JPH06235979A - ネガフィルムに記録された場面の色画像から場面照明光の色濃度を決定するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 場面の色の偏りの有無に依らず正確に場面照
明光の色をネガフィルムに記録された色濃度として決定
する方法、また、ネガフィルムから得られた色濃度Ｄ
ｒ，Ｄｇ，Ｄｂを用いてこれらに基づく空間ＬＭＮ内に
おいて直接光源色濃度を決定することが出来、フィルム
の種類毎に予め変換のためのデータを測定しておく必要
がない方法を提供する。 【構成】 ネガフィルムの色画像を走査しデジタル濃度
画像を作成し、デジタル濃度画像の各画素の色濃度Ｄ
ｒ，Ｄｇ，ＤｂをＬ，Ｍ，Ｎに変換しＬＭＮ画像を作成
して、ＬＭＮ画像の隣接する画素間の変化方向から色変
化特性を計算し、色変換特性に対してパラメータ推定に
よる場のあてはめを行ない、あてはめられた場のハイラ
イト側の集束点Ｃ２を光源色濃度の推定値とする、ある
いはシャドウ側の集束点Ｃ１とＣ２を結ぶ直線を光源色
濃度の軌跡の推定とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ネガフィルムに場面の
色画像を記録するために使用された場面照明光の色が、
使用されたネガフィルムにおいてどのような色濃度にて
記録されているかを画像自体から決定するための方法で
あり、カラー写真システムおよびネガフィルムから読み
取ったデジタル画像をＣＲＴなどのカラー画像表示装置
に表示するような電子的画像システムにおいて、再現画
像を得る際の色補正量を正確に決定するための方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラー写真システムまたはネガフィルム
から読み取ったデジタル画像をＣＲＴに表示するような
電子的画像システムにおいては、好ましい再現画像を得
るために、場面を記録するのに使用された場面照明光の
色を再現過程（たとえば、ネガポジカラー写真ではネガ
フィルムからカラーペーパーへの焼き付け、電子的画像
システムではデジタル画像のカラーＣＲＴへの表示な
ど）において補正することが望ましい。このような補正
を自動的に行なうには、場面照明光の色がネガフィルム
においてどのような色濃度として記録されていかるかを
画像自体から決定する必要がある。

【０００３】カラー写真の分野では、従来場面照明光の
記録された色濃度（以下、光源色濃度）を推定するため
の量として、１コマの画像全体を積分したときのＲＧＢ
各色の濃度（Large Area Transmission Density ：ＬＡ
ＴＤ）が用いられてきた。これは、エバンス(R. M. Eva
ns: USP2,571,697)の提案した「灰色世界」仮説(TheEva
ns' ”Gray World“Hypothesis) に基づくものである。
ＬＡＴＤによる光源色濃度の推定は、「灰色世界」仮説
が成り立つ場面では良い推定を与えるが、場面を構成す
る色に偏りがある場合には誤った推定を与えてしまうと
いう欠点がある。

【０００４】ＬＡＴＤとは異なる方法で場面照明光の色
を推定する方法としては、Ｌｅｅによって特表昭６２−
５００３２５に開示されている方法がある。Ｌｅｅによ
って開示された方法は、非均質な物質の表面からの反射
光が鏡面反射成分（照明光の色）と拡散反射成分（物質
の色）との混合物であるという物理的性質に基づくもの
である。システムによって記録された画像放射照度をＥ
ｒ，Ｅｇ，Ｅｂとしたとき、物質からの反射光はＥｇ／
Ｅｒ，Ｅｂ／Ｅｒからなる平面において１つの直線上に
分布する。複数の色の異なる物質の反射光から得られる
各々の直線は、場面照明光の色に相当するＥｇ／Ｅｒ
Ｅｂ／Ｅｒ平面上の座標Ｌｇ／Ｌｒ，Ｌｂ／Ｌｒにおい
て交差する。ただし、Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂは画像形成シス
テムのＲＧＢの感度関数に関して入射放射輝度を積分し
てえられる入射表面放射輝度である。したがって、２つ
以上の色の異なる物質が場面中に存在すれば、各々の分
布から得られる直線の交点として場面照明光の色を決定
することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｌｅｅの方法において
は、システムによって記録された画像放射照度に基づく
座標平面を推定のための空間（平面）として用いている
が、ネガフィルムにおいては、場面照明光の色がフィル
ム上におけるどのような色濃度として記録されているか
が重要となる。例えば、ネガフィルムをカラーペーパー
に焼き付ける場合には、ＲＧＢ各色の焼き付け光による
対数露光量を、場面照明光がネガフィルム上に記録され
た色濃度に応じて加減することにより、色バランスの補
正を行なっている。ところが、ネガフィルムにおいては
画像放射照度Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂの対数値とフィルムに記
録される色濃度Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂとの関係は一般に非線
形である。これはフィルムのＤＨ特性および重層効果に
よるものであり、画像放射照度と色濃度の関係は対数変
換を含めて次式で示されるような非線形な変換となる。

【０００６】Ｄ＝Φ（Ｅ） ここで、Ｄ，Φ，Ｅはベ
クトルである。ただし、 Ｄ＝（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ） Ｅ＝（Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂ） Φ：対数変換，ＤＨ特性，重層効果を含む非線形変換。

【０００７】このため、Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂからなる空間
においては、物質からの反射光の分布は直線とならず、
Ｌｅｅの方法を直接適用することはできない。Ｄｒ，Ｄ
ｇ，ＤｂをＥｒ，Ｅｇ，Ｅｂに変換すればＬｅｅの方法
を適用することは可能であるが、そのためにはΦの逆変
換Φ^-1を正確に知る必要がある。一般にΦはネガフィル
ムの種類毎により異なり、市場に出回っている多くの種
類のフィルムについてΦを測定し、Φ^-1を計算すること
は、補正処理を非常に煩雑なものとしてしまうという問
題がある。

【０００８】本発明は、前記従来の欠点を除去し、場面
の色の偏りの有無に依らず正確に場面照明光の色をネガ
フィルムに記録された色濃度として決定することが出来
る方法を提供する。また、本発明ではネガフィルムから
得られた色濃度Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂを用いてＤｒ，Ｄｇ，
Ｄｂに基づく空間ＬＭＮ内において直接光源色濃度を決
定することが出来、Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂのような画像放射
照度に基づく空間に変換する必要がないため、フィルム
の種類毎に予め変換のためのデータを測定しておく必要
のない方法を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の方法は、ネガフィルムに場面の色画像を記
録するために使用された場面照明光の色が、使用された
ネガフィルムにおいてどのような色濃度として記録され
ているかを画像自体から推定するための方法であって、
ネガフィルムの色画像を走査してデジタル濃度画像を作
成し、デジタル濃度画像の各画素の色濃度Ｄｒ，Ｄｇ，
ＤｂをＬ，Ｍ，Ｎに変換しＬＭＮ画像を作成して、ＬＭ
Ｎ画像の隣接する画素間の変化方向から色変化特性を計
算し、色変換特性に対してパラメータ推定による場のあ
てはめを行ない、あてはめられた場のハイライト側の集
束点Ｃ２を光源色濃度の推定値とすることを特徴とす
る。

【００１０】また、本発明の方法は、ネガフィルムに場
面の色画像を記録するために使用された場面照明光の色
が、使用されたネガフィルムにおいてどのような色濃度
として記録されているかを画像自体から推定するための
方法であって、ネガフィルムの色画像を走査してデジタ
ル濃度画像を作成し、デジタル濃度画像の各画素の色濃
度Ｄｒ，Ｄｇ，ＤｂをＬ，Ｍ，Ｎに変換しＬＭＮ画像を
作成して、ＬＭＮ画像の隣接する画素間の変化方向から
色変化特性を計算し、色変換特性に対してパラメータ推
定による場のあてはめを行ない、あてはめられた場のシ
ャドウ側の集束点Ｃ１とハイライト側の集束点Ｃ２とを
結ぶ直線を光源色濃度の軌跡の推定とすることを特徴と
する。

【００１１】ここで、前記色変化特性を計算する行程
は、隣接する２つの画素ｉ，ｊを選択して、画素ｉ，ｊ
におけるＲＧＢ濃度からＬＭＮ座標を計算する行程と、
Ｍ，Ｎの変化率ＤＭ，ＤＮを求める行程と、Ｌ_i ，Ｍ
_i ，Ｎ_i を含む空間Ｓ_pqr を求める行程と、変化率，デ
ータ数を累積する行程と、全ての隣接する画素を処理し
たかを判断し、処理していない場合は前記各行程を繰り
返す行程と、全ての隣接する画素を処理した場合は、色
変化方向の集合としてネガフィルムに記録されたシーン
の色変化特性を得る行程とを備える。

【００１２】

【実施例】

＜ミュレーションモデル＞図１は本実施例の光源，観察
位置，物体表面の位置関係を示す図である。ｓ，ｓ’，
ｎ，ｐはそれぞれ、光源の方向，フレネル反射の方向，
面の法線，観察方向を表している。またｓとｎのなす角
をα、ｓ’とｐのなす角をβとする。

【００１３】Ｌｅｅは物体の反射光によるセンサの応答
Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂを次のような式でモデル化している。 Ｅｒ＝ｋ×Ｌｒ×［ρｒ×ｆ（α，β）＋Ｓ×ｈ（α，β）］ （１） Ｅｇ＝ｋ×Ｌｇ×［ρｇ×ｆ（α，β）＋Ｓ×ｈ（α，β）］ （２） Ｅｂ＝ｋ×Ｌｂ×［ρｂ×ｆ（α，β）＋Ｓ×ｈ（α，β）］ （３） ただし、Ｌｒ，ＬｇおよびＬｂは入射光のスペクトルと
Ｒ，Ｇ，Ｂ各色センサの分光感度分布の積を積分して得
られる入射光の照度を表す。また、ρｒ，ρｇ，ρｂは
拡散反射係数、Ｓは鏡面反射係数を表す。関数ｆ，ｈは
拡散反射および鏡面反射のリフレクタンスファクターの
角度依存性を表している。このモデルでは鏡面反射成分
のスペクトルは入射光のスペクトルに等しい。本実施例
では関数ｆ，ｇの具体的な形はＰｈｏｎｇのモデルに従
った。またＰｈｏｎｇのモデルでは環境光を表す項を取
り入れている。通常のシーンでは光源からの直射光が当
たらない部分においても周辺からの一様な反射光が当た
っているので輝度が０になることはない。従って環境光
の項を加えることにより、より実際のシーンに近くなる
と考えられるので、本実施例ではこれを加えて次のよう
な式を用いた。

【００１４】 Ｅｒ＝ｋ×Ｌｒ×［0.1 ×ρｒ＋ρｒ×ｃｏｓα＋Ｓ×ｃｏｓⁿ β］ （４） Ｅｇ＝ｋ×Ｌｇ×［0.1 ×ρｇ＋ρｇ×ｃｏｓα＋Ｓ×ｃｏｓⁿ β］ （５） Ｅｂ＝ｋ×Ｌｂ×［0.1 ×ρｂ＋ρｂ×ｃｏｓα＋Ｓ×ｃｏｓⁿ β］ （６） ただし、ここではＥｒ，Ｅｇ，ＥｂはＲＧＢ各色の露光
量である。またＬｒ，ＬｇおよびＬｂは入射光のスペク
トルとネガフィルムのＲ，Ｇ，Ｂの各色感光層の分光感
度分布の積を積分して得られる入射光の照度を表す。

【００１５】第１項は環境光による反射成分を表してい
る。環境光は光源からの光に等しいスペクトルを持つも
のとし、その大きさは入射光の照度の１０分の１とし
た。第２項は拡散反射成分、第３項は鏡面反射成分を表
している。係数ｎは鏡面反射成分のビームの幅を表し、
ｎが大きいほどビームが細くなる。露光量Ｅｒ，Ｅｇ，
Ｅｂからネガフィルムの濃度Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂへの変換
は、市販のフィルムのデータシートに記載された特性曲
線に基づいて行った。特性曲線は昼光による露光によっ
て得られたものを用いている。ＲＧＢ各色の特性曲線を
表す関数をＦｒ，Ｆｇ，Ｆｂとすると露光量と濃度の関
係は次式で表される。

【００１６】 Ｄｒ＝Ｆｒ（ｌｏｇＥｒ） （７） Ｄｇ＝Ｆｇ（ｌｏｇＥｇ） （８） Ｄｂ＝Ｆｂ（ｌｏｇＥｂ） （９） 実際のフィルムでは重層効果があるため特性曲線のみか
らフィルムの濃度を決定することは出来ないが、重層効
果は近似的に３×３のマトリクスで表される線型変換と
見なすことができる。ネガフィルムにおける光源色の推
定では、特に対数変換および特性曲線の非線形性が問題
となる。そこで重層効果を含まないモデルによっても推
定手法の有効性は検証できるものと考え、式（７）〜
（９）によってネガフィルムの濃度が定まるものとす
る。

【００１７】本実施例では物体の表面を円筒面として図
２に示すような幾何学モデルを用いて行った。光源から
の光は平行光とし、円筒の表面（ｘ，ｙ，ｚ）からの反
射光はネガフィルム上の座標（ｘ’，ｙ’）に式（７）
〜（９）で与えられる濃度として記録される。 ＜推定のための色空間＞物体の反射モデルに基づく推定
手法をネガフィルムに応用する際の最も重要な問題は、
シーンの輝度とネガフィルムに記録される濃度との関係
が非線形であることである。ネガフィルムの露光量Ｅ
ｒ，Ｅｇ，Ｅｂはシーンの輝度に比例し、ネガフィルム
の濃度Ｄｒ，Ｄｇ，ＤｂとＥｒ，Ｅｇ，Ｅｂとの関係は
次のような非線形変換と考えられる。

【００１８】 Ｄ＝Φ（Ｅ） ここで、Ｄ，Φ，Ｅはベクトルである。 （１０） ただし Ｄ＝（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ） Ｅ＝（Ｅｒ，Ｅ
ｇ，Ｅｂ） Φ；非線形な変換 Φはネガフィルムの特性曲線および重層効果の特性によ
り定まる非線形変換である。このことから推定を行うた
めの色空間の選択という第一の問題を生ずる。（Ｅｒ，
Ｅｇ，Ｅｂ）のようなシーンの輝度に比例する空間を用
いるためには、ネガフィルムの濃度から露光量への逆変
換が必要になる。一方、ネガフィルムのＲＧＢ濃度Ｄ
ｒ，Ｄｇ，Ｄｂからなる空間を用いると、同一の材質か
らなる表面に対応する部分の（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）空間
における色の分布は、（Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂ）空間におけ
るような直線にはならない。従って、ネガフィルム画像
から投影光源色を推定する方法として、本実施例では、
次の方法を用いた。

【００１９】まず、ネガフィルムをスキャナ等で読み取
りＲＧＢ三色の濃度データからなるデジタル画像を形成
する。得られた濃度画像から、Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ空間も
しくはこれを変形した空間を用いて、直線撮影光源色を
推定する。推定を行うため空間として、以下に述べるＬ
ＭＮ色濃度空間を用いる。一般にカラーネガフィルムの
特性曲線は図３のような形をしている。ある光源で照明
されたグレーの被写体からの反射光による対数露光量を
Ｈｒ，Ｈｇ，Ｈｂとする。光源の色の彩度があまり高く
なく、重層効果が無視できるとしたとき、対応するネガ
フィルムの濃度は図のＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂとなる。これを
プリント上でグレーに焼き付けるにはＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂ
間の差がわかれば十分である。そこでＤｇを基準にとり
Ｄｒ−Ｄｇ，Ｄｂ−ＤｇをそれぞれＭＮとおく。ＭＮは
色度に対応する量と考えられる。

【００２０】一方、ネガフィルムのカラーバランスは通
常露光量と共に変化するので、露光量もしくは明るさに
対応する軸が必要となる。ここではＲＧＢ各濃度の平均
値を用いる。すなわち、 Ｌ＝（Ｄｒ＋Ｄｇ＋Ｄｂ）／３ （１１） Ｍ＝Ｄｒ−Ｄｇ （１２） Ｎ＝Ｄｂ−Ｄｇ （１３） ＬＭＮの張る空間は濃度で表現された色空間と考えられ
るのでＬＭＮ色濃度空間（以下ＬＭＮ空間）と呼ぶ。 ＜ＬＭＮ空間における光源色の軌跡と反射光の分布＞Ｌ
ＭＮ空間において光源色を推定するには、光源色及び物
体からの反射光がＬＭＮ空間にどのように記録されるか
を知る必要がある。そこでこれらについて述べ、さらに
両者の関係について考察する。

【００２１】色光によるネガフィルムの対数露光量をＲ
ＧＢ各色についてそれぞれＨｒ，Ｈｇ，Ｈｂとしたと
き、重層効果が無視できる場合、ネガフィルムの３色濃
度Ｄｒ，Ｄｇ，ＤｂはＤＨ特性曲線を用いて図４のよう
に図示式的に表すことが出来る。ＬＭＮ座標におけるＭ
Ｎの値はＤｒ，Ｄｇ、Ｄｂ，Ｄｇの差であるからその絶
対値は図５に示すようにＤｒ，Ｄｇ、Ｄｂ，Ｄｇ間の距
離で表される。

【００２２】色光のスペクトルを一定として露光量を変
化させた場合、各色の露光量の差Ｈｒ−Ｈｇ，Ｈｂ−Ｈ
ｇは一定に保たれる（図４のＨｒ’，Ｈｇ’，Ｈ
ｂ’）。このとき｜Ｍ｜，｜Ｎ｜は特性曲線の形に応じ
て変化する。すなわち、色光のスペクトルが一定であっ
ても露光量によりＭＮの座標値が変化することがわか
る。白色光によって露光された場合、すなわち、Ｈｒ＝
Ｈｇ＝Ｈｂの場合も同様であり、このことは露光量と共
にカラーバランスが変化することに対応している。ｆ
ｒ，ｆｇ，ｆｂは一般的に非減少関数であると考えられ
るのでＬ＝（ｆｒ＋ｆｇ＋ｆｂ）／３も非減少関数とな
る。従って色光のスペクトルを一定として露光量を変化
したとき、ＬＭＮ空間に描かれる軌跡は、Ｌの値に対し
て一意にＭＮの値が定まるような曲線となる。

【００２３】いろいろな色光について軌跡を描くと図５
のようになる。特性曲線がベース領域及び飽和領域を持
つことから、Ｌの値は（Ｌｂ，Ｌｓ）に制限され、曲線
はＬｂ，Ｌｓにおいて収束する。但し、 Ｌｂ＝（Ｄｒｂ＋Ｄｇｂ＋Ｄｂｂ）／３ （１４） Ｌｓ＝（Ｄｒｓ＋Ｄｇｓ＋Ｄｂｓ）／３ （１５） Ｄｉｂ，Ｄｉｓ；ＲＧＢ各色のベース濃度および飽和濃
度 一般的傾向として、色光の彩度が高いほど軌跡の湾曲が
大きくなる。

【００２４】次に物体からの反射光がＬＭＮ空間におい
てどのように分布するかについて述べる。Klinker 等に
よれば円筒系の物体の場合、Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂのような
シーンの輝度に比例する量に基づく色空間においては、
反射光の色の分布は、光源色の方向を表すベクトルＣｓ
と物体の色（拡散反射成分）を表すベクトルＣｂによっ
て張られる平面上にＴ字状もしくはＬ字状に分布する。
ＬＭＮ空間においては、反射光の分布は、式（７）の非
線形変換により歪むと考えられるが、Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂ
空間における分布を反映したものとなると予想される。
そこで反射率の異なるいくつかの円筒型の物体について
反射光がどのように分布するかを求めた。

【００２５】図６は図２の円筒面において、拡散反射率
ρｒ＝０．０７５，ρｇ＝０．１５，ρｂ＝０．２５、
鏡面反射率Ｓ＝０．０５、Ｌｒ：Ｌｇ：Ｌｂ＝１．０：
１．０：１．０としたときのＬＭＮ空間における反射光
の分布をＬＭ，ＬＮ，ＭＮ平面に投影して描いたもので
ある。分布はおもに拡散反射成分からなる光と鏡面反射
成分を多く含む光の存在により歪んだＬ字状になってい
る。図７は表１に示すような拡散反射率を持つ４種類の
表面からの反射光の分布をＬＭ平面およびＬＮ平面に投
影して重ねて描いたものである。破線は拡散反射率の各
色の比ρｒ：ρｇ：ρｂに等しい比のＲＧＢ成分を持つ
色光の軌跡を示す。拡散反射成分からなる光の分布は色
光の軌跡に一致する。太線は光源色の軌跡を示す。鏡面
反射成分を多く含む光の分布は光源色の軌跡に漸近する
傾向を示している。

【００２６】

【表１】

【００２７】＜ネガフィルム画像からの情報抽出と光源
色の推定方法＞シーンの記録された画像から光源色を推
定するにはどのような情報をネガフィルム画像から抽出
すべきであろうか。前節で述べたように、物体の反射光
のＬＭＮ空間における分布は光源色推定のための手がか
りとなるが、画像を同じ色の物体に対応する領域に分割
することは容易ではない。ネガフィルム画像において
は、露光量と共にカラーバランスが変化するため一層困
難を伴う。

【００２８】そこで本実施例では、ネガフィルム画像の
隣接する画素の濃度変換に着目する。隣接する画素はシ
ーンにおいて同じ色の物体に対応している確率が高いと
期待できる。隣接する画素が同じ色の物体に対応してい
ると仮定した場合、画素間のＬＭＮ空間における座標の
変化方向は、図７に示した分布を反映したものとなる。
すなわち、おもに拡散成分からなる光が記録された画素
間では図７の破線で示した色光の軌跡の方向に一致す
る。一方、鏡面反射成分を多く含む画素間では、変化の
方向は光源色の軌跡に向かうと考えられる。従って複数
の物体を含むシーンにおける隣接画素の濃度変化の方向
は次の３つのグループに分類できる。

【００２９】グループ１ 色光の軌跡に一致する方向 グループ２ 光源色に向かう方向 グループ３ 物体の色の変化に応じた方向 グループ３はシーンにおける物体のエッジ部分や、物体
の色自体が変化している場合であり、光源色の推定にお
いては排除すべき情報である。濃度変化の方向に関する
以上の考察により、本実施例ではＬＭＮ空間を小空間に
分割し各小空間毎に平均の変化方向を求めることにし
た。グループ３の変化方向は他のグループの方向に比べ
データ数が比較的少ないと考えられるので、平均化処理
により除去出来る。アルゴリズムの詳細を以下に示す。 ＜本実施例におけるアルゴリズム＞Ｌ，Ｍ，Ｎ座標の一
定の区間（Ｌ₀ ，Ｌ₁ ），（Ｍ₀ ，Ｍ₁ ），（Ｎ₀ ，Ｎ
₁）を定め、各区間をそれぞれｐ，ｑ，ｒ等分してＬＭ
Ｎ空間をｐ×ｑ×ｒ個の小空間に分割する。各小空間毎
に変化率の累積ＡＣＣＭ_pqr ，ＡＣＣＮ_pqr および頻度
ＣＮＴ_pqr を割り当てて次の手順を行う。

【００３０】１）隣接する２つの画素のｒｇｂ濃度ｒ
_i ，ｇ_i ，ｂ_i およびｒ_j ，ｇ_j ，ｂ _j からＬＭＮ濃度
Ｌ_i ，Ｍ_i ，Ｎ_i およびＬ_j ，Ｍ_j ，Ｎ_j を求める。 ２）Ｍ，Ｎの変化率ＤＭ，ＤＮを次式に従って求める。 ＤＭ_i ＝（Ｍ_j −Ｍ_i ）／（Ｌ_j −Ｌ_i ） ＤＮ_i ＝（Ｎ_j −Ｎ_i ）／（Ｌ_j −Ｌ_i ） ３）Ｌｉ，Ｍｉ，Ｎｉを含む小空間Ｓ_pqr(ｐ，ｑ，ｒ）
を求め変化率，データ数を累積する。すなわち、 ＡＣＣＭ_pqr ＝ＡＣＣＭ_pqr ＋ＤＭ_i ＡＣＣＮ_pqr ＝ＡＣＣＮ_pqr ＋ＤＮ_i ＣＮＴ_pqr ＝ＣＮＴ_pqr ＋１ ４）全ての画素について１〜３を行う。

【００３１】５）各小空間毎に変化率の平均ＤＭ_pqr ，
ＤＮ_pqr を求め、その小空間の色変化方向とする。 ＤＭ_pqr ＝ＡＣＣ_pqr ／ＣＮＴ_pqr ＤＭ_pqr ＝ＡＣＣ_pqr ／ＣＮＴ_pqr このようにして得られる色変化方向の集合をネガフィル
ムに記録されたシーンの色変化特性と呼ぶ。

【００３２】このアルゴリズムを用いて円筒モデルにつ
いてシミュレーションを行うと図８のような色変化特性
が得られた。シミュレーションは表２に示す６種類の拡
散反射率を持つ円筒について得られ画像を１つのシーン
として扱って行ったものである。ただし物体のエッジ部
分における色変化は計算から除外してある。従って画像
から得られる変化方向はグループ１およびグループ２の
みである。

【００３３】図８よりハイライト部分（Ｌの値が高い部
分）では光源色の軌跡上の点に向かって収束し、シャド
ウ部（Ｌの値が低い部分）ではネガフィルムのベース濃
度に対応する座標（Ｌｂ，Ｍｂ，Ｎｂ）に向かって収束
する傾向がみられる。これはハイライト部分においては
グループ２に対応する成分が強く、シャドウ部分ではグ
ループ１に対応する成分が強くなるためと考えられる。
座標（Ｌｂ，Ｍｂ，Ｎｂ）はネガフィルムの未露光部分
の濃度から求めることが出来る。

【００３４】本実施例では収束点を求める方法として以
下に述べるパラメータ推定による場のあてはめを用い
た。色変化特性はＬＭＮ空間内の離散的な座標対して色
変化の方向が定まる一種の方向場となっている。色変化
特性が一般にどの様な方向場となるかを理論的に導くこ
とは困難であるので、以下に述べるような実験式を仮定
する。

【００３５】

【表２】

【００３６】図９はＬＭＮ空間内点ｐ（Ｌ，Ｍ，Ｎ）に
加わる３種類の力の方向を示したものである。ｖ０は直
線ｐ１−ｐ２に、ｖ１はｐ１−ｐに、ｖ２はｐ−ｐ２に
平行な単位ベクトルである。座標ｐ（Ｌ，Ｍ，Ｎ）にお
ける場Ｖ（Ｖ_L ，Ｖ_M ，Ｖ_N）は図に示す３つのベクト
ル、Ｖ０，ｖ１，ｖ２を用いて次のように表されると仮
定する。

【００３７】 Ｖ＝ｖ１／ｄ１＋αｖ２／ｄ２＋βｖ０ （１６） ここで、ｄ１，ｄ２；ｐ１−ｐおよびｐ−ｐ２間の距離 α，β；係数 ｐ（Ｌ，Ｍ，Ｎ）における色変化方向はＶの成分Ｖ_L ，
Ｖ_M ，Ｖ_N より ｄＭ／ｄＬ｜_(L,M,N) ＝Ｖ_M ／Ｌ_L （１７） ｄＮ／ｄＬ｜_(L,M,N) ＝Ｖ_N ／Ｌ_L （１８） となる。また上式の右辺はＬ₁ ，Ｍ₁ ，Ｌ₂ ，Ｍ₂ ，Ｎ
₂ ，α，βをパラメータとして含むので次のように表す
こともできる。

【００３８】 ｄＭ／ｄＬ｜_(L,M,N) ＝φ（Ｌ，Ｍ，Ｎ｜Ｌ₁ ，Ｍ₁ ，Ｎ₁ ，Ｌ₂ ，Ｍ₂ ，Ｎ₂ ，α，β） （１９） ｄＮ／ｄＬ｜_(L,M,N) ＝φ（Ｌ，Ｍ，Ｎ｜Ｌ₁ ，Ｍ₁ ，Ｎ₁ ，Ｌ₂ ，Ｍ₂ ，Ｎ₂ ，α，β） （２０） 適当なコスト関数を設定してパラメータを最適化するこ
とにより式（１９），（２０）を色変化特性に近似させ
ることが出来る。本実施例では次のようなコスト関数を
用いた。

【００３９】Ｃ＝Σ（（ＤＭ_j −ＤＭ’_j ）² ＋（ＤＮ
_j −ＤＮ’_j ）² ） ＋Ｍ₁ （ｄ₁ −ｋ₁ ）² ｕ（ｄ₁ −ｋ₁ ） ＋Ｍ₂ （ｄ₂ −ｋ₂ ）² ｕ（ｄ₂ −ｋ₂ ） ＋Ｍ₃ （α−ｋ₃ ）² ｕ（α−ｋ₃ ） ただし、 ｄ１＝ｓｑｒｔ((Ｌ２−Ｌ１)²＋( Ｍ２−Ｍ１)²＋( Ｎ２−Ｎ１)²) ｄ２＝ｓｑｒｔ((Ｌ１−Ｌ１’)²＋( Ｍ１−Ｍ１’)²＋( Ｎ１−Ｎ１’)²) ｕ：ステップ関数 ｕ（ｘ）＝１（ｘ＞＝０），０（ｘ＜０） 第１項は色変化特性と推定された場の誤差であり、添え
字ｊはデータ数が０でない小空間の番号である。またＤ
Ｍ’_j ，ＤＮ’_j は小空間の中心における式（１９），
（２０）の値である。第２項以下は最適化の収束性を高
めるためのものでそれぞれ２つの収束点間の距離、ネガ
の未露光部分から得られるベース濃度と推定されたベー
ス濃度の差、係数αの大きさに制限を加えている。

【００４０】パラメータの最適化手法としては、Ｈｏｏ
ｋｅとＪｅｅｖｅｓの非線形最適化アルゴリズムを用い
た。この様にしてパラメータを最適化したときのＬ２，
Ｍ２，Ｎ２がハイライトにおける光源色の推定値とな
る。また（Ｌ１，Ｍ１，Ｎ１）と（Ｌ２，Ｍ２，Ｎ２）
とを結ぶ直線を光源色の軌跡の近似と考えることができ
る。 ＜本色濃度の推定方法を適用した画像処理装置＞図１６
は本実施例の画像処理装置のブロック構成例を示す図で
ある。

【００４１】ネガフィルム１６０の色画像をＣＣＤ１６
２で走査し、アナログ画像データをＡ／Ｄコンバータ１
６３でデジタル画像データに変換して、画像メモリ１６
４にデジタル濃度画像として格納する。上記ＣＣＤ１６
２とＡ／Ｄコンバータ１６３と画像メモリ１６４とは、
濃度画像作成部１６１を構成する。画像メモリ１６４内
のデジタル濃度画像は順に読み出されて、色変化特性計
算部１６５で色変化特性が計算される。この色変化特性
に基づいて、光源色濃度推定部１６６でネガフィルム１
６０作成時の光源の色濃度が本実施例の方法で推定され
る。光源色濃度推定部１６６は推定結果に対応して、色
補正部１６７に補正情報を送り、色補正部１６７では画
像メモリ１６４よりのデジタル画像データを補正して、
プリンタや表示装置あるいは通信装置を含む画像出力部
１６８に出力する。

【００４２】図１７は本実施例の画像処理装置のハード
ウエア構成例を示す図である。ＣＰＵ１７１は本装置に
おける制御及び演算を司さどる。ＲＯＭ１７２はＣＰＵ
１７１の処理手順あるいは処理定数を格納し、特に色変
化特性計算プログラム１７２ａ，光源色濃度推定プログ
ラム１７２ｂ，色補正プログラム１７２ｃ等が格納され
ている。尚、上記プログラムの分け方は一例に過ぎず、
２つのプログラムが合体していてもよいし、更に細かく
分解されてもよい。

【００４３】ＲＡＭ１７３はＣＰＵ１７１の演算補助用
であり、画像メモリ１７３ａを含んでいる。画像データ
入力部１７４は図１６で示すＣＣＤ１６２及びＡ／Ｄコ
ンバータ１６３を含む処理を行う。画像出力部１７５は
図１６の画像出力部１６８に対応する。尚、画像データ
入力部１７４が画像データ受信を行うものであってもよ
い。

【００４４】図１８は本実施例を適用する写真焼付装置
の概略構成例を示す図である。尚、本図では定着部等の
本発明に直接関係しない部分は図示されていない。図１
８で、白色光源１８４からの光はフィルタユニット１８
５で所望色にフィルタリングされて、ネガフィルム１６
０に投射され、レンズ１８８で集光されて印画紙１８９
を露光し画像が結像される。ここで、透過光センサ１９
０はネガフィルム１６０を透過した色を検出して制御部
１８０に送り制御部１８０では露光量をシャッタ１８７
により適正に補正する。本実施例に係る光源色の推定に
よる色補正量は、カメラ１８１により入力された画像デ
ータに基づいた制御部１８０での推定、演算により算出
され、色補正は、上記色補正量に対応してドライバ部１
８２でアクチュエータ１８３を介してＹ，Ｍ，Ｃの３枚
のフィルタ１８６を駆動し、各フィルタによるフィルタ
時間を変化させることにより実現される。 ＜場面照明光の決定手順の概略＞図１０及び図１１のフ
ローチャートに従って、本実施例の推定手順を示す。

【００４５】図１０において、ステップＳ１では、ネガ
フィルムの色画像を走査しデジタル濃度画像を作成す
る。ステップＳ２では、デジタル濃度画像の各画素の色
濃度Ｄｒ，Ｄｇ，ＤｂをＬ，Ｍ，Ｎに変換しＬＭＮ画像
を作成して、ＬＭＮ画像の隣接する画素間の変化方向か
ら色変化特性を計算する。ステップＳ３では、色変換特
性に対してパラメータ推定による場のあてはめを行な
う。最後に、ステップＳ４で、あてはめられた場のハイ
ライト側の集束点Ｃ２を光源色濃度の推定値とする。ま
たは、シャドウ側の集束点Ｃ１とハイライト側の集束点
Ｃ２とを結ぶ直線を光源色濃度の軌跡の推定とする。

【００４６】図１１は、ステップＳ２の色変化特性の計
算を更に詳細に示したフローチャートである。ステップ
Ｓ２１では、ＡＣＣＭ_pqr ，ＡＣＣＮ_pqr ，ＣＮＴ_pqr
を０にクリアする。ステップＳ２２では、隣接する２つ
の画素ｉ，ｊを選択する。ステップＳ２３では、画素
ｉ，ｊにおけるＲＧＢ濃度からＬＭＮ座標を計算する。
ステップＳ２４で、Ｍ，Ｎの変化率ＤＭ，ＤＮを求め
る。ステップＳ２５では、Ｌ_i ，Ｍ _i ，Ｎ_i を含む空間
Ｓ_pqr を求める。ステップＳ２６では、変化率，データ
数を累積する。ステップＳ２７で全ての隣接する画素を
処理したかを判断し、処理していない場合はステップＳ
２２に戻ってステップＳ２２〜Ｓ２７を繰り返す。全て
の隣接する画素を処理した場合は、ステップＳ２８で色
変化方向の集合としてネガフィルムに記録されたシーン
の色変化特性を得る。 ＜本実施例に基づく実験結果＞実験はフィルム３種類、
光源色３種類、シーンのサンプル３種類を用いて、２７
通りの組み合わせについて行った。

【００４７】フィルムの種類として、今回の実験では３
種類のフィルムの特性曲線を用いて行った。実験に用い
たフィルムを表３に示す。尚、名称は各社の商標もしく
は商品名である。

【００４８】

【表３】

【００４９】光源色としては、３種類の色光を光源の色
とした。表４に色光のＲＧＢ各成分の比を示す。これら
の色光はそれぞれ白色昼光，蛍光灯，白熱灯に対応して
いる。

【００５０】

【表４】

【００５１】円筒表面の反射率としては、１枚のフィル
ム画像に６種類の反射率を持つ円筒表面が存在すると仮
定した。表５に示すように、反射率の組合せを変えて３
種類のサンプルとした。これらのサンプルはカラーバラ
ンスがそれぞれ中性 (Neutral)、緑色フェリア(Green f
ailure) 、赤黄色フェリア(Orange failure)であるよう
なネガフィルムに対応している。

【００５２】

【表５】

【００５３】（実験手順） スクリーン上の各点につい
て対応する円筒表面上の位置を求め式（４）〜（６）に
基づいて露光量を計算する。次にフィルムの特性曲線か
らネガフィルムの濃度を計算する。こうして１つの反射
率についての濃度画像が得られる。これを６種類の反射
率について繰返し６枚の濃度画像を得る。この６枚の濃
度画像を１つのネガフィルム画像と見なして先に述べた
アルゴリズムを適用し色変化特性を計算する。ただし今
回の実験では、物体のエッジにおける色変化方向は計算
から除外している。得られた色変化特性に対しパラメー
タ推定による場の当てはめを行う。

【００５４】図１２Ａ〜図１２Ｃにフィルムサンプル１
(kodak Gold 100)の場の当てはめによる推定の結果を示
す。これらの図はＬＭＮ空間をＬＭ平面，ＬＮ平面ＭＮ
平面に投影したものである。破線で描かれた線分は色変
化特性であり、線分の傾きが小空間における平均の変化
方向を表している。また、線分の描かれている小空間は
その小空間に色変化方向を示すデータが存在することを
示す。従って線分の分布はＬＭＮ空間におけるサンプル
画像の濃度分布にほぼ一致している。両端で収束する曲
線は推定された場を示すための流線であり、場の微分方
程式にいくつかの適当な初期値を与えて数値的に解いた
ときの解曲線である。曲線の収束する点のうちＬの大き
い方が本方法によって推定された光源色の色を表してい
る。収束点外まで延びる曲線は光源色の軌跡を表す。さ
らに比較のためＬＡＴＤによる推定結果を十字マークで
描いてある。ＬＡＴＤによる推定はカラーバランスＭ
_LATD，Ｎ_LATDだけでなく明るさＬ_LATDを含んでいる。Ｌ
_LATDはこの濃度がプリント上で常に一定になるように焼
き付けたとき好ましい明るさのプリントが出来るとされ
る値である。

【００５５】図１２Ａは中性のサンプルを昼光で撮影し
た場合の結果である。サンプル画像のダイナミックレン
ジ、すなわち色変化方向データの存在する範囲について
光源色の軌跡を見ると、このフィルムではＭの値が明る
さとともに変化することが分る。そこでＬＭ平面に注目
すると、ＬＡＴＤによる推定では中間調におけるカラー
バランスが推定されているのに対し、本方法ではハイラ
イトにおけるカラーバランスが精度よく推定されている
ことが判る。

【００５６】図１２Ｂはグリーンフェリアのサンプルを
昼光で撮影した場合の推定結果である。ＬＡＴＤによる
推定は光源色の軌跡から大きくずれているが、本方法で
は特にハイライトにおいてよい推定を与えている。ＬＡ
ＴＤに基づく従来のプリンタではこのような推定の誤り
を軽減するためにロワードコレクションが用いられる。
すなわち昼光の軌跡に対応するようなデータをあらかじ
めフィルム毎に求めておき、これを基準点として画像の
濃度分布が偏っている場合には推定値を昼光の軌跡に向
かってずらすのである。本方法によればシーンの色が偏
ってもそのような修正は必要なく、正しく推定できる。

【００５７】図１２Ｃは中性サンプルを蛍光灯で撮影し
た場合の推定結果である。これもハイライトにおいてよ
い推定を与えている。一方ＬＡＴＤによる推定も比較的
より推定を与えている。しかしながら、昼光の軌跡（破
線）を基準とした時の濃度分布は図１２Ｂの場合と非常
に類似している。従って従来のプリンタではカラーフェ
リアと判定され、ロワードコレクションにより推定値が
昼光の軌跡に向かってずらされてしまう。このため蛍光
灯で撮影されたネガフィルムでは充分な補正がなされな
い。本方法によればカラーフェリアのネガフィルムおよ
び蛍光灯で撮影されたネガフィルムをともに適切なカラ
ーバランスでプリントすることが出来る。

【００５８】まず、推定された場の２つの収束点を結ぶ
直線を光源色の軌跡の推定として用いることが考えられ
る。また、プリントのカラーバランスは特にハイライト
部分において重要であると考えられるので、推定結果を
評価するために以下のように、推定誤差を定義する。図
１３に示すように、まずネガフィルムの特性曲線と光源
色のカラーバランスから光源色の軌跡Ｃを求める。推定
された光源色の座標を（Ｌ，Ｍ，Ｎ）としたとき、同じ
Ｌ座標を持つＣ上の点（Ｌ’，Ｍ’，Ｎ’）を求め、２
点間の距離を推定誤差ｅとした。ｅの次元は光学濃度と
なる。

【００５９】図１４の（ａ）〜（ｃ）は光源がそれぞ
れ、昼光，蛍光灯，白熱灯である場合の推定誤差のフラ
グである。フィルムの種類毎に、中性のサンプル，緑色
フェリアのサンプル，赤黄色フェリアのサンプルの推定
誤差をまとめて示してある。中性のサンプルの場合、光
源が昼光および白熱灯では推定誤差が小さいが、蛍光灯
ではフィルムによるばらつきが大きい。一方、緑色フェ
リアのサンプルでは蛍光灯で照明されている場合に誤差
が小さくなる。

【００６０】２７通りの組み合せについて計算した推定
誤差のヒストグラムを図１５に示す。横軸は推定誤差
を、縦軸は頻度を表す。平均の誤差は０．０３４であ
り、最大誤差は０．０５７であった。本方法による推定
結果を、従来困難であった、蛍光灯で撮影されたネガフ
ィルムと緑色フェリアのネガフィルムを判別するための
手段として用いる場合にも、推定精度は実用上充分なも
のである。

【００６１】

【発明の効果】本発明に依れば、場面の色の偏りの有無
に依らず正確に場面照明光の色をネガフィルムに記録さ
れた色濃度として決定することが出来る。また、本発明
ではネガフィルムから得られた色濃度Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ
を用いてＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂに基づく空間ＬＭＮ内におい
て直接光源色濃度を決定することが出来、Ｅｒ，Ｅｇ，
Ｅｂのような画像放射照度に基づく空間に変換する必要
がないため、フィルムの種類毎に予め変換のためのデー
タを測定しておく必要がない。このため、市場に出回っ
ているネガフィルムの各々についてデータを準備すると
いった煩雑な手順が回避される。さらに、推定値が濃度
の項で与えられるため、再現画像を得る際の色補正に容
易に利用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の光源，観察位置，物体表面の位置関
係を示す図である。

【図２】本実施例の物体の表面を円筒面とする幾何学モ
デルを示す図である。

【図３】一般的なカラーネガフィルムの特性曲線を示す
図である。

【図４】ネガフィルムの３色濃度Ｄｒ，Ｄｇ，ＤｂをＤ
Ｈ特性曲線を用いて図示式的に表した図である。

【図５】いろいろな色光についてＬＭＮ空間に軌跡を描
いた図である。

【図６】図２の円筒面において、拡散反射率ρｒ＝０．
０７５，ρｇ＝０．１５，ρｂ＝０．２５、鏡面反射率
Ｓ＝０．０５，Ｌｒ：Ｌｇ：Ｌｂ＝１．０：１．０：
１．０としたときのＬＭＮ空間における反射光の分布を
ＬＭ，ＬＮ，ＭＮ平面に投影して描いた図である。

【図７】表１に示すような拡散反射率を持つ４種類の表
面からの反射光の分布をＬＭ平面およびＬＮ平面に投影
して重ねて描いた図である。

【図８】本実施例のアルゴリズムを用いて円筒モデルに
ついてシミュレーションを行った場合の色変化特性を示
す図である。

【図９】ＬＭＮ空間内点ｐ（Ｌ，Ｍ，Ｎ）に加わる３種
類の力の方向を示した図である。

【図１０】本実施例の場面照明光の決定手順を概略を示
すフローチャートである。

【図１１】図１０のステップＳ２の色変化特性の計算を
更に詳細に示したフローチャートである。

【図１２Ａ】中性のサンプルを昼光で撮影した場合の、
フィルムサンプル１の場の当てはめによる推定の結果を
示す図である。

【図１２Ｂ】グリーンフェリアのサンプルを昼光で撮影
した場合の、フィルムサンプル１の場の当てはめによる
推定の結果を示す図である。

【図１２Ｃ】中性のサンプルを蛍光灯で撮影した場合
の、フィルムサンプル１の場の当てはめによる推定の結
果を示す図である。

【図１３】本実施例の光源色の推定結果を評価する方法
を示す図である。

【図１４】光源がそれぞれ、昼光，蛍光灯，白熱灯であ
る場合の推定誤差のフラグを示す図である。

【図１５】２７通りの組み合せについて計算した推定誤
差のヒストグラムを示す図である。

【図１６】本実施例の画像処理装置のブロック構成例を
示す図である。

【図１７】本実施例の画像処理装置のハードウエア構成
例を示す図である。

【図１８】本実施例を適用した写真焼付装置の概略構成
例を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネガフィルムに場面の色画像を記録する
   ために使用された場面照明光の色が、使用されたネガフ
   ィルムにおいてどのような色濃度として記録されている
   かを画像自体から推定するための方法であって、 ネガフィルムの色画像を走査してデジタル濃度画像を作
   成し、 デジタル濃度画像の各画素の色濃度Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂを
   Ｌ，Ｍ，Ｎに変換しＬＭＮ画像を作成して、ＬＭＮ画像
   の隣接する画素間の変化方向から色変化特性を計算し、 色変換特性に対してパラメータ推定による場のあてはめ
   を行ない、 あてはめられた場のハイライト側の集束点Ｃ２を光源色
   濃度の推定値とすることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記色変化特性を計算する行程は、 隣接する２つの画素ｉ，ｊを選択して、画素ｉ，ｊにお
   けるＲＧＢ濃度からＬＭＮ座標を計算する行程と、 Ｍ，Ｎの変化率ＤＭ，ＤＮを求める行程と、 Ｌ_i ，Ｍ_i ，Ｎ_i を含む空間Ｓ_pqr を求める行程と、 変化率，データ数を累積する行程と、 全ての隣接する画素を処理したかを判断し、処理してい
   ない場合は前記各行程を繰り返す行程と、 全ての隣接する画素を処理した場合に、色変化方向の集
   合としてネガフィルムに記録されたシーンの色変化特性
   を得る行程とを備えることを特徴とする請求項１記載の
   方法。
3. 【請求項３】 ネガフィルムに場面の色画像を記録する
   ために使用された場面照明光の色が、使用されたネガフ
   ィルムにおいてどのような色濃度として記録されている
   かを画像自体から推定するための方法であって、 ネガフィルムの色画像を走査してデジタル濃度画像を作
   成し、 デジタル濃度画像の各画素の色濃度Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂを
   Ｌ，Ｍ，Ｎに変換しＬＭＮ画像を作成して、ＬＭＮ画像
   の隣接する画素間の変化方向から色変化特性を計算し、 色変換特性に対してパラメータ推定による場のあてはめ
   を行ない、 あてはめられた場のシャドウ側の集束点Ｃ１とハイライ
   ト側の集束点Ｃ２とを結ぶ直線を光源色濃度の軌跡の推
   定とすることを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 前記色変化特性を計算する行程は、 隣接する２つの画素ｉ，ｊを選択して、画素ｉ，ｊにお
   けるＲＧＢ濃度からＬＭＮ座標を計算する行程と、 Ｍ，Ｎの変化率ＤＭ，ＤＮを求める行程と、 Ｌ_i ，Ｍ_i ，Ｎ_i を含む空間Ｓ_pqr を求める行程と、 変化率，データ数を累積する行程と、 全ての隣接する画素を処理したかを判断し、処理してい
   ない場合は前記各行程を繰り返す行程と、 全ての隣接する画素を処理した場合に、色変化方向の集
   合としてネガフィルムに記録されたシーンの色変化特性
   を得る行程とを備えることを特徴とする請求項３記載の
   方法。