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技術 色差計算方法

出願人 富士ゼロックス株式会社
発明者 関範顕
出願日 1993年5月18日 (27年7ヶ月経過) 出願番号 1993-116057
公開日 1994年12月2日 (26年0ヶ月経過) 公開番号 1994-333055
状態 特許登録済
技術分野 イメージ生成 カラー画像通信方式 画像処理 表示装置の制御、回路 イメージ分析 FAX画像信号回路 各種分光測定と色の測定
主要キーワード 各画素色 部分円 色相角差 色感覚 代表色データ 近似色 マンセル 彩度差
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年12月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

目的

人間の感覚により近い色差を、特に色相差に注目して求めること。

構成

比較したい2色P1 ,P1 の彩度c1 ,c2 の平均値cavを通る無彩色軸を中心とした等彩度円を、前記2色と無彩色軸を通る2本の等色相線で分割した部分円周の長さおよび円周の長さから前記部分円周の長さを引いた長さのうち値の小さい方を色相差ΔHとする。

概要

背景

カラー画像デジタル処理してディスプレイに表示する場合、デジタル処理のビット数の制限によりディスプレイで表示可能な色の数nには制限がある。従来のカラー画像をディスプレイにn色表示する装置では、カラー画像の各画素レッドR、グリーンG、ブルーBに最も近いR、G、B値を持つ代表色を選択し表示していた。しかしながら、画素色に最も近いR、G、B値を持つ代表色が人間に感じられる色差が最も小さいとは一般には限らない。そこで、人間に感じられる色差が最も小さくなるような代表色を選択するために、画素色と代表色を人間の色感覚に近い色空間、例えばCIE1976 L* a* b* 色空間での値に変換し、その色空間中でのユークリッド距離を色差ΔEとして以下の式で計算していた。

ΔE=(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2
ただし、ΔL* ,Δa* ,Δb* はそれぞれ画素色と代表色とのL* ,a*,b* の差である。

また、色差はメトリック明度差ΔL* ,メトリック彩度差ΔC* およびメトリック色相差ΔH* の3成分で表されると考え、上式を変換して表すと次式になる。

ΔE=(ΔL*2 +ΔH*2+ΔC*2)1/2
ただし、メトリック彩度差ΔC* は画素色と代表色のメトリック彩度C* の差である。また、
メトリック彩度C* =(a*2+b*2)1/2
メトリック色相差ΔH* =(ΔE2 −ΔL*2−ΔC*2)1/2
である。

あるいは、Godloveはマンセル色空間での値に変換し、その色空間中での重み付けしたユークリッド距離を色差ΔEとして以下の式で計算していた。

ΔE=[(4ΔV)2+( ΔC)2+2C1 C2 {1−cos(3.6°ΔH)}]1/2
ただし、ΔV,ΔC,ΔHはそれぞれ画素色と代表色とのバリューV,クロマC,ヒューHの差、およびC1 ,C2 はそれぞれ画素色と代表色のクロマ

概要

人間の感覚により近い色差を、特に色相差に注目して求めること。

比較したい2色P1 ,P1 の彩度c1 ,c2 の平均値cavを通る無彩色軸を中心とした等彩度円を、前記2色と無彩色軸を通る2本の等色相線で分割した部分円周の長さおよび円周の長さから前記部分円周の長さを引いた長さのうち値の小さい方を色相差ΔHとする。

目的

いま、画素色pと代表色r1は色相のみが180°異なっており、代表色r2は彩度のみが2倍となっているとする。また、画素色pと代表色r1およびr2の明度は同じとする。従来の色差計算法では2色間のユークリッド距離を色差としているため、色pと色r1の色差ΔEpr1 =2Cとなる。また、色差ΔEpr2=2Cとなり、画素色pから見ると代表色r1とr2は同じ色差を持つことになってしまう。しかし、現実には色相差はユークリッド距離的ではないため、ΔEpr1 の計算では色相差が実際よりも小さく評価されてしまっている。従って、同じ色差にもかかわらず代表色r1の方が画素色pからずれて感じられてしまう。そこで、本発明は人間の感覚により近い色差を、特に色相差に注目して求めることを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

カラー画像をn色の代表色を用いてディスプレイに表示する際に、画素色に人間の感覚で最も近い代表色で表示するために、明度を表す値(l)と色相角を表す値(h)および彩度を表す値(c)からなる色空間中で画素色と代表色との色差ΔEを計算する色差計算方法において、上記色差ΔEの計算を以下の式で行うことを特徴とする色差計算方法。ΔE=(Δl2 +Δh2 ・cav2 +Δc2 )1/2ただし、Δl:画素色と代表色との明度の差Δh:画素色と代表色との色相角の差Δc:画素色と代表色との彩度の差cav:画素色と代表色との彩度の平均

請求項2

上記色差の2乗値ΔE2 を画素色と代表色との色差として用いることを特徴とする請求項1記載の色差計算方法。

請求項3

n色の代表色データを予め上記の明度・色相角・彩度の値に変換しておくことを特徴とする請求項1又は2記載の色差計算方法。

技術分野

0001

本発明は、カラー画像をn色の代表色を用いてディスプレイに表示する場合に、画素色に人間の感覚で最も色差が小さい代表色で表示するために色差を計算する方法に関する。

背景技術

0002

カラー画像をデジタル処理してディスプレイに表示する場合、デジタル処理のビット数の制限によりディスプレイで表示可能な色の数nには制限がある。従来のカラー画像をディスプレイにn色表示する装置では、カラー画像の各画素レッドR、グリーンG、ブルーBに最も近いR、G、B値を持つ代表色を選択し表示していた。しかしながら、画素色に最も近いR、G、B値を持つ代表色が人間に感じられる色差が最も小さいとは一般には限らない。そこで、人間に感じられる色差が最も小さくなるような代表色を選択するために、画素色と代表色を人間の色感覚に近い色空間、例えばCIE1976 L* a* b* 色空間での値に変換し、その色空間中でのユークリッド距離を色差ΔEとして以下の式で計算していた。

0003

ΔE=(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2
ただし、ΔL* ,Δa* ,Δb* はそれぞれ画素色と代表色とのL* ,a*,b* の差である。

0004

また、色差はメトリック明度差ΔL* ,メトリック彩度差ΔC* およびメトリック色相差ΔH* の3成分で表されると考え、上式を変換して表すと次式になる。

0005

ΔE=(ΔL*2 +ΔH*2+ΔC*2)1/2
ただし、メトリック彩度差ΔC* は画素色と代表色のメトリック彩度C* の差である。また、
メトリック彩度C* =(a*2+b*2)1/2
メトリック色相差ΔH* =(ΔE2 −ΔL*2−ΔC*2)1/2
である。

0006

あるいは、Godloveはマンセル色空間での値に変換し、その色空間中での重み付けしたユークリッド距離を色差ΔEとして以下の式で計算していた。

0007

ΔE=[(4ΔV)2+( ΔC)2+2C1 C2 {1−cos(3.6°ΔH)}]1/2
ただし、ΔV,ΔC,ΔHはそれぞれ画素色と代表色とのバリューV,クロマC,ヒューHの差、およびC1 ,C2 はそれぞれ画素色と代表色のクロマ

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、従来の色差計算方法は、色差は色空間中でのユークリッド距離に近いと考えていたため、色相差が実際に感じられる色相差よりも小さくなってしまうといった欠点があった。このような現象が生じる理由を図6を用いて説明する。

0009

いま、画素色pと代表色r1は色相のみが180°異なっており、代表色r2は彩度のみが2倍となっているとする。また、画素色pと代表色r1およびr2の明度は同じとする。従来の色差計算法では2色間のユークリッド距離を色差としているため、色pと色r1の色差ΔEpr1 =2Cとなる。また、色差ΔEpr2=2Cとなり、画素色pから見ると代表色r1とr2は同じ色差を持つことになってしまう。しかし、現実には色相差はユークリッド距離的ではないため、ΔEpr1 の計算では色相差が実際よりも小さく評価されてしまっている。従って、同じ色差にもかかわらず代表色r1の方が画素色pからずれて感じられてしまう。そこで、本発明は人間の感覚により近い色差を、特に色相差に注目して求めることを課題とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明は上記課題を解決するために、比較したい2色の彩度の平均値を通る無彩色軸を中心とした等彩度円を、前記2色と無彩色軸を通る2本の等色相線で分割した部分円周の長さおよび円周の長さから前記部分円周の長さを引いた長さのうち値の小さい方を色相差とするものである。

0011

上記手段により、色相差を色空間中での2色の平均彩度を通る等彩度円周上の部分長さとしているため、明度差および彩度差と同じ次元となるため、より人間の感覚に近い色相差を求められる。

0012

図1は、本発明の色差計算方法における色相差を説明するための色度図である。ここでは例としてCIEL* a* b* 色空間のa* −b* 平面として図示してある。比較したい2色を点p1、p2とし、各々の彩度をc1、c2とし、色相角ラジアン)をh1、h2(ただし、0≦h1,h2<2π)とする。また、2色の明度差をΔl、彩度差をΔc、色相角差をΔhとする。ただし、色相角差は、時計回り方向と反時計回りの方向の2通りの表しかたがあるが、このうちの絶対値が小さい値の方を色相角差Δh(ただし、−π<Δh≦π)とする。色相角差Δhは、例えば、次式で表される。

0013

Δh=h2−h1 ただし、|h2−h1|≦π
Δh=h2−h1−2π ただし、π<h2−h1<2π
Δh=h2−h1+2π ただし、−2π<h2−h1<−π
このように表すことにより、例えばh1=7π/4、h2=π/4とした場合でも、Δh=π/4−7π/4+2π=−3π/2+2π=π/2となる。

0014

色相差ΔHは、比較したい2色の彩度の平均値cavを通る無彩色軸を中心とした等彩度円の色相角差Δhでの部分円周の長さとする。これは、色相差を明度差および彩度差と同じ次元で表すためである。前記等彩度円の円周は2πcavであるので、色相差ΔHは次式で表される。

0015

ΔH=2πcavΔh/(2π)=Δhcav
従って、色差ΔΕは次式で表される。

0016

ΔE= (Δl2 +ΔH2 +Δc2)1/2 = (Δl2 +Δh2 cav2 +Δc2)1/2
色相差ΔHについてもう少し詳しく説明をする。従来技術および上式にもあるように、色差ΔEは、明度差Δl、色相差ΔHおよび彩度差Δcの3成分に分けることもできる。つまり、Δl軸とΔH軸とΔc軸を互いに直交するようにとり、その空間中での2色間の直線距離を色差ΔHとするわけである。ところで、図1の点p1と点p1’は同じ明度・色相で、彩度のみが異なっている。点p2と点p2’についても同様である。また、点p1と点p2’は同じ明度・彩度で、色相のみが異なっている。点p2と点p1’についても同様である。従って、図1の点p1,p1’,p2,p2’をΔH−Δc平面にプロットすると、図2に示すように4点は長方形頂点となる。本発明では、図1の点p1,p1’,p2,p2’で囲まれた部分ドーナツ型面積Sと、図2の点p1,p1’,p2,p2’を頂点とする長方形の面積S’が等しくなると考えている点に特徴がある。つまり、
S=(πc22 −πc12 )×Δh/(2π)
=Δh(c2−c1)(c2+c1)/2=ΔhcavΔc
S’=ΔHΔc
S=S’
となる。したがって、色相差ΔHは、
ΔH=S’/Δc=S/Δc=Δhcav
となる。つまり、色相差ΔHは、比較したい2色の彩度の平均値cavを通る無彩色軸を中心とした等彩度円の色相角差Δhでの部分円周の長さとなり、色相角差Δhとの関係が明確に定義できる。

0017

本発明に比べて従来技術では、色相差ΔHを、色差ΔEから明度差成分と彩度差成分を引いた従属的な値として考えているため、
ΔH=(ΔE2 −Δl2 −Δc2 )1/2
となっており、色相差ΔHの性質は明確にされていないままである。

0018

図6を例として考えてみる。色pと色r1との比較では、Δl=0、Δh=π、cav=c、Δc=0であるので、ΔEpr1 =(0+π2 c2 +0)1/2 =πcとなる。色pと色r2との比較では、Δl=0、Δh=0、cav=Δc=2cであるので、ΔEpr2 ={0+0+(2c)2 }1/2 =2cとなる。従って、ΔEpr1 >ΔEpr2 となり、人間の感覚により近い色差が求められる。

0019

従来の方法と本発明による方法で実際に画像を64色の代表色で表示し、視感評価を行ったところ、本発明の方が原画像に近い印象を与えることが確認された。

0020

本発明による色差計算方法を実施するための色差計算回路ブロック図を図3に示す。

0021

色差計算回路は、先に説明した色差ΔEを求めるための計算式
ΔE= (Δl2 +ΔH2 +Δc2)1/2 = (Δl2 +Δh2 cav2 +Δc2)1/2
を実行するための回路である。減算器101では二つの明度l,li から明度差Δlが求められ、減算器102では二つの色相h,hi から色相差Δhが求められ、減算器103では二つの彩度c,ci から彩度差Δcが求められる。また、二つの彩度c,ci が加算器104で加算され除算器106で2で除算され彩度の平均値cavが求められる。明度差Δlは乗算器107で二乗されてΔl2 が求められ、色相差Δhと彩度の平均値cavは乗算器108で乗算されてΔhcavが求められ、更に乗算器110で二乗されてΔh2 cav2 が求められ、彩度差Δcは乗算器109で二乗されてΔc2 が求められる。Δl2 ,Δh2 cav2 ,Δc2 は加算器105で加算されてΔl2 +Δh2 cav2 +Δc2 が求められ、更に、平方根計算器111により (Δl2 +Δh2 cav2 +Δc2)1/2 、すなわち、ΔEが求められる。

0022

図3に示す色差計算回路を使用した近似色選択装置のブロック図を図4に示す。

0023

図において、1は図3に示した色差計算回路、2は入力装置、3はn色の代表色データが書き込まれた代表色データROM(読み出し専用メモリ)、4は入力装置2からの画素色RGB、或いは、代表色データROM3からの代表色RiGiBiの何れかを選択するラッチ回路、5は入力画像の色空間をRGB表色系からlhc表色系に変換する色空間変換回路、6は色空間変換回路5の出力を振り分けるラッチ回路、7は色空間変換された画素色を保持するRAM(ランダムアクセスメモリ)、8は画素色との色差が最も小さい代表色を検出する最小値検出回路、9は全体の回路の動作を制御する制御回路である。上記代表色データROM3には、たとえば、256色に対応する256個の代表色データが書き込まれており、それぞれ0番から255番まで連番割り当てられている。

0024

次に、上述した近似色選択装置の動作について説明する。

0025

まず、ラッチ回路4の入力が入力装置2側に切り換えられると共に、ラッチ回路6の出力がRAM7側に切り換えられ、入力装置2からの画素色RGBがラッチ回路4を介して色空間変換回路5に供給され入力画像の画素色の色空間がRGB表色系からlhc表色系に変換される。色空間変換回路5からの画素色lhcはRAM7に一旦格納される。次に、ラッチ回路4の入力が代表色データROM3側に切り換えられると共に、ラッチ回路6の出力が色差計算回路1側に切り換えられ、代表色データROM3からの代表色RiGiBiがラッチ回路4を介して色空間変換回路5に供給され代表色の色空間がRGB表色系からlhc表色系に変換される。色空間変換回路5からの代表色lihiciは色差計算回路1に供給されると共にRAM7から最初の画素の画素色lhcが読み出されて色差計算回路1に供給され、一つの画素色と各代表色との色差ΔEが順次求められる。最小値検出回路8では最小の色差を検出し、この最小の色差となる代表色のインデックス、すなわち、何番目の代表色データであるかを示すデータを出力する。ここまでの処理により一つの画素の画素色に対して画素色に最も近い代表色が求まることになる。次に、入力装置2から隣の画素の画素色RGBが入力されて上述と同様な処理が行われる。上述の動作が入力画像の全画素に対して繰り返されて入力画像の画素色に最も近い代表色が求まる。

0026

図4に示す例においては、画素色に最も近い代表色を求める際に色差ΔEを求めたが、画素色に最も近い代表色を求める際には、色差ΔEの絶対的な値は考慮する必要がなく、最も小さい色差を求められればよい。また、色差ΔEは0以上の値であるため、次式で表される色差の二乗値ΔE2 を用いることができる。

0027

ΔE2 =Δl2 +Δh2 cav2 +Δc2
したがって、図3で示される色差計算回路1の中の平方根計算器111を削減することができる。これにより、色差計算回路1の回路構成が簡単になると共に、計算速度が向上する。

0028

また、図4で示された実施例では各画素色毎にn色の代表色を色差計算用の色空間に変換しているが、図5に示すように、ラッチ回路6からの代表色lihiciを一旦格納する代表色データRAM10を設け、代表色データROM3に保持された代表色データを予め色空間変換回路5で色差計算用色空間に変換して代表色データRAM10に保持しておき、色差計算時には代表色データRAM10に保持された変換済みの代表色データを用いることで計算速度が向上する。

0029

なお、上述した実施例では色空間としてCIE1976L* a* b* を用いたが、他のCIE1976L* u* v* やYCbCrあるいはマンセルHVCなどの色空間でも本発明が適応できることは言うまでもない。

発明の効果

0030

以上述べたように、本発明によれば、人間の感覚により近い色相差を用いて色差を計算するようにしたので、人間の感覚にマッチした近似色選択ができるという効果を奏する。

0031

また、色差ΔEの代わりにその二乗値ΔE2 を用いるようにしたので平方根計算を省略でき、更に、n色の代表色を予め色差計算用色空間に変換しメモリに保持しておくことで計算回数を減らしたので、計算速度を向上できるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0032

図1本発明による色差計算方法を説明するための色度図である。
図2本発明による色差計算方法を説明するためのΔH−Δc平面図である。
図3本発明による色差計算方法を実施するための色差計算回路のブロック図である。
図4本発明を用いた近似色選択装置のブロック図である。
図5本発明を用いた近似色選択装置の他の例を示すブロック図である。
図6色差計算法を説明するための色度図である。

--

0033

1…色差計算回路、2…入力装置、3…n色の代表色データを保持するROM、4…ラッチ回路、5…色空間変換回路、6…ラッチ回路、7…RAM、8…最小値検出回路、9…制御回路、10…代表色データRAM、101,102,103…減算器、104,105…加算器、106…除算器、107,108,109,110…乗算器、111…平方根計算器

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