(57)【要約】【課題】対象物の変角反射特性を高精度に且つ短時間で測定すること。【解決手段】色材マルチスペクトル画像取得部１０において、ある所定範囲内で一様な反射特性を有する測定対象物としての色材１８に対し、照明光源２０をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行い、反射特性演算部１２において、上記色材マルチスペクトル画像取得部１０により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材１８の上記所定範囲内における変角反射特性を算出する。【選択図】      図１
2005181038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある所定範囲内で一様な反射特性を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行う色材マルチバンド撮影手段と、
上記色材マルチバンド撮影手段により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性を算出する色材反射特性算出手段と、
を具備することを特徴とする反射特性測定装置。
【請求項２】
上記色材反射特性算出手段は、上記マルチバンド画像の各画素位置に対応する色材の各点における上記照明光源の入射角及びカメラ視線方向の情報に基づいて上記変角反射特性を算出することを特徴とする請求項１に記載の反射特性測定装置。
【請求項３】
ある所定範囲内でテクスチャ模様を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行う色材マルチバンド撮影手段と、
上記色材マルチバンド撮影手段により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性のテクスチャ分布を算出する色材反射特性算出手段と、
を具備することを特徴とする反射特性測定装置。
【請求項４】
上記色材マルチバンド撮影手段は、上記色材を回転させる、もしくは、上記照明光源の位置及び入射方向を変化させて、順次撮影を行うことで、複数のマルチバンド画像を取得することを特徴とする請求項３に記載の反射特性測定装置。
【請求項５】
上記色材反射特性算出手段は、上記照明光源のスペクトル情報と、上記マルチバンドカメラの分光感度特性の情報とを用いて、上記変角反射特性を算出することを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項６】
上記色材マルチバンド撮影手段に使用する上記照明光源は、少なくとも一マルチスペクトル画像撮影時においては、所定の一点から拡散された光で照明する点光源、もしくは、ある一方向からの平行光で照明する光源であることを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項７】
上記色材マルチバンド撮影手段は、各々分光感度特性の異なる４バンド以上の画像取得が可能なマルチスペクトルカメラであることを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項８】
上記色材マルチバンド撮影手段に使用する色材は、ある曲率により湾曲した形状を有する色材であることを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項９】
上記色材マルチバンド撮影手段は、上記色材と同じ形状を持ち且つ予め変角反射特性が既知なキャリブレーション板を撮影することを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項１０】
上記キャリブレーション板は、規則的なパターンが描かれたものであることを特徴とする請求項９に記載の反射特性測定装置。
【請求項１１】
上記色材マルチバンド撮影手段は、露光条件を変化させることによりダイナミックレンジの異なる複数のマルチスペクトル画像を取得し、
上記色材反射特性算出手段は、上記ダイナミックレンジの異なる複数のマルチスペクトル画像を用いて上記変角反射特性を算出する、
ことを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項１２】
上記色材マルチバンド撮影手段は、偏光板により上記照明光源の光及び上記マルチスペクトルカメラへの入射光を偏光させて撮影を行うことを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項１３】
上記色材マルチバンド撮影手段は、上記照明光源が上記マルチバンドバンドカメラと同一の筐体内に備え付けられており、
上記色材に上記マルチバンドバンドカメラを接触させて撮影を行う、
ことを特徴とする請求項１または３に記載の反射特性測定装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れかに記載の反射特性測定装置と、
別途用意された物体の形状データと上記色材反射特性算出手段によって算出された上記変角反射特性とに基づき光線追跡を行い、上記物体のレンダリング画像を作成する画像レンダリング手段と、
上記レンダリング手段により作成されたレンダリング画像を出力する画像出力手段と、
を具備することを特徴とする高色再現デザインシステム。
【請求項１５】
上記反射特性測定装置の色材反射特性算出手段は、上記画像出力手段の原色及び諧調特性の情報を用いて上記変角反射特性を算出することを特徴とする請求項１４に記載の高色再現デザインシステム。
【請求項１６】
ある所定範囲内で一様な反射特性を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行い、
該撮影により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性を算出する、
ことを特徴とする反射特性測定方法。
【請求項１７】
ある所定範囲内でテクスチャ模様を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行い、
該撮影により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性のテクスチャ分布を算出する、
ことを特徴とする反射特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の変角反射特性を測定する反射特性測定装置及び方法に関する。また、本発明は、そのような反射特性測定装置で測定した反射特性を再現して、コンピュータ・グラフィックス等によりモニタ上で対象物のデザインを行う高色再現デザインシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衣服や車、家具、インテリア、商品パッケージ等をデザインする工業デザイン分野において、コンピュータ・グラフィックス等を用いてリアリティの高い画像を作成して物体の形状や色の設計を行うことが広く普及されている。このようなコンピュータ・グラフィックスにおいてリアリティの高い画像を再現するためには、高度な光線追跡により物体表面の光の散乱・反射・透過・干渉等の物理的な光学特性を現実と同等に再現することが必要である。
【０００３】
そこで、最近では、このような高度な光線追跡を実現するために、物体表面における反射特性を２次元的な変角分光反射率特性として記述し、光源の入射角あるいは観察角度に依って変化する複雑な反射特性を表現するものが実現されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、このような複雑な反射特性を現物の物体（塗板等）から測定器により測定する方法（例えば、特許文献２を参照）や、上記のように測定器により測定された反射特性をコンピュータ・グラフィックスに反映する方法（例えば、特許文献３を参照）も提案されている。
【特許文献１】特開平５−３２４８５０号公報
【特許文献２】特開平１１−２３０８３１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献３に開示されている方法では、物体の表面反射率をある一方向のみ分光計で計測しているため、光源の入射角あるいは観察角度に依って変化する複雑な反射特性を再現することができない。
【０００６】
一方、上記特許文献２に開示されている方法によれば、物体の変角分光反射率を計測できるため複雑な反射特性を再現することも可能である。しかしながら、より詳細な変角分光反射率を測定するためには、多数の光源入射方向及び観察方向の組み合わせについて計測を行う必要があり、計測に膨大な時間を有するという問題がある。
【０００７】
また、両者の方法では共に、対象物体のある一点（もしくは、ある１エリア）についてのみ計測を行っているため、例えば対象物がテクスチャ模様を持っている場合には、その細かいテクスチャ特性を含めて反射特性を計測することは不可能であった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、対象物の変角反射特性を高精度に且つ短時間で測定することが可能な反射特性測定装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、そのような反射特性測定装置によって測定された変角反射特性をモニタ上に再現してデザインを行うことが可能な高色再現デザインシステ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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様による反射特性測定装置は、ある所定範囲内で一様な反射特性を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行う色材マルチバンド撮影手段と、上記色材マルチバンド撮影手段により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性を算出する色材反射特性算出手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明の別の態様による反射特性測定装置は、ある所定範囲内でテクスチャ模様を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行う色材マルチバンド撮影手段と、上記色材マルチバンド撮影手段により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性のテクスチャ分布を算出する色材反射特性算出手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様による高色再現デザインシステムは、上記態様のような反射特性測定装置と、別途用意された物体の形状データと上記色材反射特性算出手段によって算出された上記変角反射特性とに基づき光線追跡を行い、上記物体のレンダリング画像を作成する画像レンダリング手段と、上記レンダリング手段により作成されたレンダリング画像を出力する画像出力手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様による反射特性測定方法は、ある所定範囲内で一様な反射特性を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行い、該撮影により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性を算出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の態様による反射特性測定方法は、ある所定範囲内でテクスチャ模様を有する測定対象物としての色材に対し、照明光源をあてて、分光感度特性の異なる多バンドの画像を取得可能なマルチバンドカメラにより撮影を行い、該撮影により得られたマルチバンド画像の画像信号より、上記色材の上記所定範囲内における変角反射特性のテクスチャ分布を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、対象物の変角反射特性を高精度に且つ短時間で測定することが可能な反射特性測定装置及び方法を提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、そのような反射特性測定装置によって測定された変角反射特性をモニタ上に再現してデザインを行うことが可能な高色再現デザインシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明は、車のボディを構成する塗板の塗装色をコンピュータ・グラフィックス上で決定する高色再現デザインシステムを例に説明するが、本発明はそれに限定されないことは勿論である。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成を示すブロック図である。
【００１９】
この高色再現デザインシステムは、色材マルチバンド撮影手段としての色材マルチスペクトル画像取得部１０と、色材反射特性算出手段としての反射特性演算部１２と、画像レンダリング部１４と、画像出力部１６とで構成される。
【００２０】
ここで、色材マルチスペクトル画像取得部１０は、コンピュータ・グラフィックスに反映させたい反射特性を有する対象物（以下、これを色材１８と呼ぶ）に、照明光源２０からの光を照明して、その色材１８から反射された光をマルチスペクトルカメラによってマルチスペクトルの画像として取り込むものである。なお、本実施形態では、上記色材１８は、車のボディを構成する実際の塗板である。また、反射特性演算部１２は、上記色材１８マルチスペクトル画像取得部１０によって取り込んだ色材１８のマルチスペクトル画像から色材１８の反射特性を算出し、その算出された反射特性に基づきコンピュータ・グラフィックスで用いる物体（車）のモデルデータもしくはシーンデータの反射特性を修正するものである。画像レンダリング部１４は、上記反射特性演算部１２によって反射特性が修正された被写体のモデルデータもしくはシーンデータを読み込んで光線追跡を行い、ある観察条件下での物体の画像を生成するものである。そして、画像出力部１６は、上記画像レンダリング部１４によってレンダリングされた結果の画像を出力する、例えばＲＧＢの３原色によるディスプレイモニタである。
【００２１】
また、上記反射特性演算部１２は、色材反射特性分析部２２と、デバイス色変換部２４と、色・反射特性修正部２６とで構成されている。ここで、色材反射特性分析部２２は、色材１８のマルチスペクトル画像と照明光源２０のスペクトル情報及び照明光源２０・色材１８・マルチスペクトルカメラの各位置関係に基づいた幾何的な情報からなる撮影環境パラメータより、色材１８の反射特性を算出する。デバイス色変換部２４は、画像出力部１６を構成するディスプレイモニタ（出力デバイス）の色・階調特性を表す出力デバイスプロファイルに基づいて、上記色材反射特性分析部２２によって算出された反射特性のうちの分光情報を伴う反射特性から、その反射特性を再現するための出力デバイスの色信号に変換する。色・反射特性修正部２６は、上記デバイス色変換部２４によって算出された色信号と、上記色材反射特性分析部２２によって算出された反射特性のうちの分光情報を伴わない反射特性とに基づいて、既存のモデルデータもしくはシーンデータ（既存オブジェクト／シーンデータ２８）内に記述されている物体の反射特性あるいは照明光源２０のスペクトル特性に関する情報を修正して、新規オブジェクト／シーンデータ３０を生成する。
【００２２】
色材１８のマルチスペクトル画像を撮影する上記色材マルチスペクトル画像取得部１０は、図２に示すように構成されている。即ち、色材１８・照明光源２０・マルチスペクトルカメラ３２の位置関係が固定できるような撮影台３４を用意し、撮影台３４に取り付けられているホルダ３６に所望の色材１８を固定する。そして、照明光源２０からの光を色材１８に当て、反射された光をマルチスペクトルカメラ３２で取り込む。なお、ここでの照明光源２０は、ある一点からの拡散光（点光源）、もしくは、ある一方向からの平行光であるものが良い。
【００２３】
ここで、マルチスペクトルカメラ３２は、例えば特開平９−１７２６４９号公報に開示されているように、物体のスペクトル情報を２次元的な画像として取得することが可能なものである。即ち、このマルチスペクトルカメラ３２は、図３に示すように、色材１８からの反射光を画像信号として取り込むためのＣＣＤ３８と、色材１８からの反射光を上記ＣＣＤ３８の各画素に結像するための結像レンズ４０と、上記結像レンズ４０の光路中に配置され、光の分光特性を変調するためのフィルタが複数取り付けられたフィルタターレット４２と、上記結像レンズ４０のフォーカス制御及びＣＣＤ３８の取り込み時のシャッタ制御及び露光制御を行う撮影制御部４４と、ＣＣＤ３８の撮影に連動して各バンド撮影毎にフィルタターレット４２を回転させて結像レンズ４０の光路中に挿入されるフィルタを切り替えるモータ制御部４６とで構成される。なお、フィルタターレット４２に装着されている各フィルタは、多層膜フィルタにより構成され、図４に示すような狭帯域な波長選択性を有しており、これにより色材１８からの反射光の細かいスペクトル情報が取得できるようになっている。なお、図４において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率を示す。さらに、上記多層膜フィルタは、各バンドのフィルタ毎に厚みが異なる場合があるので、図３に示すように結像レンズ４０の光路中に配置され、特に、被写体の任意の点からの光がほぼフィルタ面に垂直に入射されるような位置に配置されることにより、各フィルタで画像倍率や位置ずれが起こるのを抑制している。
【００２４】
次に、本実施形態に係る高色再現デザインシステムにおける色材反射特性分析部２２の詳細について、図５のブロック図を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施形態における色材反射特性分析部２２は、色材マルチスペクトル画像格納部４８、照明光源スペクトルデータ格納部５０、カメラ分光感度データ格納部５２、撮影環境幾何データ格納部５４、拡散・鏡面反射成分分離部５６、拡散反射成分分光反射率算出部５８、鏡面反射成分分光反射率算出部６０、鏡面反射角度特性格納部６２とで構成される。
【００２６】
ここで、色材マルチスペクトル画像格納部４８は、上記マルチスペクトルカメラ３２により得られた色材１８のマルチスペクトル画像を格納する。
【００２７】
照明光源スペクトルデータ格納部５０は、色材１８の撮影の際に用いた照明光源２０のスペクトルデータを格納する。図６は、この照明光源スペクトルデータ格納部５０に格納された照明光源２０のスペクトルデータの一例を示す図である。可視領域である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍまで１ｎｍ毎の各波長における照明光源２０の分光放射輝度が格納される。なお、図５では、予め外部のデータベース（撮影環境パラメータ保存部６４）に上記照明光源２０のスペクトルデータが保存されていて、ここから取得されて格納するようになっているが、特にこれに限らなくても良く、撮影を行う際に色材１８を置く位置に標準白色板等を置いて、これを分光計等で測定した結果を用いても良い。
【００２８】
カメラ分光感度データ格納部５２は、色材１８の撮影を行うマルチスペクトルカメラ３２の各バンドの分光感度特性データを格納する。各バンドの分光感度特性データは、図４に示すようなフィルタ分光透過率と、さらにＣＣＤ３８の分光感度データ及び結像レンズ４０の分光透過率を全て掛け合わせたもので表されたものである。これらのデータは、予め測定器により測定され、外部のデータベース（撮影環境パラメータ保存部６４）に保存されており、ここから取得されて格納するようになっている。
【００２９】
撮影環境幾何データ格納部５４は、色材マルチスペクトル画像の各画素位置と、その画素位置に対応する色材１８の幾何的な反射条件（照明光源２０の入射角及び観察方向に関する条件）との対応関係を格納する。具体的には、図７（Ａ）に示すように、予め固定された照明光源２０・色材１８・マルチスペクトルカメラ３２の位置関係より定まる照明光源２０の入射角、及び照明光源２０の正反射方向に対する観察方向の角度の情報が、マルチスペクトル画像の各画素位置に対応して記述された撮影環境幾何データを格納するものである。なお、図５では予め外部のデータベース（撮影環境パラメータ保存部６４）に、図７（Ｂ）に示すような撮影環境幾何データテーブル６６が保存されていて、ここから取得されて格納するようになっている。
【００３０】
拡散・鏡面反射成分分離部５６は、上記色材マルチスペクトル画像格納部４８に格納された色材１８のマルチスペクトル画像の画像信号から、上記撮影環境幾何データ格納部５４に格納された撮影環境幾何データを用いて、拡散反射成分と鏡面反射成分との分離を行う。
【００３１】
以下、その具体的な分離の方法について説明する。
【００３２】
ここで、上記色材１８のマルチスペクトル画像の各画素値は、照明光源２０の入射角及び観察方向に依存して、ある比率により拡散反射成分及び鏡面反射成分が混合され得られていると仮定している。これは一般的に、二色性反射モデルと呼ばれている。この反射モデルに基づけば、図８（Ａ）に示すように、マルチスペクトル画像における多バンドの画素値を多次元空間にプロットすると、拡散反射成分のベクトルと、鏡面反射成分のベクトルとの２つの特徴ベクトルにより記述されるような分布を形成することになる（図は簡単のため２次元で表している）。また、このときの拡散反射及び鏡面反射の混合の比率は、ＰｈｏｎｇもしくはＴｏｒｒａｎｃｅ−Ｓｐａｒｒｏｗの反射モデルに基づいて、照明光の入射角及び観察方向によって以下の式により表せる。なお、式中の太字はベクトルを表し、また、以下の説明では例えばＤ（ベクトル）のように記すものとする。
【数１】
2005181038.tif 000003
【００３３】
ここで、θ及びφは、図７（Ａ）に示すような照明光源２０の入射角及び正反射方向に対する観察方向のなす角である。また、Ｄ（ベクトル）はθ＝０における拡散反射成分のマルチスペクトル画像信号値、Ｓ（ベクトル）はφ＝０における鏡面反射成分のマルチスペクトル画像信号値であり、ｑ（ベクトル）は拡散反射成分及び鏡面反射成分が混合されたマルチスペクトル画像信号値、即ちこれが元の撮影された信号値である。ｎは物体の粗さを表す定数である。また、Ｔｏｒｒａｎｃｅ−Ｓｐａｒｒｏｗモデルにおけるαは、図１４（Ａ）を参照して後述するようなフレネル反射面における照明光源２０の入射角であり、上記θ及びφを用いて表すと、
【数２】
2005181038.tif 000004
【００３４】
となる。また、βはフレネル反射面の法線ベクトルに対する物体面の法線ベクトルのなす角であり、上記φを用いて、
【数３】
2005181038.tif 000005
【００３５】
と表せる。さらに、σは物体の粗さを表す定数である。このような反射モデルにより、照明光源２０の入射角及び観察方向の変化に対してマルチスペクトル画像の各バンドの信号値が図８（Ｂ）に示すように変化する。
【００３６】
以上のような反射モデルを利用することで、色材１８のマルチスペクトル画像の画像信号値から、拡散反射成分及び鏡面反射成分を分離することが可能である。以下に、反射モデルとしてＰｈｏｎｇモデルを適用した場合の具体的な手順を示す。
【００３７】
（１）  色材マルチスペクトル画像の様々な画素位置における画素値の集合から、主成分分析により２つの特徴ベクトルｅ1（ベクトル）、ｅ2（ベクトル）に分解する。
【００３８】
（２）  それら分解された２つの特徴ベクトルにより、拡散反射成分Ｄ（ベクトル）と鏡面反射成分Ｓ（ベクトル）とを以下のように定義する。
【数４】
2005181038.tif 000006
【００３９】
（３）  上記式（５）及び式（６）で定義されたＤ（ベクトル）及びＳ（ベクトル）を、上記式（１）に代入し、さらに色材マルチスペクトル画像のある画素位置ｊにおける画素値ｑj（ベクトル）と、その画素位置に対応するθj、φjの値（撮影環境幾何データより参照される）から、以下の関係式を得る。
【数５】
2005181038.tif 000007
【００４０】
（４）  複数の画素位置ｊに対して、上記式（７）の関係式を最適に満たすようなｕk、ｖk、nを求める。
【００４１】
以上により、色材マルチスペクトル画像の複数の画素位置における信号データから、拡散反射成分及び鏡面反射成分を分離することができる。
【００４２】
さらに、以上の方法によれば、拡散反射成分及び鏡面反射成分だけでなく、鏡面反射の角度特性ｃｏｓnφについても、この時点で導出できる。この導出された鏡面反射の角度特性は、図５における鏡面反射角度特性格納部６２に格納される。
【００４３】
こうして鏡面反射角度特性格納部６２に格納された鏡面反射角度特性は、色材鏡面反射角度特性として、後段の色・反射特性修正部２６に供給される。
【００４４】
次に、図５における拡散反射成分分光反射率算出部５８の機能について説明する。
【００４５】
ここでは、上記照明光源スペクトルデータ格納部５０に格納された照明光源２０のスペクトルデータ及びカメラ分光感度データ格納部５２に格納されたカメラ分光感度データを用いて、上記拡散・鏡面反射成分分離部５６において分離された拡散反射成分の値から、拡散反射成分の分光反射率を推定する。推定方法は、例えば特開平１１−８５９５２号公報に開示されているような方法が適用可能である。
【００４６】
即ち、マルチスペクトル画像のｋバンド目における拡散反射成分の値をＤk（ｋ＝１〜Ｍ、Ｍ：バンド数）とすれば、Ｄkは照明光源２０のスペクトルデータＥ（λ）及びマルチスペクトルカメラ３２の分光感度データＳk（λ）及び拡散反射成分の分光反射率ＲD（λ）を用いて、以下のように表せる。
【数６】
2005181038.tif 000008
【００４７】
これを行列表記すると、
【数７】
2005181038.tif 000009
【００４８】
但し、
【数８】
2005181038.tif 000010
【００４９】
である。
【００５０】
以上より、拡散反射成分の分光反射率Ｒ（ベクトル）は、マルチスペクトル画像の拡散反射成分Ｄ（ベクトル）より、以下の式により求まる。
【数９】
2005181038.tif 000011
【００５１】
但し、Ｍ（ベクトル）はＨ（ベクトル）の一般化逆行列である。この一般化逆行列Ｍ（ベクトル）は、Ｈ（ベクトル）からＷｉｎｎｅｒ推定等を用いて求めれば良い。なおこのとき、物体の拡散反射成分の分光反射率が統計的に既知であれば、その統計情報を用いて精度良くＭ（ベクトル）を求めることが可能である。
【００５２】
こうして推定された拡散反射成分の分光反射率が、色材拡散分光反射率として、後段のデバイス色変換部２４に供給されることとなる。
【００５３】
また、図５における鏡面反射成分分光反射率算出部６０においても、上記拡散反射成分分光反射率算出部５８で行った方法と全く同様な方法により、今度は、上記照明光源スペクトルデータ格納部５０に格納された照明光源２０のスペクトルデータ及びカメラ分光感度データ格納部５２に格納されたカメラ分光感度データを用いて、上記拡散・鏡面反射成分分離部５６において分離されたマルチスペクトル画像の鏡面反射成分の値から、鏡面反射成分の分光反射率を算出する。
【００５４】
こうして推定された鏡面反射成分の分光反射率が、色材鏡面分光反射率として、後段のデバイス色変換部２４に供給されることとなる。
【００５５】
以上のようにして、変角反射特性としての、色材鏡面反射角度特性、色材拡散分光反射率、及び色材鏡面分光反射率が得られる。
【００５６】
なお、上記照明光源スペクトルデータ格納部５０に格納された照明光源２０のスペクトルデータも、後段のデバイス色変換部２４に供給されるものである。
【００５７】
次に、本実施形態に係る高色再現デザインシステムにおけるデバイス色変換部２４の詳細について、図９のブロック図を参照しながら説明する。
【００５８】
本実施形態におけるデバイス色変換部２４は、３つのＸＹＺ値算出部６８と３つのＲＧＢ値算出部７０とで構成される。
【００５９】
即ち、まず、各ＸＹＺ値算出部６８において、上述した色材反射特性分析部２２から供給された色材拡散分光反射率、色材鏡面分光反射率、及び光源スペクトルデータから、各々色材１８の拡散反射成分、鏡面反射成分の前記照明光源下における測色値（ＸＹＺ三刺激値）の値、及び照明光源２０そのものの測色値を算出する。なお、測色値の計算は、人間の視覚特性を表す標準的なＸＹＺ等色関数を用いて波長方向に積分すれば良く、例えば色材１８の拡散反射成分の測色値については、以下のような式により求められる。
【数１０】
2005181038.tif 000012
【００６０】
ここで、ＸD、ＹD、ＺDは照明光源下における拡散反射成分の測色値、ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）はＣＩＥ（国際照明委員会）で定められた標準的なＸＹＺ等色関数である。
【００６１】
なお、上記説明並びに図中では、測色値算出の際の照明光源は、色材撮影時に用いた照明光源としているが、これに限ることは無く、観察したい照明光源のスペクトルデータを任意に設定しても良い。
【００６２】
次に、ＲＧＢ値算出部７０において、上記ＸＹＺ値算出部６８で算出された各測色値から、出力デバイスプロファイル保存部７２に保存されている上記画像出力部１６を構成するディスプレイモニタ（出力デバイス）のプロファイルに基づいて、上記測色値を再現するための出力デバイスに与える信号値（ＲＧＢ値）を算出し、これを色材１８の色データ（色材拡散反射色データ及び色材鏡面反射色データ）及び照明光源２０の色データ（光源色データ）として出力する。ここで、出力デバイスのプロファイルは、本実施形態に係る高色再現デザインシステムにおいて使用するディスプレイモニタの色・階調特性が記述されているもので、具体的には、ディスプレイモニタのＲＧＢ各原色の測色値及び各原色の信号入出力特性（トーンカーブ特性）が記述されている。なお、この出力デバイスプロファイルは、予めディスプレイモニタの特性を測色計等で計測したデータをプロファイルとして用いても良いし、もしくは、例えばｓＲＧＢ等の標準的なデバイスプロファイルデータを用いても良い。但し、このような標準的なプロファイルを用いた場合には、後段の画像レンダリング部１４においてＩＣＣプロファイル等を適用し、使用するディスプレイモニタにおいて標準的なｓＲＧＢの色が常に再現できるようにしておく必要がある。
【００６３】
次に、本実施形態に係る高色再現デザインシステムにおける色・反射特性修正部２６の詳細について、図１０のブロック図を参照しながら説明する。
【００６４】
本実施形態における色・反射特性修正部２６は、拡散色データ格納部７４、鏡面色データ格納部７６、光源色データ格納部７８、鏡面反射角度特性格納部８０、光源色データ修正部８２、２つの光源色除算部８４、及びマテリアル特性修正部８６で構成される。
【００６５】
この色・反射特性修正部２６では、上記デバイス色変換部２４により出力された色材拡散反射色データ、色材鏡面反射色データ、及び光源色データを、拡散色データ格納部７４、鏡面色データ格納部７６、及び光源色データ格納部７８にそれぞれ格納し、これらの色データ用いて、所定のフォーマットで記述された既存シーンデータ２８Ａ及び既存オブジェクトデータ２８Ｂにおける色データを修正する。
【００６６】
ここで、既存シーンデータ２８Ａには、例えば照明光源２０の位置、形状、色、さらには観察位置、観察方向を表すデータが記述されている。このうち、照明光源２０の色を表すデータを、光源色データ修正部８２において更新する。こうして作成された新規シーンデータ３０Ａは、後段の画像レンダリング部１４に出力される。
【００６７】
また、既存オブジェクトデータ２８Ｂには、物体の形状データ及びマテリアル特性が記述されており、このマテリアル特性には、物体の拡散反射成分の色データと、鏡面反射成分の色データ及び角度特性を表すデータとが記述されている。マテリアル特性修正部８６において、既存オブジェクトデータ２８Ｂに対するこれらのマテリアル特性のデータを更新する。このとき、更新するデータは、各々拡散色データ格納部７４、鏡面色データ格納部７６、鏡面反射角度特性格納部８０に格納されているデータであるが、色材拡散反射色データ及び色材鏡面反射色データについては、デバイス色変換部２４において照明光源下の色データとして算出されているため、更新する前に、まず対応する光源色除算部８４において照明光源２０の色のデータで除算してから、更新を行う。こうして作成された新規オブジェクトデータ３０Ｂは、後段の画像レンダリング部１４に出力される。
【００６８】
以上のような実施形態に係る高色再現デザインシステムを用いることにより、測定された物体の反射特性をコンピュータ・グラフィックス等により忠実に再現して画像を出力することが可能である。特に、物体の反射特性をマルチスペクトル画像として取得するため、様々な光源入射角度及び観察角度に対する物体の変角反射特性を瞬時に取得することができる。
【００６９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る高色再現デザインシステムを説明する。なお、本実施形態は、図１に示した前述の第１実施形態に係る高色再現デザインシステムと比較して、色材反射特性分析部２２の詳細構成のみ異なる。そこで、図１１を参照して、本実施形態における色材反射特性分析部２２の詳細のみ説明する。
【００７０】
本実施形態における色材反射特性分析部２２は、前述の第１実施形態における色材反射特性分析部２２の色材マルチスペクトル画像格納部４８の代わりに色材マルチスペクトル画像列格納部８８を備え、更に、該色材マルチスペクトル画像列格納部８８と拡散・鏡面反射成分分離部５６の間に、色材マルチスペクトル画像合成部９０を備えている。
【００７１】
即ち、本実施形態では、まず、色材１８のマルチスペクトル画像として、一枚の画像でなく、同じ色材１８を露光条件、例えばシャッタスピードを変えて幾つか撮影し、その撮影によって得られた複数のマルチスペクトル画像が、マルチスペクトル画像列として該色材反射特性分析部２２に入力されて、色材マルチスペクトル画像列格納部８８に格納される。次に、色材マルチスペクトル画像合成部９０において、上記色材マルチスペクトル画像列格納部８８に格納された各露光条件における複数のマルチスペクトル画像を合成する。ここでは、各露光条件によりダイナミックレンジの異なる複数のマルチスペクトル画像を、各露光量の値からダイナミックレンジの値を補正して、一つの大きなダイナミックレンジのマルチスペクトル画像として統合する。
【００７２】
こうして統合されたマルチスペクトル画像から、拡散・鏡面反射成分分離部５６において鏡面・拡散反射成分の分離を行い、前述の第１実施形態と同様にして色材拡散分光反射率、色材鏡面分光反射率、色材鏡面反射角度特性をそれぞれ算出する。なお、図１１において前述した第１実施形態と同じ機能を持つ部分については同等の符号を示し、説明を省略する。
【００７３】
以上のように、ダイナミックレンジの異なる複数のマルチスペクトル画像を撮影して、一つの大きなダイナミックレンジのマルチスペクトル画像に統合することにより、より階調の細かい撮影データを得ることができる。即ち、色再現デザインシステムでは、ハイライト等を含む物体の撮影を行う際でも、ハイライトの部分も正確な輝度の情報が必要なため飽和しないように撮影する必要がある。このような場合には、非常に大きなダイナミックレンジが必要となり、そのため、本実施形態のようなダイナミックレンジの拡大方法により、階調性の豊かな撮影データを得ることは有効である。
【００７４】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る高色再現デザインシステムについて説明する。
【００７５】
図１２は、本実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成を示すブロック図である。なお、前述した第１実施形態と同じ機能を持つ部分については同等の符号を示し、説明を省略する。
【００７６】
本実施形態は、前述した第１実施形態における図１の高色再現デザインシステムと比較して、反射特性演算部１２の代わりに、分光反射特性演算部９２を備えている点が異なっている。そして、この分光反射特性演算部９２は、上記第１実施形態における反射特性演算部１２と比較して、デバイス色変換部２４が無く、さらに、色・反射特性修正部２６の代わりに分光反射特性修正部９４を有する部分が異なっている。
【００７７】
ここで、本実施形態は、コンピュータ・グラフィックスに用いるオブジェクトデータ及びシーンデータに、分光反射率特性が記述できるようになっている場合の例である。即ち、照明光源２０の色及び被写体の反射特性（拡散反射特性、鏡面反射特性）を、ＲＧＢ値ではなく、スペクトル次元で記述できるとする。また、画像レンダリング部１４においては、出力デバイスプロファイルと、上記オブジェクトデータ及びシーンデータに記述されたスペクトル特性とを用いて、スペクトル次元でレンダリングを行い、画像を生成することが可能になっている。
【００７８】
そのため、本実施形態に係る高色再現デザインシステムにおいては、色材反射特性分析部２２により算出された色材拡散分光反射率及び色材鏡面分光反射率を、画像出力部１６を構成するディスプレイモニタ（出力デバイス）に応じたデバイス色に変換することなく、直接、分光反射特性修正部９４においてオブジェクトデータ及びシーンデータの更新を行う。
【００７９】
図１３に、本実施形態における分光反射特性修正部９４の詳細のブロック図を示す。該分光反射特性修正部９４は、拡散分光反射率格納部９６、鏡面分光反射率格納部９８、色材鏡面反射係数格納部１００、マテリアル特性修正部８６、光源スペクトルデータ格納部１０２、光源スペクトルデータ修正部１０４で構成されている。
【００８０】
即ち、本実施形態における分光反射特性修正部９４では、上記色材反射特性分析部２２により算出された色材拡散分光反射率、色材鏡面分光反射率、及び色材鏡面反射角度特性のデータをそれぞれ拡散分光反射率格納部９６、鏡面分光反射率格納部９８、及び色材鏡面反射係数格納部１００に格納する。そして、マテリアル特性修正部８６において、これら格納されたデータより既存オブジェクトデータ２８Ｂに記述された既存の拡散分光反射率、鏡面分光反射率、鏡面反射角度特性のデータを更新する。
【００８１】
さらに、上記色材反射特性分析部２２により出力された光源スペクトルデータについても、光源スペクトルデータ格納部１０２に格納し、光源スペクトルデータ修正部１０４において、このデータを用いて既存シーンデータ２８Ａに記述された照明光源２０のスペクトル情報を更新する。
【００８２】
以上のような第３実施形態により、本高色再現デザインシステムで算出された物体の変角分光反射特性をＲＧＢ値のような３次元のデータに落とさずにそのままオブジェクトの変角反射特性に反映させることができる。このようなオブジェクトの変角反射特性をスペクトル記述にすることによって、コンピュータ・グラフィックスで照明光源２０のスペクトルを自由に変えて画像を正確に再現することが可能となる。
【００８３】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る高色再現デザインシステムについて説明する。本実施形態は、色材１８がメタリック・パール素材で形成されているものについて撮影を行い、コンピュータ・グラフィックスでその変角反射特性を再現するためのものである。
【００８４】
一般的に、メタリック・パールのような素材においては、第１実施形態において説明したような二色性反射モデルが適用できず、図１４（Ａ）に示すような照明光源２０の入射角と観察方向において、図１４（Ｂ）に示すように、それら照明光源２０の入射角と観察方向の変化によって鏡面反射の分光反射率が変化する。また一方、拡散反射成分はほとんど無視できるほど小さい。
【００８５】
そこで、本実施形態では、色材１８の反射特性を拡散反射成分・鏡面反射成分とに分離せず、照明光源２０の入射角や観察方向といった各角度特性に対応した変角分光反射率特性として算出し、これをオブジェクトデータに記述してレンダリングを行い、メタリック・パール素材の画像再現を行う。
【００８６】
このとき本実施形態は、前述した第３実施形態における図１２の高色再現デザインシステムとほぼ同様な構成を持つが、色材反射特性分析部２２及び分光反射特性修正部９４の詳細の構成のみ異なる。そこで、図１５及び図１６を参照して、それら色材反射特性分析部２２及び分光反射特性修正部９４の詳細のみ説明する。
【００８７】
図１５は、本実施形態における色材反射特性分析部２２の詳細のブロック図である。ここではまず、色材マルチスペクトル画像格納部４８に、メタリック・パール系の色材１８のマルチスペクトル画像を格納する。次に、変角分光反射率算出部１０６において、撮影環境幾何データ格納部５４に格納されている撮影環境幾何データ及び照明光源スペクトルデータ格納部５０に格納されている照明光源スペクトルデータ及びカメラ分光感度データ格納部５２に格納されているカメラ分光感度データを用いて、上記色材マルチスペクトル画像格納部４８に格納された色材マルチスペクトル画像から色材１８の変角分光反射率を算出する。
【００８８】
具体的には、まず、照明光源スペクトルデータ及びカメラ分光感度データを用いて色材マルチスペクトル画像の１画素毎に分光反射率を計算する。分光反射率の算出方法は、前述の第１実施形態において拡散分光反射率を算出した方法と同じ方法で算出する。さらに、算出された各画素の分光反射率より、撮影環境幾何データに記述されている各画素位置と照明・観察角度との対応関係から、各照明・観察角度に対応する分光反射率を抽出し、変角分光反射率を求めることができる。
【００８９】
また、図１６は、本実施形態における分光反射特性修正部９４の詳細のブロック図である。ここでは、上記色材反射特性分析部２２により算出された変角分光反射率を、変角分光反射率格納部１０８に格納する。そして、変角分光反射率特性修正部１１０では、この変角分光反射率格納部１０８に格納された変角分光反射率を用いて、既存オブジェクトデータ２８Ｂに記述されている分光特性を修正する。
【００９０】
以上のような本第４実施形態により、マルチスペクトルカメラ３２により撮影した色材１８の画像から、照明光源２０の入射角及び観察方向に依存した物体の変角分光反射率特性を正確に測定し、オブジェクトデータに記述することができる。これまでの実施形態と比べ、オブジェクトデータに変角分光反射率特性を記述するとデータ量が膨大になってしまうが、このような変角分光反射率特性を表現することにより、メタリック・パール系の複雑な反射特性を持つ物体についても正確にコンピュータ・グラフィックスで表現することが可能となる。
【００９１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る高色再現デザインシステムについて説明する。
【００９２】
本実施形態は、色材１８の撮影の際に、図１７に示すように、照明光源２０及びマルチスペクトルカメラ３２に、回転可能な偏光板１１２を装着して撮影を行う。一般的に、物体の反射において、拡散反射と鏡面反射とでは偏光特性が異なる。即ち、拡散反射は、照明光源２０の偏光状態に対して無偏光の光を反射するのに対して、鏡面反射は、照明光源２０の偏光状態に対して同じ偏光状態のまま反射する。本実施形態では、この偏光の性質を利用して、物体の拡散反射と鏡面反射の成分を分離し、変角反射特性を求めるものである。
【００９３】
本実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成は、前述した第１実施形態における図１の高色再現デザインシステムと比較して、色材反射特性分析部２２の詳細構成のみ異なる。そこで、図１８を参照して、本実施形態における色材反射特性分析部２２の詳細のみ説明する。
【００９４】
即ち、まず、色材マルチスペクトル画像列格納部８８では、各々照明側、カメラ側の偏光状態を変化させて撮影した複数のマルチスペクトル画像を、マルチスペクトル画像列として格納する。そして、拡散・鏡面反射成分分離部５６においては、これら偏光状態の異なるマルチスペクトル画像列を演算することにより、拡散反射成分のみのマルチスペクトル画像と鏡面反射成分のみのマルチスペクトル画像とを生成する。拡散反射成分分光反射率算出部５８及び鏡面反射成分分光反射率算出部６０においては、前述の第１実施形態と同様、分離された拡散反射成分及び鏡面反射成分の値から、それぞれ分光反射率を算出する。また、鏡面反射角度特性格納部６２では、上記拡散・鏡面反射成分分離部５６において分離された鏡面反射成分のマルチスペクトル画像と、撮影環境幾何データ格納部５４に格納されている撮影環境幾何データとより、マルチスペクトル画像の画素位置と反射角度との対応関係に基づき、鏡面反射の角度特性を算出する。
【００９５】
以上のような本第５実施形態によれば、色材１８の撮影の際に偏光板１１２を使用して、色材１８の拡散反射と鏡面反射との分離が行える。これまでの実施形態では、二色性反射モデル及びＰｈｏｎｇやＴｏｒｒａｎｃｅ−Ｓｐａｒｒｏｗの反射モデルに基づき拡散反射と鏡面反射との分離を行っていたが、本実施形態のように偏光特性を利用して分離を行うことにより、反射モデルに基づく分離方法に比べ複雑な計算を必要とせず、簡便に分離を行うことが可能である。
【００９６】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る高色再現デザインシステムについて説明する。
【００９７】
本実施形態は、図１９に示すように、曲率を有する色材１８をマルチスペクトルカメラ３２で撮影して変角反射特性を算出するものである。ここで、曲率を有する被写体としては、例えば円筒型の色材１８であっても良いし、球状の色材１８であっても良い。このような曲率を有する色材１８を撮影したマルチスペクトル画像を用いることにより、平板の色材１８に比べ、図７（Ａ）及び図１４（Ａ）に示される照明光の入射角及び観察角度を広範囲で取得することが可能となる。
【００９８】
また、本実施形態では、色材１８のマルチスペクトル画像を撮影する前に、図２０に示すように、色材１８と同じ形状を持つキャリブレーション板１１４の撮影を行う。このキャリブレーション板１１４は、標準白色板のように完全拡散の素材でできており、さらに、その面上には、規則的な格子模様が描かれている。このようなキャリブレーション板１１４を撮影することにより、色材１８とマルチスペクトルカメラ３２との間の幾何的な位置関係を、上記格子模様のパターンから正確に導出したり、さらには、照明光源２０に強度のむらがあった場合にも、キャリブレーション板１１４を撮影したマルチスペクトル画像を用いて、そのむら補正を行うことが可能である。
【００９９】
このとき、本実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成は、前述した第１実施形態における図１の高色再現デザインシステムと比較して、色材反射特性分析部２２の詳細構成のみ異なる。そこで、以下、図２１を参照して、本実施形態における色材反射特性分析部２２の詳細のみ説明する。
【０１００】
本実施形態においては、マルチスペクトルカメラ３２によりキャリブレーション板１１４を撮影して得られたキャリブレーション板マルチスペクトル画像を格納するキャリブレーション板画像格納部１１６と、色材マルチスペクトル画像格納部４８に格納された色材１８のマルチスペクトル画像の色むら補正を行う色むら補正部１１８とが追加されている。
【０１０１】
ここで、色むら補正部１１８は、キャリブレーション板画像格納部１１６よりキャリブレーション板マルチスペクトル画像を読み込み、上記キャリブレーション板マルチスペクトル画像の各バンド画像における輝度分布に基づいて、色材マルチスペクトル画像格納部４８より読み込まれた色材１８のマルチスペクトル画像の各バンド画像における輝度むらの補正を行う。
【０１０２】
さらに、撮影環境幾何データ格納部５４においては、マルチスペクトル画像の各画素位置と色材１８に対する照明光の入射角及び観察方向との対応関係を求める際に、上記キャリブレーション板画像格納部１１６より読み込まれたキャリブレーション板マルチスペクトル画像における格子パターンの位置に基づいて色材１８とマルチスペクトルカメラ３２との間の幾何的な位置を算出し、その算出結果を基に上記対応関係を求める。
【０１０３】
なお、色材１８とマルチスペクトルカメラ３２との間の幾何的な位置を算出する方法としては、上述したようなキャリブレーション板１１４を撮影する以外にも、例えば図２２（Ａ）に示すようにマルチスペクトルカメラ３２に測距センサ１２０を付けたり、あるいは、図２２（Ｂ）に示すようにマルチスペクトルカメラ３２にキャリブレーションパターン投光器１２２を装着して色材１８にキャリブレーション用パターンを投影しても良い。特に、測距センサ１２０を利用すると、曲率が異なる色材１８を使用しても距離が測定できるため、色材１８とマルチスペクトルカメラ３２との間の幾何的な位置を正確に算出することができる。
【０１０４】
また、マルチスペクトルカメラを複数台用意する、もしくは、マルチスペクトルカメラの位置を変えて複数回撮影し、得られた視差画像から色材の形状を推定しても良い。
【０１０５】
さらに、図２２（Ｂ）に示すような上記キャリブレーションパターン投光器１２２は、照明光源の位置に装着して、光源の入射角を測定するために用いても良い。
【０１０６】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係る高色再現デザインシステムについて説明する。
【０１０７】
本実施形態では、色材１８のマルチスペクトル画像を撮影する前に、図２３に示すように、色材１８を回転テーブル１２４に固定して、色材１８を回転させながらマルチスペクトル画像の撮影を行うことにより、複数の観察方向からの色材１８のマルチスペクトル画像を得るものである。さらに、複数個の照明光源２０を有する切替点灯式照明光源１２６を備え、点灯を切替えてマルチスペクトル画像の撮影を行い、複数の照明光源２０位置における色材１８のマルチスペクトル画像を得る。
【０１０８】
このように、複数の色材角度及び照明位置におけるマルチスペクトル画像を得ることにより、ある所定の色材角度及び照明位置における一枚のマルチスペクトル画像を撮影する場合に比べ、図７（Ａ）及び図１４（Ａ）に示される照明光の入射角及び観察角度を広範囲で取得することが可能となる。なお、上記特許文献２に開示されているような測定器により試料及び照明光源の角度を変化させて測定する方法に比べた場合には、本実施形態は、画像で取得する分、測定回数は少なくて済む。
【０１０９】
このとき本実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成は、前述した第１実施形態における図１の高色再現デザインシステムと比較して、色材反射特性分析部２２の詳細構成のみ異なる。そこで、以下、図２４を参照して、本実施形態における色材反射特性分析部２２の詳細のみ説明する。
【０１１０】
ここでは、色材マルチスペクトル画像列格納部８８において、前述したように、色材角度及び照明光源２０の位置を変化させた複数の色材マルチスペクトル画像を格納する。また、撮影環境幾何データ格納部５４においては、図２３による撮影手段より読み込んだ色材角度及び照明光源２０位置の情報を基に、各色材マルチスペクトル画像毎に図７（Ｂ）で示したような撮影環境幾何データテーブル６６を作成する。さらに、拡散・鏡面反射成分分離部５６においては、上述した複数の色材マルチスペクトル画像及び複数の撮影環境幾何データテーブル６６を参照しながら拡散反射成分及び鏡面反射成分の分離を行う。
【０１１１】
以上のように、複数の色材角度及び照明位置におけるマルチスペクトル画像を得ることで、照明光の入射角及び観察角度を広範囲で取得できるため、拡散反射成分及び鏡面反射成分の分離を精度良く行うことができる。
【０１１２】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係る高色再現デザインシステムについて説明する。
【０１１３】
本実施形態では、色材１８を撮影するマルチスペクトルカメラ３２として、図２５に示すような構成による接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラ３２Ａを使用する。この接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラ３２Ａは、同図に示すように、ＬＥＤリング照明ユニット１２８、対物レンズ１３０、ＣＣＤ３８、撮影制御部４４、及び照明制御部１３２により構成される。
【０１１４】
ここで、上記ＬＥＤリング照明ユニット１２８は、図２６に示すように、被写体から対物レンズ１３０までの光路をさえぎらないよう、リング状に複数のＬＥＤユニット１３４が３段に配置されている。各ＬＥＤユニット１３４は、複数（４つ以上：図では６つ）色のＬＥＤが隣接して配置されており、外部制御信号により各々独立に点灯／非点灯が可能である。また、各ＬＥＤユニット１３４間においても独立に点灯／非点灯が可能である。
【０１１５】
以下、このような構成の接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラ３２Ａの動作について説明する。
【０１１６】
通常は、ＬＥＤリング照明ユニット１２８における全ＬＥＤを点灯し、接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラ３２Ａに接触された色材１８を照明する。色材１８からの反射光は、対物レンズ１３０を通してＣＣＤ３８に結像される。撮影制御部４４は、ＣＣＤ３８により得られた画像信号をライブ画像として連続的に外部へ送信し、ユーザは、外部に接続された図示しないモニタによりライブ画像を観察して、該接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラ３２Ａの位置調整を行う。位置調整を終えたユーザがシャッタを切ると、シャッタ信号と共に、予め設定された露光制御及び照明位置制御信号が撮影制御部４４に送られ、これに基づき照明制御部１３２においてＬＥＤの照明の制御を行う。
【０１１７】
ここでは、上記照明位置制御信号及び露光制御信号により、最も内側の段における所定の位置のＬＥＤユニット１３４における各色のＬＥＤを順次点灯し、色材１８の照明を行ってＣＣＤ３８により各色毎の画像を面順次で取得する。これを１枚のマルチスペクトル画像とする。さらに、照明位置即ちＬＥＤユニット１３４位置を変えて同様に各色のＬＥＤを点灯し、各色の画像を面順次で取得し、別のマルチスペクトル画像を得る。２段目及び３段目についても同様の照明位置制御を行って、複数枚のマルチスペクトル画像を得る。そして、これら照明位置を変えて取得されたマルチスペクトル画像を、マルチスペクトル画像列として、外部に送信する。
【０１１８】
以上により、これまでの実施形態におけるマルチスペクトルカメラ３２と同様、色材１８のマルチスペクトル画像を得ることができる。また、本実施形態におけるマルチスペクトルカメラ３２Ａは接触型で照明光源２０も内蔵されているため、これまでと同様、色材１８・照明光源２０・マルチスペクトルカメラ３２Ａの位置関係が固定でき、撮影されたマルチスペクトル画像の各画素位置と色材１８に対する照明光源２０の入射角及び観察方向の対応関係も容易に算出できる。さらに，上述したように照明光源２０の位置も変化させて撮影が行えるため、第７実施形態でも述べたように幅広い角度特性のデータが得られる。また、同時に複数のＬＥＤユニット１３４で同一色のＬＥＤを点灯することで、露光量を変化させたマルチスペクトル画像列を得ることも可能である。
【０１１９】
このような接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラ３２Ａを用いることで、撮影を省スペース化することができる。また、撮影部が遮光されており外光が存在する場合でも精度良く撮影できるため、可搬性に優れた撮影装置が実現できる。
【０１２０】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態に係る高色再現デザインシステムについて説明する。
【０１２１】
本実施形態による高色再現デザインシステムは、図２７に示すような構成となっており、一様なテクスチャ模様を有する色材１８をマルチスペクトルカメラ３２により撮影して、色材１８のテクスチャ特性を含めた変角分光反射特性を分析、算出してコンピュータ・グラフィックス上に画像再現を行うシステムである。前述した第４実施形態と比較して、色材マルチスペクトル画像の撮影手段、及び、図１２に示した構成において色材反射特性分析部２２及び分光反射特性修正部９４が異なる。
【０１２２】
まず、色材１８のマルチスペクトル画像を撮影する撮影手段について説明する。図２８に示すように、回転テーブル１２４と回転式照明光源１３６とを備え、被写体及び照明光源２０が各々独立に回転可能である撮影台３４に色材１８を固定して、上記回転式照明光源１３６及び色材１８を各々回転させながらマルチスペクトルカメラ３２で撮影を行う。これにより、色材１８の各点毎に、様々な光源入射角及び観察方向に依る反射特性の情報が取得できる。このときの回転式照明光源１３６の角度及び色材１８の角度の情報は、撮影環境パラメータとして後述する色材反射特性分析部２２に送られる。
【０１２３】
次に、本実施形態における色材反射特性分析部２２の詳細について、図２９のブロック図を参照しながら説明する。本実施形態における色材反射特性分析部２２は、照明光源スペクトルデータ格納部５０、カメラ分光感度データ格納部５２、撮影環境幾何データ格納部５４、色材マルチスペクトル画像列格納部８８、画像間対応点検出部１３８、変角分光反射率画像算出部１４０、クラスタリング部１４２、インデックス画像データ格納部１４４、及び変角分光反射率群データ格納部１４６から構成されている。
【０１２４】
即ち、まず、色材マルチスペクトル画像列格納部８８において、前述した光源角度及び色材角度を変化させ撮影した複数のマルチスペクトル画像を格納する。さらに、撮影環境幾何データ格納部５４では、上記構成の撮影手段より送られた色材１８の角度及び照明の角度の情報、更には予め設定された回転テーブル１２４とカメラの位置関係に基づき、図７（Ｂ）に示したような、各マルチスペクトル画像における各画素位置と色材１８の各点に対する光源入射角度及び観察方向との対応関係を記述する撮影環境幾何データを作成して格納する。
【０１２５】
次に、画像間対応点検出部１３８において、上記複数の色材マルチスペクトル画像の各画像において、色材面上の各点に対応する画素位置を検出する。検出方法としては、上記色材マルチスペクトル画像列格納部８８から複数の色材マルチスペクトル画像を読み込み、パターンマッチング等により色材面上の同じ点を示す画素を検出しても良いし、あるいは上記撮影環境幾何データ格納部５４から撮影環境幾何データを読み込み、撮影時の幾何的な情報から対応する画素位置を検出しても良い。
【０１２６】
次に、変角分光反射率画像算出部１４０において、上記色材面上の各点毎に変角分光反射率のデータを変角分光反射率画像として算出する。このとき、変角分光反射率画像データは、
【数１１】
2005181038.tif 000013
【０１２７】
のように、５次元の値として表される。ここで、ｘ及びｙは上記色材面上の各点の座標値である。また、θ及びφは照明光の入射角及び観察方向に関する角度である。λは波長である。
【０１２８】
上記変角分光反射率画像データを求める際には、まず、上記画像間対応点検出部１３８により検出された色材面上の各点（ｘ、ｙ）とマルチスペクトル画像の各画素位置の関係及び上記撮影環境幾何データに記述された各マルチスペクトル画像の画素位置と入射角及び観察方向に関する角度（θ、φ）の関係を用いて、各（ｘ、ｙ、θ、φ）の組に対応するマルチスペクトル画像の画素位置における画素値を抽出する。そして、抽出された各（ｘ、ｙ、θ、φ）に対応するマルチスペクトル画像の画素値から、第１実施形態において説明したように、カメラ分光感度データ及び照明光源スペクトルデータを用いて分光反射率を推定することで、上記変角分光反射率画像データＦ（ｘ、ｙ、θ、φ、λ）を得ることができる。
【０１２９】
さらに、クラスタリング部１４２において、上記変角分光反射率画像算出部１４０で算出された５次元の変角分光反射率画像データのクラスタリングを行い、低次元のデータに分解する。具体的には、全ての（ｘ、ｙ）の点に対するＦ（θ、φ、λ）をデータ集合としてクラスタリングを行い、各クラスｉに対する変角分光反射率Ｆi（θ、φ、λ）と、各（ｘ、ｙ）に対する上記クラス番号を記述するインデックス画像データとを作成する。これにより、上記５次元の変角分光反射率画像データを低次元のデータに圧縮することができ、反射特性のデータとして持ち易い形となる。こうして作成されたインデックス画像データと各変角分光反射率（これを変角分光反射率群データと呼ぶ）は、インデックス画像データ格納部１４４及び変角分光反射率群データ格納部１４６にそれぞれ格納され、後段の分光反射特性修正部９４に送られる。
【０１３０】
次に、本実施形態における分光反射特性修正部９４の詳細について、図３０のブロック図を参照しながら説明する。この分光反射特性修正部９４は、光源スペクトルデータ格納部１０２、光源スペクトルデータ修正部１０４、テクスチャ反射特性データ格納部１４８、及びテクスチャ反射特性修正部１５０より構成される。
【０１３１】
即ち、分光反射特性修正部９４においては、上記色材反射特性分析部２２によって算出されたインデックス画像データと変角分光反射率群データとを読み込み、これらをテクスチャ反射特性データ格納部１４８に格納する。また、上記分光反射特性修正部９４において使用した光源スペクトルデータを光源スペクトルデータ格納部１０２に格納する。
【０１３２】
そして、光源スペクトルデータ修正部１０４においては、上記光源スペクトルデータ格納部１０２に格納された光源スペクトルデータを用いて、既存シーンデータ２８Ａ内に記述されている光源特性を示すデータの修正を行う。なお、ここでは、前述した第３実施形態と同様、コンピュータ・グラフィックスに用いるオブジェクトデータ及びシーンデータに分光反射率特性が記述できるようになっているものとする。
【０１３３】
さらに、テクスチャ反射特性修正部１５０では、上記テクスチャ反射特性データ格納部１４８に格納されている２次元画像分布を有する変角分光反射率データを用いて、既存オブジェクトデータ２８Ｂに記述されているオブジェクト反射特性を、特にテクスチャ模様のような２次元画像分布も含めた分光反射特性のデータとして修正する。
【０１３４】
こうして作成された新規シーンデータ３０Ａ及び新規オブジェクトデータ３０Ｂを用いて、図２７に示した画像レンダリング部１４によりレンダリングを行い、画像出力部１６で表示する。
【０１３５】
以上のように、本実施形態では、マルチスペクトルカメラ３２を用いて色材１８及び照明光源２０を回転させながら撮影を行うことにより、撮影時間は長くなるが、従来の測定器による変角分光反射率の測定のみでは不可能であった物体のテクスチャ特性を含む変角分光反射率特性を忠実に反映して画像再現することが可能となる。
【０１３６】
以上実施形態に基づいて説明したような本発明によれば、現実の物体の変角反射特性を測定するにあたり物体のスペクトル情報を２次元的な画像として取得することが可能なマルチスペクトルカメラにより撮影を行い、得られた撮影データから物体の変角反射特性を分析し、コンピュータ・グラフィックスのための反射パラメータを算出する。これにより２次元的な画像情報から、様々な光源の入射方向及び観察方向における変角分光反射特性を即座に取得することが可能である。即ち、色材１８の変角反射特性をマルチスペクトル画像として取得するため、従来では膨大な時間がかかっていた測定時間を大幅に短縮することが可能である。
【０１３７】
さらに、これまでの測定器による測定では不可能であった、物体がテクスチャ模様を持っている場合でも、物体の変角反射特性を画像として取り込めるため、細かい位置毎の変角反射特性を取得することが可能となり、物体のテクスチャ情報としてコンピュータ・グラフィックスに正確に取り込むことが可能となる。よって、コンピュータ・グラフィックスを用いてデザインを行う際に、マルチスペクトルカメラ３２を用いて色材１８の撮影を行い、得られた画像データから色材１８の正確な変角反射特性を算出してコンピュータ・グラフィックスに反映させることで、ユーザは所望の変角反射特性を正確に画像再現しながらデザインを行うことができる。
【０１３８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【０１３９】
例えば、上述した実施形態においては、コンピュータ・グラフィックスの画像出力を行う画像出力部１６はＲＧＢの３原色によるディスプレイモニタを仮定して説明したが、これに限ることはなく、例えば特開２０００−３３８９５０号公報に開示されているような４原色以上の画像表示が可能なディスプレイモニタを用いて画像表示を行っても良い。この場合には、３原色のディスプレイモニタと比べ色再現領域が拡大するため、より広範囲の色材１８の色がコンピュータ・グラフィックスで再現可能となる。
【０１４０】
また、上述した実施形態においては、色材１８のマルチスペクトル画像から変角反射特性を算出した結果を用いて、既存のシーン／オブジェクトデータを読み込んで反射特性を更新しているが、これに限ることはなく、算出した変角反射特性のデータをそのままファイルとして出力・保存するだけでもかまわない。この場合には、コンピュータ・グラフィックス編集時に、ユーザが上記ファイルに記述された色材１８の変角反射特性のデータを参照して手動により反射特性を入力しても良いし、コンピュータ・グラフィックス編集時のインターフェースとして上記ファイルを読み込み反射特性を更新するものがあっても良い。
【０１４１】
また、色材を回転させたり照明光源２０を回転・切替するものだけでなく、マルチスペクトルカメラを移動させても良い。
【０１４２】
さらに、マルチバンドカメラとは、多バンドの画像を取得可能な単一のカメラに限定するものではなく、それぞれ単一バンドの画像を取得可能な異なるバンドの複数台のカメラをも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における色材の撮影方法を示す図である。
【図３】第１実施形態に用いるマルチスペクトルカメラの構成を示す図である。
【図４】マルチスペクトルカメラにおけるフィルタの分光透過率特性を示す図である。
【図５】図１における色材反射特性分析部の詳細を示すブロック図である。
【図６】色材撮影時における照明光源のスペクトルの例を示す図である。
【図７】（Ａ）はマルチスペクトル画像の画素位置と、色材に対する光源入射角、観察方向に関する角度との対応関係を示す図であり、（Ｂ）は図５における撮影環境幾何データ格納部に格納される撮影環境幾何データの記述例を示す図である。
【図８】（Ａ）はマルチスペクトル画像における多バンドの画素値を多バンド空間にプロットした図であり、（Ｂ）は色材に対する観察角度φの変化による画素値の変化を示す図である。
【図９】図１におけるデバイス色変換部の詳細を示すブロック図である。
【図１０】図１における色・反射特性修正部の詳細を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る高色再現デザインシステムの色材反射特性分析部の構成を示す図である。
【図１２】第３実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成を示す図である。
【図１３】図１２における分光反射特性修正部の詳細を示す図である。
【図１４】（Ａ）は本発明の第４実施形態に係るメタリック素材の色材における照明光の入射角度及び観察方向を説明するための図であり、（Ｂ）はそれら照明光の入射角度及び観察方向の変化による分光反射率の変化の様子を表す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る高色再現デザインシステムの色材反射特性分析部の詳細を示す図である。
【図１６】第４実施形態に係る高色再現デザインシステムの分光反射特性修正部の詳細を示す図である。
【図１７】本発明の第５実施形態における色材の撮影方法を示す図である。
【図１８】第５実施形態に係る高色再現デザインシステムの色材反射特性分析部の詳細を示す図である。
【図１９】本発明の第６実施形態における色材の撮影方法を示す図である。
【図２０】キャリブレーション板の撮影の様子を示す図である。
【図２１】第６実施形態に係る高色再現デザインシステムの色材反射特性分析部の詳細を示す図である。
【図２２】（Ａ）は測距センサを取り付けたマルチスペクトルカメラでの撮影の様子を示す図であり、（Ｂ）はキャリブレーションパターン投光器を取り付けたマルチスペクトルカメラでの撮影の様子を示す図である。
【図２３】本発明の第７実施形態における色材の撮影方法を示す図である。
【図２４】第７実施形態に係る高色再現デザインシステムの色材反射特性分析部の詳細を示す図である。
【図２５】本発明の第８実施形態において使用する接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラの構成を示す図である。
【図２６】図２５におけるリング照明ユニットの正面図である。
【図２７】本発明の第９実施形態に係る高色再現デザインシステムの構成を示す図である。
【図２８】第９実施形態における色材の撮影方法を示す図である。
【図２９】図２７における色材反射特性分析部の詳細を示す図である。
【図３０】図２７における分光反射特性修正部の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０…色材マルチスペクトル画像取得部、  １２…反射特性演算部、  １４…画像レンダリング部、  １６…画像出力部、  １８…色材、  ２０…照明光源、  ２２…色材反射特性分析部、  ２４…デバイス色変換部、  ２６…色・反射特性修正部、  ２８…既存オブジェクト／シーンデータ、  ２８Ａ…既存シーンデータ、  ２８Ｂ…既存オブジェクトデータ、  ３０…新規オブジェクト／シーンデータ、  ３０Ａ…新規シーンデータ、  ３０Ｂ…新規オブジェクトデータ、  ３２…マルチスペクトルカメラ、  ３２Ａ…接触・ハンディ型マルチスペクトルカメラ、  ３４…撮影台、  ３６…ホルダ、  ３８…ＣＣＤ、  ４０…結像レンズ、  ４２…フィルタターレット、  ４４…撮影制御部、  ４６…モータ制御部、  ４８…色材マルチスペクトル画像格納部、  ５０…照明光源スペクトルデータ格納部、  ５２…カメラ分光感度データ格納部、  ５４…撮影環境幾何データ格納部、  ５６…拡散・鏡面反射成分分離部、  ５８…拡散反射成分分光反射率算出部、  ６０…鏡面反射成分分光反射率算出部、  ６２…鏡面反射角度特性格納部、  ６４…撮影環境パラメータ保存部、  ６６…撮影環境幾何データテーブル、  ６８…ＸＹＺ値算出部、  ７０…ＲＧＢ値算出部、  ７２…出力デバイスプロファイル保存部、  ７４…拡散色データ格納部、  ７６…鏡面色データ格納部、  ７８…光源色データ格納部、  ８０…鏡面反射角度特性格納部、  ８２…光源色データ修正部、  ８４…光源色除算部、  ８６…マテリアル特性修正部、  ８８…色材マルチスペクトル画像列格納部、  ９０…色材マルチスペクトル画像合成部、  ９２…分光反射特性演算部、  ９４…分光反射特性修正部、  ９６…拡散分光反射率格納部、  ９８…鏡面分光反射率格納部、  １００…色材鏡面反射係数格納部、  １０２…光源スペクトルデータ格納部、  １０４…光源スペクトルデータ修正部、  １０６…変角分光反射率算出部、  １０８…変角分光反射率格納部、  １１０…変角分光反射率特性修正部、  １１２…偏光板、  １１４…キャリブレーション板、  １１６…キャリブレーション板画像格納部、  １１８…色むら補正部、  １２０…測距センサ、  １２２…キャリブレーションパターン投光器、  １２４…回転テーブル、  １２６…切替点灯式照明光源、  １２８…ＬＥＤリング照明ユニット、  １３０…対物レンズ、
１３２…照明制御部、  １３４…ＬＥＤユニット、  １３６…回転式照明光源、  １３８…画像間対応点検出部、  １４０…変角分光反射率画像算出部、  １４２…クラスタリング部、  １４４…インデックス画像データ格納部、  １４８…テクスチャ反射特性データ格納部、  １５０…テクスチャ反射特性修正部。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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