JP3779699B2 - Environmental evaluation equipment - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境評価装置にかかり、特に、３次元空間の明るさを評価する環境評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
室内空間などの３次元空間内の環境を評価する上で、その空間内の明るさ環境を把握することは、その空間の居住者やその空間を利用する利用者、またその空間の建造に関係する関係者にとって重要である。
【０００３】
例えば、日常生活をする屋内空間の照明設計を行う場合に考慮される明るさは、作業に必要な光量を確保する観点から、机上や床面などの目的に応じた位置の所要照度（JIS Z9110, 1979）が中心である。オフィスのような均一照明空間の照度計算は、人工照明のみが考慮され、主に光源１灯あたりの光度と灯数、空間の形状（縦横高さ）と光源から照度設定位置までの距離による簡易な照度計算の結果のみが確認されることが多く、内装の色などを考慮して光の見え方が直接検討されることは殆どない。
【０００４】
最近では、省エネルギーの観点から積極的に外光を導入する事例が増加している。また、室内に明るい窓面、ブラインドやライトシェルフといった局所的な反射部分を有する場合や、明るい天井面を有する場合もある。これによって、机上や床面などの位置での照度について明るさ分布が変動する。このように、空間を構成する材料の反射率を考慮したり、空間内の明るさを考慮するには、測光量として照度でなく輝度が必要になる。
【０００５】
この測光量である輝度は、主に照明器具の不快グレア（所謂まぶしさ）評価に用いられてきた。ところが、空間の輝度分布については規格や基準がなく、ＡＮＳＩ（American National Standard Practice for Office Lighting,1982）で指針が示されているのみである。このＡＮＳＩでは、推奨輝度比として「作業面：隣接する領域＝１：１／３」、「作業面：やや離れた暗い面＝１：１／１０」、「作業面：やや離れた明るい面＝１：１０」のみが示されている。この推奨輝度比も、隣接する領域や、やや離れた領域の定義がないため、実用的ではなく、事実上照明設計や評価では輝度や輝度分布は殆ど考慮されなかった。
【０００６】
近年、光環境評価における輝度、輝度分布の重要性の認識が高まり、輝度による空間評価の方法が提案されている。例えば、評価データに基づく視野領域内の明るさ感式（＝基準）を提案して、評価基準等の事前の設定なしに、測定した対象をそのまま評価する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、他の技術として、撮影画像を入力として、画像データから「光源輝度」、「背景輝度」、「観測点と光源の位置関係」を導き出して、各種グレア式にあてはめて評価する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これらの技術では、グレア部と周辺の対比を算出したり、明るさ分布を周波数成分で解析している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−３０１７２９号公報
【特許文献２】
特開２００１−９９７０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、グレア部と周辺の対比を算出したり、明るさ分布の周波数成分解析したりするのみであるため、空間全体の明るさを評価することは困難であった。
【０００９】
本発明は、上記事実を考慮して、構造物内部の３次元空間についてその環境に拘わらず明るさ環境を評価することができる環境評価装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の環境評価装置は、構造物内部の３次元空間を評価対象空間として該評価対象空間の明るさ環境を表す画像情報を入力する入力手段と、前記画像情報に基づいて、前記評価対象空間における位置と明るさの対応関係を表す明るさ分布を求めると共に、前記評価対象空間の明るさ分布の固有値を求める演算手段と、予め定めた異なる明るさ環境の複数の検査空間の各々について観測者によって前記各明るさ環境を観測させかつ観測された各明るさ環境の観測値として予め定めた官能指標に対応させることで明るさ感を計測すると共に、前記複数の検査空間の各明るさ環境の明るさ分布を求めかつ該明るさ分布の固有値を求め、少なくとも前記官能指標が対応された明るさ感及び前記明るさ分布の固有値から、明るさ分布の固有値と前記官能指標との間の特性を明るさ感情報として予め求め、該明るさ感情報を記憶した記憶手段と、前記記憶手段に記憶した明るさ感情報と、前記演算手段で求めた前記評価対象空間の明るさ分布の固有値とに基づいて、前記評価対象空間の官能指標を求めることによって前記対象空間の明るさ感を予測する予測手段と、前記評価対象空間の明るさ感を提示する提示手段と、を備えている。
【００１１】
本発明では、室内などの居住空間や業務を遂行する執務空間である、構造物内部の３次元空間を評価対象空間として、評価対象空間の明るさ環境を表す画像情報を入力手段によって入力する。この入力には、評価対象空間を、撮影などにより得た画像情報がある。
【００１２】
演算手段では、入力された画像情報に基づいて評価対象空間における位置と明るさの対応関係を表す明るさ分布を求めると共に明るさ分布の固有値を求める。評価対象空間は、内装やインテリアなどによって、すなわち、内部に設置されている光源、窓などから採光されるときの外光、内部に設置されている反射部材や吸収部材によって、明るさ分布が変動する。その明るさ分布は、画像情報に含まれており、この画像情報から抽出することができる。この明るさ分布は、その分布に特有の固有値を有している。この固有値には、分布から得られる画像の平均輝度、分布の標準偏差、歪み、とがり、などがある。この歪みは、分布の変動傾向からのずれを採用でき、とがりは分布の変動量についての立ち下がりと立ち上がりが所定範囲内にあるものを採用できる。また、前記固有値には、水平面照度、鉛直面照度、などを別途計測して、その計測値を含むことができる。
【００１３】
また、本発明の環境評価装置は、記憶手段を備えており、記憶手段には、明るさ分布の固有値と官能指標との間の特性である明るさ感情報が記憶されている。この明るさ感情報は、次のようにして予め求めるものである。まず、異なる明るさ環境の複数の検査空間を予め定め、各検査空間について観測者によって明るさ環境を観測させる。この観測時には官能指標を予め定めておき、観測された各明るさ環境の観測値として官能指標に対応させることで明るさ感を計測する。
【００１４】
官能指標は、観測者が観測したときに受ける明るさ感を把握するための指標である。例えば、予め定めた数値範囲を官能指標の範囲として定め、検査空間を観測したときの明るさ感を、数値で対応させたものを観測値とする。この観測値を官能指標の値とする。これと共に、前記演算手段で求める固有値と同様に、複数の検査空間の各明るさ環境の明るさ分布を求め、各明るさ分布の固有値を求める。このようにして求めた、少なくとも官能指標が対応された明るさ感及び明るさ分布の固有値から、明るさ分布の固有値と官能指標との間の特性を明るさ感情報とする。
【００１５】
予測手段は、記憶手段に記憶した明るさ感情報と、演算手段で求めた明るさ分布の固有値とに基づいて、評価対象空間の官能指標を求めることによって対象空間の明るさ感を予測する。すなわち、入力された画像情報は評価対象空間内の明るさ環境を表しており、この画像情報から演算手段により得られる明るさ分布の固有値は、評価対象空間の明るさ分布によるものである。そこで、記憶手段に記憶された明るさ感情報である明るさ分布の固有値と官能指標との間の特性から、画像情報から得られる明るさ分布の固有値に対応する官能指標を得ることで、評価対象空間の官能指標を予測することができる。この評価対象空間の官能指標を評価対象空間の明るさ感として提示手段により提示することで、評価対象空間の明るさ感を容易に参照することができ、評価対象空間の明るさ感を把握したりさらに評価したりすることが容易となる。
【００１６】
前記記憶手段に記憶した明るさ感情報は、基準検査空間の明るさに対して基準値を予め定め、該基準値を基準として前記複数の検査空間の各々を観測者に観測させたときの明るさ環境を表す数値を官能指標に対応させることを特徴とする。
【００１７】
官能指標は、観測者により様々な結果が得られることが予測される。そこで、官能指標を、観測者が観測したときに受ける明るさ感を数値で表現することが望ましい。このため、予め定めた基準の明るさ環境である基準検査空間についてその明るさ環境の明るさを基準とし、また官能指標の基準値として定める。そして、検査空間を観測したときの明るさ感を、基準値に対する数値で対応させた値を観測値とする。これにより、基準の明るさ環境の基準検査空間の明るさに対する相対的な官能指標を得ることができる。
【００１８】
前記環境評価装置は、前記官能指標と予め定めた範囲の明るさ評価指標との対応関係を格納した前記格納手段と、前記予測手段により予測した前記評価対象空間の明るさ感を、予め定めた評価指標の明るさ感に変換する変換手段と、をさらに備え、前記提示手段は、前記変換手段により変換された評価指標を前記評価対象空間の明るさ感として提示することを特徴とする。
【００１９】
上述のように、官能指標は観測者により様々な結果が得られることが予測され、官能指標のみで明るさ感を把握しようとすると、ばらつきが生じる。このため、官能指標に対して、標準的な評価指標で明るさ感を表現することが望ましい。そこで、格納手段に、官能指標と予め定めた範囲の明るさ評価指標との対応関係を格納する。変換手段は、予測手段により予測した評価対象空間の明るさ感を、予め定めた評価指標の明るさ感に変換する。この変換手段により変換された評価指標を、提示手段によって評価対象空間の明るさ感として提示することによって、評価対象空間の明るさ感を標準的な指標で提示することができる。
【００２０】
前記入力手段は、前記評価対象空間を撮影した撮影画像情報を入力することを特徴とする。
【００２１】
入力される画像情報は、評価対象空間を撮影した撮影画像情報を用いることが好ましい。この場合、複数の画像情報例えば異なる明るさの３枚の撮影画像情報を用いることで、同一の評価対象空間について明るさの変動を容易に得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態では、講堂や室内等の空間について、利用したり居住したり執務したり建造したりする者に、その空間内の明るさについての情報を提供する場合に、本発明を適用したものである。
【００２３】
〔構成〕
図１には、本発明が適用可能な空間の明るさ感を評価するための空間評価装置１０の概略構成が示されている。図１に示したように、空間評価装置１０は、ＣＰＵ１２，ＲＯＭ１４，ＲＡＭ１６が入出力ポート（図では、Ｉ／Ｏ）１８に接続され、コマンドやデータが授受可能なコンピュータ構成とされている。この入出力ポート１８には、各種データやプログラムが格納されたメモリ２０が接続されている。
【００２４】
また、入出力ポート１８には、データ入力のためのキーボード２８、コマンドやデータを表示するためのディスプレイ（図では、ＣＲＴ）３０、及びコマンドやデータを印刷するためのプリンタ２６が接続されている。さらに、入出力ポート１８には、室内などの３次元空間を撮影するデジタルカメラで代表される撮影装置２２から出力される画像データを入力するための入力装置２４が接続されている。
【００２５】
なお、本実施の形態では、空間評価装置１０に撮影装置２２からの画像データを入力した場合を説明するが、空間評価装置１０で評価するためのデータとして撮影装置２２による撮影画像の画像データを入力することに限定されない。本実施の形態の空間評価装置１０は、後述するように、３次元空間を撮影したり３次元空間を表現できていたりする画像データを用いる。このため、画像データを入力可能であればよく、撮影装置２２を直接接続したり画像データの入力インタフェースを備えたりすることができる。なお、入力装置２４に代えて、空間評価装置１０と他の装置とを接続する接続インタフェースを備え、ＣＰＵ１２の管理下のもと、他の装置から画像データを読み取って、メモリ２０へ格納するようにしてもよい。
【００２６】
〔機能ブロック〕
本実施の形態では、３次元空間の明るさ感を把握するために、空間評価装置１０は、（撮影装置２２の撮影により得られた）画像データを用いて３次元空間の総合的な明るさ感を推定し、評価する。
【００２７】
図２には、３次元空間の明るさ感を把握するための各種データを得るための空間評価装置１０の各種処理に関する機能的なブロック図を示した。空間評価装置１０は、その主要な演算機能部分として、解析演算部３２と、評価演算部３４と、出力表示部３６とを有している。この空間評価装置１０には、撮影装置２２で生成された撮影画像の画像データ３８が入力される。これらの空間評価装置１０の各機能部は、空間評価装置１０のメモリ２０に格納された各機能部の各処理として機能する処理プログラムが、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１６、Ｉ／Ｏ１８などの各資源を利用して処理することで構成される。また、後述する他の機能部も、空間評価装置１０のハードウェア資源及び処理プログラムによるソフトウェア資源を用いて構成される。
【００２８】
図３には、上記空間評価装置１０の各主要機能部である解析演算部３２と、評価演算部３４と、出力表示部３６とを詳細な機能部に分類した詳細機能ブロック図を示した。図２の解析演算部３２は、その主要な演算機能部分として、図３の明るさ分布演算部４０に対応され、図２の評価演算部３４は、少なくとも明るさ感予測演算部４２に対応され、さらに明るさ評価演算部４４を含むことができる。これら明るさ分布演算部４０、明るさ感予測演算部４２、及び明るさ評価演算部４４の出力側は、データや演算結果を表示するディスプレイ３０を含む表示機能部５０に接続されている。この表示機能部５０は、図２の出力表示部３６に対応する。
【００２９】
明るさ分布演算部４０は、撮影装置２２で撮影された３次元空間の画像データ３０から３次元空間の明るさ分布を求めるものである。また、明るさ感予測演算部４２は、明るさ分布演算部４０で求めた３次元空間の明るさ分布から３次元空間を観測した観測者が受ける明るさ感（官能状態）を予測するものである。さらに、明るさ評価演算部４４は、明るさ感予測演算部４２で予測した明るさ感から標準的な評価指標を求めるものである。
【００３０】
明るさ感予測演算部４２には、明るさ感を予測演算するための予測演算式が格納された演算式格納部４６が接続されている。この演算式格納部４６は、予測演算式に用いられる係数を予め求め、その係数を記憶した記憶部４６Ａを含んでいる。また、明るさ分布演算部４４には、明るさ感を評価するための評価演算式が格納された演算式格納部４８が接続されている。この演算式格納部４８は、評価演算式に用いられる係数を予め求め、その係数を記憶した記憶部４８Ａを含んでいる。
【００３１】
上記各機能部は、空間評価装置１０のハードウェア資源及び処理プログラムによるソフトウェア資源を用いて構成、すなわち、空間評価装置１０のメモリ２０に格納された各機能部の各処理として機能する処理プログラムが、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１６、Ｉ／Ｏ１８などの各資源を利用して処理することで構成される。
【００３２】
明るさ分布演算部４０では、求める明るさ分布として、３次元空間の輝度分布、平均輝度、標準偏差、輝度分布の歪みやとがり等の特性を求める。すなわち３次元空間を撮影した撮影画像の画像データつまり撮影装置２２で撮影された空間の画像データ（撮影画像の画像データ３８）から、その３次元空間の明るさ分布を求め、さらに３次元空間に固有な明るさの固有値を求める。この明るさ分布と固有値は、３次元空間の明るさを予測するために用いるものである。
【００３３】
ここでいう３次元空間の輝度分布とは、撮影画像の画像データ３８について、撮影画像上の位置と輝度とを対応させることに相当する。撮影画像に含まれる全ての位置の輝度を平均することで、平均輝度を求めることができ、その位置及び輝度に関する標準偏差を求めることができる。また、撮影画像内の輝度分布について輝度分布の変動傾向からのずれを歪みとして採用でき、輝度分布の急峻な変動（立ち下がりと立ち上がりが所定範囲内にあるもの）をとがりとして採用できる。なお、固有値には、水平面照度、鉛直面照度、などを別途計測して、その計測値を含むことができる。
【００３４】
なお、明るさ分布演算部４０では、明るさ分布を求める演算が容易なように、同一の３次元空間で異なる明るさ環境の複数の画像データを用いることが好ましい。本実施の形態では、撮影装置２２の露出を複数に設定し各露出の撮影画像の画像データ３８を用いる。
【００３５】
この撮影画像の画像データ３８は、同一の画角で絞り値を固定し、所定数（例えば４段階）のシャッタースピードで撮影して、その画像データを得る。この場合、照度が５０lxを切るような時空間ではさらに細分化（例えば５段階）することが好ましい。これにより、画像データは、同一画角にて徐々に明るくなるまたは徐々に暗くなる撮影画像に対応するものとなる。
【００３６】
また、３次元空間を画像として獲得し、空間形状を人間の視野に近い状態で把握するために、レンズ系は、広角レンズ系が好ましい。本実施の形態では、３次元空間として広範囲の空間を評価可能とするために、魚眼レンズを用いて撮影方向の前方の空間を１画像で入手している。
【００３７】
なお、明るさ分布演算部４０は、画像形式の変換処理を含むことができる。例えば、TIFF形式の画像データからRGB形式の画像データへの変換処理を行うことができる。この変換処理機能を有することで、空間評価装置１０に入力される画像データのフォーマット形式を限定することなく、様々なフォーマット形式の画像データを入力することができる。
【００３８】
図４には、各種照明装置が設置された室内空間を撮影した撮影画像３８Ａを示した。この室内空間には、天井照明装置３５，机上照明装置３７、及び壁面照明装置３９が設けられている。天井照明装置３５及び机上照明装置３７による照明は、所謂直接照明であり、壁面照明装置３９は、所謂間接照明である。
【００３９】
なお、壁面照明装置３９は、窓を模したライトボックスを設置することができる。これにより採光を考慮した室内空間を評価することが可能となる。
【００４０】
図５には、図４の室内空間を絞り値を開放側（露光量が大きくなる方向）にして撮影した撮影画像３８Ｂを示した。撮影画像３８Ｂでは、撮影画像３８Ａに比べて明るくなった部分を斜線で示している。
【００４１】
図６には、撮影画像３８Ａや撮影画像３８Ｂなどの撮影画像の画像データ３８から室内空間の明るさについて輝度分布を画像（輝度分布画像３８Ｃ）として示した。輝度分布画像３８Ｃは、同一または所定範囲の輝度の画素領域を同一の斜線で示している。図６の輝度分布画像３８Ｃでは、輝度領域ＫＡ，ＫＢ，ＫＣ，ＫＤ，ＫＥ，ＫＦ，ＫＧ，ＫＨの８つの輝度領域で分類されている。
【００４２】
これらの撮影画像３８Ａ及び撮影画像３８Ｂは表示機能部５０によりディスプレイ３０へ表示することができる。また、３次元空間の輝度分布、平均輝度、標準偏差、歪み、及びとがりなどの演算結果である固有値を表示することもできる。さらに、別途計測した、水平面照度、鉛直面照度、などの計測値を表示することもできる。
【００４３】
明るさ感予測演算部４２は、撮影画像の画像データ３８による３次元空間の明るさ分布から３次元空間を観測した観測者が受ける明るさ感（官能状態）を予測するものであり、その予測は、演算式格納部４６に予め格納されている予測演算式を用いて実行される。すなわち明るさ感予測演算部４２は、撮影装置２２の撮影方向である前方視野１８０度円内を撮影した画像データ３８から得られる、前方視野１８０度円内の画像について輝度分布および分布状況の統計量（平均輝度、分布の標準偏差、分布のひずみ・とがりなど）が入力され、明るさ感を予測する。
【００４４】
明るさ評価演算部４４は、明るさ感予測演算部４２で予測した明るさ感のデータから標準的な評価指標を求める評価を実行するものであり、その評価は、演算式格納部４８に予め格納されている評価演算式を用いて実行される。すなわち明るさ評価演算部４４は、室内について前方視野１８０度円内の画像データから得られる輝度分布や分布状況の統計量（平均輝度、分布の標準偏差、分布のひずみ・とがりなど）により予測した明るさ感を表すデータから、評価指標を求めることで室内の明るさを評価する。
【００４５】
〔予測・評価の概念〕
ここで、明るさ感予測演算部４２における明るさ感予測及び明るさ評価演算部４４における明るさの評価について説明する。
【００４６】
本実施の形態では、空間の明るさの評価について、複数の観測者によるＭＥ法とＳＤ法によって計測・評価した値を統計処理することを採用する。ＭＥ法は、空間の明るさについて計測結果（評価結果）が相対的な値として得られるものであり、ＳＤ法は空間の明るさについて計測結果（評価結果）が絶対的な値として得られるものである。
【００４７】
本実施の形態では、ＭＥ法は、オフィスの照度基準である机上水平面照度７５０lxで、均一に照明された窓のない空間を「１００」としたときの、相対的な明るさを数値（明るさ感予測値）で表現するものである。従って、明るさ感予測値が「５０」であれば半分くらいの明るさ、「２００」であれば２倍程度の明るさが感じられる空間と評価されることを意味する。従って、明るさ感予測値は、人間の明るさに対する感覚を数値で表現できる。すなわち、明るさ感予測値は、観測者が空間の明るさとして、予め定めた明るさの空間を「１００」である基準の明るさ感予測値としたときに対象の空間の明るさが数値（明るさ感予測値）で表現された値である。
【００４８】
ところが、ＭＥ法は明るさ感の相対的な評価であるため、絶対的な明るさ感として、また感覚的にも理解しやすく表現することが好ましい。そこで、本実施の形態では、汎用的なＰＯＥ（Post Occupancy Evaluation. 居住後評価）に用いられるＳＤ法も採用する。
【００４９】
ＳＤ法は、明るさを所定数の明るさ感評価値に対応させる。本実施の形態では５段階の明るさ感評価を採用しており、明るさについて最も暗い空間から最も明るい空間までを、明るさ感評価値「１」〜「５」を対応させる（図７を参照）。すなわち、明るさ感評価値は、観測者が空間の明るさとして、予め定めた明るさ感評価値の範囲内の数値（明るさ感評価値）で表現された値である。従って、汎用性のある尺度に置き換えることにより、他のＰＯＥによる評価との比較も可能となる。
【００５０】
詳細には、室内空間などの３次元空間内の明るさ感を、標準的に求めるため、次のようにして明るさに関するデータを計測する。
【００５１】
３次元空間としては、図４に示した室内空間、すなわち天井照明装置３５、机上照明装置３７、壁面照明装置３９を設置した３次元空間で様々な光の状態を４８種類作り、その空間に観測者を存在させて明るさ感を評価させると共に、輝度分布の計測（すなわち撮影装置２２による撮影画像の画像データ３８の獲得）を実施する。
【００５２】
明るさ感の計測では、７５０lxで均一に照明された空間を１００としたとき、今いる空間の明るさを数字で回答させ（ＭＥ法）、この数値を明るさ感予測値として得た。これと共に、その空間の絶対的な明るさを数字で回答させ（ＳＤ法）、この数値を明るさ感評価値として得た。なお、観測者には、予め空間の明るさに十分順応された後に評価させた。
【００５３】
なお、上記計測とは別個に、水平面・鉛直面照度を計測した。
【００５４】
次に、撮影画像の画像データ３８について画像解析を実施し、平均輝度、輝度分布の標準偏差、輝度分布のひずみやとがりなどの解析データを求めた。
【００５５】
本発明者は、これらのデータ、すなわち明るさ感予測値、明るさ感評価値、水平面・鉛直面照度、平均輝度、輝度分布の標準偏差、輝度分布のひずみやとがり、のデータを総合的に解析・検討して、室内の明るさ感とデータ間とに相関関係を有するという知見を得た。
【００５６】
具体的な解析としては、明るさ感評価値を目的変数に、解析結果の平均輝度、輝度分布の標準偏差、分布のひずみ・とがり、そして水平面・鉛直面照度を説明変数にして重回帰分析を行った。その結果、平均輝度、及び輝度分布の標準偏差が、最も説明力の高い組合せであるという知見を得た。なお、平均輝度、及び輝度分布の標準偏差以外としては、ひずみが影響力の高いものであるという知見も得た。
【００５７】
そこで、平均輝度及び輝度分布の標準偏差と、明るさ感予測値との間の相関関係を求め、その相関関係を、明るさ感を予測するための特性として、その特性を予測演算式として導出した。この予測演算式は演算式格納部４６に格納するものであり、予測演算式の係数は記憶部４６Ａに格納するものである。
【００５８】
図８は、上記４８種類の光環境による３次元空間（室内空間）について、平均輝度、標準偏差、及び明るさ感予測値の対応関係をプロットしたものである。これらの打点位置について近似計算（最小自乗法など）や回帰計算などによって、予測特性ｔｈ１を求めた。この予測特性ｔｈ１を求めるに当たっては、直線回帰、多項式、対数等の種類を検討し、最も相関が高い演算式を採用した。この結果の予測特性ｔｈ１は、次の（１）式で表すことができる。
【００５９】
ＭＥ＝0.6258079×ＡＶ−0.125799×σ＋32.660023 ・・・（１）
Ｒ＾２＝０．９５６５０５
但し、ＭＥ：明るさ感予測値、ＡＶ：平均輝度(cd/m2)、σ：標準偏差、である。また、Ｒ＾２：Ｒ（重相関係数）の２乗で表される決定係数である。この決定係数は、独立変数の合成変量が従属変数の分散を説明できる比率（％）に相当しており、演算式の説明力を表す。
【００６０】
なお、上記（１）式により予測演算式を表すことができるが、ひずみを考慮した次の（２）式で予測演算式を表すことができる。
【００６１】
ＭＥ＝0.478×ＡＶ＋ＤＳ−21.165×(σ/ＡＶ)＋54.296 ・・・（２）
但し、ＤＳ：ひずみ、である。
【００６２】
次に、明るさ感予測値と、明るさ感評価値との相関関係を求める。その相関関係を、明るさ感を評価するための特性として、その特性を評価演算式として導出した。この評価演算式は演算式格納部４８に格納するものであり、評価演算式の係数は記憶部４８Ａに格納するものである。
【００６３】
図９は、上記４８種類の光環境による３次元空間（室内空間）について、観測者の明るさ感予測値と明るさ感評価値の対応関係をプロットしたものである。これらの打点位置について近似計算（最小自乗法など）や回帰計算などによって、変換特性ｔｈ２を求めた。この変換特性ｔｈ２を求めるに当たっては、直線回帰、多項式、対数等の種類を検討し、最も相関が高い演算式を採用した。この結果の変換特性ｔｈ２は、次の（３）式で表すことができる。
【００６４】
ＳＤ＝1.3302×ＭＥ−2.3877 ・・・（３）
Ｒ＾２＝０．９４３２
但し、ＳＤ：明るさ感評価値、である。
【００６５】
なお、上記（３）式により予測演算式（１）に対応する変換特性ｔｈ２を表すことができるが、ひずみを考慮した次の（４）式で表すことができる。
【００６６】
ＳＤ＝1.5928×Ｌｎ（ＭＥ）−3.3121 ・・・（４）
但し、Ｌｎ（）：自然対数関数、である。
【００６７】
なお、上述の予測演算式による予測、及び評価演算式による評価は、予め計測した明るさ環境を計測する機器に寄与する度合いが大きい。例えば、測定システムは、カメラおよびレンズに依存するものである。光学機器が異なる場合はその機種での測定傾向データをもとに、演算式を書き換える必要がある。従って、上述の式の係数は、上記に限定されるものではなく、用いる機器により適宜変更されることが好ましい。
【００６８】
また、上述の予測演算式や評価演算式の好ましいデータの範囲は、明るさ感予測値（ＭＥ法）の結果で１２．８〜２５９（机上面高さでの水平面照度が５０〜３０００lx、視野内の輝度１〜３８００cd/ｍ2 程度の空間）である。これは直射日光の差し込まない一般的な居住・執務空間を網羅するものである。
【００６９】
また、明るさ分布演算部４０において画像形式の変換処理を実施する場合、色変換も実施される場合がある。この場合、色彩情報はＮＴＳＣ（日本のＴＶ電装方式 輝度信号Ｅｙ＝０．２９９ＥＲ＋０．５８７ＥＧ＋０．１１４ＥＢ）に沿って変換することが好ましい。また、極端な高彩度の空間などは心理的な明るさ感に差が出ることが予想されるが、上述の演算式は一般的なオフィスや居住空間が好ましい対象空間である。
【００７０】
なお、入力装置２４及び明るさ分布演算部４０の入力側は、本発明の入力手段に相当する。また、明るさ分布演算部４０は、本発明の演算手段の機能部分に相当する。また、メモリ２０、演算式格納部４６、または演算式格納部４６と演算式格納部４８は、本発明の記憶手段に相当し、特に演算式格納部４８は本発明の格納手段に相当する。また、解析演算部３２及び明るさ感予測演算部４２は、本発明の予測手段に相当し、ディスプレイ３０、出力表示部３６及び表示機能部５０は、本発明の提示手段に相当する。また、評価演算部３４及び明るさ評価演算部４４は、本発明の変換手段に相当する。
【００７１】
また、撮影画像の画像データに関連するデータとして、輝度分布や輝度分布状況の統計量（平均輝度、分布の標準偏差、分布のひずみ・とがりなど）、そして水平面照度、鉛直面照度、などの計測値は、本発明の明るさ分布の固有値に対応する。また、明るさ感予測値ＭＥは、本発明の官能指標の値に相当し、明るさ感評価値ＳＤは、本発明の評価指標の値に相当する。
【００７２】
〔明るさ感評価の作動〕
次に、本実施の形態の空間評価装置１０の作動を説明する。空間評価装置１０は、上述の予測演算式、及び評価演算式が予め求められており、メモリ２０に格納されている。空間評価装置１０のキーボード２８による実行指示によって、図１０に示す処理ルーチンが実行される。
【００７３】
まず、ステップ１００では、撮影装置２２から入力される撮影画像の画像データ３８を取得する。この撮影画像の画像データ３８は、１画像データでもよいが、同一視点で撮影時の露出設定が異なる複数の画像データであることが好ましい。なお、このステップ１００では、図示を省略した計測機器を用いて水平面照度、鉛直面照度、などを計測し、その計測値を読取ることができる。
【００７４】
次のステップ１０２では、明るさ分布の演算が実行される。この明るさ分布としては、撮影画像についての平均輝度、標準偏差、輝度分布の歪みやとがり等がある。このステップ１０２では、撮影画像の画像データ３８により撮影画像の輝度分布自体も画像として生成する。この生成された輝度分布画像の画像データは、次のステップ１０４においてディスプレイ３０へ出力し、ディスプレイ３０に輝度分布画像を表示する（図６を参照）。
【００７５】
次のステップ１０６では、メモリ２０（演算式格納部４６）に格納された予測演算式（上記（１）式）を読取る。この読取り時には、演算式の係数も（記憶部４６Ａから）読み取られる。次のステップ１０８では、ステップ１０２で求めた室内空間（すなわち撮影画像）についての平均輝度及び標準偏差を用いて、ステップ１０６で読み取った予測演算式により明るさ感予測値ＭＥを求めることで、室内空間の明るさ感を予測する。
【００７６】
次のステップ１１０では、メモリ２０（演算式格納部４８）に格納された評価演算式（上記（３）式）を読取る。この読取り時には、演算式の係数も（記憶部４８Ａから）読み取られる。次のステップ１１２では、ステップ１０８で求めた室内空間（すなわち撮影画像）についての明るさ感予測値ＭＥを用いて、ステップ１１０で読み取った評価演算式により明るさ感評価値ＳＤを求めることで、室内空間の明るさ感を評価する。
【００７７】
次のステップ１１４では、少なくとも上記ステップ１１２で求めた明るさ感評価値ＳＤをディスプレイ３０へ出力することによって、室内空間の明るさ評価結果をディスプレイ３０に表示する。このステップ１１４では、上記ステップ１０８で求めた明るさ感予測値ＭＥを出力するようにしてもよい。また、上記ステップ１０２で求めた明るさ分布の各種データを出力するようにしてもよい。
【００７８】
次のステップ１１６では、キーボード２８による入力値で室内空間の明るさ評価を終了するか否かを判断し、肯定入力がなされたときは、本ルーチンを終了し、否定入力がなされたときは、ステップ１００へ戻り上記処理を繰り返し実行する。
【００７９】
このように、本実施の形態では、デジタルカメラによる簡易な撮影で得られた画像を基に、居住者や利用者が感じる空間の明るさ感を容易に予測することができる。
【００８０】
すなわち、デジタルカメラを用いた簡易な撮影により、画像データを入力すると、前方視野１８０度円内の輝度分布および分布状況の統計量（平均輝度、輝度分布の標準偏差、輝度分布のひずみ・とがり）を算出し、予め計測した多数の観測者による計測値から導いた明るさ感予測式により明るさ感を予測することができる。
【００８１】
また、明るさ感覚を相対的な数値で表すＭＥ法による明るさ感予測値と、ＰＯＥ評価などに用いる絶対的な数値で表すＳＤ法による明るさ感評価値との双方で表現できることにより、明るさ感評価の目的に合わせて結果を有効に活用することができる。
【００８２】
また、照明器具だけでなく、窓からの採光やブラインドやライトシェルフ等の発光体以外の部分を含めた、空間全体の視環境を評価できる。すなわち、撮影画像の画像データ３８として採光時間に撮影することで、その時刻の光環境による撮影画像を得ることができ、実際の環境に則した明るさ感の評価を実現できる。
【００８３】
この場合、画像データとしてシミュレーション画像を用いることで、実際の撮影環境に限定されず、仮想室内空間の評価を実施することもできる。
【００８４】
これによって、リニューアル前の空間の視環境評価による改善事項の抽出、竣工時の人工照明・ブラインド等調光システムの調整、設計段階での模型による事前評価等に適用することで、視環境性能と快適性の確保により、質の高い光環境の実現に寄与することができる。
【００８５】
すなわち、リニューアル前の空聞を評価することにより、改善すべき事項があきらかになり、効率的で効果的なリニューアル提案が可能になる。
【００８６】
また、竣工時の人工照明・ブラインド等調光システムの調整に活用することで、利用者入居前に精度よく照明制御システムを設定することができる。
【００８７】
また、設計段階での模型による事前評価や、照明シミュレーションシステムの結果に適用することで、設計段階で視環境の質的評価が可能になり、性能と快適性を確保した、より質の高い光環境の実現に寄与することができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態では、事前に計測した評価データ（明るさ感予測値ＭＥや明るさ感評価値ＳＤ）に基づく視野領域内の明るさ感予測式及び明るさ感評価式を基準としており、評価基準等の事前の設定なしに、測定した対象をそのまま評価することができる。このため、評価基準の条件の入力を前提とした従来の評価に比べて汎用性が増加すると共に、評価自体が簡便なものとなる。
【００８９】
さらにまた、本実施の形態では、観測者による明るさ感を統計的な手法で数値に当てはめて定量化している。これにより、室内空間の明るさを直接的に求めることができる。このため、照明空間の不快グレア(まぶしさ)の程度や分布、発生する方向を求める従来の評価に比べて、本実施の形態の空間評価装置１０は室内空間の明るさ（または暗さ）の主観的な程度を求めることができ、明るさに関する直接的な評価が可能である。
【００９０】
なお、上記実施の形態では、３次元空間として広範囲の空間を評価可能とするために、魚眼レンズを用いて撮影方向の前方の空間を１画像で入手した場合を説明したが、魚眼レンズを用いた撮影に限定されるものではない。通常画角の標準レンズや広角レンズを用いた撮影画像であってもよい。図１１には、各種照明装置が設置された講義室を３次元空間として撮影した撮影画像３８Ｄを示した。図１２には、撮影画像３８Ｃの撮影画像の画像データ３８から講義室内空間の明るさについて輝度分布を画像（輝度分布画像３８Ｅ）として示した。
【００９１】
また、上記では予め観測者により計測した明るさ感のデータ（明るさ感評価値ＳＤや明るさ感予測値ＭＥ）を用いて予測式や評価式を求めて格納した場合を説明したが、撮影装置２２で撮影した画像データによるを撮影画像について、観測者が評価したデータを用いて予測式や評価式を求めてもよい。また、格納された式及び係数は、評価対象の空間に応じて選択指示されることが好ましい。
【００９２】
本実施の形態の処理ルーチン及び各機能部の処理は、記録媒体としての磁気ディスクメディアに格納して流通させることが可能である。この場合、図示しない磁気ディスクメディアリードライト装置を備えることによって、処理ルーチン等は、図示しない磁気ディスクメディアリードライト装置を用いて磁気ディスクメディアに対して読み書き可能である。従って、予め磁気ディスクメディアに処理ルーチン等を記録しておき、図示しない磁気ディスクメディアリードライト装置を介して磁気ディスクメディアに記録された処理プログラムを実行してもよい。また、コンピュータにハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、磁気ディスクメディアに記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省略）へ格納（インストール）して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＤ，ＭＯ，ＤＶＤ等のディスクやＤＡＴ等の磁気テープがあり、これらを用いるときには、上記図示しない磁気ディスクメディアリードライト装置に代えてまたはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置、ＤＶＤ装置、ＤＡＴ装置等を用いればよい。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、室内などの居住空間や業務を遂行する執務空間等のように、構造物内部の３次元空間である評価対象空間の画像情報から、評価対象空間の明るさ分布と固有値を求めて、明るさ分布の固有値と官能指標との間の特性である明るさ感情報により、予測手段で評価対象空間の明るさ感を予測するので、評価対象空間の明るさ感を容易に得ることができ、評価対象空間の明るさ感を把握したりさらなる評価をしたりすることが容易となる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかる空間評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態にかかる空間評価装置を機能的に説明するための機能別概念構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態にかかる空間評価装置を機能的に詳細説明するための機能別詳細構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態にかかる空間評価装置に利用できる撮影画像を示すイメージ図である。
【図５】 本発明の実施の形態にかかる空間評価装置に利用できる撮影画像を示すイメージ図である。
【図６】 撮影画像の輝度分布を示すイメージ図である。
【図７】 ＳＤ法の評価指標の一例を示すイメージ図である。
【図８】 撮影画像の平均輝度、標準偏差及び明るさ感予測値の相関関係を示す相関図である。
【図９】 明るさ感予測値と明るさ感評価値の相関関係を示す相関図である。
【図１０】 本発明の実施の形態にかかる空間評価装置において実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】 本発明の実施の形態にかかる空間評価装置に利用できる標準レンズや広角レンズなどによる撮影画像を示すイメージ図である。
【図１２】 図１１の撮影画像の輝度分布を示すイメージ図である。
【符号の説明】
ＭＥ…明るさ感予測値
ＳＤ…明るさ感評価値
ｔｈ１…予測特性
ｔｈ２…変換特性
１０…空間評価装置
２０…メモリ
２２…撮影装置
３０…ディスプレイ
３２…解析演算部
３４…評価演算部
３６…出力表示部
３８…撮影画像の画像データ
４０…明るさ分布演算部
４２…明るさ感予測演算部
４４…明るさ評価演算部
４６…演算式格納部
４８…演算式格納部
５０…表示機能部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an environment evaluation apparatus, and more particularly to an environment evaluation apparatus that evaluates the brightness of a three-dimensional space.
[0002]
[Prior art]
In evaluating the environment in a three-dimensional space such as an indoor space, grasping the brightness environment in the space is related to the residents of the space, the users who use the space, and the construction of the space. It is important for those involved.
[0003]
For example, the brightness considered when designing the lighting of indoor spaces used in daily life is based on the required illuminance (JIS Z9110) at a position according to the purpose of the desk, floor, etc., from the viewpoint of securing the light intensity required for work. , 1979). Illuminance calculation in a uniform lighting space such as an office takes into account only artificial lighting, and is mainly based on the light intensity and number of lights per light source, the shape of the space (vertical and horizontal height) and the distance from the light source to the illuminance setting position. In many cases, only the result of illuminance calculation is confirmed, and the appearance of light is hardly directly examined in consideration of the color of the interior.
[0004]
Recently, there are an increasing number of cases where outside light is actively introduced from the viewpoint of energy saving. Further, there are cases where the room has a bright reflection surface such as a bright window surface, a blind or a light shelf, or a bright ceiling surface. As a result, the brightness distribution fluctuates with respect to the illuminance at a position such as a desk or a floor surface. As described above, in order to consider the reflectance of the material constituting the space or to consider the brightness in the space, luminance is required as the photometric quantity, not illuminance.
[0005]
The luminance, which is the photometric quantity, has been mainly used for evaluating unpleasant glare (so-called glare) of a lighting fixture. However, there are no standards or standards for the luminance distribution in space, and only guidelines are shown in ANSI (American National Standard Practice for Office Lighting, 1982). In this ANSI, the recommended luminance ratio is “work plane: adjacent area = 1/1/3”, “work plane: slightly separated dark plane = 1: 1/10”, “work plane: slightly separated bright plane = Only 1:10 "is shown. This recommended luminance ratio is not practical because there is no definition of an adjacent region or a slightly separated region, and the luminance and luminance distribution are virtually not considered in the lighting design and evaluation.
[0006]
In recent years, recognition of the importance of luminance and luminance distribution in light environment evaluation has increased, and a method of spatial evaluation based on luminance has been proposed. For example, a technique for proposing a brightness sensation formula (= reference) in a visual field area based on evaluation data and evaluating a measured object as it is without setting an evaluation standard or the like in advance (for example, a patent) Reference 1). As another technique, a technique is proposed in which a photographed image is input and “light source luminance”, “background luminance”, and “positional relationship between observation point and light source” are derived from the image data and applied to various glare expressions for evaluation. (For example, refer to Patent Document 2). In these techniques, the comparison between the glare part and the surroundings is calculated, and the brightness distribution is analyzed using frequency components.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-4-301729
[Patent Document 2]
JP 2001-99704 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technique, it is difficult to evaluate the brightness of the entire space because only the comparison between the glare part and the surrounding area is calculated or the frequency component of the brightness distribution is analyzed.
[0009]
In consideration of the above facts, an object of the present invention is to provide an environment evaluation apparatus that can evaluate the brightness environment of a three-dimensional space inside a structure regardless of the environment.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an environment evaluation apparatus according to the present invention includes an input means for inputting image information representing a brightness environment of an evaluation target space using a three-dimensional space inside the structure as an evaluation target space, and the image information. And calculating a brightness distribution representing the correspondence between the position and the brightness in the evaluation target space based on , Of the evaluation target space An arithmetic means for obtaining an eigenvalue of the brightness distribution, and an observer observes each of the brightness environments for each of a plurality of examination spaces of different brightness environments set in advance as observation values of each brightness environment that are observed in advance. Measures a sense of brightness by making it correspond to a defined sensory index, obtains a brightness distribution of each brightness environment in the plurality of examination spaces, and obtains an eigenvalue of the brightness distribution, and at least the sensory index is supported A characteristic between the eigenvalue of the brightness distribution and the sensory index is obtained in advance as brightness sensation information from the sense of brightness and the eigenvalue of the brightness distribution, and storage means for storing the brightness sensation information; Brightness sense information stored in the means and the calculation means Of the evaluation target space Prediction means for predicting a feeling of brightness of the target space by obtaining a sensory index of the evaluation target space based on an eigenvalue of the brightness distribution, and a presentation means for presenting a feeling of brightness of the evaluation target space; It has.
[0011]
In the present invention, image information representing the brightness environment of the evaluation target space is input by the input means using a three-dimensional space inside the structure, which is a living space such as a room or a work space for performing business, as an evaluation target space. This input includes image information obtained by photographing the evaluation target space.
[0012]
The computing means obtains a brightness distribution representing the correspondence between the position and the brightness in the evaluation target space based on the input image information and obtains an eigenvalue of the brightness distribution. The brightness distribution of the evaluation target space varies depending on the interior and interior, that is, the light source installed in the interior, the external light when the light is collected from a window, etc., and the reflection member and absorption member installed in the interior. To do. The brightness distribution is included in the image information, and can be extracted from this image information. This brightness distribution has an eigenvalue peculiar to the distribution. This eigenvalue includes the average brightness of the image obtained from the distribution, the standard deviation of the distribution, distortion, and sharpness. As this distortion, a deviation from the distribution variation tendency can be adopted, and as the distortion, the fall and rise of the distribution variation amount can be adopted within a predetermined range. Further, the eigenvalue may include a measurement value obtained by separately measuring a horizontal plane illuminance, a vertical plane illuminance, and the like.
[0013]
In addition, the environment evaluation apparatus of the present invention includes a storage unit, and the storage unit stores brightness feeling information that is a characteristic between the eigenvalue of the brightness distribution and the sensory index. This brightness feeling information is obtained in advance as follows. First, a plurality of inspection spaces having different brightness environments are determined in advance, and the brightness environment is observed by the observer for each inspection space. At the time of observation, a sensory index is determined in advance, and the sense of brightness is measured by making the sensory index correspond to the observed value of each observed brightness environment.
[0014]
The sensory index is an index for grasping the feeling of brightness received by the observer. For example, a predetermined numerical range is defined as the range of the sensory index, and an observation value is obtained by numerically corresponding to a feeling of brightness when the examination space is observed. This observation value is used as a sensory index value. At the same time, the brightness distribution of each brightness environment in the plurality of examination spaces is obtained in the same manner as the eigenvalue obtained by the calculation means, and the eigenvalue of each brightness distribution is obtained. A characteristic between the eigenvalue of the brightness distribution and the sensory index is determined as brightness sensation information from at least the brightness feeling and the eigenvalue of the brightness distribution to which the sensory index corresponds.
[0015]
The prediction means predicts the brightness feeling of the target space by obtaining a sensory index of the evaluation target space based on the brightness feeling information stored in the storage means and the eigenvalue of the brightness distribution obtained by the calculation means. That is, the input image information represents the brightness environment in the evaluation target space, and the eigenvalue of the brightness distribution obtained from the image information by the calculation means is based on the brightness distribution of the evaluation target space. Therefore, by obtaining the sensory index corresponding to the eigenvalue of the brightness distribution obtained from the image information from the characteristic between the eigenvalue of the brightness distribution and the sensory index, which is the brightness sensation information stored in the storage means, the evaluation is performed. The sensory index of the target space can be predicted. By presenting the sensory index of the evaluation target space as a feeling of brightness of the evaluation target space by the presentation means, it is possible to easily refer to the feeling of brightness of the evaluation target space and grasp the feeling of brightness of the evaluation target space. Or further evaluation.
[0016]
The brightness sensation information stored in the storage means is a brightness obtained when a reference value is determined in advance for the brightness of a reference examination space, and an observer observes each of the plurality of examination spaces using the reference value as a reference. It is characterized in that a numerical value representing the environment is associated with a sensory index.
[0017]
The sensory index is expected to give various results by the observer. Therefore, it is desirable to express the sensory index as a numerical value of the feeling of brightness received by the observer. For this reason, the reference inspection space, which is a predetermined reference brightness environment, is set based on the brightness of the brightness environment and as a reference value of the sensory index. Then, a value obtained by associating the feeling of brightness when the inspection space is observed with a numerical value with respect to the reference value is set as an observation value. Thereby, a relative sensory index with respect to the brightness of the reference inspection space in the reference brightness environment can be obtained.
[0018]
The environment evaluation apparatus has predetermined a feeling of brightness of the evaluation target space predicted by the storage means storing the correspondence relationship between the sensory index and a brightness evaluation index within a predetermined range, and the prediction means. Conversion means for converting the evaluation index into a feeling of brightness, wherein the presenting means presents the evaluation index converted by the conversion means as a feeling of brightness of the evaluation target space.
[0019]
As described above, it is predicted that various results can be obtained from the sensory index by the observer, and variation is caused when it is attempted to grasp the feeling of brightness using only the sensory index. For this reason, it is desirable to express a feeling of brightness with a standard evaluation index with respect to the sensory index. Therefore, the correspondence relationship between the sensory index and the brightness evaluation index within a predetermined range is stored in the storage means. The conversion means converts the brightness feeling of the evaluation target space predicted by the prediction means to a brightness feeling of a predetermined evaluation index. By presenting the evaluation index converted by the conversion means as a feeling of brightness of the evaluation target space by the presenting means, the brightness feeling of the evaluation target space can be presented as a standard index.
[0020]
The input means inputs photographed image information obtained by photographing the evaluation target space.
[0021]
The input image information preferably uses photographed image information obtained by photographing the evaluation target space. In this case, by using a plurality of pieces of image information, for example, three pieces of photographed image information having different brightnesses, it is possible to easily obtain brightness fluctuations for the same evaluation target space.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a person who uses, lives, works, or constructs a space such as an auditorium or a room in order to provide information about the brightness in the space. Is.
[0023]
〔Constitution〕
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
[0024]
The input /
[0025]
In the present embodiment, the case where image data from the
[0026]
[Function block]
In the present embodiment, in order to grasp the feeling of brightness in the three-dimensional space, the
[0027]
FIG. 2 shows a functional block diagram regarding various processes of the
[0028]
FIG. 3 shows a detailed functional block diagram in which the
[0029]
The brightness
[0030]
The brightness feeling
[0031]
Each functional unit is configured by using hardware resources of the
[0032]
The brightness
[0033]
The luminance distribution in the three-dimensional space here corresponds to associating the position on the captured image with the luminance for the
[0034]
The brightness
[0035]
The
[0036]
In order to acquire a three-dimensional space as an image and grasp the space shape in a state close to a human visual field, the lens system is preferably a wide-angle lens system. In the present embodiment, in order to make it possible to evaluate a wide space as a three-dimensional space, a space in front of the photographing direction is obtained as a single image using a fisheye lens.
[0037]
The brightness
[0038]
FIG. 4 shows a photographed
[0039]
The
[0040]
FIG. 5 shows a photographed image 38B obtained by photographing the indoor space of FIG. 4 with the aperture value set to the open side (the direction in which the exposure amount increases). In the photographed image 38B, a portion that is brighter than the photographed
[0041]
In FIG. 6, the luminance distribution of the brightness of the indoor space is shown as an image (
[0042]
The captured
[0043]
The brightness feeling
[0044]
The brightness
[0045]
[Concept of prediction / evaluation]
Here, the brightness feeling prediction in the brightness feeling
[0046]
In the present embodiment, for the evaluation of the brightness of the space, it is adopted that statistical processing is performed on values measured and evaluated by the ME method and the SD method by a plurality of observers. In the ME method, the measurement result (evaluation result) is obtained as a relative value for the brightness of the space, and in the SD method, the measurement result (evaluation result) is obtained as an absolute value for the brightness of the space. It is.
[0047]
In the present embodiment, the ME method uses a numerical value (brightness) when the desk-level illuminance is 750 lx, which is the illuminance standard of the office, and the space without a window that is uniformly illuminated is “100”. (Predicted feeling value). Therefore, if the brightness feeling prediction value is “50”, it means that the space is evaluated as being about half as bright, and if it is “200”, it is evaluated as a space where twice the brightness is felt. Therefore, the brightness feeling prediction value can express a human sense of brightness with a numerical value. That is, the brightness feeling predicted value is a numerical value of the brightness of the target space when the observer uses the predetermined brightness space as a reference brightness feeling predicted value of “100” as the brightness of the space. This is a value expressed by (brightness sense predicted value).
[0048]
However, since the ME method is a relative evaluation of a sense of brightness, it is preferable to express it as an absolute sense of brightness and in terms of sensibility. Therefore, in the present embodiment, the SD method used for general-purpose POE (Post Occupancy Evaluation) is also adopted.
[0049]
In the SD method, the brightness is made to correspond to a predetermined number of brightness feeling evaluation values. In the present embodiment, five levels of brightness feeling evaluation are adopted, and brightness feeling evaluation values “1” to “5” are associated with the brightness from the darkest space to the brightest space (see FIG. 7). reference). That is, the brightness feeling evaluation value is a value expressed by a numerical value (brightness feeling evaluation value) within the range of the brightness feeling evaluation value that is determined in advance by the observer as the brightness of the space. Therefore, by replacing with a versatile scale, comparison with evaluation by other POE is also possible.
[0050]
Specifically, in order to obtain a standard feeling of brightness in a three-dimensional space such as an indoor space, data relating to brightness is measured as follows.
[0051]
As the three-dimensional space, in the indoor space shown in FIG. 4, that is, the three-dimensional space in which the
[0052]
In the measurement of the feeling of brightness, assuming that the space uniformly illuminated at 750 lx is 100, the brightness of the current space is answered numerically (ME method), and this value is obtained as a predicted brightness feeling value. At the same time, the absolute brightness of the space was answered numerically (SD method), and this numerical value was obtained as a brightness feeling evaluation value. In addition, the observer was allowed to evaluate after having sufficiently adapted to the brightness of the space in advance.
[0053]
Separately from the above measurement, the illuminance on the horizontal and vertical surfaces was measured.
[0054]
Next, image analysis was performed on the
[0055]
The present inventor comprehensively analyzes these data, that is, brightness feeling prediction value, brightness feeling evaluation value, horizontal / vertical surface illuminance, average luminance, luminance distribution standard deviation, luminance distribution distortion and sharpness. Through analysis and examination, we obtained the knowledge that there is a correlation between the sense of brightness in the room and the data.
[0056]
Specifically, multiple regression analysis was performed using the brightness evaluation value as the objective variable, the average brightness of the analysis results, the standard deviation of the brightness distribution, the distortion and sharpness of the distribution, and the horizontal and vertical illuminances as explanatory variables. went. As a result, it was found that the average luminance and the standard deviation of the luminance distribution are the most explanatory combination. In addition, other than the average luminance and the standard deviation of the luminance distribution, it was also found that the strain is highly influential.
[0057]
Therefore, the correlation between the average deviation and the standard deviation of the luminance distribution and the brightness feeling prediction value is obtained, and the correlation is derived as a characteristic for predicting the feeling of brightness, and the characteristic is derived as a prediction calculation formula. did. The prediction calculation formula is stored in the calculation
[0058]
FIG. 8 is a plot of the correspondence between average luminance, standard deviation, and brightness feeling prediction values for a three-dimensional space (indoor space) with the above-described 48 types of light environments. Prediction characteristics th1 were obtained by approximate calculation (such as least squares method) or regression calculation for these hit point positions. In obtaining this prediction characteristic th1, the types such as linear regression, polynomial, logarithm, etc. were examined, and the arithmetic expression having the highest correlation was adopted. The resulting prediction characteristic th1 can be expressed by the following equation (1).
[0059]
ME = 0.62558079 × AV−0.125799 × σ + 32.660023 (1)
R ^ 2 = 0.956505
However, ME: brightness feeling prediction value, AV: average luminance (cd / m 2 ), Σ: standard deviation. R ^ 2: a determination coefficient represented by the square of R (multiple correlation coefficient). This coefficient of determination corresponds to the ratio (%) at which the composite variable of the independent variable can explain the variance of the dependent variable, and represents the explanatory power of the arithmetic expression.
[0060]
In addition, although a prediction arithmetic expression can be represented by the said (1) Formula, a prediction arithmetic expression can be represented by the following (2) formula which considered distortion.
[0061]
ME = 0.478 × AV + DS−21.165 × (σ / AV) +54.296 (2)
Where DS: strain.
[0062]
Next, a correlation between the brightness feeling prediction value and the brightness feeling evaluation value is obtained. The correlation is derived as a characteristic for evaluating the feeling of brightness, and the characteristic is derived as an evaluation arithmetic expression. The evaluation calculation formula is stored in the calculation
[0063]
FIG. 9 is a plot of the correspondence relationship between the observer's brightness feeling prediction value and the brightness feeling evaluation value for the three-dimensional space (indoor space) based on the 48 types of light environments. The conversion characteristic th2 was obtained by approximate calculation (such as the method of least squares) or regression calculation for these dot positions. In obtaining this conversion characteristic th2, the types such as linear regression, polynomial, logarithm, etc. were examined, and the arithmetic expression having the highest correlation was adopted. The resulting conversion characteristic th2 can be expressed by the following equation (3).
[0064]
SD = 1.3302 × ME−2.3877 (3)
R ^ 2 = 0.9432
However, SD is a brightness feeling evaluation value.
[0065]
In addition, although the conversion characteristic th2 corresponding to the prediction calculation formula (1) can be expressed by the above formula (3), it can be expressed by the following formula (4) in consideration of distortion.
[0066]
SD = 1.5928 × Ln (ME) −3.3121 (4)
However, Ln (): natural logarithmic function.
[0067]
Note that the prediction based on the above-described prediction calculation formula and the evaluation based on the evaluation calculation formula have a large degree of contribution to a device that measures the brightness environment measured in advance. For example, the measurement system relies on a camera and a lens. When the optical equipment is different, it is necessary to rewrite the arithmetic expression based on the measurement tendency data of the model. Therefore, the coefficient of the above formula is not limited to the above, and is preferably changed as appropriate depending on the device to be used.
[0068]
In addition, the preferable data range of the above-described prediction calculation formula and evaluation calculation formula is 12.8 to 259 as a result of the brightness feeling prediction value (ME method) (horizontal illuminance at the desk surface height is 50 to 3000 lx, field of view)
[0069]
Further, when the image format conversion process is performed in the brightness
[0070]
The input side of the
[0071]
In addition, as data related to the image data of captured images, measurements of luminance distribution and statistic of luminance distribution status (average luminance, standard deviation of distribution, distortion and sharpness of distribution, etc.), horizontal plane illuminance, vertical plane illuminance, etc. The value corresponds to the eigenvalue of the brightness distribution of the present invention. The brightness feeling predicted value ME corresponds to the value of the sensory index of the present invention, and the brightness feeling evaluation value SD corresponds to the value of the evaluation index of the present invention.
[0072]
[Operation of brightness evaluation]
Next, the operation of the
[0073]
First, in
[0074]
In the
[0075]
In the
[0076]
In the
[0077]
In the
[0078]
In the
[0079]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to easily predict the sense of brightness of the space felt by a resident or user based on an image obtained by simple photographing with a digital camera.
[0080]
That is, when image data is input by simple photographing using a digital camera, the luminance distribution and distribution statistics within the circle with a forward visual field of 180 degrees (average luminance, standard deviation of luminance distribution, distortion / toggling of luminance distribution) The brightness feeling can be predicted by the brightness feeling prediction formula derived from the measurement values obtained by many observers measured in advance.
[0081]
In addition, the brightness feeling prediction value by the ME method that expresses the brightness sensation by a relative numerical value and the brightness feeling evaluation value by the SD method that is expressed by an absolute numerical value used for POE evaluation and the like can be expressed. The results can be used effectively according to the purpose of feeling evaluation.
[0082]
Moreover, it is possible to evaluate the visual environment of the entire space including not only the lighting fixtures but also the portions other than the light sources such as the lighting from the windows and the blinds and the light shelves. That is, by taking a photographed image as
[0083]
In this case, by using the simulation image as the image data, the virtual indoor space can be evaluated without being limited to the actual shooting environment.
[0084]
As a result, it can be applied to the extraction of improvement items by evaluating the visual environment of the space before renewal, adjustment of the dimming system such as artificial lighting and blinds at the time of completion, and preliminary evaluation with models at the design stage, etc. Ensuring comfort can contribute to the realization of a high-quality lighting environment.
[0085]
In other words, by evaluating the airlines before renewal, the matters to be improved become clear and efficient and effective renewal proposals become possible.
[0086]
In addition, the lighting control system can be set with high accuracy before entering the user by using it for adjusting the dimming system such as artificial lighting and blinds at the time of completion.
[0087]
In addition, the quality of the visual environment can be evaluated at the design stage by applying a pre-evaluation with a model at the design stage and the results of the lighting simulation system, ensuring higher performance and comfort. It can contribute to the realization of the environment.
[0088]
Furthermore, in this embodiment, the brightness feeling prediction formula and the brightness feeling evaluation formula in the visual field region based on the evaluation data (brightness feeling prediction value ME and brightness feeling evaluation value SD) measured in advance are used as a reference. The measured object can be evaluated as it is without prior setting of evaluation criteria and the like. For this reason, versatility increases as compared with the conventional evaluation based on the input of the conditions of the evaluation criteria, and the evaluation itself is simple.
[0089]
Furthermore, in this embodiment, the feeling of brightness by the observer is quantified by applying it to a numerical value by a statistical method. Thereby, the brightness of indoor space can be calculated | required directly. For this reason, compared with the conventional evaluation which calculates | requires the extent and distribution of the discomfort glare (glare) of an illumination space, and the direction which generate | occur | produces, the
[0090]
In the above embodiment, a case has been described in which a space in front of the photographing direction is obtained as a single image using a fisheye lens in order to make it possible to evaluate a wide space as a three-dimensional space. It is not limited to. A captured image using a standard lens or a wide-angle lens having a normal angle of view may be used. FIG. 11 shows a photographed
[0091]
Moreover, although the above demonstrated the case where the prediction type | formula and evaluation type | formula were calculated | required and stored using the data (brightness feeling evaluation value SD and brightness feeling prediction value ME) of the feeling of brightness previously measured by the observer, A prediction formula or an evaluation formula may be obtained using the data evaluated by the observer for the shot image based on the image data shot by the
[0092]
The processing routine and the processing of each functional unit of the present embodiment can be stored and distributed in a magnetic disk medium as a recording medium. In this case, by providing a magnetic disk media read / write device (not shown), a processing routine and the like can be read from and written to the magnetic disk media using a magnetic disk media read / write device (not shown). Therefore, a processing routine or the like may be recorded in advance on the magnetic disk medium, and the processing program recorded on the magnetic disk medium may be executed via a magnetic disk medium read / write device (not shown). Further, a mass storage device (not shown) such as a hard disk device is connected to the computer, and a processing program recorded on a magnetic disk medium is stored (installed) in the mass storage device (not shown) and executed. Also good. As recording media, there are discs such as CD-ROM, MD, MO, and DVD, and magnetic tapes such as DAT. When these media are used, a CD-ROM instead of the above-described magnetic disk media read / write device (not shown) is used. A device, MD device, MO device, DVD device, DAT device, or the like may be used.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the brightness of the evaluation target space can be determined from the image information of the evaluation target space that is a three-dimensional space inside the structure, such as a living space such as a room or a work space that performs business. The brightness of the evaluation target space is predicted by the prediction means using the brightness feeling information that is the characteristic between the eigenvalue of the brightness distribution and the sensory index. A feeling can be easily obtained, and there is an effect that it becomes easy to grasp the feeling of brightness of the evaluation target space or to perform further evaluation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a space evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional conceptual configuration diagram for functionally explaining the space evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a detailed functional configuration diagram for functionally explaining the space evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention in detail.
FIG. 4 is an image diagram showing a captured image that can be used in the space evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an image diagram showing a photographed image that can be used in the space evaluation device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an image diagram showing a luminance distribution of a photographed image.
FIG. 7 is an image diagram showing an example of an evaluation index of the SD method.
FIG. 8 is a correlation diagram showing a correlation among average luminance, standard deviation, and brightness feeling prediction value of a captured image.
FIG. 9 is a correlation diagram showing a correlation between a brightness feeling prediction value and a brightness feeling evaluation value.
FIG. 10 is a flowchart showing a flow of processing executed in the space evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an image diagram showing a photographed image by a standard lens or a wide-angle lens that can be used in the space evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention.
12 is an image diagram showing a luminance distribution of the photographed image in FIG. 11. FIG.
[Explanation of symbols]
ME: Brightness prediction value
SD: Brightness evaluation value
th1 ... Predictive characteristics
th2 ... Conversion characteristics
10. Space evaluation device
20 ... Memory
22 ... Shooting device
30 ... Display
32. Analysis calculation section
34 ... Evaluation calculation section
36 ... Output display section
38 ... Image data of the photographed image
40: Brightness distribution calculation unit
42 ... Brightness prediction calculation unit
44 ... Brightness evaluation calculation unit
46 ... arithmetic expression storage
48 ... arithmetic expression storage
50. Display function section
Claims (4)
前記画像情報に基づいて、前記評価対象空間における位置と明るさの対応関係を表す明るさ分布を求めると共に、前記評価対象空間の明るさ分布の固有値を求める演算手段と、
予め定めた異なる明るさ環境の複数の検査空間の各々について観測者によって前記各明るさ環境を観測させかつ観測された各明るさ環境の観測値として予め定めた官能指標に対応させることで明るさ感を計測すると共に、前記複数の検査空間の各明るさ環境の明るさ分布を求めかつ該明るさ分布の固有値を求め、少なくとも前記官能指標が対応された明るさ感及び前記明るさ分布の固有値から、明るさ分布の固有値と前記官能指標との間の特性を明るさ感情報として予め求め、該明るさ感情報を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶した明るさ感情報と、前記演算手段で求めた前記評価対象空間の明るさ分布の固有値とに基づいて、前記評価対象空間の官能指標を求めることによって前記対象空間の明るさ感を予測する予測手段と、
前記評価対象空間の明るさ感を提示する提示手段と、
を備えたことを特徴とする環境評価装置。An input means for inputting image information representing the brightness environment of the evaluation target space using the three-dimensional space inside the structure as the evaluation target space;
Based on the image information, a brightness distribution representing a correspondence relationship between a position and brightness in the evaluation target space is obtained, and a calculation means for obtaining an eigenvalue of the brightness distribution of the evaluation target space ;
Brightness by allowing the observer to observe each of the brightness environments for each of a plurality of examination spaces having different brightness environments and to correspond to a predetermined sensory index as an observed value of each brightness environment observed. Measuring a feeling, obtaining a brightness distribution of each brightness environment of the plurality of examination spaces and obtaining a unique value of the brightness distribution, and a brightness feeling corresponding to at least the sensory index and a unique value of the brightness distribution From the storage means for previously obtaining the characteristic between the eigenvalue of the brightness distribution and the sensory index as brightness feeling information, and storing the brightness feeling information,
The brightness of the target space is obtained by obtaining a sensory index of the evaluation target space based on the brightness feeling information stored in the storage unit and the eigenvalue of the brightness distribution of the evaluation target space obtained by the calculation unit. A prediction means for predicting feeling,
Presenting means for presenting a feeling of brightness of the evaluation target space;
An environment evaluation apparatus characterized by comprising:
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