JP2743999B2

JP2743999B2 - 画像量子化装置及び方法

Info

Publication number: JP2743999B2
Application number: JP62334713A
Authority: JP
Inventors: 隆志近藤; 和宏森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH01175078A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は表示可能な色数に制限のあるシステムで用い
られる色量子化画像を、自然カラー画像から効率良く生
成することのできる画像量子化装置及び方法に関する。（従来の技術）キャプテンやパーソナル・コンピュータ等のシステム
では、その表示可能な色数に制限がある。この為、テレ
ビカメラ等を介して入力された自然画像をディジタル化
し、これを画像表示する場合にはその色数を上述した表
示可能な色数に制限することが必要となる。例えば自然
カラー画像をＲ・Ｇ・Ｂの３原色に分解し、各色情報を
それぞれ８ビットで表現すると上記自然カラー画像は2
²⁴色（＝16777216色；約1600万色）もの色を取り得る。
これに対してパーソナル・コンピュータ等で取扱い可能
な色数は256色程度であり、上述した自然カラー画像を
パーソナル・コンピュータで表示する場合には、当然、
その色を量子化することが必要となる。この色量子化は、基本的には自然カラー画像中の代表
的な所定数の色を選定し、残された色を上記代表色にそ
れぞれ統合することによって行われる。具体的には、従
来では専ら代表色を選定した後、自然カラー画像の各色
が取り得る所定の色空間上において、各色と上記各代表
色との距離Ｄをそれぞれ計算し、その距離Ｄが最も短い
代表色へその色を統合して色の量子化が行われている。
ここでの距離Ｄとしては、通常、ユークリッド距離が用
いられ、代表色の上記色空間上における座標を（R,G,
B），統合すべき色の座標を（r,g,b）としたとき、 D²＝（Ｒ−ｒ）^２＋（Ｇ−ｇ）^２＋（Ｂ−ｂ）^２として計算される。然し乍ら、このようにして代表色への色の統合（色量
子化）を進めるには多大な処理時間を必要とすると云う
問題がある。例えば1600万色を256色に統合する場合に
は、（1600万×256回）の距離計算を必要とする。この
ことは乗算処理だけでも（1600万×256回×３回）の演
算を必要とすることを意味する。しかもこの種の演算を
１秒間に100万回の演算が可能な大形計算機を用いて実
行するとしても、12,000秒、つまり３時間以上の処理時
間を必要とすることになる。この為、この種の色量子化
処理を高速度に短時間で実行することが強く望まれてい
る。（発明が解決しようとする問題点）このように従来にあっては、色量子化処理に要する処
理時間が多大であり、この種の色量子化処理を含む画像
編集処理における大きな課題となっている。本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、色量子化処理を簡易に効率良
く、高速に実行することのできる画像量子化装置及び方
法を提供することにある。（問題点を解決するための手段）本発明に係る画像量子化装置及び方法は、ディジタル
・カラー画像における各色の出現頻度に従って所定数の
代表色を選定し、先ず所定の色空間において上記選定さ
れた代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統合し
た後、残された色についてその色に隣接する色が既に上
記代表色に統合されているか否かを、例えば残された各
色を上記色空間上において前向きおよび後向きにそれぞ
れラスタ走査して順次指定しながら調べ、その隣接色が
既に代表色に統合されている場合には、その色を上記隣
接色が統合された代表色に順次統合して行くようにした
ことを特徴とするものである。（作用）本発明によれば、ディジタル・カラー画像における各
色の出現頻度を求め、この出現頻度に従って、例えば各
色の出現頻度分布において極大値を持つ色、および上記
頻度分布の２次微分値が極大値をとる色等として所定数
の代表色を選定した後、所定の色空間上において上記選
定された代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統
合される。その後、残された色については、例えば上記色空間に
おいて前向きおよび後向きにそれぞれラスタ走査して順
次指定しながらその色に隣接する色が既に上記代表色に
統合されているか否かを順次調べ、隣接色が既に代表色
に統合されている場合には、その色を上記隣接色が統合
された代表色に順次統合していくことにより、上記代表
色への隣接色の統合が出現頻度の少ない色に向けて順次
伝播される。従って従来のように残された色について代表色との距
離を一々計算することなく、隣接色の代表色への統合を
出現頻度の低い色に向けて進めていくだけで、非常に簡
易に効率良く行い得る。しかもこのような代表色への統
合処理を、例えば所定の色空間における各色の前向きお
よび後向きの２回のラスタ走査によって実現することが
できるので、短時間での高速処理が可能となる。（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。第１図は実施例に係る画像量子化装置の概略構成を示
すブロック図である。この実施例装置において、カラー
画像入力部１はテレビカメラ等にて撮像入力された自然
カラー画像を、例えばＲ・Ｇ・Ｂの３原色に色分解し、
各色成分をそれぞれ４ビットのディジタル信号を変換し
てディジタル・カラー画像を生成する。出現頻度計測部
２は上記ディジタル・カラー画像の各色（2⁴⁺⁴⁺⁴＝4096
色）についての出現頻度をそれぞれ求め、例えばＲ・Ｇ
・Ｂ色空間等の所定の色空間上における出現頻度分布を
求めている。代表色選定部３は上記所定の色空間上におけるディジ
タル・カラー画像の各色についての出現頻度分布から、
例えば表示可能な色数によって決定される色量子化すべ
き所定数の代表色を選定するものである。この所定数の
代表色の選定は、例えば本発明者等が先に提唱した特願
昭62−74851号等に開示した技術を用いる等して行われ
る。具体的には、前記色空間上における色の出現頻度分布
から極大値をとる色をそれぞれ求め、これを代表色とす
る。例えば第２図に示すように赤とマゼンタに頻度の山
（極大値）がある場合には、これらの色を代表色として
選定する。また第３図に示すように赤とマゼンタの出現
頻度の山が近接し、この結果、マゼンタの山が赤の山に
吸収されて代表色の候補として選定されなく場合があ
る。このような不具合については、例えば上記色の出現
頻度分布の前記色空間上における２次微分を求め、その
２次微分の極大値をとる色についても代表色の候補とし
て選定した上で代表色を選定するようにすれば良い。尚、極大値をとる色が色量子化数よりも多い場合に
は、その出現頻度が上位の色を代表色として選定するよ
うにすれば良い。しかして代表色統合部４は上述した如く選定された代
表色に、残された色を順次統合処理して前記ディジタル
・カラー画像の色量子化を実行するもので、本装置の主
要部をなす。この色統合処理は第４図に概略的な流れを
示すように、代表色に隣接する色をその代表色に統合す
る処理11、隣接色の代表色への統合を、例えば第５図に
示されるＲ・Ｇ・Ｂ色空間において左上から右下方向へ
ラスタ走査して伝播する処理12,逆に上記隣接色の代表
色への統合をＲ・Ｇ・Ｂ色空間において右下から左上方
向へラスタ走査して伝播する処理13、そしてこれらの処
理11,12,13によっても代表色に統合されずに残された色
について、距離計算により前記代表色に統合する処理14
からなる。即ち、上記代表色への隣接色の統合は前記Ｒ・Ｇ・Ｂ
色空間において選定された代表色をVoとしたとき、第６
図に示すようにＲ・Ｇ・Ｂ色空間において上記代表色Vo
に隣接する色V1,V2,〜V6をそれぞれ上記代表色Voである
と看做することによって行われる。このような代表色へ
の統合によって前記ディジタル・カラー画像において上
述した各色V1,V2,〜V6をそれぞれとる画素の色が上記代
表色Voに変更され、ここにその色の統合が行われること
になる。以上のようにして代表色への隣接色への統合処理11が
行われた後、その代表色への更に隣接する色の統合を行
い、代表色への統合領域を出現頻度の少ない色に向けて
順次拡大する。この代表色への統合領域の拡大処理は、
先ず前記第５図に示すＲ・Ｇ・Ｂ色空間｛［i,j,k］|i,
j,k＝0,1,〜15｝において、［0,0,0］からi,j,kが順に
増加する方向に各色を右下に向けてラスター走査して指
定し、その指定された色に隣接する色が既に代表色に統
合されているか否かを調べて行われる。そしてその隣接
色が既に代表色に統合されている場合には、上記指定さ
れた色についてもその隣接色が統合されている代表色へ
統合する。しかし代表色の中にはその頻度が極大値をとらないも
のも存在するので、上記［i,j,k］として指定された色
の頻度よりも高い頻度の隣接色が出現する可能性があ
る。従ってこのような場合には、どの代表色へ統合する
かが重要な課題となる。そこで本装置では次のような優先順位を設定して代表
色への統合を行なうようにしている。即ち、前記色空間
において［i,j,k］なる色が指定されたとき、（Ｉ）１つ前の色［ｉ−1,j,k］が既に代表色に統合
されており、その代表色が［ｉ′,j,k］から伝播された
ものである場合（但し、ｉ′≦ｉ−１）、上記［i,j,
k］なる色をその代表色に統合する。（II）上記（Ｉ）の条件が満たされない場合には、１
走査線前の隣接色［i,j−1,k］を調べ、その色［i,j−
1,k］が既に代表色に統合されており、且つその代表色
が［ｉ′,j′,k］から伝播されたものである場合には
（但し、ｉ′≦i,j′≦ｉ−１）、上記［i,j,k］なる色
をその代表色に統合する。（III）その後、上記（Ｉ）（II）の条件が夫々満た
されない場合には、［i,j,k−１］，［i,j−1,k］，
［ｉ−1,j,k］の順序で、その隣接色が既に代表色に統
合されているか否かを調べ、代表色に統合されている場
合には、その代表色に統合する。尚、この代表色の統合処理では、ラスター走査の前方
向に隣接する色については考慮せず、後述する前記Ｒ・
Ｇ・Ｂ色空間における左上に向けての逆方向のラスター
走査による色統合処理に委ねる。従って、［ｉ＋1,j,
k］，［i,j＋1,k］，［i,j,k＋１］の隣接色が既に或る
代表色に統合されていても、ここでの色統合処理から除
外される。しかる後、今度は前記第５図に示すＲ・Ｇ・Ｂ色空間
｛［i,j,k］|i,j,k＝0,1,〜15｝において、［15,15,1
5］からi,j,kが順に減少する方向に各色を左上に向けて
ラスター走査して逆順に指定し、その指定された色に隣
接する色が既に代表色に統合されているか否かを調べて
前述した代表色の統合領域の拡大処理13を行なう。ここでの代表色領域の拡大処理についても、所定の優
先順位に従って統合すべき代表色を選択しながら行われ
る。即ち、前記所定の色空間において［i,j,k］なる色
が指定されたとき、（IV）１つ前の色［ｉ＋1,j,k］が既に代表色に統合
されており、その代表色が［ｉ′,j,k］から伝播された
ものである場合には（但し、ｉ′≧ｉ＋１）、上記［i,
j,k］なる色をその代表色に統合する。（Ｖ）上記（IV）の条件が満たされない場合には、１
走査線前の隣接色［i,j＋1,k］を調べ、その色［i,j＋
1,k］が既に代表色に統合されており、且つその代表色
が［ｉ′,j′,k］から伝播されたものである場合には
（但し、ｉ′≧i,j′≧ｉ＋１）、上記［i,j,k］なる色
をその代表色に統合する。（VI）その後、上記（IV）（Ｖ）の条件が夫々満たさ
れない場合には、［i,j,k＋１］，［i,j＋1,k］，［ｉ
＋1,j,k］の順序で、その隣接色が既に代表色に統合さ
れているか否かを調べ、代表色に統合されている場合に
は、その代表色に統合する。以上の統合処理12,13によって先に代表色の選定から
漏れた色（残された色）の殆んどが上記代表色に順次統
合されるが、希に代表色に統合されない色が残る場合が
ある。このような色については、その色数が少数である
ことから前述したＲ・Ｇ・Ｂ色空間上における代表色と
の距離Ｄをそれぞれ計算し、その距離Ｄが最も短い代表
色に対して統合する。このような処理手続きを経ることにより、前記ディジ
タル・カラー画像を形成する複数（多数）の色が前述し
た如く選定された所定数の代表色にそれぞれ統合され、
ここに画像の色量子化が実現されることになる。第７図は上述した画像処理における色統合処理の過程
を模式的に示すもので、第７図（ａ）はディジタル・カ
ラー画像を示している。尚、升目で区切られた各領域は
画素を示し、その内部に示される数値はその画素が取る
色の画像全体における出現頻度を示している。また出現
頻度を囲む○□◎は、前述した各色の出現頻度分布に従
って選定された代表色をそれぞれ示している。従ってこ
こでは○で囲まれた数値（20）が記載された画素の色が
代表色として選定され、その色の出現頻度が［20］であ
ることが示される。同様にして□で囲まれた数値（９）
が記載された画素の色が代表色として選定され、その色
の出現頻度が［９］であること、更に◎で囲まれた数値
（10）が記載された画素の色が代表色として選定され、
その色の出現頻度が［10］であることがそれぞれ示され
る。このようにして代表色が選定されたディジタル・カラ
ー画像に対して、先ず前記Ｒ・Ｇ・Ｂ色空間上において
上記代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統合す
る。ここで自然画像であるディジタル・カラー画像にお
ける色の分布は、色の境界部分を除いて、通常、隣接色
の繋がりとして表現される。従って代表色として選定さ
た色の画素に隣接する画素の色の殆んどは上記代表色に
隣接する色である。従ってＲ・Ｇ・Ｂ色空間上において
上記代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統合し
た場合、一般的には第７図（ｂ）に示すように代表色と
して選定された色の画素に隣接する画素の色（代表色に
隣接する色）が上記代表色にそれぞれ統合され、ここに
代表色の統合領域がそれぞれ拡大されることになる。しかる後、前述したようにＲ・Ｇ・Ｂ色空間における
各色を順にラスタ走査し、各色を代表色に統合するか否
かを順次判定しながら、各代表色への統合を進める。こ
の統合処理は前述した統合の優先順位に従って行われる
ことは云うまでもない。このような統合処理により、代
表色に隣接する色、更にその色に隣接する色へと順に代
表色への統合処理が進められ、代表色として選定された
色の画素を中心として、例えば第７図（ｃ）に示すよう
に代表色領域の拡大が行われる。尚、この代表色への統合が、代表色として選定された
色の画素とその隣接画素の色に着目し、その色の出現頻
度だけに従って進められた場合には、例えばその代表色
領域の拡大が第７図（ｄ）に示すように行われる。そし
てその代表色領域がディジタル・カラー画像の色的な性
質を無視した状態で不自然に進められると云う不具合が
生じる虞れがある。この点、本装置では前述したような規則に立脚し、代
表色として選定された色から、その出現頻度が低下する
隣接色の方向にその代表色の統合を進めるので、つまり
代表色への統合の範囲を上記出現頻度が低下する隣接色
の方向へ順次伝播させて行なうので、第７図（ｄ）に示
すような不具合を招来することなしに自然性良く代表色
への統合を行なうことができる。以上のようにして代表色への統合が順次進められるこ
とにより、ディジタル・カラー画像を形成する色の全て
が上述した所定数の代表色にそれぞれ統合され、最終的
には第７図（ｅ）に示す如く色量子化画像が形成され
る。そして各代表色への統合領域は、それぞれ前述した
如く選定された代表色の画素を中心とし、出現頻度の低
い隣接色に向けて順次その統合を伝播させて拡大された
ものとなる。この結果、その色量子化画像は自然カラー
画像の特徴を反映した自然性の高いものとして生成され
ることになる。尚、第７図（ｅ）では、各代表色への統合領域の境界
を太線で示してある。かくして上述した色量子化処理によれば、代表色への
統合処理を出現頻度の低い隣接色へと順次伝播させて行
なうので、従来のように各色毎に代表色との距離を計算
する必要がなく、その処理の高速化を図り得る。例えば
1600万色を256色に色量子化する場合であっても、高々
（1600万回×数回）の演算によって実現することがで
き、通常の計算機を用いた場合であっても数分で処理可
能である。その上で、残された色の代表色への統合を距
離計算によって行なうとしても、その演算に要する時間
は僅かであり、上述した数分の処理時間に比較して殆ん
ど問題とならない。従って従来の色量子化処理に必要な
時間に比較して、その処理速度を十倍から数十倍に向上
させ、処理効率の向上を図ることが可能となる。尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えばカラー画像の色数や、それを量子化する色数
は仕様に応じて定めれば良いものである。またここで
は、Ｒ・Ｇ・Ｂ空間における隣接色を求めて色統合処理
を行なったが、他の色空間においても同様に色統合処理
を実行することができる。その他、本発明はその要旨を
逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、非常に効率良
く、しかも短時間に自然性良く色の量子化処理を進める
ことができ、色量子化処理を必要とする種々の画像処理
において実用上多大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】図は本発明の一実施例に係る画像量子化装置を説明する
もので、第１図は実施例装置の概略構成図、第２図およ
び第３図はそれぞれディジタル・カラー画像における色
の出現頻度分布と代表色の選定について説明する為の
図、第４図は代表色統合処理の手順を示す図、第５図は
Ｒ・Ｇ・Ｂ色空間の概念を示す図、第６図はＲ・Ｇ・Ｂ
色空間における隣接色の概念を示す図、第７図は本発明
による代表色統合処理の過程を模式的に示す図である。１……カラー画像入力部、２……出現頻度計測部、３…
…代表色選定部、４……代表色統合部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．ディジタル・カラー画像における各色の出現頻度を
求める手段と、この出現頻度に従って所定数の代表色を選定する手段
と、所定の色空間において上記選定された代表色に隣接する
色をその代表色にそれぞれ統合する手段と、残された色についてその色に隣接する色が既に上記代表
色に統合されているか否かを順次調べ、隣接色が代表色
に統合されている場合には、その色を上記隣接色が統合
された代表色に統合する処理を、上記代表色への隣接色
の統合が上記出現頻度の少ない色に向けてそれぞれ伝播
されるように行う手段とを具備することを特徴とする画
像量子化装置。２．上記所定数の代表色の選定は、所定の色空間上での
各色の出現頻度分布において極大値を持つ色を選定する
と共に、上記頻度分布の２次微分値が前記色空間上にお
いて極大値をとる色を加えて選定されるものである特許
請求の範囲第１項記載の画像量子化装置。３．上記残された色の代表色への統合は、当該残された
各色を上記所定の色空間において前向きおよび後向きに
それぞれラスタ走査して順次指定し、その指定した色の
隣接色が既に代表色に統合されているか否かを調べて行
われるものである特許請求の範囲第１項記載の画像量子
化装置。４．上記代表色への隣接色への統合処理によっても統合
されずに残された色は、上記所定の色空間における各代
表色との距離をもとに、いずれかの代表色に統合される
ものである特許請求の範囲第１項記載の画像量子化装
置。５．ディジタル・カラー画像における各色の出現頻度を
求め、この出現頻度に従って所定数の代表色を選定し、所定の色空間において上記選定した代表色に隣接する色
をその代表色にそれぞれ統合し、残された色についてその色に隣接する色が既に上記代表
色に統合されているか否かを順次調べ、隣接色が代表色
に統合されている場合には、その色を上記隣接色が統合
された代表色に統合する処理を、上記代表色への隣接色
の統合が上記出現頻度の少ない色に向けてそれぞれ伝播
されるように行うことを特徴とする画像量子化方法。