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ゆきわしあし
5 years ago
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1 高忠実色再現画像システムの概要 JEITA FPD 人間工学シンポジューム下平美文静岡大学イノベーション社会連携推進機構

2 本講演の構成 1. 忠実色再現画像システムの概要 2. 広色域画像の規格およびデバイスの例 3. 色校正色再現特性の評価を容易にする電子色票の標準化

3 1. 忠実色再現画像システムの概要目的 : 被写体の色と等しい色を画像として再現したいなぜか?: 美しい花を離れた場所にいる人に見せたいインターネットで洋服や化粧品を購入したい遠隔医療を普及させて医療過疎の不便を軽減したい工業製品の品質 ( 色 ) を何時も同じように管理したい現在の画像機器はその要求を満たしていますか??

4 どうすれば忠実な色再現ができるか >>> 方法はあるのかどんな方法?? Yes, we can!! 1. 測色的に撮影をする : 色信号 (XYZ) を入出力で等しくする現状の画像機器では各メーカーが独自の色変換を行っている (Xi,Yi,Zi Xo,Yo,Zo 非線形変換である ) 2. 表示も測色的に行う : 入力の色信号と表示される色信号を等しくする ( 現状の機器は各メーカーが独自の色変換 ( 絵作り ) をしている ) 撮影から表示まで統一してその方針を貫かないとできない

5 具体的にどんな方法があるのか? 撮影 : 1. 等色関数感度のカメラを使う ( 私どもの方法 ) 人の色感度に等しい感度のカメラを開発する ( 物体 x 光源 ) x 等色関数 ( カメラ ) = 色信号 2. マルチスペクトル方式のカメラを使う物体の分光反射率を知る物体 x 光源 x マルチスペクトルカメラ= 反射率推定 ( 推定反射率 x 光源 ) x 等色関数 = 色信号表示 : 入力の色信号に比例した色信号で表示 LCD の様に非線形のデバイスは特に駆動に工夫がいる

6 被写体の生花開発した XYZ カメラ出力の色度分布 ( 有 ) パパラボ提供 s-rgb カメラ出力の色度分布例色域が狭く分布の形も異なる

7 基本的な考え方錐体のスペクトル感度 : L, M, S を元にする : 細胞レベルの反応光電変換部 S M L 光電変換部 Spectral sensitivity of cones, L, M and S. 桿体錐体 ( 高感度明暗 ) ( 色明るさ ) ( 文献 4: 樋渡涓二編著視聴覚情報概論昭晃堂より ) From G. M. Johnson and M.D. Fairchild. 文献 1: より L,M,S の透過光は通常思い浮かべる赤緑青の色とは異なるこの情報が全ての色知覚の源である

8 色覚の心理物理特性を元にする : 脳の機能が働いた後の特性 Color matching functions: 等色関数 : 完全拡散面スペクトル光観察窓 ( 二分視野 ) 目 3 つの原色 λ(nm) Color matching experiments. 等色実験の方法 RGB 等色関数 (1931) 実験に用いた >> 435.8nm, 546.1nm, 700nm 3 つの原色 (B ) (G) (R) 文献 2: 大田登著 : 色彩工学東京電機大学出版局より

9 色光の輝度が等しくなる線形変換 ( 座標回転 ) L=lR R + lg G + lb B = K (lx X + ly Y + lz Z) 明度係数を使う RGBの基礎刺激 (111) がXYZの (KKK) の時等しいとする =1 R G B = K ( ) K = (XYZ 表色系の定義 ) X R Y = G Z B この関係式は CIE の定めた原色 700nm, 546.1nm, 435.8nm ついてのみ成り立つすなわち R G B が異なればマトリクス係数は異なる!<<( 要注意 ) ( 上記の関係式は CIE1931 に定めた RGB に対してのもの )

10 y Y G R RGB 座標から XYZ 座標への変換 ( 巧妙な線形座標変換 :Y は輝度を表す ) X, Y, Z : Imaginary primary colors Z B x XYZ 表色系における x y 色度座標馬蹄形の中の色を私達は見ることができる No negative region X ( 文献 3)

11 2deg. field XYZ 表色系における視覚色域と等色関数 xy chromaticity coordinate X = X / (X+Y+Z) 10deg field Matching function in XYZ color system ( 文献 3: 池田光男著色彩工学の基礎朝倉書店 ) より XYZ 三刺激値の Y は完全拡散面の値が 100 となるように正規化

12 Relative Sensitivity Relative sensitivity どの様にすれば測色的な色情報が撮れるか? Make three filters that have equivalent spectral sensitivities to color matching functions, the bases of the vision characteristics S1 S2 S Wave length [nm] XYZ color matching function 線形座標変換 S3 S2 S Wave length (nm) Relative spectral sensitivity equivalent to the matching function. Solid lines: measured data, Doted line: theoretical data

y y 0.8 512nm 522nm 532nm 542nm 552nm Visible region srgb Spectrophotometer camera 0.8 Visible region srgb Spectrophotometer 3by9 Camera 0.6 503nm 562nm 0.6 572nm 582nm 0.4 493nm 592nm 602nm 0.

13 y y nm 522nm 532nm 542nm 552nm Visible region srgb Spectrophotometer camera 0.8 Visible region srgb Spectrophotometer 3by9 Camera nm 562nm nm 582nm nm 592nm 602nm nm 613nm 623nm nm 674nm nm nm x x 試作静止画カメラの色取得特性 (XYZ 信号出力 ) 静止画カメラ 4008X2672 画素広色域平均色差 : 0.86 ( CIDE2000) S/N ~60 db

Macbeth charts and clothing samples. Macbeth charts.

14 Results: The elements of the matrix were determined using multiple regression analysis between camera outputs and measured data of Macbeth charts and clothing samples. Macbeth charts. Clothing samples of which colors are spread over wider range of gamut. Vision Research Lab.

15 標準光源について D65 光源 Standard light sources ( 文献 3)

v' 開発した初期動画カメラ : 測色的色再現 0.6 0.4 有効画素数 : 3 CCD 0.

16 v' 開発した初期動画カメラ : 測色的色再現有効画素数 : 3 CCD 可視領域オリジナルの色情報取得した色情報 HDTV の色域 u' 水平 1280 垂直 1024 画素平均色差 :2.16 ( HDTV 色域内 :1.23 )

17 分光放射輝度 [mw/(sr m2 nm)] 分光放射輝度 [mw/(sr m2 nm)] 光源の種類 : 近年は LED も加わりその照射スペクトルは多種多様になっている D65 A Cool White 波長 [nm] TL84 Horizon 波長 [nm] 光源 D65 A Cool White TL84 Horizon 特徴北窓昼光でなだらかな分光分布家庭用の電球の光一般的な蛍光灯の光急峻なスペクトルを持った光夕暮れの光で色温度が低い

18 ディスプレイの課題 ( 厳密色管理 ) 課題 : 1. 入力に対して表示の輝度や色を線形な関係で表示通常のテレビ : メーカーごとに異なる非線形表示表示デバイスの持つ非線形性 2. ディスプレイの色域はどれくらい必要かテレビの現状 : srgb xv YCC SHV の色域あるいは Adobe RGB, シネマ RGB の色域

19 私たちが試みた色変換精度を上げる方式その 1 色変換マトリクス選択 n=n+1 No XYZin n=1 マトリクス変換 RGB 信号値 TRC 変換 RGB 階調値 n=2 Yes RGBout R G B = X R128 X G128 X B128 Y R128 Z R128 Y G128 Y B128 Z G128 Z B128 ( 例 ) 準備した色変換マトリクスの red がとする red の階調値 =210 となると red の選択する色変換マトリクス =200 R G B 100 = X R200 X G128 X B128 Y R Z R200 Y G128 Y B128 Z G Z B X Y Z X Y Z

20 私たちが試みた色変換精度を上げる方式その 2 実験機器ディスプレイ : 液晶プロジェクタ測定器 : 分光放射輝度計作成した色変換マトリクス数検証色再現精度計個 SHIPP のカラーチャート 293 色のうち色域内の色を使用入力値とスクリーンに投射した測色値との差を色差で比較色変換時間 D B 個 G B D R 個 SHIPP の標準画像 ( )4 枚に対する色変換時間 R D G 個各原色 (0~255) を D R D G D B 分割 D R 10 個,D G 33 個,D B 32 個

21 実験結果色再現精度色域内数平均色差最大色差標準偏差 Shaper/Matrix Model 忠実色再現方式本方式本方式は忠実色再現方式と同等の精度 1 級色差色変換時間色変換時間 Shaper/Matrix Model 0.58 忠実色再現方式本方式 1.00 本方式は忠実色再現方式の約 50 分の 1 に低減

22 2. 広色域画像の規格およびデバイスの例現状の色域 : srgb, Adobe RGB, デジタルシネマRGB, xvycc 広色域 : NHK のSHV 方式標準化された 3 原色方式 : LEDを使う方式レーザーを使う方式有機 EL? 有力候補多原色方式 :4 原色 5 原色 6 原色どの方式が良いか定説がないそれぞれ可能性を検討している段階

23 v 再現できる色は図形で囲まれた範囲内 ( 色域内 ) のものだけ s-rgb, Adobe RGB and 6 primary display の色域視覚色域より狭い : s-rgb, Adobe RGB Adobe-RGB HDTV, s-rgb 視覚色域 6 primary display u Visible Region srgb Adobe RGB Multi primary display

24 H. Sugiura, H. Kaneko, S. Kagawa, M. Ozawa, K. Niki and H.Tanizoe, Prototype of a Wide Gamut Monitor Adopting an LED-backlighting LCD Panel, Digest of SID 03, 43.5L, pp (2003). より引用

25 SHV の提案時の色域正岡顕一郎, 西田幸博, 菅原正幸, スーパーハイビジョンの広色域表色系 - 高い臨場感と実物間を提供する次世代テレビジョン -, 信学技報,IMQ2011-4,pp.19-24(2011) より引用.

26 Device-Independent Imaging System for High-Fidelity Colors Kazunari Tomizawa, Akiko Yoshida, Makoto Hasegawa, Yasuhiro Yoshida : (SHARP Corporation) Shinichi Katoh, Kenichi Nishizawa, Osamu Ozawa: (Ikegami Tsushinki Co., Ltd.) Yoshifumi Shimodaira: (Shizuoka University) Proceedings of SIGGRAPH より引用

27 反射率反射率 b* b* 最明色の範囲 : >>ある明度で最も鮮やかな色 ( 理論的限界 ) Optimal color 200 反射率の定義 1.0 各種色規格の色域と物体色包含の程度 L* = 1 L* = 10 L* = 20 L* = 30 L* = 40 L* = 50 L* = 60 L* = 70 L* = 80 L* = 90 L* = 波長 ( nm ) 波長 ( nm ) a* a* D65 光源下の最明色の範囲 ( 川瀬孝治君 )

28 b* (-) b* (-) b* (-) b* (-) b* (-) b* (-) BT709 (HDTV) の色範囲 ( 赤点 ) と物体色の範囲 ( 青点 :D65 光源下 ) 150 L* = 10 物体色のデータ点 BT.709 変換後 150 L* = 50 物体色のデータ点 BT.709 変換後 150 L* = 80 物体色のデータ点 BT.709 変換後 a* (-) a* (-) xv-ycc 色範囲 ( 赤点 ) と物体色の範囲 a* (-) L* = 10 物体色のデータ点 xvycc 変換後 L* = 50 物体色のデータ点 xvycc 変換後 L* = 80 物体色のデータ点 xvycc 変換後 a* (-) a* (-) a* (-)

29 画像機器の接続撮像機器 HDTV カメラ s-rgb カメラ ( 原色 R1,G1,B1 を想定して出力 ) ( 利用可能なほとんどのカメラ ) デジタルカメラ ( 広色域 ) ( 原色 R2,G2,B2 を想定して出力 ) 忠実色再現カメラ ( 開発中 ) ( 表示の原色を想定しない色信号は 3 刺激値である ) 色変換色域マッピング * 機器により異り煩雑表示機器家庭用テレビ (R1,G1,B1 原色 ) PC モニタ (s-rgb) (R1,G1,B1 原色 ) プリンタ (CMYK 原色 ) 広色域モニタ (R2,G2,B2 原色 ) 多原色テレビ (R3,G3,B3,C3,M3,Y3)

30 将来的に各種画像機器を自由に接続できるように >>> 国際標準化!? (Vision gamut) Device independent signal Device dependent signal Conventional cameras Uploading Device-Independent Image Database XYZ, etc. XYZ Downloading Downloading RGB-Based Displays (e.g., srgb, Adobe- RGB, DCI ) Wide gamut displays (Multi primary Displays, Laser Displays) Uploading Downloading Printers XYZ cameras ( Colorimetric capturing ) Device-independent color space Device-dependent color space ( colorimetric or preferable color reproduction ) The proposed system is one of the candidates. Broad cast images and internet images are exchanging in our daily life. データの交換が可能であるだけでなく元画像の制作者の意図が保存されることが大切

Yellow Blue Green Red Yellow Magenta Cyan White Neutral 8 Neutral 6,5 Neutral 5 Neutral

31 3. 色再現の評価を容易にする電子色票の標準化広色域カメラの色取得特性を容易に知るために使用する Dark Skin Light Skin Blue Sky Foliage Blue Flower Bluish Green Orange Purplish Blue Moderate Red Purple Yellow Green Orange Yellow Blue Green Red Yellow Magenta Cyan White Neutral 8 Neutral 6,5 Neutral 5 Neutral 3,5 Black * Optical Density Macbeth Color Charts のイメージ図 ( カメラの色調整に標準的に利用されている ) 通常は標準光源の中で使用される

24 colors of Macbeth Chart o すべて srgb の色域内の色 24 colors of Macbeth Chart reproduced by LED color target x y 0.9 0.8 0.7 0.6 0.

32 24 colors of Macbeth Chart o すべて srgb の色域内の色 24 colors of Macbeth Chart reproduced by LED color target x y x LED color target gamut srgb の色域より格段に広い色域 Visible gamut D65 光源下の Macbeth 色票の色度 ( : srgb の色域内の色 ) と電子色票の再現色度 (X) LED 電子色票の試作機 by Dr. Maciek Kretkowski

従来の色校正における改善要請 1. 鮮やかな色を再現する色域が欲しい : Macbeth charts は srgb の色域内の色印刷で鮮やかな色を表示することは難しい LED 等の自発光型の素子を使うと容易に実現できる 2. 光源が変化した場合の色を容易に欲しい : 標準照明を用意しなければならない 3.

33 従来の色校正における改善要請 1. 鮮やかな色を再現する色域が欲しい : Macbeth charts は srgb の色域内の色印刷で鮮やかな色を表示することは難しい LED 等の自発光型の素子を使うと容易に実現できる 2. 光源が変化した場合の色を容易に欲しい : 標準照明を用意しなければならない 3. カメラの色校正において照明チャートレンズの位置関係を同じにすることができない : 4. カメラ色校正の自動化が難しい : これらのことが電子色票を使うことで容易に実現される標準化を目指している電子色票の一例 S R2 N i 1 ( t i N g i ) 2 電子色票の一つの評価基準 : Macbeth chart の反射スペクトルの再現性 ( 波長ごとのスペクトルの振幅の差の自乗和を最低にする : SR2 )

34 Spectral distribution of 18 LEDs SR2 の計算を使って Macbeth chart ( 評価基準 ) のスペクトル再現に最適な LED の選択を行う

35 Calculate SR2 for 24 spectral distribution combinations SR2 : 二つのスペクトルの振幅の差の自乗和の平均 S R2 N i 1 ( ρ t : the standard (target) colour reflectance spectrum ρ g : the LED-generated emissive colour spectrum N : number of wavelength samples (i=1,n) t i N g i ) 2 DE00 : 二つのスペクトル光の色差

36 Relative intensity Relative intensity Examples: Reproduced spectral distribution Spectral distribution D65 LED Spectral distribution Wave length (nm) C3 LED Wave length (nm)

37 Calculate SR2 for 24 spectral distribution combinations SR2 : 二つのスペクトルの振幅の差の自乗和の平均 S R2 N i 1 ( ρ t : the standard (target) colour reflectance spectrum ρ g : the LED-generated emissive colour spectrum N : number of wavelength samples (i=1,n) t i N g i ) 2 DE00 : 二つのスペクトル光の色差

38 Macbeth

39 まとめ : * 測色的な色再現を強く求める分野がある現状の画像機器はこの要請に十分には応えられていない * 色再現の観点でみると画像に関する多様な規格デバイスが多数出現しているその間の画像データの互換性が十分でない他方インターネットの普及によりデータの交換が頻繁に行われ利用者は何をどの様に見ているか分からなくなっている制作者の意図を保存して伝達する仕組みが必要 * 色の再現性についてそれを評価する基準がない普通の利用者にも容易に理解できる評価基準が必要

40 謝辞 : * 本講演の原稿をまとめるにあたり本学の博士修士修了生学部卒業生および共同研究をして頂いた多くの企業の方の研究に基づいて作成させて頂いたここに深謝する * また標準化に対しては卜部仁様初めとして多くの方々企業や個人の研究者などから色々な情報を提供して頂くと共に作成の協力をして頂いたことに感謝する References: (1) Garrett M. Johnson and Mark D. Fairchild, Full-Spectral Color Calculations in Realistic Image Synthesis, IEEE Computer Graphics and Applications(1999). (2) 大田登著色彩工学東京電機大学出版局 (3) 池田光男著色彩工学の基礎朝倉書店 (4) 樋渡涓二編著視聴覚情報概論昭晃堂

41 ご静聴あり難うございました Captured by our XYZ camera

ソニー株式会社 OLED と CRT のカラーマッチングについて White Paper V 年 2 月 1 日

ソニー株式会社 OLED と CRT のカラーマッチングについて White Paper V 年 2 月 1 日 OLED と CRT のカラーマッチングについて White Paper V1.00 2013 年 2 月 1 日 1. はじめに近年フラットパネルの性能向上により放送局向けをはじめとした業務用モニターにおいてもフラットパネルを用いたディスプレイが主流となっています弊社では 2011 年に有機 EL(OLED) パネルを採用したディスプレイを発表し液晶パネル (LCD) では実現できなかった黒の再現性や動画性能により