(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然木材を光源の角度を変えながら撮影し、その撮影した画像の各画素位置において最大輝度を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定める
ことを特徴とする繊維潜り角測定方法。
【請求項２】
天然木材と、
天然木材を照明する光源と、
天然木材を撮影するカメラと、
前記光源の照明角度を変えながら撮影した天然木材の画像に基づいて、その撮影した画像の各画素位置において最大輝度を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定める処理装置と
を備えることを特徴とする繊維潜り角測定システム。
【請求項３】
天然木材を光源の角度を変えながらカラー撮影し、そのカラー撮影した画像の各画素位置において、色度が光源の発光色に最も近い値を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定める
ことを特徴とする繊維潜り角測定方法。
【請求項４】
天然木材と、
天然木材を照明する光源と、
天然木材を撮影するカラーカメラと、
前記光源の照明角度を変えながらカラー撮影した天然木材の画像に基づいて、そのカラー撮影した画像の各画素位置において、色度が光源の発光色に最も近い値を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定める処理装置と
を備えることを特徴とする繊維潜り角測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、天然木材の表面における繊維の潜り角を測定する方法及び繊維潜り角を測定するためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
壁紙や床材等の建材の表面装飾や、家具の表面装飾のために用いる化粧シートにおいては、照りと称される光沢模様を表現するために、万線パターンを直接化粧シートにエンボス加工したり、あるいは透明なシートに万線パターンをエンボス加工してエンボスシートを作成し、そのエンボスシートを木目柄等の模様を印刷した化粧シートに貼り付けて積層構造とすることが広く行われている。
【０００３】
このように、万線パターンをエンボス加工することによって照りが表現できる原理は概略次のようである。
図４は、万線パターンをエンボス加工して万線条溝Ｇが形成されたシートＥの斜視図であり、この例では、幅Ｗ１の万線条溝ＧがＷ２の間隔で多数形成されている。シートＥの全体の厚みＤ１に対して、万線条溝Ｇは深さＤ２の溝を形成しており、多数の万線条溝Ｇがほぼ平行に配置されている。このような万線条溝Ｇからなるパターンは、幅Ｗ１をもった凹部と幅Ｗ２をもった凸部との二段階の段差構造を有している。
【０００４】
このような万線条溝Ｇが形成されたシートＥは、その表面から得られる反射光の強度が位置によって異なることが知られている。つまり、異方性反射を行うのである。そして、このようなシートＥを見る視線を連続的に変化させると、強く反射する箇所、即ち輝度が高く、明るく光る箇所が変化していく。これが照りの移動と称されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上述したような照り、及び照りの移動を表現する万線パターンとしては、エンボス加工を行った場合に、天然の木材が発現するような自然な照り、及び照りの移動を表現できるものが望ましいことは当然である。そこで、天然の木材が照り、及び照りの移動を発現する原理を考えると、それは、木材表面における繊維潜り角に起因していることが知られている。概略説明すると次のようである。
【０００６】
図５は、材木板表面の繊維質の配向性と鏡面反射率との関係を説明する図である。いま、材木板１００の表面（切断面Ｊ）に、図に繊維方向ベクトルＦ→（電子出願の制約から、本来符号の上部に付記するベクトル記号“→”を符号右側に付記することにする）として示すような配向性をもって繊維Ｆが配置されているものとする。このとき、切断面Ｊと繊維Ｆとのなす角ξは繊維潜り角と呼ばれている。
【０００７】
そして、材木板１００の上方に仮想光源２００（面光源）を仮定し、この仮想光源２００から材木板１００の表面（切断面Ｊ）に対して垂直な光線が照射され、この表面からの拡散反射光および鏡面反射光を観察することを考える。この場合、観察される拡散反射光の強度は、材木板１００の表面の木目模様の色成分によって左右され、この拡散反射光による画像は、いわゆる着色された模様として認識されることになる。一方、観察される鏡面反射光の強度Ｗ（光沢度）は、繊維潜り角ξによって左右され、通常、図６のグラフに示すような関係となる。より正確には、各部における鏡面反射光強度は、光の照射方向と繊維潜り角ξとの双方によって決定される。即ち、図５に示すように、切断面Ｊ上の点Ｐにおいて、光線方向ベクトルＬ→と繊維方向ベクトルＦ→とを図のように定義すれば、両ベクトルの交錯角φによって点Ｐにおける鏡面反射光強度が決定されることになる。上述の例のように、光線方向ベクトルＬ→が切断面Ｊに対して垂直であるモデルの場合、ベクトル交錯角φ＝90°−ξとなり、図６のグラフに示すように、φ＝90°のときに鏡面反射光強度が最高になり、φ＝ 0°のときに最低となる。
【０００８】
実際の天然木から切り出した材木板の表面に照り模様が見られるのは、切断面上の各部分ごとに異なる繊維潜り角ξが得られるからであり、この部分毎に異なる繊維潜り角ξに基づいて照り模様が現れることになるのである。また、以上のことから、例えば図５において観察位置を変えずに仮想光源２００を移動させた場合、あるいは仮想光源２００の位置を固定して観察位置を変えた場合には、材木板１００の照りが発現する位置が変化することになることは明らかであろう。これが照りの移動である。
【０００９】
そこで、近年では、適宜な手法を用いてコンピュータにより繊維潜り角の２次元分布を求め、その求めた繊維潜り角の２次元分布に基づいて万線パターンを作成し、その万線パターンを用いてエンボス加工することが行われているが、天然の木材の表面が発現するような照り、及び照りの移動を表現することができる繊維潜り角の２次元分布を求めることは非常に難しいのが現実である。
【００１０】
そこで、本発明は、天然の木材の表面が発現するような照り、及び照りの移動を表現することができる繊維潜り角の２次元分布を求めることができる繊維潜り角測定方法及びそのシステムを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の繊維潜り角測定方法は、天然木材を光源の角度を変えながら撮影し、その撮影した画像の各画素位置において最大輝度を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定めることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の繊維潜り角測定システムは、天然木材と、天然木材を照明する光源と、天然木材を撮影するカメラと、前記光源の照明角度を変えながら撮影した天然木材の画像に基づいて、その撮影した画像の各画素位置において最大輝度を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定める処理装置とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の繊維潜り角測定方法は、天然木材を光源の角度を変えながらカラー撮影し、そのカラー撮影した画像の各画素位置において、色度が光源の発光色に最も近い値を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定めることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の繊維潜り角測定システムは、天然木材と、天然木材を照明する光源と、天然木材を撮影するカラーカメラと、前記光源の照明角度を変えながらカラー撮影した天然木材の画像に基づいて、そのカラー撮影した画像の各画素位置において、色度が光源の発光色に最も近い値を与える光源の角度を求め、その光源の角度の半分の角度を繊維潜り角と定める処理装置とを備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る繊維潜り角測定するためのシステムの第１の実施形態を示す図であり、図中、１は天然木材（以下、単に木材と称す）、２は光源、３はカメラ、４は処理装置を示す。
【００１６】
木材１は繊維潜り角を測定する対象物となるものであり、天然の木材であればどのようなものであってもよい。この木材１は固定して配置される。木材１に正対してカメラ３が配置されている。このカメラ３も固定して配置される。カメラ３は、製版カメラ、ＴＶカメラ、デジタルスチルカメラ等の画像を撮影することができるものであればよい。ここでは理解を容易にするためにデジタルスチルカメラを用いるものとする。なお、ここでは、図に示すようなｘｙｚの直交座標系を定める。
【００１７】
光源２は、できるだけ平行光線を放射するものが望ましい。光線の色は白色光でよい。そして、この光源２は、図示しない適宜な手段によって、図のｙ−ｚ平面内において、当該座標系の原点からの距離を等しく保ったまま移動可能となされており、どのような位置においても当該座標系の原点に向けて光線を放射するようになされている。つまり、光源２は木材１を照明する角度が可変となされているのである。
【００１８】
以下、繊維潜り角測定方法と共に、動作について説明する。
まず、光源２をある角度θ1 の位置に置いて、カメラ３により木材１を撮影する。このカメラ３で撮影された画像のデジタルデータは処理装置４に取り込まれる。なお、カメラ３として製版フィルムを用いる場合には、撮影したフィルムを現像し、スキャナ入力してデジタル化して処理装置４に渡すようにすればよく、またＴＶカメラを用いる場合には、ＴＶカメラからの画像信号をデジタル化して処理装置４に渡せばよい。
【００１９】
また、後述するところから明らかなように、処理装置４において繊維潜り角測定のために用いられるのは輝度のデータのみであるから、例えばカメラ３がＲ，Ｇ，Ｂの３色の画像データを出力するものである場合には、処理装置４はＧの画像データのみを取り込むようにしてもよく、あるいはＲ，Ｇ，Ｂから輝度を表すデータを生成して、その輝度のデータのみを用いるようにしてもよい。
【００２０】
そして、処理装置４は、当該画像データを角度θ1 における画像データであることを登録する。これによって、光源２が角度θ1 の位置に置かれた場合の画像データが処理装置４に取り込まれることになるが、次に、光源２の角度を△θだけ移動して、カメラ３により木材１を撮影し、そのときの画像データを処理装置４に渡す。以下、同様にして、光源２の角度を△θだけ移動させて木材１を撮影して、そのときの画像データを処理装置４に渡す動作を所定回数繰り返す。
【００２１】
ここで、光源２を図１のｚ軸を中心としてどのような角度範囲で移動させるか、また△θを何度にするかは任意に定めることができるが、一般に、天然木材の繊維潜り角ξは±１０°程度であるのが一般的であるので、光源２を移動させる角度範囲は、図１のｚ軸を中心として±３０°程度とすればよい。また、△θについては、△θの値を小さくすれば精度よい測定ができるが、測定時間が長くなるので、測定精度、測定時間等を勘案して定めればよい。
【００２２】
さて、いま光源２をθ1 の角度位置からθN （N は自然数）の角度位置までＮ段階移動させて木材１をＮ回撮影したとすると、処理装置４はＮ枚の画像の輝度データを取り込み、それぞれの画像が撮影されたときの光源２の角度と対応させて登録することになる。
【００２３】
そして、処理装置４は、ある位置の画素に注目し、これらＮ枚の画像の当該画素位置における輝度値を調べ、輝度値が最大となる画像のときの光源２の角度位置を求め、その光源２の角度の半分の角度を当該画素位置における繊維潜り角ξとし、当該繊維潜り角ξを当該画素位置に登録する。
【００２４】
例えば、ある画素位置に注目したとき、光源２の角度がθi （i=1,…,N）のときに撮影した画像の輝度値が最大であるときには、処理装置４は、当該画素位置における繊維潜り角ξはθi／２ と定めて登録するのである。
【００２５】
繊維潜り角ξをこのように定めることの妥当性は明らかである。即ち、例えば、図２のＡで示す位置の輝度が最大となるのは、繊維イの繊維潜り角ξと、光源２からの照明の角度と、カメラ３で撮影される方向が図２で示す関係になるときであり、このときＡの位置にある繊維イの繊維潜り角ξは、角度の符号も含めてθとなることは明らかである。なお、図２において、ロはＡの位置における繊維イに対する垂線である。
【００２６】
そして、処理装置４は、以上の処理を全ての画素位置について行う。これによって、カメラ３で撮影された画像の全ての画素位置について繊維潜り角ξを求めることができ、各画素位置に対して繊維潜り角が登録された２次元のスカラ場を生成することができる。
【００２７】
このようにして得られた、各画素位置に対して繊維潜り角が登録された２次元スカラ場を用いて万線パターンを作成し、その万線パターンを用いてエンボス加工を行えば、天然の木材の表面が発現するような照り、及び照りの移動を表現することができる。なお、各画素位置に対して繊維潜り角が登録された２次元スカラ場から万線パターンを作成する手法については周知であるので説明は省略する。
【００２８】
以上のように、上述した繊維潜り角測定方法及びそのシステムによれば、天然の木材から直接に、当該天然木材の各位置における繊維潜り角を測定することが可能となる。
【００２９】
次に、本発明に係る繊維潜り角測定するためのシステムの第２の実施形態について説明する。この実施形態におけるシステム構成は図１に示すと同様であるが、この実施形態では、カメラ３としては、カラー製版カメラ、カラーＴＶカメラ、カラーデジタルスチルカメラ等のカラー画像を撮影することができるものを用いる。ここでは理解を容易にするためにカラーデジタルスチルカメラを用いるものとする。光源２については上述した第１の実施形態と同様であり、ここでも光源２は白色光を発光するものとする。
【００３０】
以下、繊維潜り角測定方法と共に、動作について説明する。
まず、光源２をある角度θ1 の位置に置いて、カメラ３により木材１を撮影する。このカメラ３で撮影された画像のデジタルデータは処理装置４に取り込まれる。なお、カメラ３としてカラー製版フィルムを用いる場合には、撮影したフィルムを現像し、カラースキャナで入力してデジタル化して処理装置４に渡すようにすればよく、またカラーＴＶカメラを用いる場合には、カラーＴＶカメラからの画像信号をデジタル化して処理装置４に渡せばよい。ここで、処理装置４が取り込むデジタルカラー画像のデータはどのようなものであってもよいが、ここでは、カメラ３は一つの画像についてＲ，Ｇ，Ｂの３色の画像データを処理装置４に出力するものとする。
【００３１】
そして、処理装置４は、当該画像データを角度θ1 における画像データであることを登録する。これによって、光源２が角度θ1 の位置に置かれた場合の画像データが処理装置４に取り込まれることになるが、次に、光源２の角度を△θだけ移動して、カメラ３により木材１を撮影し、そのときの画像データを処理装置４に渡す。以下、同様にして、光源２の角度を△θだけ移動させて木材１を撮影して、そのときの画像データを処理装置４に渡す動作を所定回数繰り返す。
【００３２】
ここで、光源２を図１のｚ軸を中心としてどのような角度範囲で移動させるか、また△θを何度にするかは任意に定めることができるが、一般に、天然木材の繊維潜り角ξは±１０°程度であるのが一般的であるので、光源２を移動させる角度範囲は、図１のｚ軸を中心として±３０°程度とすればよい。また、△θについては、△θの値を小さくすれば精度よい測定ができるが、測定時間が長くなるので、測定精度、測定時間等を勘案して定めればよい。
【００３３】
さて、いま光源２をθ1 の角度位置からθN （N は自然数）の角度位置までＮ段階移動させて木材１をＮ回撮影したとすると、処理装置４はＮ枚の画像の輝度データを取り込み、それぞれの画像が撮影されたときの光源２の角度と対応させて登録することになる。
【００３４】
そして、処理装置４は、ある位置の画素に注目し、これらＮ枚の画像の当該画素位置における色度を調べ、色度が光源２の発光色である白に最も近くなる画像のときの光源２の角度位置を求め、その光源２の角度の半分の角度を当該画素位置における繊維潜り角ξとし、当該繊維潜り角ξを当該画素位置に登録する。
【００３５】
例えば、ある画素位置に注目したとき、光源２の角度がθi （i=1,…,N）のときに撮影した画像の色度が最も白に近いものであるときには、処理装置４は、当該画素位置における繊維潜り角ξをθi／２ と定めて登録するのである。
【００３６】
繊維潜り角ξをこのように定めることの妥当性は明らかである。即ち、繊維潜り角ξと、光源２からの照明の角度と、カメラ３で撮影される方向が図２で示す関係になるときに、カメラ３の方向に反射される繊維からの鏡面反射光の強度が最大となり、鏡面反射光強度が最大であるときには、その鏡面反射光に含まれる光源２の発光色である白の成分が最大となる。そして、このときＡの位置にある繊維イの繊維潜り角ξは、角度の符号も含めてθとなることは明らかである。
【００３７】
以上のようであるので、ある画素位置に注目した場合に、当該画素位置の色度が最も白に近くなるときの光源２の角度がθi であるときには、繊維潜り角ξをθi／２ と定めるのである。
【００３８】
また、ある画素の色度が白からどれだけずれているかを判断する手法としては適宜な手法を採用すればよい。例えば、ＲＧＢ表色系を用いて行う場合には次のような処理を行えばよい。いま当該画素の色がＲＧＢ表色系においてどのような位置にあるかを求める。ここでは図３のＣで示す位置にあるものとすると、白Ｗの位置からＣの位置を通る直線を引き、この直線が当該表色系の３角形の辺と交わる位置をＰとする。そして、白Ｗの位置とＰの位置との距離ＷＰに対する、白Ｗの位置と当該画素の色Ｃの位置との距離ＷＣの比ＷＣ／ＷＰを求める。そうすると、この比ＷＣ／ＷＰの値が小さいほど白Ｗに近いことになる。
【００３９】
従って、処理装置４において、カメラ３から取り込んだＮ枚の画像の各画素についてＷＣ／ＷＰの値を求め、Ｎ枚の画像の同じ位置の画素についてＷＣ／ＷＰの値を比較して、ＷＣ／ＷＰの値が最小となる画像が撮影されたときの光源２の角度を求め、その光源２の角度の半分の値を、それぞれの画素位置における繊維潜り角ξと定める処理を行えばよい。
【００４０】
以上の処理によって、カメラ３で撮影された画像の全ての画素位置について繊維潜り角ξを求めることができ、各画素位置に対して繊維潜り角が登録された２次元のスカラ場を生成することができる。
【００４１】
このようにして得られた、各画素位置に対して繊維潜り角が登録された２次元スカラ場を用いて万線パターンを作成し、その万線パターンを用いてエンボス加工を行えば、天然の木材の表面が発現するような照り、及び照りの移動を表現することができる。
【００４２】
以上のように、上述した繊維潜り角測定方法及びそのシステムによれば、天然の木材から直接に、当該天然木材の各位置における繊維潜り角を測定することが可能となる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上述した第２の実施形態において、画素の色が白からどれだけずれているかを判断する手法としては上述した手法に限らず、例えば、ＲＧＢ表色系からＬ*ａ*ｂ*表色系に変換して当該画素の色が白からどれだけずれているかを判断するようにしてもよく、その他の表色系を用いてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る繊維潜り角測定システムの実施形態を示す図である。
【図２】  繊維潜り角ξを決定する手法を説明するための図である。
【図３】  画素の色度が白からどれだけずれているかを判断するための手法を説明するための図である。
【図４】  万線パターンがエンドレス加工されたシートの表面に形成された万線条溝Ｇの構造を示す斜視図である。
【図５】  一般的な材木板における繊維方向ベクトルＦ→と光線方向ベクトルＬ→との関係を示す側断面図である。
【図６】  一般的な材木板におけるベクトル交錯角φ（繊維潜り角ξ）と鏡面反射光強度Ｗとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…天然木材、２…光源、３…カメラ、４…処理装置。
【図１】
0003918970.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003918970.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003918970.tif 000006
【図６】
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