(57)【要約】【課題】被写体周囲の環境を含め正確な色による照明環境を再現でき、あたかも所望の照明環境下においたときの色を正確に再現して被写体を評価あるいは撮影することができる照明環境再現システムを提供する。【解決手段】観察者１５若しくは撮影装置１６により観察若しくは撮影するための被写体１４を所望の照明環境で照明する照明環境再現システムであって、照明環境の光分布を画像として投射する照明環境投射装置１２を有する照明環境投射手段（１１，１２）と、被写体１４の少なくとも上部を含む周囲を覆うように配置され、照明環境投射装置１２により投射された照明環境の光分布を拡散反射または拡散透過して被写体１４を照明する拡散スクリーン１３と、を有する。【選択図】図１
2007042318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者若しくは撮影装置により観察若しくは撮影するための被写体を所望の照明環境で照明する照明環境再現システムであって、
上記照明環境の光分布を画像として投射する照明環境投射装置を有する照明環境投射手段と、
上記被写体の少なくとも上部を含む周囲を覆うように配置され、上記照明環境投射装置により投射された上記照明環境の光分布を拡散反射または拡散透過して上記被写体を照明する拡散スクリーンと、
を有することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、さらに上記観察者または上記撮影装置側の空間の一部を覆うものであり、
上記環境照明投射装置は、少なくとも上記観察者または上記撮影装置側の空間の一部に位置する上記拡散スクリーンへ照明環境の光分布を投射することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、上記観察者または上記撮影装置が上記被写体を上記拡散スクリーンの外側から観察または撮影するための観察窓を有することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、球面または円筒面を有するドーム型または円筒型からなることを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、上記照明環境投射装置からの光の一部を拡散しないで正反射若しくは直接通過するための鏡若しくは穴を有することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境投射手段は、上記照明環境投射装置の原色分光特性および上記拡散スクリーンの分光反射率特性若しくは分光透過率特性に基づいて、上記照明環境投射装置に入力する照明環境の画像の色補正を行う画像色補正手段を有することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境投射手段は、上記拡散スクリーンの異なる領域に照明環境の光分布の画像を投射する複数台の照明環境投射装置と、上記複数台の画像投射装置に入力する照明環境の画像の幾何補正を行う幾何補正手段とを有することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境投射装置は、上記照明環境の画像を４つ以上の原色により投射することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記被写体が置かれた地点とは異なる地点における照明環境の光分布を画像として撮像する照明環境撮像装置を有する照明環境撮像手段を備え、
上記照明環境撮像手段で撮像された上記照明環境の光分布を、上記照明環境投射手段により上記拡散スクリーンに画像として投射して、上記被写体を照明することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境撮像手段は、上記被写体が置かれた地点とは異なる複数の地点におけるそれぞれの照明環境の光分布を画像として撮像する複数の照明環境撮像装置を有し、
上記照明環境撮像手段は、上記照明環境撮像手段から所望の地点の照明環境撮像装置を選択し、その選択した上記照明環境撮像装置で撮像された照明環境の画像をネットワークを介して取得して投射することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１１】
観察者若しくは撮影装置により観察若しくは撮影するための被写体を所望の照明環境で照明する照明環境再現システムであって、
上記被写体の少なくとも上部を含む周囲を覆うように配置され、上記照明環境の光分布を画像として表示して上記被写体を照明する照明環境表示手段を有することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境表示手段は、さらに上記観察者または上記撮影装置側の空間の一部を覆うことを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境表示手段は、上記観察者または上記撮影装置が上記被写体を上記照明環境表示手段の外側から観察または撮影するための観察窓を有することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境表示手段は、球面または円筒面を有するドーム型または円筒型からなることを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記被写体が置かれた地点とは異なる地点における照明環境の光分布を画像として撮像する照明環境撮像装置を有する照明環境撮像手段を備え、
上記照明環境撮像手段で撮像された上記照明環境の光分布を、上記照明環境表示手段により画像として表示して、上記被写体を照明することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境撮像手段は、上記被写体が置かれた地点とは異なる複数の地点におけるそれぞれの照明環境の光分布を画像として撮像する複数の照明環境撮像装置を有し、
上記照明環境表示手段は、上記照明環境撮像手段から所望の地点の照明環境撮像装置を選択し、その選択した上記照明環境撮像装置で撮像された照明環境の画像をネットワークを介して取得して表示することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１７】
請求項９，１０，１５または１６に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境撮像装置は、照明環境の光分布を４バンド以上のマルチスペクトル画像として撮像することを特徴とする照明環境再現システム。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
さらに、上記被写体を直接照明するスポット照明手段を有することを特徴とする照明環境再現システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の被写体を観察または撮影する際の照明環境を所望の照明環境に再現する照明環境再現システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、工業デザイン分野では、製品の色設計を行う際に、さまざまな照明環境の下で製品の色をチェックしたり、評価したりすることが行われている。従来、こうした色のチェックや評価は、仮設計された製品の模型をいくつか作成し、製品使用時に想定される仮想照明の下で行われるが、特に製品が主に屋外で使用されるものである場合には、わざわざ模型を屋外に持ち出すことが困難であるため、室内にて照明機器および照明反射板等を利用して屋外の照明環境を再現して行うことが多い。また、色設計だけでなく、製品のカタログ撮影を行う場合にも、スタジオ内で屋外の照明環境を再現して写真撮影することが多い。
【０００３】
ところが、屋外自然光の照明環境をスタジオ内で再現しようとしても、（１）照明器具の発光色（スペクトル）および照明反射板の反射色（スペクトル）が自然光と異なること、（２）照明反射板による拡散光だけでは屋外自然光のような空間的に分布を持つ照明を再現できないこと、（３）屋外周囲の環境（建物、風景など）の写り込みを再現できないことから、屋外の照明環境を正確に再現することは非常に困難である。
【０００４】
なお、上記（１）に関しては、例えば、屋外の色温度等を検出し、検出した色温度をもとにRGB３色の光源を制御して調光することにより、室内照明の発光色を屋外自然光の色温度とほぼ同じに調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、上記（２）に関しては、例えば、青空を含む屋外自然光の照明環境をビデオカメラにより撮影し、撮影した照明分布を天井に表示して再現することにより、ある程度空間的に分布を持つ屋外の照明環境（分布）を再現する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３２００７４４号公報
【特許文献２】特開平９-８１０５８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１に開示の技術では、一度に一種類の色温度しか設定できないため、照明環境の色が空間的に均一であれば再現可能であるが、屋外自然光のように空間的に色分布が変化するような複雑な照明環境は再現することができない。また、上記特許文献２に開示の技術では、照明環境の空間的な光分布を画像として表現することはできても、色の再現性までは考慮されていないため、正確な色による照明環境は再現することができない。さらに、上記特許文献１，２に開示の技術では、いずれも再現できる照明環境が観察者上部の天井のみで、被写体周囲の照明環境は任意に再現できないため、上記（３）に挙げたような被写体の写り込みを正確に再現することができない。
【０００６】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の主たる目的は、被写体周囲の環境を含め正確な色による照明環境を再現でき、あたかも所望の照明環境下においたときの色を正確に再現して被写体を評価あるいは撮影することができる照明環境再現システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する請求項１に係る発明は、観察者若しくは撮影装置により観察若しくは撮影するための被写体を所望の照明環境で照明する照明環境再現システムであって、
上記照明環境の光分布を画像として投射する照明環境投射装置を有する照明環境投射手段と、
上記被写体の少なくとも上部を含む周囲を覆うように配置され、上記照明環境投射装置により投射された上記照明環境の光分布を拡散反射または拡散透過して上記被写体を照明する拡散スクリーンと、
を有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、さらに上記観察者または上記撮影装置側の空間の一部を覆うものであり、
上記環境照明投射装置は、少なくとも上記観察者または上記撮影装置側の空間の一部に位置する上記拡散スクリーンへ照明環境の光分布を投射することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、上記観察者または上記撮影装置が上記被写体を上記拡散スクリーンの外側から観察または撮影するための観察窓を有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、球面または円筒面を有するドーム型または円筒型からなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記拡散スクリーンは、上記照明環境投射装置からの光の一部を拡散しないで正反射若しくは直接通過するための鏡若しくは穴を有することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境投射手段は、上記照明環境投射装置の原色分光特性および上記拡散スクリーンの分光反射率特性若しくは分光透過率特性に基づいて、上記照明環境投射装置に入力する照明環境の画像の色補正を行う画像色補正手段を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境投射手段は、上記拡散スクリーンの異なる領域に照明環境の光分布の画像を投射する複数台の照明環境投射装置と、上記複数台の画像投射装置に入力する照明環境の画像の幾何補正を行う幾何補正手段とを有することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境投射装置は、上記照明環境の画像を４つ以上の原色により投射することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記被写体が置かれた地点とは異なる地点における照明環境の光分布を画像として撮像する照明環境撮像装置を有する照明環境撮像手段を備え、
上記照明環境撮像手段で撮像された上記照明環境の光分布を、上記照明環境投射手段により上記拡散スクリーンに画像として投射して、上記被写体を照明することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境撮像手段は、上記被写体が置かれた地点とは異なる複数の地点におけるそれぞれの照明環境の光分布を画像として撮像する複数の照明環境撮像装置を有し、
上記照明環境撮像手段は、上記照明環境撮像手段から所望の地点の照明環境撮像装置を選択し、その選択した上記照明環境撮像装置で撮像された照明環境の画像をネットワークを介して取得して投射することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、観察者若しくは撮影装置により観察若しくは撮影するための被写体を所望の照明環境で照明する照明環境再現システムであって、
上記被写体の少なくとも上部を含む周囲を覆うように配置され、上記照明環境の光分布を画像として表示して上記被写体を照明する照明環境表示手段を有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境表示手段は、さらに上記観察者または上記撮影装置側の空間の一部を覆うことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１３に係る発明は、請求項１１に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境表示手段は、上記観察者または上記撮影装置が上記被写体を上記照明環境表示手段の外側から観察または撮影するための観察窓を有することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１４に係る発明は、請求項１１乃至１３のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境表示手段は、球面または円筒面を有するドーム型または円筒型からなることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１５に係る発明は、請求項１１乃至１４のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
上記被写体が置かれた地点とは異なる地点における照明環境の光分布を画像として撮像する照明環境撮像装置を有する照明環境撮像手段を備え、
上記照明環境撮像手段で撮像された上記照明環境の光分布を、上記照明環境表示手段により画像として表示して、上記被写体を照明することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１６に係る発明は、請求項１５に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境撮像手段は、上記被写体が置かれた地点とは異なる複数の地点におけるそれぞれの照明環境の光分布を画像として撮像する複数の照明環境撮像装置を有し、
上記照明環境表示手段は、上記照明環境撮像手段から所望の地点の照明環境撮像装置を選択し、その選択した上記照明環境撮像装置で撮像された照明環境の画像をネットワークを介して取得して表示することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１７に係る発明は、請求項９，１０，１５または１６に記載の照明環境再現システムにおいて、
上記照明環境撮像装置は、照明環境の光分布を４バンド以上のマルチスペクトル画像として撮像することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１８に係る発明は、請求項１乃至１７のいずれか一つに記載の照明環境再現システムにおいて、
さらに、上記被写体を直接照明するスポット照明手段を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、所望の照明環境から離れた場所にいながら、所望の照明環境を正確に再現して被写体を照明できるので、あたかも所望の照明環境下においたときの色を正確に再現して被写体を評価あるいは撮影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】
【００２６】
以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
（第１実施の形態）
図１〜図１０は、本発明による照明環境再現システムの第１実施の形態を示すものである。本実施の形態の照明環境再現システムは、図１に示すように、地点Ａにおける天頂から地平周囲にかけての照明の光分布を反射させる凸面鏡１と、凸面鏡１で反射された照明環境の光分布をマルチスペクトル画像として取得するマルチスペクトル照明環境撮像装置２と、取得したマルチスペクトル画像を撮像装置２の特性情報すなわち幾何特性および分光感度特性に基づき幾何補正および分光感度補正して照明環境の分光画像としてデータベース３または記録媒体４に保存若しくはネットワーク５に送信する照明環境画像作成部６と、データベース３、記録媒体４またはネットワーク５から入力される照明環境の分光画像を後述する多原色照明環境投射装置１２およびドーム型反射スクリーン１３の分光特性および幾何特性に基づいて幾何補正および色補正して多原色照明環境投射装置１２に入力する原色画像を作成する色・幾何補正部１１と、色・幾何補正部１１より出力される原色画像を入力して照明環境の画像を投射する多原色照明環境投射装置１２と、投射された照明環境画像を反射拡散して被写体１４（例えば、建造物やその模型）に照射するドーム型反射スクリーン１３とを有している。
【００２８】
ここで、凸面鏡１、マルチスペクトル照明環境撮像装置２および照明環境画像作成部６は照明環境撮像手段を構成し、色・幾何補正部１１および多原色照明環境投射装置１２は照明環境投射手段を構成している。
【００２９】
ドーム型反射スクリーン１３は、被写体１４の上部を覆い、かつ観察者１５または被写体撮影装置１６により被写体１４を観察または撮影した際に、ドーム型反射スクリーン１３に投射された照明環境画像が被写体１４に写りこんで見えるように、被写体１４よりも観察者１５側または撮影装置１６側の空間を覆うように設置される。また、ドーム型反射スクリーン１３は、スクリーンで反射された光がスクリーン自身に再びあたらないで主に被写体１４に向かってのみ反射するように、ある程度指向性を有するシルバースクリーンまたはある程度低反射な特性（例えば、反射率５０％以下）を有するグレースクリーン等を使用するのが望ましい。
【００３０】
このように、本実施の形態では、マルチスペクトル照明環境撮像装置２により得られた地点Ａでの照明環境の光分布を、ドーム型反射スクリーン１３上に正確な色で投射して被写体１４を照明することで、被写体１４の写りこみを含め、あたかも地点Ａの照明環境下に被写体１４を置いたときと同じ環境を室内にて正確に再現する。
【００３１】
以下、各部の詳細な構成について説明する。
【００３２】
図２は、図１に示したマルチスペクトル照明環境撮像装置２の一例の構成を示す図である。このマルチスペクトル照明環境撮像装置２は、図１に示した凸面鏡１による照明環境の反射光を取り込んで結像する結像レンズ２１と、同一円周上に保持された複数個（ここでは１６個）のフィルタ２２を結像レンズ２１の光路中に順次位置させて光の分光特性を変調するフィルタターレット２３と、結像レンズ２１に結像位置に配置されて照明環境の反射光を画像信号として取り込むためのＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子２４と、結像レンズ２１のフォーカス制御および撮像素子２４からの画像信号取り込み時のシャッタ制御および露光制御を行う撮像制御部２５と、撮像素子２４による撮像に同期してフィルタターレット２３を回転させて複数のフィルタ２２を結像レンズ２１の光路中に順次位置させるモータ制御部２６とを有している。
【００３３】
フィルタターレット２３に装着されている各フィルタ２２は、図３に示すようなそれぞれ異なる狭帯域（バンド）の波長選択性（分光透過率）を有する多層膜フィルタで構成され、これにより照明環境の細かいスペクトル情報（マルチスペクトル画像）をマルチバンドで取得できるようになっている。なお、複数のフィルタ２２は、フィルタ毎に厚みが異なる場合があるので、図２に示したように結像レンズ２１の光路中で、特に、地点Ａの任意の点からの光がフィルタ面にほぼ垂直に入射されるような位置に配置され、これにより各フィルタ２２で画像倍率や位置ずれが起こるのを抑制している。
【００３４】
図４は、図１に示した照明環境画像作成部６の一例の構成を示すブロック図である。この照明環境画像作成部６では、まずマルチスペクトル照明環境撮像装置２より取り込まれた照明環境のマルチスペクトル画像を撮像画像格納部３１に格納し、その格納されたマルチスペクトル画像を、撮像装置２のトーンカーブ特性、幾何特性（撮像装置２の位置、方向、画角、レンズ歪み）、シェーディング特性、感度特性（分光感度特性、露出条件、照明光スペクトル統計情報）に基づいて、トーンカーブ補正部３２、幾何補正部３３、シェーディング補正部３４およびマトリクス演算部３５にて順次補正して照明環境の分光画像を作成し、それらの分光画像を必要に応じて画像圧縮部３６で例えば分光画像間の相関を利用して圧縮したり、撮像装置２の照明光スペクトル統計情報に基づいて主成分展開することにより圧縮したりして、データベース３、記録媒体４あるいはネットワーク５を経て色・幾何補正部１１へ出力する。
【００３５】
なお、マルチスペクトル照明環境撮像装置２のトーンカーブ特性、幾何特性、シェーディング特性および感度特性は、予めトーンカーブ補正データ作成・格納部４１、幾何補正データ作成・格納部４２、シェーディング補正データ作成・格納部４３およびマトリクスデータ作成・格納部４４にそれぞれ取り込んで補正データを作成して格納しておく。これにより、トーンカーブ補正部３２、幾何補正部３３、シェーディング補正部３４およびマトリクス演算部３５において、対応する補正データを参照しながらマルチスペクトル照明環境撮像装置２から取り込まれた画像をリアルタイムに補正して出力することができる。
【００３６】
ここで、トーンカーブ補正部３２、幾何補正部３３、シェーディング補正部３４およびマトリクス演算部３５の具体的な機能について説明する。
【００３７】
トーンカーブ補正部３２では、マルチスペクトル照明環境撮像装置２からの各バンドの画像を、撮像装置２のトーンカーブ特性（入出力信号特性）に基づいて補正を行う。
【００３８】
図５は、本実施の形態におけるマルチスペクトル照明環境撮像装置２のトーンカーブ特性の一例を示す。ここでは、撮像装置２に入力される最大輝度（１．０）に対して約１／６の入力輝度（０．１６１６）までは、出力信号が入力輝度に対してほぼ正比例で出力され、それ以上の入力輝度に対しては出力信号が入力輝度の急激な増大に対して鈍く増大して出力されるような特性となっている。これにより屋外の太陽光のように、周りの青空にくらべて著しく輝度の高いような照明光を撮像した場合でも、輝度情報を出力信号として取り込む際に情報を潰さずに取得することができる。
【００３９】
ここで、図５に示すトーンカーブ特性をＣｋ＝ρｋ（Ｅｋ）（Ｅｋはｋバンド目における入力輝度、Ｃｋはｋバンド目における出力信号）の式で定義すると、トーンカーブ補正部３２では、下記（１）式で表されるような画像信号の変換を行うことにより、入力輝度に対して線型（正比例）の画像出力信号が得られる。
【００４０】
【数１】
2007042318.tif 000003
ここで、Ｄｋは補正後の信号、ρｋの肩の−１は逆関数を表す。
【００４１】
幾何補正部３３では、マルチスペクトル照明環境撮像装置２の位置（凸面鏡１との位置関係）、方向、画角、レンズ歪みによって変化する画像の幾何学的な形状を、予め定義された標準的な幾何形状に補正する。
【００４２】
図６は、本実施の形態において定義する標準的な照明環境画像の幾何形状の一例を説明するための図である。本実施の形態では、図６（ａ）に示すような３次元的な球面で表される実際の照明環境を、図６（ｂ）に示すように、天頂を中心とした半球面を等角投影して得られるような２次元画像として照明環境画像を定義する。この場合、実際には、撮像装置２の位置、方向、画角さらにはレンズ歪みにより、図６（ｂ）に示すような形状の画像をそのままマルチスペクトル照明環境撮像装置２から取得するのは困難であるので、幾何補正部３３において撮像装置２のレンズ歪み特性および撮影環境の幾何特性に基づいて各画素の位置補正を行い、これにより図６（ｂ）に示すような標準的な幾何形状の照明環境画像に補正する。
【００４３】
シェーディング補正部３４では、撮像装置２のレンズにより生じる撮像画像のシェーディング特性を補正する。
【００４４】
図７は、撮像装置のシェーディング特性の一例を示すものである。図７に示すように、一般的な撮像装置においては、画像周辺に向かうに従って撮像装置で取得される光輝度が実際の輝度に比べ減少してしまう。そこで、本実施の形態では、シェーディング補正部３４において、このような特性を画像信号に対して除算することで、画像全面内において実際の輝度と同じ輝度分布が得られるように補正する。
【００４５】
マトリクス演算部３５では、マルチスペクトル照明環境撮像装置２の感度特性に基づいて、該撮像装置２から得られた照明環境のマルチスペクトル画像のマトリクス演算を行って、照明環境画像の分光画像を作成する。
【００４６】
ここで、例えばマルチスペクトル照明環境撮像装置２によって、分光分布Ｅ（λ）（λは波長（ｎｍ））をもつ照明環境の撮影を行った場合に、マルチスペクトル画像のｋバンド目において得られる画像信号（１画素）の値Ｄｋ（ｋ＝１〜Ｍ、Ｍ：バンド数）は、マルチスペクトル照明環境撮像装置２の各バンドの分光感度特性Ｓｋ（λ）を用いて、下記（２）式のように表せる。
【００４７】
【数２】
2007042318.tif 000004
【００４８】
上記（２）式を行列表記すると、下記（３）式のように表せる。
【００４９】
【数３】
2007042318.tif 000005
【００５０】
以上より、照明環境の分光分布Ｅは、マルチスペクトル画像の画素信号Ｄより、下記（７）式により求めることができる。
【００５１】
【数４】
2007042318.tif 000006
【００５２】
ただし、上記（７）式において、Ｈ−１はＨの一般化逆行列を表す。この一般化逆行列Ｈ−１は、ＨからＷｉｎｎｅｒ推定等を用いて求めることができる。また、この場合、図４のマトリクスデータ作成・格納部４４に照明光スペクトルの統計的な情報があれば、その統計情報を用いてより精度よくＷｉｎｎｅｒ推定を行うことも可能である。
【００５３】
上記（６）式により求まるマトリクスを使用してマルチスペクトル照明環境撮像装置２で撮像された画像の全画素にマトリクス演算を行うことにより、照明環境の分光画像を得ることができる。
【００５４】
図８は、図１に示した色・幾何補正部１１の一例の構成を示すブロック図である。この色・幾何補正部１１では、まず照明環境画像作成部６で作成された照明環境の分光画像を、圧縮されている場合には画像伸長部５１で伸長して照明画像格納部５２に格納し、その格納された分光画像を、多原色照明環境投射装置１２およびドーム型反射スクリーン１３における幾何特性（投射位置、方向、画角、スクリーン形状）、シェーディング特性、分光特性（投射装置１２の各原色スペクトル、スクリーン分光反射率）、トーンカーブ特性に基づいて、幾何補正部５３、シェーディング補正部５４、マトリクスデータ作用部５５およびトーンカーブ補正部５６で順次処理して、多原色照明環境投射装置１２に出力する。
【００５５】
なお、多原色照明環境投射装置１２およびドーム型反射スクリーン１３の幾何特性、シェーディング特性、分光特性およびトーンカーブ特性は、予め幾何補正データ作成・格納部６１、シェーディング補正データ作成・格納部６２、マトリクスデータ作成・格納部６３およびトーンカーブ補正データ作成・格納部６４にそれぞれ取り込んで補正データを作成して格納しておく。
【００５６】
ここで、幾何補正部５３は、多原色照明環境投射装置１２からドーム型反射スクリーン１３に投射されて形成される投射画像に歪がないように、多原色照明環境投射装置１２およびドーム型反射スクリーン１３の幾何特性（投射位置、方向、画角、スクリーン形状）に基づいて分光画像を幾何補正する。
【００５７】
シェーディング補正部５４は、ドーム型反射スクリーン１３に投射される画像面内の輝度が均一となるよう、多原色照明環境投射装置１２のレンズ特性またはドーム型反射スクリーン１３の指向特性、すなわちシェーディング特性に基づいて分光画像を補正する。
【００５８】
マトリクスデータ作用部５５は、多原色照明環境投射装置１２によりドーム型反射スクリーン１３上に分光画像として表される照明環境の分光特性を、出来る限り正確に再現して投射するために、多原色照明環境投射装置１２における各原色の分光特性およびドーム型反射スクリーン１３の分光反射率特性に基づいて、入力された分光画像を投射装置１２に入力する各原色成分の値に変換する。この多原色成分への変換方法については、例えば特開２００３−１４１５１８号公報に開示されているような公知の方法により、分光分布をできるだけ再現して多原色成分に変換することができるので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００５９】
トーンカーブ補正部５６は、入力された画像信号の階調レベルを、多原色照明環境投射装置１２の各原色のトーンカーブ特性（入出力信号特性）に基づいて補正する。
【００６０】
図９は、図１に示した多原色照明環境投射装置１２の一例の構成を示すブロック図である。この多原色照明環境投射装置１２は、従来の単板式ＤＬＰ（登録商標）プロジェクタと同様に、光源７１、集光レンズ７２、回転フィルタ７３、コリメータレンズ７４、ミラー７５、空間光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）７６、投射レンズ７７、フィルタ回転制御部７８、空間光変調素子ドライバ７９を有しており、色・幾何補正部１１からの多原色の表示画像信号に基づいて、空間光変調素子ドライバ７９により空間光変調素子１７を制御すると共に、フィルタ回転制御部７８により回転フィルタ１４を制御して、光源７１からの光の分光特性を回転フィルタ７３により面順次で変更し、その分光特性が変更された光をＤＭＤ７６により面順次で空間的に変調して、ドーム型反射スクリーン１３に投射する。
【００６１】
回転フィルタ７３は、照明環境の分光分布をより正確に再現するため、従来のＲＧＢによる３原色でなく、例えば図１０（ａ）に平面図を、図１０（ｂ）に分光特性を示すように、それぞれ異なる分光特性を有する６つのフィルタＰ１〜Ｐ６を使用して、６原色の画像を投射する。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態においては、図１における地点Ａの照明環境をマルチスペクトル照明環境撮像装置２により正確に分光画像として取得し、さらに多原色照明環境投射装置１２により、照明環境の分光画像をドーム型反射スクリーン１３上に正確に投射して被写体１４を照明するようにしたので、地点Ａから離れた場所においても、被写体１４があたかも地点Ａに置かれたかのように観察して色の評価を行うことが可能となる。特に、ドーム型反射スクリーン１３により周囲の照明環境が再現されることで、被写体１４の写り込みまたは鏡面反射の影響も正確に再現して観察することができる。また、本実施の形態によれば、マルチスペクトル照明環境撮像装置２により取得された画像を照明環境画像作成部６により、分光特性および幾何特性ともに標準的な特性による分光画像として作成できるので、これをデータベース等に保存しておくことにより、様々な地点での照明環境を一般的なコンテンツとしてアーカイブすることができる。したがって、例えば、世界中の様々な地点での照明環境データベースとして広く流通させることも可能である。
【００６３】
（第２実施の形態）
図１１は、本発明の第２実施の形態に係る照明環境再現システムを示す図である。
【００６４】
本実施の形態は、第１実施の形態において、２台の色・幾何補正部１１Ａ，１１Ｂと２台の多原色照明環境投射装置１２Ａ，１２Ｂとを設け、照明環境画像作成部６からのマルチスペクトルの分光画像を２台の色・幾何補正部１１Ａ，１１Ｂで処理して、一方の色・幾何補正部１１Ａから出力される照明環境画像を一方の多原色照明環境投射装置１２Ａによりドーム型反射スクリーン１３の第１投射領域に投射し、他方の色・幾何補正部１１Ｂから出力される照明環境画像を他方の多原色照明環境投射装置１２Ｂにより第１投射領域と一部オーバーラップする第２投射領域に投射して、ドーム型反射スクリーン１３に一枚の照明環境画像を再現するようにしたものである。
【００６５】
このため、一方の色・幾何補正部１１Ａには、対応する一方の多原色照明環境投射装置１２Ａの特性情報、すなわち幾何特性（投射位置、方向、画角）、シェーディング特性、原色スペクトル、トーンカーブ特性を与え、他方の色・幾何補正部１１Ｂには、対応する他方の多原色照明環境投射装置１２Ｂの特性情報を与えて、２台の多原色照明環境投射装置１２Ａ，１２Ｂの幾何特性、色特性の違いを補正し、これによりドーム型反射スクリーン１３上に繋ぎ目なく一枚の照明環境画像を投射する。その他の構成および動作は、第１実施の形態と同様である。
【００６６】
本実施の形態によれば、２台の多原色照明環境投射装置１２Ａ，１２Ｂを用いて照明環境画像を投射するようにしたので、第１実施の形態におけるよりも高解像度で照明環境画像を再現することができる。したがって、被写体１４への写り込みも、より高解像度に再現できるので、被写体１４をより正確に評価することが可能となる。
【００６７】
（第３実施の形態）
図１２は、本発明の第３実施の形態に係る照明環境再現システムの要部構成を示す図である。
【００６８】
本実施の形態は、第１実施の形態あるいは第２実施の形態において、ドーム型反射スクリーン１３にスポット光源８１を配置したものである。スポット光源８１は、人工太陽光源や、照明光の色温度を例えば３０００Ｋの赤っぽい照明光から９０００Ｋの青っぽい照明光まで指定して調整できる光源を用い、照明光がドーム型反射スクリーン１３に当たることなく被写体１４を直接照明できるように設置する。なお、スポット光源８１は、任意の位置に１個配置するようにしても良いし、太陽の時間位置に対応させて複数個（図１２は３個の配置例を示している）配置してもよい。
【００６９】
このように、ドーム型反射スクリーン１３にスポット光源８１を設けて、ドーム型反射スクリーン１３による拡散反射光に加えて、スポット光源８１からの直接照明光により被写体１４を照明するようにすれば、スポット光源８１により被写体１４を高輝度で照明できるので、例えば晴天の日の屋外照明のようなダイナミックレンジが非常に広い照明環境も正確に再現して被写体１４を照明することができる。
【００７０】
なお、スポット光源８１に代えて、図１３に示すように、ドーム型反射スクリーン１３に１個または複数個（図１３では４個）のミラー８２を設けて、ミラー８２により多原色照明環境投射装置１２からの入射光を反射させて被写体１４を照明するように構成することもできる。ここで、ミラー８２は、多原色照明環境投射装置１２からの入射光の正反射光が被写体１４へ向かうように、取り付け角度を調整可能に設置する。
【００７１】
この場合も、ミラー８２の正反射光は、ドーム型反射スクリーン１３による拡散反射光に比べて非常に高輝度となるので、図１２の場合と同様に、例えば晴天の日の屋外照明のようなダイナミックレンジが非常に広い照明環境も正確に再現して被写体１４を照明することができる。
【００７２】
（第４実施の形態）
図１４は、本発明の第４実施の形態の要部を示すもので、図１４（ａ）はドーム型反射スクリーンの概略断面図、図１４（ｂ）は正面図である。
【００７３】
本実施の形態は、上述した実施の形態において、ドーム型反射スクリーン１３を被写体１４（ここでは、鞄）の後ろ側まで覆うように配置し、さらに被写体１４の後ろ側のスクリーン面には背景画像投射装置８５により被写体１４を観察する際の背景を投射するようにして、被写体１４をドーム型反射スクリーン１３の外側から観察窓１３ａを通して観察可能にしたものである。
【００７４】
このように、本実施の形態によれば、所望の照明環境下で被写体１４を観察する際に、被写体１４の後ろの背景も再現することができるので、背景による観察者１５の色順応状態も考慮した上で、被写体１４の正確な色の見えを再現することが可能となる。また、ドーム型反射スクリーン１３に観察窓１３ａを設け、観察者１５がドームの外側から被写体１４を観察するようにすることで、観察者１５より小さい小型のドーム型反射スクリーンによる照明環境再現システムを構築することができる。なお、ここでは、背景投射用のスクリーンをドーム型による球面としているが、球面でなく平面のスクリーンを使用してもよい。
【００７５】
（第５実施の形態）
図１５は、本発明の第５実施の形態に係る照明環境再現システムを示すものである。
【００７６】
本実施の形態は、照明環境の異なる複数の地点、ここでは２つの地点Ａおよび地点Ｂから、観察者側である照明環境投射手段側において１つの所望の地点を選択可能とし、その選択した地点の照明環境の光分布をネットワーク５を介して取得して、その取得した光分布を上述した実施の形態と同様にしてドーム型反射スクリーン１３に投射することにより、選択した地点の照明環境を再現して被写体１４を照明するようにしたものである。
【００７７】
このため、本実施の形態では、地点Ａにおいては、その照明環境の光分布を凸面鏡１Ａを介してマルチスペクトル照明環境撮像装置２Ａによりマルチスペクトル画像として取得して、その取得したマルチスペクトル画像を照明環境画像作成部６Ａで撮像装置２Ａの特性情報に基づいて補正して照明環境の分光画像としてネットワーク５に送信可能とする。同様に、地点Ｂにおいては、その照明環境の光分布を凸面鏡１Ｂを介してマルチスペクトル照明環境撮像装置２Ｂによりマルチスペクトル画像として取得して、その取得したマルチスペクトル画像を照明環境画像作成部６Ｂで撮像装置２Ｂの特性情報に基づいて補正して照明環境の分光画像としてネットワーク５に送信可能とする。
【００７８】
このように、照明環境の異なる複数の地点において、それぞれ照明環境の分光画像を作成可能とし、これら複数の地点から１つの所望の地点を選択してその照明環境の分光画像をネットワーク５を介して取得し、その取得した照明環境の分光画像をドーム型反射スクリーン１３に投射するようにすれば、一つのドーム型反射スクリーン１３を用いて異なる照明環境を選択的に再現して被写体１４を照明できるので、例えば地球の北半球と南半球とに照明環境地点を設定して、夏季および冬季の照明環境を順次再現して被写体１４を観察したり、撮影したりすることが可能となる。また、上記照明環境の違いによる被写体１４の色の見えの違いを容易に比較検討することもできる。
【００７９】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、ドーム型反射スクリーンを用いて被写体を拡散照明するようにしたが、反射スクリーンの形状はドーム型に限らず例えば箱型とすることもできる。また、反射スクリーンに限らず、例えば図１６に示すように、箱型の透過スクリーン８７を用い、その各面の裏側から多原色照明環境投射装置１２により対応する照明環境を投射して透過拡散させることにより被写体１４を照明しても同様の効果を得ることができる。さらに、透過スクリーンを用いる場合には、例えば図１６に示すように透過スクリーン８７に１つまたはそれ以上の穴８７ａを形成して、多原色照明環境投射装置１２からの投射光を拡散することなく被写体１４に直接入射させることにより、図１３で説明したミラーを使用した場合と同様の効果を得ることもできる。
【００８０】
また、多原色照明環境投射装置によりスクリーンに投射する画像の原色数は、６原色に限らず、４原色や５原色、あるいは７原色以上とすることもでき、原色数を増加させるほど、照明環境の分光特性をより細かく再現することができるが、従来の３原色として投射装置のコストダウンを図ることもできる。また、多原色画像は、図９に示した回転フィルタを用いる構成に限らず、例えば、原色の分光特性が異なる複数台のプロジェクタを重ね合わせて投射するようにしてもよい。さらに、多原色照明環境投射装置を構成する空間光変調素子は、ＤＭＤに限らず、反射型液晶素子や透過型液晶素子を用いることもできる。
【００８１】
さらに、上述した実施の形態では、凸面鏡からの反射光を用いて照明環境のマルチスペクトル画像を取得するようにしたが、凸面鏡に代えて、例えば図１７に示すように魚眼レンズ９１を用いて照明環境のマルチスペクトル画像を直接取得することもできるし、複数台のマルチスペクトル照明環境撮像装置を用いたり、１つのマルチスペクトル照明環境撮像装置の撮影方向を変更して複数回撮像したりして、全方向の照明環境を複数枚のマルチスペクトル画像に分けて取得することもできる。
【００８２】
また、投射装置によりスクリーンに画像を表示して被写体を照明するのに代えて、例えば図１８に示すように、ＬＥＤ素子やＥＬ素子等の自発光素子を必要に応じてフィルタと組み合わせて多原色（ここではRGB３原色）表示可能に配列した画像表示パネル９３を用いて照明環境表示手段を構成し、その画像表示パネル９３に所望の照明環境の光分布を画像として表示して被写体を照明したり、図１９に示すように、多原色フィルタ（ここではRGB３原色フィルタ）と組み合わせて多原色表示可能に電子インク（Ｅ−ｉｎｋ）を敷き詰めた画像表示パネル９５と照明用ライト９７とを用いて照明環境表示手段を構成し、画像表示パネル９５を照明用ライト９７により照明しながら、画像表示パネル９５に所望の照明環境の光分布を画像として表示して被写体を照明したりすることもできる。
【００８３】
また、被写体は、建造物やその模型、鞄に限らず、例えば、衣服、装飾品、車、家具、オブジェ、絵画、人肌、歯等であっても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る照明環境再現システムを示す図である。
【図２】図１に示したマルチスペクトル照明環境撮像装置の一例の構成を示す図である。
【図３】図２に示したフィルタターレットに装着されているフィルタの分光透過率を示す図である。
【図４】図１に示した照明環境画像作成部の一例の構成を示すブロック図である。
【図５】マルチスペクトル照明環境撮像装置のトーンカーブ特性の一例を示す図である。
【図６】第１実施の形態において定義する標準的な照明環境画像の幾何形状の一例を説明するための図である。
【図７】図１に示したマルチスペクトル照明環境撮像装置におけるシェーディング特性の一例を示す図である。
【図８】図１に示した色・幾何補正部の一例の構成を示すブロック図である。
【図９】図１に示した多原色照明環境投射装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示した回転フィルタの構成と分光透過率とを示す図である。
【図１１】本発明の第２実施の形態に係る照明環境再現システムを示す図である。
【図１２】同じく、第３実施の形態に係る照明環境再現システムの要部構成を示す図である。
【図１３】第３実施の形態の変形例を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施の形態を説明するための図である。
【図１５】本発明の第５実施の形態に係る照明環境再現システムを示す図である。
【図１６】本発明で使用可能なスクリーンの他の例を示す図である。
【図１７】本発明の変形例を説明するもので、魚眼レンズを使用して照明環境のマルチスペクトル画像を撮影する場合の構成を示す図である。
【図１８】本発明の変形例を説明する画像表示パネルの概略図である。
【図１９】同じく、本発明の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，１Ａ，１Ｂ  凸面鏡
２，２Ａ，２Ｂ  マルチスペクトル照明環境撮像装置
３  データベース
４  記録媒体
５  ネットワーク
６，６Ａ，６Ｂ  照明環境画像作成部
１１，１１Ａ，１１Ｂ  色・幾何補正部
１２，１２Ａ，１２Ｂ  多原色照明環境投射装置
１３  ドーム型反射スクリーン
１３ａ  観察窓
１４  被写体
１５  観察者
１６  被写体撮影装置
８１  スポット光源
８２  ミラー
８５  背景画像投射装置
８７  透過スクリーン
８７ａ  穴
９１  魚眼レンズ
９３，９５  画像表示パネル
９７  照明用ライト
【図１】
2007042318.tif 000007
【図２】
2007042318.tif 000008
【図３】
2007042318.tif 000009
【図４】
2007042318.tif 000010
【図５】
2007042318.tif 000011
【図６】
2007042318.tif 000012
【図７】
2007042318.tif 000013
【図８】
2007042318.tif 000014
【図９】
2007042318.tif 000015
【図１０】
2007042318.tif 000016
【図１１】
2007042318.tif 000017
【図１２】
2007042318.tif 000018
【図１３】
2007042318.tif 000019
【図１４】
2007042318.tif 000020
【図１５】
2007042318.tif 000021
【図１６】
2007042318.tif 000022
【図１７】
2007042318.tif 000023
【図１８】
2007042318.tif 000024
【図１９】
2007042318.tif 000025