＝｛ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３，ｙ_４｝とする。

ステップ４０２において、与えられた標本点に対して節点を適当に設定する。シェーンバーグ・ホイットニの条件を満たしていれば任意に設定してかまわない。例えば節点を標本点の中点に設定したり、標本点と同一の点に設定したりしても良い。

ステップ４０３において、ステップ４０２で設定した節点から基底関数を算出する。ここで、基底関数の算出には一般的なＤｅＢｏｏｒ−Ｃｏｘのアルゴリズムを用いる。基底関数が３位のＢ−Ｓｐｌｉｎｅ基底であるとすると、非周期Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ基底は４つの節点（ｑ_０，ｑ_１，ｑ_２，ｑ_３、但しｘ_ｉ＜ｑ_ｉ＜ｘ_ｉ＋１，ｉ＝０〜３）に対して図５のようになる。また、周期Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ基底は５つの節点（ｑ_０，ｑ_１，ｑ_２，ｑ_３，ｑ_４、但しｘ_ｉ＝ｑ_ｉ，ｉ＝０〜４，ｑ_０＝ｑ_４）に対して図６のようになる。

ステップ４０４において、ステップ４０１で取得した標本点とステップ４０３で算出した基底関数とから係数行列Ｍを生成する。係数行列Ｍは次式になる。

さらに、スプライン係数のベクトルをＣとすると、上記スプライン関数の式は次の行列式になる。
Ｙ＝ＭＣ
ステップ４０５において、ステップ６０４で生成した行列式を、ＬＵ分解等を用いてスプライン係数について解くとスプライン係数ベクトルＣ＝｛ｃ_０，ｃ_１，ｃ_２，ｃ_３，ｃ_４｝を得る。

（色変換ＬＵＴの生成）
以下では、ステップ３０４における色変換ＬＵＴの生成について図７のフローチャートを用いて説明する。本実施例における色変換ＬＵＴは標本点と変換後標本点との対応関係を示すものである。

ステップ７０１において、２０３（ａ）がオンになっているかどうか判定する。オンになっている場合はステップ７０２に移行し、オフの場合はステップ７０３に移行する。ステップ７０２では、前述の方法を用いて色相を変換するスプライン関数を生成して入力色相を変換する。ここで図８に示すように、色相変換前の重要色の色相をｈ_ｓｒｃ＝｛ｈ_０，ｈ_１，ｈ_２，ｈ_３，ｈ_４｝、変換後の色相の再現目標をｈ_ｄｓｔ＝｛ｈ’_０，ｈ’_１，ｈ’_２，ｈ’_３，ｈ’_４｝とすると、前述のスプライン係数の算出において入力値のベクトルをｈ_ｓｒｃ、出力値のベクトルをｈ_ｄｓｔ−ｈ_ｓｒｃ、周期３６０（°）の周期スプライン関数とすればよい。以上の条件で算出されるスプライン係数をα_ｉ＝｛α_０，α_１，α_２，α_３，α_４｝とすると、スプライン関数は図９のようになり、色相ｈ_ｉｎの変換後の色相ｈ_ｏｕｔは次式になる。

、但し、

但し、ここでは重要色の色相の数を５点としたがその数に制限はない。また、任意の周期に変更しても構わないし、色域の領域毎に色相変換関数を生成しても良い。

ステップ７０３において、２０３（ｂ）がオンになっているかどうか判定する。オンになっている場合はステップ７０４に移行し、オフの場合はステップ７０５に移行する。ステップ７０４では、前述の手法で明度を変換するスプライン関数を生成して入力明度を変換する。ここで図１０に示すように、明度変換前の重要色の明度をＬ_ｓｒｃ＝｛Ｌ_０，Ｌ_１，Ｌ_２｝、変換後の明度の再現目標をＬ_ｄｓｔ＝｛Ｌ’_０，Ｌ’_１，Ｌ’_２｝とすると、前述のスプライン係数の算出において入力値のベクトルを、出力値のベクトルをＬ_ｄｓｔの非周期スプライン関数とすればよい。以上の条件で算出されるスプライン係数をβ_ｉ＝｛β_０，β_１，β_２｝とすると、スプライン関数は図１１のようになり、明度Ｌ_ｉｎの変換後の明度Ｌ_ｏｕｔは次式になる。

但し、ここでは重要色の明度の数を３点としたがその数に制限はない。また、明度変換関数は出力値を色相変換関数同様差分にする、色域の領域毎に異なる重要色に基づいて明度変換関数を生成するなど他の方法をとってもかまわない。

ステップ７０５において、２０３（ｃ）がオンになっているかどうか判定する。オンになっている場合はステップ７０６に移行し、オフの場合はステップ７０７に移行する。ステップ７０６では、前述の手法で彩度を変換するスプライン関数を生成して入力彩度を変換する。ここで図１２に示すように、彩度変換前の重要色の彩度をＣ_ｓｒｃ＝｛Ｃ_０，Ｃ_１，Ｃ_２｝、変換後の彩度の再現目標をＣ_ｄｓｔ＝｛Ｃ’_０，Ｃ’_１，Ｃ’_２｝とすると、前述のスプライン係数の算出において入力値のベクトルをＣ_ｓｒｃ、出力値のベクトルをＣ_ｄｓｔの非周期スプライン関数とすればよい。以上の条件で算出されるスプライン係数をγ_ｉ＝｛γ_０，γ_１，γ_２｝とすると、スプライン関数は図１３のようになり、色相Ｃ_ｉｎの変換後の色相Ｃ_ｏｕｔは次式になる。

但し、ここでは重要色の彩度の数を３点としたがその数に制限はない。また、彩度変換関数は出力値を色相変換関数同様差分にする、色域の領域毎に異なる重要色に基づいて彩度変換関数を生成するなど他の方法をとってもかまわない。尚、プライマリカラーの色相、デバイスの明度の最大値や最小値、等色相面における最大彩度点の明度や彩度等の色は適宜デバイスプロファイルから取得して重要色や再現目標色として利用することも可能である。

ステップ７０７において、ＬＵＴの標本点を設定する。ここで、標本点は色相、明度、彩度の各々の成分に対して値を持ち、図１４に示すように入力デバイスの色域を包含するように設定する。

ステップ７０８において、ステップ７０７で設定した標本点をステップ７０２、ステップ７０３、ステップ７０４のそれぞれで算出した色変換関数によって色変換し、変換後標本点を求める。尚、色変換関数を生成していない場合は入力値をそのまま出力値にする。

ステップ７０９では、全ての標本点の色変換が終了したかどうか確認する。色変換が終了していればステップ７１０に移行し、色変換が終了していなければステップ７０８へ移行する。

ステップ７１０では、出力色域外の点を出力色域内に写像する。本実施例では、図１５のように焦点方向や色差が最小になる方向に変換して出力色域の表面に写像する。但し、ここで実施される写像に関しては上記に限らず、他の方法を用いてもかまわない。

（色変換）
以下では、ステップ３０５における色変換ＬＵＴを用いた画像の色変換について図１６のフローチャートを用いて説明する。

ステップ１６０１において、ステップ３０４で生成したＬＵＴの標本点を取得する。ここで、以降の説明において標本点の値はＬ＊Ｃ＊ｈ値であり、図１４に示すように入力色域を囲むように設定されているものとする。また、標本点は各次元それぞれ５つ、計１２５個のデータであるとし、ｉ番目のデータに関して、入力色域のＬ＊Ｃ＊ｈ値をＩ_ｉ、ｃ_ｉ、，ｈ_ｉ、出力色域のＬ＊Ｃ＊ｈ値をＬ_ｉ、Ｃ_ｉ、Ｈ_ｋと表すこととする。

ステップ１６０２において、三次元スプライン関数の係数を算出する。三次元スプライン関数は上述の一次元スプライン関数を拡張することによって次式になる。

そして、一次元の場合と同様にして各次元のスプライン係数を算出する。以下、上記方程式によるスプライン係数α、β、γの算出について詳しく説明する。

行列Ｍは１２５×１２５の行列であり、ｓ行ｔ列成分ｍ_ｓｔを次のように設定する。

従って、ｓ番目の出力Ｈ_ｓを上記スプライン関数を用いて表すと次のようになる。

これを行列式に変換すると
Ｈ＝Ｍα
そして、この行列式をＬＵ分解で解き、スプライン係数のベクトルαを算出する。
α＝［α_０，α_１，・・・，α_１２４］
同様に、ｓ番目の出力Ｌ_ｓを上記スプライン関数で表すと次のようになる。

これを行列式に変換すると
Ｌ＝Ｍβ
この行列式をＬＵ分解で解き、スプライン係数ベクトルβを算出する。
β＝［β_０，β_１，・・・，β_１２４］
さらに、ｓ番目の出力Ｃ_ｓを上記スプライン関数で表すと次のようになる。

これを行列式に変換すると
Ｃ＝Ｍγ
この行列式をＬＵ分解で解き、スプライン係数ベクトルγを算出する。
γ＝［γ_０，γ_１，・・・，γ_１２４］
ステップ１６０３において、処理対象の入力信号値を読み込む。例えば、入力された画像のピクセルのＲＧＢ値を読み込む。

ステップ１６０４において、読み込んだＲＧＢ値を、入力デバイスプロファイルを用いてＬ＊ａ＊ｂ＊値に変換後、次式でＬ＊Ｃ＊ｈ値に変換する。

ステップ１６０５において、ステップ１６０２で算出したスプライン係数に基づき、ステップ１６０４で入力されたＬ＊Ｃ＊ｈ値をスプライン関数に代入して色を変換する。入力値を（Ｉ，ｃ，ｈ）、出力値を（Ｌ，Ｃ，Ｈ）とするとスプライン関数は次式になる。

ステップ１６０６において、ステップ１６０５で算出されたＬ＊Ｃ＊ｈ値を次式でＬ＊ａ＊ｂ＊値に変換後、出力デバイスプロファイルによりプリンタのＣＭＹＫ値（出力信号値）に変換する。
ａ＝Ｃｃｏｓ（ｈ）
ｂ＝Ｃｓｉｎ（ｈ）
ステップ１６０７において、入力された画像の全ピクセルの色が変換されたかどうか確認する。全ピクセルの色変換が終了していれば処理を終了し、色変換が終了していなければステップ１６０３に移行する。

本実施例によれば、任意の重要色の色再現目標値に基づいて、色相、明度、彩度それぞれを一次元非線型色変換関数によって独立して色変換することで高精度に重要色を再現する色変換テーブルを生成することが可能となる。また、色変換テーブルおよび色変換テーブルの生成に用いた一次元非線型色変換関数に基づく三次元非線型補間演算を利用してカラー画像の色を変換することによって、滑らかな階調再現が得られる。従って、高精度かつ滑らかな階調を持つ色再現が可能となるためプリンタ等の出力機器で出力する際に好ましい色再現を得ることが可能になる。

（変形例）
上記実施例では、基底関数としてＢ−Ｓｐｌｉｎｅを用いて説明した。しかしながら、基底関数にはＲａｔｉｏｎａｌＢ−Ｓｐｌｉｎｅ、ＮｏｎＵｎｉｆｏｒｍＲａｔｉｏｎａｌＢ−Ｓｐｌｉｎｅ、Ｂｅｚｉｅｒ、ＲａｔｉｏｎａｌＢｅｚｉｅｒ等、あらゆる区分的関数を用いることが出来る。基底関数の局所性が存在するとより望ましいことから、最も代表的なＢ−Ｓｐｌｉｎｅを用いて前記実施例を説明した。

上記実施例では標本点の入力値に対応する色空間としてＬ＊Ｃ＊ｈ色空間を用いた。だが、色相、明度、彩度の各成分からなる円筒座標系を利用して表現可能な色空間であれば他の色空間であっても用いることは可能である。また、出力値に対応する色空間に関しては用いる色空間になんら制限は無く、ＲＧＢ色空間、ＣＭＹＫ色空間、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間、ＪＣｈ色空間、ＸＹＺ色空間、ｘｙ色空間等を用いることが可能である。

色処理装置のブロック図である。色処理アプリケーションのインタフェースを表す図である。色処理アプリケーション動作を表すフローチャート図である。スプライン係数の算出方法を表すフローチャート図である。非周期的なスプライン基底関数を表す図である。周期的なスプライン基底関数を表す図である。色変換ＬＵＴの生成方法を表すフローチャート図である。重要色に基づく色相変換を示すａ＊ｂ＊平面図である。重要色に基づく色相変換関数を示す図である。重要色に基づく明度変換を示すＬ＊Ｃ＊平面図である。重要色に基づく明度変換関数を示す図である。重要色に基づく彩度変換を示すＬ＊Ｃ＊平面図である。重要色に基づく彩度変換関数を示す図である。ＬＵＴの標本点の設定例を示す図である。色域圧縮の例を示す図である。三次元スプライン関数による画像変換を表すフローチャート図である。

Claims

色相、明度、彩度それぞれ独立に制御することが可能な色変換パラメータを設定する設定手段と、
前記設定手段で設定したパラメータと一次元スプライン関数を利用して、標本点と出力色域内の変換後標本点との対応関係を生成する生成手段と、
前記生成した対応関係と三次元スプライン関数とを用いて、処理対象である入力信号値を前記出力色域内の出力信号値に変換する変換手段とを有することを特徴とする色処理装置。
前記設定手段は、色相、明度、彩度それぞれについて、前記色変換パラメータを設定するか否かを設定することを特徴とする請求項１記載の色処理装置。
前記設定手段は、色相、明度、彩度それぞれについて、一次元の変換テーブルを設定することを特徴とする請求項１記載の色処理装置。
前記生成手段は、
前記設定手段で設定したパラメータと一次元スプライン関数を利用して、前記標本点を変換する変換手段と、
前記変換された標本点を前記出力色域内に写像する写像手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の色処理装置。
前記変換手段は、
前記対応関係に基づいて前記三次元スプライン関数の係数を算出する手段と、
前記算出した三次元スプライン関数の係数を用いて、前記入力信号値を前記出力色域内の出力信号値に変換する手段とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の色処理装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の色処理装置をコンピュータを用いて実現するために、コンピュータが読み取り可能に記憶媒体に記憶されたプログラム。
色相、明度、彩度それぞれ独立に制御することが可能な色変換パラメータを設定する設定工程と、
前記設定手段で設定したパラメータと一次元スプライン関数を利用して、標本点と出力色域内の変換後標本点との対応関係を生成する生成工程と、
前記生成した対応関係と三次元スプライン関数とを用いて、処理対象である入力信号値を前記出力色域内の出力信号値に変換する変換工程とを有することを特徴とする色処理方法。