JP2015064212A - 照明統計量計測装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人間が知覚する物体の色や質感に影響する、光場の平均強度以外の統計量を計測することができる照明統計量の計測技術を提供する。
【解決手段】輝度画像生成部１が、広角レンズを用いて照明統計量の計算の対象となる空間を撮影し、その撮影により得られた画像を構成する各画素の輝度値又はその微分値を計算する。統計量計算部２が、計算された輝度値又はその微分値に基づいて、画像の画素の輝度値又はその微分値についてのヒストグラムに関する統計量を計算する。
【選択図】図１

Description

この発明は、照明に関する統計量を計算する技術に関する。

人間が生活する環境では、照明光は壁や床などからの間接反射を必ず含んでおり、また光源も複数ある場合がある。そのような環境では、照明は様々な方向からの光の強さの複雑な空間的なパターンをもつ。このパターンは光場 (light field)と呼ばれている。

従来、部屋などの空間等の光場の明るさを測定する装置として照度計が広く使われている。現在広く使われている照度計は、ポータブルな装置であり、光学レンズを介して様々な方向からの集めた照明光を受光素子で受けその平均強度のみを記録・表示する。

ここで、光場の平均強度は、その中に置かれた物体の色や質感などの知覚的印象にほとんど影響しないことが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

L.T.Maloney, B.A.Wandell, "Color constancy: a method for recovering surface spectral reflectance", Journal of the Optical Society of America A, 1986, Vol.3, P.29-33.

従来の照度計では、人間が知覚する物体の色や質感に影響する、照明(光場)の平均強度以外の統計量を計測することはできなかった。

この発明の目的は、人間が知覚する物体の色や質感に影響する、光場の平均強度以外の統計量を計測する照明統計量計測装置及び方法を提供することである。

この発明の１つの態様による照明統計量計測装置によれば、広角レンズを用いて照明統計量の計算の対象となる空間を撮影し、その撮影により得られた画像を構成する各画素の輝度値又はその微分値を計算する輝度画像生成部と、計算された輝度値又はその微分値に基づいて、画像の画素の輝度値又はその微分値についてのヒストグラムに関する統計量を計算する統計量計算部と、を含む。

人間が知覚する物体の色や質感に影響する、光場の平均強度以外の統計量を計測することができる。

照明統計量計測装置の例を説明するためのブロック図。 照明統計量計測方法の例を説明するための流れ図。 照明統計量計測方法の例を説明するための流れ図。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。

光場の構造は光源や環境の性質により複雑に変化するが、人間が知覚する物体の明度や質感などの印象は、光場の単純なヒストグラムに関する低次の統計量に従って変化する。そこで、これらのヒストグラムに関する低次の統計量を計算するだけで、人間の知覚する物体の質感や印象の相対的な変化を予測することができると考えられる。

このような考えに基づき、以下に述べるこの発明の実施形態では、例えば魚眼レンズを通して撮影した光場の画像の低次の統計量（輝度の平均値、標準偏差、歪度、尖度等）が計算される。

この発明の一実施形態である照明統計量計測装置は、図１に示すように、輝度画像生成部１、統計量計算部２及び表示部３を例えば備えている。照明統計量計測方法は、図２に示す各ステップを有している。

照明統計量計測装置は、統計量の計測の対象となる光場に配置される。

輝度画像生成部１は、画角の広い広角レンズを用いて照明統計量の計算の対象となる空間を撮影し、その撮影により得られた画像を構成する各画素の輝度値又はその微分値を計算する（ステップＳ１）。計算された輝度値又はその微分値は、統計量計算部２に提供される。

輝度画像生成部１は、図１に示すように、レンズ部１１と、受光部１２と、輝度値変換部１３とを例えば備えている。レンズ部１１と、受光部１２と、輝度値変換部１３とが、以下に述べるように、図２に示すステップＳ１１からステップＳ１３の処理を行うことにより、ステップＳ１の処理が実現される。

レンズ部１１は、画角の広い広角レンズであり、照明統計量計測装置の上部に配置された画角の広い広角レンズにより、照明統計量計測装置の上部の光景を例えば180度の視野角で捉え結像する（ステップＳ１１）。画角の広い広角レンズとは、例えば魚眼レンズである。

受光部１２は、レンズ部１１により結像された像を受光素子により捉え、画素数m×nのデジタル画像V(x,y)に変換する（ステップＳ１２）。m,nは８以上の整数である。m=nであってもよい。xは１からm以下の整数であり、yは１からn以下の整数である。受光素子やアナログ・デジタル変換装置の形式は問わない。デジタル画像V(x,y)は、例えばグレースケールの画像信号である。デジタル画像V(x,y)は、輝度値変換部１３に提供される。

なお、m,nは８以上であるが大き過ぎない整数であってもよい。すなわち、デジタル画像V(x,y)は、低解像度の画像であってもよい。

輝度値変換部１３は、デジタル画像の各画素の画素値V(x,y)を、例えば以下のべき関数にしたがって輝度値に変換する（ステップＳ１３）。後述する微分部１４が備えらえていない場合には、この変換された輝度値がI(x,y)とされ、統計量計算部２に提供される。

ここで、A及びγは、変換パラメータであり、予め定められた所定の値である。これらの変換パラメータは、事前に推定される。例えば、受光部１２に様々な輝度の可視光を照射して画素値を測定し、そのデータに上式を最小二乗法で当てはめることにより推定が行われる。

なお、輝度画像生成部１は、微分部１４を更に備えていてもよい。微分部１４が備えられている場合には、輝度値変換部１３により変換された輝度値は、微分部１４に提供される。微分部１４は、上記の撮影により得られた画像を構成する各画素の輝度値の微分値を計算する。画像の画素の輝度値の微分は、所定の微分演算子又は所定の微分フィルタを用いることにより行われる。このように、微分部１４が設けられている場合には、変換された輝度値に代えて、この輝度値の微分値がI(x,y)とされ、統計量計算部１２に提供される。

統計量計算部２は、I(x,y)に基づいて、すなわち計算された輝度値又はその微分値に基づいて、画像の画素の輝度値又はその微分値についてのヒストグラムに関する統計量を計算する（ステップＳ２）。計算されたヒストグラムに関する統計量は、表示部３に提供される。

ヒストグラムに関する統計量とは、例えば、画像の画素の輝度値又はその微分値の平均値と、画像の画素の輝度値又はその微分値の標準偏差と、画像の画素の輝度値又はその微分値の歪度と、画像の画素の輝度値又はその微分値の尖度との少なくとも１個である。これらのヒストグラムに関する統計量は、例えば以下のように定義される。

画像の画素の輝度値又はその微分値の平均値は、例えば以下の式により定義されるmeanである。

画像の画素の輝度値又はその微分値の標準偏差は、例えば以下の式により定義されるsdである。

画像の画素の輝度値又はその微分値の歪度は、例えば以下の式により定義されるskewである。

画像の画素の輝度値又はその微分値の尖度は、例えば以下の式により定義されるkurtosisである。

表示部３は、計算されたヒストグラムに関する統計量を表示する（ステップＳ３）。計算されたヒストグラムに関する統計量は、例えば数字又はグラフとして表示される。

標準偏差と歪度が大きいほど、光沢感が上がり明度が下がるという関係がある。また、尖度が大きいほど光沢の印象はよりシャープになる。平均は、物体の見えには影響しないが、既存の照度計と同様にカメラの露光時間の調整のために有益である。

照明統計量測定装置によれば、人間が知覚する物体の光沢や明るさに大きな効果を持つパラメータ（人間の知覚に大きな効果をもつ照明環境(光場)のパラメータ）を容易に知ることができる。これにより、表示されたパラメータ値を見ながら、人間が知覚する光沢や明度を考慮して、商品や人物の撮影または店舗の陳列における効果的な照明の配置を検討することができる。

上述のヒストグラムに関する統計量はいずれも低次元で単純な統計量であり少ない演算量で求めることができるものである。したがって、これらの低次元で単純なヒストグラムに関する統計量のみを計算することにより、照明統計量計算装置を小型・軽量・省エネルギーとすることができる。

また、画像を低解像度とすることにより、演算量を更に少なくすることができるため、照明統計量計算装置を更に小型・軽量・省エネルギーとすることができる。

［変形例等］
表示部３に代えて又は表示部３と共に、出力部４が照明統計量計測装置に備えられていてもよい。この場合、統計量計算部２により計算されたヒストグラムに関する統計量は、出力部４に提供される。出力部４は、計算されたヒストグラムに関する統計量を出力する（ステップＳ４）。例えば、計算されたヒストグラムに関する統計量は、デジタルデータとしてカメラ等の外部機器に出力される。これにより、照明に応じてカメラ等の外部機器における撮影パラメータを調整することができる。

上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

上述の構成をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例は、非一時的な（non-transitory）記録媒体である。このような記録媒体の例は、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等である。

このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録装置に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。

上記実施形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させて本装置の処理機能が実現されたが、これらの処理機能の少なくとも一部がハードウェアで実現されてもよい。

［応用例］
以下、この発明の応用例について述べる。

第一の応用例は、映画など実写映像作品の制作における照明装置配置の事前検討である。映画など実写映像作品では、被写体を望ましい形で撮影するために、ライトや反射板などを用いて照明を調整する、照明統計量計測装置を用いると、被写体がその場にない場合でも、被写体のあるべき位置に照明統計量計測装置を置くことにより、撮影される被写体の色や質感をある程度予想することができる。

第二の応用例は、映画など実写映像作品の制作における屋外照明の事前検討である。屋外における映像作品の撮影では、照明条件は天候に大きく左右される。被写体を望ましい形で撮影できる天候であるかどうかは、容易に入手可能な気象データのみでは知り難い。しかし、照明統計量計測装置を撮影場所あるいはその周辺に設置し、その外部出力データをモニタすることにより、撮影に適した天候であるかを知ることができる。また、照明統計量計測装置を携帯して移動することにより、より撮影に適した場所を探すこともできる。

第三の応用例は、建築物の光環境の評価である。人間が利用する家屋やレストラン、公共施設などの建築物においては、その内部における光環境の品質が特に重視される。光環境は壁や窓の配置、照明の数や配置により複雑に変化する。照明統計量計測装置を用いることで、光環境の品質を評価するために有益な指標の一つを、デザイナーやクライアントの主観によらない客観的な数値として提供することができる。

１ 輝度画像生成部
１１ レンズ部
１２ 受光部
１２ 統計量計算部
１３ 輝度値変換部
１４ 微分部
２ 統計量計算部
３ 表示部
４ 出力部

Claims (7)

1. 広角レンズを用いて照明統計量の計算の対象となる空間を撮影し、その撮影により得られた画像を構成する各画素の輝度値又はその微分値を計算する輝度画像生成部と、
   上記計算された輝度値又はその微分値に基づいて、上記画像の画素の輝度値又はその微分値についてのヒストグラムに関する統計量を計算する統計量計算部と、
   を含む照明統計量計測装置。
2. 請求項１の照明統計量計測装置において、
   上記ヒストグラムに関する統計量は、上記画素の輝度値又はその微分値の平均値と、上記画素の輝度値又はその微分値の標準偏差と、上記画素の輝度値又はその微分値の歪度と、上記画素の輝度値又はその微分値の尖度との少なくとも１個である、
   照明統計量計測装置。
3. 請求項２の照明統計量計測装置において、
   上記入力された画像は、m×nの画素から構成されているとし、画素(x,y)の輝度値又はその微分値をI(x,y)として、
   上記画素の輝度値又はその微分値の平均値は、以下の式により定義されるmeanであり、
   

   

   
   上記画素の輝度値又はその微分値の標準偏差は、以下の式により定義されるsdであり、
   

   

   
   上記画素の輝度値又はその微分値の歪度は、以下の式により定義されるskewであり、
   

   

   
   上記画素の輝度値又はその微分値の尖度は、以下の式により定義されるkurtosisである、
   

   

   
   照明統計量計測装置。
4. 請求項１から３の何れかの照明統計量計測装置において、
   上記入力された画像は、8×8以上の画素数を有する低解像度の画像である、
   照明統計量計測装置。
5. 請求項１から４の何れかの照明統計量計測装置において、
   上記計算されたヒストグラムに関する統計量を表示する表示部、
   を更に含む照明統計量計測装置。
6. 請求項１から５の何れかの照明統計量計測装置において、
   上記計算されたヒストグラムに関する統計量を出力する出力部、
   を更に含む照明統計量計測装置。
7. 輝度画像生成部が、広角レンズを用いて照明統計量の計算の対象となる空間を撮影し、その撮影により得られた画像を構成する各画素の輝度値又はその微分値を計算する輝度画像生成ステップと、
   統計量計算部が、上記計算された輝度値又はその微分値に基づいて、上記画像の画素の輝度値又はその微分値についてのヒストグラムに関する統計量を計算する統計量計算ステップと、
   を含む照明統計量計測方法。

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