KR970009063B1 - 색보정방법 및 이에 적합한 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

색보정방법 및 이에 적합한 장치

제1도는 본 발명에 따른 시감 및 조명을 고려한 기저함수를 보이는 흐름도이다.

제2도는 본 발명에 따른 색보정장치를 보이는 블록도이다.

제3도는 제2도에 도시된 RGB-to-Weights변환부의 구성을 보이는 도면이다.

제4도는 제2도에 도시된 Weights-to-CIEXYZ변환부의 구성을 보이는 도면이다.

제5도는 BPN을 이용한 RGB-to-Weights변환계수의 생성방법을 보이는 도면이다.

본 발명은 칼라화상처리장치의 색보정방법 및 장치에 관한 것으로서 특히, 칼라화상입력장치로부터 발생되는 기기종속적이며 교정되지 않은 색신호를 기기독립적이며 교정된 신호로 변환하는 색보정밥법 및 이에 적합한 장치에 관한 것이다.

고체촬상소자 등의 광전변환소자를 이용하여 광영상신호를 전기적인 영상신호로 변환시키는 칼라화상입력 장치에 있어서 원고화상의 색정보를 나타내기 위해 삼색(Red, Green, Blue)으로 색분해된 신호의 RGB신호를 출력하는 것이 일반적이다.

그러나, 칼라화상입력장치를 제조하는 회사마다의 설계조건의 상이함. 동일 제조회사의 제품에 있어서도 특성의 편차 등의 조건에 의해 동일한 원고화상에 대해서도 제품들마다 서로 다른 출력값을 보이게 되는 문제점이 있다.

이러한 경우 그 출력값을 이용하여 다른 화상처리장치로서 색재현이 되었을 경우 원래의 화상과는 다른 특성을 갖는 화상이 재현되게 된다. 특히, 각종의 화상입출력장치와 화상처리장치들이 네트워크화되어져 있을 경우에는 이 기종간의 색재현에서 매우 큰 문제가 야기될 수 있다.

따라서, 서로 다른 화상처리장치간의 색신호전송 및 색표현을 위하여 표준적인 색표현기법 및 이에 상응한 색보정기법이 필요하게 된다.

기기독립적인 색보정을 위한 종래의 방법은 기기독립적인 색공간인 CIEXYZ 혹은 CIELAB 등을 중간단계의 기준색공간으로 사용하여 화상입출력장치들의 기기종속적인 색(이하 RGB라 함)과 기기독립적인 중간색공간(이하 CIEXYZ)과의 변환관계를 정의하는 색보정 기법들이 많이 발표되었다.

그 대표적인 예로서는 다항회귀분석을 이용한 Marking법(Imag. Sci. Tech V36, p162, 1992), 대표값과 보간법이 함께 사용된 Look-up Table법(평2-226869, 평2-206973) 등을 이용한 색보정기법들이다.

이들 방법 모두는 화상입력장치의 출력신호인 RGB와 기기독립색공간인 CIEXYZ간의 관계를 블랙박스(black box)로 두고 이들 입출력간의 상관관계를 모델링(modeling)하는 기법을 사용하였다.

그러나, 이들 방법들은 색표현방법이 다른 상이한 두 색공간을 단순한 색들의 사상(Mapping)으로 규정함으로써 화상기기들 간의 근본적인 색표현을 정합시키지는 못하였으며, 이로 인한 색차가 크다면 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위한 또 하나의 방법으로서는 색항상성(color constancy)에 기초한 물체 고유의 분광반사도를 이용하는 것으로서, 기존의 삼원색에서 물체색 자체의 고유한 특성인 분광반사도를 복원하여 물체색을 정의하는 방식이다. 즉, 분광반사도를 기기종속적인 색공간과 기기독립적인 색공간 간의 가교역할을 하는 또 하나의 중간색 공간으로 놓고 이를 이용하여 입력과 출력간의 색정합을 도모하는 방법이다.

그러나 분광반사도 복원방법에 있어서 하나의 화소를 정의하기 위하여는 31개의 데이타가 필요하게 되어 삼원색 색체계의 색표현방법에 비해 엄청나게 데이타량이 증대된다는 문제점이 있다. 이의 해결을 위한 방법으로서 다양한 반사도의 데이타집합을 몇개의 기저함수로서 표현할 수 있게 하는 기법(JOSA A V6, P318, 1989)들이 제시되어졌다. 그러나 이 기술을 색처리장치에 적용시키기 위해서는 기저함수의 갯수가 최소한 6개이상 사용되어야 하며, 이 경우 기저함수에 부가되는 가중치의 갯수는 화소당 6개 이상이어야 한다(J. Elec, Imaging, V2, p225, 1993). 따라서, 화소당 3바이트(byte)만을 사용하는 CIEXYZ, CIELAB보다 2배 정도 복잡하기 때문에 실용적이지 못하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서 기기종속적이며 교정되지 않은 색신호를 기기독립적이면서 교정된 신호로 변환시켜 주는 색보정방법을 제공함을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 색보정방법에 적합한 색보정장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색보정방법은 가시대역의 파장별 가중치의 중요도를 시감특성과 조명특성을 이용해 구하는 과정; 상기 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도, 시감특성 및 조명특성에 기초한 기저함수를 구하는 과정; 상기 분광반사도, 시감특성, 조명특성에 기초한 기저함수를 사용하여 RGB색공간의 색신호에 대한 가증치를 구하는 과정; 및 상기 분광반사도, 시감특성, 조명특성에 기초한 기저함수를 사용하여 Weight에서 CIEXYZ로 변환할 때 변환계수를 구하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색변환장치는 기기종속적인 RGB색공간의 색신호를 기기독립적인 CIEXYZ색공간의 색신호로 변환시키는 색보정장치에 있어서, 가시대역의 파장별 가중치의 중요도 및 조명특성을 분광반사도에 가중시켜 시감특성 및 조명특성에 기초한 기저함수에 상응하는 변환계수를 저장하는 메모리; 상기 메모리에 저장된 변환계수를 참조하여 RGB색공간의 색신호에 대한 가중치를 구한는 RGB-to-Weights 변환부; 및 상기 RGB-to-Weights 변환부에서 출력되는 가중치를 입력하여 CIEXYZ 색공간의 색신호를 출력하는 RGB-to-Weights 변환부를 포함함을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 다음의 식(1)과 식(2)는 물체의 반사도 S(λ)와 RGB색공간에 있어서의 색신호 RGBi간의 관계식, 그리고 반사도 S(λ)와 기저함수 Bj(λ) 및 Wj간의 관계식을 나타낸다.

여기서, k는 정규화요소이고, k는 가시파장대역에서 샘플파장의 인덱스번호이고, E(λ)는 광원의 분광 파워 분포를 나타내고, Ri(λ)는 각각 R,G,B 성분에 대한 삼색필터와 센서감도의 분장곱을 나타낸다.

기저함수 Bj(λ)는 자연계에서 나타날 수 있는 모든 색의 분광반사도를 표현하는 특성벡터이다. 분광반사도 데이터들의 상관관계가 클 때는 몇개의 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 6개 이상의 특성벡터를 사용해야 시감적 색차를 용인할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.

본 발명은 시감과 조명이 함께 고려된 새로운 분광반사동 SC(λ)를 사용하여 색차의 최소화를 꾀한다.

본 발명에 따른 새로운 분광반사도 SC(λ)는 다음과 같이 나타내어진다.

여기서, C(λ)는 파장별 가중치의 중요도를 나타내는 파장함수이고, E(λ)는 광원의 분광 파워 분포를 나타내고, x(λ), y(λ), z(λ)는 1931 CIE 표준관측자함수이다. 시감과 조명을 함께 고려한 분광반사도 SC(λ)에서 주성분분석법(PCA)을 수행하는 다수의 분광반사도 SC(λ)를 단지 몇개의 파장함수로 기술할 수 있는 특정벡터 즉 기저함수 Bj(λ)를 얻을 수 있다. 제1도는 본 발명에 따른 기저함수 Bj(λ)를 구하는 과정을 보이는 흐름도이다.

제1도에 있어서 먼저 물체색에 대한 분광반사도 S(λ)를 구한다(100단계). 광원의 분광파워분포와 시감의 분광감도의 파장곱 C(λ)를 구한다(120단계). 주성분분석법(PCA)을 사용하여 기저함수 Bj(λ)를 구한다(130단계). 표 1은 국제 표준 색표집인 Munsell Color Patches 400개를 이용하여 분광반사도에 근거한 기저함수와 본 발명에 따른 분광반사도 및 시감특성에 기초한 기저함수를 비교한 결과를 사용갯수별 색차로 도표화한 예를 보이는 것이다.

도표에 있어서 상측의 숫자는 Mean ΔE^*ab를 나타내고, 하측 괄호안의 숫자는 Max Δ^*ab를 나타낸다. 이때 기저함수는 주성분분석법(PCA)을 사용하였다.

표 1에 도시된 바와 같이 기존의 반사도에 기초한 기저함수의 경우에는 갯수가 5 혹은 6 이상이어야 하지만 본 발명에 따른 기저함수의 경우에는 3개 혹은 4개일 때 색재현시 수용할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.

RGB 색공간에서의 색신호(R)를 분광반사도에 근거한 Weights색공간의 색신호(W)로 변환시키는 관계식은 다음과 같다.

여기서, 식 5의 ＋ 표기는 정방행렬이 아닌 행렬의 인버스를 표현하기 위한 쉐도우 인버스(pseude-inverse) 표기이며, Bij는 본 발명에 의해 고안된 기저함수이다.

계수값들은 희귀분석모델 혹은 신경회로망의 에러역전파방법 등을 통하여 구해지고, 이는 RGB색공간의 색신호를 분광반사도에 근거한 Weight 색공간의 색신호로 변환시키는데 사용된다.

Weights와 CIEXYZ와의 관계식은 다음과 같다.

식(7)와 식(8)은 CIEXYZ변환함수 Vij를 구하는 것을 보이는 것이다.

여기서, E(λk)는 광원의 분광 파워 분포를 나타내고, xi(λk)SMS 1931 CIE 표준관측자이다. 식(5)에 있어서의 변환관계는 기저함수의 갯수를 4개 즉, n=4일 때를 고려한 것이다.

이상과 같은 간단한 연산기능에 의해 Weights-to-CIEXYZ 변환기능을 고려한 것이다. 이를 구현하는 또 다른 방법으로서는 에러역전파방법에 의한 신경회로망을 이용하는 것이 있을 수 있다. 제2도는 본 발명에 따른 색보정장치를 보이는 블럭도이다. 제2도에 도시된 장치에 있어서, 입력색공간(1)로부터 제공되는 RGB신호는 본 발명의 색보정장치(2)에 의해 기기독립적인 표준색신호로 색보정 및 색변환이 수행된 후 출력색공간(3)으로 출력된다.

색보정장치(2)는 RGB-to-Weights 변환부(4)와 Weights-to-CIEXYZ 변환부(5)로 구성된다.

RGB-to-Weights 변환부(4)는 제어장치(7)의 제어하에 메모리(6)에 저장되어져 있는 RGB-to-Weights변환계수를 사용하여 그에 입력되는 RGB신호에 상응하는 n개의 가중치신호를 출력한다.

Weights-to-CIEXYZ 변환부(5)는 제어장치(7)의 제어하에 메모리(6)에 저장되어져 있는 Weights-to-CIEXYZ 변환계수를 사용하여 그에 입력되는 Weights에 상응하는 CIEXYZ신호를 출력한다.

제3도는 RGB-to-Weights 변환을 에러역전파방식(BPN ; Back Propagation Network)의 신경회로망을 사용하여 수행하는 경우를 보이는 것이다.

BPN방법의 장점은 회상입력장치의 비선형적인 특성도 모델링되어질 수 있다는 데 있다.

제4도는 Weights-to-XYZ 변환을 에러역전파방식의 신경회로망을 사용하여 수행하는 경우를 보이는 것이다.

기저함수 Bj(λ)의 파장별 값들은 Weights-to-XYZ 변환을 위한 계수들을 구할 때도 사용된다.

본 발명을 칼라이미지스캐너(color image scanner)에 적용시킨 결과를 제5도를 참조하여 설명한다.

제5도에 있어서, 국제 표준 색표집인 Munsell Color Patches 400개를 화상입력장치로 입력하여 RGB신호를 얻는다(500단계).

마찬가지로 국제 표준 색표집인 Munsell Color Patches 400개를 분광광도계(spectrophotometer)로 입력하여 분광반사도 S(λ)를 얻는다(510단계).

분광반사도 S(λ)를 가중치 Weights로 변환한다(502단계).

Weights를 사용하여 기저함수 Bj(λ)를 구한다(530단계).

이때, RGB-to-Weights 변환은 에러역전파 신경회로망을 사용하여 수행한다. 사용된 BPN의 forword 및 reverse계산을 다음과 같다.

-은닉층의 경우

-출력층의 경우

여기서, Hi는 은닉층에서의 노드(Node)값이며, Pij는 입력층 노드와 은닉층노드간의 연결강도이다. Wk는 BPN의 출력값이며, Qjk는 은닉층 노드와 출력층 노드간의 연결강도를 나타낸다. 그리고, F는 sigmoid 함수를 나타낸다.

Reverse계산을 일반화된 델타롤(Generalized Delta Rule)에 따라 수행된다.

칼라 이미지 스케너의 보정결과는 다음과 같았다.

여기서, 다항회귀법은 3×9차 행렬을 사용한 경우이며, BPN방법은 신경회로망의 구조를 3-10-10-3으로 했을 때 RGB대 CIELAB간의 색교정시 나타난 색차결과이며, 본 발명1은 기저함수를 3개 사용하고 RGB-to-Weights 변환시 BPN구조를 3-20-3을 사용했을 때 나타난 결과이며, 본 발명2는 기저함수를 4개 사용하고 RGB-to-Weights 변환시 BPN구조를 3-30-4를 사용했을 때 나타난 결과이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 색보정장치는 원래 화상이 갖는 색특성을 물체색 고유의 분광반사도로서 표현함으로써 보다 정확한 색재현을 실현하는 효과를 갖는다.

또한, 기존의 분광반사도만을 사용한 반사도 복원방식에 비해 적은 데이타량으로도 동등한 효과를 발휘할 수 있게 함으로써 하드웨어적 혹은 소프트웨어적 복잡성을 경감시킬 수 있는 장점이 있다.

더욱이, 색의 분광분사도를 복원하는 방법을 이용하므로서 상이한 색공간과의 색전송시 기존의 방식보다 적은 오차를 나타내는 장점이 있다.

따라서, 칼라 이미지 스캐너, 칼라 팩스, 디지탈 복사기와 비디오 카메라 등에 쉽게 이용될 수 있다.

Claims (4)

1. 기기 종속적인 RGB색공간의 색신호를 기기독립적인 CIEXYZ색공간의 색신호로 변환시키는 색보정방법에 있어서, 가시대역의 파장별 가중치의 중요도를 시감특성과 조명특성을 이용해 구하는 과정 ; 상기 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도, 시감특성, 및 조명특성에 기초한 기저함수를 구하는 과정; 상기 분광반사도, 시감특성, 조명특성에 기초한 기저함수를 사용하여 웨이트 색공간의 색신호에 CIEXYZ색공간의 색신호로 변환할 때의 변환계수를 구하는 과정을 포함하는 색보정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 시감과 조명을 고려한 분광반사도 SC(λ)는 하기의 식으로 결정하는 것임을 특징으로 하는 색보정방법.

   여기서, C(λ)는 파장별 가중치의 중요도를 나타내는 파장 함수이고, E(λ)는 광원의 분광 파워 분포를 나타내고, x(λ), y(λ), z(λ)는 1931 CIE 표준 관측자 함수임.
3. 기기 종속적인 RGB색공간의 색신호를 기기독립적인 CIEXYZ색공간의 색신호로 변환시키는 색보정장치에 있어서, 가시대역의 파장별 가중치의 중요도 및 조명특성을 분광반사도에 가중시켜 시감특성 및 조명특성에 기초한 기저함수에 상응하는 변환계수를 저장하는 메모리 ; 및 상기 메모리에 저장된 변환계수를 참조하여 RGB색공간의 색신호에 대한 가중치를 구하는 RGB-to-Weight변환부 ; 및 상기 RGB-to-Weight변환부에서 출력되는 가중치를 입력하여 CIEXYZ색공간의 색신호를 출력하는 Weights-to-CIEXYZ 변환부를 포함하는 색보정 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 시감과 조명을 고려한 분광반사도 SC(λ)는 하기의 식으로 결정되는 것임을 특징으로 하는 색보정방법.

   여기서, C(λ)는 파장별 가중치의 중요도를 나타내는 파장 함수이고, E(λ)는 광원의 분광 파워 분포를 나타내고, x(λ), y(λ), z(λ)는 1931 CIE 표준 관측자 함수임.