(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の輝度分布画像を測定する第１ステップと、
前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数１】
0003963299.tif 000030
を用いた畳み込み演算を行うフィルタリングを行う、
または、
前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、前記輝度分布画像の横方向の周波数成分をｕ、縦方向の周波数成分をｖとおき、前記輝度分布画像をフーリエ変換し、該フーリエ変換の結果に
【数２】
0003963299.tif 000031
を乗算し、該乗算の結果を逆フーリエ変換するフィルタリングを行う
第２ステップと、
前記第２ステップを検出波長（１／ｆ0(deg)）を変えて行う第３ステップと、
前記第３ステップで得られた値の中から極値を求める第４ステップと
を備えることを特徴とする輝度の対比を定量するための定量方法。
【請求項２】
前記第２ステップのフィルタリングは、
前記輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数３】
0003963299.tif 000032
【数４】
0003963299.tif 000033
を用いた畳み込み演算を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の定量方法。
【請求項３】
前記輝度分布画像を絶対値で表し、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像の平均輝度を求め、前記極値を前記平均輝度で割る第５ステップをさらに備える
ことを特徴とする輝度の対比を定量するための定量方法。
【請求項４】
対象物の輝度分布画像を測定する測定手段と、
前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数５】
0003963299.tif 000034
を用いた畳み込み演算を行うフィルタリングを行い、
または、
前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、前記輝度分布画像の横方向の周波数成分をｕ、縦方向の周波数成分をｖとおき、前記輝度分布画像をフーリエ変換し、該フーリエ変換の結果に
【数６】
0003963299.tif 000035
を乗算し、該乗算の結果を逆フーリエ変換するフィルタリングを行い、検出波長（１／ｆ0(deg)）を変えながらフィルタリングを行い、該フィルタリングで得られた値の中から極値を求める演算手段と
を備えることを特徴とする輝度の対比を定量するための定量装置。
【請求項５】
前記演算手段のフィルタリングは、
前記輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数７】
0003963299.tif 000036
【数８】
0003963299.tif 000037
を用いた畳み込み演算を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の定量装置。
【請求項６】
前記演算手段は、
さらに、前記輝度分布画像を絶対値で表し、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像の平均輝度を求め、前記極値を前記平均輝度で割る
ことを特徴とする請求項４に記載の定量装置。
【請求項７】
対象物の輝度分布画像を測定する第１ステップと、
前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数９】
0003963299.tif 000038
を用いた畳み込み演算を行うフィルタリングを行う、
または、
前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、前記輝度分布画像の横方向の周波数成分をｕ、縦方向の周波数成分をｖとおき、前記輝度分布画像をフーリエ変換し、該フーリエ変換の結果に
【数１０】
0003963299.tif 000039
を乗算し、該乗算の結果を逆フーリエ変換するフィルタリングを行う
第２ステップと、
前記第２ステップを検出波長（１／ｆ0(deg)）を変えて行う第３ステップと、
前記第３ステップで得られた値の中から極値を求める第４ステップと
を備える、輝度の対比を定量するプログラムをコンピュータに実行させるために記録した
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
前記第２ステップのフィルタリングは、
前記輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数１１】
0003963299.tif 000040
【数１２】
0003963299.tif 000041
を用いた畳み込み演算を行う
ことを特徴とする請求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】
前記輝度分布画像を絶対値で表し、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像の平均輝度を求め、前記極値を前記平均輝度で割る第５ステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光環境の計画において、輝度の対比を定量的に評価することができる定量方法および定量装置に関する。さらに、この定量方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
照明は、機能主体の明視照明か快適性主体の雰囲気照明かに大別される。この明視性または快適性には、輝度分布が関係することが指摘され、幾多の研究報告がなされているが、輝度分布を基調とした評価方法が確立されていないため、光環境の計画に、輝度分布が充分に活用されていなかった。
【０００３】
そこで、本願の発明者は、輝度分布を評価する評価方法を提案し、「輝度分布の表現法に関する研究」（中村芳樹、乾正雄、沢田敏実、日本建築学会計画系論文報告集、第４３１号、１９９２年１月）に報告した。この輝度分布の評価方法は、対象とする空間の輝度分布を測定し、複数の周波数に亘ってガウス関数を利用したバンドパスフィルタでフィルタリングした画像を得て、特定の粗さの輝度変化がどの位置にどれだけの強さで存在するかを抽出し、評価するものである。
【０００４】
一方、近年、光環境の計画、特に商品ディスプレイ、ライトアップおよび舞台照明などの商業的な空間における照明計画では、対象物に人の視線を誘導すべく、空間内に明暗の変化を意図的に作り出すことがしばしば行われる。これは、人の注意が周辺に比べて充分に明るい場所に向けられることや人の安心感が周辺よりも暗い部分で得られることなどを利用したものである。
【０００５】
さらに、ＶＤＴ（ビジュアル・ディスプレイ・ターミナル、visual display terminal ）を使った作業が行われるオフィスでは、露出型の照明器具ではなく、配光をある程度規制した照明器具が使われ、適度に不均一さを取り込んだ照明計画も行われる。
このように、近年の光環境の計画では、状況にあった明暗の変化を意図的・積極的に作り出すことが行われる。
【０００６】
こうした光環境計画では、空間内の明暗の分布を示す輝度分布だけでなく、周辺の明るさとの関係を考慮しながら明るく照らす部分や暗く残す部分の明るさのレベルを微妙に調整する必要があることから、対象物と周辺・背景との明るさの差を示す輝度の対比が重要な役割を果たす。
輝度の対比は、(1)輝度比（＝対象物輝度／周辺輝度）、(2)輝度差（＝対象物輝度−背景輝度）、および、(3)輝度対比（＝（対象物輝度−背景輝度）／背景輝度））である。
【０００７】
従来、輝度の対比は、紙やスクリーン上の文字の見易さを評価するために使用されることはあったが、光環境の計画には、使用されていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これは、輝度の対比を計算するためには、対象物の領域範囲と周辺・背景の領域範囲を設定しなければならず、領域範囲の設定を客観的に行う判断基準が確立されていなかったからである。領域範囲を主観的に設定したのでは、設定された領域範囲の大きさによって、輝度の対比の値は、区々となってしまう。
【０００９】
そして、領域範囲を客観的に設定することができたとしても、輝度をその領域範囲内で単純平均した値から求めた方がよいのか、重み付け平均した値から求めた方がよいのか、さらに、どのような重み付け平均が適切なのかが問題となる。
一方、輝度分布の画像の測定がディジタル画像として測定されるため、輝度の値は、輝度分布の画像を測定する機器の解像度に応じて既に平均化された値である。このため、同じ対象物であっても輝度分布の解像度によって、輝度変化のレンジが異なってしまう問題もある。
【００１０】
このように輝度の対比を定量するためには、(1)輝度分布を測定する解像度を適切に設定する問題、(2)検討する領域範囲の大きさを客観的に設定する問題、および、(3)領域範囲内の輝度を代表する値を適切に算出する問題を解決する必要がある。
そこで、本発明は、これら３つの問題を解決する、輝度の対比を定量的に評価することができる定量方法および定量装置を提供することを目的とする。
【００１１】
そして、本発明は、この定量方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の手段では、対象物の輝度分布画像を測定する第１ステップと、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数１３】
0003963299.tif 000002
を用いた畳み込み演算を行うフィルタリングを行う、または、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、前記輝度分布画像の横方向の周波数成分をｕ、縦方向の周波数成分をｖとおき、前記輝度分布画像をフーリエ変換し、該フーリエ変換の結果に
【数１４】
0003963299.tif 000003
を乗算し、該乗算の結果を逆フーリエ変換するフィルタリングを行う第２ステップと、前記第２ステップを検出波長（１／ｆ0(deg)）を変えて行う第３ステップと、前記第３ステップで得られた値の中から極値を求める第４ステップとを備えて構成される。
【００１３】
本発明の第２の手段では、第１の手段における定量方法において、前記第２ステップのフィルタリングは、前記輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数１５】
0003963299.tif 000004
【数１６】
0003963299.tif 000005
を用いた畳み込み演算を行うことで構成される。
【００１４】
本発明の第３の手段では、第１の手段における定量方法において、輝度分布画像を絶対値で表し、対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像の平均輝度を求め、極値を平均輝度で割る第５ステップをさらに備えて構成される。
【００１５】
図１は、本発明の原理構成を示す図である。図１において、本発明の第４の手段では、輝度の対比を定量するための定量装置１０において、対象物の輝度分布画像を測定する測定手段２０と、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数１７】
0003963299.tif 000006
を用いた畳み込み演算を行うフィルタリングを行い、または、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、前記輝度分布画像の横方向の周波数成分をｕ、縦方向の周波数成分をｖとおき、前記輝度分布画像をフーリエ変換し、該フーリエ変換の結果に
【数１８】
0003963299.tif 000007
を乗算し、該乗算の結果を逆フーリエ変換するフィルタリングを行い、検出波長（１／ｆ0(deg)）を変えながらフィルタリングを行い、該フィルタリングで得られた値の中から極値を求める演算手段３０とを備えて構成される。
【００１６】
本発明の第５の手段では、第４の手段における定量装置１０において、前記演算手段のフィルタリングは、前記輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数１９】
0003963299.tif 000008
【数２０】
0003963299.tif 000009
を用いた畳み込み演算を行うことで構成される。
【００１７】
本発明の第６の手段では、第４の手段における定量装置１０において、前記演算手段３０は、さらに、前記輝度分布画像を絶対値で表し、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像の平均輝度を求め、前記極値を前記平均輝度で割ることで構成される。
【００１８】
本発明の第７の手段では、対象物の輝度分布画像を測定する第１ステップと、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数２１】
0003963299.tif 000010
を用いた畳み込み演算を行うフィルタリングを行う、または、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、前記輝度分布画像の横方向の周波数成分をｕ、縦方向の周波数成分をｖとおき、前記輝度分布画像をフーリエ変換し、該フーリエ変換の結果に
【数２２】
0003963299.tif 000011
を乗算し、該乗算の結果を逆フーリエ変換するフィルタリングを行う第２ステップと、前記第２ステップを検出波長（１／ｆ0(deg)）を変えて行う第３ステップと、前記第３ステップで得られた値の中から極値を求める第４ステップとを備える、輝度の対比を定量するプログラムをコンピュータに実行させるために記録したことで構成される。
【００１９】
本発明の第８の手段では、第７の手段における輝度の対比を定量するプログラムをコンピュータに実行させるために記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記第２ステップのフィルタリングは、前記輝度分布画像に対し、検出しようとする輝度変化の周波数(cycle/deg)をｆ0 、円周率をπ、前記輝度分布画像上の位置をｘ、ｙとおき、
【数２３】
0003963299.tif 000012
【数２４】
0003963299.tif 000013
を用いた畳み込み演算を行うことで構成される。
【００２０】
本発明の第８の手段では、第７の手段における輝度の対比を定量するプログラムをコンピュータに実行させるために記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記輝度分布画像を絶対値で表し、前記対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像の平均輝度を求め、前記極値を前記平均輝度で割る第５ステップをさらに備えることで構成される。
【００２４】
このような手段によって得られる値が、すなわち、「検出波長を変化させながら、定量対象物における対象領域内の点に対して所定の関数によってフィルタリングを行い、得られた結果の極値（得られた結果の絶対値の最大値）」が、上記３つの問題点を解決する、対象領域と周辺領域との輝度の対比を表す１つの定量的な指標であることを以下に説明する。
【００２５】
定量対象物の輝度分布の画像は、様々な強さと粗さを持った２次元の輝度変化が合成されたもである。どのような粗さの輝度変化が、どれだけの強さを持ってその輝度分布を構成しているかは、輝度分布画像をフーリエ変換し、パワースペクトルを取ればよい。
一方、或る特定の粗さの輝度変化が、どの部分にどれだけの強さで存在するかは、その粗さの輝度変化だけを通過させるバンドパス・フィルタをかければよい。このフィルタをかける操作をフィルタリングと呼ぶ。
【００２６】
このようなフィルタは、検出しようとする輝度変化の周波数をｆ0 (cycle/deg)（検出波長１／ｆ0 (deg)）、平面上の位置をｘ，ｙ、横方向および縦方向の周波数成分をそれぞれｕ，ｖとすると、周波数領域では、
【数２５】
0003963299.tif 000014
と表され、実領域では、
【数２６】
0003963299.tif 000015
と表される。「＊」は、乗算を表す記号である。
【００２７】
図２は、フィルタ関数を示す図であり、図２Ａは、式１を示し、図２Ｂは、式２を示す。
一方、フィルタリングは、一般に、２つの計算方法が知られている。
第１は、フィルタリングの対象をフーリエ変換し、その結果に式１を乗算し、その結果を逆フーリエ変換する方法である。第２は、フィルタリングの対象に対し式２を用いた畳み込み演算する方法である。フィルタリングの対象は、輝度分布画像である。
【００２８】
第１の方法でも説明することができるが、輝度の対比との関連性を簡便に説明することができるため、ここでは、第２の方法について説明する。
離散的に測定された輝度分布画像Ｊ（ｈ，ｋ）に離散的に表現したフィルタＮを畳み込む演算は、次のように表される。
【数２７】
0003963299.tif 000016
フィルタリングでは、式３の計算をすべての点に対して行うが、ここで、この計算を或る特定の点（ｍ，ｎ）だけに注目したものであると考えてみると、この計算は、点（ｍ，ｎ）の周囲の輝度を、フィルタ関数によって重み付けして合計するという操作である。
【００２９】
ここで、フィルタ関数が、ｘｙｚ直交座標空間において、２個の極小値とｚ軸上の正領域で１個の極大値とを持つｚ軸に対して回転対称な形状（メキシカンハット型）の関数であって、ｘ、ｙの全領域で積分した場合に０となる関数、例えば、上述の式２で表される関数であるとすると、この計算は、点（ｍ，ｎ）を中心とした領域、すなわちフィルタ関数の値が正である領域の重み付け合計と、周辺領域、すなわちフィルタ関数の値が負である領域の重み付け合計との差を取るという操作と同じである。そして、ｘ、ｙの全領域で積分した場合に０となる性質から、この点の周囲に輝度変化が無く一定値をとる場合には、その計算結果は、０となる。
【００３０】
このようにフィルタリングは、輝度分布画像が輝度の対数で表現されている場合では、中心領域と周辺領域との輝度比を求めていることに対応し、輝度分布画像が輝度の絶対値で表現されている場合では、中心領域と周辺領域との輝度差を求めていることに対応する。すなわち、フィルタリングは、対象物の輝度分布画像上のすべての点に対し、その点を中心にした輝度の対比を求めていることになり、その際の対象領域と周辺領域とが、フィルタ関数、例えば、図２Ｂに示すような関数で定義されているということになる。
【００３１】
輝度の対比を求める場合に、このようにフィルタ関数でフィルタリングすると、検討する領域の大きさを客観的に決定することができる。
図３は、フィルタ関数と計算精度との関係を示す図である。
次に、Ｎフィルタによるフィルタリングを実際に計算しようとすると、Ｎフィルタ関数が局在してはいるものの無限の広がりを持っていることから、厳密な解を求めることができない。このため、図３に示すように、Ｎフィルタ関数は、Ａより低い周波数やＢより高い周波数が存在しないとして、近似される。
【００３２】
このＢを設定することは、すなわち、フィルタを通過する最も高い周波数を設定することは、輝度分布画像に含まれていなければならない最も高い周波数を設定することであり、これは、サンプリング定理より、輝度分布画像を測定すべき解像度が決まることに相当する。よって、定量対象物の定量を行おうとする者が、どの程度の計算精度を必要とするかによって、計算精度を設定すれば、解像度が決まることになる。
【００３３】
したがって、このようにフィルタ関数でフィルタリングを実際に計算する際には、解像度も計算精度に応じて適切に設定されることになる。
図４は、対象領域の大きさと検出波長との関係を示す図である。
図５は、検出波長を変化させた場合における重み付け加算結果の変化を示す図である。
【００３４】
次に、定量対象物の対象領域と検出波長との関係を説明する。
Ｎフィルタの重み付けが正となる範囲は、検出周波数をｆ0 とすると、図２Ｂに示すように中心からの距離が１／（πｆ0 ）以下の領域であり、検出周波数が決まれば一定値となる。
ここで、図４Ａに示すように、輝度の対比を検討したい領域、すなわち、対象領域があり、その対象領域の中心に点（ｍ，ｎ）を取る。そして、この点に対し検出周波数を変化させて、すなわち検出波長を変化させてＮフィルタによる重み付け加算を行った場合を考えると、図４Ｂのようになる。図４Ｂでは、第１ないし第３の検出波長の場合について示し、検出波長は、第１、第２、第３の順で長くなる。なお、図４では、説明を単純化するため１次元の変化だけ示す。
【００３５】
図４Ｂに示すように、検出波長が短い場合（第１検出波長の場合）では、フィルタ関数の値は、主に対象領域内で変化することになる。この結果、畳み込み加算の演算結果は、０に近いものとなる。そして、検出波長が長い場合（第３検出波長の場合）では、フィルタ関数の値は、その正の範囲が対象領域外にも存在する。この結果、畳み込み加算の演算結果は、正の値となるもののかなり小さい値となる。
【００３６】
これに対し、検出波長が適切な長さの場合（第２検出波長の場合）では、フィルタ関数の正の範囲と対象領域とが一致する。このとき、畳み込み加算の演算結果は、最大値となる。
したがって、逆に、検出波長と変化さながら畳み込み加算の値、すなわち、フィルタリングの結果が最大値となる値を輝度の対比とすれば、対象領域の輝度の対比を求めたことになり、対象領域範囲内の輝度を代表する値を適切に算出することになる。
【００３７】
ここで、図４では、対象領域が周辺領域より明るい場合について説明したが、対象領域周辺領域より暗い場合もある。検出波長の変化に対する重み付け加算値の変化は、対象領域が周辺領域より明るい場合では図５に実線で示すように極大値（最大値）を持つように変化し、対象領域が周辺領域より暗い場合では図５に破線で示すように極小値（最小値）を持つように変化する。この変化の様子は、対象領域や周辺領域の輝度分布によって異なるが、その絶対値の最大値は、一意的に決めることができる。
【００３８】
そして、対象領域の中心点（例えば、図４では、点（ｍ，ｎ））が特定することができない場合でも、中心付近の複数の点に対して、検出波長を変えながらフィルタ関数でフィルタリングを行い、各点で得られる絶対値の最大値同士を比較し、その最も大きい最大値を採用すれば、絶対値の最大値は、一意的に決めることができる。
【００３９】
このように、対象物中の対象領域に対応する輝度分布画像に対し、検出波長を変えながら、所定のフィルタ関数でフィルタリングを行い、得られた値の中から極値を求め、すなわち、得られた値の絶対値の中から最大値を求め、この値を輝度の対比とすれば、上記(1)ないし(3)の問題点を解決し、輝度の対比は、客観的に適切に定量化される。このため、照明器具の開発者は、照明器具の開発に輝度の対比を利用することができ、照明デザイナーは、光環境の計画に輝度の対比を利用することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
（実施形態の構成）
本実施形態は、請求項１ないし請求項９に記載の発明にかかる定量装置である。
【００４１】
図６は、本実施形態における定量装置のブロック図である。
図６において、定量装置１００は、測定部と解析部とに大別される。測定部は、電子式カメラ１２０および外部インタフェイス部１２１を備えて構成される。解析部は、フレキシブルディスク装置（以下、「ＦＤ装置」と略記する。）１２２、フレキシブルディスク制御部（以下、「ＦＤ制御部」と略記する。）１２３、入力装置１２４、入力制御部１２５、出力装置１２６、出力制御部１２７、バス１３０、中央処理装置１２８および記憶装置１２９を備えて構成される。
【００４２】
電子式カメラ１２０は、定量対象物１４０を撮影し、定量対象物１４０の画像データを得る。画像データは、電子式カメラ１２０の画素数に対応する解像度で得られ、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）毎にその受光レベルに応じた値として１画素毎に得られる。つまり、各色毎に当該色のパワー（強度）が得られる。画像データは、外部インタフェース１２１に出力される。
【００４３】
外部インタフェース１２１は、画像データに対応する入力された電気信号を解析部に合った信号レベルに調整して、バス１３０に電気信号を出力する。
ＦＤ装置１２２は、ＦＤ制御部１２３によって制御され、記録媒体の１つであるフレキシブルディスク（以下、「ＦＤ」と略記する。）１０１に記録された本発明にかかるプログラムを定量装置１００にインストールしたり、定量結果をこのＦＤ１０１または別のＦＤに記録したりする。
【００４４】
入力装置１２４は、キーボードおよびマウスなどの入力機器であり、入力制御部１２５によって制御される。定量者は、入力装置１２５からコマンドなどを入力することによって、プログラムのインストール、プログラムの実行、定量結果の出力など定量装置１００を操作する。
出力装置１２６は、ＣＲＴなどのディスプレイやプリンタなどの出力機器であり、出力制御部１２７によって制御される。出力装置１２６は、入力装置１２４に入力されたコマンド、プログラム実行のためのメニューおよび定量結果などが出力される。
【００４５】
記憶装置１２９は、半導体メモリやハードディスなどであり、本発明にかかるプログラムおよび各プログラム実行中の一時的なデータや定量結果などが格納される。
中央処理装置１２８は、マイクロプロセッサなどであり、バス１３０を介して、外部インタフェース１２１、ＦＤ制御部１２３、入力制御部１２５、出力制御部１２７および記憶装置１２９と接続され、これらに指示を与えたり、記憶装置１２９に格納された各プログラムに従い定量処理の演算を行う。
【００４６】
（本発明と本実施形態との対応関係）
請求項４ないし請求項６に記載の発明と本実施形態との対応関係は、電子式カメラ１２０および外部インタフェイス１２１が測定手段に対応し、中央処理装置１２８が演算手段に対応する。
請求項１５ないし請求項２１に記載の発明と本実施形態との対応関係は、記録媒体がＦＤ１０１または記憶装置１２９に対応する。
【００４７】
（実施形態の作用効果）
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
図７は、本実施形態のフローチャートを示す図である。
【００４８】
図７において、定量装置１００の取扱者は、定量したい定量対象物１４０を用意する。取扱者は、定量装置１００を入力装置１２４から起動する。中央処理装置１２８は、記憶装置１２９に格納されている定量方法のプログラムを読み込み、実行する（Ｓ０）。
取扱者は、解像度係数ｒを入力装置１２４から入力する（Ｓ２）。
【００４９】
解像度係数ｒは、次のようにして決定される。
表１は、計算精度と行列の大きさとの関係を示す表である。
【表１】
0003963299.tif 000017
表１は、左から、考慮する最低値のＡ欄、考慮すべき周波数範囲のＢ欄（低周波のＢ１欄および高周波のＢ２欄）、解像度係数のＣ欄および行列の大きさのＤ欄から構成され、Ａ欄およびＢ欄の値を変え、それに対応するＣ欄およびＤ欄の値が計算されている。
【００５０】
前述したようにフィルタリングは、輝度分布画像に対して式２を用いて畳み込み、すなわち、行列を用いた重み付け加算を行うことになる。
行列の大きさは、表１に示すように、Ａ欄の考慮する最低値（図３の縦軸）が小さくなるにつれて、すなわち、Ｂ欄の考慮すべき周波数範囲が広くなるにつれて、大きくなる。図３を用いて説明したように、計算精度がＢ欄の考慮すべき周波数範囲に対応するから、行列の大きさは、計算精度を上げれば大きくなり、下げれば小さくなる。
【００５１】
一方、必要な解像度Ｒは、考慮すべき周波数範囲の高周波（最高周波数）によって、検出周波数の逆数（検出波長）に対する係数として決まり、Ｃ欄の解像度係数をｒ、検出波長をＬ0 とおくと、
【数２８】
0003963299.tif 000018
と表される。
【００５２】
つまり、解像度係数ｒを決めると、考慮すべき周波数範囲が決まり、計算精度が決まる。さらに、計算精度が決まると行列の大きさが決まることになる。
行列は、式２が近似的に式５のように積分することができることから、求められる。
【数２９】
0003963299.tif 000019
【数３０】
0003963299.tif 000020
ｅｒｆ（ｗ）は、誤差関数である。
【００５３】
そこで、解像度係数を変えて行列をMathematica（登録商標）Ver.3を用いていくつか計算した。
表２は、解像度係数ｒ＝０．３５の場合の重み付け５×５行列を示す表である。
表３は、解像度係数ｒ＝０．３の場合の重み付け７×７行列を示す表である。
【００５４】
表４は、解像度係数ｒ＝０．２８の場合の重み付け９×９行列を示す表である。
表５は、解像度係数ｒ＝０．２６の場合の重み付け１１×１１行列を示す表である。
【表２】
0003963299.tif 000021
【表３】
0003963299.tif 000022
【表４】
0003963299.tif 000023
【表５】
0003963299.tif 000024
表２ないし表５の各数値は、行列の各要素であり、表５の各数値は、×１０-2で記載されている。また、後述するように、重み付け加算は、対象領域の輝度のデータを行列の中心の要素に合わせて乗算することによって行われるから、中心となる要素が必要であり、行列は、５×５や７×７のように（奇数）×（奇数）でなければならない。
【００５５】
ここで、重み付け５×５行列の場合では、Ｎフィルタの特性曲線は、図２Ｂに示すメキシカンハット型の分布になっていないので、重み付け加算に使用することができない。このため、解像度計数ｒは、
０．３≦ｒ                                            ・・・  （式７）
である。
【００５６】
一方、行列が大きくなればなるほど、中央処理装置１２８の高い演算能力が必要とされる。
したがって、解像度係数ｒは、中央処理装置１２８の演算能力に依存しなければ、式７を満たす範囲で、要求される計算精度に応じて決めればよい。
本実施形態では、パーソナルコンピュータに使用されるような中央処理装置１２８でリアルタイムに輝度の対比を演算させるため、解像度係数ｒは、０．３を指定し、重み付け７×７行列を使用することにした。
【００５７】
ここで、式２は、無限大の範囲で積分すると０になるが、表３に示す重み付け７×７行列は、式２を式５で近似しているため、その行列の係数を足し合わせても０にならない。これは、原画像の平均値が出力に影響を与えることを意味する。よって、行列の係数の合計を０にするため、表２に示す重み付け７×７行列を表６に示すように修正した。なお、原画像の平均値が出力に影響を与えても定量結果を使用する上で支障がない場合には、表３に示す重み付け７×７行列を使用してもよい。
【００５８】
表６は、解像度係数ｒ＝０．３の場合の修正重み付け７×７行列を示す表である。
【表６】
0003963299.tif 000025
修正は、厳密には、表２に示す値を合計し、０からの誤差である１／４９をそれぞれの値から減算すればよいが、１／４９が割り切れないことから、行列の中央の要素を除く他の要素に対しては、その値から１／５０を減算し、行列の中央の要素に対しては、その値から２／５０を減算した。このようにしても、輝度の対比の定量結果に与える影響は、工学上無視し得るものである。
【００５９】
図７に戻って、次に、中央処理装置１２８は、定量対象物の画像を電子式カメラ１２０によって所定ドット数の画像データとして得て、外部インタフェイス１２１およびバス１３０を介してこの画像データを取り込む。そして、中央処理装置１２８は、画像データのＲＧＢ値を予め校正板を用いて作成された重回帰式により輝度に変換することによって輝度分布画像のデータを作成する。
【００６０】
定量装置１００を用いた定量は、図８に示す定量対象物１４０について行った。
図８は、デジタルカメラで撮影した本実施形態の定量対象物をディスプレイ上に表示した中間調画像を示す図である。
図８ＡＢは、木彫りの人形が机上に置かれ、天井に据え付けられた白色蛍光灯によって机上には３６０（ｌｘ、ルクス）の水平面照度が与えられ、左上前方から照明されたスポットライトによって人形の顔面には２５０（ｌｘ）の鉛直面照度（手前向き）が与えられている。図８Ａは、深緑の植裁が人形の背景に置かれ、図８Ｂは、明度の高いポスタが人形の背景に置かれている。
【００６１】
目視によって、図８Ａの場合では人形と周辺・背景との輝度の対比が大きく、図８Ｂの場合では輝度の対比が小さい、と推測される。
図８Ａの場合と図８Ｂの場合とを比較することは、背景の相違によって生じる、机上にある木彫りの人形に施されたスポットライトの効果を検討することである。
【００６２】
電子式カメラ１２０による画像データの取り込みにおいて、電子式カメラ１２０のラチチュードが狭い場合では、数段階に露出を変えて撮影することにより画像のデータを得ればよい。例えば、本実施形態では、ＳＯＮＹ（登録商標）のＤＳＣ  Ｄ７００を用い、絞りを５．６に固定し、シャッタースピードを１秒、１／８秒、１／６０秒および１／５００秒の４段階に変化させて撮影された。
【００６３】
画像データは、６４０×４８０ドットのデータとして取り込まれ、輝度に変換後において、輝度の測定範囲は、０．３〜３３９０（ｃｄ／ｍ2 ）であり、解像度は、０．０３７５（ｄｅｇ）である。
なお、中央処理装置１２８は、画像データを電子式カメラ１２０によって直接ディジタル信号で得たが、光学式カメラによって定量対象物１４０を撮影し、撮影されたフィルムまたは写真をスキャナで読み取ることによって画像データを得てもよい。この場合には、中央処理装置１２８は、外部インタフェイス１２１に接続されたスキャナから画像データを得てもよいが、別のパーソナルコンピュータなどに接続されたスキャナでフィルムまたは写真を読み取り、画像データをＦＤに記録し、このＦＤからＦＤ装置１２２を介して画像データを得てもよい。また、画像データを輝度分布画像のデータに変換した後にＦＤに記録し、輝度分布画像のデータとして中央処理装置１２８に供給されるようにしてもよい。
【００６４】
図７に戻って、次に、取扱者は、検出波長範囲を入力装置１２４から入力する。
検出波長範囲は、次のようにして決定される。
輝度の対比は、重み付け行列の正の領域が対象領域と一致する付近の波長で検出されると考えられるので、
（２／π）＊Ｌ0
＝（輝度分布画像における対象領域のドット数）＊（解像度）・・・（式８）
で与えられる。したがって、式８で得られる波長付近で最大値を持つと考えられるため、式８で与えられる波長を中心に適切な範囲で計算する。すなわち、畳み込み加算の最大値を与える波長を含む範囲で計算すればよい。畳み込み加算の変化が、対象領域と周辺領域との輝度差（輝度対比、輝度比）、対象領域の形および各領域内の輝度分布性状などに依存するため、これらに応じてその適切な範囲を決めればよい。例えば、通常、式８で与えられる波長を中心にその１／３から３倍の波長範囲で計算すれば、最大値を検出することができる。もちろん、畳み込み加算の変化の形態によっては、式８で与えられる波長を中心にその１／２から２倍の波長範囲で、あるいは、１／４から４倍の波長範囲などで計算すればよい。
【００６５】
本実施形態では、対象領域を明度の高い人形の顔の部分に設定し、この対象領域に対応する輝度分布画像のドット数は、３０〜４０ドットである。解像度は、上述のように０．０３７５（ｄｅｇ）である。したがって、式８より検出波長が１．７６７〜２．３５６（ｄｅｇ）の付近で輝度の対比が検出されると考えられる。そこで、本実施形態では、検出波長範囲として０．２５〜８（ｄｅｇ）を指定した。
【００６６】
次に、中央処理装置１２８は、表６に示す修正重み付け７×７行列を用いて、対象領域について重み付け加算を計算する。
画像位置ａ，ｂにおける輝度分布画像のデータをＱab（１≦ａ≦６４０、１≦ｂ≦４８０の整数）とし、修正重み付け７×７行列の要素をＮst（１≦ｓ、ｔ≦７の整数）とおくと、対象領域の輝度分布画像がＱcdであるとすると、重み付け加算Ｎ（ｃ，ｄ）は、
N(c,d)=(Ｑc-3d-3*Ｎ11)+(Ｑc-3d-2*Ｎ12)+(Ｑc-3d-1*Ｎ13)+(Ｑc-3d*Ｎ14)
+(Ｑc-3d+1*Ｎ15)+(Ｑc-3d+2*Ｎ16)+(Ｑc-3d+3*Ｎ17)
+(Ｑc-2d-3*Ｎ21)+(Ｑc-2d-2*Ｎ22)+(Ｑc-2d-1*Ｎ23)+(Ｑc-2d*Ｎ24)
+(Ｑc-2d+1*Ｎ25)+(Ｑc-2d+2*Ｎ26)+(Ｑc-2d+3*Ｎ27)
+(Ｑc-1d-3*Ｎ31)+(Ｑc-1d-2*Ｎ32)+(Ｑc-1d-1*Ｎ33)+(Ｑc-1d*Ｎ34)
+(Ｑc-1d+1*Ｎ35)+(Ｑc-1d+2*Ｎ36)+(Ｑc-1d+3*Ｎ37)
+(Ｑcd-3*Ｎ41)+(Ｑcd-2*Ｎ42)+(Ｑcd-1*Ｎ43)+(Ｑcd*Ｎ44)
+(Ｑcd+1*Ｎ45)+(Ｑcd+2*Ｎ46)+(Ｑcd+3*Ｎ47)
+(Ｑc+1d-3*Ｎ51)+(Ｑc+1d-2*Ｎ52)+(Ｑc+1d-1*Ｎ53)+(Ｑc+1d*Ｎ54)
+(Ｑc+1d+1*Ｎ55)+(Ｑc+1d+2*Ｎ56)+(Ｑc+1d+3*Ｎ57)
+(Ｑc+2d-3*Ｎ61)+(Ｑc+2d-2*Ｎ62)+(Ｑc+2d-1*Ｎ63)+(Ｑc+2d*Ｎ64)
+(Ｑc+2d+1*Ｎ65)+(Ｑc+2d+2*Ｎ66)+(Ｑc+2d+3*Ｎ67)
+(Ｑc+3d-3*Ｎ71)+(Ｑc+3d-2*Ｎ72)+(Ｑc+3d-1*Ｎ73)+(Ｑc+3d*Ｎ74)
+(Ｑc+3d+1*Ｎ75)+(Ｑc+3d+2*Ｎ76)+(Ｑc+3d+3*Ｎ77)
・・・  （式９）
である。
【００６７】
次に、中央処理装置１２８は、輝度の対比の量を計算する（Ｓ５）。
輝度比を計算する場合には、中央処理装置１２８は、輝度分布画像のデータＱabを輝度の対数で表し、式９を計算すればよい。
輝度対比を計算する場合には、中央処理装置１２８は、輝度分布画像のデータＱabを輝度の絶対値で表し、まず、周辺領域の輝度と対象領域の輝度との差（輝度差）を式９を用いて計算する。そして、中央処理装置１２８は、修正重み付け行列の大きさの範囲における平均輝度をとり、この平均輝度で輝度差を割ることによって計算すればよい。例えば、上述の場合では、修正重み付け行列の大きさが、７×７であるから、平均輝度Ｑave は、
Ｑave =｛(Ｑc-3d-3)+(Ｑc-3d-2)+(Ｑc-3d-1)+(Ｑc-3d)
+(Ｑc-3d+1)+(Ｑc-3d+2)+(Ｑc-3d+3)
+(Ｑc-2d-3)+(Ｑc-2d-2)+(Ｑc-2d-1)+(Ｑc-2d)
+(Ｑc-2d+1)+(Ｑc-2d+2)+(Ｑc-2d+3)
+(Ｑc-1d-3)+(Ｑc-1d-2)+(Ｑc-1d-1)+(Ｑc-1d)
+(Ｑc-1d+1)+(Ｑc-1d+2)+(Ｑc-1d+3)
+(Ｑcd-3)+(Ｑcd-2)+(Ｑcd-1)+(Ｑcd)+(Ｑcd+1)+(Ｑcd+2)+(Ｑcd+3)
+(Ｑc+1d-3)+(Ｑc+1d-2)+(Ｑc+1d-1)+(Ｑc+1d)
+(Ｑc+1d+1)+(Ｑc+1d+2)+(Ｑc+1d+3)
+(Ｑc+2d-3)+(Ｑc+2d-2)+(Ｑc+2d-1)+(Ｑc+2d)
+(Ｑc+2d+1)+(Ｑc+2d+2)+(Ｑc+2d+3)
+(Ｑc+3d-3)+(Ｑc+3d-2)+(Ｑc+3d-1)+(Ｑc+3d)
+(Ｑc+3d+1)+(Ｑc+3d+2)+(Ｑc+3d+3)｝／４９
・・・  （式１０）
によって求められる。
【００６８】
次に、中央処理装置１２８は、検出波長、この検出波長おける対比の量（輝度比および輝度対比）を記憶装置１２９に格納する。
次に、中央処理装置１２８は、検出波長がＳ３で指定された検出波長範囲内か否かを判断する（Ｓ７）。
判断の結果、検出波長が検出波長範囲内である場合には、中央処理装置１２８は、解像度を変更することによって検出波長を変更し（Ｓ８）、Ｓ４の処理に戻る。
【００６９】
解像度の変更は、輝度分布画像のデータのドットを幾つか平均することによって行うことができる。
表７は、解像度、検出波長および平均ドット数の関係を示す表である。
【表７】
0003963299.tif 000026
表７は、上欄が平均したドット数、中欄が解像度（ｄｅｇ）、下欄が検出波長（ｄｅｇ）であり、平均したドット数が、２×２、４×４、８×８、１６×１６、３２×３２および６４×６４について示す。
【００７０】
電子式カメラ１２０によって取り込まれた初期の解像度は、１ドット当たり０．０３７５（ｄｅｇ）であるから、例えば、縦２ドットおよび横２ドットを平均すると、解像度は、０．０７５（ｄｅｇ）となり、検出波長は、０．２５（ｄｅｇ）となる。また、例えば、縦８ドットおよび横８ドットを平均すると、解像度は、０．３（ｄｅｇ）となり、検出波長は、１（ｄｅｇ）となる。
【００７１】
一方、判断の結果、検出波長が検出波長範囲外である場合には、中央処理装置１２８は、記憶装置１２９に格納されている検出波長毎の輝度の対比の量を参照して、この中から最大値を抽出する（Ｓ９）。
次に、中央処理装置１２８は、検出波長、検出波長毎の輝度の対比の量、および、輝度の対比の量の最大値を出力装置１２６に表示し（Ｓ１０）、プログラムを終了する（Ｓ１１）。
【００７２】
輝度の対比は、検出波長を変化させてＮフィルタによる重み付け加算を行うことによって求められるが、このように、或る解像度で予め測定した輝度分布画像のデータを基に、その解像度を幾つかのドットを平均することにより変化させ、それぞれの解像度ごとにＮフィルタによる重み付け加算を行い、その解像度に対応した検出波長の輝度変化の強さ、すなわち、輝度の対比が求められる。
【００７３】
図８に示す定量対象物１４０について、このようにして求めた結果を表８および表９に示す。
表８は、検出波長と背景別輝度比との関係を示す表である。
表９は、検出波長と背景別輝度対比との関係を示す表である。
【表８】
0003963299.tif 000027
【表９】
0003963299.tif 000028
表８は、上欄が検出波長（ｄｅｇ）、中欄が（ａ）背景に植裁の有る場合、下欄が（ｂ）背景にポスタの有る場合である。
【００７４】
表９は、上欄が検出波長（ｄｅｇ）、中欄が（ａ）背景に植裁の有る場合、下欄が（ｂ）背景にポスタの有る場合であり、中欄および下欄は、さらにそれぞれ輝度差（ｃｄ／ｍ2 ）の欄、平均輝度（ｃｄ／ｍ2 ）の欄および輝度対比の欄に分かれている。
表８に示すように、輝度比において、（ａ）背景に植裁の有る場合では、検出波長２（ｄｅｇ）で明確なピークがあり、最大値は、約３．４６である。（ｂ）背景にポスタの有る場合では、全体的に値が低く明確なピークを持たないが、検出波長１（ｄｅｇ）で最大値は、約１．３５である。
【００７５】
一方、表９に示すように、輝度対比においても輝度比と同様な傾向を示し、（ａ）背景に植裁の有る場合では、検出波長２（ｄｅｇ）で明確なピークがあり、最大値は、約２．３５である。（ｂ）背景にポスタの有る場合では、全体的に値が低く明確なピークを持たないが、検出波長１（ｄｅｇ）で最大値は、約０．２７２である。
【００７６】
このように、（ａ）背景に植裁の有る場合では、検出波長２（ｄｅｇ）で輝度比が３．４５６７４２と、輝度対比が２．３５３０６と定量された。一方、（ｂ）背景にポスタの有る場合では、検出波長１（ｄｅｇ）で輝度比が１．３５４６７８と、輝度対比が０．２７１８６と定量された。
ここで、対象領域の中心がずれていないか検証した。
【００７７】
表１０は、中心位置と輝度対比との関係を示す表である。
【表１０】
0003963299.tif 000029
表１０は、（ａ）背景に植裁の有る場合における検出波長２（ｄｅｇ）に対応する輝度分布画像のデータを用いて、対象領域Ｑcdかから上下左右１ドットずつ変化させて計算した結果である。すなわち、対象領域がＱc-1d-1、Ｑc-1d、Ｑc-1d+1、Ｑcd-1、Ｑcd、Ｑcd+1、Ｑc+1d-1、Ｑc+1dおよびＱc+1d+1である場合について、図７のフローチャートに従い輝度対比を求めたものである。表１０の（０、０）が対象領域Ｑcdの輝度対比である。
【００７８】
表１０より、設定した中心点がほぼ対象領域に相当する適切な位置であったことがわかる。
本発明による定量方法によれば、背景が複雑な場合でも、客観的に適切に輝度の対比を定量することができる。このため、照明器具による照明の効果または背景の効果を定量的に比較検討することができる。
【００７９】
例えば、本実施形態のように、机上にある木彫りの人形に施されたスポットライトの背景の相違によって生じる効果を、算出された輝度の対比を比較することによって検討することができる。
なお、本実施形態のＳ４では、輝度分布画像に対し式２（式５）を用いて畳み込み演算を行ったが、輝度分布画像をフーリエ変換し、変換結果に式１を乗算し、乗算結果を逆フーリエ変換してもよい。
【００８０】
そして、本実施形態では、カラー画像のデータを使用したがこれに限定されるものではなく、白黒の画像データや赤・緑などの単色の画像データから輝度分布画像を得てもよい。このような場合では、単色光による光環境の設計に本発明を利用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明では、客観的に輝度の対比を定量することができ、求められた輝度の対比の値は、空間内の明るさの変化のバランスを客観的に表現した値である。このため、光環境の計画を行う照明デザイナーは、本定量方法による輝度の対比を利用することにより、設計した照明が空間内に意図した明るさの変化を実現しているか否かを適切に評価することができる。本発明は、照明器具の開発者および都市や建物内における空間の照明計画を行うデザイナーにとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す図である。
【図２】フィルタ関数を示す図である。
【図３】フィルタ関数と計算精度との関係を示す図である。
【図４】対象領域の大きさと検出波長との関係を示す図である。
【図５】検出波長を変化させた場合における重み付け加算結果の変化を示す図である。
【図６】本実施形態における定量装置のブロック図である。
【図７】本実施形態のフローチャートを示す図である。
【図８】デジタルカメラで撮影した本実施形態の定量対象物をディスプレイ上に表示した中間調画像を示す図である。
【符号の説明】
１０１  フロッピーディスク
１２０  電子式カメラ
１２８  中央処理装置
１２９  記憶装置
【図１】
0003963299.tif 000042
【図２】
0003963299.tif 000043
【図３】
0003963299.tif 000044
【図４】
0003963299.tif 000045
【図５】
0003963299.tif 000046
【図６】
0003963299.tif 000047
【図７】
0003963299.tif 000048
【図８】
0003963299.tif 000049