(57)【要約】【課題】測定精度が高く、且つ、露光条件の設定を簡単に行える輝度分布測定方法を提供する。【解決手段】撮影手段１は撮影条件設定手段２によって撮影条件が変更され、異なる撮影条件で同一の被測定箇所を複数回撮影する。画像生成手段３は、撮影手段１の画素値の出力範囲内で画素値と輝度との誤差が他の範囲よりも小さくなる範囲の階調値を特定値として予め設定しており、撮影手段１により撮影された複数枚の画像において、同一の測定点に対応する画素の画素値と特定値とを比較し、特定値に最も近い画素値を選択して、選択された画素値から測定点の輝度を求めている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定箇所を撮影し、各画素の画素値として対応する測定点の輝度を所定の階調数で測定した値を出力する撮影手段を用い、前記撮影手段の露光条件を変えて同一の被測定箇所を複数回撮影し、撮影して得た複数枚の画像を合成することで、前記撮影手段の測定レンジよりも広い範囲で被測定箇所の輝度分布データを求める輝度分布測定方法であって、
前記画素値の出力範囲内で画素値と実際の輝度との測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を特定値として予め設定しておき、前記複数枚の画像において同一の測定点に対応する画素の画素値と前記特定値とを比較し、前記特定値に最も近い画素値を選択して、選択された画素値から前記測定点の輝度を求めることを特徴とする輝度分布測定方法。
【請求項２】
前記特定値が、前記画素値の階調数の略中央値であることを特徴とする請求項１記載の輝度分布測定方法。
【請求項３】
前記特定値が、前記画素値と輝度との関係を直線近似又は対数近似の何れかで近似できる範囲内の値であることを特徴とする請求項１記載の輝度分布測定方法。
【請求項４】
前記特定値が、前記画素値と輝度との関係を曲線近似できる範囲内の値であることを特徴とする請求項１記載の輝度分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輝度の分布範囲が広範囲に亘る被測定箇所において、輝度の測定レンジを複数通りに変えて同一の被測定箇所を撮影し、それら複数の画像を合成することで被測定箇所の輝度分布を測定する輝度分布測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被測定箇所をデジタルスチルカメラで撮影して、その画像から被測定箇所の輝度を測定する方法があり（例えば特許文献１参照）、デジタルスチルカメラによる輝度の測定レンジが、被測定箇所の輝度の分布範囲よりも狭い場合は、デジタルスチルカメラの露光条件を変えて同一の被測定箇所を複数回撮影した後、これら複数の画像を合成することによって、被測定箇所の輝度分布を求めるのが一般的であった。
【０００３】
例えば、階調数が８ビット（２５６階調）のデジタルスチルカメラを用い、絞りを固定した状態で、シャッタースピードを４通り（１／１秒、１／８秒、１／６０秒、１／５００秒）に変化させて被測定箇所を撮影し、これらの画像を加算合成することによって１ｃｄ／ｍ２〜１００００ｃｄ／ｍ２の輝度レンジで輝度分布を測定できるようにした輝度分布測定システムの例を以下に説明する。
【０００４】
図７はこの測定システムにより測定可能な輝度範囲を示しており、図中のａはシャッタースピードを１／１秒、ｂは１／８秒、ｃは１／６０秒、ｄは１／５００秒にセットした時の各画素の画素値（出力値）と対数軸上の輝度値との関係を示している。この測定結果から明らかなように、シャッタースピードを１／１秒、１／８秒、１／６０秒、および１／５００秒にセットした場合は、それぞれ１〜１０ｃｄ／ｍ２、１０〜１００ｃｄ／ｍ２、１００〜１０００ｃｄ／ｍ２、および１０００〜１００００ｃｄ／ｍ２の輝度範囲で対数軸上の輝度値とデジタルスチルカメラの画素値（出力値）とがほぼ比例関係にあり、これらの４枚の画像を加算合成することによって１ｃｄ／ｍ２〜１００００ｃｄ／ｍ２の測定範囲で輝度分布を測定することが可能になる。
【０００５】
ここで、被測定箇所における輝度の分布範囲が図７中の範囲Ｄ０となる場合、範囲Ｄ０中の低輝度領域Ｄ１に関してはシャッタースピードを１／１秒として撮影した画像の出力値が大きい領域Ｄ１ａと、シャッタースピードを１／８秒として撮影した画像の出力値が小さい領域Ｄ１ｂとを用いて画像を合成し、また範囲Ｄ０中の高輝度領域Ｄ２に関してはシャッタースピードを１／８秒として撮影した画像の出力値が大きい領域Ｄ２ａと、シャッタースピードを１／６０秒として撮影した画像の出力値が小さい領域Ｄ２ｂとを用いて画像を合成することとなる。
【特許文献１】特開平７−３２２０９５号公報（段落番号［０００６］、及び、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シャッタースピードを上記の４通りに設定した場合、各々の設定で撮影された画像の画素値（出力値）と対数軸上の輝度値との間に比例関係が成立するとは言うものの、図７に示すように各々の設定において測定レンジの中央値付近に比べて、出力値の小さい領域（Ｄ１ｂ，Ｄ２ｂ）や大きい領域（Ｄ１ａ，Ｄ２ａ）では比例関係が成立しておらず、これらの領域Ｄ１ａ，Ｄ２ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ｂで画素値を合成した結果と実際の輝度との測定誤差が大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、デジタルスチルカメラにより同一の被測定箇所を露光条件を変えて複数回撮影し、これら複数の画像の各々について、出力値の小さい領域や大きい領域を使用せず、対数軸上の輝度値が出力値に略比例している領域（例えば出力値が１０以上且つ２５０以下の領域）のみを利用して複数の画像を合成することで、広範な測定範囲で輝度分布を測定できるようにすることが考えられるが、露光条件の変更は手動で行うため、輝度分布を求めるために必要な画像の枚数が増えると、測定に手間がかかるという問題があった。
【０００８】
ここに、測定誤差を低減しつつ、広範な輝度レンジをより少ない枚数の画像で測定するためには、図８に示すようにデジタルスチルカメラの出力値と対数軸上の輝度値とが略比例関係にある領域（Ｐ１＜出力値＜Ｐ２となる範囲）のみを使用し、この領域の出力値に対応した輝度値が互いに重ならないよう、各々の画像の露光条件や使用する出力値の範囲を設定することが好ましい。図８のａ〜ｉはそれぞれ異なる露光条件で撮影された画像の出力値と輝度との関係を示しており、各画像の出力値の内、出力値と輝度とが略比例している出力値の範囲が互いに重ならないように、各画像の露光条件を設定するため、露光条件の設定や輝度測定に用いる出力値の範囲の設定が非常に難しく、測定の手間がかかるという問題があった。
【０００９】
このような設定の手間を軽減するため、図９に示すように画像中の画素の出力値と対数軸上の輝度値とが略比例する出力範囲（Ｐ１：Ｐ２）において、複数の画像の出力値に対応した輝度値が一部重なるように設定することで、各画像の露光条件の設定を容易にすることが考えられ、さらに低輝度領域をより高精度に測定したい場合は、低輝度領域を撮影する画像の枚数を、高輝度領域を撮影する画像の枚数よりも増やすことが好ましいが、このような測定方法でも以下に述べる問題がある。なお、図９中の複数の曲線は異なる露光条件で撮影された画像の出力値と輝度との関係を示しており、各曲線の実線部分に対応する出力値のみを利用するものとする。
【００１０】
図１０のａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ、異なる露光条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで撮影された画像の画素値（出力値）と輝度値との関係を示しており、範囲（Ｐ３，Ｐ４）の出力値のみを使用するものとすると、いずれの露光条件Ａ〜Ｄでも１００ｃｄ／ｍ２の被測定箇所を測定できる。ここで、４つの露光条件Ａ〜Ｄに予め優先順位を設定しておき、各々の露光条件Ａ〜Ｄで撮影された画像の出力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄから、所定の優先順位に従って何れかの出力値を選択して輝度分布の測定データとする場合、例えば高輝度画像を優先するのであれば点Ｐａが選択され、低輝度画像を優先するのであれば点Ｐｄが選択されるのである。より高精度の出力値を選択するのであれば、出力値の輝度範囲の中央値Ｐ５付近の出力値が最も精度が高いと考えられるので、中央値Ｐ５に最も近い出力値Ｐｃを選択するのが好ましいが、従来の方法では複数の画像の出力値から最も精度の高い出力値を選択するような画像合成を行っていないため、測定精度を向上させる効果が不十分であった。
【００１１】
以上述べたように従来の輝度分布測定方法では、より少ない枚数の画像を合成することで広範な測定範囲を測定しようとすると、各々の画像において精度の低い領域の出力値を使用することになり、測定精度が低下するという問題があった。また、撮影する画像の枚数を増やして、各々の画像において出力値と輝度値とが略比例している領域の出力値のみを使用した画像を合成した場合、撮影枚数が増えて露光条件の設定に手間がかかるという問題があった。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、測定精度が高く、且つ、露光条件の設定を簡単に行える輝度分布測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、被測定箇所を撮影し、各画素の画素値として対応する測定点の輝度を所定の階調数で測定した値を出力する撮影手段を用い、撮影手段の露光条件を変えて同一の被測定箇所を複数回撮影し、撮影して得た複数枚の画像を合成することで、撮影手段の測定レンジよりも広い範囲で被測定箇所の輝度分布データを求める輝度分布測定方法であって、画素値の出力範囲内で画素値と実際の輝度との測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を特定値として予め設定しておき、複数枚の画像において同一の測定点に対応する画素の画素値と特定値とを比較し、特定値に最も近い画素値を選択して、選択された画素値から測定点の輝度を求めることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、画素値の出力範囲内で画素値と実際の輝度との測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を特定値として予め設定しておき、複数枚の画像において同一の測定点に対応する複数の画素の画素値と特定値とを比較し、特定値に最も近い画素値を選択して、選択された画素値から測定点の輝度を求めているので、特定値として、画素値の出力範囲内で測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を設定するだけで、複数の画素値から輝度との誤差が最も小さい画素値を選択させることができ、さらに選択された画素値から輝度を求めているので、同一の測定点に対応する複数の画素値から予め設定した優先順位で出力値を選択して輝度を求める場合に比べて、精度良く輝度を求めることができるという効果がある。
【００１５】
ここで、撮影手段の各画素の画素値と輝度との関係は一般的にＳ字型曲線で表されるので、画素値の階調数の略中央が最も精度が高いものと考えられるから、特定値を、画素値の階調数の略中央値とするのが好ましい。
【００１６】
また、特定値を、画素値と輝度との関係を直線近似又は対数近似の何れかで近似できる範囲内の値としたり、画素値と輝度との関係を曲線近似できる範囲内の値とすることも好ましく、曲線近似できる範囲内の値とした場合は実際の輝度との誤差が直線近似や対数近似に比べてさらに小さくできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、画素値の出力範囲内で画素値と実際の輝度との測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を特定値として予め設定しておき、複数枚の画像において同一の測定点に対応する複数の画素の画素値と特定値とを比較し、特定値に最も近い画素値を選択して、選択された画素値から測定点の輝度を求めているので、特定値として、画素値の出力範囲内で測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を設定するだけで、複数の画素値から輝度との誤差が最も小さい画素値を選択させることができ、さらに選択された画素値から輝度を求めているので、同一の測定点に対応する複数の画素値から予め設定した優先順位で出力値を選択して輝度を求める場合に比べて、精度良く輝度を求めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る輝度分布測定方法を用いた輝度分布測定装置のブロック図であり、この測定装置は、撮影手段１と、撮影手段１の露光条件を設定する撮影条件設定手段２と、撮影手段１によって露光条件を変えて撮影された複数の画像を合成することで被測定箇所の輝度分布画像を生成する画像生成手段３と、生成された輝度分布画像を表示する出力手段４とを主要な構成として備える。ここに、撮影条件設定手段２および画像生成手段３は、輝度分布測定を行うプログラムを実行するパーソナルコンピュータの演算機能によって実現される。
【００２０】
撮影手段１は例えばコンピュータ制御が可能なデジタルスチルカメラからなり、被測定箇所の画像を撮影して、各画素の画素値として対応する測定点の輝度を所定の階調数で測定した値を出力する。この撮影手段１の露光条件（絞りおよびシャッタースピード）は撮影条件設定手段２によって設定され、設定された露光条件で被測定箇所の画像を複数枚撮影して得た画像データを画像生成手段３に出力する。
【００２１】
画像生成手段３では、撮影手段１から入力された画像データを画像処理することによって、各画素の画素値から対応する測定点の輝度値を算出しており、各画素の出力値と輝度との関係は図２に示すようなＳ字型曲線（シグモイド曲線）で表されるのが一般的である。そして、画像生成手段３には、撮影条件を複数通りに変化させて撮影された複数枚の画像データが撮影手段１から入力され、これら複数枚の画像データを合成することによって、撮影手段１の測定レンジよりも広範囲に亘る輝度分布を求めているのであるが、各画素の画素値の出力範囲内で画素値と実際の輝度との測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を特定値として予め設定しておき、輝度分布画像中の各画素の画素値として、複数枚の画像の対応する画素の画素値から特定値に最も近い画素値を選択することによって、輝度分布画像の画像データを生成している。
【００２２】
出力手段４はＣＲＴなどのディスプレイ装置からなり、画像生成手段３から入力される画像データをもとに被測定箇所の輝度分布画像を表示する。
【００２３】
ここで、本実施形態では以下のような方法で特定値を設定しており、輝度分布画像中の各画素の画素値として、複数枚の画像の対応する画素の画素値から特定値に最も近い画素値を選択して、輝度分布画像を生成している。尚、以下の説明では撮影手段１の階調数を８ビット（２５６階調）として説明を行う。
【００２４】
上述のように撮影手段１の撮影した画像の各画素の出力値（画素値）と輝度との関係は一般的にＳ字型曲線で表されるので、画素値の階調数の略中央値が最も精度が高いものと考えられる。ここで、階調数が８ビット（２５６階調）の場合は階調数の中央値が１２７又は１２８であるので、特定値を例えば１２７に設定する。なお、階調数が１６ビット（６５５３６階調）の場合は階調数の略中央の値である３２７６７又は３２７６８の何れかに特定値を設定すれば良い。
【００２５】
次に、上記の方法で設定された特定値を用いて、画像生成手段３が輝度分布画像を生成する手順について以下に説明する。撮影条件設定手段２は撮影手段１の露光条件（撮影条件）を複数通りに設定しており、撮影手段１が撮影条件を変えて同一の被測定箇所を複数回撮影した後、撮影手段１によって撮影された複数の画像について、同一の測定点に対応する画素の画素値（出力値）を比較し、最も特定値に近い画素値を選択して、選択された画素値を輝度分布画像の対応する画素の画素値とするように、輝度分布画像の合成を行っている。図３（ａ）中のＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、それぞれ絞りを一定とし、シャッタースピードを１／１６秒、１／８秒、１／４秒の３通りに変化させた状態で撮影手段１により撮影して得た画像（例えば５×５画素）を示しており、升目内の数字は各画素の画素値を示している。そして、画像生成手段３ではこれら３つの画像の同一点の画素値を特定値（１２７）と比較して、特定値に最も近い画素値を選択する。図３（ｂ）は各画素の選択結果を示しており、各画像Ｇ１〜Ｇ３中の画素で選択された画素はハッチングを施して図示してある。例えば画像Ｇ１〜Ｇ３の左上隅にある画素の場合、画像Ｇ１の画素値は８１、画像Ｇ２の画素値は１６２、画像Ｇ３の画素値は２５５（飽和値）であるので、これら３つの画素値の内で特定値（１２７）に最も近い画像Ｇ２の画素値（１６２）を選択する。また右下隅にある画素の場合、画像Ｇ１の画素値は９８、画像Ｇ２の画素値は１９７、画像Ｇ３の画素値は２５５（飽和値）であるので、これら３つの画素値の内で特定値に最も近い画像Ｇ１の画素値（９８）を選択する。画像生成手段３では、全ての画素について同様の選択処理を行い、各々の画素について３つの画像Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の画素値の内で特定値に最も近い画素値を選択する。
【００２６】
次に、画像生成手段３では３つの画像Ｇ１〜Ｇ３の各画素の画素値から、以下の式１を用いて輝度を算出しており、画素値が対応する測定点からの受光量に比例した値となる画像Ｇ１〜Ｇ３を、画素値が対応する測定点の輝度となる画像Ｇ１’〜Ｇ３’に変換する。図３（ｃ）に各画素の輝度の算出結果を示す。
【００２７】
（輝度）＝（絞り）２×（画素値）×Ａ／（シャッタースピード）  …（式１）
但し、Ａは撮影手段１に固有の定数である。
【００２８】
このように画像生成手段３では、異なる露光条件で撮影された画像Ｇ１〜Ｇ３の各画素の出力値から輝度を算出すると、各画像Ｇ１〜Ｇ３の全ての画素について求めた輝度から、上述の選択処理で選択された画素の輝度を抽出して、対応する画素の画素値とすることで、図３（ｄ）に示す輝度分布画像Ｇ４を生成する。
【００２９】
以上説明したように本発明に係る輝度分布測定方法では、撮影手段１により撮影される画像の各画素の出力範囲内で、画素値と実際の輝度との測定誤差が他の範囲よりも小さい範囲の階調値を特定値として予め設定しておき、複数枚の画像において同一の測定点に対応する複数の画素の画素値と特定値とを比較し、特定値に最も近い画素値を選択して、選択された画素値から測定点の輝度を求めているので、特定値として、画素値の出力範囲内で測定誤差が他の範囲よりも小さくなるような範囲の階調値を設定するだけで、複数の画素値から輝度との誤差が最も小さい画素値を選択させることができ、さらに選択された画素値から輝度を求めているので、同一の測定点に対応する複数の画素値から予め設定した優先順位で出力値を選択して輝度を求める場合に比べて、精度良く輝度を求めることができる。また、撮影手段１の各画素の画素値と輝度との関係は一般的にＳ字型曲線で表されるので、画素値の階調数の略中央が最も精度が高いものと考えられるから、特定値を、画素値の階調数の略中央値とするのが好ましい。
【００３０】
なお上記の説明では画素値の階調数の略中央値を特定値に設定しているが、撮影手段１により撮影された画像の出力値と対数軸上の輝度との関係を示すＳ字型曲線において、階調数の中央付近では出力値と輝度との関係を精度良く近似できるものと考えられるので、図４に示すように出力値と輝度との関係を対数近似できる範囲（Ｐ１１≦出力値≦Ｐ１２）の階調値を特定値として設定しても良く、特定値を階調数の中央値に固定する場合に比べて、実際の輝度との誤差が少ない階調値を特定値に設定することができる。なお、出力値と輝度との関係が直線で表される場合には、出力値と輝度との関係を直線近似できる範囲の階調値を特定値として設定しても良い。
【００３１】
また更に、撮影手段１により撮影された画像の出力値と対数軸上の輝度との関係はＳ字型曲線で表されるので、このＳ字型曲線と相関が最も高い多項式近似関数を求め、この多項式近似関数を用いて曲線近似できる範囲（Ｐ１３≦出力値≦Ｐ１４）の階調値を特定値として設定しても良い。この場合、Ｓ字型曲線と最も相関の高い多項式近似関数を導出する手間がかかるものの、多項式近似関数を用いて曲線近似する場合は直線近似や対数近似に比べて実際の輝度との誤差が小さくなると考えられるので、複数の画像の画素値から特定値に最も近い画素値を選択する際に、実際の輝度との誤差が最も小さい画素値を選択することができ、被測定箇所の輝度分布を正確に測定することができる。
【００３２】
ところで、上述の撮影条件設定手段２では撮影手段１の撮影条件として絞り、シャッタースピード、および撮影枚数の３つの条件を設定しており、例えばこの内の２つの条件（絞りおよび撮影条件）を固定として、シャッタースピードのみを変化させることで、測定レンジが異なる画像を複数枚撮影させている。ここで、図６（ａ）は低輝度領域を重視して設定した場合の設定例を示し、図中のａ〜ｈはシャッタースピードを１／２秒、１／４秒、１／８秒、１／１６秒、１／３２秒、１／６４秒、１／５１２秒、１／４０９６秒の８通りに変化させた場合の画素値と輝度との関係を示している。このとき、８０ｃｄ／ｍ２を超える高輝度領域では２つの画像の画素値と特定値とを比較して、特定値に近い方の画素値を選択するのに対して、１〜８０ｃｄ／ｍ２の低輝度領域では、３〜５枚の画像の画素値と特定値とを比較して特定値に最も近い画素値を選択しており、低輝度領域では高輝度領域に比べて選択候補が多いので、実際の輝度により近い画素値を選択することが可能になる。また図６（ｂ）は高輝度領域を重視して設定した場合の設定例を示し、図中のａ〜ｈはシャッタースピードを１／２秒、１／１６秒、１／１２８秒、１／２５６秒、１／５１２秒、１／１０２４秒、１／２０４８秒、１／４０９６秒の８通りに変化させた場合の画素値と輝度との関係を示している。このとき、２０ｃｄ／ｍ２未満の低輝度領域では２つの画像の画素値と特定値とを比較して、特定値に近い方の画素値を選択するのに対して、２０〜２０００ｃｄ／ｍ２の高輝度領域では、３〜５枚の画像の画素値と特定値とを比較して特定値に最も近い画素値を選択しており、高輝度領域では低輝度領域に比べて選択候補が多いので、実際の輝度により近い画素値を選択することが可能になる。
【００３３】
このように撮影手段１の撮影枚数が予め決められている場合でも、所望の輝度レンジ内で高い測定精度が要求される範囲では画素値の選択候補が多く、測定精度が低くても良い範囲では画素値の選択候補が少なくなるように、複数枚の画像の測定レンジを設定することで、所望の領域で測定精度を向上させることができ、また全体の撮影枚数は一定なので、撮影にかかる手間が増えて工数が増加することもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る輝度測定方法を用いる輝度測定装置のブロック図である。
【図２】特定値の設定方法を説明する説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は輝度分布画像の生成方法の説明図である。
【図４】特定値の別の設定方法を説明する説明図である。
【図５】特定値のまた別の設定方法を説明する説明図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は撮影手段による露光条件の設定を説明する説明図である。
【図７】従来の輝度分布測定方法を説明する説明図である。
【図８】同上の説明図である。
【図９】同上の説明図である。
【図１０】同上の説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  撮影手段
２  撮影条件設定手段
３  画像生成手段
４  出力手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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