JPH11146421A - 固定画像において、色の量子化誤差の局所的知覚性を評価する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 符号化されてない基準画像（１）から符号化
された固定画像と、符号化済テスト画像（２）とにおい
て、色の量子化誤差の局所的知覚性を評価する方法を提
供することを課題とする。 【解決手段】 該クロマ（色）コンポ−ネント（Ｃ＊
_avgi,j）とヒユ−コンポ−ネント（ｈ_avgi,j）とに関し
て、該点（ｉ，ｊ）の近傍に対応する該ウインドウ（1
1）全体に渡って計算する変換工程と、該ウインドウの
複数の該点に渡る該変動差の合計が、現ウインドウ全体
に渡るクロマおよびヒユ−の平均変動値を与える変動差
計算工程と、該基準画像と該テスト画像の現ウインドウ
全体に渡って、各点の色と該平均色との間の知覚色差を
計算する適用工程と、該クロマ変動値と該ヒユ−変動値
の該二次形式の合計に対応する該色差を計算する色差計
算工程と、該固定画像の該色の量子化誤差の該局所的知
覚性を計算する局所的知覚性計算工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、符号化されてない
基準画像から符号化された固定画像と、符号化済テスト
画像とにおいて、色の量子化誤差の局所的知覚性を評価
する方法に関する。当該方法において、上記基準画像と
上記テスト画像の各々の各点を中心とする複数の点から
なるウインドウが形成される。

【０００２】

【従来の技術】カラー画像を表わすアナログ信号を、対
応するデジタル画像に変換する操作や、直接的にデジタ
ル画像にする操作は、連続的な信号を、離散的な有限回
数だけサンプリングし、且つ、当該離散的な有限回のサ
ンプリング回数の各一回毎に、上記信号が取り得る値を
量子化することによって実施される。ここに量子化と
は、連続的な信号を有限個数の値に制限することであ
る。従って、スクリーン上にオリジナル画像（即ち、元
の画像）を再生しようとしても、量子化を行った場合に
は、オリジナル画像の微妙な陰影を総て表すことはでき
ない。

【０００３】幾つかの画像処理技術においては、デジタ
ル化された画像は、更にその後、圧縮されるので、当該
圧縮に起因してロスが生じ、そのロスが既述の画像品質
ロスに加算されることになる。このことは、特に、４：
２：２フオーマットで処理されたＭＰＥＧ−２画像につ
いて言える。

【０００４】多くの画像圧縮アルゴリズムの場合、人間
の視覚系統と同様に、カラー情報の処理に際しては、シ
ーン（場面）の白黒情報を含む無彩色チャンネルと、そ
して、ヒユー（色相）および鮮明度の情報を含む二つの
彩色チャンネルとが、考慮される。これらのチャンネル
の空間解像度が制限されるので、冗長な情報は削除され
る。一般的に、量子化誤差の知覚性の評価は、無彩色情
報に対して行われ、色情報に対しては、ほとんど行われ
ない。

【０００５】特に、フランス特許出願番号第９７ ００
０９６号（出願日：1997年１月８日、出願人：テレデイ
フユージョン ド フランス、および フランス テレ
コム）が提案する方法は、固定画像における量子化歪の
局所的知覚性を評価するための方法であって、優れた結
果が得られている。輝度コントラストの局所的歪の知覚
性の場合と同様に、人間の目による量子化についての知
覚性に関しても、当該方法は、画像品質に関して一段と
向上化した測定値を与えると共に、選択すべき量子化の
工程に関しても、人間の視覚系統特有の処理特性を考慮
に入れて、一段と優れた選択を行っている。しかしなが
ら、当該方法は、輝度についての無彩色処理法に基づい
ているため、色情報を全く取り扱っていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】色情報についての量子
化誤差の知覚性を評価する際に、当該知覚性の評価は、
主として、量子化された画像内容の統計学上の分析によ
って行われるが、当該分析に際して、色情報処理上の視
覚的特性が考慮されてないし、更に、色情報を処理する
際に既知の結果から複数の彩色コンポーネントを推測す
るための外挿法も考慮されてない。同様に、上記「基準
画像」の信号と上記「テスト画像」（符号化済み画像）
の信号の間の信号差を測定するためのサンプリング操作
は、知覚された歪み（以下、知覚歪と言う）に関して、
誤った評価を必然的に与える。

【０００７】色の量子化誤差の知覚性を、色差の局所的
知覚性と同じものと考える主義から出発すると、色の量
子化誤差を決定するためには、提供されるシーンの本質
的な内容を考慮しながら、測定の際における色差の知覚
性を下記のものとして定義可能にするために、色情報処
理上の視覚的特性を考慮に入れて、視覚系統の作用と結
びついた問題を解く必要がある。 ・クロミナンス（色）および輝度の色彩上の特定化から
の、知覚的空間における色の表示 ・局所化された領域における基準の”平均色”フレーム
の定義 ・知覚性のしきい値を越えた色差の知覚性の公式化、お
よび 上記シーンの周波数内容の関数としての、当該公式化の
展開

【０００８】従って、これらのパラメータを考慮し、且
つ、視覚上の知覚性に最も適合した選択であって、符号
化システム量子化工程に関する当該選択を可能にする方
法、即ち、色の量子化誤差の知覚性を評価する方法、に
対する現実の需要が存在する。本発明は、上記問題を解
決して、上記タイプの固定画像において、色の量子化誤
差の局所的知覚性を評価する方法を提供することを課題
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】当該方法は、下記の工程
を含むものである。 （工程１：）上記点を表わすデジタル信号を、色空間に
関して、少なくとも一つのクロマ（色）コンポ−ネント
と少なくとも一つのヒユ−コンポ−ネントとに変換し、
上記基準画像および上記テスト画像の各々の各点の平均
値を、上記クロマ（色）コンポ−ネントと上記ヒユ−コ
ンポ−ネントとに関して、上記点の近傍に対応する上記
ウインドウ全体に渡って計算する変換工程。

【００１０】（工程２：）上記点に関する上記平均クロ
マ値および上記平均ヒユ−値と、前工程において計算さ
れた上記点を中心とする上記ウインドウ全体に渡る上記
平均クロマ値および上記平均ヒユ−値との間の変動差を
計算し、上記ウインドウの複数の上記点に渡る上記変動
差の合計が、現ウインドウ全体に渡るクロマおよびヒユ
−の平均変動値を与える変動差計算工程。

【００１１】（工程３：）上記クロマ変動値および上記
ヒユ−変動値に対して、垂直および水平フイルタ−の係
数に対応するパラメ−タ的因子を適用し、これらの当該
値の二次形式の合計を出し、上記基準画像と上記テスト
画像の現ウインドウ全体に渡って、各点の色と上記平均
色との間の知覚色差を計算する適用工程。

【００１２】（工程４：）上記基準画像と上記テスト画
像の現ウインドウ全体に渡って、上記平均色に関する、
上記クロマ変動値と上記ヒユ−変動値の上記二次形式の
合計に対応する上記色差を計算する色差計算工程。

【００１３】（工程５：）上記基準画像の上記点を表わ
すと共に上記フイルタ−を経由した上記色差と、上記テ
スト画像の上記対応点を表わすと共に上記フイルタ−を
経由した上記色差との間の差であって、前工程において
計算された上記平均色間の上記知覚色差に加えられた当
該差から、上記固定画像の上記色の量子化誤差の上記局
所的知覚性を計算する局所的知覚性計算工程。

【００１４】本発明の重要な特徴の一つに従って、上記
点を表すデジタル信号の上記変換工程１は、下記の複数
の変換を含む。上記点（_i,j ）の無彩色デジタル信号Ｙ
_Qi,jと色デジタル信号Ｃｒ_Qi,j、Ｃｂ_Qi,jとを、下記の
通り、アナログデ−タＹ_i,j 、Ｄｒ_i,j およびＤｂ_i,j
に変換する工程。

【数１１】

【００１５】上記アナログデ−タＹ_i,j 、Ｄｒ_i,j およ
び Ｄｂ_i,j を、下記の通り、赤色コンポ−ネントＲ
_i,j と、緑色コンポ−ネントとＧ_i,j と、ブル−色コン
ポ−ネントＢ_i,j とに変換する工程。

【数１２】

【００１６】上記赤色コンポ−ネントＲ_i,j と、緑色コ
ンポ−ネントＧ_i,j と、ブル−色コンポ−ネントＢ_i,j
を、下記の通り、ガンマ補正されたガンマ補正済コンポ
−ネントＲ_gami,j、Ｇ_gami,jおよびＢ_gami,jに変換する
工程。

【数１３】 但し、当該変換において、Ｇａｉｎ_R と、Ｇａｉｎ
_G と、Ｇａｉｎ_B は、管を駆動する信号の振幅を決定す
るゲイン（利得）であり、そして、Ｏｆｆｓｅｔ_Rと、
Ｏｆｆｓｅｔ_G と、Ｏｆｆｓｅｔ_B は、対応するしきい
値であり、νは、２乃至３の範囲内にある。

【００１７】上記コンポ−ネントＲ_gami,j、Ｇ_gami,jお
よびＢ_gami,jを、下記の通り、比色コンポ−ネントＸ
_i,j 、Ｙ_i,j およびＺ_i,j に変換する工程。

【数１４】

【００１８】上記比色コンポ−ネントＸ_i,j 、Ｙ_i,j お
よびＺ_i,j を、下記の通り、心理的鮮明度コンポ−ネン
トＬ＊と、二つのヒユ−コンポ−ネントａ＊およびｂ＊
とに変換する工程。

【数１５】 但し、当該変換において、ｆは、下記の比色コンポ−ネ
ントＱの比の値に基づいて、定義される。 ｆ（Ｑ）−903.3.Ｑ（但し、Ｑが、0.008856未満の
時）、そして ｆ（Ｑ）−116.Ｑ^1/3 − 16 （但し、Ｑが、0.008856よ
りも大きいか、又はそれと等しい時）

【００１９】上記心理的鮮明度コンポ−ネントＬ＊と、
二つの上記ヒユ−コンポ−ネントａ＊およびｂ＊とを、
下記の通り、円筒座標系の心理的鮮明度コンポ−ネント
Ｌ＊と、クロマコンポ−ネントＣ＊と、ヒユ−コンポ−
ネントｈとに変換する工程。 Ｃ＊_i,j ＝（（ａ＊_i,j ）² ＋（ｂ＊_i,j ）² ）^1/2 、 ここで、ｂ＊_i,j がゼロでない時は、ｈ_i,j ＝９０．
（２−sgn（ｂ＊_i,j ））−arctan（ａ＊_i,j ／ｂ＊
_i,j ）であり、ｂ＊_i,j がゼロに等しく、且つａ＊_i,j
がゼロでない時は、ｈ_i,j ＝９０．（１−sgn（ａ＊
_i,j ））であり、そして、ｂ＊_i,j がゼロに等しく、且
つａ＊_i,j がゼロに等しい時は、ｈ_i,j は、定義されな
い。但し、当該変換において、ｘが、０よりも大きい
か、又は０に等しい場合は、ｓｇｎ（ｘ）＝１であり、
ｘが、０未満の場合は、ｓｇｎ（ｘ）＝−１である。

【００２０】上記工程２において、上記ヒユ−差（△Ｈ
＊_i,j ）_k,l は、望ましくは、下記の式から得られる。 （△Ｈ＊_i,j ）_{k, l}＝Ａ_i ＋_{k, j}＋₂₁／（Ｂ_i ＋_{k, j}＋
₂₁）^1/2 、 ここで、Ａ_i ＋_{k, j}＋₂₁＝ａ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁・ｂ＊
_avgi,j−ｂ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁・ａ＊_avgi,jであり、Ｂ_i ＋
_{k, j}＋₂₁＝（１／２）・（Ｃ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁・Ｃ＊
_avgi,j＋ａ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁・ａ＊_avgi,j＋ｂ＊ _i＋_{k, j}
＋₂₁・ｂ＊_avgi,j）である。

【００２１】本発明のもう一つの特徴に従って、上記工
程３において、上記知覚色差を計算するために、上記ヒ
ユ−変動値および上記クロマ変動値の知覚性相対的変動
値を、いわゆるＣＩＥＬＡＢ色空間全体に渡って、それ
ぞれ均一化するための重み関数を用い、当該重み関数に
よって、上記クロマ差および上記ヒユ−差が、点対点の
対応付けで、重み付けされる。

【００２２】本発明のもう一つの特徴に従って、上記工
程４において、上記知覚色差を計算するために、上記平
均知覚クロマ変動値および上記平均知覚ヒユ−変動値
を、上記ＣＩＥＬＡＢ色空間全体に渡って、均一化する
ための重み関数を用い、当該重み関数によって、上記ク
ロマコンポ−ネントと上記ヒユ−コンポ−ネントの上記
平均値が、それぞれ、重み付けされる。

【００２３】このようにして、本発明の方法は、視覚系
統の作用と結びついた色の量子化誤差を評価するので、
多くの長所を有する。本発明の方法は、知覚的な色表示
空間を用いる。当該色表示空間は、経験則に基づいて定
義され、科学界において承認された空間である。本発明
の方法は、知覚された色差の値を、画像の周波数内容の
関数に変換する。本発明の方法は、使用された符号化処
理の形式に拘わりなく、固定画像に作用する。最後に、
本発明の方法は、デイスプレイシステム固有の当該シス
テムの特性に適合するように、自身を適合化することが
できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の一つの実施例の下記の説
明において、本発明の方法は、デジタル信号Ｙ、Ｃｒお
よびＣｂに適用される。当該デジタル信号Ｙ、Ｃｒおよ
びＣｂとは、４：２：２ビデオフオーマットにおける信
号であり、当該ビデオフオーマットとは、ＩＴＵ−Ｒ勧
告ＢＴ．６０１−４「デジタルテレビジョンのスタジオ
符号化パラメータ」において規定されるビデオフオーマ
ットである。

【００２５】図１に示される通り、本発明の方法は、特
に、基準画像１（量子化済みではあるが、未符号化の画
像である）と、テスト画像２（符号化済み画像である）
との並列処理の処理方法に属する。本発明の当該実施例
を、先ず最初に、基準画像１の処理に対して適用するも
のとし、そして、その際に、テスト画像２は、当該処理
と並列に、且つ、同様の方法で処理されるものとして、
本発明を説明すると、以下の通りである。

【００２６】（工程１）：図１に示される通り、本発明
の方法の工程１は、上記４：２：２フオーマットデジタ
ル信号を、無彩色コンポーネントＬ＊（図２に示される
通り、色の三角形に対して垂直な無彩色軸である）と、
二つの色コンポーネントａ＊およびｂ＊（上記色の三角
形の平面内にある色軸である）とに、非線形変換によっ
て変換する工程である。一方、上記ＣＩＥＬＡＢ色空間
は、当該色空間を彩色外観を記述するための基準色空間
として使用するために、１９７６年に、国際照明委員会
（ＣＩＥ）によって勧告されたものであって、１９７８
年刊のＣＩＥ刊行物Ｎｏ．１５（Ｅ−１，３，１）１９
７１／（ＴＣ−１．３）勧告２に対する補足書Ｎｏ．２
において、定義されている。

【００２７】基準画像１（デジタル化済みではあるが、
未符号化の画像である）の各点に対して、各種の変換が
実施され、それによって、上記４：２：２フオーマット
におけるデジタル信号の表示、即ち、無彩色（すなわ
ち、輝度）コンポーネントＹ_Qと、二つの色コンポーネ
ント（Cr_Q,Cb_Q,）は、上記ＣＩＥＬＡＢ色空間における
色の知覚的な表示に変換される。

【００２８】各点は、行列における、自己の行指標ｉ
と、自己の列指標ｊとによって、配列される。当該実施
例において、行の総数は、５７６に等しく、そして列の
総数は、７２０に等しい。但し、列指標ｊに関しては、
奇数番号のみが使用される。なぜならば、上記４：２：
２ビデオフオーマットにおいては、二つの点のうち、一
つの点のみが符号化されるからである。第一番目の変換
において、デジタル信号Ｙ_Qi,j、Ｃｒ_Qi,jおよびＣｂ
_Qi,jは、下記の式（１ａ）、（１ｂ）および（１ｃ）を
用いることによって、アナログ データＹ_i,j 、Ｃｒ
_i,j およびＣｂ_i,j に変換される。

【数１６】

【００２９】次いで、かくして得られた当該アナログ
デ−タＹ_i,j 、Ｄｒ_i,j およびＤｂ_i,j は、第二番目の
変換において、赤色コンポ−ネントＲ_i,j と、緑色コン
ポ−ネントとＧ_i,j と、ブル−色コンポ−ネントＢ_i,j
とに変換されて、標準的な４：２：２フオーマット変換
マトリックス式（２）を用いることによって、カラーデ
イスプレイ スクリーンの陰極線管に直接的に印加され
る。上記式（２）は、下記の通りである。

【数１７】

【００３０】上記陰極線管の非線形性に対する補正（即
ち、ν補正）を行うために、上記式（２）から得られた
当該赤色コンポ−ネントＲ_i,j と、緑色コンポ−ネント
Ｇ_i,j と、ブル−色コンポ−ネントＢ_i,j とを、下記の
通り、ガンマ補正されたガンマ補正済コンポ−ネントＲ
_gami,j、Ｇ_gami,jおよびＢ_gami,jに変換する。

【数１８】

【００３１】但し、当該変換において、Ｇａｉｎ_R と、
Ｇａｉｎ_G と、Ｇａｉｎ_B は、上記陰極線管を駆動する
信号の振幅を決定するゲイン（利得）であり、そして、
Ｏｆｆｓｅｔ_R と、Ｏｆｆｓｅｔ_G と、Ｏｆｆｓｅｔ_B
は、対応するしきい値である。

【００３２】欧州放送連合（EBU)は、上記νの値として
２．２の使用を勧告しており、その際の上記ゲインの値
および上記しきい値としては、それぞれ、１および０の
使用を勧告している。しかしながら、これらの値は、使
用されるスクリーンの形式や、その較正によって左右さ
れる。換言すれば、モニターのコントラストや輝度の調
節によって、これらの上記値が変えられる可能性もある
ので、上記補正値ν（すなわち、２＜ν＜３であり、当
該νは、使用されるスクリーン技術に左右される）や、
上記ゲインの値および上記しきい値を、望ましくは、正
確に決定し、それによって、オリジナル画像に忠実な色
の再現ができるようにする。

【００３３】第四番目の変換は、いわゆるＣＩＥ１９３
１色空間（色の三角形）において、上記コンポ−ネント
Ｒ_gami,j、Ｇ_gami,jおよびＢ_gami,jを、比色コンポ−ネ
ントＸ_i,j 、Ｙ_i,j およびＺ_i,j に変換するために行わ
れる。当該比色コンポ−ネントＸ_i,j 、Ｙ_i,j およびＺ
_i,j は、カンデラ毎平方メートル（ｃｄ／ｍ² ）で表さ
れる値であり、且つ、使用されるデイスプレイシステム
とは独立した値である。

【００３４】当該変換の際に用いられる変換マトリック
スは、使用されるスクリーンの発光体のスペクトル分布
に依存するが、本発明の実施例の場合、当該実施例にお
いて使用される下記の式（４）のマトリックスは、上記
ＥＢＵによって勧告されるマトリックスである。この場
合に考えられるスクリーンとしては、陰極線管が上げら
れる。当該陰極線管の三原色は、最大出力時に、標準化
された白色刺激を与える。当該白色刺激は、上記ＣＩＥ
標準光源の一つのエネルギーのスペクトル分布に対応し
ている。

【００３５】当該ＣＩＥ標準光源の一つとしては、例え
ば、Ｄ₆₅（即ち、曇天下の日光および６５００°Ｋの温
度に対応するエタロン）がある。これらのパラメータの
比色仕様は、上記スクリーンの利用条件が異なる場合、
上記パラメータの分光輻射的な較正に基づいて、改変可
能である。上記式（４）は、下記の通りである。

【数１９】

【００３６】上記ガンマ補正済コンポ−ネント
Ｒ_gami,j、Ｇ_gami,jおよびＢ_gami,jの値が各々、１に等
しい時に得られる白色の輝度に対応する上記Ｙ_max が、
７０cd／ｍ²に等しい時、上記式（４）において使用さ
れる変換マトリックスは、上記ＥＢＵ規格によって与え
られる選択されるべき基準白色のマトリックスに対応す
る。

【００３７】次いで、第五番目の変換工程において、上
記比色コンポ−ネントＸ_i,j 、Ｙ_i,j およびＺ_i,j は、
非線形的変換を経て、下記の通り、上記ＣＩＥＬＡＢ色
空間における色の知覚的な表示としての、心理的鮮明度
コンポ−ネントＬ＊_i,j （以下、式（５ａ）と言う）
と、二つのヒユ−コンポ−ネントａ＊_i,j （以下、式
（５ｂ）と言う）およびｂ＊_i,j （以下、式（５ｃ）と
言う）とに変換される。

【数２０】 但し、当該変換において、ｆは、下記の比色コンポ−ネ
ントＱの比の値に基づいて、定義される。 ｆ（Ｑ）−903.3.Ｑ（但し、Ｑが、0.008856未満の時） （６ａ） ｆ（Ｑ）−116.Ｑ^1/3 − 16 （但し、Ｑが、0.008856よりも大きいか、又は それと等しい時） （６ｂ）

【００３８】ここで、上記Ｑは、Ｘ／Ｘｎ、Ｙ／Ｙｎお
よびＺ／Ｚｎに対応しており、そして、Ｘｎ、Ｙｎおよ
びＺｎは、１００ｃｄ／ｍ２の時の標準化されたスクリ
ーンの白色の比色コンポーネントである。Ｄ６５白色の
特殊な場合には、Ｘｎ、ＹｎおよびＺｎは、それぞれ、
Ｘｎ＝９５．０５であり、Ｙｎ＝１００であり、そして
Ｚｎ＝１０８．９１である。

【００３９】第六番目の変換工程において、上記ＣＩＥ
ＬＡＢ色空間におけるコンポ−ネントのデカルト座標系
表示（Ｌ＊ａ＊ｂ＊）は、図２に示される通り、円筒座
標系表示（Ｌ＊Ｃ＊ｈ＊）に変換される。即ち、当該第
六番目の変換工程において、色の知覚性の三つの属性が
明らかにされる。当該三つの属性とは、先に定義された
心理的鮮明度コンポ−ネントＬ＊と、クロマコンポ−ネ
ントＣ＊と、ヒユ−コンポ−ネントｈ（度で表される）
である。これらの三つの属性は、当該空間において、色
差の知覚性を定義するための基礎的なデータを構成す
る。

【００４０】心理的鮮明度コンポ−ネントＬ＊と、クロ
マコンポ−ネントＣ＊と、ヒユ−コンポ−ネントｈは、
いわゆるＣＩＥ技術レポート１１６−１９９５の第７乃
至第８頁において、下記の通り定義されている。 Ｃ＊_i,j ＝（（ａ＊_i,j ）² ＋（ｂ＊_i,j ）² ）^1/2 （７） ここで、ｂ＊_i,j がゼロでない時は、 ｈ_i,j ＝９０．（２−sgn（ｂ＊_i,j ））−arctan（ａ＊_i,j ／ｂ＊_i,j ） （８ａ） ｂ＊_i,j がゼロに等しく、且つａ＊_i,j がゼロでない時は、 ｈ_i,j ＝９０．（１−sgn（ａ＊_i,j ）） （８ｂ） そして、ｂ＊_i,j がゼロに等しく、且つａ＊_i,j がゼロ
に等しい時は、ｈ_i,j は、定義されない。但し、当該変
換において、ｘが、０よりも大きいか、又は０に等しい
場合は、ｓｇｎ（ｘ）＝１であり、ｘが、０未満の場合
は、ｓｇｎ（ｘ）＝−１である。

【００４１】基準画像１は、複数のウインドウ１１に分
割される。当該ウインドウ１１は、図３に示される通
り、２ｘ２のマクロブロック１に対応する点（ｉ，ｊ）
を中心とする３１ｘ３１個の点から構成される。上記ウ
インドウ１１において、平均色の比色コンポーネントが
計算される。これらの比色コンポーネントは、点（ｉ，
ｊ）に適用される。当該適用操作は、現ウインドウ１１
（当該ウインドウ１１において、平均色の比色コンポー
ネントが計算される）を画像全体に渡って移動させるこ
とによって、画像の各点（ｉ，ｊ）に対して繰り返し行
われる。従って、下記の式（９）の通りとなる。

【数２１】 ここで、上記現ウインドウにおけるＫとＬは、それぞ
れ、行列式の行指標と列指標であり、Ｋ＝１５であり、
Ｌ＝７である。

【００４２】空間的観点から見て、上記現ウインドウ
が、真に正方形である場合には、上記比色コンポーネン
トは、水平方向においては、二つの点のうちのたった一
つの点で定義される訳であるから、ａについては、たっ
た１５個の値しか存在しないことになる。

【００４３】その他のコンポーネントｂ＊_avgi,jと、ｃ
＊_avgi,jと、ｈ＊_avgi,jについては、上記式（９）にお
いて、ａ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁の代わりに、それぞれ、ｂ＊ _i
＋_k,j＋₂₁と、ｃ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁と、ｈ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁
を用いることによって、上記と同様の方法で、当該その
他のコンポーネントｂ＊_avgi,jと、ｃ＊_avgi,jと、ｈ＊
_avgi,jとを計算することができる。

【００４４】（工程２）：本発明の重要な特徴の一つに
従って、本発明の方法の工程２は、計算工程である。当
該工程２において、現ウインドウの各点のクロマ値およ
びヒユー値と、例えば、図３に示されるような四つの相
互に結合したマクロブロック１に対応する３１ｘ３１個
の点からなる正方形ウインドウ１１における現在点の近
傍において先に計算された平均値と、の間の変動値が計
算される。これらの変動値は、次いで、現ウインドウを
移動させることによって、画像の各点に対する知覚色差
の式において使用される。当該工程２は、下記の式によ
って表される。

【００４５】

【数２２】

【００４６】上記において引用されたＣＩＥ技術レポー
ト１１６−１９９５（第９頁）の中で定義されている通
りの重み関数は、知覚された相対的な知覚ヒユ−変動値
および知覚クロマ変動値を、上記ＣＩＥＬＡＢ色空間全
体に渡って、均一化する。それらは、下記の通り、比較
されるべき二つの色のクロマの相乗平均に左右される。 （Ｓ_Ci,j) _k,l ＝１＋0.045.（Ｃ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁・Ｃ＊_avgi,j)^1/2 (12ａ） （Ｓ_Ci,j) _k,l ＝１＋0.015.（Ｃ＊ _i＋_{k, j}＋₂₁・Ｃ＊_avgi,j)^1/2 (12ｂ）

【００４７】本発明の内容において、心理的鮮明度の変
動値は、計算されない。なぜならば、本発明の目的は、
色の量子化誤差を測定する方法を提供することにあるか
らである。平均クロマ変動値△Ｃ＊_avgi,j（以下、式
（13ａ）と言う）および平均ヒユ−変動値△Ｈ＊_avgi,j
（以下、式（13ｂ）と言う）は、現ウインドウ１１全体
に渡って、下記の通り、計算される。

【数２３】 但し、Ｋ＝１５であり、Ｌ＝７である。

【００４８】重み付け係数は、現ウインドウにおける上
記平均クロマ変動値および上記平均ヒユ−変動値のみを
考慮することによって、下記の通り、上記式（12ａ）お
よび（12ｂ）から計算される。

【数２４】 しかしながら、点（ｉ，ｊ）と、その近傍（現ウインド
ウに属する複数の点）との間の知覚色差は、関連するウ
インドウの周波数内容を考慮に入れて計算する必要があ
る。

【００４９】（工程３）：この目的で、本発明の重要な
特徴の一つは、工程３に存する。当該工程３において、
関連するウインドウの周波数内容を考慮して、パラメ−
タ的因子Ｋ_C およびＫ_H が、先に計算された上記クロマ
変動値および上記ヒユ−変動値に適用される。本発明に
従って、これらの当該因子は、それぞれ、同一の垂直お
よび水平デジタルフイルタ−（即ち、人の目が当該水平
および垂直フイルタ−として働く）の係数の正規化積に
対応しており、下記の通り、（Ｋ_ci,j）_K （以下、式
（15ａ）と言う）と、（Ｋ_ci,j）₁ （以下、式（15ｂ）
と言う）とで表わされる。

【００５０】

【数２５】 但し、Ｈ₄ は、下記の通り、４次のエルミ−ト多項式で
ある。Ｈ₄ （Ｘ）＝Ｘ４−６．Ｘ² ＋３

【００５１】但し、下記のパラメ−タＡ_ci,j（以下、式
（16ａ）と言う）と、σ_1ci,j およびｆ_{0 ci,j}（以下、
式（16ｂ）と言う）と、σ_2ci,j （以下、式（16ｃ）と
言う）とを有する。

【数２６】

【００５２】ここで、ｄは、観察者からスクリーンまで
の距離に対する相対的な値であって、画像における並置
された二点間の角距離（度で表示）であり、ｄ＝ａｒｃ
ｔａｎ（１／ｎ．５５１）で表される。ｎは、スクリー
ンから観察者までの距離と、当該スクリーンの丈との間
の比である（当該スクリーンの丈の値は、標準的なテレ
ビジヨンの場合、通常、６インチである）。

【００５３】正確な基準条件を目的として上記ＣＩＥ
（ＣＩＥ刊行物Ｎｏ．１０１）によって定義された因子
Ｋは、１に等しい。本発明においては、上記フイルター
係数Ｋは、デイスプレイスクリーン上の色差を観察した
観察者に対して行われた心理的身体的実験から得られ
た。上記フイルター係数Ｋを、上記ＣＩＥ基準条件から
隔てるために、特に、空間周波数を刺激の中に取り入れ
て、上記因子Ｋの展開式を、新規な刺激パラメータの関
数としてモデル化するために、上手に定義された基準に
対する上記観察者の反応が、収集され分析された。

【００５４】この空間フイルターは、自己の係数（Ｋ
_ci,j）_k および（Ｋ_ci,j）₁ が、現ウインドウの重み付
けされたクロマ平均変動値と、現ウインドウの平均色の
ヒユーアングル（色相角）とによって、左右されると言
う観点から見れば、多変数系である。これらの当該係数
の値は、各々の現ウインドウについて、再計算される必
要がある。

【００５５】上記正規化についての正規化因子Ｎ
_ci,j（以下、式 (17) と言う) は、下記の通りに計算さ
れる。

【数２７】 但し、Ｋ＝１５であり、Ｌ＝７である。

【００５６】上記と同じようにして、上記式（15ａ）
と、（15ｂ）と、（16ａ）と、（16ｂ）と、（16ｃ）
と、そして（17）とから、単に上記係数を変えることに
よって、下記の係数、即ち：（Ｋ_Hi,j）_k （以下、式
（18ａ）と言う）と、（Ｋ_Hi,j）₁（以下、式（18ｂ）
と言う）と、Ａ_Hi,j（以下、式（19ａ）と言う）と、σ
_1Hi,j （以下、式（19ｂ）と言う）と、σ２_Hi,j（以
下、式（19ｃ）と言う）と、そしてＮ_Hi,j（以下、式
(20) と言う）とが得られる。これらの当該係数は、現
ウインドウに対する相対的な点におけるヒユ−の変動値
に対して割り当てられる上記の垂直および水平デジタル
フイルタ−の係数であって、下記の通りである。

【００５７】

【数２８】

【００５８】かくして、Ｋ＝15であって、Ｌ＝７の時、
正規化因子は、下記の式によって得られる。

【数２９】

【００５９】従って、点（ｉ，ｊ）において、当該点
（ｉ，ｊ）の色と、その近傍点の関数としての現ウイン
ドウ全体に渡る平均色との間の知覚される色差、即ち、
知覚色差は、上記の点対点で重み付けされたクロマ変動
値およびヒユ−変動値に対して、上記デジタルフイルタ
−の係数、即ち、（Ｋ_Ci,j）_h と、（Ｋ_Ci,j）₁ と、
（Ｋ_Hi,j）_k と、（Ｋ_Hi,j）₁ とを適用し、これらの値
の二次形式の合計を出すことによって、下記の通りに得
られる。

【００６０】

【数３０】 当該式を、以下、式 (21) と言う。

【００６１】上記式 (21) は、基準画像１における上記
知覚色差に対応する。上記計算処理工程は、テスト画像
２、即ち、符号化された画像に対して反復実施される。
上記フイルターに掛けられた二つの色差、すなわち、△
Ｅ〜＊基準ｉ，ｊ（以下、△Ｅ〜＊ｒｅｆ_i,j と表示す
る）および△Ｅ〜＊テスト_i,j （以下、△Ｅ〜＊ｔｅｓ
ｔ_i,j と表示する）が、次いで、点（ｉ，ｊ）に関し
て、基準画像１とテスト画像２のそれぞれに対して得ら
れる。

【００６２】（工程４）：本発明のもう一つの特徴に従
って、工程４は、知覚色差を評価するための知覚色差評
価工程である。当該評価工程において、基準画像１の現
ウインドウと、テスト画像２の現ウインドウとに関して
算出された平均色相についての、比色表示間の知覚色差
が評価される。ここで使用される知覚色差公式は、平均
値に適用され、それ故、下記の通り、シーンの周波数内
容によって左右されることはない。

【数３１】

【００６３】当該式を、以下、式 (22) と言う。但し、
上記式 (22）において、

【数３２】 である。但し、

【数３３】 であり、当該式を、以下、式 (24ａ）と言う。

【００６４】更に、

【数３４】 であり、当該式を、以下、式 (24ｂ）と言う。更にま
た、

【数３５】 であり、当該式を、以下、式 (24ｃ）と言う。

【００６５】（工程５）：当該工程５において、基準画
像と、符号化済み画像との間で知覚される色の局所的歪
みの評価値は、各点（ｉ，ｊ）について計算される。こ
れらの画像間の差異を際だたせるための分析処理は、直
接比較が可能な場合には、当該画像同士を直接的に比較
することによって、そうでない場合には、下記の学習
（記憶）処理によって実施される。従って、量子化誤差
と結びついた色の局所的歪みの知覚性の計算は、基準画
像とテスト画像との間の差異の知覚性に基づいて行われ
る。

【００６６】本発明に従って、上記評価値は、上記式
(21) から計算されるフイルター掛けされた色の色変動
値間の差、すなわち、｜△Ｅ〜^*ref _i,j −△Ｅ〜^*test
_i,j ｜と、先の工程の上記式 (22) から演繹される重み
付けされた重付け知覚色差、すなわちｋ．△Ｅ
^*ref/test _avgi,jとに基づいている。ここで、当該色変
動値間の差とは、基準画像とテスト画像のそれぞれの各
点における、当該各点の近傍に対する相対的な色の変動
値の間の差であり、そして、上記重付け知覚色差とは、
これらの近傍の平均色相間の重み付けされた知覚色差で
ある。

【００６７】即ち、上記評価値は、下記の式 (25) によ
って与えられる。

【数３６】

【００６８】かくして、最終的誤差は、空間周波数の観
点からのフイルター掛け済み色差、すなわち、｜△Ｅ〜
^*ref _i,j −△Ｅ〜^*test _i,j ｜（当該色差は、ゼロにな
り得る）と、上記各点の近傍間の平均色差、すなわち、
△Ｅ^*ref/test _avgi,j（当該平均色差は、フイルター掛
けされていない全体的な色の変動値である）との合計と
して得られる。

【００６９】上記の通り、本発明は、特に、予め各種の
圧縮アルゴリズムでもって符号化され、且つ、上記ＣＩ
ＥＬＡＢ色空間において符号化された固定画像であっ
て、上記４：２：２フオーマットで量子化される当該固
定画像における色の量子化誤差を局所的に知覚する上で
有用であるが、その他のタイプの符号化信号や色空間に
対しては、適用不能である。従って、本発明は、エンコ
ーダ（符号器）をテストして、視覚系統に可能な限り近
似させた符号化アルゴリズムを見い出すために使用され
る。

【００７０】本発明は、画像ブロック毎に適用されるの
で、画像全体に渡って、色の量子化歪みを当該画像の局
所毎に知覚することを可能にする。従って、本発明は、
画像の量子化に関連した局所的な色歪みについての知覚
値のマップを作り出す。

【００７１】

【発明の効果】本発明は上述した通りであって、視覚系
統の作用と結びついた色の量子化誤差を評価することが
でき、知覚された色差の値を、画像の周波数内容の関数
に変換し、使用された符号化処理の形式に拘わりなく、
固定画像に作用することができ、デイスプレイシステム
固有の当該システムの特性に適合するように、自身を適
合化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 固定画像における色の量子化の局所的知覚性
を評価するための本発明の方法のブロック線図である。

【図２】 デカルト座標系コンポーネント（Ｌ＊ａ＊ｂ
＊）および円筒座標系（Ｌ＊Ｃ＊ｈ＊）における均一な
上記ＣＩＥＬＡＢ色空間内の三つの色属性を表示するグ
ラフである。

【図３】 基準画像またはテスト画像の一つの点を中心
としたウインドウを示す線図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 符号化されてない基準画像から符号化さ
   れた固定画像と、符号化済テスト画像とにおいて、色の
   量子化誤差の局所的知覚性を評価する方法であって、該
   基準画像と該テスト画像の各々の各点を中心とする複数
   の点からなるウインドウが形成される当該方法は、下記
   の工程を含む。 （工程１：）該点を表わすデジタル信号を、色空間に関
   して、少なくとも一つのクロマ（色）コンポ−ネントと
   少なくとも一つのヒユ−コンポ−ネントとに変換し、該
   基準画像および該テスト画像の各々の各点の平均値を、
   該クロマ（色）コンポ−ネントと該ヒユ−コンポ−ネン
   トとに関して、該点の近傍に対応する該ウインドウ全体
   に渡って計算する変換工程と、 （工程２：）該点に関する該平均クロマ値および該平均
   ヒユ−値と、前工程において計算された該点を中心とす
   る該ウインドウ全体に渡る該平均クロマ値および該平均
   ヒユ−値との間の、変動差を計算し、該ウインドウの複
   数の該点に渡る該変動差の合計が、現ウインドウ全体に
   渡るクロマおよびヒユ−の平均変動値を与える変動差計
   算工程と、 （工程３：）該クロマ変動値および該ヒユ−変動値に対
   して、垂直および水平フイルタ−の係数に対応するパラ
   メ−タ的因子を適用し、これらの当該値の二次形式の合
   計を出し、該基準画像と該テスト画像の現ウインドウ全
   体に渡って、各点の色と該平均色との間の知覚色差を計
   算する適用工程と、 （工程４：）該基準画像と該テスト画像の現ウインドウ
   全体に渡って、該平均色に関する、該クロマ変動値と該
   ヒユ−変動値の該二次形式の合計に対応する該色差を計
   算する色差計算工程と、そして （工程５：）該基準画像の該点を表わすと共に該フイル
   タ−経由した該色差と、該テスト画像の該対応点を表わ
   すと共に該フイルタ−経由した該色差との間の差であっ
   て、前工程において計算された該平均色間の該知覚色差
   に加えられた当該差から、該固定画像の該色の量子化誤
   差の該局所的知覚性を計算する局所的知覚性計算工程。
2. 【請求項２】 該点を表わす該デジタル信号の該変換工
   程が、下記変換を含む請求項１記載の固定画像におい
   て、色の量子化誤差の局所的知覚性を評価する方法。該
   点の無彩色デジタル信号Ｙ_Qi,jと色デジタル信号Ｃｒ
   _Qi,j、Ｃｂ_Qi,jとを、下記の通り、アナログデ−タＹ
   _i,j 、Ｄｒ_i,j およびＤｂ_i,j に変換し、 【数１】 該アナログデ−タＹ_i,j 、Ｄｒ_i,j およびＤｂ_i,j を、
   下記の通り、赤色コンポ−ネントＲ_i,j と、緑色コンポ
   −ネントとＧ_i,j と、ブル−色コンポ−ネントＢ_i,j と
   に変換し、 【数２】 該赤色コンポ−ネントＲ_i,j と、緑色コンポ−ネントＧ
   _i,j と、ブル−色コンポ−ネントＢ_i,j を、下記の通
   り、ガンマ補正されたガンマ補正済コンポ−ネントＲ
   _gami,j、Ｇ_gami,jおよびＢ_gami,jに変換し、 【数３】 但し、当該変換において、Ｇａｉｎ_R と、Ｇａｉｎ
   _G と、Ｇａｉｎ_B は、管を駆動する信号の振幅を決定す
   るゲイン（利得）であり、そして、Ｏｆｆｓｅｔ_Rと、
   Ｏｆｆｓｅｔ_G と、Ｏｆｆｓｅｔ_B は、対応するしきい
   値であり、 該コンポ−ネントＲ_gami,j、Ｇ_gami,jおよびＢ
   _gami,jを、下記の通り、比色コンポ−ネントＸ_i,j 、Ｙ
   _i,j およびＺ_i,j に変換し、 【数４】 該比色コンポ−ネントＸ_i,j 、Ｙ_i,j およびＺ_i,j を、
   下記の通り、心理的鮮明度コンポ−ネントＬ＊と、二つ
   のヒユ−コンポ−ネントａ＊およびｂ＊とに変換し、 【数５】 但し、当該変換において、ｆは、下記の比色コンポ−ネ
   ントＱの比の値に基づいて、定義される。 ｆ（Ｑ）−903.3.Ｑ（但し、Ｑが、 0.008856 未満の
   時）、そして ｆ（Ｑ）−116.Ｑ^1/3 − 16 （但し、Ｑが、0.008856よ
   りも大きいか、又はそれと等しい時）、 そして、該心理的鮮明度コンポ−ネントＬ＊と、二つの
   該ヒユ−コンポ−ネントａ＊およびｂ＊とを、下記の通
   り、円筒座標系の心理的鮮明度コンポ−ネントＬ＊と、
   クロマコンポ−ネントＣ＊と、ヒユ−コンポ−ネントｈ
   とに変換する。 Ｃ＊_i,j ＝（（ａ＊_i,j ）² ＋（ｂ＊_i,j ）² ）^1/2 、 ここで、ｂ＊i,jがゼロでない時は、 ｈ_i,j ＝９０．（２−sgn（ｂ＊_i,j ））− arctan（ａ＊_i,j ／ｂ＊_i,j ）であり、 ｂ＊_i,j がゼロに等しく、且つａ＊_i,j がゼロでない時
   は、 ｈ_i,j ＝９０．（１−sgn（ａ＊_i,j ））であり、そし
   て、 ｂ＊_i,j がゼロに等しく、且つａ＊_i,j がゼロに等しい
   時は、 h_i,j は、定義されない。但し、当該変換において、ｘ
   が、０よりも大きいか、又は０に等しい場合は、ｓｇｎ
   （ｘ）＝１であり、ｘが、０未満の場合は、ｓｇｎ
   （ｘ）＝−１である。
3. 【請求項３】 該ガンマ補正に用いられるν（ガンマ）
   値が、２乃至３の範囲内にある請求項１または２記載の
   固定画像において、色の量子化誤差の局所的知覚性を評
   価する方法。
4. 【請求項４】 該ヒユ−差（△Ｈ＊_i,j ）_k,l は、下記
   の式から得られる請求項１、２または３記載の固定画像
   において、色の量子化誤差の局所的知覚性を評価する方
   法。 （△Ｈ＊_i,j ）_k,l ＝Ａ_i ＋_{k, j}＋₂₁／（Ｂ_i ＋_{k, j}＋
   ₂₁）^1/2 、 ここで、 Ａ_i ＋_{k, j}＋₂₁＝ａ＊_i ＋_{k, j}＋₂₁・ｂ＊_avgi,j−ｂ＊
   _i ＋_{k, j}＋₂₁・ａ＊_avgi,jであり、 Ｂ_i ＋_{k, j}＋₂₁＝（１／２）・（Ｃ＊_i ＋_{k, j}＋₂₁・Ｃ
   ＊_avgi,j＋ａ＊_i ＋_{k, j}＋₂₁・ａ＊_avgi,j＋ａ＊_i ＋
   _{k, j}＋₂₁・ａ＊_avgi,j）である。
5. 【請求項５】 該工程３において、該知覚色差を計算す
   るために、該ヒユ−変動値および該クロマ変動値の知覚
   性相対的変動値をそれぞれ均一化するための重み関数を
   用いることによって、該クロマ差および該ヒユ−差が、
   点対点の対応付けで、重み付けされる請求項１乃至４の
   いずれかに記載の固定画像において、色の量子化誤差の
   局所的知覚性を評価する方法。
6. 【請求項６】 該工程４において、該知覚色差を計算す
   るために、該平均知覚クロマ変動値および該平均知覚ヒ
   ユ−変動値を均一化するための重み関数を用いることに
   よって、該クロマコンポ−ネントと該ヒユ−コンポ−ネ
   ントの該平均値が、それぞれ、重み付けされる請求項１
   乃至５のいずれかに記載の固定画像において、色の量子
   化誤差の局所的知覚性を評価する方法。
7. 【請求項７】 該工程５において、重み因子の値が、０
   乃至１の範囲内にある請求項１乃至６のいずれかに記載
   の固定画像において、色の量子化誤差の局所的知覚性を
   評価する方法。
8. 【請求項８】 関連する該ウインドウの周波数内容を考
   慮して、パラメ−タ的因子ＫｃおよびＫｈが、先に計算
   された該クロマ変動値および該ヒユ−変動値に適用さ
   れ、該因子は、それぞれ、同一の垂直および水平デジタ
   ルフイルタ−の係数の正規化積に対応しており、下記の
   式で表わされる請求項１乃至７のいずれかに記載の固定
   画像において、色の量子化誤差の局所的知覚性を評価す
   る方法。 【数６】 但し、Ｈ₄ は、下記のパラメ−タを有する、４次のエル
   ミ−ト多項式である。 【数７】
9. 【請求項９】 現ウインドウに対する相対的な点におい
   て、該ヒユ−変動値に割り当てられる、該垂直および水
   平デジタルフイルタ−の該係数が下記の式によって与え
   られ、 【数８】 但し、 【数９】 かくして、Ｋ＝１５であってＬ＝７の時、正規化因子が
   下記の式 【数１０】 によって得られる請求項８記載の固定画像において、色
   の量子化誤差の局所的知覚性を評価する方法。