(57)【要約】【課題】複数の角度の反射光特性をより簡便に計測する。【解決手段】本発明は、計測対象物に光を放射する照明部と、計測対象物を含む画像を撮像する撮像部と、撮像部により計測対象物が撮像されるタイミングを、照明部の照明角度が変動するタイミング、又は、撮像部の受光角度が変動するタイミングの少なくとも何れか一方に同期させる同期部と、照明角度の変動、又は、受光角度の変動の少なくとも何れか一方に同期して撮像された画像から、計測対象物の反射率分布を計測する計測部と、を備える。【選択図】図４
2018009987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に光を放射する照明部と、
前記計測対象物を含む画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部により前記計測対象物が撮像されるタイミングを、前記照明部の照明角度が変動するタイミング、又は、前記撮像部の受光角度が変動するタイミングの少なくとも何れか一方に同期させる同期部と、
前記照明角度の変動、又は、前記受光角度の変動の少なくとも何れか一方に同期して撮像された前記画像から、前記計測対象物の反射率分布を計測する計測部と、
を備える計測システム。
【請求項２】
前記照明部は、照明角度が変動する方向に移動し、
前記撮像部は、所定の受光角度に固定され、
前記同期部は、前記撮像部により前記計測対象物が撮像されるタイミングを、前記照明部の照明角度が変動するタイミングに同期させる、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項３】
前記照明部は、所定の照明角度に固定され、
前記撮像部は、受光角度が変動する方向に移動し、
前記同期部は、前記撮像部により前記計測対象物が撮像されるタイミングを、前記撮像部の受光角度が変動するタイミングに同期させる、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項４】
前記照明部は、照明角度が変動する方向に移動し、
前記撮像部は、受光角度が変動する方向に移動し、
前記同期部は、前記撮像部により前記計測対象物が撮像されるタイミングを、前記照明部の照明角度が変動するタイミング、及び、前記撮像部の受光角度が変動するタイミングの両方に同期させる、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項５】
前記撮像部は、前記画像を撮像するラインセンサであり、
前記計測部は、前記照明角度又は前記受光角度の少なくとも何れか一方と、前記画像に含まれるラインの輝度情報の平均値とを対応させることにより、前記計測対象物の反射率分布を計測する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項６】
前記撮像部は、複数の前記画像を含む動画として撮像するエリアカメラであり、
前記計測部は、前記照明角度又は前記受光角度の少なくとも何れか一方と、前記動画に含まれる画像の輝度情報を計測画像サイズで平均化した反射率の平均値とを対応させることにより、前記計測対象物の反射率分布を計測する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項７】
前記撮像部は、前記画像を、光の波長毎の複数の分光画像として撮像する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項８】
計測対象物の反射率分布を計測する計測システムにおける反射率計算方法であって、
前記計測対象物に光を放射するステップと、
前記計測対象物を含む画像を撮像するステップと、
前記撮像するステップにより前記計測対象物が撮像されるタイミングを、前記放射するステップにおける照明角度が変動するタイミング、又は、前記撮像するステップにおける受光角度が変動するタイミングの少なくとも何れか一方に同期させるステップと、
前記照明角度の変動、又は、前記受光角度の変動の少なくとも何れか一方に同期して撮像された前記画像から、前記計測対象物の反射率分布を計測するステップと、
を含む反射率計算方法。
【請求項９】
計測対象物に光を放射する照明部と、前記計測対象物を含む画像を撮像する撮像部と、を備えるコンピュータを、
前記撮像部により前記計測対象物が撮像されるタイミングを、前記照明部の照明角度が変動するタイミング、又は、前記撮像部の受光角度が変動するタイミングの少なくとも何れか一方に同期させる同期部と、
前記照明角度の変動、又は、前記受光角度の変動の少なくとも何れか一方に同期して撮像された前記画像から、前記計測対象物の反射率分布を計測する計測部と、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測システム、反射率計算方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体表面の色、光沢及び質感等は、物体の印象を決める非常に重要な要素である。印刷物の品質、及び、家電の外観等のデザインを重視する分野では、物体表面の色、光沢及び質感等が特に重要なファクターとして認識されている。物体の色、光沢及び質感等は、照明があたる角度や、物体を観察するときの顔の向き等で変化する。そのため物体の色、光沢及び質感等の定量評価を行う場合は、様々な角度からの反射光特性を捉えることが必要不可欠である。従来、発光素子と撮像素子とを任意の角度に動かすことで、様々な角度における反射光特性を取得する技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、シーン光沢による影響に拘わらず迅速かつ自動的に測定対象の物体を３次元分光測色することができる自動変角３次元分光光度計の発明が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、複数の角度の反射光特性を計測するためには、照明角度乃至受光角度を変化させて、複数の反射光情報を計測する必要があり、また得られた反射光情報をそれぞれの角度条件において個別に解析する必要があるため、計測から解析までを実施するのに多大な時間を要するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の角度の反射光特性をより簡便に計測することができる計測システム、反射率計算方法及びプログラム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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、計測対象物に光を放射する照明部と、前記計測対象物を含む画像を撮像する撮像部と、前記撮像部により前記計測対象物が撮像されるタイミングを、前記照明部の照明角度が変動するタイミング、又は、前記撮像部の受光角度が変動するタイミングの少なくとも何れか一方に同期させる同期部と、前記照明角度の変動、又は、前記受光角度の変動の少なくとも何れか一方に同期して撮像された前記画像から、前記計測対象物の反射率分布を計測する計測部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の角度の反射光特性をより簡便に計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態の計測システムの例を示す概略図である。
【図２】図２は、第１実施形態の計測システムの機能構成の例を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態の撮像部の撮像方式の例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態の照明角度の変動範囲の例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の反射率計算方法の例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第１実施形態の撮影画像から１枚の解析画像を生成する例を示す図である。
【図７】図７は、第１実施形態の白色基準板の反射率を示す画像の例を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態の反射率分布を表すグラフの例を示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態の計測対象物の反射率分布の例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の撮像部の撮像方式の例を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の画像と照明角度との対応の例を示す図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の反射率分布の反射率計算方法の例を説明するための図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態の計測システムの例を示す概略図である。
【図１４】図１４は、第３実施形態の撮影画像から１枚の解析画像を生成する例を示す図である。
【図１５】図１５は、第３実施形態の解析画像（分光反射率を表す画像）から計算した反射率を示す画像の例を示す図である。
【図１６】図１６は、第３実施形態の計測対象物２００の反射率分布の例を示す図である。
【図１７】図１７は、第１ないし第３実施形態の計測システムのハードウェア構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、計測システム、反射率計算方法及びプログラムの実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態の計測システムの概略について説明する。
【００１１】
［計測システムの概略］
図１は第１実施形態の計測システム１００の例を示す概略図である。第１実施形態の計測システム１００は、照明部１０及び撮像部２０を備える。照明部１０は、計測対象物２００に光を放射する。撮像部２０は、計測対象物（評価サンプル）２００を含む画像を撮像する。
【００１２】
照明部１０及び撮像部２０は、回転ステージに取り付けられており、照明角度θ及び受光角度φを自由に変動させることが可能である。
【００１３】
なお計測対象物２００は任意でよい。計測対象物２００は、例えば用紙である。第１実施形態の説明では、照明角度θの変動に対する用紙の反射光特性を評価する場合について説明する。
【００１４】
［計測システムの機能構成］
図２は第１実施形態の計測システム１００の機能構成の例を示す図である。第１実施形態の計測システム１００は、照明部１０、撮像部２０、同期部３０及び計算部４０を備える。
【００１５】
照明部１０は、計測対象物２００に光を放射する。照明部１０は、例えばテレセントリックレンズが取り付けられたキセノン光源により実現される。テレセントリックレンズは、キセノン光源から放射される光を平行光化する。照明部１０は、例えば約１０万ｌｘの照度で、計測対象物２００に光を放射する。
【００１６】
撮像部２０は、計測対象物２００を含む画像を撮像する。
【００１７】
図３は第１実施形態の撮像部２０の撮像方式の例を示す図である。第１実施形態の撮像部２０は、１ラインずつ撮像し画像を取得するラインセンサである。撮像部２０は、例えばハイパースペクトルセンサにより実現される。ハイパースペクトルセンサを用いることで、分光画像を得ることができる。ハイパースペクトルセンサを用いることで、分光画像を得ることができる。
【００１８】
なお撮像部２０は、計測対象物２００の分光画像が取得できるのであれば、ハイパースペクトルセンサに限らず、他の撮像方式のセンサでもよい。撮像部２０は、例えば、ＲＧＢセンサ、モノクロセンサ、マルチスペクトルセンサでもよい。
【００１９】
ラインセンサの撮像速度は画素サイズと読み出し周波数によって決まる。ここでは、撮像部２０は画素サイズ５００画素のラインセンサとする。読み出し周波数は５０ｋＨｚ（５００００Ｈｚ）とする。また、１サンプルあたりの撮像回数は１０００回とし、１０００ライン分の撮影画像を取得する。
【００２０】
同期部３０は、照明部１０の回転動作のタイミングを撮像部２０の撮像動作のタイミングと同期させるため、照明部１０の回転速度・回転動作開始時間と、撮像部２０の撮像動作開始時間を制御する。
【００２１】
計算部４０は、照明角度θの変動に同期して撮像された各ラインの撮影画像を結合して一枚の解析画像を生成し、当該解析画像を用いて計測対象物２００の反射率分布を計測する。
【００２２】
計測対象物２００は任意でよい。計測対象物２００は、例えば用紙である。第１実施形態の説明では、照明角度θの変動に対する用紙の反射光特性を評価する場合について説明する。
【００２３】
図４は第１実施形態の照明角度の変動範囲の例を示す図である。受光角度φは、４５度に固定する。照明角度θは、正反射方向の角度を０度としたときの傾斜角−４５度から、０度を通過して受光側に傾斜角５５度まで変動させる。すなわち照明部１０は、照明角度θが１００度分変動する回転動作を行う。
【００２４】
本実施形態の例では、１回の計測で１０００回撮像を繰り返して１０００ライン分の撮影画像を取得するため、撮像に要する時間は５００（画素）×１０００（ライン）／５００００（Ｈｚ）＝１０秒間である。
【００２５】
この１０秒間の撮像時間中に照明角度θを変動させることで、各撮像タイミングにおいて、異なる照明角度での撮影画像を得る。
【００２６】
同期部３０は、照明部１０の回転開始から回転終了までの時間が、上述の撮像時間（１０秒）と同一になるように、照明部１０の回転速度を決定する。図４の例の場合、同期部３０は、１００度を１０秒で移動させる必要があるので、照明部１０の回転速度を１００／１０＝１０度／秒（約１．７ｒｐｍ）に決定する。これにより照明部１０の動作時間と、撮像部２０の撮像時間とが等しくなるため、撮像部２０の撮像動作のタイミングを、照明部１０の移動動作のタイミングに同期させることが可能になる。
【００２７】
さらに、同期部３０は、照明部１０の回転動作開始時間と、撮像部２０の撮像動作開始時間とを一致させることにより、撮像部２０の撮像動作のタイミングを、照明部１０の回転動作のタイミングに同期させる。図４の例では、画像の１０００ライン分が１００度分に相当するので、１ラインあたりの角度分解能は１００／１０００＝０．１度分に相当する。すなわち、１ライン目は、照明角度θが−４５度である場合に対応する。２ライン目は、照明角度θが−４４．９度である場合に対応する。３ライン目は、照明角度θが−４４．８度である場合に対応する。１０００ライン目は、照明角度θが５５度である場合に対応する。
【００２８】
なお第１実施形態では、撮像部２０の受光角度φは、４５度に固定としたが、照明角度θを固定し、受光角度φを変動させてもよい。すなわち照明部１０が、所定の照明角度θに固定され、撮像部２０が、受光角度φが変動する方向に移動してもよい。あるいは、撮像部２０の受光角度φと照明部１０の照明角度θとの両方が、変動してもよい。
【００２９】
計算部４０は、照明角度θの変動に同期して撮像された１０００ライン分の撮影画像を結合して１枚の解析画像を生成し、計測対象物２００の反射率分布を計算する。
【００３０】
［反射率計算方法］
図５は第１実施形態の計測システム１００における反射率計算方法の例を示すフローチャートである。はじめに、撮像部２０が、白色基準板の表面に焦点を合わせて、照明を回転させながら、当該白色基準板の分光画像を１０００枚撮像する（ステップＳ１）。白色基準板は、反射率が１００％、かつ、完全拡散反射とみなす。
【００３１】
次いで、計算部４０は、白色基準板撮像により得られる１０００枚の撮影画像を結合して、反射率を示す一枚の解析画像を生成する（ステップＳ２）。図６は、第１実施形態の白色基準板の撮像により得られる１０００枚の撮影画像から１枚の解析画像を生成する例を示す図である。
【００３２】
図７は第１実施形態の白色基準板の反射率を示す画像の例を示す図である。図７の例は、白色基準板の分光画像（分光反射率）から算出された反射率を示す画像である。第１実施形態では、解析画像のサイズは５００ｐｉｘｅｌ×１０００ｐｉｘｅｌであり、１ライン（行）目が照明角度θ＝−４５度の反射率を示し、１０００ライン（行）目が照明角度θ＝５５度の反射率を示す。すなわち１０００ライン（行）分が１００度分であるため、１ライン（行）分は、約０．１度に対応する。一般的な物体の表面であれば、正反射角度（０度）のとき、つまり、４５°／０．１＝４５０ライン（行）目のときが最も明るく、正反射角度から離れるほど暗くなる。
【００３３】
次に、撮像部２０が、白色基準板撮像と同様に、計測対象物２００の撮影画像を１０００枚撮像（ステップＳ３）したのち、計算部４０が１０００枚の撮影画像を結合して、反射率を示す一枚の解析画像を生成する（ステップＳ４）。計測対象の波長の解析画像のそれぞれについて、計測対象物２００の解析画像の画素値（輝度情報）を、波長ごとに白色基準板の解析画像の画素値で除算することにより、計測対象物２００の分光反射率画像を計算する（ステップＳ５）。
【００３４】
次に、計算部４０が、照明条件の設定を受け付ける（ステップＳ６）。計算部４０は、照明条件として、例えばＤ５０光源の分光分布を設定する。
【００３５】
次に、計算部４０が、計測対象物２００の解析画像の各画素の分光反射率から、三刺激値ＸＹＺを算出する（ステップＳ７）。具体的には、計算部４０は、下記式（１）〜（３）により、三刺激値ＸＹＺを算出する。
【００３６】
【数１】
2018009987.tif 000003
【００３７】
【数２】
2018009987.tif 000004
【００３８】
【数３】
2018009987.tif 000005
【００３９】
ここでλは光の波長を示す。Ｓ（λ）は、ステップＳ６の処理で受け付けた光源の分光分布である。ｘ’（λ）、ｙ’（λ）及びｚ’（λ）は、等色関数である。等色関数は、人が色を感じる感度を示す関数である。等色関数は、ＣＩＥにより、２度視野と１０度視野の場合で定められている。第１実施形態では、２度視野の等色関数を使用する。Ｒ（λ）は、ステップＳ５で算出された分光反射率である。ｋは、下記式（４）により算出される係数である。
【００４０】
【数４】
2018009987.tif 000006
【００４１】
計算部４０は、分光反射率画像の各画素で、三刺激値ＸＹＺを算出することにより、Ｘを示すＸ画像、Ｙを示すＹ（反射率）画像、及び、Ｚを示すＺ画像を取得する。
【００４２】
なお計算部４０は、三刺激値ＸＹＺを、Ｌａｂ表色系等に変換してもよい。計算部４０は、例えば照明角度θに対する色変化を評価する場合、各ＸＹＺ画像から、Ｌａｂ変換式を用いて、各Ｌａｂ画像を算出する。
【００４３】
第１実施形態では、照明角度θに対する反射率の変化を評価するため、三刺激値のＹを反射特性として用いる。ただし、色変化を見たい場合は、Ｌａｂ表色系のＬ画像、ａ画像及びｂ画像を用いてもよい。
【００４４】
次に、計算部４０は、Ｙ画像を１次元化する（ステップＳ８）。
【００４５】
図８は第１実施形態の反射率分布を表すグラフの例を示す図である。計算部４０は、５００ｐｉｘｅｌ×１０００ｐｉｘｅｌのＹ画像の各ライン（行）の画素値（反射率）を、水平方向に平均化することにより、Ｙ画像を１次元化する。これにより計算部４０は、照明角度θに対する反射率（％）を示す反射率分布を計算する。
【００４６】
なお計算部４０は、撮像部２０の水平位置が傾いている場合は、分光画像に傾き補正処理をしてから、Ｙ画像を取得してもよい。また計算部４０は、分光画像にノイズ等が多く含まれる場合は、あらかじめ分光画像に平滑化フィルタ等をかけておくことが望ましい。
【００４７】
［反射率分布の例］
図９は第１実施形態の計測対象物２００の反射率分布の例を示す図である。計測システム１００は、照明角度θが−４５度から６０度の範囲の反射率分布を測定できるが、図９の例では、照明角度θが見た目と相関性の高い１０度から５５度の範囲の反射率分布が抜粋されている。
【００４８】
図９において、計測対象物２００がコート紙である場合の反射率を２０１に示す。計測対象物２００が普通紙である場合の反射率を２０２に示す。
【００４９】
コート紙は、普通紙に比べて光沢が高めという特徴がある。２０１は、照明角度θが比較的正反射に近い１０度〜１５度の範囲で非常に高い反射率を示している。また普通紙は、全体的に光沢が低く、コート紙に比べて紙の色も暗めに見えるという特徴がある。図９に示すように、第１実施形態の計測システム１００により計測された反射率分布は、見た目の傾向と一致していることがわかる。
【００５０】
以上説明したように、第１実施形態の計測システム１００では、照明部１０が、計測対象物２００に光を放射する。撮像部２０が、計測対象物２００を含む撮影画像を撮像する。同期部３０が、撮像部２０により計測対象物２００を撮像するタイミングと、照明部１０の照明角度θを変動させるタイミング、又は、撮像部２０の受光角度φを変動させるタイミングを同期させる。そして計算部４０が、照明角度θの変動、又は、受光角度φの変動に同期して撮像した複数枚の撮影画像から、１枚の解析画像を生成し、解析画像をもとに、計算部４０が計測対象物２００の反射率分布を計測する。
【００５１】
これにより第１実施形態の計測システム１００によれば、複数の角度の反射光特性を、連続的な角度の変化に応じた反射光情報（階調特性、グラデーション）を含む解析画像から、より簡便に計測することができる。つまり、以下の効果が期待できる。
【００５２】
従来では離散的にしか取得できず、各角度で個別に処理・算出するしかなかった撮像角度毎あるいは照明角度毎の反射率情報を、撮像動作と照明部・撮像部の回転を同時かつ動的に行い、連続的に取得することができる。
【００５３】
従来では角度毎に個別で撮像動作を行うため、撮像に時間を要していたが、撮像動作と、照明部ないし撮像部の回転動作を同時かつ動的に行うため、撮像に要する時間を短縮できる。
【００５４】
撮像速度と照明部ないし撮像部の回転速度を調整することで、撮像角度の分解能を調節することができる。
【００５５】
（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の計測システム１００は、撮像部２０が動画により複数の画像を撮像する点が、第１実施形態の計測システム１００と異なる。以下、第２実施形態の説明では、第１実施形態と同一部分の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。
【００５６】
図１０は第２実施形態の撮像部２０の撮像方式の例を示す図である。第２実施形態の撮像部２０は、例えば複数の画像（フレーム）を含む動画を撮像するエリアカメラにより実現される。エリアカメラは、例えばＲＧＢエリアカメラである。撮像部２０の撮像速度は、例えば１００ＦＰＳである。
【００５７】
なお撮像部２０は、計測対象物２００の画像が取得できるエリアカメラであれば、ＲＧＢエリアカメラに限らず、他の撮像方式のエリアカメラでもよい。撮像部２０は、例えば、モノクロエリアカメラ、ハイパースペクトルエリアカメラ、マルチスペクトルエリアカメラでもよい。
【００５８】
第１実施形態の場合と同様に、撮像部２０の受光角度φを固定し、照明部１０の照明角度θを−４５度から５５度まで変動させる場合について説明する。なお撮像部２０の受光角度φを変動させ、照明部１０の照明角度θを固定してもよい。
【００５９】
同期部３０は、撮像部２０が撮像動作を開始するタイミングを、照明部１０の回転動作が開始するタイミングに同期させる。同期部３０は、例えば照明部１０の回転速度を、第１実施形態の場合と同様に、１．７ｒｐｍに決定する。
【００６０】
図１１は第２実施形態の画像と照明角度との対応の例を示す図である。照明部１０の回転速度が１．７ｒｐｍの場合、照明部１０を１００度分回転させるために要する時間は１０秒である。そのため動画に含まれるフレームの数は、１００×１０＝１０００フレームである。
【００６１】
１００度分が１０００フレームに相当するので、１フレームあたりの照明角度θは１００／１０００＝約０．１度分に相当する。すなわち１フレーム目は、照明角度θが−４５度である場合に対応する。２フレーム目は、照明角度θが−４４．９度である場合に対応する。３フレーム目は、照明角度θが−４４．８度である場合に対応する。１０００フレーム目は、照明角度θが５５度である場合に対応する。
【００６２】
第２実施形態の計測対象物２００の反射率計算方法は、第１実施形態の計測対象物２００の反射率計算方法と同様である。すなわち撮像部２０は、白色基準板及び計測対象物２００を動画として撮像する。計算部４０は、計測対象物２００の各フレーム画像の画素値を白色基準板の各フレーム画像の画素値で除算することで、フレーム毎に反射率を規格化し、反射率分布を計算する。
【００６３】
図１２は第２実施形態の反射率分布の反射率計算方法の例を説明するための図である。第２実施形態の計算部４０は、Ｇチャンネルの画像を、反射率画像として使用する。計算部４０は、フレーム毎に、当該フレームに含まれる画素値を計測画像サイズで平均化した反射率の平均（以下、「平均反射率」という。）を計算する。そして計算部４０は、フレームと照明角度θとを対応させることにより、計測対象物２００の反射率分布を算出する。すなわち計算部４０は、フレーム毎に計算された平均反射率により、計測対象物２００の反射率分布を計算する。なお、第２実施形態ではＧチャンネルの画像を使用したが、Ｒチャンネル乃至Ｂチャンネルの画像を使用してもよい。
【００６４】
以上説明したように、第２実施形態の計測システム１００によれば、複数の角度の反射光特性を、連続的な角度の変化に応じた反射光情報（階調特性、グラデーション）を含む動画から、より簡便に計測することができる。つまり、以下の効果が期待できる。
【００６５】
従来では離散的にしか取得できず、各角度で個別に処理ないし算出するしかなかった撮像角度毎あるいは照明角度毎の反射率情報を、撮像動作と、照明部ないし撮像部の回転を同時かつ動的に行い、連続的に取得することができる。
【００６６】
従来では角度毎に個別で撮像動作を行うため、撮像に時間を要していたが、撮像動作と照明部ないし撮像部の回転動作を同時かつ動的に行うため、撮像に要する時間を短縮できる。
【００６７】
撮像速度と、照明部ないし撮像部の回転速度を調整することで、撮像角度の分解能を調節することができる。
【００６８】
計測対象物表面に傷等のノイズがあり、撮像位置に存在している場合、第１実施形態で用いたラインセンサでは正確な反射率分布を得ることが困難であるが、本実施形態の場合、ラインセンサと比べて広い領域で撮像を行い、平均反射率を計算するため、傷等のノイズを含む領域を読み取った場合でもノイズの影響を低減することができる。
【００６９】
（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の計測システム１００は、撮像部２０が固定されておらず、撮像部２０と照明部１０とが連動して動作する点が、第１実施形態の計測システム１００と異なる。以下、第３実施形態の説明では、第１実施形態と同一部分の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。
【００７０】
図１３は第３実施形態の計測システム１００の例を示す概略図である。第３実施形態の計測システム１００は、照明部１０の照明角度θと撮像部２０の受光角度φとの両方を変動させて反射光特性を得ることを特徴とする。照明部１０の照明角度θと撮像部２０の受光角度φとの両方を変動させることで、第３実施形態の計測システム１００は、入射角度に対する正反射光の反射率分布を得ることができる。ここで、入射角度に対する正反射光というのは、例えば、入射角６０度および反射角６０度のときの正反射や、入射角２０度および反射角２０度のときの正反射のことである。正反射の反射率は、光沢の強さを表す。このため、正反射の反射率は、物体表面の質感や光沢性の品質評価を行う上では重要な特性である。ＪＩＳで規定されている光沢度は、２０度、６０度、７５度、８５度で計測する。第３実施形態の計測システム１００では、上記のような角度に対する正反射の反射率を簡易に計測することができ、ＪＩＳで規定されていない角度に対する正反射の反射率も、必要に応じて計測することができる。
【００７１】
図１３に示すように、第３実施形態の計測システム１００は、照明部１０の照明角度θおよび撮像部２０の受光角度φを、５度から９０度まで同時に同じ速度で動かしながら計測する。具体的には、図２に示す同期部３０は、撮像部２０が撮像動作ならびに回転動作を開始するタイミングを、照明部１０の回転動作が開始するタイミングに同期させる。
【００７２】
ここで、第１実施形態と同じラインセンサを用いて、１回の計測で１０００回撮像を繰り返し１０００ライン分の撮影画像を取得する。このとき、撮像に要する時間は５００（画素）×１０００（ライン）／５００００（Ｈｚ）＝１０秒間である。図１３の例の場合、同期部３０は、９０度−５度＝８５度分を１０秒で移動させるので、撮像部２０と照明部１０の回転速度を８５／１０＝８．５度／秒（１．４ｒｐｍ）に決定する。これにより、照明部１０および撮像部２０の動作時間と、撮像部２０の撮像時間とが等しくなるため、撮像部２０の撮像動作のタイミングを、照明部１０ならびに撮像部２０の回転動作タイミングに同期させることが可能である。
【００７３】
次に、計算部４０は、照明部１０の照明角度θおよび撮像部２０の受光角度φの変動に同期して撮像した撮影画像を結合して、１枚の解析画像を生成し、当該解析画像を計測対象物２００の正反射光の反射率分布を計測する。
【００７４】
図１４は、１０００枚の撮影画像を結合し、反射率を示す１枚の解析画像を生成する例を示す図である。図１５は、解析画像（分光反射率を表す画像）から計算した反射率を示す画像の例を示す図である。解析画像のサイズは５００ｐｉｘｅｌ×１０００ｐｉｘｅｌであり、１ライン（行）目が照明角度θ＝５度の反射率を示し、１０００ライン（行）目が照明角度θ＝９０度の反射率を示す。すなわち１０００ライン（行）分が８５度分であるため、１ライン（行）分は、約０．０８５度に対応する。
【００７５】
なお、第３実施形態の計測システム１００における計測対象物２００の反射率計算方法は、図５に示すフローの通りであり、第１実施形態の計測システム１００における計測対象物２００の反射率計算方法と同様であるため、詳細については省略する。
【００７６】
計算部４０は、計算した反射率画像に対して、第１実施形態と同様に、Ｙ画像を１次元化することにより、計測対象物２００の、正反射条件における入射および反射角度に対する反射率（％）を示す反射率分布を計算する。図１６は第３実施形態の計測対象物２００の反射率分布の例を示す図である。計測システム１００は、照明角度θが５度から８５度の範囲の反射率分布を測定できるため、５度から８５度の範囲の反射率分布を表している。
【００７７】
以上説明したように、第３実施形態の計測システム１００によれば、照明部１０の照明角度θと撮像部２０の受光角度φを同時に変動させて計測対象物２００の反射率分布を計測することで、複数の角度の正反射光特性を、簡便に計測することができる。つまり、以下の効果が期待できる。
【００７８】
撮像動作と照明部・撮像部の回転を同時かつ動的に行うため、従来では離散的にしか取得できなかった撮像角度または照明角度での撮像角度での正反射情報を取得することができる。
【００７９】
撮像動作と照明部・撮像部の回転を同時かつ動的に行うため、撮像に要する時間を短縮できる。
【００８０】
撮像速度と照明部・撮像部の回転速度を調整することで、撮像角度の分解能を調節することができる。
【００８１】
［計測システムのハードウェア構成］
最後に第１ないし第３実施形態の計測システム１００のハードウェア構成の例について説明する。
【００８２】
図１７は第１ないし第３実施形態の計測システム１００のハードウェア構成の例を示す図である。第１ないし第３実施形態の計測システム１００は、制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、照明装置３０４、撮像装置３０５及び通信装置３０６を備える。制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、照明装置３０４、撮像装置３０５及び通信装置３０６は、バス３１０を介して接続されている。
【００８３】
制御装置３０１は補助記憶装置３０３から主記憶装置３０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置３０２はＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及び、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリである。補助記憶装置３０３はメモリカード等である。
【００８４】
照明装置３０４は、計測対象物２００に光を放射する装置である。照明装置３０４は、例えばキセノン光源装置である。撮像装置３０５は、計測対象物２００等を含む画像を撮像する装置である。撮像装置３０５は、例えばハイパースペクトルカメラ、マルチスペクトルカメラ及びエリアカメラ等である。
【００８５】
通信装置３０６は、他の装置と通信する。通信装置３０６は、例えば他の装置から、計測システム１００の設定情報等を受け付ける。設定情報は、例えば上述の照明条件の設定等である。
【００８６】
第１ないし第３実施形態の計測システム１００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ−Ｒ、及び、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。
【００８７】
また第１ないし第３実施形態の計測システム１００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また第１ないし第３実施形態の計測システム１００が実行するプログラムを、ダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。
【００８８】
また第１ないし第３実施形態の計測システム１００で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【００８９】
第１ないし第３実施形態の計測システム１００で実行されるプログラムは、上述の第１ないし第３実施形態の計測システム１００の機能構成のうち、プログラムにより実現可能な機能を含むモジュール構成となっている。
【００９０】
プログラムにより実現される機能は、制御装置３０１が補助記憶装置３０３等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、プログラムにより実現される機能が主記憶装置３０２にロードされる。すなわちプログラムにより実現される機能は、主記憶装置３０２上に生成される。
【００９１】
なお第１ないし第３実施形態の計測システム１００の機能の一部又は全部を、ＩＣ（Integrated  Circuit）等のハードウェアにより実現してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０  照明部
２０  撮像部
２１  ラインセンサ
３０  同期部
４０  計測部
１００  計測システム
２００  計測対象物
３０１  制御装置
３０２  主記憶装置
３０３  補助記憶装置
３０４  照明装置
３０５  撮像装置
３０６  通信装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特許第３０９５５２５号公報
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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