JP2591189B2 - カラー画像処理方法及び装置 - Google Patents

カラー画像処理方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンピュータグラフィックスの分野におい
て写実的に表示するカラー画像処理方法及び装置に関す
るものである。
従来の技術 近年、カラー画像処理方法及び装置は、写実的な表示
を用いて言葉や数値では表現が困難な現象を可視化し、
計算機と人間のコミュニケーションを図るための道具と
して種々の設計に利用されている。以下図面を参照しな
がら、上述した従来のカラー画像処理方法及び装置の一
例について説明する。第3図は従来のカラー画像処理方
法及び装置の構成を表すものである。第3図において、
11は照度演算部である。12は表示輝度演算部である。
以上のように構成されたカラー画像処理方法及び装置
について、以下にその動作について説明する。まず、照
度計算部11では、物体の位置関係とその形状や反射特
性、光線の方向より、陰影などを正確にかつ自然にシミ
ュレーションする。シミュレーションの手法としては、
視点から光源に対して光線の追跡を行うレイトレーシン
グ法や、物体表面の照度分布を計算するラジオシティ法
などがある。また、表示輝度演算部12では、物体の表面
に、照度演算部11でのシミュレーション結果に基づき、
予め用意された画像データを張り付ける。この画像デー
タはテクスチャデータと呼ばれ、テクスチャデータを張
り付けることを、テクスチャマッピングと呼ぶ。以上の
照度計算とテクスチャマッピングを含めてレンダリング
と呼ぶ。次に、テクスチャマッピングを用いたレンダリ
ングについて説明する。テクスチャデータは、スキャナ
等の画像入力装置で読み込まれる。また、照度計算は、
物体相互の位置関係とその形状、物体の反射特性及び光
源の情報により行われる。これら、テクスチャデータ
と、照度計算結果より出力画像の情報が生成される。出
力画像の生成は、テクスチャデータに照度計算の結果で
ある照度と物体表面の反射率を掛け合わせることで、物
体表面の明暗情報である輝度を変化させるものである。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような方法及び装置ではテクスチ
ャ自体の持つ明度情報もスキャナ等画像入力装置で読み
込まれるため、物体表面の照度計算結果に基づく輝度に
よる正しい表示ができない。また、出力装置の表示輝度
により表示画像の階調もずれたものとなる。さらに、物
体表面の明暗情報である輝度を変化させた場合、色相お
よび彩度も変化させてしまう。このため、レンダリング
の結果得られた画像は、輝度より導かれる明度、さらに
色相および彩度も変化したものであり、色ずれの生じた
不自然な画像となっていた。本発明は上記問題点に鑑
み、カラー画像データの明度を補正する際にテクスチャ
の輝度を照度計算により得られる照度に一致させる。そ
して、表示装置のコントラストに基づく階調の補正を行
う。また、テクスチャの色相を変えずに明度を変化させ
ることで、自然なカラー画像を表示するカラー画像処理
方法及び装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のカラー画像処理
方法及び装置は、まず、形状データと反射特性データと
光源データを用いて照度計算により得られた表面照度と
表示する場面の平均表面照度との照度比から、テクスチ
ャデータの輝度の補正を行う。また、画像出力装置のコ
ントラストを用いて、画像出力装置上の階調の補正を行
う。さらに、テクスチャの色相を変えずに、彩度を明度
の変化の割合に比例して低下させる。これらの方法を組
み合わせて自然な画像を生成する方法および装置を実現
したものである。
作用 本発明は上記した方法により、形状データと反射特性
データと光源データとの照度計算により得られた表面照
度と場面の平均表面照度の照度比からテクスチャデータ
の明度の補正を行うことで、照度計算に合致した正しい
画像の輝度を得ることができる。また、画像出力装置の
特性に応じて画像出力装置上で明度変化に適合した自然
な画像を表示できる。さらに、テクスチャデータを色空
間変換して均等色空間で処理することにより、色相の変
化がなく色ずれのない画像を出力できる。
実 施 例 以下本発明の一実施例におけるカラー画像処理方法及
び装置について、図面を参照しながら説明する。第1図
は本発明の実施例におけるカラー画像処理方法及び装置
の構成を示すものである。第1図において、1は照度比
演算部、2は明度補正部、3は彩度補正部、4は色空間
変換部、5は表示輝度変換部である。以上のように構成
されたカラー画像処理方法及び装置について、以下第1
図を用いてその動作を説明する。まず、スキャナ等画像
入力装置で予め入力されたテクスチャデータは色空間変
換部4で各画素ごとにRGB系から均等色差空間(ULCS表
色系)への座標変換をされる。ここで、R,G,Bはそれぞ
れ画像の赤,緑,青成分を表す座標である。また、均等
色差空間は、二つの色度明り差が空間内ですべて等しい
空間である。色空間変換部4は浮動小数点演算で行わ
れ、RGB表色系からXYZ表色系を経てULCS表色系の一つで
あるL,a,bに変換される。これら一連の変換は次
式で与えられる。
ここで、X0,Y0,Z0は標準白色に対するX,Y,Zの値であ
る。次に、照度比演算部1では、物体の形状データ、反
射特性データである物体表面の反射率ρおよび、光源デ
ータを用いることで照度計算を行い、物体表面の照度J
と表示する場面の平均表面照度との比を計算する。明
度補正部2では、画像出力装置のコントラストc、照度
比演算部1より得られた照度比J/、色空間変換部4よ
り得られた、物体の反射率ρとテクスチャデータの反射
率ρの比であるρ/ρ、さらに明度Lより、明度
補正を行いL newを求める。以下において画像出力装
置の表示輝度の中央値をJdisp、表示輝度の最小値をJ
min、表示輝度の最大値をJmaxとする。画像出力装置の
コントラストcは、Jminと、Jmaxより式(3)で表され
る。出力画像の表示輝度Gは式(4)で表され、出力画
像の輝度Ynewと画像出力輝度の関係は式(5)となる。
さらに、出力画像の輝度とYnewテクスチャデータの反射
率ρは式(6)の関係があり、これらよりテクスチャ
データの明度を補正する明度補正係数βが定められる。
このβよりテクスチャデータの補正後の明度L
newは、式(7)で表される。
C=Jmin/Jmax (3) G=(J/)・Jdisp (4) Ynew/Y0=(G−Jmin)/(Jmax−Jmin) (5) Ynew/Y0=βρ (6) L new=β1/3(L+16)−16 (7) 彩度補正部3では、式(8)により変換を行うことに
より、色相を変化させずに彩度、明度のみを変化でき、
彩度は明度の変化に応じて比例して変化する。彩度補正
により、彩度Snewは、式(9)で求められる。図2に明
度変化に伴う彩度操作の例を示す。
new=ka new=kb Snew=(a2* new+b new 21/2 (9) 表示輝度変換部5では、色空間変換部4の操作の逆変
換を行い、画像出力装置に応じた出力画像データを生成
する。ここでは、Rnew,Gnew,Bnewとする。以上のように
本実施例によれば、テクスチャデータの持つ反射率ρ
と、物体の反射特性を表す反射率ρ、照度比演算部から
えられる照度比から照度計算の結果に合致したテクスチ
ャデータの明度補正を行うことができ、また、画像出力
装置のコントラストを与えることにより、画像出力装置
上に自然な表示をおこなうことができ、さらに明度補正
を均等色空間で行うことで色相の変化がなく色ずれのな
い明度補正を行うことができる。
発明の効果 本発明は、以上説明したような方法および装置である
ので、以下に記載されるような効果を奏する。カラー画
像データの明度を補正する際に、表示輝度データの平均
輝度と、表示する場面の平均表面照度を一致させること
で、照度計算の結果に合致した出力画像を得ることがで
きる。また、出力画像の表示輝度範囲を補正する際に、
入力した形状データと光源データと反射特性データを用
いて表面照度と場面の平均表面照度との照度比と、画像
出力装置のコントラストと、明度データから平均表示輝
度を画像出力装置の表示可能輝度の中央値に一致させる
こと、画像出力装置上で階調のずれない出力が可能とな
る。さらに、画像データの明度を補正する際に、彩度を
明度の変化の割合に比例して低下させることにより、画
像出力装置上で色ずれの生じない画像が出力できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例におけるカラー画像処理方法及
び装置の構成図、第2図は明度変化に伴う彩度操作を示
す図、第3図は従来のカラー画像処理方法及び装置であ
る。 1……照度比演算部、2……明度補正部、3……彩度補
正部、4……色空間変換部、5……表示輝度変換部、11
……照度比演算部、12……表示輝度変換部。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テクスチャデータを色空間変換して明度デ
    ータと彩度データと色相データとを算出する色空間変換
    部と、三次元物体の形状データと光源データと反射特性
    データを用いて前記三次元物体の表面照度と表示する場
    面の平均表面照度と前記表面照度および前記平均表面照
    度との照度比とを算出する照度比演算部と、前記明度デ
    ータと前記彩度データと前記色相データとを用いて画像
    出力装置の表示輝度データに変換する表示輝度変換部を
    具備したカラー画像処理装置において、出力画像の表示
    輝度範囲を補正する際に、前記照度比を前記画像出力装
    置の表示輝度の中央値と乗じることにより前記三次元物
    体の表示輝度とし、前記表示輝度から前記画像出力装置
    の表示輝度の最小値との差を前記画像出力装置の表示輝
    度の最大値と最小値の差で除算したものに標準白色の輝
    度を乗じることで前記テクスチャデータの輝度とする明
    度補正部を具備することを特徴とするカラー画像処理装
    置。
  2. 【請求項2】テクスチャデータを色空間変換して明度デ
    ータと彩度データと色相データとを算出する色空間変換
    部と、三次元物体の形状データと光源データと反射特性
    データを用いて前記三次元物体の表面照度と表示する場
    面の平均表面照度と、前記表面照度と前記平均表面照度
    との照度比とを算出する照度比演算部と、前記明度デー
    タと前記彩度データと前記色相データとを用いて画像出
    力装置の表示輝度データに変換する表示輝度変換部を具
    備したカラー画像処理装置において、前記テクスチャデ
    ータの明度を補正する際に、前記テクスチャデータの明
    度データを画像表示の際の表示明度に変化させる際に、
    前記表示明度の値が前記明度データよりも小さいときに
    は前記表示明度と前記明度データとの比を、前記表示明
    度の値が前記明度データよりも大きいときには100と前
    記表示明度の差と100と前記明度データとの差との比を
    明度比として算出し、前記明度比を前記テクスチャデー
    タの色相データに乗じることで前記テクスチャデータを
    画像表示する際の色相データとする彩度補正部を具備す
    ることを特徴とするカラー画像処理装置。
  3. 【請求項3】三次元物体の形状データと光源データと反
    射特性データから前記三次源物体の表面照度を算出し、
    表示する場面の平均表面照度と前記三次元物体の表面照
    度との照度比を算出し、テクスチャデータを前記三次元
    物体の表面に添付し画像生成する際に、前記照度比を画
    像出力装置の表示輝度の中央値と乗じることにより前記
    三次元物体の表示輝度とし、前記表示輝度から前記画像
    出力装置の表示輝度の最小値との差を前記画像出力装置
    の表示輝度の最大値と最小値の差で除算したものに標準
    白色の輝度を乗じることで前記テクスチャデータの輝度
    とすることを特徴とするカラー画像処理方法。
  4. 【請求項4】テクスチャデータを色空間変換し、明度デ
    ータと彩度データと色相データとを算出し、前記テクス
    チャデータの明度データを画像表示の際の表示明度に変
    化させる際に、前記表示明度の値が前記明度データより
    も小さいときには前記表示明度と前記明度データとの比
    を、前記表示明度の値が前記明度データよりも大きいと
    きには100と前記表示明度の差と100と前記明度データと
    の差との比を明度比として算出し、前記明度比を前記テ
    クスチャデータの色相データに乗じることで前記テクス
    チャデータを画像表示する際の色相データとすることを
    特徴とするカラー画像処理方法。
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