KR0120581B1

KR0120581B1 - 색변환방법 및 장치

Info

Publication number: KR0120581B1
Application number: KR1019940017098A
Authority: KR
Inventors: 이성덕; 김창용
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1997-10-22
Also published as: KR960006474A

Abstract

물체가 갖고 있는 고유의 분광반사도 및 인간의 시감특성을 이용한 색변환방법 및 장치가 개시된다.

본 발명에 따른 색변환방법은 입력색공간의 색신호를 분광반사도에 기초한 기저함수를 사용하여 출력색 공간의 색신호를 분광반사도에 기초한 기저함수를 사용하여 출력색공간의 색신호로 변환하는 색변환방법에 있어서, 가시파장대의 파장별 가중치의 중요도를 구하는 과정 ; 상기 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 구하는 과정 ; 상기 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 사용하여 RGB색공간의 색신호에 대한 변환계수를 구하는 과정; 및 상기 변환계수를 사용하여 RGB 색공간의 색신호를 분광반사도를 이용한 색신호로 변환하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 색변환방법은 종래의 분광반사도만을 이용한 색변환방법에 비해 기저함수의 수를 적게 할 수 있으므로 데이터량이 절감되는 효과가 있다.

Description

색변환방법 및 장치

제1도는 일반적인 화상처리장치를 보이는 구성도이다.

제2도는 본 발명에 따른 색변환장치를 보이는 블록도이다.

제3도는 제2도에 도시된 반사도복원부의 구성을 보이는 블록도이다.

제4도는 제2도에 도시된 CIEXYZ 변환부의 구성을 보이는 블록도이다.

본 발명은 다수의 화상처리장치간의 상이한 색표현방식으로 인한 색차를 최소한으로 유지시키면서 색변환을 행하는 색변환방법 및 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 물체가 갖는 고유의 분광반사도 및 인간의 시감특성을 이용한 색변환방법 및 장치에 관한 것이다.

제1도는 일반적으로 화상처리장치를 보이는 블록도이다. 제1도에 도시된 장치에 있어서, 고체촬상소자 등의 광전변환소자를 탑재한 화상입력장치(1)는 입력화상을 전기적인 신호로 변환시켜 화상처리장치(2)로 공급한다. 화상처리장치(2)는 입력된 화상신호에 대하여 적절한 색교정, 색변환, 편집 등을 행한 후 이를 칼라복사기 등의 화상출력장치(3)를 통하여 출력하거나 혹은 네트워크(4)를 통해 다른 화상출력장치로 공급한다.

그러나, 서로 다른 화상처리장치간의 색신호전송 및 색표현은 서로 다른 색표현방법 및 상이한 관찰환경으로 인하여 오차가 수반될 수밖에 없다.

따라서, 서로 다른 화상처리장치간의 색신호전송 및 색표현을 위하여 표준적인 색표현기법이 필요하게 된다.

이를 해결하기 위한 종래의 방법은 CIE(국제조명위원회)에 의해 1976년에 제정된 인간의 시감특성과 일치하는 균등색공간(CIELAB 색공간)을 이용하는 것으로서, 입출력할 색공간의 상호 백기준값의 비로서 조명변화에 대응토록 하고 있으나 CIELAB 색공간 자체가 조명변화에 대해 색차를 줄이지는 못하기 때문에 완전한 해결방법이 될 수는 없었다.

이 문제에 대한 또 다른 해결방법은 색항상성(color constancy)에 기초한 물체 고유의 분광반사도를 복원하는 방법이 있다.

분광반사도 복원방법은 RGB, CIEXYZ 등의 조명에 중속적인 삼원색 색체계를 이용하는 것이 아니라 물체의 고유 특성인 분광반사도를 이용하여 물체의 색을 정의 하는 방법으로서 조명에 독립적인 장점이 있다.

그러나 분광반사도 복원방법에 있어서 하나의 화소를 정의하기 위하여는 31개의 데이터를 필요하게 되어 삼원색 색체계의 색표면방법에 비해 엄청나게 테이터량이 증대된다는 문제점이 있다.

이의 해결을 위한 방법으로서 다양한 반사도의 데이터 집합을 몇 개의 기저함수로서 표현할 수 있게하는 기법들이 제시되어졌다.

그러나 이 기술을 색처리장치에 적용시켜 적은 색차를 얻기 위해서는 기저함수의 개수가 최소한 6개 이상 사용되어야 하며, 이 경우 기저함수에 부가되는 가중치의 개수는 화소당 6개 이상이어야 한다. 따라서, 화소당 3바이트(byte)만을 사용하는 CIEXYZ, CIELAB보다 2배정도 복잡하기 때문에 실용적이지 못하였다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 조명에 대하여 독립적이면서도 기존의 분광반사도 복원방법을 사용할때보다 적은 데이터량을 갖는 색변환방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 색변환방법에 적합한 색변환장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 색변환방법은 입력색공간의 색신호를 분광반사도에 기초한 기저함수를 사용하여 출력색공간의 색신호로 변환하는 색변환방법에 있어서, 가시파장대의 파장별 가중치의 중요도를 구하는 과정 ; 상기 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 구하는 과정 ; 상기 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 사용하여 RGB 색공간 및 CIEXYZ 색공간에서의 색신호에 대한 변환계수를 구하는 과정; 및 상기 변환계수를 사용하여 RGB 색 공간 및 EIEXYZ 색공간에서의 색신호를 분광반사도 색신호로 변환하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 색변환장치는 입력색공간의 색신호를 분광반사도에 기초한 기저함수를 사용하여 출력색공간의 색신호로 변환하는 색변환장치에 있어서, 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수에 상응하는 변환계수를 저장하는 메모리 ; 상기 메모리에 저장된 변환계수를 참조하여 RGB 색공간의 색신호에 대한 변환계수를 구하는 가중치변환부 ; 상기 메모리에 저장된 변환계수를 참조하여 가중치에서 CIEXYZ 색공간의 색신호로 변환시켜주는 CIEXYZ 변환부 ; 및 상기 메모리에 저장된 변환계수를 참조하여 가중치에서 분광반사도 색신호를 복원하는 반도사도복원단을 포함함을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 다음의 식(1)과 식(2)는 물체의 분광반사도 S(λ)와 RGB 색공간에 있어서 색신호 RGB(i=1∼3)간의 관계식, 그리고 반사도 S(λ)(j=1∼n : 기저함수 차원 개수) 및 가중치 Wj간의 관계식을 나타낸다.

여기서, E(λ)는 광원의 분광 파워 분포를 나타내고, Ri(λ)는 각각 R,G,B 성분에 대한 삼색필터와 센서감도의 분광곱을 나태내며, 그리고, K는 규정화 요소이다.

기저함수 Bj(λ)는 자연계에서 나타날 수 있는 모든 색의 분광반사도를 표현하는 특성벡터이다. 분광반사도 데이터들의 상관관계가 클 때는 몇 개의 특성벡터만으로도 물체의 분광반사도를 표현하는 것이 가능하게 된다.

실제에 있어서는 색표현에서 인간의 시감적인 색차를 표현하는 CIELAB에서 색차와 분광반사도에서의 색차가 정확하게 일치하지 않는다. 기존의 반사도 복원방법에 있어서는 최소한 6개의 이상의 특성벡터를 사용해야 시감적 색차를 용인할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 분광반사도 데이터 집합으로서 1931 CIE 표준관측자 데이터를 파장별로 가중시킨 기저함수를 사용하여 소요되는 특성베터의 수를 감소시킬 수 있도록 하였다.

식(3)는 1931 표준관측자 x(λ), y(λ), z(λ)를 파장별로 기저함수에 가중시키는데 사용한 함수 즉, 파장별 가중치의 중요도 함수 CMC(λ)를 보인다.

식(4)은 파장별 가중치의 중요함수 CMC(λ)를 사용하여 식감특성이 고려된 분광반사도 S;(λ)를 구하는 것을 보이는 것이다. 다수의 분광반사도 S'(λ)의 집합에 대하여 특성 스펙트럼 즉, 기저함수 B'J(λ)를 구할 수 있다.

식(5)는 기저함수 B'j(λ)와 스칼라값인 W'j의 곱으로 분광반사도 S'(λ)가 표현될 수 있음을 보여준다.

표 1은 국제 표준 색표집인 Munsell Color Patches 400개를 이용하여 분광반사도에 근거한 기저함수와 본 발명에 따른 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 비교한 결과를 사용갯수별 색차(Mean △ab 괄호안은 Max△ab를 의미)로 도표화한 예를 보이는 것이다. 이때 기조함수는 주성분분석(PCA)을 사용하여 추출하였다.

표1에 도시된 바와 같이 기존의 반사도에 기초한 기저함수의 경우에는 기저함수의 개수가 5 혹은 6이상이어야 하지만 본 발명에 따른 기저함수의 경우에는 4개일 때 색재현시 수용할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.

제2도는 본 발명에 따른 색변환장치를 보이는 블록도이다. 제2도에 도시된 장치에 있어서, 제1도에 도시되는 화상입력장치로부터 제공되는 RGB 색 공간에서의 색신호는 가중치변환부(12)를 거쳐 기저함수를 기술하는 가중치(W1∼Wn)으로 변환된다. 가중치변환부(12)는 입력되는 색신호에 대한 가중치를 출력하는 것으로서, 메모리(15)에 저장된 RGB to Weights 변환계수를 참조하여 구해진다. RGB to Weights 변환계수는 식(1)과 식(3) 그리고 식(5)를 조합하여 구한다.

식(6)을 벡터적으로 표기하고, RGB가 입력일 때로 변형시키면,

가 된다.

여기서, 식(8)의 + 표기는 정방행렬이 아닌 행렬의 인버스를 표현하기 위한 쉐도우 인버스(pseudeinverse)표기이며, Bij는 본 발명에 의해 고안된 기저함수이다.

식(8)에서 벡터 U의 엘리먼트(element)들은 RGB to Weights 변환계수들이다.

반사도복원부(13)는 가중치처리부(12)에서 출력되는 가중치(W1∼Wn)와 메모리(15)에 저장되어 있는 기저함수를 입력하여 물체의 분광반사도 데이터(Reflectance data)를 출력한다.(식(5)를 참조).

CIEXYZ 변환부(14)는 가중처리부(12)에서 출력되는 가중치(W1∼Wn)와 메모리(15)에 저장되어 있는 CIEXYZ 변환함수를 입력하여 특정광원하에서의 CIEXYZ 색좌표를 출력한다(식(9)와 식(10)을 참조).

메모리(15)는 CIE 표준광원의 분광파워 분포도, 기저함수, 1931 표준관측자, 파장별 가중치의 중요도함수 CMC(λ)를 저장한다.

제3도는 반사도복원부(12)을 보이는 블록도이다. 반사도복원부(12)는 가중치처리부(12)의 출력인 n개의 가중치(W1∼Wn)와 메모리(15)에서 제공되는 n개의 기저함수(여기서는 31개의 파장함수를 사용하였음)와의 Weighted Sum으로서 물체 고유의 분광특성을 나타내는 분광반사도 데이터 Ref(1), Ref(2), …, Ref(31)를 출력한다. 여기서, B'(1), B'(2), …B'(31)는 각각 기저함수를 나타내며, CONTROL-B 신호는 기저함수의 집합중 각각을 지정하는 신호이다.

반사도를 기술하는데 사용되는 기저함수의 수를 4로 하였을 경우 가중치 변환부(12)는 3원색계통의 3개의 입력(R,G,B)과 4개 출력(W1,W2,W3,W4)을 만족시키는 3×4 행렬을 갖는다.

제4도는 CIEXYZ변환부(14)를 보이는 블록도이다. CIEXYZ 변환부(1)는 가중치처리부(12)의 출력인 n개의 가중치(W1∼Wn)와 메모리(15)에서 제공하는 3×n개의 CIEXYZ 변환함수(41)와의 Weighted Sum으로서 특정광원하에서의 CIEXYZ 색좌표 Xi를 출력한다.

식(9)와 식(10)은 CIEXYZ 변환함수 Vij를 구하는 것을 보이는 것이다.

여기서, Ei(λ)는 광원의 분광 파워 분포를 나타내고, xi(λ)는 1931 표준관측치를 나타내는 파장함수로서 x(λ), yi(λ), zi(λ)로 표시되며, K는 규정화요소이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 색변환방법은 종래의 분광반사도만을 이용한 색변환방법에 비해 기저함수의 수를 적게할 수 있으므로 데이터량이 절감되는 효과가 있다.

또한, 기존의 색체계인 CIE 기본의 색공간에서와 같이 적은 데이터량으로서 색표현이 가능하다는 장점과 더불어, 조명변화에 독립적으로 작용함으로써 이기종 간의 색교환에 적용될 수 있다는 효과가 있다.

본 발명에 따른 색변환장치는 물체가 지닌 고유의 반사도를 복원하는 색변환장치에 있어서, 종래의 CIE 색공간의 삼자극치에 의한 색표현의 단점인 환경과 백기준 문제를 해결할 수 있을 뿐 아니라 정확한 색표현이 가능하므로 기기의 특성화는 물론 색전송 및 색표현에 있어서 뛰어난 장점을 가진다.

본 발명의 산업상의 이용분야로는 칼라 이미지 스캐너, 칼라팩스, 디지털 복사기와 비디오 카메라 등의 장치와 아울러 색변환 및 색교정용 소프트웨치 등에 사용될 수 있다.

Claims

입력색공간의 색신호를 분광반사도에 기초한 기저함수를 사용하여 출력색공간의 색신호로 변환하는 색변환방법에 있어서, 가시파장대의 파장별 가중치의 중요도를 구하는 과정 ; 상기 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 구하는 과정; 상기 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 사용하여 RGB 색공간의 색신호에 대한 변환계수를 구하는 과정 ; 및 상기 변환계수를 사용하여 RGB 색공간의 색신호를 분광반사도를 이용한 색신호로 변환하는 과정을 포함하는 색변환방법.
제1항에 있어서, 상기 파장별 가중치의 중요도는 1931 CIE 표준관측자함수를 하기의 식에 의해 파장별로 가중시킨 것임을 특징으로 하는 색변환방법.여기서, CMC(λ)는 파장별 가중치의 중요도를 나타내는 함수이고, x(λ), y(λ), z(λ)는 1931 표준관측자함수.
입력색공간의 색신호를 분광반사도를 이용하여 출력색공간의 색신호로 변환하는 색변환장치에 있어서, 가시파장대의 파장별 가중치의 중요도를 분광분사도에 가중시켜 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수에 상응하는 변환계수를 저장하는 메모리; 상기 메모리에 저장된 변환계수를 참조하여 RGB 색공간의 색신호에 대한 가중치를 구하는 가중치변환부를 포함하는 색변환장치.
제3항에 있어서, 상기 메모리(15)는 하기의 식으로 표현되는 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수 S'(λ)를 더저장하며, 상기 가중치처리부(12)에서 출력되는 가중치(W1∼Wn)와 메모리(15)에 저장되어 있는 기저함수 S'(λ)를 입력하여 물체의 분광반사도 데이터를 출력하는 반사도 복원부(13)를 더 구비함을 특징으로 하는 색변환장치. 여기서, S(λ)는 분광반사도에 기초한 기저함수이고, CMC(λ)는 파장별 가중치의 중요도함수이고, B'j(λ)는 시감특성을 고려한 기저함수이고, W'j는 RGB 색공간의 색신호에 대한 가중치.
제3항에 있어서, 상기 메모리(15)는 하기의 식으로 표현되는 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수 Vij를 더 구비하며, 상기 가중치처리부(12)에서 출력되는 가중치(W1∼Wn)와 상기 메모리(15)에 저장되어 있는 CIEXYZ 변환함수을 입력하여 특정광원하에서의 CIEXYZ 색좌표를 출력하는 CIEXYZ 변환부(14)를 더 구비함을 특징으로 하는 색변환장치.

여기서, E(λ)는 광원의 분광 파워| 분포를 나타내고, Ri(λ)는 각각 R,G,B 성분에 대한 삼색필터와 센서 감도의 분광곱.