JPH01263780A - カラー画像の限定色表現方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディジタル化された自然色画像を、少数の限
定された数の色しか同時に表示できないカラー画像表示
装置に違和感なく表示できるよう限定色で表現する方法
及び装置に関する。

（従来の技術） カラー画像は、通常Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三
成分によって表わされ、自然色画像を表示するには、各
成分少なくとも５ビツト、通常は８ビット程度にディジ
タル化される。各成分８ビツトにディジタル化されてい
る場合、各画素は２４ビツトのメモリを要する。第４図
は、このようなデイスプレィ装置を示しており、各画素
２４ビツトの画像メモリ１に記憶されたＲ、Ｇ、Ｂ値は
、それぞれのＤ／Ａ変換器８により電圧に変換されＣＲ
Ｔ９に表示される。

一方、ＣＡＤ（コンピュータ・エイディト・デザイン）
やグラフィクスの分野では、限定された数の色しか同時
には表示できないカラーデイスプレィ装置がしばしば利
用される。この例を第５図を参照して説明する。画像メ
モリ１０は各画素８ビツトの容量を持ちθ〜２５５の値
をとる。この画素値は、各画素に表示される色のコード
を示している。画素値は、表示される場合には、カラー
マツプ７の入力となる。カラーマツプ７は、０〜２５５
のアドレスを持つ高速メモリであり、アクセスされたア
ドレスのＲ，Ｇ、Ｂ値を示す各８ビツト、計２４ビット
が読み出される。Ｒ，Ｇ、ＢはそれぞれのＤ／Ａ変換器
８により電圧に変換され、ＣＲＴ９に表示される。第４
図に示された形のデイスプレィ装置を以降、便宜的にフ
ルカラーデイスプレィ、第５図に示された形のデイスプ
レィ装置をカラーマツプデイスプレィと呼ぶ。フルカラ
ーデイスプレィでは、各画素に２２４’：１６００万色
から自由に色を選ぶことができる。一方、カラーマツプ
デイスプレィでも、カラーマツプの出力は、２４ビツト
であるので１６００万色から色を選ぶことができるが、
画像メモリ１０の画素描たりの容量が８ビツトなので、
画像内に同時に表示できる色の種類は２５６色となる。

通常、２５６色のような限られた色数で自然色画像を劣
化なく表示することはできないが、これを可能としたい
という要求は強い。

この要求は、簡単にはカラーデイスプレィで表示可能な
色領域で、−様に２５６色をサンプルし、代表色セット
を作り、次にカラー画像の各画素に、代表色セットに含
まれる色で、その画素の色が最も近い色を選び、割り当
てることによって満たすことができる。この方法を第６
図を参照して説明する。デイスプレィにより表示可能な
領域は、ＲＧＢ空間における立方体で表わされるが、同
図では簡単のためＲＧ二次元空間で描かれている。ここ
で代表色セット（○印）は、等間隔に選ばれている。

画像中のある画素がＸ印１０１で示される色を持つとき
、この画素の色は、これに最も近い代表色１０２で表現
される。ところで、このように代表色をＲＧＢ空間で等
間隔にサンプルすると、ＲＧＢ空間における２点間の距
離は、それらの色の間の視覚に感じられる色差に比例し
ていないため、画像の色によって、色再現の忠実度に差
が生じる。これを−様にするため、色空間として、空間
内の２点間の距離が色差に近似的に比例する均等色空間
を利用するものが知られている（情報処理、第２７巻、
１号、１９８６年、１１〜２０ページ）。

しかし、以上のような方法では、画質のよい画像は２５
６色程度を用いた場合、代表色間の色差が大きいため、
不満足な画像しか表示できないことが多い。上記文献に
は、固定の２５６色の代わりに、各画像の色分布に適応
した代表色を選び自然に画像を表示する、公知の方法も
記述されている。しかし、この場合には各画像の色分布
に適した代表色を選択するために、かなりのコンピュー
タ処理を必要とする。

これを解決するために、所謂デイザ法を併用する方法が
知られている。これは、各原色の発光強度を空間的に平
均して忠実に再現しようとするものである。

Ｒの８ビツトのデータに対し、例えば代表色は、Ｒ＝０
．１６，３２．・・・・、２４０の１６段階が選ばれ、
Ｒについてはその上位４ビツトを色コードの一部として
表示している場合、最も近い代表色を割り当てる場合に
はＲ＝８〜２３の１６レベルはすべてＲ＝１６に割り当
てられてしまう。これを第７図に示すように近傍の２×
２の画素の２個をＲ＝０、残りの２個をＲ＝１６の発光
強度で光らせることによって、平均的にＲ＝８の色を、
視覚的にはほとんど画像の劣化なく表示することができ
る。この手法は第８図のような構成で実現することがで
きる。画像メモリ１から読み出された各画素値は上位４
ビツト１１と下位４ビツト１２に分割される。閾値画像
メモリ１３には２×２の閾値画像が格納されている。閾
値画像メモリ１３は、画像メモリ１をアドレスするＸ及
びＹ座標信号の下位１ビツトでアドレスされ（図示され
ていない）、画素値の下位４ビツトは、閾値画像の画素
値と比較器１４により比較され、下位４ビツトの方が小
さい場合には０が、下位４ビツトの方が大きい場合には
１が出力される。加算器１５は、上位４ビツトに比較器
１４の出力を加算し、代表色を示すコードのＲ分として
表示の発光強度とする。

（本発明が解決しようとする問題点） しかし、この従来のデイザ法は、代表色を代表色間の色
差の均等性がよい均等色空間で一様に選ぶ場合には適用
できなかった。これを第９図を参照して説明する。同図
は、均等色空間の１つであ−るＬ”ｕ”ｖ空間のＶ宰＝
０の断面に、カラーデイスプレィの表示可能領域１６を
模式的に描いたものであるが、この形が長方形（即ち３
次元空間では直方体）にはならないので、例えば、Ｌ”
　＝Ｌ１＊、＊　＝＝　Ｏにおける表示可能色数は、Ｌ
＊＝Ｌ２本、■＄＝０における表示可能色数と必ずしも
等しくない（第９図Ｘ印）。そのため、画素値の（Ｌ”
、ｕ”）が黒丸１０３を表現するために表示可能でない
格子位置（Ｘ１０４）が誤って要求されることになり、
不都合がある。

本発明は、上記の問題点を解決し、均等色空間で表現さ
れた自然色画像を定められた代表色とデイザ法により、
画像の色によらず違和感なく表現する方法及び装置を提
供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 第１の発明は、カラー画像を均等色空間の成分で表わし
、該カラー画像の画素毎に、対応するディザパターンの
画素値を加算して変調画素値を得、該変調画素値を、前
記均等色空間の表示可能領域中に等間隔にサンプルされ
た代表色セットの内の最も近い代表色で表現するカラー
画像の限定色表現方法である。

第２の発明は、第１の発明のカラー画像の限定色表現方
法において、均等色空間を、均等色空間の明度方向を約
４倍引き伸ばした変形均等色空間としたカラー画像の限
定色表現方法である。

第３の発明は、均等色空間の三成分で表わされたカラー
画像の各画素について加算すべきディザパターンの画素
値を記憶しているディザパターン記憶手段と、前記カラ
ー画像の各画素毎に、対応するディザパターンの画素値
を成分毎に加算し変調画素値を得る加算器群と、該変調
画素値が表わす色に最も近い色の代表色を選びその色コ
ードを出力する最近色判定手段、からなるカラー画像の
限定色表現装置である。

第４の発明は、第３の発明において、カラー画像の限定
色表現装置において、均等色空間を均等色空間の明度方
向を約４倍引き伸ばした変形均等色空間としたカラー画
像の限定色表現装置である。

（作用） 本発明の作用を第１０図及び第１１図を参照して説明す
る。代表色間の色差が、色によって大きく変化しないよ
う、代表色は、ＣＩＥ（国際照明委員会）により勧告さ
れている均等色空間の１つである：［、＊ｕ＊ｖ＊空間
の表示可能領域中に一様に、例えば２５６色が選択され
る。これはＬ＊ａ＊ｂ＊空間のように同様の性質をもつ
空間でも同様に行なうことができる。

画像の各画素のＲ，Ｇ、ＢがＮＴＳＣのテレビジョン系
に準拠しているとすると、Ｒ，Ｇ、ＢはＣＩＥ−１９３
１年勧告のｘｙｚ系を介して、式（ＬＸ２）によりＬ＊
ｕ＊ｖ市に変換される。

なお、　ｕ’＝４Ｘ／（Ｘ＋１５Ｙ＋３２）ｖ’　＝９
Ｙ／（Ｘ＋　１５Ｙ＋３Ｚ）これにデイザ処理を加える
ため、第８図の閾値画像に対応するディザパターンを各
成分に加算する。例えば、第８図の条件と同様に格子間
隔が１６である場合には、Ｌ市には第１０図（ａ）の、
Ｕ＊には第１０図（ｂ）のディザパターンを各画素に空
間的にずらしながら加算する。すると、元々、第１１図
の黒丸位置１０５の色であったＬ市＝８の画素値が、Δ
位置にばらつき、１０６，１０７の画素は、Ｉ、”＝１
６に、１０８，１０９の画素はＬ＊＝０に最も近くなる
。そのため、表示の際には、このディザパターンの画素
値を加算された値の示す色に対し、最も近い色の代表色
を選べば、空間的に平均された色で、自然色画像が近似
的に表示できる。

このようにすると第９図に示されたように代表色が空間
内で直方体に分布していない場合にも、３次元的に最も
近い代表色を選んで表示することによって最善の結果を
得ることができる。

色の再現を、明るさ方向と色度の方向の両方について最
適にするには、上記の処理が適当であるが、自然色画像
を限定色で表現する際、同じ色差でも明度方向の差は偽
輪郭として目立ちやすいことが知られている。また、色
度方向の差は原画と比較しない限り余り気にならないこ
とも知られているので、原画と比較されることが少なく
偽輪郭が見えないことが重要な応用では、明度方向に、
色度方向に比較し４倍程度密に色をサンプルするのが適
当である。この場合、新たにＬ′を式（３）のように定
義しＬ’ｕ”ｖ”空間で一様にサンプルして代表色を選
び、この空間で上記の処理を行なうのが良い。

Ｌ’＝４Ｌ＊　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
（実施例） 本発明の実施例を第１図を参照して説明する。画像メモ
リ１は、画像走査手段２により発生されるＸ、Ｙ座標に
より走査され、各画素値の（Ｒ，Ｇ、Ｂ）値が色変換手
段３に出力される。色変換手段３は前記式（ＩＯ２）に
従って画素値を（Ｌ＊、ｕ市、ｖ本）に変換する。ディ
ザパターン記憶手段４は、ｍ　Ｘ　ｎ（ｍ、ｎは自然数
）の画像であり、やはり画像走査手段２により走査され
る。但し、Ｘ、Ｙ座標共に、それぞれ周期ｍ、ｎで繰り
返して走査される。ディザパターンはｍＸｎのレベルを
持ち、代表色がＬ＊ｕ＊ｖ＊空間でサンプルされている
色差をｄとすると、ｄ／（ｍ＋ｎ）の色差毎に１つのレ
ベルが存在し、その平均がＯとなるように作成されてい
る。例えば、先に述べたｄ＝１６．ｍ＝ｎ＝２の場合に
は、第１０図（ａ）のように作成される。Ｌ＊、ｕ＊、
ｖ本の３つの値についてディザパターンは加算されるが
、この場合、ディザパターンの形は、変更することがで
きる。上記の例では第１０図（ａ）のディザパターンを
３成分の値について同時に用いると１行目（−６，６）
のペアに対応する表示画像では常に大きな色差が生じ易
く、２行目の（２，−２）のペアに対応する表示画素で
は余り色差が生じないことになり易いので、周期パター
ンが目立ち易い。そのため、第１０図（ａ）のパターン
をＬ本について用いた場合には、Ｕ＊については、同図
（ｂ）、ｖ本については、同図（ｅ）を用いて画素間の
平均色差を調整し、パターンを目立たせないようにする
ことができる。

加算器群５は、Ｌ＊、ｕ＊、ｖ本それぞれについて、デ
ィザパターンの画素値を加算する。最近色判定手段６は
、加算器群５の出力である（Ｌ＊、ｕ＊、ｖ本）値（Ｌ
”、ｕ”、ｖ”）に対して、代表色中で最も近い色を選
択し、その代表色番号を出力する。出力された代表色番
号は、カラーマツプデイスプレィに表示されるための色
コード画像の画素値として、画像メモリ１０の対応する
画素に書込まれる。

本発明の範囲はここまでであるが、これをカラーマツプ
デイスプレィに表示する場合には次のように行なわれる
。

カラーマツプ７には、代表色が（Ｒ，Ｇ、Ｂ）値で格納
されており、前記画像メモリ１０が走査されて各画素か
ら出力される代表色番号で、その代表色の（Ｒ，Ｇ、Ｂ
）値がアクセスされ、それぞれのＤ／Ａ変換器８に加え
られ、その色がＣＲＴ９に表示される。このようにして
、自然色画像はデイザを含んだ限定色で、近似的に表現
される。

尚、先に述べたように、原画と見比べないような場合に
は、偽輪郭を減少するため、式（３）に示したように、
色変換手段３における計算をＬ＊、ｕ＊、ｖ本の代わり
にＬ’、ｕ”、ｖ本とすることにより、他は全く同様で
、輪郭の目立たないデイザを含んだ限定色表示を得るこ
とができる。但し、この場合、表示可能領域の体積が明
度方向に４倍に広がるため、代表色を同数にするには、
代表色をサンプルする間隔をｄからほぼ４１／３ｄにす
る必要がある。

上述の最近色判定手段６は、公知の技術で構成できる。

正確に最も近い色を求める場合、各画素の色の全ての代
表色との距離を比較する必要があるが、近似的な手法で
も良い結果が得られることが多い。その−例を第２図と
第３図を参照して説明する。説明の簡単のため、代表色
は３次元でなく２次元のｕ＊−ｖ＊面で等間隔にサンプ
ルされているとし、第２図では○印で示されている。代
表色はここでは８色である。第１段階では、各画素の色
は境界６０１の実線で分割された４色ずつの領域のいず
れの側にあるかを判定する。それは、境界６０１に垂直
な方向に画素値を投影し境界の位置と比較すればよい。

実際には色空間は３次元であり、境界は面で表わされ画
素値はこの面の垂線に投影される。具体的には係数Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄを求めておき、 Ａ−Ｌ”＋Ｂ−ｕ”＋Ｃ−ｖ本＋Ｄ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（４）の値の正負によって、どちら
の側にあるかを判断するようにする。

第２段階では、第１段階で判断された領域中で更に２色
ずつの領域のいずれの側にあるかを判定する。それは、
再び、境界６０２または６０３に垂直な方向に画素値を
投影し境界の位置と比較する。式（４）と同様の演算に
よって判断を行なう。第３段階でも、同様にすることに
よって画素値は８色の代表色のどれかに対応づけられる
。各段階での領域の判定結果にＯ又は１の２値を対応さ
せれば、３桁の２進数で代表色がコード化される。

第３図は以上の処理を行なう最近色判定手段６の実施例
である。画素値（Ｌ＊、ｕ＊、■＊）には、投影演算手
段６１により式（４）が演算が施され、比較手段６７に
よりその演算結果の正負が判定され、第１段階の結果と
してＯ又は１が出力される。係数Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄとして
は５係数記憶手段６４に記憶されているものを利用する
。第２段階の投影演算手段６２は、係数Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
を第１段階の結果のコードにより係数記憶手段６５から
読み出し式（４）の演算を行なう。例えば、第一段階の
結果が０の場合、読み出される係数は境界６０２に関す
るものであり、結果が１の場合には、係数は境界６０３
に関するものである。比較手段６８により第２段階の結
果としてコードの２桁目が出力される。

第３段階の投影演算手段６３は、上記と同様の係数Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄを第１及び第２段階の結果として得られた２
桁のコードにより係数記憶手段６６から読み出して式（
４）の演算が行なわれる。比較手段６９によりコードの
３桁目が出力され、代表色を示す３桁のコードが得られ
る。これを８段迄繰り返すように構成すれば２５６色（
８桁）表示のための最近色判定手段が実現される。

（発明の効果） 以上述べた方法及び装置によりカラー画像を表現すれば
、本来フルカラーデイスプレィで表示される自然色画像
を少数の限定色しか同時には表示できないカラーマツプ
デイスプレィによっても、十分違和感なく表示すること
ができる。また、これによりカラー画像の蓄積を行なう
場合、元々、Ｒ，Ｇ、Ｂ　３バイトを要していた画像デ
ータが例えば１バイトですむため、記憶装置の容量や転
送データ量を圧縮することができ、工業的、経済的に大
きな効果がある。この場合、本発明によって色数を減少
させるのには処理時間はかかるが、その圧縮された画像
を表示するのには全く復号処理は不要であり大変効果的
である。また、代表色のセットはどの画像についても固
定しているので、各画像の色分布毎に代表色を選択する
方法に比較し高速に実行される効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は最
近色判定手段の動作の説明図、第３図は最近色判定手段
の実施例を示すブロック図、第４図はフルカラーデイス
プレィの構成を示すブロック図、第５図はカラーマツプ
デイスプレィの構成を示すブロック図、第６〜８図は従
来のデイザ法の説明図、第９図は均等色空間で表現され
たカラー画像に従来のデイザ法を適当できないことを示
す説明図、第１０図はディザパターンの画素値の実施例
、第１１図は本発明に用いられるデイザ法の効果を示す
説明図である。 １・・・画像メモリ、２・・・画像走査手段、３１０１
色変換手段、４・・・ディザパターン記憶手段、５００
．加算器群、６・・・最近色判定手段、７・・・カラー
マツプ、８・・・Ｄ／Ａ変換器、９・・・ＣＲＴ、１０
・・・画像メモリ、１３・・・閾値画像メモリ、１４．
・・比較器、１５・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カラー画像を均等色空間の成分で表わし、該カラー
   画像の画素毎に、対応するディザパターンの画素値を加
   算して変調画素値を得、該変調画素値を、前記均等色空
   間の表示可能領域中に等間隔にサンプルされた代表色セ
   ットの内の最も近い代表色で表現するカラー画像の限定
   色表現方法。 ２、請求項１記載のカラー画像の限定色表現方法におい
   て、均等色空間を、均等色空間の明度方向を約４倍引き
   伸ばした変形均等色空間としたカラー画像の限定色表現
   方法。 ３、均等色空間の三成分で表わされたカラー画像の各画
   素について加算すべきディザパターンの画素値を記憶し
   ているディザパターン記憶手段と、前記カラー画像の各
   画素毎に、対応するディザパターンの画素値を成分毎に
   加算し変調画素値を得る加算器群と、該変調画素値が表
   わす色に最も近い色の代表色を選びその色コードを出力
   する最近色判定手段、からなるカラー画像の限定色表現
   装置。 ４、請求項３記載のカラー画像の限定色表現装置におい
   て、均等色空間を均等色空間の明度方向を約４倍引き伸
   ばした変形均等色空間としたカラー画像の限定色表現装
   置。