JP4765833B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ｎ次元色空間に基づく入力画像データをｍ次元色空間に基づく出力画像データに変換する画像処理装置及び画像処理方法に関する。

一般に、入力機器からの入力データはその入力機器に依存した色空間により色が規定されているため、プリンタ等の出力機器では入力データを当該出力機器の色空間に対応させる色変換処理が行われる。色変換処理は、入力データの色空間を等間隔に分割した格子点において色変換後の出力データ値を設定した変換テーブル（ＬＵＴ）を用いて行われ、格子点間においては補間演算により出力データ値が決定されている（例えば、特許文献１、２参照）。

補間演算を行う理由としては、全ての入力データ値に対して出力データ値を保持すると大容量のメモリが必要となりコスト上の問題があること、また制御上実現性が低いことが挙げられる。例えば、ＲＧＢの色空間を持つ８ビット、２５６階調の入力データ値に対し、ＣＭＹＫの色空間を持つ８ビット、２５６階調の出力データ値の全てを保持するとなると、２５６^３（色）×８（ビット）×４（色）＝６４（メガバイト）ものデータを保持、管理する必要がある。
よって、代表的な格子点のみを用意しておき、その格子点間の値は補間演算により出力している。例えば、３３格子点を用意した場合、３３^３（色）×８（ビット）×４（色）≒０．１４（メガバイト）のデータ容量で足りる。

従来、ＬＵＴにおいて入力データが対応する補間演算点を包囲する格子点を検索し、それら格子点に定められている出力データ値、すなわち格子点データを用いて当該格子点間を補間する補間データを算出する補間演算方法が採用されていた。
例えば、図８に示すように格子点（これをＱ１〜Ｑ８とする）によって構成される最小単位である立方体の空間を、さらにＱ２を頂点とする４つの四面体の空間に分割する。そして、入力データが対応する補間演算点（図８中、白丸で示す点）が属する四面体の空間を求め、その四面体の頂点を構成する格子点の格子点データを補間演算に用いる。この他、四面体ではなく立方体に分割する方法等もある。このように、従来の方法では格子点により囲まれる空間領域（以下、格子空間という）をできるだけ小さくして、補間演算点に近い格子点を求めることにより、補間演算の精度を高めている。
特開２００５−１７５９１７号公報 特開２００６−３３２４５号公報

しかしながら、何れの補間演算方法も、格子空間を構成する頂点以外の格子点データは考慮されない。そのため、隣接する格子点間でデータ値が急峻に変化する場合、隣接する格子空間との出力データ値の連続性の確保という点において保証できない。

この点、上記特許文献１、２では各格子点データに対し平滑化処理を行って出力データ値の連続性を保持しようとしている。しかし、この方法では本来、測色的、論理的に求めたはずの格子点データを意図的に変更させてしまい、色変換自体の精度低下につながる。

本発明の課題は、出力データ値の連続性を保持しながら、精度の高い色変換を行うことである。

請求項１に記載の発明は、
ｎ次元色空間に基づく入力画像データをｍ次元色空間に基づく出力画像データに変換する画像処理装置において、
ｎ次元色空間を分割した格子点毎に定めたｍ次元色空間への色変換値を格子点データとして記憶する記憶手段と、
前記ｎ次元空間をｎ方向の（ｎ−１）次元空間に分解し、各（ｎ−１）次元空間において前記入力画像データに基づく補間演算点を決定し、前記記憶された格子点データのうち、当該補間演算点の１次近傍及び２次近傍の格子点の格子点データを用いて（ｎ−１）次元Bi-cubic補間演算により色変換値を算出し、この（ｎ−１）次元空間毎に算出された色変換値から前記補間演算点におけるｍ次元色空間への色変換値を算出する色変換手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置において、
前記色変換手段は、前記ｎ次元空間をｎ方向の２次元空間に分解し、２次元Bi-cubic補間演算により当該２次元空間毎に色変換値を算出し、前記補間演算点のｍ次元色空間への色変換値として前記２次元空間毎に算出された色変換値の平均値を算出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
ｎ次元色空間を分割した格子点毎に定めたｍ次元色空間への色変換値を格子点データを用いて、ｎ次元色空間に基づく入力画像データをｍ次元色空間に基づく出力画像データに変換する画像処理方法において、
前記ｎ次元空間をｎ方向の（ｎ−１）次元空間に分解し、各（ｎ−１）次元空間において前記入力画像データに基づく補間演算点を決定し、当該補間演算点の１次近傍及び２次近傍の格子点の格子点データを用いて（ｎ−１）次元Bi-cubic補間演算により色変換値を算出し、この（ｎ−１）次元空間毎に算出された色変換値から前記補間演算点におけるｍ次元色空間への色変換値を算出する色変換工程を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の画像処理方法において、
前記色変換工程では、前記ｎ次元空間をｎ方向の２次元空間に分解し、２次元Bi-cubic補間演算により当該２次元空間毎に色変換値を算出し、前記補間演算点のｍ次元色空間への色変換値として前記２次元空間毎に算出された色変換値の平均値を算出することを特徴とする。

請求項１、３に記載の発明によれば、ｎ次元のBi-cubic補間演算を、（ｎ−１）次元Bi-cubic補間演算に分解して行うことにより、補間演算を簡易化して演算時間を短縮化することが可能となる。Bi-cubic補間演算は、１次近傍だけでなく２次近傍の格子点をも考慮した演算であるため、隣接する格子点間において格子点データ値の差が大きい場合でも算出される色変換値の急峻な変化を抑制することができる。従って、出力画像データの連続性の確保、すなわち出力階調の滑らかさの確保が可能となる。また、格子点データに平滑化処理を行う等、格子点データ自体を操作する場合、本来基準となるべきデータ値を反映させることができず、色変換の精度が低下することが考えられるが、当該発明によれば、格子点データを操作することなく補間演算を行うため、本来基準とすべきデータ値をそのまま色変換に反映させることができ、精度の高い色変換を行うことが可能となる。

請求項２、４に記載の発明によれば、ｎ次元のBi-cubic補間演算を、２次元Bi-cubic補間演算に分解して行うことにより、補間演算をより簡易化して演算時間を短縮化することが可能となる。

本実施形態では、３次元Bi-cubic法により、ＲＧＢの３次元色空間の入力画像データを、ＹＭＣＫの４次元色空間の出力画像データに色変換する例を説明する。

まず、構成を説明する。
図１に、本実施形態に係るＭＦＰ（Multi Function Peripheral）１００を示す。
ＭＦＰ１００は、図１に示すように本体部１０、画像読取部２０、操作部３０、タッチパネル４０、表示部５０、プリンタ部６０等から構成されている。また、本体部１０は、画像処理部１、制御部２、記憶部３、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）制御部４、ＤＲＡＭ５を備えて構成されている。

画像読取部２０は、光源、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ａ／Ｄ変換器等を備えている。画像読取時には、光源から原稿へ照明走査した光の反射光を結像してＣＣＤにより光電変換することにより原稿画像を読み取り、画像信号（アナログ信号）を生成する。その後、画像信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル画像データに変換し、本体部１０の画像処理部１に出力する。

なお、画像読取部２０ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に分離して色毎の画像データを出力する。各色の画像データは、画像読取部２０、画像処理部１間の図示しない補正処理部において、輝度ムラの補正処理、輝度特性の補正処理、変倍処理、γ変換処理（輝度リニアな特性から濃度リニアな特性に変換する処理）、色補正処理等の各種処理が施された後、画像処理部１に入力される。

操作部３０は、プリント開始を指示するためのスタートキーや数字キー等の各種機能キーを備え、これら機能キーやタッチパネル４０が操作されると、対応する操作信号を制御部２に出力する。

表示部５０は、タッチパネル４０と一体に形成されたＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を備え、このＬＣＤ上にプリント操作するための各種操作画面を表示させる。

プリンタ部６０は、本体部１０の画像処理部１から入力される画像データに基づいて電子写真方式によりプリント出力を行う。電子写真方式では、レーザ光源から感光ドラム上にレーザ光を照射して露光を行い、静電潜像を形成する。これに現像部がトナーを吹き付けてできたトナー像を記録用紙に転写して画像形成を行う。本実施形態では、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マジェンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色の色材を用いてプリント出力を行うこととする。プリンタ部６０は、色材毎の画像データが入力されると、周波数変調／ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変換処理部６１により周波数変調、ＰＷＭ変換を行い、その変調信号をＬＤドライバ６２に入力する。ＬＤドライバ６２は入力された変調信号に基づいてレーザ光源を駆動し、レーザ光源から照射するレーザ光、つまり露光量を制御する。

次に、本体部１０の各部について説明する。
制御部２は、記憶部３に記憶されているシステムプログラム、プリント処理プログラム等の各種制御プログラムに従って、ＭＦＰ１００の各部の動作を集中制御する。

記憶部３は、制御部２で実行される各種制御プログラムの他、各部で必要なパラメータやデータ等を記憶している。例えば、記憶部３は画像処理部１において色変換する際に用いられる３次元ＬＵＴの他、スクリーン処理時に用いられるマトリクスのデータ等を記憶している。

ＤＲＡＭ制御部４は、ＤＲＡＭ５に記憶された画像データの入出力を制御する。
ＤＲＡＭ５は、画像データを記憶する画像メモリである。

次に、本発明に係る画像処理部１について説明する。
画像処理部１は、図２に示すように画像判別部１１、色変換部１２、平均化処理部１３、γ補正処理部１４、スクリーン処理部１５等から構成されている。平均化処理部１３、γ補正処理部１４、スクリーン処理部１５は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色毎に備えられる。

色変換部１２は、画像読取部２０から入力されたＲ、Ｇ、Ｂの各色の画像データに対して色補正を施した後、色変換処理を行って、ＭＦＰ１００で出力可能な色材Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ毎の画像データに変換する。色変換により生成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各画像データは各色に対応する平均化処理部１３に出力される。

以下、色変換部１２における色変換方法について説明する。
色変換には図３に示すような３次元ＬＵＴを用いる。図３に示す３次元ＬＵＴは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の色成分をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として構成される３次元色空間を等間隔に分割し、その分割した空間領域の頂点を格子点として色変換後の出力データ値（色変換値）を定めたものである。３次元ＬＵＴの格子点に定められた色変換後の出力データ値を格子点データという。３次元ＬＵＴは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色毎に作成され、それぞれの格子点データは記憶部３に保存されている。なお、図３中のＰ０〜Ｐ７は格子点データの一部を示している。出力データ値は実際に測色された実測値等が適用される。

色変換部１２では３次元ＬＵＴを記憶部３から読み出すと、当該３次元ＬＵＴに基づいて３次元Bi-cubic補間演算を行い、Ｒ、Ｇ、Ｂの入力画像データに対してＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの出力画像データを出力する。Bi-cubic補間演算は、３次元ＬＵＴにおいて入力画像データが対応する点に対し、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向において最も近い格子点を１次近傍点、次に近い格子点を２次近傍点とし、それらの格子点データを用いて１次近傍点、２次近傍点の補間データを算出するものである。この補間データが入力画像データに対する色変換後の出力画像データとなる。

説明の便宜上、まず１次元のBi-cubic補間演算の演算方法から説明する。
図４は、ある一方向において、補間データの演算位置となる補間演算点Ｓに対する１次近傍点Ｐ_０、Ｐ_１、２次近傍点Ｐ_−１、Ｐ_２を示す図である。
各格子点は等間隔であるので各格子点間の距離を１とし、補間演算点Ｓと１次近傍点Ｐ_０、Ｐ_１のうちＰ_０との距離をｄとすると、補間演算点Ｓと他の格子点データＰ_−１、Ｐ_１、Ｐ_２との距離はそれぞれ、（ｄ＋１）、（１−ｄ）、（１−ｄ）＋１、と表すことができる。

このとき、補間演算点Ｓの出力データＯＵＴは、下記式１により算出することができる。

式１において、Ｐ_ｉ、Ｗ_ｉ（ｉ＝−１、０、１、２）は以下の通りである。
Ｐ_ｉ：格子点データ（１次近傍点、２次近傍点）
Ｗ_ｉ：格子点データに対する重み付け係数

重み付け係数Ｗ_ｉは、１次近傍点であれば下記式２により、２次近傍点であれば下記式３により算出する。

式２、３において、ａは調整パラメータである。ａは例えば−１等を適用可能であり、状況に応じて適宜設定すればよい。

３次元Bi-cubic法は、上記演算を３次元に展開し、３次元空間での補間演算を行うものである。すなわち、図５に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向についてｘ、ｙ、ｚが−１、０、１、２となる１次近傍点、２次近傍点Ｐ_ｉ（ｘ、ｙ、ｚ）を求め、その１次近傍点、２次近傍点の格子点データを用いて下記式４により、補正データＯＵＴを算出する。

重み付け係数Ｗ_ｘ、Ｗ_ｙ、Ｗ_ｚは、図５に示すように補間演算点Ｓと１次近傍点Ｐ_ｉの何れか１点とのＸ、Ｙ、Ｚの３方向における距離をそれぞれｄｘ、ｄｙ、ｄｚとし、上記式２、３によりＸ、Ｙ、Ｚの方向毎に算出する。

なお、補間演算点Ｓが色空間の端側に位置する場合、３次元ＬＵＴにおいて参照する１次近傍点、２次近傍点が一部存在しない場合が考えられる。このような場合には、２次近傍点の代替データ（例えば、最も近い１次近傍点と同一の値の格子点データ）を準備しておき、補間演算時にこれを用いることとしてもよい。或いは、他の方法として、予め必要な色空間領域の外側に各軸（例ではＸ、Ｙ、Ｚ）毎に＋２個（両側１個づつ）の格子点データを用意し、必要な色空間領域を（一定の）Bi-cubic演算にて補間する等してもよい。

図６に示すフローチャートを参照して、色変換部１２による上記３次元Bi-cubic補間演算を用いた色変換処理の流れを説明する。なお、色変換部１２はＲＧＢの色空間を持つ入力画像データを画素毎に色変換する。以下行われる処理は画素毎に繰り返し行われるものである。

図６に示すように、色変換部１２はまずＹＭＣＫのうち色Ｙに対応する３次元ＬＵＴを記憶部３から読み出す。そして、３次元ＬＵＴにおいて入力画像データに対応する補間演算点を特定し（ステップＳ１）、この補間演算点に対する１次近傍点、２次近傍点を検索する（ステップＳ２）。すなわち、図５に示す３次元色空間において入力画像データのある画素の画素値（Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値）から特定される座標位置を補間演算点としてその補間演算点に最も近い８つの格子点を１次近傍点、次に近い２４つの格子点を２次近傍点として検索する。

１次近傍点、２次近傍点が検索されると、各１次近傍点、２次近傍点と補間演算点Ｓとの距離を算出する（ステップＳ３）。図５に示す例では、１次近傍点Ｐ_０と補間演算点Ｓとの距離ｄｘ、ｄｙ、ｄｚを算出している。そして、算出した各距離及び１次近傍点、２次近傍点の各格子点データを用いて上記式２〜４により、補間演算点Ｓにおける出力データＯＵＴを算出する（ステップＳ４）。

色変換部１２は、上記処理を画素毎に繰り返し行い、画素毎に算出された出力データＯＵＴを、色Ｙの出力画像データとして色Ｙの平均化処理部１３に出力する（ステップＳ５）。
また、色変換部１２は上記ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を色Ｍ、Ｃ、Ｋの３次元ＬＵＴを用いて順次繰り返して行うことにより、同様に色Ｍ、Ｃ、Ｋの出力画像データを得て各色の平均化処理部１３に出力する。
なお、ハードウェアとして構成する場合には、４色の出力画像データのそれぞれに対応する４組の演算回路を備え、色毎に並列に処理を行う。

平均化処理部１３は、入力された画像データに平均化処理を施す。平均化処理が施された色材毎の画像データはそれぞれ対応するγ補正処理部１４に出力される。

γ補正処理部１４は、予めγ補正用に準備されたＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いて入力された画像データの階調変換を行ってγ補正処理を施す。γ補正処理が施された各色材の画像データはそれぞれ対応するスクリーン処理部１５に出力される。

スクリーン処理部１５は、入力された画像データに対してディザ法によるスクリーン処理を施すものである。スクリーン処理時には、予めマトリクス状に異なる閾値が設定されたマトリクスを記憶部３から読み出して入力画像に適用し、２値化又は多値化を行う。

以上のように、本実施形態によれば、３次元ＬＵＴにおける補間演算点の１次近傍点、２次近傍点の格子点データを用いて３次元Bi-cubic補間演算を行い、補間演算点における出力データＯＵＴを算出する。このように、補間演算点の周囲にある１次近傍点だけでなく、２次近傍点の格子点データも考慮したBi-cubic補間演算を行うことにより、隣接する格子点間で格子点データ値が大きく異なる場合でも出力データの急峻なデータ変化を抑制することができる。従って、出力データの連続性を確保、すなわち出力階調の滑らかさを確保することが可能となる。
また、格子点データは実測値を適用しており、Bi-cubic補間演算においては格子点データ自体は操作しない。従って、色変換の精度を低下させることなく出力データの連続性を確保することができる。

図７に、従来の補間演算法による出力結果と３次元Bi-cubic補間演算による出力結果とを示す。なお、この結果は色空間領域の一部分を抽出したデータである。また、出力結果は２次元で表現する制約から色Ｇの入力データ値に対する色Ｋの出力データ値をプロットしたグラフで示しており、○の記号が３次元Bi-cubic補間演算によるプロット点、×の記号が従来の補間演算法（例えば、特開２００３−３３８９４０号公報に示される補間演算方法。）で平滑化処理を施さなかった場合（これを従来方法１とする）のプロット点、△の記号が従来の補間演算法で平滑化処理を２回施した場合（これを従来方法２とする）のプロット点である。また、●の記号は格子点データを示す。

図７に示すように、従来方法１では格子点では格子点データと出力データ値が一致するものの、部分的に急峻に出力データ値が変化しており、出力の連続性が保証されていない。出力の連続性が無い部分では急激に濃度変化が現れるトーンジャンプと呼ばれる画像劣化が生じる場合がある。一方、この出力データ値の急峻な変化を抑制するため、従来方法１に平滑化処理を加えた従来方法２では出力データ値の変化を滑らかにすることができたが、格子点において出力データ値が大きく格子点データからずれてしまっている。これでは、実測値を反映させることができず、色変換精度が低下することが考えられる。

これに対し、本発明に係るBi-cubic補間演算の場合、格子点において格子点データと出力データが略一致するととともにそのデータ変化は滑らかである。よって、出力の連続性の保持を図ることができるとともに、出力データに格子点データを反映させることができ、精度の高い色変換精度を行うことが可能である。

なお、上記実施形態は本発明を適用した好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、上記３次元Bi-cubic補間演算を簡易化するため、２次元Bi-cubic補間演算に替えることとしてもよい。２次元Bi-cubic補間演算によっても３次元Bi-cubic補間演算と同様の出力結果を得ることが可能である。２次元Bi-cubic補間演算の場合、入力データを３方向の２次元平面（ｘ−ｙ平面、ｙ−ｚ平面、ｚ−ｘ平面）に分解し、分解した２次元平面毎に下記式５〜７により補間データＯＵＴ_ｘｙ、ＯＵＴ_ｙｚ、ＯＵＴ_ｚｘを算出する。そしてＯＵＴ_ｘｙ、ＯＵＴ_ｙｚ、ＯＵＴ_ｚｘの平均値を算出し、これを最終的な出力データＯＵＴとして出力する。

また、ＲＧＢの３次元色空間からＹＭＣＫの４次元色空間へ色変換する場合を説明したが、他の色成分から構成される色空間や色空間の次元数が異なる場合でも同様に本発明を適用可能である。例えば、ｎ次元空間からｍ次元空間へ色変換する場合には、ｍ色分のｎ次元ＬＵＴを準備しておき、各色のｎ次元ＬＵＴを用いてｎ次元のBi-cubic補間演算を行えばよい。

また、本発明をＭＦＰに適用した例を説明したが、汎用コンピュータで作成したｎ次元の画像データ等をモニタにおいてｍ次元の画像データとして出力する場合等、他の色変換を行う場面でも本発明を適用可能である。

本発明を適用したＭＦＰの構成を示す図である。 図１の画像処理部の内部構成を示す図である。 ３次元ＬＵＴの概念図である。 １次元Bi-cubic補間演算方法を説明する図である。 ３次元Bi-cubic補間演算方法を説明する図である。 色変換処理の流れを説明する図である。 Bi-cubic補間演算による出力結果を示す図である。 従来の補間演算方法を説明する図である。

符号の説明

１００ ＭＦＰ
１ 画像処理部
１２ 色変換部
３ 記憶部

Claims (4)

1. ｎ次元色空間に基づく入力画像データをｍ次元色空間に基づく出力画像データに変換する画像処理装置において、
   ｎ次元色空間を分割した格子点毎に定めたｍ次元色空間への色変換値を格子点データとして記憶する記憶手段と、
   前記ｎ次元空間をｎ方向の（ｎ−１）次元空間に分解し、各（ｎ−１）次元空間において前記入力画像データに基づく補間演算点を決定し、前記記憶された格子点データのうち、当該補間演算点の１次近傍及び２次近傍の格子点の格子点データを用いて（ｎ−１）次元Bi-cubic補間演算により色変換値を算出し、この（ｎ−１）次元空間毎に算出された色変換値から前記補間演算点におけるｍ次元色空間への色変換値を算出する色変換手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記色変換手段は、前記ｎ次元空間をｎ方向の２次元空間に分解し、２次元Bi-cubic補間演算により当該２次元空間毎に色変換値を算出し、前記補間演算点のｍ次元色空間への色変換値として前記２次元空間毎に算出された色変換値の平均値を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. ｎ次元色空間を分割した格子点毎に定めたｍ次元色空間への色変換値を格子点データを用いて、ｎ次元色空間に基づく入力画像データをｍ次元色空間に基づく出力画像データに変換する画像処理方法において、
   前記ｎ次元空間をｎ方向の（ｎ−１）次元空間に分解し、各（ｎ−１）次元空間において前記入力画像データに基づく補間演算点を決定し、当該補間演算点の１次近傍及び２次近傍の格子点の格子点データを用いて（ｎ−１）次元Bi-cubic補間演算により色変換値を算出し、この（ｎ−１）次元空間毎に算出された色変換値から前記補間演算点におけるｍ次元色空間への色変換値を算出する色変換工程を含むことを特徴とする画像処理方法。
4. 前記色変換工程では、前記ｎ次元空間をｎ方向の２次元空間に分解し、２次元Bi-cubic補間演算により当該２次元空間毎に色変換値を算出し、前記補間演算点のｍ次元色空間への色変換値として前記２次元空間毎に算出された色変換値の平均値を算出することを特徴とする請求項３に記載の画像処理方法。

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