JP2000230817A

JP2000230817A - 繊維潜り角測定方法およびシステム

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Publication number: JP2000230817A
Application number: JP3226299A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kawai; 直樹河合
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-22
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: JP4028118B2

Abstract

(57)【要約】【課題】点光源を利用して、木材の撮影を行った場合
であっても、その撮影画像から忠実に天然の木材の表面
が発現するような照り、およ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可能
な繊維潜り角測定方法およびシステムを提供する。【解決手段】天然木材１に正対してカメラ３が配置さ
れる。光源２は天然木材１の表面を照明可能な位置に複
数配置されている。処理装置４は、天然木材１上の各画
素行（ｘ軸方向の画素の並び）位置に対する光源２の照
明角度θ＝ａｔａｎ（ｄｙ／ｄｚ）、各画素位置と光源
２との距離ｄ＝√（ｄｘ²＋ｄｙ²＋ｄｚ²）を求め、距
離ｄを基に撮影により得られた画素の輝度値を補正した
後、輝度値が最大となる照明角度を求め、その照明角度
に基づいて繊維潜り角を定める。

Description

【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】万線パターンをエンボス加工することによ
り「照り」が表現できる原理について以下に説明する。
図５は万線パターンをエンボス加工することにより万線
条溝Ｇが形成されたシートＥの斜視図である。シートＥ
には幅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の凹部と幅Ｗ２の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。これが異方性反射であ
る。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、すなわち輝度が高く、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】上述した「照り」およ
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」および「照りの移動」を発現できるも
のが望ましい。そこで、天然の木材が「照り」および
「照りの移動」を発現できる原理を考えてみると、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。この原理について、以下に説明する。

【０００６】図６は、視点を真上に固定した状態での材
木板表面の繊維質の配向性と鏡面反射率との関係を示す
図である。材木板１００の表面（切断面Ｊ）に、図に繊
維方向ベクトルＦ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がなす角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２
００（面光源）を仮定し、この仮想光源２００から材木
板１００の表面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７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。すなわち図６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７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６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、およ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】これに対して、本出願人は、木材を異なる
角度から照明して撮影し、得られた輝度値に基づいて、
輝度値が最大となる光源の角度を求め、その角度に基づ
いて各画素位置における繊維潜り角を求める方法を、特
願平10-220238において提案している。

【００１１】しかしながら、前記出願における発明で
は、理想的な平行光による照明が必要であるが、実際に
は、光源としては点光源が使われるため、撮影される木
材の部位により、入射光量が一定でなく、忠実な測定が
困難であった。そこで、本発明は、点光源を利用して、
木材の撮影を行った場合であっても、その撮影画像から
忠実に天然の木材の表面が発現するような照り、および
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可能な繊維潜り角測定方法およびシ
ステムを提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１、３に記載の発明では、天然木材を複数の
異なる角度から照明して撮影し、撮影した画像の各画素
行について、光源の各画素行に対する照明角度を求め、
光源と各画素との距離に基づいて撮影して得られた輝度
値を補正して補正輝度値を求め、補正輝度値のうち、最
大輝度を与える光源の照明角度を求め、その光源の照明
角度に基づいて各画素位置における繊維潜り角を定める
ことを特徴とする。請求項１、３に記載の発明では、特
に、照明角度を撮影した画像の各画素行ごとに求めると
共に、輝度値を各画素と光源との距離に基づいて補正
し、求められた照明角度、補正輝度値に基づいて、繊維
潜り角を求めるようにしたので、撮影される木材の各部
位における入射光量が異なっていたとしても、精度良
く、潜り角の測定を行うことが可能になる。

【００１３】上記課題を解決するため、請求項２、４に
記載の発明では、天然木材を複数の異なる角度から照明
して撮影し、撮影した画像の各画素行について、光源の
各画素行に対する照明角度を求め、光源と各画素との距
離に基づいて撮影して得られた輝度値を補正して補正輝
度値を求め、前記各照明角度間より小さい所定の角度毎
の補間輝度値を前記補正輝度値を補間して求め、補間輝
度値、補正輝度値のうち、最大輝度を与える光源の照明
角度を求め、その光源の照明角度に基づいて各画素位置
における繊維潜り角を定めることを特徴とする。請求項
２、４に記載の発明では、請求項１，３の発明に加え
て、さらに、各照明角度間より小さい所定の角度毎の補
間輝度値を前記補正輝度値を補間して求め、補間輝度
値、補正輝度値のうち、最大輝度を与える光源の照明角
度を求めるようにしたので、少数の配置光源だけで、撮
影の負荷をかけずに、最大輝度値を与える照明角度を求
めることが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明による
繊維潜り角測定システムの実施形態の構成を示すブロッ
ク図である。図１は、本座標系をｘ軸負の方向から見た
状態であり、図中、１は天然木材（以下、単に木材とい
う）、２は光源、３はカメラ、４は処理装置を示す。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。また、角度について
は図１のｚ軸を０°として、反時計回りを正とし、時計
回りを負とする。

【００１５】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。光源２は複
数個（例えば１１個）、ｙ軸に平行でｚ軸を通る線上に
配置されている。各光源２ａ〜２ｋ（図示せず）の当該
座標系における座標値は処理装置４に登録されており、
各光源の点灯、消灯の制御も処理装置４で可能になって
いる。

【００１６】処理装置４は、パーソナルコンピュータで
実現可能であり、光源２、カメラ３を制御する機能の
他、照明角度算出部５、補正輝度値算出部６、補間輝度
値算出部７、繊維潜り角決定部８を有する。これらの各
部は現実には、処理装置４に搭載した専用のプログラム
により機能する。

【００１７】以下、図１に示すシステムの動作につい
て、繊維潜り角測定方法と共に説明する。まず、処理装
置４により光源２ａを点灯させ、他の光源２ｂ〜２ｋは
消灯しておく。この状態でカメラ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、光源２ａの当該座標系における座標値と共に処理装
置４に登録される。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
ば良く、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に渡せば良
い。

【００１８】また、本実施形態では、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良く、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良い。

【００１９】そして、処理装置４は、当該画像データを
光源２ａ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２ａが点灯さ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。次に、光源２ａ
を消灯し、光源２ｂを点灯して、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２ｃ〜２ｋを１つずつ点灯させ
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に渡す動作を繰り返す。処理装置４は、この１１枚の
画像の輝度データを取り込み、それぞれの画像がどの光
源に対して撮影されたかを対応させて登録する。

【００２０】ここで、各光源２をどの位置にどの位の間
隔で配置するかは、任意に定めることができる。多く配
置すればする程、カメラ３で撮影した木材１の画像の各
画素位置における繊維潜り角を精度良く求めることがで
きる。例えば、ｚ軸を中心として±50°の範囲に１°間
隔で配置しようとしたとする。この場合、配置する光源
が１０１個必要となり、それに伴って撮影回数も増える
ため、費用がかかると共に、作業者の負担も大きくな
る。そこで、このシステムでは、作業者の負担軽減のた
めに、配置する間隔を比較的大きく取るようにする。例
えば、配置する光源を１０個程度として適当な間隔に並
べれば良い。本実施形態のように１１個の光源を用いた
場合、１１枚の画像が撮影されることになる。

【００２１】全光源に対しての撮影が終わったら、次
に、撮影された各画素と各光源との照明角度をｘ軸に平
行な各画素行ごとに求める。ここで、画素行とは画素の
並びのことを言う。これは、使用する光源が点光源であ
るため、同一光源により撮影されたものであっても、画
素位置により照明角度が異なるためである。また、この
ときｘ軸方向の照明角度の差は考慮しない。なぜなら、
木材には木目方向と木目に垂直な方向があり、木目に垂
直な方向は、鏡面反射方向の変化が少ないため、繊維潜
り角を求めるに当たって影響が少ないからである。その
ため、木材を撮影する際には、木目方向が、ｙ軸方向に
なるように置く必要がある。さて、照明角度は、照明角
度算出部５により、各ｘ軸に平行な各画素行ごとに以下
の式（１）により計算される。

【００２２】 θ＝ａｔａｎ（ｄｙ／ｄｚ）・・・（１）ここで、ｄｙ、ｄｚはそれぞれ、着目画素行と光源との
ｙ座標、ｚ座標の差である。例えば、ｙ＝０の画素行と
光源２の角度θを求める場合のｄｙ、ｄｚは、図１に示
すようになる。光源は、木材を表面から照明可能な位置
に配置されているため、θは−９０°＜θ＜９０°とな
る。

【００２３】そして、次に撮影された１１枚の画像の各
画素の輝度値を光源からの距離に基づいて補正する。撮
影された画像における画素の輝度値は、木材１における
当該画素の対応する位置の明るさに影響され、この明る
さは光源からの距離によって定まる。そのため、撮影し
て得られた輝度値を、光源からの距離に基づいて補正す
るのである。この補正は補正輝度値算出部６により以下
の式（２）を用いて行われる。

【００２４】Ｌｓ＝（ｄ／ｄｓ）²×Ｌ・・・（２）ここで、Ｌｓは補正された輝度値、Ｌは撮影された画像
における輝度値、ｄは光源と補正対象画素位置の距離、
ｄｓは補正のための標準距離である。また、距離ｄは角
度の場合と異なり、ｘ軸方向も考慮するため、以下の式
（３）により計算される。ｄ＝√（ｄｘ²＋ｄｙ²＋ｄｚ²）・・・（３）ｄｘ、ｄｙ、ｄｚはそれぞれ、図２に示すように、着目
画素のに対応する木材１上の位置Ｐと光源２とのｘ座
標、ｙ座標、ｚ座標の差である。補正輝度値Ｌｓは、相
対的な値が求まれば十分であるため、標準距離ｄｓは、
どんな値でも良い。ただし、標準距離ｄｓは、全撮影画
像の全画素に対して同じ値が用いられる。全ての画素に
対する補正輝度値が算出されたら、処理装置４は、撮影
された木材１の画像のそれぞれの画素位置における繊維
潜り角を求める処理を行う。

【００２５】いま、ある画素位置に着目すると、当該画
素位置については１１個の補正輝度値のデータがある。
これらの１１個の輝度値が図３（ａ）の黒点で示すよう
であったとする。図２は横軸が照明角度、縦軸が輝度値
を示している。照明角度θは式（１）で求めたものであ
る。本実施形態では、光源を適当な位置に配置して、各
画素行ごとに照明角度を算出するので、実際には、図３
に示すように照明角度がちょうど１０°間隔になること
は滅多にないが、説明の便宜上、１０°単位とした。次
に、補間輝度値算出部７は、図３（ａ）に示す輝度値の
間を滑らかに補間する。補間の手法としては、例えばス
プライン関数を用いれば良い。スプライン関数によって
図３（ａ）の黒点で示すような離散的に分布する輝度値
を補間すれば、図３（ｂ）に示すように、図中黒点で示
す輝度値を通る曲線で補間できるので望ましいものであ
る。

【００２６】そして、補間輝度値算出部７は、上記の補
間を行う際に、所定の角度刻みで輝度値を求める。この
ときの刻み角度は小さい方が望ましい。例えば、１°刻
みで輝度値を求めるものとすると、この場合には補正輝
度値１１個と補間輝度値９０個の輝度値の計１０１個が
得られる。そして、繊維潜り角決定部８は、これらの輝
度値の中で最大輝度値をとる照明角度を求め、その照明
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。例
えば図３（ｂ）においては、最大輝度Ｌ_MAXとなる照明
角度はθ_LMAXであるので、当該画素位置における繊維潜
り角ξはθ_LMAX／２となる。

【００２７】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。すなわち、例えば、図４に示すよ
うに木材１の繊維イの一部が図のＡに示す位置で表面に
現れているとし、Ａの位置における繊維イに対する垂線
がロで示すようであるとすると、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４に示す関係になるときにＡで示す位置の輝度
は最大になり、このとき、Ａの位置における繊維潜り角
ξをθとするのである。

【００２８】そして、このシステムにおいては、現在着
目している画素位置について、照明角度と補正輝度値と
の関係から、補間によって、例えば、１°刻みの照明角
度における輝度値を求め、最大輝度となる照明角度の１
／２を当該画素位置における繊維潜り角とするのであ
る。つまり、図４のＡの位置の画素に着目した場合、図
４に示すような位置関係で画像が撮影されることは必ず
しも無いが、照明角度と補正輝度値との関係から、補間
によって図４に示すような照明角度を求め、その照明角
度を１／２にして当該Ａの位置における繊維潜り角を求
めるのである。

【００２９】そして、処理装置４は、以上の処理を、撮
影した画像の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次元のスカラー場を生成す
ることができる。

【００３０】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次元スカラー場を用いて
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、およ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
スカラー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。

【００３１】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、上記実施形態では、ス
プライン関数を用いて補間を行ったが、ベジェ関数等の
他の関数を用いて補間を行っても良い。また、光源の配
置位置も木材を表面から照明可能な位置であれば、すな
わち、図１におけるθが−９０°＜θ＜９０°を満たせ
ば、どこでも良い。

【００３２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
照明角度を光源の各画素行ごとに求めると共に、輝度値
を各画素と光源との距離に基づいて補正し、求められた
照明角度、補正輝度値に基づいて、繊維潜り角を求める
ようにしたので、撮影される木材の各部位における入射
光量が異なっていたとしても、精度良く、潜り角の測定
を行うことが可能になる。また、各照明角度間より小さ
い所定の角度毎の補間輝度値を前記補正輝度値を補間し
て求め、補間輝度値、補正輝度値のうち、最大輝度を与
える光源の照明角度を求めるようにしたので、少数の配
置光源だけで、撮影の負荷をかけずに、最大輝度値を与
える照明角度を求めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維潜り角測定システムの一実施形態
を示す構成図である。

【図２】本発明の繊維潜り角測定システムの一実施形態
を角度を変えて示した図である。

【図３】繊維潜り角を求めるための輝度値の補間に関す
る説明図である。

【図４】図３の手法により繊維潜り角を決定することの
妥当性を説明するための図である。

【図５】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６】一般的な材木版における繊維方向ベクトルＦと
光線ベクトルＬとの関係を示す側断面図である。

【図７】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５・・・照明角度算出部６・・・補正輝度値算出部７・・・補間輝度値算出部８・・・繊維潜り角決定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA31 BB05 CC00 EE05 FF01 FF23 FF65 GG12 HH12 HH14 JJ03 JJ13 JJ19 JJ26 QQ13 QQ21 QQ32 5B057 AA15 BA02 CA02 CA08 CA12 CA16 CC01 CE11 DA08 DB02 DB05 DB09 DC22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然木材を複数の異なる角度から照明して
撮影する工程と、撮影した各画像の各画素行位置につい
て、光源の各画素行位置に対する照明角度を求める工程
と、光源と各画素位置との距離に基づいて撮影して得ら
れた輝度値を補正して補正輝度値を求める工程と、この
補正輝度値のうち、最大輝度を与える光源の照明角度を
求める工程と、得られた最大輝度を与える光源の照明角
度に基づいて各画素位置における繊維潜り角を定める工
程と、を有することを特徴とする繊維潜り角測定方法。
【請求項２】天然木材を複数の異なる角度から照明して
撮影する工程と、撮影した各画像の各画素行位置につい
て、光源の各画素行位置に対する照明角度を求める工程
と、光源と各画素位置との距離に基づいて撮影して得ら
れた輝度値を補正して補正輝度値を求める工程と、前記
各照明角度間より小さい所定の角度毎の補間輝度値を前
記補正輝度値を補間して求める工程と、前記補間輝度
値、前記補正輝度値のうち、最大輝度を与える光源の照
明角度を求める工程と、得られた最大輝度を与える光源
の照明角度に基づいて各画素位置における繊維潜り角を
定める工程と、を有することを特徴とする繊維潜り角測
定方法。
【請求項３】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、複数の異なる角度から照明して撮影す
ることにより得られた各画像の各画素行位置について、
光源の各画素行位置に対する照明角度を求める照明角度
算出部と、光源と各画素位置との距離に基づいて前記各
画像の各画素における輝度値を補正して補正輝度値を求
める補正輝度値算出部と、この補正輝度値のうち、最大
輝度を与える光源の照明角度を求め、得られた最大輝度
を与える光源の照明角度に基づいて各画素位置における
繊維潜り角を定める繊維潜り角決定部と、を有すること
を特徴とする繊維潜り角測定システム。
【請求項４】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、複数の異なる角度から照明して撮影す
ることにより得られた各画像の各画素行位置について、
光源の各画素行位置に対する照明角度を求める照明角度
算出部と、光源と各画素位置との距離に基づいて前記各
画像の各画素における輝度値を補正して補正輝度値を求
める補正輝度値算出部と、前記各照明角度間より小さい
所定の角度毎の補間輝度値を前記補正輝度値を補間して
求める補間輝度値算出部と、前記補間輝度値、前記補正
輝度値のうち、最大輝度を与える光源の照明角度を求
め、得られた最大輝度を与える光源の照明角度に基づい
て各画素位置における繊維潜り角を定める繊維潜り角決
定部と、を有することを特徴とする繊維潜り角測定シス
テム。