(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を量子化してデジタル化する画像信号デジタル化方法であって、
グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換する過程と、
最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、
上記設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、上記変換した画像信号を均等量子化する過程と、
上記量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号デジタル化方法。
【請求項２】
３次元色空間で表現された画像信号を量子化してデジタル化する画像信号デジタル化方法であって、
３次元色空間で表現された画像信号を輝度・色差分離型均等色空間へ変換する過程と、
最小格子間隔を１として、輝度軸については画像信号を均等量子化し、色差平面については画像信号を三角格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、
上記設定した最小格子間隔に基づいて、輝度軸については、上記変換した画像信号を均等量子化し、色差平面については、上記変換した画像信号を三角格子に基づく量子化を行う過程と、
上記量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号デジタル化方法。
【請求項３】
３次元色空間で表現された画像信号を量子化してデジタル化する画像信号デジタル化方法であって、
３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換する過程と、
最小格子間隔を１として、画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、
上記設定した最小格子間隔に基づいて、上記変換した画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づく量子化を行う過程と、
上記量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号デジタル化方法。
【請求項４】
グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、その変換した画像信号を均等量子化して、それらの量子化値をデジタル表現に変換することで生成された画像信号を復元対象とする画像信号復元方法であって、
上記復元対象の画像信号について、上記最小格子間隔に基づいて、上記デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、
上記復元した量子化値を、上記変換元のグレースケールあるいは３次元色空間に変換する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号復元方法。
【請求項５】
３次元色空間で表現された画像信号を輝度・色差分離型均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、輝度軸については画像信号を均等量子化し、色差平面については画像信号を三角格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、輝度軸については、その変換した画像信号を均等量子化し、色差平面については、その変換した画像信号を三角格子に基づく量子化を行い、それらの量子化値をデジタル表現に変換することで生成された画像信号を復元対象とする画像信号復元方法であって、
上記復元対象の画像信号について、輝度軸については、上記最小格子間隔に基づいて、上記デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元し、色差平面については、上記最小格子間隔と上記三角格子による量子化であることとに基づいて、上記デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、
上記復元した量子化値を、上記変換元の３次元色空間に変換する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号復元方法。
【請求項６】
３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、その変換した画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づく量子化を行い、それらの量子化値をデジタル表現に変換することで生成された画像信号を復元対象とする画像信号復元方法であって、
上記復元対象の画像信号について、上記最小格子間隔と上記面心立方格子あるいは上記六方最密格子による量子化であることとに基づいて、上記デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、
上記復元した量子化値を、上記変換元の３次元色空間に変換する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号復元方法。
【請求項７】
グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を符号化する画像信号符号化方法であって、
グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換する過程と、
最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、
上記設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、上記変換した画像信号を均等量子化する過程と、
上記量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程と、
上記デジタル表現に変換した画像信号を既存の画像符号化方式にて符号化する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号符号化方法。
【請求項８】
グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、その変換した画像信号を均等量子化して、それらの量子化値をデジタル表現に変換し、その変換した画像信号を既存の画像符号化方式にて符号化することで生成された画像信号符号化データを復号対象とする画像信号復号方法であって、
上記画像信号符号化データを、上記画像符号化方式に対応付けられる既存の画像復号方式にて復号することで上記デジタル表現の画像信号を復号する過程と、
上記復号した画像信号について、上記最小格子間隔に基づいて、上記デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、
上記復元した量子化値を、上記変換元のグレースケールあるいは３次元色空間に変換する過程とを備えることを、
特徴とする画像信号復号方法。
【請求項９】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像信号デジタル化方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための画像信号デジタル化プログラム。
【請求項１０】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像信号デジタル化方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した画像信号デジタル化プログラムの記録媒体。
【請求項１１】
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の画像信号復元方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための画像信号復元プログラム。
【請求項１２】
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の画像信号復元方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した画像信号復元プログラムの記録媒体。
【請求項１３】
請求項７記載の画像信号符号化方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための画像信号符号化プログラム。
【請求項１４】
請求項７記載の画像信号符号化方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した画像信号符号化プログラムの記録媒体。
【請求項１５】
請求項８記載の画像信号復号方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための画像信号復号プログラム。
【請求項１６】
請求項８記載の画像信号復号方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した画像信号復号プログラムの記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グレースケールや３次元色空間で表現された画像信号を効率的に量子化してデジタル化する画像信号デジタル化方法と、その画像信号デジタル化方法により生成された画像信号を復元する画像信号復元方法と、グレースケールや３次元色空間で表現された画像信号を効率的に符号化する画像信号符号化方法と、その画像信号符号化方法により生成された画像信号を復号する画像信号復号方法と、それらの方法の実現に用いられるプログラムと、それらのプログラムを記録した記録媒体とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
色信号は一般的に３要素による表現がなされるが、そのような公知の３次元色空間としてＲＧＢ、ＹＩＱ、ＹＣｂＣｒ、ＸＹＺ等がある。
【０００３】
これらはいずれも視覚的均等性を考慮したものではなく、色空間の位置によって視覚的に感じる色差に違いがある。また、グレースケール信号については通常ＸＹＺ空間のＹ値を用いるが、これも同様に視覚的に均等ではない。
【０００４】
そこで、色信号をデジタル化する際の誤差が目で知覚できないようにするためには、最も視覚的に敏感な部分にあわせた均等量子化を行うか、あるいは非均等な量子化を行うことになる。
【０００５】
前者の場合、視覚的に敏感でない部分では必要以上の細かさで量子化がなされるため、非効率さが生じる。一方、後者の場合、そのような非効率性はないものの、量子化位置に関する情報の伝送や、量子化レベル数を変化させる都度、量子化位置の再設計が必要となるなど、処理が複雑になる。
【０００６】
なお、一次元あるいは多次元に連続的に分布している対象を、離散的な座標に対応させることを量子化といい、離散的な座標それぞれに番号を与え、対象を整数座標で表現することをデジタル化という。
【０００７】
視覚実験により得られた、ある基本色に対しこれと視覚上区別できない限界の色を収集した情報（色弁別閾情報）群に基づき作成された、人間が知覚する色差と空間内ユークリッド距離とが一致するような空間として均等色空間がある。
【０００８】
均等色空間は視覚的な均等性をＲＧＢ空間などから向上させたもので、公知のＣＩＥＬＡＢやＣＩＥＬＵＶなどのような均等色空間や、より高度に均等化したものとして高村らの提案する均等色空間（高村、小林：“構造解析的手法に基づく均等色空間構成方法”，映像情報メディア学会誌，Vol.55,No.10,pp.1285-1290,2001.10)などがある。
【０００９】
人間の視覚特性を考慮した画像符号化技術の従来技術として、特開平10-112870 号に開示される発明がある。
【００１０】
この特開平10-112870 号に開示される発明では、一旦画像を符号化・復号した結果を均等色空間において評価し、その評価結果を再度符号化する際の符号化パラメータの調節に反映させるようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術に従っていると、扱う信号は視覚的に不均等であることから、非効率性が残存するという問題がある。
【００１２】
また、このような従来技術に従っていると、符号化・復号を繰り返すため、処理が複雑となると同時に、二回目に得られた符号化データを復号した結果の均等色空間における評価が意図したものに収束しているという保証がないという問題がある。
【００１３】
このように、従来技術に従っていると、グレースケールや３次元色空間で表現された画像信号を効率的に量子化してデジタル化することができないとともに、グレースケールや３次元色空間で表現された画像信号を効率的に符号化することができないという問題がある。
【００１４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、グレースケールや３次元色空間で表現された画像信号を効率的に量子化してデジタル化し、また、グレースケールや３次元色空間で表現された画像信号を効率的に符号化する新たな画像処理技術の提供と、そのようにしてデジタル化された画像信号を復元し、また、そのようにして符号化された画像信号を復号する新たな画像処理技術の提供とを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の画像信号デジタル化方法は、グレースケールや３次元色空間で表現された画像信号を効率的に量子化してデジタル化することを実現するために、下記の（イ)(ロ)(ハ)(ニ）に記載する構成を採る。
【００１６】
（イ）本発明の画像信号デジタル化方法は、グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を量子化してデジタル化するときにあって、（ｉ）グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換する過程と、（ii）最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、（iii)設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、変換した画像信号を均等量子化する過程と、（iv）量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程とを備えるように構成する。
【００１７】
この構成に従って、特定の出力装置を想定することなく、視覚的に最良の間隔にて、処理の簡易な各軸独立な均等量子化を行うことで、グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を効率よくデジタル表現できるようになる。
【００１８】
（ロ）本発明の画像信号デジタル化方法は、３次元色空間で表現された画像信号を量子化してデジタル化するときにあって、（ｉ）３次元色空間で表現された画像信号を輝度・色差分離型均等色空間へ変換する過程と、（ii）最小格子間隔を１として、輝度軸については画像信号を均等量子化し、色差平面については画像信号を三角格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、（iii)設定した最小格子間隔に基づいて、輝度軸については、変換した画像信号を均等量子化し、色差平面については、変換した画像信号を三角格子に基づく量子化を行う過程と、（iv）量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程とを備えるように構成する。
【００１９】
この構成に従って、量子化処理を１次元と２次元とに分けて行うことで、（イ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法よりも効率よくカラー画像信号をデジタル表現できるようになる。
【００２０】
（ハ）本発明の画像信号デジタル化方法は、３次元色空間で表現された画像信号を量子化してデジタル化するときにあって、（ｉ）３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換する過程と、（ii）最小格子間隔を１として、画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、（iii)設定した最小格子間隔に基づいて、変換した画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づく量子化を行う過程と、（iv）量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程とを備えるように構成する。
【００２１】
この構成に従って、量子化処理を３次元で行うことで、（イ)(ロ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法よりも効率よくカラー画像信号をデジタル表現できるようになる。
【００２２】
（ニ）ここで、これらの（イ)(ロ)(ハ) に記載する構成を採る本発明の画像信号デジタル化方法では、視覚的に量子化誤差が全く知覚されぬことを保証するために、量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定するようにしているのである。
【００２３】
これらの（イ)(ロ)(ハ)(ニ）に記載する構成を採る本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための上記の各処理過程は、具体的にはコンピュータプログラムで実現されるものであり、このコンピュータプログラムは、半導体メモリなどのような適当な記録媒体に格納して提供することができる。
【００２４】
（２）本発明の画像信号復元方法は、本発明の画像信号デジタル化方法によりデジタル化された画像信号を復元対象として、その復元対象の画像信号を復元することを実現するために、下記の（イ)(ロ)(ハ）の構成を採る。
【００２５】
（イ）本発明の画像信号復元方法は、上述の（１)(イ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法の逆変換に対応した復元処理を行うべく、グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、その変換した画像信号を均等量子化して、それらの量子化値をデジタル表現に変換することで生成された画像信号を復元対象とするときにあって、（ｉ）復元対象の画像信号について、上記の最小格子間隔に基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、（ii）復元した量子化値を、変換元のグレースケールあるいは３次元色空間に変換する過程とを備えるように構成する。
【００２６】
（ロ）本発明の画像信号復元方法は、上述の（１)(ロ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法の逆変換に対応した復元処理を行うべく、３次元色空間で表現された画像信号を輝度・色差分離型均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、輝度軸については画像信号を均等量子化し、色差平面については画像信号を三角格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、輝度軸については、その変換した画像信号を均等量子化し、色差平面については、その変換した画像信号を三角格子に基づく量子化を行い、それらの量子化値をデジタル表現に変換することで生成された画像信号を復元対象とするときにあって、（ｉ）復元対象の画像信号について、輝度軸については、上記の最小格子間隔に基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元し、色差平面については、その最小格子間隔と三角格子による量子化であることとに基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、（ii）復元した量子化値を、変換元の３次元色空間に変換する過程とを備えるように構成する。
【００２７】
（ハ）本発明の画像信号復元方法は、上述の（１)(ハ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法の逆変換に対応した復元処理を行うべく、３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づいて量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、その変換した画像信号を面心立方格子あるいは六方最密格子に基づく量子化を行い、それらの量子化値をデジタル表現に変換することで生成された画像信号を復元対象とするときにあって、（ｉ）復元対象の画像信号について、上記の最小格子間隔と面心立方格子あるいは六方最密格子による量子化であることとに基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、（ii）復元した量子化値を、変換元の３次元色空間に変換する過程とを備えるように構成する。
【００２８】
これらの（イ)(ロ)(ハ）に記載する構成を採る本発明の画像信号復元方法を実現するための上記の各処理過程は、具体的にはコンピュータプログラムで実現されるものであり、このコンピュータプログラムは、半導体メモリなどのような適当な記録媒体に格納して提供することができる。
【００２９】
（３）本発明の画像信号符号化方法は、グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を符号化するときにあって、（ｉ）グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換する過程と、（ii）最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定する過程と、（iii)設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、変換した画像信号を均等量子化する過程と、（iv）量子化した量子化値をデジタル表現に変換する過程と、（ｖ）デジタル表現に変換した画像信号を既存の画像符号化方式（画像符号化方法）にて符号化する過程とを備えるように構成する。
【００３０】
この構成を採る本発明の画像信号符号化方法は、上述の（１)(イ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法によるデジタル表現への変換処理が各軸に対して独立した形で行われることで、既存の画像符号化方式を用いることが可能であることに対応して、上述の（１)(イ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法により変換された画像信号を既存の画像符号化方式にて符号化するという構成を採る。
【００３１】
この構成に従って、既存の画像符号化方式そのものについては変えずに、処理の簡便性を保ちつつ、復号画像に重畳する符号化雑音を色空間内で視覚的に均等に分布させることができるようになる。
【００３２】
この構成を採る本発明の画像信号符号化方法を実現するための上記の各処理過程は、具体的にはコンピュータプログラムで実現されるものであり、このコンピュータプログラムは、半導体メモリなどのような適当な記録媒体に格納して提供することができる。
【００３３】
（４）本発明の画像信号復号方法は、上述の（３）に記載する本発明の画像信号符号化方法により符号化された画像信号を復号対象として、その復号対象の画像信号を復号することを実現するために、下記の構成を採る。
【００３４】
本発明の画像信号復号方法は、グレースケールあるいは３次元色空間で表現された画像信号を均等色空間へ変換し、最小格子間隔を１として、各軸について画像信号を均等量子化する量子化アルゴリズムの示す相対最大量子化誤差を求めて、その逆数を最小格子間隔として設定して、その設定した最小格子間隔に基づいて、各軸について、その変換した画像信号を均等量子化して、それらの量子化値をデジタル表現に変換し、その変換した画像信号を既存の画像符号化方式にて符号化することで生成された画像信号符号化データを復号対象とするときにあって、（ｉ）復号対象の画像信号符号化データを、上記の画像符号化方式に対応付けられる既存の画像復号方式（画像復号方法）にて復号することでデジタル表現の画像信号を復号する過程と、（ii）復号した画像信号について、上記の最小格子間隔に基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元する過程と、（iii)復元した量子化値を、変換元のグレースケールあるいは３次元色空間に変換する過程とを備えるように構成する。
【００３５】
この構成を採る本発明の画像信号復号方法を実現するための上記の各処理過程は、具体的にはコンピュータプログラムで実現されるものであり、このコンピュータプログラムは、半導体メモリなどのような適当な記録媒体に格納して提供することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
【００３７】
〔１−イ〕上述した（１)(イ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号デジタル化方法では、入力画像信号がグレースケール（ＸＹＺ空間のＹ値）である場合には、下記の▲１▼式の写像により、視覚的に均等とされているＬ* 値に変更する。なお、Ｌ* はＣＩＥＬＡＢ、ＣＩＥＬＵＶ空間の輝度信号と同じものである。
【００３８】
0003793105.tif 000002
一方、入力画像信号がカラー値である場合には、視覚的に均等な色空間へ写像する。
【００３９】
例えば、ＲＧＢからＣＩＥＬＡＢへ変換する場合には、先ず最初に、下記の〔数１〕式に従って、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から（Ｘ，Ｙ，Ｚ）へ変換する。
【００４０】
【数１】
0003793105.tif 000003
【００４１】
続いて、下記の▲２▼式，▲３▼式から得られるａ* ，ｂ* と、上記の▲１▼式から得られるＬ* とに従って、（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の３変数で表現されるＣＩＥＬＡＢ空間表記を得る。
【００４２】
ａ* ＝５００＊〔ｆ（Ｘ／Ｘn ）−ｆ（Ｙ／Ｙn ）〕      ▲２▼式
ｂ* ＝２００＊〔ｆ（Ｙ／Ｙn ）−ｆ（Ｚ／Ｚn ）〕      ▲３▼式
こうして得られた視覚的に均等な空間（グレースケールの場合はＬ* 、カラーの場合は例えば（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ))において、各軸を独立に等間隔で量子化し、デジタル化する。
【００４３】
（ｉ）グレースケール（グレー信号）の画像信号の場合
グレースケールの画像信号の場合には、量子化は、図１に示すように、一直線上で均等に並べられた離散点のうちの最も近いものへ対応づけることで行う。軸はＬ* である。
【００４４】
対応する離散点が切り替わる境界は、図１中の縦線で示す、隣り合う離散点同士の中点となる。従って、量子化に起因する最大誤差は、格子間隔の１／２に等しい。
【００４５】
（ii）カラー信号の画像信号の場合
３次元色信号へ適用した場合も、各軸は独立に均等量子化することから処理は容易である。
【００４６】
離散点は、図２に示すように、単純立方格子状に色空間中に並んでいる。この場合、量子化に起因する最大誤差は、立方体の一辺の長さｌ（１とする）と対角線の長さＬ(=(12+12+12)1/2=31/2) との比の１／２の値（最小格子間隔の約0.866 倍）となる。
【００４７】
また、空間をどの程度密に充填しているのかの指標として、離散点を中心として互いに接する球がどれだけ空間を満たしているか（充填率）を求めてみると、この場合の充填率は、立方体とそれに内接する球との体積比
〔４π＊（１／２）3 ）／３〕÷（１)3＝π／６≒０.5２
から約５２％となる。
【００４８】
つまり、この〔１−イ〕に係る発明では、カラー画像信号に適用した場合、それほどデジタル表現の効率は良くないが、処理は容易である。
【００４９】
〔１−ロ〕上述した（１)(ロ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号デジタル化方法では、入力画像信号を輝度色差分離型均等色空間へ写像する。なお、上述した均等色空間はすべて輝度色差分離型である。
【００５０】
輝度方向については、上述の〔１−イ〕に係る発明と同様に均等量子化を行う。一方、色差については２次元平面となるが、これを図３の黒点に示すように、平面上に正三角形頂点が繰り返し並んだ三角格子にて量子化を行う。
【００５１】
上述の〔１−イ〕に係る発明の量子化と同様に、平面内の任意の点を、その最近の離散点へ対応づけることで量子化を行う。対応離散点が異なる領域の境界は図中に示すように正六角形になる。
【００５２】
三角格子離散点は規則的に並んでいるので、離散点に例えば通し番号をつけておけば、その通し番号から逆に離散点の位置を特定することができる。また、格子間隔は任意に変更が可能であり、変更しても規則性があるため量子化は容易である。
【００５３】
図４に、３次元での離散点の並びを示す。ここで、縦軸は輝度軸を示している。
【００５４】
輝度信号と色差信号にそれぞれ用いる最小格子間隔は等しいものとする。つまり、輝度信号に用いる離散点間隔と、色差信号に用いる三角格子の一辺の長さとは等しい。
【００５５】
この場合、対応離散点が異なる領域の境界は、球が内接するような正六角柱（内接球の半径を０.5とすると、底面の六角形の一辺が１／３1/2 、高さが１）となる。最小格子間隔は、この内接球の直径に相当し、最大量子化誤差は、この正六角柱の対角線の長さ(=(2/31/2)2+12)1/2=211/2/3) の値の１／２に相当する。
【００５６】
また、空間充填率は、この球と正六角柱との体積比
0003793105.tif 000004
から約６０％となる。
【００５７】
空間充填率が高くなると、これらの格子状に離散点を配置するときに、ある量子化誤差上限のもとで、空間をより少ない離散点で表現することができる。従って、この〔１−ロ〕に係る発明では、空間充填率が約６０％となることから、上述の〔１−イ〕に係る発明（空間充填率が約５２％）よりも少ない離散点で空間を表現できるようになる。
【００５８】
〔１−ハ〕上述した（１)(ハ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号デジタル化方法では、入力画像信号を均等色空間へ写像し、図５に示す面心立方格子、あるいは図６に示す六方最密格子に基づき、色空間内の点を最近の離散点へ対応づけて量子化するものである。離散点は、図中の球の中心で示されるように色空間内に繰り返し分布している。
【００５９】
空間に球を詰め込む際、面心立方格子および六方最密格子状に配置すると空間充填率が約７４％と最も高くなる。従って、これらの格子状に離散点を配置すると、ある量子化誤差上限のもとで、空間を最も少ない離散点で表現することができることになる。
【００６０】
色空間内の任意の点は、面心立方格子状あるいは六方最密格子状に並んだ離散点のうち最も近い点へ対応づけることで量子化を行う。対応離散点が異なる領域の境界は、いずれの格子においても、図７のような菱形十二面体となる。この菱形十二面体は、対角線の長さの比が１：２1/2 の合同な菱形を１２枚張り合わせたものである。
【００６１】
最小格子間隔は、この菱形十二面体に内接する球の直径に相当し、最大量子化誤差は、菱形十二面体の対角線の長さの１／２に相当する。
【００６２】
ここで、「相対最大量子化誤差」を、最小格子間隔を１としたときの最大量子化誤差とする。
【００６３】
以上の発明における、相対最大量子化誤差、表現効率（空間充填率）、処理の容易さを比較すると、図８に示すようなものとなる。
【００６４】
ここで、図中に記述する「第一の発明」とは、上述の（１)(イ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に係る発明を示し、「第二の発明」とは、上述の（１)(ロ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に係る発明を示し、「第三の発明」とは、上述の（１)(ハ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に係る発明を示す。
【００６５】
相対最大量子化誤差が０.5に近いほど、また、表現効率が１００％に近いほど、デジタル化の効率が良いといえる。
【００６６】
これから、カラー画像のデジタル化の観点で見るならば、「第三の発明」が最もデジタル化の効率が良く、それに続いて、「第二の発明」がデジタル化の効率が良く、「第一の発明」が最もデジタル化の効率が悪いということになる。一方、処理の容易の観点から見るならば、３つの軸について均等量子化を行うことから、「第一の発明」の処理が最も容易で、それに続いて、１つの軸については均等量子化を行うことから、「第二の発明」の処理が容易で、「第三の発明」の処理が最も容易でないということになる。
【００６７】
〔１−ニ〕上述した（１)(ニ）に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号デジタル化方法では、最大量子化誤差が１となるような最小格子間隔を、図８に示す相対最大量子化誤差の逆数として求めるものである。
【００６８】
上述の〔１−イ〕に係る発明／上述の〔１−ロ〕に係る発明／上述の〔１−ハ〕に係る発明において、最大量子化誤差と最小格子間隔との間には正比例関係にあるため、最大量子化誤差が１となるような最小格子間隔を、図８に示す相対最大量子化誤差の逆数として求めることができる。
【００６９】
均等色空間においては、距離が１だけ離れた二点が色の違いを識別できる限界であるため、誤差の最大値が１であることは、デジタル表現の前後において色の違いが識別できないことを保証するものである。
【００７０】
量子化幅を２より狭くして色の違いを識別できぬようにするデジタル表現は可能であるが、量子化幅が２のときよりも離散点が増えるため、符号量が増えることになる。
【００７１】
従って、最小格子間隔を相対最大量子化誤差の逆数としてデジタル化すると、色の違いを識別できないことを保証する中で最も効率良くデジタル表現ができることになる。
【００７２】
〔２−イ〕上述した（２)(イ）に記載する本発明の画像信号復元方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号復元方法では、上述の〔１−イ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を復元対象とするものであり、その逆変換を実行することで復元対象の画像信号を復元する。
【００７３】
すなわち、復元対象の画像信号について、上述の〔１−イ〕に係る発明で用いる最小格子間隔に基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元し、その復元した量子化値を、変換元のグレースケールあるいは３次元色空間に変換することで、上述の〔１−イ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を復元する。
【００７４】
〔２−ロ〕上述した（２)(ロ）に記載する本発明の画像信号復元方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号復元方法では、上述の〔１−ロ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を復元対象とするものであり、その逆変換を実行することで復元対象の画像信号を復元する。
【００７５】
すなわち、復元対象の画像信号について、輝度軸については、上述の〔１−ロ〕に係る発明で用いる最小格子間隔に基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元し、色差平面については、その最小格子間隔と三角格子による量子化であることとに基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元し、その復元した量子化値を変換元の３次元色空間に変換することで、上述の〔１−ロ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を復元する。
【００７６】
〔２−ハ〕上述した（２)(ハ）に記載する本発明の画像信号復元方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号復元方法では、上述の〔１−ハ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を復元対象とするものであり、その逆変換を実行することで復元対象の画像信号を復元する。
【００７７】
すなわち、復元対象の画像信号について、上述の〔１−ハ〕に係る発明で用いる最小格子間隔と面心立方格子あるいは六方最密格子による量子化であることとに基づいて、デジタル表現に対応付けられる量子化値を復元し、その復元した量子化値を変換元の３次元色空間に変換することで、上述の〔１−ハ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を復元する。
【００７８】
〔３〕上述した（３）に記載する本発明の画像信号符号化方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号符号化方法では、上述の〔１−イ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を符号化対象とするものであり、各軸について独立にデジタル化されていることから、既存の画像符号化方式を用いて符号化することができるので、既存の画像符号化方式を用いて符号化を行うという構成を採っている。
【００７９】
ISO/IEC 13818-2(MPEG-2) 、ISO/IEC 10918-1(JPEG) などといった既存の非可逆画像符号化方式の多くは、３次元色信号の各軸について独立なスカラ量にて表現された信号を入力とするため、上述の〔１−イ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号の符号化に適している。
【００８０】
これから、この発明に係る本発明の画像信号符号化方法では、既存の画像符号化方式を用いて、上述の〔１−イ〕に係る発明によりデジタル化された画像信号を符号化することが可能になる。
【００８１】
〔４〕上述した（４）に記載する本発明の画像信号復号方法に係る発明
この発明に係る本発明の画像信号復号方法では、上述の〔３〕に係る発明により符号化された画像信号を復号対象とするものであり、その符号化方式に対応する既存の画像復号方式により符号化データを復号して画像信号を得る。
【００８２】
このとき復号した画像信号は均等色空間のものであるので、それをＲＧＢ等の信号へ変換する。
【００８３】
例えばＣＩＥＬＡＢからＲＧＢへの逆変換する場合には、先ず最初に、下記の▲４▼式、▲５▼式、▲６▼式に従って、（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）から（Ｘ，Ｙ，Ｚ）へ変換する。
【００８４】
0003793105.tif 000005
続いて、この得られた（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、下記の〔数２〕式に従って、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から（Ｒ，Ｇ，Ｂ）へ変換する。
【００８５】
【数２】
0003793105.tif 000006
【００８６】
通常の非可逆符号化・復号を経た後は原信号に一致しないが、誤差は、図９に示すように色空間内で一様に分布している。ここで、図９の横軸は入力画像の画素値を示し、縦軸は非可逆符号化・復号を経た後の対応する画素値を示している。
【００８７】
そこで、この発明により均等色空間を用いて符号化された情報を復号した信号に重畳する誤差は、均等色空間の各軸について一様に分布することになる。従って、一回の試行で、目の感じる誤差を一様に分布させることができる。
【００８８】
【実施例】
図１０に、上述の〔１−イ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例を図示する。
【００８９】
ここで、入力信号としてカラー画像信号を想定しているが、入力がグレースケールの画像信号である場合には、図中に示す均等量子部１０４が１つとなる。
【００９０】
この図に示す構成に従って、上述の〔１−イ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現する場合には、カラー画像信号入力部１０１がカラー画像信号を入力すると、先ず最初に、均等色空間変換部１０２で、入力されたカラー画像信号を均等色空間へ変換する。
【００９１】
続いて、均等量子化部１０４で、均等色空間の各軸を独立として、最小格子間隔設定部１０３により設定された最小格子間隔に基づくデジタル化を行い、それらを出力部１０５から出力する。
【００９２】
図１１に、上述の〔１−ロ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例を図示する。
【００９３】
この図に示す構成に従って、上述の〔１−ロ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現する場合には、カラー画像信号入力部２０１がカラー画像信号を入力すると、先ず最初に、輝度色差分離均等色空間変換部２０２で、輝度と色差とに分離しつつ均等色空間へ変換する。
【００９４】
続いて、輝度信号については、均等量子化部２０４で、最小格子間隔設定部２０３により設定された最小格子間隔に基づくデジタル化を行うとともに、色差信号については、三角格子に基づく量子化処理を行う三角格子量子化部２０５で、最小格子間隔設定部２０３により設定された最小格子間隔に基づくデジタル化を行い、それらを出力部２０６から出力する。
【００９５】
図１２に、上述の〔１−ハ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例を図示する。
【００９６】
この図に示す構成に従って、上述の〔１−ハ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現する場合には、カラー画像信号入力部３０１がカラー画像信号を入力すると、先ず最初に、均等色空間変換部３０２で、入力されたカラー画像信号を均等色空間へ変換する。
【００９７】
続いて、面心立方格子あるいは六方最密格子に基づく量子化処理を行う面心立方格子（六方最密格子）量子化部３０４で、最小格子間隔設定部３０３により設定された最小格子間隔に基づくデジタル化を行い、それらを出力部３０５から出力する。
【００９８】
図１３に、上述の〔１−ニ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例を図示する。
【００９９】
この図に示す構成に従って、上述の〔１−ニ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法を実現する場合には、デジタル化指定部４０１によりデジタル化方法（▲１▼均等量子化／▲２▼輝度色差分離型／▲３▼面心立方格子（六方最密格子）型）が指定されると、逆数計算部４０４で、相対最大量子化誤差管理部４０２に管理されるそのデジタル化方法に対応する相対最大量子化誤差を取得して、それの逆数を算出することで最小格子間隔を得る。
【０１００】
続いて、画像信号デジタル化部４０５で、デジタル化指定部４０１により指定されるデジタル化方法と、逆数計算部４０４で算出した最小格子間隔とに基づいて、入力されたカラー画像信号をデジタル化して、それらを出力部４０６から出力する。
【０１０１】
なお、予め相対最大量子化誤差の逆数を求めておいて、その中から、指定されるデジタル化方法で用いる最小格子間隔を得るようにしてもよい。
【０１０２】
図１４に、上述の〔３〕に記載する本発明の画像信号符号化方法を実現するための機能構成の一実施例を図示する。
【０１０３】
この図に示す構成に従って、上述の〔３〕に記載する本発明の画像信号符号化方法を実現する場合には、カラー画像信号入力部５０１がカラー画像信号を入力すると、先ず最初に、デジタル化部５０２で、上述の〔１−イ〕に記載する本発明の画像信号デジタル化方法に従って、入力されたカラー画像のデジタル化を行う。
【０１０４】
続いて、符号化部５０３で、既存の画像符号化方式を使って、デジタル化された画像信号を符号化して、それらを符号化ビットストリーム出力部５０４から出力する。
【０１０５】
図１５に、上述の〔４〕に記載する本発明の画像信号復号方法を実現するための機能構成の一実施例を図示する。
【０１０６】
この図に示す構成に従って、上述の〔４〕に記載する本発明の画像信号復号方法を実現する場合には、符号化ビットストリーム入力部６０１が画像信号の符号化データを入力すると、復号部６０２で、対応する画像復号方式を使って画像信号のデジタル表現を復号する。
【０１０７】
続いて、量子化値復元部６０３で、画像符号化方式で用いた最小格子間隔に基づいて、復号したデジタル表現に対応付けられる量子化値（均等色空間における量子化値）を復元し、続いて、色空間変換部６０４で、復元した量子化値を変換元の３次元色空間に変換して、それらを出力部６０５から出力する。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像信号の視覚的非均等性に起因するデジタル化時の非効率さを排除しつつ、処理・実装の難易に応じ、効率が若干良いもの、さらに良いもの、最も良いものという方法の中から所望のものを選択して、画像信号をデジタル表現に変換できるようになる。
【０１０９】
この変換にあたって、本発明によれば、色の違いを識別できないことを保証する中で最も効率良くカラー画像信号のデジタル化を実現できるようになる。
【０１１０】
また、従来の符号化方式の枠組を全くかえることなく、復号画像に含まれる誤差の分布が、視覚的に均一となるような符号化を一回で行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図である。
【図２】単純立方格子状に配置される量子化点の説明図である。
【図３】正三角形状に配置される量子化点の説明図である。
【図４】正三角形状に配置される量子化点の説明図である。
【図５】面心立方格子状に配置される量子化点の説明図である。
【図６】六方最密格子状に配置される量子化点の説明図である。
【図７】菱形１２面体の説明図である。
【図８】本発明の比較を示す説明図である。
【図９】非可逆符号化・復号を経た画像信号の説明図である。
【図１０】本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例である。
【図１１】本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例である。
【図１２】本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例である。
【図１３】本発明の画像信号デジタル化方法を実現するための機能構成の一実施例である。
【図１４】本発明の画像信号符号化方法を実現するための機能構成の一実施例である。
【図１５】本発明の画像信号復号方法を実現するための機能構成の一実施例である。
【符号の説明】
１０１  カラー画像信号入力部
１０２  均等色空間変換部
１０３  最小格子間隔設定部
１０４  均等量子化部
１０５  出力部
２０１  カラー画像信号入力部
２０２  輝度色差分離均等色空間変換部
２０３  最小格子間隔設定部
２０４  均等量子化部
２０５  三角格子量子化部
２０６  出力部
３０１  カラー画像信号入力部
３０２  均等色空間変換部
３０３  最小格子間隔設定部
３０４  面心立方格子（六方最密格子）量子化部
３０５  出力部
【図１】
0003793105.tif 000007
【図２】
0003793105.tif 000008
【図３】
0003793105.tif 000009
【図４】
0003793105.tif 000010
【図５】
0003793105.tif 000011
【図６】
0003793105.tif 000012
【図７】
0003793105.tif 000013
【図８】
0003793105.tif 000014
【図９】
0003793105.tif 000015
【図１０】
0003793105.tif 000016
【図１１】
0003793105.tif 000017
【図１２】
0003793105.tif 000018
【図１３】
0003793105.tif 000019
【図１４】
0003793105.tif 000020
【図１５】
0003793105.tif 000021