JPH03127278A - System and device for color picture processing - Google Patents
System and device for color picture processingInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、コンピュータグラフィックスの分野において
写実的に表示するカラー画像処理方式及び装置に関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a color image processing method and apparatus for realistically displaying images in the field of computer graphics.
従来の技術
近年、カラー画像処理方式及び装置は、写実的な表示を
用いて言葉や数値では表現が困難な現象を可視化し、計
算機と人間のコミユニケージロンを図るための道具とし
て種々の設計に利用されている。以下図面を参照しなが
ら、上述した従来のカラー画像処理方式及び装置の一例
について説明する。第３図は従来のカラー画像処理方式
及び装置の構成を表すものである。第３図において、１
１は照度演算部である。１２は表示輝度演算部である。Background of the Invention In recent years, color image processing methods and devices have been designed in various ways as tools to visualize phenomena that are difficult to express in words or numbers using realistic displays, and to promote communication between computers and humans. It's being used. An example of the conventional color image processing method and apparatus described above will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows the configuration of a conventional color image processing system and device. In Figure 3, 1
1 is an illuminance calculation section. 12 is a display brightness calculation section.
以上のように構成されたカラー画像処理方式及び装置に
ついて、以下にその動作について説明する。The operation of the color image processing method and apparatus configured as described above will be explained below.
まず、照度計算部ＩＩでは、物体の位置関係とその形状
や反射特性、光線の方向より、陰影などを正確にかつ自
然にシミュレーシロンする。シミュレーシロンの手法と
しては、視点から光源に対して光線の追跡を行うレイト
レーシング法や、物体表面の照度分布を計算するラジオ
シティ法などがある。また、表示輝度演算部１２では、
物体の表面に、照度演算部１１でのシミュレーシａン結
果に基づき、予め用意された画像データを張り付ける。First, the illuminance calculation unit II accurately and naturally simulates shadows and the like based on the positional relationship of objects, their shapes, reflection characteristics, and directions of light rays. Simulation methods include the ray tracing method, which traces rays from a viewpoint to a light source, and the radiosity method, which calculates the illuminance distribution on the surface of an object. In addition, the display brightness calculation section 12
Image data prepared in advance is pasted on the surface of the object based on the simulation result in the illuminance calculation unit 11.
この画像データはテクスチャデータと呼ばれ、テクスチ
ャデータを張り付けることを、テクスチャマツピングと
呼ぶ。以上の照度計算とテクスチャマツピングを含めて
レンダリングと呼ぶ。次に、テクスチャマツピングを用
いたレンダリングについて説明する。・テクスチャデー
タは、スキャナ等の画像入力装置で読み込まれる。また
、照度計算は、物体相互の位置関係とその形状、物体の
反射特性及び光源の情報により行われる。これら、テク
スチャデータと、照度計算結果より出力画像の情報が生
成される。出力画像の生成は、テクスチャデータに照度
計算の結果である照度と物体表面の反射率を掛は合わせ
ることで、物体表面の明暗情報である輝度を変化させる
ものである。This image data is called texture data, and pasting the texture data is called texture mapping. The above illuminance calculation and texture mapping are called rendering. Next, rendering using texture mapping will be explained. -Texture data is read by an image input device such as a scanner. In addition, the illuminance calculation is performed based on information on the mutual positional relationship of objects, their shapes, the reflection characteristics of the objects, and the light source. Output image information is generated from these texture data and the illuminance calculation results. The output image is generated by multiplying the texture data by the illuminance, which is the result of illuminance calculation, and the reflectance of the object surface, thereby changing the brightness, which is the brightness information of the object surface.
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記のような方式及び装置では、テクスチ
ャ自体の持つ明度情報もスキャナ等画像入力装置で読み
込まれるため、物体表面の照度計算結果に基づく輝度に
よる正しい表示ができない。Problems to be Solved by the Invention However, in the above-mentioned method and device, since the brightness information of the texture itself is also read by an image input device such as a scanner, it is not possible to correctly display the brightness based on the illuminance calculation result of the object surface.
また、出力装置の表示輝度により表示画像の階調もずれ
たものとなる。さらに、物体表面の明暗情報である輝度
を変化させた場合、色相および彩度も変化させてしまう
。このため、レンダリングの結果得られた画像は、輝度
より導かれる明度、さらに色相および彩度も変化したも
のであり、色ずれの生じた不自然な画像となっていた。Furthermore, the gradation of the displayed image also shifts depending on the display brightness of the output device. Furthermore, when the brightness, which is the brightness information of the object surface, is changed, the hue and saturation are also changed. For this reason, the image obtained as a result of rendering has a change in lightness derived from luminance, as well as hue and saturation, resulting in an unnatural image with color shift.
本発明は上記問題点に鑑み、カラー画像データの明度を
補正する際にテクスチャの輝度を照度計算により得られ
る輝度に一致させる。そして、表示装置のコントラスト
に基づく階調の補正を行う。また、テクスチャの色相を
変えずに明度を変化させることで、自然なカラー画像を
表示するカラー画像処理方式及び装置を提供するもので
ある。In view of the above problems, the present invention matches the brightness of a texture with the brightness obtained by illuminance calculation when correcting the brightness of color image data. Then, the gradation is corrected based on the contrast of the display device. The present invention also provides a color image processing method and device that displays a natural color image by changing the brightness without changing the hue of the texture.
課題を解決するための手段
上記問題点を解決するために本発明のカラー画像処理方
式及び装置は、まず、形状データと反射特性データと光
源データとの照度計算により得られた表面輝度と場面の
平均表面輝度との輝度比から、テクスチャデータの輝度
の補正を行う。また、画像出力装置のコントラストを用
いて、画像出力装置上の階調の補正を行う。さらに、テ
クスチャの色相を変えずに、彩度を明度の変化の割合に
比例して低下させる。これらの方式を組み合わせて自然
な画像を生成する方式および装置を実現したものである
。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the color image processing method and device of the present invention first calculates the surface brightness and scene brightness obtained by illuminance calculation using shape data, reflection characteristic data, and light source data. The brightness of the texture data is corrected based on the brightness ratio with the average surface brightness. Furthermore, the contrast of the image output device is used to correct the gradation on the image output device. Furthermore, the saturation is reduced in proportion to the rate of change in brightness, without changing the hue of the texture. By combining these methods, a method and device for generating natural images have been realized.
作 用
本発明は上記した方式により、形状データと反射特性デ
ータと光源データとの照度計算により得られた表面輝度
と場面の平均表面輝度の輝度比からテクスチャデータの
明度の補正を行うことで、照度計算に合致した正しい画
像の輝度を得ることができる。また、画像出力装置の特
性に応じて画像出力装置上で明度変化に適合した自然な
画像を表示できる。さらに、テクスチャデータを色空間
変換して均等色空間で処理することにより、色相の変化
がなく色ずれのない画像を出力できる。The present invention uses the method described above to correct the brightness of texture data from the brightness ratio of the surface brightness obtained by illuminance calculation of shape data, reflection characteristic data, and light source data and the average surface brightness of the scene. Correct image brightness that matches the illuminance calculation can be obtained. Further, it is possible to display a natural image that adapts to brightness changes on the image output device according to the characteristics of the image output device. Furthermore, by converting the texture data into a uniform color space and processing it in a uniform color space, it is possible to output an image with no change in hue and no color shift.
実施例
以下本発明の一実施例におけるカラー画像処理方式及び
装置について、図面を参照しながら説明する。第１図は
本発明の実施例におけるカラー画像処理方式及び装置の
構成を示すものである。第１図において、１は輝度比演
算部、２は明度補正部、３は彩度補正部、４は色空間変
換部、５は表示輝度変換部である。以上のように構成さ
れたカラー画像処理方式及び装置について、以下第１図
を用いてその動作を説明する。まず、スキャナ等画像入
力装置で予め入力されたテクスチャデータは色空間変換
部４で各画素ごとにＲＧＢ系から均等色差空間（ＵＬＣ
８表色系）への座標変換をされる。ここで、Ｒ，Ｇ、Ｂ
はそれぞれ画像の赤、緑、青成分を表す座標である。ま
た、均等色差空間は、二つの色度点り差が空間内ですべ
て等しい空間である。色空間変換部４は浮動小数点演算
で行われ、ＲＧＢ表色系からＸ７２表色系を経てＵＬＣ
８表色系の一つであるＬｏ、ａｏ、ｂｏに変換される。EXAMPLE Hereinafter, a color image processing system and apparatus according to an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a color image processing system and apparatus in an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a brightness ratio calculation section, 2 is a brightness correction section, 3 is a saturation correction section, 4 is a color space conversion section, and 5 is a display brightness conversion section. The operation of the color image processing system and apparatus configured as described above will be described below with reference to FIG. First, texture data inputted in advance by an image input device such as a scanner is converted to a uniform color difference space (ULC) for each pixel by a color space conversion unit 4.
8 color system). Here, R, G, B
are coordinates representing the red, green, and blue components of the image, respectively. Further, a uniform color difference space is a space in which two chromaticity point differences are all equal within the space. The color space conversion unit 4 is performed using floating point arithmetic, and converts from the RGB color system to the X72 color system and then to ULC.
It is converted into Lo, ao, and bo, which are one of the 8 color systems.
これら一連の変換は次式で与えられる。These series of transformations are given by the following equation.
Ｌ’＝１１Ｇ（Ｙ／Ｙ＠）”□−１１ｉａ”＝５００［
（Ｘ／Ｘ＠）”” （Ｙ／Ｙ窒）””コ （
２）ｂ”＝２００［（Ｙ／Ｙｓ）””−（Ｚ／Ｚ＠）１
１３］ここで、Ｘ−、Ｙ＠、ｚｅは標準白色に対するＸ
、Ｙ、Ｚの値である。次に、輝度比演算部１では、物体
の形状データ、反射特性データである物体表面の反射率
ρおよび、光源データを用いることで照度計算を行い、
物体表面の輝度Ｊと場面の平均表面輝度Ｊとの比を計算
する。明度補正部２では、画像出力装置のコントラスト
ｃ１ 輝度比演算部１より得られた輝度比Ｊ／Ｊ１
色空間変換部４より得られた、物体の反射率ρとテクス
チャデータの反射率ρｔの比であるρ／ρい さらに明
度Ｌ°より、明度補正を行いＬｏ７０．、を求める。以
下において画像出力装置の表示輝度の中央値をＬ＋□、
表示輝度の最小値をＪｌｌ、表示輝度の最大値をＪ□８
とする。L'=11G(Y/Y@)"□-11ia"=500[
(X/X@)”” (Y/Ynit)””ko (
2) b"=200[(Y/Ys)""-(Z/Z@)1
13] Here, X-, Y@, ze are X for standard white
, Y, and Z values. Next, the brightness ratio calculation unit 1 calculates the illuminance by using the shape data of the object, the reflectance ρ of the object surface which is reflection characteristic data, and the light source data.
Calculate the ratio between the brightness J of the object surface and the average surface brightness J of the scene. The brightness correction unit 2 calculates the contrast c1 of the image output device and the brightness ratio J/J1 obtained from the brightness ratio calculation unit 1.
ρ/ρ is the ratio of the reflectance ρ of the object to the reflectance ρt of the texture data obtained by the color space converter 4. Further, the brightness is corrected based on the brightness L°, and Lo70. , find. In the following, the median display brightness of the image output device is L+□,
The minimum value of display brightness is Jll, the maximum value of display brightness is J□8
shall be.
画像出力装置のコントラストＣは、Ｊｓｌｎと、Ｊｌｌ
、８より式（３）で表される。出力画像の表示輝度Ｇは
式（４）で表され、出力画像の輝度Ｙｎｏと画像出力輝
度の関係は式（５）となる。さらに、出力画像の輝度と
Ｙ。０テクスチヤデータの反射率ρｔは式（６）の関係
があり、これらよりテクスチャデータの明度を補正する
明度補正係数βが定められる。このβよりテクスチャデ
ータの補正後の明度Ｌ ’ ｎ ＠ １１は、式（７）
で表される。The contrast C of the image output device is Jsln and Jll
, 8, it is expressed by equation (3). The display brightness G of the output image is expressed by equation (4), and the relationship between the brightness Yno of the output image and the image output brightness is expressed by equation (5). Furthermore, the brightness and Y of the output image. The reflectance ρt of the 0 texture data has the relationship shown in equation (6), and from these, the brightness correction coefficient β for correcting the brightness of the texture data is determined. From this β, the lightness L' n @ 11 after correction of the texture data is calculated by formula (7)
It is expressed as
Ｃ”Ｊｓ＋ｎ／Ｊ□。 （３）
Ｇ＝（Ｊ／Ｊ）・Ｌ＋□ （４）
Ｙ、、、／Ｙａ＝ （Ｇ −Ｊ−＋ｎ）／（Ｊ −−−
Ｊ−＋−） （５）Ｙ、、ｏ／Ｙｉ！＝βρｔ（６
）
Ｌｏ１．ｌｏ＝β”！（Ｌ・＋１８）−１Ｇ
（７）彩度補正部３では、式（８）により変換を
行うことにより、色相を変化させずに彩度、明度のみを
変化でき、彩度は明度の変化に応じて比例して変化する
。彩度補正により、彩度８．１は、式（９）で求められ
る。図２に明度変−化に伴う彩度操作の例を示す。C"Js+n/J□. (3)
G=(J/J)・L+□ (4)
Y, , /Ya= (G −J−+n)/(J −−−
J-+-) (5)Y,,o/Yi! =βρt(6
) Lo1. lo=β”!(L・+18)−1G
(7) In the saturation correction unit 3, by converting according to equation (8), only the saturation and brightness can be changed without changing the hue, and the saturation changes in proportion to the change in brightness. . Through the saturation correction, a saturation of 8.1 is obtained using equation (9). FIG. 2 shows an example of saturation operation associated with a change in brightness.
ａ ”ｎｅｗ＝ ｋ ａ・
ｂｏ、、、＝ｋｂ”
Ｓｎ＊ｗ＝（ａ”°。。＋ｂ″、、、２）Ｉ”
（９）表示輝度変換部５では、色空間変換部
４の操作の逆変換を行い、画像出力装置に応じた出力画
像データを生成する。ここでは、Ｒｎ□、Ｇｎ＊ｖｂＢ
ｎ□とする。以上のように本実施例によれば、テクスチ
ャデータの持つ反射率ρｔと、物体の反射特性を表す反
射率ρ、輝度比演算部からえられる輝度比から照度計算
の結果に合致したテクスチャデータの明度補正を行うこ
とができ、また、画像出力装置のコントラストを与える
ことにより、画像出力装直上に自然な表示をおこなうこ
とができ、さらに明度補正を均等色空間で行うことで色
相の変化がなく色ずれのない明度補正を行うことができ
る。a “new= k a・bo,,,=kb” Sn*w=(a”°..+b″,,,2)I”
(9) The display brightness converter 5 performs the inverse conversion of the operation of the color space converter 4 to generate output image data suitable for the image output device. Here, Rn□, Gn*vbB
Let n□. As described above, according to this embodiment, texture data that matches the result of illuminance calculation is obtained from the reflectance ρt of the texture data, the reflectance ρ representing the reflection characteristics of the object, and the brightness ratio obtained from the brightness ratio calculation unit. Brightness correction can be performed, and by adding contrast to the image output device, a natural display can be performed directly on the image output device.Furthermore, by performing brightness correction in a uniform color space, there is no change in hue. Brightness correction can be performed without color shift.
発明の効果
本発明は、以上説明したような方式および装置であるの
で、以下に記載されるような効果を奏する。カラー画像
データの明度を補正する際に、表示輝度データの平均輝
度と、場面の平均表面輝度を一致させることで、照度計
算の結果に合致した出力画像を得ることができる。また
、出力画像の表示輝度範囲を補正する際に、入力した形
状データと光源データと反射特性データを用いて表面輝
度と場面の平均表面輝度との輝度比と、画像出力装置の
コントラストと、明度データから平均表示輝度を画像出
力装置の表示可能輝度の中央値に一致させること、画像
出力装置上で階調のずれない出力が可能となる。さらに
、画像データの明度を補正する際に、彩度を明度の変化
の割合に比例して低下させることにより、画像出力装置
上で色ずれの生じない画像が出力できる。Effects of the Invention Since the present invention is a system and apparatus as described above, it produces effects as described below. When correcting the brightness of color image data, by matching the average brightness of the display brightness data with the average surface brightness of the scene, it is possible to obtain an output image that matches the result of illuminance calculation. In addition, when correcting the display brightness range of the output image, the input shape data, light source data, and reflection characteristic data are used to calculate the brightness ratio between the surface brightness and the average surface brightness of the scene, the contrast of the image output device, and the brightness. Based on the data, it is possible to match the average display brightness with the median value of the displayable brightness of the image output device, and to output without shifting the gradation on the image output device. Furthermore, when correcting the brightness of image data, by lowering the saturation in proportion to the rate of change in brightness, an image without color shift can be output on the image output device.
第１図は本発明の実施例におけるカラー画像処理方式及
び装置の構成図、第２図は明度変化に伴う彩度操作を示
す図、第３図は従来のカラー画像処理方式及び装置であ
る。
１・・・輝度比演算部、２・・・明度補正部、３・・・
彩度補正部、４・・・色空間変換部、５・・・表示輝度
変換部、１１・・・照度比演算部、１２・・・表示輝度
変換部。FIG. 1 is a block diagram of a color image processing method and apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing saturation operation accompanying changes in brightness, and FIG. 3 is a conventional color image processing method and apparatus. 1... Brightness ratio calculation section, 2... Brightness correction section, 3...
Saturation correction section, 4... Color space conversion section, 5... Display brightness conversion section, 11... Illuminance ratio calculation section, 12... Display brightness conversion section.
Claims (4)
データと彩度データと色相データとを算出する色空間変
換部と、入力した形状データと光源データと反射特性デ
ータを用いて表面輝度と場面の平均表面輝度と前記表面
輝度および前記平均表面輝度との輝度比とを算出する輝
度比演算部と、前記明度データと前記彩度データと前記
色相データとを用いて画像出力装置の表示輝度データに
変換する表示輝度変換部を具備したカラー画像処理装置
において、前記カラー画像データの明度を補正する際に
、前記表示輝度データの平均輝度と前記平均表面輝度を
一致させることを特徴とする画像処理方式。(1) A color space conversion unit that converts input color image data into color space to calculate brightness data, saturation data, and hue data; a brightness ratio calculation unit that calculates an average surface brightness of a scene and a brightness ratio between the surface brightness and the average surface brightness; and a brightness ratio calculation unit that calculates a brightness ratio between the average surface brightness of the scene and the brightness ratio of the surface brightness and the average surface brightness; In a color image processing device equipped with a display brightness conversion unit that converts into data, when correcting the brightness of the color image data, the average brightness of the display brightness data and the average surface brightness are made to match. Processing method.
データと彩度データと色相データとを算出する色空間変
換部と、入力した形状データと光源データと反射特性デ
ータを用いて表面輝度と場面の平均表面輝度と前記表面
輝度および前記平均表面輝度との輝度比とを算出する輝
度比演算部と、前記明度データと前記彩度データと前記
色相データとを用いて画像出力装置の表示輝度データに
変換する表示輝度変換部を具備したカラー画像処理装置
において、出力画像の表示輝度範囲を補正する際に、前
記輝度比と、前記画像出力装置のコントラストと、前記
明度データとから前記平均表面輝度を前記画像出力装置
の表示可能輝度の中央値に一致させることを特徴とする
画像処理方式。(2) A color space conversion unit that converts input color image data into color space to calculate brightness data, saturation data, and hue data; a brightness ratio calculation unit that calculates an average surface brightness of a scene and a brightness ratio between the surface brightness and the average surface brightness; and a brightness ratio calculation unit that calculates a brightness ratio between the average surface brightness of the scene and the brightness ratio of the surface brightness and the average surface brightness; In a color image processing device equipped with a display brightness conversion unit that converts into data, when correcting the display brightness range of an output image, the average surface is calculated from the brightness ratio, the contrast of the image output device, and the brightness data. An image processing method characterized in that brightness is made to match a median value of displayable brightness of the image output device.
データと彩度データと色相データとを算出する色空間変
換部と、入力した形状データと光源データと反射特性デ
ータを用いて表面輝度と場面の平均表面輝度と前記表面
輝度および前記平均表面輝度との輝度比とを算出する輝
度比演算部と、前記明度データと前記彩度データと前記
色相データとを用いて画像出力装置の表示輝度データに
変換する表示輝度変換部を具備したカラー画像処理装置
において、前記カラー画像データの明度を補正する際に
、彩度を明度の変化の割合に比例して低下させることを
特徴とする画像処理方式。(3) A color space conversion unit that converts input color image data into color space to calculate brightness data, saturation data, and hue data, and a color space conversion unit that converts input color image data into color space and calculates brightness data, saturation data, and hue data, and calculates surface brightness using input shape data, light source data, and reflection characteristic data. a brightness ratio calculation unit that calculates an average surface brightness of a scene and a brightness ratio between the surface brightness and the average surface brightness; and a brightness ratio calculation unit that calculates a brightness ratio between the average surface brightness of the scene and the brightness ratio of the surface brightness and the average surface brightness; In a color image processing device equipped with a display brightness conversion unit that converts into data, image processing is characterized in that when correcting the brightness of the color image data, saturation is reduced in proportion to the rate of change in brightness. method.
像処理方式を実現するカラー画像処理装置。(4) A color image processing device that implements the image processing method according to any one of claims 1, 2, and 3.
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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