JPH07154812A

JPH07154812A - 画像レンダリング装置、その装置のための量子化手段および画像をレンダリングする方法

Info

Publication number: JPH07154812A
Application number: JP6194215A
Authority: JP
Inventors: Patrick F P Meyers; フランシスカスパウルスメイヤースパトリック; Evert J Pol; ヤンポールエフェルト; Splunter Marinus Van; ファンスプランターマリヌス
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1995-06-16
Also published as: DE69409048T2; US5734368A; EP0639920A1; DE69409048D1; EP0639920B1

Abstract

(57)【要約】【目的】各画素がそれぞれねらいとする色値と組み合
わされている色画像をレンダーする画像レンダリング装
置を提供する。【構成】量子化器は、各画素用の色のパレットからそ
の画素と組み合わされたねらいとする色値に依存してそ
れぞれ色を指示する量子化値を選択する。画素はそれぞ
れ量子化値によって指示された色でレンダーされる。パ
レットはねらいとする色値が表わされるすべての色のセ
ットの適切なサブセットからなり、そしてＲＧＢの境界
上になく、どんな別のパレットの色値よりもＲＧＢの境
界の色に知覚的に近い上記セットに属している少なくと
も１つのパレットの色を含んでいる。ねらいとする色値
がＲＧＢの境界の色を表わしている画素に対して、量子
化手段はＲＧＢの境界上に依存し、別のパレットの色を
示している量子化値を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー画像をレンダリ
ング（rendering)するための装置と方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー画像は、習慣的に画像における各
画素に色値を指定することによって表わされる（用語
“色値”は、輝度および色度の両方を参照するために使
用される）。色の全パレットを表わすために、色値は３
つの成分ベクトルであり、その成分は、例えば、色値ま
たはＹＵＶ色座標をレンダーするために使用された三原
色の強さを表わしている。三つの成分が用意されなけれ
ばならないため、情報のかなりの量は色の全パレットで
画像を表現することを要求される。これは画像の伝送や
記録にとって不利であり、そのうえ多くの画像表示デバ
イスはこの全パレットをレンダーすることができない。

【０００３】このため、色の全パレットよりも少ない色
を含んでいる色の減少したパレットを用いてカラー画像
を記録したりレンダーしたりすることが便利であること
が分かった。この方法で、画像は、減少したパレットか
ら色値を選択する指示を各画素に対して指定することに
よって表わされる。減少したパレットは全パレットより
小さいため、画像を表わすために必要な情報量はこうし
て減少させられる。

【０００４】原理的に、全パレットを用いて表わされた
画像中の画素に指定された元の色値から出発して、減少
したパレットを用いて表わすことは、画素に指定された
元の色値に知覚的に最も近い色を示している対応する量
子化した値を減少したパレットから各画素に対して選択
することによって得られる。この過程は量子化と呼ば
れ、量子化誤差を導入する。

【０００５】色誤差の可視度は、減少したパレットによ
って表わされた画像の局所的な空間的および／または時
間的平均が全パレットにおける元の画像のそれに等しい
ことを確実にすることによって減少させ得る。この技術
は、“ディザーリング”と呼ばれている。その有効性の
ために、ディザーリングは、画像情報の局所的な（空間
的または時間的）平均化を遂行するために人の視覚シス
テムの傾向に依存している。

【０００６】ディザーリングは様々な方法、例えば、量
子化に先立って元の色値に擬似ランダムベクトルのマト
リックスを加算することを含む“オーダードディザーリ
ング”と呼ばれている技術によって実行される。“誤差
拡散ディザーリング”と呼ばれている別のアプローチに
おいては、画素の色値がまず必然的な色誤差をもって量
子化され、次いで色誤差の反対量が、これら画素の色値
に補正値を加算する（色誤差の反対量に等しい補正値の
合計）ことによって量子化された画素をとり囲んでいる
画素中に空間的および／または時間的に拡散され、その
後、これらとり囲んでいる画素の新しい色値が量子化さ
れる。

【０００７】しかしながら、減少したパレットが使用さ
れるとき、ある量の色誤差が残るのは避けられず、この
誤差はパレットのサイズが減少するにつれて増加する。
それ故、パレットのサイズ減少と画素の質との間のトレ
ードオフを行うことが常に必要である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】とりわけ、本発明の目
的は、パレットのサイズが一層減少させられてもできる
だけ小さな目に見える色誤差しか導入しないような色デ
ィザーリングのための装置と方法を提供することにあ
る。

【０００９】その目的を達成するために、いわゆるＲＧ
Ｂの境界の色値に特別の注意が払われることを必要とす
ることが分かった。色のＲＧＢの成分は、色値をレンダ
ーするために使われる原色の強さを記述している。ＲＧ
Ｂの境界の色は、少なくともＲＧＢ成分の１つが最小
（一般には零）かまたは最大であるような色である。Ｒ
ＧＢの境界の色値の一例は飽和した色値である。

【００１０】パレットのサイズを減少させるために、そ
れ自体は境界の色値でないが、パレットからのどんな別
の色値よりも境界の色値に近いような、ＲＧＢの境界で
ないパレットの色値を含むパレットを使用することが有
利であることが分かった。

【００１１】しかしながら、標準のディザーリングと組
み合わされたとき、そのようなパレットの色の使用はデ
ィザーリングによっては補正し得ない色誤差になる。画
素とそれをとり囲む画素が元の色値のような境界の色値
を有し、そしてこの画素が量子化された色値のような境
界でないパレットの色値を指定されるとき、ディザーリ
ングの量は元の色値に等しい局所的に平均化された色値
を生じ得ない。同様にこれは、上記の境界でないパレッ
トの色値よりも境界の色値に近く、そしてパレットから
のどんな別の色値よりも境界でないパレットの色値に近
い色値のクラスに適用する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この問題を解決するべ
く、本発明は、各画素がそれぞれねらいとする色値と組
み合わされている画像をレンダリングするための、画像
レンダリング装置を提供し、その装置は以下の手段を含
んでいる。すなわち、− 各ねらいとする色値を、パレ
ット中のねらいとする色値に知覚的に最も近い量子化し
た色にマッピングするための、量子化手段、および−
量子化した色で画素をレンダリングするための、その中
においてパレットは、ねらいとする色値が表わされる色
のセットの適切なサブセットからなり、そしてパレット
中のどんな別の色よりもＲＧＢの境界の色に知覚的に近
い上記セットに属している少なくとも１つのＲＧＢの境
界の色でない色を含んでいて、そしてその中において
は、ねらいとする色値がＲＧＢの境界上にありそしてパ
レット中の最も近い色がＲＧＢの境界上にない場合に、
マッピングされ量子化された色がＲＧＢの境界上にまた
存在しパレット中の次いで最も近い色であるようなレン
ダリングデバイス。

【００１３】本発明はまた、量子化手段が、境界の色に
対しおよび別の色に対するねらいとする色値をそれぞれ
マッピングするための第１および第２のサブ量子化手段
と、ＲＧＢの境界上に存在しねらいとする色値の画素を
検出し、その検出に依存して上記の第１および第２のサ
ブ量子化手段のどちらがレンダリングデバイスのために
量子化された色を決定するかを選択するための境界検出
手段とを含んでいる画像レンダリング装置を提供する。
境界の色と境界にない色での異なった取り扱いを実行す
る最良の方法は、それらの各々に対して異なった量子化
器を用意することであることが分かった。

【００１４】量子化された色値の選択は好ましくはルッ
クアップテーブルを用いて行われる。ルックアップテー
ブルはメモリとして働き、それに色値がアドレスとして
供給される。こうして色値でアドレスされた位置におい
て、対応する量子化された色値の指示が記憶される。元
の色値が全パレットからであるときは、例えばＲＧＢ成
分の各々が８ビットの値で表わされるとするとルックア
ップテーブルは非実際的に大きくなるかも知れない。

【００１５】この問題を解決するために、本発明はま
た、第２のサブ量子化手段が第１および第２の量子化段
を含み第１の量子化段はねらいとする色値の知覚の色成
分の値から量子化された個々の色の成分値を決定するた
めに配置され、第２の量子化段は量子化された個々の色
成分に依存して量子化された色を決定するために配置さ
れている画像レンダリング装置を提供する。量子化され
た成分を用いることによって、第２段が取扱うことがで
きなければならない異なった色の数がとり得る色の総数
に比して減少され、それ故第２段が簡素化される。第１
段が個々の色成分を取扱う必要があるだけであるよう
に、それ（第２段）も過度のオーバヘッドを必要としな
い。

【００１６】実施例は、第１の量子化段が、比較的低い
色強度を表わす色成分値より色値においてより少ない最
大量子化誤差で比較的低い色強度を表わす色成分値を量
子化するために配置されている画像レンダリング装置を
提供する。これは知覚できる色誤差を小さくし、その理
由は、人の眼は低い強度の色相互間の差異に対してより
敏感だからである。

【００１７】本発明はまた、第１の量子化段が、色成分
値を表わすビットパターンの最大有効部分を最大有効部
分の値が増加するにつれて増加するビット長を有するラ
ベルで置き換え、そしてそのラベルを、ラベルとは無関
係なあらかじめ定められたビット長を有し、量子化され
た個々の成分を表わしているビットパターンを作るよう
に、カラー成分値を表わすビットパターンのより下位の
有効ビットの数で補正するために配置されている画像レ
ンダリング装置を提供する。こうして、例えば次の置換
がなされる：

【数１】 (0,0,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) →(0,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) (0,1,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) →(1,0,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁) (1,x_6,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) →(1,1,x₆,x₅,x₄,x₃,x₂) ラベルは０，１０および１１である。これは特に実行し
易い。

【００１８】本発明はオーダードディザーリングと誤差
拡散ディザーリングの両方と組み合わされ得る。両方の
場合においてねらいとする色値は、ディザーリング効果
のために用意するオフセットを加算することによって元
の色値から得られる。しかしながら、誤差拡散ディザー
リングは、それが最良の効果を生じるため好ましい。

【００１９】好ましくは第２のサブ量子化手段は別の第
１および別の第２の量子化段を含んでいて、別の第１の
量子化段は、ねらいとする色値のそれぞれの色成分値か
ら実質的に強度とは無関係な最大量子化誤差を有する量
子化された個々の色成分値を決定するために配置され、
第２の量子化段は、量子化された個々の色成分に依存し
て量子化された値を決定するために配置されている。少
なくとも第２の段がルックアップテーブルとして実行さ
れる２段の量子化器の場合には、量子化誤差は個々の段
によって引き起こされた誤差を加算することによって得
られる。

【００２０】本発明はまた、例えば画像の伝送や記録の
ための伝送チャンネルや記録デバイスへの入力として使
用できる個々の量子化手段に関する。本発明はさらに、
色画像をレンダリングする方法に関する。

【００２１】本発明による画像をレンダリングする方法
は以下のステップを含んでいる。すなわち、− 各ねら
いとする色値を、パレット中のねらいとする色値に知覚
的に最も近い量子化した色にマッピングし、および−
量子化した色で画素をレンダリングする、その中におい
てパレットは、ねらいとする色値が表わされる色のセッ
トの適切なサブセットからなり、そしてパレット中のど
んな別の色よりもＲＧＢの境界の色に知覚的に近い前記
セットに属している少なくとも１つのＲＧＢの境界の色
でない色を含んでいて、そしてその中においては、前記
マッピングのステップ中に、ねらいとする色値がＲＧＢ
の境界上にありそしてパレット中の最も近い色がＲＧＢ
の境界上にない場合に、ねらいとする色はＲＧＢの境界
上にまた存在しパレット中の次いで最も近い色にマップ
される。

【００２２】

【実施例】以下に添付図面を参照し実施例により本発明
を詳細に説明する。図１は画像レンダリング装置を示し
ている。この画像レンダリング装置は、加算器１６を経
て量子化器１２に接続されている入力１０を含んでい
る。量子化器１２の第１の出力１５は伝送手段１７を介
して色信号発生器１８に接続されていて、色信号発生器
の出力はレンダリングデバイス１９に接続されている。
量子化器１２の第２の出力は誤差バッファに接続されて
いて、その出力は加算器１６の入力に接続されている。

【００２３】動作においては、１画素当たり例えば３つ
の８ビットの数の色値からなる入力信号が入力１０に供
給される。これらの色値は、以下に説明するように、加
算器１６によって修正され、そしてねらいとする色値と
して量子化器１２に供給される。量子化器１２は、例え
ば２５６の異った色のバレットから最も近い色値である
量子化された色値を決定する。量子化された色値を示し
ているコードがそのとき量子化器１２の第１の出力１５
に出力される。２５６の色パレットを使用する例におい
ては、コードは１画素当たり８ビットからなっている。
コードは、例えばＲＡＭＤＡＣであり、例えば表示管や
カラープリンタなどのレンダリングデバイス１９中の色
の表示装置を制御するための信号を発生する色信号発生
器１８に供給される。

【００２４】伝送手段１７はメモリや伝送チャンネルを
含んでていもよい。量子化器１２の出力１５上のコード
は、色信号発生器に供給されるに先立ってメモリに記憶
されるかまたは伝送チャンネルを介して伝送される。コ
ードは入力１０における信号よりも少ないビットを要求
するため、量子化プロセスユーザーの量子化器１２はメ
モリのサイズや伝送チャンネルの帯域幅にかなりの節約
を許している。

【００２５】その第２の出力に、量子化器１２は色量子
化誤差、すなわち、量子化器１２への色値入力と量子化
器の第１の出力１５上のコード出力に応じてレンダリン
グデバイス１９によって表示されるであろう色との間の
差異を出力する。この差異は誤差バッファ１４を介して
加算器１６にフィードバックされる。

【００２６】図２ａ，ｂに例として誤差バッファ(error
buffer)用の種々の可能な実施例を示す。これら実施例
は画像ラインの複数の画素が入力１０に次々と表れ、複
数のラインがかわるがわる表れるという仮定に基づいて
いる。

【００２７】図２ａでは、誤差バッファ１４は画素遅延
ユニット２０からなっている。このことは動作中すべて
の色誤差が同じライン上で直近の隣接画素へ拡散される
ことを意味している。この画素に関する量子化器１２へ
の入力は以下のように表されニュー（new)＝オールド(old) ＋（プレデセッサ(prede
cessor)−量子化プレデセッサ）ここで“ニュー”とは量子化器１２への入力、“オール
ド”とは加算器１６へのもとの色値入力、“プレデセッ
サ”は前画素に関する量子化器への入力であった色値で
あり、“量子化プレデセッサ”はこの前画素に関するそ
の第１の出力１５における量子化器の出力である。

【００２８】図２ｂにおいて誤差バッファ１４はスプリ
ッティングユニット(splitting unit)２２を具え、それ
は１画素遅延ユニット２３とライン遅延ユニット２４へ
連結される出力を有し、それらユニット２３，２４のそ
れぞれの出力は加算器２６の２つの入力へ連結される。
加算器２６の出力は誤差バッファ１４の出力である。動
作中スプリッティングユニット２２は１画素遅延ユニッ
ト２３とライン遅延ユニット２４の各々に色誤差の半分
を出力する。かくて、特定の画素に関して、誤差バッフ
ァの出力は同一ラインの前画素の誤差の半分と前ライン
の隣接画素の誤差の半分の和となるだろう。

【００２９】このようにして画像レンダリング装置は、
色値の局所的な平均（すなわち、ある画素とあまり離れ
ていない隣接画素とに関する平均）が入力１０における
色値とレンダリングデバイス１９における色値に関し同
じであることを確実にする。同じ効果が“オーダードデ
ィザリング（ordered dithering)”と呼ばれる処理によ
って得られ、その処理ではもとの複数の色値にそれらが
量子化器１２へ目標色値として供給される前に多少ラン
ダムな異なったオフセツトがほどこされる。

【００３０】図２ｂの誤差バッファが図２ａのそれより
も意識的により満足いく結果を与えることがわかってき
た。（例えば続くライン上の）より多くの画素にわたり
誤差を広げるより複雑な誤差バッファが、図２ａの誤差
バッファについて得られる結果を越える別の改善を提供
した。しかしながらその差異は図２ａと図２ｂの誤差バ
ッファで得られる画像間の差異に比べ著しく小さい。

【００３１】画像レンダリング装置の非常に重要な観点
は色値が量子化器１２によって量子化される（すべての
有用な色の組の）サブセットにある。このサブセットは
装置のパレット(palette) と呼ばれる。従来技術では、
目標色値をレンダーするために使用されるパレット色の
ＲＧＢ値と色値それ自身間の最大距離を最小にするよう
に装置は通常設計され、すなわち、レンダリングデバイ
スのよく規定されたパラメータで設計される。

【００３２】しかしながら、ディザ(dither)処理の質は
ディザ処理された画像と（表示システム、室内照明、観
視距離、眼の状態などに関して）標準環境で人間の目に
より見得るもとの画像との差違により決定される。それ
故パレットにおける色の分布は人間の視覚システムの色
知覚に関係されるべきものである。

【００３３】色知覚はどの色の対（ツイ）間のユークリ
ッド距離(Euclidean distance)もこれら色間の知覚距離
に漸近する色空間によってモデル化することができる
（２つのベクトル（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）、（Ｘ₂，
Ｙ₂，Ｚ₂）間のユークリッド距離ＥはＥ²＝（Ｘ₁−
Ｘ₂）²＋（Ｙ₁−Ｙ₂）²＋（Ｚ₁−Ｚ₂）²によっ
て規定される）。かかる色空間は一様な色空間と称せら
れ、人間の視覚システムの現実の一様な色空間に漸近す
るように試みられ、これについての正確な簡単な数学的
方程式は知られていない。一様な色空間の一例としては
Commission Internationale de l'Eclairage により規
定されているＣＩＥ１９７６（Ｌ^*ｕ^*ｖ^*）の一様な
色空間があり（それは例えば G.Wyszecki, W.S.Styles
著：“Color science : concepts and methods, quanti
taive data and formulae", 第２版、John Wiley and S
ons, New York,１９８２に見いだすことができる）。

【００３４】人間の色知覚の２つの主要な特性をこれら
一様な色空間において考察すると以下のようなものであ
る。第１に人間の眼は色度（色相と飽和度）差に関して
よりも輝度（輝き）差に関してよりずっと敏感である。
第２に人間の眼は高輝度の色の差よりも低輝度における
色の差によりずっと敏感である。

【００３５】人間の眼によって見分け得るディザされた
画像ともとの画像間の差を最小にするために、Ｌ^*ｕ^*
ｖ^*空間でのユークリッド距離に従って最も近いパレッ
トからの色値に各色値を量子化するのが好適である。さ
らに、パレットそれ自身における色の選択はまた一様な
色空間における距離に適合させられるべきである。一
方、ＲＧＢ空間またはＹＵＶ空間のような非一様な色空
間でほぼ等距離にある複数の色を備えたパレットに基づ
くディザリングは、輝度に対する感度の非線形に起因し
て、より暗い色についての眼につくディザノイズの量が
相対的に大きいことを示すだろう。

【００３６】最もよいディザの質を確保するパレットを
構成するために、一般に以下の形式的基準が与えられ
る。パレットの組のなかでの最適のパレットはＬ^*ｕ^*
ｖ^*空間でのユークリッド距離で表現される最大可能な
量子化誤差が最小であるパレットである。

【００３７】最大可能な量子化誤差はいわゆるボロノイ
ダイアグラム(Voronoi diagram) を使用して計算するこ
とができる。一組の点のボロノイダイアグラム（ボロノ
イ点(Voronoi point) と称する）が全空間中のどの点が
どのボロノイ点に最も近いかを示している。

【００３８】図３は２次元ボロノイダイアグラムの一例
を示し、それはボロノイ点間の垂直２等分線の部分の組
からなっている。かかる垂直２等分線は２つの対応する
ボロノイ点間と等しいユークリッド距離を有する点の組
を表している。ボロノイ点のまわりの領域はボロノイセ
ル(Voronoi cell)と呼ばれている。３次元空間ではボロ
ノイセルは垂直２等分平面の部分によって分離されてい
る。

【００３９】もしボロノイ点がＬ^*ｕ^*ｖ^*空間でのパ
レット色を表す場合には、ボロノイダイアグラムはユー
クリッドＬ^*ｕ^*ｖ^*誤差に基づく量子化処理を表す。
それはどの入力色がどのパレット色に量子化されるかを
示す。

【００４０】ここで、最大量子化誤差が対応するボロノ
イ点へのボロノイセルの頂点の最大距離に等しいことは
明らかである。この場合、ＲＧＢ空間の変換された境界
はまた考慮されねばならない。

【００４１】さて、パレットの特質はすべてのパレット
点についてボロノイセルのかどを計算することにより得
られる。ターゲット点(target point)と呼ばれる特定の
ボロノイ点のボロノイセルの構成に関して、以下の特有
なアルゴリズムが使用される。

【００４２】１．すべてのボロノイ点をターゲット点へ
の距離の増大に従ってリストに配列する。２．ターゲット点と配列されたリストの第１のボロノイ
点間の垂直２等分平面を計算する。次にこの点をリスト
から排除する。計算された垂直２等分平面のリストに前
述の平面を加える。３．次に３つの計算された２等分平面の各新しい組の交
差点を計算する。これら交差点は計算されるべきボロノ
イセルのポテンシャル（potential)頂点である。これら
頂点をポテンシャル頂点のリストに加える。４．次にそれら頂点が現実の頂点であるかどうかすべて
のポテンシャル頂点をチェックする。このことはポテン
シャル頂点とターゲット点間のラインをリスト中の全て
の２等分平面と交差させてみることによりなされる。交
差がそれらの間になされてからその頂点はポテンシャル
頂点のリストから排除される。５．次にターゲット点が完全に２等分平面に囲まれてい
る時には、ポテンシャル頂点への最大距離を計算する。６．その最大距離が配列リスト内の次のボロノイ点への
距離の半分より大きい時には、前述の２に続く。そうで
ない時にはアルゴリズムを停止させる。それは各新しい
２等分平面がターゲット点から十分はなれてしまうから
で、もはや現状のポテンシャル頂点の状態は変化し得な
い。

【００４３】ボロノイダイアグラムはＲＧＢ空間境界に
よって境界づけられる。それで垂直２等分平面に加え
て、２等分平面と類似の方法でアルゴリズムにより取り
扱われねばならぬＲＧＢ境界を表す面の組が存在する。

【００４４】しかしながら、ＲＧＢ空間とＬ^*ｕ^*ｖ^*
空間との間の非線形に起因して、ＲＧＢ境界はＬ^*ｕ^*
ｖ^*空間では曲面であり、それらは前述のアルゴリズム
で取り扱うにはずっと複雑である。それら曲面を直接取
り扱う代わりに、アルゴリズムは各ターゲット点毎に平
面である各曲面の第１オーダの近似を使用する。この各
平面は対応するＲＧＢ境界上へのターゲット点の垂直投
影における曲面の局所的正規のベクトルをとることで構
成される。

【００４５】ＲＧＢ境界に近いターゲット点について、
この近似によってなされる誤差は小さい。ＲＧＢ境界か
らはるかはなれたターゲット点については、上述の近似
はよくない。しかしながら、この場合はＲＧＢ境界はボ
ロノイセルの部分ではなく、それで最終の結果には影響
がない。

【００４６】最適なパレットの構成は前述の最小化の問
題（最大量子化誤差の最小化）への全体の最適化を見い
だすよう変換されることができる。しかしながら、この
ことは（もし可能だとしても）達成するのが非常にむず
かしいから、以下の試みが相対的によい局所的最適に到
達すべく使用される。

【００４７】パレット色の最初の分布はＬ^*ｕ^*ｖ^*空
間に均質のグリッドを置き、正確に２５６の色がＲＧＢ
領域に横たわるようこのグリッド空間を変化させること
によりなされる。このパレットはよく構成されるけれど
も、最大量子化誤差によってはうまく分布されない。こ
れを改善するにはシュミレートされたアニーリング様(a
nnealing-like)の処理が使用される。

【００４８】各点（パレット色）はその最隣接点とは反
対方向にあらかじめ規定されたステップの大きさだけシ
フトされる。このことはより小さなステップの大きさで
くりかえされ、すべての点が実質収れんし、くりかえし
処理中減少するランダムノイズが点移動に加えられるま
でくりかえされる。

【００４９】分布の質は４、３、２に記載されているよ
うにボロノイダイアグラムを計算することによりチェッ
クされる。表１には到達パレットの質によるくりかえし
処理の結果を示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】量子化器はＬ^*ｕ^*ｖ^*空間でそれに最も
近く横たわるパレットからの色を各目標色値用に選択す
る。パレットが前述のように構成されると、最大可能量
子化誤差は最小となるであろう。しかしながら、ＲＧＢ
立方体の境界の１つに横たわる入力色は修正された方法
で量子化される必要がある。このことは図４を用いて説
明される。

【００５２】ＲＧＢ立方体境界の１つにそって一定の色
ｃを備えた領域を入力画像にもたせ、

【外１】をこの入力色ｃに最も近いパレット色とし、ここで〔外
１〕は対応する境界には横たわっていないものとする。
〔外１〕があたかも正規の量子化の場合のごとく量子化
された出力として使用されると、その時は造られる量子
化誤差は補正されない。それはこの場合ＲＧＢ立方体の
外側にパレット色を必要とするからである。

【００５３】さて、もとの色の印象を保持するために、
周囲のパレット色

【外２】が相対的に大きな目に見えるディザノイズを結果するに
もかかわらず代わりに使用されるべきである。

【００５４】このことは量子化処理における以下の修正
へと導く。色成分赤、緑または青の最大または最小値の
少なくとも１つを備えた入力色について、それらＣＬＵ
Ｔ色のみが、この赤、緑または青の値、また最大または
最小値を有する最もよい出力色に関する選択処理内で使
用されるべきである。

【００５５】同様に、少なくとも１つの色成分が〔外
１〕へよりもＲＧＢ立方体の最大または最小値により近
い時には、それはｃ₁の代わりにまたｃ₂とｃ₃とを使
用すべきである。しかしながら、大抵の場合それは少な
くとも１つの色成分が実際、最大かまたは最小値である
場合である。それ故、少なくとも１つの色成分が最大ま
たは最小値である時のみ、たとえｃ₂およびｃ₃がｃ₁
の代わりに使用されようとも、満足する結果が得られ
る。

【００５６】一様な空間の基本的パレットの重大な欠点
が量子化処理の複雑さ、すなわち最も近いパレット色を
見い出さねばならぬことにより形成される。特にリアル
タイムの映像ディザリングのハードウェアの実施にとっ
て量子化処理はあまりにも時間がかかる。それ故簡単化
する必要があり、そうするための適切な方法は量子化処
理をモデル化するためにメモリとして動作するテーブル
手段を使用することである。量子化ルックアップテーブ
ル（Ｑ−ＬＵＴ）と呼ばれるテーブル手段は、種々の入
力色に関して量子化レベルを含んでいる。本発明によれ
ば、（近接の）ＲＧＢに関しＱ−ＬＵＴの入力において
目標の値として受け取られる境界色値はパレットからの
最も近いＲＧＢ境界色を含んでおり（たとえ境界に横た
わっていないパレットからの他の色の方がより近くと
も）、ここで他の色についてはＱ−ＬＵＴは単にパレッ
トからの最も近い色を含んでいる。

【００５７】このＱ−ＬＵＴの大きさを削減するため
に、エントリの数は好適には異なった入力色の数よりず
っと少なくなければならない。それ故好適にはスナップ
・メカニズムが最も近いＱ−ＬＵＴエントリへ入力色を
写像するのに使用される。

【００５８】図５ａはこの技術を使用した画像レンダリ
ング装置を示しており、この図では図１と同じ参照番号
を示しているが、量子化器１２に実施例を与えている。
量子化器１２の入力はスナップユニット５０に連結され
ている。スナップユニットはＱ−ＬＵＴ５２（量子化器
ルックアップテーブル）へ連結される出力を有し、Ｑ−
ＬＵＴ５２は順次に量子化器の第１の出力１５へ連結さ
れる出力を有している。量子化器１２の入力とスナップ
された色値用のスナップユニット５０の出力とは減算器
５４の入力へ連結される。減算器５４の出力とＱ−ＬＵ
Ｔ５２の出力とは加算器５６の入力へ連結される。加算
器の出力は量子化器の第２の出力を形成し、誤差バッフ
ァ１４に連結される。

【００５９】動作中Ｑ−ＬＵＴはメモリとして動作し、
そのメモリに色値がアドレスの方法で供給されている。
色値によりアドレスされる位置はその色値に最も近く横
たわっているパレット色を示すコードを記憶する（ＲＧ
Ｂ立方体境界に横たわる少なくとも１つの色成分を有す
る色値に関しては上述のごとく除外する）。この位置は
また量子化時になされた誤差を記憶する。色値に応じ
て、コードは出力１５へ供給され誤差は加算器５６へ供
給される。スナップユニット５０は加算器１６から受け
取られる色値を最も近い色値に写像し、そのためＱ−Ｌ
ＵＴは例えば各色成分からの最小有効ビットのあらかじ
め定められた数字を捨てることによって対応するコード
を記憶する。スナップされた色値と加算器１６から受け
取られる色値間の差はスナップ誤差で、減算器５４によ
って計算され、加算器５６のＱ−ＬＵＴ５２からの誤差
出力に加算される。この結果それは誤差バッファ１４に
供給される量子化誤差になる。

【００６０】より暗い色に関するより大きな知覚感覚に
起因して、パレットは暗い領域に相対的に多量の色を含
むだろう。それでＱ−ＬＵＴの大きさを削減するため
に、それによってＱ−ＬＵＴに関する入力が決定される
スナッピング処理またはＱ−ＬＵＴメモリのアドレシン
グ方法におけるハードウェア項におけるパレット色の非
均質分布を思案するのが好適である。これを実現するた
めの容易な実施可能な方法は、赤，緑および青成分、各
々が８ビット（ｘ₇,ｘ₆,ｘ₅,ｘ₄,ｘ₃,ｘ₂,ｘ₁,ｘ ₀）
（はじめが最大有効ビット）によって表される成分につ
いて以下の変換がおこなわれる。

【００６１】

【数２】 (0,0,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) →(0,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) (0,1,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) →(1,0,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁) (1,x_6,x₅,x₄,x₃,x₂,x₁,x₀) →(1,1,x₆,x₅,x₄,x₃,x₂) 数として認められる成分値とその変換された値間の関係
は図５ｂに示され、そこには入力ビットパターンにより
表される数が出力ビットパターンにより表される数に対
してプロットされている。図５ｂは００，０１，および
１それぞれではじまるビットパターンの３つの値領域
Ａ，ＢおよびＣを示している。

【００６２】各８ビット値は７ビット値に変換される。
より低い色強度（００ではじまる領域Ａ）を表す成分値
のそれらについて、最小有効ビットもあわせたビット情
報が保存されている。より高い色強度（０１および１で
はじまる領域Ｂ，Ｃ）を表す成分値については増大する
より下位の有効ビットが捨てさられる。この変換は３レ
ベルの不連続な対数を実行する。この変換後、最小有効
ビットのいくつかが、Ｑ−ＬＵＴ５２の十分小さなアド
レスに到達するよう色強度とは独立に捨て去られてもよ
い。

【００６３】勿論色成分値が増大する強度について３つ
のグループ以上に色成分値が分割されるちがったレベル
数もまた可能である。この変換で成分値のビットパター
ンは、このグループで区別されるその最大有効ビットの
数によって補足されてパターンが属するグループを識別
するコードの組に変換される。全体の組はあらかじめ定
められたビット数を有する数を表している。グループを
識別するコードは、グループの強度値がより小さくなる
につれ（すなわちグループの数がより多くの零を備えて
はじまるにつれ）より小さなビット数を含むように選択
される。それ故コードと組合わされる有効ビットの数
は、コードのビット数が減少するにつれ増大する。

【００６４】図６は２つのＱ−ＬＵＴ６０４，６２４を
含む量子化器を示しており、６２４は境界色量子化用で
あり、６０４は残りの色の量子化用のものである。量子
化器１２の入力は第１および第２のサブ量子化器６０，
６２と境界検出器６８に連結されている。サブ量子化器
６０，６２の構成は図５ａ図示の量子化器と同じであ
る。サブ量子化器６０，６２の第１の出力は第１のスイ
ッチング要素６４の入力へ連結され、要素６４の出力は
量子化器１２の出力１５へ連結されている。境界検出器
６８の出力は第１のスイッチング要素６４の制御入力へ
連結されている。

【００６５】サブ量子化器６０，６２の第２の出力は第
２のスイッチング要素６６の入力へ連結されている。境
界検出器６８の出力は第２のスイッチング要素６６の制
御入力へ連結されている。第２のスイッチング要素の出
力は量子化器１２の第２の出力へ誤差バッファ１４への
接続のため連結されている。

【００６６】動作中、境界検出器６８は量子化器１２の
入力へ供給される色値がＲＧＢ境界におけるものである
かどうかを検出する。もしそうなら、検出器６８は量子
化器１２の出力へ第２のサブ量子化器６２の出力を接続
するようスイッチング要素６４，６６を方向付ける。も
し量子化器１２の入力へ供給される色値がＲＧＢ境界に
おけるものでないなら、検出器６８は量子化器１２の出
力へ第１のサブ量子化器６０の出力を接続するようスイ
ッチング要素６４，６６を方向付ける。

【００６７】第１のサブ量子化器６０は図５ａに記載さ
れているように動作する。１２ビットアドレス（４Ｋエ
ントリ）のＱ−ＬＵＴを備えた第１のサブ量子化器６０
は２５６色のパレット用に十分満足いく結果を与える。
第２のサブ量子化６２は２つの可変色成分を有する色値
のみを取り扱うのに必要とされる。このことは３つの可
変色成分を有するものよりＱ−ＬＵＴ６２４にとっては
ずっと少ないエントリですむから、第２のサブ量子化器
６２でのスナップメカニズム用への必要性はぐっと削減
され、第２のサブ量子化器６２でのスナップユニット６
２２は、色成分が最大または最小値であるかを示す選択
器で２つの成分色を形成するときのみ基本的に必要とさ
れる。特に、それは対数である必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像レンダリング装置を示す図である。

【図２】ａ，ｂは種々の誤差バッファを示す図である。

【図３】ボロノイダイアグラムを示す図である。

【図４】境界量子化の様子を示す図である。

【図５】ａは画像レンダリング装置を示す図である。ｂ
は色成分値とスナップされた色成分値との関係を示す図
である。

【図６】２つのＬＵＴを含む量子化器を示す図である。

【符号の説明】

１２，６０量子化器１４誤差バッファ１６，２６，５６加算器１７伝送手段１８色信号発生器１９レンダリングデバイス２０，２３画素遅延ユニット２２スプリッティングユニット２４ライン遅延ユニット５０スナップユニット５２，６０４，６２４Ｑ−ＬＵＴ（量子化器ルックア
ップテーブル）５４減算器６０，６２サブ量子化器６４，６６スイッチング要素６８境界検出器６２２スナップユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エフェルトヤンポールオランダ国 3512 アーハーユトレヒトフールストラート５アー (72)発明者マリヌスファンスプランターオランダ国 5621 ベーアーアインドーフェンフルーネヴァウツウェッハ１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各画素がそれぞれねらいとする色値と組
み合わされている画像をレンダリングするための画像レ
ンダリング装置であって、該装置は− 各ねらいとする
色値を、パレット中のねらいとする色値に知覚的に最も
近い量子化した色にマッピングするための、量子化手
段、および− 量子化した色で画素をレンダリングする
ための、その中においてパレットは、ねらいとする色値
が表わされる色のセットの適切なサブセットからなり、
そしてパレット中のどんな別の色よりもＲＧＢの境界の
色に知覚的に近い前記セットに属している少なくとも１
つのＲＧＢの境界の色でない色を含んでいて、そしてそ
の中においては、ねらいとする色値がＲＧＢの境界上に
ありそしてパレット中の最も近い色がＲＧＢの境界上に
ない場合に、マッピングされ量子化された色がＲＧＢの
境界上にまた存在しパレット中の次いで最も近い色であ
るようなレンダリングデバイスを含んでいることを特徴
とする画像レンダリング装置。
【請求項２】請求項１記載の画像レンダリング装置に
おいて、量子化手段は、境界の色に対しおよび別の色に
対するねらいとする色値をそれぞれマッピングするため
の第１および第２のサブ量子化手段と、ＲＧＢの境界上
に存在しねらいとする色値の画素を検出し、その検出に
依存して上記の第１および第２のサブ量子化手段のどち
らがレンダリングデバイスのために量子化された色を決
定するかを選択するための境界検出手段とを含んでいる
ことを特徴とする画像レンダリング装置。
【請求項３】請求項２記載の画像レンダリング装置に
おいて、第２のサブ量子化手段は第１および第２の量子
化段を含み、第１の量子化段はねらいとする色値の知覚
の色成分の値から量子化された個々の色の成分値を決定
するために配置され、第２の量子化段は量子化された個
々の色成分に依存して量子化された色を決定するために
配置されていることを特徴とする画像レンダリング装
置。
【請求項４】請求項３記載の画像レンダリング装置に
おいて、第１の量子化段は、比較的低い色強度を表わす
色成分値より色値においてより少ない最大量子化誤差で
比較的低い色強度を表わす色成分値を量子化するために
配置されていることを特徴とする画像レンダリング装
置。
【請求項５】請求項４記載の画像レンダリング装置に
おいて、第２のサブ量子化手段は別の第１および別の第
２の量子化段を含んでいて、別の第１の量子化段は、ね
らいとする色値のそれぞれの色成分値から実質的に強度
とは無関係な最大量子化誤差を有する量子化された個々
の色成分値を決定するために配置され、第２の量子化段
は、量子化された個々の色成分に依存して量子化された
値を決定するために配置されていることを特徴とする画
像レンダリング装置。
【請求項６】請求項４または５記載の画像レンダリン
グ装置において、第１の量子化段は、色成分値を表わす
ビットパターンの最大有効部分を最大有効部分の値が増
加するにつれて増加するビット長を有するラベルで置き
換え、そしてそのラベルを、ラベルとは無関係なあらか
じめ定められたビット長を有し、量子化された個々の成
分を表わしているビットパターンを作るように、カラー
成分値を表わすビットパターンのより下位の有効ビット
の数で補正するために配置されていることを特徴とする
画像レンダリング装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項記載の画
像レンダリング装置において、量子化手段は、画像にお
ける画素の元の色値からその画素に隣接する別の画素の
量子化誤差の補正と組み合わせてねらいとする色値を決
定するために配置されていることを特徴とする画像レン
ダリング装置。
【請求項８】請求項７記載の画像レンダリング装置に
おいて、量子化手段は、ねらいとする色値によってアド
レスされるそれぞれの位置における量子化された色の指
示を記憶しているルックアップテーブル手段を含んでい
て、そのルックアップテーブル手段はまた各位置におけ
る量子化誤差を記憶していることを特徴とする画像レン
ダリング装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれか１項記載の画
像レンダリング装置のための量子化手段。
【請求項１０】各画素がそれぞれねらいとする色値と
組み合わされている画像をレンダリングする方法であっ
て、該方法は− 各ねらいとする色値を、パレット中の
ねらいとする色値に知覚的に最も近い量子化した色にマ
ッピングし、および− 量子化した色で画素をレンダリ
ングする、その中においてパレットは、ねらいとする色
値が表わされる色のセットの適切なサブセットからな
り、そしてパレット中のどんな別の色よりもＲＧＢの境
界の色に知覚的に近い前記セットに属している少なくと
も１つのＲＧＢの境界の色でない色を含んでいて、そし
てその中においては、前記マッピングのステップ中に、
ねらいとする色値がＲＧＢの境界上にありそしてパレッ
ト中の最も近い色がＲＧＢの境界上にない場合に、ねら
いとする色はＲＧＢの境界上にまた存在しパレット中の
次いで最も近い色にマップされるステップを含んでいる
ことを特徴とする画像をレンダリングする方法。