JP2011128872A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像処理によって、観察光下で作品に生じる陰影を含んだ作品の複製を作成することを可能にする。
【解決手段】観察光下で撮影した画像から陰影領域のみを抽出し(122)、これをフラッシュを照射して撮影した同じ画像(117)に合成する。これにより、複製の対象となる画像と観察上の差が無い複製画像(120)を得ることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、画像処理装置および画像処理方法に関し、詳しくは、デジタルカメラとプリンタを用いて美術品、絵画等の複製を作成するための画像処理に関するものである。
インクジェットプリンタの一用途として、文化財としての絵画、屏風などの複製画(レプリカ)を、インクジェット技術を用いて作成するものが知られている。従来、この種の複製画の作成は、デジタルカメラを用いて原画となる文化財を高精細に撮影し、撮影したデータに対して画像編集ソフトによる色調整を繰り返し、原画の色に近づけた複製画をプリンタで出力することによって行われている。
このような歴史的価値の高い文化財や絵画は、撮影に際して、作品保護のために、強い照明を照射することが禁じられていたり、展示場所の奥行きが狭く機材設置の自由度も少なかったりすることがあるため、フラッシュを用いて撮影することが多い。
このフラッシュを用いた撮影画像に基づく複製画の作成では、先ず、フラッシュを用いて原画作品を撮影するとともに、フラッシュを用いてカラーチャートを撮影する。そして、カラーチャートの撮影画像と、カラーチャートのオリジナルデータからカラーマッチング用の色変換テーブルを作成し、この色変換テーブルを作品画像に適用して色変換行い、作品画像をカラープリンタでプリントするものである。上記のカラーチャート撮影画像に基づく色変換テーブルの作成は、特許文献1に記載のカラーマッチング処理を用いて行なわれる。
特開平5−103336号公報
しかしながら、上述した従来の複製画の作成方法では作品表面に生じている陰影を再現できないという問題がある。絵画、屏風などの文化財は色材の厚み、金箔の厚み、紙のしわなどによって表面に凹凸があるものが多い。そして、一般的な作品の展示環境は、天井に設置された照明器具により上方向から作品に光が当たるのが通常であり、この場合、表面に凹凸がある作品では凹凸の下部に陰影が生じる。
これに対し、フラッシュを用いた撮影では、作品の表面全体にムラなく光が照射されることから、展示環境の観察光下で作品に生じる陰影(作品表面の凹凸部分)が写し出されない。従って、その撮影画像を用いて作成した複製画にも陰影がないため、観察光下で作品と複製画を見比べたときに作品表面の凹凸付近の陰影に差異が生じ違和感を生じることになる。
本発明は、観察光下で作品に生じる陰影を含んだ作品の複製を作成することを可能とする画像処理装置および画像処理方法を提供することを目的とする。
そのために本発明では、第1の光源で対象を撮影した第1の画像と、観察光である第2の光源で前記対象を撮影した第2の画像が同じ色合いになるように当該第1の画像を色変換して第3の画像を生成する色変換手段と、前記第3の画像と前記第2の画像を比較演算し、陰影領域である差分領域を検出する差分領域検出手段と、前記第2の画像の前記差分領域に基づいて、前記第3の画像を補正する補正手段と、を具えたことを特徴とする。
以上の構成によれば、第2の高原である観察光下で撮影した画像から陰影領域のみが抽出され、これが第1の光源で撮影した同じ画像に合成される。これにより、複製の対象となる画像と観察上の差が無い複製画像を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る、複製画作成の際に行なわれ操作、処理を示す図である。 図1の操作、処理の手順を示すフローチャートである。 図2に示すステップS001のオペレータが実施する操作を示すフローチャートである。 一実施形態に係る複製画像生成処理の概略を示すフローチャートである。 図4のステップS201で行われる色変換3DLUT109を生成する処理の詳細を示すフローチャートである。 (a)〜(c)はそれぞれ、図5のテーブル生成において処理される2つの信号間の関係を説明する図である。 図4のステップS202で行われる作品画像生成処理の詳細を示すフローチャートである。 図7に示す処理を特に画像によって説明する図である。 同じく、図7に示す処理を特に画像によって説明する図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る、複製画作成の際に行なわれ操作、処理を示す図であり、図2はそれら操作、処理の手順を示すフローチャートである。
図1に示すように、複製画作成に際して、カメラ105、106を用いたオペレータによる作品の撮影、この撮影結果に基づくコンピュータ100による画像処理、プリンタ103によるチャート104、画像120のプリントなどが行なわれる。コンピュータ100は、不図示のCPU、ROM、RAMを有して、色変換LUT生成108、色変換116、118、合成124、シェーディング補正114、陰影領域検出122の各処理を実行する。また、コンピュータ100は、カラーチャートオリジナルデータ101およびカラーチャート画像データ102を対応づけて所定のメモリに格納している。カラーチャート画像データ102は、色変換用パラメータを生成するための複数のカラーパッチが配置されたものである。また、カラーチャートオリジナルデータ101は、カラーチャート画像データ102にレイアウトされた複数のパッチのRGB値データである。
図2に示すように、複製画作成では、オペレータによる事前準備が行われる(S001)。ここでは、図3にて後述される、カラーチャートの出力や、チャートの撮影、作品の撮影、コンピュータへのデータ入力などが行われる。また、コンピュータ100は、図4以降で後述される処理を実行し最終的に複製画の画像データ119を生成する(S002)。最後に、コンピュータ100からプリンタ103に複製画像データが出力され、複製画120が印刷(プリント)される(S003)。
図3は、上記ステップS001のオペレータが実施する操作を示すフローチャートである。ステップS101では、オペレータがコンピュータ100を操作して、カラーチャート画像データ102をカラープリンタ103に送信し、カラーチャート104を出力する。ここで、カラーチャート104を印刷する用紙や様々な印刷条件は、後に作品の複製画を印刷する条件と同じにするのが望ましい。
ステップS102では、オペレータがデジタルカメラ105を用いフラッシュ(第1の光源)を使用しない状態でカラーチャート104を撮影する。撮影により得られたカラーチャート撮影画像データ107は一旦デジタルカメラ105内部に記憶される。この撮影では作品の観察光源下にカラーチャートを設置して撮影を行う。これによりカラーチャート撮影画像データ104の色味は観察光源(第2の光源)のスペクトルに準じたものとなる。
ステップS103では、オペレータがデジタルカメラ105を用いフラッシュを使用しない状態で作品111を撮影する。撮影により得られたフラッシュOFFでの作品撮影画像データ113(第2の画像)は一旦デジタルカメラ105の内部に記憶される。この撮影では作品の観察光源下で撮影を行う。これにより撮影画像データ113の色味は観察光源のスペクトルに準じたものとなる。そして、この画像には環境光下で作品凹凸部分に生じる陰影が写し出されている。一方、ステップS104では、オペレータがデジタルカメラ106を用いフラッシュを使用した状態で作品111を撮影する。撮影により得られたフラッシュONでの作品撮影画像データ115(第1の画像)は一旦デジタルカメラ106内部に記憶される。撮影画像データ115の色味はフラッシュ光源に準じたものとなる。なお、デジタルカメラ105および106は、フラッシュをON(発光する)/OFF(発光しない)のみ異なるものであり、同一のデジタルカメラを用いるのが望ましい。
最後に、ステップS105では、撮影したカラーチャート撮影データ104、フラッシュOFFでの作品撮影画像データ113、フラッシュONでの作品撮影画像データ115をコンピュータ100に入力する。デジタルカメラ105、106とコンピュータ100の接続手段としては、USBやワイヤレスLANなどで接続することにより、撮影の直後に自動的に画像データがコンピュータ100に取り込まれるようにすることができる。なお、コンパクトフラッシュ(登録商標)カードのような小型の記憶媒体をデジタルカメラ105からコンピュータ100に差し替え、コンピュータ100に画像データをコピーする形態であってもよい。
図4は、コンピュータ100による複製画像生成処理の概略を示すフローチャートである。図4において、先ず、ステップS201で色変換パラメータの生成を行う。この色変換パラメータ生成では、上述のようにカメラで撮影して得られたRGB値(以下、カメラRGB値と称す)を、プリンタに入力するRGB値(以下、プリンタRGB値と称す)に色変換するための3次元ルックアップテーブル109(以下、色変換3DLUTと称す)である。これにより、カメラで撮影する作品とプリンタで印刷する出力物とのカラーマッチングを行なうことができる。また、この色変換パラメータは、後述されるように、カラーチャートオリジナルデータ101とカラーチャート撮影画像データ107に基づいて生成される。
図5は、ステップS201で行われる色変換3DLUT109を生成する処理の詳細を示すフローチャートである。また、図6(a)〜(c)はそれぞれ、このテーブル生成において処理される2つの信号間の関係を説明する図である。
図5において、先ず、ステップS301で、プリンタRGB値とカメラRGB値の取得を行う。プリンタRGB値は、プリンタ103でカラーチャート102を印刷した際に(S102)、プリンタに入力したRGB値、すなわちカラーチャートオリジナルデータ101である。このプリンタRGB値は、図6(a)の左側に示すように、パッチ番号1〜729のそれぞれに対応づけられたパッチを印刷するためのRGB値である。また、カメラRGB値は、カラーチャート撮影画像データ107から抽出した各パッチのRGB値である。カラーチャート撮影画像107において1つのパッチは複数画素で構成されるが、この1つのパッチを構成する複数画素のRGB値を平均した値をそのパッチのカメラRGB値とする。この処理を、総てのパッチに関して行うことにより、チャート中の全パッチのRGB値をカメラRGBとして求める。これにより、図6(a)の右側に示すように、パッチ番号1〜729のそれぞれに対応づけて、パッチのRGBデータがカメラRGB値として取得される。
なお、カラーチャート撮影では(S102)、フラッシュを用いないため、カラーチャート撮影画像10にはノイズ成分や多少のブレが載っている可能性がある。しかし、パッチ単位で複数画素を平均化処理するため、ノイズやブレの影響を大幅に低減することができる。また、カラーチャートはA4からA3程度のサイズで十分であるので照明ムラの影響も少なくすることができる。以上より、カラーチャートを観察光源下で撮影しても実用的なデータを得ることができる。
次に、ステップS302では、プリンタRGB値からカメラRGB値への色変換3DLUTαを生成する。図6(b)は、プリンタRGB値をカメラRGB値に変換するための3DLUTの概念を示す図である。等間隔で配列するプリンタRGB値を格子点の変換前情報とし、それぞれの格子点の変換後の値としてカメラRGB値を持つ3DLUTを作成する。例えば、3DLUTはプリンタRGBの各RGB値が0、32、64、・・・、255を持つ格子点を構成すると、トータル729個(=9×9×9)の格子点からなる3DLUTを構成することができる。
ステップS303では、ステップS302で作成した3DLUTαを用いて、カメラRGB値からプリンタRGB値に逆変換する3DLUTβを作成する。ステップS102(図3)で撮影したカラーチャートの撮影画像データ107から取得したカメラRGB値は、プリンタRGB値が等間隔に並んだものではない。そこで、3DLUTαを用いて3DLUTβの等間隔に配列する格子点に対応する変換後の値を算出する。具体的には、3DLUTαを補間して格子点間の値を算出し、3DLUTβの格子点に対応する変換後の値を求める。この処理により、3DLUTβの格子点に対応する変換後の値が決まり、カメラRGBをプリンタRGBに変換する3DLUTを作成できる。3DLUTβの格子点数は任意の数で良いが、精度良くカラーマッチングを行うにはできるだけ格子点数を多くした方が好ましい。なお、3DLUTαの補間には、四面体補間、立方体補間など各種補間方法を利用することができる。なお、生成された3DLUTβに対してカラーチャート撮影画像データ107から取得したRGB値を入力して色変換処理した場合、理想的には図6(c)に示すように、カラーチャートオリジナルデータ101と同じRGB値が算出される。ただし、実際には補間演算処理の影響により多少の誤差を含む場合もある。
以上の処理により、カメラRGB値からプリンタRGBに変換する色変換3DLUTが生成されるが、これはカメラで撮影した被写体の色味とプリンタで出力する出力物の色味を一致させるための色変換パラメータとなる。この生成された色変換パラメータ(色変換3DLUT)は、図1に示すおけるLUT109となる。
再び図4を参照すると、次のステップS202では、コンピュータ100によって作品画像生成処理(図1に示す処理114、116、122、124)が行われ、作品画像データ125が生成される。
図7は、ステップS202で行われる作品画像生成処理の詳細を示すフローチャートである。また、図8および図9は、図7に示す各処理を特に画像によって説明する図である。
図7において、ステップS401では、ステップS103(図3)で撮影して得られたフラッシュOFF撮影画像113のシェーディング補正を行い、画像データ126を生成する。シェーディング補正によって、作品全体に生じる照明のムラが取り除かれる。この処理によって、後述の陰影領域検出S405の精度を上げることができる。シェーディング補正の方法は、例えば、作品の撮影と同じ条件で白版を撮影し、白板撮影画像に生じた照明ムラをキャンセルするようにフラッシュOFF撮影画像113のRGB値を補正する方法を用いることができる。
具体的には、下記の式によってシェーディング補正を行なう。
Figure 2011128872
ここで、L’iはフラッシュOFF撮影画像113の補正後の輝度値、LiはフラッシュOFF撮影画像113の補正前の輝度値、L’’iは白板撮影画像の輝度値をそれぞれ表す。また、L’’maxは白板撮影画像の中間輝度値である。さらに、iはi番目の画素データであることを示している。
上式による補正は、RGBの3つのパラメータに対して独立に行う。この処理により、白撮影画像に生じたシェーディングをキャンセルするようにフラッシュOFF撮影画像113を補正することができる。
次に、ステップS402で、ステップS104(図3)の撮影で得られた、フラッシュONでの作品撮影画像データ115から明度データを取得する。
明度データYは、作品撮影画像データのRGB値に以下の数式を適用することで算出できる。
Y=0.29891×R+0.58661×G+0.11448×B
図8には、作品撮影画像データ115に対して、上式からなる明度データ取得処理201を適用して、明度データ202を得る様子が示される。
次に、ステップS403では、ステップS103(図3)の撮影で得られた、フラッシュOFFでの作品撮影画像データ113から色度データを取得する。
色度データは1つの画素につき2つの値(Cb、Cr)で構成され、作品撮影画像データのRGB値に以下の数式を適用することで算出できる。
Cb=−0.16874×R−0.33126×G+0.50000×B
Cr=0.50000×R−0.41869×G−0.08131×B
図8には、作品撮影画像データ113に対して、上式からなる色度データ取得処理203を適用して、色度データ204を得る様子が示される。
さらに、ステップS404では、ステップS402で得た明度データ202と、ステップS403で得た色度データ203を合成する処理を行う。合成処理は以下の式によって行われる。
R=Y+1.40200×Cr
G=Y−0.34414×Cb−0.71414×Cr
B=Y+1.77200×Cb
図8には、明度データ202と色度データ204に、明度/色度合成処理205を適用して、画像データ117(第3の画像)を得る様子を示してある。この生成された画像データ117は、以下のような特徴がある。
・明度信号はフラッシュONでの撮影画像から得ているため、ノイズが少なくブレも少なく、照明ムラも少ない。
・色度信号はフラッシュOFFでの撮影画像から得ているため、観察光源の色味を反映したデータとなっている。
さらに、ステップS405では、上述のようにして得られた画像データ117と、シェーディング補正された画像データ126とに基づいて、作品凹凸部分の陰影領域(差分領域)を検出する。
図9は、陰影領域を検出する差分領域検出処理の手順を示す図である。図9に示すように、画像データ117と画像データ126を比較演算(301)し、差分画像データ302を得る。比較演算301には、例えば差分処理のように各画素のRGB値の差の絶対値を算出する方法を用いることができる。差分処理は以下の式によって行われる。
R=|Rf―Rn|
G=|Gf―Gn|
B=|Bf―Bn|
上記式において、Rf、Gf、Bfは画像データ117のRGB値を、Rn、Gn、Bnは画像データ126のRGB値をそれぞれ示し、また、R、G、Bは差分画像データのRGB値を示す。
差分処理によって得られた差分画像データ302は、後の画像処理を行いやすくするため、所定の閾値を用いて2値化(0又は1のデータ)にしておく。
次に、差分画像データ302に対してノイズフィルタリング303を行い、陰影領域を検出する。この検出では、ノイズフィルタリングが行なわれることにより、ノイズなどの影響で陰影領域以外の部分にも値を持たないように、このノイズ領域のノイズ除去をすることができる。ノイズフィルタリング303は、例えば、収縮、膨張処理を用いる方法を用いることができる。この方法では、収縮処理を行って差分画像データ302内のノイズなどの小さな領域を消した後、膨張処理を施して残った領域を元の大きさに戻すことでノイズを消去する。以上のノイズフィルタリング後の差分画像データ304は、陰影領域のみを示す差分画像データとなる。
次に、陰影領域切り取り305では、フラッシュOFF画像から差分画像データ304で示される陰影領域を切り取り、切り取った画像データ123を保存する。
次に、ステップS406では、ステップS405の処理で切り取った陰影領域の画像データ123の明度データを、ステップS404で作成した画像データ117(フラッシュON撮影画像を色変換した画像)の対応する領域に合成処理し、作品画像データ125を生成する。
合成処理では、陰影領域の画像データ123の明度データを、画像データ117の明度データの輝度レベルに合わせておく。例えば、対象領域内の各画像の明度データを参照し、各画像の明度データの最大値が同じレベルになるように陰影領域の明度データを補正するパラメータを決定し、陰影領域の明度データのバランスを保ちながら補正する。
以上の処理により、フラッシュON撮影画像に作品の陰影を付加した作品画像データ125の生成が完了する。
以上のように本実施形態では、陰影領域のみを抽出してこれをフラッシュONで撮影した画像に合成する。これにより、陰影領域を得るために観察光下で撮影することによる、十分でない光量や照明ムラの影響が画像全体に及ぶことを抑制することができる。
再び図4を参照すると、次にステップS203で、色変換処理(図1の118)が行われ、複製画像データ119が生成される。個々では、ステップS201で生成した色変換パラメータ109を、作品画像データ117に適用して色変換した画像データ119を得る。色変換パラメータ109は観察光源下でカラーマッチングするように設計されており、また作品画像データも観察光源で得た色度成分から生成されているので、観察光源下で観察したときに元画像と色味がマッチするようなRGB値を有したデータとなっている。
以上の処理により、ステップS002(図2)の複製画像生成処理が完了する。
次に、図2において、ステップS003で、複製画像の出力が行われる。この処理はステップS002の終了後に、コンピュータ100によって自動的に行われる。これにより、プリンタ103は、複製画像データ119に基づいて複製画120を印刷する。
作品111と、以上のようにして作成された複製画120とを観察光源121下に並べて観察すると、複製画は色合いだけでなく、作品の凹凸付近に生じる陰影を再現し、より作品に忠実な複製画となる。
(他の実施形態)
なお、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)が、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、プログラムがそのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)によって読取られることにより、そのコンピュータなどが実行する処理である。
100 コンピュータ
103 プリンタ
105 デジタルカメラ(フラッシュOFF)
106 デジタルカメラ(フラッシュON)
109 色変換3DLUT
111 作品
114 シェーディング補正
116 色変換
120 複製画
121 観察光源
122 陰影領域検出処理
124 合成処理
201 明度データ取得処理
203 色度データ取得処理
205 明度/色度合成処理
301 比較演算処理
303 ノイズフィルタリング処理
305 陰影領域切り取り処理

Claims (9)

  1. 第1の光源で対象を撮影した第1の画像と、観察光である第2の光源で前記対象を撮影した第2の画像が同じ色合いになるように当該第1の画像を色変換して第3の画像を生成する色変換手段と、
    前記第3の画像と前記第2の画像を比較演算し、陰影領域である差分領域を検出する差分領域検出手段と、
    前記第2の画像の前記差分領域に基づいて、前記第3の画像を補正する補正手段と、
    を具えたことを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記第1の光源はフラッシュ光であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記観察光によって生じる照明ムラを取り除くシェーディング補正を前記第2の画像に行うシェーディング補正手段
    をさらに具えたことを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。
  4. 前記差分領域検出手段で検出した差分領域において陰影領域以外のノイズ領域を除去するノイズ除去手段
    をさらに具えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の画像処理装置。
  5. 前記補正手段は、前記第2の画像の前記差分領域を前記第3の画像に合成することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の画像処理装置。
  6. 前記色変換手段は、前記第1の画像の明度データと前記第2の画像の色度データとを合成処理して第3の画像を生成し、前記補正手段は、前記第2の画像の前記差分領域の明度データに基づいて前記第3の画像の対応する領域の明度データを補正することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の画像処理装置。
  7. 前記対象の画像を生成する画像生成手段と、
    フラッシュを発光させずに撮影したカラーチャート画像から得られるカラーチャート撮影データとカラーチャートのオリジナルデータとに基づき、色変換パラメータを生成する色変換パラメータ生成手段と、
    前記色変換パラメータ生成手段で生成された色変換パラメータを前記画像生成手段で生成した画像に適用して色変換処理を行う色変換手段と、
    をさらに具えたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の画像処理装置。
  8. 第1の光源で対象を撮影した第1の画像と、観察光である第2の光源で前記対象を撮影した第2の画像が同じ色合いになるように当該第1の画像を色変換して第3の画像を生成する色変換工程と、
    前記第3の画像と前記第2の画像を比較演算し、陰影領域である差分領域を検出する差分領域検出工程と、
    前記第2の画像の前記差分領域に基づいて、前記第3の画像を補正する補正工程と、
    を有したことを特徴とする画像処理方法。
  9. コンピュータに読取られることにより、当該コンピュータを請求項1ないし7のいずれかに記載の画像処理装置として機能させることを特徴とするプログラム。
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