JP3743036B2 - 色変換方法および色変換装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー画像信号やカラー映像信号を入力して実時間内に任意の色空間変換、色変換をする用途、たとえば高速の色修正、色補正が必要なカラースキャナ、カラーカメラ、カラーハードコピー装置、カラー複写機や正確な色校正が必要なカラーディスプレイ装置、ビデオ映像を実時間で色変換するカラーコレクタ、ビデオ編集装置、およびカラーによる識別を行う色認識装置などの複雑な色変換を実時間で実行する分野において、色変換テーブルと補間を用いて実行する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来からカラー印刷、カラーハードコピーの分野で複雑多種な色変換を簡単、高速に行う手法として三次元補間手段を用いたテーブルルックアップ法が提案されている。テーブルには色空間に設定された粗い格子点上のみで得られる色変換後の値をセットしておき、入力色を包含する補間立体の複数のN点の頂点での出力値をテーブルルックアップし、N点の出力をN個の重み係数をつかって補間することによりなめらかな出力を得ることができる。
【0003】
入力される色の形式に着目すると、入力色空間の観点から見て2種に大別できる。即ち入力として3原色空間を用いるものと輝度・色差空間を用いるものである。輝度・色差空間では輝度と色度が分離されており、特に輝度一定面上に格子点が規則的配列するので処理自体が輝度と色度に分離されている複雑な色再現圧縮やカラーコレクタにおける色変換処理に適している。このため輝度・色差空間を共通の色空間(デバイスインデペンデント色空間)と考え、この空間からプリンタの色空間へ変換するための現実的実現手法としてLUT(ルックアップテーブル)が用いられる。
【0004】
たとえば、(文献1;小松、鈴木、大根田、1994年画像電子学会年次大会予稿集、34、pp.83-84「三角柱分割型補間法に適した入力色空間の一検討」)においてはLUTと三角柱型補間を用いて、種々の色空間から記録系CMY信号へ高精度に変換する場合に代表的な色空間について精度を比較している。
【0005】
また、(文献2;アイ・エス・ティー・アンド・エス・アイ・ディー セカンド・カラー・イメージ・コンファレンス:カラー・サイエンス、システムズ・アンド・アプリケイションズ(1994年),pp.62-65「カラー・トランスフォーメーションズ・フォー・プリンター・カラー・コレクション」(IS&TandSID'S2nd Color Imaging Conference:Color Sceience,Sytems and Applications(1994),pp62-65"Color Transformations for Printer Color Correction"))ではLUTと四面体型補間を用いて種々の色空間からプリンタCMYK信号への変換精度について比較している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来、輝度・色差空間を利用するLUT補間型の色変換には、輝度と色差で作られる色空間が実際に必要な入力色の範囲に比較して非常に広く、色変換テーブルの内部でのデータのうち非常に少ない格子点しか使用されず、その結果として補間精度が上がらないという大きな課題がある。プリンタの色再現領域の分割色空間に対する体積比は、L*a*b*空間の場合には文献1では23.2%程度であり、文献2によれば7%程度にすぎない。輝度・色差空間で色変換テーブルの使用効率が低下するのは、以下の理由による。プリンタやディスプレイなど3原色の加法、減法混色で生成される色の再現範囲の色空間内での立体形状は、3原色ベクトルの作る疑似的な平行六面体になる。実質的にシステムに入力される色はこの平行6面体内部の点のみである。次に輝度・色差空間を設定し、この空間を入力域と考えると、前記の3原色入力のダイナミックレンジを全て受け入れるために輝度軸と、それに独立な色差面とで、前記の平行6面体を包含する必要がある。輝度軸は前記平行6面体の対角線に相当するので、輝度・色差空間で作られる空間は、たとえば図5のように、頂点で直立した平行六面体を、別の平行六面体にて囲むような関係となり、包含される立体の上下頂点に相当するホワイト点やブラック点近傍では入力色外の領域がほとんどを占める。そして、この領域に設定された輝度・色差空間に設定された格子点は全く使われることがなく、無駄になる。また、一般に補間を用いた色変換方法では入力がグレイのグラディエーションなどの場合に補間結果に、虹のような「色にじみ」が観察される課題がある。これは補間結果曲線が波打ち状のアーチファクト(リップル)を各色独立に生じる結果生成するものである。これを解決するために従来から補間立体をRGB空間での単位立方体を対角線を包含させる四面体群やピラミッド群に細分割するなどの手法がとられてきた。この方法は一補間単位区間内では補間に必要な点数が減り補間装置自体が簡単化される利点はある。しかし輝度・色差入力の場合に対して、補間立体自体が輝度・色差座標軸と無関係な形状であり、Y一定平面を持っていないために、特にグレイ方向の補間結果の予測や補間誤差を含んだ最適化などが困難という欠点も有している。本発明は、色変換テーブルに存在する入力格子点総数の内で現実に入力される色空間の占める割合(占有率)を従来より高くし、格子点の使用効率を向上させると共に従来からの輝度色差空間の利点である輝度と色度座標の分離を維持し、かつ視覚特性上非常に正確な色再現が要求されるグレイ信号の再現を重視し高精度な色変換装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は輝度1軸と、残りの2軸を原色成分のままとした輝度・原色空間を考え、これを入力色空間として用いる。たとえばカラーカメラやカラースキャナの出力のようにRGB色立体内の色点のみを入力とする場合ならば、従来の輝度・色差空間Y/R−Y/B−Yの代わりに、輝度Yの第一軸と、残りの2軸としてR,Bを選択して輝度・原色YRB色空間を作り、本YRB空間内で斜行補間を行う。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の輝度・原色色空間を用いた場合には、RGB色立体を輝度軸と元の原色軸で作られるRGB空間に非常に密着した形状で包含するようになり、これによって輝度・色差空間で包含する場合よりも未使用空間を少なくし、占有率を向上させることができる。
【0009】
このため、一般的な輝度・色差空間の場合に比較して高い格子点使用率を達成し、色変換において高精度の補間を実施することができる。
【0010】
また、斜行補間を取り入れることで、グレイ軸上の「色にじみ」なども生じない高画質の色変換結果を得ることができる。
【0011】
【実施例】
(実施例1)
以下、本発明の第1の実施例につき、図1を用いて説明する。本発明は本来、プリンタなどの色再現を補間方式で効率的に行うためのものである。しかし、色再現域が多種多様に存在するプリンタよりもカラーディスプレイのような加法混色系のカラー再生系で考えるほうが原理説明が数学的に明解であること、プリンタとディスプレイの色再現域は異なるが、両者とも混色にて生成されるため色再現立体の形状自体は類似していること、などの理由から図1では色再現系としてディスプレイを使用した場合をとりあげる。たとえばカラー動画像、静止画像などをディスプレイ上に表示しながら画像の色あいを画面ごとにあるいは画面の部分ごとにオペレータが色調整するカラーコレクタとしての応用例を想定する。したがって入力信号はRGB系あるいはそこから派生する色信号であってRGB色空間内に限定されている。
【0012】
図1において、101は原色信号(R,G,B)または輝度・色差信号(Y,R−Y,B−Y)で表わされる入力画像から輝度原色信号(Y,R,B)を生成する輝度原色生成部であり、117は輝度原色信号を上位信号と下位信号に分離する上位下位分割部であり、102は上位下位分割部117からの下位信号(YL、RL、BL)を場合わけ処理する比較部であり、116は上位信号(YH、RH、BH)に相対移動量C1、C2を加減算する加算器であり、103及び104はスライド部であり、105、106は斜行三角柱の6頂点のアドレスを求めるアドレス生成部であり、108、109は6出力値M0,M1,M2,M3,M4,M5を得る色変換テーブルメモリであり、110、111は6出力を適当な順番に並べかえるセレクタであり、114は補間演算を行う斜行三角柱補間演算部であり、112は下位信号から(RL−YL)、(BL−YL)などの重み係数を算出する重み係数生成部であり、113は斜三角柱を判定する斜三角柱判定部である。
【0013】
次にその動作を説明する。輝度原色生成部101で原色信号(R,G,B)または輝度・色差信号(Y,R−Y,B−Y)で表わされる入力画像から輝度原色信号(Y,R,B)を生成し、輝度原色信号は上位下位分割部117で、上位信号すなわち信号線の上位ビットの信号(YH、RH、BH)と下位信号すなわち残りの下位ビット信号(YL,RL,BL)に分離され、上位下位分割部117からの下位信号(YL、RL、BL)は比較部102で場合わけ処理により、上位信号(YH、RH、BH)に相対移動量C1、C2を加減算することによって、補間立体の基準点A点を求め、スライド部103、104、アドレス生成部105、106によって斜行三角柱の6頂点のアドレスを求め、色変換テーブルメモリ108、109をルックアップし、6出力値M0,M1,M2,M3,M4,M5を得る。セレクタ110、111は6出力を適当な順番に並べかえて、斜行三角柱補間演算部114へ送る。重み係数生成部112は下位信号から、(RL−YL)、(BL−YL)などの重み係数を算出する。さらに斜三角柱判定部113では斜三角柱を判定する。斜行三角柱補間部114では所定の補間式を計算して補間出力Uを生成する。本実施例が3組あれば出力3原色(U1 U2 U3)を一度に生成できる。
【0014】
次に各構成を詳細に説明する。図1で輝度原色生成部101は入力画像の各画素信号が(R,G,B)または輝度・色差(Y、R−Y,B−Y)にて与えられる場合を想定して入力を2系統を一緒に101として描いているが、これはいずれか一系統の場合でもかまわない。RGB入力の場合R,G,B信号から輝度Yが生成される。Y/R−Y/B−Y入力の場合には原色R,Bを生成する。RGB信号入力の場合にはRGBが1のときYが1となるように正規化されているのでRGBからYを(数2)で生成し、残りのR,Bは素通しすればよく非常に簡単であり、ビット精度の欠落もないという利点がある。
【0015】
【数2】
【0016】
Y/R−Y/B−Y入力の場合にはY,R−Y、B−Y各信号がRGB空間内でとる最大レンジで正規化した信号になっている可能性もあるため、レンジをあわせた上でYと加算される。以上のように輝度Y信号と原色R、B信号が得られたものとする。
【0017】
上位下位分離部116でYRB信号は上位信号、すなわち信号線の上位ビットの信号(YH、RH、BH)と下位信号すなわち残りの下位ビット信号(YL,RL,BL)に分離され、上位信号は比較部102からの出力C1、C2から加算器116、スライド部103、104、アドレス生成部105、106を経て色変換テーブル108、109をルックアップする。色変換テーブルにはあらかじめYRB空間内に規則正しく整列した格子点上にて出力信号が計算されて蓄積されている。この様子を詳しく説明する。 図2では、(Black,Red,Magenta,Blue,Green,Yellow,White,Cyan)の8点で作られるRGB空間が、Yベクトル、Rベクトル、Bベクトルという3本のベクトルで作られる立体であるYRB空間によって一部密着するような形態で包含されている。ここでR’軸B’軸は、(数2)の線形変換により軸の変換が生じ、Y軸がG軸と同じ方向で、R’軸とB’軸は本来のR軸とB軸から変換されて向きが変化したことを示している。これを2次元的に書くと図3のように、RGB立体は4点(Black、Blue、White、Green)で囲まれる正方形であり、YRB空間は、平行四辺形(Black、PP1、White、PP2)である。図3で、YRB空間内に平行四辺形状に規則正しく整列した格子点は色変換テーブルメモリ内に出力値が記憶されている位置に相当し、黒丸(たとえば305)で表示されている。ここでRGB空間外の未使用格子点の量を従来の輝度色差空間の場合とを比較する。図3と図4において、RGB空間(Black,Blue,White,Green)外の未使用格子点数の比較をすると、図3の輝度・原色空間のほうが未使用格子点がはるかに少なくなっていることがわかる。以上の2次元での定性的な説明を、実際の3次元でのRGB立体体積とそれを外接・包含する色空間との体積比によってより数値的に説明する。まず従来の方法である入力色空間として輝度・色差空間をとる場合から考える。輝度Yに対して色差としてR−Y、B−Y、G−Yが考えられる。変換式は以下のとおりである。
【0018】
【数3】
【0019】
このとき、(1)Y/R−Y/B−Y空間、(2)Y/B−Y/G−Y空間、(3)Y/G−Y/R−Y空間の計3種類の輝度色差空間を考えて各々がRGB立方体を包含する場合の体積とそのなかでRGB立方体の占める体積比率(占有率)を計算する。これはさきに格子点の数の比で行った計算と類似した指標である。まず、各空間での座標の最大値、最小値、およびそれらの値をとるRGB立方体の8個の頂点位置(R、G、B、C、M、Y、W、Bk)は立体でみると図5のようになり、図5をY方向からみると図6のようになる。これらをまとめると(表1)のようになる。
【0020】
【表1】
ここで、Y/R−Y/B−Y空間の場合を例に、RGB空間を囲む場合の占有率を計算する。図5にY/R−Y/B−Y空間がRGB立体を外接して囲んだ様子が示されている。この時のY,R−Y,B−Y各軸のベクトルY、Ry、ByをRGB空間内座標として求める。Y、Ry,By各ベクトルのRGB座標値を(RY,GY,BY)T、(RRy,GRy,BRy)T、(RBy,GBy,BBy)Tとする。
【0021】
これらがRGB立体を囲む事実は(表1)からYベクトルの終点で(Y,R−Y,B−Y)=(1、0、0)、Ryベクトルの終点で(Y,R−Y,B−Y)=(0,0.701,0),Byベクトルの終点で(Y,R−Y,B−Y)=(0,0,0.886)を満たすことである。ここから、連立方程式
【0022】
【数4】
【0023】
が成立し、これを解くと、
【0024】
【数5】
【0025】
となる。ここで外接立体は、図5からわかるようにYと2Ryと2Byとで生成されており、その体積VはRGB直交座標系において、
【0026】
【数6】
【0027】
である。このRGB直交座標系ではRGB立体の体積は1なので、占有率は
【0028】
【数7】
【0029】
となる。同様にしてRGB立方体を囲む各輝度色差空間の体積とRGB立方体の占有率を計算すると、(表2)のようになる。
【0030】
【表2】
(表2)からわかるように、3次元の輝度色差空間では、最も占有率の高いY/R−Y/B−Y空間においてもRGB空間の占有率は25%以下であり、これは色変換を行うために作成した色変換テーブルのエントリーのうち約75%以上の部分がアクセスされない無駄な部分であることを意味する。
【0031】
そこで次に、輝度と色差のかわりに輝度と原色でつくられる空間を考える。輝度・原色空間として、(4)Y/R/B(5)Y/G/B(6)Y/G/R空間を考え、各々がRGB立方体を囲む場合の体積とそのなかでRGB立方体の占める体積比率(占有率)を計算する。まず、各空間での座標の最大値、最小値、およびそれらの値をとるRGB立方体の8個の頂点位置(R、G、B、C、M、Y、W、Bk)は、図2、図7からわかるように(表3)のようになる。
【0032】
【表3】
ここで、Y/R/B空間の場合を例に、RGB空間を囲む場合の占有率を計算する。Y/R/B空間がRGB立体を外接して囲んだ場合のY,R’,B’各軸のYベクトル、Rベクトル、BベクトルをRGB座標として求める。Y、R,B各ベクトルのRGB座標値を(RY,Gw,BW)T、(RR,GR,BR)T、(RB,GB,BB)Tとする。これらがRGB立体を囲むということは(表3)からYベクトルの終点で(Y,R,B)=(1、0、0)、Rベクトルの終点で(Y,R,B)=(0,1,0),Bベクトルの終点で(Y,R,B)=(0,0,1)を満たすことである。ここから、連立方程式
【0033】
【数8】
【0034】
が成立し、これを解くと、
【0035】
【数9】
【0036】
となる。ここで外接立体は、図2からわかるようにYとRとBとで生成されており、その体積VはRGB直交座標系において、
【0037】
【数10】
【0038】
である。このRGB直交座標系ではRGB立体の体積は1なので、占有率は
【0039】
【数11】
【0040】
となる。他も同様にしてRGB立方体を囲む各輝度色差空間の体積とRGB立方体の包含率は、(表4)のようになる。
【0041】
【表4】
(表4)から、輝度・原色空間では、Y/R/B空間の場合に占有率が最大で58.7%となり、輝度色差空間の2倍以上も効率が増加することがわかる。Y/B/G空間の場合でも30.0%となり従来の輝度色差空間では不可能であった占有率を実現できている。しかし同じ輝度・原色空間でもY/G/R空間を用いた場合には占有率はY/R−Y/B−Y空間以下であった。これらの事実は、Y成分に含まれる原色としてG成分が最も多いため、Y軸を仮にG軸とみた場合には残りの2色はR、BのようにY成分への寄与分が少ないものをとるのが自然であることを示唆している。体積比の占有率がY/R−Y/B−Y空間の23.6%から、YRB空間の58.7%に向上し体積が約1/2.48倍に縮小したことにより、各格子点間距離dは平均的に1/(2.48)1 / 3=1/1.35に縮まる効果がある。色変換を行う場合の補間誤差は色変換式内容により、dの一次、二次、三次に比例するものなどがあるので本発明の効果として色変換誤差が1/1.35倍から1/2.48倍程度に減少する効果が見込めることになる。
【0042】
つぎに、カラー画像におけるグレのグラディエーション部における「色にじみ」を解消するための斜行色空間補間につき説明する。カラー画像の色変換において入力画像のグレイ部分は通常ガンマの差はあっても、出力先でも視覚的にグレイの色再現ができる必要があり、これが不可能だと画像自体の品質を落とすことになる。色空間の間の変換としてこれをとらえると、入力グレイ軸(R=G=B軸)が出力先で、出力3原色U1、U2、U3の微妙なバランスをとることにより即ちU1、U2、U3の値を、階調ごとに適宜変更することによって画面上で視覚的に見て完全なグレイを実現している。この種の複雑な色変換には、本発明のような補間型の色変換装置がしばしば使われている。この場合、グレイ軸上にある各格子点上でグレイバランスをとるための出力3色U1、U2、U3は、格子点上でのみ正しい比率で蓄積されているが、その間は補間される。グレイ軸が補間立体の内部または面上に内包されている場合として、図8(a)のようにRGB入力空間での三角柱補間をするときには、グレイ軸上にある入力点Pは、三角柱P1P2P3P5P6P7の1面P1P3P7P5の対角線として含まれている。Pはこの4点からの出力の影響を受けながらグレイ軸上を進むことになり、補間式は双線形(Tri-Linear)補間を表す2次多項式となる。2次曲線の凹凸の上下やその程度は、P3やP5というグレイ軸上に以外の点に大きな影響を受け、3原色の色変換式も相互に異なるのが普通であるために、U1、U2、U3ごとにまちまちである。よって図8(b)のように補間曲線は格子点上では確定したグレイバランスをとれる値になるが、補間区間内では、U1は901、U2は902、U3は903、という、別個の区分的2次曲線を呈する。このため、例えば904の位置では、本来グレイバランスをとるために格子点上では最小値をとっているU1が、最大値をとるなどの事態を引き起こし、結果として理想的なグレイの階調で色バランスが周期的にくずれていき「色にじみ」を生じてしまう。次に、入力グレイ軸が補間立体の境界の稜線上にある場合を考える。前述したように具体的手法として補間単位の立方体を複数の四面体、ピラミッド分割する手法と斜行立体を用いる手法の2つがあるが、ここでは後者、特に斜行三角柱補間を用いる。図8(c)は入力色PがRGB空間内に設定された斜行三角柱の稜線P1P7上を通過しており、この場合の補間式は線分上の線形補間であり、P1P7の2点のみを用いた線形一次式に帰着するため、グレイ軸上以外の点の影響を受けない。補間結果は図8(d)に示すようにU1が905、U2が906、U3が906という区分直線となり908のような区間中間位置においても3原色のバランスは比例的に保たれているので、出力は視覚的に良好なグレイとなる。なお、ここでの議論は図2のRGB空間とYRB空間の3次元関係からわかるようにYRB空間でも同一であり、YRB空間でのグレイ軸上の補間結果を良好にするためには対角線Y=R=Bを境界として含む斜行三角柱を設定すれば良い。図3の2次元的な説明図の格子点配置を全く同じまま、補間立体を斜行させたものを図9に示す、両者は補間立体のみが異なり、図3の単位格子307がY一定面を保ちながら、グレイ軸は内包していたのに対して、図9の補間立体1001はY一定面を持ちつつも、グレイ軸を境界として持っている。正確にいえば、1001は図3の307を斜行させた結果になっている。図10は、これまで平行六面体の表現をしてきた入力YRB空間を入力空間として立方体表現させて、斜行立体の表現を分かりやすくした図である。Y軸、R’軸、B’軸は図3、図2と同一である。YRB入力空間1104は図3、図9で示した通り、8×8×8=512個の領域に分割されて729個の格子点が設定されており、図9で示した通り、Y=R=B方向に斜行させた斜行三角柱1101、1102にて埋め尽くされている。図9でも明白なとおり、斜行立体で空間を埋める場合、YRB空間の外側にも格子点を設定する必要があるため、図10でもR’軸とB’軸の正負両側に格子点が設定されている状態が白四角1103で示されている。図11は、YRB空間と斜行三角柱の関係を示したものであり、同図(a)はAREA(0)、同図(b)はAREA(1)、同図(c)はAREA(2)、同図(d)はAREA(3)とする。ただし、ここではまだ斜行三角柱はまだ2分割されていない状態の斜行平行六面体立体として描いてある。さて、YRB空間と斜行したWRB空間の間には次のベクトル関係がある。
【0043】
【数12】
【0044】
ここで図1のYRB空間での入力点の下位信号を(YL、RL、BL)を用いると、図11の単位区間P1P2P3P4P5P6P7P8で内部のベクトルPは、
【0045】
【数13】
【0046】
となるから(数12)を(数13)へ代入すると、斜行空間で表現したPは、
【0047】
【数14】
【0048】
となり、R,B,Yに対する重み係数r、b,yは、それぞれ
【0049】
【数15】
【0050】
となる。従って、YRB方向にそれぞれ(RL−YL)、(BL−YL)、YLの移動量として図11の補間原点Aから補間すればよい。ここで、重み係数が負になる場合があり、その際には補間原点Aを図11のAREA(0)から(3)までのように移動することになる。(表5)は、この補間原点Aの位置を1つの区間を単位にP1の位置からの相対位置(C1,C2)=(ΔR,ΔB)で示すものである。
【0051】
【表5】
この表の内容を図で示すと図12(a)〜(d)のようになり、平面RL=YL、BL=YLの境界で1つの単位区間P1P2P3P4P5P6P7P8の内部がAREA(0)から(3)までの4つの斜行領域の部分へ振り分けられている(ただし、同図(a)はAREA(0)、同図(b)はAREA(1)、同図(c)はAREA(2)、同図(d)はAREA(3)を表わす)。以上のように斜行立体が決定したら、図13のように1個の斜行立体を2つに分割して斜行三角柱を生成する。分割は、
【0052】
【数16】
【0053】
のように行われる。次に図14(a),(b)を用いて斜行三角柱補間式について説明する。ここで、同図(a)はType(0)、同図(b)はType(1)を示す。以下、頂点ABCなどに蓄積されている出力色値を(A)(B)(C)などと表現する。
【0054】
Type(0)(同図(a))では、三角柱の下底、上底の点m、nでの値は、以下のように補間演算できる。
【0055】
【数17】
【0056】
【数18】
【0057】
一方、Type(1)(同図(b))では、
【0058】
【数19】
【0059】
【数20】
【0060】
となる。
そして、Type(0)、Type(1)の両方の場合において、出力値(P)は、
【0061】
【数21】
【0062】
と補間演算される。ここで図1に戻り、各部の説明をする。上位下位分割部からの下位信号(YL、RL、BL)は比較部102で(表5)の場合わけ処理により、上位信号(YH、RH、BH)に相対移動量C1,C2を加減算することによって、補間立体の基準点A点を求め、スライド部103、104、アドレス生成部105、106によって斜行三角柱の6頂点のアドレスを求め、色変換テーブルメモリ108、109をルックアップし、6出力値M0,M1,M2,M3,M4,M5を得る。セレクタ110、111は6出力を適当な順番に並べかえて、斜行三角柱補間演算部114へ送る。スライド部、アドレス生成部、色変換テーブルメモリがそれぞれ2系統あるのは、色変換メモリを一度に並列読み出しをするためのハードウエア的な工夫である。これはYHの偶数奇数によって、メモリのアクセス方法を変更するもので、補間演算も変化する。重み係数生成部112は下位信号から、(RL−YL)、(BL−YL)などの重み係数を算出する。さらに斜三角柱判定部113では(数16)に従って斜三角柱のtype(0)(1)を判定する。斜行三角柱補間部114では(数17)から(数21)の補間式を計算して補間出力Uを生成する。本実施例が3組あれば出力3原色(U1 U2U3)を一度に生成できる。なお、ここでは補間に用いる斜行立体は斜行三角柱として記載したが、図13のように斜行平行六面体のままでも補間は可能である。
【0063】
(実施例2)
次に図15の第2の実施例につき説明する。第2の実施例では、第1の実施例において輝度色差入力信号Y/R−Y/B−Yが入力されて輝度原色空間YRB信号に変換されて補間演算部115に入力されたのと同様に、均等色差空間であるCIE−LAB空間の信号L*a*b*信号がガンマ付きの輝度と原色信号であるf(X/X0)、f(Y/Y0),f(Z/Z0)へ変換されて補間演算部へ入力される。ここでX0,Y0,Z0は基準白色である。CIE−LAB空間はXYZ空間から以下のように式で変換される。まずf(t)を以下のように定義する。
【0064】
【数22】
【0065】
f(t)は低輝度部で直線的な1/3乗ガンマを持つカーブである。XYZ信号は、X0,Y0,Z0を用いて0から1の間に正規化された後このガンマカーブで変換され、ガンマ付き信号の3原色f(X/X0)、f(Y/Y0)、f(Z/Z0)となる。次に、L*はf(Y/Y0)にオフセットとスケール変換を行い、
【0066】
【数23】
【0067】
として得られ、a*、b*は、
【0068】
【数24】
【0069】
のように、原色から輝度を減じる色差操作とスケール変換によって得られる。以上のようにLAB空間はガンマ付き輝度・原色空間であるf(X/X0)、f(Y/Y0)、f(Z/Z0)から派生した輝度・色差空間であるということができる。色差空間であれば、当然ホワイト、ブラック付近では現実の色以外の領域が大きくなるいという欠点をもっているため、LAB空間の良好な視覚特性を生かしつつ、この欠点をなくすことが課題になる。そこで、本発明の第2の実施例においては、LAB信号から他空間への色変換に際し、LAB信号を以下の逆変換によって、輝度・原色信号f(X/X0)、f(Y/Y0)、f(Z/Z0)に変換する。
【0070】
【数25】
【0071】
図15の輝度・原色型色信号変換部200はこの変換を行う部分であり、補間演算部115は図1のものと同一である。201はオフセット16を加えて116で除算する計算手段、202、203はスケーリング手段であり、加減算手段204、105を用いて(数25)を実行することができる。なお、実際のハードウエア装置においては色信号はすべてレンジを仮定した上で量子化された8ビット以上のデジタル信号であり、上述の計算はレンジを合わせた上で行わうことになる。
【0072】
【発明の効果】
本発明では輝度・原色色空間YRBを用いた補間を行うために輝度と色度に分離された色操作に便利な補間型の色変換方法を提供できる。YRB空間は、RGB色立体を非常に密着した形状で包含するために従来の輝度色差空間に比較して補間の格子点の未使用部分を少なくし、占有率を向上させることができる。また、LAB信号が入力された場合にも、同様の操作で輝度・原色空間に変換して補間を実行できる。以上のような工夫により、高い格子点使用率を達成し色変換において誤差の少ない高精度の補間を実施することができる。さらに、輝度・原色空間における補間操作に斜行三角柱補間を取り入れることで、人間の視覚上カラーバランスのずれが非常に厳しいグレイ軸上の「色にじみ」なども全く生じない高画質の色変換結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における色変換装置のブロック結線図
【図2】同実施例におけるYRB空間とRGB空間の3次元的な関係を示す図
【図3】同実施例におけるYRB空間内格子点とRGB空間の2次元的な関係を示す図
【図4】同実施例におけるY/R−Y/B−Y空間内格子点とRGB空間の2次元的な関係を示す図
【図5】同実施例におけるY/R−Y/B−Y空間とRGB空間の3次元的な関係を示す図
【図6】同実施例におけるY/R−Y/B−Y空間とRGB空間のY軸正方向からみた関係を示す図
【図7】同実施例におけるYRB空間とRGB空間のY軸正方向からみた関係を示す図
【図8】同実施例における補間によるグレイの色にじみの発生を示す図
【図9】同実施例におけるYRB空間での斜行補間をRGB空間との関係において示す図
【図10】同実施例におけるYRB空間での斜行三角柱補間を示す図
【図11】同実施例における単位区間P1-P8に含まれる4つのエリアが属する斜行立体と基準点Aを示す図
【図12】同実施例における単位区間P1-P8の4つのエリアへの分割を示す図
【図13】同実施例における斜行立体から2つの斜行三角柱の生成を示す図
【図14】同実施例における斜行三角柱補間の方法を示す図
【図15】本発明の第2の実施例における色変換装置のブロック結線図
【符号の説明】
101 輝度・原色生成部
102 比較部
103 、104 スライド部
105、106 アドレス生成部
107 メモリインタフェース部
108、109 色変換テーブルメモリ
110、111 セレクタ
112 重み係数発生部
113 斜行三角柱判定部
114 斜行三角柱補間演算部
115 補間演算部
116 加算器
117 上位下位分割部
Claims (6)
- 入力色信号を輝度あるいは明度に相当する量Yと2原色の組み合わせで形成される輝度・原色型色空間に変換し、前記輝度・原色型色空間内の格子点上において対応する出力色信号を蓄積している色変換テーブルを用いて、入力色信号が包含され、かつ前記輝度・原色型色空間の対角線を稜線として含んでいる斜行空間領域を求め、前記斜行空間領域を補間立体として、N個(Nは正の整数)の補間重み係数を演算し、前記補間重み係数と前記斜行補間立体のN頂点での出力色信号データを前記色変換テーブルより読出し、入力色信号に対する出力信号を補間演算する色変換方法。
- 輝度・原色型色空間は、CIE−LAB色空間のL*a*b*信号から基準白色X0 Y0 Z0を用いて算出される3つのガンマ付き輝度信号で形成される空間であることを特徴とする請求項1記載の色変換方法。
- 補間に用いる斜行立体は斜行三角柱あるいは平行六面体である請求項1、2又は3記載の色変換方法。
- 入力カラー画像の画素の色信号を輝度Y信号、原色R信号及び原色B信号で形成されるYRB色空間の輝度・原色型色信号に変換する輝度・原色型色信号変換部と、前記輝度・原色型色信号を上位ビット部と下位ビット部に分割する上位下位分割部と、下位ビットを比較して、補間立体の基準点を決定する比較部と、Y方向の偶数奇数領域によって、求める斜行三角柱の底面の基準点をずらす操作を行うスライド部と、アクセスすべき複数の色変換テーブルメモリアドレスを生成するアドレス生成部と、輝度・原色型色空間内での格子点上で出力すべき色変換値を分散して記憶蓄積している色変換テーブルメモリと前記色変換テーブルメモリの格子点出力値の順序を選択するセレクタと、前記下位ビット部にて、前記輝度・原色型色空間内に設定した斜行三角柱を補間立体とした場合の斜行三角柱の6個の頂点の値への補間重み係数を計算する重み係数生成部と、前記補間重み係数の大小関係にて斜行三角柱を選択する斜行三角柱判定部と、色変換テーブルメモリから読出して前記セレクタにて選択された6個の出力値を前記補間重み係数を用いて重み付け加算によって補間する斜行三角柱補間演算部を具備することを特徴とする色変換装置。
- 輝度・原色型色変換部は、CIE−LAB信号を入力して、それらを(数1)で算出される輝度信号f(Y/Y0)信号並びに2原色信号f(X/X0)及びf(Z/Z0)へ変換するためのスケール変換手段と、加減算手段を備えることを特徴とする請求項5記載の色変換装置。
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