(57)【要約】  【課題】  対象物の色が時間的に変化する過程を視覚的に容易に確認することができる色計測方法及び色計測装置を提供する。  【解決手段】  ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３には、ＲＧＢ情報と色相Ｈ，彩度Ｓ，明度Ｉの知覚情報であるＨＳＩ情報とが関連付けられた情報テーブルが予め記憶されており、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３は、情報テーブルに従って、ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって変換されたデジタルＲＧＢ信号をＨＳＩ情報へ変換する。ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、変換されたＨＳＩ情報を、映像信号規格に準拠された信号レベルに調整し、３つの独立した電気信号として出力する。電気信号は、例えば輝度信号であり、ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ＨＳＩ情報を輝度信号へ変換することにより、ＨＳＩ情報を表示機器１５上に明暗（濃淡）として表示する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を撮影して異なる波長帯域における光強度情報を出力する複数の撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置の色計測方法において、
前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、各撮影手段が出力した光強度情報を前記知覚情報へ変換し、
変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力すること
を特徴とする色計測方法。
【請求項２】
対象物を撮影して光強度情報を出力する撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置の色計測方法において、
異なる波長帯域の光を断続的に前記対象物へ照射し、
前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、前記撮影手段が出力した各波長帯域における光強度情報を前記知覚情報へ変換し、
変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力すること
を特徴とする色計測方法。
【請求項３】
前記知覚情報を物理情報へ変換すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の色計測方法。
【請求項４】
前記対象物がない場合に、光が照射されたときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第１補正情報と、光が照射されなかったときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第２補正情報とを取得し、
取得した第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、前記対象物の光強度情報を補正すること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の色計測方法。
【請求項５】
対象物を撮影して異なる波長帯域における光強度情報を出力する複数の撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置において、
前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、各撮影手段が出力した光強度情報を前記知覚情報へ変換する変換手段を備え、
該変換手段が変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力すべくなしてあること
を特徴とする色計測装置。
【請求項６】
対象物を撮影して光強度情報を出力する撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置において、
異なる波長帯域の光を断続的に前記対象物へ照射する照射手段と、
前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、前記照射手段が光を照射した際に前記撮影手段が出力した光強度情報を、前記知覚情報へ変換する変換手段とを備え、
該変換手段が変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力すべくなしてあること
を特徴とする色計測装置。
【請求項７】
前記知覚情報と物理情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、前記変換手段により変換された知覚情報を物理情報へ変換する手段を更に備えること
を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の色計測装置。
【請求項８】
前記対象物がない場合に、光が照射されたときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第１補正情報と、光が照射されなかったときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第２補正情報とを取得し、取得した第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、前記対象物の光強度情報を補正する補正手段を更に備えること
を特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の色計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の色を計測し、その計測結果を表示する色計測方法及び色計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＧＢ（赤色，青色，緑色）情報に代表される心理物理色は、所定の波長帯域の光強度を基礎情報としており、現在広く用いられている画像入力機器、画像処理機器、及び画像出力機器との整合性が良いため、色に関わる工業分野の画像処理に広く活用されている。
【０００３】
対象物の色は、光源からの光が対象物に照射され、照射された光が対象物によって反射され、反射された光の波長分布によって決定される。例えば、波長分布Ｅ（λ）を有する光が、分光反射率Ｓ（λ）を有する対象物に照射されると、対象物によって反射される反射光の波長分布はＥ（λ）×Ｓ（λ）となる。この反射光を分光感度関数ρＲ（λ）、ρＧ（λ）及びρＢ（λ）を有するイメージセンサ（例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）により受光し、式（１）に示すように、可視光の波長帯（例えば４００〜７００ｎｍ）において積分することによりＲＧＢ情報が得られる。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
図１２はＲＧＢ表色系（混色系）の色空間を示す模式図である。ＲＧＢ情報は、Ｒベクトル，Ｇベクトル，Ｂベクトルを、それぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸にとった３次元直交座標系を構成しており、各色ベクトルのベクトル和によって全ての色を表現することができる（等色の原理）。つまり任意の色は、ａ×Ｒベクトル＋ｂ×Ｇベクトル＋ｃ×Ｂベクトル（ａ，ｂ，ｃ：変数）によって表現される。例えば、ＲベクトルとＧベクトルとのベクトル和は黄色Ｙを示し、ＧベクトルとＢベクトルとのベクトル和は青緑色（藍色ともいう）Ｃを示し、ＢベクトルとＲベクトルとのベクトル和は深紅色Ｍを示す。
【０００６】
このように、ＲＧＢ情報は、Ｒベクトル，Ｇベクトル，Ｂベクトルを基準として色を表現するものであり、分光感度のピーク波長が、例えば７００．０ｎｍ、５４６．１ｎｍ、４３５．８ｎｍである３つのイメージセンサを用いることにより、直接的にＲＧＢ情報を得ることができるため、様々な分野で利用されている。なお、同様の表色系としてＹＭＣ表色系があるが、ＹＭＣ表色系は座標軸の取り方が相違し、Ｙベクトル，Ｍベクトル，Ｃベクトルを基準ベクトルとする減色系であり、ＲＧＢ表色糸と同様の特徴を有するため説明を省略する。
【０００７】
しかしながら、ＲＧＢ情報は波長帯域に差はあるが、それぞれの色情報は全て光強度という同一概念の情報であるため、外的影響(例えば照明条件)を受けやすく、たとえ同一色であった場合でも、照明条件によってはＲＧＢ情報を構成する各色ベクトルの値が大きく変化し、異なる色として認識される虞がある。つまり、人間に対する色の知覚へ影響を及ぼす主たる要素は光の波長であり、ＲＧＢ情報は、各色情報が異なる波長帯域における光強度であるが故に、光の波長に対する要素が各色情報に含有されており、色情報に関して定量的に評価することは極めて困難である。従って、ＲＧＢ情報は、人間の知覚とは異なった色情報として識別される虞があり、ヒューマン・マシン・インタフェースに用いる情報として有用ではなく、人間との協調作業において整合性が悪いという問題があった。
【０００８】
そこで、従来のＲＧＢ情報とは異なり、人間の色に対する感性に準じる知覚情報である色相Ｈ、彩度Ｓ、及び明度Ｉの情報を含むＨＳＩ情報に基づいて、対象物の色を計測し、その計測結果を表示機器上に表示する色計測装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に開示されている色計測装置によれば、色差データの表示を、その数値、計測対象物の色、基準となる色、及び色差データの色差方向の色とを表示機器に一緒に表示できるため、計測対象物の色が基準となる色からずれている場合に、ずれの方向が視覚的によく分かるようになる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されている色計測装置は、色差データの数値と、計測対象物の色、基準となる色、及び色差データの色差方向の色とを表示機器に表示するものであり、対象物の色が時間的に変化する場合に、その変化の過程を視覚的に確認することは困難である。また、前述した色計測装置は、あくまで、色相の情報を色情報として扱って画像を生成するため、対象物の色自体の認識には人間の色を識別する能力に依存しており、その識別能力の個人差によって、異なる色として認識される虞が残存していた。
【００１０】
ところで、人間（哺乳類一般）は、光の明るさに対しては敏感であるが、色に対しては鈍感である。これは、視覚を司る網膜細胞のうち、光の明るさに反応する細胞数が光の色を識別する細胞数よりも多く備えていることに起因する。本発明者らは、この人間の視覚特性を利用して、人間の色に対する感性に準じる知覚情報を、その知覚情報の値に応じた明暗（濃淡）としてモニタ上に表示するようにすれば、対象物の色の変化過程を視覚的に確認することができることを見出した（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１５３４８４号公報
【非特許文献１】平賀正章、外３名、「ＣＯ2 感応性高分子膜を用いた生化学センサの開発」、日本機械学会２０００年度年次大会講演論文集（１）、ｐ．３９７，３９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、非特許文献１に開示されている色計測装置は、ＣＣＤなどにより読み取った画像をＲ画像，Ｇ画像，Ｂ画像に分け、それぞれの色画像毎に画像処理を行ない、画像処理を行なった各色画像を論理演算処理して最終的な画像を得る必要があるため、その処理に要する情報処理量が膨大になるという問題があった。従って、撮影から画像を表示するために要する時間が増大してしまい、結果として画像の表示に遅延が生じるという問題があった。
【００１２】
また、読み取った画像（原画像）を記憶するための画像メモリが必須であり、構成の大嵩化及び高コスト化が避けられないという問題があった。さらに、原画像の画像処理を行なうためには、少なくとも１映像フレーム（以下、単にフレームという）分と同容量の画像メモリを有しておかなければならず、この点でも構成の大嵩化及び高コスト化を増長させることになっている。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、原画像を記憶のための画像メモリを搭載する必要がなく、従来より小型及び低コストの構成であっても、撮影手段から出力された光強度情報を、色相、彩度及び明度を含む知覚情報に係る映像を明暗として表示手段に表示し、対象物の色が時間的に変化する過程を、遅延なく、かつ視覚的に確認することができる色計測方法及び色計測装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１発明に係る色計測方法は、対象物を撮影して異なる波長帯域における光強度情報を出力する複数の撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置の色計測方法において、前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、各撮影手段が出力した光強度情報を前記知覚情報へ変換し、変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力することを特徴とする。
【００１５】
第２発明に係る色計測方法は、対象物を撮影して光強度情報を出力する撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置の色計測方法において、異なる波長帯域の光を断続的に前記対象物へ照射し、前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、前記撮影手段が出力した各波長帯域における光強度情報を前記知覚情報へ変換し、変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力することを特徴とする。
【００１６】
第３発明に係る色計測方法は、第１発明又は第２発明において、前記知覚情報を物理情報へ変換することを特徴とする。
【００１７】
第４発明に係る色計測方法は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、前記対象物がない場合に、光が照射されたときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第１補正情報と、光が照射されなかったときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第２補正情報とを取得し、取得した第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、前記対象物の光強度情報を補正することを特徴とする。
【００１８】
第５発明に係る色計測装置は、対象物を撮影して異なる波長帯域における光強度情報を出力する複数の撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置において、前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、各撮影手段が出力した光強度情報を前記知覚情報へ変換する変換手段を備え、該変換手段が変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００１９】
第６発明に係る色計測装置は、対象物を撮影して光強度情報を出力する撮影手段と、輝度信号を含む映像信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備え、前記撮影手段により撮影した対象物の色を計測する色計測装置において、異なる波長帯域の光を断続的に前記対象物へ照射する照射手段と、前記光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、前記照射手段が光を照射した際に前記撮影手段が出力した光強度情報を、前記知覚情報へ変換する変換手段とを備え、該変換手段が変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として前記表示手段へ出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００２０】
第７発明に係る色計測装置は、第５発明又は第６発明において、前記知覚情報と物理情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、前記変換手段により変換された知覚情報を物理情報へ変換する手段を更に備えることを特徴とする。
【００２１】
第８発明に係る色計測装置は、第５発明乃至第７発明のいずれかにおいて、前記対象物がない場合に、光が照射されたときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第１補正情報と、光が照射されなかったときに前記撮影手段から出力される光強度情報である第２補正情報とを取得し、取得した第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、前記対象物の光強度情報を補正する補正手段を更に備えることを特徴とする。
【００２２】
第１発明に係る色計測方法及び第５発明に係る色計測装置にあっては、異なる波長帯域における光強度情報を出力する各撮影手段から出力された対象物の光強度情報を、色相、彩度及び明度を含む知覚情報へ変換し、変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として映像を表示する表示手段へ出力する。よって、色相、彩度又は明度が表示手段に明暗として表示されるため、対象物の色が時間的に変化する過程を視覚的に容易に確認できる。また、対象物の色を、色ではなく、映像の明暗によって表示するため、より確実に識別することができ、異なる色として知覚（認識）されることを防止できる。また、光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、各撮影手段が出力した光強度情報を前記知覚情報へ変換するため、各撮影手段から出力された光強度情報により構成される原画像を記憶するための画像メモリが不要であり、構成を小型化、低コスト化することができる。さらに、原画像に対して論理演算処理を行なう必要がないため、対象物の色が時間的に変化する過程を遅延なく表示することができる。
【００２３】
第２発明に係る色計測方法及び第６発明に係る色計測装置にあっては、異なる波長帯域の光を断続的に対象物に照射し、光が照射された際に、光強度情報を出力する撮影手段から出力された対象物の各波長帯域における光強度情報を、色相、彩度及び明度を含む知覚情報へ変換し、変換した知覚情報のいずれかを輝度信号として映像を表示する表示手段へ出力する。よって、色相、彩度又は明度が表示手段に明暗として表示されるため、対象物の色が時間的に変化する過程を視覚的に容易に確認できる。また、対象物の色を、色ではなく、映像の明暗によって表示するため、より確実に識別することができ、異なる色として知覚されることを防止できる。また、光強度情報と、色相、彩度及び明度を含む知覚情報とが関連付けられたテーブルに基づいて、撮影手段が出力した対象物の各波長帯域における光強度情報を前記知覚情報へ変換するため、撮影手段から出力された対象物の各波長帯域における光強度情報により構成される原画像を記憶するための画像メモリが不要であり、構成を小型化、低コスト化することができる。さらに、原画像に対して論理演算処理を行なう必要がないため、対象物の色が時間的に変化する過程を遅延なく表示することができる。
【００２４】
第３発明に係る色計測方法及び第７発明に係る色計測装置にあっては、知覚情報を知覚情報によって対応付けられる物理情報（例えば、濃度情報，ｐＨ情報など）へ変換する。よって、濃度情報，ｐＨ情報などの物理情報が表示手段に明暗として表示されるため、物理情報が時間的に変化する過程を視覚的に容易に確認できる。また、物理情報を、映像の明暗によって表示するため、より確実に識別することができ、異なる色として知覚されることを防止できる。
【００２５】
第４発明に係る色計測方法及び第８発明に係る色計測装置にあっては、対象物がない場合に、光が照射されたときに撮影手段から出力される光強度情報である第１補正情報と、光が照射されなかったときに撮影手段から出力される光強度情報である第２補正情報とを取得し、取得した第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、対象物の光強度情報を補正する。よって、外的環境により色空間が歪んだ場合であっても、第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、対象物の光強度情報を補正することにより、色空間の歪みを解消して、色計測の精度低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、色相、彩度もしくは明度の知覚情報、又は濃度情報，ｐＨ情報などの物理情報が、色ではなく、映像の明暗によって表示されるため、より確実に識別することができるとともに、時間的に変化する過程を視覚的に容易に確認することができる。また、外的環境により色空間が歪んだ場合であっても、第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、対象物の光強度情報を補正することにより、色空間の歪みを解消して、色計測の精度低下を抑制することができる。
【００２７】
また本発明によれば、比色法、分光法、及び吸光法などによる高精度な色計測装置と比較すると精度は劣るものの、各種の呈色試験薬紙（以下、試薬という）など２色混合比率が連続的に変化する色を計測するには十分応用可能であり、簡易的な色計測方法として広い分野で実用化することができる。つまり、従来は人間によって試薬の色の変化を定性的に判断していたが、本発明を用いることにより、試薬の色の変化を定量的に計測することができる。また、リサイクル事業における色付きビンの分別判定に利用することができる。更に、サービスロボットなどのヒューマン・マシン・インタフェースに用いる情報として利用することができる。
【００２８】
特に、保健医療分野で一般的に異常の有無の判定に利用されることが多い試薬を利用した簡易検査を定量的検査とすることは、在宅ケアの基盤技術として重要である。例えば、採尿機器と検査薬自動滴下装置と本発明とを合わせて用いることにより、簡易な検査システムを構築することができる。従って、検査状態の画像データでなく色計測結果から得られる健康データを通信することにより、少量の健康データで個人の健康状態を管理することが可能となり、きめ細やかな介護体制をとることができる等、優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００３０】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る色計測装置の構成例を示すブロック図である。本発明に係る色計測装置１は、光源１０、撮影機器１１、アナログ・デジタル変換器（以下、ＡＤＣという）１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３、デジタル・アナログ変換器（以下、ＤＡＣという）１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び表示機器１５を備えている。
【００３１】
光源１０は、ハロゲンランプ、白色ＬＥＤなどの可視光の波長領域に渡って所定の輝度の光を照射する照明装置である。撮影機器１１は、例えばＣＣＤ，ＣＭＯＳなどの赤色用撮像素子１１ａ，緑色用撮像素子１１ｂ，青色用撮像素子１１ｃを備えており、対象物を撮影して対象物の各色を呈する波長帯域における光強度情報を出力する撮影手段として機能する。撮像素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、画素をマトリクス状に配列したエリア型の半導体素子であり、各画素は図示しないフォトダイオードを内蔵している。撮影機器１１には、センサヘッド２０（詳細は後述する）が付設されており、撮影機器１１は、センサヘッド２０を介して入射された光に反応して、光強度に応じた電圧を有するアナログ形式の電気信号（以下、アナログＲＧＢ信号という）へ変換するとともに、変換したアナログＲＧＢ信号の同期信号を出力する。
【００３２】
ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、映像機器１１、より具体的には赤色用撮像素子１１ａ，緑色用撮像素子１１ｂ，青色用撮像素子１１ｃから出力されたアナログＲＧＢ信号を所定のサンプリング周波数にて量子化（例えば、８ビット）を行ない、デジタル形式の電気信号（デジタルＲＧＢ信号）へ変換する機能を有し、変換したデジタルＲＧＢ信号をＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３へ出力する。
【００３３】
ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３には、ＲＧＢ情報と色相Ｈ（色合い），彩度Ｓ（鮮やかさ），明度Ｉ（明るさ）の３知覚情報であるＨＳＩ情報とが関連付けられた情報テーブルが予め記憶されている。ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３は、情報テーブルに従って、ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって変換されたデジタルＲＧＢ信号（ＲＧＢ情報）をＨＳＩ情報へ変換する本発明に係る変換手段として機能し、変換したＨＳＩ情報を出力する。色計測装置１は、外的影響を受けやすい光強度に基づくＲＧＢ情報を、人間の色に対する感性に基づく知覚情報であるＨＳＩ情報へ変換し、変換したＨＳＩ情報を色情報として用いる。
【００３４】
より具体的には、ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれ８本の信号線、つまり合計２４本の信号線に、デジタルＲＧＢ信号をパラレル出力し、各信号線のデジタルＲＧＢ信号を、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３のアドレッシングに利用する。このようにして、ＨＳＩ情報が、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３から遅延なく出力される。
【００３５】
ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３から出力されたＨＳＩ情報を、映像信号規格に準拠した信号レベルに調整し、３つの独立した電気信号として出力する。ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃから出力される電気信号は、例えば輝度信号であり、ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ＨＳＩ情報を輝度信号へ変換することにより、ＨＳＩ情報を表示機器１５上に明暗として表示することができる。
【００３６】
表示機器１５は、液晶ディスプレイ，ＣＲＴディスプレイなどの表示手段であり、輝度信号、色差信号、及び同期信号を含む映像信号が入力されることにより、入力された映像信号に係る映像を表示するものであり、ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃから出力された電気信号のいずれかが輝度信号として入力されるとともに、撮影機器１１から出力された同期信号が入力される。
【００３７】
従って、このような構成を有する色計測装置１は、ＨＳＩ情報のうちのいずれかの情報が表示機器１５上に明暗として表示される。つまり、対象物の色の変化過程を視覚的に明暗によって確認することができ、明暗の識別能力によって色の変化過程を確実に識別することができる。また、色計測装置１は、対象物に係るデジタルＲＧＢ信号の記憶及び画像処理（例えば２次元処理）が不要であり、デジタルＲＧＢ信号を時系列信号として直接的に処理するため、１フレームの遅延もなく処理を行なうことができる。さらに、従来の構成で必須であった、画像処理プロセッサなどの画像処理部と、少なくとも１フレーム分の画像データを記憶する画像メモリとが不必要となるため、小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００３８】
なお、ＨＳＩ情報を媒介として、濃度情報，ｐＨ情報などの物理情報を計測する場合、物理情報とＨＳＩ情報との対応関係を予め求め、求めた対応関係と変換したＨＳＩ情報とから物理情報を出力するようにしてもよい。図２は本発明の実施形態１に係る他の色計測装置の構成例を示すブロック図である。本発明に係る他の色計測装置２は、光源１０、撮影機器１１、ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３、ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、１４ｄ、表示機器１５、及び物理情報変換用データＲＯＭ１６を備えている。
【００３９】
物理情報変換用データＲＯＭ１６には、ＨＳＩ情報を媒介として、物理情報とＨＳＩ情報との対応関係を予め求め、物理情報とＨＳＩ情報とが関連付けられた情報テーブルが予め記憶されており、本発明に係る記憶手段として機能する。また、物理情報変換用データＲＯＭ１６は、情報テーブルに従って、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３によって変換されたＨＳＩ情報を物理情報へ変換する本発明に係る第２変換手段として機能し、変換した物理情報をＤＡＣ１４ｄへ出力する。
【００４０】
ＤＡＣ１４ｄは、物理情報変換用データＲＯＭ１６から出力された物理情報を、映像信号規格に準拠した信号レベルに調整して電気信号として出力する。ＤＡＣ１４ｄから出力される電気信号は、前述と同様の輝度信号であり、ＤＡＣ１４ｄは、物理情報を輝度信号へ変換することにより、物理情報を表示機器１５上に明暗として表示することができ、物理情報の変化過程を視覚的に明暗によって確認することができる。その他の構成は図１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。もちろん、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３と物理情報変換用データＲＯＭ１６とが一体となった形態、すなわち、ＲＧＢ情報と濃度情報，ｐＨ情報などの物理とが関連付けられた情報テーブルに基づいて、ＲＧＢ情報を物理情報に直接的に変換するようにしてもよい。
【００４１】
次に、ＨＳＩ情報に係るカラーモデルについて説明する。カラーモデルとしては、６角錐モデル、双六角錐モデル、円錐モデル、双円錐モデル、及び円柱モデルなどのカラーモデルがあり、いずれのカラーモデルを用いてもよいが、以下、６角錐モデルを一例として説明する。
【００４２】
図３は６角錐モデルの色空間を示す模式図であり、図４は図３のIV−IV線における平面図である。６角錐モデルは、彩度Ｓをｘ軸に、明度Ｉをｚ軸に、色相Ｈをｚ軸面上におけるｘ軸に対する方位角φにとった６角錐状の座標系を構成しており、ｚ軸面上におけるｘ−φ面が六角形を成している。方位角φが０度である色相Ｈは赤色Ｒを示し、同様に、方位角φが６０度，１２０度，１８０度，２４０度，３００度である色相Ｈは、黄色Ｙ，緑色Ｇ，青緑色Ｍ，青色Ｂ，深紅色Ｃを、それぞれ示す。すなわち、色相Ｈの値によって色が一意に決定されるという特徴を有する。
【００４３】
ところで、人間が色を知覚する場合、方位角φが０〜３０度及び３３０〜３６０度の領域５ａが略赤色であると知覚される領域である。同様に、方位角φが３０〜９０度の領域５ｂが略黄色、方位角φが９０〜１５０度の領域５ｃが略緑色、方位角φが１５０〜２１０度の領域５ｄが略青緑色、方位角φが２１０〜２７０度の領域５ｅが略青色、方位角φが２７０〜３３０度の領域５ｆが略深紅色、であるとそれぞれ知覚される領域である。従って、方位角φ、すなわち色相Ｈの値によって知覚される色が決定される。
【００４４】
図５は光の波長と色相との関係を示すグラフであり、横軸は光の波長λ、縦軸は色相Ｈをそれぞれ示す。同図（ａ）は明度Ｉが変化した場合における色相Ｈを示し、同図（ｂ）は彩度Ｓが変化した場合における色相Ｈを示す。波長が４５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲では、色相Ｈ（ｄｅｇ）＝−１．６×波長λ（ｎｍ）の相関関係を示しており、かつ、明度Ｉが０．３〜０．８の範囲のいずれの値であっても色相Ｈに影響を及ぼすことはなく、色相Ｈは明度Ｉに対して独立した値であることがわかる（同図（ａ））。同様に、波長が４５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲では、色相Ｈ（ｄｅｇ）＝−１．６×波長λ（ｎｍ）の相関関係を示しており、かつ、彩度Ｓが０．６〜０．９の範囲のいずれの値であっても色相Ｈに影響を及ぼすことはなく、色相Ｈは彩度Ｓに対して独立した値であることがわかる（同図（ｂ））。つまり、色相Ｈは、光の波長λに対して１対１の相関関係を有しており、明度Ｉ及び彩度Ｓの影響を受けることなく、光の波長λを用いて表すことができる。
【００４５】
従って、色相Ｈは、人間に対する色の知覚へ影響を及ぼす主たる要素である光の波長によって決定されるパラメータであると言え、この色相Ｈを計測すれば色を識別することができる。また、彩度Ｓ及び明度Ｉは、ＲＧＢ情報と同様に外的影響を受けるが、色相Ｈは、対象物の色合いに基づく情報であるため、比較的影響を受けにくく、略同一の値を示すため、人間の知覚情報と異なった情報として識別される虞がない。
【００４６】
しかるに、ＨＳＩ情報は人間の知覚に基づいた情報であるため、試薬の判定及び色付きビンの判定など、従来は人間の目視による感応検査に依存していた作業を自動化及び省力化することができる。これは、ＪＩＳ規格において、塗装色の指示に知覚情報であるマンセル表色系を採用していることからも明らかである。特に、試薬は物理化学量の大小を色で表示する非常に簡便な試験方法として用いられているが、このような簡便で実用性の高さを必要とするような用途にも、知覚に準じた情報であり理解しやすいという観点から適用可能である。
【００４７】
次に、撮影機器１１の先端に設けるセンサヘッド２０の一例として二酸化炭素濃度分布測定用ヘッドについて説明する。図６はセンサヘッドの概要を示す斜視図である。センサヘッド２０は、直径１４ｍｍ、軸長５０ｍｍのアクリルパイプ２１を母体としており、アクリルパイプ２１の一方の軸端部は、ファイバスコープ２２に付設されている。ファイバスコープ２２は、光ファイバ２３を介して光源１０に接続されるとともに、光ファイバ２４を介して撮影機器１１に接続されている。一方、アクリルパイプ２１の周表面には、試薬たる二酸化炭素感応性高分子膜（以下、感応膜という）２５がテープ２６によって貼付されている。従って、光源１０の照射光は、光ファイバ２３を通じてアクリルパイプ２１へ射出され、その射出光が感応膜２５にて反射され、光ファイバ２４を通じて撮影機器１１へ導光される。
【００４８】
ここで、試薬として用いた感応膜２５の特性について簡単に説明する。感応膜２５の周囲に存在する二酸化炭素は、感応膜２５に溶解し、溶解した二酸化炭素が四塩化アンモニウムと化学反応する。二酸化炭素の濃度が低い場合、感応膜２５は紫色であるが、高濃度になるにつれて感応膜２５は黄色へと変色する。従って、この感応膜２５の色相を計測するとともに、二酸化炭素濃度（物理情報）と色相（ＨＳＩ情報）との関係を校正し、その逆関数を物理情報変換用データＲＯＭ１６に記憶しておくことにより、二酸化炭素濃度を視覚的に確認することができる。つまり、二酸化炭素濃度を白黒濃淡画像として表示機器１５に表示して、極めて簡単な構成で二酸化炭素濃度を容易に確認することができる。また、感応膜２５が貼付されたアクリルパイプ２１は円筒形状であるため、撮影機器１１が撮影した画像はアクリルパイプ２１を平面に投影した画像を示すことになるので、３次元分布計測を行なうことができる。
【００４９】
図７は本発明の実施形態１に係る色計測装置により計測した画像の一例を示す模式図である。同図（ａ）は計測開始時（０秒）における画像を示し、以下、同図（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ），（ｋ），（ｌ），（ｍ）は、計測開始から、１，２，３，８，１０，１４，１６，１８，２７，３５，４５，５５秒後における画像をそれぞれ示す。本例では、計測開始１秒までは黒色の画像（同図（ａ），（ｂ））が表示され、計測開始２秒後（同図（ｃ））から画像が徐々に白色に変化し、計測開始１４秒後（同図（ｇ））に白色の画像が表示された。その後、計測開始１６秒後（同図（ｈ））から画像が徐々に黒色に変化し、計測開始４５秒後（同図（ｌ））に黒色の画像が表示された。このように、従来は、色相が色情報である画像を表示機器に表示していたため、人間の有する色識別能力の個人差によって様々な色に識別される虞があったが、本発明に係る色計測装置１，２では、人間にとって色よりも敏感な明暗の画像を表示機器１５に表示するようにしたため、対象物の色が人間によって異なる色として認識されることを抑制することができる。
【００５０】
（実施形態２）
撮影機器１１から出力される光強度情報は、例えばＣＣＤのように、暗電流の影響でバイアス電圧が加わったり、光源１０の影響で画像の色が変色する現象が生じる場合がある。従って、色空間が歪み、すなわち色相が変化して、色計測の精度が低下する虞がある。そこで、対象物がない場合に、光源１０が光を照射したときにおけるデジタルＲＧＢ信号（第１補正情報）と、光源１０が光を照射しなかったときににおけるデジタルＲＧＢ信号（第２補正情報）とを取得し、取得した第１補正情報及び第２補正情報に基づいて、光源１０が対象物に光を照射したときのデジタルＲＧＢ信号を補正するようにしてもよく、このようにしたものが実施形態２である。
【００５１】
図８は本発明の実施形態２に係る色計測装置の構成例を示すブロック図である。本発明に係る色計測装置３は、光源１０、撮影機器１１、ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３、ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、表示機器１５、及び補正部３０を備えている。
【００５２】
補正部３０は、内部にメモリ３１を内蔵しており、対象物を撮影する前に、光源１０を点灯させた場合における撮影機器１１の出力信号、すなわち赤色用撮像素子１１ａに係るデジタルＲ信号（ＲＷ），緑色用撮像素子１１ｂに係るデジタルＧ信号（ＧＷ），青色用撮像素子１１ｃに係るデジタルＢ信号（ＢＷ）を取得し、第１補正情報３１ａとしてメモリ３１に記憶する。補正部３０は、同様に、対象物を撮影する前に、光源１０を消灯させた場合における撮影機器１１の出力信号、すなわち赤色用撮像素子１１ａに係るデジタルＲ信号（ＲＢ），緑色用撮像素子１１ｂに係るデジタルＧ信号（ＧＢ），青色用撮像素子１１ｃに係るデジタルＢ信号（ＢＢ）を取得し、第２補正情報３１ｂとしてメモリ３１に記憶する。なお、メモリ３１は、従来必要であった画像メモリではなく、第１補正情報３１ａと第２補正情報３１ｂとを記憶するためのものであり、各色の補正情報が８ビットの場合、必要な記憶容量は、４８ビット（８ビット×６要素）程度のものである。
【００５３】
そして、補正部３０は、撮影装置１１が対象物を撮影し、ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによってデジタル化したデジタルＲＧＢ信号を、第１補正情報３１ａ（ＲＷ，ＧＷ，ＢＷ）及び第２補正情報３１ｂ（ＲＢ，ＧＢ，ＢＢ）を用いて、式（２）に示すように補正して、補正したデジタルＲＧＢ信号をＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３へ出力してデジタル化する。補正部３０は、式（２）のような単純な演算処理を行なうだけであるから、この演算処理に要する時間はほとんど無視することができる。なお、式（２）の各式右辺の”Ｒ”，”Ｇ”，”Ｂ”が補正前のデジタルＲＧＢ信号であり、各式左辺の”Ｒ”，”Ｇ”，”Ｂ”が補正後のデジタルＲＧＢ信号である。つまり、補正部３０は、色空間の歪みを、正規化された光強度情報に補正する本発明に係る補正手段として機能する。その他の構成は図１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５４】
【数２】
2005189119.tif 000004
【００５５】
図９は光強度情報の補正を行なった場合及び行なわなかった場合における色相のリニアリティを示すグラフであり、横軸は色相Ｈの参照値、縦軸は色相Ｈの測定値をそれぞれ示す。光源１０としては、図１０に示した分光特性（色温度：２５５２Ｋ）を有するハロゲンランプであり、青色領域である４５０ｎｍ近傍の波長領域の光量が不足している。この光源１０を用いて対象物の色計測を行なうと、前述した補正を行なわない場合（同図破線）には、色相の六角形が歪むために色相のリニアリティが低下（相関係数Ｒ＝０．９７９）し、色画像が演色により黄色味が強くなって色計測の精度が低下している領域が発生し、特に色相が３００度近傍の紫色領域では色の識別が困難になることが分かる。一方、前述した補正を行なう場合（同図実線）には、色相の六角形が歪むことがないために色相のリニアリティが改善（相関係数Ｒ＝０．９９０）され、色計測の精度の低下を抑制されていることが分かる。
【００５６】
従って、このような構成を有する色計測装置３は、色計測を行なう外的環境の情報を補正部３０によって取得し、取得した情報によって光強度情報を補正するため、外的環境によって色計測精度の低下を抑制することができる。
【００５７】
（実施形態３）
実施形態１及び実施形態２では、撮影機器１１が赤色用撮像素子１１ａ，緑色用撮像素子１１ｂ，青色用撮像素子１１ｃを備えており、３つの波長帯域における光強度情報をそれぞれ出力する形態について説明したが、光源が異なる波長帯域の光を断続的に照射（パルス照射）し、１つの撮像素子により各波長帯域における光強度情報を時分割に出力するようにしてもよく、このようにしたものが実施形態３である。
【００５８】
図１１は本発明の実施形態３に係る色計測装置の構成例を示すブロック図である。本発明に係る色計測装置４は、光源４０、撮影機器４３、ＡＤＣ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、ＨＳＩ変換用データＲＯＭ１３、ＤＡＣ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び表示機器１５を備えている。
【００５９】
光源４０は、例えば、赤色のカラーフィルタ４１ａが光照射面に配設された白色ＬＥＤ４２ａ、緑色のカラーフィルタ４１ｂが光照射面に配設された白色ＬＥＤ４２ｂ、及び青色のカラーフィルタ４１ｃが光照射面に配設された白色ＬＥＤ４２ｃを備えており、各白色ＬＥＤ４２ａ，４２ｂ，４２ｃを時分割駆動により点灯し、赤色、緑色、及び青色のいずれかの光がパルス照射する照射手段として機能する。もちろん、単色光源である赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤを用いて、光源４０と同様の機能を行なわせてもよい。なお、一般的に、単色光源である各色ＬＥＤの光は波長帯域が狭く、各色ＬＥＤの感度が重畳しない波長領域が生じ、色相の変化が読み取れない領域が発生する場合があるため、各ＬＥＤの波長帯域が重畳するＬＥＤ素子を用いることが好ましい。これは、カラーフィルタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃについても同様であり、各カラーフィルタは、透過光の波長領域がそれぞれのカラーフィルタで重畳するフィルタを用いることが好ましい。
【００６０】
撮影機器４３は、赤色、緑色、及び青色を兼用する撮像素子４３ａを備えており、光源４０によって赤色、緑色、及び青色のいずれかの光がパルス照射された際に、対象物を撮影して対象物の光強度情報を出力する撮影手段として機能する。つまり、撮像素子４３ａは、赤色、緑色、及び青色のそれぞれの波長帯域に対して感応し、各色の光強度情報を出力する素子である。その他の構成は図１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６１】
なお、実施形態１〜３にて詳述した色計測装置１，２，３，４は、ＨＳＩ情報のうちの色相Ｈを輝度信号として表示機器１５に出力し、人間にとって誤認しやすい色表示ではなく、明暗表示として表示機器１５に表示するようにしたが、ＨＳＩ情報のうちの彩度Ｓ又は明度Ｉを輝度信号として表示機器１５に出力し、人間にとって誤認しやすい色表示ではなく、明暗表示として表示機器１５に表示するようにしてもよい。その場合には、各ＤＡＣの後段に選択回路を設けて、ＨＳＩ情報のうちのいずれの情報を表示機器１５に出力するかを選択できるようにすればよい。
【００６２】
また、センサヘッド２０の一例として二酸化炭素濃度分布測定用ヘッドを用いて、試薬の判定を定量的に行なう場合について説明したが、センサヘッド２０を用いずに、撮影機器１１（４３）によって直接的に対象物を撮影して、対象物の色を判定することができ、例えばリサイクル事業における色付ビンの色を定量的に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態１に係る色計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る他の色計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】６角錐モデルの色空間を示す模式図である。
【図４】図３のIV−IV線における平面図である。
【図５】光の波長と色相との関係を示すグラフである。
【図６】センサヘッドの概要を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る色計測装置により計測した画像の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る色計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図９】光強度情報の補正を行なった場合及び行なわなかった場合における色相のリニアリティを示すグラフである。
【図１０】光源に用いたハロゲンランプの分光特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態３に係る色計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】ＲＧＢ表色系（混色系）の色空間を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１，２，３，４  色計測装置
１０  光源
１１  撮影機器
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  撮像素子
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）
１３  ＨＳＩ変換用データＲＯＭ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）
１５  表示機器
１６  物理情報変換用データＲＯＭ
２０  センサヘッド
３０  補正部
４０  光源
４３  撮影機器
４３ａ  撮像素子
【図１】
2005189119.tif 000005
【図２】
2005189119.tif 000006
【図３】
2005189119.tif 000007
【図４】
2005189119.tif 000008
【図５】
2005189119.tif 000009
【図６】
2005189119.tif 000010
【図７】
2005189119.tif 000011
【図８】
2005189119.tif 000012
【図９】
2005189119.tif 000013
【図１０】
2005189119.tif 000014
【図１１】
2005189119.tif 000015
【図１２】
2005189119.tif 000016