JP2876853B2 - 色変換装置 - Google Patents
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Description
ー映像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、カラー表示装
置、カラーテレビカメラ装置、色認識装置、ビデオ編集
装置などに利用される色変換装置に関するものである。
像の1画素がもつ情報は明度(濃度)という一次元情報
であり、明度変換はいわゆるガンマカーブ変換として、
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色変換が可能であった。
扱う画像がカラー画像になっても実時間内に色変換をす
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
変換は本質的に一次元処理の域をでず、 R’=hR(R), G'=hG(G), B’=hB(B) という形態の色変換しかできない。
(R,G,B)という三次元情報であり、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。
ィスプレイ上の色、または原稿であるカラー写真やカラ
ー印刷物などを正確に異なるカラーディスプレイ上、あ
るいはカラーハードコピー上などに再現する必要があ
る。またカラーデザインのために特定の色のみを調整し
たいなどという複雑な色調整、色変換の必要もある。こ
のような処理は、まさに上述のような3変数関数にて表
現すべき処理になっている。さて、このような処理を実
時間処理するため、ハードウエアにて実現する場合、互
いのカラーデバイスが多種多様で数式モデルを作りにく
い、あるいは数式モデルを作っても実現するハードウエ
アが複雑化し特殊なものになる、などの理由からRGB
などの3変数で作られる3次元空間内にて離散的な格子
点を入力とする書換可能な三次元カラールックアップテ
ーブルと、離散格子点間の入力を保証するための三次元
補間手段にて作成することが多い。
ャナの色補正用を主な目的として入力色空間を複数の色
空間を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(例えば、特公昭58ー16180号公報参
照)。この例では補間処理に三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
複数の四面体に分割し、四面体の各頂点における出力信
号から補間計算を単純化する考え方が開示されている。
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おこなう
ことができる。
は単位補間区間を形成する規則正しい三次元格子が存在
する入力色空間は、カラースキャナからの三色分解反射
率、透過率、あるいは三色分解濃度といったデバイス・
ディペンドな空間であり、しかもそれらの三次元の座標
軸は均等間隔に分割されている。このため「人間の視覚
特性は明度方向には多くの階調を必要とするが、色差方
向にはそれほど多くの階調を必要としない」、という重
要な性質を有効に利用していない、という課題がある。
また従来の技術では色調整などのために色空間内の格子
点での出力値を変更する場合、「色変換に使用する空間
と補間に用いる空間とが一致していない」という課題が
ある。これは、補間に用いる格子点の存在する色空間は
おもにRGBや濃度空間などであるが、色変換に便利な
空間としては人間の色知覚に即した明度、色差の分離空
間あるいは、明度、色差空間内での色相、彩度、明度な
どの極座標形式が多用されるため、色変換を行っている
色空間内の部分領域に色制御点である格子点が規則的に
並んでなく、特定の色領域を指定しても内部に実際に含
む格子点数がない、という場合さえも存在するといった
問題である。
れたもので、人間の視覚特性上重要な明度方向の補間精
度を従来よりも向上させることができ、さらに明度・色
差を分離した色調整や異なるメディア間の色変換などの
用途に対し、色変換、色調整を行う空間と補間を行う空
間とが一致するために従来よりも便利なマンマシンイン
タフェースを提供することを可能とする。また、従来よ
りも簡単な構造の明度信号生成装置、色差信号生成装置
を設けることによって複雑化を抑えることができる色変
換装置を提供することを目的とする。
表現される入力色信号で作られる三次元色空間を複数の
直方体に分割し、前記直方体を二個の三角柱に分割し、
入力色信号がいずれの三角柱に含まれるかを判定し、三
角柱判定信号を出力する三角柱判定部と、前記三角柱領
域の各頂点位置に対応する出力値のうち、三原色での色
再現域内に包含される入力色に対する出力色のみを各々
記憶している色変換テーブルメモリと、前記入力色信号
の上位信号および三角柱判定信号を入力し、明度と色差
で構成される色空間領域内で前記三原色での色再現域内
に包含される入力色のみをアクセスするように構成され
た一次元アドレス信号への変換を行うアドレス変換手段
と、前記一次元アドレス信号により色変換テーブルが出
力する値と前記入力信号の下位信号から生成される重み
係数とを重み付き演算する三次元補間部とを備え、入力
色信号から出力色信号を変換する際、入力色信号が含ま
れる三角柱を前記入力色信号の上位信号および三角柱判
定信号から判定し、当該三角柱内において出力色信号を
補間して変換するものである。
て、レッド、グリーン、ブルーの3信号から明度信号を
生成する場合の係数を2のべき乗数値の和で表現し、ビ
ットシフトと加算手段によって明度信号を作成すること
を特徴とする明度信号生成手段を有する。
号から色差信号を生成する場合、明度信号とレッド、ブ
ルー各信号との差を生成する減算手段と、レベルシフト
手段とルックアップテーブル手段とにより色差表現の範
囲、表現方式に自由度を持たせた色差信号生成手段を有
する。
を用いる線形補間方式では三次元の各軸には意味を特別
な意味を持たせられず、メモリを有効に活用できていな
かったが、本発明の上記構成では、三角柱という立体を
用いることにより三角柱の主軸方向に明度、三角形を呈
する底面に色差平面という意味を持たせることができ、
これによりメモリを明度と色差に分離して有効に活用で
き、さらにアドレス変換手段により色変換テーブルメモ
リを有効に活用できる利点がある。また補間を行う際の
空間が明度・色差空間であることから、色調整の分野に
応用する際にも便利であり、カラー画像処理分野での効
果は非常に大きい。また、本発明に係わる明度信号生成
装置、色差信号生成装置は、いずれも本発明にかかわる
色変換装置の一部として使用する場合にその簡素な構造
より、大きな利点を発揮するばかりでなく、明度信号生
成、色差信号生成の単独目的の際にも、従来のマトリク
ス演算器を使用する場合よりもはるかに簡素で、特に色
差信号生成においてはルックアップテーブルの登載によ
り自由度が大きくなっている。
説明する。
B)色空間で表現される色を明度と色差で表される色空
間に変換する。明度・色差の定義はさまざまであるが、
ここではY,Cr=(R−Y)、Cb=(B−Y)を採
用する。これは変換式が簡単であるためであり、他のY
IQなどの色空間でも構わない。RGBからYCrCb
への変換式は以下の式を用いる。
に表されるように各軸を分割して色空間を粗く単位直方
体領域に分割する。各軸の分割数は明度Y方向に細か
く、Cr,Cb色度方向には粗くしておくと人間の視覚
特性上有効であり限られたメモリ容量を効率的に使用で
きるが、図3は簡単のため、各軸の分割数は同一の場合
を描いている。各単位直方体はCrCb色度平面内では
長方形を呈するがこの長方形の対角線に沿ってさらに二
個の三角柱に分割する。図4はこの単位直方体ABCD
-EFGHとそれを分割した三角柱を示している。図5
は二個に分割された三角柱のうちの一つABC-EFG
を示している。この三角柱内に色点が入力された場合、
対応する出力値は、三角柱の各頂点における出力値から
補間できる。いま、図5において三角柱の各頂点 A,
B,C,E,F、Gでの出力値を(A),(B),
(C),(E),(F),(G)とするとき、入力され
た色点Pに対応する出力値(P)は、点Aから入力点P
に向かうベクトルAPのY、Cr,Cbの各軸への成分
である △Y、△Cr、△Cbを用いて以下のように三
段階で補間できる。第一段階では、PからY軸に平行に
直線を引き、三角形ABCと三角形EFGとの交点を各
々P1、P2とする。そして三角形ABC内で、P1での
出力値(P1)を、
つ。図6は図5の三角柱をY軸方向から観察した図であ
る。この方向からでは三角柱の二底面は完全に重なって
おり、PとP1とP2、AとE、BとF、CとGは重なり
あっている。そこで、この三角形は三角形ABCである
と考えてもかまわない。図5におけるベクトルAPの入
力第一差分ベクトルAB(601)への成分である△C
rと入力第二差分ベクトルBC(602)への成分であ
る△Cbを求め、出力空間で、各入力差分ベクトルに対
応する出力第一差分値{(B)−(A)}と出力第二差
分値{(C)−(B)}を△Crと△Cbで重みづけし
て第一、第二の出力増分を求め、それをAでの出力値
(A)に加えるという操作である。なお、本実施例で
は、線形補間操作は常に差分を用いているが、差分を用
いずに(A)、(B)、(C)を各々重みづけ加算して
も乗算が1回増えるだけで、同じ結果を与えることは明
らかである。
してP2での出力値(P2)を同じ重み付けを出力第一差
分値{(F)−(E)}、出力第二差分値{(G)−
(F)}に対して行い、
上で上で(P1)と(P2)を以下のように線形補間す
る。
-EFG内にある場合にPでの出力値が決定する。入力
色点が直方体を分割したもう一方の三角柱ACD-EG
H内に存在する場合には、図7と図8で示すようにな
る。前と同様にしてPから三角形ACDと三角形EGH
にY軸に平行な直線を引き、交点P1、P2を求め、ベク
トルAPのY、Cr,Cbの各軸方向成分 △Y、△C
r、△Cbを求め、第一段階でP1での出力値を、
と、
BC-EFGと三角柱ACD-EGHのいずれに含まれる
かの判定は、ベクトルAPの成分△Crと△Cbの大小
判定により行われ、 △Cr ≧ △Cbのとき 三角柱ABC-EFG △Cr < △Cbのとき 三角柱ACD-EGH (式10) のようになる。
置は、RGB入力値を三次元空間であるY、Cr,Cb
に変換し、このYCrCb入力空間から、出力値を求め
るに際し、入力空間を直方体に分割し、その直方体を三
角柱にさらに分割し、三角柱内で、各頂点位置における
出力値、および出力値間の差分値を用いて、補間演算を
行うものである。
実施例について、図1、図2を参照しながら説明する。
置の概略構成図である。図1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
してあるので(R,G,B)から(R’、G’、B’)
を生成する場合には図1の三次元補間部101が三組必
要になる。入力信号は明度色差生成部102において
Y、Cr.Cb信号を生成する。明度色差生成部102
は明度信号生成部103と色差信号生成部104とから
なる。また、色変換制御部105は三次元補間部101
の内部にある色変換テーブルにデータを送り任意の色変
換を行わせる作用を有する。
示すものである。三次元補間部101ではYCrCb入
力空間を直方体に分割し、さらに三角柱に分割して補間
が行われるが、この直方体への分割は図2においてY信
号、Cr信号、Cb信号を表現するデジタル信号を上位
信号と下位信号に分割することで行われる。たとえば、
Y、Cr,Cb信号を8ビット信号とし、その各々の上
位信号を信号の最上位から3、3、3ビットとし、下位
信号を残りの5、5、5ビットとする。この場合Y,C
r,Cbで表される三次元空間はY軸方向に23=8個
の補間区間、Cr軸方向に23=8個の補間区間、Cb
軸方向に23=8個の補間区間に分割されるため、三次
元空間全体は、計(8)×(8)×(8)=512個の
直方体に分割され、各直方体の辺の長さはY、Cr,C
b方向にそれぞれ32、32、32となる。図2ではこ
れらY、Cr、Cbの上位信号をそれぞれ、201、2
02、203で示し、下位信号をそれぞれ204、20
5、206で示す。すなわち図3と図4にて上位信号は
入力色が含まれる各単位直方体を原点に最も近い点Aの
位置座標としてY、Cr,Cbの各軸方向にそれぞれ0
から7、0から7、0から7までの数値で表現してお
り、下位信号は各単位直方体において点Aを基準点とし
て入力色の位置をY、Cr,Cb各軸方向に0から3
1、0から31、0から31までの数値にて表現する。
従って下位信号は上で述べた△Y,△Cr、△Cbを表
現していることになる。この下位信号△Cr信号と△C
b信号の205、206は三角柱判定部207に入力さ
れ1ビットの三角柱判定信号208を出力する。これは
(式10)に従い、大小判定により、入力色点が直方体
を分割した二個の三角柱のいずれに含まれるかを1また
は0を出力して判定するものである。いま、この判定結
果として入力色は三角柱ABC-EFGに含まれるもの
とする。同時に△Cr、△Cb信号は乗算器219、2
20と乗算器226、227にそれぞれ送られる。上位
信号の組201、202、203と三角柱判定信号20
8をまとめて計(3+3+3+1=)10ビットの三角
柱領域アドレス信号とする。 ここで、三角柱領域アド
レス信号はアドレス変換手段209に入力されて、色変
換テーブルメモリ210〜215をアクセスするための
一次元アドレス信号240を生成する。これは、3つ組
の数値である三角柱領域アドレス信号を直接色変換テー
ブルメモリのアクセスに使用すると、実際に存在しない
色についてもアドレスが生成され、色変換テーブルメモ
リを効率的に使用できなくなる問題を解決するものであ
る。
変換してから計1024個の三角柱領域に分割するとい
う上記の例では、YCrCb空間内に格子点729個を
生成するが、このうち元のRGB空間に含まれる格子点
は、145個程度にすぎない。すなわち残りの格子点は
色として入力不可能な点ということになる。この様子を
図9に示す。図9では、iY=0からiY=8という9
個のY軸格子点でのY一定面上にCrCb軸を直交軸と
して設け、その上でRGB空間内に存在する格子点のみ
を黒点にて示したものである。これらの格子点で作られ
る三角柱領域は184個程度である。そこで、この三角
柱領域に一定の順序で番号づけをするようにすれば、色
変換テーブルメモリに必要なアドレスは本来の10ビッ
ト(1024個の三角柱領域)から8ビット(184個
の三角柱領域)に減少する。これによりメモリ容量を減
少させることができ、また同じ容量でもメモリを有効に
活用できる。このアドレス信号を一次元アドレス信号2
40と呼び、これが色変換テーブルメモリ210から2
15に入力される。各色変換テーブルメモリ210〜2
15には一つの三角柱が指定された場合に補間に必要な
項の情報があらかじめ記憶されており、一次元アドレス
信号の入力とともに、記憶値を並列に出力する。
された場合には色変換テーブルメモリ210、211、
212は各々、(式5)における出力値(A)、出力第
一差分値{(B)−(A)}、出力第二差分値{(C)
−(A)}を出力する。これらは図2中では216、2
17、218で示される。(式5)に従い、217と2
05は乗算器219で乗算され、218と206は乗算
器220で乗算され、これら2個の乗算結果は加算器2
21にて加算され、その結果が216と加算器222に
て加算され(式5)の第一項から第三項までが加算され
た結果を生成する。 色変換テーブルメモリ213、2
14、215は各々(式5)における出力第三差分値
{(E)−(A)}、出力第四差分値{(F)−(E)
−(B)+(A)}、出力第五差分値{(G)−(F)
−(C)+(B)}を出力する。これらは図2中では2
23、224、225で示される。(式5)の第4項の
[]内の式に従い、224と205は乗算器226で乗
算され、225と206は乗算器227で乗算され、こ
の2個の乗算結果は加算器228で加算され、その結果
が223と加算器229にて加算される。
信号△Yと乗算器230にて乗算され、(式5)の第四
項が計算完了し、加算器231にて第一から第三項まで
の加算結果とさらに加算され、(式5)の最終結果
(P)が出力される(232)。
が三角柱ACD-EGHに含まれる場合には、一次元ア
ドレス信号240が異なった状態で色変換テーブルメモ
リがアクセスされる。その時には各色変換テーブルメモ
リの出力値は(式9)の各項で示される値となり、(式
9)を計算するように動作して補間が行われる。なお、
ここで示した各信号のビット数、上位信号、下位信号の
ビット配分は一つの例であり、ほかの数値でもよい。
信号生成部の一実施例につき図10を参照して説明す
る。
算器を用いたマトリクス演算器を用いて行うことが行わ
れている。しかし、これでは明度信号生成のみに3個の
乗算器と2個の加算器が必要とされ、本発明の色変換装
置の明度信号生成部として使用するには複雑すぎる。そ
こで、明度生成に必要な係数を2のべき数にて近似的に
表現する。具体的には、 0.299 … (1/4) + (1/16)=0.3125 0.587 … (1/2) + (1/16)=0.5625 (式11) 0.114 … (1/8) =0.125 ただし、 0.3125 + 0.5625 + 0.125 = 1.000(式12) とするのが一実施例である。
が、実際にはあまり問題にならず、各係数の和が1とな
る正規化条件も同時に満足されるため、好都合である。
実際の装置では誤差を小さくするために、まず数値を2
のべき乗で大きくしてから最後に16で除算する。すな
わち、 Y=(4・R+R + 8・G+G + 2・B)/16 (式13) という演算を行い、()内の2のべき乗はすべて左ビッ
トシフト演算で、16での除算は右ビットシフト演算で
行うために乗算、除算は不要となり、R,G,Bのデジ
タル数値の各ビットから各数値を取り出して加算器10
01にて加算後、4ビット右にシフトした出力をY信号
とする。この演算ではY信号は0から255までの数値
になるが、正確な係数を用いた場合との差については表
1に示す。
つき図11を参照しつつ説明する。
表現方法は種々あるが本発明の色変換装置における色差
信号生成部として使用するために以下ではこれを8ビッ
トの正数にて表現するものとする。そこで、RGB各8
ビットの正数を8ビット正数のYCrCbに変換する
際、Cr=R−Y,Cb=B−Yとしてとる値の範囲を
計算する。ただし、Y信号については本実施例の明度信
号生成部を用いた場合を想定して、 0≦ Y ≦ 255(式14) とする。その場合、 −175 ≦ (R−Y) ≦ 176(式15) −223 ≦ (B−Y) ≦ 224(式16) であり、これを0から255に割り当てた正規化後の色
差信号を改めてCr、Cbとすると、 Cr = (128/175)・(Cr + 175)(式17) Cb = (128/223)・(Cb + 223)(式18) にて計算できる。
R、BとY信号を各々減算器1101にて減算して、負
数のレベルシフト部1102にて、数値”175”、”
223”を加算器1103により加算され、ルックアッ
プテーブル1104、1105にて(128/175
= 0.731),(128/223 =0.574)
などの倍率係数の乗算が行われる。このルックアップテ
ーブル1104、1105の詳細は、図12に示すよう
に、Crの場合には352個の、Cbの場合には448
個の一次元メモリからなっており、あらかじめ入力に係
数倍率を掛けた結果を記憶してあるものとする。レベル
シフト部とルックアップテーブルにより、色差Cr、C
bは本来の0を128とする8ビット形式に変換でき
る。なお、8ビット変換する色差の範囲はもっと狭くす
ることができ、その場合にはこのルックアップテーブル
を書き換えることのみで対応できる。その場合、より狭
い色度範囲を256階調に量子化することになり、色差
方向の補間精度を向上させる場合に有効である。尚、レ
ベルシフト部は必ずしも必要という訳ではなく、ルック
アップテーブルへの入力を負数も許してレベルシフト部
をなくすことも可能である。
は、入出力が三次元である任意の色変換を不連続性のな
い補間方法により実時間で処理できる利点がある。ま
た、従来の三次元色信号補間方式である四面体分割を用
いる線形補間方式では三次元の各軸には意味を特別な意
味を持たせられず、メモリを有効に活用できていなかっ
たが、本発明では三角柱という立体を用いることにより
三角柱の主軸方向に明度、三角形を呈する底面に色差平
面という意味を持たせることができ、これによりメモリ
を明度と色差に分離して有効に活用でき、さらにアドレ
ス変換手段により色変換テーブルメモリを有効に活用で
きる利点がある。また補間を行う際の空間が明度・色差
空間であることから、色調整の分野に応用する際にも便
利であり、カラー画像処理分野での効果は非常に大き
い。また、本発明に係わる明度信号生成装置、色差信号
生成装置は、いずれも本発明にかかわる色変換装置の一
部として使用する場合にその簡素な構造より、大きな利
点を発揮するばかりでなく、明度信号生成、色差信号生
成の単独目的の際にも、従来のマトリクス演算器を使用
する場合よりもはるかに簡素で、特に色差信号生成にお
いてはルックアップテーブルの登載により自由度が大き
くなっていることが特徴であり、これも発明の効果は大
きい。
ロック結線図
ブロック結線図
Cbで作られる三次元空間を複数の直方体に分割した概
念図
る図
図
向から観察した図
図
向から観察した図
にRGB空間内に存在する格子点を示す図
一実施例を示すブロック結線図
一実施例を示すブロック結線図
テーブルの記憶データを示す図 (b)図11におけるCb用のルックアップテーブルの
記憶データを示す図
−(D))記憶用色変換テーブルメモリ 212 出力第二差分値((C)−(B)または(D)
−(A))記憶用色変換テーブルメモリ 213 出力第三差分値((E)−(A))記憶用色変
換テーブルメモリ 214 出力第四差分値((F)−(E)−(B)+
(A)または(G)−(H)−(C)+(D))記憶用
色変換テーブルメモリ 215 出力第五差分値((G)−(F)−(C)+
(B)または(H)−(E)−(D)+(A))記憶用
色変換テーブルメモリ
Claims (4)
- 【請求項1】 明度と色差で表現される入力色信号で作
られる三次元色空間を複数の直方体に分割し、前記直方
体を二個の三角柱に分割し、入力色信号がいずれの三角
柱に含まれるかを判定し、三角柱判定信号を出力する三
角柱判定部と、前記三角柱領域の各頂点位置に対応する
出力値のうち、三原色での色再現域内に包含される入力
色に対する出力色のみを各々記憶している色変換テーブ
ルメモリと、前記入力色信号の上位信号および三角柱判
定信号を入力し、明度と色差で構成される色空間領域内
で前記三原色での色再現域内に包含される入力色のみを
アクセスするように構成された一次元アドレス信号への
変換を行うアドレス変換手段と、前記一次元アドレス信
号により色変換テーブルが出力する値と前記入力信号の
下位信号から生成される重み係数とを重み付き演算する
三次元補間部とを備え、入力色信号から出力色信号を変
換する際、入力色信号が含まれる三角柱を前記入力色信
号の上位信号および三角柱判定信号から判定し、当該三
角柱内において出力色信号を補間して変換することを特
徴とする色変換装置。 - 【請求項2】 アドレス変換手段は、三次元の色空間の
格子点により区切られた明度と色差からなる色空間内に
おいて3原色の色再現域内に包含される三角柱領域に一
定の方法により番号を割り当て、三次元の色空間内三角
柱領域を表す1個の明度と2個の色差からなる三つ組の
数値を入力し、前記領域番号を表す一次元アドレス信号
を出力するものであ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】 明度は、レッド、グリーン、ブルーの3
原色信号から明度信号を生成する場合の各原色信号の明
度への寄与の度合いを示す係数を2のべき乗数値の和で
表現し、前記の3原色信号を表現するデジタル数値のビ
ットシフト演算手段と、前記ビットシフト演算による乗
算と乗算結果の数値どうしを加える加算手段とから明度
信号を変換する明度信号生成手段と加えたことを特徴と
する請求項1記載の色変換装置。 - 【請求項4】 色差は、レッド、グリーン、ブルーの3
信号から2種の色差信号を生成する場合、明度信号とレ
ッド、ブルー各信号との差を生成する2個の減算手段
と、減算結果の負数をなくすための2個のレベルシフト
手段と、2個の色 差の数値範囲を一致させるための変換
を行うルックアップテーブル手段とから色差信号を生成
する色差信号生成手段を加えたことを特徴とする請求項
1記載の色変換装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3277428A JP2876853B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 色変換装置 |
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