JP7362121B2

JP7362121B2 - 色・質感測定装置及び方法

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Publication number: JP7362121B2
Application number: JP2020029781A
Authority: JP
Inventors: 誠加藤
Original assignee: 株式会社パパラボ
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: JP2021135102A

Description

本発明は、光沢、艶感、メタリック感等の質感を測定する色・質感測定装置及び方法に関する。

測定対象として、最近、メタリック感や艶感などを色と同時に定量化したいニーズが多くなっている。メタリック塗装や、髪の毛や食品の色と艶、光沢感のある建材の色と艶等がある。こうした中で現状では色は、分光測色計、艶感は艶計を用いて定量化を行っている。人の目には艶感は色と同時に見て評価をしているので、これを同じ目線で定量化できる方法が望ましい。例えば、台所、マンション或いはホテルの大理石調のセラミック等の艶感が、施工したあと問題になることがある。建材は実際には、色と艶感、光沢感を同時測定したいという要望がある。色は、表面に照明を当てて測る分光測色計により測定し、艶感・光沢感は、表面に照明を当てて測る艶計・光沢計があり、それと併合して測定することが一般的である。色と質感を画像処理により評価する特許文献１もある。

特開2016-194449号公報

艶感や光沢については、見た目の感覚に近い、新たな評価手法が求められているが、従来技術では、いまだ十分な評価を得られていない。例えば、建材等の分野では、タイルから構成される壁面のうち一部のタイルだけに艶感がないと、大部分は艶で光っているにもかかわらず、一部には艶がないため、一部が浮き上がってしまい、壁面全体にアンバランスが生じる。特許文献１において、メタリック感をある程度は、測定できるが、光沢や艶感を生じる材料、例えば、アルミニウムフレークの粒子径、粒数等による質感の相違までは把捉できないおそれがあり、また、検査照明等が画一的であるので、見た目に近い感覚のきめ細かな艶感の評価は困難である。

本発明は、外殻体と、該外殻体の下端部に沿って設けられ、前記外殻体の内壁面を間接照明する間接照明部と、前記外殻体の天井部に設けられ、被測定物に所定の角度で直接照明する直接照明部と、前記天井部に設けられ、被測定物を撮像する色彩計と、前記間接照明と前記直接照明を切り替え、前記色彩計で取得される間接照明画像と、直接照明画像に基づいて、色と質感を演算する色・質感演算部と、を備えている。

図４に示す通り、当該色・質感演算部が、前記直接照明下で、前記色彩計で被測定物を撮像し、撮像された直接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第１明度Ｌｄ（ｘ，ｙ）を演算する第１明度演算部と、前記間接照明下で、前記色彩計で被測定物を撮像し、撮像された間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第２明度Ｌｒ（ｘ，ｙ）を演算する第２明度演算部と、前記第１明度演算部によって演算された前記直接照明画像の明度のうち、正反射成分に対応する明度と、拡散反射成分に対応する明度の閾値Ｔを演算する閾値演算部と、前記閾値Ｔにより、前記直接照明画像の正反射成分に対応する明度を有する画素と、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度を有する画素を分け、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度ＬｄＴ（ｘ，ｙ）の積分値又は平均値Ｍｅａｎ（ＬｄＴ（ｘ，ｙ））と、前記第２明度ＬｒＴ（ｘ，ｙ）の積分値又は平均値Ｍｅａｎ（ＬｒＴ（ｘ、ｙ））との比率を演算し、当該比率に基づいて、前記第２明度ＬｒＴ（ｘ，ｙ）を前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度ＬｄＴ（ｘ、ｙ）に合わせて調整した調整明度Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ）を演算する明度調整部と、前記第１明度演算部によって演算された前記直接照明画像のＸＹＺ表色系の第１明度Ｌｄ（ｘ，ｙ）と、調整明度Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ）の差分を演算する差分演算部と、を備えた高解像度色・質感測定装置である。（ｘ，ｙ）は画素を特定するための位置（座標）情報である。

直接照明に関する三帯域視覚感度値はｉ、間接照明に関する三帯域視覚感度値はｊ、直接照明に関するＬ値はｄ、間接照明に関するＬ値はｒ、直接照明の閾値Ｔ以下のＬ値、又はこれに対応する間接照明のＬ値はＴ、のサフィックスを、それぞれ、付す。（ｘ、ｙ）は撮像素子５３における画素の位置を整数の組み合わせで示すもの（ｘ＝１～ｓ、ｙ＝１～ｔ、ｓは撮像素子５３の一行の総画素数、ｔは一列の総画素数）である。Mean（ＬｄＴ（ｘ、ｙ））＝Σ（ＬｄＴ（ｘ、ｙ））／ｎＴ、Ｍｅａｎ（ＬｒＴ（ｘ、ｙ））＝Σ（ＬｒＴ（ｘ、ｙ））／ｎＴ、ｎＴは閾値以下の総画素数である。

直接照明だけで間接照明を用いずに、閾値を用いて正反射成分を抽出することは、限られた場合に適用されるだけであるので、本発明の対象としない。一般の対象として、明るさの相違や凹凸のある建材や、髪の毛などのように、艶がいろいろな部分に局在したり、さらに、冷凍焼きおにぎりのように、艶が局在してそれほど大きく出なかったりする場合などを扱うには、間接照明画像を完全に艶消しした状態として使うことが、正反射成分の抽出、定量化には適している。平板など単純な形のもので大きく艶があるものに限り、近似的には、間接照明画像を用いずに、直接照明画像だけで、閾値を用いて正反射成分を抽出することは可能である。

「第１明度演算部」、「第２明度演算部」のＸＹＺ表色系の明度としては、色彩計で測定される三帯域視覚感度値Ｓ_１i，Ｓ_２i，Ｓ_３iから、３刺激値ＸＹＺに変換し、３刺激値ＸＹＺからＬａｂを演算し、明度Ｌとする例が挙げられる。撮像の露光時間は、間接照明と直接照明で値は同じでも相違してもよい。

「直接照明部」、「間接照明部」には、ＬＥＤ、ランプ、人工太陽灯等が挙げられる。照明部は１～数台以上を並置することができる。

「正反射成分」、「拡散反射成分」は、ＪＩＳZ8722：２０００色の測定方法－反射及び透過物体色解説解５、https://www.konicaminolta.jp/instruments/knowledge/color/section4/02.html等の記載を参照されたい。

「明度」は、基本的には、ＸＹＺ表色系の測定値である。「ＸＹＺ表色系」とは、ＲＧＢ表色系を単純な一次変換で負の値が現れないように、ＣＩＥが１９３１年にＲＧＢ表色系と同時に定めたものである。

「被測定物」は、車両、建材、電気製品、毛髪、食品等が挙げられる。車両は自動車、二輪自動車、自転車、人力車、そり、手押し車、荷車、馬車、リヤカ等が挙げられる。

「色彩計」とは、物体の色度分布を２次元で計測する装置等である。株式会社パパラボのＰＰＬＢ－４００、ＰＰＬＢ－６００等が例示され、測定範囲内の色差ΔＥの変化と、Ｌａｂ値の各値を示したグラフを表示できる。始点からの色差ΔＥを得られることで、被測定物における発色の違いや色ムラ等を検証・検査ができる。Ｌａｂ系の場合、Ｌ値、ａ値、ｂ値のグラフ変化から、どのように色が変化しているのかを読み取ることができる。

「色彩計」は、図６に示す三つの特定の規格化感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）により、三つのチャンネルに分けて撮像対象物を撮像するものが例示される。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又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。

「色彩計」の分光感度（Ｓ_１(λ)、Ｓ_２(λ)、Ｓ_３(λ)）は、ＣＩＥＸＹＺ分光感度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、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が例示される。例えば、分光感度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。分光感度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。分光感度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。

「制御部」は、いわゆるパソコン、コントローラ等の適宜の制御装置である。

「ＸＹＺ表色系」には、例えば、Ｙｘｙ、ＸＹＺ、Ｌａｂ、Ｌｕｖ等のＣＩＥ表色系を含み、２次元色度図又は３次元色空間を含む概念である。

ｘｙＹ表色系（Ｙｘｙ表色系ともいう）とは、ＸＹＺ表色系では数値と色の関連がわかりにくいので、ＸＹＺ表色系から絶対的な色合いを表現するために定められたものである。

Ｌｕｖ表色系とは、ＣＩＥが１９７６年に定めた均等色空間のひとつであり、ＣＩＥＬｕｖは光の波長を基礎に、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図の波長間隔の均等性を改善したものであり、日本ではJIS Z8518に規定されている。

Ｌａｂ表色系とは、ＣＩＥＬａｂなどがあり、ＸＹＺ表色系から知覚と装置の違いによる色差を測定するために派生したものであり、日本ではJIS Z 8729に規定されている。

「ＸＹＺ表色系」には、２次元座標と３次元座標で規定される色空間が含まれる。色空間の代表例としては、ＸＹＺ色空間と、Ｌａｂ色空間等の構成例がある。２次元の色空間の場合、例えば、Ｙｘｙ色空間、Ｌｕｖ色空間の場合、２次元平面であるｘｙ色度図（Ｙｘｙ色空間で正規化したｘｙ色度値（平面））、ｕｖ色度図、ｕ’ｖ’色度図が挙げられる。平面上での２次元色度図の画素の密度として表現されるｘｙ色度ヒストグラム分布又はＬｕｖ色度ヒストグラム分布等が対応する。３次元の色空間の場合、例えば、ＸＹＺ色空間、Ｌａｂ色空間の場合、３次元空間であるＸＹＺ色空間、Ｌａｂ色空間が挙げられる。３次元での色空間上の画素の密度として表現されるＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布等が対応する。

２次元のｘｙ色度平面、ｕｖ色度図、ｕ’ｖ’色度図での色と質感の分離に対して、他のＸＹＺ色空間とＬａｂ色空間等は３次元色空間上で色と質感の分離となる。ｘｙ色度ヒストグラムに対して、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、Ｌａｂ色空間ヒストグラム等のように、区別して定義している。

前記閾値演算部において、明度を示す画素数の分布である明度ヒストグラムを作成し、該明度ヒストグラムから前記閾値が演算されることが好ましい。

ＸＹＺ明度ヒストグラムとＬａｂ明度ヒストグラムが例示される。

前記明度調整部において、前記明度の指数は、各画素の明度の積分値又は平均値であることが好ましい。

露光時間の調整あり（再撮影）でも、調整なし（再撮影なし）で本発明を適用できる。露光時間の調整は、画像を取り込む画像素子５３のＳ／Ｎ（信号対雑音比）をより改善して取り込むために必要な処理である。露光時間の調整を行わなくても充分なＳ／Ｎが得られれば、演算のみで、算出しても充分な場合もある。露光時間を調整する場合、前記第２明度演算部において、間接照明下で、前記色彩計で第１露光時間にて被測定物を撮像し、撮像された間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の明度を演算し、前記第２明度演算部において、前記第１明度演算部で演算された前記直接照明画像の明度の最大値及び間接照明画像の第２明度の最大値が同じになるように第２露光時間ｔｒ´を設定することが好ましい。

前記明度調整部において、正反射成分に対応する明度と、拡散反射成分に対応する明度の２値化により、前記画素を分けて記憶することが好ましい。

もう一つの発明は、外殻体と、該外殻体の下端部に沿って設けられ、前記外殻体の内壁面を間接照明する間接照明部と、前記外殻体の天井部に設けられ、被測定物に所定の角度で直接照明する直接照明部と、前記天井部に設けられ、被測定物を撮像する色彩計と、前記間接照明と前記直接照明を切り替え、前記色彩計で取得される間接照明画像と、直接照明画像に基づいて、色と質感を演算する色・質感演算部と、を備えた高解像度色・質感測定装置を用い、前記直接照明下で、前記色彩計で被測定物を撮像し、撮像された直接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第１明度Ｌｄ（ｘ，ｙ）を演算する第１明度演算ステップと、前記間接照明下で、前記色彩計で被測定物を撮像し、撮像された間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第２明度Ｌｒ（ｘ，ｙ）を演算する第２明度演算ステップと、前記第１明度演算ステップによって演算された前記直接照明画像の明度のうち、正反射成分に対応する明度と、拡散反射成分に対応する明度の閾値Ｔを演算する閾値演算ステップと、前記閾値Ｔにより、前記直接照明画像の正反射成分に対応する明度を有する画素と、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度を有する画素を分け、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する第１明度ＬｄＴ（ｘ，ｙ）の積分値又は平均値Ｍｅａｎ（ＬｄＴ（ｘ，ｙ））と、前記第２明度ＬｒＴ（ｘ，ｙ）の積分値又は平均値Ｍｅａｎ（ＬｒＴ（ｘ、ｙ））との比率を演算し、当該比率に基づいて、前記第２明度ＬｒＴ（ｘ，ｙ）を前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する第１明度ＬｄＴ（ｘ、ｙ）に合わせて調整した調整明度Ｌｒ_１（ｘ，ｙ）を演算する明度調整ステップと、前記第１明度演算ステップによって演算された前記直接照明画像のＸＹＺ表色系の明度ＬｄＴ（ｘ，ｙ）と、調整明度Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ）の差分を演算する差分演算ステップと、を含む高解像度色・質感測定方法である。

本発明は、艶感や光沢感等について、見た目の感覚に近い、表面の凹凸、明るさ分布、艶分布、等に対応できる、きめ細かな正確な評価手法を確立できる。例えば、インラインでの測定において、正確な光沢感が測定できる。

本発明実施形態１の高解像度色・質感測定装置１の構成を示す正面図である。（ａ）本発明実施形態１の高解像度色・質感測定装置１の平面図、（ｂ）は同斜視図である。本発明実施形態１の高解像度色・質感測定装置１の色・質感演算部６０の模式図である。本発明実施形態１の高解像度色・質感測定装置１の演算方法を模式的に示す説明図である。本発明実施形態１の高解像度色・質感測定装置１の演算方法の変更形態を模式的に示す説明図である。本発明実施形態１におけるＸＹＺ表色系の２次元色彩計５の分光感度を示す関数である。本発明実施形態１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５２ａ、５２ｂ、５２ｃを撮像素子５３に微視的に貼着した場合の説明図である。本発明実施形態１の高解像度色・質感測定装置１の制御部の回路構成を示すブロック図である。本発明実施形態１の高解像度色・質感測定処理を示すフローチャートである。本発明実施形態１の高解像度色・質感測定処理の変更形態を示すフローチャートである。直接照明ヒストグラムのグラフである。（ａ）は本発明実施形態２の高解像度色・質感測定装置２０１の正面図、（ｂ）は底面図である。

図１～図１１を参照して、本発明実施形態１の高解像度色・質感測定装置１を説明する。この高解像度色・質感測定装置１は、図１、２に示す通り、入口２Ａと、出口２Ｂを有し、コンベア２Ｃが入口２Ａと出口２Ｂを通り、下端部２Ｄと、内壁２Ｅ、天井部２Ｆ、凹部２Ｇ、遮光壁２Ｈを有するトンネル状の外殻体２と、下端部２Ｄに沿って設けられ、内壁２Ｅに対して間接照明を行う間接照明部３と、前記外殻体の天井部２Ｆに設けられ、被測定物Ｍに対して所定の角度θで直接照明する直接照明部４と、天井部２Ｆに設けられ、被測定物Ｍを撮像する２次元色彩計５と、前記間接照明と前記直接照明を切替えたり、前記２次元色彩計で取得される間接照明画像と、直接照明画像に基づいて、色と質感の演算等を行う色・質感演算部６０等を有する制御部６と、表示部７と、を有する。内壁２Ｅの内側壁面には、積分球などで良く用いられている、白色の硫酸バリウムを塗布している。２次元色彩計５の光軸の角度が垂直方向から１５°である。JIS Z8722解説5に記載の条件Ｃや条件Ｄに近づけるため、角度を設定する。

図３、図４を参照して色・質感演算部６０を説明する。色・質感演算部６０は、直接照明下、２次元色彩計５で露光時間ｔｄにて被測定物Ｍを撮像し、前記直接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第１明度Ｌｄ（ｘ，ｙ）を演算する第１明度演算部６０Ａと、間接照明下で、２次元色彩計５で露光時間ｔｒにて被測定物Ｍを撮像し、前記間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第２明度Ｌｒ（ｘ，ｙ）を演算する第２明度演算部６０Ｂと、直接照明画像の明度のうち、正反射成分に対応する明度と、拡散反射成分に対応する明度の閾値Ｔを演算する閾値演算部６０Ｃと、閾値Ｔにより、直接照明画像の正反射成分に対応する明度を有する画素と、直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度を有する画素を分け、直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度ＬｄＴ（ｘ，ｙ）の指数（本実施形態においては平均値）Ｍｅａｎ（ＬｄＴ（ｘ，ｙ））と、間接照明画像の対応する画素における第２明度ＬｒＴ（ｘ，ｙ）の指数（本実施形態においては平均値）Ｍｅａｎ（Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ））との比率を演算し、当該比率に基づいて、第２明度Ｌｒ（ｘ，ｙ）を直接照明の拡散反射成分を示す明度ＬｄＴ（ｘ，ｙ）に合わせて調整した調整明度Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ）を演算する明度調整部６０Ｄと、直接照明画像のＸＹＺ表色系の明度ＬｄＴ（ｘ，ｙ）と、調整明度Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ）の差分を演算する差分演算部６０Ｅと、を備えている。明度は、ＸＹＺ表色系の測定値から演算したＬａｂのＬ値である。

本実施形態では、間接照明の再撮影を行ってもよい。Ｌｄ（ｘ，ｙ）とＬｒ（ｘ，ｙ）の最大値が一致するように第１露光時間ｔｒを補正した第２露光時間ｔｒ´を設定し、間接照明下で、２次元色彩計５で第２露光時間ｔｒ´にて被測定物を撮像し、間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の調整明度Ｌｒ_１（ｘ，ｙ）を演算する明度調整部を備えている。

本発明実施形態においては、明るさの相違や凹凸のある建材や、髪の毛などのように、艶がいろいろな部分に局在したり、さらに、冷凍焼きおにぎりのように、艶が局在してそれほど大きく出なかったりする場合などを扱うことを主目的としており、間接照明画像を完全に艶消しした状態として使うことが、正反射成分の抽出と定量化には必要である。

外殻体２の断面はかまぼこ形状ないし半円筒形状である。外殻体２内のコンベアー２Ｃで被測定物Ｍを搬送しながら撮像してもよいし、所定箇所で被測定物Ｍを停止させて、被測定物Ｍの撮像を行ってもよい。コンベア２Ｃでの搬送速度を遅く設定すれば、位置補正は問題ない。

間接照明部３、直接照明部４の照明源はキセノンランプ（擬似太陽光）を採用し、搬送コンベア２の搬送方向と平行に線状に配置されている。照明部はキセノンランプのほかに、フレネルレンズ・アセンブリを備えている。キセノンランプ以外にＬＥＤ人工太陽灯でもよい。照明源は高指向性高演色ＬＥＤとする。演色性とは、色の見え方の指標である。演色性が高いほど、色は鮮やかに美しく見える。指向角とは、ＬＥＤの光が広がる角度を表す。高指向性高演色ＬＥＤは、ＬＥＤの発光面の前に、視野角制限フィルム（https://www.shinpoly.co.jp/product/automotive/vcf/n-vcf.html）を貼り、発光視野角を制限した状態で、高指向を実現している。

２次元色彩計５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６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

上記の分光感度Ｓ_１のピーク波長を５８０±４ｎｍ、分光感度Ｓ_２のピーク波長を５４３±３ｎｍ、分光感度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。分光感度自体についての詳細は特開２００５－２５７８２７号公報を参照されたい。

２次元色彩計５の高解像度は、４Ｋ解像度、８Ｋ解像度以上の解像度を有する。2次元色彩計５は、通常の４Ｋ解像度では、800万画素となり、最大1200万画素まで対応することができる。４Ｋ解像度とは、横4,000×縦2,000前後の画面解像度に対応することをいう。例えば、２次元色彩計５の仕様は、有効頻度値約800万画素、有効面積9.93mm×8.7mm、画像サイズ3.45μm×3.45μm、ビデオ出力12ｂit、２次元色彩計５のインターフェイスGigE、フレームレート30フレーム/sec、シャッタースピード1/15,600sec～1/15sec、積算時間3秒まで、S/N比60ＤＢ以上、レンズマウントFマウント、動作温度０℃～40℃、動作湿度20％～80％が例示される。

２次元色彩計５は、図７に示すように、撮影レンズ５１と、この撮影レンズ５１の後方に配置された三つの光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ（又は５２ａ´、５２ｃ´）と、光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ（又は５２ａ´、５２ｃ´）の後方に配置された撮像素子５３（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）と、を備えている。２次元色彩計５の三つの分光感度（Ｓ_１(λ)、Ｓ_２(λ)、Ｓ_３(λ)）は、光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ（又は５２ａ´、５２ｃ´）の分光透過率と撮像素子５３の分光感度との積により与えられる。図７における光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと撮像素子５３との配列的関係は模式的に示したものにすぎない。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、本実施形態１では、その他の方式を採ることもできる。

図７（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５２ｃ´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５２ａ´により別の特定の波長の光を反射して分光し、撮像素子５３ａ、５３ｂ、５３ｃを三つ並列にして読み出す方式である。ダイクロイックミラー５２ａ´が光学フィルタ５２ａ、５２ｂに相当し、ダイクロイックミラー５２ｃ´が光学フィルタ５２ｃに相当する。撮影レンズ５１から入射する光はダイクロイックミラー５２ｃ´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５２ｃ´により反射された光を反射鏡５６により反射して撮像素子５３ｃから分光感度Ｓ_３を得る。一方、ダイクロイックミラー５２ｃ´を透過した光は、ダイクロイックミラー５２ａ´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５３ａ、撮像素子５３ｂ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５３ａ、５３ｂ、５３ｃを接着してもよい。

図７（ｂ）はフィルタターレット５７を用いる方式を示す。撮影レンズ５１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５７に、光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ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５３により三つの分光感度Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を得る。

図７（ｃ）に示すものは光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃを撮像素子５３に微視的に貼着する方式である。撮像素子５３上における光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、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５３上の領域のうち半分に光学フィルタ５２ｂを設け、残りの半分の領域に光学フィルタ５２ａと光学フィルタ５２ｃ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５２ａ：光学フィルタ５２ｂ：光学フィルタ５２ｃ＝１：２：１となる。光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃの配列をベイヤー配列以外のものとすることは本実施形態１において特に妨げられない。個々の光学フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃは非常に微細であるため、印刷により撮像素子５３に貼着される。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。

図８を参照して色・質感演算を司る制御部６を説明する。この制御部６は、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、カウンタ６４、タイマ６５、入出力インタ－フェース６８をバス６９により相互に接続したものである。入出力インタ－フェース６８には、コンベア２Ｃ、間接照明部３、直接照明部４、２次元色彩計５、表示部７等が接続されている。ＣＰＵ６１が初期設定、或いは入力信号を受けて所定の演算等を行い、それらに対して、制御信号が送信されるようになっている。

ＣＰＵ６１は、各部に出力する制御信号を生成し、プログラム制御によって、制御信号を出力することで、色・質感制御を実行する。ＲＡＭ６２は、色・質感制御などのデータを一時的に読み書きするものである。ＲＯＭ６３に色・質感制御などのプログラムが読み出し専用で格納されている。ＣＰＵ６１の内部演算は、６４ビットの浮動小数点で演算する。途中の演算でオーバーフロ－等のトラブルがない。プログラム制御に代えて、ＬＳＩロジック等のハードウェア制御によっても実施が可能である。

カウンタ６４は、閾値Ｔ、画素数、明度Ｌ、明度ヒストグラム等のカウント値や累計値等を示す計数部等として機能するものであり、電源投入後、カウンタ６４のカウント値、累計値の初期値を「０」とし、各種入力信号を参照して、カウントやインクリメントするものである。

タイマ６５は第１露光時間ｔｒ、第２露光時間ｔｒ´等の時間演算処理等を行なうものである。

表示部７は制御部６と接続され、制御部６で処理された画像信号を受信して、画像を画面に表示するようになっている。制御部６又は表示部７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、表示部７に設けられるタッチパネル等である。

図４、図９等を参照し、高解像度色・質感測定装置１の動作の具体例を挙げて説明する。

２次元色彩計５、制御部６、表示部７に電源が入ると、図９に示す通り、初期化をした後、第１明度演算部６０Ａ、第２明度演算部６０Ｂにおいて、それぞれ、露光時間を第１露光時間ｔｄ、ｔｒに設定し、間接照明と直接照明のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、それぞれの点灯に対応して、２次元色彩計５で被測定物Ｍを撮像し、それぞれの直接照明三帯域視覚感度値Ｓ_１i，Ｓ_２i，Ｓ_３i（ｉ＝１～n：nは総画素数）と、間接照明三帯域視覚感度値Ｓ_１j，Ｓ_２j ，Ｓ_３j（j＝１～n：nは総画素数）を得る（Ｓ１）。

Ｓ１で取得した三帯域視覚感度値Ｓ_１i，Ｓ_２i，Ｓ_３i、及び、Ｓ_１j，Ｓ_２j ，Ｓ_３jから、対応する、ＸiＹiＺi、及び、ＸjＹjＺjを演算し、ＸiＹiＺi、ＸjＹjＺjから、それぞれ、Ｌａｂ値を演算し、直接照明Ｌｄ（ｘ，ｙ）、間接照明Ｌｒ（ｘ，ｙ）とする（Ｓ２）。

閾値演算部６０Cにおいて、直接照明画像の明度ヒストグラムを作成する（Ｓ３）。図１１に示す通り、横軸がＬｄ（ｘ，ｙ）、縦軸が画素数であり、横軸の各明度に属する画素数を積算することにより、直接照明画像の明度ヒストグラムを作成する。

図１１に示す通り、Ｌ値に対する画素数の分布のヒストグラムを取ると、拡散反射成分と正反射成分の２つの山ができる。反射率が高い対象の場合、正反射成分の画素数が大きくなるため、拡散反射成分の画素数が小さくなる。反射率が低い対象の場合、正反射成分の画素数が小さくなるため、拡散反射成分の画素数が大きくなる。拡散反射成分が全部又はほとんどである場合には、この処理の意味はなくなるため、艶感の計測は必要ない。艶感であるので、明度Ｌの処理となるが、最終結果としては、Ｌ値、ａ値、ｂ値のそれぞれの平均を算出してもよい。艶感のＬ値と、艶感のあるところのａ値、ｂ値も計測できる。図示は略すが、間接照明明度ヒストグラムは拡散反射成分の１つの山を持つ。間接照明では全方位より光が集まるため、間接照明だけにすると正反射成分はなくなり、拡散反射成分だけになる。

閾値演算部６０Cにおいて、Ｓ６で作成した直接照明明度ヒストグラムから、Ｏｈｔｓｕ等の手法により、図１１の閾値Ｔを演算する（Ｓ４）。

明度調整部に６０Ｄにおいて、直接照明画像で閾値Ｔ以下の値を有する画素のＬｄＴ（ｘ，ｙ）の平均値と、間接照明画像における、ＬｄＴ（ｘ，ｙ）に対応する画素のＬｒＴ（ｘ，ｙ）の平均値を演算し、比率を演算する。平均値に代えて、積分値でもよい。これらの平均値又は積分値を、本発明においては指数と呼ぶ。この指数の比率により、図４の下部に記載の計算式例に従い、間接照明画像の第２明度ＬｒＴ（ｘ，ｙ）の指数を直接照明画像の明度ＬｄＴ（ｘ，ｙ）の指数に揃えて、間接照明画像の調整明度Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ）を演算する（Ｓ８）。下付きの「１」は比率で補正されたことを示すサフィックスである。

指数は平均値であるが積分値で代替してもよい。閾値Ｔ等の演算に当たっては、あらかじめ、直接照明明度の２値化、例えば、フラグ０又は１を設定し、直接照明の正反射成分に対応する明度を有する画素の場合は「１」、直接照明の拡散反射成分に対応する明度を有する画素の場合は「０」を設定し、フラグとＬ値をセットで記憶し、正反射成分と拡散成分とを区別しする。

画素すべてについて、差分ΔＦ＝ＬｄＴ（ｘ，ｙ）－Ｌｒ_１Ｔ（ｘ，ｙ）を演算すると、図４に示す通り、正反射成分のＬ値が抽出され（Ｓ６）、リターンとする。正反射成分のＬ値、又は、当該Ｌ値の指数（平均値若しくは積分値）等が艶感を示す指標となる。差分ΔＦの演算により、拡散反射成分がキャンセルされる。拡散反射成分が残る可能性があるが、数値としては小さいので、艶感の評価には影響しない。

３刺激値ＸＹＺ、Ｌａｂ、明度ヒストグラム作成等については、特許文献１、特開2019-20311、特開2018-141687、特開2018-115877等も併せて参照されたい。

図５は図４の実施形態の変更形態を示すので、主に相違点について説明し、共通処理は説明を援用する。共通する処理は説明を援用し、追加されたＳ２－１～Ｓ２－３を説明する。第２明度演算部６０Ｂにおいて、直接照明画像の第１明度Ｌｄ（ｘ，ｙ）の最大値と間接照明画像の第２明度Ｌｒ（ｘ，ｙ）の最大値が一致するように、第１露光時間ｔｒを調整して、第２露光時間ｔｒ´を設定する（Ｓ２－１）。間接照明をＯＮとし、直接照明をＯＦＦとし、Ｓ３で延長した第２露光時間ｔｒ´で被測定物Ｍを再撮像する（Ｓ２－２）。

第２明度演算部６０Ｂにおいて、Ｌａｂ再演算により、図５の下部の計算式例により、間接照明画像の調整明度Ｌｒ_２Ｔ（ｘ，ｙ）を再演算する（Ｓ５）。

Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３～Ｓ６は、図４と同様の処理を行う。画素すべてについて、差分ΔＦ＝ＬｄＴ（ｘ，ｙ）－Ｌｒ_２Ｔ（ｘ，ｙ）を演算すると、図５に示す通り、正反射成分のＬ値が抽出され（Ｓ６）、リターンとする。下付きの「１」は、第２露光時間ｔｒ´の再撮影により得られるＬ値、下付きの「２」は、比率で補正されたことを示すサフィックスである。

本発明実施形態の高解像度色・質感測定装置によれば、見た目の感覚に近い、艶感や光沢のきめ細かな新たな評価手法を確立できる。例えば、建材等の分野では、タイルから構成される壁面のうち一部のタイルだけに艶感がないという事態を解消でき、壁面全体にバランスのとれた光沢感が生じる。インライン測定であっても、正確な光沢感が測定できる。例えば、メタリック感はメタリック成分の粒量と粒の分布が関係するが、それらも考慮して測定ができる。例えば、アルミニウムのフレークを塗料に混ぜるとメタリック感が出る。フレークを多量に塗料に混ぜると、キラキラ感が増加する。フレームの粒度を大きくして、ゴツゴツ感をつける。メタリック感は、密度が少なくなっても、メタリック感は強くなる。フレークの細かい粒を多量に混ぜるときもある。ゴツゴツ感など、人間の目では微妙に違って見える。このようなフレークの粒子の大小、フレークの混合量の多寡により、メタリック感を精密に定量化できるので、精密なメタリック感の制御が可能である。

実施形態２の高解像度色・質感測定装置２０１について図面を参照して説明する。基本的には共通する構成については説明を援用し、相違する構成について図１２等を参照し説明する。部品番号は基本的には２００番台として、実施形態１に対応させている。以下、実施形態２を詳細に説明する。

実施形態２は、インライン測定ではなく、オフライン測定に基づくので、外殻体に半球ドームを用いている。毛髪、食品等の艶感に適用できる。高解像度色・質感測定装置２０１は、ドーム型筐体２０２と、毛髪等を照明するＬＥＤを有する単数又は複数の間接照明部２０３と、直接照明部２０４と、対象物である毛髪等を撮像する２次元色彩計２０５と、照明電源のオン／オフ、色・質感演算等を行い、２次元色彩計２０５等と接続する制御部２０６と、表示部２０７と、把持部２０８と、を備えている。

ドーム型筐体２０２は、図１２に示す通り、円形の開口部２０２A、下端部２０２Ｄ、ドーム形状（例えば、半球状）の内壁２０２Ｅ、円弧状の天井部２０２Ｆ、環状の凹部２０２Ｇ、環状の遮光壁２０２Ｈ、天井部２０２Ｆの中心縦軸に対して２次元色彩計２０５に角度をもたせて傾斜して固定するための取付部２０２Ｋを備えている。取付部２０２Ｋの位置を中心からずらした理由は、対象物に艶があるものは、レンズが画像に直接うつりこむため、これを防ぐことにある。その角度（中心から傾斜した角度）は、例えば、傾斜角度１０°～３０°が例示される。

間接照明部２０３は、図１２に示す通り、ドーム型筐体２０２の内壁の内周辺部に円環状に分散配置され、上方の内壁面に光を照射する間接的な照明となる。実施形態２はオフラインへの応用であり、毛髪、食品等へ展開する形態で実施する場合、リング状の間接照明部２０３を配置する。

把持部２０８は、図１２に示す通り、手で握られるようなグリップの形状に形成されており、手動で被測定物を撮像できるようにする。その近傍に２次元色彩計２０５の撮像ボタン（図示略）が設けてある。

対象物は建材、毛髪、化粧品、食品（冷凍食品の焼きおにぎり、柿の種等）、自動車、電機製品等の幅広い分野で光沢感、艶感、照感等の質感を色と共に測定できる。

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、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれ、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)）に従って画像を取得する方式、明度としてＬ値を演算する方式について、本実施形態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。

１高解像度色・質感測定装置
２外殻体
２Ａ入口
２Ｂ出口
２Ｃコンベア
２Ｄ下端部
２Ｅ内壁
２Ｆ天井部
２Ｇ凹部
２Ｈ遮光壁
３間接光源部
Ｍ被測定物
θ 角度
４直接照明部
５２次元色彩計
６制御部
７表示部

Claims

外殻体と、
該外殻体の下端部に沿って設けられ、前記外殻体の内壁面を間接照明する間接照明部と、
前記外殻体の天井部に設けられ、被測定物に所定の角度で直接照明する直接照明部と、
前記天井部に設けられ、被測定物を撮像する色彩計と、
前記間接照明と前記直接照明を切り替え、前記色彩計で取得される間接照明画像と、直接照明画像に基づいて、色と質感を演算する色・質感演算部と、を備え、
当該色・質感演算部が、前記直接照明下で、前記色彩計で被測定物を撮像し、撮像された直接照明画像について、ＸＹＺ表色系の明度を演算する第１明度演算部と、
前記間接照明下で、前記色彩計で被測定物を撮像し、撮像された間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第２明度を演算する第２明度演算部と、
前記第１明度演算部によって演算された前記直接照明画像の明度のうち、正反射成分に対応する明度と、拡散反射成分に対応する明度の閾値を演算する閾値演算部と、
前記閾値により、前記直接照明画像の正反射成分に対応する明度を有する画素と、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度を有する画素を分け、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度の積分値又は平均値と、前記第２明度の積分値又は平均値との比率を演算し、当該比率に基づいて、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度に合わせて調整した調整明度を演算する明度調整部と、
前記第１明度演算部によって演算された前記直接照明画像のＸＹＺ表色系の明度と、前記調整明度の差分を演算する差分演算部と、
を備えた高解像度色・質感測定装置。
前記閾値演算部において、明度を示す画素数の分布である明度ヒストグラムを作成し、該明度ヒストグラムから前記閾値が演算される請求項１の高解像度色・質感測定装置。
前記明度調整部において、正反射成分に対応する明度と、拡散反射成分に対応する明度の２値化により、前記画素を分けて記憶する請求項１又は２の高解像度色・質感測定装置。
前記第２明度演算部において、間接照明下で、前記色彩計で第１露光時間にて被測定物を撮像し、撮像された間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の明度を演算し、
前記第１明度演算部で演算された前記直接照明画像の第１明度の最大値及び間接照明画像の第２明度の最大値が同じになるように第２露光時間を設定し、再度、被測定物を撮像し、前記第２明度を再演算する請求項１～３いずれかの高解像度色・質感測定装置。
外殻体と、
該外殻体の下端部に沿って設けられ、前記外殻体の内壁面を間接照明する間接照明部と、
前記外殻体の天井部に設けられ、被測定物に所定の角度で直接照明する直接照明部と、
前記天井部に設けられ、被測定物を撮像する色彩計と、
前記間接照明と前記直接照明を切り替え、前記色彩計で取得される間接照明画像と、直接照明画像に基づいて、色と質感を演算する色・質感演算部と、を備えた高解像度色・質感測定装置を用い、
前記直接照明下で、前記色彩計で被測定物を撮像し、撮像された直接照明画像について、ＸＹＺ表色系の明度を演算する第１明度演算ステップと、
前記間接照明下で、前記色彩計で第２露光時間にて被測定物を撮像し、撮像された間接照明画像について、ＸＹＺ表色系の第２明度を演算する第２明度演算ステップと、
前記第１明度演算ステップによって演算された前記直接照明画像の第１明度のうち、正反射成分に対応する明度と、拡散反射成分に対応する明度の閾値を演算する閾値演算ステップと、
前記閾値により、前記直接照明画像の正反射成分に対応する明度を有する画素と、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度を有する画素を分け、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度の積分値又は平均値と、前記第２明度の積分値又は平均値との比率を演算し、当該比率に基づいて、前記直接照明画像の拡散反射成分に対応する明度に合わせて調整した調整明度を演算する明度調整ステップと、
前記第１明度演算ステップによって演算された前記直接照明画像のＸＹＺ表色系の明度と、前記調整明度の差分を演算する差分演算部ステップと、
を含む高解像度色・質感測定方法。