(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトルデータを表示信号に変換する色変換手段と、
上記表示信号に基づいて表示を行うカラー画像表示手段と、
を具備し、
上記色変換手段は、上記カラー画像表示手段の表示に係る表示スペクトルを、該カラー画像表示手段により可能な表示スペクトルの範囲内で上記スペクトルデータに近似させるように、スペクトルデータを表示信号に変換するものであることを特徴とする色再現システム。
【請求項２】
上記色変換手段は、上記スペクトルデータの測色値と、上記表示スペクトルの測色値と、を一致させる条件の下で上記近似を行い、スペクトルデータを表示信号に変換するものであることを特徴とする請求項１に記載の色再現システム。
【請求項３】
上記測色値は、任意個の関数を用いて、これらの各関数に一対一に対応して算出される値であることを特徴とする請求項２に記載の色再現システム。
【請求項４】
上記色変換手段は、所望の関数により重み付けされた上記スペクトルデータと、該所望の関数により重み付けされた上記表示スペクトルと、に対して上記近似を行うものであることを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３に記載の色再現システム。
【請求項５】
上記色変換手段は、上記スペクトルデータと上記表示スペクトルとの最小自乗近似により、上記近似を行うものであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、または請求項４に記載の色再現システム。
【請求項６】
上記色変換手段は、上記表示信号に基づく表示スペクトルが上記カラー画像表示手段による表示可能範囲に入るような最小自乗近似により、上記近似を行うものであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または請求項５に記載の色再現システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色再現システムに関し、特に、スペクトルを近似した画像表示を行う色再現システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカラー画像機器の多くは、人の色知覚特性が３次元であることに基づいて３原色により色を入力し、あるいは表示していた。このようなカラー画像機器の一例としてのカメラでは、３つの異なる分光感度を有するセンサーにより被写体のスペクトルを入力して、それぞれのセンサー出力信号により色情報を表すようになっている。また、カラー画像機器の他の例として、ＣＲＴディスプレイなどの表示装置では、３つの異なる発光スペクトルの色を加法混色することにより、さまざまな色を表示し、その入力信号により色情報を表している。
【０００３】
近年、被写体の色を正確に再現することが重要である遠隔医療や電子美術館等を応用分野として、マルチバンドのカメラにより正確な色情報を取得するシステムに関する研究が活発に行われている。
【０００４】
このような研究の一例として、例えば、村上百合、他による「正確な色再現が可能なカラー画像システムの開発」（カラーフォーラムJAPAN'99論文集の第５頁から第８頁）（文献１）に記載されたものが挙げられ、この研究によれば、入力装置のバンド数を増やすことにより、取得する被写体の色情報の精度を向上させることが可能となっている。
【０００５】
一方、表示装置では、従来の３原色では表示できない鮮やかな色を表示することが可能な多原色ディスプレイの研究が行われている。例えば、T.Ajito、他による「Six-Primary Color Projection Display for Expanded Color Gamut Reproduction」（Proc. Int. Symp. on Multispectral Imaging and Color Reproduction for Digital Archives, Chiba University, Japan, 1999の第１３５頁から第１３８頁）（文献２）に記載されているように、６原色表示を行うことによって、表示可能な色域を従来の３原色ディスプレイよりも拡大することが可能である。
【０００６】
このように、従来のＲＧＢの３バンド入力や３原色表示の入出力システムに代えて、多バンド入力や多原色表示の入出力システムが提案されている。
【０００７】
これらのシステムにおいて正確な色再現を行うためには、従来の３原色のシステムと同様に、機器に依存しない表色値（デバイスインディペンデントカラー）を仲介した色情報の変換を行うことが必要となる。すなわち、多バンドのカメラにより得られた撮影信号値をデバイスインディペンデントカラーに正確に変換して、さらに、デバイスインディペンデントカラーを多原色ディスプレイにより表示するための多原色信号に正確に変換することが必要となる。
【０００８】
このデバイスインディペンデントカラーとして一般に用いられている表色系は、国際照明委員会（ＣＩＥ）が規定するＣＩＥ１９３１表色系（ＸＹＺ表色系）や、あるいはＸＹＺ表色系に基づいた均等色空間であるＣＩＥＬＡＢ表色系などがある。
【０００９】
上記ＸＹＺ表色系は、等色実験に基づいて得られた等色関数により求められるＸＹＺ値により色を定量的に表すものである。ここに、等色関数は、多くの被験者に対する等色実験により得られたデータの平均的な特性から求められたものであり、ＣＩＥ１９３１測色標準観測者（以下、標準観測者とする）と呼ばれる仮想的な観測者の特性に対して与えられたものである。
【００１０】
しかし、等色関数は、実際には個人差があり、とりわけ老化に伴って標準観測者から大きくずれることが知られている。この標準観測者からのずれに関しては、例えばＣＩＥの技術委員会報告書（Technical Report）No.80（Special metamerism index : Change in observer,1989）（文献３）に、ずれを表す関数とともに報告されている。
【００１１】
上述したような多バンド入力や多原色表示の入出力システムも含めた従来の表示システムは、標準観測者のみを想定して正確な色再現を行うように設計されたものであるために、標準観測者から視覚特性のずれている人や、標準観測者からずれた表色系に対しては、必ずしも正確な色再現を行うことができなかった。
【００１２】
これに対して、B.Hillによる「Aspects of total multispectral image reproduction systems」（Proceedings of Second International Symposium on Multispectral Imaging and High Accurate Color Reproductionの第６７頁から第７８頁）（文献４）には、等色関数の統計データを用いることにより、等色関数のばらつきを考慮した色再現を行う手段が記載されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記文献４に記載されたような手段を用いるためには、個人差等によりばらつきのある等色関数を数多く測定して、等色関数の統計データを得る必要がある。しかし、多数の等色関数を正確に測定することは難しいために、現在、信頼できる等色関数の統計データが十分にある状況ではない。従って、現状では、等色関数の統計データを用いた色再現を実用化するのは困難である。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、等色関数にばらつきのある多くの観察者に対しても正確な色再現を行うことが可能な色再現システムを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明による色再現システムは、スペクトルデータを表示信号に変換する色変換手段と、上記表示信号に基づいて表示を行うカラー画像表示手段と、を具備し、上記色変換手段は、上記カラー画像表示手段の表示に係る表示スペクトルを、該カラー画像表示手段により可能な表示スペクトルの範囲内で上記スペクトルデータに近似させるように、スペクトルデータを表示信号に変換するものである。
【００１６】
また、第２の発明による色再現システムは、上記第１の発明による色再現システムにおいて、上記色変換手段が、上記スペクトルデータの測色値と、上記表示スペクトルの測色値と、を一致させる条件の下で上記近似を行い、スペクトルデータを表示信号に変換するものである。
【００１７】
さらに、第３の発明による色再現システムは、上記第２の発明による色再現システムにおいて、上記測色値が、任意個の関数を用いて、これらの各関数に一対一に対応して算出される値である。
【００１８】
第４の発明による色再現システムは、上記第１から第３の発明による色再現システムにおいて、上記色変換手段が、所望の関数により重み付けされた上記スペクトルデータと、該所望の関数により重み付けされた上記表示スペクトルと、に対して上記近似を行うものである。
【００１９】
第５の発明による色再現システムは、上記第１から第４の発明による色再現システムにおいて、上記色変換手段が、上記スペクトルデータと上記表示スペクトルとの最小自乗近似により、上記近似を行うものである。
【００２０】
第６の発明による色再現システムは、上記第１から第５の発明による色再現システムにおいて、上記色変換手段が、上記表示信号に基づく表示スペクトルが上記カラー画像表示手段による表示可能範囲に入るような最小自乗近似により、上記近似を行うものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を具体的に説明する前に、本発明において用いられている原理について説明する。
【００２２】
３原色を越える多原色（Ｎ原色：Ｎ≧４）で表示を行う場合には、特定の観測者（例えば標準観測者）に同一色と知覚させるような表示を行ったとしても、言い換えれば、人間（標準観測者）の３次元となっている色知覚特性を拘束条件としたとしても、Ｎ−３の自由度が残っている。
【００２３】
そこで、この自由度を利用して、測色値を一致させる拘束条件の下で、さらにスペクトルまでも近似させることにより、非特定の観測者に対しても良好な色再現を行うようにした本原理について、詳細に説明する。
【００２４】
まず、再現しようとしている被写体画像中の、ある画素位置におけるスペクトルをＳ（λ）とし、このスペクトルＳ（λ）に対応する色を、Ｎ個の原色を有するＮ原色ディスプレイにより再現するものとする。ここに、Ｎ原色ディスプレイは、Ｎ個の原色の加法混色により色を再現するものである。
【００２５】
すなわち、Ｎ原色ディスプレイの表示スペクトルＳd（λ）は、各原色の発光スペクトルＳi（λ）（ｉ＝１〜Ｎ）を用いて次の数式１により表される。
【数１】
0003829238.tif 000002
【００２６】
ここに、αiは原色ｉの表示信号値であり、次の数式２に示すような範囲を取り得る。
【００２７】
【数２】
0003829238.tif 000003
【００２８】
まず、Ｓ（λ）のＸＹＺ三刺激値とＳd（λ）のＸＹＺ三刺激値とを等しくする拘束条件は、次の数式３により表される。
【数３】
0003829238.tif 000004
【００２９】
ここに、左辺は、
【数４】
0003829238.tif 000005
であり、右辺は、上記数式１を用いることにより、
【数５】
0003829238.tif 000006
である。
【００３０】
なお、Ｘi，Ｙi，Ｚiは、それぞれ、
【数６】
0003829238.tif 000007
である。
【００３１】
数式３の拘束条件は、上記数式４と数式５を用いて整理することにより、次の数式７に示すようなα1〜αNに対する条件を示す行列式に書ける。
【数７】
0003829238.tif 000008
【００３２】
一方、Ｎ原色ディスプレイの表示スペクトルＳd（λ）が、被写体画像のスペクトルＳ（λ）にどのくらい近似しているかを示す量として、次の数式８に示すような二乗誤差Ｅを用いることにする。
【数８】
0003829238.tif 000009
【００３３】
この数式８における各記号ｓ，Ｃ，Ｄ，ａは、
【数９】
0003829238.tif 000010
とおいたときに、それぞれ次の数式１０，数式１１，数式１２，数式１３に示すように表される。
【００３４】
【数１０】
0003829238.tif 000011
【数１１】
0003829238.tif 000012
【数１２】
0003829238.tif 000013
【数１３】
0003829238.tif 000014
【００３５】
なお、数式９からわかるように＜ｓiｓj＞＝＜ｓjｓi＞であるから、数式１２に示すＤは対称行列となっている。
【００３６】
また、右上の肩に添えた記号「Ｔ」は、行列またはベクトルの転置を表している。
【００３７】
なお、上記説明では測色値としてＸＹＺ三刺激値を用いたが、任意のＮ個の関数により各算出されるＮ個の測色値に置き換えた場合にも、同様の説明が成り立つ。
【００３８】
さらに、上記説明では、Ｎ原色ディスプレイの表示スペクトルＳd（λ）と、被写体画像のスペクトルＳ（λ）との差をそのまま用いて二乗誤差Ｅを算出するようにしたが、これに限らず、任意の関数Ｗ（λ）により重み付けした上で算出することも可能である。この場合には、数式８におけるＳ（λ）とＳd（λ）とを、次の数式１４に示すようなＳ’（λ）と Ｓ’d（λ）とにそれぞれ置き換えるだけでよい。
【数１４】
0003829238.tif 000015
【００３９】
こうして、数式３に示すような拘束条件、つまり、数式７を満たすようなα1〜αNの内で、数式８で表される二乗誤差Ｅを最小にするものを求めることが、この原理における目標となる。
【００４０】
二乗誤差Ｅは数式８を見ればわかるようにａに関する２次式、拘束条件は数式７を見ればわかるようにａに関する１次式であるから、つまりこれは、目的関数が２次式、拘束条件が１次式の２次計画法問題である。
【００４１】
以下では、この問題を解くための２つの手段、すなわち、ラグランジュの未定係数法を用いる手段と、縮小勾配法を用いる手段と、について説明する。
【００４２】
前者のラグランジュの未定係数法を用いる手段は、原色ｉの表示信号値の取り得る範囲、つまり、数式２に示した条件を考慮することなく解を求める手段である。そして、求めた結果がこの数式２に示した条件の範囲内に入っている場合には、それが最終的な解となる。
【００４３】
また、後者の縮小勾配法を用いる手段は、ラグランジュの未定係数法を用いて求めた解が上記範囲内に入っていない場合に、逐次的に最適解を求める手段である。
【００４４】
１． ラグランジュの未定係数法による解法
ラグランジュの未定係数法では、次の数式１５に示すようにＦを定義して、このＦの勾配が０になるようなα1〜αN，λX，λY，λZを求めることにより、数式３に示した拘束条件の下で、数式８に示した二乗誤差Ｅを最小とするα1〜αNを算出するものである。
【数１５】
0003829238.tif 000016
ここに、ｇX，ｇY，ｇZは、次の数式１６により定義される。
【数１６】
0003829238.tif 000017
【００４５】
上記数式１５で示されるＦをα1〜αNで各偏微分して、それらが０になるとすることにより得られるＮ個の条件式は、次の数式１７により与えられる。
【数１７】
0003829238.tif 000018
【００４６】
また、上記数式１５で示されるＦをλX，λY，λZで各偏微分して、それらが０になるとすることにより得られる３個の条件式は、上記数式７と同一である。
【００４７】
こうして得られる（Ｎ＋３）個の条件式からα1〜αN，λX，λY，λZを求めると、次の数式１８に示すようになる。
【数１８】
0003829238.tif 000019
【００４８】
この数式１８により求めたα1〜αNが、数式２に示した原色ｉの表示信号値のダイナミックレンジの条件を満たすか否かを調べて、全てのαiについて成立している場合には、得られたα1〜αNが最適解となる。また、この条件を満たしていないαiが１つ以上ある場合には、次に説明する縮小勾配法を用いることになる。
【００４９】
２． 縮小勾配法による解法
縮小勾配法の概要
縮小勾配法（reduced gradient method）は、Ｎ次元ユークリッド空間ＲNの要素ａ（つまり、ａ∈ＲN）を変数とする凸関数Ｅ（ａ）がある場合に、その最小値を得るために、あるａ1から下り勾配の方向に出発して、ａ2，ａ3，…と進み、ついに最小点ａ*に収束させるための逐次近似法の一つである。
【００５０】
この縮小勾配法を適用するためには、
（１）数式８に示した目的関数Ｅ（ａ）が凸関数であること
（２）数式２および数式７で規定されるａの可能領域（解の空間）が凸集合であること
の２つの条件が必要となる。
【００５１】
（１）の条件については、数式１２に示したヘシアン行列Ｄの要素が全て正であることから、勾配が０となる点が唯一の局所最低点であって、最適解であることが保証される。
【００５２】
また、（２）の条件については、可能領域内の任意の２点を結ぶ線分上の点が全て該可能領域内に含まれることが容易に示されるために、可能領域が凸集合であることが証明される。
【００５３】
従って、数式２および数式３の制限の元で、数式８に示したＥ（ａ）の最小値を得る問題に対して、この縮小勾配法を適用することが可能である。
【００５４】
この縮小勾配法における各点の移動は、次のように行う。
【００５５】
可能領域内のある点ａ1を始発点とする。まず、この点ａ1から、−∇Ｅ（ａ1）の方向に進む。この方向は点ａ1を通るＥ（ａ1）の等高面の法線方向の逆にあたり、ある意味で最も急な下り傾斜の方向である。
【００５６】
そしてａ1からこの方向に進んで、勾配が次第に変化して下りから上りに転ずるところか、あるいは可能領域の境界に突き当たるところで停止する。この停止した点をａ2とする。
【００５７】
この点ａ2において進行方向を変化させるが、その方向は−∇Ｅ（ａ1）と９０°以下の角度をなす方向であって、かつその方向に進行したときに可能領域内を通行する方向でなければならない。
【００５８】
その後は、同様にして、勾配が上りに転ずる点、または可能領域の境界に突き当たった点で停止して進行方向を変化させ、ａ3，ａ4，…と逐次進行して行き、進行方向を９０°以下の角度でどのように変化させても、変化させた進行方向に可能領域の点がなくなったときは、その点が最適点となる。
【００５９】
以下では、具体的な縮小勾配法の手順について述べるが、その前準備として、まず勾配を計算しておく。
【００６０】
数式７において、右辺の行列をＡ、左辺のベクトルをｂと書くことにすると、右辺のベクトルは数式１３で既にａとして定義されていることから、この数式７はｂ＝Ａａと表される。
【００６１】
数式７は、α1〜αNに関する３つの拘束条件を記述しているために、これらＮ個の変数の内の独立なものは（Ｎ−３）個であり、残りの３個については従属変数となる。
【００６２】
そこで、ｂ＝Ａａの基底Ｂをもとに、ａを基底変数（従属変数とよぶ）ａBと、非基底変数（独立変数とよぶ）ａRとに分けて、同様に、行列ＡをＡ＝［Ｂ｜Ｒ］と分割する。なお、以下では、説明を簡潔にするために、ａ1，ａ2，ａ3を基底変数とし、ａ4，ａ5，…，ａNを非基底変数とする。このときには、上記ベクトルｂも含めて、次の数式１９に示すようになる。
【数１９】
0003829238.tif 000020
【００６３】
このような基底変数と非基底変数とに基づき、目的関数である上記数式８を再度記載すると次の数式２０に示すようになり、また、拘束条件である上記数式７を書き直すと次の数式２１に示すようになり、変数の変域を示す上記数式２を再度記載すると次の数式２２に示すようになる。
【００６４】
【数２０】
0003829238.tif 000021
【数２１】
0003829238.tif 000022
【数２２】
0003829238.tif 000023
【００６５】
なお、数式２１は、明白に書き下せば次の数式２３に示すようになる。
【００６６】
【数２３】
0003829238.tif 000024
【００６７】
拘束条件を示す数式２１の両辺にＢ-1を左から掛けると、次の数式２４に示すようになり、
【数２４】
0003829238.tif 000025
これを上記数式２３に対応させて具体的に書き下せば、次の数式２５に示すようになる。
【数２５】
0003829238.tif 000026
【００６８】
従属変数であるα1〜α3を、独立変数であるα4〜αNによって表すと、次の数式２６に示す形となる。
【数２６】
0003829238.tif 000027
【００６９】
ここに、Ｍとｋは次の数式２７に示すように定義している。
【数２７】
0003829238.tif 000028
【００７０】
この数式２７に示すように定義すると、単体表は以下の表１に示すようになる。
【表１】
0003829238.tif 000029
【００７１】
また、目的関数である数式２０に数式２６を代入することにより、ａBつまりα1〜α3を消去すれば、Ｅ（ａB，ａR）はａRのみの関数とみなすことができるために、これを改めてＦ（ａR）とおく。
【００７２】
以上のように独立変数を明確化した後に、Ｆ（ａR）の勾配の計算を、次の数式２８に示すように行う。
【数２８】
0003829238.tif 000030
【００７３】
この数式２８の右辺第２項における∂ａB／∂ａRは、数式２６と数式２７から、次の数式２９に示すように計算される。
【数２９】
0003829238.tif 000031
【００７４】
従って、数式２８の∇Ｆ（ａR）は、結局、次の数式３０に示すようになる。
【００７５】
【数３０】
0003829238.tif 000032
【００７６】
このような勾配計算の準備の元に、以下のような手順で縮小勾配法を行う。
【００７７】
＜手順１＞
まず、可能領域内に含まれる１つの点、つまり、拘束条件である数式２１と、変数の変域を示す上記数式２２と、を両方とも満たす解を何等かの手段により見つける。この解を見つける手段としては、例えば、T.Ajito、他による「Color Conversion Method for Multiprimary Display Using Matrix Switching」（Optical Review Vol.8, No.3, 2001の第１９１頁から第１９７頁）（文献５）に記載されている手段を用いることができる。こうして見い出した解を、次の数式３１に示すようなａ（バー）とする。
【００７８】
【数３１】
0003829238.tif 000033
【００７９】
＜手順２＞
次に、ａ（バー）Rを起点として移動して行く方向を決定する。この移動方向の方向ベクトルを、次の数式３２に示すように、
【数３２】
0003829238.tif 000034
とする。このとき、この方向ベクトルΔａRを、ａ（バー）Rにおける勾配の逆方向と９０°以下の角度をなす方向であって、かつその方向に進行したときに可能領域から出ることのない方向にとる。そのためには、４≦ｉ≦Ｎに対して、次の数式３３を満たすようにとればよい。
【数３３】
0003829238.tif 000035
ただし、この数式３３の右辺において、Ｆをαiで偏微分した後に、ａ（バー）を値として代入するものとする。
【００８０】
すなわち、α（バー）iがダイナミックレンジ内に収まっている場合か、あるいはα（バー）iはダイナミックレンジの限界になっているが勾配はダイナミックレンジ内に収まる方向に向いている場合にのみ、α（バー）iを変化させ、それ以外の場合にはα（バー）iは変化させないということである。このようにして求めたΔａR＝（Δα4，Δα5，…，ΔαN）に対して、
（i） ΔａR＝０のとき：上記数式３１で示される現在の点は最小点であるために、ここで処理は終了する。なぜなら、全ての独立変数の可能な変位方向に対して、目的関数Ｅが非減少となるからである。
【００８１】
（ii）ΔａR≠０のとき：次に説明する＜手順３＞へ進む。
【００８２】
＜手順３＞
数式３１で示される現在の点から上記手順２で求めた進行方向に向かって、可能領域を出ない範囲で、進める限界まで進むか、または下り勾配から上り勾配に変化する点を探す。
【００８３】
そのために、ａ（バー）Rを次の数式３４で示されるものと置き換える。
【００８４】
【数３４】
0003829238.tif 000036
【００８５】
そして、以下の数式３５に示すように、θ1と、θ2と、θ3と、を計算する。ここに、θ1は独立変数α（バー）4〜α（バー）Nについての可能領域の限界を出ない上限値、θ2は従属変数α（バー）1〜α（バー）3についての可能領域の限界を出ない上限値、θ3は下り勾配から上り勾配に転ずる点を与える値、である。
【００８６】
【数３５】
0003829238.tif 000037
【００８７】
そして、数式３６に示すように、これらの内の最小のものをθの増加限界θ（バー）とする。
【００８８】
【数３６】
0003829238.tif 000038
【００８９】
こうして得られたθ（バー）の値に応じて、以下のように手順が分岐する。
（i） θ（バー）＝∞のとき：目的関数は下に有界でない、すなわち解はないということになる。しかし、本原理においては、目的関数は２次式でしかも下に凸であるために、このケースはあり得ない。
（ii）θ（バー）＜∞のとき：ａ（バー）R，ａ（バー）Bの値をそれぞれａ（バー）R＋θ（バー）ΔａR，ａ（バー）R−θ（バー）ＭΔａRで置き換える。そして、
（ii-ａ）θ（バー）＝θ1またはθ3のとき：現在の基底Ｂと単体表はそのままで、上記手順２に戻る。
（ii-b） θ（バー）＝θ2のとき：現在の基底変数ａBの一つαωBがθ＝θ（バー）のときに０または１になるので、αωBを非基底にし、その代わりに｜α（バー）i｜の内で最も大きい非基底変数αξBを基底に入れるような基底変換を行い、新しい単体表を作ってから、上記手順２に戻る。
【００９０】
このようにして、場合に応じて上記手順２や手順３を複数回繰り返し、手順２において上述したようにΔａR＝０となったところで、目的とする最小点が得られる。
【００９１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１から図７は本発明の一実施形態を示したものであり、図１は色再現システムの構成の概略を示す図である。
【００９２】
この色再現システムは、撮影照明光５によって照明された被写体６を撮影するマルチバンドカメラ１と、このマルチバンドカメラ１から入力されるカラー画像を後述する６原色ディスプレイ３に出力するためのカラー画像に変換する画像変換装置２と、この画像変換装置２により変換されたカラー画像を例えばスクリーン４に投影するカラー画像表示手段たる６原色ディスプレイ３と、を有して構成されている。
【００９３】
上記マルチバンドカメラ１は、上記撮影照明光５により照明された被写体６を、例えば１６バンドのマルチバンド画像データとして撮影して、撮影した画像データを画像変換装置２へ出力するものである。
【００９４】
上記画像変換装置２は、上記マルチバンドカメラ１から入力された１６バンドの画像データを、後で詳しく説明するように、６原色ディスプレイ３に表示するための６原色の画像データに変換して、変換後の画像データを該６原色ディスプレイ３へ出力するものである。
【００９５】
上記６原色ディスプレイ３は、画像変換装置２から入力された６原色の画像データを、例えばスクリーン４に投影することにより、観察可能となるように表示するものである。
【００９６】
図２は、マルチバンドカメラ１の構成を示す図である。
【００９７】
被写体６からの入射光は、レンズ１ａにより集光され、干渉フィルタ１ｃを介して所定の波長帯域の光のみの通過が許容された後に、モノクロＣＣＤ１ｅ上に結像される。
【００９８】
上記干渉フィルタ１ｃは、１６バンドの帯域に各対応して１６枚設けられており、これら１６枚の干渉フィルタ１ｃがフィルタターレット１ｂに装填されている。そして、このフィルタターレット１ｂをモータ１ｄによって回転することにより、上記レンズ１ａからモノクロＣＣＤ１ｅへの光路中に、各干渉フィルタ１ｃが順次挿入されるようになっている。干渉フィルタ１ｃが光路上に位置するのに同期させて、上記モノクロＣＣＤ１ｅで撮影を行うことにより、各干渉フィルタ１ｃに対応する分光感度の１６バンドの被写体画像が順次撮影される。
【００９９】
図３は、１６バンドでなるマルチバンドカメラ１の分光感度の一例を示す線図である。
【０１００】
このマルチバンドカメラ１は、図３に示すように、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域において、ほぼ等間隔の１６個のピーク感度を有する分光感度となっている。このマルチバンドカメラ１により撮影された１６バンドでなるマルチバンド画像データは、上記画像変換装置２に出力されて処理される。
【０１０１】
なお、フィルタターレット１ｂの干渉フィルタ１ｃを付け替えることにより、１６バンドの分光感度を用途に応じて変更することが可能である。
【０１０２】
図４は、６原色ディスプレイ３の６原色でなる発光スペクトルを示す線図である。
【０１０３】
６原色の発光スペクトルｐ1（λ），ｐ2（λ），ｐ3（λ），ｐ4（λ），ｐ5（λ），ｐ6（λ）は、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域においてほぼ等間隔に分布している。
【０１０４】
図５は、画像変換装置２の構成を示すブロック図である。
【０１０５】
画像変換装置２は、スペクトル推定部１１と、表示色変換部１２と、データ記憶部１３と、を有して構成されている。
【０１０６】
上記スペクトル推定部１１は、マルチバンドカメラ１から１６バンドのマルチバンド画像データを入力して、スペクトルデータたる被写体スペクトルを算出し、色変換手段たる表示色変換部１２に出力する。このスペクトル推定部１１による被写体スペクトルの算出は、例えば上記文献１に記載されているように、分光反射率の算出手段により算出した分光反射率に照明光スペクトルを掛けることにより行われる。
【０１０７】
上記表示色変換部１２は、スペクトル推定部１１から入力された被写体スペクトルを、データ記憶部１３から入力した６原色ディスプレイ３の色再現データを用いて、６原色表示信号に変換し、６原色ディスプレイ３に出力する。
【０１０８】
上記データ記憶部１３に記憶されている６原色ディスプレイ３の色再現データは、各原色の発光スペクトルと、階調特性と、を含んでいる。これらの内の発光スペクトルは、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域を１ｎｍ間隔で刻む４０１個のデータにより構成され、また、階調特性は、各原色の入力信号値に対して、最大値が１となるように正規化された表示輝度を所定サンプル階調毎に与えられたデータである。
【０１０９】
図６は、表示色変換部１２の構成を示すブロック図である。
【０１１０】
表示色変換部１２は、測色値算出部２１と、信号算出部２２と、階調補正部２３と、を有して構成されている。
【０１１１】
上記測色値算出部２１は、データ記憶部１３から入力された６原色ディスプレイ３のスペクトルを上記数式６により算出するとともに、スペクトル推定部１１から入力された被写体スペクトルの測色値を上記数式４により算出する。
【０１１２】
この測色値を算出するに当たり用いられる等色関数は、測色値算出部２１に記憶されている等色関数データの内からこの画像変換装置２を使用するユーザーが選択したものであり、上述したように、任意個の関数を用いることが可能である。
【０１１３】
こうして、測色値算出部２１は、６原色ディスプレイ３の各原色のスペクトルおよび測色値と、被写体のスペクトルおよび測色値と、を信号算出部２２に出力する。
【０１１４】
上記信号算出部２２は、６原色ディスプレイ３の各原色のスペクトルおよび測色値と、被写体のスペクトルおよび測色値と、を入力して、６原色ディスプレイ３の表示信号値を算出し、階調補正部２３に出力する。
【０１１５】
このときに、信号算出部２２は、例えば設定を行うことにより、被写体スペクトルと、６原色ディスプレイ３の各原色のスペクトルと、を数式１４に基づいて重み付けし入力することも可能である。
【０１１６】
上記階調補正部２３は、信号算出部２２から入力した６原色表示信号を、データ記憶部１３から入力した階調特性を用いて補正し、６原色ディスプレイ３に出力する。
【０１１７】
図７は、信号算出部２２の構成を示すブロック図である。
【０１１８】
信号算出部２２は、ユーザー設定部３１と、線形解算出部３２と、非線形解算出部３３と、を有して構成されている。
【０１１９】
ユーザー設定部３１は、線形解算出部３２を用いるか否かの設定情報と、非線形解算出部３３を用いるか否かの設定情報と、をそれぞれ、線形解算出部３２と、非線形解算出部３３と、に出力する。
【０１２０】
上記線形解算出部３２は、ユーザー設定部３１が線形解算出部３２を用いるという設定情報を出力した場合に、スペクトル推定部１１から入力した被写体スペクトルに対する６原色表示信号を算出して、被写体スペクトルとともに非線形解算出部３３に出力する。
【０１２１】
一方、ユーザー設定部３１が線形解算出部３２を用いないという設定情報を出力した場合には、線形解算出部３２は、スペクトル推定部１１から入力した被写体スペクトルをそのまま非線形解算出部３３に出力する。
【０１２２】
上記非線形解算出部３３は、ユーザー設定部３１が非線形解算出部３３を用いるという設定情報を出力した場合に、線形解算出部３２から被写体スペクトルまたは６原色表示信号を入力する。
【０１２３】
非線形解算出部３３は、被写体スペクトルまたは０〜１の範囲外となる６原色表示信号を受け取った場合は、０〜１の範囲内となる６原色表示信号を算出して、階調補正部２３に出力する。
【０１２４】
また、非線形解算出部３３は、０〜１の範囲内となる６原色表示信号を受け取った場合は、入力した６原色表示信号をそのまま階調補正部２３に出力する。
【０１２５】
一方、ユーザー設定部３１が非線形解算出部３３を用いないという設定情報を出力した場合には、非線形解算出部３３は、入力した６原色表示信号をそのまま階調補正部２３に出力する。ただし、６原色表示信号が０〜１の範囲外であった場合には、０〜１の範囲となるように信号値のマッピングを行う。
【０１２６】
上記線形解算出部３２と非線形解算出部３３とにおける表示信号算出の処理について、さらに説明する。
【０１２７】
線形解算出部３２は、線形の２次計画法を用いて６原色ディスプレイ３の表示信号を算出するものであり、具体的には、上記原理で述べたラグランジュの未定係数法を用いるものとなっている。すなわち、線形解算出部３２は、測色値算出部２１から入力した６原色ディスプレイ３の原色スペクトル及び測色値と、該測色値算出部２１から入力した被写体の測色値と、スペクトル推定部１１から入力した被写体スペクトルと、を用いて、数式１８に基づいて、６原色ディスプレイ３の表示信号α1〜α6を算出する。
【０１２８】
非線形解算出部３３は、非線形の２次計画法を用いて６原色ディスプレイ３の表示信号を算出するものであり、具体的には、上記原理で述べた縮小勾配法を用いるものとなっている。すなわち、非線形解算出部３３は、線形解算出部３２から、被写体スペクトル及び測色値と、６原色ディスプレイ３のスペクトル及び測色値と、を入力し、上述した＜手順１＞〜＜手順３＞に従った処理を行うことにより、６原色ディスプレイ３の表示信号α1〜α6を算出する。
【０１２９】
このような実施形態によれば、スペクトルを近似する画像表示を行うようにしたために、等色関数のばらつきに関する統計情報が未知である場合にも、多くの観測者に対して正確な色再現を行うことが可能となる。
【０１３０】
このとき、測色値が一致する拘束条件の下で、スペクトルを近似するようにしたために、多くの観測者に対する正確な色再現をより高精度に行うことが可能となる。
【０１３１】
また、被写体スペクトルやディスプレイのスペクトルに適切な重み付けを行った上で、スペクトルを近似するようにしたために、多くの観測者に対する正確な色再現をより高精度に行うことが可能となる。
【０１３２】
さらに、測色値を算出する等色関数として任意の関数を用いることができるようにしたために、観察者に応じたより適切な等色関数や等色関数のばらつきを表す高次元の測色値を利用することができ、多くの観測者に対する正確な色再現をより高精度に行うことが可能となる。
【０１３３】
そして、スペクトルを近似する際の計算方法として、最小自乗近似を用いているために、計算を高速に行うことができ、多くの観測者に対する正確な色再現を、現行システムと同程度の処理時間により実現することが可能となる。
【０１３４】
また、最小自乗近似により算出された解が表示可能な範囲に入っていない場合でも、逐次的に算出を行うことにより、表示可能な範囲内の最適解を得ることが可能である。
【０１３５】
加えて、逐次的な算出を行う際に、最適解を得るまで演算を繰り返さなくても、適当な段階で演算を打ち切ることにより、比較的精度の良い近似解を得ながら、計算時間を短縮することも可能となる。
【０１３６】
こうして、等色関数の個人差に関する統計データがない場合でも、より多くの観察者に対して正確な色再現を行うことが可能となる。
【０１３７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の色再現システムによれば、等色関数にばらつきのある多くの観察者に対しても正確な色再現を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における色再現システムの構成の概略を示す図。
【図２】上記実施形態のマルチバンドカメラの構成を示す図。
【図３】上記実施形態における１６バンドでなるマルチバンドカメラの分光感度の一例を示す線図。
【図４】上記実施形態における６原色ディスプレイの６原色でなる発光スペクトルを示す線図。
【図５】上記実施形態の画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図６】上記実施形態の表示色変換部の構成を示すブロック図。
【図７】上記実施形態の信号算出部の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１…マルチバンドカメラ
２…画像変換装置
３…６原色ディスプレイ（カラー画像表示手段）
４…スクリーン
１１…スペクトル推定部
１２…表示色変換部（色変換手段）
１３…データ記憶部
２１…測色値算出部
２２…信号算出部
２３…階調補正部
３１…ユーザー設定部
３２…線形解算出部
３３…非線形解算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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