(57)【要約】【課題】  輝度圧縮度が画像の相異なる部分にわたって変化する、色域をマッピングするシステムを提供する。【解決手段】  本発明の色域マッピング・システムは、入力画像を輝度成分Ｌin及びクロミナンス成分Ｃ1及びＣ2に変換するための画像処理モジュールと、Ｌinに応じて、フィルタリングされた輝度成分Ｌfを出力する空間ロー・パス・フィルタと、Ｌf及びＬinに応じて、出力装置の達成可能な輝度範囲の中にある圧縮された輝度信号Ｌoutを出力する輝度圧縮モジュールと、を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像を輝度成分Ｌin及びクロミナンス成分Ｃ1及びＣ2に変換するための画像処理モジュールと、
Ｌinに応じて、フィルタリングされた輝度成分Ｌfを出力する空間ロー・パス・フィルタと、
Ｌf及びＬinに応じて、出力装置の達成可能な輝度範囲の中にある圧縮された輝度信号Ｌoutを出力する輝度圧縮モジュールと、
を備える色域マッピング・システム。
【請求項２】
前記輝度圧縮モジュールは、２つの圧縮関数Ｌｃｏｍｐ1（Ｌin）及びＬｃｏｍｐ2（Ｌin）を混成関数α（Ｌf）によって合成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記Ｌoutは、関係式Ｌout＝α（Ｌf）Ｌｃｏｍｐ1（Ｌin）＋（１−α（Ｌf））Ｌｃｏｍｐ2（Ｌin）にしたがって計算される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記α（Ｌf）は、２つのブレークポイントＢ1及びＢ2によって決定される区分的線形関数である、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記関数Ｌｃｏｍｐ1は、全画像コントラストを維持するために最適化される、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記関数Ｌｃｏｍｐ2は、シャドウ細部を維持するために最適化される、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
Ｌmaxが、前記出力装置によって達成することのできる最大輝度である場合であって、
Ｌfの値が０とＢ1との間である場合、α（Ｌf）＝０であり、
Ｌfの値がＢ1からＢ2まで増大する場合、α（Ｌf）が０から１まで線形的に増大し、
Ｌfの値がＢ2とＬmaxとの間である場合、α（Ｌf）＝１である、
請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
Ｌf及びＬinに加えて、クロミナンス成分Ｃ1及びＣ2に応じて、前記輝度圧縮モジュールが、前記出力装置の達成可能な輝度範囲の中にある圧縮された輝度信号Ｌoutを出力する、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色域をマッピングするシステム及び方法に係り、詳細には、輝度圧縮度が画像の相異なる部分にわたって変化する、色域をマッピングするシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラー印刷装置及びカラー・ディスプレイ・システムは、色域と称されることもある再生可能な色の範囲が本質的に制限されるものである。このような画像再生装置は理想的なものではないため、人が見ることのできる色をすべて再生することはできない。色域マッピングは、一つの装置で再生することのできる色の範囲が別の装置で再生することのできる色の範囲と一般に同一ではないために、必要であることが多い。そして、ディスプレイ及びプリンタには両タイプの装置によって再生することのできる多数の色が備わっているが、一方または他方が再生機能外のある一定の色値の組み合わせが存在している場合がある。
【０００３】
色域マッピングは、色管理システムで処理されるよく知られた課題である。入力された画像の色は、その画像の目的及び外観を維持するようにして出力装置の色域へマッピングしなければならない。色域マッピングの重要な成分は、画像の輝度ダイナミック・レンジを出力装置のレンジに圧縮することである。標準的な取り組みによれば、画像内容とは無関係の圧縮アルゴリズムが利用される（例えば、非特許文献１）。これらの取り組みによれば、シャドウ部とハイライト部とにおけるコントラストと細部との間の好ましくないトレード・オフが引き起こされることがある。最近のいくつかのアルゴリズム（例えば、非特許文献２）では、画像に全体にわたって適用される圧縮関数を選択するために画像内容が用いられている。これらのアルゴリズムにおいても、同様なトレード・オフが、おそらく少なくはなったものの、まだ残されている。
【０００４】
画像の輝度範囲を出力装置の範囲に適合させるために減少させると、シャドウ部及び／ハイライト部の少なくとも一方における全画像のコントラストと細部との間に固有のトレード・オフが生じる。コントラストを維持し、あるいは、強める圧縮関数では、一般に、シャドウ部及びハイライト部の細部が犠牲になる。逆もまた同様である。好ましい再生は、これら２つの態様の間における複雑なトレード・オフを伴い、また、画像内容に左右されるものである。
【０００５】
例えば、図１に示された関数であって、Ｌｃｏｍｐ1を意味する関数について考える。この関数は次のように記載することができる。関数ｆ（Ｌin）をまず定義する。
ｆ（Ｌin）＝Ｌmax＊（１−（１−Ｌin／Ｌmax）γ）  （１）
ここで、γ＞１であり、γは選択可能なパラメータである。図１において破線曲線として示された関数ｆ（）は、逆−ガンマ−逆（ＩＧＩ）関数であり、輝度圧縮に関する先の研究において成功裡に用いられた。出力装置の再生可能な明度範囲がＬblackからＬmaxまでである場合、ハードクリッピング関数は次のように適用される。
Ｌｃｏｍｐ1（Ｌin）＝ｆ（Ｌin）  （ｆ（Ｌin）≧Ｌblackのとき）  （２）
＝Ｌblack    （ｆ（Ｌin）＜Ｌblackのとき）
Ｌｃｏｍｐ1は図１における濃い実線として示されている。参考までに、恒等関数が破線直線として示されている。Ｌｃｏｍｐ1の全体効果は、範囲〔０−Ｌmax〕を範囲〔Ｌblack−Ｌmax〕まで圧縮することであるということに留意すべきである。また、Ｌｃｏｍｐ1は一般に画像のコントラストを維持し、あるいは、強める。しかしながら、入力画像における０−Ｌblackからの範囲にあるＬ*変数のすべては、同じ出力値Ｌblackにすべてマッピングされるので、消失される。このように、シャドウ細部は、Ｌｃｏｍｐ1とともに減退し、あるいは、消失しがちである。
【０００６】
図２に示された関数Ｌｃｏｍｐ2は、当該装置における黒のポイントへ滑らかに到達するための暗領域における修正の他はＬｃｏｍｐ1と同じものである。したがって、この関数は、低輝度領域を緩やかに圧縮して、明度範囲０−Ｌblackにおけるシャドウ細部を維持する。しかしながら、このことは、暗領域及び中間色調領域におけるコントラストを犠牲にして達成される。これら２つの関数Ｌｃｏｍｐ1及びＬｃｏｍｐ2は、コントラストの維持とシャドウ細部との間における古典的なトレード・オフを例示するものである。
【０００７】
非特許文献３には、入力画素へ適用された可変ガンマ関数を機能させるためにロー・パス・フィルタの出力値が用いられる方法が提案されている。シャドウ部の画素は０．５に近いガンマで処理され（したがって、これらの区域が明るくされ）、ハイライト部の画素は２に近いガンマで処理される（したがって、これらの区域が暗くされる）。中間色調部及び高局部的コントラストの区域はほとんど変更なしで通過される。非特許文献３の方法は、画像の諸特性にだけ左右され、かつ、特定の出力装置の色域には左右されない変換に適用される。また、可変ガンマによる取り組みによれば、画像をなおかなり変えてしまうかもしれない（これは、危険かもしれない特性である）。
【０００８】
特許文献１には、空間的に変化する色域をマッピングする技術によって画素的技術に認められるトレード・オフ及び妥協をかなり減少させることのできるシステム及び方法が記載されている。必要とされるのは、局部的画像諸特性による輝度圧縮関数をシャドウ細部と全画像コントラストとの両方を維持するようにして空間的に適用する、画像の相異なる部分にわたって変化する、色域をマッピングするための輝度圧縮アルゴリズムである。
【非特許文献１】Ｋ．Ｍ．ブラウン（Ｂｒａｕｎ）、Ｒ．バラサブラマニアン（Ｂａｌａｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ）、Ｒ．エシュバッハ（Ｅｓｃｈｂａｃｈ）、「画像に関する６つの色域マッピングアルゴリズムの開発及び評価（“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｘ  Ｇａｍｕｔ−Ｍａｐｐｉｎｇ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  Ｐｉｃｔｏｒｉａｌ  Ｉｍａｇｅｓ”）」、ＩＳ＆Ｔ／ＳＩＤ  第７回カラー・イメージング学会（Ｃｏｌｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）会報、１９９９年、第１４４〜１４８ページ、
【非特許文献２】Ｇ．Ｊ．ブラウン（Ｂｒａｕｎ）、Ｍ．Ｄ．フェアチャイルド（Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ）、「多目的色域マッピング・アルゴリズム：カラー色域マッピングに関するコントラスト維持用倍率変更関数の評価（“Ｇｅｎｅｒａｌ−Ｐｕｒｐｏｓｅ  Ｇａｍｕｔ−Ｍａｐｐｉｎｇ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ−Ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ  Ｒｅｓｃａｌｉｎｇ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｌｏｒ  Ｇａｍｕｔ  Ｍａｐｐｉｎｇ”）」、ＩＳ＆Ｔ／ＳＩＤ  第７回カラー・イメージング学会（Ｃｏｌｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）会報、１９９９年、第１６７〜１７２ページ
【非特許文献３】Ｎ．モロニー（Ｍｏｒｏｎｅｙ）、「非線形マスキングを用いる局部的色補正（“Ｌｏｃａｌ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｍａｓｋｉｎｇ”）」、ＩＳ＆Ｔ／ＳＩＤ  第８回カラー・イメージング学会（Ｃｏｌｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）会報、２０００年、第１０８〜１１１ページ
【特許文献１】米国特許第６，６４６，７６２号明細書（Ｔ．バラサブラマニアン（Ｂａｌａｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ）ら、「局部的輝度差を維持する色域マッピング」（“Ｇａｍｕｔ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ  Ｌｏｃａｌ  Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ”））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、輝度圧縮度が画像の相異なる部分にわたって変化する、色域をマッピングするシステム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
色域マッピングに関するシステム及び方法には、画像の相異なる部分にわたって変化する、色域をマッピングする輝度圧縮アルゴリズムが含まれている。シャドウ領域では、細部を消失しないために、緩やかな圧縮関数が適用される。高局部的コントラストのある領域を含んでいる他の領域では、局部的コントラストを維持するためにハード・クリッピング関数が適用される。このアルゴリズムは、全圧縮関数が空間的に滑らかであるということを保証するために、これら２つの関数の間に適応して混成される。本システム及び方法では、ロー・パス・フィルタへの入力値として用いられる「知覚明度」を計算するためにクロミナンス情報もまた用いられる。さらに、混成関数α（）は、輝度と同様にクロミナンスの関数であってもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様による色域マッピングシステムは、入力画像を輝度成分Ｌin及びクロミナンス成分Ｃ1及びＣ2に変換するための画像処理モジュールと、Ｌinに応じて、フィルタリングされた輝度成分Ｌfを出力する空間ロー・パス・フィルタと、Ｌf及びＬinに応じて、出力装置の達成可能な輝度範囲の中にある圧縮された輝度信号Ｌoutを出力する輝度圧縮モジュールと、を備える。本発明における一つの実施形態では、前記輝度圧縮モジュールは、２つの圧縮関数Ｌｃｏｍｐ1（Ｌin）及びＬｃｏｍｐ2（Ｌin）を混成関数α（Ｌf）によって合成してもよい。例えば、前記Ｌoutは、関係式Ｌout＝α（Ｌf）Ｌｃｏｍｐ1（Ｌin）＋（１−α（Ｌf））Ｌｃｏｍｐ2（Ｌin）にしたがって計算されてもよい。
【００１２】
前記関数Ｌｃｏｍｐ1は、全画像コントラストを維持するために最適化されてもよいし、前記関数Ｌｃｏｍｐ2は、シャドウ細部を維持するために最適化されてもよい。様々な混成関数を用いることができる。例えば、前記α（Ｌf）は、２つのブレークポイントＢ1及びＢ2によって決定される区分的線形関数であってもよい。混成関数の特定の一つの実施例では、Ｌmaxが、前記出力装置によって達成することのできる最大輝度である場合であって、Ｌfの値が０とＢ1との間である場合、α（Ｌf）＝０であり、Ｌfの値がＢ1からＢ2まで増大する場合、α（Ｌf）が０から１まで線形的に増大し、Ｌfの値がＢ2とＬmaxとの間である場合、α（Ｌf）＝１であってよい。
【００１３】
本システム及び方法では、ロー・パス・フィルタへの入力値として「知覚明度」を計算するためにクロミナンス情報を用いることもできる。本発明における別の実施形態によれば、Ｌf及びＬinに加えて、クロミナンス成分Ｃ1及びＣ2に応じて、前記輝度圧縮モジュールが、前記出力装置の達成可能な輝度範囲の中にある圧縮された輝度信号Ｌoutを出力してもよい。さらに、混成関数α（）は輝度とともにクロミナンスの関数であってよい。本発明における別の実施形態によれば、本システムには、Ｃ1及びＣ2に応じて、画像におけるシャドウ領域を区別し、フィルタリングされたクロミナンス成分Ｃ1f及びＣ2fを出力する、ロー・パス・フィルタがさらに含まれていてもよい。この場合、混成関数は輝度及びクロミナンスの関数α（Ｌf，Ｃ1f，Ｃ2f）である。
【００１４】
様々なロー・パス・フィルタ、例えば、固定ウェイト・フィルタを用いることができる。加えて、画像をフィルタリングの前にダウン・サンプリングし、フィルタリングの後にアップ・サンプリングし、補間するようにしてもよい。Ｌout、Ｃ1及びＣ2を印刷のためのＣＭＹＫへ変換するための色補正モジュールがさらに含まれていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下の記載のために、入力画像は、ＣＩＥＬＡＢすなわちＹＣbＣrのような輝度−クロミナンス色空間の中にあると仮定する（もし、そうでないときには、そのような表示に容易に変換することができる）。なお、用語「輝度」は、明度（例えば、ＣＩＥＬＡＢにおけるＬ*成分）とともに輝度（すなわち、ＸＹＺにおけるＹ成分）の厳格な測色定義を包含するために、一般的に用いられている。同様に、クロミナンスは、２つの反対色特性である、赤、緑及び青、黄を説明するために広く用いられている。
【００１６】
図３は、本発明における一つの態様による色域マッピングのための輝度圧縮度を空間的に変化させるシステムのブロック図である。ＣＩＥＬＡＢ空間における入力画像には、３つの成分である輝度成分Ｌin、クロミナンス成分Ｃ1in及びクロミナンス成分Ｃ2inが含まれている。入力輝度成分Ｌinは、ロー・パス・フィルタ・モジュール２０を通して処理される。このフィルタは、大きいシャドウ領域を画像の残りから区別するために役立つ。低輝度として通過するシャドウ領域は十分少なくなければならず、除去される高コントラスト領域における細部は十分多くなければならない。ロー・パス・フィルタ・モジュール２０の出力値はフィルタリングされた画像Ｌfであり、Ｌfは混成関数α（Ｌf）モジュール３０に適用される。
【００１７】
空間的に変化する多くの異なる混成関数を用いることができる。混成関数α（Ｌf）の簡単な例が図４に示されている。図４によれば、α（Ｌf）は、２つのブレークポイントＢ1及びＢ2によって決定される区分的線形関数である。０からＢ1までのＬfの値についてα（Ｌf）は０であり、Ｂ1からＢ2までのＬfの値についてα（Ｌf）は０から１まで線形的に増大し、Ｂ2とＬmaxとの間のＬfの値についてα（Ｌf）は１である。
【００１８】
次いで、混成関数の出力値は、２つの圧縮関数Ｌｃｏｍｐ1及びＬｃｏｍｐ2を適応的混成モジュール４０において、次のように混成するために用いられる。
Ｌout＝
α（Ｌf）Ｌｃｏｍｐ1（Ｌin）＋（１−α（Ｌf））Ｌｃｏｍｐ2（Ｌin）  （３）
混成関数α（Ｌf）は、空間座標の関数として変化することに留意すべきである。したがって、最終輝度圧縮度も空間座標の関数として変化する。色補正モジュール５０によって、色補正変換（３−Ｄ色域クリッピング及びＣＭＹＫへの変換が含まれている）がもたらされる。Ｌout、及び、クロミナンス成分Ｃ1in及びＣ2inは、プリンタの特定色を作り出すために色補正モジュール５０へ入力される。
【００１９】
式（３）によれば、シャドウ領域ではＬfは小さく、αはゼロに近く、緩やかな圧縮関数Ｌｃｏｍｐ2が支配的である。他のすべての領域（すなわち、中間色調部、ハイライト部及び高局部的コントラストの領域）では、Ｌfはα（Ｌf）が増大すると増大し、また、クリッピング関数Ｌｃｏｍｐ1が支配的になり始める。このように、輝度圧縮度は画像の局部的空間特性に合わせるために適合される。
【００２０】
圧縮関数Ｌｃｏｍｐ1及びＬｃｏｍｐ2、フィルタリング関数（ロー・パス・フィルタ・モジュール２０）及び混成関数（モジュール３０）は、クリッピング対緩やかな圧縮による所望の強調を達成するために、ともに最適化することができる。したがって、本発明のシステム及び方法によれば、コントラスト対シャドウ細部に関する強調の相異なる程度を備える「ノブ」が効果的にもたらされる。
【００２１】
ロー・パス・フィルタ・モジュール２０のロー・パス・フィルタ操作の効率を増大させるいくつかの方法がある。例えば、フィルタによってカバーされる画素の１つの列または１つの行だけを追跡する移動平均として、固定ウェイト・フィルタを使用することができる。さらにまた、画像をフィルタリングに先立ってダウン・サンプリングし（したがって、フィルタの大きさをかなり減少し）、フィルタリングの後にアップ・サンプリングし、補間することができる。
【００２２】
図３に例示されたシステムは、輝度に加えてクロミナンス情報を利用するために、（図３において破線で示唆されるように）修正することもできる。へルムホルツ−コールラウシュ（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｋｏｈｌｒａｕｓｃｈ）効果は、刺激の「知覚明度」が色度とともに増大することを予測する。したがって、ロー・パス・フィルタへの入力値として用いられる「知覚明度」を計算するために、クロミナンス情報を用いることは望ましいであろう。図３によれば、クロミナンス成分Ｃ1及びＣ2を、画像におけるシャドウ領域を区別し、知覚輝度成分Ｌｃを出力するロー・パス・フィルタ・モジュール２０（または、別のロー・パス・フィルタ・モジュール）へ入力する。この場合において、Ｌf及びＬCは混成関数モジュール３０へ適用され、また、ＬoutはＬf及びＬCの関数である。
【００２３】
本発明のシステム及び方法における別の実施形態によれば、Ｃ1及びＣ2は、画像におけるシャドウ領域を区別するとともにフィルタリングされたクロミナンス成分Ｃ1f及びＣ2fを出力する、ロー・パス・フィルタ・モジュール２０へ適用される。この場合において、混成関数α（）は、輝度の関数だけでなくクロミナンスの関数、すなわち、α（Ｌf，Ｃ1f，Ｃ2f）である。この混成関数は、Ｌoutを計算するために、式（３）と代えることができる。
【００２４】
本発明のシステム及び方法における別の実施形態によれば、混成される関数によって、１−Ｄ輝度マッピングでなく、３−Ｄ色域マッピングをもたらすことができる。
【００２５】
本発明のシステム及び方法によれば、画像の諸特性及び出力の色域の両方に依存する関数が適用される。高品質画像が大きいダイナミック・レンジを有する高品質プリンタへもたらされるときには、本発明によって画像がかなり変化することはない（なぜなら、式（１）における圧縮関数は恒等関数に近似するからである。）。本発明のシステム及び方法は、画像の多走査線処理が可能な任意のプリンタまたはプリンタ・ドライバに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】輝度圧縮関数Ｌｃｏｍｐ1（ハード・クリッピングに組み合わされたＩＧＩ関数）のグラフである。
【図２】輝度圧縮関数Ｌｃｏｍｐ2（黒のポイントで調整されるＩＧＩ関数）のグラフである。
【図３】色域マッピングのためのシステムのブロック図である。
【図４】一般的な混成関数のグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
２０  ロー・パス・フィルタ・モジュール
３０  混成関数モジュール
４０  適応的混成モジュール
５０  色補正モジュール
【図１】
2005176385.tif 000003
【図２】
2005176385.tif 000004
【図３】
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【図４】
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