JPH0352071B2

JPH0352071B2 -

Info

Publication number: JPH0352071B2
Application number: JP59084259A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Tozawa
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1991-08-08
Also published as: EP0159691B1; EP0159691A3; KR850007701A; JPS60230693A; CA1231789A; KR900004019B1; US4654720A; EP0159691A2; DE3581825D1; BR8501935A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はカラールツクアツプテーブル方式の
カラー画像表示システムに関し、とくに、カラー
ルツクアツプテーブルのエントリ数すなわち同時
表示色の数を超える色種を有する画像を画質劣化
を最小限に抑えて表示しうるようにするものであ
る。

［従来技術］カラー画像処理用のカラー画像表示装置は近年
カラールツクアツプテーブルを採用するようにな
つてきている。第６図はこのようなカラー画像表
示装置の一例を示すもので、この図においてリフ
レツシユメモリ１にはビツトマツプ方式で１フレ
ーム分の画像データがストアされ、このリフレツ
シユメモリ１がCRT（陰極線管）２の垂直水平同
期に従つてアクセスされ、カラールツクアツプテ
ーブル３を順次アドレスするようになつている。
カラールツクアツプテーブル３はアドレスにした
がつて所望の赤、緑及び青色の原色デイジタルデ
ータを後段のＤ／Ａ（デジタル・アナログ）変換
器４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂに送出し、このＤ／Ａ変換
器４Ｒ，４Ｇ及び4Bの出力に基づいてCRT２が
駆動されるようになつている。

ところでこのようなカラー画像表示装置で
CRT２の画面に表示可能な色はＤ／Ａ変換器４
Ｒ，４Ｇ及び４Ｂのステージ数によつて決定され
る。例えばＤ／Ａ変換器４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂのス
テージ数をともに８ステージとすると16777216
（＝256³）色の色表示が可能である。他方、CRT
２に同時に表示可能な色はカラールツクアツプテ
ーブル３のエントリ数すなわちリフレツシユメモ
リ１にストアされている画素データのビツト数に
よつて決定される。倒えば画素データが８ビツト
データであれば256（＝2⁸）色の色種しか同時に表
示することができない。そして通常ではＤ／Ａ変
換器４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂのステージ数は大として
表示可能色を多くするものの、画素データのビツ
ト数は小さくして同時表示可能色を少なくしてい
る。

もちろん、画素データのビツト数を大とし、さ
らにカラールツクアツプテーブル３として極めて
多数のエントリを有するものを採用することも可
能であろう。このようにすれば、原画像の画質を
ほとんど損なうことなくリフレツシユメモリ１に
ストアでき、これを忠実にCRT２に表示できる。
例えば１画素につき赤、緑及び青色ごとの８ビツ
トデータを生成するデジタイザを用いた場合、画
素データを24ビツトでリフレツシユバツフア３に
ストアし、これを16777216（＝2²⁴）個のエントリ
を有するカラールツクアツプテーブル３でデコー
ドするならば、何ら画質が劣化することはない。

しかし、このようにするのは処理速度や構成の
複雑化から極めて実現的でない。そこで従前で
は、同時表示色を適切に選定し、原画像の構成色
すなわち原始色をこれら選定同時表示色に適切に
マツピングさせて、画質を劣化させることなくパ
フオーマンスを向上させるようにしていた。この
ような同時表示色の選定及びマツピングを色の量
子化という。

従前の量子化の手法としてはポピユラリテイ・
アルゴリズム（Popularity Algorithm）及びメ
デイアン・カツト・アルゴリズム（Median Cut
Algorithm）が知られている。これらはアルゴリ
ズムでは初めに同時表示色を決定し、こののち原
始色を同時表示色にマツピングする。ポピユラリ
テイ・アルゴリズムでは、同時表示色を決定する
際にはポピユラリテイを参照する。このポピユラ
リテイを理解するために第７図を参照されたい。
この第７図は赤、緑及び青色の各々につき８ビツ
トが割り当てられた色データが形成する色空間を
示す。各色データは色空間の要素（ｉ、ｊ、ｋ）
として表示される（ただし、ｉ、ｊ、ｋ＝０〜
255）。デジタイザで画像を走査していき、この画
像内の各画素たとえば1048576（＝1024×1024）個
の画素を色空間の要素（ｉ、ｊ、ｋ）に振り分け
ていくのである。そしてこのように各要素に振り
分けられた画素の個数を各要素のポピユラリテイ
といい、各要素とそれぞれのポピユラリテイとの
対応表を３次元ヒストグラムという。ポピユラリ
テイ・アルゴリズムはこのポピユラリテイの大き
さに従つて表示色を決定するものである。例え
ば、表示色が256色の場合にはポピユラリテイが
１番大きなものから256番目に大きなものまでを
表示色に選定する。

メデイアン・カツト・アルゴリズムは合成カラ
ーマツプ中の色の各々を用いて原画像中の等数の
画素を代表させるようにするもので、色空間を順
次２等分していき、その際２つの分割領域には等
数の画素が存在するようにするものである。そし
て、最終的には表示色数例えば256個の領域に色
空間を分割し、それら分割領域を代表する色を決
定して、これを表示色とするものである。

なお、ポピユラリテイ・アルゴリズム及びメデ
イアン・カツト・アルゴリズムの詳細については
“SIGGRAPH′82 Proceedings vol.16 No.3July
1982p297−p307［ACM］”を参照されたい。

以上のように色の量子化の手法としてはポピユ
ラリテイ・アルゴリズム及びメデイアン・カツ
ト・アルゴリズムが提案されているものの、これ
らアルゴリズムにおいては同時表示色を選定する
際にエラーが混入しやすく、また原始色を同時表
示色にマツピングさせる手間が煩雑である等の不
都合を有していた。

［発明が解決しようとする問題点］この発明は以上の事情を考慮してなされたもの
であり、同時表示色を選定する際にエラーを少な
くでき、最終的な表示画像における画質の劣化を
極力抑えることができ、しかも処理を簡易に行な
うことができるカラールツクアツプテーブル方式
のカラー画像表示システム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］この発明では以上の問題点を解決するために、 n₁個の原始色をn₂（n₂＜n₁）個の表示色に変換
して上記n₁個の原始色のうちの任意の色が割り当
てられた多数の画素からなる画像を上記n₂個の表
示色を用いて表示する表示システムにおいて、上記n₁個の原始色を内包する色空間上に規定さ
れる複数の小空間ごとに、それら小空間に内包さ
れる原始色の割り当てられた画素の個数を算出す
る小空間画素算出手段と、すでに上記表示色として選択されている色に代
表される小空間以外の小空間であつて最大画素数
を有するものを決定する最大画素数小空間決定手
段と、上記最大画素数をＭ、上記画像を構成する全画
素数をＡ、すでに表示色として選択されている色
の個数をn₃、上記選択されている色に代表される
小空間内の原始色に割り当てられている画素数の
合計をＢとしたときに、ＭＡ−Ｂ／n₂−n₃ の条件が成立するか否かを判定する判定手段と、上記条件が成立するときに、上記最大画素数小
空間決定手段に基づいて上記最大画素数の小空間
を代表する色を新たに表示色として付加する表示
色選択手段と、上記条件が不成立のときに、上記小空間の大き
さを増分する小空間増分手段とを有するようにし
ている。

［実施例］以下、この発明の一実施例について図面を参照
しながら説明しよう。なお、以下の実施例はハー
ドウエアで実現されたものとして示されているけ
れども、ソフトウエア実現態様を採用し得ること
はもちろんである。

第１図はこの実施例を全体として示すもので、
この第１図においてデジタイザ１１は原画像を走
査してカラー画像データを生成するものである。
このカラー画像データは画素データのストリーム
であり、この画素データは例えば24ビツトで形成
されている。すなわち赤、緑及び青色につき８ビ
ツトの情報量を有する。また、このデジタイザ１
１は１フレームの走査により（1024×1024）個の
画素データを形成するものとしよう。従つて１フ
レーム中の全画素数は1048576である。

デジタイザ１１で生成されたカラー画素データ
は３次元ヒストグラム演算装置１２に供給され
る。この３次元ヒストグラム演算装置１２は供給
されてくるカラー画像データ（画素データ）に基
づいて各画素を色空間中の各要素（ｉ、ｊ、ｋ）
（第７図参照）に振り分け、３次元ヒストグラム
を演算する。これは第７図において先に述べたと
おりである。そして、この３次元ヒストグラム演
算装置１２のデータは色量子化装置１３に供給さ
れる。この色量化装置１３の詳細については後に
第２図及び第３図を参照して説明されるであろ
う。この色量子化装置１３はその名の示すとおり
色の量子化を行なうものであり、具体的には色変
換用テーブル１４に色変換設定データCTSを供
給するとともに、表示装置１５のカラールツクア
ツプテーブル１６にカラールツクアツプテーブル
設定データCLUTSを供給する。これらデータ
CTSおよびCLUTSの詳細はのちに理解されるで
あろう。

デジタイザ１１からのカラー画像データは色変
換用テーブル１４にも供給され、ここで各画素の
16777216（＝256³）の種の色データが所定数の色
番号例えば０〜255の色番号にマツピングされる。
そしてこの色番号データは表示装置１５のリフレ
ツシユメモリ１７にビツトマツプ方式の態様でス
トアされていく。

表示装置１５は上述のカラールツクアツプテー
ブル１６及びリフレツシユメモリ１７の他のＤ／
Ａ変換器１８Ｒ，１８Ｇ及び１８ＢならびCRT
１９を有してなつている。リフレツシユメモリ１
７にストアされた色番号データはCRT１９の垂
直水平同期に従つて読み出されることはもちろん
である。そしてリフレツシユメモリ１７からの色
番号データがカラールツクアツプテーブル１６を
アクセスし色番号データを対応した赤、緑及び青
色のデイジタル色信号を後段に送出し、このデイ
ジタル色信号をＤ／Ａ変換器１８Ｒ，１８Ｇ及び
１８Ｂがアナログ色信号に変換してCRT１９を
表示駆動する。なお、色番号と赤、緑及び青色の
デイジタル色信号、換言すれば同時表示色とは、
色量子化装置１３からのカラールツクアツプテー
ブル設定データCLUTS及び色変換設定データ
CTSによつて対応づけられる。このことも後に
より明確に理解されるであろう。

つぎに第２図〜第５図を参照して第１図の色量
子化装置について詳細に説明しよう。

第２図に示すように、色量子化装置１３は擬似
３次元ヒストグラム記憶装置２１、最大画素数選
択回路２２、合計演算回路２３、判定回路２４、
近傍決定回路２５、近傍マージ回路２５、擬似３
次元ヒストグラム演算回路２７を有してなつてい
る。

擬似３次元ヒストグラム記憶装置２１は当初は
３次元ヒストグラム演算装置１２から供給される
ヒストグラムをストアするものである。すなわち
第８図に示すような色空間の各要素（ｉ、ｊ、
ｋ）につきポピユラリテイＨ（ｉ、ｊ、ｋ）をス
トアする。そして以降の同時表示色決定手順にお
いては擬似ヒストグラム演算回路２９で生成され
たポピユラリテイＳ（ｉ、ｊ、ｋ）及び距離Ｄ
（ｉ、ｊ、ｋ）をもストアする。

最大画素数選択回路２２は擬似３次元ヒストグ
ラム記憶装置２１にストアされているＳ（ｉ、ｊ、
ｋ）のうち最大のものを選択するものである。こ
こで、この選択結果ＭをＭ＝MaxS（ｉ、ｊ、ｋ）
と表記しておこう。合計演算回路２３は擬似３次
元ヒストグラム記憶装置２１にストアされている
Ｓ（ｉ、ｊ、ｋ）の合計Ｎを求めるものである。
すなわちＮ＝ΣS（ｉ、ｊ、ｋ）である。そして判
定回路２４はこれらの数値Ｍ及びＮに関し、ＭＮ／nr が成立するか否かを判定するものである。ただnr
はいまだ未決定の同時表示色の個数である。例え
ば同時表示色決定手段に従つて256、255、…、１
と減分するものである。

また近傍決定回路２５は所定の要素（ｉ、ｊ、
ｋ）の近傍を画定し、この近傍に含まれる要素
（i′、j′、k′）を決定するものである。具体的には（ｉ−i′）²＋（ｊ−j′）²＋（ｋ−k′）²Ｒを満たす要素（i′、j′、k′）を近傍内の要素とす
る。のちに理解されるようにこの近傍は徐々に増
大するもので便宜上要素（ｉ、ｊ、ｋ）を第４図
に実線で示す単位立方体とすれば、一番小さな近
傍に含まれる要素（i′、j′、k′）は第４図Ａに破
線で示す６個の単位立方体であり、２番目に小さ
な近傍は第４図Ｂに破線で示すような27個の単位
立方体である。次は（４×４×４）個の単位立方
体が近傍に含まれ、以降は同様に（ｌ×ｌ×ｌ）
個の単位立方体が近傍に含まれることとなる（だ
だし、ｌ＝５、６……）。

擬似ヒストグラム演算回路２７は先に簡単に触
れたＳ（ｉ、ｊ、ｋ）及びＤ（ｉ、ｊ、ｋ）を演算
するものである。Ｓ（ｉ、ｊ、ｋ）は、Ｓ（ｉ、ｊ、ｋ）＝Ｈ（ｉ、ｊ、ｋ）＋Σ
Σ Σ Ｈ（i′、j′、k′）i′j′k′ で表わされる。すなわち、Ｓ（ｉ、ｊ、ｋ）は要
素（ｉ、ｊ、ｋ）の近傍に含まれるポピユラリテ
イの和である。また、Ｄ（ｉ、ｊ、ｋ）はＤ（ｉ、ｊ、ｋ）＝Σ Σ Σ｛（ｉ−i′）²＋（ｊ−
j′）²＋i′j′k′（ｋ−k′）²｝（ただし、i′、j′、k′はＨ（i′、j′、k′）がゼロ
でな
いものである）で表わされる。このＤ（ｉ、ｊ、ｋ）はＨ（i′、j′、
k′）≠０の要素（i′、j′、k′）の全体の中心から当
該要素（ｉ、ｊ、ｋ）がどれだけずれているかを
示すものである。

近傍マージ回路２６はすでに同時表示色として
カラールツクアツプテーブル１６に登録されてい
る要素（ｉ、ｊ、ｋ）の近傍でＨ（i′、j′、k′）が
ゼロでない要素（i′、j′、k′）をサーチし、この
のちこの要素（i′、j′、k′）が対応する色番号に
マツピングされるように色変換用テーブル１４を
設定しなおすものである。この場合、擬似３次元
ヒストグラム記憶装置２１のＨ（i′、j′、k′）はゼ
ロに設定される。

次に第２図の色量子化装置１３の動作について
主に第３図を参照しながら説明しよう。

この動作はまず３次元ヒストグラム演算装置１
２で演算されたポピユラリテイＨ（ｉ、ｊ、ｋ）
を擬似３次元ヒストグラム記憶装置２１にストア
することによつて開始される（ステツプ31）。こ
ののち３次元ヒストグラム記憶装置２１のＳ（ｉ、
ｊ、ｋ）を上記Ｈ（ｉ、ｊ、ｋ）に初期設定する
（ステツプ32）。こののち、さらに近傍決定回路２
８の近傍ＲをＲ＝０にし（ステツプ33）、また残
留同時表示色数ＮをＮ＝N₀（例えば256）に初期
設定する（ステツプ34）。

次に合計Ｔの演算が実行される。すなわち、合
計演算回路２３によつてＴ＝ΣS（ｉ、ｊ、ｋ）が
実行される（ステツプ35）。動作開始直後ではＨ
（ｉ、ｊ、ｋ）＝Ｓ（ｉ、ｊ、ｋ）であり、このＨ
（ｉ、ｊ、ｋ）も３次元ヒストグラム演算装置１
２から送出されたものであるので、Ｔ＝ΣS（ｉ、
ｊ、ｋ）＝全画素数である。例えば1048576（＝
1024²）である。次にＴ＝０か否かの判別がなさ
れる（ステツプ36）。Ｔ＝０であれば全ての原始
色についてのマツピングが終了しているので、動
作は終了する（ステツプ37）。Ｔ≠０であれば、
同時開示色決定手順は継続され、最大画素数選択
回路２２によつてＳ（ｉ、ｊ、ｋ）のうち最大の
ものが選択され、Ｍ＝MaxS（ｉ、ｊ、ｋ）を得
る（ステツプ38）。この場合Ｓ（ｉ、ｊ、ｋ）の最
大のものが多数ある場器にはＤ（ｉ、ｊ、ｋ）が
一番小さなものを選ぶ。これによつてより適切な
要素を同時表示色として選択することが可能とな
る。この後判定回路２４においてＭＮ／nrの判別が実行される（ステツプ39）。

ここで上述の条件式ＭＮ／nrの意味について考えておこう。端的に言えばこの条件式は残つてい
る画素を残留同時表示色に極力均等に割り当てる
ためのものである。例えば第５図Ａに示すように
256個の同時表示色のうち240個がすでに登録さ
れ、nr＝16（＝256−240）となつており、またＴ
＝10000の場合を考えよう。なお、第５図におい
ては説明の便宜上３次元でなく２次元の色空間を
示す。S₁，S₂，S₃……のポピユラリテイは図に示
すとおりである。第５図Ａの場合、残つている画
素10000を極力16等分することが好ましい。もし
Ｍ＝S₁10000／16であであれば、このS₁を同時表示色とする事は最適な選択であろう。実際にはＭ＝
S₁＝600010000／16＝Ｎ／nrであり、S₁は若干余分な画素を含むものの、それが同時表示色して選定さ
れるべきであることにかわりはない。そして若干
余分な画素はS₁から切り離して考えられず、また
それによるエラーは少ないので、S₁をそのまま同
時表示色として選択するのである。

ＭＮ／nrが成立すれば、新しいＮとして（Ｎ− １）を代入して（ステツプ40）再びステツプ35に
戻る。そしてこの際最大画素数のＳ（ｉ、ｊ、ｋ）
を同時表示色として選定し、カラールツクアツプ
テーブル１６に登録する。同時にこのＳ（ｉ、ｊ、
ｋ）を擬似３次元ヒストグラム記憶装置２１から
削除し、また、Ｓ（ｉ、ｊ、ｋ）に含まれるＨ
（ｉ、ｊ、ｋ）及びＨ（i′、j′、k′）をゼロにセツ
トする。他方、ＭＮ／nrが成立しない場合には、近傍マージ回路２６においてすでに同時表示色と
してカラールツクアツプテーブル１６に登録され
ている要素（ｉ、ｊ、ｋ）の近傍をサーチしてＨ
（i′、j′、k′）≠０となる要素（i′、j′、k′）を
得、
これを色変換用テーブル１４にデータCTTSとし
て供給し、対応する色番号にマツピングさせ、同
時に、擬似３次元ヒストグラム２１のＨ（i′、j′、
k′）＝０とする（ステツプ41）。

こののち近傍決定回路２５で近傍を増分する
（ステツプ42）。この近傍決定回路２５が一回目に
動作を実行すると増分は第４図Ａに破線で示すよ
うになり、２回目に動作を実行するときには増分
は第４図Ｂに破線で示すようになされる。以下同
様である。

このように増分が行なわれると新たに擬似ヒス
トグラム演算回路２９がＳ（ｉ、ｊ、ｋ）及びＤ
（ｉ、ｊ、ｋ）を計算する（ステツプ43）。そして
ステツプ35に戻る。

このような増分が行なわれると、色空間の解像
度が粗くなり、これによつてＭＮ／nrが成立しやすくなる。たとえば先に第５図Ａで説明したよう
にS₁を同時表示色として選定したのちの場合を考
えてみよう。この場合は第５図Ｂに示される。な
お小さな丸印は同時表示色として選定され色空間
から削除されていることを示す。第５図Ｂの場合
ではＭ＝S₂＝1000であり、また、Ｎ＝10000−
6000＝4000、nr＝15である。したがつて、Ｍ
Ｎ／nrであり、S₂はそのままでは同時表示色としては選定されない。そして、近傍決定回路２５によ
つて近傍が拡大される。第５図Ｂではこれを誇張
して破線サークル０で示す。そうするとS₃，S₄が
新たにS₂に加わり、S₂＝2100となり、今度はＭ
Ｎ／nrを満たすことになり、S₂の要素（ｉ、ｊ、ｋ）が同時表示色としてカラールツクアツプテーブル
１６に登録されることとなる。

以上の動作はＴがＴ＝０となるまで継続して行
なわれ、最終的に同時表示色全てがカラールツク
アツプテーブル１６に登録され、また、同時表示
色に対応する要素（ｉ、ｊ、ｋ）、（i′、j′、k′）
が色変換用テーブル１４に登録される。

以上説明した色量子化装置１３による色変換用
テーブル１４及びカラールツクアツプテーブル１
６のセツトアツプののちには、デジタイザ１１か
らの画像データが最適に量子化されてCRT１９
に表示されることとなる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば色空間
上に規定される小空間内のポピユラリテイ（画素
数）を算出し、最大ポピユラリテイＭが、Ｍ
Ｎ／nr（ただし、Ｎが既登録同時表示色にマツピングされていない画素数、nrはいまだ決定されてい
ない同時表示色の数である）を満たす場合には、
この最大ポピユラリテイＭの小空間を代表する色
要素（ｉ、ｊ、ｋ）を同時表示色として登録し、
残されているＮ個の画素を極力nr個の色要素に均
等に別け得るようにしている。他方、ＭＮ／nrが満たされない場合には小空間を増分していき、Ｍ
Ｎ／nrが成立するようにしている。すなわちポピユラリテイを算出する目盛りを粗くして残されて
いる画素を極力均等に別け得るようにしている。

従つて極めて画質劣化の少ない色量子化を行な
うことができる。また、同時表示色の選択とマツ
ピングとを同時に行なえるので処理の簡易化を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を概略的に示すブ
ロツク図、第２図は第１図の色量子化装置１３の
詳細を示すブロツク図、第３図は第２図の色量子
化装置１３を説明するためのフローチヤート、第
４図及び第５図は第２図の色量子化装置１３を説
明するための図、第６図は従来例を説明するブロ
ツク図、第７図は３次元ヒストグラムを説明する
ための図である。１２……３次元ヒストグラム演算装置、１４…
…色変換用テーブル、１６……カラールツクアツ
プテーブル、１７……リフレツシユメモリ、２１
……擬似３次元ヒストグラム記憶装置、２４……
判定回路、２５……近傍決定回路。

Claims

【特許請求の範囲】１ n₁個の原始色をn₂（n₂＜n₁）個の表示色に変
換して上記n₁個の原始色のうちの任意の色が割り
当てられた多数の画素からなる画像を上記n₂個の
表示色を用いて表示するカラー画像表示システム
において、上記n₁個の原始色を内包する色空間上に規定さ
れる複数の小空間ごとに、それら小空間に内包さ
れる原始色の割り当てられた画素の個数を算出す
る小空間画素算出手段と、すでに上記表示色として選択されている色に代
表される小空間以外の小空間であつて最大画素数
を有するものを決定する最大画素数小空間決定手
段と、上記最大画素数をＭ、上記画像を構成する全画
素数をＡ、すでに表示色として選択されている色
の個数をn₃、上記選択されている色に代表される
小空間内の原始色に割り当てられている画素数の
合計をＢとしたときに、ＭＡ−Ｂ／n₂−n₃ の条件が成立するか否かを判定する判定手段と、上記条件が成立するときに、上記最大画素数小
空間決定手段に基づいて上記最大画素数の小空間
を代表する色を新たに表示色として付加する表示
色選択手段と、上記条件が不成立のときに、上記小空間の大き
さを増分する小空間増分手段とを有することを特
徴とするカラー画像表示システム。