(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に白色光である照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、
前記試料面からの反射光を分光する該試料面の上方に配置した分光手段と、
前記分光手段により分光された反射光を結像する結像用のレンズと、
前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、
前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、
を有し、
前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、
測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、
前記分光手段の透過波長を変更することにより測定波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該２次元画像の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、
前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
変角分光イメージング計測装置。
【請求項２】
光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に白色光である照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、
前記試料面からの反射光を結像する該試料面の上方に配置した結像用のレンズと、
前記結像用のレンズで結像された光を分光する分光手段と、
前記分光手段からの光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、
前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、
を有し、
前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、
測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、
前記分光手段の透過波長を変更することにより測定波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該２次元画像の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、
前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
変角分光イメージング計測装置。
【請求項３】
光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に波長可変の測定波長毎の単色照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、
前記試料面からの反射光を結像する該試料面の上方に配置した結像用のレンズと、
前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、
前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、
を有し、
前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、
測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、
前記照明装置からの測定波長を変更することにより測定波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該２次元画像の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、
前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
変角分光イメージング計測装置。
【請求項４】
光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に波長可変の測定波長毎の単色照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、
前記試料面からの反射光を分光する該試料面の上方に配置した分光手段と、
前記分光手段により分光された反射光を結像する結像用のレンズと、
前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、
前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、
を有し、
前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、
測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、
前記照明装置の照射波長を変更し、
前記分光手段の透過波長を変更することにより、
前記照射波長と透過波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、
前記２次元画像の全ての画素の照射及び透過波長毎の分光情報を取得し、
前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
変角分光イメージング計測装置。
【請求項５】
光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に波長可変の測定波長毎の単色照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、
前記試料面からの反射光を結像する該試料面の上方に配置した結像用のレンズと、
前記結像用のレンズで結像された光を分光する分光手段と、
前記分光手段からの光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、
前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、
を有し、
前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、
測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、
前記照明装置の照射波長を変更し、
前記分光手段の透過波長を変更することにより、
前記照射波長と透過波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、
前記２次元画像の全ての画素の照射及び透過波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、
前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
変角分光イメージング計測装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記照明装置の光量を可変、あるいは撮像時の露光時間を可変、あるいは両者を組み合わせることで、計測のダイナミックレンジを拡大する請求項１〜５のいずれか一つに記載の変角分光イメージング計測装置。
【請求項７】
前記分光情報取得手段が取得した、前記画素毎の測定波長毎の前記分光情報は、数値の平均化や色彩数値の色空間分布、空間周波数解析や情報エントロピー等の画像計算に用いられる請求項１〜６のいずれか一つに記載の変角分光イメージング装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の変角分光イメージング装置に、３次元形状測定手段を組み込んだ装置であって、該３次元形状測定手段によって前記試料面の３次元形状情報を測定し、該試料面の３次元形状情報を用いて該試料面の各位置の法線方向を求め、前記光学幾何条件の変化を補正する変角分光イメージング装置。
【請求項９】
２次元画像のＸ軸方向及びＹ軸方向の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得する変角分光イメージング計測方法であって、ライン状又はスポット状の照明装置によって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定し、その後試料面及び該試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面及び該白色参照面に照明光を照射し、照射された照明光の該試料面及び該白色参照面からの反射光を分光手段により分光し、分光された該反射光を結像用レンズによって結像し、前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光して、固定された２次元画像センサーによって、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該白色参照面における測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置の反射光を参照して、測定中の照明光量の変化や、露光時間の変動を補正し、該撮像された２次元画像内の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、該試料面の分光情報を取得し、
前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正することを特徴とする
変角分光イメージング計測方法。
【請求項１０】
２次元画像のＸ軸方向及びＹ軸方向の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得する変角分光イメージング計測方法であって、ライン状又はスポット状の照明装置によって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定し、試料面及び該試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面及び該白色参照面に照明光を照射し、照射された照明光の該試料面及び該白色参照面からの反射光を結像用のレンズで結像し、前記結像用のレンズで結像された光を分光手段により分光し、前記分光手段からの光を受光して、固定された２次元画像センサーによって、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該白色参照面における測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置の反射光を参照して、測定中の照明光量の変化や、露光時間の変動を補正し、該撮像された２次元画像内の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、該試料面の分光情報を取得し、
前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正することを特徴とする
変角分光イメージング計測方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の変角分光イメージング計測方法において、３次元形状測定手段によって前記試料面の３次元形状情報を測定し、該試料面の３次元形状情報を用いて該試料面の各位置の法線方向を求め、前記光学幾何条件の変化を補正する変角分光イメージング計測方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載の変角分光イメージング装置によって得られた画素毎の分光情報をもとに、画素ごとの分光反射率係数又は分光反射率係数から計算された色空間上の色彩数値を用い、変角情報に伴う計測波長毎の分光反射率係数、空間周波数解析、フラクタル解析の画像分布、画素毎の色彩値から求めた色空間上の分布状況、出現色数、情報エントロピーの計算を行う方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体表面の色彩を計測する塗料、塗装、繊維、印刷、プラスチック等、全ての分野に関連し、計測評価、及びそれに基づく製造に供される変角分光イメージング測定方法およびその装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
物体表面の分光計測では、変角分光計測手段として、受光と照明の光学幾何条件を種々可変し、測定部位の平均的な分光計測が可能な変角分光光度計が一般的に市販されているが、画像の画素毎の変角分光計測は出来ない。  
また、分光イメージング計測装置は、バンドパスフィルターや透過波長帯を可変できる液晶チューナブルフィルター、音響光学チューナブルフィルターなどを備えたもの、単色光源を測定波長毎に備えたものなどが市販されているが、変角測定において、物体表面の画素毎の変角、分光等の情報を短時間に効率よく同時に得ることができるシステムは無い。  
【０００３】
また、特許文献１では、分光情報を得るにあたり、プリズムや回折格子の分光光を用いることによって、画像の部位によって異なる分光情報を得る方法を示しているが、分光情報は画素毎に異なっているにすぎず、全ての画素で画素毎に波長等を異ならせた分光情報を取得することができない。また、測定中の光量変動や露光時間の変動などの補正手段を構築しておらず、塗料製造や、塗装による製品製造において実用性を満たす高精度な計測は難しい。さらに、照明装置が４０度より大きい角度位置からの１か所からの照明であるため、記録装置の画角を広く取らなければならず、記録装置に通常用いられている結像レンズの周辺部における歪曲が生じていた。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９３３５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複雑な構造発色を含む光輝材の特徴や評価情報を得る為には，広色域で照明と観察方向に基づく光学幾何条件が可変できる変角計測が可能な画像計測が必要であり有効である。また、計測された分光イメージング情報については、その特徴を数値化する為の画像解析計算が必要となる。  
【０００６】
しかし、このような装置は実用化されておらず、既存の方法では、情報量が極端に少ないか、データの計測に非常に時間を要するとともに、装置とあいまった有効な画像解析計算の手段が必要となる。また、近年の自動車塗料には、特殊な干渉性光輝材が多用されるようになっており、非常に微細で高輝度、かつ色の表現域が広い光輝性の反射色が含まれていることが特徴である。これらの塗色に対し、変角情報を有効に利用し、また特徴を評価する正確な画像解析計算を行う為には、画像全般にわたり高精細・高精度で高ダイナミックレンジ、広色域の計測が必要である。  
【０００７】
そこで、本発明の目的は、前記背景技術で説明した従来技術の問題点に鑑みて、物体表面の画素毎の変角、分光等の情報を短時間に効率的に計測する方法および装置を提供することであり、より具体的には、より正確で実用性の高い変角分光イメージング測定方法およびその装置を実現することにある。  
また、３次元形状の試料面に対して、光学幾何条件の変化を補正する変角分光イメージング測定方法およびその装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
複雑な構造発色を含む光輝材の特徴や評価情報を得る為には，広色域で照明と観察方向に基づく光学幾何条件が可変できる変角計測が可能な画像計測が必要であり有効である。
そこで、本発明では、その解決方法として試料面に対し垂直方向に撮像可能な２次元画像センサーを配し、試料面に対し垂直方向からある角度を持った照明装置を組み合わせ、２つ以上の角度方向からの照明光の照射によって、画像内Ｘ軸、Ｙ軸方向の画素毎の光学幾何条件の変化を利用し、変角分光イメージング情報を計測する。  
【０００９】
分光計測には、２次元画像センサーと試料面との間の位置に定波長毎に透過波長帯を持つバンドパスフィルターや透過波長帯を可変できる液晶チューナブルフィルター、音響光学素子などを備えた、白色光照明・分光受光方法を用いる。あるいは照明光に測定波長毎の単色光を出力できる分光光源装置を備えた、分光照明方法を用いる。あるいは、分光受光と分光照明を組み合わせた方法を用いることで、蛍光色の測定にも対応する。  
測定した画素毎の分光データは、例えばＣＩＥの三刺激値やＣＩＥＬＡＢ値、ＲＧＢ値、マンセル表色値等の色彩数値に変換した後に、光学幾何条件に基づくＬＡＢ空間上の分布の３次元構造や空間周波数解析、情報エントロピーなどの数値を用いて、物体表面の特徴を比較・評価する数値計算手段に供する。
また、変角分光イメージング装置に３次元形状測定手段を組み込むことによって、試料面の３次元形状情報を用いて試料面の法線方向を求め、光学幾何条件の変化を補正する。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明では、光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に白色光である照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、前記試料面からの反射光を分光する該試料面の上方に配置した分光手段と、前記分光手段により分光された反射光を結像する結像用のレンズと、前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、を有し、前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、前記分光手段の透過波長を変更することにより測定波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該２次元画像の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする変角分光イメージング計測装置を提供するものである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明では、光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に白色光である照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、前記試料面からの反射光を結像する該試料面の上方に配置した結像用のレンズと、前記結像用のレンズで結像された光を分光する分光手段と、前記分光手段からの光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、を有し、前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、前記分光手段の透過波長を変更することにより測定波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該２次元画像の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする変角分光イメージング計測装置を提供するものである。
【００１２】
また、請求項３に係る発明では、光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に波長可変の測定波長毎の単色照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、前記試料面からの反射光を結像する該試料面の上方に配置した結像用のレンズと、前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、を有し、前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、前記照明装置からの測定波長を変更することにより測定波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該２次元画像の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする変角分光イメージング計測装置を提供するものである。
【００１３】
また、請求項４に係る発明では、光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に波長可変の測定波長毎の単色照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、前記試料面からの反射光を分光する該試料面の上方に配置した分光手段と、前記分光手段により分光された反射光を結像する結像用のレンズと、前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、を有し、前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、前記照明装置の照射波長を変更し、前記分光手段の透過波長を変更することにより、前記照射波長と透過波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、前記２次元画像の全ての画素の照射及び透過波長毎の分光情報を取得し、前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする変角分光イメージング計測装置を提供するものである。
【００１４】
また、請求項５に係る発明では、光輝材を含む試料面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面に波長可変の測定波長毎の単色照明光を照射可能なライン状又はスポット状の照明装置と、前記試料面からの反射光を結像する該試料面の上方に配置した結像用のレンズと、前記結像用のレンズで結像された光を分光する分光手段と、前記分光手段からの光を受光し該試料面を撮像可能な、固定された２次元画像センサーと、前記試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面と、を有し、前記２次元画像センサーで撮像された２次元画像内のＸ軸方向及びＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して前記試料面の分光情報を取得する変角分光イメージング装置であって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と前記白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定する計測手段と、前記照明装置の照射波長を変更し、前記分光手段の透過波長を変更することにより、前記照射波長と透過波長毎に前記試料面及び前記試料面の周縁部全体に設けられた前記白色参照面の２次元画像を、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、前記２次元画像の全ての画素の照射及び透過波長毎の分光情報を取得し、測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置を参照する分光情報取得手段と、前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする変角分光イメージング計測装置を提供するものである。
【００１７】
また、請求項６に係る発明では、前記補正手段は、前記照明装置の光量を可変、あるいは撮像時の露光時間を可変、あるいは両者を組み合わせることで、計測のダイナミックレンジを拡大する請求項１〜５のいずれか一つに記載の変角分光イメージング計測装置を提供するものである。
【００１９】
また、請求項７に係る発明では、前記分光情報取得手段が取得した、前記画素毎の測定波長毎の前記分光情報は、数値の平均化や色彩数値の色空間分布、空間周波数解析や情報エントロピー等の画像計算に用いられる請求項１〜６のいずれか一つに記載の変角分光イメージング装置を提供するものである。
【００２０】
また、請求項８に係る発明では、請求項１〜７のいずれかに記載の変角分光イメージング装置に、３次元形状測定手段を組み込んだ装置であって、該３次元形状測定手段によって前記試料面の３次元形状情報を測定し、該試料面の３次元形状情報を用いて該試料面の各位置の法線方向を求め、前記光学幾何条件の変化を補正する変角分光イメージング装置を提供するものである。
【００２１】
また、請求項９に係る発明では、２次元画像のＸ軸方向及びＹ軸方向の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得する変角分光イメージング計測方法であって、ライン状又はスポット状の照明装置によって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定し、その後試料面及び該試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面及び該白色参照面に照明光を照射し、照射された照明光の該試料面及び該白色参照面からの反射光を分光手段により分光し、分光された該反射光を結像用レンズによって結像し、前記結像用のレンズを介して前記反射光を受光して、固定された２次元画像センサーによって、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該白色参照面における測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置の反射光を参照して、測定中の照明光量の変化や、露光時間の変動を補正し、該撮像された２次元画像内の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、該試料面の分光情報を取得し、前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する変角分光イメージング計測方法を提供するものである。
【００２２】
また、請求項１０に係る発明では、２次元画像のＸ軸方向及びＹ軸方向の全ての画素の測定波長毎の分光情報を取得する変角分光イメージング計測方法であって、ライン状又はスポット状の照明装置によって、測定前の校正時において、基準となる標準白色板と白色参照面とを同時に撮像して、画素毎及び波長毎の校正係数を計測し、かつ、前記波長毎の露光時間を決定し、試料面及び該試料面の周縁部全体に設けられた白色参照面の垂直方向に対して、それぞれ固定された２つ以上の角度方向から該試料面及び該白色参照面に照明光を照射し、照射された照明光の該試料面及び該白色参照面からの反射光を結像用のレンズで結像し、前記結像用のレンズで結像された光を分光手段により分光し、前記分光手段からの光を受光して、固定された２次元画像センサーによって、前記照明装置、前記２次元画像センサー、前記試料面及び前記白色参照面の相対的位置を変更せずに撮像し、該白色参照面における測定位置から前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に平行に引いた直線と交わる位置の前記白色参照面の位置の反射光を参照して、測定中の照明光量の変化や、露光時間の変動を補正し、該撮像された２次元画像内の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、該試料面の分光情報を取得し、前記測定波長毎に校正及び測定時の撮像露光時間を可変することで、照明装置の分光特性、前記分光手段における分光特性、前記２次元画像センサーの分光特性の前記測定波長範囲内での利得の差を補正する変角分光イメージング計測方法を提供するものである。
【００２４】
また、請求項１１に係る発明では、請求項９又は１０に記載の変角分光イメージング計測方法において、３次元形状測定手段によって前記試料面の３次元形状情報を測定し、該試料面の３次元形状情報を用いて該試料面の各位置の法線方向を求め、前記光学幾何条件の変化を補正する変角分光イメージング計測方法を提供するものである。
【００２５】
また、請求項１２に係る発明では、請求項１〜８のいずれかに記載の変角分光イメージング装置によって得られた画素毎の分光情報をもとに、画素ごとの分光反射率係数又は分光反射率係数から計算された色空間上の色彩数値を用い、変角情報に伴う計測波長毎の分光反射率係数、空間周波数解析、フラクタル解析の画像分布、画素毎の色彩値から求めた色空間上の分布状況、出現色数、情報エントロピーの計算を行う方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、物体表面の画素毎の変角、分光等の情報を短時間に効率的に計測する方法および装置を提供することであり、より具体的には、より正確で実用性の高い変角分光イメージング測定方法およびその装置を実現できる。また、２つ以上からの角度方向からの照明光の照射を用いることによって、結像用のレンズの画角範囲を小さくすることができるため、レンズ周辺部における歪曲を軽減することができる。さらに、３次元形状測定手段を組み込むことによって、試料面の３次元形状情報を測定して、試料面の光学幾何条件の変化を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明の光学幾何条件を説明する図である。
【図３】ライン状の照明装置を用いる実施形態を説明する図である。
【図４】スポット状の照明装置を用いる実施形態を説明する図である。
【図５】本発明の校正手順を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の測定手順を説明するフローチャートである。
【図７】照明装置を２０度の角度に設定した際の、測定対象の範囲ごとの鏡面反射挟角と、画像センサで得られた画像を表した図である。
【図８】照明装置を４５度の角度に設定した際の、測定対象の範囲ごとの鏡面反射挟角と、画像センサで得られた画像を表した図である。
【図９】本発明において、波長と鏡面反射挟角を変化させた際の分光反射率係数の変化を表した図である。
【図１０】サンプルＡのＣＩＥＬＡＢ色空間における各画素の分布を表した図である。
【図１１】サンプルＡの、ＣＩＥＬＡＢ色空間における各画素の分布を表した図であって、照明装置を２０度及び４５度に設定した際の、Ｌ＊−ａ＊関係、及び、Ｌ＊の値を５０にしたときの、ａ＊−ｂ＊関係を表した図である。
【図１２】サンプルＡの、鏡面反射挟角に対して画像を８つの領域に分割した、ＣＩＥＬＡＢ色空間における各画素の分布を表した図であって、照明装置を２０度及び４５度に設定した際の、各領域におけるＬ＊−ａ＊関係、及び、Ｌ＊の値を５０にしたときの、ａ＊−ｂ＊関係を表した図である。
【図１３】サンプルＢの、ＣＩＥＬＡＢ色空間における各画素の分布を表した図である。
【図１４】サンプルＢの、ＣＩＥＬＡＢ色空間における各画素の分布を表した図であって、照明装置を２０度及び４５度に設定した際の、Ｌ＊−ａ＊関係、及び、Ｌ＊の値を５０にしたときの、ａ＊−ｂ＊関係を表した図である。
【図１５】サンプルＢの、鏡面反射挟角に対して画像を８つの領域に分割した、ＣＩＥＬＡＢ色空間における各画素の分布を表した図であって、照明装置を２０度及び４５度に設定した際の、各領域におけるＬ＊−ａ＊関係、及び、Ｌ＊の値を５０にしたときの、ａ＊−ｂ＊関係を表した図である。
【図１６】本発明に３次元形状測定手段を組み込んだ他の実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
（測定機構について）  
図１は本発明の概略構成を説明する図である。  
本発明の変角分光イメージング装置の実施形態は、平面状の測定サンプル面２の垂直方向に設置された白黒階調の画像を取得する白黒２次元画像センサー４、画像を白黒２次元画像センサー上に結像させる光学レンズ８、測定サンプル面２と光学レンズ８の間の所定位置に設置された液晶チューナブルフィルターなどの透過波長帯域を可変できる分光手段６、計測波長域で測定に必要なエネルギーを持つ照明装置１０を備える。本発明の一実施形態では、測定サンプル面２の周縁部に測定サンプル面と平行に設置した白色参照面１２を設けたものから構成される。白色参照面は撮像時に同時に写しこまれ、これにより計測時間中の照明の光量変動や撮像素子の露出時間の変動や誤差を吸収する為の補正に供される。
【００２９】
（光学幾何条件について）  
以下、画像と照明と受光・観察の光学幾何条件について説明する。  
図２は本発明の光学幾何条件を説明する図である。  
照明装置１０から照射される光は、測定サンプル面２及び白色参照面１２を照射する。白黒２次元画像センサー４と光学レンズ８は、測定サンプル面２と白色参照面１２を同時に画像の中に収められるように配置される。なお、本図面では分光手段６の記載を省略している。
【００３０】
照明装置１０から照射される光は、測定サンプル面２と白色参照面１２を照射するが、照射方向は照射形状に依存して、測定サンプル面２，白色参照面１２の垂直方向に対し、測定サンプル面２，白色参照面１２の位置毎に異なる。正反射方向は照射方向と反対の鏡面方向の関係にある。測定サンプル面２と白色参照面１２を撮像する白黒２次元画像センサー４の各画素が受光する方向は、画素毎に異なり、その単位ベクトルをＰijとする。ｉ，ｊは、画像のＸ軸、Ｙ軸方向の画素である。つまり、（ｉ，ｊ）は２次元画像上の各画素の座標を意味する。  
【００３１】
画像上の照明方向の単位ベクトル２０をＩijとし、それに対する鏡面反射方向の単位ベクトル１６をＳijとする。照明の鏡面反射方向に対する受光方向の単位ベクトル１８の角度を一般にａ−ｓｐｅｃｕｌａ角１４（以下「鏡面反射挟角」という。）と呼び、自動車の外装塗色に用いられるメタリック色やパール色はこの角度に依存して色彩（明度、彩度、色彩）が変化する。画像上の各画素に於ける鏡面反射挟角をθijとすると、（数１）で表される。なお、図２では、理解し易いように、白黒２次元画像センサー４の各画素（ｉ，ｊ）１９に対応する測定サンプル面２あるいは白色参照面１２の各位置として説明している。  
【００３２】
【数１】
0005475057.tif 000002
【００３３】
ここで、Ｐij・ＳijはＰijとＳijの内積を表す。  
図２から明らかなように、白黒２次元画像センサー４の画素中の鏡面反射挟角は、ｉ，ｊ毎に異なり、変角の情報を持つことになる。  
【００３４】
照明装置１０の形状は、図３に示されるようにライン状（ライン状の光源）、あるいは図４に示されるようにスポット状（点光源）等のものが適用される。光学レンズ８と分光手段６は、それぞれの機能を果たすことができれば、配置の順序を入れ換えてもよい。ライン状の照明形状の場合は、設置の方向によって、画像のＸ軸あるいはＹ軸のいずれかの方向に対して変角の情報を持つことになる。また、スポット状の照明形状の場合、画像のＸ軸方向、Ｙ軸方向の両者に対して照明と受光の角度が変わり、両方の方向に対して変角の情報を持つことになる。  
【００３５】
ここで、測定サンプル面２は２次元の広がりがあるため、測定サンプル面２及び白色参照面１２の位置ごとに、鏡面反射挟角は異なる。例えば、照明装置を２０度に設定した場合は、測定サンプル面を照明装置から近い側から遠い側へ８つの領域に分けたときに、図７に示されるように、照明装置から最も近い側における鏡面反射挟角の平均値は３．５度であるのに対し、最も遠い側における鏡面反射挟角の平均値は３５．７度となる。照明装置を４５度に設定した場合も同様に、図８に示されているように、照明装置に最も近い側における鏡面反射挟角の平均値は３０．１度となり、最も遠い側における鏡面反射挟角の平均値は５８．６度となる。
【００３６】
（撮像用の２次元画像センサーについて）  
以下、撮像用の２次元画像センサーについて説明する。  
近年の自動車塗料には、特殊な干渉性光輝材が多用されるようになっており、非常に微細で高輝度、かつ色の表現域が広い光輝性の反射色が含まれている。これらの塗色に対しては、変角情報を有効に利用し、また特徴を評価する正確な画像解析計算を行う為には、画像全般にわたり高精細・高精度で高ダイナミックレンジ、広色域の計測が必要である。この為、本発明の実施形態では画像センサーに白黒の２次元センサーを用いることで、モアレ画像の発生を抑え、かつ撮像の前段階に分光手段を備えることで、広色域の分光情報を全画素に対して得る機構を実現した。  
【００３７】
白黒２次元画像センサー４は、良好な光輝性の反射色を高精度にとらえる為、アンチブルーミング機構を備え、かつＣＣＤ撮像センサーの場合、ペルチェ素子等による冷却機構を備えていることが望ましく、ダイナミックレンジも８ｂｉｔ以上、望ましくは１６ｂｉｔ以上の出力分解能を備えたものを用いる。  
【００３８】
また、本発明では白黒の２次元センサーを用いているが、カラーのＲＧＢセンサーを用いることもできる。  
【００３９】
（光学レンズについて）  
白黒２次元画像センサー４の前に配置された結像用の光学レンズ８も高精細で周辺部の乱れや減光が少ないものを用い、画角については、周辺部の画像の乱れを抑えるために、４０°よりも少ないものを用いることが好ましい。また、照明については少なくとも２以上の角度について可変できる機構を備えることで、複数の角度の鏡面反射挟角に対して計測を可能とすることができる（図１、図３，図４参照）。  
【００４０】
（分光イメージングについて）  
以下、全撮像画素に対して分光情報を得る、分光イメージングについて説明する。  
光学レンズ８の直前に備える分光手段６としては、測定波長に応じて透過波長帯域が異なる複数のバンドパスフィルターを備え、これを逐次交換し撮像することで、分光情報を得る方法が適用できる。この場合、可視光領域である４００ｎｍから７００ｎｍの間を１０ｎｍ毎に計測する場合は、３１枚のバンドパスフィルターを用意し、これを交換しつつ同位置の撮像を繰り返すことで、全画素に対して３１個の分光情報を取得する。  
【００４１】
バンドパスフィルターの代わりの手段としては、液晶チューナブルフィルター（ＬＣＴＦ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）や音響光学チューナブルフィルター（ＡＯＴＦ：  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）等の、透過波長帯を制御できるバンドパスフィルターを用いる方法も同様に適用できる。  
【００４２】
（照明装置について）  
照明装置１０に関しては、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、白色ＬＥＤ等の光源ランプを光ファイバーやライトガイドの機構を備えたもの、光源ランプに反射鏡、投影レンズ等を備えたもの等で、測定サンプル面２と白色参照面１２を照明することができるものが適用される。  
【００４３】
また、前述の光学レンズ８と測定サンプル面２および白色参照面１２との間に分光手段６を配置する代わりに、照明装置１０として分光照明を適用することもできる。この場合、照明装置１０に含まれる光源ランプからの光を、回折格子やプリズム等の分光光学素子とスリット等を用いて単波長光を得る方法、複数個のバンドパスフィルターを逐次交換し単波長光を得る方法、バンドパスフィルターの代わりに液晶チューナブルフィルターや音響光学チューナブルフィルターを用いて単波長光を得る方法等が適用できる。  
また、光学レンズ８の直前に分光手段６を備える方法と、分光照明を組み合わせることで、蛍光色等を計測する２波長分光イメージングを実現できる。
【００４４】
以下、実際の測定を行う前に行われる、機器の校正方法、及び、その後の測定方法、画像解析計算について、図５及び図６に基づいて説明する。  
【００４５】
（機器の校正方法について）
最初に、図５に基づいて機器の校正方法について説明する。  
安定した計測を行う為には、校正手段を確立することが重要である。校正は、気温や湿度といった測定環境の変化、電源の不安定性、光源装置や光学機器の経時変化に対応するもので、電源投入直後や、校正後数時間〜数日の時間範囲で実施し、計測値が常にある誤差範囲に収まるように補正を行うものである。  
【００４６】
まず、基準となる標準白色板を用意する（Ｓ１０２）。表面構造は光沢の無い拡散面であり測定範囲で均一である。また分光反射率係数も測定波長領域で概ね８０％以上あることが望ましい。代表的なものには、硫酸バリウムの粉末をプレスして固めたものなどがある。標準白色板は予め、別の校正済の分光光度計により波長λに於ける分光反射率係数を計測しておき、値を記憶装置に保存しておく。その値をＲc（λ）とする。測定サンプルの代わりに、この標準白色板を設置し、照明ｐにて測定波長毎に撮像し、その結果を記憶装置内に記録する。その値をＣij（ｐ，λ）とする。（ｉ，ｊ）は標準白色板を撮像した画素の位置である。  
【００４７】
その際に同時に周縁部に備えられた白色参照面も同時に撮像、記録される。その値をＷkl（ｐ，λ）とする。（ｋ，ｌ）は白色参照面を撮像した画素の位置である。白色参照面の表面構造は、受光や照明の角度にできるだけ依存しない、光沢の無い拡散面で構成されることが望ましく、また分光反射率係数も測定波長領域で概ね８０％以上あることが望ましい。校正情報を計測する際には、分光手段６や、照明装置１０の分光分布の特性に測定波長範囲内でばらつきがある為、これを補正する目的で、計測波長毎に露光時間を適性化してもよい（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。これらを複数の照明、異なる波長において完了すれば校正は終了する（Ｓ１０５，Ｓ１０６）。この際には校正情報とともに露光時間も記憶装置に保存し、サンプルの測定の際には、ここで保存されたものと同じ露光時間で計測する。白色参照面の撮像結果の値を用いることによって、電源の不安定性、光源装置の光学機器の経時変化による、測定面の場所によるばらつきを補正することができ、露光時間を制御することによって、測定波長毎に異なる光源の分光分布、分光手段の分光特性、撮像素子の分光感度を一定化してダイナミックレンジを確保することができる。  
【００４８】
（実際の測定サンプル面の測定について）
次に図６に基づいて実際の測定方法について説明する。測定サンプルをセットし（Ｓ１１１）、測定波長毎に撮像し（Ｓ１１２）、その結果を記憶装置内に記録する（Ｓ１１３）。その値をＭCij（ｐ，λ）とする。その際に同時に撮像した白色参照面の測定値をＭWkl（ｐ，λ）とする。この場合、（数２）により校正後の測定サンプルの分光反射率係数Ｒmij（ｐ，λ）が求められる。これらを複数の照明、異なる波長において完了すれば測定は終了する（Ｓ１１４）。  
【００４９】
【数２】
0005475057.tif 000003
【００５０】
この場合、白色参照面の画像位置ｋ，ｌは、補正する測定サンプル面の画素位置（ｉ，ｊ）に対して、効果的に作用する位置を、例えば測定する位置からＸ軸及びＹ軸に平行に引いた直線と交わる部分の白色参照面の位置を、Ｘ軸Ｙ軸に対する補外位置として参照したり、部分的な補間や平均化を施したりして求める。白色参照面は撮像時に同時に写しこまれ、これにより計測時間中の照明の光量変動や撮像素子の露出時間の変動や誤差を吸収する為の補正に供される。この為、より高精度で高安定性な測定が可能となる。尚、校正データを測定する際に光トラップや標準黒色板を用いて、分光反射率係数が０近辺の補正を加えてもよい。  
【００５１】
（画像解析により特徴量を計算する方法について）
以下、測定した分光イメージング情報を用いて、画像解析により特徴量を計算する方法について説明する。これらの計算方法は一例に過ぎない。本発明においては、全画素に渡り高精細、高精度に測定を行うものであるから、多くの種類の画像解析計算を適用でき、また、これによる結果の信頼性を高く保つことが可能である。  
【００５２】
測定された照明毎の全画素の分光反射率係数Ｒmij（ｐ，λ）の変角情報に対する平均値を求める方法を説明する（Ｓ１１５）。画素位置（ｉ，ｊ）により、鏡面反射挟角は異なる。分光反射率の平均値Ｒm（ｐ，λ）は、（数３）で表される。  
【００５３】
【数３】
0005475057.tif 000004
【００５４】
ここで、Σの計算は、Ｘ軸方向に対してはｉからｉ＋Ｉ番目まで、Ｙ軸方向に対してはｊからｊ＋Ｊ番目までの領域を計算する。Ｎは計算領域に含まれている画素の数で、Ｎ＝（Ｉ＋１）・（Ｊ＋１）となる。  
またこの計算領域に対する平均的な鏡面反射挟角θ（ｐ）は、（数４）で表される。
【００５５】
【数４】
0005475057.tif 000005
【００５６】
ｉ，ｊ，Ｉ，Ｊの取り方により、求めたい空間分解能に対する任意の鏡面反射挟角θ（ｐ）での平均分光反射率係数Ｒmij（ｐ，λ）を得ることが可能となる。Ｉ，Ｊを小さくとれば、鏡面反射挟角θ（ｐ）の平均計算領域の中での変動が小さく、高い空間分解能での平均計算が可能となり、一方、Ｉ，Ｊを大きくとれば、空間分解能は低下するが、Ｎを大きくとることになるので平均化、平滑化の効果は高くなる。  
【００５７】
（色彩値を求める方法について）
測定された全画素の分光反射率係数Ｒmij（ｐ，λ）から色彩値を求める方法について説明する（Ｓ１１６）。色彩値を計算する手順として、まず三刺激値ＸＹＺを計算する。この代表的な方法には国際照明委員会（ＣＩＥ：Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）で定められたものを利用する。
各画素の三刺激値Ｘij（ｐ），Ｙij（ｐ），Ｚij（ｐ）は、（数５）で表すことができる。  
【００５８】
【数５】
0005475057.tif 000006
【００５９】
ここでＰ（λ）は、物体を観察する際に想定される照明光の分光分布を表し、積分する波長λの範囲は測定に用いられた可視光領域となる。三刺激値Ｘij（ｐ），Ｙij（ｐ），Ｚij（ｐ）は、コンピュータディスプレイやプリンター上に表示する際には、Ｒij（ｐ），Ｇij（ｐ），Ｂij（ｐ）値に変換を行う。この変換には、規格に応じて、ｓＲＧＢやＡｄｏｂｅＲＧＢなどへの変換方法が知られている。  
【００６０】
前述の分光反射率係数の平均計算と同じく、三刺激値に関しても、（数６）で平均値を得ることができる。  
【００６１】
【数６】
0005475057.tif 000007
【００６２】
測定された全画素の三刺激値Ｘij（ｐ），Ｙij（ｐ），Ｚij（ｐ）から色彩値を求める方法について説明する。代表的な方法にＣＩＥで定められたＣＩＥＬＡＢ色空間の値であるＬ＊ａ＊ｂ＊を（数７）を用いて求める方法がある。  
【００６３】
【数７】
0005475057.tif 000008
【００６４】
Ｘn，Ｙn，Ｚnは、分光反射率係数が１００％の物体を計測したときの三刺激値である。前述の分光反射率係数の平均計算と同じく、ＣＩＥＬＡＢ値に関しても、（数８）で平均値を得ることができる。  
【００６５】
【数８】
0005475057.tif 000009
【００６６】
また、画像解析から測定サンプル２の特徴を求める重要な方法として、ＣＩＥＬＡＢ色空間に於ける計測値の分布を求めることがある。この際も画像のＸ軸方向に対してはｉからｉ＋Ｉ番目まで、Ｙ軸方向に対してはｊからｊ＋Ｊ番目までの領域を計算する。  
【００６７】
また、ＣＩＥＬＡＢ色空間に於ける計測値の分布を数量的なパラメータとして表す方法に、出現色数や情報エントロピーを計算する方法が適用できる。情報エントロピーをＨとした場合、（数９）で計算する。
【００６８】
【数９】
0005475057.tif 000010
【００６９】
Ｐ（ｐ，ｃ）は照明ｐで撮像した画像中における色ｃの出現頻度で、Ｘ軸方向に対してはｉからｉ＋Ｉ番目まで、Ｙ軸方向に対してはｊからｊ＋Ｊ番目までの画素の範囲で，ΔＬ＊，Δａ＊，Δｂ＊各辺が一定の大きさの立方体で区切って計算する。
この他にも、画像フィルターや、微分値、フーリエ変換やウェーブレット変換等の周波数分析を画像位置、即ち照明と受光の幾何条件である鏡面反射挟角θ（ｐ）に対し行う方法や、ＣＩＥＬＡＢ色空間の分布状況をより詳細にパラメータ化する方法等、様々な方法が適用でき、測定対象の特徴量を数値化することで、２つの異なる測定対象の差を定量化することが可能となる。更には、製品製造の際の品質管理、製造方法の判断等、多方面にわたる合理化と効果が期待できる。  
【００７０】
次に、本発明の実施形態の具体的な実施例を説明する。
実施例では、白黒２次元画像センサー４に、ペルチェ冷却機構とアンチブルーミング機構を備えたＢｉｔｒａｎ製１６ｂｉｔ出力でＸ軸方向に７７２画素、Ｙ軸方向に５８０画素のものを用いた。結像レンズにはタムロン製の焦点距離２５ｍｍの単焦点Ｃマウントレンズで画角は長辺方向に２２度である。分光手段としては、レンズ直前に、ＣＲｉ製の液晶チューナブルフィルターを備え、可視光範囲内を１０ｎｍ間隔で分光計測を行える。測定サンプル面には、画像中央部のＸ軸方向に７２０画素、Ｙ軸方向に５２０画素を用い、それ以外の周縁部は白色参照面とした。照明は投影レンズを備えた白色ＬＥＤチップ１０個を直線状に配置したものを２組用意して、測定サンプル面中央垂直方向から２０度と４５度の２方向から照明するように配置した。  
【００７１】
本実施例では、電源投入後、測定に先立ち、標準校正板である標準白色板を測定部位にセットし、２０度と４５度照明に対する各波長における校正情報を計測した。その際に、液晶チューナブルフィルター、照明装置の分光分布の特性を補正する為に、計測波長毎に露光時間を適性化し、校正情報とともに露光時間も記憶装置に保存した。その後、測定サンプルを測定部位にセットし、２０度と４５度照明に対し、各波長に対して校正の時と同じ露光時間で測定を行った。  
【００７２】
測定サンプルは、サンプルＡ（アルミ光輝材（東洋アルミ製、Ａｌｐａｔｅ７６７０ＮＳ）を含む塗板）とサンプルＢ（干渉性光輝材（Ｍｅｒｃｋ製、Ｘｉｒａｌｌｉｃ  ＣｔｙｓｔａｌＳｙｌｖｅｒ  ＸＴ６０−１０）を含む塗板）に対して行った。両者ともに、測定後、校正情報を基に２０度と４５度照明での全画素に対する分光反射率係数を求めた。分光反射率係数からは、三刺激値ＸＹＺ、画像表示の為のＲＧＢ、ＣＩＥＬＡＢ色空間の値を求めた。図９に、２０度と４５度照明におけるＸ軸方向に対して８つの領域に分割し、合計１６の領域において、それぞれの領域内の画素の計測値を平均化し、波長を４００ｎｍから７００ｎｍまで１０ｎｍごとに切り換えて、分光反射率係数を測定した結果を１枚の図としたものを示した。  
【００７３】
更にＣＩＥＬＡＢ値からは、２０度と４５度照明での全画素に対するＣＩＥＬＡＢ色空間に於ける分布状況、出現色数、情報エントロピーを計算した。
ＣＩＥＬＡＢ色空間に於ける画像中の出現色数は、塗板の特徴を表す指標として利用できる。顔料をのみを着色材に用いた塗板で一般にソリッド色と呼ばれる塗色の場合、計測した結果は画像内で略、同じ値になるので、出現色数は極端に少ないが、メタリック色の場合、含まれるアルミ光輝材の種類や配合量、組み合わされる着色顔料により、光学幾何条件により、主に明度と彩度について変化し、出現色数は増加する。更に干渉性の光輝材を含むパール色では、光学幾何条件に応じて明度と彩度に加えて色相方向にも変化すると同時に、細かい光輝材の干渉性の反射光が含まれるために、個々の画素に様々な色が出現するので、出現色数は増加する。これは、ＣＩＥＬＡＢ色空間に対して、より広い範囲に色が分布することを意味している。また、情報エントロピーは、画像中の情報量を表す数値であり、出現色数と同様に、塗板の特徴を表す指標として利用できる。
画素毎のＬ＊ａ＊ｂ＊値は、式７に基づいたＪＩＳ Ｚ８７２９：２００４の計算方法を用い、照明光はＪＩＳ Ｚ８７８１：１９９９に示されているＣＩＥ測色用標準イルミナントＤ６５、等色関数は１０度視野の条件で計算した。計算は小数点２桁の精度で行った。次にＣＩＥＬＡＢ空間をＬ＊、ａ＊、ｂ＊各軸の方向に一辺が１．００の大きさの立方体を仮定し、画像中の７２０×５２０＝３７４４００個の画素について計算されてＬ＊ａ＊ｂ＊の値を立方体にあてはめ、出現した画素の色を含む立方体の数を出現色数とした。これをＮとする。この計算方法は、８つに分割した画像に対しても行われる。  
また、情報エントロピーＥは、以下の（数１０）で計算した。
【００７４】
【数１０】
0005475057.tif 000011
【００７５】
ここでＰ(i)は画像中における色iの出現頻度で，前述のＬ＊、ａ＊、ｂ＊各軸の方向に一辺が１．００の大きさの立方体の中に、全画素に対し何個の画素が含まれているかを表している。
図１０にサンプルＡのＣＩＥＬＡＢ色空間の分布を示し、図１１に、２０度と４５度照明におけるＬ＊−ａ＊関係と、Ｌ＊の値を５０に設定したときの、ａ＊−ｂ＊関係を示す。また、図１３にサンプルＢのＣＩＥＬＡＢ色空間の分布を示し、図１４に、２０度と４５度照明におけるＬ＊−ａ＊関係と、Ｌ＊の値を５０に設定したときの、ａ＊−ｂ＊関係を示す。  
【００７６】
また、２０度と４５度照明それぞれの画像をＸ軸方向に対して８つの領域に分割し、それぞれの領域について、ＣＩＥＬＡＢ色空間に於ける分布状況を示した。図１２にサンプルＡにおける、２０度と４５度照明における８つの領域の、Ｌ＊−ａ＊関係と、Ｌ＊の値を５０に設定したときの、ａ＊−ｂ＊関係を、図１５にサンプルＢにおける、２０度と４５度照明における８つの領域の、Ｌ＊−ａ＊関係と、Ｌ＊の値を５０に設定したときの、ａ＊−ｂ＊関係を示す。サンプルＡの干渉性光輝材は、サンプルＢのアルミ光輝材に比して、干渉色の光輝性反射を含むため、ＣＩＥＬＡＢ色空間に於ける分布状況は広範囲にわたっている。両者の違いを特徴的に表している。  
【００７７】
本実施の形態では、測定サンプル面２の周辺に白色参照面１２を設けたもので説明をしたが、白色参照面１２がなく、測定サンプル面２のみで計測を行ってもよい。また、本実施の形態では、照明装置１０として白色光源を用いたが、照明装置内に分光機能を有し、単波長の光を照射可能な光源を用いてもよい。
【００７８】
また、本実施の形態では、平面状の測定対象を用いて、各画素毎の光学幾何条件の変化を利用して、試料面の分光情報を取得したが、測定対象面が曲面である場合、変角分光イメージング装置に３次元形状測定装置を組み込み、曲面の画素の法線から、光学幾何条件を正確に補正することができる。
【００７９】
そこで、図１６に基づいて、３次元形状測定装置を組み込んだ他の実施例について説明する。前述の実施例と同様の構成については説明を省略する。
【００８０】
本実施例では、白黒２次元画像センサー４、分光手段６としての液晶チューナブルフィルター、白色ＬＥＤチップ１０個を直線状に配置したものを２組用意した照明装置１０を備える点は実施例１と同様であるが、それに加えて、測定サンプルの３次元形状補正のための形状測定手段として、レーザープロジェクター９（米国Ｍｉｃｒｏｖｉｓｉｏｎ社製  ＳＨＯＷＷＸ）で測定面に格子像１１を投影して、格子像１１を白黒２次元画像センサー４で取得し、格子像１１の変位から形状を得ている。
【００８１】
本実施例では、電源投入後の測定に先立ち、標準校正板である十分な平面性を持つ標準白色板を測定部位にセットして、２０度と４５度照明に対する各波長における校正情報を計測した後に、３次元形状測定用のレーザープロジェクター９で格子像を投影し、白黒２次元画像センサー４で撮像、基準平面のデータとして格子像１１の位置を数値化して保存した。
【００８２】
測定にあたっては、測定サンプルをレーザープロジェクター９で格子像１１を照射し、格子像を白黒２次元画像センサー４で取得し、予め計測して保存している基準平面上の格子像１１の位置情報を用いて、三角法から３次元形状データを計算した。
【００８３】
その後、求められた３次元形状データから試料面の各位置の法線ベクトルを計算し、照明装置からの照明の正反射方向を補正した上で、鏡面反射挟角を再計算することによって、３次元形状の表面の光学幾何条件を補正した。
【００８４】
本実施の形態では、曲面の測定対象面に対して、変角分光イメージング装置に３次元形状測定装置を組み込んだので、光学幾何条件を正確に補正することができる。特に鏡面反射挟角に対してデータを取得する場合、３次元形状から法線ベクトルを計算し、照明の正反射方向を補正した上で、鏡面反射挟角を計算し直すことで、測定対象面の形状に影響されない計測を可能としている。
【符号の説明】
【００８５】
２  測定サンプル面
４  白黒２次元画像センサー
６  分光手段
８  光学レンズ
９  レーザープロジェクター
１０  照明装置
１１  格子像
１２  白色参照面
１４  鏡面反射挟角
１６  鏡面反射方向の単位ベクトル
１８  受光方向の単位ベクトル
１９  画素（ｉ，ｊ）
２０  照明方向の単位ベクトル
【図５】
0005475057.tif 000012
【図６】
0005475057.tif 000013
【図１２】
0005475057.tif 000014
【図１３】
0005475057.tif 000015
【図１４】
0005475057.tif 000016
【図１５】
0005475057.tif 000017
【図１】
0005475057.tif 000018
【図２】
0005475057.tif 000019
【図３】
0005475057.tif 000020
【図４】
0005475057.tif 000021
【図７】
0005475057.tif 000022
【図８】
0005475057.tif 000023
【図９】
0005475057.tif 000024
【図１０】
0005475057.tif 000025
【図１１】
0005475057.tif 000026
【図１６】
0005475057.tif 000027