KR101366163B1 - 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법 및 시스템 - Google Patents

색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법 및 시스템에 관한 것으로, 초기 색정보를 이용하여 스펙트럼을 재구성하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 있어서, 초기 색정보가 입력되는 입력단계와; 상기 입력단계에서 입력된 색 정보와 기존의 분광반사율 검색표를 비교하는 비교단계와; 상기 비교단계에서의 비교 데이타를 이용하여 적합한 색변환 방법을 선택하는 조건 판별단계와; 상기 조건 판별단계에서의 조건판별에 맞추어 스펙트럼을 재구성하기 위한 방법인 3차원 삼각보간법, 2차원 고속삼각보간법, 비음수메트릭스변환법, 주변량분석법 중 하나 이상의 방법을 사용하여 스펙트럼을 재구성하는 변환단계;를 포함하여 구성되는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법을 기술적 요지로 한다. 그리고 본 발명은 초기 색정보를 이용하여 스펙트럼을 재구성하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 시스템에 있어서, 초기 색정보가 입력되는 입력부와; 상기 입력부에서 입력된 색 정보와 기존의 분광반사율 검색표를 비교하는 비교부와; 상기 비교부에서의 비교 데이타를 이용하여 적합한 색변환 방법을 선택하는 조건 판별부와; 상기 조건 판별부에서의 조건판별에 맞추어 스펙트럼을 재구성하기 위한 방법인 3차원 삼각보간법, 2차원 고속삼각보간법, 비음수메트릭스변환법, 주변량분석법 중 하나 이상의 방법을 사용하여 스펙트럼을 재구성하는 변환부;를 포함하여 구성되는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 시스템을 또한 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 기존의 분광반사율 검색표와 하이브리드 방법을 통해 다양한 환경에서의 색지각을 이해하고, 색변환 및 색재현에 중요한 정보가 되는 분광반사율 혹은 투과율을 하이브리드 방법에 의해 가장 정확하고 빠르게 추정할 수 있는 방법일 뿐만 아니라, 중요한 색 정보를 지속적으로 업데이트 하고, 다양한 조건에서 색 변화를 예측하고, 이를 재현할 수 있는 이점이 있다.

Description

색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법 및 시스템{Hybrid color conversion method and system to optimize the performancein diverse color perception environment}
본 발명은 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법 및 시스템에 관한 것으로, 초기 색 정보와 기존의 분광 반사율 검색표(Look up table)를 활용하여 색의 반사율 혹은 투과율을 추정함으로써, 궁극적으로 다양한 조건에서 효율적이고 경제적으로 색을 변환하고 재현하는데 이용하려는 것이며, 주어진 색정보를 이용하여 분광반사율이나 투과율을 추정하기 위하여 3차원삼각보간법, 2차원삼각보간법, NMT, PCA법 중 최적의 방법을 적용할 수 있는 하이브리드 방법을 구현하고, 분광반사율 추정과정에서 획득된 정보를 분광반사율 검색표에 다시 업데이트 하고, 색 지각 조건에 따라 정확하고 빠른 색변환 및 색재현을 실행하는 것을 기술적 요지로 한다.
인간이 받아들이는 정보 중에 가장 많은 부분이 시각을 통해서 받아들이는 색에 관한 정보이다. 물체색 혹은 디지털 환경에서 색은 조명, 필터효과, 반사율 등에 영향을 받아 같은 색이라도 다른 색으로 지각되는 경우도 있다. 주어진 환경과 조건에서 색이 어떻게 지각되느냐는 카메라, 프린터, 디스플레이 등 다양한 이미지 재생 장비의 활용에서 매우 중요한 문제이다. 다양한 색변환 과정(color computing)에서 가장 효율적으로 이용할 수 있는 색 정보는 분광반사율이나 투과율이다. 분광반사율이나 투과율은 초기 색정보와 기존의 분광반사율검색표(Look up table)를 활용하여 추정할 수 있고, 다양한 조건에서 효율적이고 경제적으로 색을 변환하고 추정하는데 이용된다.
색의 변환과 반사율에 관한 종래 특허로는 미쓰비시덴키 가부시키가이샤의 색변환장치(Color Conversion Device and Color Conversion Method, 출원번호 :10-2003-0035862)와 우시오덴키 가부시키가이샤의 분광 반사율 측정장치 및 분광반사율 측정방법(Spectral reflectance measuring apparatus and spectralreflectance measuring method, 출원번호 :10-2001-0070986) 등이 있다. 전자는 화상의 암부(暗部) 등에 있어서의 잡음 성분의 영향의 강조 및 명도, 채도가 높은 색에 있어서의 색 번짐의 발생을 억제하는 것이 가능하고, 변환 특성을 유연하게 변경할 수 있고, 또한 대용량 메모리를 필요로 하지 않는 색 변환 장치 및 색 변환 방법을 얻는 것에 대한 것이며, 후자는 자외 영역을 포함하는 넓은 파장 영역에 있어서, 특정 파장의 광의 반사율을 측정할 수 있는 분광 반사율 측정 장치, 참조 값을 용이하게 취득할 수 있는 분광 반사율 측정 장치 및 분광 반사율 측정 방법을 제공하는 것이다.
그리고 삼성전자 주식회사의 "색 보정방법 및 이에 적합한 장치"(공개번호 :10-1996-0006651)가 있는바, 이는 기기 종속적인 RGB 색공간의 색신호를 기기독립적인 CIEXYZ 색공간의 색신호로 변환시키는 색보정 방법에 있어서, 가시대역의 파장별 가중치의 중요도를 시감 특성과 조명특성을 이용해 구하는 과정; 상기 파장별 가중치의 중요도를 분광반사도에 가중시켜 분광반사도, 시감특성, 및 조명특성에 기초한 기저함수를 구하는 과정; 상기 분광반사도, 시감 특성, 조명특성에 기초한 기저함수를 사용하여 웨이트 색공간의 색신호에 CIEXYZ 색공간의 색신호로 변환할 때의 변환계수를 구하는 과정;으로 구성되어, 원래 화상이 갖는 색특성을 물체색 고유의 분광반사도로 표현함으로써 보다 정확한 색재현을 실현하고자 하는 것이다.
또한 세이코 엡슨 가부시키가이샤의 색 변환 장치, 색 변환 방법, 색 변환 프로그램, 화상 처리장치, 및 화상 표시 장치(공개번호 :10-2007-0040737)가 있는바, 이는 입력된 화상 데이터의 복수의 색의 수를, 화상을 표시하는 표시 장치가 사용하는 복수의 색의 수로 색 변환하는 색 변환 장치로서, 색 공간에서 적어도 상기 표시 장치가 표시 가능한 색 재현 영역의 외측에 위치하는 점을 포함하는 복수의 소정 점에 대하여, 상기 소정 점에 대응하는 색 변환 값을 계산하는 소정 점의 색 변환값 계산 수단, 및 상기 입력된 화상 데이터에 대하여, 상기 소정 점에 대응하는 색 변환값을 사용하여 보간 계산함으로써 상기 색 변환을 실시하는 보간 계산 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 색 변환 장치로 구성되어, 색 재현 영역의 경계가 소정 점의 도중에 위치해도 색 재현 영역의 외측의 값은 거의 동일해지고, 색 재현 영역의 내측의 값은 매끄럽게 변화하기 때문에, 색 변환했을 때의 색 재현 영역의 경계에서 발생하는 계조의 불연속을 억제하면서, 다원색의 색 재현값을 적절하게 계산하고자 하는 것이다.
다른 특허로는 Andrew C. Gallagher와 Edward B. Gindele의 제한된 색영역의 디지털 이미지를 통해 확장된 색영역의 디지털이미지를 구축하는 방법(Method for Constructing an Extended Color Gamut Digital Image from a Limited Color Gamut Digital Image, 미국특허번호 : US7035460 b2)이 있으며, 이는 색의 역변환 함수를 이용하며 제한된 색영역의 디지털 이미지를 통해 확장된 색영역의 디지털이미지를 구축하는 방법이다. Jefferson Y. Han과 Kenneth Perlin는 대상물의 반사율데이터를 결정하기 위한 방법과 장치(Method and Apparatus for Determining Reflectance Data of a Subject, 미국특허번호 : US7830522 b2)에서 표면이 있는 산광기(diffuser)를 이용하여 물체의 양방향 반사율 분포함수(BRDF)를 파악 함으로써 물체의 반사율 데이터를 얻기 위한 장치를 개발하였다
그러나 상기 종래기술들은 다양한 조건에서 효율적이고 경제적으로 색을 변환하고 재현하지 못한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초기 색 정보와 기존의 분광 반사율 검색표(Look up table)를 활용하여 색의 반사율 혹은 투과율을 추정함으로써, 궁극적으로 다양한 조건에서 효율적이고 경제적으로 색을 변환하고 재현하는데 이용하려는 것이며, 주어진 색정보를 이용하여 분광반사율이나 투과율을 추정하기 위하여 3차원삼각보간법, 2차원삼각보간법, NMT, PCA법 중 최적의 방법을 적용할 수 있는 하이브리드 방법을 구현하고, 분광반사율 추정과정에서 획득된 정보를 분광반사율 검색표에 다시 업데이트 하고, 색 지각 조건에 따라 정확하고 빠른 색변환 및 색재현을 실행하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초기 색정보를 이용하여 스펙트럼을 재구성하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 있어서, 초기 색정보가 입력되는 입력단계와; 상기 입력단계에서 입력된 색 정보와 기존의 분광반사율 검색표를 비교하는 비교단계와; 상기 비교단계에서의 비교 데이타를 이용하여 적합한 색변환 방법을 선택하는 조건 판별단계와; 상기 조건 판별단계에서의 조건판별에 맞추어 스펙트럼을 재구성하기 위한 방법인 3차원 삼각보간법, 2차원 고속삼각보간법, 비음수메트릭스변환법, 주변량분석법 중 하나 이상의 방법을 사용하여 스펙트럼을 재구성하는 변환단계;를 포함하여 구성되는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법을 기술적 요지로 한다.
또한 본 발명은 초기 색정보를 이용하여 스펙트럼을 재구성하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 시스템에 있어서, 초기 색정보가 입력되는 입력부와; 상기 입력부에서 입력된 색 정보와 기존의 분광반사율 검색표를 비교하는 비교부와; 상기 비교부에서의 비교 데이타를 이용하여 적합한 색변환 방법을 선택하는 조건 판별부와; 상기 조건 판별부에서의 조건판별에 맞추어 스펙트럼을 재구성하기 위한 방법인 3차원 삼각보간법, 2차원 고속삼각보간법, 비음수메트릭스변환법, 주변량분석법 중 하나 이상의 방법을 사용하여 스펙트럼을 재구성하는 변환부;를 포함하여 구성되는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 시스템을 또한 기술적 요지로 한다.
상기 입력단계의 초기 색 정보는, 주어진 반사율 데이터, 조명 데이타, 이미지의 색에 관한 데이타 중 하나 이상이 포함되는 것이 바람직하다.
상기 변환 단계에서의 결과는 스펙트럼 데이타 또는 색좌표가 되는 것이 바람직하다.
상기 스펙트럼 데이타 또는 색좌표는 상기 분광반사율 검색표에 업데이트 되는 것이 바람직하다.
상기 스펙트럼 데이터 또는 색좌표는 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이되는 것이 바람직하다.
상기 변환단계는 색지각 관련 정보를 고려하여 색 변환되는 것이 바람직하다.
상기 색지각 관련정보는, 조명, 필터, 반사율 중 하나가 되는 것이 바람직하다.
상기 변환단계에서 변환된 색은 디스플레이장치를 통하여 디스플레이 되거나 프린팅장치를 통하여 프린터 되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 기존의 분광반사율 검색표와 하이브리드 방법을 통해 다양한 환경에서의 색지각을 이해하고, 색변환 및 색재현에 중요한 정보가 되는 분광반사율 혹은 투과율을 하이브리드 방법에 의해 가장 정확하고 빠르게 추정할 수 있는 방법일 뿐만 아니라, 중요한 색 정보를 지속적으로 업데이트 하고, 다양한 조건에서 색 변화를 예측하고, 이를 재현할 수 있는 이점이 있다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 초기 색 정보와 기존의 분광 반사율 검색표(Look up table)를 활용하여 색의 반사율 혹은 투과율을 추정함으로써, 궁극적으로 다양한 조건에서 효율적이고 경제적으로 색을 변환하고 재현하는데 이용하려는 것이며, 주어진 색정보를 이용하여 분광반사율이나 투과율을 추정하기 위하여 3차원삼각보간법, 2차원삼각보간법, NMT, PCA법 중 최적의 방법을 적용할 수 있는 하이브리드 방법을 구현하고, 분광반사율 추정과정에서 획득된 정보를 분광반사율 검색표에 다시 업데이트함으로써, 색 지각 조건에 따라 정확하고 빠른 색변환 및 색재현을 실행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 분광반사율 및 색좌표 추정 시스템의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 하이브리드 방법의 상세도로서, 분광반사율을 구하기 위한 다양한 방법들 중 주어진 조건에 가장 적합한 분광반사율 및 색좌표 추정 방법을 정하는 과정에 관한 내용을 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 3차원 삼각보간법에 의한 분광반사율의 추정을 나타낸 도이고,
도 4는 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 2차원 색공간에서 두 색의 혼합을 나타낸 도이고,
도 5는 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 삼각형의 안에 있는 점의 좌표를 구하는 방법을 나타낸 도이고,
도 6은 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 의해 추정된 분광반사율을 이용하고 색지각 관련정보를 고려하여 색을 변환하는 시스템의 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 분광반사율 및 색좌표 추정 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 하이브리드 방법의 상세도로서, 분광반사율을 구하기 위한 다양한 방법들 중 주어진 조건에 가장 적합한 분광반사율 및 색좌표 추정 방법을 정하는 과정에 관한 내용을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 3차원 삼각보간법에 의한 분광반사율의 추정을 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 2차원 색공간에서 두 색의 혼합을 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 따른 삼각형의 안에 있는 점의 좌표를 구하는 방법을 나타낸 도이고, 도 6은 본 발명의 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 의해 추정된 분광반사율을 이용하고 색지각 관련정보를 고려하여 색을 변환하는 시스템의 개략도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 아래의 두 가지 구성으로 형성된다.
첫째, 주어진 환경에서 물체 혹은 디스플레이에 의해 표현된 색은 물체나 디스플레이를 통해 반사되는 빛의 파장에 대한 색공간 좌표로 표시할 수 있다. 색 정보를 이용하여 색공간 좌표를 추출하기 위한 알고리즘은 특정 조건에서 색의 변환과 재현에 매우 유용한 정보를 제공하여 준다. 색정보를 색공간 좌표로 표시하거나 색공간 좌표를 이용하여 색을 변환하기 위해서는 분광반사율이 필요한데, 최근까지 1979년 먼셀 색표집에 제시된 1296개 색에 대한 분광반사율만이 공개되어 있다. 자유로운 색변환 및 재현을 위해서는 1296개 이외의 색에 대한 반사율을 정확하고 효율적으로 구해 내는 것이 가장 중요한 과제이다. 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같다.
1. 초기 색정보 색좌표로 변환한 후 기존의 분광반사율 정보가 저장된 검색표와 비교하고, 불일치할 경우 그 조건에 따라 기존의 다양한 색 변환 방법 중 가장 적합한 방법을 적용하기 위한 하이브리드 기술
2. 색좌표가 3차원 색재현 영역에 있는지, 2차원 색재현 영역에 있는 지를 판별하는 기술
3. 색좌표가 3차원 색재현 영역에 있는 경우에는 기존에 알려진 3차원 삼각보간법을 적용하고, 2차원 색재현 영역에 있는 경우에는 본 발명에서 처음 개발한 2차원고속삼각보간법을 적용하기 위한 기술
4. 입력된 색의 색좌표가 색재현 영역 밖에 있을 경우 NMT,또는 PCA를 적용하여 분광반사율을 구하는 기술
상기의 기술들은 컴퓨터를 이용하여 진행되는바, 초기 색정보는 컴퓨터의 입력부를 통하여 입력되고, 입력부에서 입력된 색 정보는 비교부에서 기존의 분광반사율 검색표와 비교된다. 상기 비교부에서의 비교 데이타를 이용하여 조건판별부에서는 적합한 색변환 방법을 선택하며, 상기 조건 판별부에서의 조건판별에 맞추어 변환부에서 스펙트럼을 재구성하기 위한 방법인 3차원 삼각보간법, 2차원 고속삼각보간법, 비음수메트릭스변환법, 주변량분석법 중 하나 이상의 방법을 사용하여 스펙트럼을 재구성한다.
둘째, 본 발명에서 중요한 두 번째 기술적 과제는 하이브리드 방법에 의해 구해진 분광반사율과 색 정보를 검색표에 업데이트 하기 위한 기술과, 환경이나 색지각 조건의 변화에 따른 색변화를 빠르고 정확하게 예측하여 디스플레이 하는 것이다.
통상, 물체색 혹은 디스플레이 장비에 의해 표현된 색은 조명, 필터, 반사율 등에 영향을 받아, 같은 색이라도 주변환경이나 조건이 달라지면 다른 색으로 지각된다. 다양한 조건에서 색이 어떻게 지각되느냐 하는 것은 색을 표현하는 다양한 장비, 즉, 디스플레이 장비를 비롯하여, 프린트, 카메라 등을 통해 색을 재현하는데 매우 중요하다.
색을 정확하게 재현하는 일은 색지각 과정을 이해하는 것에서부터 출발한다.
우리의 눈에서 색을 구별하는 일을 담당하는 것은 원추세포이다. 원추세포는 L(long light wavelength), M(medium light wavelength), S(short light wavelength)라 불리는 세가지의 종류의 세포군으로 구성되고, 이들은 빛의 파장에 따라 반응이 달라지는 광검출기(photo detector)이다. L, M, S 자극치의 합(L+M+S)은 W-B(White-Black, Light-Dark)신호로, L 자극치와 M 자극치의 차이(L-M)는 R-G(Red-Green) 신호로, 그리고 L 자극치와 M 자극치의 합에 대한 S 자극치의 차이(L+M-S)는 Y-B(Yellow-Blue) 신호로 전달된다. 즉, 인간이 색을 지각하는 것은 빛의 파장에 의한 색의 차이와 빛의 세기(intensity)에 의한 밝기의 차이에 의한 자극을 수용하는 과정으로 이해할 수 있다. 다양한 환경에서의 색지각 차이를 반영한 검색표(LUT)가 있다면 각각의 조건에 맞는 색재현이 가능하다. 하지만 이 세상에서 표현할 수 있는 수 없이 많은 색에 대한 검색표를 만든다는 것은 사실상 실현 불가능한 일이다. 기존 색 변환 방법은 RGB나 CMYK, 또는 CIE Lab, CIE XYZ로 표현된 색에 대하여 다양한 조건을 반영한 매트릭스 변환(Color Adaptation Transformation)을 통해 환경에 따른 색 차이를 예측하는 것이었다.
최근 색지각을 광원과 피사체에 의해 만들어진 광학적 스펙트럼 자극을 수용하는 과정으로 이해하게 됨으로써, 파장에 따른 반사율 혹은 투과율을 이용하여 색차이를 예측하는 다중분광 이미징(Multispectral Imaging) 방법이 제안되어 활용되고 있다.
본 발명은 다양한 환경에서 색지각 차이를 반영하여 색변환 및 재현이 가능하도록, 고유색의 반사율 혹은 투과율정보를 분광반사율 검색표와 하이브리드 방법을 통해 구해내고, 이 과정에서 얻어진 색정보를 다시 분광반사율 검색표에 업데이트하고, 색변환 및 재현을 실행하기 위한 방법을 개발하는 것이다. 이는 다양한 환경에서 색지각의 차이를 예측하고 활용하기 위한 가장 핵심적인 기술로서 색을 수용하고 표현하는 모든 장비에 관련된다.
이하 본 발명의 구성 및 작용에 관한 상세한 내용을 하나씩 첨부한 예시도면에 의거 설명하면 다음과 같다.
가. 하이브리드 방법의 스펙트럼 재현 알고리즘(도 1)
도 1은 본 발명의 주요 내용을 요약하여 보여주는 것으로, 하이브리드 방법을 이용하여 주어진 조건에 맞도록 스펙트럼을 재현하는 방법에 관한 것이다. 변환하고자 하는 색의 초기정보(Initiatialcolor data, 도 1의 101)가 입력되면 저장되어 있던 분광반사율 검색표(Spectral reflection look up table, 도 1의 102)와 비교하여 어떤 방법을 적용하여 색을 변환할 것인지를 결정하기 위한 판별이 이루어진다(도 1의 103). 이때 색정보와 함께 조명이나 재료의 반사율 등의 정보가 있으면 이를 반영하여 판별한다. 외부에서 주어진 색정보는 CIE XYZ, CIE xyY, CIE Lab 등 색을 표현하는 장비에 무관한 값으로 주어지거나, RGB 혹은 CMYK 등과 같이 색을 표현하는 장비에 의존하는 값으로 주어진다. 본 발명의 핵심 기술인 하이브리드 방법을 적용하기 위해서는 초기 색정보가 3차원 색공간의 색변환 가능 영역에 있는지 2차원 색공간의 색변환 가능 영역에 있는지를 우선적으로 판별하여야한다.
CIE XYZ 정보는 3차원 색공간으로, CIE xyY 정보는 2차원 xy 색공간으로 대입할 수 있으므로, 초기 색정보가 이 두 가지 형식으로 표현되어 있지 않은 경우,우선 CIE XYZ, CIE xyY로 변환을 수행한다. 이 과정에 관한 국제 표준과 그 방법은 이미 나와 있으므로 이를 활용한다. 판별결과에 따라 가장 적합한 변환 방법을 선택하고(도 1의 104), 주어진 조건을 고려한 스펙트럼 데이터와 좌표의 변환이 이루어진다(도 1의 105). 변환결과는 디스플레이 장치를 통하여 재현되고, 이때 얻어진 정보는 기존의 분광반사율 검색표와 함께 저장할 수도 있다.
나. 조건판별 및 하이브리드 방법의 적용(도 2)
도 2는 본 발명에서 가장 핵심적인 기술에 해당하는 조건판별 및 하이브리드 방법에 의한 최적화 방법에 관한 것이다. 입력된 색정보와 분광반사율 검색표의 데이터를 비교한 후, 주어진 조건에 따라 스펙트럼을 재구성하는데 가장 적합한 알고리즘을 선택하는 기술을 보여준다.
이를 위해 먼저 입력된 색정보를 CIE XYZ와 CIE xyY 값으로 변환하고, 검색표의 데이터와 비교한다. 비교결과 3차원 폐곡면 안에 있는 점이면, 3차원 삼각보간법을 이용하여 반사율을 구하고(도 2, 201, 202), 초기 색정보가 3차원 폐곡면 안의 점이 아닌 경우, 다시 2차원 폐곡선 안의 점인지를 판별하도록 한다. 판별결과가 참이면, 2차원 고속삼각보간법을 이용하여 주어진 분광반사율을 구하고(도 2, 203, 204), 만약 이 모든 조건에 해당하지 않으면 NMT(nonnegative matrix transformation), PCA(principal component analysis) 방법을 이용하여 반사율을 구한다(도 2, 206).
3차원 삼각보간법에 의해 반사율을 구하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 만약 우리가 가지고 있는 색정보가 반사율 정보이고 이 반사율 정보가 먼셀 색표집의 1269개 색으로 주어진다면, 이 반사율을 이용하여 CIE XYZ로 변환이 가능하다. 이때 광원 및 표준관측자의 조건은 D65(6500K daylight)와 CIE 1964년 표준관측자인 CIE 10o관측자로 한다(물론 다른 조명 및 관측자 조건에서의 변환도 가능하다). 변환된 1269개의 CIE XYZ 좌표를 이용하여 3차원 디로우네이 삼각보간법(3DT, Three Dimensional Delaunay Triangulation)을 실시한 후 이 정보를 이용하여 3차원 폐곡면을 구하면 도 3과 같다.
먼저 색정보를 CIE XYZ 좌표로 변환한 후 이를 타겟점(T: XT, YT, ZT)으로 한다. 먼저 이 좌표가 3차원 폐곡면(3D convex hull) 안에 있는지 아닌지를 판단한 후 타겟점이 3차원 폐곡면 안에 있는 경우에는 3차원 삼각보간법을 사용한다. CGAL(Computational Geometry Algorithms Library, www.cgal.org)에서 제공하는 오픈 소스프로그램을 이용하면 3차원 삼각보간법과 3차원 폐곡면의 활용가능성 여부를 판단할 수 있다. 타겟점을 포함하는 사면체를 찾아 그 사면체의 각점 A1(X1, Y1, Z1), A2(X2, Y2, Z2), A3(X3, Y3, Z3), A4(X4, Y4, Z4)을 이용하여 타겟점의 좌표를 무게중심 좌표계(barycentric coordinate)로 나타낼 수 있다(a1, a2, a3, a4). 이 후 이 네개의 좌표에 해당하는 만큼씩 네 점의 좌표에서의 반사율을 곱해서 나타낸 복합반사율이 바로 초기 색정보에 해당하는 분광반사율이 된다.
도 3은 3차원 삼각보간법에 의한 폐곡면과 그 폐곡면에서 임의의 타겟점을 포함하는 사면체의 네점의 좌표((a), (b)), 그리고 이를 이용해서 찾은 분광반사율(c), 그리고 분광반사율을 이용해서 구한 CIE XYZ 좌표(d)와 초기의 좌표(b)와의 오차(e)를 보여준다. 오차는 10-12 정도로 수치계산적 오차범위에서 정확하게 동작하고 있음을 보여준다.
만약 원하는 타겟점이 3차원 좌표계로 표현될 수 없는 경우에는 2차원 삼각보간법을 실시한다. 기존에 알려져 있는 2차원 삼각보간법은 3차원 삼각보간법에 비해 속도가 느리거나 그 정확도가 떨어진다. 이에 본 발명에서는 2차원 삼각보간법의 속도와 정확도를 개선할 수 있는 기술을 개발하고, 이를 2차원 고속삼각보간법으로 명명하였다. 2차원 고속삼각보간법의 이해를 돕기 위해 색의 혼합과정을 살펴보면 다음과 같다.
만약 혼합하고자 하는 두 개의 색좌표가 CIE XYZ 3차원 좌표계에서 A1(X1, Y1, Z1) 과 A2(X2, Y2, Z2)로 주어진다면, CIE xyY 2차원 좌표계 상에서는 A1(x1, y1)과 A2(x2, y2)로 표기할 수 있다. 두 좌표 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.
Figure 112012053711071-pat00001
Figure 112012053711071-pat00002
Figure 112012053711071-pat00003
이 두 좌표가 의미하는 두 가지의 색을 α와 (1-α)의 비율로 혼합하여 새로운 색좌표로 표기할 경우 그 점은 3차원 좌표계 상에서는 AT(XT, YT, ZT)로 주어지고, 2차원 좌표계 상에서는 (xT, yT)로 주어질 것이다. 한편, 3차원 색공간에서 색의 혼합은 반사율의 혼합과 같으므로 AT의 3차원 표기법은 다음과 같다.
Figure 112012053711071-pat00004
Figure 112012053711071-pat00005
Figure 112012053711071-pat00006
이를 이용해서 3차원 좌표계에서 2차원 좌표계로의 변환시 불변값을 γ라 하고 다음과 같이 정의하면,
Figure 112012053711071-pat00007
두 색의 혼합비율은 다음과 같다.
Figure 112012053711071-pat00008
타겟점의 좌표와 2개의 색좌표를 알고 있으면 위의 혼합 비율대로 색을 혼합하면 되는 결과가 유추된다. 이러한 색의 혼합은 반사율의 혼합과 같으므로 두색의 반사율을 α 와 (1-α)의 비율로 혼합하면 우리가 원하는 반사율을 쉽게 구할 수 있다.
도 4는 CIE Lab 좌표계와 CIE xyY 좌표계에서 두 색을 10% 씩 혼합할 때 나타나는 혼합색의 좌표(a, b)와 분광반사율(c)을 나타내는 것이다. 예를 들어, 색 A1과 A2 를 50%씩 혼합한 경우 혼합색의 위치는 CIE xyY 좌표계에서 두 색의 색좌표를 연결하는 중점에 위치하는 것이 아니라, 두 색의 좌표를 연결한 직선위에 있지만 그 좌표는 위 관계식<수학식 2, 수학식 4>에서 α와 (1-α)를 이용하여 계산한 직선 위의 내분점으로 주어진다(a). CIE Lab 좌표계에서는 두 좌표를 연결한 직선이 아닌 비선형 곡선의 한 점으로 주어진다(b).
따라서 2차원 색공간에서의 삼각보간법은 무게 중심좌표계일 것이라는 기존의 가정은 무리가 있으며, 2차원 색공간에서 분광반사율의 추정을 위해서는 두 색이 아닌 세 색의 혼합비율을 이용하여야 함을 알 수 있다. 이를 위해 세 색 중 각 두 색의 분광반사율 혼합비율을 α 와 β 라 명명하고, 도 5에서 보이듯이 삼각형의 세 좌표로 주어진 점 안의 내부에서 한 점의 좌표를 α 와 β 그리고 1-α-β 의 비율로 나타내어 그 혼합비율로 하였을 때 2차원 CIE xyY 좌표계에서의 타겟의 좌표를 구할 수 있다. 즉, 도 5에서 한 점과 중심의 점을 연결한 선분과 다른 두 점이 이루는 선분이 만나는 곳의 좌표를 색중심 표기법으로 구하고, 이 점과 먼저 찾은 점을 연결하는 선분에서 색중심 표기법을 통하여 구한다.
이러한 방법은 기존의 Iteration(순환근사법)을 이용한 방법보다 훨씬 빠르며, 정밀하게 2차원 삼각보간법을 수행할 수 있는 장점을 가진다. 예를 들어 2차원 삼각보간법과 같은 정밀도(10-12)를 가지기 위한 순환 근사법의 수행시간은 약
Figure 112012053711071-pat00009
에서 12/log(2) = 39.8배 이상의 시간이 소모된다.
색을 구현하는데 있어서 가장 정밀한 방법은 3차원 표기법에서 4가지색을 혼합하는 방법(사면체법)이고, 그 다음 정밀한 방법은 2차원표기법에서 3가지 색을 혼합하는 방법(삼각형법)이다. 이 두가지 방법이 모두 불가능할 경우 비음수메트릭스 변화법(non-negative matrix transformation, NMT) 및 주변량분석법(Principal Component Analysis, PCA)을 사용할 수 있지만, 구현시 시간이 많이 걸리는 문제가 있다. 하지만 분광반사율검색표로 구할 수 있는 색의 범위를 벗어난 경우에는 3차원 또는 2차원삼각보간법을 사용할 수 없으므로, 시간이 많이 걸리더라도 이 방법을 사용하도록 한다.
본 발명의 핵심이 되는 하이브리드 시스템은 이 항에서 상술한 방법을 순차적으로 검토하여 색 변환시 사용되는 시간을 줄이고 경제성을 도모할 수 있는 장점이 있다.
다. 조건의 변화에 따라 색변환을 실시하는 시스템(도 6)
기존에 알려진 조건의 변화에 따라 색을 변환하는 시스템은 CIE CAT(Chromatic Adaptation Transformation)을 사용한다. CAT 은 표준규격의 조명에서 구해진 색정보(디스플레이의 경우 RGB)를 이용하여, 다른 조명으로 변환 혹은 환산을 하는데 사용되는 관계식이다. 이러한 CAT으로 국제 공인을 받고 있는 표준은 CIECAT94(1994년 CIE 에서 정한 표준), CMCCAT97(1997년 CMC 에서 정한 표준), 그리고 CMCCAT2000(2000년 CMC에서 정한 표준)이 있다. 기본적으로 CAT의 경우는 다음과 같은 메트릭스 변환을 수행한다.
Figure 112012053711071-pat00010
Figure 112012053711071-pat00011

이 모델은 외부환경의 변화에 따른 색지각 모델이 아님에도 불구하고 많은 경우 외부환경 조건에 해당하는 조명이나 필터의 변화를 모델링하는데 쓰여지고 있다. 위 모델의 대표적인 문제점은 분광분포가 다르지만 특정 조명 조건에서 같은 색으로 지각되는 색이 조명 조건이 달라질 경우 다른 색으로 지각되는(보이는) 조건등색(color metamerism) 현상을 고려하지 않았다는 것이다.
조건등색이란 조명 조건등색, 기하학적 조건등색, 관찰자 조건등색 등이 있으며, 이에 대한 해법은 단순한 색좌표의 변환이 아니라 스펙트럼 정보에 의한 색변환을 통해서만 극복될 수 있다. 기존의 방법은 두 색의 스펙트럼이 일치하는 등색(spectral color match)을 구하기 위해서 주어진 조건에서 모든 스펙트럼을 측정하여 이를 이미징화 하는 기술(Hyperspectral Imaging)을 사용하고 있고, 색의 특성을 고려할 때, 이 방법이 가장 정확한 방법이다. 하지만 각각의 이미지를 저장해야 하므로 파일의 크기가 커지고 고가의 측정 장비를 사용하므로 경제성이 매우 떨어지는 단점이 있다. 경제성을 고려할 때 쉽게 이용할 수 있는 것이 삼각보간법이나, PCA, NMT 등이다. 본 발명에서 제안하는 하이브리드 시스템은 효율성과 정확성을 함께 얻을 수 있는 색재현 프로그램으로서 기존의 3차원 삼각보간법 및 새로 개발한 2차원 고속삼각보간법, 그리고 입력된 정보의 조건에 대응한 다양한 방법을 적용하여 스펙트럼을 재현하는 독창적인 방법이다.
도 6에서와 같이 주어진 색정보 혹은 이미지는(도 6의 601) 하이브리드 방법에 의해 변환하고(도 6의 602), 주변 환경 및 주어진 조건의 변화(예를 들면 조명, 필터, 반사율 등)를 고려하여(도 6의 603) 스펙트럼에 기초하여 이미지를 변환한 후(도 6의 604), 이 값을 디스플레이값(TV, 모니터, 모바일 디스플레이, OLED, LCD 혹은 CRT의 RGB)이나 프린터값(4색 CYMK 혹은 그 이상의 색을 사용하는 경우 각각의 색에 해당하는 잉크의 양)으로 변환하거나 출력 또는 디스플레이 해주는 방법이다.
위와 같은 방식의 색 변환 시스템은 조명의 차이에 의한 색 변화가 필요한 경우, 스펙트럼 필터를 통하여 색을 재현하는 장비, 색약자 및 색지각 이상이 있는 사용자를 위한 디스플레이 및 보조장비, 그리고 이와 관련된 프린터장비 등에 폭 넓게 활용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 초기 색정보를 이용하여 스펙트럼을 재구성하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법에 있어서,
    초기 색정보가 입력되는 입력단계와;
    상기 입력단계에서 입력된 색 정보와 기존의 분광반사율 검색표를 비교하는 비교단계와;
    상기 비교단계에서의 비교 데이타를 이용하여 색 정보가 3차원 색재현 영역에 있는지, 색 정보가 2차원 색재현 영역에 있는지, 색 정보가 색재현 영역 밖에 있는지를 판별하고, 3차원 색재현 영역에 있으면 3차원 삼각보간법을 선택하고, 3차원 색재현 영역에 없고 2차원 색재현 영역에 있으면 2차원고속삼각보간법을 선택하고, 3차원 색재현 영역 및 2차원 색재현 영역 밖에 있으면 비음수메트릭스변환법 또는 주변량분석법 중 하나의 색변환 방법을 선택하는 조건 판별단계와;
    상기 조건 판별단계에서의 조건판별에 맞추어 스펙트럼을 재구성하기 위한 방법인 3차원 삼각보간법, 2차원 고속삼각보간법, 비음수메트릭스변환법, 주변량분석법 중 하나 이상의 방법을 사용하여 스펙트럼을 재구성하는 변환단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력단계의 초기 색 정보는, 주어진 반사율 데이터, 조명 데이타, 이미지의 색에 관한 데이타 중 하나 이상이 포함됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변환 단계에서의 결과는 스펙트럼 데이타 또는 색좌표가 됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스펙트럼 데이타 또는 색좌표는 상기 분광반사율 검색표에 업데이트 됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스펙트럼 데이터 또는 색좌표는 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 변환단계는 색지각 관련 정보를 고려하여 색 변환됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 색지각 관련정보는,
    조명, 필터, 반사율 중 하나가 됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 변환단계에서 변환된 색은 디스플레이장치를 통하여 디스플레이 되거나 프린팅장치를 통하여 프린터 됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 방법.
  9. 초기 색정보를 이용하여 스펙트럼을 재구성하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 시스템에 있어서,
    초기 색정보가 입력되는 입력부와;
    상기 입력부에서 입력된 색 정보와 기존의 분광반사율 검색표를 비교하는 비교부와;
    상기 비교부에서의 비교 데이타를 이용하여 색 정보가 3차원 색재현 영역에 있는지, 색 정보가 2차원 색재현 영역에 있는지, 색 정보가 색재현 영역 밖에 있는지를 판별하고, 3차원 색재현 영역에 있으면 3차원 삼각보간법을 선택하고, 3차원 색재현 영역에 없고 2차원 색재현 영역에 있으면 2차원고속삼각보간법을 선택하고, 3차원 색재현 영역 및 2차원 색재현 영역 밖에 있으면 비음수메트릭스변환법 또는 주변량분석법 중 하나의 색변환 방법을 선택하는 조건 판별부와;
    상기 조건 판별부에서의 조건판별에 맞추어 스펙트럼을 재구성하기 위한 방법인 3차원 삼각보간법, 2차원 고속삼각보간법, 비음수메트릭스변환법, 주변량분석법 중 하나 이상의 방법을 사용하여 스펙트럼을 재구성하는 변환부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 색지각 조건을 대응한 색재현 성능 최적화 하이브리드 시스템.
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