JP2014032114A - 質感計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影可能な対象物の大きさ及び形状に制限が無く、かつ容易に持ち運ぶことが可能な質感計測装置を提供する。
【解決手段】質感計測装置１は、三脚２、支持台３、カメラ支持部４及びアーム支持部５（支持体）と、支持体に戴置されるカメラ６と、支持体に設けられ、四半円の円弧の形状を有するアーム７と、アーム７の内縁１３側に等間隔に設けられる複数の光源８と、を具備する。アーム７は、四半球の球面の範囲を回転可能である。カメラ６は、四半球の中心部に位置する対象物を撮影可能に戴置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物に対して様々な照明条件によって画像を撮影し、対象物の質感情報を取得する質感計測装置に関するものである。

対象物の質感とは、対象物の素材の性質の違いから受ける感覚を意味する。人間は、対象物表面の光沢、明るさ、透明感などによって、対象物の質感を知覚する。従って、対象物の質感をコンピュータによって忠実に再現する為には、対象物に対して様々な照明条件によって画像を撮影し、光の当たる角度に応じた光の反射率や拡散などの情報を取得する必要がある。以下では、対象物の質感をコンピュータによって忠実に再現するために必要な情報を「対象物の質感情報」と呼ぶ。

対象物の質感情報を取得するための装置の一例として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の装置がある。

特許文献１には、撮影の対象物を載置する水平方向のターンテーブルと、ターンテーブル上の対象物を中心とした垂直半円弧上に設置された複数台のカメラと、ターンテーブルと同一軸で水平旋回する、複数光源が設置された半円弧状のアームと、これら機器を自動制御するコントローラから成る画像データ計測装置が開示されている。

特許文献２には、回転軸Ｚ２を軸心としてθ２方向に回転可能に構成されるとともに、回転軸Ｚ１を軸心としてθ１方向に回転可能に構成された試料テーブルと、回転軸Ｚ１を軸心としてθ１方向に回転可能に構成された支持板、回転軸Ｚ３を軸心としてθ３方向に回転可能に構成され、上端部に照射口を備えた照射アーム、暗箱の外部に配設された光源部及び光源部の光を照射口に導く光ファイバを備える照射部と、暗箱の外部に配設されたカメラとを備えるシェーディング情報取得装置が開示されている。

特開２００３−９０７１５号公報 特開２００５−１１５６４５号公報

しかしながら、特許文献１の画像データ計測装置は、撮影の対象物をターンテーブルに載置する必要があるので、対象物の大きさに比例して画像データ計測装置も大きくする必要がある。逆に言えば、特許文献１の画像データ計測装置は、撮影可能な対象物の大きさに制限がある。また、画像データ計測装置を大きくし過ぎると、容易に持ち運ぶことができないという問題もある。

同様に、特許文献２のシェーディング情報取得装置も、撮影の対象物を試料テーブルに載置する必要があるので、撮影可能な対象物の大きさに制限がある。また、シェーディング情報取得装置を大きくし過ぎると、容易に持ち運ぶことができないという問題もある。更に、特許文献２のシェーディング情報取得装置は、撮影可能な対象物の形状が、平面的な形状（例えば、布地など）に制限される。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、撮影可能な対象物の大きさ及び形状に制限が無く、かつ容易に持ち運ぶことが可能な質感計測装置を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、支持体と、前記支持体に設けられるカメラと、前記支持体に回転可能に設けられ、四半円の円弧の形状を有するアームと、前記アームの内縁側に等間隔に設けられる複数の光源と、を具備し、前記アームは、四半球の球面の範囲を回転可能であり、前記カメラは、前記四半球の中心部に位置する対象物を撮影可能に設けられる質感計測装置である。

本発明の質感計測装置によれば、対象物に対して様々な照明条件によって画像を撮影し、対象物の質感情報を取得することができる。特に、本発明の質感計測装置は、撮影の対象物を載置するテーブルが不要なので、撮影可能な対象物の大きさ及び形状に制限が無く、かつ容易に持ち運ぶことが可能である。

本発明の質感計測装置は、前記アームを任意の回転角度の位置まで回転させるアーム回転用モータ、を更に具備することが望ましい。これによって、正確かつ容易に、アームを任意の位置に移動することができる。ひいては、正確かつ容易に、対象物の質感情報を取得することができる。

また、本発明の質感計測装置における前記アーム回転用モータは、コンピュータからの制御信号に従い、前記アームを任意の回転角度の位置まで回転させ、前記複数の光源は、前記コンピュータからの制御信号に従い、任意のタイミングで１つだけが光を発し、前記カメラは、前記コンピュータからの制御信号に従い、任意のタイミングで前記対象物を撮影することが望ましい。これによって、自動的に、対象物の質感情報を取得することができる。

また、本発明の質感計測装置における前記支持体の高さは可変であることが望ましい。これによって、対象物の高さに応じて、カメラの位置を決定することができる。

本発明により、撮影可能な対象物の大きさ及び形状に制限が無く、かつ容易に持ち運ぶことが可能な質感計測装置を提供することができる。

質感計測装置１の側面図 質感計測装置１の正面図 回転範囲Ｒ及び計測範囲Ｍを説明する図 質感計測システム１００の構成図 質感計測装置１の一例を示す図

本発明の質感計測装置は、対象物に対して様々な照明条件によって画像を撮影し、対象物の質感情報を取得するための装置である。本発明の質感計測装置は、撮影可能な対象物の大きさ及び形状に制限が無い。例えば、布地など平面的な形状であっても良いし、靴や時計など小さな物体でも良いし、車両など大きな物体でも良いし、建造物など移動できない物体でも良い。布地や小さな物体の場合、テーブルの上に置いて撮影することが考えられる。車両や建造物などの場合、撮影を複数回に分けて撮影することが考えられる。以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、質感計測装置１の側面図である。図１に示すように、質感計測装置１は、三脚２、支持台３、カメラ支持部４及びアーム支持部５と、カメラ６と、アーム７と、複数の光源８ａ〜８ｉと、を具備する。以下、光源８ａ〜８ｉを総称するときは、「光源８」と表記する場合もある。

三脚２は、支持台３を固定し、支持する。三脚２の高さ（支持体の高さ）は可変であることが望ましい。三脚２の高さを可変とすることによって、対象物の高さに応じて、カメラ６の位置を決定することができる。三脚２の高さを可変とするためには、例えば、三脚高さ調整つまみ９を設ければ良い。

支持台３は、カメラ支持部４及びアーム支持部５を固定し、支持する。カメラ支持部４は、カメラ６を固定し、支持する。アーム支持部５は、アーム７を回転可能に固定し、支持する。以下、三脚２、支持台３、カメラ支持部４及びアーム支持部５を総称するときは、単に「支持体」と表記する場合もある。

カメラ６は、カメラ支持部４（支持体）に戴置される。カメラ６は、計測範囲Ｍに位置する対象物を撮影可能に戴置される。計測範囲Ｍについては後述する。カメラ６の性能及び機能は、対象物の質感情報が取得できれば良く、特に限定するものではない。前述した通り、カメラ６の高さは、三脚２の高さを変えることによって調整可能である。また、カメラ支持部４は、カメラ６の前傾角度（或いは後傾角度）を調整可能に支持しても良い。カメラ６の前傾角度（或いは後傾角度）を調整可能とすれば、対象物、カメラ６及び光源８の位置関係を微調整することができる。

アーム７は、アーム支持部５（支持体）に回転可能に設けられ、四半円の円弧の形状を有する。四半円は、同一の半径及び同一の中心を有する真円に対して、１／４の面積を有する図形である。或いは、四半円は、同一の半径及び同一の中心を有する真円に対して、１／４の円周を有する図形とも言える。アーム７の材質は、複数の光源８の荷重に耐え得れば良く、特に限定するものではない。

アーム７は、計測範囲Ｍの周囲を回転可能とする。例えば、アーム下端部１２には、シャフト（不図示）が第１水平線Ｈ１（一点鎖線）方向に貫通されている。シャフトの一端には、アーム回転用モータ１０が設けられることが望ましい。アーム回転用モータ１０は、第１水平線Ｈ１方向を回転軸とし、アーム７を任意の回転角度の位置まで回転させるモータである。アーム回転用モータ１０を設けることによって、正確かつ容易に、アーム７を任意の位置に移動することができる。アーム回転用モータ１０は、例えばステッピングモータを用いることができる。アーム７の回転範囲Ｒについては後述する。

光源８は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ライトである。光源８の性能及び機能は、対象物の質感情報が取得できれば良く、特に限定するものではない。

アーム７の形状を規定する四半円の半径と、光源８が発する光の強さは、互いに依存関係にある。つまり、アーム７の形状を規定する四半円の半径を決めれば、光源８が発する光の強さも適切な値が決まる。逆に言えば、光源８が発する光の強さを決めれば、アーム７の形状を規定する四半円の半径も適切な値が決まる。

光源８は、アーム上端部１１からアーム下端部１２にかけて、アーム７の内縁１３側に等間隔に設けられる。尚、アーム７の外縁１４側には、光源８のための配線（不図示）が設けられる。図１の例であれば、９個の光源８ａ〜８ｉが等間隔に設けられている。アーム７は、四半円の円弧の形状を有することから、四半円の中心角によって、光源８同士の間隔が規定される。例えば、図１のように９個の光源８ａ〜８ｉを設ける場合、光源８ａ及び光源８ｂの間隔は、四半円の中心と光源８ａとを結ぶ線と、四半円の中心と光源８ｂとを結ぶ線とによってなす角度が、「１０度」となるように規定される。その他の間隔も同様である。

対象物は、撮影したい表面が計測範囲Ｍに入るように配置する。つまり、撮影時には、対象物の撮影したい表面が、アーム上端部１１に設けられる光源８ａから下ろす鉛直線Ｖ（一点鎖線）と、アーム７の回転軸に相当する第１水平線Ｈ１とが交差する点の周辺に位置する。

図２は、質感計測装置１の正面図である。図２に示すように、質感計測装置１のアーム７は、アーム下端部１２を回転軸として、鉛直方向の左右に９０度ずつ、合計１８０度回転可能とする。つまり、アーム上端部１１は、第２水平線Ｈ２（一点鎖線）と平行な位置まで移動可能とする。尚、第２水平線Ｈ２は、第１水平線Ｈ１及び鉛直線Ｖと直交する。

図３は、回転範囲Ｒ及び計測範囲Ｍを説明する図である。第３水平線Ｈ３は、第２水平線Ｈ２と平行、かつ鉛直線Ｖと第１水平線Ｈ１との交点を通る。図３に示すように、アーム７の回転範囲Ｒは、アーム７の形状を規定する四半円と同一の半径及び同一の中心を有する四半球の球面の範囲である。四半球は、同一の半径及び同一の中心を有する真球に対して、１／４の体積を有する図形である。或いは、四半球は、同一の半径及び同一の中心を有する真球に対して、１／４の表面積を有する図形とも言える。

カメラ６は、回転範囲Ｒを規定する四半球の中心部に位置する対象物を撮影可能に戴置される。図３に示す計測範囲Ｍは、回転範囲Ｒを規定する四半球の中心部の範囲を示している。計測範囲Ｍは、アーム７の形状を規定する四半円の半径に依存して決まる。

図４は、質感計測システム１００の構成図である。質感計測システム１００は、自動的に対象物の質感情報を取得するためのシステムである。質感計測システム１００は、質感計測装置１とコンピュータ２０とによって構成される。

コンピュータ２０は、制御部２１、記憶部２２、表示部２３、入力部２４、Ｉ／Ｏ２５などを備える。

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成される。ＣＰＵは、記憶部２２、ＲＯＭ、記憶媒体などに格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、各装置を駆動制御し、コンピュータ２０が行う後述する処理を実現する。ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータ２０のブートプログラムやＢＩＯＳなどのプログラム、データなどを恒久的に保持している。ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部２２、ＲＯＭ、記憶媒体などからロードしたプログラム、データなどを一時的に保持するとともに、制御部２１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部２２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）であり、制御部２１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（Operating System）などが格納される。プログラムに関しては、ＯＳに相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータ２０に実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、制御部２１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。

表示部２３は、液晶パネルなどのディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータ２０のビデオ機能を実現するための論理回路など（ビデオアダプタなど）を有する。入力部２４は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウスなどのポインティングデバイス、テンキーなどの入力装置を有する。入力部２４を介して、コンピュータ２０に対して、操作指示、動作指示、データ入力などを行うことができる。尚、表示部２３及び入力部２４は、タッチパネルディスプレイのように、一体となっていても良い。

Ｉ／Ｏ２５は、コンピュータ２０に周辺機器（カメラ６、光源８ａ〜８ｉ、及びアーム回転用モータ１０など）を接続するためのポートや送受信機である。コンピュータ２０は、Ｉ／Ｏ２５を介して周辺機器とのデータの送受信を行う。Ｉ／Ｏ２５の一例としては、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２Ｃなどのポートや、記憶媒体を読み書きするためのドライブ装置や、無線ＬＡＮ機器や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）送受信機などがある。周辺機器との接続形態は、有線、無線を問わない。

質感計測装置１が具備するカメラ６、光源８ａ〜８ｉ、及びアーム回転用モータ１０は、Ｉ／Ｏ２５を介して、コンピュータ２０の制御部２１からの制御信号を受信可能となっている。また、カメラ６は、Ｉ／Ｏ２５を介して、撮影した画像のデータを、コンピュータ２０の制御部２１に送信可能となっている。

撮影時における質感計測システム１００の動作について説明する。対象物は、計測範囲Ｍに入るように配置される。対象物は、撮影中に回転したり、向きを変えたりしない。コンピュータ２０の制御部２１は、アーム回転用モータ１０に対して、アーム７を任意の回転角度の位置まで回転させるように指示する制御信号を送信する。アーム回転用モータ１０は、コンピュータ２０の制御部２１からの制御信号に従い、アーム７を任意の回転角度の位置まで回転させる。

また、コンピュータ２０の制御部２１は、複数の光源８ａ〜８ｉに対して、任意のタイミングで１つだけ光を発するように指示する制御信号を送信する。複数の光源８ａ〜８ｉは、コンピュータ２０の制御部２１からの制御信号に従い、任意のタイミングで１つだけ光を発するように指示する。

また、コンピュータ２０の制御部２１は、カメラ６に対して、任意のタイミングで対象物を撮影するように指示する制御信号を送信する。カメラ６は、コンピュータ２０の制御部２１からの制御信号に従い、任意のタイミングで対象物を撮影する。

例えば、コンピュータ２０の制御部２１は、１．５度ずつ、アーム７を回転させ、各回転角度の位置において、９個の光源８ａ〜８ｉに対して１個ずつ光を発するように指示するとともに、光を発するたびに、カメラ６に撮影するように指示する。カメラ６は、アーム７の回転角度の位置及び光源８の光の照射ごとに、１枚だけ撮影しても良いし、露光時間を変えて複数枚撮影しても良い。

撮影は、暗室を準備する必要はなく、自然光の環境下でも良い。例えば、コンピュータ２０の制御部２１は、光源８が１つも光を発していない状態で、カメラ５に対象物を撮影させる。そして、コンピュータ２０の制御部２１は、光源８が１つも光を発していない状態で撮影された画像と、光源８が１つ光を発している状態で撮影された画像との差分に基づいて対象物の質感情報を計算することによって、自然光の影響を無視することができる。

例えば、「アーム７を１．５度ずつ回転」、「９個の光源８」、及び「露光時間を変えて４回撮影」という条件であれば、（１８０／１．５）×９×４＝４，３２０枚の画像を撮影することになる。

カメラ６によって撮影される画像は、それぞれ照明条件が異なる。つまり、質感計測システム１００によれば、自動的に、対象物に対して様々な照明条件によって画像を撮影し、対象物の質感情報を取得することが可能となる。特に、本実施形態における質感計測装置１は、撮影の対象物を載置するテーブルが不要なので、撮影可能な対象物の大きさ及び形状に制限が無く、かつ容易に持ち運ぶことが可能である。例えば、対象物が車両のように大きくても、撮影したい表面の近くに質感計測装置１を設置することによって、車両の質感情報を取得することができる。また、撮影を複数回に分けることによって、車両のあらゆる表面の質感情報を取得することもできる。

図５は、質感計測装置１の一例を示す図である。図５に示す例では、光源８の数は、９個である。光源８は、市販のＬＥＤライトである。アーム７の形状を規定する四半円の半径は、９０ｃｍである。計測範囲Ｍを規定する四半球の半径は、１０ｃｍである。図２のように質感計測装置１の正面から見たときに、水平方向の計測可能な範囲は、計測範囲Ｍを規定する四半球の直径に相当し、２０ｃｍとなる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る質感計測装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………質感計測装置
２………三脚
３………支持台
４………カメラ支持部
５………アーム支持部
６………カメラ
７………アーム
８ａ〜８ｉ………光源
９………三脚高さ調整つまみ
１０………アーム回転用モータ
１１………アーム上端部
１２………アーム下端部
１３………内縁
１４………外縁
２０………コンピュータ
２１………制御部
２２………記憶部
２３………表示部
２４………入力部
２５………Ｉ／Ｏ
１００………質感計測システム
Ｖ………鉛直線
Ｈ１………第１水平線
Ｈ２………第２水平線
Ｍ………計測範囲
Ｒ………回転範囲

Claims (4)

1. 支持体と、
   前記支持体に設けられるカメラと、
   前記支持体に回転可能に設けられ、四半円の円弧の形状を有するアームと、
   前記アームの内縁側に等間隔に設けられる複数の光源と、
   を具備し、
   前記アームは、四半球の球面の範囲を回転可能であり、
   前記カメラは、前記四半球の中心部に位置する対象物を撮影可能に設けられる
   質感計測装置。
2. 前記アームを任意の回転角度の位置まで回転させるアーム回転用モータ、
   を更に具備する請求項１に記載の質感計測装置。
3. 前記アーム回転用モータは、コンピュータからの制御信号に従い、前記アームを任意の回転角度の位置まで回転させ、
   前記複数の光源は、前記コンピュータからの制御信号に従い、任意のタイミングで１つだけが光を発し、
   前記カメラは、前記コンピュータからの制御信号に従い、任意のタイミングで前記対象物を撮影する
   請求項２に記載の質感計測装置。
4. 前記支持体の高さは可変である
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の質感計測装置。