JP2006522421A - 平面物体の裏面にある印刷画像の目に見える裏写りを定量化するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

紙などの平面の物体の裏面における印刷画像の目に見える裏写りを定量化するための画像解析方法に関する。白色の基準物体を用いて照射レベルが設定される。白色基準画像が、コンピュータメモリに格納される。裏面に印刷画像を有する平面の物体の画像が、コンピュータメモリに格納される。目に見える裏写りを特徴付けるために、２つの画像のピクセル単位の比が計算され、比の平均値が計算される。測定は、照射レベルおよび画像の濃淡の両方に実質的に左右されない。

Description

本発明は、平面物体の裏面からの印刷画像の裏写りを測定するための装置およびその方法に関する。さらに詳細には、本発明は、裏写りを測定するために前面の光学反射率を測定する装置およびその方法に関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００３年４月７日出願の米国特許仮出願第６０／４６１，２０１号明細書の利益を主張するものである。その全体が参照によって援用されるものとする。

紙製品などの平面被印刷物の場合には、隠蔽力および視覚的外観の均一性が必要である。これらの属性を提供するために、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）などの光学的乳白剤が用いられる。製品の裏面に印刷がある場合であっても、きわめて均一な前面の外観がこれらの製品では所望される。前面が照射されて見られるとき、裏面に印刷された画像を見ることができる程度は、「裏写り」として周知である。製品の厚さおよび固有の不透明度のほか、裏面に印刷されるインクの浸透深さが裏写りの程度に影響を及ぼすことが公知である。

制御された照明状態下で前面の視覚的観察に基づき、面の主観的格付けを行う訓練を受けた人間の技師によって、裏写りを評価してもよい。オパシメータとして周知である不透明度測定機器は、面上の１つの小さな領域内で裏写りの程度を定量化するために、従来用いられていた。そのような機器を用いる標準的な測定プロトコルについては、「紙の不透明度（１５／ｄジオメトリ、イルミナントＡ／２、８９％の裏当て反射率および紙の裏当て）」と題された（非特許文献１）に記載されている。しかし、そのような機器を用いて行われる測定は、サンプルシートの全体領域のごく小さな部分を測定することから、特にパターン形成された画像または刻印が製品の裏面上に印刷されているとき、裏写りの代表的な測定値を提供するためには不向きである。本発明のような自動撮像システムおよび方法は、裏写りのさらに代表的な測定値を提供する必要がある。

不透明な物体の平面の視覚的外観の均一性を定量化するための方法が、米国特許公報（特許文献１）（本発明の譲受人に譲渡）に記載されている。しかし、この方法は、紙のシートの裏面における印刷画像の目に見える裏写りを評価するための必要性については対応していない。

米国特許第６，４３８，２５６号明細書 米国紙パルプ技術協会（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｕｌｐ ａｎｄ Ｐａｐｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（ＴＡＰＰＩ））標準Ｔ−４２５ ｏｍ ０１

本発明は、シートの第２の側面を照射して見たときに、シートの第１の側面上の印刷画像が目に見える程度を測定するための方法であって、
ａ）初期照射レベルで基準物体を照射することによって、画像を含まない基準物体の較正画像を形成するステップと、
ｂ）基準物体の平均グレーレベルを決定し、所定の平均グレーレベルを達成するために照射レベルを調整するステップと、
ｃ）較正画像を形成するために用いられるのと同一の照射レベルでシートを照射し、シートの画像を形成するステップと、
ｄ）較正画像の対応するピクセル強度とシートの画像のピクセル強度の比を測定するステップと、
ｅ）ピクセル強度の比の平均値を計算するステップと、を有する方法に関する。

本発明はさらに、レンズおよび光検出器アレイによって前面の光学反射率を測定することによって、反射前面を有する実質的に平面のサンプル物体の裏面における印刷画像の裏写りを特徴付けるための画像解析方法であって、
（ａ）光がない場合における光検出器アレイの応答を表わすフレーム平均された暗電流画像を形成するステップと、
（ｂ）基準物体がその裏面に画像を備えていない状態で、拡散光源によって基準物体の前面を均一に照射し、基準物体の較正画像を形成するステップであって、
（１）光源の出力が初期照射出力レベルに設定された拡散光源によって基準物体の前面を照射するステップと、
（２）基準物体の前面のフレーム平均された画像を形成するステップと、
（３）ステップ（ｂ）（２）において形成された基準物体の画像における平均グレーレベルを決定するステップと、
（４）光源の出力を調整することによって照射レベルを調整し、基準物体の前面によって反射された平均光レベルによって、ステップ（２）の画像の平均グレーレベルがアナログ・ディジタル変換器のダイナミックレンジ内の所定の値の所定の範囲内に収まるまでステップ（２）および（３）を繰り返すことにより、所定の照射レベルを確立するステップと、
（５）基準物体の前面のフレーム平均された基準画像を形成するステップと、
（６）ステップ（５）のフレーム平均された基準画像からステップ（ａ）のフレーム平均された暗電流画像をピクセル基準でピクセルについて減算し、その結果得られた画像をメモリに格納することにより、基準物体の暗電流補正較正画像を形成するステップとを含むステップと、
（ｃ）所定の照射レベルで拡散光源によって、裏面に印刷画像を有するサンプル物体の前面を均一に照射するステップと、
（ｄ）サンプル物体の前面のフレーム平均された画像を形成するステップと、
（ｅ）ステップ（ｄ）のフレーム平均された画像からステップ（ａ）のフレーム平均された暗電流画像をピクセル基準でピクセルについて減算し、その結果得られた画像をメモリに格納することにより、サンプル物体の前面の暗電流補正画像を形成するステップと、
（ｆ）裏写りを定量化するために、ステップ（ｂ）（６）の画像とステップ（ｅ）の画像の比をピクセル基準でピクセルについて計算することによってフレーム平均された暗電流補正画像を解析するステップとを有する方法に関する。

さらにまた、本発明は、実質的に平面のサンプル物体の第２の側面を照射して見たときに、実質的に平面のサンプル物体の第１の側面上の印刷画像が目に見える程度を測定するための装置であって、
ａ）サンプル物体ホルダ、サンプル物体を拡散照射するための照射アセンブリおよび撮像アセンブリを具備する光漏れのない筐体と、
ｂ）照射アセンブリによって形成されるサンプル物体の照射レベルを制御し、撮像アセンブリによって形成される画像を受信し、それらの画像を解析するためのコンピュータ画像処理アセンブリとを具備し、
（１）サンプル物体ホルダは、所定の平面において測定されるサンプル物体を保持するための支持フレームおよび支持プラテンを具備し、
（２）照射アセンブリは、
（ｉ）所定のサンプル平面が半球の赤道面に対応するように、サンプルホルダに隣接して位置決めされ、半球が拡散反射内面および撮像アセンブリを取付けるための極開口部を有する半球の反射体と、
（ｉｉ）赤道面の上方に位置し、半球の拡散反射内面を照射するように配置される光源の円形アレイと、
（ｉｉｉ）光源のアレイに隣接して位置決めされ、半球の内面から拡散反射される光のレベルを検知するように向けられる光検出器と
を具備し、
（３）撮像アセンブリは、
（ｉ）レンズと、
（ｉｉ）光検出器アレイとを具備し、レンズは光検出器アレイ上に物体の画像を集光し、アレイにおける各光検出器は物体の前面から反射される光を表す電気信号を生成し、光検出器アレイはコンピュータ画像処理アセンブリに接続される装置に関する。

本発明の方法は、複数の態様において利点があると考えられる。特徴付けることになっている各タイプの紙に関して、照射レベルは、紙のスタックの一番上から浸透する光のすべてが反射または吸収されるのに十分な厚さのスタックまたはパッドにおける紙の該当するタイプの複数の未印刷のシートを用いる基準画像または較正画像を作成することによって設定される。そのようなスタックは、「光学的に無限の厚さの」スタックを表し、さらなるシートがスタックに追加されるとしても、全体の反射率に変化を生じない。スタックの画像が形成され、平均ピクセル値がアナログ・ディジタル変換器のダイナミックレンジ全体内の所定の狭い範囲の中に収まり、一般にはダイナミックレンジの上の方に照射レベルが調整される。このことは、サンプルから十分に高い信号レベルを保証し、システムノイズの影響を最小限に抑える。

一般には一連のサンプルごとに数分に過ぎない一連のサンプルの画像を取得中の期間にわたって、サンプルの照射が安定であるように、フィードバック制御が行われる。この方法はまた、裏写りの測定が視野にわたる照射強度の変動に左右されないことを保証する。

照射アセンブリは、測定されるサンプルシートへの拡散照射源を提供し、照射強度が撮像される領域にわたって実質的に均一であるようにする。白い拡散反射コーティングを施した半球のドームが、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の円形アレイによってその周囲にわたって照射される。

画像はまた、カメラ光検出器の暗電流に関して補正される。これにより、画像にわたって測定されたグレーレベルから、カメラの暗電流の寄与を実質的に取り除く。暗電流画像は所望である限り何度でも取得して格納することができるため、測定はカメラＣＣＤまたは電子機器における温度変化または経年変化の影響に関連し得るＣＣＤ光検出器の暗電流における変動の影響を実質上受けない。測定されたピクセル強度における変化は表面反射率における変化と直接相関することから、用いられるＣＣＤカメラは実質的に高度測定に関して線形である。

（裏写り測定原理）
紙またはフィルムなどの被印刷物の不透明度を評価する場合に、印刷されたページの裏面上の印刷画像の視感度を定量化することが必要である。デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）^ＴＭショースルーバリュー（Ｓｈｏｗｔｈｒｏｕｇｈ Ｖａｌｕｅ）^ＴＭまたはＤＳＶ^ＴＭと呼ばれる変数は、印刷されたページの裏面上の印刷画像の視感度の測定値である。０のＤＳＶ^ＴＭは完全に不透明なページ、すなわち、シートの裏面上の印刷の存在を検出することができないことを示す。１００のＤＳＶ^ＴＭはページが完全に透明であるか、または印刷からのインクがページからにじんでいることを示す。

「ストライクイン（Ｓｔｒｉｋｅ−Ｉｎ）」と呼ばれる印刷の裏写りに対するインクの浸透の寄与は、印刷済みのＤＳＶ^ＴＭと未印刷のＤＳＶ^ＴＭとの間の差をとることによって計算されることができる。
印刷済みのＤＳＶ^ＴＭ＝１００（１−Ｒｏ’／Ｒｉｎｆ）
未印刷のＤＳＶ^ＴＭ＝１００（１−Ｒｏ／Ｒｉｎｆ）
ストライクイン＝印刷済みのＤＳＶ^ＴＭ−未印刷のＤＳＶ^ＴＭ
式中、
Ｒｏ−黒い裏面上の１つの未印刷のシートの反射率
Ｒｏ’−黒い裏面上の照射側面に対向する印刷を備えた１つの印刷済みのシートの反射率
Ｒｉｎｆ‐未印刷のシートの無限パッドの反射率である。無限パッドは、厚さの増大が反射率の読出し値を変化させないような十分な厚さのパッド（またはスタック）として定義される。

ＤＳＶ^ＴＭに関する式は、基準反射率に対する１つのシート反射率の比である項、この場合にはＲｉｎｆを含む。この項は、コントラスト比と呼ばれ、シートの不透明度の測定値である。基準反射率によって１つのシート反射率を除算することにより、ＤＳＶ^ＴＭの読出し値から表面反射率（シート輝度とも呼ぶ）の影響を取り除く。コントラスト比は、１．０から裏写りの増大と共に増大する読出し値を減算する。裏写りのないシートは、０のＤＳＶ^ＴＭ読出し値を与える。

（装置）
図１において分かるように、本発明の装置１０は、平面の物体撮像アセンブリ１２（サンプル撮像アセンブリとも呼ぶ）および関連するコンピュータ画像プロセッサ（または単純にコンピュータ）１４を具備する。平面の物体撮像アセンブリ１２は、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図４および図５Ａで最もよく分かるように、光漏れのないハウジング２０（図５Ａ）を具備し、その中にはサンプル保持取付具３０、照射アセンブリ４０、ＣＣＤカメラ５０、マルチエレメントレンズ６０および光学フィルタアセンブリ７０および任意の明所視フィルタアセンブリ８０が取付けられている。

ハウジング２０は一般に、底壁２２ＢＷ、側壁２２ＳＷおよび内部分割壁２２Ｗを有する矩形の筐体２２Ｅ（図５Ａにおいて最もよく分かる）を具備する。内部分割壁２２Ｗの上には、上の半球ドーム２２Ｄ（図３Ａ、図３Ｂ、図４および図５Ａ）が取付けられる。サンプル保持取付具３０は、ハウジング２０の内部分割壁２２Ｗにある開口部における保持フレーム３４にサンプルＳを平坦に保持する略平面締付け素子３２を具備する。締付け素子３２は、ばね３６によってフレーム３４に対して付勢される（図５Ａ）。フレーム３４は、サンプル平面Ｐを画定する。フレーム３４は、図３Ａ、図３Ｂおよび図４に示されているサンプルシートＳに接触する黒い上面３４Ｂを有する。

図５Ｂに示されているように、平面のサンプルＳを照射する照射アセンブリ４０は、ドーム２２Ｄ内部に取付けられる光源４２の円形アレイ４２Ａを具備する。図５Ａに示されているように、発光ダイオードであることが好ましい光源４２が、内部分割壁２２Ｗの真上、すなわち半球の赤道位置に取付けられる。ドーム２２Ｄの半球の内面２２Ｓが、白い拡散反射コーティングによってコーティングされる。

図５Ｂは、サンプルシートＳからの鏡面反射が撮像アセンブリによって撮像されないように、極開口部に隣接する半球の内面の部分２２Ｂが実質的に非反射領域を有することを示している。部分２２Ｂの形状は、撮像されるサンプルシートの領域の形状に対応する。この特徴は、拡散反射される光のみがカメラ５０によって撮像されることを保証している。これは、光沢面を有する平面の物体を解析する際に特に重要となる。そのような光沢面からの鏡面反射が画像にアーチファクトを生じ、裏写り測定の精度を劣化させる恐れがあるためである。

複数の発光ダイオード４２が、サンプルＳの平面Ｐの上に位置決めされ、半球のドーム２２Ｄの周囲に隣接する環状領域内の円形アレイ４２ＡにサンプルＳの中心Ｃを中心にして対称に配置される。環状領域は一般に、半球のドーム２２Ｄの直径の約７０％〜約９０％の間に延在する。図５Ｂは、一般的な円形アレイ４２Ａの複数の部分を示す。図１において分かるように、発光ダイオード４２は、Ｎ個のグループ４２−１〜４２−Ｎに分割され、一般に各グループに５つのＬＥＤがある２４個のグループであり、全体として１２０個のＬＥＤとなる。適切なＬＥＤは、日亜から製造され、部品番号ＮＳＰＷ５００−ＢＳとして販売されている。各グループは、限流抵抗器と直列に接続されている。次に、グループのそれぞれは、他のグループと平行に接続され、電流源などの光レベル制御装置４４に接続されている。

照射アセンブリ４０が使用される前に、電圧確認試験が行われる。ＬＥＤは共に接続され、低い電圧が印加され、すべてのランプが点灯し始めるまで調整される。一般に点灯電圧は、１１〜１２直流ボルトである。少数のランプが他のランプより前に転倒する場合には、それらのランプが交換される。これにより、すべてのランプが均等に点灯し、実質的に均一な光レベルを生成するに違いないことを保証する。上述したように接続されるバーモント州ロチェスターのアドバンスト・イルミネーション・インコーポレイテッド（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，ＶＴ））から入手可能な市販の照射アセンブリが、適切であることが分かっている。

図１において分かるように、光レベル制御装置４４は、コンピュータ１４におけるＩ／Ｏカード１２０からの制御信号およびカリフォルニア州カマリロのアドバンスト・フォトニックス・インコーポレイテッド（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｘ，Ｉｎｃ．（Ｃａｍａｒｉｌｌｏ，ＣＡ））による光検出器などの対称に配置される１つまたは複数の光検出器セル４８を具備しうる光検出器アセンブリ４８Ａ（図５Ａおよび図５Ｂにおいて最もよく分かる）によって制御される。図５Ｂは、４つの光検出器セル４８を有する光検出器アセンブリ４８Ａを示しているが、任意の所望の数のセル４８を用いてもよい。光検出器４８は、面２２Ｓから拡散反射される光（矢印２０４）を監視し、正確な照射レベル（図６参照）を生成するために、フィードバック信号を光制御装置４４に供給する。各光検出器セル４８に入射する光のわずかな部分がサンプルＳから反射され、面２２Ｓから１回または複数回再反射されることを理解すべきである。

半球のドーム２２Ｄの内壁２２Ｗおよび内面２２Ｓは、サンプル照射チャンバ２６を画定する。サンプル照射チャンバ２６の壁の内面は、サンプルＳに均一な照射レベルを提供するために、平坦な白色塗料などの高い反射率の拡散反射材料によってコーティングされる。好ましいコーティングは、ニューハンプシャー州ノースサットンのラブスフィア・インコーポレイテッド（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ，Ｉｎｃ．（Ｎｏｒｔｈ Ｓｕｔｔｏｎ，ＮＨ））から入手可能であり、商標名「デュラフレクト（Ｄｕｒａｆｌｅｃｔ）」で販売される６００ナノメートル（ｎｍ）の波長で９４％〜９６％の反射率および有効スペクトル領域３５０ｎｍ〜１２００ｎｍを有する所有権のある耐水性かつ耐久性のある白色反射コーティングである。

ドーム２２Ｄは、カメラ５０を収容するために、一番上（たとえば極位置）に開口部を有する。カメラ５０、マルチエレメントレンズ６０およびフィルタアセンブリ７０、８０は、ドームの一番上に取付けられ、マルチエレメントレンズ６０がサンプル平面Ｐの画像をカメラ５０内のＣＣＤ光検出器アレイ５２に投影されるようにする。レンズ６０は、レンズの焦点距離に基づいて、サンプル平面Ｐの上の一定の位置に取付けられる。適切なレンズは、ニューヨーク州（ＮＹ １１７８８）ハーパーグのシュナイダー・オプティックス・インコーポレイテッド（Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．（Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，ＮＹ））から部品番号２１−０１０４２５として市販される「シュナイダー（Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ）ＸＮＰ １．４／２３−０３０２、ＣＭ−１２０」（焦点距離２３ｍｍ、ｆ１．４）であり、サンプル平面Ｐの上に約１６センチメートル（６．３２５インチ）に取付けられる。

光学フィルタアセンブリ７０は、レンズ６０およびカメラ５０の前に取付けられる市販のヘーズフィルタを具備し、主にレンズ６０を機械的に保護するために機能する。フィルタアセンブリ８０は、画像解析方法が人間の目のスペクトル応答に適合するなどの所定のスペクトル領域における情報を利用するように、システムのスペクトル応答を制御するために用いられてもよい。マサチューセッツ州ウエストフォードのバール・アソシエイツ（Ｂａｒｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ（Ｗｅｓｔｆｏｒｄ，ＭＡ））から部品番号０４０１−３０３０Ｂとして入手可能なフィルタが、そのような目的に十分適していることが分かっている。このフィルタ８０は一般に、レンズ６０とＣＣＤカメラ５０との間に取付けられる。９５％を超える最大透過率、５５５ｎｍ＋／−５ｎｍの中心波長およびそれぞれ５１０ｎｍ（＋／−５ｎｍ）および６１０ｎｍ（＋／−５ｎｍ）の半値点を有するフィルタ８０は、人間の眼の応答に近似するシステムスペクトル応答を生じる。

ニューヨーク州ウッドベリーの日立電子アメリカ・リミテッド（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｄｅｎｓｈｉ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｌｔｄ．（Ｗｏｏｄｂｕｒｙ，ＮＹ））から入手可能なモデルＫＰ−Ｍ１Ａビデオカメラなどのカメラ５０は、関連するカメラ電源５６を有する。カメラ５０は、ＣＣＤ光検出器アレイ５２および関連する制御およびインターフェイス電子機器５４を具備し、垂直に取付けられ、サンプル平面Ｐがレンズ６０によってＣＣＤ光検出器上に撮像されるようにＣＣＤ光検出器アレイ５２が位置決めされる。マルチエレメントレンズ６０は、その開口が約ｆ／８であるように一般に設定される。サンプルＳ上の約７センチメートル×５センチメートル（２．８インチ×２．０インチ）の視野が、一般に撮像される。

カメラ５０によって生成されたビデオ画像は、ケーブル１６を介してコンピュータ画像プロセッサ１４に伝送される。ビデオケーブルは、マサチューセッツ州ウェルズリーのヴィシックス・コーポレーション（Ｖｉｓｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｅｌｌｅｓｌｅｙ，ＭＡ））から部品番号ＶＣＳＬ２−２．０−Ｐとして入手可能な直角コネクタを備えた長さ２ｍのカメラケーブルであってもよい。コンピュータ画像プロセッサ１４は、ブローダックス・システムズ・インコーポレイテッド（ＢｒｏＡ／Ｄａｘ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（ＢＳＩ））モデルＰＣＡＴＸＮ９−１５４、１５．４”ＴＦＴ１２８０×１０２４ ＳＸＧＡボータブルコンピュータを具備してもよい。

このコンピュータは、アナログ・ディジタルビデオ信号変換器を備えた１５．４インチのＴＦＴの１２８０×１０２４ＬＣＤスクリーンなどのディスプレイ装置Ｄと、タッチパッドを備えた内蔵キーボードと、内蔵スピーカと、３００ワットのＡＴＸ電源と、２つの５．２５”垂直型、２つの開放式３．５”水平型、１つの３．５型のドライブベイと、車輪および格納式取っ手を有する車輪付きキャリーバッグと、を具備する。標準的な構造は、ＡＴＸマザーボード、インテル（Ｉｎｔｅｌ）（登録商標）ペンティアム（Ｐｅｎｔｉｕｍ）−４（登録商標）、１．８ＧＨｚのＣＰＵ、１２８ＭＢ ＳＤＲＡＭを含むランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１４Ｒ、ＥＩＤＥ４０．０ギガバイト（ＧＢ）ハードドライブを含む磁気記憶装置１４Ｍ、１．４４ＭＢフロッピー（登録商標）ドライブ、４８Ｘ ＥＩＤＥ ＣＤ−ＲＯＭドライブおよび拡張変換ボードＷ／アサス・ゲフォース（Ｗ／Ａｓｕｓ ＧｅＦｏｒｃｅ）４ ＭＸ４４０−８Ｘ Ｖ９１８０マジック６４ＭＢ ＤＤＲ ＴＶＯＵＴを含むグラフィックスモジュールＧを含む。

３ＣＯＭ ＃３ｃ９０５−ＴＸ１０／１００ＢＴ ＬＡＮ（ＰＣＩ）をはじめとするローカルエリアネットワークモジュールＬＡＮおよび、マイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）の「ウィンドウズ２０００プロフェッショナル（Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ）（登録商標）」などのオペレーティングシステムソフトウェアも、含まれている。周辺装置としては、ナショナル・インストルメンツ・コーポレーション（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐ．）モデルＰＣＩ １４０９ マルチチャネルモノクロフレームグラバ１００（ナショナル（Ｎａｔｉｏｎａｌ）部品番号７７８２００−１）、モデルＰＣＩ ６５０３ディジタルＩ／Ｏカード１２０（ナショナル（Ｎａｔｉｏｎａｌ）部品番号７７７６９０−１およびラブヴュー（Ｌａｂｖｉｅｗ）（登録商標）用アイマックヴィジョン（ＩＭＡＱ Ｖｉｓｉｏｎ）（部品番号７７８０４４−１）などの関連ソフトウェアを含む。

分かりやすくするため、２つのタイプの光線が図３Ａ、図３Ｂおよび図４に示されている。光源から放射され、サンプルシートに入射する光線が白抜きの頭を有する矢印として示されている。任意の所与の点に３本または４本の矢印が示されている。サンプルシートから反射する矢印の頭は、黒塗りの頭を有する矢印として示されている。図３Ａは、第１の側面から照射される未印刷のサンプルシートＳの分解斜視図を示し、シートが黒い面３４Ｂに取付けられている。図３Ａは、明確にするために分解されているが、図５Ａの断面図を見れば十分に理解されると思われるように、サンプルシートＳは、黒い面３４Ｂと直に接触している。照射ドーム２２Ｄおよび光源４２が、断面で示されている。矢印２０２は、光源４２から放射される光線を表す。ドーム２２Ｄの内面２２Ｓからの拡散反射後、矢印２０６によって示されるように、光はサンプルシートに達する。サンプルシートの面によって反射される光線は、矢印２０８によって示される。

図３Ｂは、第１の側面から照射される印刷済みのサンプルシートＳ_ｐの分解斜視図を示し、シートは第２の側面上に印刷画像（逆向きの示された単語「ＩＭＡＧＥ」）を有し、サンプルシートＳ_ｐは黒い面３４Ｂに取付けられる。照射ドーム２２Ｄおよび光源４２が、断面で示されている。矢印２０２は、光源４２から放射される光線を表す。ドーム２２Ｄの内面２２Ｓからの拡散反射後、矢印２０６によって示されるように、光はサンプルシートに達する。印刷画像の領域以外のサンプルシートＳ_ｐの面によって反射された光は、矢印２１０によって示される。印刷画像の領域内のサンプルシートＳ_ｐの面によって反射された光は、矢印２１２によって示される。

図４は、未印刷のシートの「無限パッド」の反射率を測定するために用いられる未印刷のシートのスタックまたはパッドＳ−Ｓの分解斜視図を示す。照射ドーム２２Ｄおよび光源４２が、断面で示されている。矢印２０２は、光源４２から放射される光線を表す。ドーム２２Ｄの内面２２Ｓからの拡散反射後、矢印２０６によって示されるように、光はスタックＳ−Ｓの一番上のシートの面に達する。スタックＳ−Ｓの面によって反射された光は、矢印２１４によって示される。

一般に幅６４０ピクセル×高さ４８０ピクセルを測定するビデオ画像は、フレームグラバ１００の８ビット（２５６グレーレベル）のアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器によってディジタル化され、適切なメモリ装置によって格納される。０ボルト（ペデスタルレベル）と０．７１４ボルトとの間のカメラ電圧レベルが、０〜２５５のグレーレベルにディジタル化される。

（暗信号補正）
本発明において用いられる測定変数は、暗信号が考慮され、真の画像信号が測定される場合に限り、光レベルに実質的に左右されない。

したがって、暗信号を補正するための手順は、以下の通りである。
カメラレンズを遮断し、光源を消灯することによって、暗信号をサンプリングする。次の基準物体画像またはサンプル画像と同一サイズおよびフォーマットのメモリバッファに（適切なフレーム平均によって）暗信号画像を格納する。

各サンプル画像がディジタル化された後、基準物体画像またはサンプル画像のピクセル値からメモリバッファにおける暗信号画像のピクセル値をピクセル単位で減算する。

（照射レベルの制御）
図７、図８Ａおよび図８Ｂに示されているように、コンピュータ画像プロセッサ１４が、基準物体およびサンプルシートＳを照射する光レベルを正確に制御するようにプログラムされる。基準物体の面が照射アセンブリ４０によって照射され、光源が初期出力レベルに設定される。基準物体の面のフレーム平均されたディジタル画像が、画像を表す電気信号を生成するために、面から反射される光を光検出器アレイ上に最初に撮像することによって形成される。電気信号は、ディジタル化され、所定の回数でフレーム平均され、画像のフレーム平均された表示が画像プロセッサメモリ１４Ｒに格納される。画像の平均グレーレベルが決定され、画像の平均グレーレベルが所望のレベル（一般にアナログ・ディジタル変換器のダイナミックレンジの上の方）になるまで、基準物体の照射レベルが調整される。

図８Ａおよび図８Ｂにおいて分かるように、それぞれが関連する基準物体を有する一連のサンプルの測定を加速化するために、前の基準物体に用いられたレベルに光源出力レベルを最初に設定することにより、初期照射レベルが設定される。照射調整ステップは最初に、光レベルの所定の範囲内に光源出力レベルを設定するために、二分探索法を用いて行われる。基準物体画像の所望の平均グレーレベルが実現されない場合には、照射調整ステップは次に、光レベルのすべての範囲にわたって光源出力レベルを設定するために、二分探索法を用いて行われる。

（解析方法）
選択されたＡ／Ｄの全電圧範囲に関して、光がＣＣＤアレイに達さないように照射システムが消灯される。光がない場合におけるカメラの光検出器アレイによって生成される画像は、「暗応答」画像または「暗電流」画像として周知であり、所定の回数（一般に６４回または１２８回）ディジタル化され、次にフレーム平均される。すなわち、画像のそれぞれにおいて対応する画素またはピクセルが加算され、ディジタル化される画像の数によって除算され、ＣＣＤアレイおよびその関連電子機器の平均暗電流応答を表す画像を生成する。これは「平均暗電流」画像と呼ばれ、次に使用するために、ＲＡＭなどのメモリ１４Ｒまたは磁気記憶媒体１４Ｍに格納される。

平均暗電流画像は、メモリに格納され、サンプル画像における各ピクセルを補正するために、次に各サンプル画像から減算される。

各タイプの紙、すなわちサンプルの各集合に関して、所定の照射レベルを確立するために未印刷のシートの「無限スタック」が用いられる（図４参照）。この照射レベルは自動的に設定されるため、シートの「無限スタック」のためにＡ／Ｄ変換器に対するカメラ出力電圧は、画像の平均グレーレベルが範囲２００＋／−１などの所定の範囲にあるほどである。あるいは、各白色基準に関するカメラの飽和がない最高の可能な平均グレーレベルを提供するように、照射レベルを調整することができる。ディジタルＩ／Ｏカード１２０、すなわちコンピュータ１４は、制御信号を光レベル制御装置４４に供給する。照射レベルは光検出器アセンブリ４８Ａによって検知され、光検出器信号が光レベル制御装置４４に供給され、照射レベルを自動的に制御するために、制御信号と比較される。

いわゆる「無限スタック」は基準物体として機能し、各対応するピクセルの比を計算することによって、これを用いて続いて取得されるサンプル画像が比較される。「無限スタック」の各画像は、所定の回数（一般に６４回）フレーム平均され、「基準物体の暗電流補正較正画像」を生成するために、フレーム平均された暗電流画像が次に、ピクセルごとにそこから減算される。

（関心領域）
本発明のシステムはまた、視野内の関心領域（ＲＯＩ）にサンプルの測定を制限することができる。ＲＯＩは、カーソルボックスの配置によってユーザによって対話式で指定され、サンプルの画像に重ねて表示され、端末入力装置の適切なキーを押すことによって画像プロセッサ１４に移動され、サイズ調整がなされる。標準的な解析方法において、全体画像が測定される。

（装置の操作）
装置の全体操作が図７に示されている。ユーザは、測定されるグループにおけるサンプル数（反復としても周知である）を指定する。第１のサンプルの測定が行われる前に、ユーザは機器に基準物体（白色基準とも呼ばれる）を挿入するように促される。白色基準は、サンプル紙と同一タイプの未印刷の紙のスタックである。照射体強度は、白色基準画像の平均グレーレベルが所定のレベル、約２００であるように設定される。この照射強度は、サンプルのグループにおけるすべてのサンプルに関して一度固定される。この照射レベルを実現するために必要な光制御回路変数が、この照射レベルに関連付けられるすべてのサンプルと共に用いるために格納される。白色基準の画像は、フレーム平均を用いてこの照射レベルで取得される。基準物体の暗電流補正較正画像を形成するために、前に取得された暗基準画像が、白色基準画像からピクセルごとに減算される。

各反復サンプルを解析するときに、照射レベルが格納された光制御回路変数を用いることによって、白色基準と共に用いられるレベルに保持される。サンプル画像は、フレーム平均を用いてこの照射レベルで取得される。補正サンプル画像を形成するために、前に所得された暗基準画像が、サンプル画像からピクセルごとに減算される。次に、各ピクセルに関して、補正白色基準のグレーレベルに対する補正サンプルグレーレベルの比が計算される。これらのグレーレベルの比の値は次に、平均グレーレベル比Ｒを計算するために、すべてのピクセルにわたって平均化される。前述したように、未印刷のシートに関する比ＲはＲｏ／Ｒｉｎｆに等しく、印刷済みのシートに関する比Ｒ’はＲ’ｏ／Ｒｉｎｆに等しい。未印刷のシートのデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）^ＴＭショースルーバリュー（Ｓｈｏｗｔｈｒｏｕｇｈ Ｖａｌｕｅ）^ＴＭ、ＤＳＶ^ＴＭは１００＊（１−Ｒ）に等しく、印刷済みのシートのデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）^ＴＭショースルーバリュー（Ｓｈｏｗｔｈｒｏｕｇｈ Ｖａｌｕｅ）^ＴＭ、ＤＳＶ^ＴＭは１００＊（１−Ｒ’）に等しい。

図５Ｂに示されているように、光検出器アセンブリ４８Ａは、半球の反射体２２Ｄ内部に位置決めされ、一定のレベルにおける照射を制御するために電子回路に接続される。光検出器アセンブリ４８Ａから光レベル制御装置４４へのこのような光学的フィードバックにより、一旦具体的な設定が成されると、グループのすべてのサンプルに関して高精度で照射レベルが維持されることを保証し、高精度で同一の照射レベルに戻ることができることを保証する。これにより、裏写り測定に悪影響を及ぼしうる照射レベルの変動を防止する。

一実施形態において、本願明細書において本発明は、組立てまたは処理の基本的な特性および新規な特性に著しく影響しない任意の素子または処理ステップを除外するものと解釈されることができる。さらに、本発明は、本願明細書に明記しない任意の素子または処理ステップを除外するものと解釈されることができる。

本発明の方法は、一連のコーティングされた砕木パルプ紙サンプルを特徴付けるために用いられた。隔月で、６つの異なる紙すき工場によって供給される紙を用いて、印刷試験が行われた。サンプルは、印刷機器の同一の構成要素上に印刷された。紙品質の比較を容易にするために、同一の画像が、各月の生産工程に関して６つのすべての供給源からの紙上に印刷された。

印刷画像の裏写りを定量化するために、黒い画像が測定される側面から裏面上のサンプル上に印刷された。測定される側面には印刷画像がなかった。（すなわち、見られる側面は白色であった）。図９の各傾向線は、１回の印刷試験または１月のデータを表す。これらの傾向線は変化するが、一般に一貫性があるように見える。

不透明度（ＴＡＰＰＩ Ｔ−４２５の方法）と本発明の処理によって決定されるデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）の印刷済みのショースルーバリュー（Ｓｈｏｗ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｖａｌｕｅ）（ＤＳＶ^ＴＭ）との間の関係を示す図９のグラフは、表１のデータから生成された。計算が異なり、試験される領域のサイズは以下に記載されたＴ−４２５の方法の場合よりＤＳＶ^ＴＭの場合の方がはるかに大きいことから、ＤＳＶ^ＴＭと不透明度との相関はあまり高くない。本発明の方法は約７センチメートル×５センチメートル（２．５８インチ×２．０インチ）の矩形の領域の画像を取得するのに対し、業界標準の不透明度測定法Ｔ−４２５は９．５３ミリメートル（０．３７５インチ）の円形の開口部を用いて１回の測定を行う。したがって、本発明は、標準的なＴ−４２５不透明度測定より約５０倍の大きさの領域を測定する。

表１において、測定値の最初の６つの集合は図９において矩形の記号として示され、測定値の次の６つの集合は図９において三角形の記号として示され、測定値の最後の６つの集合は図９において円形の記号として示される。

不透明度の測定は、「紙の不透明度（１５／ｄジオメトリ、イルミナントＡ／２、８９％の裏当て反射率および紙の裏当て）」と題された（非特許文献１）に基づいている。試料開口部は、１４．８＋／−０．２５ｍｍ（０．５８４＋／−０．０１０インチ）の直径の輪であるものとする。照射領域は、９．５３＋／−０．３８ｍｍ（０．３７５＋／−０．０１５インチ）の直径の円であり、試料開口部の中心に配置されるものとする。表１に記録された実験の測定において、不透明度は、３回測定され、これらの３回の測定値の平均を表す値が記録された。

図１０は、本発明のスペクトル応答のグラフを示す（カメラセンサ、センサ（ＣＣＤアレイの部品）に赤外線除去フィルタおよび緑色フィルタを備える）。緑色フィルタは、機器全体のスペクトル応答が明所視応答、すなわち人間の目の応答に厳密に適合するように選択される。したがって、本発明を用いて行われた測定は、人間の観察者の観察と十分に相関があるものとする。

本発明の例示および好ましい実施形態の説明は、本発明の範囲を限定することを意図していない。添付の特許請求の範囲の真の精神および範囲を逸脱することなく、種々の修正、代替の構成および等価物を用いることができる。

シートにおける画像の裏写りを測定するためのシステムのブロック図を示す。 シートにおける画像の裏写りを測定するための構成の絵画図である。 断面で示された光源によって第１の側面から照射された未印刷のシートの分解斜視図を示し、シートは黒い面に取付けられている。 断面で示された光源によって第１の側面から照射された印刷済みのシートの分解斜視図を示し、シートは第２の側面上に印刷画像を有し、シートは黒い面に取付けられている。 断面で示された光源によって未印刷のシートの「無限パッド」の反射率を測定するために用いられるシートのスタックまたはパッドの分解斜視図を示す。 測定されるシートを照射するための光源構成の断面図を示す。 照射アセンブリの情報を見た平面図を示す。 照射レベルを制御するために用いられる光検出器の拡大図を示す。 本発明の方法全体を示すブロック図である。 サンプルの照射レベルを調整する方法を示すブロック図を示す。 サンプルの照射レベルを調整する方法を示すブロック図を示す。 ＴＡＰＰＩ標準Ｔ−４２５の方法によって生成された不透明度の値に対してグラフ化された本発明の方法の出力の相関を示すグラフである。 明所視フィルタの応答を示すグラフである。

Claims (18)

1. シートの第２の側面を照射して見たときに、前記シートの第１の側面上の印刷画像が目に見える程度を測定するための方法であって、
   ａ）初期照射レベルで基準物体を照射することによって、画像を含まない前記基準物体の較正画像を形成するステップと、
   ｂ）前記基準物体の平均グレーレベルを決定し、所定の平均グレーレベルを達成するために前記照射レベルを調整するステップと、
   ｃ）前記較正画像を形成するために用いられるのと同一の照射レベルで前記シートを照射し、前記シートの画像を形成するステップと、
   ｄ）前記較正画像の対応するピクセル強度と前記シートの前記画像のピクセル強度の比を測定するステップと、
   ｅ）前記ピクセル強度の比の平均値を計算するステップと
   を有することを特徴とする方法。
2. レンズおよび光検出器アレイによって前面の光学反射率を測定することによって、反射前面を有する実質的に平面のサンプル物体の裏面における印刷画像の裏写りを特徴付けるための画像解析方法であって、
   （ａ）光がない場合における前記光検出器アレイの応答を表わすフレーム平均された暗電流画像を形成するステップと、
   （ｂ）基準物体がその裏面に画像を備えていない状態で、拡散光源によって前記基準物体の前面を均一に照射し、前記基準物体の較正画像を形成するステップであって、
   （１）光源の出力が初期照射出力レベルに設定された前記拡散光源によって前記基準物体の前面を照射するステップであって、
   （２）前記基準物体の前面のフレーム平均された画像を形成するステップと、
   （３）ステップ（ｂ）（２）において形成された前記基準物体の画像における平均グレーレベルを決定するステップと、
   （４）前記光源の出力を調整することによって前記照射レベルを調整し、前記基準物体の前面によって反射された平均光レベルによって、ステップ（２）の前記画像の平均グレーレベルがアナログ・ディジタル変換器のダイナミックレンジ内の所定の値の所定の範囲内に収まるまでステップ（２）および（３）を繰り返すことにより、所定の照射レベルを確立するステップと、
   （５）前記基準物体の前面のフレーム平均された基準画像を形成するステップと、
   （６）ステップ（５）の前記フレーム平均された基準画像からステップ（ａ）の前記フレーム平均された暗電流画像をピクセル基準でピクセルについて減算し、その結果得られた画像をメモリに格納することにより、前記基準物体の暗電流補正較正画像を形成するステップとを含むステップと、
   （ｃ）前記所定の照射レベルで前記拡散光源によって、前記裏面に印刷画像を有するサンプル物体の前記前面を均一に照射するステップと、
   （ｄ）前記サンプル物体の前面のフレーム平均された画像を形成するステップと、
   （ｅ）ステップ（ｄ）の前記フレーム平均された画像からステップ（ａ）の前記フレーム平均された暗電流画像をピクセル基準でピクセルについて減算し、その結果得られた画像をメモリに格納することにより、前記サンプル物体の前面の暗電流補正画像を形成するステップと、
   （ｆ）裏写りを定量化するために、ステップ（ｂ）（６）の画像とステップ（ｅ）の画像の比をピクセル基準でピクセルについて計算することによってフレーム平均された暗電流補正画像を解析するステップと
   を有することを特徴とする画像解析方法。
3. 前記基準物体の前面のフレーム平均された画像を形成する前記ステップ（ｂ）（２）および前記サンプル物体の前面のフレーム平均された画像を形成する前記ステップ（ｄ）がそれぞれ、
   （１）前記前面から反射された光を光検出器アレイに撮像して、前記画像を表す電気信号を生成するステップと、
   （２）アナログ・ディジタル変換器を用いて前記電気信号をディジタル化するステップと、
   （３）前記電気信号を所定の回数フレーム平均するステップと、
   （４）画素のアレイとして前記画像を表す前記フレーム平均されたディジタル表示をメモリに格納するステップと
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記解析ステップ（ｆ）が、
   （１）ピクセル基準でピクセルに関してステップ（ｂ）（６）の前記画像とステップ（ｃ）の前記画像の比を計算するステップと、
   （２）前記ピクセルの比の平均値を計算するステップと、
   （３）値１．０から前記平均値を減算して、裏写りの定量的な表示を生成するステップと
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記レンズおよび前記光検出器アレイと組合せた光学フィルタをさらに具備し、前記組合せの全体的なスペクトル応答は、前記画像解析方法が所定のスペクトル領域における情報を用いるようなものになっていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記レンズと前記光検出器アレイとの間に位置決めされる前記光学フィルタをさらに具備し、前記組合せの全体的なスペクトル応答は、前記画像解析方法が人間の目の明所視応答に近似するスペクトル領域における情報を用いるようなものになっていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記照射調整ステップ（ｂ）（４）が、光レベルの所定の範囲内で二分探索法を用いて行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
8. 前記照射調整ステップ（ｂ）（４）が、光レベルのすべての範囲内で二分探索法を用いて行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 視野の関心領域（ＲＯＩ）が、ステップ（ｂ）〜（ｆ）を行う前に選択されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
10. 前記基準物体が複数の物体を含み、それぞれがその裏面に画像を備えず、互いの上にスタックされ、前記スタックの物体の数における変化が前記基準物体の画像における平均グレーレベルの測定可能な差を生じないようになっていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
11. 前記基準物体が、複数の紙のシートから構成されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記サンプル物体が、紙のシートであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
13. 実質的に平面のサンプル物体の第２の側面を照射して見たときに、実質的に平面のサンプル物体の第１の側面上の印刷画像が目に見える程度を測定するための装置であって、
    ａ）サンプル物体ホルダ、前記サンプル物体を拡散照射するための照射アセンブリおよび撮像アセンブリを具備する光漏れのない筐体と、
    ｂ）前記照射アセンブリによって形成される前記サンプル物体の前記照射レベルを制御し、前記撮像アセンブリによって形成される画像を受信し、それらの画像を解析するためのコンピュータ画像処理アセンブリとを具備し、
    （１）前記サンプル物体ホルダは、所定の平面において測定される前記サンプル物体を保持するための支持フレームおよび支持プラテンを具備し、
    （２）前記照射アセンブリは、
    （ｉ）所定のサンプル平面が半球の赤道面に対応するように、前記サンプルホルダに隣接して位置決めされ、前記半球が拡散反射内面および撮像アセンブリを取付けるための極開口部を有する半球の反射体と、
    （ｉｉ）前記赤道面の上方に位置し、前記半球の拡散反射内面を照射するように配置される光源の円形アレイと、
    （ｉｉｉ）光源の前記アレイに隣接して位置決めされ、前記半球の内面から拡散反射される光のレベルを検知するように向けられる光検出器と
    を具備し、
    （３）前記撮像アセンブリは、
    （ｉ）レンズと、
    （ｉｉ）光検出器アレイとを具備し、前記レンズは前記光検出器アレイ上に前記物体の画像を集光し、前記アレイにおける各光検出器は前記物体の前面から反射される光を表す電気信号を生成し、前記光検出器アレイは前記コンピュータ画像処理アセンブリに接続されることを特徴とする装置。
14. 各光源が、白色発光ダイオードを具備することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記レンズおよび前記光検出器アレイと組合せた光学フィルタをさらに具備し、前記フィルタは、前記装置の全体的なスペクトル応答が所定のスペクトル応答であるようにスペクトル応答を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 前記レンズと前記光検出器アレイとの間に位置決めされる光学フィルタをさらに具備し、その結果、前記装置の全体的なスペクトル応答が人間の目の明所視応答に近似することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記半球の内面が、前記極開口部に隣接する実質的な非反射領域を有し、その結果、前記物体からの鏡面反射が前記撮像アセンブリによって撮像されないことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
18. 前記半球の内面が、撮像される前記サンプル物体の領域に対応する前記極開口部に隣接する実質的な非反射領域を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
    

Images