JP2844573B2 - 画像処理方法 - Google Patents

画像処理方法

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JP2844573B2
JP2844573B2 JP1227453A JP22745389A JP2844573B2 JP 2844573 B2 JP2844573 B2 JP 2844573B2 JP 1227453 A JP1227453 A JP 1227453A JP 22745389 A JP22745389 A JP 22745389A JP 2844573 B2 JP2844573 B2 JP 2844573B2
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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、対象画像に含まれる階調数を任意の階調数
に変換する画像処理方法に関する。
[従来の技術] イラストレーション技法の1つとして、写真画像を紙
上に投影し、その輪郭及び階調が変化する位置をトレー
スしてできた線図上に同一色・階調部分を絵の具により
ベタ塗りしたり、パントンと呼ばれる色紙を張り込んで
元の写真とは全く趣きの異なる画像を作るという方法が
ある。
しかし、この手法により画像を作る場合、次に述べる
様な欠点があつた。
無限に近い色で表現されている原稿の写真を、ある限
られた色数で表現し直す必要があるが、そこにはイラス
トレイターのセンスや経験が必要とされ、素人では難し
い。
トレースの作業や色塗り・色紙貼りの作業は、非常に
細かい手作業であり、高度な熟練を必要とすると同時に
非常に多くの時間が必要である。
一度塗り込んだり貼り込んだりした色を、後で修正し
たいと思つても難しく、また、作業の途中で失敗しない
ように細心の注意を要する。
一方、コンピユータを用いた画像処理技術としては、
印刷業界での電子製版技術、写真ラボ業界でのコンピユ
ータ写真画像処理を応用したプロラボ技術が知られてい
る。
例えば、画像原稿をドラムスキヤナ等の高精度スキヤ
ナにより読み取り、その信号を用いてレーザープリンタ
やフイルムレコーダ等の画像出力装置を動作させ再生画
像を得ている。その場合、工程の中間に信号処理部を設
け、入力濃度信号に対して濃度表現修正(r補正)、階
調設定、色修正、切り抜き合成等の各処理を行い、以下
の様な効果を得ている。
カラーフイルムの退色復元。
ハイライト、シヤドウの階調を整え、色彩表現の誇
張。
機器故障、撮影ミス、現像ミス等の救済。
画面内の不必要物(電線、ゴミ・キズなど)の消去・
修正。
クリエイテイブイメージを表現し、イメージ領域を拡
大して新しいデザインを創造する。
この様な特殊処理を実行する場合、フイルム原稿を高
精度カラースキヤナ又はカラー撮像管、カラー撮像板
(例えば、CCD)等により光電走査して得たフイルム原
稿の濃度信号又は輝度信号等によるデイジタル画像信号
を処理している。
従来、この種の特殊処理には、規則正しく配列された
モザイク処理や、r曲線を非現実的なものや非連続的な
ものにするソラリゼーシヨン処理やポスタリゼーシヨン
処理等がある。
例えば、イラストレーシヨンに比較的近いと思われる
ポスタリゼーシヨン処理について考えてみる。まず、イ
ラストレーシヨンの特徴として、色数が限定されている
ということがあるが、その意味では、階調の数を減ずる
ポスタリゼーシヨン処理は条件を満足している。
つまり、通常コンピユータでカラー画像を扱う際、赤
色(R)、緑色(G)、青色(B)の三原色のデータの
組み合わせで表現しており、ポスタリゼーシヨン処理で
は、R、G、Bのそれぞれのデータを、例えば256階調
から5階調に減らすという処理を行う。この場合、原画
では1600万色以上あつた色数が、125(53)色に減るこ
とになる。
[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、上記従来例では、次の様な欠点があつ
た。
まず、第2図(a)は、オリジナル画像の一例とし
て、オレンジ色が左から右に少しずつ明るくなつている
場合の濃度データと位置の関係を示すものである。この
データを第2図(b)に示す入力−出力の関係によりポ
スタリゼーシヨン処理を施すと、R、Gの各データは、
第2図(c)に示す様に変換される。この時、A、B、
C、Dの各位置では、RとGの割合が大きく変わるた
め、色調が変わつてしまう。
つまり、左からAまでは黄色、AからCまではかなり
赤に近く、CからDではオレンジ色だが、Dを過ぎると
また赤に近づく、というような画像になる。ところが、
実際のイラストレーシヨンの場合には、色数を限定する
場合も、薄いオレンジ色、中間のオレンジ色、濃いオレ
ンジ色という様に色を選択するために、光のポスタリゼ
ーシヨン処理の画像とは、雰囲気が異なつてくる。
さらに、対象となるシーンが、例えば、人の顔などの
場合、通常のポスタリゼーシヨンや色数の削減方法で
は、顔の内側に擬似輪郭が生じることがあり、好ましい
イラスト表現とは言えないことがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、その目的とするところは、高度な熟練を必要とせ
ず、対象画像をイラストレータが描くようなイラストレ
ーション画像に変換することができるようにすることに
ある。
[課題を解決するための手段]及び[作用] 上記目的を達成するために、本発明の画像処理方法
は、ユーザ指示に基づき、特定の色部分及び色相、彩
度、明度の各々に対する階調数を任意に設定し、前記設
定された特定の色部分及び色相、彩度、明度の各々に対
する階調数に基づき、入力画像データの階調数を変換す
ることを特徴とする。
更に、対象画像の色分布を識別し、前記識別された色
分布に応じて前記入力画像データの階調数を変換するこ
とを特徴とする。
更に、階調数が変換された画像から異なる色の境界部
分を検出することを特徴とする。
[実施例] 以下、添付図面を参照して本発明に係る好適な一実施
例を詳細に説明する。
第1図は、本発明の特徴を最も良く表わす図面であ
る。同図において、1はコントロールプロセツサユニツ
ト(CPU)であり、CPUメモリ2に書き込まれている手順
に従い、装置全体の制御を行う。CPUメモリ2には、処
理手順と処理のためのパラメータ等が格納されている。
3はキーボード、マウス等の入力装置であり、コマンド
入力や選択枝の指定等に使用する。4は画像データのノ
イズを除去するためのノイズ除法装置、5は画像データ
を赤,緑,青(R,G,B)の色座標系のデータから色相,
明度,彩度(H,L,S)の色座標系のデータに変換し出力
する色変換演算装置。6は5とは逆に、入力された画像
データをHLSの色座標系のデータからRGBの色座標系のデ
ータへと変換する色変換演算装置である。
7は階調変換装置であり、彩度データの階調を変換す
る。8は階調数減少装置であり、出力階調数、ヒストグ
ラム及び後述する指定色相に応じてHLSのデータを階調
変換する。15は色相固定範囲設定装置であり、HLS座標
系に変換したデータの色相の値中の任意の範囲を入力装
置3よりその値で入力し、階調変換時に一定の階調値に
階調変換する色相の範囲を設定する。9は黒点抽出装置
であり、周囲の画素と異なる色を持つ画素を検出する。
10〜12は画像データを格納するイメージメモリであり、
例えば、1画素当り8bit(256階調)ずつの情報を記憶
できる。つまり、3つのメモリ10〜12で1画素当り24bi
tとなる。13はイメージメモリ10〜12の内容を読み出
し、ビデオ信号として出力するビデオコントローラであ
り、モニタ(不図示)に画像を表示したり、ビデオプリ
ンタ等にも出力できる。14は画像データI/Oであり、こ
れを通して画像入力装置(不図示)からイメージメモリ
に画像を入力したり、あるいは画像出力装置(不図示)
に画像を出力したりする。
16はヒストグラム発生器であり、本実施例では、色相
データのヒストグラムを生成する。17はヒストグラムカ
ウンタであり、任意の2点間の頻度を累積する。
次に、本実施例における画像処理装置の動作を第3図
に示すフローチヤートに従つて以下に説明する。
まず、入力装置3のキーボードより処理開始の指令が
与えられると、CPU1は、ステツプS1において、イメージ
メモリ10〜12の画像に対してノイズ除法処理を行う。こ
の処理は、例えば注目画素に対し、隣接画素の平均値を
その画素の新しいデータとする処理である。つまり、第
11図に示すような、コンボリユーシヨンフイルタを画像
全体にかけてノイズを除法するものである。次に、ステ
ツプS2では、色相中の固定範囲を設定する。これは、後
述するステツプS5の階調減少処理において、色相の階調
変換に条件を付加するものである。
ここで、第4図を参照し本実施例における色相階調変
換方法について以下に詳述する。
第4図(a)〜(e)は、それぞれ横軸に入力データ
の階調、縦軸に出力データの階調を示し、第4図(a)
は、階調変換を施こさないときのものである。そして、
第4図(b)は、通常の階調減少処理を施こしたグラフ
である。これは、入力色相値“0"〜“255"の値を均等に
5段階の出力値に階調減少処理を施したものである。次
の第4図(c)は、第4図(b)と同様に出力階調を5
階調とし、階調固定範囲としてa1,a2を指定してa1〜a2
の間は入力階調に対して出力階調を一定な値bに設定し
たものである。このa1,a2の指定方法は、まず、所望の
出力階調値bを指定し、それに対応する所望の入力階調
の範囲a1,a2を指定する。その時点での入出力の関係
は、第4図(d)に示す通りである。また所望の出力階
調数をNoutとすると、1階調分は値bで設定されたの
で、残りはNout−1階調である。そして入力全階調数を
Ninとすると、範囲指定外の入力階調数はNin−(a2−a1
+1)と表現できる。
ここで、a1=0あるいはa2=NinもしくはNout−1が
偶数のときには、出力階調の1段に対する入力階調範囲
(第4図(c)のd)は、{Nin−(a2−a1+1)}÷
(Nout−1)と表現できる。このようにして求められる
入出力の関係は、第4図(c)のようになる。
また、Nout−1が奇数のときは、a1−1とNin−a2
を比較し、値の大きい方の入力階調数を(Nout−1)÷
2+1(整数)で分割し、値の小さい方は、(Nout
1)÷2(整数)で分割する。例えば、所望の出力階調
数が6の場合には、C1、C2を固定範囲とした場合、入出
力の関係は、第4図(e)のようになる。
しかしながら、本来色相を上述の例で言えば、6階調
で表現したいのに、実際のデータ中に例えば、第4図
(e)の入力階調(色相値で)x1,x2間のデータが無
い、もしくは非常に少ない場合も考えられ、階調変換後
の画像が実質5階調の色相しかもたなかつたり、あるい
は6階調あつたとしても、入力値x1,x2間の色相の占め
る割合(画像全体に対して)が小さく、画像処理の効果
がうすれてしまうことがある。
そこで、本実施例では入力画像のヒストグラムをと
り、対象となる入力階調範囲のヒストグラムを累積す
る。そして、その値を対象範囲の出力階調数で割り、ヒ
ストグラム中で分割された累積ヒストグラム毎に対応す
る入力階調を求めることによつて所望の出力階調に対す
る入力階調範囲を決定できる。例えば、第4図(e)と
同様に、所望の出力階調6、入力階調c1〜c2固定、c1
c2に対する出力階調をbとした場合、まず入力画像のヒ
ストグラムを作成する。その一例を示すものが第5図
(a)である。次に、ヒストグラム中の入力階調値“0"
〜(c1−1)、及び(c2+1)〜(Nin−1)の部分の
頻度を累積する。なお、Ninは入力階調数である。ここ
で、この値を各々XX,YY、固定範囲の累積頻度をZZとす
る。所望の出力階調は6であり、固定範囲があるため、
出力5階調に対応する入力階調範囲を定める必要があ
る。このとき、固定範囲のc1=0もしくはc2=Nin−1
のときは、単に(XX+YY)÷5を行い、累積頻度より入
力階調頻度を求める。
また、第5図(a)に示すように、固定範囲が入力階
調0〜(Nin−1)の中間にある場合は、XX,YYの累積頻
度の割合に応じて、出力階調を分割する。つまり、0〜
c1間の出力階調は、XX×5÷(XX+YY)(整数)で算出
でき、c2〜(Nin−1)間の出力階調は、5から上述の
算出値を減ずることで求めることができる。
ここで求めた出力階調をそれぞれAA,BBとすると、求
める入力階調値は、ヒストグラムより入力階調値0の頻
度よりカウントし、 XX÷AA×n(n=1,2,…,AA−1)番目の頻度が指す
入力階調値を求める値とする。同様に、c2+1の頻度よ
りカウントし、 YY÷BB×n(n=1,2,…,BB−1)番目の頻度が指す
入力階調値を求める。
第5図(b)は、第5図(a)のヒストグラムを基
に、XX:YY=3:2となつた場合の入出力の関係を示したも
のである。
以上の方法により、本実施例では、色相成分の階調変
換を行うものである。
第3図のフローチヤートに戻り、次のステツプS3で
は、CPU1はイメージメモリ10〜12より1画素分ずつの画
像データを読み出す。このときの画像データは、RGBの
形式であり、その読み出されたデータは、色変換演算装
置5に転送され、HLSのデータに変換される。
次に、色変換演算装置5で行われる赤,緑,青(R,G,
B)の色座標系から色相,明度,彩度(H,L,S)の色座標
系への変換演算アルゴリズムを第6図に示すフローチヤ
ートに従つて以下に説明する。
まず、ステツプS31では、1画素データの各R、G、
B値から最大のデータを抽出してMAXとし、ステツプS32
では、逆に最小のデータを抽出してMINとする。そし
て、続くステツプS33では、上述のMAXとMINの値を加算
して“2"で割り、その結果を明度Lの値とする。次に、
ステツプS34では、MAXとMINの値が等しいか否かを判別
し、等しければ色相は存在しないとしてステツプS35に
進む。また、この場合には、無彩色であるということな
ので、彩度Sは“0"、そして、色相は存在しないので色
相Hは不定であるが、この場合には、Hを“0"と定義し
て変換を終了する。
一方、上述のステツプS34で等しくない場合には、ス
テツプS36において、MAXとRの値が等しいか否かを判別
する。その結果、等しければ赤色の成分を多く含むの
で、ステツプS37に進み、Hの値を(1)式から求め
る。
ここで、定数85、43はそれぞれ、 を意味し、赤色の成分を多く含む色相Hが、色相データ
の85を中心とする上下43の範囲内に符号化されることを
意味する。この“256"は、通常画像データは8bitで扱わ
れ、その段階数である。また、8bitを色相環の360度と
してとらえると、上述の赤色を多く含む色相が角度にし
て120度を中心に符号化される意味となる。
しかし、ステツプS36において、等しくない場合に
は、ステツプS38で、MAXとGの値が等しいか否かを判別
する。その結果、等しければ緑色の成分を多く含むの
で、ステツプS40に進み、Hの値を(2)式から求め
る。
ここでの定数170と43は、ステツプS37における定数と
同様な意味を持ち、緑色の成分を多く含む色相がデータ
の170、すなわち、角度にして240度を中心に符号化され
ることを意味する。また、ステツプS38で等しくない場
合には、青色の成分を多く含むので、ステツプS39に進
み、Hの値を(3)式から求める。
この青色の成分を多く含む色相は、データの“0"、す
なわち、角度にして0度を中心に符号化されることを意
味する。
次に、ステツプS41では、ステツプS33で求めたLの値
と“127"とを比較し、小さいか等しいならばステツプS4
2に進み、彩度Sの値を(4)式から求める。
しかし、NOであればステツプS43に進み、彩度Sの値
を(5)式から求める。
以上の処理によりHLSが求まると、第3図のステツプS
4に戻り、このHLSデータのうち、彩度Sのデータを階調
変換装置7に転送し、以下の式に基づいて変換する。そ
の変換式はデータを8bitとすると、(6)式で表現でき
る。
S′=255×(S/255)1/3 …(6) イラストレーシヨンには鮮やかな色が使われるため、
オリジナル画像のくすんだ色を鮮やかな色に変換してお
くとよいという理由から、(6)式により彩度Sのデー
タに階調変換を施す。
次に、第3図のステツプS5において、ヒストグラム発
生器16が色相Hに関してヒストグラムを発生する。そし
て、ステツプS6では、上述の色相階調変換処理に基づい
てヒストグラムカウンタ17を用いて階調変換条件の設定
を行う。次にステツプS7において、HLSデータが階調数
減少装置8に送られ、前述したステツプS2、ステツプS6
で設定した条件等に基づいて階調変換が行われる。この
場合の階調を減少させた後の階調数は、HLSで各々異な
るようにしている。これは、例えば、本実施例で設定し
ておいた出力階調は、色相Hが12階調、明度Lが4階
調、彩度Sは3階調である。ここで、色相Hが他に比較
して階調数が多いのは、一通りの基本色をカバーするた
めである。
つまり、色相Hが12種あれば、基本三原色とその補
色、及びそれらの中間色を表現できるからである。ま
た、明度Lを4種にしたのはそれぞれの色相に対し、例
えば暗いオレンジ色、少し暗いオレンジ色、少し明るい
オレンジ色、明るいオレンジ色という様な色を表現で
き、さらに彩度Sを3種にしたのは、くすんだオレンジ
色、普通のオレンジ色、鮮やかなオレンジ色といつた表
現ができるからである。
従つて、本実施例における表現可能な色数は144色と
なる。尚、本実施例では、上述のようにHLSの出力階調
数をあらかじめ設定しておいたが、別途、任意の数に出
力階調数を設定してもよい。
以上のように、階調数を減じたHLSのデータは、色変
換演算装置6に転送され、第3図のステツプS8でHLSか
らRGBへ色座標変換処理が施こされる。この色変換演算
装置6で行われる処理内容を第7図に示すフローチヤー
トに従つて以下に説明する。
ステツプS61で、まずLの値を“127"と比較し、もし
大きければステツプS63に進み、パラメータM2の値をL
+S−L×Sとする。そうでなければM2の値をL+Sと
する。次に、ステツプS64に進み、パラメータM1の値を
今求まつたM2よりM1=2*L−M2として求める。そし
て、このM1,M2,Hの値を用いてR,G,Bの値を計算するのが
ステツプS65である。ステツプS65での関数F(X,Y,Z)
の内容を第8図に示す。
このステツプS66で第3パラメータZの値を“43"と比
較し、小さければステツプS69において、F(X,Y,Z)の
値を とする。
そうでなければ、ステツプS67に進み、Zを“128"と
比較し、小さければステツプS72において、F(X,Y,Z)
の値をYとする。また、そうでなければ、ステツプS68
に進み、Zの値を“170"と比較し、小さければステツプ
S71において、F(X,Y,Z)の値を とする。そうでなければ、ステツプS70でF(X,Y,Z)の
値をXとする。
そして、ステツプS65おいて、上述した関数F(X,Y,
Z)に対し、R,G,Bを求める。その計算には、RはF(M
1,M2,H)とし、GはF(M1,M2,H+170)とし、BはF
(M1,M2,H+85)とすれば良い。
以上の処理により、R,G,Bの形式に変換されたデータ
は、CPU1によつてイメージメモリ10〜12に書き込まれ
る。そして、ステツプS9へ進み、黒線付加処理を行う。
これは、画面中の色の変わりめの境界画素を黒くするこ
とにより実現される。
ステツプS9では、CPU1はイメージメモリ10〜12から、
注目画素とその隣接画素を読み出し、黒点抽出装置9に
送出する。この読み出される画素は、例えば第9図に示
すような注目画素Xと隣接画素A,Bの各データである。
ここで、位置xのR,G,Bの画素データをそれぞれD
R(x),DG(x),DB(x)と表わすことにすると、注
目画素を黒点と判断する条件は、隣接画素との色が異な
ることだから、例えば DR(X)≠DR(A) 又は DR(X)≠DR(B) 又は DG(X)≠DG(A) 又は DG(X)≠DG(B) 又は DB(X)≠DB(A) 又は DB(X)≠DB(B) である時に注目画素Xを黒点と判断する。
そして、ステツプS10において、上述の黒点抽出処理
が行われ、ステツプS11で注目画素Xが黒点画素と判断
されたならば、ステツプS12に進み、イメージメモリ10
〜12に黒データ、すなわち、“0"を書き込む。次に、ス
テツプS13において、全画素について処理が終了したか
否かを判断し、終了していなければステツプS9からステ
ツプS12の処理を繰り返す。
なお、ステツプS9の読み出し処理において、第9図に
示す注目画素Xに対し、比較する画素を右側のAと下側
のBを選んだ理由は、処理の順序が第10図に示すよう
に、画像の左右から矢印に示すように行われるため、黒
点化処理が未処理の部分と比較する必要があるためであ
る。もしも左,上の画素(C,D)と比較すると黒点化前
に例えばX,C,Dが同じ色であつたとしても、Cが仮に黒
点となつてしまつていたならば、XとCは色が異なるこ
とになり、Xも黒点となり、結局画像全部が真黒になつ
てしまうからである。
以上説明したように、本実施例によれば、くすんだ色
の多い写真等の自然画から、その原稿のシーンに関係な
く、特に、人の顔のようなシーンであつても、鮮やかな
イラストレーシヨン画像を誰でも簡単に作成することが
できるという効果がある。
前述した実施例では、階調変換装置と階調減少装置を
独立に設けたが、第12図に示す様な変換を階調減少装置
において行えば、両者を同一装置で行うことができる。
また、RGBからHLSデータに変換したが、他の方法とし
て、HVSと呼ばれる座標系など、色相・彩度・明度を表
現する色座標系であれば、それを用いても実現できる。
更に、前述の実施例においては、各部分処理に専用の
処理装置を設けたが、汎用のコンピユータにより全ての
処理をプログラミングして実現してもかまわない。
また、色相範囲の設定には、入力装置を介して会話的
に値を代入したが、固定範囲設定装置としてさまざまな
原稿に対応した値を用意しておき、選択するような方式
にしてもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、高度な熟練を
必要とせず、対象画像をイラストレータが描くようなイ
ラストレーション画像に変換することができる。
また、特定の色部分及び色相、彩度、明度の各々に対
する階調数をユーザが任意に設定することができるの
で、ユーザの好むイラストレーション画像を作成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例における画像処理装置のブロツク図、 第2図(a)〜(c)は従来のアルゴリズムを説明する
図、 第3図は本実施例における画像処理を示すフローチヤー
ト、 第4図(a)〜(e),第5図(a)〜(b)は本実施
例における色相階調変換方法を説明する図、 第6図はRGBデータからHLSデータに変換するフローチヤ
ート、 第7図及び第8図はHLSデータからRGBデータに変換する
フローチヤート、 第9図及び第10図は黒点抽出を説明するための図、 第11図はコンボリユーシヨンフイルタを示す図、 第12図は他の実施例における階調数減少処理を説明する
図、 図中、1……CPU、2……CPUメモリ、3……入力装置、
4……ノイズ除去装置、5,6……色変換演算装置、7…
…階調変換装置、8……階調数減少装置、9……黒点抽
出装置、10〜12……イメージメモリ、13……ビデオコン
トローラ、14……画像データI/O、15……色相固定範囲
設定装置、16……ヒストグラム発生器、17……ヒストグ
ラムカウンタである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06T 1/00 G06T 5/00 H04N 1/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ユーザ指示に基づき、特定の色部分及び色
    相、彩度、明度の各々に対する階調数を任意に設定し、 前記設定された特定の色部分及び色相、彩度、明度の各
    々に対する階調数に基づき、入力画像データの階調数を
    変換することを特徴とする画像処理方法。
  2. 【請求項2】更に、対象画像の色分布を識別し、 前記識別された色分布に応じて前記入力画像データの階
    調数を変換することを特徴とする請求項1記載の画像処
    理方法。
  3. 【請求項3】更に、階調数が変換された画像から異なる
    色の境界部分を検出することを特徴とする請求項2記載
    の画像処理方法。
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