JPH02127779A - カラー画像の色変更方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、カラーの画像の色を、自然さを損なわずに変
更する方法及び装置に関する。

（従来の技術） カラーデザインの分野にＣＡＤ（コンピュータ・エイデ
イラド・デザイン）が適用され、その中で色を変更する
ことが求められている。具体的には、デザインの対象（
例えば自動車）を含む画像を、スキャナやカラーカメラ
でコンピュータ・システムにとり込み、カラーデイスプ
レィに表示したのち、この対象の部分の色を変更（例え
ば、元々、赤い自動車のボディーを青色）することが要
求される。対象物体の色が本来は一様であっても光の反
射や透過の関係で陰影がついているため、自然に色を変
更することは簡単ではないが、既に以下のような方法が
知られている（特願昭６２−０７２０５６号明細書）。

従来の方法を第３図を参照して説明する。光源２１から
物体２２に当たって、カメラ２３に入る光は、鏡面反射
光２４と拡散反射光２５に大別できる。鏡面反射光は、
物体の表面で反射するもので、その分光組成は、光源と
同じで強度だけが変化する。拡散反射光は、光源の光が
物体の中に入射し、物質特有の分光吸収を受けたのち一
等方的に外部に射出されるものである。拡散反射光の分
光組成は光源とは異なっているのが普通である。そのた
め、対象面の各点の色の三成分（Ｒ，Ｇ、Ｂ）は、と書
くことができる。ここで、（Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏ）は拡散
反射光の三成分であり、物体により異なるので、本明細
書では以降、［物体色」と呼ばれる。

（Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂ−は鏡面反射光の三成分であり、光源
の色と等しいので、本明細書では以降［光源色」と呼ば
れる。α、ｐは射出光量に対する拡散反射光、鏡面反射
光の寄与の度合いを示しており、表面の材質、方向など
に関係する。これは、画素毎に異なるので、画素毎の画
素位置を（Ｘ、ｙ）とすると、このとき、同じ材質で色
が異なるものの見えかたは、物体色のみを（Ｒｏ’、Ｇ
ｏ’−Ｂｏりに変更することにより、式（３）のように
各画素値を計算することができる。

（本発明が解決しようとする問題点） しかし、このモデルは元々プラスティックのような物体
を対象に構築された物理モデルであるため、同じように
陰影のついた画像であっても透明物体の透過色や布地の
ようなものの反射色に適用しても自然な画像が得られな
い場合がある。

本発明は、この問題点を解決し、式（１）の成り立たな
い場合にも物体色の色変更を自然に行える、物体色の変
更方法及び装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 第一の発明は、カラー画像に含まれる物体上の、一定色
領域中の各画素の三原色値は、対数変換されると、三次
元の色空間において、光源色を通る吸収ベクトル方向の
直線上に分布すると仮定し、前記三原色値を該直線上の
中間座標値に変換し、次に所望の物体の色または第二の
光源色と所望の物体の色を与え、前記光源色または第二
の光源色を通る第二の吸収ベクトル方向の直線を設定し
、前記中間座標値から各画素の変更された三原色値を計
算することにより、上記色領域の色を所望の色に変更す
るカラー画像の色変更方法である。

第二の発明は、カラー画像を格納するカラー画像記憶手
段と、該カラー画像の光源色を記憶する光源色記憶手段
と、該カラー画像の各画素の三原色値を対数変換し、三
次元の色空間における分布方向を求める色分布計算手段
と、該分布方向と前記カラー画像の色から吸収ベクトル
を計算する吸収ベクトル計算手段と、各画素の色を前記
光源色と前記吸収ベクトルを用いて中間座標値に変換す
る中間画像計算手段と、各画素の該中間座標値を格納す
る中間画像記憶手段と、新たに与えられたカラー画像の
色から定められた第二の吸収ベクトルと前記光源色又は
新たに与えられた光源色及び前記中間座標から、各画素
毎に変更された三原色値を計算する変更画像計算手段と
を含み、カラー画像の対象となる色領域の色を所望の色
に変更するカラー画像の色変更装置である。

（作用） 本発明の作用を第４図及び第５図を参照して説明する。

例えば、色ガラスのシェードを通る光の陰影は第４図の
ように電球３０から発した光が色ガラス３１の中を何回
も反射して吸収されることにより生成されていると考え
られる。また、絨毬のような毛足の長い繊維の色は、第
５図のように光源３２から発した光が何回も繊維３３に
反射しながら目に届くため、陰影を生じると考えられる
。この２つの場合は、ある吸収特性を持った媒質に光源
のエネルギが吸収される程度をモデル化することによっ
て反射される色が近似できる。

光源の分光エネルギ分布をＳ（λ）とし、対象の物質の
単位長の透過率または単位回数後の反射率をｐ（λ）と
する。すると、透過や反射による吸収の影響を受けたの
ちの分光エネルギ分布Ｓ’（λ）は式（４）のように表
される。

ｓ’（λ）＝Ｓ（λ）ｐ′（λ）（４）ここで、ｌは透
過なら媒質を通る光路長、反射ならその相対的な回数を
示す。

光源色は（Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂ３）で表され、Ｓ（λ）とは
赤、緑、青に対応するセンサの感度をそれぞれ、〒（λ
）、ｉ（λ）、Ｓ（λ）とすると、 鳥−＝ｒｓ（λ）〒（λ）ｄＡ Ｇ８＝ｆＳ（λ）ｇ（λ）ｄＡ　　　　　（５）Ｂｓ＝
／Ｓ（λ）ｂ（λ）ｄＡ の関係にあり、透過または反射後の色（Ｒ，Ｇ、Ｂ）は
同様に、 の関係にある。式（５）および式（６）の形では、媒質
の分光特性ｐ（λ）を知らない限り光源色と光路長また
は反射回数との関係で（Ｒ，Ｇ、Ｂ）を求めることはで
きない。

しかし、すべての分光特性について、波長に関して滑ら
かに変化することを仮定すれば、第６図のように区分的
に一定な分光特性で近似することが可能である。即ち、
光源はλ〉Ａ２で鳥、Ａ１くλくＡ２でＧｓ、λくＡ１
でＢ３の強度を持つ光と考え、物体の透過率または反射
率はλ〉Ａ２で９ｒｓλ１くλくＡ２でｐｇ、λくＡ１
でｐｂであると考える。この場合、物体色はｌとの関係
で Ｒ＝ｐｒ・Ｒ，、Ｇ＝ｐ、、Ｇ、、Ｂ＝ｐｂ　−Ｂｓ　
　　　（７）のように求められる。この式の対数をとり
濃度の形で表すと、 Ｄ、＝　−１ｏｇＲ＝　−ｌ−１ｏｇｐｒ−１ｏｇＲｓ
　＝　１−Ｐｒ＋　ＤｒｓＤｇ−ＩｏｇＧ＝−１−１ｏ
ｇｐｇ−１ｏｇＧｓ＝ｌ−Ｐｇ＋Ｄｇｓ（８）Ｄｂ−ｌ
ｏｇＢ　＝　Ｊ−１ｏｇｐｂ−１ｏｇＢｓ　−１−Ｐｂ
＋　Ｄｂｓここで、 Ｐｉ　”−１ｏｇｐｉ＋Ｄｉｓ　−−’Ｏｇ’ｓ　（１
＝　ｒ２ｇｓｂ；　Ｉ　＝　ＲｔＧｒＢ）ｔとなり、ｌ
の変化による色の変化は第７図に示すように（Ｄｒ＋Ｄ
ｇ＋Ｄｂ）濃度空間内で光源濃度ベクトル９−（Ｄｒｓ
、Ｄｇｓ、Ｄｂｓ）を通る直線３４にのる。一定色領域
の各点の色濃度ベクトル Ｃ（ｘ、ｙ）−（Ｄｒ（ｘ、ｙ）、Ｄｇ（ｘ、ｙ）、Ｄ
ｂ（ｘｔｙ））は、吸収ベクトルＰをＰ　Ｍ　（Ｐｒ、
Ｐｇ、Ｐｂ）と定義することにより、Ω（Ｘ、ｙ）＝　
ｌ（Ｘ、ｙ）・旦＋ら　　　　　　　　（９）のように
表される。実際には画像にノイズ成分が含まれるため、
色分布は直線から広がるが、吸収ベクトルＰの方向は一
定色領域の濃度空間での色分布の形から、例えば、第１
主軸の方向ベクトルＶにより以下のように求めることが
できる。

一定色領域内の各点の濃度の濃度空間での分布の共分散
行列を１次の形の対称行列になる。

Σ＝−［ＡＩ ここで行列［ＡＩの成分Ａｉｊは、 Ａｌｌ　”Σ（Ｄｒ（ｘ、ｙ）−Ｄｒ）Ａ２１　”　Ａ
１２ Ａ２３＝Σ（Ｄｇ（ｘ、ｙ）−ＤｇＸＤｂ（ｘ、ｙ）−
Ｄｂ）Ａ３１”Ａ１３ Ａ３２”Ａ２３ Ａ３３　＝　Ｅ（Ｄｂ（ｘ、ｙ）−Ｄｂ）である。

これは、 直交行列Ωを用いて対角化することがで（ｖｌ、ｖ２．
ｖ３）の内、最大の固有値に対応するｖｌを第１主軸の
方向ベクトルＸとする。

以上の理論から、一定色領域の色変更は次の手順により
行われる。

■光源色（Ｒ，、、Ｇ、、Ｂ、）を決定し、これから光
源色濃度ベクトルＣ３を得る。

■一定色領域の一点（ここで、１．＝１と考える）を指
示し、その色を（Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏ）（以降基準色と呼
ぶ）とし、式（８）と同様に基準色濃度（Ｄｒｏ、Ｄ、
ｏ、Ｄｂｏ）を求める。

■基準色を所望の新しい基準色（Ｒｏ’、Ｇｏ’、ＢＯ
’）に変更するように色を与える。

すると、まず、ｌ＝１で基準色濃度ベクトル（ＤｒＯ２
Ｄｇｏ、ＤｂＯ）を００とおくと、これを式（９）の直
線上の最も近い点に投影し、 Ｐ＝（（Ｃｏ−Ｃ，）Ｊｖｙ　　　　　　　　　　　（
１２）により吸収ベクトルＰが得られる。ここで（・）
はベクトルの内積を示す。これと同様に、一定色領域内
の各点についても、その色濃度ベクトルΩ（Ｘ、ｙ）か
ら、ｌ（ｘ、ｙ）を次のように求めることができる。

また、ｌ＝１の点を（Ｒｏ’−Ｇｏ’、Ｂｏ’）に変更
するので、新しい基準色濃度Ｃ０’！（Ｄｒｏ’、Ｄｇ
ｏ’、Ｄｂ０’）と置くことにより、変更された色に対
する吸収ベクトルＰＬ−（Ｐｒ’＋Ｐｇ’＋Ｐｂ’）は
、■竺”Ｃｏ’−Ｃｓ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（１４）として求められる。各唾
棄のｌ（ｘ、ｙ）は既に求まっているので、色変更され
た画素の色は、式（９）と同様に式（１５）により得る
ことができる。

Ｃ’（ｘ、ｙ）＝ｌ（ｘ、ｙ）−Ｐ’＋Ｃ５（１５）（
実施例） 本発明の実施例を第１図を参照して説明する。カラー画
像メモリ１には色変更を行いたい対象を含むフルカラー
画像が例えば、Ｒ，Ｇ、Ｂ各８ビットの階調で格納され
ている。この内容はＤ／Ａコンバータ２を介して、ＣＲ
Ｔ３にカラー画像として表示される。マスク画象メモリ
４は、この画像中の、色変更の対象とする色領域のマス
クを各画素１ビツトで格納している。この関係を第２図
に示す。カラー画素メモリには、ガラスのシェードのあ
る照明を含む室内の情景が格納されている。マスク画像
メモリ４は、この内、色変更の対称となるガラスのシェ
ードの部分についてのみ“１″で、それ以外の部分につ
いては“０′”を値とするマスク画像を持つ。マスク画
像は、ＣＲＴによってカラー画像を観察しながらボイン
ティング・デバイスで輪郭をとり中を塗りつぶすような
公知の技術で既に作られていると仮定する。

第１図の色分布計算手段５は、マスク画像メモリ４及び
カラー画像メモリ１の各画素を走査し、前者の値が“１
″である画素について、カラー画像メモリに格納されて
いる（Ｒ，Ｇ、Ｂ）から、まず、濃度（Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄ
ｂ）を得、式（１０）に従って、色分布の共分散行列を
作る。そして、これを対角化することにより、固有ベク
トルを求め、第１主軸の方向ベクトルをＸとして求める
。色分布計算手段５は以上の計算をプログラムしたマイ
クロコンピュータなどにより実現される。求められたＶ
は、主軸ベクトル記憶手段６に格納される。

色指定手段７は利用者の指示により、ＣＲＴ３とポイン
ティング・デバイス８を利用して、画像中から光源色及
び基準色をピックアップし、それぞれ濃度に変換し、光
源色濃度ベクトルＣ３を光源色記憶手段９に格納し、基
準色濃度ベクトルＣ８を基準色記憶手段１０に格納する
。吸収ベクトル計算手段１１は更にＣ０を主軸ベクトル
Ｘを参照して式（１２）により吸収ベクトルＰに変換し
、第一の吸収ベクトル記憶手段１２に格納するものでマ
イクロコンピュータなどで実現できる。中間画像計算手
段１３は、マスク画像メモリ４の各画素を走査し、値が
“１”である画素に対して、カラー画像メモリ１に格納
されている画素値（Ｒ（ｘ、ｙ）、Ｇ（ｘ、ｙ）、Ｂ（
ｘ、ｙ））からまず式（８）に従って濃度ベクトルΩ（
ｘ、ｙ）を求め、更に式（１３）に従ってｌｃｘ、ｙ）
を計算し画像データとして中間画像メモリ１４に書き込
む。中間画像が完成した段階で、色変更の準備は整った
ことになる。

実際の色変更は、まず利用者が、例えばポインティング
デバイス８やキーボード１５から基準色（ＲＯ２Ｇｏ、
Ｂｏ）の代わりの新しい基準色のＲＧＢ値（Ｒｏ’、Ｇ
ｏ’、Ｂｏ’）を色指定手段７に与え、新しい基準色濃
度ベクトルＣ６′が基準色記憶手段１０に格納される。

更に吸収ベクトル計算手段には、これから上記と同様に
式（１４）により第二の吸収ベクトルＰ′を計算し、第
二の吸収ベクトル記憶手段１６に格納する。

変更画像計算手段１７は、マスク画像メモリ４の各画素
を走査し、やはり値が“１”である画素に対して、中間
画像メモリ１４から得られるｌ（ｘ、ｙ）、第二の吸収
ベクトル記憶手段１６から得られるＰ′及び光源色記憶
手段９から得られる偽から、式（１５）によりｍｘ、ｙ
）を求め、得られた濃度値を三原色値に戻した画素値（
Ｒ’（Ｘ、ｙ）、Ｇ’（Ｘ、ｙ）、Ｂ’（Ｘ、ｙ））を
再びカラー画像メモリ１に書き込む。これが、全画素に
ついて終了した時点で、カラー画像メモリ１中の画像の
マスク画像に′１”が立っている画素の色は所望の色に
不自然さなく置き換えられている。

尚、以上では光源色を変えずに物体の色を変更すること
についてのみ記述したが、光源の色も変更する場合には
、色指定手段７、ポインティングデバイス８、キーボー
ド１５などによって新しい光源色Ｃｓを指定し、光源色
記憶手段９の内容を書き換えたのち、上記と同様に変更
画像計算手段１７により、式（１５）を実行しこれを実
現することができる。

（発明の効果） 以上に述べた方法及び装置により、カラー画像中に含ま
れる、本来一定色であるが、透過や反射の工夫により濃
淡のある領域の色を、自然さを損なわず、指定した色に
変更することができる。本発明によりデザインの色を、
画像の周囲の状況を変化させることなく自然に変更して
表示することができるので、実際にその色の製品を作る
ことなく配色などのチエツクを行うことができ、工業的
、経済的に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は第
１図におけるカラー画像メモリとマスク画像メモリの関
係を示す説明図、第３図は従来の色変更方法で用いる物
体から反射される光の組成の説明図、第４図は本発明の
作用を透明物体で説明する説明図、第５図は本発明の作
用を反射物体で説明する説明図、第６図は本発明の作用
で仮定する区分的に一定な分光特性の説明図、第７図は
本発明の仮定における色分布の説明図である。 図において、 １・・・カラー画像メモリ、２・・・Ｄ／Ａ変換器、３
・・・ＣＲＴ、４・・・マスク画像メモリ、５・・・色
分布計算手段、７・・・色指定手段、１１−９．吸収ベ
クトル計算手段、１３・・・中間画像計算手段、１４・
・・中間画像メモリ、１７・・・変更画像計算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カラー画像に含まれる物体上の、一定領域中の各画
   素の三原色値は、対数変換されると、三次元の空間にお
   いて、光源色を通る吸収ベクトル方向の直線上に分布す
   ると仮定し、前記三原色値を該直線上の中間座標値に変
   換し、次に所望の物体の色または第二の光源色と所望の
   物体の色を与え、前記光源色または第二の光源色を通る
   第二の吸収ベクトル方向の直線を設定し、前記中間座標
   値から各画素の変更のされた三原色値を計算することに
   より、上記色領域の色を所望の色に変更するカラー画像
   の色変更方法。 ２、カラー画像を格納するカラー画像記憶手段と、該カ
   ラー画像の光源色を記憶する光源色記憶手段と、該カラ
   ー画像の各画素の三原色値を対数変換し、三次元の色空
   間における分布方向を求める色分布計算手段と、該分布
   方向と前記カラー画像の色から吸収ベクトルを計算する
   吸収ベクトル計算手段と、各画素の色を前記光源色と前
   記吸収ベクトルを用いて中間座標値に変換する中間画像
   計算手段と、各画素の該中間座標値を格納する中間画像
   記憶手段と、新たに与えられたカラー画像の色から定め
   られた第二の吸収ベクトルと前記光源色又は新たに与え
   られた光源色及び前記中間座標値から、各画素毎に変更
   された三原色値を計算する変更画像計算手段とを含み、
   カラー画像の対象となる色領域の色を所望の色に変更す
   るカラー画像の色変更装置。