JP4363720B2

JP4363720B2 - 色パレットを作成する装置

Info

Publication number: JP4363720B2
Application number: JP31112099A
Authority: JP
Inventors: ウェスタマンラリー
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2019-11-01
Also published as: US6326977B1; JP2000137795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理に関し、より詳細には、より低い色解像度の装置で、より高い色解像度の原画像を表示するのに使用するための視覚的に最適な色パレットを作成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像は一般にコンピュータおよびその他のデジタル電子システムによってビットマップとして処理される。ビットマップとは画像の各画素、すなわちピクセルの色（カラー）を表現するデータのアレイである。画像の各ピクセルを表現するためのデータが必要であるので、画像を処理するのに必要なメモリおよび画像を処理するのに必要な時間は、画像を作成するピクセルの総数と各ピクセルの色を記述する際に使用されるデータビットの数（ビット深度として知られる）との双方によって決定される。１つのシステムまたはサブシステムの色解像度は画像を再現するのに同時に使用できる色の総数であり、この色解像度はビット深度の関数である。
【０００３】
同時に表示できる色の数（Ｃ）は関数Ｃ＝２^N（ここでＮはビット深度である）によって示される。ビット深度が２４であるシステムではピクセルの色は１６７０万色から選択でき、ビット深度が８ビットのシステムでは各ビットに対して２５６色しか利用できない。画像ピクセルの認識される真の色は２５６色のパレットの場合よりも１６７０万色のパレットの場合のほうが見やすく、ビット深度が大きくなるにつれ画質が改善される。他方、８ビット解像度と比べ２４ビット解像度の画像を記憶するためには、３倍以上のメモリが必要となる。同様に、ビット深度が大きくなると処理条件も厳しくなり、一部の表示技術、例えばＬＣＤ（液晶）装置では、このような大きいビット深度を利用できない。システムのコスト、特にポータブル用のＬＣＤを使った装置用のシステムのコストを低減するには、原画像の色解像度よりも低い色解像度で再現できる能力が重要である。
【０００４】
より低い色解像度で画像を再現するには、色パレットを作成することが必要であり、この色パレットからシステムが元のピクセル色のファクシミリとして表示するための色を選択できる。換言すれば、１６７０万色以上のパレットからピクセルの元の色を選択できたとしても、８ビット色のシステムでは、画像の各ピクセルの色を再現するのに２５６色しか利用できない。パレットを作成する主な目的は、より低い解像度で再現される画像が、原画像の色と同一またはそれに極めて近い色を得て認識されるように、色の選択を最適にすることである。後述するように、パレットに対する色の選択を最適化する方法がいくつか開発されている。
【０００５】
パレットのための色を選択する１つの方法は、画像内で最も多い頻度で現れる色はどの色であるかを判断し、その最も多い頻度で現れる色でパレットを満たす方法である。例えば８ビットシステムでは画像内で最も多く現れる２５６色をパレット内で使用する。画像を再現する際には各ピクセルの色をパレット内で最も近い色にマッピングする。１つの画像は比較的少ない色を含むことが多く、ピクセルの真の色、すなわちピクセルの真の色に最も近い色がパレットに生じやすいので、この方法は高画質の再現が可能である。しかしながら、ウィンドウ上の環境のように数個の画像を同時に表示したり、また画像を高速で連続して表示する場合、パレットのスイッチングは視覚的に乱れ、計算量が集中するので、画像に依存したパレットは通常好ましくない。ブローダウェイの米国特許第４，９０７，０７５号公報およびホワイト他の米国特許第５，１３０，７０１号公報は、いずれもかかるシステムについて記述しており、本明細書ではこれら米国特許を参考例として引用する。
【０００６】
別の方法は、画像から独立したパレットを作成する方法である。画像から独立したパレットを作成する１つの方法は、ピクセルの色の高ビットの色表示を切り捨てる方法である。この方法では、残りのビット数がシステムのビット深度に対応するまで、高ビット色表示を構成する三原色の最小位の桁を廃棄する。この切り捨て方法では、元の高ビットの色の記述によって得られる情報のかなりの部分が失われる。更に表示によって生成される色はピクセルの真の色とはかなり異なることがあり得る。
【０００７】
より低い色解像度の画像を再現するためのパレットを作成するために、最適な色を選択することが複雑となる原因は、デジタルシステム内で色を記述するのに１つ以上のシステムが使用されることである。一般に、デジタルシステム用の出力装置は、赤，緑，青（ＲＧＢ）成分の強度に換算して１つの色を定義することを求める。ＲＧＢの色モデルは、赤が通常ｘ軸上にあり、青が通常ｚ軸上にあり、緑が通常ｙ軸上にあるような、デカルト座標系における立方体である。黒（最小強度の赤，緑，青）は赤の軸と緑の軸と青の軸との交点にあり、白（最大強度の赤，緑，青）は黒の位置色ＲＧＢ立方体を横断し、対角方向にあるコーナーに位置する。ＲＧＢの色の全領域のうちの黒のコーナーと白のコーナーの間にある対角線がグレイスケールである。色の立方体の全領域内にある任意の色は、赤，緑，青座標によって決まる点によって定義される。ブラウン管（ＣＲＴ）は３つのサブピクセル（１つのサブピクセルは主に赤の蛍光体を有し、１つは主に緑の蛍光体を有し、１つは主に青の蛍光体を有する）から各ピクセルを構成するので、モニタにはＲＧＢの色の記述が適当である。これとは異なり、ＲＧＢ出力を発生するのに適当なフィルタと共に「白」の蛍光を含むようなモニタもある。２４ビット色信号を有するシステムは色の記述子は赤（８ビット）の強度と、緑（８ビット）の強度と、青（８ビット）の強度とを指定する順序のついた３原色から構成される。色（赤，緑，青）の各々の強度をメモリにマッピングし、メモリはＣＲＴ内の３つの電子銃の各々に正しい電圧を出力し、ピクセルに対する指定された色が得られるように、３つの蛍光体が正しい光強度を出力するようにさせる。不幸なことに、再現される実際の色は装置に応じて決まるので、ＲＧＢのマッピングは装置に依存する性質がある。人の知覚に対して最適にするには、色パレットは一般に装置のガンマ関数と称される、表示装置の入力強度と出力強度との非線形の関係を考慮しなければならない。
【０００８】
多くのデジタル動画システムに利用される色モデルとして、ＹＣ_BＣ_R（ＹＵＶ）色モデルがある。このＹＣ_BＣ_R色空間も順序のついた３原色を使用して色を記述する。この順序のついた３原色は３つの異なるパラメータ、すなわち輝度（Ｙ）と、クロミナンス−青（Ｃ_B）と、クロミナンス−赤（Ｃ_R）とを指定する。このＹＣ_BＣ_R色モデルも、デカルト座標系の３本の軸の交点にある立方体である。ＲＧＢ色モデルと同じように、ＹＣ_BＣ_R色全領域の立方体における黒（最小の輝度，クロミナンス−青，クロミナンス−赤）は、色空間の軸の交点に位置する。ＹＣ_BＣ_R色モデルでは白（最大輝度，最小クロミナンス−青，最小クロミナンス−赤）はＹ軸上に位置する。このような色表示によって画像データの圧縮性を大幅に改善することが可能であることが研究によって判ったので、近年、ＹＣ_BＣ_R色モデルは画像を記述するのに一般的となった。画像圧縮は、画像を記憶するためのメモリ条件および画像を伝送するためのバンド幅条件を低減する。ＪＰＥＧ，ＭＰＥＧおよびＨ.２６１／Ｈ.２６３画像およびビデオ圧縮規格は、いずれもこのＹＣ_BＣ_R色成分を使用しており、デジタルテレビもこのＹＣ_BＣ_R色成分を使用している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＹＣ_BＣ_R色データはマトリックス変換によりＲＧＢデータに変換でき、この逆にＲＧＢデータからＹＣ_BＣ_R色データに変換することも可能である。充分なビット深度がある場合、ＹＣ_BＣ_RとＲＧＢとの間の変換を行うには、簡単な数学的変換を使用するだけで満足できる。しかしながら、色パレットを使用する場合、マトリックス変換は最適なパレットを作成しない。ＹＣ_BＣ_R色全領域上にＲＧＢ色全領域が重ねられる場合、ＲＧＢ色全領域とＹＣ_BＣ_R色全領域とは一部しか重複しない。換言すれば、デジタルビデオのようなソースからのＹＣ_BＣ_R色データはＲＧＢ装置によって物理的に実現できない色を定義し得る。ＲＧＢ色のパレットにおけるＲＧＢ色の全領域にない、ＹＣ_BＣ_R色の全領域からの色を含むことは、色パレットで利用できる限られた数のエントリーを準最適に使用することである。
【００１０】
色パレットを選択する１つの技術は、各座標軸をセグメントにサブ分割し、各色ボリュームに対する色ポイントを選択することである。この技術はＲＧＢ空間内でＹＣ_BＣ_R画像を表示する状況では全体に非効率的である。その理由は、ＹＣ_BＣ_R軸に対する一定のセグメント化を行う結果、大きな数の色ボリュームの一部または全体がＲＧＢ色立方体から外に外れることになり、よって物理的に実現できない色が表現されることになる。
【００１１】
ＹＣ_BＣ_R色データをＲＧＢ色データに変換することに関連する別の制限は、輝度パラメータ（Ｙ）の等しいインクリメント差が目で認識される輝度の等しい変化に対応しないということである。フリードマン他の米国特許第５，３９８，１２０号は、より低い解像度のＲＧＢパレットのために色を選択するシステムを開示している。パレットのために選択される色はＹ，Ｃ_B，Ｃ_R軸の各々にそれぞれに垂直な平面の３セットの交点に位置する。Ｙ軸に垂直に投影している平面の空間は立方関数を使って決定される。この立方関数は、輝度に対する人の知覚への表示装置のガンマ変換関数の寄与を考慮せず、従って、輝度の視覚的に等しいグラデーションを発生しない。更に１２ビットの色解像度以外の解像度に対し、適当なパレット色を選択する方法については記載していない。更に開示された順序のついたディザリングの技術は、パレット色を選択して全領域外の色を表示する必要性によって生じる誤差を補償するものではない。
【００１２】
現在のＮＴＳＣテレビは、Ｙ（輝度），Ｉ（同相），Ｑ（違相）形式の信号を一般に受信する。輝度成分Ｙは赤，緑，青の混合であり、緑に対する感度が最も高くなる傾向がある。同相（Ｉ）成分は一般に赤成分と見なされ、違相（Ｑ）成分は一般に青成分と見なされる。Ｙ，Ｉ，Ｑの代表的な比は［４，１，１／４］であって人間視覚システムの光学的特性に近似する。従って、赤成分（Ｉ）よりも青成分（Ｑ）はより少なく伝送され、一般に赤成分（Ｉ）は緑成分（Ｙ）よりも少ない。バンド幅条件を更に低減するために、通常、Ｑ成分の振幅が制限される。
【００１３】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、ＲＧＢ色空間内の色データを必要とする、より低い解像度の装置で、より高い色解像度を有し、ＹＣ_BＣ_R色空間内の色データによって表示される原画像を再現するのに使用するための視覚的に最適な色分布を生成する色パレットを作成するための装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原画像の色解像度よりも低い色解像度で画像を再現するのに使用するための、視覚的に最適な色パレットを作成する方法を提供することにより、従来技術の上記欠点を解決するものである。この方法は、輝度軸と、該輝度軸に垂直な第２軸と、前記輝度軸および該第２軸に垂直な第３軸とを有する、三次元色空間内に出力色の全領域を定義するステップを含む。この色空間は交点色の三次元グリッドを生じるように分割される。各交点色は隣接する色間の座標間隔が第２軸および第３軸の方向にほぼ等しく、輝度軸の方向にほぼ視覚的に等しくなるよう、色空間内に位置する。交点色が出力色の全領域の境界内に位置する場合、この交点色は色パレット内に入れられる。出力色の全領域の境界の外にある交点色は、この境界に隣接する同じ輝度座標の他の色よりも境界により近い場合、パレット内に含まれる。同じ輝度座標の隣接するパレット色よりも、出力色の全領域の境界により近い、パレット内に含まれる色の第２軸および第３軸の座標は、全領域の境界またはコーナーに色を移動するように変更される。
【００１５】
パレットに含まれるかかる色は、出力色の全領域の境界上の最も近い色へ移動される。境界のコーナーがパレット内に含まれる同じ輝度の他の色に対するよりも、パレット内に含まれるかかる色に対してより近くに位置する場合、コーナー色が境界上の最も近い色であるかどうかとは関係なく、その最も近い色をコーナー色へ移動させる。更に、輝度軸、第２軸および第３軸座標をインクリメントさせて調節すると、パレット内の色の総偏差が減少する場合、パレット内にあるが全領域の境界上にない色を、座標を調節した色に置換してもよい。
【００１６】
本発明は、デジタル電子システムにおいて色を蓄積したり、処理したりする際に一般に使用される、ＹＣ_BＣ_R色空間における色を、ほとんどの表示装置で必要なＲＧＢ色空間内の色のパレットに変換する方法を提供するものである。ＲＧＢ色で実現できない色はこのパレットに含めない。この方法は、原画像の色解像度よりも低い色解像度の装置に画像を表示するのに使用される表示装置のガンマ関数に対して調節される色の視覚的に最適なパレットを作成する。アプリケーションに応じて任意のサイズのパレットを作成できる。
【００１７】
本発明は、原画像の色解像度よりも低い色解像度で画像を再現するのに使用するための色パレットを作成する装置であって、（ａ）（１）輝度軸と、（２）該輝度軸に垂直な第２軸と、（３）前記輝度軸および該第２軸に垂直な第３軸と、を有する三次元色空間内の出力色の全領域を定義する手段と、（ｂ）隣接する色間の座標間隔が、（１）前記第２軸および前記第３軸の方向にほぼ等しく、かつ（２）前記輝度軸の方向に視覚的にほぼ等しく、なるように、前記三次元色空間を分割して前記色空間内に各々位置する交点色の三次元グリッドを作成する手段と、（ｃ）（１）出力色の前記全領域の境界内に位置する前記交点色と、（２）出力色の前記全領域の境界外に位置するが、隣接する同じ輝度座標の他の色よりも前記境界の近くに位置する前記交点色と、を前記パレット内に含ませる手段と、（ｄ）前記パレット内に含まれる同じ輝度の各交点色について、前記全領域のコーナーにある色または前記境界の色に近接する他の交点色よりも、前記コーナーにある色または前記境界の色に近い交点色である場合、該交点色を、前記第２軸および第３軸に対する座標を変更することで前記コーナーにある色または前記境界の色に移動する手段と、を備えたことを特徴としたものである。
【００１８】
さらに、本発明は、出力色の全領域は、赤，緑，青の色（ＲＧＢ）成分を加えることによって生成される色の全領域であることを特徴としたものである。
【００１９】
さらに、本発明は、（ａ）前記パレットに含まれる各色の座標を前記輝度軸、第２軸及び第３軸の各方向にインクリメントさせて変更する手段と、（ｂ）前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差が置換によって最小となる場合に、前記パレットにおいて、変更前の前記色を変更から得られる色に置換する手段と、を更に備えたことを特徴としたものである。
【００２０】
さらに、本発明は、前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差を前記パレットにおける近接する色の前記すべてのペアの間の前記視覚的距離の標準偏差によって決定することを特徴としたものである。
【００２１】
本発明は、原画像よりも低い色解像度で、かつ異なる色全領域にて画像を再現するのに使用するための色パレットを作成する装置であって、（ａ）（１）輝度軸と、（２）該輝度軸に垂直な第２軸と、（３）前記輝度軸および前記第２軸に垂直な第３軸と、を有する三次元入力色空間を定義する手段と、（ｂ）前記輝度軸に一致する黒から白の軸を有する出力色の全領域を、前記入力色空間内で定義する手段と、（ｃ）前記輝度軸、前記第２軸および第３軸の各々に垂直な複数の平面の交点に位置する一セットの交点色を認定する手段であって、前記複数の平面が、（１）前記輝度軸、前記第２軸および前記第３軸の各々に対する最大座標および最小座標で前記出力色の全領域の境界を交差させ、（２）前記第２軸および前記第３軸に対する前記最大座標および前記最小座標に位置する前記平面の間の間隔を複数の等しい間隔に分割し、（３）前記輝度軸に対する前記最大座標および前記最小座標に位置する前記平面の間の間隔を、複数の視覚的に等しい間隔に分割する、座標に位置する平面である手段と、（ｄ）主交点色に隣接する前記輝度軸に垂直な同一平面において、各交点色に対し、前記主交点色から前記出力色の全領域の前記境界までの距離と、各交点色から前記出力色の全領域の前記境界までの距離と、を比較する手段と、（ｅ）（１）隣接する前記交点色と比較したときに、前記出力色の全領域の前記境界に最も近い交点色でない、前記境界内に位置する各交点色を、前記色パレットに入力し、（２）隣接する前記交点色とを比較したときに、前記境界に近いまたは前記隣接する交点色よりも前記境界に近い各交点色に対して、（２−１）前記交点色に最も近い前記出力色の全領域の前記境界にある色を、前記色パレットに入力し、（２−２）前記境界に近い交点色が、前記境界のコーナーに隣接するどの交点色より該コーナーに近い場合に、該コーナーにある色を、前記色パレットに入力する手段と、を有することを特徴としたものである。
【００２２】
さらに、本発明は、出力色の全領域は、赤，緑，青の色（ＲＧＢ）成分を加えることによって生成される色の全領域であることを特徴としたものである。
【００２３】
さらに、本発明は、前記第２軸が色のクロミナンス−青成分に対する軸であり、前記第３軸が前記色のクロミナンス−赤成分に対する軸であることを特徴としたものである。
【００２４】
さらに、本発明は、（ａ）前記パレットに含まれる各色の座標を前記輝度軸、前記第２軸、前記第３軸の各方向にインクリメントさせて変更する手段と、（ｂ）前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差が置換によって最小となる場合に、前記パレットにおいて、変更前の前記色を変更によって得られる色に置換する手段と、を更に含むことを特徴としたものである。
【００２５】
さらに、本発明は、前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差を前記パレットにおける近接する色の前記すべてのペアの間の前記視覚的距離の標準偏差によって決定することを特徴としたものである。
【００２６】
さらに、本発明は、前記輝度軸に対する前記最小座標および最大座標に位置する前記平面の間の間隔を、複数の視覚的に等しい間隔に分割する平面であって、前記輝度軸に垂直な該平面を位置づける手段は、（ａ）ＹＣ_BＣ_R三原色をＲ′Ｇ′Ｂ′三原色に変換する手段と、（ｂ）ディスプレイガンマ関数に対する前記Ｒ′Ｇ′Ｂ′三原色を補正してＲＧＢ三原色を生成する手段と、（ｃ）前記ＲＧＢ三原色をＣＩＥ−ＸＹＺ三原色に変換する手段と、（ｄ）前記ＣＩＥ−ＸＹＺ三原色を視覚的に均等な色空間内の１つの三原色に変換する手段とを有することを特徴としたものである。
【００２７】
さらに、本発明は、前記視覚的に均等な色空間は、ＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間であることを特徴としたものである。
【００２８】
さらに、本発明は、前記視覚的に均等な色空間は、ＣＩＥ−ＬＵＶ色空間であることを特徴としたものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
添付図面と共に、本発明の以下の詳細な説明を検討すれば、本発明の上記およびそれ以外の目的、特徴および利点についてより容易に理解できよう。
【００３８】
色（カラー）とは、オブジェクトによって反射されるか、またはオブジェクトが放射する視覚的スペクトルにおける光子エネルギーの量子の分布の認識される表示のことである。色空間とは色のソースであるパラメータの大きさを人が認識する色を示す多次元空間へマッピングしようと試みるモデルのことである。デジタル電子工学では、いくつかの異なる色空間が重要とされている。特に重要な色空間のうちの２つとして、ＹＣ_BＣ_R色空間とＲＧＢ色空間とがある。
【００３９】
ＹＣ_BＣ_R色の全領域とは、色を記述する３つのパラメータ、すなわちＹ（輝度），Ｃ_B（クロミナンス−青），Ｃ_R（クロミナンス−赤）の大きさを表示できる３本の軸の交点に位置する立方体のことである。色の全領域における各ポイントはデカルト座標の値、すなわちＹ，Ｃ_B，Ｃ_Rによって特定される色のことである。例えばＹＣ_BＣ_R色の全領域では、黒（最小輝度，最大クロミナンス−青，最大クロミナンス−赤）は、Ｙ，Ｃ_B，Ｃ_R軸の交点に位置する立方体のコーナーである。ＹＣ_BＣ_R色空間では、白（最大の輝度，最小クロミナンス−青，最小クロミナンス−赤）はＹ軸に位置する立方体のコーナーである。グレイスケールは黒と白との間の間隔に広がってＹ軸に一致する。画像は一般にＹＣ_BＣ_R色データとして蓄積され、処理され、送信されるので、ＹＣ_BＣ_R色空間は特にデジタルシステムで重要である。
【００４０】
他方、ほとんどの出力装置はＲＧＢ（赤，緑，青）の色空間内のデータとして色を処理する。例えば色ブラウン管（ＣＲＴ）のピクセルの各々は３つのサブピクセル、（１つのサブピクセルは主に赤の蛍光体を有し、１つのサブピクセルは主に緑の蛍光体を有し、１つのサブピクセルは主に青の蛍光体を有する）に分割される。ピクセルの色はこれら赤，緑，青（ＲＧＢ）サブピクセルの強度の合計である。ＲＧＢ色の全領域も立方体である。赤，緑，青の軸を有する座標系では、黒は３本の軸（最小強度の赤，緑，青）の交点に位置し、白（最大強度の赤，緑，青）は黒色立方体を横断し、対角線方向に対向する立方体のコーナーに位置する。立方体の黒のコーナーと白のコーナーを接続する対角線上にグレイスケールが位置する。
【００４１】
色画像データは一般にＹＣ_BＣ_Rデータとして蓄積され、処理され、ＲＧＢデータから表示されるので、ＹＣ_BＣ_RデータからＲＧＢへの変換はデジタルシステム内で一般に行われることである。ＹＣ_BＣ_R色データのＲＧＢ色データへの変換は、マトリックス変換によって行うことができる。ビット深度が充分な場合、この変換は簡単である。しかしながら多くの場合では出力装置はＬＣＤ（液晶）表示の場合のように、原画像よりも色解像度が低い。かかる場合では、限られた数のＲＧＢで特定された色を有するパレットを作成しなければならない。
【００４２】
本発明は、ＹＣ_BＣ_RデータをＲＧＢデータに変換するのに適したＲＧＢ色の知覚上最適なパレットを作成するためのシステムを提供し、色解像度がより低い装置で表示するものである。
【００４３】
図１は、本発明において、ＹＣ_BＣ_R色空間に定義されたＲＧＢ（赤，緑，青）色の全領域を示す図である。図１を参照すると、パレットを作成するのに、ＹＣ_BＣ_R色空間にＲＧＢ色モデルをマッピングする。Ｙ軸２，Ｃ_B軸４，Ｃ_R軸６にマッピングされると、ＲＧＢ立方体８は、黒の垂直上方にあるＹ軸上の白コーナーと軸との交点１０にある黒コーナーに載る。グレイスケールは立方体の白コーナーと黒コーナーの間のＹ軸に一致する。
【００４４】
図２は、本発明において、Ｙ軸，Ｃ_B軸及びＣ_R軸に垂直な平面によって分割された、ＹＣ_BＣ_R色空間に定義されたＲＧＢ（赤，緑，青）色の全領域を示す図で、図２を参照すると、パレット内に含めるための候補となる色の初期のグループを設定するために、Ｙ軸２，Ｃ_B軸４，Ｃ_R軸６の各々に垂直に一セットの平行平面を投影する。これら平面はＲＧＢ色全領域のうちのＣ_B軸およびＣ_R軸上の最小座標，最大座標である１６，２４０の値に平面が配置される。最小平面と最大平面との間の間隔を複数の等しい間隔に分割するＣ_B軸とＣ_R軸に沿って別の平行なＣ_B平面（例えばＣ_B平面１２）およびＣ_R平面（例えばＣ_R平面１４）が配置される。
【００４５】
この結果得られるパレットを視覚的に最適にするために、ほぼ視覚的に等しい輝度変化を生じるようなインクリメントで、Ｙ軸に沿った座標間隔を分割する。ＲＧＢ色空間に対する最小のＹ座標値１６と最大のＹ座標値２３５で、Ｙ軸色平面を投影する。最小平面と最大平面との間の空間を視覚的に等しい間隔に分割する。適当な間隔を決定するために、ＹＣ_BＣ_R三原色（Ｙ，Ｃ_B，Ｃ_Rパラメータの大きさを特定する３つの８ビットの数を含む２４ビット色記述子）をＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*三原色に変換する。このＣＩＥ（国際照明委員会）Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間は視覚的に均等な色空間である。換言すれば、Ｌ^*，ａ^*，ｂ^*座標によって特定される色空間内に２つの色が等しい距離にある場合、これら色は視覚的に等しく離間する。
【００４６】
ＹＣ_BＣ_R色データをＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*色データに変換するには、まず２４ビットＹＣ_BＣ_R三原色をＲ′Ｃ′Ｂ′三原色に変換する。パラメータＲ′、Ｇ′およびＢ′は０〜１のレンジを有する。変換は次のようにマトリックス変換を使って行うことができる。
【００４７】
【数１】

【００４８】
次に、ガンマ関数として知られる表示装置の入力強度と出力強度との間の非線形の関係に対してＲ′Ｃ′Ｂ′データを補正する。直接見るＣＲＴ表示では、Ｙは一般に２.５である。この補正によって０≦Ｒ，Ｇ，Ｂ≦１のレンジのＲＧＢ色データ値が得られる。ガンマ補正は次のように行う。
【００４９】
【数２】

【００５０】
次にＲＧＢ三原色をＣＩＥ−ＸＹＺ色空間内の三原色に変換する。このＣＩＥ−ＸＹＺ色空間はすべての色を表示できる国際規格である。ＣＩＥ−ＸＹＺ色空間内の色は０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１のレンジ内の座標値を有する。この変換はマトリックス変換によって行われる。
【００５１】
【数３】

【００５２】
次の式によって、ＣＩＥ−ＸＹＺ色記述をＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間データに変換する。
【００５３】
【数４】

【００５４】
この結果得られるＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*座標を使ってＹ平面１６の位置を計算し、最小Ｙ平面と最大Ｙ平面との間のＹ軸の視覚的に等しい分割部を生成する。これらＹ平面は、ＹＣ_BＣ_R色空間内にＹ軸２に垂直な平面である。視覚的に最適なパレットを作成するのにＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間を他の視覚的に均等な色空間、例えばＣＩＥ−ＬＵＶに置換することも可能である。３つの軸に垂直に投影する平面は色空間を三次元の格子に分割する。平面の交点に位置する色はパレットに含むための候補色である。例えば交点の色１８はパレットに含むための候補点となる。
【００５５】
図３は、本発明において、輝度の軸に垂直な平面におけるＲＧＢ色の全領域を示す図で、Ｃ_B平面１２とＣ_R平面１４とが交差するＹ平面の一例を示す。交点の色１８はＣ_B平面１２とＣ_R平面１４との交点にある小さい円として示されており、このレベルの輝度に対するＲＧＢ色の全領域２０は多角形によって示されるＲＧＢ色空間の横断面である。ＲＧＢ全領域２０の内部またはその境界に位置する交点の色１８は、ＲＧＢで指定された色として物理的に実現できる。ＲＧＢ全領域２０の境界の外にある交点の色１８は、ＲＧＢで指定される色としては実現できない。
【００５６】
Ｙ平面における各交点色１８を評価し、交点色１８が評価中の交点色１８に隣接する他の交点色１８よりもＲＧＢ全領域２０の境界に近いかどうかを判断する。評価中の交点色１８が全領域２０の境界に近いか、または隣接する他の交点色１８よりも近い場合、評価中の交点色に最も近い、境界上にある色をパレットに加える。例えば図３を参照すると、特定の交点色２２を評価し、この色が全領域２０の境界に近いか、評価中の交点色２２に隣接する他の交点色２４，２６，２８または３０よりも近いことが判る。従って、評価中の交点色２２に最も近い全領域の境界上にある色３２をパレットに含ませるように選択する。交点色３４はＲＧＢの全領域の外にあるので、これをＲＧＢ色として物理的に実現することはできない。しかしながら交点色３４は全領域境界に近いか、または隣接する他の交点色３６，３８または４０よりも近いので、全領域境界上の最も近い色（色４２）をパレットに加える。他方、評価中の交点色、例えば色４４は他の隣接する交点色よりも全領域の境界のコーナー４６に近い場合、交点上で評価中の交点色に最も近い色ではない、全領域の境界のコーナー４６にある色をパレットに入力するように選択する。最後に、全領域２０の境界に近くなく、隣接する交点色よりも近くにない、全領域境界内に位置する他の交点色、例えば色２６，３８および４８をパレットに加える。このような色の評価および選択により、色全領域２０の境界およびコーナーに対して交点色を調節する効果があり、よって、全領域内で利用できる最もフルに飽和した色をパレットが含むことができるようになる。ＲＧＢ色として実現できない交点色はこのプロセスによって廃棄する。かかる例としては、色６０および６２がある。
【００５７】
パレットのための色の選択したあと、最終パレットを作成するために、選択された色を更新する。この更新ステップでは、色を逐次検査し、Ｙ，Ｃ_B，Ｃ_R方向にＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*単位で測定される距離でカラーをインクリメントさせて移動して色の移動がパレットの隣接するすべての（または実質的にすべての）ペアの間の視覚的な距離の総偏差を低減するかどうかを判断する。パレット内の隣接する色のすべてのペアの間の視覚的な距離の総偏差を測定するのに標準偏差を使用できる。全領域２０の境界にある色は、境界の外には移動せず、パレットの各Ｙ平面１６ですべての最大に飽和した色を確実に利用できるようにする。
【００５８】
本発明の方法を使って、種々の用途に適した視覚的に最適なパレットを作成するのに適した間隔にＹ軸２，Ｃ_B軸４，Ｃ_R軸６を分割してもよい。所望する数の交点を作成する平面の数を選択して特定のサイズのパレットを満たすことが検討事項には含まれる。例えば、６個のＹ平面１６、１３個のＣ_B平面１２および１２個のＣ_R平面１４を用いて本発明の方法を実施すると、平均間隔２４.０単位で標準偏差が７.８単位の２２３色のパレットが得られる。
【００５９】
二次的な検討事項に対してパレットを選択することもできる。かかる二次的検討事項とは、グレイまたはほぼグレイである、各Ｙ平面１６におけるポイントを維持したいという要求である。このような要求は、Ｃ_B軸４およびＣ_R軸６を奇数の間隔に分割することによって達成できる。この結果、Ｙ軸２に近いか、この軸上にあり、最小の彩色を示すパレット色が得られる。例えばＹ軸２を７分割し、Ｃ_B軸４を１５分割し、Ｃ_R軸６を９分割すると、平均間隔は２４.２単位で、標準偏差が９.５単位の２４５色のパレットが得られる。Ｃ_B間隔を１１とし、Ｃ_R間隔を９としながら、Ｙの間隔を９個に増加すると、平均間隔が２６.０単位で標準偏差が９.５単位の２４１個のエントリーを有するパレットが得られる。
【００６０】
本発明によって作成された色パレットへのＹＣ_BＣ_R三原色をマッピングは、公知の多数の技術のいずれかによって進行できる。図４は、本発明による色パレット作成装置を説明するためのブロック図であり、例えば各々が１つのテーブルオフセットを含むような、Ｙ，Ｃ_B，Ｃ_Rパラメータに対する中間ルックアップテーブル（Ｙオフセットテーブル５４，Ｃ_Bオフセットテーブル５５，Ｃ_Rオフセットテーブル５６）を作成してもよい。所与のＹＣ_BＣ_R三原色に対して、３つの別個のオフセットを加えると、この結果、第４の中間テーブル（Ｙ／Ｃ_B／Ｃ_Rパレットテーブル）５７へのインデックスが得られる。この第４の中間テーブル５７は、パレットのエントリーアドレスを与える。対応する各三原色値が所与のＹＣ_BＣ_R三原色に視覚的に最も近いパレットエントリーにマッピングされるように、第４の中間テーブル５７を作成することが望ましい。こうして作成された、Ｙオフセットテーブル５４，Ｃ_Bオフセットテーブル５５，Ｃ_Rオフセットテーブル５６及び第４の中間テーブル５７を用いて、色変換ユニット５２において画像ソース５１を色変換し、ディスプレイ５３に表示させる。別の方法として、標準的なアレイオフセット技術によって第４の中間テーブル５７へのインデックスを計算してもよい。第４の中間テーブル５７の必要なサイズは３本の（Ｙ，Ｃ_B，Ｃ_R）軸に沿った分割部の数の積で表される。７個のＹ軸の分割部、１５個のＣ_B軸分割部および９個のＣ_R軸分割部から作成されるパレットは、９４５個のエントリーを必要とし、各エントリーの各々は２４５個のパレットエントリーのうちの１つに関連する。
【００６１】
本発明によって作成されるパレットと組み合わせてディザリングを使用できる。パレットエントリーによって表示される色はパレットエントリーにマッピングされるほとんどのＹＣ_BＣ_R三原色からの所定の誤差を示すので、誤差拡散ディザリングは隣接するピクセルに対して、この誤差を拡散することにより視覚的な画像の歪みを低減できる。当技術分野では誤差拡散技術は周知である。誤差拡散ディザリング方法と共に使用する際、最終色パレットは１セットのパレットエントリーから成る。各パレットエントリーは表示システムに与えられるＲＧＢ三原色の１つを有し、これに対応するＹＣ_BＣ_R三原色は入力されたＹＣ_BＣ_R三原色をパレット値にマッピングすることから得られる誤差を計算するのに使用される。次にこの誤差は、隣接するＹＣ_BＣ_R三原色に拡散される。
【００６２】
ＹＣ_BＣ_RからＲＧＢへの変換に関連する技術について説明したが、重なり部分に一般に関連する一般的色空間のマッピングの同様の技術を他の色空間にも適用できる。例えばＹＩＱからＲＧＢへの変換にも適用できる。一般に重なっている部分をこのようにマッピングすると、より最適な色パレットが得られる。
【００６３】
図５は、本発明による色パレットの一般的な作成方法を示すフロー図である。本発明においては、まず、三次元色空間において、出力色の全領域を定義し（ステップＳ１）、三次元色空間を分割し、三次元グリッドを形成する（ステップＳ２）。次に、交点色をパレット内に含ませ（ステップＳ３）、グリッド座標を調節する（ステップＳ４）。
【００６４】
図６は、本発明による色パレット作成方法の一実施例を示すフロー図である。本実施例における方法では、まず三次元色空間において、出力色の全領域を定義し（ステップＳ１１）、三次元色空間を分割し、三次元グリッドを形成する（ステップＳ１２）。次に、交点色を認定し（ステップＳ１３）、交点色に対する距離を比較する（ステップＳ１４）。この距離を用いて、適当な交点色をパレットに入力する（ステップＳ１５）。
【００６５】
表示装置の物理的特徴を考慮し、人間視覚システムに適切なモデルに従って色パレットに視覚的な重み付けをすることにより、画像を再生するためのより最適なパレットが得られる。図７は、本発明による色パレット作成方法の他の実施例を示すフロー図である。本実施例による方法は、まず、第１色空間を定義し（ステップＳ２１）、実現可能な色の出力全領域を定義する（ステップＳ２２）。次に、色パレットを作成し（ステップＳ２３）、人間視覚システムに関連して重み付けを行う（ステップＳ２４）。特定のシステムにこれらの特徴のうちの１つ以上を含めることができる。更にこのシステムは、ソースマテリアルの分析に依存しないが、これと対照的に、使用される符号化システムのタイプ、人間視覚システムおよび表示装置の特性の、本発明者の実現に基づくものである。
【００６６】
これまでの説明で使用した用語および表現は、本発明を説明する用語であり、本発明を限定するものでなく、かかる用語および表現を使用するに当たり、これまで示し、説明した特徴およびその一部の均等物を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＹＣ_BＣ_R色空間に定義されたＲＧＢ（赤，緑，青）色の全領域を示す図である。
【図２】Ｙ軸，Ｃ_B軸，Ｃ_R軸に垂直な平面によって分割された、ＹＣ_BＣ_R色空間に定義されたＲＧＢ（赤，緑，青）色の全領域を示す図である。
【図３】輝度の軸に垂直な平面におけるＲＧＢ色の全領域を示す図である。
【図４】本発明による色パレット作成装置を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明による色パレットの一般的な作成方法を示すフロー図である。
【図６】本発明による色パレット作成方法の一実施例を示すフロー図である。
【図７】本発明による色パレット作成方法の他の実施例を示すフロー図である。
【符号の説明】
２…Ｙ軸、４，６…Ｃ軸、８…ＲＧＢ立方体、１０…交点、１２…Ｃ_B平面、１４…Ｃ_R平面、１６…Ｙ平面、１８，２２，２４，２６，２８，３０，３４，３６，３８，４０，４４，４８，５０，６０，６２…交点色、２０…ＲＧＢ色，３２，４２…境界上の色、４６…コーナー、５１…画像ソース、５２…色変換ユニット、５３…ディスプレイ、５４…Ｙオフセットテーブル、５５…Ｃ_Bオフセットテーブル、５６…Ｃ_Rオフセットテーブル、５７…第４の中間テーブル（Ｙ／Ｃ_B／Ｃ_Rパレットテーブル）。

Claims

原画像の色解像度よりも低い色解像度で画像を再現するのに使用するための色パレットを作成する装置であって、
（ａ）（１）輝度軸と、
（２）該輝度軸に垂直な第２軸と、
（３）前記輝度軸および該第２軸に垂直な第３軸と、を有する三次元色空間内の出力色の全領域を定義する手段と、
（ｂ）隣接する色間の座標間隔が、
（１）前記第２軸および前記第３軸の方向にほぼ等しく、かつ
（２）前記輝度軸の方向に視覚的にほぼ等しく、
なるように、前記三次元色空間を分割して前記色空間内に各々位置する交点色の三次元グリッドを作成する手段と、
（ｃ）（１）出力色の前記全領域の境界内に位置する前記交点色と、
（２）出力色の前記全領域の境界外に位置するが、隣接する同じ輝度座標の他の色よりも前記境界の近くに位置する前記交点色と、
を前記パレット内に含ませる手段と、
（ｄ）前記パレット内に含まれる同じ輝度の各交点色について、前記全領域のコーナーにある色または前記境界の色に近接する他の交点色よりも、前記コーナーにある色または前記境界の色に近い交点色である場合、該交点色を、前記第２軸および第３軸に対する座標を変更することで前記コーナーにある色または前記境界の色に移動する手段と、
を備えたことを特徴とする色パレットを作成する装置。
出力色の全領域は、赤，緑，青の色（ＲＧＢ）成分を加えることによって生成される色の全領域であることを特徴とする請求項１記載の色パレットを作成する装置。
（ａ）前記パレットに含まれる各色の座標を前記輝度軸、第２軸及び第３軸の各方向にインクリメントさせて変更する手段と、
（ｂ）前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差が置換によって最小となる場合に、前記パレットにおいて、変更前の前記色を変更から得られる色に置換する手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の色パレットを作成する装置。
前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差を前記パレットにおける近接する色の前記すべてのペアの間の前記視覚的距離の標準偏差によって決定することを特徴とする請求項３記載の色パレットを作成する装置。
原画像よりも低い色解像度で、かつ異なる色全領域にて画像を再現するのに使用するための色パレットを作成する装置であって、
（ａ）（１）輝度軸と、
（２）該輝度軸に垂直な第２軸と、
（３）前記輝度軸および前記第２軸に垂直な第３軸と、
を有する三次元入力色空間を定義する手段と、
（ｂ）前記輝度軸に一致する黒から白の軸を有する出力色の全領域を、前記入力色空間内で定義する手段と、
（ｃ）前記輝度軸、前記第２軸および第３軸の各々に垂直な複数の平面の交点に位置する一セットの交点色を認定する手段であって、前記複数の平面が、
（１）前記輝度軸、前記第２軸および前記第３軸の各々に対する最大座標および最小座標で前記出力色の全領域の境界を交差させ、
（２）前記第２軸および前記第３軸に対する前記最大座標および前記最小座標に位置する前記平面の間の間隔を複数の等しい間隔に分割し、
（３）前記輝度軸に対する前記最大座標および前記最小座標に位置する前記平面の間の間隔を、複数の視覚的に等しい間隔に分割する、
座標に位置する平面である手段と、
（ｄ）主交点色に隣接する前記輝度軸に垂直な同一平面において、各交点色に対し、前記主交点色から前記出力色の全領域の前記境界までの距離と、各交点色から前記出力色の全領域の前記境界までの距離と、を比較する手段と、
（ｅ）（１）隣接する前記交点色と比較したときに、前記出力色の全領域の前記境界に最も近い交点色でない、前記境界内に位置する各交点色を、前記色パレットに入力し、
（２）隣接する前記交点色とを比較したときに、前記境界に近いまたは前記隣接する交点色よりも前記境界に近い各交点色に対して、（２−１）前記交点色に最も近い前記出力色の全領域の前記境界にある色を、前記色パレットに入力し、（２−２）前記境界に近い交点色が、前記境界のコーナーに隣接するどの交点色より該コーナーに近い場合に、該コーナーにある色を、前記色パレットに入力する手段と、
を有することを特徴とする色パレットを作成する装置。
出力色の全領域は、赤，緑，青の色（ＲＧＢ）成分を加えることによって生成される色の全領域であることを特徴とする請求項５記載の色パレットを作成する装置。
前記第２軸が色のクロミナンス−青成分に対する軸であり、前記第３軸が前記色のクロミナンス−赤成分に対する軸であることを特徴とする請求項５記載の色パレットを作成する装置。
（ａ）前記パレットに含まれる各色の座標を前記輝度軸、前記第２軸、前記第３軸の各方向にインクリメントさせて変更する手段と、
（ｂ）前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差が置換によって最小となる場合に、前記パレットにおいて、変更前の前記色を変更によって得られる色に置換する手段と、
を更に含むことを特徴とする請求項５記載の色パレットを作成する装置。
前記パレットにおける近接する色のすべてのペアの間の視覚的距離の総偏差を前記パレットにおける近接する色の前記すべてのペアの間の前記視覚的距離の標準偏差によって決定することを特徴とする請求項５記載の色パレットを作成する装置。
前記輝度軸に対する前記最小座標および最大座標に位置する前記平面の間の間隔を、複数の視覚的に等しい間隔に分割する平面であって、前記輝度軸に垂直な該平面を位置づける手段は、
（ａ）ＹＣ_BＣ_R三原色をＲ′Ｇ′Ｂ′三原色に変換する手段と、
（ｂ）ディスプレイガンマ関数に対する前記Ｒ′Ｇ′Ｂ′三原色を補正してＲＧＢ三原色を生成する手段と、
（ｃ）前記ＲＧＢ三原色をＣＩＥ−ＸＹＺ三原色に変換する手段と、
（ｄ）前記ＣＩＥ−ＸＹＺ三原色を視覚的に均等な色空間内の１つの三原色に変換する手段とを有することを特徴とする請求項５記載の色パレットを作成する装置。
前記視覚的に均等な色空間は、ＣＩＥ−Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間であることを特徴とする請求項１０記載の色パレットを作成する装置。
前記視覚的に均等な色空間は、ＣＩＥ−ＬＵＶ色空間であることを特徴とする請求項１０記載の色パレットを作成する装置。