JP5097927B2 - Color conversion matrix calculation method - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、カラー撮像装置から出力されるデジタル信号に対する色補正の際に使用される、色変換マトリクスの算出方法に関するものである。 The present invention relates to a method for calculating a color conversion matrix used, for example, when performing color correction on a digital signal output from a color imaging device.
一般に、撮像装置などの画像入力系の色空間と、画像表示装置やプリンタなどの画像出力系の色空間との間には、ズレがある。また、画像入力装置で得られるRGB信号は、撮影レンズ等の光学系、カラーフィルタおよび撮像素子等の受光センサの撮像特性に依存するので、実際の色と入力信号の色にはズレが生じる。したがって、撮像装置で撮影した画像をモニタ等に表示させた場合には、再現画像の色合いは元の被写体の色合いと異なる。また、このような色合いの違いは、出力装置の種類に応じて異なる。 In general, there is a gap between the color space of an image input system such as an imaging device and the color space of an image output system such as an image display device or a printer. In addition, the RGB signal obtained by the image input device depends on the imaging characteristics of an optical system such as a photographic lens, and a light receiving sensor such as a color filter and an imaging element, so that a difference occurs between the actual color and the color of the input signal. Therefore, when an image captured by the imaging apparatus is displayed on a monitor or the like, the color of the reproduced image is different from the color of the original subject. Further, such a difference in hue varies depending on the type of output device.
そこで、たとえば、色変換マトリクスを用いた色補正処理により、再現色を本来の色に近似させる技術が存在する(特許文献1)。 Therefore, for example, there is a technique for approximating a reproduced color to an original color by color correction processing using a color conversion matrix (Patent Document 1).
特許文献1に係る技術では、L*a*b*空間において、L*、a*およびb*の各々の成分の実際の色信号と撮像画像の色信号との差の2乗和が小さくなるように、最小自乗法の反復解法を用いて、色変換マトリクス(リニアマトリクス)を最適化していた。また、当該色変換マトリクス導出の際の初期値として、単位行列を用いていた。 In the technique according to Patent Document 1, in the L * a * b * space, the square sum of the difference between the actual color signal of each component of L * , a *, and b * and the color signal of the captured image is reduced. As described above, the color conversion matrix (linear matrix) is optimized using the iterative solution method of the least square method. In addition, a unit matrix is used as an initial value when the color conversion matrix is derived.
しかしながら、特許文献1に係る色変換マトリクスの導出(最適化)方法の場合には、色変換マトリクスの導出に要する計算量が多く、当該色変換マトリクスの導出時間に長時間必要であるという問題があった。 However, in the case of the derivation (optimization) method of the color conversion matrix according to Patent Document 1, there is a problem that a large amount of calculation is required for derivation of the color conversion matrix, and it takes a long time to derive the color conversion matrix. there were.
また、当該特許文献1に係る技術では、色相および彩度の再現性の精度が低下するという問題もあった。 Further, the technique according to Patent Document 1 has a problem that the reproducibility accuracy of the hue and saturation is lowered.
そこで、本発明は、色変換マトリクスの導出(最適化)までの短時間化が可能な、色変換マトリクスの算出方法を提供することを目的とする。また、色相および彩度の再現性の精度を向上させることができる、色変換マトリクスの算出方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a color conversion matrix calculation method that can shorten the time required until the color conversion matrix is derived (optimized). It is another object of the present invention to provide a color conversion matrix calculation method capable of improving the reproducibility of hue and saturation.
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の色変換マトリクスの算出方法は、色信号に対する色補正の際に使用される色変換マトリクスを算出する色変換マトリクス算出方法であって、(A)彩度および色相が段階的に変化した複数のカラーパッチを用意するステップと、(B)前記カラーパッチを測色することにより、第一の色値を得るステップと、(C)前記カラーパッチを撮像することにより得られる入力色信号を、行列要素が未知数である前記色変換マトリクスを用いて変換することにより、第二の色値を得るステップと、(D)前記第一の色値と前記第二の色値とを用いた最小自乗法により、前記未知数を求めることにより、前記色変換マトリクスを算出するステップとを、備えており、前記ステップ(D)は、(D−1)明度成分を用いず、色差成分のみを用いた前記最小自乗法により、第一の前記色変換マトリクスを算出するステップを、備えている。 In order to achieve the above object, a color conversion matrix calculation method according to claim 1 of the present invention is a color conversion matrix calculation method for calculating a color conversion matrix used for color correction for a color signal. (A) preparing a plurality of color patches whose chroma and hue change stepwise; (B) obtaining a first color value by measuring the color patch; C) obtaining an input color signal obtained by imaging the color patch by using the color conversion matrix having an unknown matrix element to obtain a second color value; and (D) the first Calculating the color conversion matrix by obtaining the unknown by a least square method using one color value and the second color value, and the step (D) includes: D-1) without using a brightness component, by the using only the chrominance components of least squares method, calculating a first of the color conversion matrix, a.
また、本発明に係る請求項2に記載の色変換マトリクスの算出方法は、請求項1に記載の色変換マトリクス算出方法であって、前記ステップ(B)は、複数の前記カラーパッチに対して各々、前記第一の色値を得るステップであり、前記ステップ(C)は、前記複数のカラーパッチに対して各々、前記第二の色値を得るステップであり、前記ステップ(D−1)は、ΣωiΔEiが最小となるように、前記最小自乗法により、前記第一の色変換マトリクスを算出するステップである。ここで、Σは、前記複数のカラーパッチの数分の和であり、iは、前記カラーパッチの識別子であり、ωiは、重み付け定数であり、前記重み付け定数ωiの前記複数のカラーパッチ分の総和は、1であり、ΔEiは、{(前記第一の色値の第一の色差成分)−(前記第二の色値の前記第一の色差成分)}2+{(前記第一の色値の第二の色差成分)−(前記第二の色値の前記第二の色差成分)}2、である。 A color conversion matrix calculation method according to a second aspect of the present invention is the color conversion matrix calculation method according to the first aspect, wherein the step (B) is performed for a plurality of the color patches. Each is a step of obtaining the first color value, and the step (C) is a step of obtaining the second color value for each of the plurality of color patches, and the step (D-1). Is a step of calculating the first color conversion matrix by the least square method so that ΣωiΔEi is minimized. Here, Σ is a sum of the number of the plurality of color patches, i is an identifier of the color patch, ωi is a weighting constant, and the weighting constant ωi is equal to the number of the color patches. The sum is 1, and ΔEi is {(the first color difference component of the first color value) − (the first color difference component of the second color value)} 2 + {(the first color difference component) Second color difference component of color value) − (second color difference component of the second color value)} 2 .
また、本発明に係る請求項3に記載の色変換マトリクスの算出方法は、請求項1に記載の色変換マトリクス算出方法であって、前記ステップ(D)は、(D−2)複数の前記カラーパッチにおいて、前記第一の色値の明度成分の平均値である第一の明度平均値を得るステップと、(D−3)前記カラーパッチを撮像することにより得られる入力色信号を、前記第一の色変換マトリクスを用いて変換することにより、第三の色値を得るステップと、(D−4)前記複数のカラーパッチにおいて、前記第三の色値の明度成分の平均値である第二の明度平均値を得るステップと、(D−5)前記第一の明度平均値を前記第二の明度平均値で除算することにより得られた値を、前記第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素に乗算することにより、第二の前記色変換マトリクスを算出するステップを、さらに備えている。 The color conversion matrix calculation method according to claim 3 according to the present invention is the color conversion matrix calculation method according to claim 1, wherein the step (D) includes (D-2) a plurality of the above-described steps. In the color patch, obtaining a first lightness average value that is an average value of lightness components of the first color value; and (D-3) an input color signal obtained by imaging the color patch, A step of obtaining a third color value by performing conversion using the first color conversion matrix; and (D-4) an average value of brightness components of the third color value in the plurality of color patches. A step of obtaining a second lightness average value; and (D-5) dividing the first lightness average value by the second lightness average value to obtain a value obtained by dividing the first color conversion matrix. By multiplying each constituent matrix element Calculating a second of the color conversion matrix, a further.
また、本発明に係る請求項4に記載の色変換マトリクスの算出方法は、請求項1に記載の色変換マトリクス算出方法であって、前記ステップ(D−1)は、(D−1−1)任意の3色のカラーパッチを選択するステップと、(D−1−2)前記3色のカラーパッチにおける、前記第一の色値を得るステップと、(D−1−3)前記3色のカラーパッチを撮像することにより得られる入力色信号から、前記第二の色値を得るステップと、(D−1−4)前記ステップ(D−1−2)で得られた前記第一の色値と、前記ステップ(D−1−3)で得られた前記第二の色値とが等しくなるように、前記未知数を求めるステップと、(D−1−5)前記ステップ(D−1−4)で求めた前記未知数を、最初の初期値として、前記最小自乗法により、前記第一の色変換マトリクスを算出するステップとを、備えている。 A color conversion matrix calculation method according to a fourth aspect of the present invention is the color conversion matrix calculation method according to the first aspect, wherein the step (D-1) includes (D-1-1). ) Selecting any three color patches; (D-1-2) obtaining the first color values in the three color patches; and (D-1-3) the three colors. A step of obtaining the second color value from an input color signal obtained by imaging the color patch, and (D-1-4) the first obtained in the step (D-1-2). Obtaining the unknown so that the color value is equal to the second color value obtained in step (D-1-3); and (D-1-5) step (D-1). -4) is used as the first initial value by the least square method, And calculating a first color conversion matrix, a.
また、本発明に係る請求項5に記載の色変換マトリクスの算出方法は、請求項4に記載の色変換マトリクス算出方法であって、前記3色のカラーパッチは、レッド、ブルーおよびグリーンである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a color conversion matrix calculation method according to the fourth aspect, wherein the three color patches are red, blue and green. .
また、本発明に係る請求項6に記載の色変換マトリクスの算出方法は、請求項4に記載の色変換マトリクス算出方法であって、前記3色のカラーパッチは、シアンおよびマゼンタ、イエローである。 A color conversion matrix calculation method according to a sixth aspect of the present invention is the color conversion matrix calculation method according to the fourth aspect, wherein the three color patches are cyan, magenta, and yellow. .
本発明の請求項1に記載の色変換マトリクスの算出方法は、明度成分を用いず、色差成分のみを用いた最小自乗法により、第一の色変換マトリクスを算出している。 In the color conversion matrix calculation method according to the first aspect of the present invention, the first color conversion matrix is calculated by the least square method using only the color difference component without using the brightness component.
したがって、最小自乗法を用いた処理の際に明度成分が加味されない分、第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素の解の収束までの時間が短縮される。また、明度成分を加味していない分、第一のマトリクス算出の際に、色差成分の重み付けを大きくすることができる。よって、色相・彩度成分の最適化の精度が高い色変換マトリクスを求めることができる。 Therefore, since the lightness component is not added in the process using the least square method, the time until the solution of each matrix element constituting the first color conversion matrix is converged is shortened. In addition, since the lightness component is not taken into account, the weighting of the color difference component can be increased during the first matrix calculation. Therefore, it is possible to obtain a color conversion matrix with high accuracy of optimization of hue / saturation components.
また、本発明に係る請求項2に記載の色変換マトリクスの算出方法は、重み付け定数ωiを加味した関数から、第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素の解を求めている。 In the color conversion matrix calculation method according to the second aspect of the present invention, a solution of each matrix element constituting the first color conversion matrix is obtained from a function including the weighting constant ωi.
したがって、ある色と他の色との間で補正精度に差を付けさせることができる。よって、特定の色について他の色よりも補正精度を向上させる色変換マトリクスの算出が可能となる。 Therefore, it is possible to make a difference in correction accuracy between a certain color and another color. Therefore, it is possible to calculate a color conversion matrix that improves the correction accuracy for a specific color compared to other colors.
また、本発明に係る請求項3に記載の色変換マトリクスの算出方法は、簡単な四則計算のみで、第二の色変換マトリクスを求めている。 In the color conversion matrix calculation method according to the third aspect of the present invention, the second color conversion matrix is obtained only by simple four basic calculations.
したがって、色差成分および明度成分も考慮した第二の色変換マトリクスを、第一の色変換マトリクスを用いて短時間に求めることが可能となる。 Therefore, the second color conversion matrix considering the color difference component and the brightness component can be obtained in a short time using the first color conversion matrix.
また、本発明に係る請求項4に記載の色変換マトリクスの算出方法は、第一の色変換マトリクスの導出に際して、任意の3色のカラーパッチの色値に基づいて、最初の初期値を決定している。 According to a fourth aspect of the present invention, when the first color conversion matrix is derived, the initial initial value is determined based on the color values of any three color patches. is doing.
このように、固定値でなく、撮像装置が異なることにより変化する入力色信号に基づいて、最初の初期値を決定している。したがって、各撮像装置ごとの感度特性等を考慮して、最初の初期値を決定できる。 In this way, the initial initial value is determined based on the input color signal that varies depending on the imaging device, not the fixed value. Therefore, it is possible to determine the initial initial value in consideration of the sensitivity characteristics for each imaging device.
また、本発明に係る請求項5および請求項6に記載の色変換マトリクスの算出方法は、3色のカラーパッチとしては、レッド、ブルーおよびグリーン、または、シアン、マゼンタおよびイエローを選択している。 In the color conversion matrix calculation method according to claims 5 and 6 of the present invention, red, blue and green, or cyan, magenta and yellow are selected as the three color patches. .
このように、3色のカラーパッチとして色相が大きく異なるものを選ぶことにより、3色のカラーパッチとして色相が近いものを選ぶ場合よりも、第一の色変換マトリクスの最適化までの時間を、より短縮化させることができる。また、第一の色変換マトリクスの最適化の際の解法において、十分に収束していると判断できる解に到達するまでの時間は、初期値として単位行列を選択する場合よりも、短縮化することができる。 In this way, by selecting a three-color patch having a substantially different hue, the time until the optimization of the first color conversion matrix can be reduced compared to selecting a three-color patch having a similar hue. It can be shortened further. In addition, in the solution for optimizing the first color conversion matrix, the time required to reach a solution that can be determined to be sufficiently converged is shorter than when a unit matrix is selected as the initial value. be able to.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態1>
図1は、本発明に係る色変換マトリクス算出方法および色変換方法のシステム概要を示す図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a diagram showing a system overview of a color conversion matrix calculation method and a color conversion method according to the present invention.
図1に示す撮像および色変換マトリクス算出システム100は、撮像装置10、色変換マトリクス算出装置20および出力装置30から構成されている。
An imaging and color conversion
撮像装置10は、被写体を撮像することが出来る装置である。撮像装置10では、撮像素子から、撮像画像信号であるアナログ信号が出力される。当該アナログ信号は、A/D変換器により、デジタル信号に変換される。また、当該デジタル信号は、当該撮像装置10内において、各デジタル処理および補正処理が施される。たとえば、デジタル信号に対して、RGB信号を生成する色分解処理、白色基準値に応じてR(赤)、G(緑)およびB(青)のゲインを調整するホワイトバランス補正処理、色補正処理、および出力装置30のγ特性を相殺するように階調を調整する階調補正処理等が実施される。
The
出力装置30において出力される再現色と、撮像装置10で撮像された被写体の本来の色とは、一般的に一致しない。そこで、再現色を被写体本来の色に近づけるために、上記色補正処理が実施される。当該色補正処理は、入力される第1色空間の色信号である原色RGB信号の色域を、sRGB規格で定義された第2色空間の色信号であるsRGB信号の色域に変換する処理である。また、当該色補正処理は、色変換マトリクスを用いて実施される。
The reproduced color output from the
色変換マトリクスは、たとえば、撮像装置10の製造工程の終段において、色変換マトリクス算出装置20との協働によって求められる(最適化される)。色変換マトリクスは、3×3のマトリクスであり、9個のマトリクス要素から成る。ここで、個々の撮像装置10の撮像系の色感度特性に応じて、色変換マトリクスを構成する9個のマトリクス要素の値が定められる。
For example, the color conversion matrix is obtained (optimized) in cooperation with the color conversion matrix calculation device 20 at the final stage of the manufacturing process of the
次に、色変換マトリクス算出装置20における、色変換マトリクスの算出方法について説明する。 Next, a color conversion matrix calculation method in the color conversion matrix calculation apparatus 20 will be described.
まず、彩度および色相が段階的に変化した複数の色サンプル(カラーパッチ)から成る、カラーチェッカーを用意する。当該カラーチェッカーとして、たとえば、図2に示すような、マクベスカラーチャート(登録商標)を採用することができる。 First, a color checker including a plurality of color samples (color patches) whose saturation and hue change in stages is prepared. As the color checker, for example, a Macbeth color chart (registered trademark) as shown in FIG. 2 can be adopted.
図2に示すマクベスカラーチャートは、24色のカラーパッチP1〜P24から構成されている。ここで、カラーパッチP1〜P18は有彩色であり、カラーパッチP19〜P24は無彩色である。なお、以後の説明では、カラーチェッカーとして、マクベスカラーチャートを使用するものとする。 The Macbeth color chart shown in FIG. 2 includes 24 color patches P1 to P24. Here, the color patches P1 to P18 are chromatic colors, and the color patches P19 to P24 are achromatic colors. In the following description, a Macbeth color chart is used as the color checker.
次に、マクベスカラーチャートを構成する各カラーパッチP1〜P24を、色彩計等により正確に測色する。マクベスカラーチャートのカラーパッチP1〜P24の測色値は、既知であることがある。もし、マクベスカラーチャートのカラーパッチP1〜P24の測色値が既知でない場合には、後述する撮像装置10によるマクベスカラーチャートの撮像と同じ照明環境下で、カラーパッチP1〜P24を測色する。当該測色により、各カラーパッチP1〜P24に対する第一の色値として、Cme1〜Cme24を得る。
Next, the color patches P1 to P24 constituting the Macbeth color chart are accurately measured with a colorimeter or the like. The colorimetric values of the color patches P1 to P24 of the Macbeth color chart may be known. If the colorimetric values of the color patches P1 to P24 of the Macbeth color chart are not known, the color patches P1 to P24 are measured under the same illumination environment as that for imaging the Macbeth color chart by the
ここで、後述するように、色変換マトリクスの算出に際しては、基本的には、有彩色であるカラーパッチP1〜P18のみを用いる。無彩色のカラーパッチP19〜P24は、グレー階調の補正、ホワイトバランス補正およびゲイン調整などの際に使用される。 Here, as will be described later, when calculating the color conversion matrix, only the color patches P1 to P18 that are chromatic colors are basically used. The achromatic color patches P19 to P24 are used for gray gradation correction, white balance correction, gain adjustment, and the like.
カラーパッチP1〜P24の測色結果である測色信号(RGB信号)は、色変換マトリクス算出部20に入力される。ここで、当該入力されるデータが、RGB信号でない場合、例えばXYZ信号、L*a*b*信号および分光反射率等の場合には、公知の変換式により、RGB信号に変換しておく(たとえば、後述する式(3)、(4)参照)。 Colorimetric signals (RGB signals) that are the colorimetric results of the color patches P <b> 1 to P <b> 24 are input to the color conversion matrix calculation unit 20. Here, if the input data is not an RGB signal, for example, an XYZ signal, an L * a * b * signal, a spectral reflectance, or the like, it is converted into an RGB signal by a known conversion formula ( For example, see formulas (3) and (4) described later).
次に、撮像装置10を用いて、マクベスカラーチャートを被写体として撮像する。当該撮像装置10による撮像は、上記測色時と同じ照明環境下で実施する。このように、カラーパッチP1〜P24を撮像することにより、撮像装置10は、入力色信号(RAWデータ)を得ることができる。
Next, the Macbeth color chart is imaged as a subject using the
当該撮像後、撮像装置10は、当該入力色信号(RAWデータ)を色変換マトリクス算出部20へ送信する。ここで、当該入力色信号(RAWデータ)から得られる入力色を、Cin(R(赤)in,G(緑)in,B(青)in)と定義する。
After the imaging, the
また、最適化(導出)処理前の色変換マトリクスMを、9個の未知数マトリクス成分(行列要素)m1〜m9を用いて、下式(1)のように定義する。 Further, the color conversion matrix M before the optimization (derivation) process is defined as the following expression (1) using nine unknown matrix components (matrix elements) m1 to m9.
色変換マトリクス算出装置20では、入力された上記入力色Cinを、行列要素が未知数である色変換マトリクスMを用いて変換することにより、補正色Ces(R(赤)es,G(緑)es,B(青)es)を得る。行列要素が未知数である当該色変換マトリクスMを用いて求められる色値が、第二の色値であると把握できる。入力色Cinと補正色Cesとの間では、Ces=M・Cinの関係が成立する。当該関係式を行列表示したものが、下式(2)である。 In the color conversion matrix calculation device 20, the input color Cin is converted using the color conversion matrix M whose matrix elements are unknown, thereby correcting the colors Ces (R (red) es, G (green) es. , B (blue) es). It can be understood that the color value obtained using the color conversion matrix M whose matrix element is an unknown number is the second color value. The relationship of Ces = M · Cin is established between the input color Cin and the correction color Ces. The following equation (2) is a matrix representation of the relational expression.
ここで、マトリクス演算では、色はRGB信号で扱われる。しかし、色の一致度の評価では、L*a*b*信号で扱われる。これは、Lab色空間が人間の色知覚と座標上の距離との相関性が良好な均等色空間であるからである。なお、L*は明度成分であり、a*およびb*は、色相および彩度を示す色差成分である。また、a*は第一の色差成分であり、b*は第二の色差成分である。 Here, in the matrix calculation, colors are handled by RGB signals. However, in the evaluation of the color coincidence, it is handled by the L * a * b * signal. This is because the Lab color space is a uniform color space with good correlation between human color perception and coordinate distance. Note that L * is a lightness component, and a * and b * are color difference components indicating hue and saturation. Further, a * is a first color difference component, and b * is a second color difference component.
RGB信号からL*a*b*信号への変換は、下式(3)、(4)に示す公知式により実現される。 The conversion from the RGB signal to the L * a * b * signal is realized by known formulas shown in the following formulas (3) and (4).
ここで、式(3)は、RGB信号をXYZ信号に変換するための変換式である。また、式(4)は、XYZ信号をL*a*b*信号に変換するための変換式である。色の一致度の評価時には、RGB信号は、RGB→XYZ→L*a*b*変換により、L*a*b*信号に変換される。 Here, Expression (3) is a conversion expression for converting the RGB signal into the XYZ signal. Expression (4) is a conversion expression for converting an XYZ signal into an L * a * b * signal. When evaluating the degree of color matching, the RGB signal is converted into an L * a * b * signal by RGB → XYZ → L * a * b * conversion.
また、式(3)において、標準観測者の目に対する視野角を2°として、標準の光CIE−D65を照明光とする。 In the formula (3), the viewing angle with respect to the eyes of the standard observer is 2 °, and the standard light CIE-D 65 is used as illumination light.
また、式(4)において、X/95.047≦0.008856ならば、f(X)=X1/3とする。0.008856<X/95.047ならば、f(X)=7.787X+16/116とする。Y/100.000≦0.008856ならば、f(Y)=Y1/3とする。0.008856<Y/100.000ならば、f(Y)=7.787Y+16/116とする。Z/108.883≦0.008856ならば、f(X)=Z1/3とする。0.008856<Z/108.883ならば、f(Z)=7.787Z+16/116とする。 In the formula (4), if X / 95.047 ≦ 0.008856, f (X) = X 1/3 is set. If 0.008856 <X / 95.047, then f (X) = 7.787X + 16/116. If Y / 100.000 ≦ 0.008856, then f (Y) = Y 1/3 . If 0.008856 <Y / 100.000, f (Y) = 7.787Y + 16/116. If Z / 108.883 ≦ 0.008856, f (X) = Z 1/3 . If 0.008856 <Z / 108.883, then f (Z) = 7.787Z + 16/116.
なお、後述では特に言及しないが、色信号の変換処理が必要な場合には、上記式(3)、(4)を用いて実施される。 Although not specifically mentioned below, when color signal conversion processing is necessary, the above-described equations (3) and (4) are used.
上記第一、二の色値を求め、当該第一、二の色値をRGB信号からL*a*b*信号へ変換した後、当該第一の色値と当該第二の色値とを用いた最小自乗法により、未知数の行列成分m1〜m9を求めることにより、色変換マトリクスMを算出(最適化)する。 After obtaining the first and second color values and converting the first and second color values from an RGB signal to an L * a * b * signal, the first color value and the second color value are obtained. The color conversion matrix M is calculated (optimized) by obtaining an unknown number of matrix components m1 to m9 by the least square method used.
本実施の形態では、カラーパッチP1〜P18の18色について、入力色Cinから予測した補正色Ces(第二の色値)の全てが、それぞれ対応する目標色Cme(第一の色と)に略一致するように色変換マトリクスMを最適化する。具体的には、補正色Cesと目標色Cmeとの色差ΔEの18色分の2乗和が許容誤差以下となるような行列要素m1〜m9を、最小自乗法の反復解法により求める。 In the present embodiment, for the 18 colors of the color patches P1 to P18, all of the correction colors Ces (second color values) predicted from the input color Cin are the corresponding target colors Cme (and the first color). The color conversion matrix M is optimized so as to substantially match. Specifically, matrix elements m1 to m9 are obtained by the iterative solution of the least square method such that the sum of squares of 18 colors of the color difference ΔE between the correction color Ces and the target color Cme is equal to or less than an allowable error.
カラーパッチの所定の1色について、補正色Cesと目標色Cmeの色差ΔEは、下式(5)により定義され、Lab色空間において評価される。 For a predetermined color of the color patch, the color difference ΔE between the correction color Ces and the target color Cme is defined by the following equation (5) and evaluated in the Lab color space.
ここで、式(5)において、補正色CesのL*a*b*信号を(L*es,a*es,b*es)、目標色CmeのL*a*b*信号を(L*me,a*me,b*me)で表す。 Here, in Expression (5), the L * a * b * signal of the correction color Ces is (L * es, a * es, b * es), and the L * a * b * signal of the target color Cme is (L * me, a * me, b * me).
ここで、注目すべきは、本発明に係る色変換マトリクスの算出方法では、明度成分L*を用いず、色差成分a*,b*のみを用いた前記最小自乗法により、色変換マトリクスを算出している。なお、ここでは、L*a*b*信号(空間)について言及しているが、1つの明度信号と2つの色差信号とから成る如何なる空間に対しても、同様の議論が成立する。 Here, it should be noted that in the color conversion matrix calculation method according to the present invention, the color conversion matrix is calculated by the least square method using only the color difference components a * and b * without using the lightness component L *. is doing. Here, the L * a * b * signal (space) is mentioned here, but the same argument holds for any space composed of one lightness signal and two color difference signals.
当該明度成分を用いない最小自乗法により求められた色変換マトリクスを、第一の色変換マトリクスと称することとする。当該第一の色変換マトリクスは、色差成分のみで張られる2次元平面上での最小自乗法により導出されることが、上記より分かる。 The color conversion matrix obtained by the least square method that does not use the brightness component is referred to as a first color conversion matrix. It can be seen from the above that the first color conversion matrix is derived by a least square method on a two-dimensional plane stretched with only color difference components.
ここで、有彩色18色のカラーパッチP1〜P18に対応する色差ΔEを区別するために、カラーパッチの番号を添え字として付し、ΔE1、ΔE2、…、ΔE18として表す。カラーパッチの番号(カラーパッチの識別子)を示すパラメータをi(i=1、2、…、18)とすると、各色差はΔEiで表される。また、行列要素m1、m2、…、m9の順番を示すパラメータをj(j=1、2、…、9)とすると、各行列要素はmjで表される。また、補正色Cesは、入力色Cinに色変換マトリクスMを作用させたものである。したがって、色差ΔEiは行列要素mjをパラメータとする関数ΔEi(mj)とみなすことができる。 Here, in order to distinguish the color differences ΔE corresponding to the 18 color patches P1 to P18 of the chromatic color, the number of the color patch is attached as a subscript and expressed as ΔE1, ΔE2,. If a parameter indicating a color patch number (color patch identifier) is i (i = 1, 2,..., 18), each color difference is represented by ΔEi. If the parameter indicating the order of the matrix elements m1, m2,..., M9 is j (j = 1, 2,..., 9), each matrix element is represented by mj. The correction color Ces is obtained by applying the color conversion matrix M to the input color Cin. Therefore, the color difference ΔEi can be regarded as a function ΔEi (mj) having the matrix element mj as a parameter.
最小自乗法において、有彩色18色について上記第一,二の色値をそれぞれ求め、有彩色18色について当該第一,二の色値から求めた色差ΔEi(i=1、2、…、18)の2乗和を、下式(6)に示すように関数φとして定義する。 In the least square method, the first and second color values are obtained for 18 chromatic colors, and the color difference ΔEi (i = 1, 2,..., 18 obtained from the first and second color values for 18 chromatic colors. ) Is defined as a function φ as shown in the following equation (6).
ここで、式(6)における、Σは、有彩色の18色分のカラーパッチP1〜P18の数分の和である。式(6)における各色毎のΔEiは、式(5)で定義されている。したがって、式(6)に示すΔEiは、有彩色18色の各色毎の、{(第一の色値の第一の色差成分:a*)−(第二の色値の第一の色差成分:a*)}2+{(第一の色値の第二の色差成分:b*)−(第二の色値の第二の色差成分:b*)}2、であると把握できる。 Here, Σ in equation (6) is the sum of the number of color patches P1 to P18 for 18 chromatic colors. ΔEi for each color in Equation (6) is defined by Equation (5). Therefore, ΔEi shown in Expression (6) is {(first color difference component of the first color value: a * ) − (first color difference component of the second color value) for each of the 18 chromatic colors. : A * )} 2 + {(second color difference component of the first color value: b * ) − (second color difference component of the second color value: b * )} 2 .
そして、当該関数φが所定の閾値以下となるように、行列要素mj(j=1、2、…、9)を最適化する。関数φが極小になるための条件は、下式(7)で示される9個の式で与えられる。 Then, the matrix element mj (j = 1, 2,..., 9) is optimized so that the function φ is equal to or less than a predetermined threshold. The conditions for minimizing the function φ are given by nine formulas shown in the following formula (7).
しかし、式(6)は非線形式であり、行列要素mjの解を直接求めることは不可能である。 However, equation (6) is a nonlinear equation, and it is impossible to directly find the solution of the matrix element mj.
そこで、最初の初期値(最初の出発点)となる行列要素を与え、当該最初の初期値の下、式(6)、(7)を用いて、近似解となる行列要素を求める。そして、当該求められた近似解を新たな出発点として用いて、式(6)、(7)により、行列要素の新たな近似解を得る。このように、最小自乗法の反復解法を、関数φが閾値以下に達するまで繰り返し行う。当該関数φが閾値以下に達すると、そのときの近似解を解に収束したものとして、当該収束解を第一の色変換マトリクスの行列要素m1〜m9の値として決定する。 Therefore, a matrix element serving as an initial initial value (first starting point) is given, and a matrix element serving as an approximate solution is obtained using equations (6) and (7) under the initial initial value. Then, using the obtained approximate solution as a new starting point, a new approximate solution of the matrix element is obtained by Expressions (6) and (7). In this manner, the iterative solution method of the least square method is repeatedly performed until the function φ reaches the threshold value or less. When the function φ reaches the threshold value or less, the approximate solution at that time is assumed to have converged to the solution, and the converged solution is determined as the values of the matrix elements m1 to m9 of the first color conversion matrix.
なお、関数φを用いた色変換マトリクスの最適化では、各色について補正色Cesと目標色Cmeとの色差がほぼ均等にばらつく。しかしながら、肌色等の特定色に限定して特定色の色一致の精度を向上させたい場合には、有彩色のカラーパッチP1〜P18の18色についてそれぞれ設定した重み付き定数ωi(i=1,2,・・・,18)を、色差ΔEiに乗算して重み付けをする。下式(8)には、重み付け定数ωiを加味した関数φを示す。 In the optimization of the color conversion matrix using the function φ, the color difference between the correction color Ces and the target color Cme varies substantially equally for each color. However, when it is desired to improve the color matching accuracy of a specific color by limiting to a specific color such as a skin color, weighted constants ωi (i = 1, 1) respectively set for 18 colors of chromatic color patches P1 to P18. 2,..., 18) is multiplied by the color difference ΔEi and weighted. The following equation (8) shows a function φ that takes into account the weighting constant ωi.
式(8)に示すΣωiΔEiが最小となるように、最小自乗法により第一の色変換マトリクスを算出する。このような算出方法の場合には、重み付け定数ωiの重み付け設定により、重みを大きくした特定色ほど、より忠実な色再現を行うことができる。つまり、特に再現性を高めたい特定の色がある場合、その色に対応する重み付け定数ωiの割合を大きくする。 The first color conversion matrix is calculated by the method of least squares so that ΣωiΔEi shown in Expression (8) is minimized. In the case of such a calculation method, it is possible to perform more faithful color reproduction for a specific color having a larger weight by setting the weighting constant ωi. That is, when there is a specific color for which the reproducibility is particularly desired, the ratio of the weighting constant ωi corresponding to that color is increased.
ここで、下式(9)に示すように、重み付け定数ω1〜ω18の総和は1である。 Here, the sum of the weighting constants ω1 to ω18 is 1 as shown in the following equation (9).
なお、上記説明から分かるように、式(8)、(9)における、Σは、有彩色の18色分のカラーパッチP1〜P18の数分の和である。 As can be seen from the above description, Σ in equations (8) and (9) is the sum of the number of color patches P1 to P18 for 18 chromatic colors.
なお、上述した各関数φに対する最小自乗法による解法処理は、特許文献1に開示されているように、公知である。したがって、ここでの、最小自乗法による解法処理の具体的な説明は省略する。 In addition, the solution processing by the least square method for each function φ described above is known as disclosed in Patent Document 1. Therefore, the specific description of the solution processing by the least square method is omitted here.
色変換マトリクス算出装置20は、上記最小自乗法の反復解法により、最適解である行列要素m1〜m9の各値を求める(つまり、上記第一の色変換マトリクスを最適化する)。当該第一の色変換マトリクスは、色差成分a*,b*のみの観点で最適化されている。また、色差成分a*,b*について最適な色となる第一の色変換マトリクスを決定したので、続いて色変換マトリクス算出装置20は、明度成分L*を用いて当該第一の色変換マトリクスを調整し、最終的な色変換マトリクスである第二の色変換マトリクスを求める。 The color conversion matrix calculation device 20 obtains each value of the matrix elements m1 to m9, which are optimal solutions, by the iterative solution of the least square method (that is, optimizes the first color conversion matrix). The first color conversion matrix is optimized from the viewpoint of only the color difference components a * and b * . In addition, since the first color conversion matrix that is the optimum color is determined for the color difference components a * and b * , the color conversion matrix calculation device 20 uses the lightness component L * to subsequently determine the first color conversion matrix. To obtain a second color conversion matrix which is a final color conversion matrix.
色差成分a*,b*は、R、G、B空間における、R、G、Bの値の比率に相当し、明度成分L*は、R、G、Bの値の大きさに相当する。したがって、明度成分L*を用いて、第一の色変換マトリクスを後述するように調整し、第二の色変換マトリクスを求める。 The color difference components a * and b * correspond to the ratio of the R, G, and B values in the R, G, and B spaces, and the lightness component L * corresponds to the magnitudes of the R, G, and B values. Therefore, by using the lightness component L * , the first color conversion matrix is adjusted as described later to obtain the second color conversion matrix.
まず、色変換マトリクス算出装置20は、マクベスカラーチャートにおける有彩色の各カラーパッチP1〜P18に対する測色結果(第一の色値と把握できる)より、明度成分L*meiを18色分だけ抽出する。ここで、「me」は、測色値であることを示している。また、iは、各有彩色の識別子であり、i=1,2・・・,18である。なお、上記の通り、色変換マトリクス算出装置20には、上記マクベスカラーチャートの測色結果は既に入力されている。 First, the color conversion matrix calculation device 20 extracts lightness components L * mei for 18 colors from the color measurement results (which can be grasped as the first color values) for the chromatic color patches P1 to P18 in the Macbeth color chart. To do. Here, “me” indicates a colorimetric value. Further, i is an identifier of each chromatic color, i = 1, 2,. As described above, the color conversion matrix calculation apparatus 20 has already been input with the color measurement result of the Macbeth color chart.
次に、下式(10)に示すように、当該18色分の明度成分L*meiの平均値である第一の明度平均値Lav1を求める。 Next, as shown in the following equation (10), a first lightness average value Lav1, which is an average value of the lightness components L * mei for the 18 colors, is obtained.
他方、色変換マトリクス算出装置20は、上記した入力色信号(RAWデータ)を、上記第一の色変換マトリクスを用いて変換する。当該変換処理は、有彩色の18色分について実施される。ここで、上記した入力色信号(RAWデータ)は、測色時と同じ照明環境下で撮像装置10を用いてマクベスカラーチャートを撮像した際に、得られている。入力色信号(RAWデータ)を第一の色変換マトリクスを用いて変換した後の値を、第三の色値と称することとする。
On the other hand, the color conversion matrix calculation device 20 converts the input color signal (RAW data) using the first color conversion matrix. The conversion process is performed for 18 chromatic colors. Here, the above-described input color signal (RAW data) is obtained when a Macbeth color chart is imaged using the
次に、色変換マトリクス算出装置20は、有彩色のカラーパッチの18色分の当該第三の色値より、明度成分L*esiを各々抽出する。ここで、「es」は、第一の色変換マトリクスを用いた変換処理後の色値であることを示している。また、iは、各有彩色の識別子であり、i=1,2・・・,18である。 Next, the color conversion matrix calculation device 20 extracts lightness components L * esi from the third color values for 18 colors of the chromatic color patch. Here, “es” indicates a color value after the conversion process using the first color conversion matrix. Further, i is an identifier of each chromatic color, i = 1, 2,.
次に、下式(11)に示すように、当該18色分の明度成分L*esiの平均値である第二の明度平均値Lav2を求める。 Next, as shown in the following equation (11), a second lightness average value Lav2 that is an average value of the lightness components L * esi for the 18 colors is obtained.
色変換マトリクス算出装置20は、上記式(10)、(11)の結果および第一の色変換マトリクスを用いて、第二の色変換マトリクスMafを求める。ここで、3×3行列である第二の色変換マトリクスMafは、下式(12)で表記されるものとする。 The color conversion matrix calculation device 20 obtains the second color conversion matrix Maf using the results of the above equations (10) and (11) and the first color conversion matrix. Here, it is assumed that the second color conversion matrix Maf, which is a 3 × 3 matrix, is expressed by the following equation (12).
具体的に、色変換マトリクス算出装置20は、第一の明度平均値Lav1を、第二の明度平均値Lav2で除算する。そして、色変換マトリクス算出装置20は、当該除算結果により得られた値を、第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素に、夫々乗算する。当該乗算後の値が、第二の色変換マトリクスMafを構成する各行列要素maf1〜maf9である。換言すれば、色変換マトリクス算出装置20は、第二の色変換マトリクスMafを構成する各行列要素mafkを、下式(13)を用いて決定する。ここで、kは、行列要素の識別子であり、k=1,2,・・・,9である。 Specifically, the color conversion matrix calculation device 20 divides the first lightness average value Lav1 by the second lightness average value Lav2. Then, the color conversion matrix calculation device 20 multiplies each matrix element constituting the first color conversion matrix by the value obtained from the division result. The values after the multiplication are the matrix elements maf1 to maf9 constituting the second color conversion matrix Maf. In other words, the color conversion matrix calculation device 20 determines each matrix element mafk constituting the second color conversion matrix Maf using the following equation (13). Here, k is an identifier of a matrix element, and k = 1, 2,.
ここで、式(13)において、mk(k=1,2,・・・,9)は、第一の色変換マトリクスの各行列要素である。式(13)により求められた各行列要素mafkから構成される第二の色変換マトリクスは、色差成分のみならず、明度成分をも考慮して最適化されたものとなる。また、当該第二の色変換マトリクスは、撮影で得られたRGB信号を測色したRGB信号に一致させるような色変換マトリクスであると把握できる。 Here, in Expression (13), mk (k = 1, 2,..., 9) is each matrix element of the first color conversion matrix. The second color conversion matrix composed of the matrix elements mafk obtained by Expression (13) is optimized in consideration of not only the color difference component but also the brightness component. The second color conversion matrix can be grasped as a color conversion matrix that matches the RGB signals obtained by photographing with the RGB signals obtained by colorimetry.
色変換マトリクス算出装置20は、当該第二の色変換マトリクスを、撮像装置10に配設されたメモリ(図示せず)に格納・設定する。そして、第二の色変換マトリクスの設定後、撮像装置10が被写体を撮影したときには、撮像装置10内に配設されたデジタル信号処理回路(図示せず)は、当該第二の色変換マトリクスを用いて、撮像画像信号に対するデジタル色補正処理が実施される。当該色補正処理を実行することにより、出力装置30において、測色値と極めて等しい色再現が実現される。
The color conversion matrix calculation device 20 stores and sets the second color conversion matrix in a memory (not shown) provided in the
以上のように、本実施の形態に係る色変換マトリクス算出方法では、明度成分を用いず、色差成分のみを用いた最小自乗法により、第一の色変換マトリクスを算出している。つまり、第一の色変換マトリクスの導出では、色相・彩度の評価の際には必要の無い明度成分を加味しない。 As described above, in the color conversion matrix calculation method according to the present embodiment, the first color conversion matrix is calculated by the least square method using only the color difference component without using the brightness component. That is, in the derivation of the first color conversion matrix, unnecessary brightness components are not taken into account when evaluating hue and saturation.
したがって、最小自乗法を用いた処理の際に明度成分が加味されない分、第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素の解の収束までの時間が短縮される。なお、撮像装置10に格納される第二の色変換マトリクスは、上記のように、明度成分のみを用いた簡単な計算により求めている。したがって、最終的に撮像装置10に格納される色変換マトリクスの導出までの時間を、かなり短縮化できる。
Therefore, since the lightness component is not added in the process using the least square method, the time until the solution of each matrix element constituting the first color conversion matrix is converged is shortened. Note that the second color conversion matrix stored in the
なお、特許文献1に係る技術では、色差成分だけでなく明度成分をも加味した関数から、最小自乗法により、色変換マトリクスの最適化を行っている。したがって、本実施の形態に係る色変換マトリクスの算出方法は、特許文献1に係る技術よりも、色変換マトリクス算出(最適化)までの時間を短縮でき、撮影で得られたRGB信号を測色したRGB信号に一致させるような色変換マトリクスをより精度良く導出できる。 In the technique according to Patent Document 1, the color conversion matrix is optimized by the least square method from a function that includes not only the color difference component but also the brightness component. Therefore, the color conversion matrix calculation method according to the present embodiment can reduce the time until the color conversion matrix calculation (optimization) compared to the technique according to Patent Document 1, and colorimetrically measure RGB signals obtained by photographing. It is possible to derive a color conversion matrix that matches the RGB signal with higher accuracy.
また、本実施の形態に係る色変換マトリクス算出方法では、明度成分を用いず、色差成分のみを用いて、第一の色変換マトリクスを算出しているので、色相・彩度成分の最適化の精度が高い色変換マトリクスを求めることができる。これは、第一の色変換マトリクス算出の際に明度成分が含まれない分、色差成分に対する重み付けを大きくすることができるからである。 Further, in the color conversion matrix calculation method according to the present embodiment, the first color conversion matrix is calculated using only the color difference component without using the lightness component, so that the hue / saturation component is optimized. A color conversion matrix with high accuracy can be obtained. This is because the weighting for the color difference component can be increased as much as the lightness component is not included in the first color conversion matrix calculation.
また、本実施の形態に係る色変換マトリクス算出方法では、式(8)に示すように、重み付け定数ωiを加味した関数φから、第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素の解を求めても良い。 Further, in the color conversion matrix calculation method according to the present embodiment, as shown in the equation (8), a solution of each matrix element constituting the first color conversion matrix is obtained from the function φ taking into account the weighting constant ωi. May be.
この場合には、ある色と他の色との間で補正精度に差を付けさせることができる。よって、特定の色について他の色よりも補正精度を向上させる色変換マトリクスの算出が可能となる。 In this case, it is possible to make a difference in correction accuracy between a certain color and another color. Therefore, it is possible to calculate a color conversion matrix that improves the correction accuracy for a specific color compared to other colors.
また、本実施の形態に係る色変換マトリクス算出方法では、式(13)を用いて、最終的に撮像装置10に設定・格納される第二の色変換マトリクスを求めている。
In the color conversion matrix calculation method according to the present embodiment, the second color conversion matrix that is finally set and stored in the
式(13)は簡単な四則計算のみであるので、色差成分および明度成分も考慮した第二の色変換マトリクスを、第一の色変換マトリクスを用いて短時間に求めることが可能となる。 Since equation (13) is only simple four arithmetic calculations, the second color conversion matrix considering the color difference component and the lightness component can be obtained in a short time using the first color conversion matrix.
<実施の形態2>
実施の形態1では、最小自乗法の反復解法により、第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素の最適化について述べた。当該最適化の計算において、上記最初の初期値(計算における最初の出発点)の値に応じて、解が収束するまでの反復解法の回数が異なる。したがって、当該初期値として、収束解になるべく近い値を採用する方が、反復解法のループ回数も減り、結果として、第一の色変換マトリクスの最適化までの計算時間も短縮化することができる。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the optimization of each matrix element constituting the first color conversion matrix has been described by the iterative solution method of the least square method. In the optimization calculation, the number of iterations until the solution converges differs depending on the value of the first initial value (first starting point in the calculation). Therefore, if a value that is as close as possible to the convergence solution is adopted as the initial value, the number of loops of the iterative solution is also reduced, and as a result, the calculation time until the optimization of the first color conversion matrix can be shortened. .
本実施の形態では、上記反復解法における最初の初期値を決定するまでの流れを説明する。 In the present embodiment, a flow until the initial initial value in the iterative solution is determined will be described.
まず、被写体(マクベスカラーチャート)から、有彩色カラーパッチP1〜P18の中から、任意の3色のカラーパッチを選択する。ここで、当該カラーパッチの選択は、大きく色相が異なる3色を選ぶことが望ましい。たとえば、レッド、ブルーおよびグリーンの3色のカラーパッチ、または、シアン、マゼンタおよびイエローの3色のカラーパッチ、または、ブルーイッシュグリーン、オレンジおよびマゼンタの3色のカラーパッチを選択することが、望ましい。 First, any three color patches are selected from the chromatic color patches P1 to P18 from the subject (Macbeth color chart). Here, it is desirable that the color patch is selected from three colors having greatly different hues. For example, it is desirable to select three color patches of red, blue and green, or three color patches of cyan, magenta and yellow, or three color patches of blueish green, orange and magenta. .
次に、外部から色変換マトリクス算出装置20へ、実施の形態1で説明した測色値である第一の色値を、上記選択した3色について入力する。 Next, the first color values, which are the colorimetric values described in the first embodiment, are input from the outside to the color conversion matrix calculation device 20 for the selected three colors.
3色のカラーパッチとして、マクベスカラーチャートにおける、レッド、ブルーおよびグリーンを選択したとする。この場合には、レッドの測色結果である第一の色値(Rmer,Gmer,Bmer)と、グリーンの測色結果である第一の色値(Rmeg,Gmeg,Bmeg)と、ブルーの測色結果である第一の色値(Rmeb,Gmeb,Bmeb)とを、色変換マトリクス算出装置20に入力する。 It is assumed that red, blue, and green in the Macbeth color chart are selected as the three color patches. In this case, the first color value (Rmer, Gmer, Bmer) which is the color measurement result of red, the first color value (Rmeg, Gmeg, Bmeg) which is the color measurement result of green, and the blue color measurement result. The first color value (Rmeb, Gmeb, Bmeb) that is the color result is input to the color conversion matrix calculation device 20.
また、実施の形態1で説明したように、色変換マトリクス算出処理に際して、撮像装置10は、マクベスカラーチャートを撮像する。撮像装置10は、当該撮像により、入力色信号(RAWデータ)を取得し、当該入力色信号(RAWデータ)を色変換マトリクス算出部20へ送信する。ここで、入力色信号(RAWデータ)には、当然、上記3色に対する入力色信号(RAWデータ)も含まれている。
Further, as described in the first embodiment, in the color conversion matrix calculation process, the
色変換マトリクス算出装置20では、入力された上記3色各々の入力色信号(RAWデータ)から、行列要素m1〜m9が未知数である色変換マトリクスM(式(1)参照)を用いて、実施の形態1で説明した第二の色値を各々得る。 The color conversion matrix calculation device 20 implements using the color conversion matrix M (see Equation (1)) in which the matrix elements m1 to m9 are unknown from the input color signals (RAW data) of the three colors. Each of the second color values described in the first embodiment is obtained.
3色のカラーパッチとして、マクベスカラーチャートにおける、レッド、ブルーおよびグリーンを選択したとする。この場合には、式(2)の関係を用いて、次の3つの第二の色値を得る。レッドのカラーパッチの撮像結果である入力色信号(Rinr,Ginr,Binr)を、行列要素が未知数である色変換マトリクスMを用いて変換することにより、1個目の第二の色値(Resr,Gesr,Besr)を得る。また、ブルーのカラーパッチの撮像結果である入力色信号(Rinb,Ginb,Binb)を、行列要素が未知数である色変換マトリクスMを用いて変換することにより、2個目の第二の色値(Resb,Gesb,Besb)を得る。さらに、グリーンのカラーパッチの撮像結果である入力色信号(Ring,Ging,Bing)を、行列要素が未知数である色変換マトリクスMを用いて変換することにより、3個目の第二の色値(Resg,Gesg,Besg)を得る。 It is assumed that red, blue, and green in the Macbeth color chart are selected as the three color patches. In this case, the following three second color values are obtained using the relationship of Expression (2). An input color signal (Rinr, Ginr, Binr), which is an imaging result of a red color patch, is converted using a color conversion matrix M whose matrix elements are unknown numbers, thereby obtaining a first second color value (Resr). , Gesr, Besr). Also, the second color value of the second color value is obtained by converting the input color signal (Rinb, Gimb, Binb), which is the imaging result of the blue color patch, using the color conversion matrix M whose matrix elements are unknown. (Resb, Gesb, Besb). Further, by converting the input color signal (Ring, Ging, Bing), which is the imaging result of the green color patch, using the color conversion matrix M whose matrix elements are unknown, the third second color value is obtained. (Resg, Gesg, Besg).
次に、色変換マトリクス算出装置20は、上記3色について各第一の色値と、上記3色についての各第二の色値とが、等しくなるように、色変換マトリクスMを構成する各行列要素を求める。 Next, the color conversion matrix calculation device 20 configures the color conversion matrix M so that the first color values for the three colors are equal to the second color values for the three colors. Find matrix elements.
具体的に、色変換マトリクス算出装置20は、式(14)に示すように、9個連立方程式を作成する。 Specifically, the color conversion matrix calculation device 20 creates nine simultaneous equations as shown in Expression (14).
式(14)の9個の連立方程式より、色変換マトリクス算出装置20は、行列要素m1〜m9の値を求める。当該連立方程式の解法に基づいて求められた、行列要素m1〜m9の値から構成される色変換マトリクスMは、レッド、グリーンおよびブルーの再現色を、実際のマクベスカラーチャートの実際の色に、正確に一致させることができる。 From the nine simultaneous equations of Expression (14), the color conversion matrix calculation device 20 calculates values of matrix elements m1 to m9. The color conversion matrix M composed of the values of the matrix elements m1 to m9 obtained based on the solution of the simultaneous equations changes the reproduction colors of red, green and blue to the actual colors of the actual Macbeth color chart. Can be matched exactly.
次に、色変換マトリクス算出装置20は、上記連立方程式の解法結果の値を、第一の色変換マトリクスの算出処理における、最初の初期値と決定する。そして、色変換マトリクス算出装置20は、当該最初の初期値(最初の出発点)を用いて、最小自乗法の反復解法により、第一の色変換マトリクスの最適化処理を実行する。 Next, the color conversion matrix calculation device 20 determines the value of the solution result of the simultaneous equations as the first initial value in the first color conversion matrix calculation process. Then, the color conversion matrix calculation device 20 executes the first color conversion matrix optimization process by the iterative solution of the least square method using the first initial value (first starting point).
以上のように、本実施の形態に係る色変換マトリクスの算出方法では、第一の色変換マトリクスの最適化処理に際して、任意の3色のカラーパッチの色値に基づいて、最初の初期値を決定している。 As described above, in the color conversion matrix calculation method according to the present embodiment, the first initial value is determined based on the color values of any three color patches when the first color conversion matrix is optimized. Has been decided.
したがって、単位行列を最初の初期値として設定している引用文献1と比較して、次のような効果を有する。つまり、撮像装置10の感度特性は、個々の撮像装置10によって異なる。したがって、単位行列を最初の初期値として採用した場合には、撮像装置10の種類等が異なると、色変換マトリクスの最適化までの反復解法の反復回数が異なる。
Therefore, compared with the cited reference 1 which has set the unit matrix as the first initial value, it has the following effects. That is, the sensitivity characteristic of the
これに対して、上記から分かるように、本実施の形態では、任意の3色のカラーパッチの測色値と、これらのカラーパッチの撮像結果である入力色信号とに基づいて、最初の初期値を決定している。つまり、本実施の形態では、異なる撮像装置10間において固定値でなく、撮像装置10が異なることにより変化する上記入力色信号に基づいて、最初の初期値を決定している。
On the other hand, as can be seen from the above, in the present embodiment, the initial initial value is based on the colorimetric values of any three color patches and the input color signal that is the imaging result of these color patches. The value is determined. In other words, in the present embodiment, the initial value is determined based on the input color signal that varies depending on the
したがって、本実施の形態では、各撮像装置10ごとの感度特性等を考慮して、最初の初期値を決定できる。よって、撮像装置10の種類等が異なったとしても、第一の色変換マトリクスの最適化までの反復解法の反復回数を同等することができる。
Therefore, in the present embodiment, the initial initial value can be determined in consideration of the sensitivity characteristics for each
また、3色のカラーパッチとして、色相が大きく異なるものを選ぶことが望ましい。たとえば、3色のカラーパッチとして、レッド(R)、ブルー(B)およびグリーン(G)、または、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)、または、ブルーイッシュグリーン、オレンジおよびマゼンタを、選択することが、第一の色変換マトリクスの最適化までの時間の短時間化の観点から、望ましい。 In addition, it is desirable to select three color patches having greatly different hues. For example, three color patches include red (R), blue (B) and green (G), or cyan (C), magenta (M) and yellow (Y), or blueish green, orange and magenta. Is preferable from the viewpoint of shortening the time until the first color conversion matrix is optimized.
3色のカラーパッチとして色相が大きく異なならないものを選ぶ場合よりも、第一の色変換マトリクスの最適化までの時間を、より短縮化させることができる。 The time until the optimization of the first color conversion matrix can be further shortened, compared to the case where the hues of the three colors are not greatly different from each other.
なお、様々な色の組み合わせ設定し、第一の色変換マトリクスの最適化までの時間を考察した。結果、3色のカラーパッチとして、マクベスカラーチャートにおける、RGB、または、CMY、または、ブルーイッシュグリーン・オレンジ・マゼンタを選択した場合には、十分に収束していると判断できる解に到達するまでの時間は、最初の初期値として単位行列を選択する場合よりも、十分に短縮化できることが分かった。 Various color combinations were set, and the time until optimization of the first color conversion matrix was considered. As a result, when RGB, CMY, blueish green, orange, or magenta in the Macbeth color chart is selected as the three-color patch, a solution that can be judged to have sufficiently converged is reached. It was found that this time can be sufficiently shortened compared with the case where the unit matrix is selected as the initial initial value.
たとえば、所定の収束値(収束解)までの収束時間を計算したところ、最初の初期値として単位行列を採用した場合には、当該収束時間は2.125秒であった。また、マクベスカラーチャートにおけるRGBの3色のカラーパッチから最初の初期値を設定した場合には、当該収束時間は0.516秒であった。また、マクベスカラーチャートにおけるCMYの3色のカラーパッチから最初の初期値を設定した場合には、当該収束時間は0.968秒であった。また、マクベスカラーチャートにおけるブルーイッシュグリーン・オレンジ・マゼンタの3色のカラーパッチから最初の初期値を設定した場合には、当該収束時間は0.062秒であった。 For example, when the convergence time to a predetermined convergence value (convergence solution) was calculated, when the unit matrix was adopted as the initial initial value, the convergence time was 2.125 seconds. Further, when initial initial values were set from the three color patches of RGB in the Macbeth color chart, the convergence time was 0.516 seconds. When the initial values were set from the three color patches CMY in the Macbeth color chart, the convergence time was 0.968 seconds. Further, when initial initial values were set from three color patches of blueish green, orange, and magenta in the Macbeth color chart, the convergence time was 0.062 seconds.
なお、上記所定の収束値と異なる他の収束値に収束するまでの収束時間も考察した結果、上記考察結果と同様に、最初の初期値の導出の際に3色のカラーパッチとしてブルーイッシュグリーン・オレンジ・マゼンタを選択することが、収束時間短縮化の観点から最も好ましいことが確認された。 In addition, as a result of considering the convergence time until convergence to another convergence value different from the predetermined convergence value, as in the case of the above consideration result, when the initial value is derived, blueish green is used as a three-color patch. -It was confirmed that selecting orange and magenta is most preferable from the viewpoint of shortening the convergence time.
なお、第一の色変換マトリクスの導出(最適化)の際に最初の初期値を上記の如く1つ決定したので、そこから一定の範囲内でランダムに当該最初の初期値をずらしても良い。 Since the first initial value is determined as described above when deriving (optimizing) the first color conversion matrix, the initial initial value may be shifted at random within a certain range. .
また、本願明細書では、撮像系で得られたRGB信号をsRGB規格に合わせて色補正する色変換マトリクスを求めている。しかし、本発明のマトリクス算出方法は特に色補正を目的とする色変換マトリクスの算出に限定されない。例えば異なる色空間の色信号を相互変換する(RGB信号をXYZ信号や印刷のためのCMYK信号に変換する、補色のCMY信号をRGB信号に変換する等)ための色変換マトリクスの算出にも適用できる。 Further, in the present specification, a color conversion matrix for obtaining a color correction in accordance with the sRGB standard for the RGB signal obtained by the imaging system is obtained. However, the matrix calculation method of the present invention is not particularly limited to calculation of a color conversion matrix for the purpose of color correction. For example, it is also applicable to the calculation of color conversion matrix for mutual conversion of color signals in different color spaces (converting RGB signals to XYZ signals or CMYK signals for printing, converting complementary CMY signals to RGB signals, etc.) it can.
なお、撮像装置10として、デジタルカメラの他、デジタルビデオカメラ、スキャナ、電子内視鏡等であってもよい。
Note that the
また、本実施形態では色変換マトリクス算出装置20を撮像装置10と別体にしている。しかし、撮像装置10内に、上記で説明した色変換マトリクス算出装置20が搭載されていてもよい。
In this embodiment, the color conversion matrix calculation device 20 is separated from the
10 撮像装置
20 色変換マトリクス
30 出力装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
(A)彩度および色相が段階的に変化した複数のカラーパッチを用意するステップと、
(B)前記カラーパッチを測色することにより、第一の色値を得るステップと、
(C)前記カラーパッチを撮像することにより得られる入力色信号を、行列要素が未知数である前記色変換マトリクスを用いて変換することにより、第二の色値を得るステップと、
(D)前記第一の色値と前記第二の色値とを用いた最小自乗法により、前記未知数を求めることにより、前記色変換マトリクスを算出するステップとを、備えており、
前記ステップ(D)は、
(D−1)明度成分を用いず、色差成分のみを用いた前記最小自乗法により、第一の前記色変換マトリクスを算出するステップを、備えている、
ことを特徴とする色変換マトリクス算出方法。 A color conversion matrix calculation method for calculating a color conversion matrix used in color correction for a color signal,
(A) preparing a plurality of color patches whose saturation and hue change in stages;
(B) obtaining a first color value by measuring the color patch;
(C) obtaining a second color value by converting an input color signal obtained by imaging the color patch using the color conversion matrix having an unknown matrix element;
(D) calculating the color conversion matrix by obtaining the unknown by a least square method using the first color value and the second color value, and
The step (D)
(D-1) including a step of calculating the first color conversion matrix by the least square method using only the color difference component without using the brightness component,
A color conversion matrix calculation method characterized by the above.
複数の前記カラーパッチに対して各々、前記第一の色値を得るステップであり、
前記ステップ(C)は、
前記複数のカラーパッチに対して各々、前記第二の色値を得るステップであり、
前記ステップ(D−1)は、
ΣωiΔEiが最小となるように、前記最小自乗法により、前記第一の色変換マトリクスを算出するステップである、
ここで、
Σは、前記複数のカラーパッチの数分の和であり、
iは、前記カラーパッチの識別子であり、
ωiは、重み付け定数であり、
前記重み付け定数ωiの前記複数のカラーパッチ分の総和は、1であり、
ΔEiは、{(前記第一の色値の第一の色差成分)−(前記第二の色値の前記第一の色差成分)}2+{(前記第一の色値の第二の色差成分)−(前記第二の色値の前記第二の色差成分)}2、である、
ことを特徴とする請求項1に記載の色変換マトリクス算出方法。 The step (B)
Obtaining the first color value for each of a plurality of the color patches;
The step (C)
Obtaining the second color value for each of the plurality of color patches;
The step (D-1)
Calculating the first color conversion matrix by the least square method so that ΣωiΔEi is minimized;
here,
Σ is the sum of the number of the plurality of color patches,
i is an identifier of the color patch;
ω i is a weighting constant,
The sum of the plurality of color patches of the weighting constant ωi is 1,
ΔEi is {(first color difference component of the first color value) − (first color difference component of the second color value)} 2 + {( second color difference of the first color value) Component) − (the second color difference component of the second color value)} 2 .
The color conversion matrix calculation method according to claim 1.
(D−2)複数の前記カラーパッチにおいて、前記第一の色値の明度成分の平均値である第一の明度平均値を得るステップと、
(D−3)前記カラーパッチを撮像することにより得られる入力色信号を、前記第一の色変換マトリクスを用いて変換することにより、第三の色値を得るステップと、
(D−4)前記複数のカラーパッチにおいて、前記第三の色値の明度成分の平均値である第二の明度平均値を得るステップと、
(D−5)前記第一の明度平均値を前記第二の明度平均値で除算することにより得られた値を、前記第一の色変換マトリクスを構成する各行列要素に乗算することにより、第二の前記色変換マトリクスを算出するステップを、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の色変換マトリクス算出方法。 The step (D)
(D-2) obtaining a first lightness average value that is an average value of lightness components of the first color value in the plurality of color patches;
(D-3) obtaining a third color value by converting an input color signal obtained by imaging the color patch using the first color conversion matrix;
(D-4) obtaining a second lightness average value that is an average value of lightness components of the third color value in the plurality of color patches;
(D-5) By multiplying each matrix element constituting the first color conversion matrix by a value obtained by dividing the first lightness average value by the second lightness average value, A step of calculating a second color conversion matrix;
The color conversion matrix calculation method according to claim 1.
(D−1−1)任意の3色のカラーパッチを選択するステップと、
(D−1−2)前記3色のカラーパッチにおける、前記第一の色値を得るステップと、
(D−1−3)前記3色のカラーパッチを撮像することにより得られる入力色信号から、前記第二の色値を得るステップと、
(D−1−4)前記ステップ(D−1−2)で得られた前記第一の色値と、前記ステップ(D−1−3)で得られた前記第二の色値とが等しくなるように、前記未知数を求めるステップと、
(D−1−5)前記ステップ(D−1−4)で求めた前記未知数を、最初の初期値として、前記最小自乗法により、前記第一の色変換マトリクスを算出するステップとを、備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の色変換マトリクス算出方法。 The step (D-1)
(D-1-1) selecting any three color patches;
(D-1-2) obtaining the first color value in the three color patches;
(D-1-3) obtaining the second color value from an input color signal obtained by imaging the three color patches;
(D-1-4) The first color value obtained in step (D-1-2) is equal to the second color value obtained in step (D-1-3). Obtaining the unknown, so that
(D-1-5) calculating the first color conversion matrix by the least square method using the unknown obtained in step (D-1-4) as an initial initial value. ing,
The color conversion matrix calculation method according to claim 1.
レッド、ブルーおよびグリーンである、
ことを特徴とする請求項4に記載の色変換マトリクス算出方法。 The three color patches are:
Red, blue and green,
The color conversion matrix calculation method according to claim 4.
シアン、マゼンタおよびイエローである、
ことを特徴とする請求項4に記載の色変換マトリクス算出方法。 The three color patches are:
Cyan, magenta and yellow,
The color conversion matrix calculation method according to claim 4.
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