JP3095818B2 - カラーイメージを白黒イメージへ写像する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーイメージを白黒
イメージへ写像する方法、より詳細にはカラーイメージ
を色空間にわたって滑らかに変化するテクスチャーパタ
ーンから成る白黒イメージへ写像する方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータによるカラーイメージの生
成および表示が増えるにつれて、それらのイメージを印
刷する方法がますます重要になってきた。フルカラーで
印刷することはカラーイメージの最良の表現であるかも
知れないが、有用性、印刷費または印刷速度などの点か
ら、時には、カラーイメージを白黒プリンタで印刷する
ほうを選ぶことがあるかも知れない。白黒プリンタを使
用する場合には、一定の写像を使用して、元のイメージ
の色をプリンタが印刷できる色にしなければならない。
これは、一般に、最初にフルカラーイメージをグレーレ
ベルイメージへ写像することによって行われる。通例
は、対応するグレーレベルの画素の値として、元のイメ
ージの各画素の輝度を使用する。これは、白黒写真や白
黒テレビジョンにおいて行われる写像である。絵画的イ
メージの場合には、ほとんどの情報が輝度チャンネルの
中にあるので、この写像は非常にうまくいく。白黒プリ
ンタは、そのあと、ハーフトーンをグレーレベルイメー
ジに適用して、距離をおいて見たとき灰色に見える白黒
ドットパターンを生成する。ハーフトーンパターンは、
ハーフトーンスクリーンに見られるテクスチャーの外観
を最小限度にするように計画される。繰り返すと、絵画
的イメージの場合は、識別可能な点のグレーレベルに興
味があるが、それを生成するため使用した方法には興味
がないので、この写像はうまくいく。

【０００３】しかし、多くのコンピュータ生成カラーイ
メージ、たとえばビジネスグラフィックスに現れるカラ
ーイメージは、絵画的イメージの場合に使用されるやり
方とは異なるやり方で色を使用する。それらのイメージ
の場合には、最大限の視覚的印象を与えるために、選択
される色は、通例、明るくかつ非常に鮮やかである。色
は主として色相で識別される。それらのイメージの場合
には、輝度についての写像は適切であるとは言えない。
情報は、輝度の中になく色相の中にあるからである。明
るい色は明るく見え、暗い色は暗く見えるけれども、非
常に異なる色（たとえば、ライトブルーとグリーン）が
同じ輝度をもつことがあるので、グレーレベルへ写像し
た場合には区別することができない。

【０００４】この問題に対する１つの解決策として、固
有の色が少ない場合には、対応する一組のテクスチャー
パターンを選んで、各色を決められたテクスチャーで置
き換える方法がある。しかし、この解決策は、テクスチ
ャーパターンがデザインされている色に限られる。

【０００５】以下に、カラーイメージを白黒イメージへ
写像する方法が記載されている関連特許文献を挙げる。

【０００６】米国特許第4,688,031 号および同第4,703,
318 号は、カラーイメージを、イメージの領域の元の色
に対応する明暗ドットの独自のパターンをもつ単色イメ
ージへ変換する装置を開示している。ドットパターン
は、各色について、原本に基づく違った外観を与える。
カラーイメージから単色イメージへの変換は、カラーイ
メージの各領域を、カラーパターンマスクに対応する単
色ドットパターンで置換することによって行っている。

【０００７】米国特許第4,225,861 号は、テクスチャー
をラスター走査表示面のカラーパターンで表示する方法
および装置を開示している。

【０００８】米国特許第4,741,046 号は、イメージブロ
ックのテクスチャーを使用して類似のイメージブロック
を分類することにより、絵画を識別する方法を開示して
いる。分類したあと、イメージからブロックを抽出する
ことができる。背景画素は域値を使用して決定してい
る。

【０００９】米国特許第4,888,713 号は、テクスチャー
を使用し、２次元ディスプレイによって現実味のある３
次元イメージを生成する表面細分式写像装置を開示して
いる。テクスチャーはメモリに記憶しておいて、後日使
用することができる。

【００１０】従来の技術は、テクスチャーパターンを使
用してカラーイメージを白黒イメージへ写像することが
できることを認識しているが、３次元色空間内の任意の
色を１画素づつはっきり区別されるテクスチャーへ写像
することができることを認識していない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】色空間は三次元空間で
あり、色は３つの数字によるパラメータで表示される。
実際の数字は、使用する座標系（すなわち、カラーモデ
ル）によって決まる。問題は、画素の色を表示する３つ
の数字をその画素の黒または白の値へ写像する、すなわ
ち対応付けることである。その方法は、同じ値をもつ画
素の領域を、その値に対応するパターンすなわちテクス
チャーへ写像すべきである。従来の方法は、最初に３つ
の数字を組み合わせて１つの数字（輝度）にし、次にそ
の数字とディジタルハーフトーンスクリーンとを比較し
て２値の黒または白の値を得ていた。

【００１２】本発明の第１の目的は、輝度情報を保存す
るやり方でカラーイメージを白黒イメージへ写像するこ
とである。

【００１３】本発明の第２の目的は、異なる色相にはっ
きり区別されるテクスチャーを指定するやり方でカラー
イメージを白黒イメージへ写像することである。

【００１４】本発明の第３の目的は、テクスチャーが滑
らかに変化する領域を生成するやり方でカラーイメージ
をテクスチャー付き白黒イメージへ写像することであ
る。

【００１５】本発明の第４の目的は、絵画的イメージお
よびビジネスグラフィックスイメージの双方に適するや
り方でカラーイメージをテクスチャー付き白黒イメージ
へ写像することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記およびその他の目的
と利点を達成し、かつ上に述べた短所を克服するため
に、本発明は、カラーイメージを白黒イメージへ写像す
る方法および装置を提供する。複数の画素から成るカラ
ーイメージをテクスチャー付き白黒イメージへ写像する
ため、最初に、カラーイメージの複数の色成分の量を１
画素づつ決定する。各色成分を複数のセルから成るそれ
自身のハーフトーンスクリーンに適用する。各スクリー
ンの一定のセル領域に１つの色成分を割り当て、テクス
チャーパターンを生成する。次に、その色成分のハーフ
トーンスクリーンを組み合わせて、テクスチャー付き白
黒イメージを生成する。もし希望ならば、輝度を選択的
に保存することができる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照して発明を説明する。
図１は、３つの色成分のそれぞれについて典型的なハー
フトーンセルを示す。説明のために、色成分、赤、緑、
青を示してある。元のカラーイメージは、赤、緑および
青のパラメータで規定される複数の色を含んでいる。こ
れらのパラメータは０から１までの範囲に及ぶものとす
る。０は最も暗く、１は最も明るい。原色と白色点は、
元のカラーイメージの輝度が近似的に次式で与えられる
ように選ばれるものとする。

【００１８】ｙ≒１/4 r＋２/3 g＋１/12 b

【００１９】図１は、１セル当たり４８のエントリーを
与える６×８エレメントディジタルハーフトーンセルを
示す。図中、１２個のセルが赤色成分に専用され、３２
個のセルが緑色成分に専用され、４個のセルが青色成分
に専用される。人間の眼は青色にそれほど敏感でないの
で、一般に青の専用セルは少ない。このことをはっきり
させるため、各色成分の輝度寄与分に従ってセル領域を
割り当てることができるように、３色パラメータが専用
するセル領域のサイズは等しくない。この結果、カラー
からテクスチャーへの写像は、全体的な輝度の挙動を保
存することができる。

【００２０】ディジタル疑似ハーフトーン処理は、画素
についてｘ，ｙにおける色成分の値と、その色成分のハ
ーフトーンセルの対応するしきい値ｒ，ｇ，ｂとを比較
することによって行われる。図１は、セル内の画素位置
についての分数しきい値を示す。しきい値が記入されて
いない画素位置は１のしきい値を有する。もし画素の値
がしきい値より大きければ、その色成分によって白が選
ばれる。もし３つの色成分のどれかによって白が生じれ
ば、白が印刷され、さもなければ黒が印刷される。

【００２１】この試験を実行するためのコードは以下の
通りである。 ｘ１＝ｘ MOD cellWidth; ｙ１＝ｙ MOD cellHeight; もし、redHTcell 〔ｘ１，ｙ１〕＜ｒまたは greenHTce
ll〔ｘ１，ｙ１〕＜ｇまたはblueHTcell〔ｘ１，ｙ１〕
＜ｂならば、フレーム〔ｘ，ｙ〕＝白、さもなければフ
レーム〔ｘ，ｙ〕＝黒である。

【００２２】画素の色の値は１以下であるので、しきい
値として１を有するセルエレメント（無ラベルの画素位
置）はイメージに白を与えることはない。これにより、
色成分がそれらに指定された領域の外で寄与することは
ない。

【００２３】図１の選定した独特のパターンは、赤につ
いては白の垂直線を描き、青については水平の点線を描
き、緑色については対角線パターンを描く。セル内の領
域の割当ておよび領域内のしきい値の分布を変更するた
め、別のパターンを考えてみてもよい。

【００２４】３つの色成分のそれぞれをそれ自身のハー
フトーンスクリーンに適用して、３つの２進値を生成
し、それらを OR 演算して黒または白を生成することが
できる。ハーフトーンスクリーンは、３つのパラメータ
のそれぞれにハーフトーンセルの領域を割り当てるよう
に計画される。したがって、各パラメータはハーフトー
ンセルの個々の領域の支配を受ける。この領域の割当て
の結果、テクスチャーが生み出される。もし第１のパラ
メータたとえば図１に示した赤がセルエレメントの縦列
に割り当てられれば、このパラメータの色成分をもつ色
は、点線または実線の垂直線をもつパターンを生じさせ
るであろう。同様に、第３のパラメータたとえば図１に
示した青をセルエレメントの水平行に割り当てることが
できる。第３のパラメータを含む色は、水平線をもつテ
クスチャーを生じさせるであろう。また、第１および第
３の色成分の両方を含む色は、水平線と垂直線の両方を
もつクロスハッチ付きパターンを生じさせるであろう。

【００２５】図２は、カラーチャートのテクスチャーに
よる表現を示す。図２は色相（hue ）、チント（ tint;
白色を加えてだす濃淡の色合い）およびシェード（ s
hade; 黒を加えてだす濃淡の色合い）がどのようにテク
スチャーへ写像されるかを示す。テクスチャー付きカラ
ーチャートは、カラーチャート上の各エントリーに異な
る外観を与えると同時に、輝度も保存する。

【００２６】図３は、色相−明度−彩度のカラーモデル
のテクスチャーによる表現を示す。鮮やかな色 (satura
ted colors；飽和色とも呼ばれる) の色環のまわりを動
くにつれて、パターンが連続的に変化する。カラーモデ
ルの彩度および明度が変るにつれて、同様に、パターン
が連続的に変化する。

【００２７】図４は、米国のカラー地図のテクスチャー
版を示す。図示のように、テクスチャー写像を使用すれ
ば、異なる州が容易に識別される。輝度を識別すること
は可能であるが、たとえ州と州の輝度が同一に見えると
きでも、テクスチャー写像は異なる州を識別することが
できる。

【００２８】図５は、絵画的イメージに対するテクスチ
ャー写像の効果を示す。カラーイメージを１画素づつ白
黒イメージへ写像することにより、どんなカラーイメー
ジにも、この写像法を使用することができる。この写像
法はテクスチャーパターンで塗りつぶすべき領域の幾何
学的境界を知る必要がない。

【００２９】図６は、上に述べた写像操作を実行するこ
とができる装置を示す。白黒プリンタ１００は写像コン
ピュータ１１０を備えている。コンピュータ１１０は、
カラーイメージの複数の色成分たとえば赤、緑および青
のそれぞれの量を１画素づつ決定する決定手段１１２を
有する。コンピュータ１１０はさらに複数の色成分のそ
れぞれをそれ自身のハーフトーンスクリーンに適用する
適用手段１１４を有する。各ハーフトーンスクリーンは
複数のセルで構成される。各ハーフトーンスクリーンの
セル領域は、オフライン操作で１つの色成分に割り当て
られており、割り当てられたセル領域の場所に従ってハ
ーフトーンのテクスチャーパターンが決定される。コン
ピュータ１１０はさらに色成分のハーフトーンスクリー
ンを組み合わせて、テクスチャー付き白黒イメージを生
成する組合せ手段１１８を有する。組合せ手段１１８
は、 OR ゲートで構成し、個々の色成分のハーフトーン
スクリーンの結果を組み合わせることにより、ディスプ
レイに最終的な色の値を与えるとができる。

【００３０】

【発明の効果】上に述べた方法および装置は、カラーイ
メージを１画素づつ白黒イメージへ写像する。テクスチ
ャーパターンは色空間にわたって滑らかに変化する。あ
る色から別の色へ滑らかに変化する領域は、またテクス
チャーが滑らかに変化する領域が生成する。異なる色相
に対しはっきり区別されるテクスチャーを指定すると共
に輝度情報を保存するように、写像を計画することがで
きる。この結果、明るい色は依然として明るく見え、暗
い色は依然として暗く見える。また、テクスチャー写像
を使用して、テクスチャーパターンの提供に寄与するこ
とができる、少し低い画像品質の識別可能なイメージを
生成することによって、絵画的イメージを表示すること
ができる。

【００３１】画素の黒の値または白の値は、その画素の
色のみによって決まり、隣接する画素の色の値には無関
係である。したがって、イメージの一部分の色を変更
し、その領域の対応するテクスチャーパターンを得るこ
とが可能であり、イメージの非変更の部分は処理する必
要がない。このため、本発明の方法および装置は、シー
ンが増分的に作られ、または修正されるような利用に使
用することができる。そのような使用例は、白黒モニタ
ーを使用して、カラーイメージ上に編集操作を表示する
ことである。

【００３２】以上、特定の実施例について発明を説明し
たが、この分野の専門家が多くの代替、修正、変更を思
い浮かべることは明白である。たとえば、２色インクハ
イライトカラープリンタにおいて、写像を使用すること
により、イメージ領域間に滑らかな変化を与えると同時
に、色相、輝度、等の相違を明確にすることができるで
あろう。写像は通常のフィルム処理技術、等を使用して
実施することができるであろう。したがって、ここに記
載した発明の好ましい実施例は、説明のためのものであ
り、発明を限定するものではない。そのほかに、特許請
求の範囲に記載した発明の精神および発明の範囲の中
で、さまざまな変更を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３つの色成分、赤、緑および青に対するハーフ
トーンセルを示す図である。

【図２】異なる色相、チント、シェードをどのように種
々のテクスチャーへ写像するかを示すカラーチャートで
ある。

【図３】色相−明度−彩度のカラーモデルのテクスチャ
ー版を示す図である。

【図４】米国のカラー地図のテクスチャー版を示す図で
ある。

【図５】絵画的イメージのテクスチャー版を示す図であ
る。

【図６】カラーイメージをテクスチャー付き白黒イメー
ジへ写像するとき使用できる装置のブロック図である。

【符号の説明】

１００ 白黒プリンタ １１０ 写像コンピュータ １１２ 決定手段 １１４ 適用手段 １１８ 組合せ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/46 - 1/64 G06T 1/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素から成るカラーイメージを白
   黒イメージへ写像する方法において、 カラーイメージの複数の色成分のそれぞれの色座標値を
   １画素づつ決定するステップと、前記決定した色座標値に基づいて、 複数の色成分のそれ
   ぞれを、複数のセルから成るそれ自身のハーフトーンス
   クリーンに適用するステップと、 各ハーフトーンスクリーンの一定のセル領域を１つの色
   成分に割り当て、該割り当てられたセル領域の場所に従
   って、対応するテクスチャーパターンを生成するステッ
   プと、 前記色成分のハーフトーンスクリーンを、テクスチャー
   付き白黒イメージを生成するように組み合わせるステッ
   プとから成ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 複数の画素から成るカラーイメージを白
   黒イメージへ写像する装置において、 カラーイメージの複数の色成分のそれぞれの色座標値を
   １画素づつ決定する決定手段と、前記決定した色座標値に基づいて、 前記複数の色成分の
   それぞれを、複数のセルから成るそれ自身のハーフトー
   ンスクリーンに適用する適用手段であって、各ハーフト
   ーンスクリーンの一定のセル領域が１つの色成分に割り
   当てられて、該割り当てられたセル領域の場所に従っ
   て、対応するテクスチャーパターンを生成するようにな
   った、適用手段と、 前記色成分のハーフトーンスクリーンを、テクスチャー
   付き白黒イメージを生成するように組み合わせる組合せ
   手段とから成ることを特徴とする装置。