(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として蓄積する画像蓄積手段と、
前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する鏡面反射成分除去手段と、
前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する拡散反射成分除去手段と、を有し、
前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、
前記鏡面反射成分除去手段は、
前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行う手段と、
正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算する手段と、
前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とする手段と、
を有することを特徴とする画像変換装置。
【請求項２】
前記画像読取装置は、
前記撮影対象が置かれた固定面に固定し、内部に形成された発光素子から照射される光を用いて外光を遮断しながら前記撮影対象を撮影することを特徴とする請求項１に記載の画像変換装置。
【請求項３】
前記拡散反射成分除去手段は、
前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行う手段と、
前記正規化された画像に対して輝度調整係数を乗算し、当該平滑化された画像から当該乗算された値を除算し、仮想背景色面画像とする手段と、
前記仮想背景色面画像に対してネガポジ反転を行う手段と、
ネガポジ反転された反転画像に対して第３の輝度調整係数を乗算し、前記鏡面反射成分除去後の画像に当該乗算された値を加算する手段と、
当該平滑化された画像に第４の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記鏡面反射成分除去後の画像が当該閾値よりも小さい場合には前記鏡面反射成分除去後の画像を拡散反射成分除去後の画像とし、前記鏡面反射成分除去後の画像が当該閾値以上の場合には、前記加算された値を拡散反射成分除去後の画像とする手段と、
前記拡散反射成分除去後の画像に対して２値化用閾値を用いて２値化を行う手段と、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像変換装置。
【請求項４】
前記撮影対象の素材の種類に応じて最適化された前記第１〜第４の輝度調整係数及び前記２値化用閾値に加えて、前記各素材の背景色面画像と模様色面画像を夫々蓄積しておく蓄積手段を更に有し、
前記鏡面反射成分除去手段は、ある素材の種類に対応する前記第１の輝度調整係数及び前記第２の輝度調整係数を用いて前記撮影対象画像から鏡面反射成分を除去し、前記拡散反射成分除去手段は、当該素材の種類に対応する前記第３の輝度調整係数と前記第４の輝度調整係数と前記２値化用閾値とを用いて前記鏡面反射成分除去後の画像から拡散反射成分を除去することを各素材の種類に対して繰り返すことを特徴とする請求項３に記載の画像変換装置。
【請求項５】
前記撮影対象の背景は白色であって、当該背景上に描画された模様は黒色であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像変換装置。
【請求項６】
画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として画像蓄積手段に蓄積する第１ステップと、
前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する第２ステップと、
前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する第３ステップと、を有し、
前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、
前記第２ステップは、
前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行うステップと、
正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算するステップと、
前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とするステップと、
を有することを特徴とする画像変換方法。
【請求項７】
コンピュータに、
画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として画像蓄積手段に蓄積する第１処理と、
前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する第２処理と、
前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する第３処理と、を実行させ、
前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、
前記第２処理は、
前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行う処理と、
正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算する処理と、
前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とする処理と、
を実行させることを特徴とする画像変換プログラム。
【請求項８】
コンピュータに、
画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として画像蓄積手段に蓄積する第１処理と、
前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する第２処理と、
前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する第３処理と、を実行させ、
前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、
前記第２処理は、
前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行う処理と、
正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算する処理と、
前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とする処理と、
を実行させることを特徴とする画像変換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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラで読み取った画像を変換する画像変換装置、画像変換方法、画像変換プログラム及び画像変換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の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
幾何学的模様内の情報を読み取る従来の画像読取装置は、幾何学的模様を読み取るレンズの画角が狭いため、画像読取装置の視野角に幾何学的模様を収める作業や、幾何学的模様との距離を調整する作業を伴うものであった。そのため、この画像読取装置を利用する場合には、幾何学的模様の読み取りに失敗する可能性が高く、幾何学的模様を読み取るために時間を費やすものであった。
【０００３】
現在では、図１６に示すように、ある場所に置かれた幾何学的模様を有する撮影対象を覆い囲むように固定して幾何学的模様を読み取る画像読取装置が存在している。この画像読取装置は、自身を固定した状態で幾何学的模様を確実に撮影できるように対象画像とカメラとの距離が予め調整されているため、上述したような利用者による調整作業を減らすことが可能となっている。しかしながら、対象画像を覆うことで外光が遮断されるため、撮影時に必要となる光量が不足して幾何学的模様の読取精度が低下する可能性がある。ゆえに、光量不足を補うためにカメラの近隣にＬＥＤ等の発光素子が取り付けられ、この発光素子から放射される光を用いて対象画像上の幾何学的模様を読み取ることが可能となっている。なお、このような画像読取装置に関連する技術が、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２２７９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、撮影空間が狭い画像読取装置の場合には前述した発光素子を利用することで狭いスペースで簡易に撮像できるというメリットがあるものの、１つの発光素子を用いて撮影するため、幾何学的模様に対して一様に光を当てることが困難であるという問題があった。また、発光素子から遠い場所に位置する対象画像についても確実に撮影するために光を明るくした場合には、過大な光量により発光素子に近い部分が白とびするという問題があった。
【０００５】
一方、撮影された画像に対して画像処理を行うことで幾何学的模様を抽出することも可能である。具体的には、幾何学的模様を撮影した撮影画像（図１７）から幾何学的模様の無い背景画像（図１８）を差し引く背景差分法により幾何学的模様を抽出し（図１９）、抽出された幾何学的模様に対して２値化処理を行う方法である（図２０）。しかしながら、発光素子から出力された光量の多い白とび部分（図２０に示す点線部分）を確実に復元処理することは極めて困難であって、結果として幾何学的模様が潰れてしまうため、幾何学的模様の読取精度が低下するという問題があった。
【０００６】
また、撮影された画像を用いて、幾何学的模様を該撮影画像から探索することも方法も存在するが、撮影による量子化及び２値化処理による撮影領域の満ち欠けによる誤差や、探索誤差が生じるという問題もあった。
【０００７】
更に、撮影しようとする画像全体の平均輝度を判断し、この平均輝度分布が一様となるように自動で露出調整する自動露出補正機能を具備した画像読取装置を用いたとしても、画像の広範囲を一様に露出補正するため、明るい部分から暗い部分まで幅広い輝度分布を持つ場合には、部分的に白とび又は黒とびする部分がやはり存在する可能性があるという問題があった。
【０００８】
更にまた、光の一様性を実現するために発光素子を増加することも一案であるが、前述したような狭い空間では発光素子を組み込む位置を確保することが困難であり、デザインに影響するという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、外光に左右されず、発光素子のみの一定の状況下で従来技術よりも幾何学的模様の読取精度が高い画像に変換する画像変換装置、画像変換方法、画像変換プログラム及び画像変換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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として蓄積する画像蓄積手段と、前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する鏡面反射成分除去手段と、前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する拡散反射成分除去手段と、を有し、前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、前記鏡面反射成分除去手段は、前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行う手段と、正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算する手段と、前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とする手段と、を有することを要旨とする。
【００１１】
本発明にあっては、鏡面反射成分除去手段が、背景上に所定の模様が描画された撮影対象が画像読取装置で撮影された際に、その模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去し、拡散反射成分除去手段が、鏡面反射成分が除去された画像から撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去するため、従来技術よりも模様の読取精度が高い画像に変換することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の本発明は、前記画像読取装置が、前記撮影対象が置かれた固定面に固定し、内部に形成された発光素子から照射される光を用いて外光を遮断しながら前記撮影対象を撮影することを要旨とする。
【００１３】
本発明にあっては、画像読取装置が、撮影対象が置かれた固定面に固定し、内部に形成された発光素子から照射される光を用いて外光を遮断しながら撮影対象を撮影するため、周囲の光の状況や撮影対象に対する距離や撮影対象を画像読取装置の視野角に入れる等の調整作業を伴うことなく、簡易に模様を読み取ることができる。また、外光の影響を避けることで模様の読取精度を向上することができる。更に、その模様を読み取る時間を短縮することができ、ユーザの利便性を高めることができる。
【００１５】
請求項３に記載の本発明は、前記拡散反射成分除去手段が、前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行う手段と、前記正規化された画像に対して輝度調整係数を乗算し、当該平滑化された画像から当該乗算された値を除算し、仮想背景色面画像とする手段と、前記仮想背景色面画像に対してネガポジ反転を行う手段と、ネガポジ反転された反転画像に対して第３の輝度調整係数を乗算し、前記鏡面反射成分除去後の画像に当該乗算された値を加算する手段と、当該平滑化された画像に第４の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記鏡面反射成分除去後の画像が当該閾値よりも小さい場合には前記鏡面反射成分除去後の画像を拡散反射成分除去後の画像とし、前記鏡面反射成分除去後の画像が当該閾値以上の場合には、前記加算された値を拡散反射成分除去後の画像とする手段と、前記拡散反射成分除去後の画像に対して２値化用閾値を用いて２値化を行う手段と、を有することを要旨とする。
【００１６】
請求項４に記載の本発明は、前記撮影対象の素材の種類に応じて最適化された前記第１〜第４の輝度調整係数及び前記２値化用閾値に加えて、前記各素材の背景色面画像と模様色面画像を夫々蓄積しておく蓄積手段を更に有し、前記鏡面反射成分除去手段は、ある素材の種類に対応する前記第１の輝度調整係数及び前記第２の輝度調整係数を用いて前記撮影対象画像から鏡面反射成分を除去し、前記拡散反射成分除去手段は、当該素材の種類に対応する前記第３の輝度調整係数と前記第４の輝度調整係数と前記２値化用閾値とを用いて前記鏡面反射成分除去後の画像から拡散反射成分を除去することを各素材の種類に対して繰り返すことを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の本発明は、前記撮影対象の背景は白色であって、当該背景上に描画された模様は黒色であることを要旨とする。
【００１８】
請求項６に記載の本発明は、画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として画像蓄積手段に蓄積する第１ステップと、前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する第２ステップと、前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する第３ステップと、を有し、前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、前記第２ステップは、前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行うステップと、正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算するステップと、前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とするステップと、を有することを要旨とする。
【００１９】
請求項７に記載の本発明は、コンピュータに、画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として画像蓄積手段に蓄積する第１処理と、前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する第２処理と、前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する第３処理と、を実行させ、前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、前記第２処理は、前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行う処理と、正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算する処理と、前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とする処理と、を実行させることを要旨とする。
【００２０】
請求項８に記載の本発明は、コンピュータに、画像読取装置で撮影され、背景上に所定の模様が描画された撮影対象を撮影対象画像として画像蓄積手段に蓄積する第１処理と、前記撮影対象画像を前記画像蓄積手段から読み出して、前記撮影対象が撮影された際に前記模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する第２処理と、前記鏡面反射成分が除去された画像から前記撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去する第３処理と、を実行させ、前記画像蓄積手段は、前記模様の色と同色のみを有する模様色面を撮影した模様色面画像と、前記背景の色と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを更に蓄積しておき、前記第２処理は、前記画像蓄積手段から読み出した前記模様色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像の画素深度に対して正規化を行う処理と、正規化された画像に対して第１の輝度調整係数を乗算し、前記撮影対象画像から当該乗算された値を除算する処理と、前記画像蓄積手段から読み出した前記背景色面画像に対して平滑化を行い、平滑化された画像に第２の輝度調整係数を乗算した値を閾値とし、前記撮影対象画像が当該閾値よりも小さい場合には前記撮影対象画像を鏡面反射成分除去後の画像とし、前記撮影対象画像が当該閾値以上の場合には、前記除算された値を鏡面反射成分除去後の画像とする処理と、を実行させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外光に左右されず、発光素子のみの一定の状況下で従来技術よりも幾何学的模様の読取精度が高い画像に変換する画像変換装置、画像変換方法、画像変換プログラム及び画像変換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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
本発明は、ある画像をカメラで撮影した場合に、撮影時に照射された光の照明効果を除去することにより、その画像上に描画された幾何学的模様を抽出する抽出精度を向上することを目的としている。具体的には、所定の照明環境下で撮影された撮影対象画像に対して照明成分の逆変換を行うこと、換言すれば、撮影対象画像に対して鏡面反射成分及び拡散反射成分を除去することにより、画像上の幾何学的模様をロバストに抽出して読取精度を向上するものである。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る画像変換装置の機能ブロックを示す機能ブロック図である。この画像変換装置１００は、撮影対象を読み取るカメラ装置１０と、カメラ装置１０で読み取られた撮影対象を撮影対象画像として蓄積する画像蓄積部２０と、蓄積された撮影対象画像から鏡面反射成分を除去する鏡面反射成分除去部３０と、鏡面反射成分が除去された画像から拡散反射成分を除去する拡散反射成分除去部４０と、拡散反射成分が除去された画像の歪曲収差を補正する歪曲収差補正部５０と、補正された画像を認識するデコード部６０とを備えた構成である。
【００２５】
カメラ装置１０は、図２に示すように、中央内部に広角レンズ（球面レンズ）１１を備えると共に広角レンズ１１の近傍に発光素子として機能するＬＥＤ１２を具備している。そして、カメラ装置１０は、白色紙面上に黒色インクによって幾何学的模様が描画された撮影対象を覆うように内部空間に配置し、この撮影対象が置かれた固定面に固定して、外光を遮断しながらＬＥＤ１２から照射される光を用いてその撮影対象を撮影する。そして、広角レンズ１１を介して撮影された撮影対象を読み取る機能を有する。なお、本実施の形態では、白色の背景上に黒色の幾何学的模様が描画された二次元コードを撮影対象の一例として説明する。なお、撮影対象の色は白色及び黒色に限定されることはなく、背景から幾何学的模様を判断（抽出）できる色の組み合わせであればどのような色であってもよい。また、カメラ装置１０は、球面レンズに代えて、非球面レンズで構成されるものであってもよい。
【００２６】
画像蓄積部２０は、カメラ装置１０で読み取られた撮影対象を撮影対象画像として一端蓄積する機能や、幾何学的模様の色（本実施の形態では黒色）と同色のみを有する幾何学的模様色面を撮影した幾何学的模様色面画像と、背景の色（本実施の形態では白色）と同色のみを有する背景色面を撮影した背景色面画像とを蓄積しておく機能を有し、例えばパソコンのメモリやハードディスク等で実現可能である。
【００２７】
続いて、鏡面反射成分除去部３０及び拡散反射成分除去部４０が有する夫々の具体的な機能について説明する。具体的には、前述した撮影対象画像を用いた場合における幾何学的模様の効果的な抽出方法について説明し、その説明の中で、鏡面反射成分除去部３０及び拡散反射成分除去部４０の各機能について説明する。
【００２８】
まず、任意の物体（撮影対象に相当）が視線方向（広角レンズ１１が存在する方向）に放つ輝度の強さをモデル化した一般式（以降、「レンダリング方程式」と称する）を式（１）に示す。図３は、図２に示すカメラ装置１０（広角レンズ１１及びＬＥＤ１２）と撮影対象との関係をレンダリング方程式の各変数に対応させた図である。
【数１】
0005009865.tif 000002
【００２９】
但し、ｘは、任意の物体上における任意点である。ωは、視線ベクトルである。Ｌｏ（ｘ，ω）は、任意点ｘが視線ベクトルωに放射する放射輝度である。Ｌｅ（ｘ，ω）は、任意の物体が自己発光体である場合に視線ベクトルωに放射する放射輝度である。Ωは、任意点ｘを包括する天球の面全体である。ω’は、任意点ｘから天球上における任意の点への任意ベクトルである。ｆｒ（ｘ，ω，ω’）は、任意点ｘに入射した光が視線ベクトルωにどれだけの光を反射するかを決定付けるものであって、任意の物体が備える物性に応じて決定される双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ：Bidirectional Reflectance Distribution Function）である。Ｌｉ（ｘ，ω’）は、ベクトルω’から任意点ｘに入射する入射光の輝度である。ｎは、ｘにおける法線ベクトルである。
【００３０】
まず、式（１）に示すＬｅ（ｘ，ω）について検討する。Ｌｅ（ｘ，ω）は、前述したように任意の物体が自己発光体である場合に該物体が視線ベクトルωに放射する放射輝度を表すが、本実施の形態の場合には、撮影対象である任意の物体は単に幾何学的模様が描画された白色紙面であって自己発光体でないため、この成分は常に０（零）となる。
【００３１】
次に、式（１）に示すｆｒ（ｘ，ω，ω’）について検討する。一般に、ＢＲＤＦの計測には実空間の計測対象にあらゆる角度から光を照射し、視線ベクトルωに反射するスペクトルの強さを計測する。ＢＲＤＦを用いればシミュレーションでも極めて現実的な質感を再現できるが、モデル化することは非常に困難である。そのため、本実施の形態では、ｆｒ（ｘ，ω，ω’）を拡散反射（Ｄｉｆｆｕｓｅ＝ｆｄ（ｘ，ω，ω’））と鏡面反射（Ｓｐｅｃｕｌａｒ＝ｆｓ（ｘ，ω，ω’））との２つの成分に分離して近似的に計算するものとする。
【００３２】
続いて、任意ベクトルω’から任意点ｘに入射する入射光の輝度Ｌｉ（ｘ，ω’）について検討する。本実施の形態では、前述したように外部からの光を遮断し、図３に示す場合にあっては任意の物体の天球をドーム状に覆っているため、外部からの光の入射はない。故に、Ｌｉ（ｘ，ω’）を、ＬＥＤ１２が任意の物体を直接照らす直接光と、任意の物体の表面で反射した光が他の物体を照らす間接光との２つに分離する。ＬＥＤ１２の輝度が常に一定であり変化しないと仮定すると、ＬＥＤ１２から任意の物体に直接到達する直接光の強さは常に一定で変化しない。一方、任意の物体やドーム状に覆うカメラ装置１０の外壁で反射して再びｘに入射する間接光は、前述のＢＲＤＦによって減衰する。この減衰率は物性よって異なり、任意の物体としての紙面の種類や幾何学的模様を描画するインクの種類にも左右されるため、一意に定めることができない。しかし、カメラ装置１０の外壁は変化せず、また、幾何学的模様を描画するインク等の影響による間接光の変化量は微量のため、この間接光の変化は考慮しないものとする。そのため、本実施の形態では、白色紙面のみを撮影したときの画像を標準画像とし、このときの光の状態をＬｉ（ｘ，ω’）とする。つまり、Ｌｉ（ｘ，ω’）は既知のものとして扱うものとする。
【００３３】
以上より、式（１）に示したレンダリング方程式は、拡散反射と鏡面反射の分離によって式（２）に示すように変形することができる。
【数２】
0005009865.tif 000003
【００３４】
Ｌｏ（ｘ，ω）は、広角レンズ１１を介してカメラ装置１０で撮影された画像そのものを表しており、前述したように、任意の物体上における任意点ｘが視線ベクトルωに放射する放射輝度を表している。より具体的に言えば、撮影対象画像上の各二次元座標位置に夫々対する各画素値（輝度値）を意味している。
【００３５】
また、任意の物体の法線ベクトルｎが鉛直上向きと仮定すると、式（２）における未知の値はｆｄ（ｘ，ω，ω’）とｆｓ（ｘ，ω，ω’）に限定されることになる。鏡面反射ｆｓ（ｘ，ω，ω’）の出力値は、任意の物体が備える物性や視点の位置，照明の位置によって異なるものの、鏡面反射とは入射した光を正反射方向に反射する光であり物体の色を決定付けるものではない。そのため、幾何学的模様を抽出する処理は、ｆｄ（ｘ，ω，ω’）を求める処理と略同義と言える。故に、以降では、式（２）を用いてｆｄ（ｘ，ω，ω’）を計算する具体的方法について説明する。
【００３６】
まず、図１７に示した幾何学的模様のインク内の輝度が高くなる要因について考える。幾何学的模様の描画には黒色インクが使用されているが、理想的な黒色は全ての可視光線を吸収するため、如何なる光が照射されようと一切の拡散反射を起こさない。そのため、黒色インク内の輝度が高くなる要因は、インク表面で鏡面反射された光であると推測することができる。
【００３７】
ゆえに、鏡面反射成分除去部３０は、画像蓄積部２０に蓄積された撮影対象画像を読み出して、この撮影対象画像から黒色インクの表面で反射した光の鏡面反射成分を除去する。具体的には、最初に、鏡面反射成分除去部３０は、撮影対象の模様の色（本実施の形態では黒色）と同色の黒色インクのみで塗りつぶされた黒色紙面をカメラ装置１０で予め撮影しておき、その黒色紙面の画像（前述の幾何学的模様色面画像に相当）を画像蓄積部２０に蓄積しておく（ステップＳ１０１）。図４は、撮影された黒色紙面の画像を示す図である。ＬＥＤ１２からの光の照射により、左側中央付近が若干白くなっていることが把握できる。
【００３８】
ステップＳ１０１で蓄積されている画像は、紙面上の凹凸やカメラの光感素子によるノイズの影響をうけているため、鏡面反射成分除去部３０は、その画像に対して平滑化した後に画像の画素深度に正規化を行う（ステップＳ１０２）。図５は、平滑化及び正規化後の黒色紙面の画像を示す図である。ここで得られた平滑化及び正規化後の画像が鏡面反射成分（Ｓｐｅｃ（＝Ｓｐｅｃｕｌａｒ））となる。
【００３９】
ステップＳ１０２で得られた画像は平均輝度値が低いため、カメラ装置１０が具備する自動露出補正機能によって明るさが補正されている可能性が高い。そのため、鏡面反射成分除去部３０は、Ｓｐｅｃに輝度調整係数ｋＳを乗算し、画像蓄積部２０から読み出した撮影対象画像（Ｉｎｐｕｔ）からその乗算された値を除算して、鏡面反射成分を除去する（ステップＳ１０３）。カメラ装置１０が自動露出補正機能を具備しない場合には、ＩｎｐｕｔからＳｐｅｃを単純除算して、鏡面反射成分を除去することも無論可能である。
【００４０】
しかし、そのまま除算を行うと幾何学的模様の背景である白色紙面の輝度と同じ輝度まで落とされてしまうため、幾何学的模様の抽出精度が低下する可能性がある。そのため、鏡面反射成分除去部３０は、カメラ装置１０で予め撮影されて画像蓄積部２０に蓄積されている背景の色（本実施の形態では白色）と同色の白色のみの白色紙面の画像（前述の背景色面画像に相当，図１６参照）に対して平滑化を行い、平滑化された画像（Ｂａｓｅ）に輝度調整係数ＴｈＳを乗算した値を閾値とし、式（３）に示すように、Ｉｎｐｕｔが閾値よりも小さい場合にはＩｎｐｕｔを鏡面反射成分除去後の画像（ＲｍＳｐｅｃ）とし、Ｉｎｐｕｔが該閾値以上の場合には、ステップＳ１０３の計算結果をＲｍＳｐｅｃとする（ステップＳ１０４）。図６は、鏡面反射成分除去後の画像を示す図である。なお、ＲｍＳｐｅｃとは、「Ｒｅｍｏｖｅ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ（鏡面反射成分を取り除く意）」の略である。
【数３】
0005009865.tif 000004
【００４１】
なお、カメラ装置１０が自動露出補正機能を具備していない場合には、ステップＳ１０３を行うことなく、式（３）に示す輝度調整係数ｋＳの値を「１」にすることでも同様の効果が得られる。
【００４２】
以上から、式（２）は、式（４）で示すように変形することが可能となる。
【数４】
0005009865.tif 000005
【００４３】
続いて、拡散反射成分除去部４０は、鏡面反射成分が除去された画像から白色紙面の表面で反射した光の拡散反射成分の照明効果を除去する。式（４）に示す左辺に存在する積分内のｆｄ（ｘ，ω，ω’）を容易に計算することが難しいため、本実施の形態では、白色紙面に対する黒色インクの幾何学的模様の特徴を考える。即ち、白色紙面は既知の照明効果の影響を受けて陰影が付いて濃淡が現れている。理想的な白色は入射した可視光線を全て反射するため、ｆｄ（ｘ，ω，ω’）を０．０〜１．０に正規化すると、白色紙面のｆｄ（ｘ，ω，ω’）は常に１．０とみなすことができる。故に、陰影が付いた白色紙面を白色に戻すために、ステップＳ１０４で予め撮影されている白色のみの白色紙面の画像に対してネガポジ反転（白黒反転）を行い、そのネガポジ反転画像を式（３）で示すＲｍＳｐｅｃに加算することにより簡易的に白色に戻すことが可能となる。しかしながら、ネガポジ反転前の白色紙面の画像は、拡散反射成分だけではなく、鏡面反射成分やノイズを含んでいる。
【００４４】
そのため、まず、拡散反射成分除去部４０は、画像蓄積部２０に既に蓄積されている白色のみの白色紙面の画像に対して平滑化を行う（ステップＳ２０１）。
【００４５】
次に、拡散反射成分除去部４０は、ステップＳ１０２で得られた画像（Ｓｐｅｃ）に弱めの輝度調整係数ｋｒｍを乗算した値を計算し、ステップＳ２０１で計算された平滑化後の画像（Ｂａｓｅ）からその乗算値を除算して、拡散成分のみの光を受けた仮想的な白色紙面画像（ＢａｓｅＲｍＳｐｅｃ）を計算する（ステップＳ２０２）。図７は、拡散成分のみの光を受けた仮想的な白色紙面の画像を示す図である。
【００４６】
その後、拡散反射成分除去部４０は、その白色紙面画像（ＢａｓｅＲｍＳｐｅｃ）に対してネガポジ反転を行う（ステップＳ２０３）。図８は、白色紙面画像を反転した反転画像（ＩｎｖｅｒｓｅＢａｓｅＲｍＳｐｅｃ）を示す図である。
【００４７】
そして、拡散反射成分除去部４０は、鏡面反射成分除去部３０で行った鏡面反射成分の除去処理と同様に輝度調整を行うため、ＩｎｖｅｒｓｅＢａｓｅＲｍＳｐｅｃに輝度調整係数ｋｄを乗算し、ＲｍＳｐｅｃにその乗算された値を加算して、拡散反射成分を除去する（ステップＳ２０４）。
【００４８】
しかし、単純な加算式では幾何学的模様の輝度が上昇する可能性がある。そのため、拡散反射成分除去部４０は、上記平滑化後の画像（Ｂａｓｅ）に輝度調整係数Ｔｈｄを乗算した値を閾値とし、式（５）に示すように、ＲｍＳｐｅｃが閾値よりも小さい場合にはＲｍＳｐｅｃを拡散反射成分除去後の画像（ＲｍＤｉｆｆｕｓｅ）とし、ＲｍＳｐｅｃが該閾値以上の場合には、ステップＳ２０３の計算結果をＲｍＤｉｆｆｕｓｅとする（ステップＳ２０５）。図９は、拡散反射成分除去後の画像を示す図である。なお、ＲｍＤｉｆｆｕｓｅとは、「Ｒｅｍｏｖｅ  Ｄｉｆｆｕｓｅ（拡散反射成分を取り除く意）」の略である。
【数５】
0005009865.tif 000006
【００４９】
図９によれば、画像の左上・左下に若干のノイズが現れているが、幾何学的模様の読取精度に影響はない。
【００５０】
最後に、拡散反射成分除去部４０は、式（５）で得られたＲｍＤｉｆｆｕｓｅに対して２値化用閾値ＴｈＢｉｎａｒｙを用いて２値化を行う（ステップＳ２０６）。図１０は、２値化処理後の出力画像を示す図である。
【００５１】
以上のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４，ステップＳ２０１〜ステップＳ２０６によれば、五次元の変数群（ＴｈＳ，ｋＳ，Ｔｈｄ，ｋｄ，ＴｈＢｉｎａｒｙ）を使用するたけで、背景差分法＋２値化の処理よりも光の変化に耐性のある幾何学的模様を抽出することが可能となる。
【００５２】
なお、上記の如く幾何学的模様を得た場合であっても、図１１に示すように、広角レンズの歪曲収差によりレンズの中心から離れるほど歪みが発生し、携帯電話などで利用されている読み取り技術では読取精度が低下する可能性が残る。
【００５３】
そこで、歪曲収差補正部５０は、カメラ装置１０が具備するレンズが非球面レンズであっても球面レンズと想定して、鏡面反射成分及び拡散反射成分が除去された除去画像を補正する。具体的には、図１２に示すように、曲率ｒの球面レンズの焦点を光源とした場合に、この球面レンズを介して除去画像上（図１２に示すａ−ｂ面上）の等間隔な複数の任意点を除去画像の平行面（図１２に示すｃ−ｄ面上）に投影する。そして、それら複数の任意点の二次元位置座標と、投影された複数の投影点の二次元位置座標とを用いて、それら任意点が投影点に移動した二次元移動距離を計算する。その後、歪曲収差補正部５０は、除去画像の各ピクセルに対して二次元移動距離を反映して除去画像を補正する。ここでいう反映とは、例えば、各ピクセル上の画像を除去画像の中心方向に二次元移動距離分だけ移動させることを意味している。これらの処理動作により、図１３に示すように除去画像を補正することが可能となる。
【００５４】
本実施の形態によれば、鏡面反射成分除去部３０が、背景上に所定の模様が描画された撮影対象がカメラ装置１０で撮影された際に、その幾何学的模様の表面で反射した光の鏡面反射成分を除去し、拡散反射成分除去部４０が、鏡面反射成分が除去された画像から撮影対象の表面で反射した光の拡散反射成分を除去するので、従来技術よりも幾何学的模様の読取精度が高い画像に変換することが可能となる。
【００５５】
本実施の形態によれば、カメラ装置１０が、撮影対象が置かれた固定面に固定し、内部に形成された発光素子から照射される光を用いて外光を遮断しながら撮影対象を撮影するので、周囲の光の状況や撮影対象に対する距離や撮影対象を画像読取装置の視野角に入れる等の調整作業を伴うことなく、簡易に幾何学的模様を読み取ることができる。また、外光の影響を避けることで幾何学的模様の読取精度を向上することができる。更に、幾何学的模様を読み取る時間を短縮することができ、ユーザの利便性を高めることができる。
【００５６】
〔第２の実施の形態〕
図１４は、第２の実施の形態に係る画像変換装置の機能ブロックを示す機能ブロック図である。この画像変換装置１００は、第１の実施の形態で説明した画像変換装置１００と略同様の構成を備えているが、撮影対象の素材の種類に応じて最適化された各輝度調整係数（ＴｈＳ，ｋＳ，Ｔｈｄ，ｋｄ）及び２値化用閾値（ＴｈＢｉｎａｒｙ）を夫々蓄積しておく蓄積部７０を更に備えた構成である。
【００５７】
背景の色がたとえ同色であっても幾何学的模様が印刷されている撮影対象の素材によって前述した五次元変数群の最適値が異なるため、本実施の形態では、図１５に示すように撮影対象の素材に対する各変数の最適な値に加えて撮影対象の各素材の背景色面画像と幾何学的模様色面画像を予め蓄積部７０に蓄積しておき、各パターンの各値を用いて順次画像変換を実行することを特徴としている。
【００５８】
具体的には、鏡面反射成分除去部３０が、第１の実施の形態で説明したステップＳ１０１及びステップＳ１０２を実行した後に、「和紙」に対応する輝度調整係数（ｋＳ＝２）を用いてステップＳ１０３を実行し、同じ「和紙」に対する輝度調整係数（ＴｈＳ＝３）を用いてステップＳ１０４を実行して、撮影対象画像から鏡面反射成分を除去する（ステップＳ３０１）。
【００５９】
次に、拡散反射成分除去部４０が、第１の実施の形態で説明したステップＳ２０１〜ステップＳ２０３を実行した後に、同じ「和紙」に対する輝度調整係数（ｋｄ＝３）を用いてステップＳ２０４を実行し、同じ「和紙」に対する輝度調整係数（Ｔｈｄ＝１）を用いてステップＳ２０５を実行して、鏡面反射成分除去後の画像から拡散反射成分を除去する。そして、同じ「和紙」に対する２値化用閾値（ＴｈＢｉｎａｒｙ＝１５５）を用いてステップＳ２０６を実行して、２値化処理を行う（ステップＳ３０２）。
【００６０】
そして、第１の実施の形態と同様に、歪曲収差補正部５０による補正が行われた後（ステップＳ３０３）、デコード部６０が補正後の画像を認識する（ステップＳ３０４）。ここで画像が認識できない場合には、鏡面反射成分除去部３０及び拡散反射成分除去部４０は、蓄積部７０の次列に蓄積されている「光沢紙」に対する各値を用いてステップＳ３０１及びステップＳ３０２を繰り返し、再度、デコード部６０で画像の認識が行われる。以降、画像の認識が可能となるまで、各パターンの値を用いてステップＳ３０１〜ステップＳ３０４の処理が繰り返されることになる。画像の認識が可能となった時点又は全てのパターンが用いられた場合に、上記処理が終了する。
【００６１】
なお、カメラ装置１０及び画像蓄積部２０の機能については第１の実施の形態で説明したものと同様なので、ここではその具体的説明は省略している。
【００６２】
本実施の形態によれば、撮影対象の素材の種類に対する各変数の最適な値が予め蓄積部７０に蓄積され、それらの値に基づいて画像が認識されるまで画像変換が繰り返し行われるので、幾何学的画像の読取精度を更に向上することができる。
【００６３】
なお、各実施の形態で説明した画像変換装置１００は、コンピュータで構成され、各機能ブロックの各処理はプログラムで実行されるようになっている。また、本実施の形態で説明した画像変換装置１００の各動作をプログラムとして例えばＣＤ（Compact Disk）やＦＤ（Floppy（登録商標） Disk）等の記録媒体に記録して、この記録媒体をコンピュータに組み込んだり、若しくは記録媒体に記録されたプログラムを、任意の通信回線を介してコンピュータにダウンロードしたり、又は記録媒体からインストールし、該プログラムでコンピュータを動作させることにより、上述した各処理を画像変換装置１００として機能させることができるのは勿論である。また、このような記録媒体を用いることにより、その流通性を高めることが可能となることも付言しておく。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施の形態に係る画像変換装置の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【図２】カメラ装置の構成を示す構成図である。
【図３】カメラ装置と撮影対象画像との関係をレンダリング方程式の各変数に対応させた図である。
【図４】撮影された黒色紙面の画像を示す図である。
【図５】平滑化及び正規化後の黒色紙面の画像を示す図である。
【図６】鏡面反射成分除去後の画像を示す図である。
【図７】拡散成分のみの光を受けた仮想的な白色紙面画像を示す図である。
【図８】白色紙面画像を反転した反転画像を示す図である。
【図９】拡散反射成分除去後の画像を示す図である。
【図１０】２値化処理後の出力画像を示す図である。
【図１１】広角レンズの収曲収差により歪みを有する画像を示す図である。
【図１２】歪曲収差補正部における補正方法の概念を示す概念図である。
【図１３】補正前及び補正後の画像を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る画像変換装置の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【図１５】蓄積部が蓄積する変数値を示す図である。
【図１６】カメラ装置により撮影された画像を示す構成図である。
【図１７】幾何学的模様を撮影した撮影画像を示す構成図である。
【図１８】幾何学的模様の無い背景画像を示す構成図である。
【図１９】背景差分法により幾何学的模様が抽出された抽出画像を示す図である。
【図２０】２値化処理後の画像を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…カメラ装置
１１…広角レンズ
１２…ＬＥＤ
２０…画像蓄積部
３０…鏡面反射成分除去部
４０…拡散反射成分除去部
５０…歪曲収差補正部
６０…デコード部
７０…蓄積部
１００…画像変換装置
Ｓ１０１〜Ｓ１０４，Ｓ２０１〜Ｓ２０６，Ｓ３０１〜Ｓ３０４…ステップ
【図１】
0005009865.tif 000007
【図２】
0005009865.tif 000008
【図３】
0005009865.tif 000009
【図４】
0005009865.tif 000010
【図５】
0005009865.tif 000011
【図６】
0005009865.tif 000012
【図７】
0005009865.tif 000013
【図８】
0005009865.tif 000014
【図９】
0005009865.tif 000015
【図１０】
0005009865.tif 000016
【図１１】
0005009865.tif 000017
【図１２】
0005009865.tif 000018
【図１３】
0005009865.tif 000019
【図１４】
0005009865.tif 000020
【図１５】
0005009865.tif 000021
【図１６】
0005009865.tif 000022
【図１７】
0005009865.tif 000023
【図１８】
0005009865.tif 000024
【図１９】
0005009865.tif 000025
【図２０】
0005009865.tif 000026