JP3120734B2 - カラーセンサの色再現評価方法及び装置、カラーセンサ感度の設計方法及び装置、並びに、カラー画像入力方法及びシステム - Google Patents
カラーセンサの色再現評価方法及び装置、カラーセンサ感度の設計方法及び装置、並びに、カラー画像入力方法及びシステムInfo
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する際に重要となる、カラーセンサの色再現評価方法及
び装置、カラーセンサ感度の設計方法及び装置、並び
に、カラー画像入力方法及びシステムに関する。
ラーセンサの色再現性を評価する場合、評価の指標とし
てノイゲバウアーの品質係数qが、しばしば用いられて
きた。qは、赤(R)、緑(G)、青(B)の各センサ
毎に式(1)により定義され、0〜1の値をとる。
感度を要素とする、センサの分光感度ベクトルsを、最
初の三項が、例えばCIE−1931XYZ系の
る分光特性を示す、ベクトル空間の正規直交基底
{un }(n=1,...,N)により、
Nの値は、後述するように測定する波長の数であり、4
1などをとる。すべてのセンサについて、q=1に近い
値をとる場合には、カラーセンサは人の視覚と同様の高
い品質で、カラー画像を入力可能である。
に値が得られるので、通常、赤(R)、緑(G)、青
(B)の三つのセンサのセットで構成されるスキャナの
入力品質を総合的に評価するには不適当である。これを
考慮した品質係数として、VoraとTrussell
(J.Opt.Soc.Am.A Vol.10,N
o.7,pp.1499−1508,July 199
3)が提案した、式(2)のような拡張品質係数qeが
ある。
3)のセンサ感度の張る部分空間の正規直交基底v1 ,
v2 ,...,vM に対する、式(1)に示すノイゲバ
ウアーの品質係数である。
せば、図5に示すように、qm は各波長の分光特性を成
分とするベクトル測色空間を考えた場合、視覚の分光感
度の張る視覚部分空間21とセンサ感度の張るセンサ部
分空間22の成す角度を、多次元的に評価していること
になり、センサセットの総合的な品質評価が可能であ
る。
では、対象の分光特性が限られているため、上記の品質
係数qeが低いにも拘らず、入力された画像の色再現が
満足できる場合も多い。
ンサ部分空間22の成す角度を評価する際、すべての次
元を同等に扱っているが、対象の分光特性が偏っている
場合、この主に分布している部分空間に関して、視覚部
分空間21とセンサ部分空間22の関係に歪が小さけれ
ば、正しい色再現が可能である。
られた分光特性を利用して復元し、視覚的に正しい色に
補正する技術が知られている(信学技報IE90−7
2,Dec.,1990)。これは、スキャナで得られ
た三つの出力をS1 ,S2 ,S3 とし、補正された視覚
に対する三刺激値をCIE−1931 XYZ系に従い
X,Y,Zとしたとき、式(3)により行なわれる。こ
こで、対象の分光特性が存在する部分空間が3次元であ
り、任意の分光特性pが、3個の正規直交基底p1 ,p
2 ,p3 と平均ベクトルp0 により、
ンサの、使われている光源の分光輝度を含めた分光感度
であり、
一種の視覚の感度である。
を成分とするベクトル空間を考え、各部分空間を一次元
とした場合、図6の模式図に示すように、センサセット
で得られた出力値S1 ,S2 ,S3 から、対象の分光特
性pを復元し、本来pが視覚で観測された場合の視覚に
対する三刺激値X,Y,Zを推定することに対応する。
ると、更に高精度な色再現が可能であり、その場合、対
象の分光特性が存在する部分空間もM次元利用すること
ができるので、CはM×M行列となり、Dは3×M行列
となる。
カラーセンサセットを評価する品質係数qeには、スキ
ャナの入力対象の分光特性は考慮されていない。そのた
め、品質係数qeが低い値でも、高い色再現性を示すこ
とがあり、品質係数qeの有効性に問題があった。
特性が限られている場合には、品質係数を、それにマッ
チしたものにすると共に、式(3)のように分光特性の
復元が可能であることを考慮した、センサセットの品質
を評価する方法及び装置を提供することにある。
き、よりよいセンサセットの分光特性を決定するカラー
センサ感度の設計方法及び装置を提供することにある。
感度の設計方法及び装置を利用して、色再現のよいカラ
ー画像入力方法及びシステムを提供することにある。
色再現評価方法は、測色空間における等色関数セットの
張る視覚部分空間とセンサセットの分光感度の張るセン
サ部分空間との関係から定まる品質係数、あるいは、更
に入力対象の分光特性の分布との関係から定まる加重品
質係数と、同じく入力対象の分光特性の分布と前記セン
サセットの感度の張る部分空間との関係から定まる色分
布復元係数とから計算される色再現係数により、前記色
再現係数の値が大きい場合に前記センサセットの色再現
性が高いと評価する。
は、等色関数セットから視覚部分空間の正規直交基底を
計算する第1の直交基底計算手段と、センサセットの分
光感度からセンサ部分空間の正規直交基底を計算する第
2の直交基底計算手段と、入力対象の分光特性のデータ
ベースから色分布の主成分を求める色分布計算手段と、
前記視覚部分空間の正規直交基底と前記センサ部分空間
の正規直交基底とから品質係数を計算する品質係数計算
手段、あるいは、更に前記主成分を計算に含めて加重品
質係数を計算する加重品質係数計算手段と、前記センサ
部分空間の正規直交基底と前記色分布の主成分とから色
分布復元係数を計算する色分布復元係数計算手段と、前
記品質係数と前記色分布復元係数とから色再現係数を計
算する色再現係数計算手段とから構成される。
センサセットの分光感度をさまざまに与え、上述のカラ
ーセンサの色再現評価方法により設定されたセンサセッ
トの分光感度の色再現性を評価し、最適な色再現評価係
数が得られるセンサセットを最適なセンサセットとす
る。
センサセットの分光感度をさまざまに与え、前記センサ
セットの分光感度と入力対象の分光特性のデータベース
から色再現性を評価する上述のカラーセンサの色再現評
価装置から得られる色再現係数を評価し、最大の色再現
係数を出力するセンサセットを設定する分光感度設定手
段とから構成される。
た入力対象の分光特性のデータベースと、上述のカラー
センサ感度の設計方法により、分光特性のデータベース
に最適なセンサセットを設計し、得られた最適なセンサ
セットにより対象をカラー画像として入力する。
られた入力対象の分光特性のデータベースと、可能なセ
ンサセットの分光感度から分光特性のデータベースに最
適なセンサセットを設計する上述のカラーセンサ感度の
設計装置と、得られた最適なカラーセンサセットにより
対象をカラー画像として入力する画像入力装置とから構
成される。
の形態について数式及び図面を参照して説明する。
サ素子数を、以下では通常用いられる三個として説明を
するが、内容は、M個でも同様である。三個のセンサ素
子の分光感度を、sm (m=1,2,3)とする。sm
の各々は、その成分がN個の波長に対応するセンサ感度
であり、可視光帯域380nm〜780nmを10nm毎にサ
ンプルすれば、式(4)に示すように、41次元のベク
トルである。
光反射率)を、Rk (k=1,2,...,K)とす
る。Rk の各々の成分も、N個の波長に対応する反射率
であり、可視光帯域380nm〜780nmを10nm毎にサ
ンプルすれば、N=41となり、式(5)に示すよう
に、41次元のベクトルである。
分をpn (n=1,2,...,N)、対応する固有値
をσn (n=1,2,...,N)(σ1 ≧σ2≧・・
・≧σN )とする。すると、Rk は、pn により、
光特性の平均ベクトルである。
次元の空間に広がっている訳ではなく、最初の三項でか
なりよく近似できる。即ち、式(6)は、式(7)のよ
うに書ける。
ように偏っている場合、式(2)に示した拡張品質係数
qeは、主要な主成分の方向が視覚部分空間21に投影
される大きさと、センサ部分空間22に投影される大き
さが一致していれば高い値をとる加重品質係数qe′
(式(2′))として再定義できる。
規化項であるので、必ずしも必要ではない。この式で
{ui }は、視覚部分空間を張る正規直交基底であり、
{vi }は、センサ部分空間を張る正規直交基底であ
る。
ットにより得られた値Sk =t (Sk1,Sk2,Sk3)か
ら、対象の分光特性Rk は、 Rk =C-1(Sk −S0 ) (8) により、復元され、さらに視覚の感度により、視覚に対
する三刺激値Xk ,Yk,Zk に、 t (Xk ,Yk ,Zk )=DRk +t (X0 ,Y0 ,Z0 )=DC-1(Sk − S0 )+t (X0 ,Y0 ,Z0 ) (9) により補正される。この補正が正確である場合、このセ
ンサセットは、入力対象に対しては十分良い特性を持っ
ていると言えるので、高い品質係数で表わされるべきで
ある。
の分光特性が観測値から復元できる品質を示すものとし
て、例えば、
特性がセンサによって捕捉されている程度を示すもので
あればよく、他の形、例えば、
を定義する Q=1−(1−qe)(1−qd) (11) 式(11)において、qeは式(2′)に示したq′e
に置き換えることが可能である。また、qdも式(1
0′)あるいは式(10″)に示したq′dあるいは
q″dに置き換えることが可能である。
分布23が三次元で記述され、完全に式(7)が等号と
して成り立つ場合には、センサ出力S1 ,S2 ,S3 か
ら、対象の分光特性pは完全に復元されるから、qdが
1となり、Qも最大の値“1”をとる。 (ii)他方、図8に示すように、センサ部分空間22
が視覚部分空間21に一致している場合には、入力対象
の分光特性pは完全には復元されずp′となり、よっ
て、N次元測色空間では復元誤差が生じても、拡張品質
係数qeが1となり、最終的に視覚空間に投影した場合
には、三刺激値X,Y,Zは、本来の値との差はなく、
Qも最大の値“1”をとる。 (iii)(i)と(ii)の間の場合には、色再現の
良否は、入力対象の分光特性分布の軸とセンサ部分空間
の軸との関係による。図9のように両者が平行ならば、
入力対象の分光特性分布23が最初の三成分で表されな
い成分があっても、その特性の復元は、ほぼ正確に行な
われ、補正後の三刺激値(X′,Y′,Z′)は、本来
の三刺激値(X,Y,Z)に近い。しかし、両者の軸が
平行でない場合、図10に示すように、本来の分光特性
pと復元された分光特性p′は大きく異なり、復元は不
正確となる。そのため、補正された三刺激値(X′,
Y′,Z′)も、本来の三刺激値(X,Y,Z)とは大
きく異なり、色再現は正確ではない。式(11)によれ
ば、Qは前者の場合には大きな値をとり、後者の場合に
は小さな値をとるので、この関係をよく表わしている。
現係数Qを用いると、スキャナの分光感度特性と入力対
象の分光特性分布に対応しての評価が可能となる。ま
た、これを基礎として、入力対象の分光特性分布が与え
られたときに、最適なスキャナの分光感度特性を定める
ことが可能となる。
の構成例を、図1を参照して説明する。
知のCIE1931XYZ系のような等色関数セット
u2 ,u3 を計算する。この計算には、例えば公知のG
ram−Schmidtの直交化法を用いる。同様に、
第2の直交基底計算手段2は、センサセットの分光感度
データs1 ,s2 ,s3 から、センサ部分空間の正規直
交基底v1 ,v2 ,v3 を計算する。
光特性のカラーサンプルを多数格納している。K個と
し、それをR1 ,R2 ,...,RK とする。典型的に
は、Rk (k=1,2,...,K)は、スキャンされ
る原稿の色々な色のN個の波長について測られた分光反
射率であり、N次元のベクトルである。即ち、 Rk =t (Rk (λ1 ),Rk (λ2 ),R
k (λ3 ),...,Rk (λN)) で表わされる。
ス3の内容から、入力対象のカラーサンプルの色の測色
空間における分布を主成分分析し、固有値と主軸とを求
める。具体的には、まず、平均ベクトルp0 を式(1
2)で、共分散行列Vを式(13)で求める。
うに、直交行列Oにより、その固有値{σn }が要素で
ある対角行列Eに変換される。
べ変えるものとする。また、直交行列Oは、固有ベクト
ル(あるいは、主軸ベクトル)p1 ,p2 ,
p3 ,...,pN により、次のように書ける。
1 ,p2 ,...,pNとその固有値σ1 ,
σ2 ,...,σN である。
算手段1から得られたu1 ,u2 ,u3 及び第2の直交
基底計算手段2から得られたv1 ,v2 ,v3 より、式
(2)に従い拡張品質係数qeを計算する。復元係数計
算手段6は、第2の直交基底計算手段2から得られたv
1 ,v2 ,v3 及び色分布計算手段4から得られた
p1 ,p2 ,...,pN とσ1 ,σ2 ,...,σN
より、式(10)に従い色分布復元係数qdを求める。
このqdは式(10′)によるq′d、あるいは、式
(10″)によるq″dに置き換えることもできる。色
再現係数計算手段7は、上述の拡張品質係数qeと色分
布復元係数qd、q′dあるいはq″dから、式(1
1)に従い色再現係数Qを計算する。
構成例を図11を参照して説明する。第2の構成例は、
第1の構成例とほぼ等しいが、加重品質係数計算手段1
5が、式(2′)で示された加重品質係数q′eを計算
する。そのため、第1の直交基底計算手段1から得られ
た視覚部分空間の正規直交基底u1 ,u2 ,u3 、及
び、第2の直交基底計算手段2から得られたセンサ部分
空間の正規直交基底v1,v2 ,v3 だけでなく、色分
布計算手段4から得られた主軸ベクトルp1 ,
p2 ,...,pN 及び固有値σ1 ,σ2 ,...,σ
N を計算に利用する。この場合も復元係数計算手段6
は、第1の構成例と同様に、式(10),(10′)あ
るいは(10″)に従い、色分布復元係数qd,q′d
あるいはq″dを出力する。色再現係数計算手段7は、
qeの代わりにq′eを用いて、式(11)に従い色再
現係数Qを計算する。
れたセンサセットの与えられた入力対象に対する色再現
の品質を評価することが可能となる。
計装置の構成例を、図2及び図12を参照して説明す
る。図2の構成例では、図1の構成例に分光感度設定手
段8が付加されている。また、図12の構成例では図1
1の構成例に分光感度設定手段8が付加されている。分
光感度設定手段8は、実現可能なセンサセットの分光感
度を変化させ、このデータを第2の直交基底計算手段2
に与える。これは、実際にセンサセットの分光感度
s1 ,s2 ,s3 を変えることでも可能であるが、用い
ることができる光学フィルタの分光透過率f1 ,f1 ,
f3 ,...を保持しており、これを新たなセンサ感度
sij′(λ)=si (λ)fj (λ)として設定するこ
とも可能である。あるいは、スキャナではセンサセット
の感度は、照明光源の分光光度I(λ)によって変更す
ることも可能であるので、新たなセンサ感度sij′は、
使用可能な光源の分光感度Ij (λ)により、sij′
(λ)=si (λ)Ij (λ)のように設定することも
可能である。分光感度設定手段8は、可能なセンサ感度
を変更しながら、色再現係数Qを評価し、与えられた入
力対象の分光特性に関して、最大のQが得られるセンサ
セットを設計する。
ムの構成例を、図3を参照して説明する。ここで、カラ
ーセンサ感度の設計装置100は、図2あるいは図12
の構成例で示されたものである。本構成例のカラー画像
入力システムは、200で示されている。カラースキャ
ナ90は、従来のR,G,Bのセンサが具備されたカラ
ースキャナであるが、更にカラーセンサ変更手段9が含
まれている。利用者が入力原稿をカラー画像入力システ
ム200に読み込ませる際には、同時に入力対象の分光
特性データベースを与える。カラーセンサ感度の設計装
置100は、図2あるいは図12の構成例の説明で述べ
たように、可能なセンサセットを設定して色再現係数を
評価し、与えられた入力対象の分光特性に関して、最大
のQが得られるセンサセットを設計する。ここで、得ら
れたセンサセットに関するデータは、カラースキャナ9
0中のカラーセンサ変更手段9に送られ、カラースキャ
ナ90のセンサセットが最適なものに設定される。以上
の設定の後に入力原稿11はカラースキャナ90により
スキャンされ、画像データはコンピュータ300に送ら
れる。得られた画像は、カラースキャナ90で得られる
最も入力対象に適した色再現となる。
ピュータに接続されているので、本明細書で述べた、カ
ラーセンサの色再現評価装置及びカラーセンサ感度の設
計装置100は、図4に示すように、コンピュータ30
0に、プログラムとして含まれるように構成することも
可能である。
0は、カラースキャナ90を含んでいるが、本発明の特
性から、カラー画像を入力できる構成はすべて実現可能
であり、例えばカラービデオカメラのようなものを含む
ように構成することも可能である。
入力対象の分光特性の分布に対してセンサセットの色再
現性が評価できる。また、本発明によれば、最適なセン
サセットが設計可能である。そして、その最適なセンサ
セットで画像入力が可能なカラー画像入力システムを得
ることができる。
る。
構成例である。
ある。
例である。
数Qが高い値をとることの説明図である。
係数Qが高い値をとることの説明図である。
に、色再現係数Qが高い値をとることの妥当性を示す説
明図である。
場合に、色再現係数Qが低い値をとることの妥当性を示
す説明図である。
る。
の構成例である。
Claims (10)
- 【請求項1】測色空間における等色関数セットの張る視
覚部分空間とセンサセットの分光感度の張るセンサ部分
空間と、同じく入力対象の分光特性の分布との関係から
定まる加重品質係数により、第1のセンサセットに対す
る前記加重品質係数の値が第2のセンサセットに対する
前記加重品質係数の値より大きい場合に前記第1のセン
サセットの色再現性が前記第2のセンサセットの色再現
性より高いと評価する、カラーセンサの色再現評価方
法。 - 【請求項2】測色空間におけるセンサセットの分光感度
の張るセンサ部分空間と、同じく入力対象の分光特性の
分布との関係から定まる色分布復元係数により、第1の
センサセットに対する前記色分布復元係数の値が第2の
センサセットに対する前記色分布復元係数の値より大き
い場合に前記第1のセンサセットの色再現性が前記第2
のセンサセットの色再現性より高いと評価する、カラー
センサの色再現評価方法。 - 【請求項3】測色空間における等色関数セットの張る視
覚部分空間とセンサセットの分光感度の張るセンサ部分
空間との関係から定まる品質係数と、同じく入力対象の
分光特性の分布と前記センサセットの感度の張る部分空
間との関係から定まる色分布復元係数とから計算される
色再現係数により、第1のセンサセットに対する前記色
再現係数の値が第2のセンサセットに対する前記色再現
係数の値より大きい場合に前記第1のセンサセットの色
再現性が前記第2のセンサセットの色再現性より高いと
評価する、カラーセンサの色再現評価方法。 - 【請求項4】測色空間における等色関数セットの張る視
覚部分空間とセンサセットの分光感度の張るセンサ部分
空間と、同じく入力対象の分光特性の分布との関係から
定まる加重品質係数と、同じく入力対象の分光特性の分
布と前記センサセットの感度の張る部分空間との関係か
ら定まる色分布復元係数とから計算される色再現係数に
より、第1のセンサセットに対する前記色再現係数の値
が第2のセンサセット に対する前記色再現係数の値より
大きい場合に前記第1のセンサセットの色再現性が前記
第2のセンサセットの色再現性より高いと評価する、カ
ラーセンサの色再現評価方法。 - 【請求項5】等色関数セットから視覚部分空間の正規直
交基底を計算する第1の直交基底計算手段と、センサセ
ットの分光感度からセンサ部分空間の正規直交基底を計
算する第2の直交基底計算手段と、入力対象の分光特性
のデータベースから色分布の主成分を求める色分布計算
手段と、前記視覚部分空間の正規直交基底と前記センサ
部分空間の正規直交基底とから品質係数を計算する品質
係数計算手段と、前記センサ部分空間の正規直交基底と
前記色分布の主成分とから色分布復元係数を計算する色
分布復元係数計算手段と、前記品質係数と前記色分布復
元係数とから色再現係数を計算する色再現係数計算手段
とから構成されるカラーセンサの色再現評価装置。 - 【請求項6】等色関数セットから視覚部分空間の正規直
交基底を計算する第1の直交基底計算手段と、センサセ
ットの分光感度からセンサ部分空間の正規直交基底を計
算する第2の直交基底計算手段と、入力対象の分光特性
のデータベースから色分布の主成分を求める色分布計算
手段と、前記視覚部分空間の正規直交基底と前記センサ
部分空間の正規直交基底と前記色分布の主成分とから加
重品質係数を計算する加重品質係数計算手段と、前記セ
ンサ部分空間の正規直交基底と前記色分布の主成分とか
ら色分布復元係数を計算する色分布復元係数計算手段
と、前記品質係数と前記色分布復元係数とから色再現係
数を計算する色再現係数計算手段とから構成されるカラ
ーセンサの色再現評価装置。 - 【請求項7】センサセットの分光感度をさまざまに与
え、請求項1,2,3又は4に記載のカラーセンサの色
再現評価方法により設定されたセンサセットの分光感度
の色再現性を評価し、最適な色再現係数が得られるセン
サセットを最適なセンサセットとするカラーセンサ感度
の設計方法。 - 【請求項8】センサセットの分光感度をさまざまに与
え、前記センサセットの分光感度と入力対象の分光特性
のデータベースから色再現性を評価する請求項5又は6
に記載のカラーセンサの色再現評価装置から得られる色
再現係数を評価し、最大の色再現係数を出力するセンサ
セットを設定する分光感度設定手段とから構成されるカ
ラーセンサ感度の設計装置。 - 【請求項9】与えられた入力対象の分光特性のデータベ
ースと、請求項7に記載のカラーセンサ感度の設計方法
により、分光特性のデータベースに最適なセンサセット
を設計し、得られた最適なセンサセットにより対象をカ
ラー画像として入力するカラー画像入力方法。 - 【請求項10】与えられた入力対象の分光特性のデータ
ベースと、可能なセンサセットの分光感度から分光特性
のデータベースに最適なセンサセットを設計する請求項
8に記載のカラーセンサ感度の設計装置と、得られた最
適なセンサセットにより対象をカラー画像として入力す
る画像入力装置とから構成されるカラー画像入力システ
ム。
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KR102438054B1 (ko) | 2017-09-19 | 2022-08-29 | 베지 사사키 | 의복 |
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