JP3498120B2 - 光沢むらの高精度測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製品表面の光沢むらを
品質の１項目として定量的に測定する光沢むらの高精度
測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、製品表面の光沢の強さの他に光沢
むらが製品の品質面で重要視されるようになってきてい
る。例えば塗工紙の「面感」、成形プラスチック表面の
「フローマーク」および自動車塗装の「鮮映性」などが
ある。

【０００３】塗工紙の面感について述べると、すなわ
ち、製品の外観は光沢度が均一なもの程、面感が良いと
されている。その評価は従来、塗工紙表面の主としてサ
ブミリメーター領域の光沢むらを検査員が目視して視覚
的に判定することによってなされている。また、テレビ
カメラなどの撮像装置で製品の外観を撮像し、撮像結果
から、製品外観の輝度レベル（反射光強度）の分布を算
出する下記の検査方法も提案されている。

【０００４】その一つはクロマトスキャナーを改造し
て、０．４ｍｍφの光束を７５°の入反射角で塗工紙表
面上に走査し、反射光の強さの標準偏差が目視順位と関
係することを明らかにしたものである（Ｈ．Ｆｕｊｉｗ
ａｒａ ｅｔ．ａｌ．，１９９０ ＴＡＰＰＩ Ｃｏａ
ｔ．Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．，２０９（１９９０））。

【０００５】他の一つはＣＣＤカメラから入力した印刷
紙の表面反射２次元画像を画像解析して平均目視順位と
の相関を調べ、反射光の強さすなわち階調の変動係数と
相関性が良いことを明らかにしたものである。しかし、
白紙の光沢むらに関しては相関しないケースが多かった
としている＜Ｍ．Ａ．ＭａｃＧｒｅｇｏｒ ｅｔ．ａ
ｌ．，１９９１ ＴＡＰＰＩ Ｃｏａｔ．Ｃｏｎｆ．Ｐ
ｒｏｃ．，４９５（１９９１）＞。

【０００６】特開平６−２２２００２号の提案では光沢
むらを従来の方法と違って光沢面からの反射光の強い部
位（明部）または弱い部位（暗部）の大きさ（面積およ
びその分布）として捉え、グロス調塗光紙は暗部の平均
面積あるいは面積標準偏差が視覚評価と一致する相関を
得ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら目視検査
による光沢むらの検査は評価に個人的な主観が入り込み
易く定量性に欠けるので、良否を客観的に判定するため
に専門的な検査員を多数必要とする。

【０００８】一方、前記の光沢むらの光学的な検査方法
については次のような欠点がある。

【０００９】光学的な光沢むらの測定は、反射光強度分
布で定量化が試みられているが、目視判定の結果と必ず
しも対応しない欠点がある。特に白紙面感（印刷される
前の面感）は拡散反射光が強く正反射光による光沢むら
が弱められて反射光強度分布を調べる光学的検査方法は
誤差が大きかった。

【００１０】特開平６−２２２００２号の提案はさらに
高精度での測定が望まれている。

【００１１】そこで、本発明は、上述の点に鑑みて、光
の強度分布よりも光沢むらの大きさおよび分布を以て光
沢むらの測定結果を定量化して表わすことが可能で測定
精度を改善した光沢むらの高精度測定方法および装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、検査対象を撮像装置によ
り撮像し、画像解析装置により、撮像結果として得られ
る画像の中から明暗境界線により閉区画を形成する明部
または暗部の画像領域を前記検査対象の光沢むら部分と
して検出し、当該検出した閉区画画像領域の各々の面積
を算出し、当該算出した面積の平均面積および標準偏差
を前記閉区画画像領域の分布として算出し、当該算出し
た閉区画画像領域の平均面積と前記閉区画画像領域の面
積の標準偏差との積を、光沢むらの測定結果とすること
を特徴とする。

【００１３】請求項２の発明では、前記閉区画を形成す
る明部または暗部の画像領域の検出に際し、撮像結果の
明暗を強調することを特徴とする。

【００１４】 請求項３の発明は、請求項３の発明は、
検査対象を撮像する撮像手段と、当該撮像の結果として
得られる画像の中から明暗境界線により閉区画を形成す
る明部または暗部の画像領域を、前記検査対象の光沢む
ら部分として検出する検出手段と、当該検出した閉区画
画像領域の各々の面積を算出する第１の算出手段と、当
該算出した面積の平均面積および標準偏差を前記閉区画
画像領域の分布として算出し、当該算出した閉区画画像
領域の平均面積と前記閉区画画像領域の面積の標準偏差
との積を光沢むらの測定結果として出力する第２の算出
手段とを具えたことを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１，請求項３の発明では、製品外観の光
沢むらは明暗の差異が生じるために、撮像画像中では明
部または暗部が閉区画を形成することを、本願発明者が
発見し、この閉区画の画像の面積分布を算出し、閉区画
画像領域の平均面積と前記閉区画画像領域の面積の標準
偏差との積を求めることにより光沢むらの測定結果を精
度良く定量化する。

【００１６】請求項２の発明では、撮像結果の明暗を強
調することにより光沢むら部分を正確に識別することが
できる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１８】図１は、本発明実施例の基本構成を示す。

【００１９】図１において、１０００は検査対象を撮像
する撮像手段である。

【００２０】１１００は当該撮像の結果として得られる
画像の中から、閉区画を形成する画像領域を、前記検査
対象の光沢むら部分として検出する検出手段である。

【００２１】１２００は当該検出した閉区画画像領域の
各々の面積を算出する第１の算出手段である。

【００２２】１３００は当該算出した面積の分布を算出
することにより当該算出した閉区画画像領域の平均面積
と前記閉区画画像領域の面積の標準偏差との積を、その
算出結光沢むらの測定結果として出力する第２の算出手
段である。

【００２３】なお、後述するが検出手段１１００、第
１，第２の算出手段１２００，１３００の機能は画像解
析処理装置の演算機能により実現される。

【００２４】図２は本発明を適用した測定装置の概略構
造を示す。

【００２５】図２において、検査の対象物２３に対して
撮像装置（図１の撮像手段１１００）１０内の光源２１
から光が偏光フィルタ２２を介して投射される。対象物
２３で反射された光は偏光フィルタ２５を介してテレビ
カメラ２４において受光される。テレビカメラ２４は受
光した光を画素毎の画像信号に変換し、画像解析装置２
０に出力する。

【００２６】本実施例に用いる光源２１には可視の単色
光または白色光を用いることが好ましい。また、対象物
２３の表面上への入射光は平行光または平行光に近い状
態の光が好ましい。平行光もしくは平行光に近い光でな
いと光沢むらが画像全体にわたって捕えにくくなること
がある。入射角は１５°〜３５°が好ましいがこれに限
定されない。

【００２７】本実施例において、テレビカメラ２４によ
って受光する反射光は入射角の値に対し−１０°〜＋１
０°の反射角で捕えることが好ましい。その範囲をはず
れると、光沢の主をなす正反射光を捕えることが難しく
なる。

【００２８】入射光および反射光を同位相の偏光フィル
タ２２，２５に通すことにより、拡散反射光を遮断し、
正反射光を透過させる。このため光沢むらがより強調さ
れる。

【００２９】本実施例で用いるテレビカメラ２４は対象
物２３の２次元（平面）画像を得る装置を指し、平面内
の位置に対する明暗の変化を電気信号で捕えるものであ
れば、何を用いてもよい。市販されているものとしてＣ
ＣＤカメラ，ビデオカメラなどがあるが、明暗と電気信
号が直線関係にあるＣＣＤカメラを用いることが好まし
い。テレビカメラのレンズの焦点距離は画像の分解能が
対象物表面の大きさで表わすと０．５ｍｍ以下になり、
かつ画像全体に相当する対象物の測定面積が２×２ｍｍ
以上になるよう選定することが好ましい。

【００３０】本発明は画像信号の解析方法に特徴があ
り、本発明に関する画像解析処理を説明する。

【００３１】テレビカメラ２４により得られた１画面分
の画像信号、すなわち、画素毎の輝度値（階調表現）は
画像解析装置２０内のメモリに記憶された後、中央演算
処理装置により読出され、以下の処理ステップで画像解
析される。

【００３２】（１） ２次元画像に対して次式によりフ
ーリエ変換を施す。

【００３３】

【数１】

【００３４】フーリエ変換の結果は周波帯毎の強度分布
を示し、パワースペクトルと呼ばれる。

【００３５】（２） フーリエ変換結果を逆フーリエ変
換する際に肉眼で認識できる特定波長範囲に該当する部
分に強調係数を乗じることにより、撮像時の２次元画像
の明暗を強調した強調画像を得る。逆フーリエ変換式は
次式で表わされる。

【００３６】

【数２】

【００３７】（３）得られた強調画像の中から明部に対
応する白色部または暗部に対応する黒色部が閉区画を形
成する画像領域部分を光沢むらの部分として検出し、検
出の閉区画領域の各々についての面積，平均面積または
標準偏差または変動係数または単位面積当たりの白色部
または黒色部の個数を目視評価に対応する光沢むらの判
定パラメータとして算出する。また、これらのパラメー
タ値が光沢むらの度合（分布）を定量的に表わすことに
なる。

【００３８】ここで白色部および黒色部とは白色および
黒色のそれぞれに準ずる階調を持つ、独立の閉区画領域
を指す。

【００３９】上記パラメータの算出式を参考のために、
以下の式に示しておく。またこの処理を実行するときの
画像解析装置が図１の検出手段１１００，第２の算出手
段１２００，第２の算出手段１３００として動作するこ
とは言うまでもない。

【００４０】

【数３】

【００４１】

【数４】

【００４２】

【数５】

【００４３】上述の特定の波長範囲としては下限が０．
００４〜２．０ｍｍ、上限が２．０〜２００ｍｍとなる
ように波長範囲を設定することが好ましい。下限を０．
００４〜２．０ｍｍの範囲外にすると人間の視覚の分解
能と相違し、有効な測定値が得られなくなる。また、上
限を２．０〜２００ｍｍの範囲外にすると、人間が差と
して知覚する大きさと相違し、有効な測定値が得られな
くなる。

【００４４】数２式における強調係数は２〜５０倍が好
ましい。２倍未満であると明暗の２極化が得られず、ま
た５０倍を越えるとむらの形状が視覚で認識したものと
一致しなくなり、有効な測定値が得られにくくなる。

【００４５】以上の演算処理はコンピュータで計算する
場合、２次元画像を分画して、画素の集合体とし、各画
素の階調は画像信号をデジタル化して入力する。

【００４６】以上述べた画像解析処理のうち、２次元画
像をフーリエ変換および逆変換し、白色部または黒色部
を得る操作は、従来“しきい値”と言われる恣意的にな
りがちな領域設定と置き替わるもので、すべてのサンプ
ルについて同一の条件で設定できるので、再現性・信頼
性の良い測定値が得られる。

【００４７】検査対象の光沢むらを定量的に測定する方
法および装置は従来の製品表面の光沢むらを視覚判定す
る方法に置き替わる方法として好適であり、恣意的な操
作を必要としないことから測定者の経験・判断に左右さ
れることなく、再現性・信頼性の良い定量的な数値が簡
単に得られる特徴を有している。

【００４８】したがって、本発明は塗工紙の白紙面、お
よび印刷面の微小光沢むらはもちろん、成形プラスチッ
ク表面、各種塗装面およびその他表面の美観・平滑性を
重視する物品の微小光沢むらを定量的に評価するのに有
用な方法および装置を提供するものである。

【００４９】実際に行った光沢むらの測定結果を参考の
ために紹介しておく。塗工紙サンプルは市販のシートオ
フセット用グロス調上質塗工紙（Ａ０〜Ａ３の４種類、
５群、３３サンプル）を用いた。

【００５０】白紙の微小光沢むら測定装置は図２に示す
装置を用いた。白色可視の平行光（光照射装置ＨＴ−
２：Ｎｉｋｏｎ）を偏光して、塗工紙表面上に法線に対
し入射角２５°で紙面上に照射し、同２５°の反射光を
入射光と同位相の偏光フィルタを介してＣＣＤカメラ
（ＳＯＮＹ：ＣＥ−７５）で検出した。

【００５１】１画素当たりの対象物表面の撮影面積は４
０×４０μｍで、測定面積は１０×１０ｍｍであった。
データは１サンプル当たり４ケ所撮影し、その相加平均
をもって値とした。

【００５２】各画素の明度はＡ／Ｄコンバータでデジタ
ル化した階調に変換した。階調は黒から白までを２５６
等分し、黒を０、白を２５５のレベルとした。光量は各
群塗工紙サンプル中最も光沢度の高いサンプルの階調分
布が階調レベル２５５にかからないように設定した。

【００５３】画像解析（画像解析装置ＩＰ−１０００：
Ａｓａｈｉ Ｃｈｅｍ．Ｉｎｄ．）の条件に関しては、
原画像を２次元フーリエ変換してから、さらに逆変換す
る際に肉眼で認識できる特定の波長範囲に強調係数を掛
け、画像の明暗むらを強調した。むらを強調した画像の
階調において、０〜１の範囲を＜黒色部＞、２５４〜２
５５の範囲を＜白色部＞とした。黒色部（原画像では暗
い部分）および白色部（原画像では明るい部分）の１個
毎の面積を求めた後、その標準偏差を計算した。

【００５４】目視準位に関しては７〜１８人の社内外の
紙品質評価にかかわっている専門家が順位をつけて、そ
の順位の相加平均値を目視平均順位とした。順位のつけ
方は各群において面感の良い順に、１，２，３…と整数
でつけた。

【００５５】市販Ａ０〜Ａ３グロス紙の目視評価順位結
果を表１に示す。目視評価の平均順位と塗工紙の光沢む
らに相当する強調された白色部と黒色部の面積標準偏差
および平均面積の関係を表１に示す。この場合のフーリ
エ逆変換時の強調波長範囲は０．４〜８．０ｍｍ、強調
係数は１０倍とした。黒色部の標準偏差の相関係数が
０．９０〜０．９７の値を示し、黒色部平均面積の相関
係数は０．８９〜０．９７となった。それらよりも良好
な相関係数を示したのは黒色部の平均面積と黒色部の面
積標準偏差との積であり、相関係数は０．９４〜０．９
８を示した（表１参照）。

【００５６】

【表１】

【００５７】本実施例に加えて、以下の例を実現でき
る。

【００５８】（１）本実施例では光沢むらの測定を行う
までの処理を説明したが、測定結果を用いて外観検査を
自動的に行うこともできる。この場合、測定結果として
得られるパラメータ値を予め定めたしきい値と比較して
異常の有無判定を行う。このとき、検査結果を表示する
と共に、撮像結果を強調した画像を表示器に表示すると
よい。

【００５９】（２） 光沢むらの測定結果を可視出力す
るには、以下の形態を用いることができる。

【００６０】（ａ）算出したパラメータ値を表示装置や
プリンタにより数値出力する。

【００６１】（ｂ）算出したパラメータ値を表示装置や
プリンタによりグラフ出力する。

【００６２】（ｃ）複数のパラメータ値を用いて数値演
算式により光沢むらの度合を数値に変換し、その数値に
対応させて、光沢むらの程度“大”，“中”，“小”の
ようなメッセージを表示させる。

【００６３】（３） 本実施例では画像の中から閉区画
部分の画像領域を検出するための詳細な処理については
説明なかったが、この処理は輪郭線抽出処理として周知
の各種手法を用いればよい。

【００６４】（４） 光沢むらまたは部分の境界を明確
にしたい場合は閉区画を形成する輪郭線を強調して表示
するとよい。

【００６５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、精度良く光沢むらを定量的に測定できるので、いっ
そう、光沢むらの程度を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の基本構成を示す機能ブロック図
である。

【図２】本発明実施例の構造を示す構造図である。

【符号の説明】

１０ 撮像装置 ２０ 画像解析装置 ２１ 光源 ２２ 偏光フィルタ ２３ 対象物 ２４ テレビカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01N 21/84 - 21/958 ＰＡＴＯＬＩＳ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象を撮像装置により撮像し、 画像解析装置により、撮像結果として得られる画像の中
   から明暗境界線により閉区画を形成する明部または暗部
   の画像領域を前記検査対象の光沢むら部分として検出
   し、 当該検出した閉区画画像領域の各々の面積を算出し、 当該算出した面積の平均面積および標準偏差を前記閉区
   画画像領域の分布として算出し、 当該算出した閉区画画像領域の平均面積と前記閉区画画
   像領域の面積の標準偏差との積を、光沢むらの測定結果
   とすることを特徴とする光沢むらの高精度測定方法。
2. 【請求項２】 前記閉区画を形成する明部または暗部の
   画像領域の検出に際し、撮像結果の明暗を強調すること
   を特徴とする請求項１に記載の光沢むらの高精度測定方
   法。
3. 【請求項３】 検査対象を撮像する撮像手段と、 当該撮像の結果として得られる画像の中から明暗境界線
   により閉区画を形成する明部または暗部の画像領域を、
   前記検査対象の光沢むら部分として検出する検出手段
   と、 当該検出した閉区画画像領域の各々の面積を算出する第
   １の算出手段と、 当該算出した面積の平均面積および標準偏差を前記閉区
   画画像領域の分布として算出し、当該算出した閉区画画
   像領域の平均面積と前記閉区画画像領域の面積の標準偏
   差との積を光沢むらの測定結果として出力する第２の算
   出手段とを具えたことを特徴とする光沢むらの高精度測
   定装置。