JP2014109562A

JP2014109562A - 色彩輝度表示装置および色彩輝度表示方法

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Publication number: JP2014109562A
Application number: JP2012265777A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kato; 誠加藤
Original assignee: PAPARABO KK; PaPaLab Co Ltd
Current assignee: PAPARABO KK; PaPaLab Co Ltd
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12

Abstract

【課題】人の眼に忠実で正確な色情報を取得してこれを即時に表示し、容易に分析するための色彩輝度表示装置を提供する。
【解決手段】ＣＩＥＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）を有する撮像装置と、
該撮像装置により取得した画像を画面に表示する表示装置と、を備え、
該表示装置が前記画像の任意の位置における輝度、色度または色差を演算し視覚化処理する演算処理部を有し、視覚化処理された輝度、色度または色差を前記画面に表示する色彩輝度表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物の色相、彩度、輝度の取得とそれらおよび色差の表示装置や表示方法に関する。

近年の技術進歩や価値観の多様化により、写真・映像分野、印刷分野、芸術分野など様々な場面において、より高精度な色再現への要求が高まっている。例えば、遠隔医療や電子商取引において正確な色情報を共有するために忠実な色情報の取得・再現手段が求められている。また、ディスプレイやプリンターの性能が格段に進歩しており、人間の眼に忠実な色情報を活用する有効性が増しているため、忠実な色情報を取得し分析するための手段がより手軽に提供されることが求められている。

従来からある色情報の取得手段として、ＲＧＢ表色系カメラがある。ＲＧＢ表色系は国際照明委員会（ＣＩＥ）によって提唱されたものであり、実際の分光スペクトルから得られる特定波長の三原色を用いてこれらを加法混色し、求める色について等色を得ようとするものである。しかし、ＲＧＢ表色系において人の眼に対応する分光感度を表したＲＧＢ等色関数には負の部分が生じているところ、加法混色によっては光の引き算をすることはできないので、そのような分光感度の負の値をそのまま扱うことは難しい。そこでＲＧＢ表色系カメラはＲＧＢ等色関数に生じる負の部分を変形・修正して近似的に表している。しかし、この近似処理によって人の眼の色域にある色を正確に捉えることができなくなり、画像や映像の色ズレや色つぶれを起こす原因となっていた。一方、ＲＧＢ等色関数にある負の部分を生じさせないように座標変換した色空間としてＣＩＥＸＹＺ等色関数（以下、ＸＹＺ等色関数という）があり、これを用いた色情報の取得手段として、分光測色方法と三刺激値直読方法がある。

分光測色方法は、多数個のセンサによって光源から発せられる放射スペクトルを直接測定するか、または、試料の反射スペクトルにおけるそれぞれの波長ごとの反射率を測定し、ＸＹＺ等色関数を用いて感度計算することにより、計測精度の高い三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを得るというものである。一方、三刺激値直読方法は、３種類のフィルタを装着した光センサ（カラーセンサまたは光電色彩計）により、測色値である三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを直接に読む方法である。

そのような色情報の取得手段がある中、上述のように色情報を取得し分析するための手段が求められているところ、これに関連する先行技術として特許文献１が挙げられる。これは、容易に色ムラ検査を実施可能な色ムラ検査方法、および色ムラ検査方法で用いる検査用画像データ生成装置を提供することを課題とするものである。またその解決手段は、色ムラ検査方法は、プロジェクタ２に色ムラ検査用画像を表示させる検査画像表示工程と、プロジェクタ２のＲＧＢ／ＸＹＺ変換特性を取得する色空間変換特性取得工程と、色ムラ検査用画像を撮像手段により撮像して、撮像画像データを取得する撮像工程と、プロジェクタ２のＲＧＢ／ＸＹＺ変換特性に基づいて、撮像画像データの第二の色空間形式をプロジェクタ２の第一の色空間形式に変換した変換画像データを生成する色空間変換工程と、変換画像データをプロジェクタ２により表示させる変換画像表示工程と、色ムラ検査用変換画像に基づいて、色ムラの検査を実施する色ムラ検査工程と、を備えるというものである。

特開２０１０−１４５０９７号公報

しかしながら、分光測色方法では回折格子またはプリズムにより分光するため、二次元の分光測色を行うことは費用対効果の観点から現実的ではない。一方、三刺激値直読方法においても、３種のカラーセンサの分光感度特性がＸＹＺ等色関数の線形変換で表される連関の度合いを評価するルータ条件を満足することは容易ではなく、特に３種のカラーセンサによっては、ＸＹＺ等色関数のうちＸのグラフが有する二つの山を直接に表わすことができず、やはり近似的な処理を行うこととなって精度を損なう要因となっていた。

また、特許文献１に記載の発明によっては、検査員の目視に頼らずに色ムラを客観的に評価することが可能であるが、色情報の取得すなわち撮像手段であるカメラの精度が従来と変わりなく、近年求められる精度での画像表示ができるものではなかった。

そこで本発明は、様々な分野における忠実な色情報の取得、再現や分析等の要求に応え、また、ディスプレイやプリンターの性能の向上に対応すべく、人の眼に忠実で正確な色情報を取得してこれを即時に表示し、容易に分析するための色彩輝度表示装置を提供することを課題とする。

上記課題に鑑み本発明は、
ＣＩＥＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）を有する撮像装置と、該撮像装置により取得した画像を画面に表示する表示装置と、を備え、該表示装置が前記画像の任意の位置における輝度、色度または色差を演算し視覚化処理する演算処理部を有し、視覚化処理された輝度、色度または色差を前記画面に表示する色彩輝度表示装置である。

また本発明は、前記撮像装置が前記撮像装置により取得した三つの分光感度をＣＩＥＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する演算処理部を備えることを特徴とする色彩輝度表示装置である。

また本発明は、前記表示装置の前記演算処理部が前記撮像装置により取得した三つの分光感度を任意の表色系に変換することを特徴とする色彩輝度表示装置である。

また本発明は、前記画像を任意の位置、数ないし形状にブロック分けし、個々の該ブロックにおける輝度、色度または色差を視覚化処理して該ブロックの位置に対応する前記画像の位置に表示することを特徴とする色彩輝度表示装置である。

また本発明は、前記画像の任意の二点間における輝度、色度または色差を視覚化処理して前記画面に表示することを特徴とする色彩輝度表示装置である。

また上記課題に鑑み本発明は、ＣＩＥＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従って観測対象物を撮像する撮像ステップと、撮像された画像の任意の位置における輝度、色度または色差を演算し視覚化処理する演算処理ステップと、視覚化処理された輝度、色度または色差を前記画面に表示する表示ステップと、を備える色彩輝度表示方法である。

また本発明は、前記演算処理ステップの前に、撮像された画像をＣＩＥＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換し、および／または、その他の任意の表色系に変換する変換処理ステップを備えることを特徴とする色彩輝度表示方法である。

また本発明は、前記演算処理ステップにおいて、前記画像を任意の位置、数ないし形状にブロック分けし、個々の該ブロックにおける輝度、色度または色差を視覚化処理し、前記表示ステップにおいて、前記視覚化処理した輝度、色度または色差を前記ブロックの位置に対応する前記画像の位置に表示することを特徴とする色彩輝度表示方法である。

また本発明は、前記演算処理ステップにおいて、前記画像の任意の二点間における輝度、色度または色差を視覚化処理することを特徴とする色彩輝度表示方法である。

本発明における撮像装置は、三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）により、すなわち、観測対象物を三つのチャンネルに分けて撮像することとなるが、その手段としては、これらの分光感度を得るために設定された光学フィルタまたはダイクロイックミラーもしくはダイクロイックプリズム等のいずれであるかを問わず用いることができる。

前記撮像装置の分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）は、ＣＩＥＸＹＺ分光特性から負の値を持たない、単独ピークを持つ山形であり、それぞれの分光感度曲線のピーク値が等しく、かつ分光感度の曲線の重なりは最小限にするという条件から等価変換したものであって、分光特性Ｓ_１のカーブは、ピーク波長が５８２ｎｍであり、半値幅が５２３〜６２９ｎｍであり、１／１０幅が４９１〜６６３ｎｍである。分光特性Ｓ_２のカーブは、ピーク波長が５４３ｎｍであり、半値幅が５０６〜５８９ｎｍであり、１／１０幅が４６４〜６３２ｎｍである。分光特性Ｓ_３のカーブは、ピーク波長が４４６ｎｍであり、半値幅が４２３〜４７８ｎｍであり、１／１０幅が４０９〜５０８ｎｍである。

本発明における輝度、色度または色差とは本発明で扱う色情報の具体例を表わすにすぎず、任意の表色系における色相、明度、彩度、反射率等を扱うことができるのは無論である。

前記演算処理部または前記演算処理ステップにおける演算処理は、輝度、色度または色差等の平均値、最大・最小値と、それらの時間的変化や、画像上における位置的変化等を演算するものである。

前記視覚化処理とは、色度図、グラフ、数値の分布を色分けしたもの等が例として挙げられる、数値を視覚的に捉えることが容易となる手段で表示するための処理をいう。

本発明における前記画像とは、静止画であるか動画であるかを問わないものであり、前記撮像ステップ、前記変換処理ステップ、前記演算処理ステップ、および前記表示ステップは即時かつ連続的に行われることが望ましい。

前記ブロックとは、前記画像を区切ることであり、上述の通り、位置、数ないし形状等を問わず任意に設定できるものである。例えば、前記ブロックを１点のみから構成することとしてもよい。すなわち、検出限度の最小単位である任意のスポットを観測することや、区切り数をゼロとして前記画像全体を一つのブロックとして扱うことも可能である。これに限らず、一つ以上の区切りを設けることを必須の構成としてもよい。

前記画像の任意の二点間を選択する際においては、二点間による線分と直交する方向に幅を持たせることも好適である。これによりＳ／Ｎが低い場合においてノイズの影響を減らすことができる。

本発明の色彩輝度表示装置または色彩輝度表示方法によれば、人の眼の感度に忠実な色情報を取得し、これを即時に分析ないし表示することができる。第一次的に得られる色情報はＸＹＺ等色関数と等価な関数による三つの分光感度であって、これらの分光感度の重なり合いは小さく、Ｓ／Ｎも十分にとれ、分光感度の曲線におけるカーブも自然に変化するため、非常に高精度な測色が可能である。この三つの分光感度を三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを介して、または、直接に任意の表色系に変換して輝度、色度または色差を演算し視覚化処理することにより、人の眼では直接に判別することが難しい微妙な色の時間的変化、位置的変化や色差を客観的なデータとして示すことができ、しかもこれを直感的に把握する形態で表示することが可能である。これらの一連の処理には特別にタイムラグが生じることなく、すなわち、演算処理速度に依存する限りにおいてリアルタイムに撮像ないし表示することができる。

また、本発明において、観測対象物を撮像した画像を任意の位置、数ないし形状にブロック分けして分析ないし表示することにより、所望するデータをより効率的に抽出することができる。例えば、所望のブロックにおける輝度の時間的変化をデータ化できる。また例えば、各ブロックにおける色情報を一つの数値により代表させ、各ブロック間の相違を観察・分析することができる。この際、ブロックの大きさを様々に変えることにより、色の位置的な分布変化をマクロな視点からミクロな視点まで様々に分析することができる。

また、本発明において、観測対象物を撮像した画像を表示する前記画面上の任意の二点間を選択し、その二点間における輝度、色度または色差の位置的変化を視覚化処理して前記画面に表示することもできるが、これは非常に直感的な操作であり、使用者は画像を見て所望する任意の二点間を瞬時に選択し、その操作に従った輝度、色度または色差等の情報をリアルタイムで把握することができる。

本発明の色彩輝度表示装置または色彩輝度表示方法は、分光測色器より安価に提供し、または使用することができるため、より手軽に汎用的な利用が可能である。本発明の色彩輝度表示装置または色彩輝度表示方法の典型的な利用として高解像度ディスプレイ等の製造現場における色ムラ等の検査が挙げられるが、その他の検査、印刷評価や、遠隔地における色情報の即時共有等も可能である。

本発明実施例の色彩輝度表示装置１の構成を示す図である。本発明実施例におけるＸＹＺ表色系カメラである撮像装置２の分光感度を示す関数である。本発明実施例において三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従って画像情報を取得する方式の具体例である。（ａ）はダイクロイックミラーを用いる場合の説明図である。（ｂ）はフィルタターレットを用いる場合の説明図である。（ｃ）は光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを撮像素子２３に微視的に貼着した場合の説明図である。（ｄ）は（ｃ）におけるベイヤー配列を示す説明図である。本発明実施例の撮像装置２におけるフローチャートである。本発明実施例の表示装置４におけるフローチャートである。（ａ）はブロック４３に分けた状態の画像３を表示する画面４２の模式図である。（ｂ）はそれぞれのブロック４３において色度図を示した状態の画面４２の模式図である。（ｃ）は線分４４を選択した状態の画像３を表示する画面４２の模式図である。（ｄ）は線分４４における色差ΔＥのグラフを示した状態の画面４２の模式図である。本発明実施例における画像３をブロック４３に分けて色度図により表した表示形態の例をしめす画面４２である。図７における一つのブロック４３の色度図の拡大図である。本発明実施例における画像３をブロック４３に分けて色差ΔＥのグラフにより表した表示形態の例をしめす画面４２である。図９における一つのブロック４３の色差ΔＥのグラフの拡大図である。本発明実施例における画像３において線分４４を選択し色差ΔＥのグラフを表した表示形態の例をしめす画面４２である。

本発明の好適な実施例による色彩輝度表示装置１について図１〜図１１を参照して説明する。色彩輝度表示装置１は、図１に示す通り、ＸＹＺ等色関数と等価な線形変換である三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）（図２参照）に従って三つの画像情報として画像３を撮像する撮像装置２と、撮像装置２により取得した画像３を画面４２（図１，図６参照）に表示する表示装置４と、を備える。以下、詳細に説明する。

撮像装置２の分光感度はルータ条件を満たすものであって、その分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）は、図２に示す通り、ＸＹＺ等色関数から、負の値を持たず、単独ピークを持つ山形であり、それぞれの分光感度曲線のピーク値が等しく、かつ分光感度の曲線の重なりはできるだけ少なくするという条件から等価変換したものである。分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）は具体的には以下の特性を持つ。
記
ピーク波長半値幅１／１０幅
Ｓ_１５８２ｎｍ５２３〜６２９ｎｍ４９１〜６６３ｎｍ
Ｓ_２５４３ｎｍ５０６〜５８９ｎｍ４６４〜６３２ｎｍ
Ｓ_３４４６ｎｍ４２３〜４７８ｎｍ４０９〜５０８ｎｍ

上記の分光特性Ｓ_１のピーク波長を５８０±４ｎｍ、分光特性Ｓ_２のピーク波長を５４３±３ｎｍ、分光特性Ｓ_３のピーク波長を４４６±７ｎｍとして取り扱うこともできる。

三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）は次の数式１を用いて求められるものである。分光特性自体についての詳細は特開２００５−２５７８２７号公報を参照されたい。

撮像装置２は、図１に示すように、撮影レンズ２１と、この撮影レンズ２１の後方に配置された三つの光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの後方に配置された撮像素子２３（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）と、を備えている。撮像装置２の三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）は、光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの分光透過率と撮像素子２３の分光感度との積により与えられるものである。図１における光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと撮像素子２３との配列的関係は模式的に示したものにすぎないものである。三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従って画像情報を取得する方式について以下に具体例を挙げるが、本実施例ではこれらのうちいずれをも採ることができ、また、その他の方式を採ることもできる。

図３（ａ）に示すものはダイクロイックミラーを用いる方式である。これはダイクロイックミラー２２ｃ´により特定の波長の光を反射し、透過した残りの光について、さらに別のダイクロイックミラー２２ａ´により別の特定の波長の光を反射して分光し、撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃを三つ並列にして読み出す方式である。ここでは、ダイクロイックミラー２２ａ´が光学フィルタ２２ａ，２２ｂに相当し、ダイクロイックミラー２２ｃ´が光学フィルタ２２ｃに相当する。撮影レンズ２１から入射する光はダイクロイックミラー２２ｃ´により分光感度Ｓ_３に従う光が反射され、残りの光は透過する。ダイクロイックミラー２２ｃ´により反射された光を反射鏡２６により反射して撮像素子２３ｃにより分光感度Ｓ_３を得る。一方、ダイクロイックミラー２２ｃ´を透過した光は、ダイクロイックミラー２２ａ´において、分光感度Ｓ_１に従う光が反射され、残りの分光感度Ｓ_２に従う光は透過するため、それぞれ撮像素子２３ａ、撮像素子２３ｂにより撮像して分光感度Ｓ_１，Ｓ_２を得る。ダイクロイックミラーに代えて同様な特性を有するダイクロイックプリズムを用いて三つに分光し、それぞれの光が透過する位置に撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃを接着することとしてもよい。

図３（ｂ）に示すものはフィルタターレット２７を用いる方式である。撮影レンズ２１からの入射光と同じ方向を回転軸に持つフィルタターレット２７に光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを設けてこれらを機械的に回転させ、順次透過する光について撮像素子２３により三つの分光感度Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３を得るものである。

図３（ｃ）に示すものは光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを撮像素子２３に微視的に貼着する方式である。撮像素子２３上における光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、図３（ｄ）に示すように、ベイヤー配列型に設けられる。この配列は、格子状に分けた撮像素子２３上の領域のうち半分に光学フィルタ２２ｂを設け、残りの半分の領域に光学フィルタ２２ａと光学フィルタ２２ｃとをそれぞれ均等に配置するものである。すなわち、配置量は光学フィルタ２２ａ：光学フィルタ２２ｂ：光学フィルタ２２ｃ＝１：２：１となる。光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの配列をベイヤー配列以外のものとすることは本実施例において特に妨げられない。一つ一つの光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは非常に微細であるため、印刷により撮像素子２３に貼着される。ただし、本発明はこの配列に意味があるのではなく、分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）の特性のフィルタを撮像素子に貼着することにある。

撮像装置２は分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）により取得した画像情報をＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する演算処理部２４を備える。これに限らず、演算処理部２４に相当する部分を表示装置４に設けることとしてもよい。

表示装置４は、撮像装置２により取得した画像３の任意の位置における輝度、色度または色差等を演算し視覚化処理する演算処理部４１と、視覚化処理された輝度、色度または色差を表示する画面４２とを備える。その他、表示装置４は適宜、入力手段（図示略）等を備える。入力手段はキーボード、マウス、画面４２に設けられるタッチパネル等である。表示装置４が備える演算処理部４１は、必ずしも画面４２と一体の筐体に含まれる必要はなく、画面４２と別体に設け、表示装置４はこれら別体の演算処理部４１および画面４２を連結することにより構成することもできる。

撮像装置２と別途に輝度計（図示略）を設けることもできる。これにより輝度を絶対値として取得できる。

色彩輝度表示装置１の使用方法について具体例を挙げつつ説明する。色彩輝度表示装置１は、図１に示す通り、撮像装置２と表示装置４とを接続することにより構成され、この状態で使用される。接続方法は有線・無線を問わず選択できる。撮像装置２におけるフローチャートを図４に、表示装置４におけるフローチャートを図５に、それぞれ示す。

撮像装置２を使用するにはまず電源を入れてから、図４に示す通り、初期化をする（初期化Ｓ１）。つぎに、分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）により観測対象物５を撮像し（撮像処理Ｓ２）、その後、撮像された画像データを撮像素子２３により入力し（入力処理Ｓ３）、演算処理部２４にて三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する（変換処理Ｓ４）。この三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚは表示装置４に送信される（データ送信Ｓ５）。画像３が動画である場合には、撮像処理Ｓ２からデータ送信Ｓ５の一連の処理が連続的に行われる。

表示装置４を使用するにはまず電源を入れてから、図５に示す通り、初期化をする（初期化Ｓ１１）。表示装置４は撮像装置２と接続された状態において、撮像装置２から送信されたデータを受信する（データ受信Ｓ１２）。その後、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚによる画像データを任意の表色系に色空間を変換する（変換処理Ｓ１３）。任意の表色系に変換した画像データから所望の輝度、色度または色差等を演算し（演算処理Ｓ１４）、その内容を画面４２に表示する（表示処理Ｓ１５）。撮像装置２からデータ受信Ｓ１２に従い、変換処理Ｓ１３から表示処理Ｓ１５の一連の処理が連続的に行われる。これらの処理について以下により具体的に説明する。

撮像処理Ｓ２は、三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）を有する撮像装置２によって観測対象物５を撮像する工程である（図１，図４参照）。分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）は上記の数式１に従って与えられるものである。撮影レンズ２１と光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと撮像素子２３により撮像されると同時に入力処理Ｓ３が連続的に行われる。

入力された画像データは分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従った値であるため、撮像装置２の演算処理部２４における変換処理Ｓ４によって、撮像された画像３の画像データを三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する。この変換は数式１に従って行われる。すなわち、数式１における係数の逆行列を乗じて三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを得ることとなる。変換処理Ｓ４においては、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換するのみならず、その他の表色系に色空間を変換してもよい。また、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを介さずに直接にその他の表色系に色空間を変換してもよい。なお、撮像装置２からは分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従った値のまま送信し、変換処理Ｓ４に相当する処理を表示装置４の演算処理部４１において行うことも可能である。

表示装置４では、データ受信Ｓ１２により取得した三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚによる画像データを演算処理部４１における変換処理Ｓ１３によって任意の表色系に変換する。上述の通り、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚによらず、分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従った値のままの画像データを受信し、変換処理Ｓ１３にて三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換し、または、直接に所望の表色系に変換することもできる。さらに、所望の表色系に変換する処理を変換処理Ｓ１３ではなく、撮像装置２での変換処理Ｓ４において事前に行うこととしてもよい。

変換処理Ｓ４および変換処理Ｓ１３においては、ＸＹＺ表色系の他、Ｙｘｙ表色系、ＲＧＢ表色系、ＡｄｏｂｅＲＧＢ表色系、ＣＩＥＬ^＊ｕ^＊ｖ^＊表色系、ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系（以下、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系という）、ＣＭＹ表色系、オストワルト表色系、マンセル表色系、ＨＳＶ表色系、ＰＣＣＳ等に変換することができる。また、特にこれらに限定されず、その他の色空間を用いることができるものとする。この際、必要に応じてカラーマネージメントシステムにより補正をする。このように種々の色空間を用いることができるため、本発明でいう輝度、色度または色差とは、色情報の具体例を表わすにすぎず、任意の色空間における色相、明度、彩度、反射率等の数値概念を含むものである。

参考として三刺激値Ｘ，Ｙ，ＺからＹ´ｘｙ表色系への変換式を数式２，３に挙げる。ここでは撮像装置２とともに輝度計（図示略）を使用し、Ｙは輝度計の値（ｎｔ）により校正してＹ´としたものである。色空間の変換式は慣用されているものであるため、その他の詳しい式については割愛する。

演算処理Ｓ１４は、撮像された画像３のうち、任意に選択した位置における輝度、色度または色差等を演算し視覚化処理する工程である。この演算処理は、輝度、色度または色差等の平均値、最大・最小値と、それらの時間的変化や、画像上における位置的変化等の種々の数値をパラメータとして扱うことができる。ここでいう視覚化処理とは、輝度、色度または色差等の数値を視覚的に捉えることが容易となる手段で表示するための処理をいう。例えば、各種グラフ、色度図における分布表示、数値の分布を画像上に色分けしたもの等が例として挙げられる。輝度、色度または色差等のうち一つのパラメータを選択することが考えられるが、例えば三軸グラフを用いて三種のパラメータを同時に評価してもよい。この演算処理Ｓ１４においては次の表示処理Ｓ１５における表示形態に合わせて演算処理されることとなる。また、表示装置４の画面４２に表示するために必要な場合は、画像３や視覚化処理された輝度、色度または色差等の色情報をＲＧＢ等に変換処理する。

表示処理Ｓ１５は、視覚化処理された輝度、色度または色差等を画面４２に表示する工程である。表示形態やパラメータは表示装置４に備わる入力手段により任意に選択し、演算処理Ｓ１４にて演算される。視覚化処理された数値情報は任意の形式で記録することができる。表示形態の例を図６（ａ）（ｂ）と、図６（ｃ）（ｄ）とに示す。図６の（ａ）はＹ´ｘｙ表色系に変換した画像３をブロック４３によって分割した状態の画面４２の模式図であり、（ｂ）はそれぞれのブロック４３において色度図を示したものである。図６の（ｃ）はＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系に変換した画像３において線分４４を選択した状態の画面４２の模式図であり、（ｄ）は線分４４における色差ΔＥのグラフを示したものである。

一つの表示形態として、画像３を任意の位置、数ないし形状のブロック４３に分け、個々のブロック４３における輝度、色度または色差を視覚化処理してブロック４３の位置に対応する画像３の位置に表示することが挙げられる（図６（ａ）（ｂ））。ブロック４３は、位置、数ないし形状等を問わず任意に設定して画像３を区切り設定することができる。例えば、ブロック４３を１点のみから構成することとしてもよい。すなわち、検出限度の最小単位である任意のスポットを観測することや、区切り数をゼロとして画像３全体を一つのブロックとして扱うことも可能である。これに限らず、一つ以上の区切りを設けることを必須の構成としてもよい。

ブロック４３を用いる表示形態のより具体な例を図７に示す。図７は、画像３を縦５列×横５列に分割して２５個のブロック４３を設け、各ブロックにおける色度分布の時間的変化をｘｙ色度図上に表したものである。一つのブロックにおけるｘｙ色度図の例を図８に示す。

図９に示す具体例は、別の画像３を、図７におけるものと同様に画像３を縦５列×横５列に分割して２５個のブロック４３を設けた状態において、別の視覚化処理をし、それを表示したものである。これはそれぞれのブロック４３における色差ΔＥ（時間的変化量）をグラフにより示したものである。Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における色差ΔＥを求める計算式を数式４に示す。色差ΔＥは色空間のユークリッド距離により与えられるものであり、例えば、その他のより精度の高いΔＥ＝２０００により計算してもよい。また、グラフに示すものは色差ΔＥに限られず、例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系におけるＬ^＊値、ａ^＊値、ｂ^＊値を並列にグラフ化して表示する方法もある。

また、ブロック４３を用いない別の表示形態として、画像３の任意の二点間における輝度、色度または色差等を視覚化処理して画面４２に表示することが挙げられる。具体的には図６（ｃ）や図１１に示す通り、画面４２において画像３の任意の二点間を選択し、色情報を取得する線分４４を作成する。この選択は表示装置４に備わる入力手段により行う。例えばマウスによって選択する場合、ドラッグの要領で画面上の２点間を選択することが直感的かつ簡便な操作である。画面４２をタッチパネルにして、このような操作を画面４２上にて直接に行うように構成することもできる。図６（ｄ）や図１１においては、このように選択した線分４４における色度の位置的変化量を色差ΔＥとしてグラフに表示するものである。図１１においてはさらに別の線分４４を選択し、そのグラフが表示されている。このように、一つの画像３の上で、複数の線分４４を選択し、これに対応するグラフを複数表示することもできる。また、ブロック４３を用いる表示形態と線分４４を用いる表示形態とを画面４２に同時に表示することとしてもよい。また、Ｌ^＊値、ａ^＊値、ｂ^＊値を色分けしたデータとして表示するとともに、ΔＥのグラフを同時に表示してもよい。

線分４４を選択する際においては、線分４４と直交する方向に幅を持たせることも好適である。すなわち、Ｓ／Ｎが低い場合においてノイズの影響を減らすために、色情報を抽出する対象を増やすことである。

本発明の実施例による色彩輝度表示装置１およびその使用方法による効果を説明する。これによれば、人の眼の感度に忠実な色情報を取得し、これを適宜、任意に視覚化された形態で表示することができる。画像３としては静止画を扱うことも、動画を扱うこともでき、また、撮像装置２における撮像処理Ｓ１から表示装置４における表示処理Ｓ１５までの一連の処理は連続的に行うことができる。

特に、三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従って画像情報を取得する方式として、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムにより分光したり、光学フィルタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを撮像素子２３に微視的に貼着したりして並列に読み出すものとすれば、特別にタイムラグが生じる要素はないため、演算処理速度に依存する限りにおいてリアルタイムに撮像ないし表示することができる。

画像３について、第一次的に得られる色情報はＸＹＺ等色関数と等価な関数による三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）であるため、ＲＧＢにより取得する場合と比べて人の眼の感度に忠実で高精度である。また、これらの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）の重なり合いは小さく、Ｓ／Ｎも十分にとれ、分光感度の曲線におけるカーブも自然に変化するため、測色における誤差は最低限に留められる。

この三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）から任意の表色系に変換するにあたっては、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを介すこともできるし、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを介さずに直接に視覚化処理すべき任意の表色系に変換することもでき、使用する機器に応じて即時性を追求することができる。

画像３の色情報である輝度、色度または色差等において任意のパラメータを選択して演算し、視覚化処理することにより、人の眼では直接に判別することが難しい微妙な色の時間的変化、位置的変化や色差を客観的なデータとして示すことができ、しかもこれを直感的に把握することが可能となる。また、撮像装置２と別途に輝度計（図示略）を設けることもでき、これにより、輝度を絶対値として取得することが可能となる。

画像３を任意の位置、数ないし形状のブロック４３に分けて分析ないし表示することにより、例えば、任意のブロック４３における輝度の時間的変化をデータ化したり、色情報の位置的な分布変化をマクロな視点からミクロな視点まで様々に分析したりして、所望する色情報をより効率的に抽出することができる。この際、各ブロック４３における視覚化処理されたパラメータを、画像３において各ブロック４３を選択した位置と対応する位置に表示することにより、画像３と見比べてより直感的に色情報を把握することが可能となる。

また、画像３における任意の二点間を選択し、その二点間による線分４４における輝度、色度または色差等の位置的変化を視覚化処理して画面４２に表示することもでき、色情報の抽出方法がより多彩なものとなる。

これらブロック４３や線分４４の選択は直感的な操作により可能であり、また、上述の通り一連の処理操作は即時かつ連続的に行うことができるため、使用者は画像３を見て所望する色情報を瞬時に選択操作し、その操作に従った輝度、色度または色差等の色情報をリアルタイムで把握することができる。

本発明の実施例による色彩輝度表示装置１は、輝度、色度または色差等の抽出された一部の色情報のみならず画像３そのものを取得するため、画像３と視覚化処理された色情報を見比べた上で抽出すべき数値を選択でき効率的である。また、第一次的に得た分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）や三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ等による画像３のデータを保存すれば、リアルタイムでの分析のみならず、事後的に抽出すべきデータを選択しなおすことも可能となる。また、画像３のデータを遠隔地に転送し共有することもできる。さらに、色彩輝度表示装置１は、一般的な分光測色器より安価に構成されるため、より手軽に様々な場面での利用が可能である。

上記特性により色彩輝度表示装置１は、高解像度ディスプレイ等の製造現場における色ムラ等の検査、印刷色の正確な評価とその共有や保存、医療におけるリアルタイムでの遠隔地への転送による診療相談、病理検査における画像判別、テレビ会議システムにおける正確な色情報の共有による商談、正確な色情報による歴史資料や美術工芸品のアーカイブの作成と分析、その他の汎用的な利用用途がある。

なお、本発明の実施形態は、上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることができるものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれ、該技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることは言うまでもない。例えば、三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従って画像情報を取得する方式について、本実施例において挙げた方式は具体例に過ぎないものであって、これらに限られず、その他の方式によっても本発明の技術的思想は実施されるものである。

本発明は、製造業、印刷業や医療現場における各種検査、遠隔地での色情報の共有、色情報に関するアーカイブの作成等に利用が可能である。

Claims

ＣＩＥＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）を有する撮像装置と、
該撮像装置により取得した画像を画面に表示する表示装置と、を備え、
該表示装置が前記画像の任意の位置における輝度、色度または色差を演算し視覚化処理する演算処理部を有し、視覚化処理された輝度、色度または色差を前記画面に表示する色彩輝度表示装置。
前記撮像装置が前記撮像装置により取得した三つの分光感度をＣＩＥＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する演算処理部を備える請求項１の色彩輝度表示装置。
前記表示装置の前記演算処理部が前記撮像装置により取得した三つの分光感度を任意の表色系に変換処理する請求項１または２の色彩輝度表示装置。
前記画像を任意の位置、数ないし形状にブロック分けし、個々の該ブロックにおける輝度、色度または色差を視覚化処理して該ブロックの位置に対応する前記画像の位置に表示する請求項１ないし３いずれかの色彩輝度表示装置。
前記画像の任意の二点間における輝度、色度または色差を視覚化処理して前記画面に表示する請求項１ないし３いずれかの色彩輝度表示装置。
ＣＩＥＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）に従って観測対象物を撮像する撮像ステップと、
撮像された画像の任意の位置における輝度、色度または色差を演算し視覚化処理する演算処理ステップと、
視覚化処理された輝度、色度または色差を前記画面に表示する表示ステップと、を備える色彩輝度表示方法。
前記演算処理ステップの前に、撮像された画像をＣＩＥＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換し、および／または、その他の任意の表色系に変換する変換処理ステップを備える請求項６の色彩輝度表示方法。
前記演算処理ステップにおいて、前記画像を任意の位置、数ないし形状にブロック分けし、個々の該ブロックにおける輝度、色度または色差を視覚化処理し、
前記表示ステップにおいて、前記視覚化処理した輝度、色度または色差を前記ブロックの位置に対応する前記画像の位置に表示する請求項６または７の色彩輝度表示方法。
前記演算処理ステップにおいて、前記画像の任意の二点間における輝度、色度または色差を視覚化処理する請求項６または７の色彩輝度表示方法。