JP2666523B2

JP2666523B2 - 色変換装置

Info

Publication number: JP2666523B2
Application number: JP2127245A
Authority: JP
Inventors: 克洋金森; 秀彦川上; 宏曄小寺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH0421264A; US5241373A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、カラー画像、カラー信号を入力して実時間
内に任意の色変換をする用途、たとえば、カラーハード
コピー装置、カラーディスプレイ装置、カラーテレビカ
メラ装置、カラー認識装置などに利用される色変換装置
に関するものである。

従来の技術従来、モノクロ画像の画像処理では、画像の１画素が
もつ情報は明度（濃度）という１次元情報であり、明度
変換はいわゆるガンマーカーブ変換として、種々の非線
形カーブをLUT（ルックアップテーブル）に書き込んで
おけば実時間内に変換可能であった。

扱う画像がカラー画像になっても実時間内に色変換す
る用途ではＲ（レッド）プレーン、Ｇ（グリーン）プレ
ーン、Ｂ（ブルー）プレーンという３枚のモノクロ画像
として扱われ、各々独立なLUTによって変換されること
が多かった。しかし、この種の処理では、扱える色変換
は本質的に１次元処理の域を出ず。

Ｒ′＝hR（Ｒ）、Ｇ′＝hG（Ｇ）、Ｂ′＝hb（Ｂ）という形態の色変換しかできない。

カラー画像処理では、１画素がもつ情報は（R,G,B）
という３次元情報であり、本来の意味での色変換とは、
これらをまとめた３次元的変換Ｒ′＝fR（R,G,B）Ｇ′＝fG（R,G,B）Ｂ′＝fB（R,G,B）という形態である。

たとえば、近年カラー画像処理で重要になりつつある
技術として、（RGB）で表現される色を色相Ｈ、明度
Ｌ、彩度Ｓに変換するHLS変換では、Ｈ＝Ｈ（R,G,B）の
ように、１出力が３入力の関係になっており上記の３次
元変換に属する。従って、将来的には３次元的な色変換
を任意の色変換について汎用的に、しかも実時間に実行
できるハードウエアが是非必要である。しかし、これら
を汎用的なテーブルで変換しようとすると１色が８ビッ
ト信号と仮定して１色当りの変換に16（Mbyte）ものメ
モリ容量を必要とする。したがって、現在のところ、実
時間のカラー画像処理装置では、その目的ごとに新しい
ハードウエアが設計されており、汎用的な実時間色変換
装置は実現していない。

しかし、カラーハードコピー、カラースキャナの色補
正用の色空間を複数の色空間に分割してその頂点に位置
する色修正情報を複数個選択し、重み付け処理して補間
出力する色信号補間方法の例がある。たとえば、特公昭
58−1618号公報の例では補間処理に３次元の色信号空間
内での基本立体である単位立方体を設定し、この単位立
方体を複数の４面体に分割することにより補間計算を単
純化している。

これを色可変装置として利用し、色空間内の特定色の
色替えを行うなど、非線形の自由な色変換を高速でかつ
画像の階調性を維持したまま行うことができる。しか
し、先の特許の例では補間に使用するメモリ装置には、
入力値に対する出力値（前記特許では第２信号系の値）
が蓄積されているため、入力値にたいする補間値を求め
る際に、４つの係数と対応する４個の４面体頂点におけ
る既知の値を乗算し、それぞれを加算しなくてはなら
ず、またメモリ装置アドレスが立方体を形成していると
いう制限があった。

発明が解決しようとする課題高速の色変換装置を構成するためには、色変換値の補
間演算は高速におこなわねばならず補間に必要な乗算
や、加算は並列に行う必要がある。しかし、前記補間方
法では、並列に行うべき乗算が４回あるがために乗算器
が４個必要である。しかし、実際のハードウエアでは、
簡単化のために乗算器の数はなるべく減らしたい。そこ
で、まず第１の課題として色変換値の補間演算において
も乗算器の数を３個へらしたいという要求がある。

第２にテーブルメモリには入力値である第１信号系に
対する求めるべき出力値である第２信号系それ自身が記
憶されているがために、第２信号系のもつダイナミック
レンジをそのままテーブルメモリの記憶ビット幅に割り
当てる必要がある。たとえば、第２信号系の値が第１信
号系に比べてあまり変動しない場合にも第２信号系はそ
の絶対値として非常に大きな数値を記憶することを余儀
なくされることが生ずる。これは、メモリを有効に活用
していることにならず、限られた記憶容量においては最
善の方法とは言いがたい。

第３に、現実の色空間では各軸が人間の視覚特性を均
等に反映しているとは言い難く、通常のレッド、グリー
ン、ブルーの色空間においてはグリーン軸が視覚上特に
重要であるという結果がある。従って、総ビット数が一
定であればグリーン軸にビットを多く割り充てることに
より補間精度を上げ、全体の補間精度を上げることがで
きる。この観点からみると、色空間の単位補間区分は直
方体であることが望ましいが、立方体という制限があっ
た。

本発明の目的としては、入力出力が各々３次元あるい
は任意次元以上である任意の色変換を不連続性のない補
間方式により実時間で処理でき、補間敷の演算が容易
で、記憶ビット幅を減らす、あるいはビット幅を有効に
活用することのできる色変換装置を提供するものであ
る。

課題を解決するための手段本発明は上記目的を達成するため、３次元あるいは任
意次元の色信号の組を入力して、各入力信号ごとに異な
るビット数配分、あるいは等しいビット配分より上位信
号と下位信号が分割し、前記上位信号が選択する色空間
内の単位立体を分割して得られる複数個の単位４面体か
ら１つの単位４面体を前記下位信号の大小比較によって
選択する単位４面体選択手段と、前記単位４面体選択手
段の出力と前記上位信号の組で選択される色変換値差分
値記憶用テーブルメモリと、前記上位信号の組で選択さ
れる色変換値基準値記憶用テーブルメモリと、下位信号
の組で選択される重み係数提供手段と、前記単位４面体
の複数個の頂点での色変換値差分値および色変換値基準
値と前記重み係数値とから色空間の３次元あるいは任意
次元の補間を行うための演算手段を設けたものである。

作用本発明は上記構成により、メモリに蓄積する値を、前
記特許におけ４面体の各頂点における第２信号系の値か
ら４面体の１つの基準頂点における第２信号基準値と他
の３頂点における第２信号系差分値に替えることであ
る。次に、補間方法を３つの補間係数と上記３頂点での
第２信号系差分値との３回の乗算と第２信号系基準値と
の加算に変換する。これによって、補間に必要な乗算器
の数を３とすることができる。

同時に第２信号系差分値記憶用メモリには、信号の差
分値という絶対値の小さな値が記憶されることになり結
果的にメモリ効率的に利用することができる。

さらに、入力色空間の各軸を各々異なるビット配分に
てその上位信号、下位信号に分割し、補間の基本単位を
色空間の直方体とすることにより人間の視覚特性にあっ
た補間を行う。

実施例まず本発明の基本概念である信号補間方法を説明す
る。簡単のため、入力空間が１次元の場合を説明する。
第２図において補間区分AB内に含まれる任意の点Ｐでの
出力値（Ｐ）は、A,Bでの出力値（Ａ），（Ｂ）と２個
の係数a,bを用いて（Ｐ）＝ａ×（Ａ）＋ｂ×（Ｂ）（第１式）ただし、ａ＋ｂ＝１（第２式）となる。この場合には乗算は２回必要である。そこで、
別補間式、（Ｐ）＝（Ａ）＋ｂ×（（Ｂ）−（Ａ））（第３式）を導入する。すなわち入力点A,Bに出力値基準値（Ａ）
と出力値差分値（（Ｂ）−（Ａ））を蓄積しておけば、
（Ｂ）についての係数ｂを用いて第３式のように乗算が
１回の補間を行うことができる。

同じことを３次元に拡張した場合を第３図に示す。３
次元における基本補間区間は４体面ABCDであり、各頂点
での出力値を各々（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）とする。従
来の信号補間方法では、各頂点での出力値をメモリに蓄
積しておくことにより、係数a,b,c,dを用いて、内部点
Ｐでの出力（Ｐ）を、（Ｐ）＝ａ×（Ａ）＋ｂ×（Ｂ）＋ｃ×（Ｃ）＋ｄ×（Ｄ）（第４式）としていたが、このままでは４回の乗算が必要である。
そこで、４頂点のうち基準頂点をＡとし、Ａには出力値
基準値（Ａ）を蓄積し、B,C,Dには各々、本来の出力値
と出力値基準値との差分値（（Ｂ）−（Ａ））、
（（Ｃ）−（Ａ））、（Ｄ）−（Ａ））を蓄積し、（Ｐ）＝（Ａ）＋ｂ×（（Ｂ）−（Ａ））＋ｃ×（（Ｃ）−（Ａ））＋ｄ×（（Ｄ）−（Ａ））（第５式）のように３回の乗算を用いて補間できる。

本発明は第５式のように簡素な補間方法を用いること
により自由な色変換を高速に行う作用を有する。

つぎに本発明における入力色空間の４面体分割の方法
について説明する。入力色を（x,y,z）で表される８ビ
ット数値として、その上位信号を（x1,y1,z1）とし、下
位信号を（x2,y2,z2）と書き表す。上位信号として、各
信号の３ビットを取るものとすると、この上位信号は
（x,y,z）で作られる入力色空間内で入力色が属する単
位立体、この場合には単位立方体を512（＝８×８×
８）個の中から１個選択する役割を持ち、下位信号は上
位信号により選ばれた単位立体内での存在位置を示す役
割を持っている。第４図は全色空間が単位立体、この場
合には単位立方体に分割される様子を示し、第５図では
１つの単位立体を６個の単位４面体（ユニット０〜ユニ
ット５）に分割する方法を示した。与えられた色信号が
この単位４面体のいずれに属するかは、（x2,y2,z2）の
関係式によって下表のように決定される。

さて入力色が属する単位４面体が決定すると補間式
は、第５式から、 Wi＝△i/△ （第８式）となる。

ここで、第６図に示すように△は単位４面体の体積、
△ｉは単位４面体の頂点P1P2P3P4のうちの３点と入力色
点Ｐとを結んでできる新たな４個の小４面体を作り、点
Piを含んでいない小４面体の体積を表し、Diは点Piにお
ける色変換値差分値を、O1は基準頂点P1での色出力値を
示す。

なお、上記の上位信号、下位信号分割を各色ごとに異
なるビット配分にて行うと色空間を直方体の集合に分割
することができ、その後はほぼ同じ手順にて補間でき
る。たとえば、入力色信号を不均一精度の上位信号（x
1,y1,z1）と下位信号（x2,y2,z2）に分割する。ここでx
1,y1,z1は3,4,2ビット、x2,y2,z2は5,4,6ビットとす
る。この場合には単位直方体は各軸方向に32,16,64の長
さを持ち、これが各軸方向に８個、16個、４個並ぶこと
になる。

このビット配分は１つの例であるが上位信号は（x,y,
z）でつくられた色空間の中で単位直方体を512（＝８×
16×４）個の中から１個選択する役割を持ち下位信号は
上位信号により選ばれた単位直方体内での存在位置を示
す。第７図は全色空間が単位直方体に分割される様子を
示し、第８図は１つの単位直方体を６個の単位４面体
（ユニット０〜ユニット５）に分割する方法を示した。

以下本発明の一実施例につき第１図を参照して説明す
る。第１図においては、入力信号（R,G,B）から出力信
号Ｒ′が生成される部分のみを図示してある。入力信号
101〜103はガンマ変換テーブルメモリ104〜106によって
ガンマ変換される。このガンマ変換により、色変換値を
記憶している格子点をどのような色空間内に設定するか
選択できる。たとえば、ガンマ変換テーブルメモリ104
〜106に濃度変換用のlogカーブを設定すると、濃度変換
の特性から画像のシャドウ部で格子点間隔が密になるこ
とにより結果的にシャドウ部で補間特性が良好となる。
ガンマ変換された125〜127を（x,y,z）で表す。信号125
〜127は各々任意のビット精度を持つ上位信号（x1,y1,z
1）と下位信号（x2,y2,z2）とに分割される。これらは
３種の信号をまとめて第１図では各々107,108で表す。
この上位信号107、下位信号108は不均一なビット分割を
持つものでよい。下位信号群108は重み係数提供手段109
〜111に入力される。この３個の重み係数提供手段109〜
111では（x2,y2,z2）が入力したとき、それが単位直方
体内で所属する単位４面体（ユニット０〜ユニット５）
を１個判定し、その４頂点を使用する際の重み係数W₂〜
W₄が提供される。下位信号群108は同じく単位４面体選
択手段132にも送出され、所属する単位４面体がユニッ
ト０〜ユニット５の６個から１個選択され０〜５までの
３ビット数値のユニット選択信号133として出力する。

一方、上位信号107とユニット選択信号133はアドレス
インタフェース113を経由して色変換値差分値記憶用テ
ーブルメモリ115〜117に送出される。同様に上位信号10
7は色変換基準値記憶用テーブルメモリ118にも送出され
る。これは、第８図に示した単位４面体への分割方式に
おいては、６個の単位４面体の基準頂点に単位立体の対
角軸の１つの端点を設定しておくことにより、６個のユ
ニットで基準頂点を共有できるために色変換値基準値記
憶用テーブルメモリ118へ入力するユニット選択信号133
を省略することができるからである。

アドレスバスインタフェース113は色変換値差分記憶
用テーブルメモリ115〜117および色変換値差分記憶用テ
ーブルメモリ118にホストコンピュータからデータをダ
ウンロードする時と、色変換を実行するときとでアドレ
スバス114と上位信号107とを切り替える。データのダウ
ンロード時には、色変換値差分記憶用テーブルメモリ11
5〜117、色変換値差分記憶用テーブルメモリ118には、
上位信号107とユニット選択信号133の全ての組合せがア
ドレスとして生成され、その時に決定される単位４面体
基準頂点での色変換値基準値O₁,色変換値差分値D₂〜D₄
が計算され、データがロードされてくる。次に、色変換
の実行時には、各信号107と133から選択される４個の頂
点での色変換値基準値O₁と色変換値差分値D₂〜D₄が出力
される信号134〜137が出力される。次に、データバスイ
ンタフェース119は、色変換値差分記憶用テーブルメモ
リ118、色変換値差分記憶用テーブルメモリ115〜117へ
のデータのダウンロード時と色変換実行時とでデータの
流れ方向を変化させる。３個の頂点に対する重み係数W₂
〜W₄と色変換値基準値O₁と色変換値差分値D₂〜D₄は乗算
器121と加算器122により、（第７式）を実行する。ただ
し、重み係数が本来の値から255倍されているため、最
終的には加算器出力を８ビット右シフトして1/255の計
算を行って８ビットの色信号値を得る。得られた色変換
間値138は、出力用ルックアップテーブル（LUT）123を
介して出力値Ｒ′124を生成する。出力用LUT123には、
この色変換装置の使い方によって種々の非線形カーブを
ロードしておくことができる。

なお、ここで示した実施例のなかで、ヒット精度、ビ
ット配分などは一つの例にすぎず、他の数値でもかまわ
ない。

発明の効果以上のように本発明の効果としては、入出力が各々３
次元あるいは任意次元以上である任意の色変換を不連続
性のない補間方式により実時間で処理できる。

その際、従来の３次元色信号補間方式がメモリ内容に
入力値に対する出力値を記憶していたため、補間式に乗
算が４回使われていたという課題があったが、本発明で
はメモリに出力色信号の基準信号と差分信号を記憶して
いるために補間式の乗算を３回に減少させることができ
るという大きな利点を持つ。

さらに、出力値差分値メモリの記憶する数値のダイナ
ミックレンジが小さくなるため、記憶ビット幅を減らす
効果、あるいはビット幅を有効に活用する効果が期待で
きる。

さらに、入力色空間を単位直方体を分割することによ
りテーブルメモリを視覚的に対して有効に利用できると
いう利点ももつ。

色変換の計算式が変化したときでも色変換値記憶用テ
ーブルが書き替え可能になっており、かつホストコンピ
ュータとのインターフェースが完備しているために即座
に対応が可能であるという従来にない汎用性ももってお
りカラー画像処理分野では、その効果は非常に大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における色変換装置のブロッ
ク結線図、第２図は本発明の概念を示す１次元における
補間方法を示す図、第３図は同３次元における補間にお
いて単位４面体の頂点での記憶内容を示す図、第４図は
同色空間全体を単位立体に分割する図、第５図は同単位
立体を単位４面体（ユニット０〜５）に分割する方法を
示す図、第６図は同単位４面体を小４面体に分割する
図、第７図は同色空間全体を単位立方体に分割する図、
第８図は同単位直方体を単位４面体（ユニット０〜５）
に分割する方法を示す図である。 104〜106……ガンマ変換テーブルメモリ（レッド）、10
9〜111……重み係数提供手段、115〜117……色変換値差
分値記憶用テーブルメモリ、118……色変換値基準値記
憶用テーブルメモリ、121……乗算器、122……加算器、 132……単位４面体選択手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−14237（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−162248（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−209942（ＪＰ，Ａ) 特開平２−87192（ＪＰ，Ａ) 特開平２−226869（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元あるいは任意次元の色信号の組を入
力して、各入力信号ごとに異なるビット数配分、あるい
は等しいビット配分より上位信号と下位信号が分割し、
前記上位信号が選択する色空間内の単位立体を分割して
得られる複数個の単位４面体から１つの単位４面体を前
記下位信号の大小比較によって選択する単位４面体選択
手段と、前記単位４面体選択手段の出力と前記上位信号
の組で選択される色変換値差分値記憶用テーブルメモリ
と、前記上位信号の組で選択される色変換値基準値記憶
用テーブルメモリと、下位信号の組で選択される重み係
数提供手段と、前記単位４面体の複数個の頂点での色変
換値差分値および色変換値基準値と前記重み係数値とか
ら色空間の３次元あるいは任意次元の補間を行うための
演算手段とを備えることを特徴とする色変換装置。
【請求項２】入力色信号が３次元の場合、上位信号が指
定する単位立体をその対称軸の共有する複数の単位４面
体に分割し、その対象角を形成する１方の頂点位置に色
変換値基準値を記憶し、各４面体の残りの頂点位置には
色変換値差分値を記録していることを特徴とする請求項
１記載の色変換装置。
【請求項３】単位立体は直方体であることを特徴とする
請求項１記載の色変換装置。