KR950011811B1 - 컬러화상의 색보정방법 및 장치 - Google Patents

컬러화상의 색보정방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

컬러화상의 색보정방법 및 장치
제1도는 본발명의 일실시예에 의한 컬러화상의 색보정방법 및 장치를 도시한 블록도.
제2도는 상호반사에 의한 조도계산의 상태를 나타내는 사시도.
제3도는 무채색과 유채색의 각각의 기준광으로 조사한 색공간내에서의 표준색표의 좌표를 나타내는 도면.
제4도는 명도가 70인 표준색표를 유채색의 기준광(Tc)으로 조사한 때의 명도, 채도, 색상의 실제 측정의 일예를 도시한 그래프.
제5도는 명도변화에 따른 채도조작의 예를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 색공간변환부 2 : 조도연산부
3 : 휘도연산부 4 : 색공간사상산출부
5 : 색보정부 6 :표시휘도변환부
7 : 화상표시부 21 : 광원
22, 23, 24 : 패치(patch) 26, 27 : 선분
본 발명은, 화상처리분야의 컬러화상의 색의 보정방법에 관한 것이다.
종래, 3차원 컴퓨터 그래픽의 분야에서는, 화상생성시에, 물체표면의 모양을 나타내는 결(texture)자체가 가진 명도(lightness)와, 조도(intensity)계산에 의한 물체표면의 조도와의 사이에서 어떠한 보정을 행하고 있지 않았다. 이때문에, 생성되는 화상은 명도가 실제와는 다른 것으로 자연스럽지 않게 된다고 하는 결점을 가지고 있었다. 또한, 표시장치의 표시특성을 고려하지 않기 때문에 색상(hue)이 변화한 부자연스러운 화상으로 되어 있다. 또한, 광원이 유채색(chromatic color) 였을때에, 결의 색변화를 나타내는 방법이 없기 때문에, 유채색 광원하에서는 자연스러운 생성을 할 수 없었다.
본 발명의 목적은, 조도계산에 의한 물체의 조도와, 결이 가진 명도나 휘도간의 관계를, 균등색차공간(uniform color space)을 사용하므로서, 정식화(定式化)하여 실제에 가까운 화상생성을 행하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 컬러화상의 색보정방법에서는, 다음에 예시한 방법을 취한다.
여기서, 휘도와 명도는 색공간변환에 의해 서로 변환가능한 것이다.
컬러화상데이터를 균등색차공간으로 변환하고, 조도계산에 의한 물체표면의 조도와 이 물체표면의 조도의 최대조도간의 비와, 물체의 반사율 및 표준백색의 휘도로부터, 물체의 휘도를 산출한다.
무채색의 기준광(reference light)으로 조사한 표면의 명도로부터 유채색의 기준광으로 조사한 경우의 상기 표면의 명도를 구할때에, 무채색의 기준광과 유채색의 기준광으로 조사한 경우의 표준백색 및 표준색표의 색도좌표(chromaticity coordinate)를 근거로 산출한 색공간(color space)내의 임의의 색의 변위량을 나타내는 사상(mapping)에 의해 산출한다.
컬러화상데이터의 명도를 변화시킬때에 유채색의 상기 기준광으로 조사한 경우의 표준백색의 명도를 초월하지 않는 범위내에서 채도(saturation)를 명도의 변화비율에 비례해서 변화시키거나 채도를 명도의 변화비율에 비례해서 저하시킨다.
출력화상의 표시휘도범위를 보정할때에, 화상출력장치의 최대표시휘도와, 이 화상출력장치의 최소표시휘도와, 이 화상출력장치의 표시휘도의 중앙치인 중앙표시휘도(mean display intensity) 및 컬러화상데이터의 휘도로부터, 상기 화상출력장치의 표시휘도를 산출한다.
이하 본 발명의 일실시예에 의한 컬러화상의 색보정방법 및 장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 컬러화상의 색보정 장치이다. 제2도는, 상호 반사에 의한 조도계산의 상태를 도시한 사시도이다. 제3도는, 무채색과 유채색의 각각의 기준광으로 조사한 색공간내에서의 표준색표(standard color patch)의 좌표를 나타내는 도면이다. 제4도는, 명도가 70인 표준색표를 유채색의 기준광(Tc)으로 조사한 때의 명도, 채도, 색상의 실제 측정의 일예를 표시한 그래프이다. 제5도는, 명도변화에 따른 채도조작의 예를 표시한 그래프이다.
색공간변환부(1)에서는, 스캐너등의 화상입력장치에 미리 입력된 결데이터(texture data)를 각각의 화소마다 균등색차공간에서 좌표로 변환한다. 균등색차공간은, 공간내에서 2개의 색도정(chromaticity point)의 차이가 모두 동일한 공간이다. 여기서는, 균등 색차공간(uniform color space)으로서 CIELAB 균등색차공간(CIELAB uniform color space)을 조직데이터가 RGB의 표색계(RGB color system)로 표시되어 있는 것을 예로든다. 여기서, R, G, B의 각각은 화상의 적, 녹, 청색성분을 표시하는 좌표이다.
색공간변환부에서, RGB 표색계로부터 XYZ 표색계(XYZ color system)를 경유하여 균등색차공간의 하나인(L*, a*, b*)로 변환된다. 이들 일련의 변환은 다음식으로 부여할 수 있다. L* 은, 명도를 표시하고, a*, b*의 2개로 색상(hue)과 채도를 표시한다. 색상은 tan-1(b*/a*)로 되고, 채도는(a*·a* + b*· b*)1/2로 된다. 또, X, Y, Z는 XYZ표색계에서 표시한 3차극치(tristimulus values)를 표시하고, Y는 휘도에 대응한다.
L*=116(Y/Y0)1/3-16
여기서, X0, Y0, Z0는 표준백색에 대한 X, Y, Z 의 값이다.
다음에, 조도연산부(2)에서는, 물체의 형상데이터(shape data), 광학적 성질을 나타내는 속성데이터의 하나인 물체표면의 반사율 및 광원데이터를 사용하므로서 조도계산을 행한다. 조도계산을 행하는 방법중 하나로서, 상호 반사광에 의한 조도계산이 있다.
상호 반사광에 의한 조도계산법은, 물체표면의 조도를, 광원의 위치, 형상, 배광특성(light distribution characteristic)과, 물체의 형상데이터인 위치, 면적 및 물체의 속성인 표면의 상태를 나타내는 광학특성으로 부터 계산한다. 물체표면의 조도의 계산은, 먼저 광원으로부터 정해지는 직사광에 의한 조도계산 및 그후에 간접광인 물체간의 상호 반사에 의한 조도계산에 의해 행하여진다.
제2도에 상호 반사에 의한 조도계산의 상태를 나타내는 사시도이다. 제2도에 있어서, 물체의 형상은 4각형을 사용해서 표시되어 있다. 또한, 조도계산의 단위를 패치(patch) 로 칭한다. 지금, 광원(21)로부터 패치(22)에, 직사광에 의한 조도가 부여되고 있다. 또한, 패치(22)와 패치(23)의 사이에서는 서로 간접광에 의한 조도가 부여되고 있다.
직사광에 의한 조도는, 광원(21)의 강도, 광원(21)으로부터 패치(22)까지의 거리에 의해 정해진다.
예를 들면, 광원(21)의 강도를 G, 광원(21)으로부터 패치(22)까지의 거리를 r21,22라고 하면, 광원의 강도가 거리의 2승에 반비례할때 직사광의 조도(Idirect)는 식 ③과 같다.
패치(23에서 부터 패치(22)까지의 간접광에 의한 조도(I23, 22)는, 패치(23)의 조도((I23), 표면의 반사율(p23), 면적(A23), 선분(26)과 패치(23)의 법선이 이루는 각(), 선분(26)과 패치(22)의 법선이 이루는 각(Ψ), 그리고 패치(22)(23)간의 거리(r22,23)로 부터 정해진다.
패치(22)에 대한 조도는, 직사광에 의한 조도와 모든 패치로부터의 간접광에 의한 조도의 합으로 된다.
간접광은, 상호 반사를 행하므로, 그 계산은 수속해(convergence solution : 收束解)를 얻을때까지 반복계산을 행하므로서 조도를 구하게 된다.
조도계산의 결과로서 조도의 최대치를 Imax로 하고, 임의의 패치(i)의 조도를 I1로하고, 패치(i)의 표면의 반사율을 p1로 한다. 조도의 최대치에 대한 Y의 값을, 표준백색에 대한 Y의 값인 Y0로 하면, 패치(i)에 입사되는 광의 Yin은, 식 ⑤ 에 표시한 바와 같이 된다.
[일반식 5]
따라서, 패치(i)에서 반사되는 광의 Y의 값인 Y1는, 입사광의 Y값에 반사율을 곱한 것에 동일하게 된다. 식 ⑥에 표시한 바와 같이 된다.
다음에, 색공간사상 산출부(color space mapping unit) (4)에 대해서 설명한다.
여기서는, 유채색과 무채색의 기준광과, 기준백색과 표준색표를 사용해서, 색공간내의 임의의 색의 변이량(變移量)을 나타내는 사상(mapping)을 산출한다. 표준색표(standard color patch)는, 균등색차공간내에서, 균등하게 분포하는 복수의 색표를 사용하나, 여기서는, 이들 표준색표중 명도가 70인 표준색표를 예로 든다. 표준백색에 무채색의 기준광(Tn)과 유채색의 기준광(Tc)을 조사한 때의 화상데이터의 각각을 CIELAB 균등색차공간(CIELAB uniform color space)으로 표시하여 (L*max, 0, 0) ,(L*max, a*w, b*n)로 한다.
또한, 명도가 70인 표준색표에 상기한 기준광(Tn)(Tc)을 조사한 경우의 화상데이터의 각각을 CIELAB의 색도좌표로 표시하여(L*n, a*n, b*n), (L*c, a*c, b*c)로 한다. 제3도는, 무채색과 유채색의 각각의 기준광으로 조사한 색공간내에서의 표준색표의 좌표를 표시한 도면이다. 제4도에 명도가 70인 표준색표를 유채색의 기준광(Tc)로 조사한 때의 명도, 채도, 색상의 일실시예를 표시한다.
색공간사상산출부(4)에 있어서,(L*max, 0, 0), (L*w, a*w, b*w),(L*n, a*n, b*n), (L*c, a*c, b*c)가 식 ⑦을 만족하도록 하는 사상 S(θ)를 정의한다.
여기서, θ는 제3도(b)에 표시한 바와 같이, 유채색광으로 조사한 표준색표의 유채색광의 색도좌표(chromaticity coordinate)와, 무채색을 연결하는 평면을 기준으로 하는 양쪽으로 넓어지는 각도로 하면, 유채색광의 조사에 의한 색공간의 왜곡때문에, 예를들면 S(θ )는 식 ⑧과 같이 근사하게 할 수 있다. θ0, m 은, 유색광원(Tc)의 색순도(color purity)를 나타내는 값으로서, 실험결과에 의해서 구해지는 정수이다.
또한 색공간사상산출부에서는 색공간변환부에서 변환한 (L*, a*, b*))로부터 유채색의 기준광(Tc )으로 조사한 경우의 표면의 (L*t, a*t, b*t) 를 식 ⑨로 산출한다.
색보정부(5)에서는, 색공간사상산출부에서 산출한 (L*t, a*t, b*t)를, 물체표면의 조도분포에 따라서 결정되는 명도보정계수( β)를 사용해서 명도 보정한다. 화상표시부의 화상출력특성에 의해, 실제의 화상의 휘도는 변화하므로, 휘도의 변화를 나타내는 계수를 α로 하면, 식 ⑩과 같이 표시된다. 식 ⑩의 Y0의 계수가 β로 된다.
명도 보정후의 (L*new, a*new, bnew)가, 광으로 조사한 때의 표준백색의 명도치(L*t)를 초월하지 않도록, 채도를 명도변화의 비율에 비례하여 식 ⑪로 산출한다.
여기서, 명도보정계수( β)는 명도를 크게하는 경우에는 1보다 큰 값을 가지고, 명도를 작게하는 경우에는 1보다 작은 값을 가진다. 또한, min는 2개의 인수중 작은쪽을 복원하는 함수이며, K는 식⑫로 정의한다.
또는, K를 식 ⑬으로 정의한다. 식 ⑫식 ⑬의 경우에도, 색상을 변화시키지 않고 채도, 명도만을 변화할 수 있고, 채도는 명도의 변화에 따라서 비례해서 변화한다. 채도보정에 의해 채도(Snew)는 식⑭에 의해 구할 수 있다. 제5도에 명도변화에 따른 채도보정의 예를 표시한다.
제5도에서, (L*new1, a*new1, bnew1)은, 원래의 (L*t, a*t, bt)의 명도를 높게 하는 보정이고, (L*new2, a*2, b*2)는, 명도를 낮게 하는 보정이다.
표시휘도변환부(6)에서는, 화상표시부(7)의 특성에 따라서 색보정을 행한다. 식⑩에서 사용하는 식 α에 의해 색보정을 행한다. 식 ⑩에서는 α를 정하는 방법으로서, 화상표시부(7)의 표시특성을 사용한다. 패치의 조도를 I1로 한다. 표시특성으로서, 표시장치의 표시휘도의 최대치는 Vdisp,max으로 하고, 표시휘도의 최소치는 Vdisp,max으로 하고, 표시장면의 최대의 조도는 Iscene,max으로 하고, 표시장면의 최소의 조도는 Iscene,max으로 하면, 예를 들면 장면의 최대의 조도와 최소의 조도의 각각이 표시장치의 최대의 표시휘도와 최소의 표시휘도에 맞추는 방법으로서 식⑮와 같이 정해진다. 또는, 표시장면의 휘도의 중앙치(Iscene,max)가 표시장치의 표시휘도의 중앙치인 중앙표시휘도(Vscene.max)로 되도록 정하는 방법이 있다. 이 방법은, 식 16과 같이 정하여진다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 이하에 기재한 바와 같은 효과가 있다.
물체표면의 조도와 최대조도간의 비와, 물체의 반사율 및 표준백색의 휘도로부터, 물체표면의 조도계산의 결과에 일치한 결데이터의 명도보정을 행할 수 있다.
또한, 유채색 및 무채색의 기준광을 조사함 때의 표준색표의 색도좌표를 근거로 산출한 색공간내의 임의의 색의 변위량을 나타내는 사상을 사용하므로서, 무채색의 기준광으로 조사함 표면의 명도로부터 유채색의 기준광으로 조사한 경우의 표면의 명도를 구할 수 있다.
그리고, 컬러화상데이터의 명도를 변화시킬때, 채도를 명도의 변화의 비율에 비례해서 변화시키는 화상처리방법을 설정하므로서, 컬러스캐너등의 화상입력장치로부터 입력한 컬러화상데이터의 명도를 변화시키는 경우에, 색상의 어긋남을 억제할 수 있다.
또, 화상출력장치의 표시특성을 부여하므로서, 화상출력장치위에 자연적인 표시를 행할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 의거해서 여러가지의 변형이 가능하며, 이들을 본 발명의 범위로부터 배제되는 것은 아니다.

Claims (5)

  1. 3차원화상생성장치에 의한 컬러화상의 색보정방법에 있어서, 무채색의 기준광 및 유채색의 기준광으로 조사한 표준백색 및 표준색표(standard color patch)의 색도좌표(chromaticity coordinate)로 부터 색공간(color space)내의 임의의 색의 변위량을 나타내는 사상(mapping)을 균등색공간(uniform color space)에서 산출하는 스텝과, 상기 사상을 근거로 상기 무채색의 기준광으로 조사한 물체표면의 명도로부터 상기 유채색의 기준광으로 조사한 경우의 상기 물체표면의 명도(lightness)를 구하는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러화상의 색보정방법.
  2. 3차원화상생성장치에 의한 컬러화상의 색보정방법에 있어서, 컬러화상데이터의 명도를 변화시킬때에, 균등색공간에서, 유채색의 기준광으로 조사한 경우의 표준백색의 명도를 초월하지 않는 범위내에서, 채도(saturation)를 명도의 변화의 비율에 비례해서 변화시키거나 채도를 명도의 변화의 비율에 비례해서 저하시키는 스텝을 가진 것을 특징으로 하는 컬러화상의 색보정방법.
  3. 3차원화상생성장치에 의한 컬러화상의 색보정방법에 있어서, 출력화상의 표시휘도(display intensity)를 보정할때에, 화상출력장치의 최대표시휘도와, 이 화상출력장치의 최소표시휘도와, 이 화상출력장치의 표시휘도의 중앙치 및 컬러화상데이터의 휘도로부터, 상기 화상출력장치의 표시휘도를 산출하는 스텝을 가진 것을 특징으로 하는 컬러화상의 색보정방법.
  4. 3차원화상생성장치를 구성하는 컬러화상의 색보정장치에 있어서, 무채색의 기준광 및 유채색의 기준광으로 조사한 표준백색 및 표준색표의 색도좌표로부터 색공간내의 임의의 색의 변위량을 표시하는 사상을 균등색공간에서 산출하고, 상기 사상을 근거로 상기 무채색의 기준광으로 조사한 물체표면의 명도로 부터 상기 유채색의 기준광으로 조사한 경우의 상기 물체표면의 명도를 구하는 색공간사상산출부(color space mapping unit)을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러화상의 색보정장치.
  5. 3차원화상생성장치를 구성하는 컬러화상의 색보정방법에 있어서, 컬러화상데이터의 명도를 변화시킬때에, 균등색공간에서, 유채색의 기준광으로 조사한 경우의 표준백색의 명도를 초월하지 않는 범위에서, 채도를 명도의 변화의 비율에 비례해서 변화시키거나 채도를 명도의 변화의 비율에 비례해서 저하시키는 색보정부(color compensa tion unit)를 구비한 것을 특징으로 하는 컬러화상의 색보정방법.
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