JPH01175078A - 画像量子化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は表示可能な色数に制限のあるシステムで用いら
れる色量子化画像を、自然カラー画像から効率良く生成
することのできる画像量子化装置に関する。

（従来の技術） キャプテンやパーソナル・コンピュータ等のシステムで
は、その表示可能な色数に制限がある。

この為、テレビカメラ等を介して入力された自然画像を
ディジタル化し、これを画像表示する場合にはその色数
を上述した表示可能な色数に制限することが必要となる
。例えば自然カラー画像をＲ・Ｇ−Ｂの３原色に分解し
、各色情報をそれぞれ８ビツトで表現すると上記自然カ
ラー画像は２２４色（−１８７７７２１８色；約１６０
０万色）もの色を取り得る。これに対してパーソナル・
コンピュータ等で取扱い可能な色数は２５６色程度であ
り、上述した自然カラー画像をパーソナル・コンピュー
タで表示する場合には、当然、その色を量子化すること
が必要となる。

この色量子化は、基本的には自然カラー画像中の代表的
な所定数の色を選定し、残された色を上記代表色にそれ
ぞれ統合することによって行われる。具体的には、従来
では専ら代表色を選定した後、自然カラー画像の各色が
取り得る所定の色空間上において、各色と上記各代表色
との距離りをそれぞれ３１算し、その距離りが最も短い
代表色へその色を統合して色の量子化が行われている。

ここでの距離りとしては、通常、ユークリッド距離が用
いられ、代表色の上記色空間上における座標を（１７，
Ｇ、Ｂ）、統合すべき色の座標を（ｒ、ｇ、ｂ）とした
とき、 Ｄ２−　　（Ｒ−ｒ）２＋　　（Ｇ−ｇ）２＋　　（Ｉ
３−ｂ）２として計算される。

然し乍ら、このようにして代表色への色の統合（色量子
化）を進めるには多大な処理時間を必要とすると云う問
題がある。例えば１８００万色を　２５ｆｉ色に統合す
る場合には、（１０００万×２５６回）の距離目算を必
要とする。このことは乗算処理だけでも（１８００万×
２５６回×　ｉ回）の演算を必要とすることを意味する
。しかもこの種の演算を１秒間に１圓万回の演算が可能
な大形計算機を用いて実行するとしても、１２．０００
秒、つまり３時間以上の処理時間を必要とすることにな
る。この為、この種の色量子化処理を高速度に短時間で
実行することが強く望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来にあっては、色量子化処理に要する処理
時間が多大であり、この種の色量子化処理を含む画像編
集処理における大きな課題となっている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、色量子化処理を簡易に効率良く
、高速に実行することのできる色量子化装置を提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る色量子化装置は、ディジタル・カラー画像
における各色の出現頻度に従って所定数の代表色を選定
し、先ず所定の色空間において上記選定された代表色に
隣接する色をその代表色にそれぞれ統合した後、残され
た色についてその色に隣接する色が既に上記代表色に統
合されているか否かを、例えば残された各色を上記色空
間上において前向きおよび後向きにそれぞれラスタ走査
して順次指定しながら調べ、その隣接色が既に代表色に
統合されている場合には、その色を上記隣接色が統合さ
れた代表色に順次統合して行くようにしたことを特徴と
するものである。

（作用） 本発明によれば、ディジタル・カラー画像における各色
の出現頻度を求め、この出現頻度に従っ′て、例えば各
色の出現頻度分布において極大値を持つ色、および上記
頻度分布の２次微分値が極大値をとる色等として所定数
の代表色を選定した後、所定の色空間上において上記選
定された代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統
合される。

その後、残された色については、例えば上記色空間にお
いて前向きおよび後向きにそれぞれラスタ走査して順次
指定しながらその色に隣接する色が既に上記代表色に統
合されているか否かを順次調べ、隣接色が既に代表色に
統合されている場合には、その色を上記隣接色が統合さ
れた代表色に順次統合していくことにより、上記代表色
への隣接色の統合が出現頻度の少ない色に向けて順次伝
播される。

従って従来のように残された色について代表色との距離
を一々計算することなく、隣接色の代表色への統合を出
現頻度の低い色に向けて進めていくだけで、非常に簡易
に効率良く行い得る。しかもこのような代表色への統合
処理を、例えば所定の色空間における各色の前向きおよ
び後向きの２回のラスタ走査によって実現することがで
きるので、短時間での高速処理が可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

第１図は実施例に係る画像量子化装置の概略構成を示す
ブロック図である。この実施例装置において、カラー画
像入力部１はテレビカメラ等にて撮像入力された自然カ
ラー画像を、例えばＲ−Ｇ・Ｂの３原色に色分解し、各
色成分をそれぞれ４ビツトのディジタル信号を変換して
ディジタル・カラー画像を生成する。出現頻度計測部２
は上記ディジタル・カラー画像の各色（２４＋４＋４−
４０９６色）についての出現頻度をそれぞれ求め、例え
ばＲ−Ｇ−Ｂ色空間等の所定の色空間上における出現頻
度分布を求めている。

代表色選定部３は上記所定の色空間上におけるディジタ
ル・カラー画像の各色についての出現頻度分布から、例
えば表示可能な色数によって決定される色量子化すべき
所定数の代表色を選定するものである。この所定数の代
表色の選定は、例えば本発明者等が先に提唱した特願昭
０２−７４８５１号等に開示した技術を用いる等して行
われる。

具体的には、前記色空間上における色の出現頻度分布か
ら極大値をとる色をそれぞれ求め、これを代表色とする
。例えば第２図に示すように赤とマゼンタに頻度の山（
極大値）がある場合には、これらの色を代表色として選
定する。また第３図に示すように赤とマゼンタの出現頻
度の山が近接し、この結果、マゼンタの山が赤の山に吸
収されて代表色の候補として選定されなく場合がある。

このような不具合については、例えば上記色の出現頻度
分布の前記色空間上における２次微分を求め、その２次
微分の極大値をとる色についても代表色の候補として選
定した上で代表色を選定するようにすれば良い。

尚、極大値をとる色が色量子化数よりも多い場合には、
その出現頻度が上位の色を代表色として選定するように
すれば良い。

しかして代表色統合部４は上述した如く選定された代表
色に、残された色を順次統合処理して前記ディジタル・
カラー画像の色量子化を実行するもので、本装置の主要
部をなす。この色統合処理は第４図に概略的な流れを示
すように、代表色に隣接する色をその代表色に統合する
処理１１、隣接色の代表色への統合を、例えば第５図に
示されるＲ−Ｇ−Ｂ色空間において左上から右下方向ヘ
ラスタ走査して伝播する処理１２．逆に上記隣接色の代
表色への統合をＲ−Ｇ−Ｂ色空間において右下から左上
方向ヘラスタ走査して伝播する処理１３、そしてこれら
の処理１１．１２．１３によっても代表色に統合されず
に残された色について、距離計算により前記代表色に統
合する処理１４からなる。

即ち、上記代表色への隣接色の統合は前記Ｒ・Ｇ−Ｂ色
空間において選定された代表色をＶｏとしたとき、第６
図に示すようにＲ−Ｇ−Ｂ色空間において上記代表色Ｖ
ｏに隣接する色Ｖｌ、　Ｖ２．〜■６をそれぞれ上記代
表色Ｖｏであると看做することによって行われる。この
ような代表色への統合によって前記ディジタルタ・カラ
ー画像において上述した各色Ｖｌ、　Ｖ２．〜■６をそ
れぞれとる画素の色が上記代表色■０に変更され、ここ
にその色の統合が行われることになる。

以上のようにして代表色への隣接色への統合処理１１が
行われた後、その代表色への更に隣接する色の統合を行
い、代表色への統合領域を出現頻度の少ない色に向けて
順次拡大する。この代表色への統合領域の拡大処理は、
先ず前記第５図に示すＲ−Ｇ−Ｂ色空間ｆ［Ｉ、ｊ、に
コｌ　ｉ、ｊ、に−０，１，〜１５）　において、［０
，０，Ｏ］から１．ｊ、ｋが順に増加する方向に各色を
右下に向けてラスター走査して指定し、その指定された
色に隣接する色が既に代表色に統合されているか否かを
調べて行われる。そしてその隣接色が既に代表色に統合
されている場合には、上記指定された色についてもその
隣接色が統合されている代表色へ統合する。

しかし代表色の中にはその頻度が極大値をとらないもの
も存在するので、上記［１，ｊ、ｋｌとして指定された
色の頻度よりも高い頻度の隣接色が出現する可能性があ
る。従ってこのような場合には、どの代表色へ統合する
かが正要な課題となる。

そこで本装置では次のような優先順位を設定して代表色
への統合を行なうようにしている。即ち、前記色空間に
おいてＥｌ、ｊ、ｋｌなる色が指定されたとき、 （Ｉ）　１つ前の色［：Ｉ−１，ｊ、ｋｌが既に代表色
に統合されており、その代表色が［１°、ｊ、ｋｌから
伝播されたものである場合（但し、１゛≦ｉ−ｉ　＞　
、上記［ｉ、ｊ、ｋｌなる色をその代表色に統合する。

（ｎ）　　上記（１）の条件が満たされない場合には、
１走査線前の隣接色［１，ｊ−１，ｋｌを調べ、その色
［ｉ、ｊ−１，ｋｌが既に代表色に統合されており、且
つその代表色が［１’、ｊ’、ｋｌから伝播されたもの
である場合には（但し、１°≦ｉ、ｊ’≦１−１　＞　
、上記［１，ｊ、ｋｌなる色をその代表色に統合する。

（ＩＩＩ）　　その後、上記（１）（ＩＩ）の条件が夫
々溝たされない場合には、［１，ｊ、に−１１、［１，
ｊ−１，ｋｌ　。

［１１、ｊ　、　ｋｌの順序で、その隣接色が既に代表
色に統合されているか否かを調べ、代表色に統合されて
いる場合には、その代表色に統合する。

尚、この代表色の統合処理では、ラスター走査の前方向
に隣接する色については考慮せず、後述する前記Ｒ−Ｇ
−Ｂ色空間における左上に向けての逆方向のラスター走
査による色統合処理に委ねる。従って、［Ｉ＋ｌ、ｊ、
ｋｌ　、　　［１，ｊ＋ｌ、ｋｌ　、　　［：ｉ、ｊ、
に＋ｌコの隣接色が既に成る代表色に統合されていても
、ここでの色統合処理から除外される。

しかる後、今度は前記第５図に示すＲ−Ｇ−Ｂ色空間（
［１，ｊ、ｋｌ　ｌ　１．ｊ、に−０，１，〜１５）　
において、０５．１５．１５］から１．ｊ、ｋが順に減
少する方向に各色を左上に向けてラスター走査して逆順
に指定し、その指定された色に隣接する色が既に代表色
に統合されているか否かを調べて前述した代表色の統合
領域の拡大処理１３を行なう。

ここでの代表色領域の拡大処理についても、所定の優先
順位に従って統合すべき代表色を選択しなから行オ〕れ
る。即ち、前記所定の色空間において［１，ｊ、ｋ〕な
る色が指定されたとき、（■）　１つ前の色［ｉ＋１．
ｊ、ｋｌが既に代表色に統合されており、その代表色が
［ｉ’、ｊ、ｋｌから伝播されたものである場合には（
但し、ｌ゛≧１＋１　）　、上記［１，ｊ、ｋｌなる色
をその代表色に統合する。

（Ｖ）　　上記（ＩＶ）の条件が満たされない場合には
、１走査線前の隣接色［１，ｊ＋１．ｋｌを調べ、その
色［１，ｊ＋１．ｋｌが既に代表色に統合されており、
且つその代表色が［ｉ’、ｊ’、ｋｌから伝播されたも
のである場合には（但し、１′≧ｌ、ｆ≧ｉ＋ｔ　＞　
、上記［１，ｊ、ｋｌなる色をその代表色に統合する。

（Ｖｌ）　　その後、上記（ＩＶ）（Ｖ）の条件が夫々
溝たされない場合には、［１，ｊ、に＋１］　、　［１
，ｊ＋ｌ、ｋｌ　。

［１＋ｌ、ｊ、ｋｌの順序で、その隣接色が既に代表色
に統合されているか否かを調べ、代表色に統合されてい
る場合には、その代表色に統合する。

以上の統合処理１２．１３によって先に代表色の選定か
ら漏れた色（残された色）の殆んどが上記代表色に順次
統合されるが、希に代表色に統合されない色が残る場合
がある。このような色については、その色数が少数であ
ることから前述したＲ・Ｇ−Ｂ色空間上における代表色
との距離りをそれぞれ計算し、その距離りが最も短い代
表色に対して統合する。

このような処理手続きを経ることにより、前記ディジタ
ル・カラー画像を形成する複数（多数）の色が前述した
如く選定された所定数の代表色にそれぞれ統合され、こ
こに画像の色量子化が実現されることになる。

第７図は上述した画像処理における色統合処理の過程を
模式的に示すもので、第７図（ａ）はディジタル・カラ
ー画像を示している。尚、升目で区切られた各領域は画
素を示し、その内部に示される数値はその画素が取る色
の画像全体における出現頻度を示している。また出現頻
度を囲むＯ口◎は、前述した各色の出現頻度分布に従っ
て選定された代表色をそれぞれ示している。従ってここ
ではＱで囲まれた数値（２０）が記載された画素の色が
代表色として選定され、その色の出現頻度が［２０］で
あることが示される。同様にして口で囲まれた数値（９
）が記載された画素の色が代表色として選定され、その
色の出現頻度が［９］であること、更に◎で囲まれた数
値（１０）が記載された画素の色が代表色として選定さ
れ、その色の出現頻度が［１０］であることがそれぞれ
示される。

このようにして代表色が選定されたディジタル・カラー
画像に対して、先ず前記Ｒ−Ｇ−Ｂ色空間上において上
記代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統合する
。ここで自然画像であるディジタル・カラー画像におけ
る色の分布は、色の境界部分を除いて、通常、隣接色の
繋がりとして表現される。従って代表色として選定さた
色の画素に隣接する画素の色の殆んどは上記代表色に隣
接する色である。従ってＲ−Ｇ−Ｂ色空間上において上
記代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統合した
場合、−殻内には第７図（ｂ）に示すように代表色とし
て選定された色の画素に隣接する画素の色（代表色に隣
接する色）が上記代表色にそれぞれ統合され、ここに代
表色の統合領域がそれぞれ拡大されるごとになる。

しかる後、前述したようにＲ−Ｇ−Ｂ色空間における各
色を順にラスタ走査し、各色を代表色に統合するか否か
を順次判定しながら、各代表色への統合を進める。この
統合処理は前述した統合の優先順位に従って行われるこ
とは云うまでもない。

このような統合処理により、代表色に隣接する色、更に
その色に隣接する色へと順に代表色への統合処理が進め
られ、代表色として選定された色の画素を中心として、
例えば第７図（Ｃ）に示すように代表色領域の拡大が行
われる。

尚、この代表色への統合が、代表色として選定された色
の画素とその隣接画素の色に着目し、その色の出現頻度
だけに従って進められた場合には、例えばその代表色領
域の拡大が第７図（ｄ）に示すように行われる。そ１．
てその代表色領域がディジタル・カラー画像の色的な性
質を無視した状態で不自然に進められると云う不具合が
生じる虞れがある。

この点、本装置では前述したような規則に立脚し、２代
表色として選定された色から、その出現頻度が低゛ドす
る隣接色の方向にその代表色の統合を進めるので、つま
り代表色への統合の範囲を上記出現頻度が低下する隣接
色の方向へ順次伝播させＺ　ｊ−ｒ　ｆ＆　ウ（１）　
Ｔ、第７　＊ｃａｓ　＋、：：＝ｔ、）”を不ｘａａｉ
ｇ来することなしに自然性良く代表色への統合を行なう
ことができる。

以上のようにして代表色への統合が順次進められること
により、ディジタル・カラー画像を形成する色の全てが
上述した所定数の代表色にそれぞれ統合され、最終的に
は第７図（ｅ）に示す如く色量子化画像が形成される。

そして各代表色への統合領域は、それぞれ前述した如く
選定された代表色の画素を中心とし、出現頻度の低い隣
接色に向けて順次その統合を伝播させて拡大されたもの
となる。この結果、その色量子化画像は自然カラー画像
の特徴を反映した自然性の高いものとして生成されるこ
とになる。

尚、第７図（ｅ）では１．各代表色への統合領域の境界
を太線で示しである。

かくして上述した色量子化処理によれば、代表色への統
合処理を出現頻度の低い隣接色へと順次伝播させて行な
うので、従来のように各色毎に代表色との距離を計算す
る必要がなく、その処理の高速化を図り得る。例えば１
０００万色を２５０色に色量子化する場合であっても、
高々（ＩＧＯＯ万回Ｘ数回Ｘ数回算によって実現するこ
とができ、通常の計算機を用いた場合であっても数分で
処理可能である。その上で、残された色の代表色への統
合を距離計算によって行なうとしても、その演算に要す
る時間は僅かであり、上述Ｉ−た数分の処理時間に比較
して殆んど問題とならない。従って従来の色量子化処理
に必要な時間に比較して、その処理速度を十倍から数十
倍に向上させ、処理効率の向上を図ることが可能となる
。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。例えばカラー画像の色数や、それを量子化する色数は
仕様に応じて定めれば良いものである。またここでは、
Ｒ・Ｇ・Ｂ空間における隣接色を求めて色統合処理を行
なったが、他の色空間においても同様に色統合処理を実
行することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。

。［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、非常に効率良く、
しかも短時間に自然性良く色の量子化処理を進めること
ができ、色量子化処理を必要とする種々の画像処理にお
いて実用上多大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係る画像量子化装置を説明する
もので、第１図は実施例装置の概略構成図、第２図およ
び第３図はそれぞれディジタル・カラー画像における色
の出現頻度分布と代表色の選定について説明する為の図
、第４図は代表色統合処理の手順を示す図、第５図はＲ
−Ｇ−Ｂ色空間の概念を示す図、第６図はＲ−Ｇ−Ｂ色
空間における隣接色の概念を示す図、第７図は本発明に
よる代表色統合処理の過程を模式的に示す図である。 ■・・・カラー画像人、力部、２・・・出現頻度計測部
、３・・・代表色選定部、４・・・代表色統合部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図　　　　第３テ 第４図　　　第６図 第７図（ａ） 第７図　（ｂ） ７７　区　（ｃ） 第７図（ｄ） 第　７　　Ｑ　　（ｅ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディジタル・カラー画像における各色の出現頻度
   を求める手段と、この出現頻度に従って所定数の代表色
   を選定する手段と、所定の色空間において上記選定され
   た代表色に隣接する色をその代表色にそれぞれ統合する
   手段と、残された色についてその色に隣接する色が既に
   上記代表色に統合されているか否かを順次調べ、隣接色
   が代表色に統合されている場合には、その色を上記隣接
   色が統合された代表色に統合する手段とを具備し、前記
   所定の色空間内において選定された所定数の代表色への
   隣接色の統合を出現頻度の少ない色に向けてそれぞれ伝
   播させてなることを特徴とする画像量子化装置。
2. （２）所定数の代表色の選定は、所定の色空間上での各
   色の出現頻度分布において極大値を持つ色を選定すると
   共に、上記頻度分布の２次微分値が前記色空間上におい
   て極大値をとる色を加えて選定されるものである特許請
   求の範囲第１項記載の画像量子化装置。
3. （３）残された色の代表色への統合は、残された各色を
   所定の色空間において前向きおよび後向きにそれぞれラ
   スタ走査して順次指定し、その色の隣接色が既に代表色
   に統合されているか否かを調べて行われるものである特
   許請求の範囲第１項記載の画像量子化装置。（４）代表
   色への隣接色の統合処理によって残された色は、所定の
   色空間における代表色との距離を計算して統合されるも
   のである特許請求の範囲第１項記載の画像量子化装置。