(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー画像の色空間を代表色に対応する数の複数部分領域に分割し、該部分領域に属する色値を該部分領域毎に定めた代表色に変換するカラー画像圧縮方法であって、
前記カラー画像中の各画素について、色空間に変換し、変換された前記各画素の前記色空間での色値の分布を１つの部分領域とし、該部分領域内でユークリッド距離が最も大きい２色を代表色として前記部分領域を２分割し、
前記２分割された各部分領域の代表色は該部分領域の平均値を用い、各部分領域毎の画素値と代表色との距離の評価値を求めて、該評価値の分散を計算し、分散の大きい部分領域を選択し、該選択された部分領域を２分割してそれぞれの代表色を決定し、該２分割により増加した後の部分領域の数が所定数になるまで、毎回全部分領域を対象に、領域の分割と代表色の決定を繰り返すことを特徴とするカラー画像圧縮方法。
【請求項２】
カラー画像の色空間を代表色に対応する数の複数部分領域に分割し、該部分領域に属する色値を該部分領域毎に定めた代表色に変換するカラー画像圧縮方法であって、
前記カラー画像中の各画素について、色空間に変換し、変換された前記各画素の前記色空間での色値の分布を１つの部分領域とし、該部分領域内でユークリッド距離が最も大きい２色を代表色として前記部分領域を２分割し、
前記２分割された各部分領域の代表色は各部分領域の色値の平均値とし、前記部分領域の各画素に対応する色値と前記部分領域の色値の平均値とから、該部分領域の分散を計算し、分散の大きい部分領域を選択し、該選択された部分領域を２分割してそれぞれの代表色を決定し、該２分割により増加した後の全部分領域の数が所定数になるまで、毎回全部分領域を対象に、領域の分割と代表色の決定を繰り返すことを特徴とするカラー画像圧縮方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
カラー画像の色空間はＲＧＢ色空間であることを特徴とするカラー画像圧縮方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
カラー画像の色空間はＹＩＱ色空間又はＹＩの２次元色空間であることを特徴とするカラー画像圧縮方法。
【請求項５】
請求項１において、
画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値は画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値とのユークリッド距離であることを特徴とするカラー画像圧縮方法。
【請求項６】
請求項１において、
画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値は画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との街区画距離であることを特徴とするカラー画像圧縮方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カラー画像の圧縮に関する。
近年、カラー画像の表示の高品位化の要望が高まり、所謂フルカラー対応システムに対する要望が高まって来た。一方、現状では、従来の２５６色擬似カラーディスプレイが行き渡っているため、その活用を図ることが要求されている。このために既存のディスプレイによりフルカラー画像を出来る限り自然に表示する必要がある。このため、代表色と呼ばれる所定の数の色（例えば２５６色）を選び、これらの色によってカラー画像を表現する方法、即ちカラー画像圧縮方法を実現する必要がある。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像圧縮方法の一つとして、従来より、ＬＵＴ(Look up table) が用いられている。具体的には、原画像に観察される色（例えば、１６７７７２１６色のフルカラー）のうち、代表色として所定の数の色（例えば２５６色）を選び、その色のみをＬＵＴに設定する。各画素は、ＬＵＴに格納されている何れかの色によって表現される。なお、ＬＵＴに設定される代表色の列はカラーマップと呼ばれる。圧縮画像によって表示される画像において、その多くの画素は、元の色とは異なった色によって表示され、原画像の色相感を損なうことが多く、この様な欠点を回避するべく、従来より、種々の方法が提案されている。以下に、従来技術の代表的方法を２件例示する。
【０００３】
第１は、図５に示す構成をとる（特開平４−２９８１９６参照）。図中、１はカラー画像入力部、２は出現色頻度計数部、３はカラーマップ作成部、４はカラー画像変換部である。本方法では、対象となるカラー画像に含まれるカラー情報の出現頻度を求め、出現頻度の高い順に所定の数の代表色を抽出する。本方法では、画像の多くの範囲で観察される色は忠実に保存される。しかし、その他の部分の色はすべて原画像の色とかなりかけ離れた色で再現されるので、かなりの違和感を生じる。
【０００４】
第２は、図６に示す構成をとる（特開昭６４−８０９９１参照）。図中、１はカラー画像入力部、２は画像分割部、３はカラーマップ作成部、４はカラー画像変換部である。本方法では、対象となるカラー画像に含まれるカラー情報を色空間（例えば、ＲＧＢの三原色の各成分を３つの座標軸とする３次元空間等）に変換し、色空間を複数領域に分割して代表となる色を決定する方法も提案されている。本方法では、原画像で色相が急激に変化する位置を検出し、その位置を境界とした領域内に、適応的にカラーマップを決定する。その結果、画像の全体にわたって画質が向上し、画像の転送や格納に有用である。しかし、一つの画像に対して複数のカラーマップを持つため、画像表示する場合には装置の構成が複雑になり導入のメリットが無いのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、(1) 画像の全体にわたって画質を保持するカラーマップを決定できない、(2) 画質を極力保持するために、複数のカラーマップを設定しなければならない、といった問題点があった。
【０００６】
本発明は、これらの問題点を解決し、既存のディスプレイを用いて、フルカラー画像を表示するカラー画像圧縮方法を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理説明図、図３は図１の処理の流れを示す図である。図１中、１はカラー画像入力部、２は色空間分割部、３はカラーマップ作成部、４はカラー画像変換部である。
【０００８】
請求項１の発明では、カラー画像の色空間を代表色に対応する数の複数部分領域に分割し、該部分領域に属する色値を該部分領域毎に定めた代表色に変換するカラー画像圧縮方法であって、前記カラー画像中の各画素について、色空間に変換し、変換された前記各画素の前記色空間での色値の分布を１つの部分領域とし、該部分領域内でユークリッド距離が最も大きい２色を代表色として前記部分領域を２分割し、前記２分割された各部分領域の代表色は該部分領域の平均値を用い、各部分領域毎の画素値と代表色との距離の評価値を求めて、該評価値の分散を計算し、分散の大きい部分領域を選択し、該選択された部分領域を２分割してそれぞれの代表色を決定し、該２分割により増加した後の部分領域の数が所定数になるまで、毎回全部分領域を対象に、領域の分割と代表色の決定を繰り返す。
【０００９】
請求項２の発明では、カラー画像の色空間を代表色に対応する数の複数部分領域に分割し、該部分領域に属する色値を該部分領域毎に定めた代表色に変換するカラー画像圧縮方法であって、前記カラー画像中の各画素について、色空間に変換し、変換された前記各画素の前記色空間での色値の分布を１つの部分領域とし、該部分領域内でユークリッド距離が最も大きい２色を代表色として前記部分領域を２分割し、前記２分割された各部分領域の代表色は各部分領域の色値の平均値とし、前記部分領域の各画素に対応する色値と前記部分領域の色値の平均値とから、該部分領域の分散を計算し、分散の大きい部分領域を選択し、該選択された部分領域を２分割してそれぞれの代表色を決定し、該２分割により増加した後の全部分領域の数が所定数になるまで、毎回全部分領域を対象に、領域の分割と代表色の決定を繰り返す。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明を、色空間がＲＧＢ値をそのまま３成分とする３次元座標で示される場合に適用する。
請求項４の発明では、請求項１または請求項２の発明を、ＲＧＢ値をＹＩＱの３成分とする３次元座標に変換した３次元座標で示される場合、さらにＹＩを２成分とする２次元座標に変換する場合に適用する。
【００１１】
請求項５の発明では、請求項１の発明について、画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値を画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値とのユークリッド距離としている。
【００１２】
請求項６の発明では、請求項１の発明について、画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値を画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との街区画距離としている。
【００１３】
【作用】
請求項１の発明および請求項２の発明では、図１の如くカラー画像入力部１から入力された原カラー画像は、色空間分割部６に送られる。色空間分割部６は色空間分割、ＲＧＢ変換および代表色決定の諸機能を内蔵するもので、カラー画像のＲＧＢ値を色空間に写像し、写像結果に基づき、全ての画素についてその画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値の累積が小さくなるように、色空間を所定の数の複数部分領域に分割し、各部分領域の代表色を決定する。
【００１４】
色空間分割および代表色決定の結果と原画像とを用いて、カラーマップ作成部３でカラーマップとして、各部分領域の通し番号と代表色の対応表を生成する。その結果に基づいて、続くカラー画像変換部４で、分割された色空間内の部分領域に通し番号を付け、入力画像の各画素を、それが属する部分領域の番号に置き換える。このようにして得られた圧縮符号化画像（圧縮された画像）を得る。
【００１５】
本発明によると、全ての画素についてその画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値の累積が小さいため（即ち色の近似の程度が良好であるため）、高品位の圧縮画像が得られる。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１の発明および請求項２の発明の場合と同様に、図１に示すカラー画像入力部１から入力された原カラー画像は、色空間分割部６に送られるが、色空間がＲＧＢ値をそのまま３成分とする３次元座標で示される場合であり、色空間分割部６は色空間分割および代表色決定の諸機能を内蔵するもので、カラー画像のＲＧＢ値を用いて、全ての画素についてその画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値の累積が小さくなるように、ＲＧＢ色空間を所定の数の複数部分領域に分割し、各部分領域の代表色を決定する。以下、請求項１の発明および請求項２の発明の場合と同様に、色空間分割および代表色決定の結果と原画像とを用いて、カラーマップ作成部３でカラーマップとして、各部分領域の通し番号と代表色の対応表を生成する。その結果に基づいて、続くカラー画像変換部４で、分割された色空間内の部分領域に通し番号を付け、入力画像の各画素を、それが属する部分領域の番号に置き換える。このようにして得られた圧縮符号化画像を得る。
【００１７】
本発明によると、請求項１の発明および請求項２の発明と同様にして、色の近似の程度が良好で、高品位の圧縮画像が得られる。
請求項４の発明においても、図１の如くカラー画像入力部１から入力された原カラー画像は、色空間分割部６に送られる。色空間分割部６は色空間分割、ＲＧＢ変換および代表色決定の諸機能を内蔵するもので、カラー画像のＲＧＢ値をＹＩＱ色空間に写像し、写像結果に基づき、全ての画素についてその画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値の累積が小さくなるように、色空間を所定の数の複数部分領域に分割し、各部分領域の代表色を決定する。以下請求項１ないし請求項３の発明と同様にして、圧縮符号化画像（圧縮された画像）を得る。
【００１８】
本発明では、上記の共通の効果のほかに、ＹＩＱの３成分のうち１つの成分が他の２つに比して少ない性質を利用して２次元色空間（ＹＩの２次元）に近似する事が出来るため、より簡便な構成を採ることが可能という顕著な効果がある。
【００１９】
請求項５の発明では、画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値は画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値とのユークリッド距離であるが、その他については請求項１の発明と全く同様の作用が期待される。
【００２０】
請求項６の発明では、画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値は画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との街区画距離であるが、その他については請求項１の発明と全く同様の作用が期待される。
【００２１】
【実施例】
図２は本発明の実施例構成図、図４は図２の処理の流れを示す図である。図２中、１１はＲＧＢ値変換部で、画像記憶部１２に格納された原画像を読み出し、ＲＧＢ値を色空間に写像した変換画像を画像記憶部に格納するもの、１３は色空間分割および代表色決定部で、画像記憶部に格納された変換画像を読み出し、色空間に含まれるいかなる画像も、全ての画素についてその画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値の累積が小さくなるように、色空間を所定の数の複数部分領域に分割し、各部分領域の代表色を決定し、色空間の分割結果および各領域の代表色を色空間分割結果および代表色記憶部１４に格納するもの、１５は画像符号化部で、色空間分割結果および代表色記憶部１４に格納された色空間の分割結果および各部分領域の代表色を読み出し、各部分領域に通し番号をつけ、画像記憶部１２に格納された原画像を読み出し、各画素をそれが属する番号に置き換えるものである。置き換えた画像は符号化画像として画像記憶部１２に格納し、同時に、カラーマップとして、各領域の通し番号と代表色の対応表を生成する。生成したカラーマップは、カラーマップ記憶部１６に格納する。
【００２２】
以下では、色空間への変換の例として３次元空間の場合と２次元空間の場合について夫々２例、計４例について実際の変換式を示し、また色空間分割および代表色決定、色空間におけるユークリッド距離の算出方法、色空間における平均値の算出方法および色空間における分散の算出方法につい例示し、本発明の有効性を確認した。
【００２３】
ＲＧＢ値の色空間への変換
〔第１の例〕ＹＩＱの３次元空間への変換の場合
３次元空間を、互いに直交する３軸（Ｙ軸、Ｉ軸、Ｑ軸）が成す３次元空間と捉える。本例は請求項４の発明の第１の具体的実施例であり、図２中のＲＧＢ変換部１１において変換が行われ、その結果を画像記憶部１２に格納する。ＲＧＢ値のＹ座標、Ｉ座標、Ｑ座標への変換は次式を用いておこなう。
【００２４】
Ｙ＝0.30×Ｒ＋0.59×Ｇ＋0.11×Ｂ
Ｉ＝0.60×Ｒ−0.28×Ｇ−0.32×Ｂ
Ｑ＝0.21×Ｒ−0.52×Ｇ＋0.31×Ｂ
〔第２の例〕ＲＧＢの３次元空間への変換の場合
３次元空間を、互いに直交する３軸（Ｒ軸、Ｇ軸、Ｂ軸）が成す３次元空間と捉える。本例は請求項３の発明の具体的実施例であり、この場合、Ｒ座標、Ｇ座標、Ｂ座標は、ＲＧＢ値をそのまま用いる。
〔第３の例〕ＹＩの２次元空間への変換の場合
色空間を、ＹＩＱ３次元空間を成す互いに直交する３軸のうち、分布が最も少ない軸（Ｑ軸）を割愛した２軸（Ｙ軸、Ｉ軸）が成す２次元空間と捉える。請求項４の発明の第２の具体的実施例である。図２中のＲＧＢ変換部１１において変換が行われ、その結果を画像記憶部１２に格納する。ＲＧＢ値のＹ座標、Ｉ座標への変換は次式を用いておこなう。
【００２５】
Ｙ＝0.30×Ｒ＋0.59×Ｇ＋0.11×Ｂ
Ｉ＝0.60×Ｒ−0.28×Ｇ−0.32×Ｂ
〔第４の例〕ｘｙ２次元空間への変換の場合
色空間を、次式で示す２軸（ｘ軸、ｙ軸）が成す２次元空間と捉える。請求項１の発明および請求項２の発明の具体的実施例である。図２中のＲＧＢ変換部１１において変換が行われ、その結果を画像記憶部１２に格納する。
【００２６】
ｘ＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３
ｙ＝（Ｒ−Ｂ）／２
以上の各例においては、以下の手段（手順）を共通して用いる。
〔第１の手段〕色空間分割および代表色決定の手段
(1) 色空間での画素分布を一つの部分領域とみなす。この部分領域の代表色として該部分領域の平均値を用いる。
(2) 部分領域数が代表色の所定数と一致するまで、(3) から(6) まで繰り返す。
(3) 各部分領域毎の画素値と代表色との差を求め、この差につき分散を求める。
(4) これまでに得られた全ての部分領域の中で (3)で得られた分散値が最も高い部分領域を２分割の対象として選択し、２つの部分領域に分割する。そして該部分領域内でユークリッド距離が最も大きい２色を仮に２分割後の新しい２つの部分領域のそれぞれの代表色とする。
(5)  (4)で得られた２つの部分領域のいずれかに属する各点は、その点と代表色のうちユークリッド距離が小さい方の領域に属しているとみなして、２つの領域それぞれの平均値を計算し、それを新しい代表色とする。
(6)  (5)における平均値計算後の新しい代表色が平均値計算前の古い代表色と一致するまで (5)の過程を繰り返す。
〔第２の手段〕色空間におけるユークリッド距離の算出方法
(1) 色空間が３次元の場合
ある二つの色Ｃ1 ＝（Ｘ1,Ｙ1,Ｚ1 ）およびＣ2 ＝（Ｘ2,Ｙ2,Ｚ2 ）の距離ｄは次式により求められる。
【００２７】
ｄ＝｛（Ｘ1 −Ｘ2 ）2 ＋（Ｙ1 −Ｙ2 ）2 ＋（Ｚ1 −Ｚ2 ）2 ｝1/2 
(2) 色空間が２次元の場合
ある二つの色Ｃ1 ＝（Ｘ1,Ｙ1 ）およびＣ2 ＝（Ｘ2,Ｙ2 ）の距離ｄは次式により求められる。
【００２８】
ｄ＝｛（Ｘ1 −Ｘ2 ）2 ＋（Ｙ1 −Ｙ2 ）2 ｝1/2 
〔第３の手段〕色空間における平均値の算出方法
(1) 色空間が３次元の場合
ある領域に属する色をＣi ＝（Ｘi,Ｙi,Ｚi ）(i=1,N）（Ｎは自然数）とすると、この領域の平均値Ｃm ＝（Ｘm,Ｙm,Ｚm ）は次式により求められる。
【００２９】
【数１】
0003674965.tif 000002
【００３０】
(2) 色空間が２次元の場合
ある領域に属する色をＣi ＝（Ｘi,Ｙi ）(i=1,N）（Ｎは自然数）とすると、この領域の平均値Ｃm ＝（Ｘm,Ｙm ）は次式により求められる。
【００３１】
【数２】
0003674965.tif 000003
【００３２】
〔第４の手段〕色空間における分散の算出方法
(1) 色空間が３次元の場合
ある領域に属する色をＣi ＝（Ｘi,Ｙi,Ｚi ）(i=1,N）（Ｎは自然数）、そして、この領域の平均値をＣm ＝（Ｘm,Ｙm,Ｚm ）とすると、この領域の分散σは次式により求められる。
【００３３】
【数３】
0003674965.tif 000004
【００３４】
(2) 色空間が２次元の場合
ある領域に属する色をＣi ＝（Ｘi,Ｙi ）(i=1,N）（Ｎは自然数）、そして、この領域の平均値をＣm ＝（Ｘm,Ｙm ）とすると、この領域の分散σは次式により求められる。
【００３５】
【数４】
0003674965.tif 000005
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、(1) 画像の全ての画素についてその画素の色値の属する部分領域の代表色と該画素の色値との距離の評価値の累積を考慮するので、画像の全体にわたって均一に画質を保持するカラーマップを決定することができ、(2) 画像のすべての点を同時に考慮して代表色を決定するので、一枚の画像につきただ一つのみカラーマップを設定できる。
【００３７】
その結果、カラー画像（例えば、１６７７７２１６色のフルカラー）の原画を従来の方法よりも自然に疑似カラー（例えば２５６色）に圧縮する事が出来、既存の設備の有効利用を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理説明図である。
【図２】  本発明の実施例構成図である。
【図３】  処理の流れ１である。
【図４】  処理の流れ２である。
【図５】  従来技術の構成１である。
【図６】  従来技術の構成２である。
【符号の説明】
１  カラー画像入力部
２  出現色頻度計数部
３  カラーマップ作成部
４  カラー画像変換部
５  画像分割部
６  色空間分割部
１１  ＲＧＢ値変換部
１２  画像記憶部
１３  色空間分割および代表色決定部
１４  色空間分割結果および代表色記憶部
１５  画像符号化部
１６  カラーマップ記憶部
【図１】
0003674965.tif 000006
【図２】
0003674965.tif 000007
【図３】
0003674965.tif 000008
【図４】
0003674965.tif 000009
【図５】
0003674965.tif 000010
【図６】
0003674965.tif 000011