JP2004215222A

JP2004215222A - 色変換処理装置

Info

Publication number: JP2004215222A
Application number: JP2003279687A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Saito; 茂齋藤; Noriaki Seki; 範顕関
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】ＤＬＵＴによって色変換を行っていた処理を1次元ＬＵＴと線形マトリクスの組み合わせによって近似し、処理コスト低減と高速化を実現すること。
【解決手段】本発明は、複数の入力色信号に基づき複数の出力色信号を生成する色変換処理装置において、1つの入力色信号に対して出力色信号の個数と同じ数の1次元ルックアップテーブルを用いて色変換を行う第１ＬＵＴ処理部１と、第１ＬＵＴ処理部１で変換されたデータを線形マトリクスによって演算を行うマトリクス処理部２と、マトリクス処理部２で変換されたデータを1次元ルックアップテーブルを用いて色変換を行う第２ＬＵＴ処理部３と、第１ＬＵＴ処理部１、マトリクス処理部２、第２ＬＵＴ処理部３のパラメータを演算するパラメータ演算部４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力色信号から出力色信号を生成する色変換処理装置に関し、特に、入力色値と出力色値を対応付けた多次元ルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」と言う。）を用いた演算を１次元ＬＵＴやマトリクスなどの簡単な演算処理に置き換える色変換処理装置に関するものである。

デジタルカラー画像処理システムでは、色空間特性が異なる種々の画像入出力装置が接続され、これらデバイスに応じた変換特性で、入力色空間の画像データを出力色空間の画像データに変換する必要がある。また、デジタルカラー画像はデータ量が多く、低コストで高速な色変換が要求される。

従来の多次元ダイレクトルックアップテーブル（以下、「ＤＬＵＴ」と言う。）を用いる色変換処理装置では、離散的な複数の入力色値（以下格子点と記す）に対応する色変換処理後の出力色値をテーブルに保持しておき、変換したい入力色値を含む領域の頂点である複数格子点の出力色値を用いて補間することで、入力色空間と出力色空間との関係が非線形であっても精度の高い色変換処理を行うようにしている。

一般に入力色空間がＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）のように３次元の場合には前記領域として立方体(８格子点)、四面体(４格子点)、あるいは、三角柱(６格子点)などが用いられている。また、複数格子点の補間方式としては線形補間を複数回行う方法が一般的である。このうち領域選択方式にはそれぞれ精度、算出速度等に特徴があるため、用途に応じて領域選択方式を切り換えたいという要求がある。

また、一般に色変換される対象として、種々の入出力デバイス色空間が考えられるが、種々の色空間に対しても柔軟に対応可能な色空間装置の実現が要求されている。

上記のさまざまな要求に対して、特許文献１に記載の装置では、速度重視の場合には補間回数が少ない三角柱を、色変換精度重視の場合には補間に用いる格子点が多い立方体を領域として選択し、線形補間を実行するように構成し、三角柱あるいは立方体の２つの領域選択が可能な構成を提供している。

また、特許文献２に記載の画像処理装置では、入力される画像の種類に応じてＬＵＴを用いた色補正処理における補間演算方法を切り換えることによって、各領域により適した色補正処理を行っている。

特開平８−３０７６８４号公報特開２００１−３５２４５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、三角柱と立方体のどちらの領域選択方式にした場合でもＤＬＵＴの処理が必要になり、演算量が多いという問題がある。また、補間方式が線形補間に固定されているため、例えば領域を入力色空間の各軸方向に複数連続して取り、この複数の領域を用いる多次方程式による非線形補間方式を使うということができず、領域境界部分のなめらかな階調表現ができないという問題がある。

また、特許文献２に記載の装置では、入力画像の種類を判別する処理に時間がかかり、補間演算を行う場合はさらに処理時間が長くなるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来ＤＬＵＴによって色変換を行っていた処理を1次元ＬＵＴと線形マトリクスの組み合わせによって近似し、処理コスト低減と高速化を実現する色変換処理装置を提供することを目的とする。

本発明は上述のような目的を達成するために成された色変換処理装置であり、入力色信号から出力色信号を生成する色変換処理装置において、１つの入力色信号に対して出力色信号の個数と同じ数の１次元ルックアップテーブルを用いて色変換を行う第１ＬＵＴ処理部と、前記第１ＬＵＴ処理部で変換されたデータを線形マトリクスによって演算を行うマトリクス処理部と、前記マトリクス処理部で変換されたデータを１次元ルックアップテーブルを用いて色変換を行う第２ＬＵＴ処理部を有することを特徴とする。

このような本発明では、ＤＬＵＴの処理を１次元ＬＵＴと線形マトリクスとで近似することによって、色変換処理を簡略化することができ、ＤＬＵＴの補間演算など、複雑な処理を省いた色変換処理を実現することができる。

本発明によれば、ＤＬＵＴの処理をＬＵＴと線形マトリクスで近似することによって、色変換処理を簡略化することができ、ＤＬＵＴの補間演算など、複雑な処理を省いた色変換処理を実現することができる。また、３×６マトリクスによる色変換処理をＬＵＴと１×３マトリクスの演算に置き換えることによって画質を劣化させることなく、単純な構成で色変換処理を行うことが可能になる。

さらに、ＤＬＵＴを多項式に置き換える際、画質劣化の影響が少ない多項式の項を省く方法やユーザの許容範囲内の画質になるように多項式の最高次数を下げる方法などにより、処理コストを低減させることができる。

また、ＤＬＵＴで行っていた単位領域への分割処理が不要となるため、境界部分の滑らかな階調表現も可能となる。このように、複雑な色変換処理をＬＵＴとマトリクスに置き換えることにより、処理コストを低減させ、高速化することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本発明に係る色変換処理装置を示すブロック図である。色変換処理装置は第１ＬＵＴ処理部１、マトリクス処理部２、第２ＬＵＴ処理部３、パラメータ演算部４を備える。

第１ＬＵＴ処理部１では、複数の入力色信号を受け取り、１つの入力信号に対して複数のＬＵＴを用いて色変換処理を行い、マトリクス処理部２に出力する。入力信号としては、例えばＲＧＢやＬ^*ａ^*ｂ^*などがある。また、１つの入力信号に対し、出力信号と同じ数のＬＵＴを備える。例えば、出力信号がＣＭＹの場合は１つの入力信号に対し３つのＬＵＴを備え、出力信号がＣＭＹＫの場合は１つの入力信号に対し４つのＬＵＴを備える。

マトリクス処理部２では、前記第１ＬＵＴ処理部１から受け取った信号を１×３マトリクスによって演算を行い、前記第２ＬＵＴ処理部３に出力する。

第２ＬＵＴ処理部３では、前記マトリクス処理部２から信号を受け取り、１つの信号に対して１つのＬＵＴを用いて色変換処理を行い、信号を出力する。出力信号としては、例えばＣＭＹやＣＭＹＫなどがある。

パラメータ演算部４では、ＤＬＵＴやマトリクスを用いて色変換を行う処理をＬＵＴとマトリクスによる演算に置き換えあるいは近似を行い、第１ＬＵＴ処理部１、マトリクス処理部２、第２ＬＵＴ処理のＬＵＴやマトリクスのパラメータを決定する。

また、このパラメータ演算部４は、図６に示すように、第１ＬＵＴ処理パラメータ演算部４１、マトリクス処理パラメータ演算部４２、第２ＬＵＴ処理パラメータ演算部４３、パラメータ演算制御部４４、ＤＬＵＴ多項式変換部４５を備える構成となっている。

ＤＬＵＴ多項式変換部４５では、ＤＬＵＴの処理を同じ色変換処理結果が得られる多項式に変換する。第１ＬＵＴ処理パラメータ演算部４１では、前記第１ＬＵＴ処理部１のパラメータを演算し、値をセットする。

マトリクス処理パラメータ演算部４２では、前記マトリクス処理部２のパラメータを演算し、値をセットする。第２ＬＵＴ処理パラメータ演算部４３では、前記第２ＬＵＴ処理部３のパラメータを演算し、値をセットする。

パラメータ演算制御部４４では、前記第１ＬＵＴ処理パラメータ演算部４１と、前記マトリクス処理パラメータ演算部４２と、前記第２ＬＵＴ処理パラメータ演算部４３のパラメータ算出を制御する。

次に、式（１）で示すような３×６マトリクスを用いてRGB,R²,G²,B²の入力信号をCMYの信号に変換する色変換処理を、本発明の色変換処理装置に置き換える方法について説明する。

式（１）は、ＲＧＢ色空間からＣＭＹ色空間に３×６マトリクスを用いて変換する演算を表している。ここで、Ｃの値は式（２）で表される。

第１ＬＵＴ処理部１のＬＵＴを2次多項式で表すと、ＲＧＢをＬＵＴに通した結果はそれぞれaR²+bR+c、dG²+eG+f、gB²+hB+iとなる。

次に、マトリクス処理部２で１×３マトリクスを掛けるとＣの値は式（３）で示すようになる。

ここで、１×３マトリクスの係数を１とし、２次多項式の定数項を０（j=k=l=1,c=f=i=0）とする。

次に、第２ＬＵＴ処理部３ではマトリクス処理部２から送られた値をそのまま出力し、Ｃの値は式（４）のようになる。

同様に、出力色信号M,Yの値はそれぞれ式（５）、式（６）のように表せる。

式（２）と式（４）より、式（１）のマトリクス係数m_1,1〜m_1,6は一意に求まり、式（７）のようになる。

同様に、出力色信号M,Yの場合も式（１）のマトリクス係数m_2,1〜m_2,6、m_3,1〜m_3,6は一意に求まり、それぞれ式（８）、式（９）に示した結果が得られる。

このように、パラメータ演算部４では３×６マトリクスによる色変換をＬＵＴとマトリクス処理によって完全な置き換えを行う。

３×６マトリクスをＬＵＴとマトリクスに置き換える処理をフローチャートで表すと図３のようになる。すなわち、ステップＳ１１では、第１ＬＵＴ処理部のＬＵＴを２次多項式で表し、ステップＳ１２では、マトリクス処理部の１×３マトリクスを（１，１，１）にする。

ステップＳ１３では、マトリクス処理部から送れてきた値を第２ＬＵＴ処理部によってそのまま出力、ステップＳ１４では、第２ＬＵＴ処理部からの出力信号の式と、３×６マトリクスの係数とから各パラメータを求め、ステップＳ１５では、第１ＬＵＴ処理部、マトリクス処理部、第２ＬＵＴ処理部の順に処理を行う。

また、ここでは１×３マトリクスの係数を１、２次多項式の定数項を０（j=k=l=1,c=f=i=0）としたが、任意の値を代入することによって基本構成を変えずにより正確な色変換を行うことができる。

次に、式（１０）で示すような３×９マトリクスを用いてＲＧＢ,R²,G²,B²,R*G,G*B,B*Rの入力信号をＣＭＹの信号に変換する色変換処理を、本発明の色変換処理装置で近似する方法について説明する。

式（１０）は、ＲＧＢ色空間からＣＭＹ色空間に３×９マトリクスを用いて変換する演算を表している。

まず第１ＬＵＴ処理部１で、入力された色信号ＲＧＢをそれぞれ定数倍する。出力色信号はＣＭＹの３つであるため、１つの入力信号に対して３つのＬＵＴを用いる。よって、入力色信号がRの場合の出力値はaR,a'R,a"Rの３つとなる。

次に、マトリクス処理部２では１×３のマトリクスによって前記第１ＬＵＴ処理部１から送られた値を掛け合わせる。マトリクス1の出力値はaR+bG+cB、マトリクス２の出力値はa'R+b'G+c'B、マトリクス３の出力値はa"R+b"G+c"Bとなる。

次に、第２ＬＵＴ処理部３では２次多項式で表すことができる１次元ＬＵＴ処理を行う。ＬＵＴ４の出力値はＣの値となり、式（１１）のように表すことができる。

式（１０）で示した９個の入力値と同じ項がすべて揃っているため、３×９マトリクスによる色変換処理を１次元ＬＵＴと１×３マトリクスの組み合わせで近似することができる。近似方法の例としては、最小２乗法などがある。

同様にM,Yの場合も、それぞれ式（１２）、式（１３）に示すように式（１０）で示した９個の入力値と同じ項がすべて揃っているため、１次元ＬＵＴと１×３マトリクスの組み合わせで近似することができる。

このように、３×９マトリクスによる色変換処理を１次元ＬＵＴと線形マトリクスという簡単な構成によって近似することが可能になる。

３×９マトリクスをＬＵＴとマトリクスの組み合わせによって近似する処理をフローチャートで表すと図４のようになる。すなわち、ステップＳ２１では、第１ＬＵＴ処理部のＬＵＴを定数倍で表し、ステップＳ２２では、マトリクス処理部の１×３マトリクスを（１，１，１）にする。

ステップＳ２３では、第２ＬＵＴ処理部のＬＵＴを２次多項式で表し、ステップＳ２４では、第２ＬＵＴ処理部からの出力信号の式と、３×９マトリクスの係数とから各パラメータを近似し、ステップＳ２５では、第１ＬＵＴ処理部、マトリクス処理部、第２ＬＵＴ処理部の順に処理を行う。

次に、３次元ＤＬＵＴを１次元ＬＵＴと線形マトリクスで近似する例を示す。まず、簡単な例として３格子点の２次元ＤＬＵＴをＬＵＴとマトリクス演算の組み合わせに置き換える方法を示す。

最初に、ＤＬＵＴの格子点の値から多項式への置き換えを行う。図２（ａ）に示した３格子点の２次元ＤＬＵＴの例では、入力信号をx,y、出力信号をzとすると数（１４）で示すような多項式で表すことができる。

同様に、１７格子点ＤＬＵＴの場合は、１６次多項式で表すことが可能である。次に、図２（ｂ）に示した３格子点の３次元ＤＬＵＴでは、Ｃの値は式（１５）のような多項式で表すことができる。

ＲＧＢそれぞれの最高次数が２次の多項式となる。また、M,Yの場合もＲＧＢそれぞれの最高次数が２次の多項式となる。また、Ｎ（Ｎは自然数）格子点の３次元ＤＬＵＴの場合、Ｃの値は式（１６）に示すようにＲＧＢそれぞれ最高次数がＮ−１次の多項式で表すことができる。

同様に、M,Yの値も最高次数がＮ−１次の多項式で表すことができる。

次に、画質劣化の影響が少ない多項式の項を省く方法について説明する。先ず、Ｎ格子点３次元ＤＬＵＴの係数を式（１６）によってＮ−１次多項式に置き換え、多項式の係数a_i,j,kが０に近い項を省く方法が挙げられる。

すなわち、係数a_i,j,kがあらかじめ決めておいた閾値以下の項はすべて省き、画質に影響が出やすい係数a_i,j,kの値が大きい（閾値を越える）項だけを残す。この場合、閾値を決めるのではなく、係数a_i,j,kの小さい項から所定の数だけ多項式の項を省く方法でもよい。

また、ＤＬＵＴ係数から変曲点の数を調べておき、それによって多項式の最高次数を制限する方法が挙げられる。例えば、１７格子点ＤＬＵＴを多項式に置き換える場合、変曲点の数がｋ個であれば最高次数がｋ＋１次の多項式に置き換えることによって、無駄な項を省くことができる。

変曲点の数がｋ個の場合でも、置き換える多項式の最高次数をｋ＋１次に制限するだけでなく、ｋ次以下の次数まで下げて省く項を増やしてもよい。この場合、画質劣化が許容範囲内になるように次数を下げていくことができる。

他には、置き換える多項式をユーザが指示した次数以下に制限する方法が挙げられる。ユーザが画質を重視する場合は多項式の次数を上げ、処理時間を重視する場合は多項式の次数を下げればよい。

さらに、異なる次数の多項式に置き換える処理を複数用意しておき、ユーザが同一文書内の複数の画像に対して画質を設定できるようにする方法も挙げられる。この場合、ユーザは高画質モードから低画質モードまで複数のモードを選択できるようにしておき、高画質モードが選択された場合には次数の大きい多項式を用いて画質を向上させ、低画質モードが選択された場合には次数の小さい多項式を用いて処理時間の短縮化を図るようにする。

このように、係数が０に近い項を省く方法や、多項式の最高次数を制限する方法により、画質劣化の影響が少ない項を省き処理を簡略化することができる。

次に、式（１４）に示した３格子点２次元ＤＬＵＴの処理を表した多項式をＬＵＴとマトリクスに置き換える方法について説明する。まず、第１ＬＵＴ処理部１では２次多項式で表すことができる１次元ＬＵＴ処理を行う。出力色信号はＣＭＹの３つであるため、１つの入力信号に対して３つのＬＵＴを用いる。

入力色信号がＲＧＢの場合、ＬＵＴ１１の出力はaR²+bR+c、ＬＵＴ２１の出力はdG²+eG+f、ＬＵＴ３１の出力はgB²+hB+iとなる。同様にＬＵＴ１２の出力はa'R²+b'R+c'、ＬＵＴ１３の出力はa"R²+b"R+c"、ＬＵＴ２２の出力はd'G²+e'G+f'、ＬＵＴ２３の出力はd"G²+e"G+f"、ＬＵＴ３２の出力はg'B²+h'B+i'、ＬＵＴ３３の出力はg"B²+h"B+i"となる。

次に、マトリクス処理部２で１×３マトリクス演算を行う。１×３マトリクスのパラメータをすべて１とするとマトリクス１の出力信号は、aR²+bR+dG²+eG+gB²+hB+j(j=c+f+i)となる。

次に、第２ＬＵＴ処理部３において３次多項式で表すことができる１次元ＬＵＴ処理を行う。ＬＵＴ４の出力は、式（１７）のようになる。

式（１５）に示した多項式のすべての項が式（１７）に現れるため、各項の係数を近似することができる。M,Yの場合も同様に、各項の係数を近似することができる。

パラメータ演算部４ではこのような方法で、第１ＬＵＴ処理部１、マトリクス処理部２、第２ＬＵＴ処理部３のＬＵＴとマトリクスのパラメータを決める。

図５は、３格子点２次元ＤＬＵＴをＬＵＴとマトリクスの組み合わせで近似する処理を説明するフローチャートである。先ず、ステップＳ３１では、３格子点２次元ＤＬＵＴを多項式に置き換える。次いで、ステップＳ３２では、第１ＬＵＴ処理部のＬＵＴを２次多項式で表す。続いて、ステップＳ３３では、マトリクス処理部の１×３マトリクスを（１，１，１）にして、ステップＳ３４では、第２ＬＵＴ処理部のＬＵＴを３次元多項式で表す。

その後、ステップＳ３５では、第２ＬＵＴ処理部からの出力信号の式と３格子点２次元ＤＬＵＴを置き換えた多項式からパラメータを近似し、ステップＳ３６では、第１ＬＵＴ処理部、マトリクス処理部、第２ＬＵＴ処理部の順に処理を行う。

ここでは、３格子点２次元ＤＬＵＴをＬＵＴとマトリクスで近似する方法について説明したが、１７格子点３次元ＤＬＵＴなど、より複雑なＤＬＵＴについても同様な方法で近似することが可能である。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記の実施形態は、クレームにかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

例えば、入力色信号はＲＧＢやＬ^*ａ^*ｂ^*などの３つの信号に限らず、任意のn個の信号でもよい。入力信号がn個の場合は第１ＬＵＴ処理部１のＬＵＴの数はn*出力信号数となる。

また、３×６マトリクスによる色変換処理をＬＵＴとマトリクス処理に置き換える場合、３×６マトリクスの入力信号は３つの入力値とそれぞれの２乗値の組み合わせに限らず、３つの入力値とそれぞれのn乗値の組み合わせでもよい。

本発明に係る色変換処理装置を備えた色変換処理システムを示すブロック図である。３格子点２次元ＤＬＵＴと３格子点３次元ＤＬＵＴの概略を示す図である。３×６マトリクスをＬＵＴとマトリクスの組み合わせに置き換える処理のフローチャートである。３×９マトリクスをＬＵＴとマトリクスの組み合わせで近似する処理のフローチャートである。３格子点２次元ＤＬＵＴをＬＵＴとマトリクスの組み合わせで近似する処理のフローチャートである。パラメータ演算部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…第1ＬＵＴ処理部、２…マトリクス処理部、３…第２ＬＵＴ処理部、４…パラメータ演算部、４１…第1ＬＵＴ処理パラメータ演算部、４２…マトリクス処理パラメータ演算部、４３…第２ＬＵＴ処理パラメータ演算部、４４…パラメータ演算制御部、４５…ＤＬＵＴ多項式変換部

Claims

複数の入力色信号に基づき複数の出力色信号を生成する色変換処理装置において、
１つの入力色信号に対して出力色信号の個数と同じ数の１次元ルックアップテーブルを用いて色変換を行う第１ＬＵＴ処理部と、
前記第１ＬＵＴ処理部で変換されたデータを線形マトリクスによって演算を行うマトリクス処理部と、
前記マトリクス処理部で変換されたデータを１次元ルックアップテーブルを用いて色変換を行う第２ＬＵＴ処理部と、
前記第１ＬＵＴ処理部、前記マトリクス処理部、前記第２ＬＵＴ処理部のパラメータを演算するパラメータ演算部と
を備えていることを特徴とする色変換処理装置。
前記入力色信号が、複数の色信号とそれぞれの色信号をｎ乗した値とから成る場合のマトリクス演算によるｍ個の出力色信号への色変換処理を、前記第１ＬＵＴ処理部でｎ次多項式で表すことが可能な１次元ルックアップテーブルで色変換を行い、前記マトリクス処理部で１×ｍマトリクスによる演算を行った後、前記第２ＬＵＴ処理部で定数倍することにより、処理を置き換えること
を特徴とする請求項１記載の色変換処理装置。
前記第１ＬＵＴ処理部で、１つの入力色信号に対し出力信号数ｍ個の１次元ルックアップテーブルを用いて色変換を行い、
前記マトリクス処理部で１×ｍマトリクスを用いた演算を行った後、第２ＬＵＴ処理部で１次元ルックアップテーブルによる変換を行うことにより、３次元ルックアップテーブルによる色変換処理を近似する
ことを特徴とする請求項１記載の色変換処理装置。
前記入力色信号が、複数の色信号とそれぞれの信号をｎ乗した値およびそれぞれの信号を掛け合わせた値から成る場合のマトリクス演算によるｍ個の出力色信号への色変換処理を、前記第１ＬＵＴ処理部でｎ次多項式で表せる１次元ルックアップテーブルで色変換を行い、前記マトリクス処理部で１×ｍマトリクスによる演算を行った後、前記第２ＬＵＴ処理部で１次元ルックアップテーブルを用いて変換することにより、演算結果を近似する
ことを特徴とする請求項１記載の色変換処理装置。
Ｎ格子点（Ｎは自然数）の３次元ルックアップテーブルを前記第１ＬＵＴ処理部によってＮ−１次多項式に置き換えるにあたり、係数が０に近い項を省く
ことを特徴とする請求項１記載の色変換処理装置。
３次元ルックアップテーブルを前記第１ＬＵＴ処理部によって多項式へ置き換えて処理するにあたり、前記３次元ルックアップテーブルの変曲点の数に応じて置き換える多項式の最高次数を決める
ことを特徴とする請求項１記載の色変換処理装置。
３次元ルックアップテーブルを前記第１ＬＵＴ処理部によって多項式へ置き換えて処理するにあたり、任意に選択された多項式の項を省く
ことを特徴とする請求項１記載の色変換処理装置。