(57)【要約】【課題】  デジタルアーカイブ時等において、文化財等の被着色部材に塗布された顔料や染料等の色素の推定を実行することができる色素の推定方法を提供することを目的とする。【解決手段】  色素に対する分光反射率を、複数の色素について測定して得た分光反射率データを記憶するデータ記憶工程と、被着色部材を撮像手段により走査して、その被着色部材における特定の色に対する分光反射率を特定する分光反射率曲線特定行程と、分光反射率特定行程で得た分光反射率と、データ記憶工程で記憶した分光反射率データとを比較することにより、被着色部材における特定の色に使用された色素を推定する色素推定工程とを備える。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色素について測定して得た分光反射率データを記憶するデータ記憶工程と、
被着色部材を撮像手段により走査して、その被着色部材における特定の色に対する分光反射率を特定する分光反射率特定行程と、
前記分光反射率特定行程で得た分光反射率と、前記データ記憶工程で記憶した分光反射率データとを比較することにより、被着色部材における特定の色に使用された色素を推定する色素推定工程と、
を備えたことを特徴とする色素の推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の色素の推定方法において、
前記分光反射率特定行程においては、被着色部材の表面で反射した光を、その通過波長領域が異なる複数のフィルターを介して前記撮像手段に順次入射させることにより、その被着色部材における特定の色に対する分光反射率を特定する色素の推定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の色素の推定方法において、
前記分光反射率は、被着色部材の表面で反射した光のＲ、Ｇ、Ｂ値から特定する色素の推定方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の色素の推定方法において、
前記データ記憶工程においては、各色素からの反射光をその通過波長領域が異なる複数のフィルターを介して前記撮像手段に順次入射させることにより、その色素に対する分光反射率を特定し、その各色素に対する分光反射率データを第１の分光反射率データとして記憶するとともに、
前記色素推定工程においては、前記第１の分光反射率データを分光反射率データとして使用する色素の推定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の色素の推定方法において、
前記データ記憶工程においては、複数の色素が混合された場合の分光反射率のデータを前記第１の分光反射率データから計算し、これを第２の分光反射率データとして記憶するとともに、
前記色素推定工程においては、前記第１の分光反射率データと前記第２の分光反射率データとを分光反射率データとして使用する色素の推定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の色素の推定方法において、
前記データ記憶工程においては、複数の色素を混合して得たものの表面で反射した光を、その通過波長領域が異なる複数のフィルターを介して前記撮像手段に順次入射させることにより、その複数の色素を混合して得たものに対する分光反射率を特定し、その複数の色素を混合して得たものに対する分光反射率データを第２の分光反射率のデータとして記憶するとともに、
前記色素推定工程においては、前記第１の分光反射率データと前記第２の分光反射率データとを分光反射率データとして使用する色素の推定方法。
【請求項７】
請求項５乃至請求項６のいずれかに記載の色素の推定方法において、
前記被着色部材を撮像手段により走査して被着色部材の表面で反射した光のＲ、Ｇ、Ｂ値を測定し、このＲ、Ｇ、Ｂ値から所定波長領域内の分光反射率を演算するとともに、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と演算後の分光反射率とを比較し、
前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と演算後の分光反射率との比較結果が所定値以内であれば、前記色素推定工程においては、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と前記第１の分光反射率データとを比較し、
前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と演算後の分光反射率との比較結果が所定値以上であれば、前記色素推定工程においては、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と前記第２の分光反射率データとを比較する色素の推定方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の色素の推定方法において、
被着色部材を撮像手段で走査したデータを複数の色に分類し、各分類毎に前記色素推定工程を実行する色素の推定方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の色素の推定方法において、
前記色素は顔料または染料である色素の推定方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の色素の推定方法において、
前記被着色部材は文化財である色素の推定方法。
【請求項１１】
請求項２、４、６のいずれかに記載の色素の推定方法において、
通過波長領域が異なる複数のフィルターに代えて、複数の単波長光源を用いる色素の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、文化財等の被着色部材に塗布された顔料や染料等の色素を推定する色素の推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、貴重な文化財をデジタル化して保存するデジタルアーカイブ事業が実施されている。このデジタルアーカイブ事業においては、例えば、ふすま絵、古文書あるいは絵画等の文化財を大型スキャナで走査し、その画像データを保存するようにしている（非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００３】
なお、本明細書における文化財とは、所定の色素によりその表面に装飾が施された美術品、芸術作品であり、具体的には、絵画、陶器、織物、壁画、彫刻、工芸品等である。
【非特許文献１】２００４年６月２日  京都新聞第３面
【非特許文献２】２００４年６月２日  朝日新聞第１０面
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような文化財は、時間の経過とともに退色し、あるいは顔料等が剥離する。このため、このような文化財に対しては、補修作業が必要となる。この補修作業を実行するためには、文化財に使用された顔料や染料等の色素の推定が必要となる。
【０００５】
日本で古くから使用されている天然の顔料および染料の種類は限定されており、補修作業時における顔料および染料の推定は不可能ではない。但し、デジタルアーカイブ時の画像データでは、色素の推定は不可能である。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、デジタルアーカイブ時等において、文化財等の被着色部材に塗布された顔料や染料等の色素の推定を実行することができる色素の推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、複数の色素について測定して得た分光反射率データを記憶するデータ記憶工程と、被着色部材を撮像手段により走査して、その被着色部材における特定の色に対する分光反射率を特定する分光反射率特定行程と、前記分光反射率特定行程で得た分光反射率と、前記データ記憶工程で記憶した分光反射率データとを比較することにより、被着色部材における特定の色に使用された色素を推定する色素推定工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の色素の発明において、前記分光反射率特定行程においては、被着色部材の表面で反射した光を、その通過波長領域が異なる複数のフィルターを介して前記撮像手段に順次入射させることにより、その被着色部材における特定の色に対する分光反射率を特定する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の色素の発明において、前記分光反射率は、被着色部材の表面で反射した光のＲ、Ｇ、Ｂ値から特定する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記データ記憶工程においては、各色素からの反射光をその通過波長領域が異なる複数のフィルターを介して前記撮像手段に順次入射させることにより、その色素に対する分光反射率を特定し、その各色素に対する分光反射率データを第１の分光反射率データとして記憶するとともに、前記色素推定工程においては、前記第１の分光反射率データを分光反射率データとして使用する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記データ記憶工程においては、複数の色素が混合された場合の分光反射率のデータを前記第１の分光反射率データから計算し、これを第２の分光反射率データとして記憶するとともに、前記色素推定工程においては、前記第１の分光反射率データと前記第２の分光反射率データとを分光反射率データとして使用する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記データ記憶工程においては、複数の色素を混合して得たものの表面で反射した光を、その通過波長領域が異なる複数のフィルターを介して前記撮像手段に順次入射させることにより、その複数の色素を混合して得たものに対する分光反射率を特定し、その複数の色素を混合して得たものに対する分光反射率データを第２の分光反射率のデータとして記憶するとともに、前記色素推定工程においては、前記第１の分光反射率データと前記第２の分光反射率データとを分光反射率データとして使用する。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項５乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記被着色部材を撮像手段により走査して被着色部材の表面で反射した光のＲ、Ｇ、Ｂ値を測定し、このＲ、Ｇ、Ｂ値から所定波長領域内の分光反射率を演算するとともに、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と演算後の分光反射率とを比較し、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と演算後の分光反射率との比較結果が所定値以内であれば、前記色素推定工程においては、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と前記第１の分光反射率データとを比較し、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と演算後の分光反射率との比較結果が所定値以上であれば、前記色素推定工程においては、前記分光反射率特定行程で特定した分光反射率と前記第２の分光反射率データとを比較する。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発明において、被着色部材を撮像手段で走査したデータを複数の色に分類し、各分類毎に前記色素推定工程を実行する。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発明において、前記色素は顔料または染料である。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の発明において、前記被着色部材は文化財である。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項２、４、６のいずれかに記載の発明において、前記通過波長領域が異なる複数のフィルターに代えて、複数の単波長光源を用いている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、分光反射率特定行程で得た分光反射率と、データ記憶工程で記憶した分光反射率データとを比較することにより、被着色部材における特定の色に使用された色素を推定することから、色素の推定を自動的に実行することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、被着色部材の表面で反射した光を複数のバンドパスフィルターを介して撮像手段に順次入射させることにより分光反射率を特定することから、分光反射率を正確に特定することが可能となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、被着色部材の表面で反射した光のＲ、Ｇ、Ｂ値から分光反射率を特定することから、分光反射率を容易に特定することが可能となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、各色素について正確に分光反射率データを得て、色素の推定を実行することが可能となる。
【００２２】
請求項５および請求項６に記載の発明によれば、複数の色素を混合して得たものに対する分光反射率データを得て、色素の推定を実行することが可能となる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、被着色部材の表面で反射した光のＲ、Ｇ、Ｂ値を利用して、各色素あるいは複数の色素を混合して得たものに対して、色素の推定を実行することが可能となる。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、被着色部材の各色毎に色素の推定を実行することが可能となる。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、顔料または染料の推定を実行することが可能となる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明によれば、文化財に使用された色素の推定を実行することが可能となる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明によれば、フィルターの交換を行うことなく色素を特定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に使用する大型スキャナの概要を示す斜視図である。また、図２は走査ヘッド２３の構成を示す側面図であり、図３はその平面図である。
【００２９】
この大型スキャナは、例えば、その表面に絵が描画された被着色部材としてのふすま１０を走査してその画像データと分光反射率とを得ることにより、そのふすま１０の表面の画像に使用された顔料または染料等の色素を推定するためのものである。ここで、顔料は、比較的大きな粒子を有し、媒質中にその粒子が分散したままの状態で塗料となるものである。また、染料は、顔料よりも遥に小さな粒子を有し、媒質中に溶解した状態で着色を行うものである。
【００３０】
この大型スキャナは、一対の案内部材２１を有する枠体２２と、一対の案内部材２１に沿って往復移動可能な走査ヘッド２３と、走査ヘッド２３を駆動するための無端ベルト２４およびモータ２５からなる駆動機構とを備える。
【００３１】
また、図２および図３に示すように、走査ヘッド２３は、ふすま１０の表面を照明するための一対の線状光源３１と、ふすま１０の表面からの反射光を集光する光学系３２と、各種のバンドパスフィルターを装着可能なフィルター部３３と、ＣＣＤラインセンサ３４とを備える。線状光源３１から出射され、ふすま１０の表面で反射した光は、光学系３２およびフィルター部３３を介してＣＣＤに入射する。これにより、ふすま１０の表面の画像をＣＣＤラインセンサ３４により走査して、その情報を読み取ることが可能となる。
【００３２】
図４は、この大型スキャナの主要な電気的構成を示すブロック図である。
【００３３】
この大型スキャナは、その内部に装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭと、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭと、論理演算を実行するＣＰＵを有し、装置全体を制御する制御部５０を備える。この制御部５０は、上記ＣＣＤラインセンサ３４と、モータ２５とに接続されている。
【００３４】
また、この大型スキャナは、複数の色素に対する分光反射率のデータＤ１からなる第１の分光反射率データと、複数の色素が混合された場合の分光反射率のデータＤ２からなる第２の分光反射率データを記憶したルックアップテーブル５２と、ふすま１０をＣＣＤラインセンサ３４により走査して得た複数の色に対する分光反射率およびＲＧＢデータを記憶する記憶部５１とを備える。
【００３５】
次に、上述した大型スキャナによりふすま１０を走査して、そこで使用された色素を推定する色素の推定方法について説明する。図５は、この発明の第１実施形態に係る色素の推定方法を示すフローチャートである。
【００３６】
この発明に係る色素の推定方法を事項する際には、最初に、ふすま１０にかえて所定のシート状または板状物に複数の染料や顔料を塗布したサンプルとなる資料（以下、「サンプルシート」という）を大型スキャナにより走査し、複数の色素について分光反射率を測定することにより、各色素についての分光反射率のデータを得る（ステップＳ１１）。
【００３７】
より具体的には、サンプルシートを大型スキャナと対向する位置に配置する。そして、大型スキャナのフィルター部３３に、例えば、４００ｎｍ（ナノメータ）の波長の光を通過させるバンドパスフィルターを装着した状態で、サンプルシートを走査し、その波長の光の強度を測定する。次に、フィルター部に４１０ｎｍの波長の光を通過させるバンドパスフィルターを装着してサンプルシートを走査する。このような動作を、バンドパスフィルターを交換しながら、例えば４００ｎｍ乃至８００ｎｍの範囲で複数回繰り返すことにより、各色素についての分光反射率のデータＤ１を得る。この分光反射率のデータＤ１は、各色素毎に求められる。
【００３８】
また、各色素に対する分光反射率のデータＤ１から、複数の色素が混合された場合の分光反射率のデータＤ２を計算する。すなわち、所定の顔料または染料を混合することにより特定の色を表現した場合に対応するため、分光反射のデータＤ１を組み合わせることにより、複数の色素が混合された場合の分光反射率のデータＤ２を計算する。
【００３９】
図６は、ある色素についての分光反射率データを分光反射率曲線として示すグラフである。
【００４０】
分光反射率のデータＤ１は第１の分光反射率データとしてルックアップテーブル５２に記憶され、また、分光反射率のデータＤ２は第２の分光反射率データとしてルックアップテーブル５２に記憶される（ステップＳ１２）。
【００４１】
図７は、日本で古くから使用される天然絵の具を構成する色素としての顔料および染料を示す表である（書籍「よみがえる日本画−伝統と承継・１０００年の知恵−」より）。
【００４２】
この表には、１７種の顔料と７種の染料が示されている。上述した分光反射率のデータＤ１、Ｄ２は、例えば、これら１７種の顔料と７種の染料を対象として求めればよい。
【００４３】
なお、上述した実施形態とは別の実施形態として、各色素に対する分光反射率のデータＤ１から、複数の色素が混合された場合の分光反射率のデータＤ２を計算するかわりに、複数の色素を混合した上でそれを塗布したサンプルシートを準備し、これを上述したサンプルシートの場合と同様に、バンドパスフィルターを交換しながら走査を複数回繰り返すことにより、複数の色素が混合されたものについての分光反射率のデータＤ２を得るようにしてもよい。
【００４４】
以上の動作は、色素推定の前準備として実行する工程である。
【００４５】
なお、本実施の形態におけるステップＳ１１は、本発明に係る色素推定作業とは独立して予め実施しておけばよく、以後は予め記憶された分光反射率のデータＤ１、Ｄ２をくりかえし用いればよい。また、分光反射率のデータＤ１、Ｄ２については、別の測定装置で得たデータを用いてもよく、特に本発明の大型スキャナ自体で得なくともよい。
【００４６】
以上の動作が完了すれば、個々の被着色部材について色素の推定動作を実行する。
【００４７】
すなわち、被着色部材としてのふすま１０を大型スキャナと対向する位置に配置してその表面を走査する（ステップＳ１３）。
【００４８】
より具体的には、最初に、大型スキャナのフィルター部３３にフィルターを装着しない状態でふすま１０を走査し、ふすま１０の表面のＲＧＢデータを得る。このＲＧＢのデータは、図４に示す記憶部５１に記憶される。
【００４９】
次に、上述したサンプルシートの場合と同様、大型スキャナのフィルター部３３に、４００ｎｍの波長の光を通過させるバンドパスフィルターを装着した状態で、サンプルシートを走査し、その波長の光の強度を測定する。次に、フィルター部に４１０ｎｍの波長の光を通過させるバンドパスフィルターを装着してサンプルシートを走査する。このような動作を、バンドパスフィルターを交換しながら、例えば４００ｎｍ乃至８００ｎｍの範囲で複数回繰り返すことにより、ふすま１０に描画された画像についての分光反射率のデータを得る。この分光反射率のデータは、各色素毎に求められる。
【００５０】
なお、このふすま１０の走査工程において、例えば、ふすま１０の表面に金箔が使用されていること等により、その表面が光沢を有する場合には、線状光源３１による光の照射角度やＣＣＤラインセンサ３４の読取角度を変更して複数回走査を実行することが好ましい。
【００５１】
次に、ふすま１０の画像の色分類を実行する（ステップＳ１４）。すなわち、ふすまの画像には、その領域毎にいろいろな色が使用されている。このため、例えば、赤系の領域、青系の領域、緑系の領域など、ふすま１０の画像に使用されている色を前記ＲＧＢデータに従って複数の領域に分類する。
【００５２】
そして、先に求めたふすま１０に描画された画像についての分光反射率のデータは、分類された色ごとに、図４に示す記憶部５１に記憶される。この実施形態においては、分光反射率のデータＣ１〜Ｃ８を８個の色分類に分類した場合を示している。
【００５３】
次に、先に測定したＲＧＢのデータから、各色分類における分光反射率を演算する（ステップＳ１５）。この演算は、公知の演算式を利用して実行される。なお、以下の工程は、各色分類毎に８回繰り返される。
【００５４】
そして、演算によって得られた分光反射率とステップＳ１３で求めた分光反射とを比較することにより、次の工程で使用する分光反射率データを選択する（ステップＳ１６）。すなわち、両者の差が予め設定した許容範囲内であるときには、その色は単一の色素により表現されていると判断できることから、次の工程で使用する分光反射率データとしては、上述した分光反射率のデータＤ１からなる第１の分光反射率データが使用される。一方、両者の差が予め設定した許容範囲を越えているときには、その色は複数の色素により表現されていると判断できることから、次の工程で使用する分光反射率データとしては、上述した分光反射率のデータＤ２からなる第２の分光反射率データが使用される。
【００５５】
しかる後、選択された分光反射率データを構成する各々の色素の分光反射率と、ステップＳ１３で求めたふすま１０の画像の分光反射とを比較する（ステップＳ１７）。
【００５６】
そして、ふすま１０の画像の分光反射率と最も近い色素の分光反射率を選択し、その分光反射率を有する色素がふすま１０の画像を描画するのに使用された色素であると推定する（ステップＳ１８）。
【００５７】
なお、最も近い分光反射率を判断する手法としては、例えば、ふすま１０の画像の分光反射率と、予め記憶してある色素の分光反射率とを比較し、所定波長毎の分光反射率の誤差の総和が最も小さくなる場合（最小自乗誤差）で判断するカーブフィット法等を使用することができる。
【００５８】
以上の動作を、分類された色分類毎に実行することにより、ふすま１０の画像を描画するのに使用された全ての色素を推定して、作業を終了する。
【００５９】
次に、この発明の第２実施形態にて説明する。図８は、この発明の第２実施形態に係る色素の推定方法を示すフローチャートである。
【００６０】
上述した第１実施形態においては、色分類を実行した後、ＲＧＢのデータから演算した分光反射率とステップＳ１３で求めた分光反射率とを比較することにより、次の工程で使用する分光反射率データを選択している。これに対し、この第２実施形態においては、分光反射率比較工程ステップＳ２５において、最初にステップＳ２３で求めた分光反射率と分光反射率のデータＤ１からなる第１の分光反射率データとを比較した上で、ふすま１０の画像の分光反射率と最も近い色素の分光反射率を選択し、その分光反射率を有する色素がふすま１０の画像を描画するのに使用された色素であると推定する（ステップＳ２６）。
【００６１】
一方、ステップＳ２５において、分光反射率のデータＤ１からなる第１の分光反射率データからは、ステップＳ２３で求めた分光反射率に近いものが発見できなかった場合には、最初にステップＳ２３で求めた分光反射率と分光反射率のデータＤ２からなる第２の分光反射率データとを比較した上で、ふすま１０の画像の分光反射率と最も近い色素の分光反射率を選択し、その分光反射率を有する色素がふすま１０の画像を描画するのに使用された色素であると推定する（ステップＳ２６）。その他の工程は、上述した第１実施形態と同様である。
【００６２】
なお、上述した実施形態においては、いずれも、ふすま１０の表面で反射した光を複数のバンドパスフィルターを介してＣＣＤラインセンサに順次入射させることにより得た分光反射率を、予め測定して得た色素の分光反射率データ比較している。しかしながら、走査を簡易に行うために、ふすま１０の表面で反射した光のＲ、Ｇ、Ｂ値から演算した分光反射率を、予め測定して得た色素の分光反射率データと比較するようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施形態においては、バンドパスフィルターを変更しながら分光反射率を測定するようにしているが、これにかえて複数の単波長光源を切りかえながら分光反射率を測定するようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施形態においては、被着色部材としてのふすま１０の全面を走査しているが、補修作業等の目的で色素の推定が必要な領域のみを走査するようにしてもよい。
【００６５】
さらに、上述した実施形態においては、被着色部材としての平面的なふすま１０の画像について色素の推定をしているが、立体的な部材に対しても、ふすま１０等の平面的な部材と同様にこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明に使用する大型スキャナの概要を示す斜視図である。
【図２】走査ヘッド２３の構成を示す側面図である。
【図３】走査ヘッド２３の構成を示す平面図である。
【図４】この大型スキャナの主要な電気的構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る色素の推定方法を示すフローチャートである。
【図６】ある色素についての分光反射率データを分光反射率曲線として示すグラフである。
【図７】日本で古くから使用される天然絵の具を構成する色素としての顔料および染料を示す表である
【図８】この発明の第２実施形態に係る色素の推定方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１０    ふすま
２１    案内部材
２２    枠体
２３    走査ヘッド
２４    無端ベルト
２５    モータ
３１    線状光源
３２    光学系
３３    フィルター部
３４    ＣＣＤラインセンサ
５０    制御部
５１    記憶部
５２    ルックアップテーブル
【図１】
2006053070.tif 000003
【図２】
2006053070.tif 000004
【図３】
2006053070.tif 000005
【図４】
2006053070.tif 000006
【図５】
2006053070.tif 000007
【図６】
2006053070.tif 000008
【図７】
2006053070.tif 000009
【図８】
2006053070.tif 000010