JP3768630B2 - ２次元の色度分割を用いる色処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２次元の色分割を用いる色処理方法及び装置に係り、特に２次元の色度分割を用いてカラー表示機器の所望の出力色と実際の出力色との色誤差を最小とするための色処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にカラー表示機器、特にカラーＴＶ受像機は放送標準規格（ＮＴＳＣまたはＰＡＬ）による色信号を受信した後、復調して陰極線管（ＣＲＴ）を通して再現する。しかしながら、受信した色信号は各種の要因により色歪曲を発生させる。その主要因の一つがカラーＴＶ受像機における色信号処理である。すなわち、ＣＲＴのＲ，Ｇ，Ｂ蛍光体特性が所定の法則規格と相違することにより発生する入力色とＣＲＴ出力色との色再現の差が発生し、受像機回路の非線形性による中間色の色ずれも発生する。かつ、カラーＴＶ受像機のような出力装置では原色の不足分を補完したり、人間の色観点の差による視感的な色処理過程が部分的に必要である。
【０００３】
これを解決するために従来の技術の代表装置としては、カラーＴＶ受像機のクロマ復調部で二つの基準位相を調整することにより、受信された色信号を使用者の好みに合うように補正する色補正装置（米国特許第４，６９５，８７５号参照）が広く用いられているが、この装置は他の色の全般的な色歪曲現象を引き起こすという問題がある。
【０００４】
カラー機器の特性化に関する他の従来の技術としては、全体の色空間上における入力色と出力色値との関係をモデリングする方法がある。その代表例としては、回帰分析法を用いるマトリックス方法、ルックアップテーブルと体積補間法とを結合させた方法がある。このうち、後者のものはシステムの入出力関係を得るために多数の色値を測定し、この測定点と体積補間法とを用いて中間値を表現する方法である。この方法は従来の方法に比べ割合に正確な結果が得られる。かつ視感的な色処理のための局部的な色調整が可能なので、プリンティング分野などで広く用いられている。しかしながら、体積補間法が複雑であり、カラーＴＶ受像機のようなディスプレイ機器では実時間処理のためのハードウェアの具現が困難であり、高コストとなるので、商業用のものには不向きであるという短所がある。さらに、回帰分析法を用いるマトリックス方法は多数の測定点に基づいて入出力関係を簡単に行列化する方法であって、ディスプレイ機器分野では広く用いられている。しかしながら、この方法は一つのマトリックスで全体の色空間を取り扱うべきであり、視感的な色調整などの局部的な色調整ができないという短所がある。
【０００５】
前記問題を解決するための最近の方法として、色を肌色、グレー（gray）、Ｒ、Ｇ、Ｂの五つの区間に分け、各区間に回帰分析法を適用してカラー機器の特性化を試みた方法がある。しかしながら、色を代表色の五つのみに分けることにより、分割区域間の境界線があり得る。かつ、カラー機器における色の混合により表わされる各種の色相の特性を適宜に表現しにくいという短所がある。かつ、五つの代表色の混合色の繊細な色相部分における局部的な色調整が困難であるという短所がある。
【０００６】
上述した問題は、米国特許第４，９８９，０８０号に開示された色度面における６つに分割された色相（ｈｕｅ）領域を用いて局部的に色を補正する方法でもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は上述した問題点を解決するために２次元の色度分割を用いてカラー機器の内部の色信号の歪曲要因、すなわちＣＲＴの蛍光体特性とＮＴＳＣ放送標準規格との色再現性の差などを補正しうる色処理方法及びその装置を提供するにある。
【０００８】
本発明の他の目的は２次元の色度分割を用いて視感的な側面における色信号の歪曲要因、すなわち好み色などを補正しうる色処理方法及びその装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による２次元の色度分割を用いる色処理方法は、３次元の色空間上において任意の一点を表示する三つの色信号を用いて複数の小さい平面に分割された２次元の色度平面上において一つの領域を指定する領域指定段階と、前記分割された各領域に対して変換係数を求め、変換係数の特性が類似した領域に対するセルグルーピングを通して前記変換係数の数を縮小させメモリに貯蔵する変換係数獲得段階と、前記分割された各領域に対して該当行列変換係数値を貯蔵しているメモリのアドレスを指定するアドレス指定段階と、前記メモリから前記指定されたアドレスに該当する行列変換係数を読出す変換係数読出し段階と、前記三つの色信号と前記読出した行列変換係数とにより行列演算を行って三つの変換された色信号を得る行列演算段階と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記目的を達成するために本発明による２次元の色度分割を用いる色処理装置は、３次元上のＲ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号（Ｙ）及び色差信号（R-Y, B-Y）を複数個の領域に分割された２次元の色度平面に投影させるためのインデックス値を演算して、当該インデックス値を出力させるインデックス計算部と、前記インデックス値に対応する所定のアドレス値が貯蔵されている第１ルックアップテーブルと、前記分割された各領域に対する前記Ｒ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号 ( Ｙ ) 及び色差信号 (R-Y, B-Y)の入出力関係を定義する行列の変換係数が貯蔵されており, 変換係数の特性が類似した領域に対するセルグルーピングを通して前記貯蔵される変換係数の数が縮小され、前記第１ルックアップテーブルの出力信号により指定された該当アドレスに貯蔵されている所定個数の変換係数を出力する第２ルックアップテーブルと、前記第２ルックアップテーブルから出力される所定の数の変換係数を入力として前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号に対して行列演算を行って変換された色信号を出力する色変換演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記目的を達成するために本発明による２次元の色度分割を用いる色処理装置は、３次元上のＲ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号 ( Ｙ ) 及び色差信号 (R-Y, B-Y) を複数個の領域に分割された２次元の色度平面に投影させるためのインデックス値を演算して、当該インデックス値を出力させるインデックス計算部と、前記分割された各領域に対する前記Ｒ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号 ( Ｙ ) 及び色差信号 (R-Y, B-Y)の入出力関係を定義する行列の変換係数を貯蔵し、変換係数の特性が類似した領域に対するセルグルーピングを通して前記貯蔵される変換係数の数が縮小され、前記第１ルックアップテーブルの出力信号により指定された該当アドレスに貯蔵されている所定個数の変換係数を出力するルックアップテーブルと、前記ルックアップテーブルから出力される所定の数の変換係数を入力として前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号に対して行列演算を行って変換された色信号を出力する色変換演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１３】
図１は本発明による２次元の色度分割を用いる色処理装置が適用されるカラーＴＶ受像機を示すブロック図であり、受信された変調色信号をチューニングした後、中間周波数ＩＦに変換するチューナー＆ＩＦ部１と、チューナー＆ＩＦ部１から出力される中間周波数信号に対して復調及びクロマ処理を行って三つのＲ，Ｇ，Ｂ色信号を生成する復調＆クロマ処理部２と、復調＆クロマ処理部２から出力されるＲ，Ｇ，Ｂ色信号をＣＲＴ４に表示するのに適宜な信号に変換する色処理部３と、ＣＲＴ４とから構成される。
【００１４】
図２は図１に示した本発明による色処理部３の詳細ブロック図であり、先に補正されたガンマ成分と同じガンマ成分をＲ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号に逆補正して先に補正されたガンマ成分を取り除くガンマ逆補正部１１と、先に補正されたガンマ成分が取り除かれて線形化されたＲ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号を２次元の色度領域に投影するためのインデックスを計算するインデックス計算部１２と、インデックス値が貯蔵されている第１ルックアップテーブル１３と、Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号の入出力関係を定義する行列の変換係数が貯蔵されており、第１ルックアップテーブル１３の出力信号により指定された該当アドレスに貯蔵されている所定の数の変換係数を出力する第２ルックアップテーブル１４と、第２ルックアップテーブル１４から出力される所定の数の変換係数を入力してガンマ逆補正部１１から出力されるＲ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号に対して行列演算を行って変換された色信号を出力する色信号演算部１５と、色信号演算部１５から出力される変換された色信号を表示する関連回路のＲＧＢガンマ特性を線形的に補正するＲＧＢガンマ補正部１６とから構成される。
【００１５】
一方、図１と図２の構成に基づいて本発明の作用及び効果を説明すると、次のとおりである。
【００１６】
図１及び図２において、復調＆クロマ処理部２から出力されるＲ，Ｇ，Ｂ色信号または輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）はガンマ逆補正部１１に入力される。
【００１７】
ガンマ逆補正部１１は先に補正されたガンマ成分（ＮＴＳＣの場合は１／２．２）と同じガンマ成分をＲ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号に逆補正して先に補正されたガンマ成分を取り除く。先に補正されたガンマ成分が取り除かれて線形化されたＲ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号はインデックス計算部１２と色変換演算部１５にそれぞれ印加される。
【００１８】
インデックス計算部１２は３次元のＲ，Ｇ，Ｂ色信号を２次元の色度領域に投影させるための演算機能を行い、インデックス計算部１２から出力されるｒ，ｇ信号は多数の小さいセルで構成される２次元の色度領域上における該当セルの位置を指定するインデックス信号である。
【００１９】
第１ルックアップテーブル（ＬＵＴ−１）１３はインデックス値が貯蔵されているテーブルであり、例えば、ｒとｇがそれぞれ５ビットずつ割り当てられたとき、１６×１６（＝１３６セル）の大きさを有する。各セル内には０から１３６までの数字が貯蔵されている。第２ルックアップテーブル（ＬＵＴ−２）１４はＲ，Ｇ，Ｂ色信号の入出力関係を定義する変換行列の係数が貯蔵されているテーブルであり、例えば、３×３構造を有するとき、合計９つの係数を一つの集合とし、集合の数は最大１３６まで用いることができる。しかしながら、実際の集合の数に制約はない。第１ルックアップテーブル１３の出力信号は第２ルックアップテーブル１４の該当アドレスを指定し、第２ルックアップテーブル１４は該当アドレスに貯蔵されている９つ（３×３）の変換係数を色変換演算部１５に出力する。一方、第１ルックアップテーブル１３を用いず、インデックス計算部１２で計算されたインデックス値により直接第２ルックアップテーブル１４の該当アドレスを指定することもできる。
【００２０】
色信号演算部１５は、第２ルックアップテーブル１４から出力される９つの変換係数を入力としてガンマ逆補正部１１から出力されるＲ，Ｇ，Ｂ色信号に対して行列演算を行い、その結果変換された三つのＲ，Ｇ，Ｂ値、すなわちＲｃ，Ｇｃ，ＢｃをＲＧＢガンマ補正部１６に印加する。
【００２１】
ＲＧＢガンマ補正部１６は、カラーＴＶ受像機の場合、ＣＲＴ４を含む変換された色信号の出力に関する回路のＲＧＢガンマ特性を線形的に補償する。
【００２２】
上述したように色処理部３から出力される色変換及びガンマ補正された色信号はＣＲＴ４に入力されて表示される。
【００２３】
図３Ａ、図３ＢはそれぞれＲＧＢ空間とｒ−ｇ平面を示した例である。３次元の色空間の任意の一点（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）は特定色を示しており、この点における色は次の数１のように投影法を用いて２次元の色度平面上における一点（ｒ１，ｇ１）で表示可能である。
【００２４】
【数１】

【００２５】
したがって、３次元の色空間における全ての色は２次元の色度平面で記述可能であり、色相と彩度のような色の分類にも容易に適用が可能である。
【００２６】
図４は２次元の色度平面を１５区間に分割するものであり、Ｓ００，Ｓ０１，．．，Ｓ４０などに分割された小さいセルは色相と彩度の定義面において相異なる。したがって、各セル当たり入出力関係の定義は全体の色空間に対する入出力関係の定義より簡単な数式でさらに正確に表現することができる。この際、ディスプレイ機器の場合、例えば分割された小さい領域別の変換係数を求める過程は次のとおりである。
【００２７】
第１段階では、ＲＧＢ色信号別に３２（または１６）区間の間隔で０から２５５までのアドレスに９×９×９（＝７２９）または１７×１７×１７（＝４９１３）の色を入力させ、ＣＲＴに該当色をＣＩＥｘｙＹのような色座標値として測色して測定値として出力する。
【００２８】
第２段階では、測定されたＣＩＥｘｙＹ値と入力されたＲＧＢ色信号とのＲＧＢガンマ値（ＣＩＥ Ｘ，ＣＩＥ Ｙ，ＣＩＥ Ｚ）を次の数２のように求める。
【００２９】
【数２】

【００３０】
第３段階では、全ての測定されたＣＩＥｘｙｚ値は次の数３によりＲｒＧｒＢｒ色値に換算される。
【００３１】
【数３】

【００３２】
この際、変換行列Ａは、ＮＴＳＣ規格を用いるカラーＴＶ受像機の場合、ＲＧＢ蛍光体の色度と白色点の定義とにより容易に得られる。
【００３３】
第４段階では、２次元の領域で所定の大きさ、例えば３２×３２にセルを分割し、全ての換算されたＲｒＧｒＢｒを前記の数１に応じて２次元の色度平面に投影して各セルに属する測定値を得る。
【００３４】
第５段階では、各セルにおける入力信号（ＲＧＢ）と測定の信号（ＣＩＥｘｙＹ＝ＣＩＥＸＹＺ）との入出力関係は次のように求める。まず、入力信号（ＲＧＢ）に対して第２段階から得られた三つのガンマ値を適用して入力値と測定値との非線形性を取り除いた後、ガンマ補正されたた入力信号（ＲｇＧｇＢｇ）と曽測定値（ＣＩＥＸＹＺ）との関係を次の数４により回帰分析して伝達関数Ｔを求める。
【００３５】
【数４】

【００３６】
前記の数４において、ｍは任意のセルに属する測定値の合計を示す。
【００３７】
第６段階では、入力信号（ＲＧＢ）を前記の数３、数４を用いて次の数５のように色補正された出力信号（ＲｃＧｃＢｃ）に変換する。
【００３８】
【数５】

【００３９】
第７段階では、第６段階から得られた領域別の変換行列Ｍの係数のうち、係数値の特性が類似した領域を集めて一つの領域とするセルグルーピングを全ての領域に対して繰り返して行うことにより、２次元の色度平面上における変換行列の数を最小とする。
【００４０】
前記第１段階乃至第７段階を通して分割された領域別の係数値が得られると、係数値は第２ルックアップテーブル１４に貯蔵され、第２ルックアップテーブル１４に貯蔵された係数の位置を指定する値は第１ルックアップテーブル１３に貯蔵する。第１及び第２ルックアップテーブル１３，１４に貯蔵されるデータの例が図５に示されている。
【００４１】
この際、２次元の色度平面上における分割領域の大きさを小さくするほど、色信号の入出力関係がさらに正確になり、局部的な色調整もさらに精密になるが、９つの行列係数の集合で構成されるルックアップテーブルの大きさは非常に増える。したがって、分割領域の大きさは小さく維持しながら、分割された領域間の類似性質の色表現、すなわち類似した行列係数の値を有する領域を一つに集めると、行列係数の数を少なくすることができ、領域と該当行列係数との不規則なマッピング係数は第１ルックアップテーブル１３の行列係数インデックステーブルに貯蔵する。
【００４２】
本実施例では３次元の色空間を２次元の色度平面に投影し、２次元の色度平面上における各種の場合に色度領域の分割を試みたが、その結果は次のとおりである。
【００４３】
まず、テストの対象としては２９インチのカラーＴＶ受像機のビデオ入力端からＣＲＴまでの回路である。ＲＧＢ空間におけるｒ，ｇ平面領域を均等分割する例は次の表１のとおりである。表１からわかるように、５５区間程度が色差面では適宜な領域分割である。５５区間のうち、セルグルーピングを通して実際に用いられた行列係数は３９個である。
【００４４】
【表１】

【００４５】
図６は２次元の分割平面上における特定の好み色、すなわち、肌色、空色、灰色の分布を示す例であり、精密な色調整により好み色間の区別のためには分割の数を増やせることが望ましい。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように、本発明による２次元の色度分割を用いる色処理方法及び装置によれば、従来のルックアップテーブルと体積補間法を共に用いる方法と同じ色処理精密度を有しており、全体の色空間上における好み色に対してその他の色に影響を与えず、必要とする種類の色のみを局部的に調整することができ、かつ色処理が可能な構造を有する。
【００４７】
かつ、本発明を具現するにおいては、必要とする追加装置が複雑でなく、基本的に画素処理時間は単純行列演算を用いることにより、計算に短時間がかかるので、実時間の画像処理装置でも使用可能である。
【００４８】
さらに、カラーＴＶ受像機などのディジタル信号処理を行う全てのディスプレイ機器及びカメラとプリンターなどの他の入出力装置にも広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による２次元の色度分割を用いる色処理部が適用されるカラ−ＴＶ受像機を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した本発明による色処理部の詳細ブロック図である。
【図３】 Ｒ，Ｇ，Ｂ色空間とｒ，ｇ色平面の例を示す図面である。
【図４】 図３に示したｒ，ｇ色平面における色度領域の分割概念図である。
【図５】 図２に示した第１ルックアップテーフルと第２ルックアップテーブルの構成図である。
【図６】 ２次元の色度領域の分割と好み色の分布を示すグラフである。

Claims (6)

1. ３次元の色空間上において任意の一点を表示する三つの色信号を用いて複数の小さい平面に分割された２次元の色度平面上において一つの領域を指定する領域指定段階と、
   前記分割された各領域に対して変換係数を求め、変換係数の特性が類似した領域に対するセルグルーピングを通して前記変換係数の数を縮小させメモリに貯蔵する変換係数獲得段階と、
   前記分割された各領域に対して該当行列変換係数値を貯蔵しているメモリのアドレスを指定するアドレス指定段階と、
   前記メモリから前記指定されたアドレスに該当する行列変換係数を読出す変換係数読出し段階と、
   前記三つの色信号と前記読出した行列変換係数とにより行列演算を行って三つの変換された色信号を得る行列演算段階と、
   を備えることを特徴とする２次元の色度分割を用いる色処理方法。
2. 前記変換係数獲得段階は、
   Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号別に所定の区間間隔で０から２５５まで所定の数の色を入力させ、該当色を所定の色座標値として測色して測定値として出力する段階と、
   前記測定された色座標値を所定の変換行列を用いてＲｒ，Ｇｒ，Ｂｒ色値に換算する段階と、
   ２次元の色度表面において所定の大きさに領域を分割し、前記換算されたＲｒ，Ｇｒ，Ｂｒを前記２次元の色度平面に投影して各領域に属する測定値を求め、前記分割された各領域で前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号と測定された色座標値との入出力関係を求める段階と、
   前記入出力関係から前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号を色補正されたＲｃ，Ｇｃ，Ｂｃ信号に変換する領域別の変換行列を求める段階と、
   前記領域別の変換行列の係数のうち、係数値の特性が類似した領域を集めて一つの領域とするセルグルーピングを全ての領域に対して繰り返して行って２次元の色度平面上において変換行列の数を最小とする段階とを備えることを特徴とする請求項１に記載の２次元の色度分割を用いる色処理方法。
3. ３次元上のＲ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号（Ｙ）及び色差信号（R-Y, B-Y）を複数個の領域に分割された２次元の色度平面に投影させるためのインデックス値を演算して、当該インデックス値を出力させるインデックス計算部と、
   前記インデックス値に対応する所定のアドレス値が貯蔵されている第１ルックアップテーブルと、
   前記分割された各領域に対する前記Ｒ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号 ( Ｙ ) 及び色差信号 (R-Y, B-Y)の入出力関係を定義する行列の変換係数が貯蔵されており、変換係数の特性が類似した領域に対するセルグルーピングを通して前記貯蔵される変換係数の数が縮小され、前記第１ルックアップテーブルの出力信号により指定された該当アドレスに貯蔵されている所定個数の変換係数を出力する第２ルックアップテーブルと、
   前記第２ルックアップテーブルから出力される所定の数の変換係数を入力として前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号に対して行列演算を行って変換された色信号を出力する色変換演算部と、
   を備えることを特徴とする２次元の色度分割を用いる色処理装置。
4. 前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号のガンマ成分を線形化するようにガンマ成分を逆補正して前記インデックス計算部及び色変換演算部に印加するガンマ逆補正部と、
   前記色変換演算部から出力される変換された色信号を表示する関連回路のＲＧＢガンマ特性を線形的に補償するＲＧＢガンマ補正部をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の２次元の色度分割を用いる色処理装置。
5. ３次元上のＲ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号 ( Ｙ ) 及び色差信号 (R-Y, B-Y) を複数個の領域に分割された２次元の色度平面に投影させるためのインデックス値を 演算して、当該インデックス値を出力させるインデックス計算部と、
   前記分割された各領域に対する前記Ｒ、Ｇ、Ｂ色信号または輝度信号 ( Ｙ ) 及び色差信号 (R-Y, B-Y)の入出力関係を定義する行列の変換係数を貯蔵し、変換係数の特性が類似した領域に対するセルグルーピングを通して前記貯蔵される変換係数の数が縮小され、前記第１ルックアップテーブルの出力信号により指定された該当アドレスに貯蔵されている所定個数の変換係数を出力するルックアップテーブルと、
   前記ルックアップテーブルから出力される所定の数の変換係数を入力として前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号に対して行列演算を行って変換された色信号を出力する色変換演算部と、
   を備えることを特徴とする２次元の色度分割を用いる色処理装置。
6. 前記装置は、入力された前記Ｒ，Ｇ，Ｂ色信号またはＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号のガンマ成分を線形化するようにガンマを逆補正して前記インデックス計算部に印加するガンマ逆補正部と、
   前記色信号演算部から出力される変換された色信号を表示する関連回路のＲ，Ｇ，Ｂガンマ特性を線形的に補償するＲＧＢガンマ補正部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の２次元の色度分割を用いる色処理装置。

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