JPH05159050A

JPH05159050A - 代表色選択方法

Info

Publication number: JPH05159050A
Application number: JP3324219A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsunoda; 隆角田; Yuji Hirai; 勇治平井
Original assignee: Hitachi Image Information Systems Inc; Hitachi Ltd; Hitachi Video and Information System Inc
Current assignee: Hitachi Image Information Systems Inc; Hitachi Ltd; Hitachi Advanced Digital Inc
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】多色多階調の原画像データから同時発色可能な
少数の代表色を選択するにあたり、領域の大小にかかわ
らず特徴的な色を抽出する方法を提供することにある。【構成】まず、画像内の任意の画素を第１の代表色とし
１０、それより最も遠い画素色を第２の代表色とする１
１。以後は、これまで選ばれたどの代表色よりも最も遠
い画素色を順に選んでいく処理１２〜１７を、必要な数
に達するまで繰り返す１８。このように、色距離に着目
して代表色を選択することで、特徴的な色の抽出が可能
となる。さらに、色距離の判定に巾とランダム性を持た
せることにより、視覚的な階調の変化を和らげた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラールックアップテ
ーブルを有した多色多階調表示の可能な画像表示装置に
関わり、原画像カラーデータから同時発色可能な少数の
代表色を選択する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】写真のような自然画をコンピュータ等で
表示するには、１画素当りＲ・Ｇ・Ｂ各色８ｂｉｔｓ
（各２５６階調）必要といわれる。しかし、そのような
構成の画像表示装置は非常に高価につくため、多くの場
合カラールックアップテーブルを備えることにより１６
８０万色から２５６色あるいは１６色を同時発色可能と
している。従って、実際の画像データの中から、その画
調を崩さないような２５６色あるいは１６色の代表色を
選択することが重要となってくる。

【０００３】従来の方法としては、特開昭６４−７６０
８９や特開平１−１２１８９２などに見られるとおり、
各画素色毎にヒストグラムを作成し、最も数の多い色か
ら順に代表色として行く方法、及び、その改良が一般的
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような方法で
は、画像の色分布に偏りがある場合、小領域の色相の異
なる画素色は無視されてしまうという問題があった。例
えば、真っ青な空と海を背景とした絵などでは、小さな
赤いビーチボールなどは消失してしまうことがあった。
さらに、単純にヒストグラムの高さに着目するだけで
は、カラー空間内に生じているクラスタの存在を判定し
にくいという問題もある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】カラー画像の各画素をそ
の色成分によって張られるカラー空間へマッピングし、
その空間の中で互いに最も距離の離れている画素色の順
に代表色として選ぶようにする。

【０００６】また、選択されたＲ個の代表色で原画像を
表すため、代表色との距離に基づいて各画素をクラスタ
分類する場合、厳密に最短にある代表色でなく、ある巾
を持った範囲にはいる代表色ならば候補とし、その中か
らランダムに代表色を選択してそのクラスタに分類する
ようにする。

【０００７】

【作用】上述の手段により、代表色の選択はその色の出
現頻度とは無関係に特徴的な色から順に選ばれることに
なる。したがって、空と海の背景にあってもビーチボー
ルの赤い色を、代表色として選び損なうことはない。

【０００８】一方、代表色の数が比較的限定されている
場合に以上のような手法を用いると、色がなだらかに変
化している所への代表色の割り当てが減り、偽輪郭や色
相の急激な変化が発生しやすい。そこで、ある代表色と
別の代表色との中間色的な画素色には、いずれの代表色
に属するかランダム性を持たせて分類することにより、
前述の問題を軽減させることができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明を示す一実施例について図を用い
て説明する。

【００１０】図４は本発明が使用され得る画像表示装置
の一例を示したものである。本図において、４０は本装
置とＣＰＵ（中央処理装置）やその他の入出力装置とを
結ぶデータバス、４１は画素データを蓄えておくＶＲＡ
Ｍ（表示メモリ）、４２はＶＲＡＭより順次読み出され
る画素データ、４３は画素データ４２をＲ、Ｇ、Ｂの色
データへ変換するカラールックアップテーブル、４４ａ
〜４４ｃはカラールックアップテーブル４３より出力さ
れるＲ、Ｇ、Ｂの色データ、４５ａ〜４５ｃはデジタル
データである色データ４４ａ〜４４ｃをそれぞれアナロ
グの色信号へ変換するＤ／Ａ（デジタルアナログ変換
器）、４６ａ〜４６ｃはＤ／Ａ４５ａ〜４５ｃから出力
されるＲ、Ｇ、Ｂの色信号、４７は色信号４６ａ〜４６
ｃから画像を表示するＣＲＴ（陰極線管）である。本装
置例では、色データ４４ａ〜４４ｃがそれぞれ８ｂｉｔ
ｓ（２５６階調）であることから約１６８０万色の色表
現能力を持ち、一方、ＶＲＡＭ４１の深さが８ｂｉｔｓ
であることから前記約１６８０万色の中から任意の２５
６色を同時発色可能となっている。

【００１１】上記のように構成された画像表示装置につ
いて、その動作を簡単に説明する。外部ファイル装置な
どから読み込まれた画像データは、データバス４０を経
由してＶＲＡＭ４１へ書き込まれる。ここで画像データ
とは、ルックアップテーブル４３に納められた代表色の
番号を示す０から２５５までの色番号の集合である。こ
れらのデータは、ＣＲＴ４７の走査と同期して画素単位
で読み出され、カラールックアップテーブル４３へ供給
される。カラールックアップテーブル４３は一般に高速
ＲＡＭで構成されており、これに供給される画素データ
すなわち色番号は、該高速ＲＡＭへのアドレス入力とな
る。従って、そのアドレスに記憶された２４ｂｉｔｓの
データ、すなわち、色番号に対応した代表色データが出
力されることになる。この各色８ｂｉｔｓの代表色デー
タ４４ａ〜４４ｃはそれぞれＤ／Ａ４５ａ〜４５ｃを通
ってアナログ化され、ＣＲＴ４７により画像として表示
される。以上の説明から明らかな通り、カラールックア
ップテーブル４３には予め２５６色の色番号と対応した
代表色を設定しておく必要がある。この代表色の選定ア
ルゴリズムについて以下に詳述する。

【００１２】図５は原画像の画素色の色成分Ｒ、Ｇ、Ｂ
によって張られるカラー空間の様子を示したものであ
る。５０で示される原点（０、０、０）は黒、５１の
（２５５、２５５、２５５）は白を表す。本立方体の他
の頂点は、それぞれ赤（２５５、０、０）、緑（０、２
５５、０）、青（０、０、２５５）、黄（２５５、２５
５、０）、シアン（０、２５５、２５５）、マゼンダ
（２５５、０、２５５）である。全ての画素は、図示さ
れた立方体内のいずれかの座標値にマッピングされる。
容易に想像されるように、自然画像内の画素を全てカラ
ー空間上にマッピングすると、一般的にその分布には偏
りが発生する。すなわち、画素色の密集している所と疎
らな所とが存在する。このように、画素色が密集して塊
まっている部分をクラスタといい、図５の５３や５４、
５５で示されている。代表色の選択とは、つまり、この
ようなクラスタの存在を見いだし、そのクラスタの中心
位置（５２）を求めることにある。以下、クラスタの探
索方法について詳述する。

【００１３】図１は特徴的な色に着目してクラスタを求
めるアルゴリズムを示している。まず、画像内の任意の
画素色を第１の代表色とする。最も単純な方法は、一番
最初の画素色を第１の代表色とすることである（１
０）。ここで最初という意味は、画素が２次元に配列さ
れた画像において、走査という既知技術を用いることに
より画像処理を１次元化したときの順序に基づいてい
る。この様子を図６に示す。この図において、６０は２
次元の画像、６１は画像６０を構成している１つ１つの
画素、６２は処理の流れを示している。本図から明らか
なように、走査では左上隅の画素から処理を開始し、そ
のまま右（列）方向に処理を進め、１行分が終ると次行
へ移って再び左端から右へ向かい、これを右下隅の画素
に到達するまで繰り返す。以下に示す画素色の処理は基
本的にこの方法を用いて行なっており、以後特に明記し
ない。

【００１４】さて、第１の代表色を選定したら、次に該
第１の代表色とその他の全ての画素色とのカラー空間上
の距離を算出し、その距離が最も大きい画素色を第２の
代表色とする。ここで距離の定義について述べておく。
最も一般的な定義は、次に示すユークリッド距離であ
る。

【００１５】

【数１】

【００１６】本式において、Ｒｒ、Ｇｒ、Ｂｒは任意代
表色のカラー空間上の座標値、Ｒ、Ｇ、Ｂは任意画素の
同座標値である。ところで、本定義は、通常の連続値を
とる空間上では普遍的な尺度ともいえるが、現在考慮し
ているカラー空間の場合では各色成分の取り得る値が比
較的粗い離散値であるため、必ずしも最適な尺度とはい
えない。また、２乗計算や開平計算など計算コストも高
い。そこで、次式に示すような簡略な距離定義（シティ
ブロックディスタンス）を用いることも可能である。

【００１７】

【数２】

【００１８】もちろん、距離定義の相違は、選択される
代表色の組み合わせ、しいては、画像の再現性に影響を
与えるものである。従って、画質や処理速度などその要
求度に応じ、距離の定義も適宜判断する必要があるのは
いうまでもない。

【００１９】さて、第２の代表色まで求まった後、第３
の代表色以降は図５の１２〜１８を所定の数（本例では
２５６）に達するまで繰り返すことで求まる。本手順の
目的は、残された画素色のうち、既得のどの代表色から
も最も遠い距離にある画素色を求め、これを次の代表色
とすることである。そこでまず、一時変数ｄｍａｘを０
に初期化する（１２）。次に、これまでまだ代表色に選
択されていない画素色を１つとり、該画素色とこれまで
選択された代表色との距離を各々算出し、そのうち最も
近い距離をｄｍｉｎとする（１３）。もし、このｄｍｉ
ｎが前記ｄｍａｘより大きければ（１４）、本ｄｍｉｎ
の値を新しいｄｍａｘの値とし、そのときの画素色をｃ
ｏｌｏｒという変数に記憶しておく（１５）。１３〜１
５の処理を画像内の全画素色について行ない（１６）、
最終的に前記ｃｏｌｏｒに記憶されていた画素色を新た
な代表色とする（１７）。その後再び１２からの処理を
繰り返すことにより（１８）、所望の数の代表色を求め
ることができる。

【００２０】以上の手順により２５６個の代表色を求め
られたが、これではまだ１つ１つの原画素色と代表色と
の対応がとれていない。この対応をとる作業をクラスタ
リングと呼び、その手順を図２に示す。これは、代表色
を上記手順において求めた順に０〜２５５に番号付け、
各画素に最も近い代表色の該番号を色番号として該画素
に割り振る処理である。まず、処理対象を指すポインタ
を走査を行なう最初の画素に設定する（２０）。次に、
ポインタの指している画素の画素色と全ての代表色との
距離をそれぞれ算出し（２１）、その中で最も距離の短
い代表色を求める（２２）。この代表色の番号を該画素
の色番号として登録し（２３）、ポインタを１画素分イ
ンクリメントした後（２４）、再び２１からの処理を全
画素を終了するまで繰り返す（２５）。こうして、原画
像を各画素当たり８ｂｉｔｓの色番号に変換した画像を
得ることができる。もちろん、本画像を表示するには、
該画像データを図４に示したＶＲＡＭ４１へ転送すると
同時に、色番号に対応したカラールックアップテーブル
４３のアドレスに代表色のＲ、Ｇ、Ｂデータを設定して
おく必要がある。

【００２１】ところで、図１の方法で得られた代表色
は、必ずしも上記の方法で分類した各クラスタの中心値
とはならず、むしろクラスタの境界近辺に位置する場合
が多い。従って、代表色の色誤差を減らすため、各々の
クラスタにおいてその中に含まれる画素色の重心値を求
め、これを新たな代表色とすることが望ましい。あるク
ラスタに含まれる画素数がｎｉ個で、ｉ番目の画素の色
成分をそれぞれＲ（ｉ）、Ｇ（ｉ）、Ｂ（ｉ）としたと
き、該クラスタの重心値Ｒｇ、Ｇｇ、Ｂｇは下式により
求まる。

【００２２】

【数３】

【００２３】さらに精度の高い代表色が求められる場合
には、上記の重心を求める作業と図２に示したクラスタ
リングのとの組み合せを適宜繰り返せば良い。

【００２４】なお、上記のクラスタリングにおいて各画
素から最短距離にある代表色を求める際、最短距離とな
る代表色が複数存在することがある。このような場合、
１つの方法として決定的な手順で代表色を選定してしま
うことが考えられる。しかしこのようにすると、クラス
タの分布に本来存在しない偏りが発生してしまう可能性
が高い。そこで、複数の候補の中からランダムに１つの
代表色を選択するようにすれば、そのような問題を回避
することができる。この様子を図３に模式的に示す。本
図では、簡略化のためＲ、Ｇの２次元だけを取り上げ、
代表色も２点しか示していない。図中、３１と３２はそ
れぞれ代表色を示しており、直線３３は該代表色によっ
て形成されるクラスタの境界線である。ある画素色が境
界線３３より左に位置すれば、代表色３１のクラスタに
分類されることになる。右にあれば代表色３２のクラス
タに分類される。もし、境界線３３上に位置する画素が
あれば、それは乱数を振るなどして、３１か３２のクラ
スタにランダムに分類されるようにするのである。

【００２５】さらに上記手法を拡張し、各画素色を一意
的に最短距離にある代表色クラスタに分類しないで、あ
る巾を持った範囲から候補を探し、その中からランダム
に選択することが考えられる。すなわち、ある画素色と
最も近い代表色との距離をｄとしたとき、ある任意の微
小距離Δｄを考える。もし、該画素色から（ｄ＋Δｄ）
の範囲に他の代表色がある場合、それらも候補として加
え、これらの中からランダムに１つを選んで該画素色を
分類する。この様子は、図３の巾を持った境界線３４に
よって模式的に表されている。すなわち、距離の判定に
巾を持たせることは、境界線を３３のような細いものか
ら３４のような太いものに変えたと解釈することが出来
る。従って、境界線３４に含まれる画素色は、代表色３
１に分類されるか３２に分類されるかが、乱数等により
ランダムに判定されることになる

【００２６】。

【発明の効果】本発明によれば、画像内における面積の
大小にかかわらず特徴的な色を抽出することができる。
また、従来の方法に比べより広い色域を持った代表色群
の選定が可能となり、例えば誤差拡散処理などと組み合
わせた場合にも色誤差の発生を減少させることができ、
より原画像に近い色再現が可能となる。

【００２７】さらに、代表色の選定に巾とランダム性と
を持たせたことにより、画像にノイズを加えたのと同様
の効果を得ることができ、代表色の少なさに起因する偽
輪郭の発生や色相の急激な変化を押えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】代表色を選択する手順について示した図であ
る。

【図２】クラスタリングを行なう手順について示した図
である。

【図３】クラスタリングの概念を示した図である。

【図４】画像表示回路の構成例を示した図である。

【図５】カラー空間の概念を示した図である。

【図６】画像を走査する処理についての概念を示した図
である。

【符号の説明】

３１、３２、５２…代表色、３４…巾を持たせたクラス
タの境界線、４１…ＶＲＡＭ、４３…カラールックアッ
プテーブル、４５ａ〜４５ｃ…Ｄ／Ａ、４７…ＣＲＴ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｇ 5/06 9175−5Ｇ 5/36 8121−5Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー画像の多様な表示色の中から比較的
少数の代表色を選択するに当たって、各画素色の色成分
によって張られる多次元カラー空間を考え、（１）画
像内の任意の画素色を選び、まず第１の代表色とする、
（２）カラー空間上で、前記第１の代表色から最も遠
い距離にある画素色を第２の代表色とする、（３）こ
れまで選ばれたどの代表色からも最も遠い距離にある画
素色を次の代表色とする、（４）上記（３）の手順を
代表色の総数がＲ個となるまで繰り返す、（５）前記
画像内の全画素を、上記（１）〜（４）の方法で選択さ
れたＲ個の代表色のうち最も距離の近い代表色にそれぞ
れ割当て、Ｒ個のクラスタに分類する、（６）代表色
の精度を上げるために、（５）によって同じクラスタに
分類された画素群のカラー空間内における重心を求め、
これを新たな代表色とする、（７）必要とされる精度
に応じて、さらに（５）と（６）の手順を繰り返す、と
いう手順によって前記Ｒ個の代表色を選定し、画像内の
全画素をその代表色のどれかに割り当てることを特徴と
する代表色選択方法。
【請求項２】既に選定されたＲ個の代表色に基づいて画
像内の全画素をＲ個のクラスタに分類する場合におい
て、ある画素とカラー空間上で最短距離となる代表色が
複数存在するとき、該複数代表色の中からランダムに１
つの代表色を選択し、前記画素を選択された代表色のク
ラスタに分類することを特徴とする代表色選択方法。
【請求項３】既に選定されたＲ個の代表色に基づいて画
像内の全画素をＲ個のクラスタに分類する場合におい
て、ある画素とカラー空間上で最も近い代表色との距離
をｄとするとき、ある任意の微小距離△ｄを考え、前記
画素との距離が（ｄ＋△ｄ）以内である代表色をすべて
候補とし、その中からランダムに１つの代表色を選択
し、前記画素を選択された代表色のクラスタに分類する
ことを特徴とする代表色選択方法。