JP2000121438A - カラー画像測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象のカラー画像の微小領域ごとの色情
報を、２次元位置情報を含んで、精度よく安定して、し
かも測定対象画像の損傷をきたすことなく、測定できる
ようにする。 【解決手段】 分光フィルタ６を１回転させて、光源３
からの光を、３８０〜７６０ｎｍの可視光域を２０ｎｍ
間隔で１９チャンネルに分割した波長帯域に分光して、
リング照明７に導き、測定対象画像１に照射する。測定
対象画像１の一辺が１０μｍの正方形の領域を測定対象
領域１ａとして、その領域１ａからの反射光のみを、ア
パチャ８を通して光電子増倍管９で検出する。Ａ／Ｄコ
ンバータ１２でデジタルデータに変換された、１９チャ
ンネルの波長帯域の反射光検出信号を、制御用コンピュ
ータ２０に取り込んで、１９チャンネルの波長帯域の反
射率を検出し、さらにスプライン補間によって５ｎｍ間
隔の分光反射率を推定する。その推定した分光反射率か
ら、測定対象領域１ａの色情報を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラー複写機や
カラープリンタなどのカラー画像出力装置で出力された
カラー画像の画質を評価するために、出力されたカラー
画像を測定する場合などに用いるカラー画像測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー複写機やカラープリンタなどのカ
ラー画像出力装置では、出力される画像の画質の向上が
最も重要な課題であり、そのため、これらカラー画像出
力装置で出力された画像を測定し、評価する各種の方法
が考えられている。

【０００３】カラー画像の画質を評価する場合、カラー
画像の主観的な良さに相関のある画像の物理的特徴をい
かに捉えるかが重要となる。最近は、画像の高解像度化
に伴い、画像を構成する画素が微小化している。一例を
あげると、インクジェット方式では１ドットの大きさは
３０〜４０μｍ程度である。

【０００４】このような微小画素のカラー画像から、画
像の物理的特徴量を抽出する装置としては、微小なアパ
チャで高解像度に、カラー画像が有する色情報を、２次
元的な位置情報を含んで、測定できるものが望ましい。

【０００５】特開平５−２８４２６０号公報には、画像
の粒状性を評価するために、等色関数ｘ（λ），ｙ
（λ），ｚ（λ）と同等の分光感度分布を有する２次元
走査型濃度計によってカラー画像を測定し、色情報を算
出することが示されている。

【０００６】また、特開平９−１６３１６８号公報に
は、簡易型の測定機として、ＲＧＢ信号として入力され
た画像情報を、明度、彩度、色相の情報に変換すること
によって、カラー画像の有する２次元的な色情報を算出
するものが示されている。

【０００７】さらに、特開平５−３２２６５７号公報に
は、複数の光学フィルタを用いて測定対象画像を測定
し、その測定結果から測定対象画像の２次元的な位置情
報を含む分光反射率を推定することによって、測定対象
画像の色情報を算出することが示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−２８４２６０号公報に示された、等色関数ｘ
（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）と同等の分光感度分布を有
する２次元走査型濃度計を用いる方法では、光源および
センサの分光感度特性を考慮して光学フィルタを設計し
なければならない。しかし、任意の分光感度特性を有す
る光学フィルタを設計することは現実的に不可能であ
る。そのため、ある程度の近似的な分光感度特性を有す
る光学フィルタで妥協しなければならず、実際上、測定
対象画像の色情報を高精度に測定することはできない。
また、光源の経時変化などによっても分光特性が変化す
る可能性があり、安定性にも問題がある。

【０００９】また、特開平９−１６３１６８号公報に示
された方法では、ＲＧＢ信号と明度、彩度、色相の情報
とを対応づけるデータを採取する必要があり、精度を上
げるためには膨大なデータ量が必要となる。また、画像
を形成する色材が異なる場合には、新たにＲＧＢ信号と
明度、彩度、色相の情報とを対応づけるデータを採取し
直す必要があり、膨大な手間を必要とする。

【００１０】これに対して、特開平５−３２２６５７号
公報に示された方法によれば、複数の分光フィルタを用
いて分光反射率を推定することによって、測定対象画像
の色情報を精度よく安定して算出することができる。し
かしながら、フィルタの透過率や光源およびセンサの特
性は光の波長によって異なるため、フィルタごとに検出
された光信号に含まれるノイズの比率（ＳＮ比）が異な
る。しかも、波長分解能を上げるためには、光学フィル
タの透過波長帯域を狭くする必要がある。しかし、そう
すると、センサに到達する光量がかなり制限されるた
め、センサの感度を上げるためには、光源の光量を大き
くする必要がある。そのため、光源からの光が測定対象
画像に照射されたとき、測定対象画像の退色や変色をき
たし、最悪の場合には測定対象画像を焦がすこともあ
る。

【００１１】そこで、この発明は、測定対象のカラー画
像の微小領域ごとの色情報を、２次元位置情報を含ん
で、精度よく安定して、しかも測定対象画像の損傷をき
たすことなく、測定することができるようにしたもので
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明のカラー画像測
定装置は、光源と、この光源からの光を複数の波長帯域
に分光する分光手段と、その分光された光を測定対象画
像に照射する照明手段と、前記測定対象画像の微小領域
を測定対象領域とするように、前記測定対象画像からの
反射光を制限する反射光制限手段と、その制限された前
記測定対象領域からの反射光を、前記複数の波長帯域ご
とに検出する反射光検出手段と、前記測定対象画像にお
ける前記測定対象領域の位置を２次元的に制御する測定
位置制御手段と、前記反射光検出手段の検出結果から、
前記測定対象領域の反射率を前記複数の波長帯域ごとに
検出することによって、前記測定対象画像の分光反射率
を推定する分光反射率推定手段と、その推定結果から、
前記測定対象画像の色情報を算出する色情報算出手段
と、を備えるものとする。

【００１３】この場合、前記測定対象画像に照射される
光量を、前記複数の波長帯域ごとに、前記反射光検出手
段の検出感度が一定となるように調整する光量調整手段
を設けることが望ましい。

【００１４】その光量調整手段は、前記光源の発光エネ
ルギーを調節するもの、または前記光源からの光の光路
を遮光する面積を調節するもの、または前記光源からの
光の光路に設けられた光量調整フィルタを切り替えるも
の、とすることができる。

【００１５】また、前記分光手段は、前記光源からの光
の所定波長帯域のみを透過させ、それ以外の波長帯域は
遮光する光学フィルタで、それぞれの透過波長帯域を可
視光域内で変えたものを複数用意して、それらを切り替
えることによって分光するものとすることができる。

【００１６】あるいは、前記分光手段は、前記光源から
の光の光路に設けられた回折格子またはプリズムを機械
的に回転させることによって分光するものとすることが
できる。

【００１７】さらに、前記分光手段は、前記測定位置制
御手段による前記測定対象領域の位置の制御とと同期さ
せて制御することが望ましい。

【００１８】また、前記測定対象領域は、一辺が１μｍ
以上、５０μｍ以下の正方形、または直径が１μｍ以
上、５０μｍ以下の円形とすることが望ましい。

【００１９】

【作用】上記のように構成した、この発明のカラー画像
測定装置では、測定対象画像の分光反射率を推定し、そ
の推定結果から測定対象画像の色情報を算出するので、
測定対象画像の微小領域ごとの色情報を精度よく測定す
ることができる。

【００２０】また、波長帯域ごとの反射率を求めるの
で、経時変化などによって光源の分光特性が変化して
も、白色基準を用いて校正することによって、常に安定
して測定対象画像の分光反射率を求め、色情報を算出す
ることができる。

【００２１】さらに、光源からの光を測定対象画像に到
達する前に分光するので、測定対象画像に照射される光
量を少なくすることができ、測定対象画像の損傷を防止
することができる。

【００２２】光量調整手段によって、測定対象画像に照
射される光量を、分光手段による分光の波長帯域ごと
に、反射光検出手段の検出感度が一定となるように調整
する場合には、分光の波長帯域ごとに異なる反射光検出
手段の検出感度を、全ての波長帯域に渡って一定にする
ことができ、より高精度の測定が可能になる。

【００２３】また、分光手段を測定対象領域の位置の制
御と同期させて制御する場合には、測定対象画像を停止
させることなく連続的に測定対象画像を測定することが
できる。

【００２４】測定対象画像の測定対象領域の一辺または
直径が１μｍより小さいと、反射光量自体が非常に少な
くなって測定結果のＳＮ比が劣化し、測定対象領域の一
辺または直径が５０μｍより大きいと、画質評価の解像
度が低下して実用的でない。これに対して、測定対象領
域の一辺または直径を１μｍ以上、５０μｍ以下とする
場合には、高ＳＮ比かつ高解像度の測定を行うことがで
きる。

【００２５】

【発明の実施の形態】〔第１の実施形態〕図１は、この
発明のカラー画像測定装置の第１の実施形態を示す。

【００２６】この実施形態のカラー画像測定装置は、測
定対象画像１を載置するＸＹステージ２、光源３、光フ
ァイバ４、光量調整手段を構成する絞り５、分光手段を
構成する分光フィルタ６、照明手段を構成するリング照
明７、反射光制限手段を構成するアパチャ８、反射光検
出手段を構成する光電子増倍管９、アンプ１１、Ａ／Ｄ
コンバータ１２、および制御用コンピュータ２０などに
よって構成する。制御用コンピュータ２０は、図では省
略したが、処理部、ハードディスク、およびディスプレ
イなどを備え、測定位置制御手段２１、分光反射率推定
手段２２、および色情報算出手段２３などを構成する。

【００２７】光源３としては、例えば、１５０Ｗのキセ
ノンランプを用いる。この光源３からの光は、光ファイ
バ４に導き、絞り５によって後述のように光量を調整す
る。さらに、絞り５によって光量が調整された、光源３
からの光を、分光フィルタ６によって分光する。

【００２８】分光フィルタ６は、円盤の周方向に１９個
の光学フィルタ６ａ，６ｂ…を等間隔で並べ、それぞれ
の光学フィルタ６ａ，６ｂ…は、光学フィルタ６ａが３
８０〜４００ｎｍの波長帯域、光学フィルタ６ｂが４０
０〜４２０ｎｍの波長帯域、というように、３８０〜７
６０ｎｍの可視光域を２０ｎｍ間隔で１９チャンネルに
分割した波長帯域を、透過スペクトル半値幅とする狭帯
域フィルタとしたものとし、後述するように、その円
盤、すなわち分光フィルタ６を回転させることによっ
て、絞り５によって光量が調整された、光源３からの光
を分光する。図３に、分光フィルタ６の分光透過率の一
例を示す。

【００２９】絞り５によって光量が調整され、かつ分光
フィルタ６によって分光された光は、さらに光ファイバ
４内に通してリング照明７に導き、リング照明７からＸ
Ｙステージ２上の測定対象画像１に、４５度の方向で照
射する。

【００３０】測定対象画像１は、ＸＹステージ２上に固
定し、光源３、リング照明７、アパチャ８、および光電
子増倍管９も、固定した状態で、測定位置制御手段２１
（制御用コンピュータ２０）によって、ＸＹステージ２
をＸＹ方向に移動制御することによって、測定対象画像
１の測定位置を移動制御する。

【００３１】アパチャ８は、測定対象画像１の微小な領
域、例えば一辺が１０μｍの正方形の領域を、測定対象
画像１の測定位置、すなわち測定対象領域１ａとして、
この領域１ａから測定対象画像１に対して垂直に反射
（拡散）した光のみを、光電子増倍管９に入射させる。

【００３２】この測定対象領域１ａからの反射光は、光
電子増倍管９で検出して、電気信号に変換する。分光フ
ィルタ６の回転によって、測定対象画像１に照射される
光は、光学フィルタ６ａ，６ｂ…の透過波長帯域ごとに
分光されたものとなるので、光電子増倍管９では、光学
フィルタ６ａ，６ｂ…の透過波長帯域ごとに反射光が検
出される。

【００３３】この光電子増倍管９からの検出信号は、ア
ンプ１１で増幅し、Ａ／Ｄコンバータ１２でデジタルデ
ータに変換して、制御用コンピュータ２０に取り込む。

【００３４】そして、制御用コンピュータ２０の分光反
射率推定手段２２では、光学フィルタ６ａ，６ｂ…の透
過波長帯域ごとの反射光検出データから、測定対象領域
１ａの、光学フィルタ６ａ，６ｂ…の透過波長帯域ごと
の反射率を検出する。

【００３５】この光学フィルタ６ａ，６ｂ…の透過波長
帯域ごとの反射率検出データは、一旦、制御用コンピュ
ータ２０のハードディスクに格納し、測定対象画像１の
全領域の測定の終了後、分光反射率推定手段２２では、
その反射率検出データから、後述のように測定対象画像
１の各点の分光反射率を推定し、色情報算出手段２３で
は、その推定結果から、後述のように測定対象画像１の
各点の色情報を算出する。

【００３６】分光フィルタ６の回転は、後述するよう
に、制御用コンピュータ２０の測定位置制御手段２１に
よるＸＹステージ２の駆動制御、すなわち測定対象領域
１ａの位置制御と同期させて制御する。

【００３７】絞り５は、光源３からの光の光路を遮光す
る面積を調節するもので、分光フィルタ６の回転に同期
させて、光学フィルタ６ａ，６ｂ…の透過波長帯域ごと
に、光電子増倍管９の反射光検出感度が一定となるよう
に、制御用コンピュータ２０によって制御する。

【００３８】具体的に、まず、測定対象画像１のｘ軸方
向およびｙ軸方向の始点位置を測定対象領域として、測
定対象画像１を固定した状態で、分光フィルタ６を１回
転させて、その全ての光学フィルタ６ａ，６ｂ…で順
次、光源３からの光を上述した１９チャンネルの波長帯
域に分光して、測定対象画像１のｘ軸方向およびｙ軸方
向の始点位置の測定を行う。

【００３９】１９チャンネルの波長帯域について測定を
終了したら、測定対象画像１をｘ軸方向に１０μｍ移動
させて、次の測定対象領域の測定を、同様に１９チャン
ネルの波長帯域について行う。このようにして、ｘ軸方
向の１ライン分の測定を終了したら、ｘ軸方向の始点位
置に戻って、測定対象画像１をｙ軸方向に１０μｍ移動
させて、同様にｘ軸方向の次の１ライン分の測定を行
う。

【００４０】このようにして、２次元の測定対象画像１
の全体に渡って、隙間なく測定を行うことによって、測
定対象画像１の２次元位置情報を含む測定対象画像１の
色情報の測定が可能になる。

【００４１】分光反射率推定手段２２での分光反射率の
推定は、光学フィルタ６ａ，６ｂ…の透過波長帯域ごと
の反射率測定値（実測値）を、光学フィルタ６ａ，６ｂ
…の透過波長帯域の中心波長における反射率と仮定し
て、実測値間はスプライン補間をすることによって、５
ｎｍ間隔の分光反射率を求める。図４に、実際に求めた
分光反射率の例を示す。黒の四角で示す点が実測値、白
の菱形で示す点がスプライン補間によって求められた補
間値である。

【００４２】測定対象画像１の色情報として、ＣＩＥＬ
^＊ａ^＊ｂ^＊色空間で表された明度Ｌ^＊、彩度Ｃ^＊および
色相ｈ°を算出するには、推定した分光反射率（分光感
度分布）に対して標準光源の分光特性および等色関数ｘ
（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）を掛け合わせて積分し、三
刺激値ＸＹＺを求める。具体的に、標準光源としてはＤ
５０、等色関数としては２度視野のものを用いる。等色
関数の分光感度分布の一例を、図５に示す。

【００４３】さらに、得られた三刺激値ＸＹＺから、 Ｌ^＊＝１１６（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−１６ …（１） ａ^＊＝５００［（Ｘ／Ｘｎ）^１／３−（Ｙ／Ｙｎ）^１／３］…（２） ｂ^＊＝２００［（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−（Ｚ／Ｚｎ）^１／３］…（３） によって、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊を求める。

【００４４】また、彩度Ｃ^＊および色相ｈ°は、 Ｃ^＊＝［（ａ^＊）^２＋（ｂ^＊）^２］^１／２ …（４） ｈ°＝ｔａｎ^−１（ａ^＊／ｂ^＊） …（５） によって求める。

【００４５】また、ＲＧＢ色空間で表された色情報も同
時に算出し、制御用コンピュータ２０のディスプレイ上
にＲＧＢデータによる画像を表示する。

【００４６】経時変化などによって光源３の分光特性が
変化した場合には、白色基準を用いて校正する。白色基
準としては、例えばセラミックタイルで作製された白色
基準板を用いる。この白色基準板は、可視光域全域で分
光反射率がほぼ等しい分光感度特性を有するもので、こ
の白色基準板を測定対象画像の測定対象領域として上述
した測定を行い、分光フィルタ６の全ての光学フィルタ
６ａ，６ｂ…で光電子増倍管９の出力が等しくなるよう
に、絞り５の調整を行い、そのときの絞り５の絞り値を
制御用コンピュータ２０に記憶しておく。そして、測定
対象画像１の測定時には、分光フィルタ６の回転に同期
させて、絞り５の絞り値を、その記憶している値とする
ように、絞り５を調整する。これによって、常に安定し
て測定対象画像１の分光反射率を求め、色情報を算出す
ることができる。

【００４７】〔第２の実施形態〕図２は、この発明のカ
ラー画像測定装置の第２の実施形態を示す。

【００４８】この実施形態では、光量調整手段として、
上述した第１の実施形態の絞り５の代わりに、光量調整
フィルタ（ＮＤフィルタ）１３を、分光フィルタ６に重
ねて配置する。光量調整フィルタ１３は、それぞれ分光
フィルタ６の光学フィルタ６ａ，６ｂ…に重ねられるフ
ィルタ部分を有するもので、分光フィルタ６と一体に回
転させる。この場合、光量調整フィルタ１３の各フィル
タ部分で光電子増倍管９の出力が等しくなるように、あ
らかじめ、上述したように白色基準板を測定して、光量
調整フィルタ１３の各フィルタ部分を取り替え、調整す
る。

【００４９】〔他の実施形態〕光量調整手段としては、
上述した絞り５または光量調整フィルタ１３以外に、光
源自体の発光エネルギーを調節するようにしてもよく、
この場合にも上述した例と同様の効果を得ることができ
る。

【００５０】また、分光手段としては、回折格子やプリ
ズムを機械的に回転させることによって分光するものを
用いてもよい。

【００５１】また、反射光検出手段としては、光電子増
倍管９以外に、フォトダイオードやＣＣＤなどを用いる
ことができる。

【００５２】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、測
定対象のカラー画像の微小領域ごとの色情報を、２次元
位置情報を含んで、精度よく安定して、しかも測定対象
画像の損傷をきたすことなく、測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のカラー画像測定装置の第１の実施形
態を示す図である。

【図２】この発明のカラー画像測定装置の第２の実施形
態を示す図である。

【図３】分光フィルタの分光透過率の一例を示す図であ
る。

【図４】分光反射率の実測値およびスプライン補間によ
る補間値の一例を示す図である。

【図５】等色関数の分光感度分布の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】 １…測定対象画像 １ａ…測定対象領域 ２…ＸＹステージ ３…光源 ５…絞り（光量調整手段） ６…分光フィルタ（分光手段） ７…リング照明（照明手段） ８…アパチャ（反射光制限手段） ９…光電子増倍管（反射光検出手段） １３…光量調整フィルタ（光量調整手段） ２１…測定位置制御手段 ２２…分光反射率推定手段 ２３…色情報算出手段

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 この光源からの光を複数の波長帯域に分光する分光手段
   と、 その分光された光を測定対象画像に照射する照明手段
   と、 前記測定対象画像の微小領域を測定対象領域とするよう
   に、前記測定対象画像からの反射光を制限する反射光制
   限手段と、 その制限された前記測定対象領域からの反射光を、前記
   複数の波長帯域ごとに検出する反射光検出手段と、 前記測定対象画像における前記測定対象領域の位置を２
   次元的に制御する測定位置制御手段と、 前記反射光検出手段の検出結果から、前記測定対象領域
   の反射率を前記複数の波長帯域ごとに検出することによ
   って、前記測定対象画像の分光反射率を推定する分光反
   射率推定手段と、 その推定結果から、前記測定対象画像の色情報を算出す
   る色情報算出手段と、 を備えることを特徴とするカラー画像測定装置。
2. 【請求項２】請求項１のカラー画像測定装置において、 前記測定対象画像に照射される光量を、前記複数の波長
   帯域ごとに、前記反射光検出手段の検出感度が一定とな
   るように調整する光量調整手段を備えることを特徴とす
   るカラー画像測定装置。
3. 【請求項３】請求項２のカラー画像測定装置において、 前記光量調整手段は、前記光源の発光エネルギーを調節
   することを特徴とするカラー画像測定装置。
4. 【請求項４】請求項２のカラー画像測定装置において、 前記光量調整手段は、前記光源からの光の光路を遮光す
   る面積を調節することを特徴とするカラー画像測定装
   置。
5. 【請求項５】請求項２のカラー画像測定装置において、 前記光量調整手段は、前記光源からの光の光路に設けら
   れた光量調整フィルタを切り替えることを特徴とするカ
   ラー画像測定装置。
6. 【請求項６】請求項１のカラー画像測定装置において、 前記分光手段は、前記光源からの光の所定波長帯域のみ
   を透過させ、それ以外の波長帯域は遮光する光学フィル
   タで、それぞれの透過波長帯域を可視光域内で変えたも
   のを複数用意して、それらを切り替えることによって分
   光するものであることを特徴とするカラー画像測定装
   置。
7. 【請求項７】請求項１のカラー画像測定装置において、 前記分光手段は、前記光源からの光の光路に設けられた
   回折格子を機械的に回転させることによって分光するも
   のであることを特徴とするカラー画像測定装置。
8. 【請求項８】請求項１のカラー画像測定装置において、 前記分光手段は、前記光源からの光の光路に設けられた
   プリズムを機械的に回転させることによって分光するも
   のであることを特徴とするカラー画像測定装置。
9. 【請求項９】請求項１のカラー画像測定装置において、 前記分光手段は、前記測定位置制御手段による前記測定
   対象領域の位置の制御と同期させて制御することを特徴
   とするカラー画像測定装置。
10. 【請求項１０】請求項１のカラー画像測定装置におい
    て、 前記測定対象領域は、一辺が１μｍ以上、５０μｍ以下
    の正方形としたことを特徴とするカラー画像測定装置。
11. 【請求項１１】請求項１のカラー画像測定装置におい
    て、 前記測定対象領域は、直径が１μｍ以上、５０μｍ以下
    の円形としたことを特徴とするカラー画像測定装置。