画像電子学会研究会予稿17-01-04［招待講演］織物製造及び設計における画像処理の役割について
五十嵐哲也†

豊浦正広‡

茅暁陽‡

†山梨県産業技術センター 〒403-0004 山梨県富士吉田市下吉田 6-16-2‡山梨大学 〒400-8511 山梨県甲府市武田 4-3-11
あらまし 19 世紀のジャカード織機の誕生は情報科学の黎明期に影響を与え、現在は画像処理技術がジャカード織物の高度化に貢献している．ジャカード織物設計は経糸と緯糸の交差を表す二値情報の編集であるため画像処理の手法を導入することで高度化が可能であり、両者の協業は相互の研究領域を深める可能性がある．本稿では織物の歴史を概観しながら近年の研究からその一例を示し，織物製造における画像処理の役割について述べる．
キーワード 織物，ディザ，パンチカード，画像処理

Image Processing for Textile Production and Design
Tetsuya IGARASHI†

Masahiro TOYOURA‡

andXiaoyang MAO‡

†Yamanashi Industrial Technology Center 6-16-2 Shimoyoshida, Fujiyoshida-shi, Yamanashi, 403-0004 Japan‡University of Yamanashi 4-3-11 Takeda, Kofu-shi, Yamansahi, 400-8511 JapanAbstract The invention of Jacquard loom in the early 19th century made a great influence for the birth of information
science, and the image processing technology contributes to the development of jacquard textile in recent years. Since design
process of jacquard weaving basically consists of editing binary data; over-under relationship of warp and weft yarns, image
processing technology has a validity for upgrading them. This article describes an overview of the history of textile andinformation technology with examples of the study extending over both fields, and the possibility of image processing for
future textile production and design.
Keyword Textile，Dither，Punched card，Image Processing
1. 織 物 製 造 及 び 設 計 に つ い て

こ の パ ン チ カ ー ド に よ る 情 報 処 理 を 応 用 し て C.バ ベ

1.1. 織 物 の歴 史 的 発 展

ッジはプログラム可能な計算機を世界で初めて考案 ，糸から形成される平面状の構造物には大別して編1887 年 に は H.ホ レ リ ス が パ ン チ カ ー ド シ ス テ ム を物，織物，不織布（フェルト）があり，それぞれ有史実用化して以降，コンピュータ以前の情報処理の主流以前からの歴史を持つ．なかでも織物は世界の多くのとなった．

文化で受け継がれる主要な技術であり，日本でも縄文現在のジャカード機構は，電子制御により 1 万本以

時 代 に は 織 物 が 製 造 さ れ て い た と さ れ る [ 1] ．そ の 発 展

上の経（たて）糸を操作し，コンピュータ以前には不過程において，織物製造に関する科学は染色化学，生可能だった巨大な意匠を実現することができる ．しか

物学，農学，工学など様々な学術分野にまたがり，織しパンチカード式の織機を使用している工場は現在で物は人類の科学技術とともに発展してきたといえる．

も少なくなく，山梨産地でもまだ数多くが稼働中である．

情報科学と織物との関わりについては，経糸を複雑に操作して柄を現出するジャカード織機の誕生に遡る．

1.2. 紋 データによる織 物 製 造 と設 計

いまあるジャカード織物のルーツは，紀元前後の中国織物製造に必要な情報を記録するうえで 紋紙（日本で 生 ま れ た 花 機 ま た は 提 花 機 （ 日 本 で は 空 引 機 ） [ 2] がで は 織 物 用 パ ン チ カ ー ド を 紋 紙 と い う ）が 有 効 な の は ，存在していたが，数百本以上の経糸一本ずつを同時に織物構造が経糸と緯糸の交差における上下関係という，

制 御 す る 本 格 的 な ジ ャ カ ー ド 織 機 は フ ラ ン ス の J.M.ジ

二値情報を最小基本単位としていることに由来する．

ャ カ ー ル に よ っ て 1801 年 に 実 用 化 さ れ た ．ジ ャ カ ー ル

経糸を上下だけでなく左右にも動かす紗織りのようなはそれまで人の手で行っていた経糸の制御を ，パンチ

特殊な例を除けば，織物の構造は次のように二値情報カードの読み取り機構によって自動化した．いわゆるで表すことが可能である．図 1 に示すように，例えばジャカード織機の誕生は，媒体に記録された情報を読織 物 組 織 図 で は 経 糸 が 上 の と き に「 ■ 」，紋 紙 上 で は 穴み取って機械を制御した人類初の事例と考えられる．

を あ け る こ と で 示 さ れ ，緯 糸 が 上 の 交 差 は「 □ 」，紋 紙

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上では穴を開けないことで示される．ただし，実際に計プロセスにおいて，図案と織物組織を関連付け，二は紋紙では織物構造を示す組織図だけでなく，織機の値データに変換する作業を紋処理と呼ぶ．現在紋処理

緯糸選択機構に用いる杼替えデータのように３か所のは紋処理用デザインシステムを用いて行われているが，穴 の 有 無 を 用 い て 3bit の 情 報 が 記 録 さ れ る 場 合 も あ る ．

ここで行われる画像処理は，デザイン画などの画像を1.3. 織 物 組 織 と制 約減色し，領域分割することと，織物組織のタイリング

経糸と緯糸の上下関係を示す織物組織図におけるを意匠図と呼ばれる表記法を用いて編集す ることの２「■・□」の配置パターンの違い により，織物組織はつからなる．紋処理はコンピュータ技術により大幅に

平 織・綾 織（ 斜 文 織 ）・繻 子 織（ 朱 子 織 ）と い う 三 原 組

省 力 化 さ れ て は い る が ， 基 本 的 に は 200 年 前 か ら 行 わ

織に大別される．これらは経糸及び緯糸の本数に対応れていた手作業をデジタル化したものといって良い．

して概ね数～十数マス四方程度のマトリクスで表される「完全組織」を最小単位とし，経糸・緯糸方向にタ

2. 織 物 に よ る グ ラ デ ー シ ョ ン 表 現

イリングして用いられ，糸が実際に織られたときには2.1. 増 点 法

織物組織は糸の立体構造に変換される ．

ジャカード織物は，前節で述べたように異なる組織を領域毎にタイリングして形作られるため，各領域の内部については平坦で一様なパターンとなっている．
一方，伝統的なジャカード織物技法の中には ，図 2 に示すように段階的に階調が変化するグラデーションを表現する増点法と呼ばれる手法がある．増点法は織物制約を守りつつ｛■：□｝比が段階的に変化する織物組織を並置することで，連続的な階調を実現する．しかし従来の増点法では段階数の少なさは避けられず ，緩やかなグラデーションを表現しようとする場合には ，熟練者による手作業を要するという課題がある．

図 1

織物組織図と三原組織

織物組織をもとに形成される生地の堅牢性や美的な外観を保持するために，織物組織には次のような条

図 2増点法による階調表現件が求められる．
(1) 交 差 が 起 こ ら な い 個 所 が 経 糸 ・ 緯 糸 方 向 と も に

2.2. 従 来 技 術 とその課 題一定の長さ以上続かないこと．

この課題を解決し発展させる手法として写真織と(2) 交 差 の 間 隔 の 長 短 の 差 が 経 糸 ・ 緯 糸 方 向 と も に呼ばれる技術が増点法をもとに提案されてきた．例え一定の範囲内であること．

ば Ng ら [ 3, 4] は 増 点 法 の 段 階 数 を 大 き く 増 や し ，デ ー タ

こ れ ら の う ち (1) が 守 ら れ な い 場 合 に は 糸 の 浮 き がベース化したそのバリエーションを用いることで ，カ長すぎることで糸が外力によって損傷したり引っ張りラー写真のように連続的に変化する階調と色彩を実現

出 さ れ た り と い う 弊 害 が 起 こ り ，(2)で は ノ イ ズ 状 の 外する手法を示した．しかしながら，筆者らはそれらの観をもたらすことになる．ここでは，これらを織物制手法では緩やかな階調のグラデーション において生じ約と呼ぶ．

る意図しない繰り返しパターン（アーティファクト）

1.4. 画 像 処 理 による織 物 設 計の発生，また織物組織サイズ未満の微細構造が再現でジャカード織物では，表現しようとする図案を領域きないことなどの課題を見出した ．

分割し，領域毎に異なる織物組織タイリングすることで織物上に柄を現出する．ジャカード織物設計におい

3. 課 題 解 決 の た め の 技 術 開 発ては図案中の領域数，使用する糸の素材，番手，密度

筆者らは前節で述べた課題を解決し，緩やかなグラなど製織条件を勘案しながら，織物制約のもとで適切デーションをはじめ，従来手法では表現できなかったな織物組織を選択することが求められるため，設計者

高精細な連続階調を織物上で再現するために，新たにには，複雑な作業と高度な技術が要求される．この設

織物組織生成に特化したディザマスクである ステッピ

14

画像電子学会研究会予稿17-01-04

ン グ デ ィ ザ マ ス ク を 用 い た 組 織 的 デ ィ ザ 法 [ 5] に よ る 画

輝 度 の 明 暗 に 応 じ て 出 力 画 素 を 0 と 255 へ 振 り 分 け る像 処 理 技 術 を 開 発 し た [ 6, 7] ．図 3 に ス テ ッ ピ ン グ デ ィ ザ

二 値 化 を 行 う ．そ の 領 域 を 定 義 す る た め に ，ま ず 図 4(a)マスクによる二値化処理の概要を示す ．に示すような，境界スロットという概念を用いる．

図 4
図 3

境界スロット

境界スロットは，入力画像のうち，二値化の結果とステッピングディザマスクと二値化結果

し て 交 互 に 現 れ る 0 と 255 の 境 界 に あ た り ， か つ 階 段状の閾値の各行における同じ段数のステップ，ここで3.1. ステッピングディザマスクとその最 適 化
ス テ ッ ピ ン グ デ ィ ザ マ ス ク は 増 点 法 の 段階数を最大いう同一のスロットに相当する領域である．そして境化した場合と同等の二値画像を出力するよう設計されたディ界スロットにおける各スロットのうち ，次の式で定めザマスクである．ステッピングディザマスクは織物制約を満ら れ た 範 囲 内 に あ る 画 素 値 を 持 つ 画 素 ， す な わ ち 対象

たす二値化結果を得るために，各行・列に一度の交差が起こ

画素に 対 し て ， 入 力 画 素 の 輝 度 の 明 暗 に 応 じ た 二 値 化

るよう 0 と 255 の閾値が各行・列に一つずつ含まれ，またそ処理を行う．の間の閾値についてはその名が示すように階段状に配置する．
d  R t  S /( n  2)

0 と 255 以外の閾 値 は ， 各 行 ・ 列 に 均 等 に 分 散 し て い な(1)

いと緩やかなグラデーションなど低周波領域においてアーティファクトを発生するため，筆者らは閾値の配数式 (1)において R t は，デザイナが階調差の強調度合を制置を厳密に記述する数列をオーダーユニットとして定御可能とするための係数である．S は入力画像のディザマス義し，閾値の偏りを数値化したコスト関数が最小とな

クサイズ内にある画素の標準偏差を表し，入力画像に含まれるオーダーユニットを求めることでステッピングディ

る微細構造の複雑さに応じて対象画素を増やす作用をもたら

ザ マ ス ク の 最 適 化 を 行 っ た [ 8] ． こ れ に よ る 二 値 化 技 術

す．値 n はディザマスクサイズにあたる．対象画素は ，図 4を ，こ こ で は OSD(Ordered Stepping Dithering)法 と 呼 称（ b）に 示 す よ う に 各スロットの閾値レンジの中央値から上する．

下に d の幅の範囲に画素値を持つ画素とする．この手法を，3.2. 微 細 構 造 の再 現 手 法閾値をレンジとして扱う二値化手法であることから

OSD 法 な ど の 組 織 的 デ ィ ザ 法 は ，一 つ の デ ィ ザ マ ス

TVR(Threshold Value Range)法と呼称する．

クのブロック全体としてその領域の輝度を統計的に再3.3. スムースな階 調 と微 細 構 造 の両 立

現するが，マスクサイズよりも小さな視覚的構造はデより広いレンジの空間周波数に対応した織物ディィザパターンの構造に埋没し，そのため入力画像の高ザを行うことを目的とし，前節までに述べた２つの手周波成分が再現されにくいという課題があった．そこ

法 を 併 用 す る 手 法 を 開 発 し た ． 併 用 に あ た っ て ， あるで，ステッピングディザマスクを使った組織的ディザ画素において入力画像の変化の度合いを基準として画素単位法のプロセスに，織物制約を尊重しながらローカルなでの閾値処理を行うことで OSD 法と TVR 法のどちらの結果明暗情報を優先する二値化プロセスを組み込み ，微細を採用するかを決定する．入力画像の変化の度合いは数式(2)構 造 を よ り よ く 再 現 す る 手 法 を 開 発 し た ．具 体 的 に は ，の A p を用い，閾値を T p として A p ≧T p となったとき TVR 法

ある限定された領域において，画素単位で閾値を定めが用いられる．ここで，p(x, y) は座標(x, y)の 画 素 値 と し ，た通常の組織的ディザ法の代わりに，マスクサイズ全T p は実験結果をもとに 6 として試織を行った．

体として輝度を保存するよう配慮しながら入力画素の15画像電子学会研究会予稿17-01-04

A p ( x, y ) 1 2 2  p ( x, y )  p ( x  i , y  j )24 i2 j 2

しつつ手描きの図案を方眼紙上の二値情報に変換する(2)

作業は，人の手によるデジタルな画像処理であった．
本稿でジャカード織物の歴史とともに概観し ，また近本 手 法 に よ る 試 織 結 果 を 図 5 に 示 す ． 図 5(a)は オ ー

年の研究の一例で示した織物における 画像処理の役割

ダーユニットによる最適化を行っていないステッピン

は，今後新たな視点からの探求により様々な可能性を

グ デ ィ ザ マ ス ク に よ る 結 果 ， 図 5(b)， (c)は OSD 法 と持つものと思われる．

TVR 法 の 併 用 し ，係 数 R t に よ る 枝 の 細 部 の 再 現 性 の 違

文

いを示すとともに，低周波領域でのアーティファクト

献除 去 の 効 果 も 示 し て い る ．図 5 (d)～ (f)は い ず れ も OSD[1] 福 井 貞 子 ： “も の と 人 間 の 文 化 史 123・ 染 織 ”, 法政 大 学 出 版 局 ,東 京 , pp.1-3(2004)[2] 阿 久 津 光 子 ： ”ジ ャ カ ー ド と い う 表 現 ”, 総 合 文 化
研 究 所 年 報 ， 第 20 号 ， pp.35-58(2012)[3] F. Ng and J. Zhou: “Innovative jacquard textile
design using digital technologies”, Cambridge:
Woodhead Publishing Limited, pp.27-48(2013)[4] F. Ng and J. Zhou: “Digital jacquard textile design ina colorless mode”, Res. J. Text. Apparel Research,
10, pp.36-42(2006)[5] B. E. Bayer: “An optimum method for two -level
rendition of continuous-tone pictures”, IEEE ICC ,pp.11-15(1973)[6] 豊 浦 正 広 ， 五 十 嵐 哲 也 ， 庄 司 麻 由 ， 茅 暁 陽 ，“ ジャ カ ー ド 織 物 作 製 の た め の 制 約 付 き 画 像 二 値 化 ”，
芸 術 科 学 会 論 文 誌 ，Vol.13，No.3，pp.124-133(Sep.
2014)[7] 豊 浦 正 広 ， 五 十 嵐 哲 也 ， 庄 司 麻 由 ， 茅 暁 陽 ，“ジャカード織物作製のための領域内パターン
生 成 と 領 域 間 パ タ ー ン 最 適 化 ”，Visual Computing/グ ラ フ ィ ク ス と CAD 合 同 シ ン ポ ジ ウ ム ， (Jun.
2014)[8] T. Igarashi, M. Toyoura, and X. Mao: “Optimizing
Dither Mask for Rendering Smooth Tone on Fabric”,
NICOGRAPH Int.2016, pp.75-82(Jul. 2016)

法 と TVR 法 を 併 用 し ， 係 数 R t に よ る 山 腹 の 雪 渓 細 部の再現性の違いを示したもので，コントラストの低い入力画像にも微細構造の再現に効果があることを示した．これらの結果から，織物上で入力画像を再現する
うえで低および高周波領域での課題を解決し，より広いレンジの空間周波数に対応した織物表現 が可能となった．

4. 結 言ジャカード織物は，互いに直交する経糸・緯糸の色と互いの交差構造により視覚効果を布上に表現す る．
ここで述べたような，織物制約を考慮しながら視覚情報の再現を高度化するための研究は，視覚情報と媒体構造，両方の設計を同時に行い最適化しようとする試みであるといえる．媒体そのものの構造が視覚的な情報を表現する役目も担うという意味で ，紙やモニタス
クリーンを媒体として表現される印刷やデジタル画像などと大きく異なっている．ジャカード織物の誕生時に画像処理という言葉はなかったが，織物構造を考慮

図 5

製織結果

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