(57)【要約】【課題】【解決手段】黒色の内壁を有する空洞と試料用開口部とを有する装置によって試料の撮像をおこなう方法であって、該装置は、さらに空洞の照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料開口部に向けられたデジタル撮像装置とを備え、該方法は、試料用開口部を介して試料を空洞に差し出す工程と、空洞に照明をあてる工程と、撮像装置を起動させて試料の画像を記録する工程と、記録した画像データを画像解析ソフトウエアがプログラムされたコンピュータに送信して記録した画像を解析する工程とを備え、空洞の内壁は光を吸収し、照明手段の少なくとも一部は、空洞の内壁の少なくとも一部にわたって均等に配置された点光源が部分的に設けられ、所望の光の状態によって、選択された点光源が起動されることを特徴とする方法。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁を有する空洞と試料用開口部とを有する装置によって試料の撮像をおこなう方法であって、該装置は、空洞の照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料開口部に向けられたデジタル撮像装置とをさらに備え、
試料用開口部を介して試料を空洞に差し出す工程と、
空洞に照明をあてる工程と、
撮像装置を起動させて試料の画像を記録する工程と、
記録した画像データを画像解析ソフトウエアがプログラムされたデータ処理部に送信して、記録した画像を解析する工程とを備えるところの方法において、
空洞の内壁は光を吸収すること、および照明手段の少なくとも一部は、空洞の内壁の少なくとも一部にわたって均等に配置された点光源からなり、光の指向性の所望の程度によって、選択された点光源が起動されることを特徴とする方法。
【請求項２】
内壁を有する空洞と、試料用開口部と、空洞の内壁の少なくとも一部にわたって配置された点光源と、空洞から試料開口部に向けられたデジタル撮像装置とを有する試料を撮像する装置において、空洞の内壁は光吸収性であること、および該装置は光の指向性の所望の程度によって起動可能な光源の可変選択を制御する制御パネルを有していることを特徴とする装置。
【請求項３】
該点光源はLEDであることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
該空洞の内壁は黒色であることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
該撮像装置は、その正反射の範囲外に配設されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内壁を有する空洞と試料用開口部とを有する装置によって試料の撮像をおこなう方法に関し、該装置は、さらに空洞の照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料用開口部に向けられたデジタル撮像装置とを備え、該方法は、以下の工程を備える：
試料を試料用開口部を介して空洞に差し出し、
空洞に照明をあて、
撮像装置を起動させて試料の画像を記録し、
記録した画像データを画像解析ソフトウエアがプログラムされたデータ処理部に送信して記録した画像を解析する。
本発明は、またそのような方法に用いられる装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開公報ＷＯ９９／０４２９００には、デジタルカメラを用いて、内側に照明された白い壁が一体となった球体に設置された対象物の撮像をおこなう方法および装置が開示されている。その画像は、コンピュータで解析されてカラーデータが作成される。カメラの光軸は測定対象物に合わせられる。白い内壁は、分散光を確実に分散させる働きをする。可変光の状態の効果を調べるのは不可能である。
【０００３】
特にアルミニウムフレーク顔料などの効果顔料を用いると、塗膜の外観は均一の色ではなく、きめの粗さ、光沢、微小輝度、曇り、斑紋、スペックル、輝きや光彩などの非均一性を現わす。これらの効果の中には、光の方向と分散に依存するものもある。以下では、テクスチャー（肌理）を表面材料の小構成部分の寸法と組織によって塗膜の面内で目に見える表面構造として定義する。きめの粗さとは光沢や光彩の効果がないテクスチャーである。ゆえに、きめの粗さは、表面材料の小構成部分の寸法と組織によって塗膜の面内で拡散光という状態下で目に見える表面構造であると定義することができる。光が各方向から同程度で入る場合、それは拡散であると考えられる。光彩と光沢とは、観察方向と照明方向の間の角度に依存するつやの変形であるので、こうた光彩と光沢は拡散光の状態の下では、生じない。こういうわけで、テクスチャーときめの粗さは、塗膜の触覚的な表面粗さを含まず、塗膜の面内における可視のでこぼこのみを含むのである。
【０００４】
自動車用塗料には、メタリック効果を出すためにアルミニウムフレーク顔料のような効果顔料が含まれることが多い。また、真珠箔顔料もよく使われる。傷ついた車の修理が必要な場合、一致する色を有するだけでなく、テクスチャーや粗さのようなその他の視覚的特徴に関しても一致する修理用塗料を用いなくてはならない。
【０００５】
従来、特に塗膜における表面のテクスチャーと粗さは、目によって、例えば、試料カタログの試料とそれらを比較することによって判断されてきた。このような手法の結果は、技術者の熟練度に大いに依存し、しばしば満足のいくものではないこともある。
【０００６】
米国特許出願第２００１／００３６３０９号には、微小輝度を測定して、それを例えば自動車の元来の塗料と修理用塗料とを一致させるために使用する方法が開示されている。微小輝度は、塗膜の一部をＣＣＤカメラで撮像し、画像処理用ソフトウエアを用いて微小輝度パラメータを計算することによって測定される。
【０００７】
国際公開公報ＷＯ０３／０２９７６６には、被測定物を受け入れるための封入容器と、ランプと、デジタルカメラとからなる、例えば塗料のための色彩測定装置が開示されている。封入容器の内面はつや消し塗料で塗装されて拡散光と均一光を得るようになっている。さらに、そのような封入容器の中でテクスチャーを測定してテクスチャー値を計算する方法も記載されている。ランプおよびカメラと被測定物とがその封入容器に配置される。
【０００８】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ９９／０４２９００
【特許文献２】米国特許出願第２００１／００３６３０９号
【特許文献３】国際公開公報ＷＯ０３／０２９７６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本来塗装されていた塗料の色とテクスチャーに一致する修理用塗料の配合を求めようとする際、特別な光の状態の下では、一致するが、その他の光の状態の下では一致しないような修理用塗料の配合を求めてしまう恐れがある。したがって、本発明の目的は、テクスチャー効果の解析と特徴の表示を様々な光の状態の下で一致する修理用の塗料を配合するために使用できるようなやりかたでおこなうことを可能にする装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、冒頭の段落に記載したような方法であって、空洞の内壁は光を吸収し、照明手段の少なくとも一部は空洞の内壁の少なくとも一部にわたって均等に配置された点光源からなり、選択された光源は光の指向性の所望の度数によって起動されることを特徴とする方法によって達成される。
【００１１】
光を吸収する内壁により、すべての点光源を点灯させることで、拡散状態が生じ、１つ以外のすべての点光源の消灯させることで、指向性を有する照明が得られる。試料には、その都度、異なる点光源を用いて異なった角度から指向性を持って照明をあてることができる。また、拡散照明と指向性を有する照明との混合照明も用いることができる。
【００１２】
十分に拡散した強い光を得るためには、例えば、発光ダイオードすなわちＬＥＤのような点光源を例えば空洞の内面のほぼ全体にわたって等間隔に分散配置することが好ましい。光源は、例えば試料用開口部に向けることができる。好適な実施形態では、１５〜２５ｃｍ２につき、好ましくは１６〜２０ｃｍ２につき１個のＬＥＤを配置する。
【００１３】
点光源は空洞そのものの中に配置してもよいし、または空洞の壁の開口部を介して空洞を照らしてもよい。
【００１４】
空洞の内壁は、例えば、黒く塗ることによって光を吸収するようにすることができる。
【００１５】
試料におけるカメラの反射が記録されることを防ぐためには、撮像装置は、その正反射の範囲外に配設するとよい。これは、例えば、すべての点光源が点灯されて散乱光状態が作られるときには特に有益である。
【００１６】
適切な撮像装置としては、例えば、ＣＣＤや、画像データの保存に適したその他のメモリチップを備えるデジタルカメラまたはデジタルビデオカメラがあげられる。
【００１７】
デジタル記録は、カラー画像でもよいが、テクスチャー効果を解析するためには必要ではない。白黒記録も用いることができる。
【００１８】
次に、このデジタル記録は、画像を１つ以上のテクスチャーパラメータに変換するために用いられる画像解析ソフトウエアを搭載したデータ処理ユニットに送られる。好適な画像処理ソフトウエアとしては、例えば、メディアサイバーネティックス社から市販されているＯｐｔｉｍａｓ（登録商標）やｉｍａｇｅ Ｐｒｏｐｌｕｓ（登録商標）、三谷商事株式会社から市販されているＭａｃＳｃｏｐｅ（登録商標）、または、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ社から市販されているＭａｔｌａｂ（登録商標）などが挙げられる。データ処理ユニットとしては、例えばコンピュータまたは例えばカメラ内のチップなどがあげられる。
粗さの解析と特性表示
【００１９】
デジタル画像からテクスチャーパラメータを抽出するためには、１セットの代表的な自動車用塗料を集め、全テクスチャーパラメータ範囲に及ぶ基準スケールを用いて視覚的に判断する。視覚評価に密接に関連しているその１セットの自動車用塗料の画像からテクスチャーパラメータ値を抽出するアルゴリズムを導き出す。
【００２０】
粗さのデータは、例えば、統計的方法、フィルタバンク法、構造法および／またはモデルベース法などを用いてデジタル記録から取り出すことができる。
【００２１】
Ｎ×Ｎ画素のＣＣＤ画像から始めて、グレー値標準偏差sは、いくつかのスケールＸにて求められる。すなわち、最小スケールＸ＝１では、１画素ごとのグレー値標準偏差sが算出される。二番目に小さいスケールでは、２×２画素の２乗（Ｘ＝４）の平均グレー値について算出される。三番目に小さいスケールでは、４×４画素の２乗が用いられるので、Ｘ＝１６である。これは、最大スケールＮ×Ｎ画素（Ｘ＝Ｎ２）まで繰り返される。
【００２２】
グレー値標準偏差sはスケールＸの関数として以下の式で表現できる。
2008523521.tif 000002
【００２３】
σグレーとＸは既知であるので、パラメータＡ，ＢおよびＣは適切に当てはめることによって計算される。
【００２４】
パラメータＡ，ＢおよびＣは、以下の式によって外観粗さ値に関連付けることができる。
2008523521.tif 000003
【００２５】
a１、a２、a３およびa４の値は、代表的な自動車用塗料の１セットのパネルと比較することによって前もって決めておく。これらの基準塗料は目で判断し、基準スケールに従って数値が与えられる。これは、多数の人々によって行われ、付与された数値はパネルごとに平均化される。これらの基準塗料各々について、測定されたＶＣは、視覚的判断の基準スケールによる数値と等しくなくてはならない。パラメータa１、a２、a３およびa４は、１セットの代表的な自動車用塗料の使用されたパネルすべてについての観察値と測定値の相違を極小化することによって求められる。１セットの代表的な自動車用塗料のパネルのすべてに対するパラメータa１、a２、a３およびa４に等しい数値をそれぞれ求めるために、基準スケール値と視覚粗さ値ＶＣの差の二乗値が各パネルについて計算される。そして、これらの二乗値すべての合計Σ全パネル（視覚的判断パネルｉ−ＶＣパネルｉ）２が極小化され、その結果、a１、a２、a３およびa４に対する値が求められる。これらのパラメータがわかると、どの自動車の塗膜の粗さも求めることができる。
【００２６】
粗さを計算する他の方法では、画像のすべての画素の平均のグレー値（ｍ）と標準偏差（σ）を求める。そして、粗さは以下のように表す：
2008523521.tif 000004
【００２７】
パラメータa１およびa２は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いて、Σ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−粗さパネルｉ）２を極小化することによって求められる。a１およびa２がわかると、どの塗料の粗さも求めることができる。グレー値の代わりに、Ｒ，Ｇおよび／またはＢ値も使用することができる。
【００２８】
粗さを計算するための構造的方法においては、画像を隣接する目立った画素のサブセットに分割する。閾値を画像の平均値（ｍ）の１０倍と定めて、背景から分割部分を区別する。分割部分は最大寸法が画像における全画素量の２．５％とすることができ、８連結でなくてはならない。また、他の分割方法を用いてもよい。分割部分数（ｎ）が計算され、分割部分の平均値（ｍｓ）が計算される。そして、粗さは、以下のようにして算出される：
2008523521.tif 000005
【００２９】
以上のように、パラメータa１、a２、a３およびa４は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いて、Σ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−粗さパネルｉ）２を極小化することによって求められる。a１、a２、a３およびa４がわかると、どの塗料の粗さも求めることができる。
【００３０】
粗さの効果は、主に、より大きな光学的不均一によってもたらされる。小さな不均一ではほとんど粗さをもたらすことはできない。フィルタバンク法を使用して小さな不均一を取り除くことができる。このために、画像はまずフーリエ領域に変換される。そして、フィルタがかけられ、ある周波数領域が選択されて取り除かれる。次に、画像は、もとに戻され、平均値（ｍ）と標準偏差（σ）とが抽出される。このように、粗さは以下のように計算される：
2008523521.tif 000006
【００３１】
パラメータa１およびa２は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いて、Σ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−粗さパネルｉ）２を極小化することによって求められる。a１およびa２がわかると、どの塗料の粗さも求めることができる。
光沢の解析と特徴の表示
【００３２】
「光沢」というパラメータは、視角が変わると、点灯したり消灯したりする指向性照明状態下で効果塗膜の表面上で輝く小さな光点の知覚を表すもう一つのテクスチャーパラメータである。光沢は、直射日光下で、すなわち快晴時に、１メートル以内から最もよく観察される。観察条件が同じであっても、効果塗料のなかには明るい光沢をたくさん示すものもあれば、ほとんど示さないものも、またまったく光沢を示さないものさえある。観察者が視覚的に効果塗料を検査して光沢特性を数字として表すことができるような光沢スケールが作られてきた。効果塗料のなかには、光沢値が低いものもあれば、高いものもある。このように、塗料の「光沢」というテクスチャの特性は量的に観察することができる。光沢効果は通常いくつかの視角において測定される。
【００３３】
光沢は、指向性照明で照らされた試料の画像、または最初に指向性照明によって次に拡散照明によって照らされたまたはその逆の順序で照らされた試料の２つの画像からの情報を用いて抽出することができる。拡散照明で撮像された画像からは、平均グレー値が算出されて、背景グレー値と呼ばれる。指向性照明下で得られた画像からは、３段階手法を用いて光沢特性が抽出される。すなわち、第１に、元の画像のグレー値で除した選別画素の平均グレー値として定められた閾値を設定することにより、明るい画素を選別する。この値は所定の限度を超えてはならない。適切な値としては、例えば１．７である。次に、３×３画素未満の選別画素領域を取り除く。最後に、光沢がきわだつかどうかを調べる。つまり、その明るさ（面積にグレー値を乗じたもの）は元の画像のグレー値よりもY倍大きくなくてはならない。Yは一般的に２０とされる。そして、全光沢グレー値と平均光沢寸法を抽出する。指向性照明に照らされた画像のみが用いられて光沢が求められる場合、光沢に属さないすべての画素の平均グレー値をも算出し背景グレー値と呼ぶ。以下のモデルのバラメータβ１、β２およびβ３は、代表的な自動車用塗料の１セットの基準見本に対してなされた視覚的評価に対して較正されている。
2008523521.tif 000007
【００３４】
β１、β２およびβ３がわかれば、どの塗料の光沢も求めることができる。
【００３５】
ある特定の照明角度における光沢を算出するためには、一連のほかの異なった照明角度で撮像された画像から抽出された更なる情報を用いることができる。計算する対象の照明角度とあまり違わない照明角度、例えば約１５度以下で撮像された画像を選択すれば、もっとも良い結果が得られる。すべての画像から、平均値（ｍ）と標準偏差(σ）とが求められる。そして、光沢値は以下のように計算される。
2008523521.tif 000008
【００３６】
パラメータβ１、β２、β３およびβ４は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いたΣ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−光沢パネルｉ）２を極小化することによって求められる。β１、β２、β３およびβ４がわかれば、どの塗料の光沢も求めることができる。
【００３７】
光沢を算出するためのさらに他の方法では、画像の平均値（ｍ）とスキュー（σ３）が求められる。値ｔは、すべての画素を高グレー値から低グレー値に格付けすることによって求められる。つまり、ｘパーセントの最高位にランク付けられた画素を取るとすれば、ｔは、選択された画素の最低グレー値である。そして、光沢値は、以下の式によって表すことができる。
2008523521.tif 000009
【００３８】
パラメータβ１、β２、β３およびβ４は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いたΣ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−光沢パネルｉ）２を極小化することによって求められる。β１、β２、β３およびβ４がわかれば、どの塗料の光沢も求めることができる。
【００３９】
光沢を計算するためのさらに他の方法では、画像を色彩においてきわだっている隣接した画素のサブセットに分ける。次に、それらの数（ｎ）と寸法（ｓ）とを計算してそれらの背景からの偏差を計算する（ｄ＝色彩光沢／色彩背景）。
2008523521.tif 000010
【００４０】
パラメータβ１は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いたΣ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−光沢パネルｉ）２を極小化することによって求められる。β１がわかれば、どの塗料の光沢も求めることができる。
【００４１】
デジタル撮像装置および画像解析ソフトウエアを使って、テクスチャ、特にいわゆる微小輝度を測定するさらに他の方法が米国特許第２００１／００３６３０９号に開示されており、ここに参考文献として組み込まれる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明は、自動車の塗料の検査を行ったり、例えば修理すべき自動車またはその他の製品に一致する修理塗料を求める上で特に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明を以下の図面によってさらに説明する。
【００４４】
図１は、本発明による装置を横断面にて示す。
図２は、他の実施形態を横断面にて示す。
【実施例１】
【００４５】
図１は、内壁４で球状空洞３を囲む球状ケーシング２と試料用開口部５とを有する装置１を示している。多数の発光ダイオード、すなわちＬＥＤ６が空洞３の照明のために内壁４全面にわたって均等に配置されている。第２開口部７を介して、デジタル撮像装置８が試料用開口部５に向けられている。試料用台９が試料用開口部５を封鎖している。試料１０が試料用台９に載置されて装置１の内側空洞３に差し出されている。試料１０は、例えば塗料膜で被覆されていてもよい。内側空洞は、制御パネル（図示せず）を介してＬＥＤ６を起動することによって照明することができる。ＬＥＤ６は、グループごとにまたは全部一緒に起動することができる。また必要に応じて、個別に起動させてもよい。全部一緒に起動させる場合、空洞３内の光の配分は、略均一となり、拡散光状態が得られる。隣接する１グループのＬＥＤ６だけが起動される場合、光の状態は、拡散状態ではなく指向状態になる。そのような指向性照明状態下では、効果塗料に被覆された試料は、光沢のような角依存光学効果を示す。起動させるＬＥＤの選択によって、光の状態は、拡散から、準拡散、準指向性、そして試料がただ１個のＬＥＤで照明される状態、つまりすべてのなかで最も指向性の高い照明状態まで徐々に変化させることができる。
【実施例２】
【００４６】
図２は他の実施形態を示す。本実施形態は、内壁２４で球状空洞２３を囲む略球状のケーシング２２を有する、横断面で示された装置２１を備える。球体の４分の１を切り取って開口部２５が設けられている。この開口部２５を介して、装置２１は、共同で開口部２５を封鎖する水平パネル２７と垂直支持パネル２８とからなる台２６の縁部の上に載置される。垂直パネル２８には、空洞２３への出入りを可能にするシャッタパネル２９が設けられている。台２６の縁部には、傾斜板３０がヒンジ３１によって取付けられている。ケーブル３２を介して、傾斜板３０は、空洞２３の外側に配置された駆動手段３３に連結されている。こうして、駆動手段３３は、傾斜板３０を水平位置と垂直位置の間で回転させることができる。傾斜板３０が垂直位置で垂れ下がると、ユーザは、シャッタパネル２９を介して試料３４をそれに取り付けることができる。その後、駆動手段３３によって、試料を載せた傾斜板３０が所望の位置まで回転することが可能となる。多数の発光ダイオード、つまりLED３５が、空洞２３の照明のために内壁２４全面にわたって均等に配置されている。第２開口部３６を介して、デジタル撮像装置３７が試料用開口部２５に向けられている。試料１０が試料用台９に載置されて、装置１の内側空洞３に差し出されている。試料１０は、例えば塗料膜で被覆されていてもよい。内側空洞２３は、制御パネル（図示せず）を介してLED３５を起動させることによって照明されることができる。LED３５は、グループごとにまたは全部一緒に起動させることができる。必要に応じて、個別に起動させてもよい。LED３５が全部一緒に起動させられると、空洞２３内の光の配分は略均一となって拡散光状態が得られる。近接したLED35の１グループだけが起動させられると、光の状態は拡散ではなく指向性となる。そのような指向性照明状態下では、効果塗料で被覆された試料は、光沢のような角依存性光学効果を示す。起動させるLED３５の選択によって、光の状態は、拡散から、準拡散、準指向性、そして試料がただ１個のＬＥＤで照明される状態、つまりすべてのなかで最も指向性の高い照明状態まで徐々に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明による装置を横断面にて示す。
【図２】図２は、他の実施形態を横断面にて示す。
【符号の説明】
【００４８】
１  ・・・装置
２  ・・・球状ケーシング
３  ・・・空洞
４  ・・・内壁
５  ・・・試料用開口部
６  ・・・ＬＥＤ
７  ・・・第２開口部
８  ・・・デジタル撮像装置
９  ・・・試料用台
１０  ・・・試料
２１  ・・・装置
２２  ・・・球状ケーシング
２３  ・・・球状空洞
２４  ・・・内壁
２５  ・・・開口部
２６  ・・・台
２７  ・・・水平パネル
２８  ・・・垂直支持パネル
２９  ・・・シャッタパネル
３０  ・・・傾斜板
３１  ・・・ヒンジ
３２  ・・・ケーブル
３３  ・・・駆動手段
３４  ・・・試料
３５  ・・・ＬＥＤ
３６  ・・・第２開口部
３７  ・・・デジタル撮像装置
【図１】
2008523521.tif 000011
【図２】
2008523521.tif 000012
【国際調査報告】
2008523521.tif 000013
2008523521.tif 000014
2008523521.tif 000015