JP2007278931A - 画像評価装置および画像評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光沢度の異なるさまざまな被測定物について、人間の視覚特性に良好に対応した光沢むらの評価を行うことを可能にする。
【解決手段】画像評価装置は、プレ撮像を実行して（ステップＳ１）、被測定物の光沢度を推定する（ステップＳ２）。その後、推定した光沢度に基づいて撮像時間と入射角偏差を設定し（ステップＳ３、Ｓ４）、設定された条件で被撮像物を再度撮像する（ステップＳ５）。画像評価装置は、このようにして得られた画像信号から光沢むらを示す評価値（ＧＵ）を算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、被測定物の光沢むらを示す評価値を算出するに際して、人間の視覚特性により対応した評価値を算出するための技術に関する。

画像形成装置においては、形成される画像の光沢むらが画質を決定付ける属性の一つとなる。ここで光沢むらとは、人間が視覚的に判断可能な被測定物（この場合、形成された画像）からの正反射光の微小な変動に起因する指標のことであり、いわゆる「ぎらつき感」を表すものである。画像形成装置の画質を向上させるためには、人間の視覚特性に良好に対応した光沢むらを算出できるような評価方法が必要であるが、これを人間による主観評価ではなく機械による客観評価で実現することが求められている。

物体表面の光沢度を測定する方法としては、被測定物からの正反射方向の反射光束を測定することで鏡面光沢度を求める方法がＪＩＳ（日本工業規格）により定められているが（ＪＩＳ Ｚ８７４１）、この鏡面光沢度は正反射方向の反射光束の平均値を表す物理量であるため、上述の光沢むらに相当する正反射光の微小変動を知ることはできない。

光沢むらを評価する方法としては、例えば特許文献１および２に記載された技術がある。特許文献１に記載された技術は、可視光を対象物に照射しその正反射光をテレビカメラで受光し、得られた２次元画像を特定波長範囲において強調してフーリエ変換することにより、画像の明暗を２極化し明部または暗部の面積分布から光沢むらを求めるものである。また、特許文献２に記載された技術は、被評価サンプルからの正反射光成分を含む画像を撮像して被評価画像の画素毎に平均値からの偏差を求めて偏差画像を算出し、この偏差画像の空間周波数特性に人の視覚の空間周波数特性を乗じて積分した値を算出し、この積分により得られた値に比例係数を乗じた値を光沢ムラ評価量とするものである。
特開平６−２２２０２２号公報 特開２００２−３５０３５５号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載された技術においては、光沢度の異なるさまざまな被測定物について良好に光沢むらを評価することが困難であった。例えば、高光沢の被測定物の光沢むらを良好に評価できたとしても、低光沢の被測定物の光沢むらについては主観評価とあまり一致しない、というような問題を生じていた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光沢度の異なるさまざまな被測定物について、人間の視覚特性に良好に対応した光沢むらの評価を行うことを可能にする技術を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、光軸と平行である平行成分と当該光軸と平行でない非平行成分とを含む光を被測定物に照射する照射手段と、前記照射手段が前記被測定物の所定の位置に照射する光に含まれる平行成分と非平行成分の割合を設定する設定手段と、前記設定手段により前記割合を設定されて前記照射手段が前記被測定物に照射した光により生じる正反射光を撮像し、当該正反射光に応じた画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて前記被測定物の光沢むらを示す評価値を算出する算出手段とを備える画像評価装置を提供する。
このような画像評価装置によれば、被測定物に照射する光に含まれる平行成分と非平行成分の割合を変化させることが可能である。

なお、本発明は、上述の画像評価装置が行う画像評価方法や、この画像評価方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして特定することも可能である。

以上のように、本発明によれば、光沢度の異なるさまざまな被測定物について、人間の視覚特性に良好に対応した光沢むらの評価を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
［構成］
図１は、本発明の一実施形態である画像評価装置１００の構成を示した図である。本実施形態の画像評価装置１００の構成は、台座部１０と、照明部２０と、撮像部３０とに大別される。なお、本実施形態においては、被測定物Ｐは紙等のシート状の物体である。この被測定物Ｐには、カラープリンタ等の画像形成装置により形成された画像が形成されているものとする。

台座部１０は載置台１１と基準板１２とを有する。載置台１１は被測定物Ｐを載置するための平面状の台座であり、同図の紙面に垂直な方向に移動可能に設けられている。この方向のことを、以下では「ｙ軸方向」という。基準板１２は屈折率１．５６７の黒ガラスからなる板状の部材であり、被測定物Ｐに近接するように設けられている。この基準板１２は後述する画像信号の規格化に用いられるものである。

照明部２０は載置台１１に載置された被測定物Ｐに光を照射し、撮像部３０は被測定物Ｐに照射した光により生じる正反射光を受光して受光光の強度に応じた画像信号を生成する。また、照明部２０の照明系と撮像部３０の撮像系は、後述するｘ軸駆動部７０により図中の矢印ｘの方向に移動される。この矢印ｘで示した方向のことを、以下では「ｘ軸方向」という。

図２は、照明部２０の照明系と撮像部３０の撮像系の構成を示した図である。同図に示すように、照明部２０は、光源２１と、集光レンズ２２と、拡散板２３とを備える。光源２１は光を連続的に照射する大光量の発光源である。本実施形態においては、いわゆるハロゲンファイバー照明装置を用いている。集光レンズ２２は光源２１より照射された光を集束させる１または複数の光学部材である。拡散板２３は集光レンズ２２により収束された光を拡散させる。拡散板２３としては、例えばすりガラスを用いることができる。

照明部２０は、被測定物Ｐに向けてさまざまな方向成分を有する光を照射している。これらの光には、照明系の光軸に対して平行な成分と平行でない成分とが含まれる（以下、それぞれ「平行成分」および「非平行成分」という。）。光軸と被測定物Ｐがなす平面との交点をＰ₀とすると、この交点Ｐ₀には、図３にω₁で示した角度の範囲内から光が照射される。つまり、光軸と被測定物Ｐがなす平面の法線のなす角度を入射角としたとき、実際に交点Ｐ₀に入射する光の角度には最大でω₁／２のばらつき（偏差）がある。このばらつきのことを、以下では入射角からの偏差という意味で「入射角偏差」という。

交点Ｐ₀には入射角偏差の範囲内で均等に光が入射するので、交点Ｐ₀に入射する光は、入射角偏差が小さいほど平行成分の割合が高くなる。逆に、入射角偏差が大きくなれば、それだけ入射光全体に占める平行成分の割合は低くなる。つまり、図３に示した例で言えば、図３（ｂ）の場合は図３（ａ）の場合よりも高い割合で平行成分を含んでいるということである。

撮像部３０は、結像レンズ３１とＣＣＤカメラ３２とを備える。結像レンズ３１は被測定物Ｐに照射した光により生じる正反射光をＣＣＤカメラ３２が撮像する位置に結像させる。ＣＣＤカメラ３２はＣＣＤ（Charge Coupled Device）エリアセンサを有する撮像装置である。本実施形態のＣＣＤカメラ３２は、１３９２×１０４０ピクセルの有効画素数を有しており、その分解能は１４．５μｍである。ゆえに、このＣＣＤカメラ３２の有効撮像領域は、およそ２０×１５ｍｍである。ＣＣＤカメラ３２は、結像レンズ３１により結像された正反射光の強度に応じた画像信号を生成して後述する制御部４０に出力する。本実施形態のＣＣＤカメラ３２は、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の各色の色信号からなる画像信号を出力する。なお、本実施形態において、撮像部３０の撮像角ω₂は２０°であり、ＣＣＤカメラ３２の画角ω₃は４．２°である。照明部２０が照射する光の入射角は２０°であり、撮像部３０の撮像角は２０°である。すなわち、撮像部３０は被測定物Ｐからの反射光のうちの正反射光を主に受光する。

続いて、画像評価装置１００の制御系統について図４のブロック図を参照しながら説明する。画像評価装置１００は、制御部４０と、操作部５０と、表示部６０と、ｘ軸駆動部７０と、ｙ軸駆動部８０と、光源駆動部９０とを備える。制御部４０はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えた演算装置であり、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによって画像評価装置１００各部の動作を制御する。操作部５０は各種ボタンを備えており、ユーザによる入力指示を受け付ける。表示部６０は例えば液晶ディスプレイであり、各種情報を表示する。

ｘ軸駆動部７０はモータ等を備えており、照明部２０および撮像部３０をｘ軸方向に移動させる。ｙ軸駆動部８０はモータ等を備えており、載置台１１をｙ軸方向に移動させる。つまり、ｘ軸駆動部７０およびｙ軸駆動部８０は、撮像部３０に被測定物Ｐ全体を走査（スキャン）させる機能を有している。光源駆動部９０はモータ等を備えており、光源２１、集光レンズ２２および拡散板２３を光軸方向に移動させる。つまり、光源駆動部９０は入射角偏差を変化させる機能を有している。

［動作］
続いて、上述の構成を有する画像評価装置１００が行う動作を図５に示すフローチャートに沿って説明する。はじめに、画像評価装置１００の制御部４０は、被測定物Ｐのおおよその光沢度を検知するためのプレ撮像を行わせる（ステップＳ１）。具体的には、制御部４０はｘ軸駆動部７０およびｙ軸駆動部８０を駆動させて被測定物Ｐの一部（または全部）を撮像部３０に撮像させて画像信号を取得する。そして制御部４０は、取得した画像信号の強度から被測定物Ｐの光沢度を推定する（ステップＳ２）。このとき制御部４０は、画像信号の強度が高いほど被測定物Ｐの光沢度が高いと判断する。

続いて制御部４０は、ステップＳ２において推定された光沢度に応じて撮像時間を設定する（ステップＳ３）。制御部４０は、被測定物Ｐの光沢度が高い場合には撮像時間を短くし、被測定物Ｐの光沢度が低い場合には撮像時間を長くする。これは、光沢度の低い被測定物についてはより高感度に撮像を行い、光沢度の高い被測定物についてはより画像信号が飽和しないように撮像を行うためである。

続いて制御部４０は、ステップＳ３において算出した撮像時間に基づいて入射角偏差を設定する（ステップＳ４）。撮像時間が長い場合、すなわち被測定物Ｐの光沢度が低い場合には、制御部４０は入射角偏差を大きくする。一方、撮像時間が短い場合、すなわち被測定物Ｐの光沢度が高い場合には、制御部４０は入射角偏差を小さくする。そして制御部４０はステップＳ３、Ｓ４において設定された条件を用いて被測定物Ｐを表す画像信号を取得する（ステップＳ５）。なお、このとき制御部４０は、基準板１２の撮像を併せて行う。

このとき生成される画像信号は、Ｒ、ＧおよびＢの３色の色成分からなる画像信号であり、ｘ軸方向、ｙ軸方向の各画素について所定のビット数の階調値を有している。以下では、位置（ｘ，ｙ）の画素の階調値を（Ｒ（ｘ，ｙ）、Ｇ（ｘ，ｙ）、Ｂ（ｘ，ｙ））と表現する。ここにおいて、Ｒ（ｘ，ｙ）、Ｇ（ｘ，ｙ）およびＢ（ｘ，ｙ）は、それぞれ、位置（ｘ，ｙ）におけるレッド、グリーンおよびブルーの階調値である。

画像信号を取得したら、制御部４０はこの画像信号に規格化を行うとともに、この画像信号を輝度成分を表す画像データ（以下「輝度信号」という。）に変換する（ステップＳ６）。具体的には、制御部４０は以下の（１）式に示す演算を実行することによりある位置（ｘ，ｙ）の画素の輝度信号Ｙ（ｘ，ｙ）を算出している。

なお、（１）式において、ｋ_r、ｋ_gおよびｋ_bはあらかじめ実験的に求められて記憶されている係数であり、本実施形態においては、ｋ_r＝０．１２０、ｋ_g＝０．２６６、ｋ_b＝０．０４７としている。また、ＳＴおよびＳＴ₀はそれぞれ、被測定物Ｐおよび基準板１２を撮像したときの撮像時間であり、Ｒ₀、Ｇ₀およびＢ₀は基準板１２を表すレッド、グリーンおよびブルーの階調値である。

そして制御部４０は、ステップＳ６において算出した輝度信号を用いて、光沢むらを示す評価値（ＧＵ）を算出する処理を行う（ステップＳ７）。ここで図６は、この評価値（ＧＵ）の算出処理を示したフローチャートである。以下、同図に沿って説明する。

はじめに制御部４０は、輝度信号に２次元フーリエ変換を実行してこの輝度信号の周波数スペクトルを算出し（ステップＳ７１）、さらに、直交座標で表される周波数スペクトルを極座標に変換し、（ｘ，ｙ）空間の輝度信号Ｙ（ｘ，ｙ）から極座標空間（ｒ，θ）で表される２次元周波数スペクトルＦ（ｒ，θ）を算出する。続いて制御部４０は、算出した２次元周波数スペクトルＦ（ｒ，θ）のそれぞれのθについて、以下の（２）式に示す視覚伝達関数（Visual Transfer Function）を乗算する処理を行う（ステップＳ７２）。この演算は、２次元周波数スペクトルＦ（ｒ，θ）を人間の視覚特性に合わせて補正する処理である。以下では、補正後の２次元周波数スペクトルをＦ’（ｒ，θ）とする。

このようにしてＦ’（ｆ，θ）を求めたら、制御部４０はこの２次元周波数スペクトルをθ方向について積分し、１次元周波数スペクトルＧ’（ｆ）を算出する（ステップＳ７３）。そして制御部４０は、この１次元周波数スペクトルＧ’（ｆ）に以下の（３）式に示す演算を実行して評価値ＧＵを算出する（ステップＳ７４）。

同図において、ｆ_nはナイキスト周波数である。ナイキスト周波数ｆ_nは、サンプリング周波数の１／２の値である。本実施形態におけるサンプリング周波数は、ＣＣＤカメラ３２の分解能（１４．５μｍ）の逆数により得られる。また、Ｙ_aveは全画素の輝度信号Ｙ（ｘ，ｙ）の平均値である。以上のようにして評価値ＧＵを求めたら、制御部４０はこれを表示部６０に表示させるなどしてユーザに通知する。これにより、ユーザは被測定物Ｐの光沢むらを示す評価値を知ることができる。

このようにして光沢むらを示す評価値を算出すると、被測定物の光沢度が高い場合には、被測定物に入射角偏差の小さい光（すなわち光軸に平行な成分を相対的に多く含む光）が照射され、被測定物の光沢度が低い場合には、被測定物に入射角偏差の大きい光（すなわち光軸に平行な成分を相対的に少なく含む光）が照射される。このようにすると、被測定物の光沢度によらず、人間の主観評価に良好に一致する評価値を算出することが可能となる。すなわち、この画像評価装置１００によれば、低光沢・高光沢によらずさまざまな被測定物について光沢むらの評価を良好に行うことができる。

［実験結果］
続いて、本実施形態の画像評価装置１００を用いて行った画像評価について説明する。ここでは、本発明の効果を検証するために、入射角偏差を自動で設定させずに手動で設定を行った。本発明者は、低光沢の被測定物２種類（Ａ、Ｂ）と高光沢の被測定物２種類（Ｃ、Ｄ）を用いて、入射角偏差が「０．３８°」の場合と「３．０５°」の場合について評価値ＧＵを算出する実験を行った。なお、人間の主観評価によった場合には、被測定物Ａよりも被測定物Ｂのほうが光沢むらが顕著であり、被測定物Ｃよりも被測定物Ｄのほうが光沢むらが顕著であった。

図７および８は、上述の実験の結果を示した表である。同図に示すように、低光沢の被測定物の場合には、いずれの入射角偏差であっても主観評価と一致する結果が得られたが、入射角偏差が大きいほうが評価値ＧＵの差が大きくなり、光沢むらの評価をより容易に行えることが明らかとなった。また、低光沢の被測定物の場合には、入射角偏差が小さいほうの評価値ＧＵが主観評価の結果と一致することが明らかとなった。つまり、低光沢の被測定物の場合には入射角偏差を大きくし、高光沢の被測定物の場合には入射角偏差を小さくすることによって、客観評価による評価値ＧＵと主観評価の結果とを良好に一致させることができることが明らかとなった。

［変形例］
以上においては、一の好適な実施形態を例示して本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の態様にて実施することが可能である。本発明においては、例えば、上述した実施形態に対して以下のような変形を適用することができる。なお、これらの変形は、各々を適宜に組み合わせることも可能である。

上述の実施形態においては、撮像部３０はｘ軸駆動部７０によりｘ軸方向に移動され、被測定物Ｐはｙ軸駆動部８０によりｙ軸方向に移動されると説明したが、撮像部３０または被測定物Ｐのいずれかをｘ軸方向とｙ軸方向の両方に自在に移動可能な構成としてもよい。また、被測定物Ｐが小面積である場合や、ＣＣＤエリアセンサによる撮像可能範囲が広い場合であれば、ｘ軸駆動部７０やｙ軸駆動部８０に相当する構成を設けなくてもよい。

また、上述の実施形態においては、光源駆動部９０は光源２１、集光レンズ２２および拡散板２３を光軸方向に移動させると説明した。しかしながら、図９に示すように、拡散板２３のみを光軸方向に移動させる構成であっても入射角偏差を変化させることが可能である。

また、上述の実施形態においては、照明部２０の入射角と撮像部３０の撮像角はいずれも２０°で固定されていたが、これを可変とする構成にするとより望ましい。この場合、入射角と撮像角が常に一致するように、照明部２０と撮像部３０とが連動する構成が好適である。

また、上述の実施形態においては、撮像時間や入射角偏差はプレ撮像を行うことにより算出されると説明したが、プレ撮像を行わずにこれらを算出することも可能である。例えば、「高光沢モード」「低光沢モード」のようなモード切り替えをユーザが行うためのボタン等を操作部５０に設け、制御部４０がユーザにより選択されたモードに応じて撮像時間や入射角偏差を設定する構成としてもよい。

また、上述の実施形態のようにシート状の物体を被測定物とする場合であれば、載置台１１に被測定物を吸着させるための構成（例えば静電吸着、エアー吸引等）を設けて、被測定物の平面性を高めるようにすると好適である。また、載置台１１を傾斜させる構成や、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向に上下動させる構成を設け、被測定物が傾いた場合や光軸がずれた場合にも高精度な測定ができるようにしてもよい。さらに、非測定物の位置決めを容易にすべく、ＣＣＤカメラ３２が撮像する位置をレーザー光等により示す構成を設けてもよい。

本発明の一実施形態である画像評価装置の構成を示した図である。 画像評価装置の照明部と撮像部の構成を示した図である。 入射角偏差を説明するための図である。 画像評価装置の制御系統を示したブロック図である。 画像評価装置が行う動作を示したフローチャートである。 光沢むらの評価値（ＧＵ）の算出処理を示したフローチャートである。 本発明の効果を検証するために行った実験の結果を示した表である。 本発明の効果を検証するために行った実験の結果を示した表である。 画像評価装置の変形例を示した図である。

符号の説明

１００…画像評価装置、１０…台座部、１１…載置台、１２…基準板、２０…照明部、２１…光源、２２…集光レンズ、２３…拡散板、３０…撮像部、３１…結像レンズ、３２…ＣＣＤカメラ、４０…制御部、５０…操作部、６０…表示部、７０…ｘ軸駆動部、８０…ｙ軸駆動部、９０…光源駆動部

Claims (10)

1. 光軸と平行である平行成分と当該光軸と平行でない非平行成分とを含む光を被測定物に照射する照射手段と、
   前記照射手段が前記被測定物の所定の位置に照射する光に含まれる平行成分と非平行成分の割合を設定する設定手段と、
   前記設定手段により前記割合を設定されて前記照射手段が前記被測定物に照射した光により生じる正反射光を撮像し、当該正反射光に応じた画像信号を生成する撮像手段と、
   前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて前記被測定物の光沢むらを示す評価値を算出する算出手段と
   を備えることを特徴とする画像評価装置。
2. 前記設定手段は、
   前記撮像手段により撮像される正反射光の強度が高くなるにしたがい、前記光に含まれる非平行成分の割合を小さくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
3. 前記撮像手段は、
   前記被測定物に照射した光により生じる正反射光をあらかじめ撮像し、当該正反射光の強度に基づいて撮像時間を決定する決定手段を備え、
   前記算出手段は、
   前記撮像手段により生成された画像信号を前記決定手段により決定された撮像時間を用いて補正して前記被測定物の光沢むらを示す評価値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
4. 前記照射手段を前記光軸の方向に移動させる移動手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
5. 前記照射手段は、
   光を照射する光源と、前記光源より照射された光を集束させるレンズと、前記レンズにより集束された光を拡散させる拡散板と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
6. 前記光源がハロゲンファイバー照明装置である
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像評価装置。
7. 前記照射手段および前記撮像手段を、前記被測定物の前記所定の位置がなす平面に平行である所定方向に移動させる第１の駆動手段と、
   前記被測定物を、前記平面に平行であり、かつ、前記所定方向に直交する方向に移動させる第２の駆動手段と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
8. 前記被測定物を載置する載置台と、
   前記載置台を傾斜させる傾斜手段と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
9. 前記被測定物を載置する載置台と、
   前記載置台に載置された被測定物がなす平面の法線方向に当該載置台を移動させる駆動手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
10. 画像評価装置が被測定物の光沢むらを示す評価値を算出するための画像評価方法であって、
    光軸と平行である平行成分と当該光軸と平行でない非平行成分とを含む光を被測定物に照射する照射ステップと、
    前記照射ステップにおいて前記被測定物の所定の位置に照射される光に含まれる平行成分と非平行成分の割合を設定する設定ステップと、
    前記設定ステップにおいて前記割合を設定されて前記照射ステップにおいて前記被測定物に照射された光により生じる正反射光を撮像し、当該正反射光に応じた画像信号を生成する撮像ステップと、
    前記撮像ステップにおいて生成された画像信号に基づいて前記被測定物の光沢むらを示す評価値を算出する算出ステップと
    を有することを特徴とする画像評価方法。

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