(57)【要約】【課題】反射光線を遮蔽することなく、双方向反射率分布関数を取得することを可能とする装置。【解決手段】光源と、光源からの光線を反射率測定点に集光する集光光学装置と、前記光源から出射された光線を前記集光光学装置の光軸に垂直な方向の幅より狭い平行光線にする平行光化光学装置と、前記出射光線の光路を変更する光路変更手段と、前記光源からの前記出射光線の放射輝度から前記反射率測定点への入射光線の放射輝度を計算する手段と、前記光路変更手段と前記集光光学装置間に設置され前記通過光線を直進させ前記反射率測定点からの反射光線を反射する光路変更光学装置と、前記反射光線の放射輝度を光電変換して光検出信号を出力する光検出器と、前記出力光検出信号から前記測定点反射光線の放射輝度を計算する手段と、前記入射光線と反射光線の放射輝度から双方向反射率分布関数を計算する手段とを備えたことを特徴とする双方向反射率分布関数取得装置。【選択図】図１
2012172982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの光線を反射率測定点に集光する集光光学装置と、前記光源から出射された光線を前記集光光学装置の光軸に垂直な方向の幅より狭い平行光線にする平行光化光学装置と、前記反射率測定点に集光するように前記出射光線の光路を変更する光路変更手段と、前記光源からの前記出射光線の放射輝度から前記反射率測定点への入射光線の放射輝度を計算する手段と、前記光路変更手段と前記集光光学装置間に設置され前記通過光線を直進させ前記反射率測定点からの反射光線を反射する光路変更光学装置と、前記反射光線の放射輝度を光電変換して光検出信号を出力する光検出器と、前記出力光検出信号から前記測定点反射光線の放射輝度を計算する手段と、前記入射光線と反射光線の放射輝度から双方向反射率分布関数を計算する手段とを備えたことを特徴とする双方向反射率分布関数取得装置。
【請求項２】
前記光路変更光学装置がビームスプリッタであることを特徴とする請求項１に記載の双方向反射率分布関数取得装置。
【請求項３】
前記平行光化光学装置が、レーザ装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の双方向反射率分布関数取得装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の双方向反射率分布関数取得装置を制御することを特徴とする制御プログラムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の照明環境下における所望の方向からの物体を、画像化するために必要な物体表面の反射特性を計測するための双方向反射率分布関数取得装置及びその制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
任意の照明環境下における所望の方向からの物体を画像化するためには、物体表面の反射特性を把握する必要がある。反射特性は照明・観察方向に応じた反射率であり、物体表面における光の反射が反射特性に依存するためである。画像化例としてはインターネット美術館の美術品が挙げられ、ディスプレイ装置上で任意照明・観察方向で美術品を鑑賞することができる。
【０００３】
物体の反射特性は双方向反射率分布関数で表される。双方向反射率分布関数を取得するために、反射率測定対象である物体表面の一点の周りで光源および光検出器をそれぞれ移動させ、対象の反射率を測定する装置がある。この測定装置ではすべての方向の組み合わせにおいて測定を行うため、測定回数が膨大になる問題がある。
【０００４】
非特許文献１の双方向反射率分布関数取得装置では光検出器を多数配置することで、様々な方向への反射光線を同時に測定し、測定回数を減少させた。しかしながら、光源が光検出器と対象間に設置されているため、光源によって遮蔽された反射光線を測定することができない。
【０００５】
特許文献１の光学ピックアップでは光源と対象間に光線の光路を変更する光学部材を設置することで、光源に遮蔽されることなく反射光線の放射輝度を測定する。しかしながら、双方向反射率分布関数を取得することができない。異なる方向の入射光線によって同時に対象を照明しており、さらに異なる方向の反射光線の放射輝度の総和を測定しているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３１１５０１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「Ｍａｎｉｆｏｌｄ  Ｂｏｏｔｓｔｒａｐｐｉｎｇ  ｆｏｒ  ＳＶＢ  ＲＤＦ  Ｃａｐｔｕｒｅ」、Ｙｕｅ  Ｄｏｎｇ、Ｊｉａｐｉｎｇ  Ｗａｎｇ、Ｘｉｎ  Ｔｏｎｇ、Ｊｏｈｎ  Ｓｎｙｄｅｒ、Ｍｏｓｈｅ  Ｂｅｎ-Ｅｚｒａ、Ｙａｎｘｉａｎｇ  Ｌａｎ  ａｎｄ  Ｂａｉｎｉｎｇ  Ｇｕｏ、ＡＣＭ  ＳＩＧＧＲＡＰＨ２０１０、ｐｐ．１−１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述の事情を鑑みてなされたもので、任意の照明環境下における所望の方向からの物体を、画像化するために必要な物体表面の反射特性を計測する装置であって、測定回数が少なく、光源によって反射光線を遮蔽することなく、双方向反射率分布関数を取得することを可能とする装置及びその制御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】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、本発明の請求項１に係る発明は、光源と、光源からの光線を反射率反射率測定点に集光する集光光学装置と、前記光源から出射された光線を前記集光光学装置の光軸に垂直な方向の幅より狭い平行光線にする平行光化光学装置と、前記反射率反射率測定点に集光するように前記出射光線の光路を変更する光路変更手段と、前記光源からの前記出射光線の放射輝度から前記反射率反射率測定点への入射光線の放射輝度を計算する手段と、前記光路変更手段と前記集光光学装置間に設置され前記通過光線を直進させ前記反射率反射率測定点からの反射光線を反射する光路変更光学装置と、前記反射光線の放射輝度を光電変換して光検出信号を出力する光検出器と、前記出力光検出信号から前記反射率測定点反射光線の放射輝度を計算する手段と、前記入射光線と反射光線の放射輝度から双方向反射率分布関数を計算する手段とを備えたことを特徴とする双方向反射率分布関数取得装置である。
【００１０】
本発明の請求項２に係る発明は、前記光路変更光学装置がビームスプリッタであることを特徴とする請求項１に記載の双方向反射率分布関数取得装置である。
【００１１】
本発明の請求項３に係る発明は、前記平行光化光学装置が、レーザ装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の双方向反射率分布関数取得装置である。
【００１２】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れかに記載の双方向反射率分布関数取得装置を制御することを特徴とする制御プログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、任意の照明環境下における所望の方向からの物体を画像化するために必要な物体表面の反射特性を、光源による反射光線の遮蔽をなくし、すべての入射光線と反射光線の組み合わせにおける反射率、すなわち双方向反射率分布関数を取得することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の装置構成を表すブロック図である。
【図２】図１において反射率測定点の照明を表すブロック図である。
【図３】図１において反射率測定点からの反射光線の測定を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜装置構成＞
以下、本発明の一実施形態による双方向反射率分布関数を取得するための反射率測定装置を、図面を参照して説明する。図１は反射率測定装置の構成を示すブロック図であり、説明を簡単にするために２次元で記述する。図１において、符号Ｍ１は反射率測定対象物の表面である。符号Ｍ２は反射率測定対象Ｍ１表面における微小領域であり、本装置が反射率を測定する点である。符号Ｌ３は集光光学装置であり、集光光学装置Ｌ３の上方から垂直に入射する平行光を反射率測定点Ｍ２に集光する。符号Ｌ１のレーザダイオードは集光光学装置Ｌ３の光軸と直交する２次元平面上を移動可能であり、集光光学装置Ｌ３方向に集光光学装置Ｌ３の光軸に平行、かつ集光光学装置Ｌ３の光軸に垂直な方向の幅より狭い光線を出射する。レーザダイオードは平行光線を出射するために光源、および平行光化用光学装置で構成されている。光路変更手段であるレーザダイオードＬ１の移動、および移動平面については後で詳しく述べる。符号Ｌ２のビームスプリッタＬ２はレーザダイオードＬ１からの光線を直進させ、反射率測定点Ｍ２で反射し、集光光学装置Ｌ３を透過して平行光化された光線を撮像素子Ｌ４方向に反射する。撮像素子Ｌ４は２次元配列の光検出器で構成され、ビームスプリッタＬ２からの光線の放射輝度を測定する。符号Ｃ１はレーザダイオードＬ１の位置制御、測定した放射輝度の保持や反射率の計算を行うコンピュータである。符号Ｃ２は、ユーザからの入力を受け付けるキーボードやマウス等の入力部である。符号Ｃ４は、処理部である符号Ｃ３における処理内容や結果等を表示するディスプレイ装置から構成されている表示部である。処理部Ｃ３は、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３から成り、それぞれＣＰＵ、メモリ、データ記憶部である。
【００１６】
＜照明＞
反射率測定点Ｍ２の照明について図２を用いて説明する。図１同様、説明を簡単にするために２次元で表す。符号Ｐ１は集光光学装置Ｌ３の光軸に垂直な２次元ＸＹｉ平面であり、ビームスプリッタＬ２より上方にある。ユーザは平面Ｐ１上の位置を指定し、レーザダイオードＬ１が指定位置に移動される。符号Ｌ１１は平面Ｐ１上の位置（ｘｉｋ、ｙｉｋ）に移動されたレーザダイオードＬ１である。（ｘｉｋ、ｙｉｋ）はユーザがｋ番目に指定した位置である。符号Ｒ１１はレーザダイオードＬ１１の出射光であり、光路は集光光学装置Ｌ３の光軸に平行である。符号Ｒ２１は集光光学装置Ｌ３を透過した光線Ｒ１１である。符号Ｌ１２は（ｘｉ（ｋ＋１）、ｙｉ（ｋ＋１））に移動されたレーザダイオードＬ１であり、符号Ｒ１２とＲ２２はそれぞれ光線Ｒ１１とＲ１２と同様であるが、レーザダイオードＬ１２から出射されている。符号Ｍ３は反射率測定点Ｍ２の法線を表す。
【００１７】
レーザダイオードＬ１１から光線Ｒ１１が出射し、ビームスプリッタＬ２と集光光学装置Ｌ３を透過し、光線Ｒ２１として反射率測定点Ｍ２に入射する。つまり、レンズの光軸と平行かつ位置（ｘｉｋ、ｙｉｋ）を通過する光線Ｒ１１が集光光学装置Ｌ３の透過後に、法線Ｍ３を基準とした光線の入射方向である天頂角と方位角が（θｉｋ、φｉｋ）の光線Ｒ２１となる。光線Ｒ２１の放射輝度ｌｉ（θｉｋ、φｉｋ）は以下の数１のように表される。
【００１８】
【数１】
2012172982.tif 000003
ただし、ｌはレーザダイオードＬ１が出射する光線の放射輝度、ｃＬ２ｉ（ｘｉｋ、ｙｉｋ）、ｃＬ３（ｘｉｋ、ｙｉｋ）は、レンズの光軸と平行かつ位置（ｘｉｋ、ｙｉｋ）を通過する光路においてビームスプリッタＬ２と集光光学装置Ｌ３による放射輝度の減衰係数をそれぞれ表す。
【００１９】
＜測定＞
反射率測定点Ｍ２が光線Ｒ２１で照明されたときの反射光線の測定について図３を参照して説明する。図２同様、説明を簡単にするために２次元で表す。符号Ｒ３１は反射率測定点Ｍ２の反射光線、符号Ｒ４１は集光光学装置Ｌ３を透過し、ビームスプリッタＬ２に入射する光線Ｒ３１、符号Ｒ５１はビームスプリッタによって反射された光線Ｒ４１であり、撮像素子Ｌ４に入射する。符号Ｒ３２も光線Ｒ３１と同様に反射率測定点Ｍ２の反射光線であり、符号Ｒ４２とＲ５２はそれぞれ光線Ｒ４１とＲ５１と同様であるが、元になる反射光線が光線Ｒ３２である。符号Ｐ２は集光光学装置Ｌ３の光軸に垂直な２次元ＸＹｏ平面であり、ビームスプリッタＬ２と集光光学装置Ｌ３の間にある。平面Ｐ２の座標は集光光学装置Ｌ３を透過した光線の位置を表す。
【００２０】
放射輝度ｌｉ（θｉｋ、φｉｋ）の光線Ｒ２１で照明された反射率測定点Ｍ２の反射光線Ｒ３１は撮像素子Ｌ４のｍ番目の光検出器で測定される。放射輝度ｌｏｋ（θｏｍ、φｏｍ）である反射光線Ｒ３１は集光光学装置Ｌ３を透過し、平面Ｐ２上の位置（ｘｏｍ、ｙｏｍ）を透過する。その光線Ｒ４１の放射輝度ｌｏｋ’（ｘｏｍ、ｙｏｍ）は以下の数２で表される。
【００２１】
【数２】
2012172982.tif 000004
光線Ｒ４１はビームスプリッタＬ２によって反射され、光線Ｒ５１となり、ｍ番目の光検出器の位置（ｘｍ、ｙｍ）で放射輝度が測定される。光線Ｒ５１の放射輝度ｌｏｋ’’（ｘｍ、ｙｍ）は以下の数３で表される。
【００２２】
【数３】
2012172982.tif 000005
ただし、ｃＬ２ｏ（ｘｏｍ、ｙｏｍ）はレンズの光軸と平行かつ位置（ｘｏｍ、ｙｏｍ）を通過する光路においてビームスプリッタＬ２による放射輝度の減衰係数を表す。光線Ｒ５２の放射輝度は光線Ｒ５１と同様に測定される。光線Ｒ５２の放射輝度が（ｍ＋１）番目の光検出器で測定されるとき、放射輝度ｌｏｋ’’（ｘｍ＋１、ｙｍ＋１）は数４で表される。
【００２３】
【数４】
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本測定では、レーザダイオードＬ１１に遮蔽されることなく、１度の撮影で集光光学装置Ｌ３を透過するすべての反射光線の放射輝度を測定することができる。
【００２４】
撮像素子Ｌ４で集光光学装置Ｌ３を透過するすべての反射光線を測定することで、測定された放射輝度関数ｌｏｋ’’（ｘ、ｙ）、数２と数３から反射光線の放射輝度分布ｌｏｋ（θｏ、φｏ）を計算することができる。したがって、放射輝度分布ｌｏｋ（θｏ、φｏ）と数１より入射光線と反射光線の方向の組み合わせが（θｉｋ、φｉｋ、θｏ、φｏ）である反射率分布関数ｆｋ（θｏ、φｏ）は以下の数５で求められる。
【００２５】
【数５】
2012172982.tif 000007
ただし、ｄωは入射光線に対する立体角である。
【００２６】
双方向反射率分布関数ｆはすべての入射光線と反射光線の組み合わせにおける反射率を表したものである。双方向反射率分布関数ｆを取得するために、まず図２のようにレーザダイオードＬ１を（ｘｉ（ｋ＋１）、ｙｉ（ｋ＋１））に移動する（符号Ｌ１２）。光線Ｒ１２は集光光学装置Ｌ３を透過し、方向（θｉ（ｋ＋１）、φｉ（ｋ＋１））から反射率測定点Ｍ２に入射する（符号Ｌ２２）。
【００２７】
【数６】
2012172982.tif 000008
数６から、本装置ではレーザダイオードＬ１を移動することで照明方向を変えることができる。このときの反射光線の放射輝度を測定することで反射率分布関数ｆｋ＋１（θｏ、φｏ）を得る。順次、移動と測定を繰り返し、すべての入射光線方向に対する反射率分布関数を取得することで双方向反射率分布関数ｆ（θｉ、φｉ、θｏ、φｏ）は数７から取得することができる。
【００２８】
【数７】
2012172982.tif 000009
なお、焦点が反射率測定点Ｍ２であれば、集光光学装置は異なる光学特性を持った集光光学装置や集光ミラー等の光学部材でもよい。その場合、焦点への入射光線の光路上に光線が出射されるよう光源や出射光線の平行光化光学装置を設置すればよい。
【００２９】
図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより双方向反射率分布関数の取得を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、ハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００３０】
また、前記プログラムは、このプログラムを記憶装置等から、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他の記憶装置等に伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能を記録媒体にすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
Ｌ１・・・レーザダイオード
Ｌ２・・・ビームスプリッタ
Ｌ３・・・集光光学装置
Ｌ４・・・撮像素子
Ｒ１１・・・光線（ｘｉｋ、ｙｉｋ）
Ｒ１２・・・光線（ｘｉ（ｋ＋１）、ｙｉ（ｋ＋１））
Ｒ２１・・・光線（θｉｋ、φｉｋ）
Ｒ２２・・・光線（θｉ（ｋ＋１）、φｉ（ｋ＋１））
Ｒ３１・・・光線（θｏｍ、φｏｍ）
Ｒ３２・・・光線（θｏ（ｍ＋１）、φｏ（ｍ＋１））
Ｒ４１・・・光線（ｘｏｍ、ｙｏｍ）
Ｒ４２・・・光線（ｘｏ（ｍ＋１）、ｙｏ（ｍ＋１））
Ｒ５１・・・光線（ｘｓｍ、ｙｓｍ）
Ｒ５２・・・光線（ｘｓ（ｍ＋１）、ｙｓ（ｍ＋１））
Ｐ１・・・ＸＹｉ平面
Ｐ２・・・ＸＹｏ平面
Ｍ１・・・反射率測定対象表面
Ｍ２・・・反射率測定点
Ｍ３・・・法線
Ｃ１・・・コンピュータ
Ｃ２・・・入力部
Ｃ３・・・処理部
Ｃ４・・・表示部
Ｃ３１・・・ＣＰＵ
Ｃ３２・・・メモリ
Ｃ３３・・・データ記録部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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