JP2009004917A - 色処理装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単一の色調の画像としての好ましい色調を実現する。
【解決手段】 モノクロ変換部202は、カラー画像データを輝度データに変換する。目標色調設定部207は、輝度データから目標色調テーブルを生成する。色調調整部203は、目標色調テーブルおよび色変換テーブルを参照して、輝度データを単一の色調の画像データに変換する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、単一の色調の画像データを生成する色処理に関する。

インクジェットプリンタによる印刷技術は、濃淡分解などを用いて単位面積当りのインク使用量を増やして粒状性等のノイズを軽減し、銀塩写真を凌ぐほどの高画質化を実現した。

しかし、多色の色材を混色してグレイを再現するシステムは、モノクロ写真を印刷する場合は、デバイスの僅かな変動により、色ねじれが発生する問題がある。なお、色ねじれとは、黒やグレイの色材だけではグレイの階調を充分に表現できず、カラーの色材の混色した混色グレイを併用する場合に、グレイが青味がかったり、赤味がかったりする現象である。

特許文献1は、モノクロ写真を再現するのに必要な最小限の範囲に色再現範囲を限定したルックアップテーブル（以下、色変換テーブル）を使用して色変換することで、色ねじれを極力抑える技術を開示する。また、特許文献2は、色変換テーブルを使用する場合の画像の階調性の悪化を避けるために、画像データに応じた色変換テーブルの平滑化を開示する。

しかし、記録紙により、紙の色（下地の色）、発色特性が異なり、どのような記録紙においても全く同じ色調で印刷を行うことは、ほぼ不可能である。そこで、記録紙と色材によって決まる紙白と黒（最大濃度の黒色）は固定し、自由度が高い中間調における色調を異なる記録紙間で一致させるために、無彩色の色を決定する処理などが行われる。

モノクロ写真においては、明度により色が変化してみえる色ねじれが生じると、モノクロ写真としての価値が失われてしまう。とくに、中間調の色調をコントロールする方法は、ハイライト、中間調、シャドウの各領域で異なる色を設定せざるを得ず、記録紙によっては色ねじれ現象が発生する。

また、色ねじれを防ぐために、単純に、紙白と黒を直線で結ぶように中間調の色を決定すると、記録紙に応じて色が異なるモノクロ写真になる。勿論、この場合、モノクロ写真としての色調は必ずしも好ましいものにならない。

特開2005-217985公報 特開2005-210339公報

本発明は、単一の色調の画像としての好ましい色調を実現することを目的とする。

また、色ねじれを抑制することを他の目的とする。

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。

本発明にかかる色処理は、カラー画像データを輝度データに変換し、前記輝度データから目標色調テーブルを生成し、前記目標色調テーブルおよび色変換テーブルを参照して、前記輝度データを単一の色調の画像データに変換することを特徴とする。

本発明によれば、単一の色調の画像としての好ましい色調を実現することができる。

また、色ねじれを抑制することができる。

以下、本発明にかかる実施例の色処理を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下ではモノクロ画像を印刷する例を説明するが、本発明は、モノクロ画像に限らず、例えばセピア調など単一の色調の画像を印刷する場合に適用可能である。

［装置の構成］
図1は画像処理装置100の構成例を示すブロック図である。

CPU108は、RAM109をワークメモリとして、ROM110やハードディスク(HD)107に格納されたオペレーティングシステム(OS)102や各種アプリケーション101などのソフトウェアを実行する。

アプリケーション101は、例えばインタフェイス(I/F)111を介して画像データを取得し、取得した画像データが表す画像やユーザインタフェイス(UI)をOS102を介してモニタ106に表示する。OS102は、アプリケーション101の表示要求に応じて、モニタ106に対応するモニタドライバ104を介して、モニタに画像データ出力し、画像やUIを表示させる。

I/F111は、例えば、USBやIEEE1394などのシリアルバス用のインタフェイス、記憶メディア用のメモリカードリーダライタ、または、有線・無線ネットワーク用のインタフェイスなどである。アプリケーション101は、I/F111を介して、ディジタルカメラのような画像入力デバイス、ディジタルカメラのメモリーカード、または、ネットワーク上のサーバから画像データを取得する。

画像データを印刷する場合、アプリケーション101は、OS102に印刷を要求する。そして、画像データのグラフィクスデータ部分をグラフィクス描画命令で、イメージデータ部分をイメージ描画命令、テキストデータ部分をテキスト描画命令などで構成した描画命令群をOS102に発行する。

アプリケーション101の印刷要求を受信したOS102は、プリンタ105に対応するプリンタドライバ103に印刷出力を要求し、描画命令群を発行する。

プリンタドライバ103は、OS102の印刷出力要求を受信すると、受信した描画命令群を処理して、プリンタ105が印刷処理可能な印刷データを生成する。そして、印刷データをプリンタ105に送信する。

以下では、プリンタ105として、C（シアン）、M（マゼンタ）、Y（イエロー）、K（ブラック）の四色のインクを使用するインクジェットプリンタを想定する。

プリンタ105がインクジェットプリンタのようなラスタプリンタの場合、プリンタドライバ103は、OS102から受信した描画命令群を、順次、RAM109の所定領域に割り当てられたRGB各8ビットのページメモリにラスタライズする。そして、すべての描画命令をラスタライズ後、ページメモリのデータをプリンタ105が印刷処理可能なデータ形式、例えばCMYK各1ビットのデータに変換してプリンタ105に送信する。

［プリンタドライバ］
図2はモノクロ画像の生成処理を説明する機能ブロック図で、OS102を介して、アプリケーション101からモノクロ画像の印刷を指示されたプリンタドライバ103が実行する処理である。

画像信号入力部201は、ページメモリからRGB各8ビットの画像データ（カラー画像データ）を入力する。モノクロ変換部202は、RGB各8ビットの画像データを8ビットの輝度信号Y（輝度データ）に変換する（第一の変換）。この変換は、例えば、式(1)によって行うことができる。
Y = α・R + β・G + γ・B …(1)
ここで、α、β、γは係数、
例えばα= 0.299、β= 0.587、γ= 0.114

なお、係数α、β、γの値は、例えば、モニタ106に図示しないUIを表示して、ユーザが入力してもよいし、または、複数の係数候補から選択してもよい。

色調調整部203は、輝度信号Yを、再び、R'G'B'各8ビットの画像データに変換する。その際、目標色調テーブルおよび色変換テーブルに基づき、プリンタ105が印刷する画像を目標色調にするための色調調整テーブルを作成する。

図3は目標色調テーブルの一例を示す図である。図3に示すように、目標色調テーブルは、入力である輝度信号Yと、プリンタ105が印刷する色（目標色）のL*a*b*値を対応付けるテーブルである。目標色調テーブルは、輝度信号Yの最小値0および最大値255を含む複数の輝度信号レベルに対するL*a*b*値が記録されている。これらの対応関係は、プリンタ105が使用する記録紙、インクの特性などに応じて、詳細は後述するが、目標色調設定部207によって生成される。

図4は色変換テーブルの一例を示す図である。図4に示すように、色変換テーブルはL*a*b*値とR'G'B'値を対応付けるテーブルである。色変換テーブルは、RGBパッチ画像をプリンタ105に出力し、測色対象の記録紙に印刷されたパッチ画像を測色して作成する。つまり、記録紙の種別ごとに作成された色変換テーブルが、プリンタドライバ103の一部として例えばHD107に格納されていて、必要に応じてRAM109に読み込まれ、使用される。なお、記録紙の種別は、例えば、モニタ106に図示しないUIを表示して、ユーザが選択してもよいし、または、プリンタ105の図示しないセンサによって検出してもよい。

色調調整部203は、図3に示す目標色調テーブルをスプライン曲線などを用いて補間し、輝度信号レベル0〜255までの全階調レベルに対応するL*a*b*値を計算する。次に、各輝度信号レべルに対応するL*a*b*値を決定し、各L*a*b*値に対応するR'G'B'値を四面体補間などを用いて色変換テーブルから計算する。次に、各輝度信号レベルとR'G'B'値の対応関係を色調調整テーブルとしてRAM109に格納する。

図5は色調調整テーブルの一例を示す図である。色調調整部203は、色調調整テーブルによって、入力される輝度信号YをR'G'B'データに変換する（第二の変換）。

色分解部204は、R'G'B'データをプリンタ105が使用するインクの特性および記録紙の種別に対応する色分解テーブルを参照して色分解する。色分解テーブルは、プリンタドライバ103の一部として例えばHD107に格納されていて、必要に応じてRAM109に読み込まれ、使用される。

図6は色分解テーブルの一例を示す図で、RGB値とインク色に対応するCMYK値の関係を示す多次元LUTである。色分解部204は、所定の補間処理により、入力されるR'G'B'データに対するCMYKデータを計算する。

二値化部205は、CMYK各8ビットのデータをプリンタ105が処理可能なCMYK各1ビットのデータに変換する。二値化部205は、例えば、ベイヤ型の16×16マトリクスを入力されるCMYKデータの各色成分に充てがい、マトリクス要素よりも色成分値が大きい場合は当該色成分値を‘1’に、そうではない場合は当該色成分値を‘0’にすることで二値化処理する。また、誤差拡散やディザを用いて二値化処理を行ってもよい。

画像出力部206は、CMYK各1ビットのデータをプリンタ105に出力する。

●目標色調設定部207
図7は目標色調設定部207による目標色調テーブルの生成処理の一例を示すフローチャートである。

目標色調設定部207は、プリンタ105が印刷に使用する記録紙によって異なる、白色点および黒色点の色値（L*a*b*値）を取得する(S701)。黒色点はR'G'B'=(0, 0, 0)をプリンタ105に入力した場合に印刷される最大濃度における色値である。また、白色点はR'G'B'=(255, 255, 255)をプリンタ105に入力した場合に印刷される色値であり、紙白である。目標色調設定部207は、記録紙の種別に対応する色変換テーブルを参照して、白色点および黒色点の色値を取得する。

次に、目標色調設定部207は、式(2)(3)により、モノクロ変換部202から入力される輝度信号Yの画像データの平均輝度値μおよび分散値σを計算する(S702)。
μ= 1/N{Σ_iΣ_jY(i, j)} …(2)
σ= Σ_iΣ_j{Y(i, j) - μ}² …(3)
ここで、Y(i, j)は画素位置(i, j)におけるY値、
Nは画素数

次に、目標色調設定部207は、平均輝度値μおよび分散値σに応じて目標色調テーブルを生成する(S703)。

図8は平均輝度値μと分散値σによって決まる黒色点から白色点までの軌跡（以下、グレイライン）の決定アルゴリズムの分類を示す図である。

図8に示すように、分散値σが閾値T_σ1以下（σ≦T_σ1）の場合、輝度信号Yの輝度分布がある輝度域に集中していることを示す。そこで、輝度平均値μに応じて異なるアルゴリズムを選択する。つまり、μ≦T_μ1の場合はアルゴリズムA、T_μ1＜μ≦T_μ2の場合はアルゴリズムB、T_μ2＜μの場合はアルゴリズムCをグレイラインの決定に適用する。

また、分散値σが閾値T_σ2を超える（T_σ2＜σ）の場合は、輝度信号Yの輝度分布が、ある輝度域に集中することなく、ほぼ均等に分布している場合である。この場合、輝度平均値μには依存せず、アルゴリズムDをグレイラインの決定に適用する。

また、分散値σが二つの閾値の間にある（T_σ1＜σ≦T_σ2）の場合は、輝度平均値μに応じてアルゴリズムA、BまたはCとアルゴリズムDの中間的なアルゴリズムを選択する。つまり、μ≦T_μ1の場合はアルゴリズムAとDの、T_μ1＜μ≦T_μ2の場合はアルゴリズムBとDの、T_μ2＜μの場合はアルゴリズムCとDの、中間的なアルゴリズムをグレイラインの決定に適用する。

アルゴリズムA
図9は決定アルゴリズムによって得られるグレイラインをL*b*平面上に摸式的に示す図である。

アルゴリズムAは、輝度分布が低輝度のシャドウ域に集中する場合に有効なアルゴリズムである。アルゴリズムAを用いる場合、図9に示すように、シャドウ域からハイライト域手前の中輝度域のグレイラインの色度が黒色点901の色度に一致するように、グレイラインを決定する。目標色調テーブルのn行目のL*a*b*値は式(4)によって計算することができる。なお、ハイライト域と中輝度域は、明度の閾値L_th2によって区分する。
L*[n] = YLconv[100/255・{Y[n]・(Y_w - Y_k) + Y_k}] …(4)
YLconv(100/255・Y[n]) ≦ L_th2 の場合は、
a*[n] = a*_k
b*[n] = b*_k
そうでなければ、
a*[n] = a*_w - (L*_w - L*[n])(a*_w - a*_k)/(L*_w - L_th2)
b*[n] = b*_w - (L*_w - L*[n])(b*_w - b*_k)/(L*_w - L_th2)
ここで、Y[n]、L*[n]、a*[n]、b*[n]は目標色調テーブルのn行目のY値、L*a*b*値
L*_wa*_wb*_wは白色点の色値、
L*_ka*_kb*_kは黒色点の色値
Y_wはL*_wをXYZ表色系に変換した値
Y_kはL*_kをXYZ表色系に変換した値
YLconv( )は、XYZ表色系のY値を、L*a*b*色空間のL*値に変換する関数

このように、シャドウ域寄りに輝度分布が集中する画像には、シャドウ域からハイライト域手前の色度を黒色点901の色度に維持したグレイラインを生成する。従って、インクと記録紙によって決まる黒色との整合性を高く保ち、色ねじれが少ない高画質なモノクロ画像を印刷することができる。

アルゴリズムB
アルゴリズムBは、輝度分布が中輝度域に集中する場合に有効なアルゴリズムである。アルゴリズムBを用いる場合、図9に示すように、中輝度域のグレイラインの色度がターゲット色度a*_t、b*_tに一致するように、グレイラインを決定する。ターゲット色度としては、例えば、黒色点901と白色点902の中間の色度などがある。目標色調テーブルのi行目のL*a*b*値は式(5)によって計算することができる。なお、シャドウ域と中輝度域は、明度の閾値L_th1によって区分し、L_th1＜L_th2の関係をもつ。
L*[n] = YLconv[100/255・{Y[n]・(Y_w - Y_k) + Y_k}] …(5)
YLconv(100/255・Y[n]) ≦ L_th1 の場合は、
a*[n] = (L*[n] - L*_k)(a*_t - a*_k)/(L_th1 - L*_k) + a*_k
b*[n] = (L*[n] - L*_k)(b*_t - b*_k)/(L_th1 - L*_k) + b*_k
L_th2 ＜ YLconv(100/255・Y[n]) の場合は、
a*[n] = a*_w - (L*_w - L*[n])(a*_w - a*_t)/(L*_w - L_th2)
b*[n] = b*_w - (L*_w - L*[n])(b*_w - b*_t)/(L*_w - L_th2)
そうでなければ、
a*[n] = a*_t
b*[n] = b*_t

このように、輝度分布が中輝度域に集中する画像は、黒色点、白色点によって制限されることなく、ターゲット色度として定められた好ましい色調でモノクロ画像を印刷することができる。

アルゴリズムC
アルゴリズムCは、輝度分布が高輝度のハイライト域に集中する場合に有効なアルゴリズムである。アルゴリズムCを用いる場合、図9に示すように、ハイライト域からシャドウ域手前の中輝度域のグレイラインの色度が白色点902の色度に一致するように、グレイラインを決定する。目標色調テーブルのn行目のL*a*b*値は式(6)によって計算することができる。
L*[n] = YLconv[100/255・{Y[n]・(Y_w - Y_k) + Y_k}] …(6)
YLconv(100/255・Y[n]) ≦ L_th1 の場合は、
a*[n] = (L*[n] - L*_k)(a*_w - a*_k)/(L_th1 - L_k) + a*_k
b*[n] = (L*[n] - L*_k)(b*_w - b*_k)/(L_th1 - L_k) + b*_k
そうでなければ、
a*[n] = a*_w
b*[n] = b*_w

このように、ハイライト域寄りに輝度分布が集中する画像には、ハイライト域からシャドウ域手前の色度を白色点902の色度に維持したグレイラインを生成する。従って、紙白によって決まる白色との整合性を高く保ち、色ねじれが少ない高画質なモノクロ画像を印刷することができる。
アルゴリズムD

アルゴリズムDは、輝度分布がある輝度域に集中することなく、均等に分布する場合に有効なアルゴリズムである。アルゴリズムAを用いる場合、例えば図9に示すように、黒色点901から白色点902を直線で結んだグレイラインを決定する。目標色調テーブルのn行目のL*a*b*値は式(7)によって計算することができる。
L*[n] = YLconv[100/255・{Y[n]・(Y_w - Y_k) + Y_k}] …(7)
a*[n] = (L*[n] - L*_k)(a*_w - a*_k)/(L*_w - L*_k) + a*_k
b*[n] = (L*[n] - L*_k)(b*_w - b*_k)/(L*_w - L*_k) + b*_k

輝度が分散した画像は、例えばグラデーションをもつ画像のように、階調性が重視される画像と予想される。そこで、黒色点901と白色点902を直線で結ぶグレイラインを適用して、輝度の変化に対する色度の変化を、全輝度域において均等かつ最小限にする。その結果、全輝度域で、輝度と色の変化が少なくかつ滑らかな階調性が高い、高画質なモノクロ画像を印刷することができる。

また、前述したように、分散値σが二つの閾値の間にある（T_σ1＜σ≦T_σ2）の場合は、輝度平均値μに応じてアルゴリズムA、BまたはCとアルゴリズムDの中間的なアルゴリズムを選択してグレイラインを決定する。例えば、アルゴリズムAとDの中間的なグレイラインを設定する場合、アルゴリズムAおよびアルゴリズムDにおけるL*a*b*値をそれぞれ算出し、それらの平均値をとればよい。このような中間的なグレイラインは、画像の特徴があいまいな場合に有効である。

このように、画像データの輝度成分の特徴量（輝度分布）に応じて、モノクロ写真の黒色点から白色点までの色調を決定する。従って、印刷に使用する記録媒体（記録紙）に依存することなく、好ましい色調を有する高画質なモノクロ写真を印刷することができ、かつ、色ねじれを抑制することができる。

［変形例］
上記の演算式、および、グレイラインの決定アルゴリズムは、これに限るものではなく、同様の効果が得られれば、どのような演算式、アルゴリズムを用いてもよい。

また、上記ではCMYK四色のインクジェトプリンタを想定したが、印刷方式、表示方法、色数などは限定されはい。例えば、CMYKRGB九色のインクジェットプリンタ、CMY三色の昇華型プリンタ、あるいは、RGBの加法混色系のモニタなど、出力するグレイの色調をコントロール可能な画像出力装置やシステムに本発明を適用することができる。

同様に、上記では二値プリンタを想定したが、CMYK各2ビットの画像データを入力する三または四値のプリンタでもよいし、CMYK各8ビットの画像データを入力するプリンタでもよい。

［他の実施例］
なお、本発明は、複数の機器（例えばコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置、制御装置など）に適用してもよい。

また、本発明の目的は、上記実施例の機能を実現するコンピュータプログラムを記録した記憶媒体をシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータ（CPUやMPU）が前記コンピュータプログラムを実行することでも達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたソフトウェア自体が上記実施例の機能を実現することになり、そのコンピュータプログラムと、そのコンピュータプログラムを記憶する、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体は本発明を構成する。

また、前記コンピュータプログラムの実行により上記機能が実現されるだけではない。つまり、そのコンピュータプログラムの指示により、コンピュータ上で稼働するオペレーティングシステム(OS)および/または第一の、第二の、第三の、…プログラムなどが実際の処理の一部または全部を行い、それによって上記機能が実現される場合も含む。

また、前記コンピュータプログラムがコンピュータに接続された機能拡張カードやユニットなどのデバイスのメモリに書き込まれていてもよい。つまり、そのコンピュータプログラムの指示により、第一の、第二の、第三の、…デバイスのCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、それによって上記機能が実現される場合も含む。

本発明を前記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応または関連するコンピュータプログラムが格納される。

画像処理装置の構成例を示すブロック図、 モノクロ画像の生成処理を説明する機能ブロック図、 目標色調テーブルの一例を示す図、 色変換テーブルの一例を示す図、 色調調整テーブルの一例を示す図、 色分解テーブルの一例を示す図、 目標色調テーブルの生成処理の一例を示すフローチャート、 グレイラインの決定アルゴリズムの分類を示す図、 決定アルゴリズムによって得られるグレイラインをL*b*平面上に摸式的に示す図である。

Claims (8)

1. カラー画像データを輝度データに変換する第一の変換手段と、
   前記輝度データから目標色調テーブルを生成する生成手段と、
   前記目標色調テーブルおよび色変換テーブルを参照して、前記輝度データを単一の色調の画像データに変換する第二の変換手段とを有することを特徴とする色処理装置。
2. さらに、前記単一の色調の画像データを色分解して、印刷装置に出力する色分解手段を有することを特徴とする請求項1に記載された色処理装置。
3. 前記第二の変換手段は、前記印刷装置および印刷に使用する記録媒体に応じた色変換テーブルを参照することを特徴とする請求項2に記載された色処理装置。
4. 前記生成手段は、前記色変換テーブル、および、前記輝度データの特徴量に基づき、前記目標色調テーブルを生成することを特徴とする請求項3に記載された色処理装置。
5. 前記生成手段は、前記色変換テーブルが示す白色点および黒色点、並びに、前記輝度データの平均値と分散値に基づきグレイラインを決定し、前記グレイラインを表す前記目標色調テーブルを生成することを特徴とする請求項3に記載された色処理装置。
6. カラー画像データを輝度データに変換し、
   前記輝度データから目標色調テーブルを生成し、
   前記目標色調テーブルおよび色変換テーブルを参照して、前記輝度データを単一の色調の画像データに変換することを特徴とする色処理方法。
7. コンピュータ装置を制御して、請求項1から請求項5の何れか一項に記載された色処理装置の各手段として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
8. 請求項7に記載されたコンピュータプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

Images