JPH05252387A

JPH05252387A - 絵柄の中間明度検出方法

Info

Publication number: JPH05252387A
Application number: JP4082726A
Authority: JP
Inventors: Naohito Atozawa; 尚人後澤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】今まで数量的に取り扱うことが困難であった
自然カラー画像の絵柄の中間明度を自動的に特定し、し
かも数量的に取り扱うることを可能とする絵柄の中間明
度検出方法を提供する。【構成】自然カラー画像に関して、指定された絵柄部
分の画素群よりその色の色空間分布を取り、その色空間
分布のうちの被写体の固有色の寄与が主のクラスタ及び
照明光の寄与が加わったことにより発生したクラスタの
それぞれを別個に特定し、この二つのクラスタの接合点
の色空間上での座標値を以て、その絵柄部分の中間明度
の色空間座標値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】自然カラー画像を用い、データ処
理または信号処理等によって画像処理・画質操作を行な
うに際しての指定絵柄部分の中間明度を検出する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自然カラー画像の処理・画質操作につい
て、各絵柄のライト・中間・シャドウという３つの部分
を特定しその状態を検知することは極めて重要であり、
また有効である。例えば、色再現を行なう場合、原画像
の色再現域または階調再現域を決定するのには各絵柄部
分または主要絵柄部分のライト・シャドウ部の明度・輝
度または濃度が重要になる。一方、中間部分の明度・輝
度または濃度と再現色を決定する場合、原画像と色再現
画像の各絵柄または主要な絵柄部分の中間部の明るさと
色とがどういう状況にあるかを判断することが重要とな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、画像の画
質操作や画像操作について、絵柄部分の中間部の特定は
極めて重要な作業になるが、現在のところ、この中間部
の特定の自動化はなされておらず、作業者の目視判断に
頼るのが通常である。このことが、これら色再現等の現
場において熟練者を必要としたり、品質の不安定または
歩止まりの減少を妨げている原因になっている。

【０００４】また、作業所毎に、ライト・中間・シャド
ウ部の明度・輝度・濃度等の基準を設ける所もあるが、
これは、極く限られた所での目安に過ぎず、作業の実際
に殆ど一致しないというのが現状である。これは、絵柄
部分の明るさや画質等が変化しても、人は中間明度の部
分をその絵柄の中から絵柄固有の性質として独立に而も
安定して知覚することができるという現実とは全く相容
れないためである。

【０００５】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
ので、その目的は、今まで数量的に取り扱うことが困難
であった自然カラー画像の絵柄の中間明度を自動的に特
定し、しかも数量的に取り扱うることを可能とする絵柄
の中間明度検出方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、自然カラー画像に関して、指定
された絵柄部分の画素群よりその色の色空間分布を取
り、その色空間分布のうちの被写体の固有色の寄与が主
のクラスタ及び照明光の寄与が加わったことにより発生
したクラスタのそれぞれを別個に特定し、この二つのク
ラスタの接合点の色空間上での座標値を以て、その絵柄
部分の中間明度の色空間座標値とすることを特徴とす
る。

【０００７】請求項２の発明は、上記請求項１におい
て、顕色系色空間に於て行ない、明度に対する彩度変化
が極大になる点を以て、中間明度すなわち上述の二つの
クラスタの接合点とすることを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、上記請求項２におい
て、彩度変化極大点を求めるのに指定された絵柄部分に
ついて同一明度を持つ画素群の彩度の代表値を求め、各
明度に対する彩度代表値の平均変化率を求め、その平均
変化率がゼロとなる点を求め、この点の明度を以て中間
明度すなわち彩度変化極大になる点とすることを特徴と
する。

【０００９】請求項４の発明は、上記請求項３におい
て、平均変化率ゼロの点を求めるのに明度に対して得ら
れた平均変化率のゼロ近傍または全体を適切な曲線また
は直線に回帰し、その回帰直線又は曲線の値がゼロとな
る点すなわち明度軸との切片を以て中間明度とすること
を特徴とする。

【００１０】以上のような構成にあっては、今まで数量
的に取り扱うことが難しかった自然カラー画像の絵柄の
中間明度を自動的にしかも数値又は数値的に特定するこ
とが可能になる。

【００１１】以下、本発明を更に詳述する。

【００１２】自然カラー画像の絵柄部分の中間明度部分
はその絵柄のなかでライト部・シャドウ部の間の明るさ
を持つ部分であり、これを特定するにはこの中間明度部
分の性質に基づけば可能となる。また、自然カラー画像
は実際の物体の平面への投影でもあるから、自然の物体
の色の見え方について考察することが重要である。

【００１３】自然の物体の色の見え方は、その物体の形
状と厳密にはある分光学的性質をもつ物体面の角度と位
置、それを照明する光源の位置と分光分布と性質、及び
それを観測する視点の位置によって定まる。このときこ
の物体面の角度とその物体面の色との関係が重要とな
る。混色系色空間について二色性反射モデル（Ｄichrom
atic Ｒeflection Ｍodel Ｓ．Ａ．Ｓhafer 1985，
Ｇ．Ｊ．Ｋlinker 1988）から説明すると、ある照明条
件下で観察される物体表面の色は、二つの反射光成分か
らなり、内ひとつは吸収拡散反射とも呼ばれその分光分
布は物体固有の分光吸収の影響を受ける。また、他のひ
とつはスペキュラ反射とも呼ばれ、その分光分布は照明
光の分光分布と概ね同一である。鏡面反射性だけが際だ
っていない物体については、吸収拡散成分はほぼどのよ
うな物体面の位置に関しても観測されその強度は物体面
の法線と入射光のなす角度の余弦に比例すると謂われて
いる（Ｌambertのcosineの法則）が、スペキュラ成分に
関してはかなり限られた位置でしか観測されないのが一
般的である。スペキュラ反射は光路方向に強く分布する
反射で、その強度は反射面に対する入射角が浅い程強い
と謂われるが、普通の観測条件では、概してスペキュラ
成分は吸収拡散成分がかなりあるときに観察される傾向
があり、このことは、観察される物体色の内、かなり明
るくなったときにスペキュラ成分が関与してくることに
なり、物体色がある程度明るくなるまでは物体固有の分
光吸収の影響による物体色が観察されることになり、色
相は全く変化しないといえる。一方、スペキュラ成分が
発生すると、この点での吸収拡散成分による物体固有の
反射光に、照明光と同じ分光成分が加わることになり、
物体固有の色に照明光の色が加法混色される。特に照明
光が白色光の場合、スペキュラ成分の増加は、明度増加
を来たすが、彩度に関しては、無彩色成分の加色による
彩度低下を来たす。このとき、色相の変化は発生する
が、これはかなり小さなものになるのが一般的である。

【００１４】以上の、反射光の二成分の挙動、物理的現
象としては、混色系色空間についてみると、色空間原点
を通る線分として吸収拡散成分のクラスタ乃至軌跡が発
生し、この線分上の一点から照明光の位置ベクトルと平
行なスペキュラ成分からなる線分状のクラスタが出現す
る傾向があるということになり、この二つのクラスタの
接合部分が、これはスペキュラ成分があれば必ず現われ
るが、経験的にこの部分またはこの近傍の色をもつ絵柄
部分を我々は画像の中間部分であると知覚しているとい
える。

【００１５】しかし、これは、実際のシーンを、周囲光
や相互反射等の影響を無くした理想的条件で観察される
現象であり、実際、自然カラー画像が作られるとき、被
写体がこのような理想的シーンであることはなく、照明
条件は複雑であり、しかもそれらの正確な記録を得るこ
とは不可能である。ところが、写真製版では、この入力
自体が写真であり、実際のシーンを、画像として再現す
るとき、色再現特性は、測色学的にみて、各三原色につ
いて一対一で正比例しているのではなく、多くの場合ガ
ンマ補正や非線形な補正が施される。従って、自然カラ
ー画像の絵柄の色空間分布が二つの線分からなるとは期
待できないが、絵柄部分の色空間分布は、シーンでの各
被写体の色の見え方のこの様な性質・傾向をよく保存し
ており、線分であったものは通常単純な曲線または弧状
の分布となり、吸収拡散成分が色再現された部分とスペ
キュラ成分が色再現された部分の色空間状での関係はほ
とんど完全に保存される。そして、この分布のしかたは
色再現されるときの条件に関連し、それに応じて変化す
るものであり、画質は色再現のされかたによって決まる
ものであるから、この分布の形状やその変化は、画質や
画質の変化に対応して現われるものといえる。

【００１６】ここで、顕色系色空間における、自然カラ
ー画像の絵柄の色空間分布のしかたを整理すると、画像を構成する色の分布は明度軸に沿った弧状のク
ラスタの集合と見なせ、個々のクラスタは、画像内の個
々の被写体の領域セグメントと良く対応する。このクラ
スタの形状と性質は前記混色系色空間における二色性反
射モデルと関連づけて説明できる。個々のクラスタの形状上の特徴的部分から、その被
写体画像のライト・中間・シャドウ部を特定することが
できる。特に彩度最大の所に中間部が対応する。各被写体画像に生じた画質の変化は、その色空間上
でのクラスタの形状によく反映され、画質の変化をクラ
スタの形状変化から説明することができる。加えて、このクラスタはある特定の観察条件で、実際の
物体面の色の見え方がどういうように拘束・規定される
かを表すものであり、逆光・順光といった色の現われ方
に偏りがある場合でも、このクラスタの全貌は容易にえ
られ、これらの条件に攪乱されることもすくない。

【００１７】従って、先ず混色系色空間では２つの曲線
クラスタ（線分を含む）のその交点として中間部分（混
色系色空間の場合は吸収拡散成分とスペキュラ成分の二
つのクラスタの結合部）を設定でき、与えられた自然カ
ラー画像を顕色系色空間に変換し、指定された絵柄部分
の色空間分布の仕方を観測し、明度−彩度の関係を得、
彩度極大になる部分をその与えられた自然カラー画像の
なかで示すことができれば、それがその絵柄での中間部
分であることがしめすことができる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。

【００１９】図１は、本発明に係る絵柄の中間明度検出
方法の概略手順を示すフローチャートである。手順１０
として画像内の中間明度を検出しようとする絵柄を指定
し、その部分を所定の色空間に変換する。絵柄の指定と
色変換の手順は結果として、所定の色空間に変換された
所定の絵柄部分が自由に参照可能であるものとする。

【００２０】本実施例では、図２の画像の顔の部分に図
３のマスク画像を用いて指定された場合の結果を図４及
び図５に示す。図４は混色系色空間の一例としてＣＩＥ
ＸＹＺ表色系で色空間分布を得た場合、図５は顕色系色
空間の一例としてＣＩＥＬＡＢ表色系で色空間分布を得
たときの例である。

【００２１】ここで、メトリッククロマ、メトリックヒ
ューアングルをとする。

【００２２】混色系色空間では中間明度の点は線分状の
クラスタ１とクラスタ２の交点として得られる（図
４）。また、顕色系色空間では吸収拡散成分の軌跡１と
スペキュラ成分の軌跡２の接合点Ａ、すなわち弧状の分
布の彩度極大の点の明度が中間明度に対応する（図５
（ｂ））。この点を検出するのが、図１の手順２０であ
るが、ここでは顕色系色空間の場合を例にとって説明す
る。

【００２３】基本的に彩度を明度の関数と考え、分布の
分散が全く無いとすれば、彩度極大となる中間明度の点
は、Ｃ^* ＝ｆ（Ｌ^* ）０＝ｄ／ｄＬ^* ｆ（Ｌ^* ）なる、明度Ｌ^* を求めればよいことになる。以下、実験
的にこの彩度極大点をもとめる方法の一例を述べる。

【００２４】手順１０によって指定される絵柄部分につ
いて、一画素づつ当たり、同一明度を持つ画素の平均彩
度μＣ^* を求め（手順４０）、 μＣ^* ＝ｆ（Ｌ^* ）なるプロットをとる（図６）。

【００２５】次に、適当な明度間隔を定め、明度に対す
る彩度の平均変化率を求め（手順５０）、明度に対する
ΔμＣ^* ／ΔＬ^* のプロットをとる（図７）。

【００２６】テレビ、写真、印刷等の色再現画像の場
合、関数ｆ（Ｌ^* ）は基本的に未知であり、画質によっ
てその形状を変えるものであるので、このプロットがど
のような曲線または直線に載るものであるのかは不明で
あるが、このプロットが横軸（Ｌ^* 軸）と交差する近傍
は概ね直線に近似できる。目視または何らかの手段で横
軸（Ｌ^* 軸）とプロットが交差する付近の直線性のよい
プロットを特定し、これらのプロットについて直線回帰
を行なう（手順６０）。

【００２７】この直線回帰によってえられた直線はΔμ
Ｃ^*＝ａＬ^* ＋ｂで、ΔμＣ^*＝０＝ａＬ^* ＋ｂを満た
すＬ^* （回帰直線とＬ^* 軸との交点のＬ^* 値）を以て中
間明度とする（手順７０）。

【００２８】更に、中間明度を点として特定するよりは
ある程度の範囲を以て特定した方が実用的であるが、明
度についてはＬ^*m±ΔＬ^* 、彩度についてはＣ^*m±ΔＣ
^* 、明度、彩度及び色相の全体については｜（Ｌ^*m，Ｈ
m ，Ｃ^*m）−（Ｌ^* ，Ｈ，Ｃ^* ）｜≦ｄＥ（ｄＥは一定
値、適当な値を選ぶ。）として表わすことができる。

【００２９】ところで、中間明度と他のライト・シャド
ウ部との区別は元来絵柄部分のこの軌跡が分散を持つも
のであるという事にくわえて、判断する人間の側やその
画素の或いは局所的な画素群の周辺の状況によってかな
り曖昧さが発生し、相当の熟練者でない限り、再現性の
高い区別は難しく、微妙な個人差が伴うともいえる。ま
た、彩度極大の点を中間明度にするのも一般的な傾向で
あってこれも曖昧さを伴うものであるといえる。そこ
で、この明度−彩度軌跡に対して、この絵柄部分の明度
に対する中間明度の度合いをメンバシップ関数で表し、
ファジイ集合論的に扱うことが可能である。

【００３０】このメンバシップ関数の一例を図８に示
す。横軸は明度でこの絵柄部分の画素の明度に対して適
用される。縦軸はメンバシップの度合いで値域は［ 0.
0，1.0］である。先に求めた、中間明度Ｌ^*mで中間明度
の度合いが 1.0であり、この軌跡のＬ^*max（Ｌ^*h），Ｌ
^*min（Ｌ^*s）で中間明度の度合いが 0.0となる。メンバ
シップ関数μ（Ｌ^* ）の形状は厳密には実測しなければ
ならないが、おおよその議論であればこれらの三点を順
次直線で結ぶことによって得られる。また、このメンバ
シップ関数をファジイ制御に用いる場合はこれで相当の
適用が可能である。さらに、中間明度の度合いは明度が
中間明度からライト側に移動する場合とシャドウ側に移
動する場合とでは中間明度からのずれというほかに、明
るめの中間或いはかるい中間とか、暗めの中間或いは重
いシャドウという階調性或いはトーン性の議論が可能に
なる。すなわち、中間明度の度合いが 1.0となる点（中
間明度Ｌ^*m）からの明度のずれに応じて明るさの感覚的
尺度と対応づけることができる。

【００３１】図９は、メンバシップ関数を用いてＬ^* 値
から指定絵柄内の中間明度を持つ部分を特定した場合の
例を示し、同図（ａ）はメンバシップ関数値がμ（Ｌ
^* ）で1.0〜 0.9の部分、（ｂ）は 1.0〜 0.8の部分、
（ｃ）は 1.0〜 0.7の部分をそれぞれ示している。

【００３２】図１０は本発明に適用可能なメンバシップ
関数の他の例を示したもので、横軸は彩度である。

【００３３】図１１は本発明方法を実施するための装置
の一例を示すブロック図である。

【００３４】まず、画像入力系 101、ＣＩＥＬＡＢへの
変換系 102（以上画像入力変換系 103）を経て、所定の
色空間に変換された画像のデータをフレームメモリＡ 1
04に取り込み、マスク作成系 105によって作成されたマ
スク画像 106を用いて画像内の中間明度を検出しようと
する絵柄を指定する。

【００３５】次にＣ^* ・Ｌ^* 分布生成系を経て、この指
定された絵柄部分のＣ^* とＬ^* 分布を作成し、分布の差
分・微分算出系 108、直線回帰系 109を経て、この分布
の明度に対する彩度の平均変化率を求め、直線回帰を行
なう。次いで、明度軸との切片算出系 110により、この
回帰直線の明度軸との切片を算出し、中間明度を求め
る。

【００３６】なお、図１１において、中間明度検出系 1
11は画像入力変換系 103に対してオンラインとすること
も又はオフラインとすることも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、自然カラー画像内の各絵柄部分の中間明度を持つ
部分の特定を自動的にかつ数量的な取扱いを以って行な
うことが可能となるため、従来熟練を必要とした自然カ
ラー画像の色再現を行なうにあたっての画像処理・画質
操作を容易ならしめることが出来るという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の概略手順を示すフローチャートで
ある。

【図２】実施例で使用した自然カラー画像である。

【図３】実施例で使用したマスク画像である。

【図４】指定絵柄をＣＩＥＸＹＺ表色系に変換して得ら
れた色空間分布を示す図である。

【図５】指定絵柄をＣＩＥＬＡＢ表色系に変換して得ら
れた色空間分布を示す図である。

【図６】明度と平均彩度との関係をプロットした図であ
る。

【図７】明度と明度に対する彩度の平均変化率との関係
をプロットした図である。

【図８】メンバシップ関数の一例を示す図である。

【図９】メンバシップ関数を用いて指定絵柄内の中間明
度を持つ部分を特定した場合の図である。

【図１０】メンバシップ関数の他の例を示す図である。

【図１１】本発明方法を実施するための装置の一例を示
すブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自然カラー画像に関して、指定された絵
柄部分の画素群よりその色の色空間分布を取り、その色
空間分布のうちの被写体の固有色の寄与が主のクラスタ
及び照明光の寄与が加わったことにより発生したクラス
タのそれぞれを別個に特定し、この二つのクラスタの接
合点の色空間上での座標値を以て、その絵柄部分の中間
明度の色空間座標値とすることを特徴とする絵柄の中間
明度検出方法。
【請求項２】顕色系色空間に於て行ない、明度に対す
る彩度変化が極大になる点を以て、中間明度とすること
を特徴とする請求項１記載の絵柄の中間明度検出方法。
【請求項３】指定された絵柄部分について同一明度を
持つ画素群の彩度の代表値を求め、各明度に対する彩度
代表値の平均変化率を求め、その平均変化率がゼロとな
る点を求め、この点の明度を以て中間明度とすることを
特徴とする請求項２記載の絵柄の中間明度検出方法。
【請求項４】明度に対して得られた平均変化率のゼロ
近傍または全体を適切な曲線または直線に回帰し、その
回帰直線又は曲線の値がゼロとなる点を以て中間明度と
することを特徴とする請求項３記載の絵柄の中間明度検
出方法。