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WO2011039811A1 - 画像信号処理装置及び画像信号処理方法 - Google Patents

画像信号処理装置及び画像信号処理方法 Download PDF

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WO2011039811A1
WO2011039811A1 PCT/JP2009/005054 JP2009005054W WO2011039811A1 WO 2011039811 A1 WO2011039811 A1 WO 2011039811A1 JP 2009005054 W JP2009005054 W JP 2009005054W WO 2011039811 A1 WO2011039811 A1 WO 2011039811A1
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image
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PCT/JP2009/005054
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松井勝之
Original Assignee
Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • G09G2320/02—Improving the quality of display appearance
    • G09G2320/0271—Adjustment of the gradation levels within the range of the gradation scale, e.g. by redistribution or clipping
    • G09G2320/0276—Adjustment of the gradation levels within the range of the gradation scale, e.g. by redistribution or clipping for the purpose of adaptation to the characteristics of a display device, i.e. gamma correction

Definitions

  • the matrix filter unit 933 converts the color gamut of the R, G, and B video signals calculated by the gamma decoding unit 932 using the matrix input from the matrix filter generation unit 922 and outputs the converted color gamut to the gamma encoding unit 934.
  • the gamma encoding unit 934 performs gamma correction on the R, G, and B video signals whose color gamut has been converted by the matrix filter unit 933 using a predetermined gamma characteristic, and outputs the result to the display device 15.
  • Non-Patent Document 2 the color gamut is reduced by increasing the black level of the image, but there is a problem that the gray scale characteristic to be maintained changes.
  • the present invention relates to a conversion coefficient setting means for calculating a conversion coefficient for simulating color vision of a person with color blindness and setting input / output characteristics of a three-dimensional color correction lookup table; Image conversion means that obtains an output image that simulates color vision of a person with color blindness by converting with a lookup table, and conversion coefficient setting means corresponds to color vision mode selection means for specifying the type of color blindness, and color vision abnormal mode And a single-wavelength anchor chromaticity adjusting means for calculating the chromaticity of an intersection coordinate between a line connecting the two single-wavelength anchors and the white point of the display device and a line connecting the color gamut of the display device.
  • the conversion coefficient calculated in advance is input and stored in the three-dimensional color correction LUT 31, and the three-dimensional color correction LUT 31 is used. , D-type, T-type, and A-type color vision abnormal persons can be accurately reproduced, and the amount of calculation when displaying an image can be reduced.
  • the matrix filter generation unit 24 calculates an RGB-RGB conversion matrix having a wavelength 485 nm as a single wavelength anchor.
  • This RGB-RGB conversion matrix is, for example, a conversion matrix represented by the following equation (3), and is the same as the method described in Non-Patent Document 1.
  • the image signal processing apparatus 10 stores the conversion coefficient for realizing the selected T-type color vision simulation in the three-dimensional color correction LUT 31. Then, when the R, G, and B video signals are input from the video output device 14 to the image conversion unit 12, the image signal processing device 10 inputs the R, G, and B video signals that are input using the three-dimensional color correction LUT 31. Image processing for converting the color vision into the color vision of the T-type color blind person. Further, the image signal processing device 10 outputs the converted R, G, and B video signals to the display device 15, and causes the display device 15 to display an image that simulates the color vision of the T-type color blind person.
  • the single wavelength anchor chromaticity adjustment unit 22, the single wavelength anchor luminance adjustment unit 23, and the matrix filter luminance adjustment unit 25 are not used.
  • the matrix filter generation unit 24 uses the conversion matrix represented by the following equation (5), for example, from the xy chromaticities of the W, R, G, and B monochromatic colors of the display unit. Calculate XYZ conversion characteristics.
  • the 3DLUT input / output characteristic calculation unit 26 uses the conversion matrix output from the matrix filter generation unit 24 to calculate an output RGB value obtained by performing color conversion on the input RGB value by A-type color vision simulation. Specifically, the 3DLUT input / output characteristic calculation unit 26 uses the previously stored gamma characteristic of the display device 15 to convert the input RGB gradation into an RGB luminance value, and then from the matrix filter generation unit 24. The output RGB brightness value is obtained from the inner product of the received RGB brightness value and the RGB-RGB conversion matrix. Next, the 3DLUT input / output characteristic calculation unit 26 uses the gamma characteristic again to convert the output RGB luminance value to the RGB gradation, and calculates a conversion coefficient in which the input RGB value and the output RGB value are associated with each other. .
  • a three-dimensional color correction LUT method is used to realize a color gamut of one-point broken line. Color correction is performed to simulate color vision.
  • the target conversion characteristic is calculated as a polygonal line gamut and set in advance as a correction value group by the three-dimensional color correction LUT method. For this reason, even if the processing for each input pixel is a polygonal color gamut, the color gamut in the color vision simulation can be accurately reproduced. Further, the amount of calculation can be reduced by executing the calculation as a value replacement process using the 3DLUT color correction LUT 31.
  • FIG. 3 (A) is according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 3 (B) is according to the conventional method.
  • the excess warning in the area surrounded by the broken line shown in FIG. 3B can be improved to about 1/10 or less.
  • the excessive warning means that a color scheme that is easy to identify for a P-type or D-type color vision person is determined to be difficult to identify.
  • the RGB-RGB conversion matrix when using the short wavelength side single wavelength anchor is used as a reference when executing the T-type color vision simulation. Thereby, all the conversion coefficient values can be suppressed.
  • FIG. 4 is a diagram showing a luminance change associated with the gray scale process including the gray scale process according to the present embodiment.
  • the result by this embodiment is shown as "gray proposal method”.
  • the luminance CIE1931-Y, [cd / m 2 ]
  • the luminance in the sRGB color gamut and white 5000K.

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Abstract

　色覚異常者の色覚をシミュレーションするための変換係数を計算し、３次元色補正ＬＵＴ（３１）の入出力特性を設定する変換係数設定部（１１）と、入力された画像を画像毎に入力し、３次元色補正ＬＵＴ（３１）により、色覚異常者の色覚をシミュレーションした出力画像を出力する画像変換部（１２）とを備える。変換係数設定部（１１）は、色覚異常の種類を指定する色覚モード選択部（２１）と、色覚異常のモードに対応する２つの単波長アンカー及び表示装置の白点を結ぶ線と、表示装置の色域を結ぶ線との交点座標の色度を求める単波長アンカー色度調整部（２２）を有する。

Description

画像信号処理装置及び画像信号処理方法
　本発明は、色覚異常者の色覚をシミュレーションして表示するのに用いて好適な画像信号処理装置及び画像信号処理方法に関する。
　道路標識や公官庁ウェブページなどの公共表示は、全ての人が正しく内容を読み取れることが必要である。しかしながら、日本人では男性の２０人に1人、女性の５００人に1人に色覚異常があり、このような色覚異常者にとっては、赤と緑や赤と黒など、読み取りづらい特定の色の組合せが存在する。このため、これら色覚異常者に配慮した標識やウェブページの作成を行うことが望まれる。
　色覚異常には、Ｐ型と、Ｄ型と、Ｔ型と、Ａ型とが存在する。Ｐ型とＤ型は、赤と緑の見え方に異常があるものである。Ｔ型は黄色と青の見え方に異常があるものである。Ａ型は全色の見え方に異常があるものである。
　このような色覚異常は、以下のような要因で発生すると説明されている。人間の眼には、Ｌ錐体と、Ｍ錐体と、Ｓ錐体の３種類の錐体がある。Ｌ錐体は赤が主となる長波長の光を主に感じるものであり、Ｍ錐体は緑が主となる中間の波長の光を主に感じるものであり、Ｓ錐体は青が主となる短波長の光を主に感じるものである。これら３種類の錐体からの刺激が脳に伝達されと、視覚系で色が認識される。
　大多数の人間は、このようにＬ錐体と、Ｍ錐体と、Ｓ錐体の３種類の錐体があるが、人によっては、３種類の錐体を持っていない又は分光がずれている人がいる。Ｐ型色覚異常者は、３種類の錐体のうち、赤い光を主に感じるＬ錐体が無い人又はＬ錐体の分光感度がずれてＭ錐体と似通ってしまっている人である。Ｄ型色覚異常者は、３種類の錐体のうち、緑の光を主に感じるＭ錐体が無い人又はＭ錐体の分光感度がずれてＬ錐体と似通ってしまっている人である。Ｔ型色覚異常者は、３種類の錐体のうち、青の光を主に感じるＳ錐体が無い人である。Ａ型色覚異常者は、３種類の錐体のうち１種類しか持たない人や、錐体が全く無い人である。
　このような多様な色覚特性を持つ人でも内容を正しく読み取れるコンテンツを制作するため、公共デザイン業務を中心として、色覚異常者が見た際の画像視認性を確認するカラーユニバーサルデザインが求められている。
　ところで、Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型色覚異常者が見た際の視認性を再現する色覚シミュレーション方式が英Ｍｏｌｌｏｎ教授らより提案されている（非特許文献１、非特許文献２）。また、一般にＡ型色覚異常者の視認性を確認するためにＩＴＵ－Ｒ　ＢＴ．６０１若しくはＢｔ．７０９式を利用して画素のＲＧＢ値を輝度（Ｙ）値に変換するグレースケール変換が行われている。また、上記理論に基づいて、色覚異常者の色覚をシミュレーションする各種の製品群が発表されている（非特許文献３）。
　しかしながら、これまでの色覚異常者の色覚シミュレーションでは、Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型の色覚異常者の色覚を正しく再現できないという問題がある。
　すなわち、非特許文献１によると、Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型の色覚異常の色覚シミュレーションでは、色覚異常者の色域は白色と２色の単波長アンカー（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ　ａｎｃｈｏｒ）の合計３点を結ぶ１点折れ線であることが示されている。通常の色覚者の色域をこのような色覚異常者の色域に変換する処理を実現するためには、画素の階調毎に変換特性を選択する適応処理が必要である。
　しかしながら、このような処理を画素毎に計算するのには、演算量が膨大になり、高速動作が要求され、通常の処理装置で行うのは困難である。また、カラーユニバーサルデザインと利用用途が類似しているカラーマネジメントで用いられている非特許文献４に記載されているガンマＬＵＴ（ルックアップテーブル）、マトリクス回路などといった構成を有する一般的なハードウェアのみでは、画素の階調毎に変換特性を選択する適応処理は実現できない。
　そこで、非特許文献２に示されるものでは、適応処理を省略し、表示装置のＢ（青）単色とＷ（白）の合計２点を結ぶ直線を色域とすることで、例えば、図５に示す既存のハードウェアで色覚異常者の色覚シミュレーションを行っている。
　図５は、色覚異常者の色覚シミュレーションを行う画像信号処理装置９０の一構成例を示す概略ブロック図である。図５に示すように画像信号処理装置９０は、パーソナルコンピュータ、ビデオ記録再生装置などの映像出力装置１４と、液晶ディスプレイ、プロジェクタ装置などの表示装置１５との間に接続して用いられる。
　図示するように、画像信号処理装置９０は、変換係数設定部９２と、画像変換部９３とを有している。変換係数設定部９２は、入力された色覚異常者の色覚をシミュレーションするための変換係数を画像変換部９３に出力する。変換係数設定部９２は、色覚モード選択部９２１と、マトリクスフィルタ生成部９２２とを備えている。色覚モード選択部９２１は、色覚モード入力部９１から入力されるＰ型又はＤ型の色覚モードに応じて、予め記憶している変換行列をマトリクスフィルタ部９３３に出力する。
　画像変換部９３は、色域縮小部９３１と、ガンマデコード部９３２と、マトリクスフィルタ部９３３と、ガンマエンコード部９３４とを有している。色域縮小部９３１は、映像出力装置１４から入力されたＲ、Ｇ、Ｂ映像信号に対して、黒レベルシフトによる補正を行いガンマデコード部９３２に出力する。ガンマデコード部９３２は、色域縮小部９３１が算出したＲ、Ｇ、Ｂ映像信号に対して、予め定められたガンマ特性を用いて逆変換によりガンマ補正をする前のＲ、Ｇ、Ｂ映像信号を算出する。
　マトリクスフィルタ部９３３は、マトリクスフィルタ生成部９２２から入力された行列を用いて、ガンマデコード部９３２が算出したＲ、Ｇ、Ｂ映像信号の色域を変換してガンマエンコード部９３４に出力する。ガンマエンコード部９３４は、マトリクスフィルタ部９３３により色域が変換されたＲ、Ｇ、Ｂ映像信号に対して、予め定められたガンマ特性を用いてガンマ補正を行い表示装置１５に出力する。
　上述の構成により、画像信号処理装置９０は、映像出力装置１４から画像変換部９３にＲ、Ｇ、Ｂ映像信号が入力されると、選択された色覚モードに応じた画像処理を画素毎に行い表示装置１５に出力する。
　しかしながら、上述の画像信号処理装置９０の構成では、適応処理を省略しているので、色覚異常者の色覚を正確に再現することは難しい。
　また、色覚異常者にとって識別容易である配色でも、８ビット階調値が０又は２５５に制限されることにより、同じ色として出力される（色潰れにより識別困難と判断される）場合がある。この色潰れは、非特許文献１に記載されたＰ型、Ｄ型、Ｔ型色覚シミュレーションが表示装置の色域を越える色を出力しようとするためで、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（黄）といった純色部に顕著である。すなわち、色潰れを抑制するため、色覚シミュレーションで使用される色域を表示装置の色域内部まで縮小することが必要である。非特許文献料２では、画像の黒レベルを上昇させることで色域を縮小しているが、維持されるべきグレースケール特性が変化してしまうという問題がある。
　また、任意の２色のコントラスト比を評価するため、Ａ型色覚シミュレーションは表示色の輝度（ＣＩＥ（Commission Internationale de l'Eclairage；国際照明委員会）１９３１に規定されるＹ値）を保つことが望ましい。例えば、ＩＴＵ－Ｒ　ＢＴ．６０１若しくはＢｔ．７０９式による輝度抽出処理では、入力色に依存して輝度が変化してしまう。このため、文字とその背景といった２色間の視認性を示すコントラスト比を誤認するという問題がある。
　また、色覚異常者の色覚をシミュレーションするものとしては、特許文献１に、行列演算でＲＧＢ－ＬＭＳの変換を行い、色覚異常者の色覚を模擬するものが記載されている。また、特許文献２に、行列演算を用いて、色覚異常者の色覚の色合いに加工するものが記載されている。また、特許文献３には、色覚異常者の補間テーブルを用いて、補間演算により、入力ＲＧＢ信号を色覚異常者の色覚のＲＧＢ信号に変換するものが記載されている。また、特許文献４には、黄色と青間の彩度を変化させて、色覚異常者に見えやすい配色に変換するものが記載されている。また、特許文献５には、所定のフォーマットで使用者の色覚特性情報を記述する色覚特性記述子を設けることが記載されている。
　しかしながら、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献５に記載されているものでは、変換処理で発生しやすい原色部の潰れ（過剰警告）を自動的に回避できないなど精度の高いシミュレーションを簡便に行うのは困難である。特許文献４に記載されているものでは、色覚異常者に見えやすい配色は得られるが、色覚異常者の色覚を精度良くシミュレーションするものではない。
特開２００３－２２３６３５号公報 特開２００８－４０３０５号公報 特開２００８－１８５６８８号公報 特公平６－８２３８５号公報 特表２００５－５２４１５４号公報
"Computerized simulation of color appearance for dichromats" Hans Brettle, Francoice Vienot, John D. Mollon著，インターネット<http://vision.psychol.cam.ac.uk/jdmollon/papers/Dichromat_simulation.pdf> "Digital video colourmaps for checking the legibility of displays by dichromats",Francoice Vienot, Hans Brettle, John D. Mollon著，インターネット<http://vision.psychol.cam.ac.uk/jdmollon/papers/colourmaps.pdf> 第２回視覚科学技術シンポジウム　発表資料、インターネット<http://vst.bpel.ics.tut.ac.jp/index.php?plugin=attach&refer=images&openfile=VS%26T2ndProc.pdf> "DISPLAY CHARACTERIZATION",DAVID H.BRAINARD他、インターネット<http://color.psych.upenn.edu/brainard/characterize.pdf>
　上述の問題を鑑み、本発明は、色覚異常者の色覚を正確に再現でき、また、演算処理を軽減できるようにした画像信号処理装置及び画像信号処理方法を提供することを目的とする。
　本発明は、色覚異常者の色覚をシミュレーションするための変換係数を計算し、３次元色補正ルックアップテーブルの入出力特性を設定する変換係数設定手段と、入力された画像を、３次元色補正ルックアップテーブルにより変換し、色覚異常者の色覚をシミュレーションした出力画像を得る画像変換手段を備え、変換係数設定手段は、色覚異常の種類を指定する色覚モード選択手段と、色覚異常のモードに対応する２つの単波長アンカー及び表示装置の白点を結ぶ線と、表示装置の色域を結ぶ線との交点座標の色度を算出する単波長アンカー色度調整手段を有することを特徴とする。
　本発明によれば、色覚異常者の色覚を正確に再現することができ、また、演算量を削減することができる。
本発明の第１の実施形態における画像信号処理装置１０の構成を示す概略ブロック図である。 本実施形態における画像信号処理装置１０の説明に用いるＣＩＥ１９３１の色度図である。 色覚シミュレーション実行時の色潰れを示す図である。 本実施形態によるグレースケール処理を含むグレースケール処理に伴う輝度変化を示した図である。 色覚異常者の色覚シミュレーションを行う画像信号処理装置９０の一構成例を示す概略ブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の画像信号処理装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
　図１に示すように、本発明の第１の実施形態の画像信号処理装置１０は、パーソナルコンピュータやビデオ記録再生装置等の映像出力装置１４と、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の表示装置１５との間に接続して用いられる。なお、この画像信号処理装置１０は、表示装置１５に組み込んでも使用するようにしても良い。
　図１に示すように、本発明の第１の実施形態の画像信号処理装置１０は、変換係数設定部１１と、画像変換部１２とを備えている。変換係数設定部１１は、色覚異常者の色覚をシミュレーションするための変換係数を計算して３次元色補正ＬＵＴ（Look Up Table；ルックアップテーブル）３１の入出力特性を算出して設定するものである。変換係数設定部１１は、色覚モード選択部２１と、単波長アンカー色度調整部２２と、単波長アンカー輝度調整部２３と、マトリクスフィルタ生成部２４と、マトリクスフィルタ輝度調整部２５と、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６とを有している。
　画像変換部１２は、３次元色補正ＬＵＴ３１を有している。また、画像変換部１２は、映像出力装置１４からの映像信号を、３次元色補正ＬＵＴ３１を使って、色覚異常者の色覚をシミュレーションした映像信号に変換して、表示装置１５に出力するものである。この３次元色補正ＬＵＴ３１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の入力が画素毎に与えられると、色変換されたＲ、Ｇ、Ｂを３色１度に出力する補正テーブルである。この３次元色補正ＬＵＴ３１は、一般的なＬＵＴと異なり、１つの色入力例えば出力Ｒを得る際に、その色Ｒの入力だけでなく、他色入力であるＧ、Ｂの影響を反映できる特徴がある。
　本実施形態の画像信号処理装置１０では、色覚モード入力部２０に、色覚モード（Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型、Ａ型）が入力される。色覚モード入力部２０に色覚モードが入力されると、変換係数設定部１１により、入力された色覚モードに応じた変換係数が算出される。この算出された変換係数が画像変換部１２に送られ、画像変換部１２の３次元色補正ＬＵＴ３１に入力されることにより変換係数が設定される。
　映像出力装置１４から画像変換部１２にＲ、Ｇ、Ｂ映像信号が入力されると、選択された色覚モードに応じた３次元色補正ＬＵＴ３１により、画像処理が画素毎に行われる。これにより、画像変換部１２からは、色覚モードに応じて色変換された画像信号が表示装置１５に出力される。これにより、表示装置１５には、色覚異常者の色覚をシミュレーションした画像が表示される。
　このように、本発明の第１の実施形態の画像信号処理装置１０では、予め算出した変換係数を３次元色補正ＬＵＴ３１に入力して記憶させ、３次元色補正ＬＵＴ３１を用いることで、Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型、Ａ型の色覚異常者の色覚を正確に再現でき、また、画像を表示する際の演算量を削減することができる。
　次に、変換係数設定部１１について説明する。変換係数設定部１１は、色覚モード入力部２０により入力されたＰ型、Ｄ型、Ｔ型、Ａ型の色覚モードに応じて、各色覚モードでの色覚をシミュレーションするための変換係数を生成するものである。色覚モード選択部２１は、色覚モード毎に単波長アンカーのｘｙ色度を記憶しており、選択された色覚モードに応じて、単波長アンカーのｘｙ色度を出力する。また、単波長アンカー色度調整部２２と、マトリクスフィルタ生成部２４とは、表示部のＷ、Ｒ、Ｇ、Ｂ純色のｘｙ色度を記憶している。３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、表示部の輝度諧調特性であるガンマ特性を記憶している。変換係数の作成方法は、色覚モードに応じて異なっている。先ず、Ｐ型及びＤ型の色覚異常のシミュレーション処理の場合について説明する。
　Ｐ型色覚異常者は、３種類の錐体のうち、Ｌ錐体が無い人又はＬ錐体の分光感度がずれてＭ錐体と似通ってしまっている人である。Ｄ型色覚異常者は、３種類の錐体のうち、緑の光を主に感じるＭ錐体が無い人又はＭ錐体の分光感度がずれてＬ錐体と似通ってしまっている人である。Ｐ型とＤ型の色覚モードでのシミュレーション処理は、遮断信号がＬ信号かＭ信号かを除き共通である。以下では、例としてＰ型を選択した場合のシミュレーション処理について説明する。
　Ｐ型色覚異常者の色域は、図２のＣＩＥ１９３１（ＸＹＺ表色系）の色度図で示すように、白点（Ｗ）と２色の単波長アンカー（４７５ｎｍ，５７５ｎｍ）の合計３点を結ぶ１点折れ線である。
　色覚モード選択部２１は、Ｐ型色覚モードが選択されると、Ｐ型色覚モードに対応する２色の単波長アンカー（４７５ｎｍ，５７５ｎｍ）のｘｙ色度を単波長アンカー色度調整部２２に出力する。
　次に、単波長アンカー色度調整部２２は、図２におけるＰ型色覚異常者の色覚をシミュレーションした色域と、表示装置色域の交点座標λＡ１、λＡ２のｘｙ色度を算出する。なお、図２において、Ｐ型色覚異常者の色覚をシミュレーションした色域とは、Ｐ型色覚モードの２つの単波長アンカー４７５ｎｍ、５７５ｎｍと表示装置１５の白点（Ｗ）を結んだ折れ線である。表示装置色域は、Ｒ点（赤）、Ｇ点（緑）、Ｂ点（青）を頂点とする三角形である。
　次に、単波長アンカー輝度調整部２３は、単波長アンカー色度調整部２２が算出した交点座標λＡ１、λＡ２の合計輝度が表示装置１５の白点（Ｗ）と等しくなるように、交点座標λＡ１、λＡ２の輝度を調整する。ここでは、先ず、交点座標λＡ１、λＡ２の輝度Ｙを「１」と仮定し、Ｙｘｙ値をＬＭＳ値に変換する。なお、Ｙｘｙ表示系は、ＸＹＺ表示色から絶対的な色合いを表示するための表示色系である。ＬＭＳ表示色は、Ｌ錐体とＭ錐体とＳ錐体の３種類の錐体の刺激値に基づく表示系である。
　さらに、単波長アンカー輝度調整部２３は、交点座標λＡ１、λＡ２の輝度を加算したＭ、Ｓ値が表示装置１５の白点（Ｗ）のＭ、Ｓ値となるように、交点座標λＡ１、λＡ２の輝度を変更する。ここで、Ｌ値が含まれないのは、表示装置１５の白点Ｗと交点座標λＡ１、λＡ２は色度上で一直線上に並ばない、すなわちＬ値、Ｍ値、Ｓ値の３値のうちいずれか２値しか白点Ｗの値の持つＬ値、Ｍ値、Ｓ値に一致させられないためである。
　前述したように、Ｐ型色覚異常者は、３種類の錐体のうち、赤い光を主に感じるＬ錐体が無い人又はＬ錐体の分光感度がずれてＭ錐体と似通ってしまっている人である。そこで、単波長アンカー輝度調整部２３は、Ｐ型色覚異常者がＬ信号に対して応答しないことを利用し、Ｍ、Ｓ値を一致させるような計算を行う。すなわち、単波長アンカー輝度調整部２３は、例えば次式（１）の行列式に示されるゲインがそれぞれ「１」となるように、交点座標λＡ１、λＡ２の輝度の変更を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　単波長アンカー輝度調整部２３は、式（１）による輝度調整ができたら、交点座標λＡ１、λＡ２のそれぞれのＬＭＳ値をマトリクスフィルタ生成部２４に出力する。
　次にマトリクスフィルタ生成部２４は、Ｐ型色覚異常者をシミュレーション色域の２つの端点を交点座標λＡ１、λＡ２にそれぞれ座標変換する２つの変換行列を生成し、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６に出力する。例えば、その変換行列の１つは、白点（Ｗ）を、その白点（Ｗ）に維持しつつ、色域の端点であるＹ２５５（Ｒ２５５，Ｇ２５５，０）色を、交点座標λＡ２に座標変換する次式（２）で表される３ｘ３変換行列である。またここでＰ型色覚異常者をシミュレーションするため、行列１列目の要素３つを「０」とし、Ｌ値の入力に対する出力応答を遮断する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、Ｐ型とＤ型の色覚モードでのシミュレーション処理では、マトリクスフィルタ輝度調整部２５は利用しない。
　次に、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、マトリクスフィルタ生成部２４により生成された２つの変換が行列を用いて、入力ＲＧＢ値に対してＰ型色覚シミュレーションにより色変換した出力ＲＧＢ値を計算する。この計算は、例えば非特許文献資料１に示された手法を用いることができる。例えば、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、ＲＧＢ値に対するＬＭＳ値を算出し、次にＬＭＳ値毎に対応するＬＭＳ－ＬＭＳ変換行列を選択・乗算して、色覚シミュレーションに求められるフィルタ特性を算出する。また、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、算出されたＬＭＳ値を出力ＲＧＢ値に変換して得られた入力ＲＧＢ値と出力ＲＧＢ値とが対応付けられたフィルタ特性を示す変換係数を３次元色補正ＬＵＴ３１に記憶させる。
　以上の処理により、Ｐ型色覚シミュレーションを実現する３次元色補正ＬＵＴ３１に記憶させるフィルタ特性が得られる。上述のようにして、本実施形態の画像信号処理装置１０は、選択されたＰ型色覚シミュレーションを実現する変換係数を画像変換部１２の３次元色補正ＬＵＴ３１に記憶させる。そして、画像信号処理装置１０は、映像出力装置１４からＲ、Ｇ、Ｂ映像信号が画像変換部１２に入力されると、３次元色補正ＬＵＴ３１を用いて入力されたＲ、Ｇ、Ｂ映像信号を、Ｐ型色覚異常者の色覚に変換する画像処理を行う。また、画像信号処理装置１０は、変換したＲ、Ｇ、Ｂ映像信号を表示装置１５に出力し、表示装置１５にＰ型色覚異常者の色覚をシミュレーションした画像を表示させる。
　なお、Ｄ型色覚シミュレーションを行う場合も、同様に、３次元色補正ＬＵＴ３１に記憶させるフィルタ特性を算出することにより、Ｄ型色覚異常者の色覚をシミュレーションした画像を表示させることができる。
　次に、Ｔ型色覚シミュレーションが選択された場合の動作を説明する。Ｔ型色覚シミュレーションは、遮断信号をＳ値とし、単波長アンカーとして４８５ｎｍ、６６０ｎｍを選択することにより、Ｐ型色覚シミュレーション及びＤ型色覚シミュレーションと同様に色覚シミュレーションを行うことができるが、単波長アンカー色度調整部２２、単波長アンカー輝度調整部２３を省略した以下の手段も利用できる。これは、非特許文献１に示されたＴ型色覚シミュレーション処理の飽和特性が、Ｐ型やＤ型の色覚シミュレーションの色飽和度とは異なり、原色部の輝度飽和を中心としているためである。
　Ｔ型色覚シミュレーションモードでは、マトリクスフィルタ生成部２４は、波長４８５ｎｍを単波長アンカーとするＲＧＢ－ＲＧＢ変換行列を算出する。このＲＧＢ－ＲＧＢ変換行列は、例えば、次式（３）に示される変換行列であり、非特許文献１に記載の方法と同じである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　次にマトリクスフィルタ輝度調整部２５は、出力Ｒｔ、Ｇｔ、Ｂｔの取り得る最高階調（輝度）で全体の係数を除す。上記の例では最高階調は、
　　　　１．１１１＋０．２６２＝１．３７３
であり、全係数を１．３７３で除算すると次式（４）に表される変換行列が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　次に、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、マトリクスフィルタ輝度調整部２５の算出した式（４）の変換行列を用いて、入力ＲＧＢ値に対してＴ型色覚シミュレーションにより色変換した出力ＲＧＢ値を計算する。この処理は、前述のＰ型色覚シミュレーションでの処理と同様である。これにより、Ｔ型色覚シミュレーションを実現する３次元色補正ＬＵＴ３１の特性が得られる。
　上述のようにして、本実施形態の画像信号処理装置１０は、選択されたＴ型色覚シミュレーションを実現する変換係数を３次元色補正ＬＵＴ３１に記憶させる。そして、画像信号処理装置１０は、映像出力装置１４からＲ、Ｇ、Ｂ映像信号が画像変換部１２に入力されると、３次元色補正ＬＵＴ３１を用いて入力されたＲ、Ｇ、Ｂ映像信号をＴ型色覚異常者の色覚に変換する画像処理を行う。また、画像信号処理装置１０は、変換したＲ、Ｇ、Ｂ映像信号を表示装置１５に出力し、表示装置１５にＴ型色覚異常者の色覚をシミュレーションした画像を表示させる。
　次に、Ａ型色覚シミュレーションが選択された場合の動作を述べる。なお、Ａ型色覚シミュレーションモードの場合には、単波長アンカー色度調整部２２、単波長アンカー輝度調整部２３、マトリクスフィルタ輝度調整部２５は利用しない。
　Ａ型色覚シミュレーションの場合には、マトリクスフィルタ生成部２４は、表示部のＷ、Ｒ、Ｇ、Ｂ単色のｘｙ色度から、例えば、次式（５）に表される変換行列を用いてＲＧＢ－ＸＹＺ変換特性を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　マトリクスフィルタ生成部２４は、式（５）の行列における２行目の３係数をＲＧＢに適用した、具体的には、1及び３行目の３係数を２行目と同じ値とした次式（６）に表されるＲＧＢ－ＲＧＢ変換行列を３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６に出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　次に、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、マトリクスフィルタ生成部２４の出力した変換行列を用いて、入力ＲＧＢ値に対してＡ型色覚シミュレーションにより色変換した出力ＲＧＢ値を計算する。具体的には、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、予め記憶された表示装置１５のガンマ特性を利用し、入力されたＲＧＢ階調をＲＧＢ輝度値に変換し、次にマトリクスフィルタ生成部２４から受信したＲＧＢ輝度値とＲＧＢ－ＲＧＢ変換行列の内積から、出力ＲＧＢ輝度値を求める。次に、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６は、再びガンマ特性を利用し、出力ＲＧＢ輝度値をＲＧＢ階調に変換して、入力ＲＧＢ値と出力ＲＧＢ値とが対応付けられた変換係数を算出する。
　上述のように、画像信号処理装置１０は、選択されたＡ型色覚シミュレーションに用いる変換係数を３次元色補正ＬＵＴ３１に記憶させる。また、画像信号処理装置１０は、映像出力装置１４からのＲ、Ｇ、Ｂ映像信号が画像変換部１２に入力されると、３次元色補正ＬＵＴ３１を用いて入力されたＲ、Ｇ、Ｂ映像信号をＡ型色覚異常者の色覚に変換する画像処理を行う。そして、画像信号処理装置１０は、変換したＲ、Ｇ、Ｂ映像信号を表示装置１５に出力し、表示装置１５にＡ型色覚異常者の色覚をシミュレーションした画像を表示させる。
　以上説明したように、本発明の実施形態では、Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型の色覚シミュレーション実行時に、１点折れ線の色域を実現するため３次元色補正ＬＵＴ手法を用いて、色覚異常者の色覚のシミュレーションを行うための色補正を行っている。すなわち、目標変換特性を折れ線色域として算出し、３次元色補正ＬＵＴ手法による補正値群として予め設定している。このため、入力画素毎の処理は折れ線色域であっても、色覚シミュレーションにおける色域の正確に再現することができる。また、３ＤＬＵＴ色補正ＬＵＴ３１を用いた値の置き換え処理として演算を実行することにより、演算量を削減することができる。
　また、本発明の実施形態では、Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型の色覚シミュレーション実行時に、２つの単波長アンカーの色度を表示装置１５が表示可能な領域まで縮小し、２色の合計輝度が白色輝度となるよう正規化し、出力色域端点が縮小、正規化された単波長アンカーに等しくなるように、座標変換している。このように、２段階の色域縮小処理を行って、使用される色域を表示装置１５の色域内部まで縮小している。かかる本発明の実施形態では、過剰警告を抑制し、かつグレースケール特性を維持することができる。すなわち、図３は、Ｐ型色覚シミュレーション実行時の色特性を示すもので、図３（Ａ）は本発明の実施形態によるものであり、図３（Ｂ）は従来手法によるものである。図３（Ａ）では、図３（Ｂ）に示された破線で囲まれている領域の過剰警告を約１／１０以下に改善することができる。
　ここで、過剰警告とは、Ｐ型又はＤ型の色覚者にとって識別容易である配色を識別困難と判別されることである。
　また、本発明の実施形態では、Ｔ型色覚シミュレーション実行時に、短波長側単波長アンカー利用時のＲＧＢ－ＲＧＢ変換行列を基準としている。これにより、全変換係数値を抑制することができる。
　また、本発明の実施形態では、３ＤＬＵＴ入出力特性計算部２６が、ＣＩＥ１９３１規格におけるＹ値に対するＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分それぞれの輝度寄与度を表示装置１５若しくは画像の白色と色域を基に算出し、この輝度寄与度をＲＧＢ合成比としている。また、入力されたＲＧＢ階調を輝度値に変換し、各輝度値とＲＧＢ合成比とを乗算し、各輝度値を階調値に変換してＡ型色覚シミュレーション出力を生成している。これは、入力ＲＧＢ階調値とＲＧＢ合成比とを直接乗算し、出力階調値を得る従来法と大きく異なっている。これにより、輝度を変化させずに色成分のみ排除することができる。すなわち、任意の入力ＲＧＢ色に対し、ＣＩＥ１９３１規格で示されるＹ輝度を維持しつつ色度を白色に置き換える。この結果、Ａ型色覚異常者の視認性判断材料となる色間コントラストを正しく再現することができる。
　図４は、本実施形態によるグレースケール処理を含むグレースケール処理に伴う輝度変化を示した図である。なお、本実施形態による結果は、「グレー提案法」として示している。また、図示しているのは、ｓＲＧＢ色域、白色５０００Ｋにおける輝度（ＣＩＥ１９３１－Ｙ，［ｃｄ／ｍ２］）である。
　なお、上述の実施形態では、Ｐ型、Ｄ型、Ｔ型、Ａ型全ての色覚シミュレーションに対応しているが、これら全て色覚シミュレーションに対応せずに、例えば、Ｐ型、Ｄ型、Ａ型の色覚シミュレーションに限定し、マトリクスフィルタ輝度調整部２５を省略する構成としてもよい。
　また、Ｔ型とＡ型色覚シミュレーションのみに限定し、単波長アンカー色度調整部２２、単波長アンカー輝度調整部２３を省略する構成としても良い。
　また、Ｗ、Ｒ、Ｇ、Ｂのｘｙ色度値やガンマ特性には表示装置１５の特性を用いたが、ｓＲＧＢなど規格値を利用してもよい。
　また、Ａ型色覚シミュレーションは適応処理を含まないため、Ａ型色覚シミュレーションを行う場合、３次元色補正ＬＵＴ３１の代替として、図５に示したガンマデコード部９３２と、マトリクスフィルタ部９３３と、ガンマエンコード部９３４とによって実現してもよい。
　また、上述の実施の形態において、色覚モード選択部２１、単波長アンカー色度調整部２２、及び単波長アンカー輝度調整部２３の動作をｘｙ色度座標を用いて処理を説明したが、ｘｙ色度座標に限らず、ＬＭＳ色度座標、Ｌｕｖ色度座標（ＣＩＥ１９７６）、又はＬａｂ色度座標（ＣＩＥ１９７６）などの色度座標を用いて交点座標λＡ１、λＡ２に関する演算を行ってもよい。
　また、上述の実施の形態において、Ａ型色覚シミュレーションは、コントラスト検出、もしくはグレースケール処理などと呼称してもよい。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
１０　　画像信号処理装置
１１　　変換係数設定部
１２　　画像変換部
１４　　映像出力装置
１５　　表示装置
２０　　色覚モード入力部
２１　　色覚モード選択部
２２　　単波長アンカー色度調整部
２３　　単波長アンカー輝度調整部
２４　　マトリクスフィルタ生成部
２５　　マトリクスフィルタ輝度調整部
２６　　３ＤＬＵＴ入出力特性計算部
３１　　３次元色補正ＬＵＴ

Claims (8)

  1. 　色覚異常者の色覚をシミュレーションするための変換係数を計算し、３次元色補正ルックアップテーブルの入出力特性を設定する変換係数設定手段と、
    　入力された画像を、前記３次元色補正ルックアップテーブルにより変換し、色覚異常者の色覚をシミュレーションした出力画像を出力する画像変換手段を備え、
    　前記変換係数設定手段は、
    　色覚異常の種類を指定する色覚モード選択手段と、
    　色覚異常のモードに対応する２つの単波長アンカー及び表示装置の白点を結ぶ線と、表示装置の色域を結ぶ線との交点座標の色度を算出する単波長アンカー色度調整手段を有する
    　ことを特徴とする画像信号処理装置。
  2. 　前記変換係数設定手段は、さらに、前記算出された前記交点座標の輝度を表示装置の白点の輝度と等しくなるように変更する単波長アンカー輝度調整手段を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の画像信号処理装置。
  3. 　前記変換係数設定手段は、さらに、前記算出された前記交点座標を色域の端点とする変換行列を作成するマトリクスフィルタ生成手段を有する
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像信号処理装置。
  4. 　前記変換係数設定手段は、さらに、出力ＲＧＢの取り得る最高諧調で全体の係数を除するマトリクスフィルタ輝度調整手段を有する
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像信号処理装置。
  5. 　前記変換係数設定手段は、さらに、ＣＩＥ１９３１規格におけるＹ値に対するＲ、Ｇ、Ｂ成分それぞれの寄与度を用いたＲＧＢ－ＲＧＢ変換行列により入出力特性計算手段を有する
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像信号処理装置。
  6. 　前記変換係数設定手段は、さらに、ＲＧＢ値に対するＬＭＳ値を求め、次にＬＭＳ値毎に対応するＬＭＳ－ＬＭＳ変換行列を乗算し、次に乗算されたＬＭＳ値を出力ＲＧＢ値に変換する３ＤＬＵＴ入出力特性計算手段を有する
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像信号処理装置。
  7. 　前記変換係数設定手段は、さらに、単波長アンカー色度調整部及び単波長アンカー色度調整手段とフィルタ輝度調整手段の切替え回路を有し、視覚異常の種類がＰ型又はＤ型のときは単波長アンカー色度調整手段及び単波長アンカー色度調整手段へ、視覚異常の種類がＴ型のときはフィルタ輝度調整手段へと切り替える
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像信号処理装置。
  8. 　色覚異常者の色覚をシミュレーションするための変換係数を計算し、３次元色補正ルックアップテーブルの入出力特性を設定し、
    　入力された画像を、前記３次元色補正ルックアップテーブルにより変換し、色覚異常者の色覚をシミュレーションした出力画像を得る画像変換方法であって、
    　前記３次元色補正ルックアップテーブルの入出力特性を設定は、
    　色覚異常の種類を指定する色覚モード選択し、
    　色覚異常のモードに対応する２つの単波長アンカー及び表示装置の白点を結ぶ線と、表示装置の色域を結ぶ線との交点座標の色度を求める処理を含む
    　ことを特徴とする画像信号処理方法。
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