JP4806778B2 - 色変換マトリクス作成方法を用いた色変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、色変換マトリクス作成方法及び色変換方法に係り、特に、行列演算により色変換を行う際の色変換マトリクス作成方法、及び当該色変換マトリクス作成方法により作成した色変換マトリクスを用いて入力画像を色変換する色変換方法に関する。

近年、プラズマテレビや液晶ディスプレイに代表される表示装置において、高解像度、広色域の表示装置が発売されている。また、カラー印刷においてもインクジェットプリンタの普及により、忠実な色再現に関する人々の関心が高まっている（例えば非特許文献１参照）。インクジェットプリンタは、機構が比較的単純で小型化が可能、プリンタ本体が低価格である、などの特徴を有し、インターネットで検索した画像や、デジタルカメラで撮影した画像、プレゼン資料などの印刷に多く利用されている。

プリンタの色変換は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の加法混色に基づいて行うことが可能なディスプレイの色変換とは異なり、減法混色の原理や紙、インクなどの特性が非線形であるため、理論式を立てるのは困難である。これに対し、入出力機器の色変換として、機器の色情報を記述したＩＣＣプロファイル（ＩＣＣ：ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｌｏｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）を用いた手法が標準化されている（例えば非特許文献２参照）。

プリンタに対して適用されるＩＣＣプロファイルは、複数の入出力関係を対応づけたＬＵＴ（Ｌｏｏｋ−ｕｐｔａｂｌｅ）によるものであり、ＬＵＴとテーブル補間法を組み合わせて色変換を行う（例えば非特許文献３参照）。しかしながら、画像に対する変換では１画素ずつ補間演算を行うため、高解像度の画像では非常に多くの変換時間を必要とする。

また、インクジェットプリンタにおける高精度な色変換手法として、色空間を複数の部分領域に分割し、その部分領域ごと行列演算を行う手法が知られている（例えば非特許文献４、５参照）。しかしながら、これらの手法では、自然画像の再現において階調性の不連続が生じ、擬似輪郭が見られるなどの問題が発生する。

また、特許文献１及び特許文献２には、各部分領域を相互に重複させて色変換テーブルや色変換マトリクスを作成する技術が開示されている。
特開２００２−１１２０５３号公報 特開２０００−１８８６９５号公報 特開２００４−２６６５９０号公報 田代耕二："インクジェットプリンタで思い通りの色を出すには"、日本写真学会誌、vol.68、No.1、pp.70-72 (2005) International Color Consortium："ICC Profile Specification Version4.2.0.0" (2004) Dawn Wallner："Building ICC profiles-the Mechanics and Engineering" (2000) 小寺宏曄、石毛淳美、斎藤了一："色空間の分割による入出力デバイスの高精度カラーマッチング"、画像電子学会誌、vol.29、pp.128-139 (2000) 石毛淳美、斎藤了一、小寺宏曄："L*a*b*空間の極座標分割による高精度カラーマネージメント"、電子情報通信学会総合大会講演論文集、p.188 (1998)

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術は、予め定めた一次色Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（イエロー）に対応して色空間を３分割するものであり、分割方法や分割数の点で、上記の階調性の不連続の問題を効果的に解消できるとは限らない。

また、上記特許文献２には、部分領域を重複させる点は記載されているものの、どの程度重複させるのか等については具体的に記載されておらず、上記の階調性の不連続の問題を効果的に解消できるとは限らない。以上のように、従来の方法では、インクジェットプリンタ等の出力装置に対する色変換手法について、高精度の色変換を実現するための検討が充分になされているとは言えない。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、部分領域の境界部分で階調が不連続になるのを抑制し高精度な色変換が可能な色変換マトリクスを作成する色変換マトリクス作成方法及び色変換方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による色変換マトリクス作成方法は、第１の色空間を複数の部分領域に分割する分割ステップと、隣接する部分領域が所定割合で相互に重複するように各部分領域を拡大した拡大部分領域を設定する設定ステップと、予め定めた出力装置の色域内の複数の色のカラーパッチが印刷されたテストパターンを測色した測色データのうち拡大部分領域に応じた測色データに基づいて、第１の色空間の画像データを第２の色空間の画像データに変換するための色変換マトリクスを部分領域毎に作成する作成ステップとを含むことを特徴とする。

より具体的には、色変換マトリクス作成方法は、デバイスに依存しない第１の色空間の画像データを、予め定めた出力装置に対応する第２の色空間の画像データに変換するための色変換マトリクスを作成する作成方法であって、（１）第１の色空間を構成する３軸のそれぞれについて分割数を含む分割方法を設定し、設定された分割方法によって第１の色空間を複数の部分領域に分割する分割ステップと、（２）複数の部分領域のそれぞれについて、隣接する部分領域が所定割合で相互に重複するように、第１の色空間を構成する３軸のそれぞれの方向に部分領域を拡大した拡大部分領域を設定する設定ステップと、（３）複数の部分領域のそれぞれに対し、上記出力装置の色域内の複数の色についてのテストパターンを測色して得られた測色データのうち拡大部分領域に含まれる測色データに基づいて、第１の色空間の画像データを第２の色空間の画像データに変換するための色変換マトリクスを部分領域毎に作成する作成ステップとを含むことを特徴とする。

この発明によれば、第１の色空間に対し、色空間を構成する３軸のそれぞれについて分割数を含む分割方法を設定して、第１の色空間を複数の部分領域へと分割している。これにより、第１の色空間を好適に複数の部分領域へと分割することができる。分割方法の設定については、分割数のみによって分割方法を設定することができる。あるいは、必要に応じて、分割数に加えて分割幅などの追加の条件を設定しても良い。

また、第１の色空間を分割した複数の部分領域に対し、隣接する部分領域が所定割合で相互に重複するように各部分領域を拡大した拡大部分領域を設定する。すなわち、部分領域を所定の拡大率で拡大させ、隣接する部分領域と重複する重複領域を設定する。拡大部分領域は、この重複領域と元の部分領域とを併せた領域である。なお、所定割合は、色変換後の画像の部分領域の境界部分において階調が不連続にならないような割合に設定することができる。

そして、予め変換対象として定められた出力装置の色域内の複数の色についてのテストパターン（例えば、出力装置の色域内の複数の色のカラーパッチが印刷されたテストパターン）を測色した測色データのうち拡大部分領域に応じた測色データに基づいて、第１の色空間の画像データを第２の色空間の画像データに変換するための色変換マトリクスを部分領域毎に作成する。

これにより、部分領域毎の色変換マトリクスを作成する際に、部分領域内の測色データだけでなく、隣接する部分領域と重複する領域の測色データも考慮されて色変換マトリクスが作成されるため、部分領域同士の境界部分において階調が不連続になるのを抑制することができる。なお、予め定められる出力装置については、上記方法は、出力装置をプリンタとして適用することができる。このようなプリンタとしては、例えば、インクジェットプリンタがある。

また、色変換マトリクス作成方法は、設定ステップにおいて、第１の色空間を構成する３軸のそれぞれについて、その軸方向の部分領域の長さＩに対して所定割合ｒ分だけ軸の両方向に領域を拡大することによって拡大部分領域を設定するとともに、所定割合ｒが０．１≦ｒ≦０．３を満たすことが好ましい。このように、０．１〜０．３の範囲から選択された値の割合ｒで拡大部分領域を設定することにより、拡大部分領域を用いた色変換マトリクスの作成を好適に行うことができる。

また、設定ステップにおいて、部分領域を拡大部分領域へと拡大するための上記所定割合は、部分領域を拡大する方向毎に別個に設定可能であるものとしても良い。これにより、部分領域を拡大するそれぞれの方向について、領域の拡大範囲を好適に設定することができる。

また、第１の色空間は、ＣＩＥＬＡＢ空間であると共に、第２の色空間は、ＲＧＢ空間であり、測色データは、テストパターンにおける複数の色のそれぞれを測色した時のＲＧＢデータとＬａｂデータとの対応関係（例えば、各カラーパッチを測色した時のＲＧＢデータとＬａｂデータとの対応関係）を表すデータであるものとすることができる。

また、第１の色空間の複数の部分領域への分割については、分割ステップにおいて、第１の色空間を構成する３軸のうちのＬ軸について、分割数Ｄ_Ｌを３以上の範囲で設定することが好ましい。また、分割ステップにおいて、第１の色空間を構成する３軸のうちのａ軸について、分割数Ｄ_ａを偶数に設定することが好ましい。また、分割ステップにおいて、第１の色空間を構成する３軸のうちのｂ軸について、分割数Ｄ_ｂを３以上の範囲で設定することが好ましい。

本発明による色変換方法は、上記の色変換マトリクス作成方法により作成された部分領域毎の色変換マトリクスを用いた色変換方法であって、入力された第１の色空間における入力画像データが属する部分領域を判定する判定ステップと、上記色変換マトリクス作成方法により作成された部分領域毎の色変換マトリクスのうち、入力画像データが属する部分領域に対応した色変換マトリクスにより、入力画像データを、出力装置に対応する第２の色空間の画像データに変換する変換ステップとを含むことを特徴とする。

このように、部分領域内の測色データだけでなく、隣接する部分領域と重複する領域の測色データも考慮されて作成された色変換マトリクスにより入力画像データを変換することにより、変換後の画像の部分領域の境界部分において階調が不連続になるのを抑制することができる。

また、色変換方法において、第２の色空間の画像データに変換後の画像データが所定範囲外の場合、入力画像データが所定変換割合で無彩色に近づくように入力画像データを変換してから再度変換ステップを実行する処理を、変換ステップによる変換後の画像データが所定範囲内になるまで繰り返すようにしてもよい。これにより、色域外の画像データが入力された場合でも適切に色変換することができる。

また、色変換方法において、入力画像データに対応する色変換マトリクスが存在しない場合、第１の色空間において目標点を設定し、目標点の方向に向かって進み、色変換マトリクスが存在する最も近い部分領域の色変換マトリクスを、入力画像データに割り当てることが好ましい。これにより、色変換マトリクスが存在しない場合であっても、適切に色変換することができる。

あるいは、第２の色空間の画像データに変換後の画像データが所定範囲外の場合、第１の色空間において目標点を設定し、入力画像データを所定の移動方法で目標点の方向に移動することによって、変換後の画像データが所定範囲内となる画像データに変換することが好ましい。これにより、色域外の画像データが入力された場合であっても、適切に色変換することができる。

この場合、具体的な画像データの移動方法については、入力画像データと目標点との間の色空間上の距離に対して１回当たりの移動割合を１／ｘ_０（ｘ_０は２以上の整数）と設定し、設定された移動割合１／ｘ_０で入力画像データが目標点に近づくように入力画像データを移動してから再度変換ステップを実行する処理を、変換ステップによる変換後の画像データが所定範囲内になるまで繰り返すことが好ましい。また、このとき、移動割合１／ｘ_０を１０≦ｘ_０≦５０として設定することが特に好ましい。

また、入力画像データに対する目標点の設定については、入力画像データに対応する色変換マトリクスが存在しない場合、あるいは、第２の色空間の画像データに変換後の画像データが所定範囲外の場合のいずれにおいても、第１の色空間における無彩色の点を、目標点に設定することが好ましい。

本発明によれば、部分領域の境界部分で階調が不連続になるのを抑制し高精度な色変換が可能な色変換マトリクスを作成する、という効果がある。

図１は、カラーマネージメントシステムを示す模式図である。 図２は、色変換装置の概略ブロック図である。 図３は、色変換マトリクス作成部で実行される色変換マトリクス作成処理のフローチャートである。 図４は、Ｌａｂ空間の分割について示す図である。 図５は、部分領域の拡大について示す図である。 図６は、プリンタの色域とＳＨＩＰＰカラーチャートの色度を示す図である。 図７は、従来の色変換方法による色変換後の画像（ａ）、及び第１実施形態の色変換方法による色変換後の画像（ｂ）を示す図である。 図８は、第１実施形態の色変換方法による色変換後の画像（ａ）〜（ｄ）を示す図である。 図９は、Ｌ軸の分割数を変化させたときの平均色差、最大色差、標準偏差を示す図である。 図１０は、ａ軸の分割数を変化させたときの平均色差、最大色差、標準偏差を示す図である。 図１１は、ｂ軸の分割数を変化させたときの平均色差、最大色差、標準偏差を示す図である。 図１２は、第２実施形態に係る色変換処理のフローチャートである。 図１３は、入力画像データに対応する色変換マトリクスが存在しない場合の色変換方法の一例を示す模式図である。 図１４は、第２の色空間の画像データに変換後の画像データが色域外の場合の色変換方法の一例を示す模式図である。 図１５は、色域外のデータが入力された場合における第１実施形態の色変換方法による色変換後の画像（ａ）、及び色域外のデータが入力された場合における第２実施形態の色変換方法による色変換後の画像（ｂ）を示す図である。

符号の説明

１０…色変換装置、１２…色変換マトリクス作成部、１４…測色データ記憶部、１６…色変換部、２０…部分領域、２１…拡大部分領域、５０…部分領域。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の概要について説明する。カメラなどの入力装置から、プリンタやディスプレイなどの出力装置へと正確な色情報を伝達するための仕組みとしてカラーマネージメントシステムがある。図１は、カラーマネージメントシステムを概略的に示す模式図である。

デバイス間での色情報の伝達には、図１に示すように、デバイスに依存しない色情報であるＰＣＳ（Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｐａｃｅ）が用いられている。すなわち、図１に示した例では、入力装置からの色信号は、変換Ｃ１によってデバイスに依存しないＰＣＳでの色情報に変換される。さらに、この色情報を変換Ｃ２で変換することによって、出力装置に対する色信号が生成される。このようなＰＣＳとしては、ＣＩＥＬＡＢ空間、ＣＩＥＸＹＺ空間などが用いられる。

本発明は、これらの変換Ｃ１、Ｃ２のうちで、デバイスに依存しないＰＣＳの色情報（第１の色空間の画像データ）を、出力装置に対応する色信号（第２の色空間の画像データ）に変換する後者の変換Ｃ２を対象とし、この変換Ｃ２に用いられる色変換マトリクス作成方法、及びそれによって得られる色変換マトリクスを用いた色変換方法を提供するものである。以下、本発明による色変換マトリクス作成方法、及び色変換方法について、具体的な実施形態及び実施例を用いて説明する。

なお、以下の説明においては、上記した第１の色空間から第２の色空間への色変換について、ＣＩＥＬＡＢ空間からＲＧＢ空間への色変換を中心に説明する。ＣＩＥＬＡＢ色空間は、明度を表すＬ^＊と、色合いを表すａ^＊、ｂ^＊とによる表色系であり、ＰＣＳとして広く用いられている。

また、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊、ａ^＊、ｂ^＊についてそれぞれ、Ｌ^＊が０〜１００、ａ^＊、ｂ^＊が−１２７〜１２７の範囲の立方体で定義する。また、このようなＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間（第１の色空間）を構成する３軸（Ｌ^＊軸、ａ^＊軸、ｂ^＊軸）について、必要に応じて、上記した各軸の範囲を０〜１に正規化した色空間を用いることとする。また、これに合わせて、ＲＧＢ色空間についても、必要に応じて、０〜２５５で与えられている階調値を同様に０〜１に正規化した色空間を用いることとする。

（第１実施形態）
図２には、本発明が適用された色変換装置１０の概略ブロック図を示した。図２に示すように、色変換装置１０は、色変換マトリクス作成部１２、測色データ記憶部１４、及び色変換部１６を含んで構成されている。

詳細は後述するが、色変換マトリクス作成部１２は、測色データ記憶部１４に記憶された測色データに基づいて色変換マトリクスの係数を算出する。色変換部１６は、色変換マトリクス作成部１２で作成された色変換マトリクスを用いて、入力されたデバイスに依存しない第１の色空間における画像データを、第１の色空間とは異なり、予め定めた出力装置に対応する色空間である第２の色空間における画像データに変換して出力する。

本実施形態では、上記したように、第１の色空間をＣＩＥＬＡＢ表色系の色空間とし、また、第２の色空間をＲＧＢ表色系の色空間とした場合について説明する。すなわち、色変換部１６は、入力されたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊の画像データ（以下、Ｌａｂデータという）を、ＲＧＢの画像データ（以下、ＲＧＢデータという）に変換する。

測色データ記憶部１４には、多数の色のカラーパッチが印刷されたテストパターン（色票）を測色した時のＲＧＢデータとＬａｂデータとの対応関係が学習データ（測色データ）として予め記憶されている。なお、カラーパッチの色は、使用する出力装置（図示省略）、すなわち色変換装置１０により色変換された画像データに基づいて画像を出力する出力装置（プリンタ等）の色域（色再現域）全体からまんべんなく様々な色を含むように選択される。また、テストパターンとしては、一般には、予め変換対象として定められた出力装置の色域内の複数の色についてのテストパターンを用いることができる。

次に、色変換マトリクス作成部１２において実行される色変換マトリクス作成処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

まずステップ１００では、色変換マトリクス作成部１２は、Ｌａｂ色空間を複数の部分領域に分割する（分割ステップ）。図４に示すように、第１の色空間であるＬａｂ色空間を構成する３軸（Ｌ軸、ａ軸、ｂ軸）のそれぞれについて分割数を含む分割方法を設定し、設定された分割方法によってＬａｂ色空間を複数の部分領域に分割する。これにより、Ｌａｂ色空間などの第１の色空間を、好適に複数の部分領域へと分割することができる。

図４に示す例では、分割幅については等分とし、各軸の分割数について、Ｌ軸をＤ_Ｌ等分、ａ軸をＤ_ａ等分、ｂ軸をＤ_ｂ等分して（Ｄ_Ｌ、Ｄ_ａ、Ｄ_ｂは自然数）、（Ｄ_Ｌ×Ｄ_ａ×Ｄ_ｂ）個の部分領域２０に分割する。具体的には、図４では、分割数の設定について（３×４×２）個に分割した例を示しているが、分割の仕方はこれに限られるものではない。なお、Ｄ_Ｌ、Ｄ_ａ、Ｄ_ｂの値は、予め定めておいてもよいし、ユーザーによって設定可能な構成として、ユーザーが設定した値を用いてもよい。

ここで、第１の色空間の各軸に対する分割方法の設定については、分割数のみによって分割方法を設定することができる。あるいは、必要に応じて、分割数に加えて分割幅などの追加の条件を設定しても良い。ただし、処理の簡単化の観点からは、上記した例のように分割幅等については一定とし、分割数のみを各軸で設定して色空間の分割を行うことが好ましい。

また、色変換マトリクス作成部１２は、Ｌａｂ色空間をどのように分割したかを示す分割情報、例えば分割数Ｄ_Ｌ、Ｄ_ａ、Ｄ_ｂ等の情報を色変換部１６に出力する。このような分割情報は、色変換部１６において画像データの色変換を行う際に用いられる。

次に、ステップ１０２において、色変換マトリクス作成部１２は、分割された複数の部分領域のそれぞれについて、各部分領域２０を相互に重複させるべく、各部分領域２０を所定の割合でＬａｂの各軸の方向（第１の色空間を構成する３軸のそれぞれの方向）へ拡大させた部分領域（以下、拡大部分領域という）を設定する（設定ステップ）。

例えば図５に示すように、Ｌ軸−ａ軸平面が３×３に分割されて、部分領域２０Ａ〜２０Ｉに分割された場合について説明する。この場合、中央の部分領域２０Ｅについては、部分領域２０Ｅのａ軸方向の長さＩ_ａに対して所定割合（拡大率）ｒ分ａ軸方向両側に拡大させるとともに、部分領域２０ＥのＬ軸方向の長さＩ_Ｌに対して所定割合（拡大率）ｒ分Ｌ軸方向両側に拡大させ、この領域を拡大部分領域２１Ｅとして設定する。

このとき、ａ軸方向については、図５中の左右両側において幅ｒＩ_ａで部分領域２０Ｅが拡大されている。これにより、拡大部分領域２１Ｅのａ軸方向の長さは（１＋２ｒ）Ｉ_ａとなっている。また、Ｌ軸方向については、上下両側において幅ｒＩ_Ｌで部分領域２０Ｅが拡大されている。これにより、拡大部分領域２１ＥのＬ軸方向の長さは（１＋２ｒ）Ｉ_Ｌとなっている。以上により、拡大部分領域２１Ｅは、Ｌ軸−ａ軸平面において、部分領域２０Ｅに隣接する部分領域２０Ａ〜２０Ｄ、２０Ｆ〜２０Ｉのそれぞれの一部を含む領域となる。

一般には、この拡大部分領域の設定については、上記した例のように、第１の色空間を構成する３軸のそれぞれについて、その軸方向の部分領域の長さＩに対して所定割合ｒ分だけ軸の両方向に領域を拡大することによって拡大部分領域を設定することが好ましい。

また、この領域の拡大における所定割合ｒは、自然画像の再現において部分領域間の境界付近の階調性の不連続が目立たなくなる値に設定される。このような割合ｒの値としては、例えば０．１≦ｒ≦０．３を満たす範囲の値に設定することが好ましい。このように、０．１〜０．３の範囲から選択された値の割合ｒで拡大部分領域を設定することにより、拡大部分領域を用いた色変換マトリクスの作成を好適に行うことができる。ただし、割合ｒの値については、このような範囲の値に限られるものではない。

また、本実施形態では、Ｌ軸及びａ軸方向にそれぞれ同じ割合ｒずつ拡大させているが、ｒの値をＬ軸、ａ軸のそれぞれで異ならせてもよい。さらに、例えば図５においてａ軸の右方向に拡大する割合をａ軸の左方向に拡大する割合と異ならせる等、各軸の拡大方向に応じてｒの値を異ならせても良い。すなわち、拡大する方向毎にｒの値を異ならせても良い。

そして、Ｌ軸−ｂ軸平面、ａ軸−ｂ軸平面でも上記と同様に部分領域を拡大させることにより、各軸方向に相互に重複する拡大部分領域が設定される。

ステップ１０４では、複数の部分領域のうちで色変換マトリクスが作成されていない部分領域を一つ選択し、その部分領域に対応した拡大部分領域に含まれる測色データ、すなわち、拡大部分領域に含まれるＬａｂデータとこのＬａｂデータに対応するＲＧＢデータを測色データ記憶部１４から読み込む。

例えば図５に示す黒点を測色データとし、選択された部分領域が図５に示す部分領域２０Ｅである場合について考える。このとき、これに対応する拡大部分領域２１Ｅは部分領域２０Ｅに隣接する部分領域２０Ａ〜２０Ｄ、２０Ｆ〜２０Ｉの一部を含む領域となっている。このため、部分領域２０Ｅ内の測色データ２２に加えて、隣接する部分領域と重複した領域に含まれる測色データ２４も同時に読み込まれる。

ステップ１０６では、読み込んだ拡大部分領域内の測色データを用いて重回帰分析を実行することにより、選択された部分領域内のＬａｂデータ（第１の色空間の画像データ）をＲＧＢデータ（第２の色空間の画像データ）に変換するための次式（１）で示す色変換マトリクスの各係数を算出する（作成ステップ）。

すなわち、この例では、次式（１）で示すように、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の２次の項を用いて、色変換マトリクスの係数Ａ_１１〜Ａ_３９を重回帰分析により求める。
ここで、２次の項を用いたのは、１次の項による回帰係数では精度の良い色変換マトリクスを得ることができず、また３次以上の項を用いたのでは回帰分析を行うのに非常に多くの測色データ数（学習データ数）を必要とするためである。

ステップ１０８では、Ｌａｂ色空間を分割した複数の部分領域に対し、全ての部分領域について色変換マトリクスを作成したか否か、すなわち色変換マトリクスの各係数を算出したか否かを判断する。そして、色変換マトリクスを作成していない部分領域が存在する場合には、ステップ１０４へ戻って上記と同様の処理を繰り返す。また、全ての部分領域について色変換マトリクスを作成した場合には、ステップ１１０へ移行し、作成した全部分領域の色変換マトリクスの係数を色変換部１６へ出力して本ルーチンを終了する。

色変換部１６では、色変換部１６に設けられた色変換情報記憶部において、色変換マトリクス作成部１２から出力された各部分領域の色変換マトリクスの係数を記憶しておく。また、この色変換情報記憶部には、Ｌａｂ色空間をどのように分割したかを示す分割情報などの色変換処理に必要な情報が格納される。色変換マトリクス作成が予め実行済みの場合には、色変換部１６は、色変換情報記憶部に記憶された情報を読み出して、色変換を実行することができる。

そして、画像データの変換時には、入力されたＬａｂデータがＬａｂ空間内のどの部分領域に属するかを判定する（判定ステップ）。そして、入力されたＬａｂデータが属する部分領域に対応する色変換マトリクスを用いて、上記（１）式により、プリンタなどの指定された出力装置に対応するＲＧＢデータに変換する（変換ステップ）。

このように、本実施形態では、各部分領域の色変換マトリクスを作成する際に、隣接する部分領域に含まれる測色データを一部利用して作成するため、隣接する部分領域の色情報も一部考慮した高精度な色変換が可能となる。従って、部分領域の境界付近において階調性の不連続が発生するのを抑えることができ、正確な色再現が可能となる。

（実施例１−１）
以下、第１実施形態の実施例について説明する。なお、本発明は下記実施例により限定されるものではない。

本発明者は、本発明の変換精度、処理時間、及び自然画像に対する色再現性の３点について検証した。これらを調べるために、ＳＨＩＰＰのＣＩＥＬＡＢ標準画像５枚を使用した。今回は比較のために、プロファイル作成ソフトにより作成したＩＣＣプロファイルでも色変換を行った。なお、本実施例では、本発明を適用した印刷物をスキャナで取り込んだ画像を示す。

検証には、広色域の色が再現可能な８色顔料インクタイプのプリンタを用いた。また、印刷には写真用紙を使用した。この時の色域を図６に示す。

色変換マトリクスを作成するために、学習データ（測色データ）は１１，２８１色の色票の測定値を用いた。また、測定器はGretagMacbethSpectroScanを用いた。

Ｌａｂ色空間の分割数はＤ_Ｌ＝６、Ｄ_ａ＝４、Ｄ_ｂ＝１１に設定し、得られた６×４×１１＝２６４個の部分領域に対応して、２６４個の色変換マトリクスを作成した。また、拡大部分領域への領域の拡大については、部分領域の拡大率ｒは、０．１〜０．３の範囲内の値である０．２とした。

ＳＨＩＰＰのカラーチャートにおいて、使用したプリンタにおける色域内の１６１色に対する入力値との差をＣＩＥ２０００色差式（下記非特許文献６参照）で求めた。１６１色の色度を図６に、結果を以下の表１に示す。また、表１には比較として、Adobe Photoshop 6.0でＩＣＣプロファイルを用いたときの色差の他に、ＩＣＣプロファイルデータをプリズム補間処理（下記非特許文献７参照）したときの結果も示す。
表１より、本発明に係る色変換による平均色差は２．３２となり、プリズム補間演算よりも色差は小さく、Photoshopを用いたときと同程度で３級色差（１．２〜２．５）（下記非特許文献８参照）となり、高精度な色変換が可能となった。

また、ＳＨＩＰＰの４枚の自然画像（３０７２×４０９６）に対して変換処理時間を測定した。また、ＩＣＣプロファイルデータをプリズム補間処理したときの変換処理時間も求めた。その結果、本発明の平均処理時間は、プリズム補間演算の６７．２％となり、演算処理時間を大幅に短縮することができた。

また、本発明をＳＨＩＰＰの自然画像４枚に適用し、作成した画像を印刷した。部分領域の重複による影響を確認するために、Ｗｏｏｌの画像を部分領域の拡大率ｒ＝０で変換した時の画像を図７の画像（ａ）に、本発明のように部分領域の拡大率ｒ＝０．２で変換した時の画像を図７の画像（ｂ）に示す。この図７の画像（ａ）、画像（ｂ）の楕円内を見比べればわかるように、画像（ｂ）では、部分領域の重複によって擬似輪郭がなくなっていることが確認できる。

その他の結果を図８の画像（ａ）〜（ｄ）に示す。ここで、画像（ａ）は女性の画像で、人肌の再現性評価用の "Bride"、画像（ｂ）は細かな幾何学的構造を持つ画像で、画像処理手法の評価用の "Harbor"、画像（ｃ）は高彩度の色情報を豊富に含む画像で、色再現性評価用の "Wool"、画像（ｄ）は金属光沢感と中性色の再現性評価用の "Bottles" である。全ての画像において擬似輪郭もなく良好な画像が得られ、本発明の有効性を確認できた。

（非特許文献６） G.Sharma、W.Wu、E.N.Dalal："The CIEDE2000 Color-Difference Formula：Implementation Notes、 Supplementary Test Data、 and Mathematical Observations"、Color Research and Application、vol.30、No.1 (2005)
（非特許文献７） トリケップス："実践 ディジタルカラー画像の設計と評価" (2000)
（非特許文献８） 日本色彩学会："新編 色彩科学ハンドブック［第２版］"、東京大学出版会 p.290 (1998)

（実施例１−２）
第１実施形態の第２の実施例について説明する。

本実施例１−２では、上記実施例１−１と同様に、ＳＨＩＰＰのＣＩＥＬＡＢ標準画像５枚を使用した。また、検証には、プリンタとしてＥＰＳＯＮ ＰＸ−Ｇ９００を用いた。また、印刷には写真用紙を使用した。ＰＸ−Ｇ９００は、ｓＲＧＢよりもシアン、イエロー、レッド方向で色域が広く、彩度の高い色を印刷することができる。特に、シアン方向に対しては、Ａｄｏｂｅ ＲＧＢよりも広い色域を持っている。また、色材は顔料インクである。

色変換マトリクスを作成するために用いられる学習データ（測色データ）については、１１，２８４色の色票の測定値を用いた測定点が、上記プリンタの色域にまんべんなく分布するようにした。

このような条件において、第１の色空間であるＬａｂ色空間を複数の部分領域に分割する際の分割数Ｄ_Ｌ、Ｄ_ａ、Ｄ_ｂの好適な値について検討した。具体的には、Ｌ軸、ａ軸、ｂ軸の３軸について、１つの軸のみを１〜１１分割し、他の２軸を分割しないときの色変換精度の分割数依存性を測定し、色域内の色１６１色の平均色差、最大色差、標準偏差を比較して、それぞれの軸に対して好適な分割数を検討した。

図９は、Ｌ軸の分割数Ｄ_Ｌを変化させたときの平均色差、最大色差、標準偏差を示す図であり、グラフ（ａ）は平均色差及び最大色差のＤ_Ｌ依存性を示し、グラフ（ｂ）は標準偏差のＤ_Ｌ依存性を示している。これらのグラフより、Ｌ軸については、分割数Ｄ_Ｌが３以上の範囲で平均色差の変化が小さくなっている。したがって、Ｌ軸については、分割数Ｄ_Ｌを３以上の範囲で設定することが好ましい。さらに、分割数Ｄ_Ｌが７以上になると平均色差の変化はさらに小さくなる。また、標準偏差は７、８分割で最も小さい。また、最大色差については、７分割のときに他と比較して著しく小さくなっている。

図１０は、ａ軸の分割数Ｄ_ａを変化させたときの平均色差、最大色差、標準偏差を示す図であり、グラフ（ａ）は平均色差及び最大色差のＤ_ａ依存性を示し、グラフ（ｂ）は標準偏差のＤ_ａ依存性を示している。これらのグラフより、ａ軸については、平均色差、最大色差、標準偏差のすべてが、偶数個で分割する方が奇数個で分割するよりも値が小さくなっている。したがって、ａ軸については、分割数Ｄ_ａを偶数に設定することが好ましい。これは、偶数個で分割する場合、ａ軸の中心であるａ^＊＝０（正規化した値で考えるとａ^＊＝０．５）を通る面で領域が分割されているためだと考えられる。また、分割数Ｄ_ａを大きくすると、色差等の値は小さくなる。

図１１は、ｂ軸の分割数Ｄ_ｂを変化させたときの平均色差、最大色差、標準偏差を示す図であり、グラフ（ａ）は平均色差及び最大色差のＤ_ｂ依存性を示し、グラフ（ｂ）は標準偏差のＤ_ｂ依存性を示している。これらのグラフより、ｂ軸については、分割数Ｄ_ｂが３以上の範囲で平均色差の変化が小さくなっている。したがって、ｂ軸については、Ｌ軸と同様に、分割数Ｄ_ｂを３以上の範囲で設定することが好ましい。また、標準偏差については、１１分割のときに最も小さい値となっている。

以上の図９〜図１１の結果に基づいて、暫定的な分割数をＤ_Ｌ＝７、Ｄ_ａ＝１０、Ｄ_ｂ＝１１に設定した。そして、Ｌ軸、ａ軸、ｂ軸の３軸について、１つの軸のみで分割数を変化させ、他の２軸を上記の暫定分割数としたときの色変換精度の分割数依存性を測定した。このような測定の結果により、好適な分割数の設定の一例として、分割数をＤ_Ｌ＝３、Ｄ_ａ＝１０、Ｄ_ｂ＝１１に設定した。

このような分割条件において、表１に示した場合と同様に、本発明を適用した場合の色差、ICC + Photoshop での色差、及び ICC + プリズム補間での色差を求めた結果を表２に示す。また、ここでは、参考としてプリンタドライバによる色補正を行ったときの精度も示している。
表２より、本発明を適用した場合の色変換精度は、すべてにおいてプリズム補間よりも値が小さくなった。また、Photoshop と比較すると、最大色差は本発明の方が小さく、平均色差についても Photoshop とほぼ同程度となった。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

上記の第１実施形態の実施例１−１で示したように、ＳＨＩＰＰ自然画像はすべて使用したプリンタの色域内の色であるため、第１実施形態で説明した色変換装置１０では良好な画像を得ることができる。しかしながら、色域の境界付近の部分領域では，プリンタが忠実に再現できない色も行列演算し、正確な色変換ができない可能性がある。つまり、上記第１実施形態で説明した色変換では正規化したＲＧＢを扱っているために解は０以上１以下となるはずが、負または１より大きくなることがある。また、上記第１実施形態で説明した色変換では、測色データ（学習データ）が存在しない領域（色域外）に対しては色変換マトリクスが作成されないため色変換できない。

そこで、本実施形態では、色変換部１６で実行される、色域外のデータが入力された場合に対応した色変換処理について、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。図１２に示す色変換処理は、Ｌａｂデータが入力される毎に実行される。

まず、ステップ２００では、入力されたＬａｂデータを第１実施形態と同様の方法で色変換する。すなわち、入力されたＬａｂデータがＬａｂ空間内のどの部分領域に属するかを判定し、入力されたＬａｂデータが属する部分領域に対応する色変換マトリクスを用いて、上記（１）式によりＲＧＢデータに変換する。

ステップ２０２では、変換後のＲ，Ｇ，Ｂの各データ全ての値が０以上１以下であるか否かを判断し、全ての値が０以上１以下である場合にはステップ２０６へ移行して変換後のＲＧＢデータを出力する。一方、Ｒ，Ｇ，Ｂの各データのうち一つでも０以上１以下でない値のデータが存在する場合は、ステップ２０４へ移行する。

ステップ２０４では、入力されたＬａｂデータを無彩色（正規化した値で考えてＬ^＊，ａ^＊，ｂ^＊＝０．５）の方向に所定割合（例えば２０分の１）だけ近づけた値に変換し、ステップ２００へ戻って再度色変換を行う。

このように、色変換後のＲ，Ｇ，Ｂの各データが全て０以上１以下であればその値を出力し、そうでなければＲ，Ｇ，Ｂの各データが全て０以上１以下になるまでステップ２００〜２０４の処理を繰り返す。これにより、出力装置の色域外のデータが入力された場合でも適切に色変換することができる。

本実施形態における色変換方法について、さらに説明する。上記したように、第１実施形態の色変換方法においても、色域の境界付近の色、及び色域外の色については、高精度に色変換することができない場合がある。これに対して、本実施形態では、（１）色変換マトリクスが存在しない部分領域には、目標点の方向（例えば、無彩色方向）に向かって最も近くに存在する色変換マトリクスを割り当てる、及び（２）部分領域に対応する色変換マトリクスにより得られたＲＧＢのうち、どれか１つでも０〜１以外であったときに色域外処理を行う、という処理を行う。

すなわち、入力画像データに対応する色変換マトリクスが存在しない場合、第１の色空間において目標点を設定し、目標点の方向に向かって進み、色変換マトリクスが存在する最も近い部分領域の色変換マトリクスを、入力画像データに割り当てることが好ましい。

また、第２の色空間の画像データに変換後の画像データが所定範囲外、例えば上記した例のように変換後のＲＧＢのうちでどれか１つでも０〜１以外であった場合、第１の色空間において目標点を設定し、入力画像データを所定の移動方法で目標点の方向に移動することによって、変換後の画像データが所定範囲内となる画像データに変換することが好ましい。

このような方法を用いることにより、色変換マトリクスが存在しない場合、あるいは色域外の画像データが入力された場合であっても、適切に色変換することができる。また、これにより、色変換マトリクスが存在しない場合、あるいは色域外の画像データが入力された場合であっても、不自然とならない色変換が可能となる。

入力画像データに対して設定される目標点については、図１２に関して上述したように、上記したいずれの場合でも、第１の色空間での無彩色の点（グレーの点）を目標点に設定することが好ましい。また、この目標点は、色空間での位置座標で設定しても良く、あるいは目標とする部分領域で設定しても良い。

上記したＬａｂ色空間の場合、目標点として好適に用いられる無彩色の点は、（Ｌ^＊，ａ^＊，ｂ^＊）＝（５０，０，０）の点となる。また、この目標点は、正規化した値で考えると（０．５，０．５，０．５）の点となる。また、必要に応じてこれ以外の点、例えば無彩色の点の近傍にある所定の点、を目標点としても良い。

図１３は、入力画像データに対応する色変換マトリクスが存在しない場合の色変換方法の一例を示す模式図である。図１３（ａ）においては、ａ軸−ｂ軸平面を各軸で７分割したとし、得られた７×７の部分領域のうちで、色変換マトリクスａ〜ｏが存在する部分領域５０Ａ〜５０Ｏを実線で示し、色域外で色変換マトリクスが存在しない部分領域を破線で示している。また、ここでは、ａ軸−ｂ軸平面の中心に位置する無彩色の部分領域５０Ｇの中心点を目標点とする。

このような入力色空間において、入力画像データが図中の左上にある色域外の領域５０Ｐにあったとする。この場合、領域５０Ｐには色変換マトリクスが存在しないので、図１３（ａ）に矢印で示すように、入力画像データから、グレーに対応する部分領域５０Ｇの目標点に向かって進む方向を想定する。

そして、色変換マトリクスが存在する最も近い部分領域５０Ｂ（図中、太線で示す）の色変換マトリクスｂを、領域５０Ｐの色変換マトリクス、すなわち入力画像データに対する色変換マトリクスとして割り当てる。これにより、色域外の入力画像データに対する色変換処理を、好適に実行することができる。さらに、このような割り当て処理を色変換マトリクスが存在しないすべての領域に対して行うことにより、図１３（ｂ）に示すように、色域外の領域を含むすべての部分領域に対して、色変換マトリクスが設定される。

図１４は、第２の色空間の画像データに変換後の画像データが所定範囲外（色域外）の場合の色変換方法の一例を示す模式図である。このような場合、色域外の入力画像データを目標点（移動目標点）の方向に所定の移動方法で移動する処理を行う。

画像データの移動方法については、図１４に示す例では、入力画像データと移動目標点との間をｘ_０分割（ｘ_０は２以上の整数）する。そして、入力画像データと目標点との間の色空間上の距離に対して１回当たりの移動割合を１／ｘ_０と設定するとともに、設定された移動割合１／ｘ_０で入力画像データが移動目標点に近づくように入力画像データを移動してから再度変換ステップを実行する処理を、変換ステップによる変換後の画像データが色域内になるまで繰り返す方法を用いている。

これにより、色域外の入力画像データの色域内への移動処理を、好適に実行することが可能となる。また、上記方法での移動割合１／ｘ_０については、移動割合１／ｘ_０を１０≦ｘ_０≦５０として設定することが好ましく、特に、図１２に関して上述したように、ｘ_０＝２０とすることが好ましい。

ここで、正規化したＬ^＊，ａ^＊，ｂ^＊の値をＣとし、設定された移動目標点での値をＣ_０とし、入力画像データと移動目標点との間の分割数をｘ_０とする。このとき、上記した移動処理をｘ回実行した後の画像データは、下記の式（２）で表される。
ここで、入力画像データに対応するｘの初期値は０で、移動処理毎にｘに１を足していく。

また、無彩色の点を移動目標点（Ｃ_０＝０．５）とし、分割数をｘ_０＝２０と設定すると、上記の式（２）は下記の式（３）のようになる。
入力画像データが色域外の場合、上記の式によってデータを移動して再度、色変換を行う。そして、ＲＧＢがすべて０〜１の値であれば得られた値を出力し、そうでなければｘに１を足してさらにデータを移動する。このような処理を行うことにより、色域外の入力画像データを色域内の画像データへと好適に変換することができる。

（実施例２）
以下、第２実施形態の実施例について説明する。なお、本発明は下記実施例により限定されるものではない。

本発明者は、広い色域を持つ被写体の正確なＸＹＺ三刺激値が取得できるカメラ（下記非特許文献９参照）で撮影した広色域ＸＹＺ画像に対して本実施形態による色変換方法を適用した。

図１５の画像（ａ）は、色変換後のＲ，Ｇ，Ｂ各データ全てが０以上１以下でない場合、若しくは入力されたＬａｂデータに対応する部分領域に学習データが存在しない場合に、黒色を印刷した画像である。この画像（ａ）に示すように、色域外の色は再現できていない。一方、図１５の画像（ｂ）は、本実施形態に係る色変換方法を適用して印刷した画像を示す。この画像（ｂ）では、画像（ａ）の黒の部分も自然な色に変換されており、広色域画像に対しても良好な画像を得ることができた。

（非特許文献９） 堀内智博、イジェッツターセン、大橋剛介、下平美文："正確な色情報の取得を目指した撮像装置の開発"、第１１回画像センシングシンポジウム、pp541-542 (2005)
（非特許文献１０） 加藤直哉、"Corresponding Color Reproduction from Softcopy Images to Hardcopy Images"、千葉大学博士論文、２００２年１月

本発明は、部分領域の境界部分で階調が不連続になるのを抑制し、高精度な色変換が可能な色変換マトリクスを作成する色変換マトリクス作成方法及び色変換方法として利用可能である。

Claims (11)

1. デバイスに依存しない第１の色空間の画像データを、予め定めた出力装置に対応する第２の色空間の画像データに変換するための色変換マトリクスを作成する方法であって、
   前記第１の色空間を構成する３軸のそれぞれについて分割数を含む分割方法を設定し、設定された前記分割方法によって前記第１の色空間を複数の部分領域に分割する分割ステップと、
   前記複数の部分領域のそれぞれについて、隣接する部分領域が所定割合で相互に重複するように、前記第１の色空間を構成する３軸のそれぞれの方向に前記部分領域を拡大した拡大部分領域を設定する設定ステップと、
   前記複数の部分領域のそれぞれに対し、前記出力装置の色域内の複数の色についてのテストパターンを測色して得られた測色データのうちで前記拡大部分領域に含まれる測色データに基づいて、前記第１の色空間の画像データを前記第２の色空間の画像データに変換するための前記色変換マトリクスを前記部分領域毎に作成する作成ステップと
   を含む色変換マトリクス作成方法を用い、前記色変換マトリクス作成方法により作成された前記部分領域毎の前記色変換マトリクスを用いた色変換方法であって、
   入力された前記第１の色空間における入力画像データが属する前記部分領域を判定する判定ステップと、
   前記色変換マトリクス作成方法により作成された前記部分領域毎の前記色変換マトリクスのうち、前記入力画像データが属する部分領域に対応した色変換マトリクスにより、前記入力画像データを、前記出力装置に対応する前記第２の色空間の画像データに変換する変換ステップと
   を含み、
   前記入力画像データに対応する前記色変換マトリクスが存在しない場合、前記第１の色空間において目標点を設定し、前記目標点の方向に向かって進み、色変換マトリクスが存在する最も近い部分領域の色変換マトリクスを、前記入力画像データに割り当てることを特徴とする色変換方法。
2. デバイスに依存しない第１の色空間の画像データを、予め定めた出力装置に対応する第２の色空間の画像データに変換するための色変換マトリクスを作成する方法であって、
   前記第１の色空間を構成する３軸のそれぞれについて分割数を含む分割方法を設定し、設定された前記分割方法によって前記第１の色空間を複数の部分領域に分割する分割ステップと、
   前記複数の部分領域のそれぞれについて、隣接する部分領域が所定割合で相互に重複するように、前記第１の色空間を構成する３軸のそれぞれの方向に前記部分領域を拡大した拡大部分領域を設定する設定ステップと、
   前記複数の部分領域のそれぞれに対し、前記出力装置の色域内の複数の色についてのテストパターンを測色して得られた測色データのうちで前記拡大部分領域に含まれる測色データに基づいて、前記第１の色空間の画像データを前記第２の色空間の画像データに変換するための前記色変換マトリクスを前記部分領域毎に作成する作成ステップと
   を含む色変換マトリクス作成方法を用い、前記色変換マトリクス作成方法により作成された前記部分領域毎の前記色変換マトリクスを用いた色変換方法であって、
   入力された前記第１の色空間における入力画像データが属する前記部分領域を判定する判定ステップと、
   前記色変換マトリクス作成方法により作成された前記部分領域毎の前記色変換マトリクスのうち、前記入力画像データが属する部分領域に対応した色変換マトリクスにより、前記入力画像データを、前記出力装置に対応する前記第２の色空間の画像データに変換する変換ステップと
   を含み、
   前記第２の色空間の画像データに変換後の画像データが所定範囲外の場合、前記第１の色空間において目標点を設定し、前記入力画像データを所定の移動方法で前記目標点の方向に移動することによって、前記変換後の画像データが前記所定範囲内となる画像データに変換することを特徴とする色変換方法。
3. 前記入力画像データと前記目標点との間の色空間上の距離に対して１回当たりの移動割合を１／ｘ_０（ｘ_０は２以上の整数）と設定し、設定された前記移動割合１／ｘ_０で前記入力画像データが前記目標点に近づくように前記入力画像データを移動してから再度前記変換ステップを実行する処理を、前記変換ステップによる前記変換後の画像データが前記所定範囲内になるまで繰り返すことを特徴とする請求項２記載の色変換方法。
4. 前記移動割合１／ｘ_０を１０≦ｘ_０≦５０として設定することを特徴とする請求項３記載の色変換方法。
5. 前記第１の色空間における無彩色の点を、前記目標点に設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の色変換方法。
6. 前記設定ステップにおいて、前記第１の色空間を構成する３軸のそれぞれについて、その軸方向の前記部分領域の長さＩに対して所定割合ｒ分だけ軸の両方向に領域を拡大することによって前記拡大部分領域を設定するとともに、前記所定割合ｒが０．１≦ｒ≦０．３を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の色変換方法。
7. 前記設定ステップにおいて、前記部分領域を前記拡大部分領域へと拡大するための前記所定割合は、前記部分領域を拡大する方向毎に別個に設定可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の色変換方法。
8. 前記第１の色空間は、ＣＩＥＬＡＢ空間であると共に、前記第２の色空間は、ＲＧＢ空間であり、
   前記測色データは、前記テストパターンにおける前記複数の色のそれぞれを測色したときのＲＧＢデータとＬａｂデータとの対応関係を表すデータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の色変換方法。
9. 前記分割ステップにおいて、前記第１の色空間を構成する３軸のうちのＬ軸について、前記分割数Ｄ_Ｌを３以上の範囲で設定することを特徴とする請求項８記載の色変換方法。
10. 前記分割ステップにおいて、前記第１の色空間を構成する３軸のうちのａ軸について、前記分割数Ｄ_ａを偶数に設定することを特徴とする請求項８または９記載の色変換方法。
11. 前記分割ステップにおいて、前記第１の色空間を構成する３軸のうちのｂ軸について、前記分割数Ｄ_ｂを３以上の範囲で設定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項記載の色変換方法。