(57)【要約】【課題】  従来の色補正装置では、任意の色領域を他の任意の色領域へ補正することができない。    【解決手段】  カラー画像信号の観測ベクトルから観測パターン特徴量空間を生成して、該観測パターン特徴量空間から色の確率空間を生成し、該色の確率空間上で補正対象とする色ベクトルである補正対象ベクトルと、補正対象とする色範囲である補正範囲と、基準補正量ベクトルとを求め、基準補正量ベクトルを、確率空間上の確率ベクトルと補正対象ベクトルとの関係に基づいて変化させる色補正量の重み関数を求め、基準補正量ベクトルと重み関数とに基づいて、確率空間上での色の確率ベクトルを色補正した後のベクトルである色補正後ベクトルを求め、色補正後ベクトルを観測パターン特徴量空間に射影し、色補正後のカラー画像信号を求める。    【選択図】  図２
2005165683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー画像信号を電気的に処理して色補正する処理手段を有する色補正装置であって、
前記処理手段は、
カラー画像信号の観測ベクトルから観測パターン特徴量空間を生成して、該観測パターン特徴量空間から色の確率空間を生成する第１の処理と、
前記確率空間上で補正対象とする色ベクトルである補正対象ベクトルと、補正対象とする色範囲である補正範囲と、基準補正量ベクトルとを求める第２の処理と、
前記基準補正量ベクトルを、前記確率空間上の確率ベクトルと前記補正対象ベクトルとの関係に基づいて変化させる色補正量の重み関数を求める第３の処理と、
前記基準補正量ベクトルと前記重み関数とに基づいて、前記確率空間上での色の確率ベクトルを色補正した後のベクトルである色補正後ベクトルを求める第４の処理と、
前記色補正後ベクトルを前記観測パターン特徴量空間に射影し、色補正後のカラー画像信号を求める第５の処理とを行うことを特徴とする色補正装置。
【請求項２】
前記処理手段は、前記第１の処理において、
カラー画像信号の観測ベクトルから前記観測パターン特徴量空間を生成する第１−１の処理と、
前記観測パターン特徴量空間の平均偏差行列を求める第１−２の処理と、
前記平均偏差行列の共分散行列を求める第１−３の処理と、
前記共分散行列に含まれる複数の固有値および固有ベクトルを求める第１−４の処理と、
前記複数の固有値を昇順に並べ替える第１−５の処理と、
前記並べ替えた固有値に対応するように、前記複数の固有ベクトルを並べ替える第１−６の処理と、
前記各固有値の平方根を求める第１−７の処理と、
前記各固有ベクトルを、該固有ベクトルに対応する固有値の平方根で正規化して正規化固有ベクトルを求める第１−８の処理と、
前記各正規化固有ベクトルを列ベクトルとする正規化固有ベクトル行列を求める第１−９の処理と、
前記平均偏差行列の各行ベクトルを、前記正規化固有ベクトル行列により表される前記確率空間としての正規化固有空間に正射影して正射影ベクトルを求める第１−１０の処理とを行うことを特徴とする請求項１に記載の色補正装置。
【請求項３】
前記処理手段は、前記第２の処理において、
前記第１−１０の処理にて求められた複数個の前記正射影ベクトルの中から補正対象とする複数個のベクトルを選択し、これら選択されたベクトルの平均ベクトルである補正対象ベクトルを求める第２−１の処理と、
前記複数個の正射影ベクトルの中から前記補正範囲を表す補正範囲ベクトルを求める第２−２の処理と、
前記補正対象ベクトルの補正後のベクトルである対象補正後ベクトルを、前記補正範囲ベクトルにより表される補正範囲を満たすように求める第２−３の処理と、
前記補正対象ベクトルに対する前記対象補正後ベクトルの変化量を表す基準補正量ベクトルを求める第２−４の処理とを行うことを特徴とする請求項２に記載の色補正装置。
【請求項４】
前記重み関数は、前記第１−１０の処理にて求められた複数個の前記正射影ベクトルに、前記第２−１から２−４の処理にて求められた前記補正対象ベクトル、前記補正範囲ベクトル、前記対象補正後ベクトルおよび前記基準補正量ベクトルをパラメータとする重み付けを行う関数であり、
前記第４の処理で求める前記色補正後ベクトルは、
前記正規化固有空間上の確率ベクトルを
【数１】
2005165683.tif 000029
前記補正対象ベクトルを
【数２】
2005165683.tif 000030
前記対象補正後ベクトルを
【数３】
2005165683.tif 000031
前記基準補正量ベクトルを
【数４】
2005165683.tif 000032
前記補正範囲ベクトルを
【数５】
2005165683.tif 000033
とするとき、
【数６】
2005165683.tif 000034
であることを特徴とする請求項３に記載の色補正装置。
【請求項５】
前記処理手段は、前記第５の処理において、前記色補正後ベクトルに、前記第１−９の処理で求めた前記正規化固有ベクトル行列の逆行列をかけ、その結果に対して前記第１−２の処理にて前記平均偏差行列を求める際に用いた平均ベクトルを加算した行列を求めることを特徴とする請求項４に記載の色補正装置。
【請求項６】
カラー画像信号を電気的に処理して色補正する色補正方法であって、
カラー画像信号の観測ベクトルから観測パターン特徴量空間を生成して、該観測パターン特徴量空間から色の確率空間を生成する第１のステップと、
前記確率空間上で補正対象とする色ベクトルである補正対象ベクトルと、補正対象とする色範囲である補正範囲と、基準補正量ベクトルとを求める第２のステップと、
前記基準補正量ベクトルを、前記確率空間上の確率ベクトルと前記補正対象ベクトルとの関係に基づいて変化させる色補正量の重み関数を求める第３のステップと、
前記基準補正量ベクトルと前記重み関数とに基づいて、前記確率空間上での色の確率ベクトルを色補正した後のベクトルである色補正後ベクトルを求める第４のステップと、
前記色補正後ベクトルを前記観測パターン特徴量空間に射影し、色補正後のカラー画像信号を求める第５のステップとを含むことを特徴とする色補正方法。
【請求項７】
前記第１のステップは、
カラー画像信号の観測ベクトルから前記観測パターン特徴量空間を生成する第１−１のステップと、
前記観測パターン特徴量空間の平均偏差行列を求める第１−２のステップと、
前記平均偏差行列の共分散行列を求める第１−３のステップと、
前記共分散行列に含まれる複数の固有値および固有ベクトルを求める第１−４のステップと、
前記複数の固有値を昇順に並べ替える第１−５のステップと、
前記並べ替えた固有値に対応するように、前記複数の固有ベクトルを並べ替える第１−６のステップと、
前記各固有値の平方根を求める第１−７のステップと、
前記各固有ベクトルを、該固有ベクトルに対応する固有値の平方根で正規化して正規化固有ベクトルを求める第１−８のステップと、
前記各正規化固有ベクトルを列ベクトルとする正規化固有ベクトル行列を求める第１−９のステップと、
前記平均偏差行列の各行ベクトルを、前記正規化固有ベクトル行列により表される前記確率空間としての正規化固有空間に正射影して正射影ベクトルを求める第１−１０のステップとを含むことを特徴とする請求項６に記載の色補正方法。
【請求項８】
前記第２のステップは、
前記第１−１０のステップにて求められた複数個の前記正射影ベクトルの中から補正対象とする複数個のベクトルを選択し、これら選択されたベクトルの平均ベクトルである補正対象ベクトルを求める第２−１のステップと、
前記複数個の正射影ベクトルの中から前記補正範囲を表す補正範囲ベクトルを求める第２−２の処理と、
前記補正対象ベクトルの補正後のベクトルである対象補正後ベクトルを、前記補正範囲ベクトルにより表される補正範囲を満たすように求める第２−３のステップと、
前記補正対象ベクトルに対する前記対象補正後ベクトルの変化量を表す基準補正量ベクトルを求める第２−４のステップとを含むことを特徴とする請求項７に記載の色補正方法。
【請求項９】
前記重み関数は、前記第１−１０のステップにて求められた複数個の前記正射影ベクトルに、前記第２−１から２−４のステップにて求められた前記補正対象ベクトル、前記補正範囲ベクトル、前記対象補正後ベクトルおよび前記基準補正量ベクトルをパラメータとする重み付けを行う関数であり、
前記第４のステップで求める前記色補正後ベクトルは、
前記正規化固有空間上の確率ベクトルを
【数７】
2005165683.tif 000035
前記補正対象ベクトルを
【数８】
2005165683.tif 000036
前記対象補正後ベクトルを
【数９】
2005165683.tif 000037
前記基準補正量ベクトルを
【数１０】
2005165683.tif 000038
前記補正範囲ベクトルを
【数１１】
2005165683.tif 000039
とするとき、
【数１２】
2005165683.tif 000040
であることを特徴とする請求項８に記載の色補正方法。
【請求項１０】
前記第５のステップにおいて、前記色補正後ベクトルに、前記第１−９のステップで求めた前記正規化固有ベクトル行列の逆行列をかけ、その結果に対して前記第１−２のステップにて前記平均偏差行列を求める際に用いた平均ベクトルを加算した行列を求めることを特徴とする請求項９に記載の色補正方法。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれか１つに記載の色補正装置を備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項１２】
請求項６から１０のいずれか１つに記載の色補正方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする色補正プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル画像信号の処理技術に関し、さらに詳しくは、コンピュータ装置の色表示画面、デジタルカメラの撮影画面、テレビジョン画面、プロジェクタ、複写機、写真、印刷、ファクシミリなどのカラー画像表示における色調を補正する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラー画像が表示や形成される装置においては、カラー画像の全ての色がユーザーの好みの色になっていない場合がある。このため、従来の装置には、ユーザーが表示されているカラー画像を観測しながら６色相（赤、緑、青、シアン、マゼンタ、イエロー）別に色補正できる回路が実装されている。
【０００３】
この回路は、カラー画像の観測パターンベクトル
【０００４】
【数１３】
2005165683.tif 000003
をＲＧＢ座標系からＨＳＶ座標系へ変換した変換後の観測パターンベクトル
【０００５】
【数１４】
2005165683.tif 000004
に対して、色相別に他の色相に影響を与えず独立に補正するものである。
【０００６】
例えば、色相値を、
【数１５】
2005165683.tif 000005
【０００７】
各色相の色相範囲を、
【数１６】
2005165683.tif 000006
とし、赤色相に対してＳ値、Ｖ値を保ちながらＨ値を３０だけ補正した場合、変換後の観測パターンベクトルｘ’iは、式（１）によりｘ”iに補正される。図４に、ｘ’i（ｈ，ｓ，ｖ）の概念図を示す。
【０００８】
【数１７】
2005165683.tif 000007
・・・式（１）
【０００９】
また、上記例におけるｘ”i（ｈ’，ｓ’，ｖ’）の概念図を図５に示す。図５において、３００１は、色相Ｈｒと色相Ｈｙの境界を、また、３００２は、色相Ｈｒと色相Ｈｍの境界を示す。
【００１０】
なお、入力された画像信号の色補正を行う方法としては、特許文献１等にて提案されているものがある。
【特許文献１】特開平９−２１４７８４号公報（段落００１９〜００６８、図１〜５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の色補正回路では、補正可能な色相が６色相（赤、緑、青、シアン、マゼンタ、イエロー）に固定されており、その中間の色相や彩度の低い色領域のみの補正はできなかった。更に、従来の色補正回路では、補正対象の色相とそれに隣接する色相間で色階調の不連続を生じ易く、疑似輪郭を発生し易いなどの問題がある。図５に示す、色相の境界３００１と３００２は、色階調の不連続を生じ易い部分である。
【００１２】
本発明は、任意の色領域を希望する色領域へ補正できるようにし、さらに色分布が異なるカラー画像毎に最適な色補正を行えるようにした色補正装置、色補正方法および色補正のためのコンピュータプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、色階調の不連続、反転を発生させないことに加え、各色の発生確率を考慮した色補正を行う。これを実現するために、本発明では、色空間上での確率分布を考慮した色補正量の重み関数を採用する。
【００１４】
すなわち、本発明は、カラー画像信号を電気的に処理して色補正する装置において、カラー画像信号の観測ベクトルから観測パターン特徴量空間を生成して、該観測パターン特徴量空間から色の確率空間を生成し、該色の確率空間上で補正対象とする色ベクトルである補正対象ベクトルと、補正対象とする色範囲である補正範囲と、基準補正量ベクトルとを求め、基準補正量ベクトルを、確率空間上の確率ベクトルと補正対象ベクトルとの関係に基づいて変化させる色補正量の重み関数を求め、基準補正量ベクトルと重み関数とに基づいて、確率空間上での色の確率ベクトルを色補正した後のベクトルである色補正後ベクトルを求め、色補正後ベクトルを観測パターン特徴量空間に射影し、色補正後のカラー画像信号を求める。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、色表示画面に表示された特定色あるいは色領域を補正するときに、その特定色あるいは特定色領域を独立に補正することができる。しかも、任意の色領域を他の任意の色領域へ補正可能とし、補正対象の色領域とそれに隣接する色領域での色階調の不連続による疑似輪郭の発生を抑え、更にカラー画像毎の色分布を考慮した最適な色補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１７】
図１（Ａ），（Ｂ）には、本発明の実施例である色補正装置を備えた光学機器の構成を示している。
【００１８】
図１（Ａ）はデジタルカメラやビデオカメラ等の撮影装置や、複写機の読み取り装置の構成を示す。２はカラー画像の入力部となる光電変換素子であり、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等により構成されている。１は光電変換素子２上に物体像を結像させるための光学系１であり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影装置であれば撮影光学系に、複写機であれば原稿の読み取り光学系に相当する。なお、光電変換素子２はＲＧＢの３色に対して１つ設けてもよいし、３つ設けてもよい。
【００１９】
３は光電変換素子２からの出力信号であるカラー画像信号に対して各種画像処理を行う画像処理回路であり、この画像処理回路３内に本実施形態の色補正装置４が構成されている。
【００２０】
色補正装置４は、色補正処理を行う色補正処理回路４ａと、色補正処理に必要なデータやプログラムを格納したＲＯＭ等のメモリ４ｂと、色補正処理過程において算出した値等を一時的に記憶しておくＲＡＭ等のメモリ４ｃとを有する。
【００２１】
５は画像処理回路３にて色補正処理を含む各種画像処理がなされた画像信号を再生する不図示のコンピュータモニタ、テレビ、プリンタ等の画像再生装置６、若しくは半導体メモリや磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体７に出力する画像出力回路である。
【００２２】
また、図１（Ｂ）には、上述した色補正装置４を含む画像処理回路３が、テレビやプロジェクタ等の画像表示装置に搭載された形態を示している。１１は画像処理回路３に対してカラー画像信号を供給する、パーソナルコンピュータ、ビデオ、ＤＶＤプレーヤ等の画像信号供給装置である。画像処理回路３は、色補正処理を含む各種画像処理を行ったカラー画像信号をテレビ１２の表示回路や、プロジェクタの原画形成部であるＬＣＤ等の画像形成素子１３に出力する。１４はプロジェクタの投射レンズ、１５はスクリーン等の被投射面である。
【００２３】
なお、本実施形態の色補正装置は、発明は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示した光学機器だけでなく、カラー画像の色補正を行う各種光学機器や装置に用いることができる。
【００２４】
次に、上記色補正装置４にて行われるカラー画像の特定色あるいは特定色領域を独立に補正するための手順を図２および図３に示すフローチャートに従って説明する。なお、図２および図３における数字１を付した部分はつながっていることを示す。また、該フローチャートに従って行われる色補正処理は、ハードウェアによって行ってもよいし、コンピュータプログラムによって行ってもよい。
【００２５】
まず、ステップ（図ではＳと記す）１００１では、カラー画像信号の観測ベクトルｘi（１≦ｉ≦ｎ）を、式（２）に従って取得する。ここで、観測ベクトルは、カラー画像信号における画素ごとの各色相成分の量を示すものであり、ｎは図１に示した光電変換素子２や供給されたカラー画像信号の画素数である。図４には、観測ベクトルｘiの概念図を示す。
【００２６】
【数１８】
2005165683.tif 000008
・・・式（２）
【００２７】
次に、ステップ１００２では、取得したカラー画像の観測ベクトルから、式（３）により、観測パターン特徴量空間Ｈ（ｎ，３）を生成する。
【００２８】
【数１９】
2005165683.tif 000009
・・・式（３）
【００２９】
但し、ｎは観測ベクトルの総数
次に、ステップ１００３では、式（３）により生成した観測パターン特徴量空間Ｈ（ｎ，３）の平均偏差行列Ｘ（ｎ，３）を、式（４）に従って算出する。
【００３０】
【数２０】
2005165683.tif 000010
・・・式（４）
【００３１】
次に、ステップ１００４では、式（４）で生成した平均偏差行列Ｘ（ｎ，３）の共分散行列Ｃを式（５）に従って算出する。
【００３２】
【数２１】
2005165683.tif 000011
・・・式（５）
【００３３】
次に、ステップ１００５では、式（５）で算出した共分散行列Ｃを固有値分解し、主対角上にＣの固有値を持つ行列をＤとし、また各列がＣの固有ベクトルからなる行列をＶとする。
【００３４】
次に、ステップ１００６では、ステップ１００５で得られた行列Ｄの対角成分である固有値を抽出し、昇順に並べかえる。
ここでは、行列Ｄの対角成分をＤijとし、
【００３５】
【数２２】
2005165683.tif 000012
・・・式（６）
を昇順にソートする。そのときの固有値を、
【００３６】
【数２３】
2005165683.tif 000013
・・・式（７）
とする。
【００３７】
次に、ステップ１００７では、行列Ｖの固有ベクトルを式（７）の固有値のソート順に対応するように並び替える。この列ベクトルのソートを行った行列をＵとする。
【００３８】
ここで、ｓＤiに対応する固有ベクトルをＵiとすると、
【数２４】
2005165683.tif 000014
・・・式（８）
となる。
【００３９】
次にステップ１００８では、式（９）に従って式（７）でのｓＤiの平方根をとる。
【００４０】
【数２５】
2005165683.tif 000015
・・・式（９）
【００４１】
次に、ステップ１００９では、式（１０）に従って、式（８）に示したＵの正規化を行う。
【００４２】
【数２６】
2005165683.tif 000016
・・・式（１０）
【００４３】
次に、ステップ１０１０では、式（１１）に従って、式（１０）のnorm_uiを列ベクトルとする、色の確率空間としての正規化固有空間を表す正規化固有ベクトル行列Ｕnormを算出する。
【００４４】
【数２７】
2005165683.tif 000017
・・・式（１１）
【００４５】
次に、ステップ１０１１では、式（１２）に従って、式（１１）で算出した正規化固有空間へ式（４）で算出した平均偏差行列Ｘ（ｎ，３）の各行ベクトルを正射影する。
【００４６】
【数２８】
2005165683.tif 000018
・・・式（１２）
【００４７】
次に、ステップ１０１２では、式（１３）に従って、式（１２）で算出した正規化固有空間（色の確率空間）上で複数個の選択されたベクトル
【００４８】
【数２９】
2005165683.tif 000019
から補正対象とするベクトル（以下、補正対象ベクトルという）
【００４９】
【数３０】
2005165683.tif 000020
を算出する。
【００５０】
【数３１】
2005165683.tif 000021
・・・式（１３）
【００５１】
次に、ステップ１０１３では、式（１４）に従って、式（１２）で算出した正規化固有空間上で補正範囲ベクトル
【００５２】
【数３２】
2005165683.tif 000022
を選択し、補正範囲ｒを設定する。
【００５３】
【数３３】
2005165683.tif 000023
・・・式（１４）
【００５４】
次に、ステップ１０１４では、式（１５）を満たすように、式（１２）で算出した正規化固有空間上で、式（１３）で算出した補正対象ベクトルａを補正した後のベクトルである対象補正後ベクトル
【００５５】
【数３４】
2005165683.tif 000024
を選択する。
【００５６】
【数３５】
2005165683.tif 000025
・・・式（１５）
【００５７】
次に、ステップ１０１５では、式（１６）に従って、式（１２）で算出した正規化固有空間上で、補正対象ベクトルａと対象補正後ベクトルａ’の変化量ベクトルΔａを算出する。
【００５８】
【数３６】
2005165683.tif 000026
・・・式（１６）
【００５９】
次にステップ１０１６では、式（１２）で算出した正規化固有空間上のベクトルＺi（１≦ｉ≦ｎ）を式（１７）に従って変換し、補正後の正規化固有空間上のベクトルＺi’を算出する。
【００６０】
【数３７】
2005165683.tif 000027
【００６１】
次に、ステップ１０１７では、式（１７）で算出した補正後の正規化固有空間上のベクトルＺ’iに式（１２））で算出した写像ＵnormTの逆写像を行う。さらに、式（１８）に従い、式（４）で算出した平均ベクトルｍ（１，３）を加算した色補正後ベクトルＺ”iを算出する。
【００６２】
【数３８】
2005165683.tif 000028
・・・式（１８）
【００６３】
以上で本フローによる色補正を終了する。これにより、任意の色領域を希望する色領域へ補正でき、さらに色分布が異なるカラー画像毎に最適な色補正を行うことができる。
なお、本実施例では、光学機器に搭載された色補正処理回路により色補正処理を行う場合について説明したが、本発明の色補正方法は、光学機器とは別のコンピュータ上で動作するソフトウェアプログラム（オペレーションシステム上で動作するアプリケーションソフトウェア等）によって行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例である色補正装置およびこれを備えた光学機器の構成を示す概略図である。
【図２】上記色補正装置によるカラー画像の色補正を行うためのフローチャートである。
【図３】上記色補正装置によるカラー画像の色補正を行うためのフローチャートである。
【図４】色補正前のＨＳＶ表色系の概念図である。
【図５】赤色相を色補正した概念図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  光学系
２  光電変換素子
３  画像処理回路
４  色補正装置
４ａ  色補正処理回路
５  画像出力回路
３００１  赤色相と黄色相の境界
３００２  赤色相とマゼンタ色相の境界
【図１】
2005165683.tif 000041
【図２】
2005165683.tif 000042
【図３】
2005165683.tif 000043
【図４】
2005165683.tif 000044
【図５】
2005165683.tif 000045