JPS63244094A - カラ−画像の高速色変更表示方法及び装置 - 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、カラー画像の色の自然さを損なわずに高速に
変更して表示する方法及び装置に関する。

（従来の技術） カラーデザインの分野にＣＡＤ（コンピュータ、エイデ
ィラド・デザイン）が適用され、その中で色を変更する
ことが求められている。具体的には、デザインの対象（
例えば自動車）を含む画像を、スキャナやカラーカメラ
でコンピュータ・システムにとり込み、カラーディスプ
レイに表示したのち、この対象の部分の色を変更（例え
ば、元々、赤い自動車のボディーを青色に）することに
より、各種の色にしたときのデザインの結果を、実際に
物を作ることなく予測することが要求される。

このような目的のため、従来、第３図で示されたような
、ある面の色（最終的にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）
、三成分で与えられる）を菩カメラ（モノクロ）で得ら
れた陰影に応じてつける回路が知られている（゛繊維と
工業、３６巻、６号、１９８０年、１９５〜１９９ペー
ジ）。この場合、物体の色を変化させたい部分を異なっ
た濃度で塗った濃淡の原画１０１をモノクロテレビカメ
ラ１０２で入力し、偽信号補正回路１０３で信号を整形
したのち、ん０コンバータ１０４により、ディジタル値
に変換して各部分を分離し、色彩コントローラ１０５に
よってＲ，Ｇ、Ｂ値を与えカラーエンコーダ１０６によ
ってカラーテレビ信号とする。この段階では、同色部分
は平板な（Ｒ，Ｇ、Ｂ）で示される色となっている。こ
れと同時に製品の実物１０７を原画１０１と位置を合わ
せて、もう一つのモノクロテレビカメラ１０８により撮
影し、これにより得られる陰影のある画像信号Ｎと、先
のカラーテレビ信号を陰影合成回路１０９により合成す
る。これにより、カラーテレビ１１０には陰影のついた
カラー画像を色を自由に変化させながらシミュレートで
きる。

このとき、物体の色が（Ｒ，Ｇ、Ｂ）と与えられると、
モノクロカメラから与えられる各画素の明度Ｎによって
、各画素の色（Ｒ”、α、Ｂつは次のように求められる
。

ここでＮはＯ〜１の値をとると考える。

この方法は、「一つの色領域の色は、元々（Ｒ，Ｇ、Ｂ
）という明るい色であり、陰影により暗くなっている部
分がある。」という根拠によっている。言いかえれば、
第４図の３次元色空間で考えたとき、−ツノ領域の色（
Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’）は黒（０，０，０）と物体色（Ｒ，
Ｇ、Ｂ）を結ぶ直線上に乗っていることが仮定されてい
る。

（本発明が解決しようとする問題点） しかし、実際は、一つの色領域でも、光が照り返して明
るいために、第４図Ｐのように白に近い位置の色も存在
するのが普通である。しかし、上記の回路では、このよ
うな部分に正しく対応することはできない。

本発明は、この問題を解決し、照り返しの部分を持つ画
像の色領域でも自然にしがも、非常に高速に色変更を行
なって表示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、カラー画像の対象となる色領域中の各画
素の三原色値を、三次元の色空間において黒色、物体色
、光源色の三色が張る平面上の色を示すと仮定して二次
元の中間座標値に変換し、その分布からクラスタリング
により少数の代表色を選択し、前記色領域中の各画素に
ついて前記クラスタリングの基準に従って前記代表色を
示す色コードを与え、色コード画像を作成し、各色コー
ドに対応する変更色を前記光源色及び新たに与えられた
第２の物体色を用いて前記代表色について求めてルック
アップテーブルに登録し、前記カラー画像と、前記色コ
ード画像に対しルックアップテーブルを適用した画像を
切り換えて表示することにより、上記色領域のみに所望
の色変更が自然になされた画像を高速に表示するカラー
画像の高速色変更表示方法である。

ま゛た、第２の発明は、カラー画像を格納するカラー画
像記憶手段と、該カラー画像の対象となる色領域の物体
色を記憶する第一の物体色記憶手段と、該カラー画像の
光源色を記憶する光源色記憶手段と、前記カラー画像の
対象となる色領域中の各画素の三原色値を、三次元の色
空間において、黒色、物体色、光源色の三色が張る平面
上の色を示すと仮定して、二次元の色空間の中間座標値
に変換する中間画素計算手段と、該中間画素値計算手段
から得られる色分布をクラスタリングし、少数の代表色
を選択するクラスタリング手段と、該クラスタリングの
過程で得られるクラスタリング基準と前記代表色を格納
するクラスタ記憶手段と、前記中間画素値計算手段から
得られる中間座標値と前記クラスタリング基準により求
められる各画素の前記代表色に対応する色コードを画像
として記憶する色コード画像記憶手段と、前記色領域の
色変更後の物体色を記憶する第二の物体色記憶手段と、
該第二の物体色と前記光源色によって前記代表色から計
算された前記色コードに対応する三原色値を格納し、画
像の表示の際、前記色コード画像記憶手段から読み出さ
れる色コードを三原色値に変換するルックアップ・テー
ブルと、画像の表示の際、前記カラー画像記憶手段から
読み出される画素の三原色値を前記色領域に属する画素
については前記ルック・アップ・テーブルから出力され
る三原色値に置き換えるディスプレイコントローラとを
含み、カラー画像の対象となる色領域の色を高速に変更
し表示するカラー画像の高速色変更表示装置である。

（作用） 本発明の作用を第５図を参照して説明する。光源１２０
から物体１２１に当たって、カメラ１２２に入る光は、
鏡面反射光１２３と拡散反射光１２４に大別できる。鏡
面反射光は、物体の表面で反射するもので、その分光組
成は、光源と同じで、強度だけが変化する。拡散反射光
は、光源の光が物体の中に入射し、物質特有の分光吸収
を受けたのち、等方向に外部に射出されるものである。

拡散反射光の分光組成は光源とは異なっているのが普通
である。そのため、対象面の各点の色の三成分（Ｒ，Ｇ
、Ｂ）は、 と書くことができる。ここで、（Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏ）は
拡散反射光の三成分であり、物体により異なるので、本
明細書では以降、「物体色」と呼ばれる。

（Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓ）は鏡面反射光の三成分であり、光
源の色と等しいので、本明細書では以降「光源色」と呼
ばれる。α、Ｉ３は射出光量に対する拡散反射光、鏡面
反射光の寄与の度合を示しており、表面の材質、方向な
どに関係する。これは、画素毎に異なるので、画素内の
画素位置を（Ｘ、ｙ）とすると、と書かれる。このよう
なモデルは、コンピュータ・グラフィクスで利用されて
おり、例えばＰｈｏｎｇのモデルによると、 となる（第１３回画像工学コンファレンス、１９８２年
、５５〜５８ページ）。

ユニで、θは表面の法線とカメラの方向のなす角、αは
鏡面反射方向とカメラの方向のなす角、ｄは拡散反射光
と周囲光の強度の度合を示す定数、Ｗ（θ）は、やはり
鏡面反射光の拡散反射光に対する度合を示す項である。

ある対象の表面が式（３）で表わされる場合、同じ材質
で色が異なるものは、物体色のみを（Ｒｏ’＋ＧＯ’ｙ
ＢＯ’）に変更することにより、式（５）ノように各画
素値を計算することができる。

本発明では、カラー画像内の一つの色領域での各画素の
色は式（３）に従うものと仮定する。これを第６図〜第
８図を参照して説明する。第６図においてカラー画像内
の一つの色領域で色分布２００はＲ，Ｇ、Ｂ色空間にお
いて、原点０、物体色Ｃ８、光源色Ｃｓの作る平面内に
含まれる。そして、各画素の色は、０とＣ８を結ぶ座標
軸αと、０とＣｓを結ぶ座標軸ｐにより表わすことがで
きる。この色分布は２つの座標軸α、１３を直交座標と
見れば、第７図のようになる。これに対し、物体色のみ
をＣｏｌに変更することにより、α軸が第８図のα′軸
に変わり、色分布は不変とすることで自然な色変化を得
ることができる。

これを実現するためには、与えられたカラー画像の色領
域に対して、ｃｏ、ｃｓを決定し、各画素のα、ｐ値を
求める必要がある。実際には、α＝ｏ、又はｐ＝０の色
は存在しないので、画像がらＣ８，ｃｓを正確に求める
ことはできないが、画像中で、最もその色領域の色らし
い部分（例えば、赤い車体の自動車なら、大変赤く見え
る部分）の画像値を読み取ってｃｏとし、鏡面反射で真
っ白に光って見える部分の画像値を読み取ってＣｓとす
れば実用上十分である。

各画素のα、１３を求めるため便宜上Ｃ８及びｃｓに垂
直な第三の色彩ベクトルｃｄを、例えばｃｏとＣｓのベ
クトル積（外積）として、 ｃｄ＝ｃｏＸＣ８（６） のように定める。このｃｄをＲ，Ｇ、Ｂ空間で式（７）
のように表わしたとき 画像内の各画素の色（Ｒ，Ｇ、Ｂ）は、γを導入して、
と書くことができる。ここでγは、各色の０、Ｃ８，ｃ
ｏの作る平面からの距離に対応し、対象となる色領域の
画素についてはノイズ分と考えられる。

式（８）を逆に解いて、式（９）が成立するため、各画
素について、Ｒ，Ｇ、Ｂ値からαｔ１３ｔγを求めるこ
とができる。γはノイズ分なので無視してよい。

このようにして、各画素についてαとｐが求められる。

物体色ｃｏをもっていた画像部分をＣ８′に変換し、こ
の色領域の他の部分もこれに即して、自然に見えるよう
に変換するには、式（５）を利用すればよいのは先に述
べた通りである。

しかし、上記の方法によると、カラー画像のすべての画
素について対象色領域であるかどうかを調へ、それを満
たすすべての画素について式（５）全実行することにな
るので、Ｃｏｌを１秒に、何回も変化させ、その結果を
連続的に観測するには非常に高速な専用演算回路を作る
必要がある。この問題を解決するために、第９図に示す
ようなディスプレイ装置を利用する。このディスプレイ
はリフレッシュのための画像メモリを２種類もつ。カラ
ー画像メモリ１は、カラー画像を各画素につきＲ，Ｇ、
Ｂ各８ビットでもつ。色コード画像メモリ２は、各画素
に例えば８ビツトの色コードを持ち、次段のルック・ア
ップ・テーブル（ＬＵＴ）３は、各画素の色コードに従
って、予めセットされているＲ、Ｇ、Ｂ値を出力する。

これにより、同時に２５６色の画像を表示することがで
きる。一般には、カラー画像を２５６色で表示するのは
画質の著しい劣化を免れないが、一つの色領域の色の変
化を表示することは、２５６色を適切に選べば可能であ
ることが多い。本発明は、画像全体をカラー画像メモリ
１からのＲ，Ｇ、Ｂ値で表示し、色の変更を行なう色領
域のみを色コード画像メモリ２とルック・アップ・テー
ブル３で表示し、ルック・アップ・テーブル３の内容を
書き換えることにより、高速の色変更表示を実現しよう
とするものである。ディスプレイ・コントローラ５は、
この２つの画像メモリからの信号の切り換えを各画素毎
にマスク画像メモリ４の画素値によって行なう。即ち、
マスク画像メモリ４は、各画像１ビツトを持つメモリで
ある。第１０図にカラー画像メモリ１に格納された画像
とマスク画像メモリ４に格納されたマスク画像との関係
を示す。マスク画像は、色変更を行なう対象である自動
車のボディ一部のみで“１”の画素値を持つ。ディスプ
レイ・コントローラ５は、画像の表示の際に、各画素毎
にマスク画像の画素値を調べ、０１′”であれば、ルッ
ク、アップ、テーブル３がらの（Ｒ，Ｇ、Ｂ）値を“θ
パであればカラー画像メモリ１からの（Ｒ，Ｇ、Ｂ）値
をＤ／Ａ変換器６に与え、カラーモニタ７上に自然に色
変更された部分が合成されたカラー画像が表示される。

このようにすると、Ｃｏ′を変化させたときに、色変更
のために行なう計算は、ルックアップテーブル３の内容
のみであり、２５６回の式（５）の計算で済むため大巾
な高速化が実現される。

次に、対象の色領域を少ない色数で表現するための適切
な色選択方法について第１１図〜第１４図を参照して説
明する。色領域に存在するすべての色が、第７図のα−
ｐ空間で斜線の領域２００に分布しているとしても、各
色の頻度を等肩線で表示すると、第１１図に示すように
ほとんどの色は非常に頻度は少なく、クラスタ１０１−
１０５で示すような幾つかの部分でのみ頻度が高い。そ
のためこのような部分についてのみ正確に再現し、その
他の部分は、不正確であっても実用上はとんど問題はな
い。

従って、ルックアップテーブルに登録する２５６色を、
このようなりラスタの色に集中させることによって自然
な色再現を行なう。

クラスタを求めるクラスタリングの手法の一例を次に説
明する。ここでは簡単のため、４色のクラスタを得る方
法を例示する。ここで、対象色領域の色は第１２図のＸ
印のように分布していると仮定する。この１８色の（α
、β）座標は第１３図の通りである。クラスタリングは
通常コンピュータプログラムにより実行されるが、（α
、段のデータセットを２つのクラスタに分ける際の処理
フローを第１４図に示す。データセットは、最も分散の
大きい主軸の方向についてのメディアンの位置Ｃを求め
ることにより、２等分される。２ｎ色にクラスタリング
する場合は、この分割されたデータセットについて更に
同じ処理を繰り返し、全体でｎ段階行えばよい。このよ
うにして得られたクラスタの代表色として、各クラスタ
に含まれる画素の色の平均を求めた結果を第１２図のＯ
印として示した。

このような手法により、２５６色の代表色を選択し、色
コードＯから色コード２５５とする。また上記のクラス
タリングのための主軸とメディアンを用いることによっ
て色領域中の各画素について色コードを与え、第９図の
色コード画像メモリ２に格納する。また、ルックアップ
テーブル３には、各代表色の（α、１３）から式（５）
によって各色コードに対する（Ｒ″、Ｇ’、Ｂつを求め
書き込む。このようにすると、自然な色変更表示が得ら
れる。

尚、カラー画像の対象とする領域中に鏡面反射と考えら
れる部分がない場合には、Ｃ６として、ディスプレイ装
置において通常白と考えられる値（例えば、Ｒ，Ｇ、Ｂ
それぞれに８ビツトを割り当てているディスプレイ装置
では、鳥＝Ｇｓ：Ｂ、＝、、２５５）を与えても実用上
は差し支えない。

（実施例） 本発明の実施例を第１図を参照して説明する。カラー画
像メモリ１、色コード画像メモリ２、ルック・アップ・
テーブル（ＬＵＴ）３、マスク画像メモリ４、ディスプ
レイコントローラ５、Ｄ／Ａ変換器６、カラーモニター
７の各々の働きは、既に第９図で説明した通りである。

カラー画偉メモリ１には例えば自動車などを含むフルカ
ラー画像が格納されており、マスク画像メモリ４には、
マスク画像が、ＣＲＴによってカラー画像を観察しなが
ら、ポインティングデバイスで輪郭をとり、中を塗りつ
ぶすような公知の技術で既に作られていると仮定する。

色指定手段８は、利用者の指示によりＣＲＴ７とポイン
ティング・デバイス９を利用して、画像中から物体色Ｃ
８及び光源色Ｃ８をピックアップし、それぞれ第１の物
体色記憶手段１０、光源色記憶手段１１に格納するもの
で、マイクロコンピュータなどで実現できる。中間画素
値計算手段１２は、マスク画像メモリ４の各画素を走査
し、値が“１″である画素に対して、カラー画像メモリ
１に格納されている（Ｒ，Ｇ、Ｂ）から、式（９）に従
って中間画素値（α、Ｉ３）を計算しまず色分布メモリ
１３に与える。色分布メモリ１３は（α、ｐ）ラメモリ
の二次元アドレスとし、対象色領域の色分布を各アドレ
スの頻度として第１１図に示したような形で記憶する。

クラスタリング手段１４は、この色分布に対し、先に述
べたようなりラスタリングを施こし、その結果をクラス
タ記憶手段１５に格納する。クラスタリング手段１４は
マイクロコンピュータなどで実現できる。クラスタ記憶
手段１５の内容を第２図に示す。代表色に当たる各クラ
スタの平均値３２頁がクラスタ平均値テーブル１５３に
、これを得る過程で決定された、各段階における主軸ベ
クトルとその方向での分割点の値が、それぞれ主軸ベク
トルテーブル１５１及び分割点テーブル１５２に格納さ
れる。代表色が２８：２５６色の場合、クラスタ平均値
テーブル１５３の容量は２５６であり、これは８段階の
２等分の繰り返しで決定されるため、 １＋２＋４＋８＋１６＋３２＋６４＋１２８＝２５５に
より主軸ベクトルテーブル１５１と分割点テーブル１５
２は各々２５５の容量を持つ。

クラスタが決定された段階で、中間画素値計算手段１２
は、再び対象色領域の各画素を走査し、（α、１３）を
今度は色コード計算手段１６に送る。色コード計算手段
は、各中間画素値（α、！３）を主軸ベクトルテーブル
１５１及び分割点テーブル１５２の内容に従って８段階
の判別により、色コードを決定し色コード画像メモリ２
の対応する画素に書き込む。色コード画像が完成した段
階で、色変更表示の準備は整ったことになる。

実際の色変更は、まず利用者が、例えばポインティング
デバイス９やキーボード１８から物体色Ｃ８の代わりの
新しい物体色Ｃｏ′のＲ，Ｇ、Ｂ値（ＲＯ’＋ＧＯ’ｙ
ＢＯ’）を色指定手段８に与え、これが第２の物体色記
憶手段１９に格納されることにより開始される。変更色
計算手段１７は、クラスタ平均値テーブル１５３に格納
された各α、ｐに対し、ＣＩ！及びＣ。′を用いて式（
５）によってそれぞれのＲ，Ｇ、Ｂ値を計算し、ＬＵＴ
３に書き込む。

これにより、カラー画像の内、マスク画像の画素に“１
”が立っている部分だけが色コード画像メモリ２とＬＵ
Ｔ３により発生される色に置きかえられ、所望の色に変
更されて自然に表示される。

（発明の効果） 以上に述べた方法及び装置により、カラー画像中に含ま
れる、本来一定色であるが、陰影や照り返しにより濃淡
のある領域の色を、高速に、しかも自然さを損なわず指
定した色に変更して表示することができる。本発明によ
りデザインされた製品などの色を、その周囲の状況を変
化させることなく、自然に、しかも次々と変更しながら
表示することができるので、実際にその色の製品を作る
ことなく配色などのチェックを行なうことができ、工業
的、経済的に大きな効果がある。

【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図はク
ラスタ記憶手段の詳細構成を示すブロック図、第３図は
従来の装置のブロック図、第４図は従来の装置の原理の
説明図、第５図は本発明の詳細な説明図、第６図は１つ
の色領域の色分布を色空間中に示した説明図、第７図は
これを別の座標系で示した説明図、第８図は上記色領域
の色を本発明により変更した場合の色分布を色空間中に
示した図、第９図は、本発明の高速色変更表示のための
構成の説明図、第１０図はカラー画像メモリとマスク画
像メモリの関係を示す説明図、第１１図は対象色領域に
おける色分布の説明図、第１２〜１３図は色分布のクラ
スタリング例の説明図、第１４図はクラスタリングの１
段階の処理フローである。 １・・・カラー画像メモリ、２・・・色コード画像メモ
リ、３・・・ルック・アップ・テーブル、４・・・マス
ク画像メモリ、５・・・ディスプレイコントローラ、６
・・・Ｄ／Ａ変換器、７・・・カラーモニタ、８・・・
色指定手段、９・・・ポインティング・デバイス、１０
・・・第１の物体色記憶手段、１１・・・光源色記憶手
段、１２・・・中間画素値計算手段、１３・・・色分布
メモリ、１４・・・クラスタリング手段、１５・・・ク
ラスタ記憶手段、１６・・・色コード計算手段、１７・
・・変更色計算手段、１８・・・キーボード、１９・・
・第２の第１０ 第２図 第４図 Ｂ 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カラー画像の対象となる色領域中の各画素の三原色
   値を、三次元の色空間において黒色、物体色、光源色の
   三色が張る平面上の色を示すと仮定して二次元の中間座
   標値に変換し、その分布からクラスタリングにより少数
   の代表色を選択し、前記色領域中の各画素について前記
   クラスタリングの基準に従って前記代表色を示す色コー
   ドを与え、色コード画像を作成し、各色コードに対応す
   る変更色を前記光源色及び新たに与えられた第２の物体
   色を用いて前記代表色について求めてルックアップテー
   ブルに登録し、前記カラー画像と、前記色コード画像に
   対しルックアップテーブルを適用した画像を切り換えて
   表示することにより、上記色領域のみに所望の色変更が
   自然になされた画像を高速に表示するカラー画像の高速
   色変更表示方法。 ２、カラー画像を格納するカラー画像記憶手段と、該カ
   ラー画像の対象となる色領域の物体色を記憶する第一の
   物体色記憶手段と、該カラー画像の光源色を記憶する光
   源色記憶手段と、前記カラー画像の対象となる色領域中
   の各画素の三原色値を、三次元の色空間において、黒色
   、物体色、光源色の三色が張る平面上の色を示すと仮定
   して、二次元の色空間の中間座標値に変換する中間画素
   値計算手段と、該中間画素値計算手段から得られる色分
   布をクラスタリングし、少数の代表色を選択するクラス
   タリング手段と、該クラスタリングの過程で得られるク
   ラスタリング基準と前記代表色を格納するクラスタ記憶
   手段と、前記中間画素値計算手段から得られる中間座標
   値と前記クラスタリング基準により求められる各画素の
   前記代表色に対応する色コードを画像として記憶する色
   コード画像記憶手段と、前記色領域の色変更後の物体色
   を記憶する第二の物体色記憶手段と、該第二の物体色と
   前記光源色によって前記代表色から計算された前記色コ
   ードに対応する三原色値を格納し、画像の表示の際、前
   記色コード画像記憶手段から読み出される色コードを三
   原色値に変換するルック・アップ・テーブルと、画像の
   表示の際、前記カラー画像記憶手段から読み出される画
   素の三原色値を前記色領域に属する画素については前記
   ルック・アップ・テーブルから出力される三原色値に置
   き換えるディスプレイコントローラとを含み、カラー画
   像の対象となる色領域の色を高速に変更し表示するカラ
   ー画像の高速色変更表示装置。