JP2009014373A - 分光反射率推定方法、分光反射率推定装置および分光反射率推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで簡便に被写体の分光反射率の推定する。
【解決手段】分光反射率が既知の標準板４の画像データから正規化係数を算出し、この正規化係数を用いて、被写体３の画像データの信号値を正規化するとともに、正規化された信号値から被写体３の分光反射率Ｒａを撮像装置１の分光感度と光源５の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出し、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、被写体３の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、被写体３の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定して、この射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａから被写体３の分光反射率を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体をデジタルカメラやスキャナなどのデジタル画像入力機器で入力することにより得られた画像もしくは、濃度計や色彩輝度計などの測定器で測定することにより得られた信号値より、被写体の分光反射率を推定する分光反射率推定方法、分光反射率推定装置および分光反射率推定プログラムに関する。

一般に撮像装置により撮像された画像は撮像装置固有の情報、例えば、信号値ＲＧＢなどで記述される。この信号値ＲＧＢは装置に依存するため、装置に依存しない色情報であるＸＹＺ三刺激値に変換して正確な色再現を行う方法がある。
しかしながら、これらの値は光源に依存してしまうため、異なる光源では正確に色再現を行うことができない場合もある。そこで、光源や装置に依存しない色情報である分光反射率を取得し、これを用いて色再現を行う方法が試みられている。分光反射率を取得する方法としては、１チャンネルの画像入力機器を使用し、画像入力機器または照明の前に狭帯域の光学フィルタを順次設置して撮像する手法（例えば、特許文献１参照）や、３チャンネルの画像入力機器を使用し、画像入力機器または照明の前に光学フィルタを設置して撮像した画像と光学フィルタなしの画像を合わせて、６チャンネル以上の画像とする手法などがある。また、分光反射率を少数の基底関数の線形和により表し、撮像チャンネル数を低減する手法もある。この手法では、基底関数の数と同等のチャンネル数の分光画像を取得することにより、分光反射率を推定することが可能である。したがって、この場合、使用するフィルタが必ずしも狭帯域でなくてもよい。
特開２００１−０９９７１０号公報

しかしながら、従来の手法では、画像入力機器以外の装置が必要であり、また装置が高額であるとともに、装置全体が大がかりになってしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、画像入力機器や測定器以外に特別な装置を必要とせず、低コストで簡便に、かつ高精度で照明光源や装置に依存しない被写体の分光反射率の推定することができる分光反射率推定方法、分光反射率推定装置および分光反射率推定プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定方法であって、分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得するステップと、前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出するステップと、前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化するステップと、前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出するステップと、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定するステップと、前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出するステップとを有することを特徴とする。

本発明は、受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定方法であって、分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得するステップと、前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出するステップと、前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化するステップと、前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出するステップと、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと距離的に最も近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉの直交ベクトルＢｉを前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａとするステップと、前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出するステップとを有することを特徴とする。

本発明は、受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定装置であって、分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する手段と、前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する手段と、前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する手段と、前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する手段と、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定する手段と、前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定装置であって、分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する手段と、前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する手段と、前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する手段と、前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する手段と、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと距離的に最も近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉの直交ベクトルＢｉを前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａとする手段と、前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定プログラムであって、分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する処理と、前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する処理と、前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する処理と、前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する処理と、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定する処理と、前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する処理とをコンピュータに行わせることを特徴とする。

本発明は、受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定プログラムであって、分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する処理と、前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する処理と、前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する処理と、前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する処理と、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと距離的に最も近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉの直交ベクトルＢｉを前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａとする処理と、前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する処理とをコンピュータに行わせることを特徴とする。

本発明によれば、画像入力機器や測定器以外に特別な装置を必要とせず、画像入力機器や測定器から得られる信号値から分光反射率を推定することが可能になるという効果が得られる。

以下、本発明の一実施形態による分光反射率推定装置を図面を参照して説明する。初めに、本発明による分光反射率推定の原理を説明する。ここでは、画像入力機器としてデジタルカメラを用いた説明となっているが、デジタルカメラに限らずスキャナなど他の画像入力機器にも応用が可能である。

３チャンネルのデジタルカメラの正規化信号値Ｓ_{ｉ，ｎｏｒｍ}（ｉ＝１，２，３）は、デジタルカメラの分光感度特性ｆ_ｉ（λ）、照明光源の分光分布特性Ｐ（λ）、被写体の分光反射率Ｒ（λ）を用いて（１）式により求めることができる。ここで、λは波長を表す。
Ｓ_{ｉ，ｎｏｒｍ}＝∫ｆ_ｉ（λ）・Ｐ（λ）・Ｒ（λ）ｄλ （ｉ＝１，２，３）・・・（１）
ただし、実際に撮像した画像データから得られる信号値Ｓ_ｉとＳ_{ｉ，ｎｏｒｍ}の関係は（２）式に示す通りである。
Ｓ_{ｉ，ｎｏｒｍ}＝ｋ_ｉ×Ｓ_ｉ （ｉ＝１，２，３）・・・（２）
ただし、ｋ_ｉは正規化係数である。

計算の便宜上、デジタルカメラ各チャンネルの分光感度特性と照明光源の分光分布特性と被写体の分光反射率を４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲において１０ｎｍでサンプリングされた離散データとして扱えば、（１）式と（２）式は、（３）式と（４）式で表すことができる。
Ｓ_ｎｏｒｍ＝［ｆ_１ ｆ_２ ｆ_３］^ＴＰＲ ・・・（３）
Ｓ_ｎｏｒｍ＝ｋＳ ・・・（４）
ただし、Ｓ，Ｓ_ｎｏｒｍは（５）式、（６）式で表されるものとし、ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３はそれぞれデジタルカメラ各チャンネルの分光感度特性を表した３１次元ベクトル、Ｐは照明光源の分光分布特性を対角成分に持つ３１行３１列対角行列、Ｒは被写体の分光反射率を表す３１次元ベクトル、ｋはｋ_１，ｋ_２，ｋ_３を対角成分に持つ３行３列対角行列である。また、Ｔは転置を表す。
Ｓ_ｎｏｒｍ＝［Ｓ_{１，ｎｏｒｍ} Ｓ_{２，ｎｏｒｍ} Ｓ_{３，ｎｏｒｍ}］^Ｔ ・・・（５）
Ｓ＝［Ｓ_１ Ｓ_２ Ｓ_３］^Ｔ ・・・（６）

ここで、デジタルカメラ各チャンネルの分光感度特性と照明光源の分光分布特性が既知であるものとし、信号値がＳとなる３１次元ベクトルＭを（７）式を用いることにより算出することを考える。
Ｍ＝（［ｆ_１ ｆ_２ ｆ_３］^ＴＰ）⁻Ｓ ・・・（７）
（７）式のＭは被写体の分光反射率Ｒをデジタルカメラ各チャンネルの分光感度特性と照明光源の分光分布特性の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間への射影ベクトルを示している。また、−は（［ｆ_１ ｆ_２ ｆ_３］^ＴＰ）の一般化逆行列を表している。

ここで、射影ベクトルＭから分光反射率Ｒへの直交ベクトルをＢとすると、分光反射率Ｒは（８）式で示される。
Ｒ＝Ｍ＋Ｂ ・・・（８）
この関係を説明の便宜上、２次元で図示すると図８のようになる。ここで、射影ベクトルＭは（７）式より信号値Ｓから算出することができるため、直交ベクトルＢを推定することにより、被写体の分光反射率Ｒを推定することができる。

以下、直交ベクトルＢの推定方法について説明する。
被写体の分光反射率をＲ_ａとし、その直交ベクトルをＢ_ａとする。また、被写体と同種の素材について測定した分光反射率をデータベース化した分光反射率データ群を用意する。ここで、分光反射率データ群の分光反射率の個数はｎ個とする。分光反射率データ群の直交ベクトルＢ_ｉ（ただし、ｉ＝１，２，３，…，ｎ）とＲ_ａのＢ_ａを比較した際、被写体の射影ベクトルＭ_ａに距離的に近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭ_ｉ（ただし、ｉ＝１，２，３，…，ｎ）を持つ分光反射率データ群の分光反射率Ｒ_ｉほどＢ_ｉがＢ_ａの値に近くなる傾向があると言える。すなわち、図９に示すように「×」で示した分光反射率データ群において、Ｍ_１よりＭ_２の方がＭ_ａに距離的に近いので、Ｂ_１よりＢ_２の方がＢ_ａに近い値になると言える。そこで、（９）式に示すように、Ｂ_ｉに対し、Ｍ_ａとＭ_ｉの距離によって重み付けしたＢ_ｉの重み付き平均を計算することで最適なＢ_ａの推定量を算出することができる。

ここで、重みｗ_ｉは、例えば（１０）式に示す関数であり、σは任意の値とする。

ただし、重みｗ_ｉは（１０）式に示した関数の限りではなく、Ｍ_ａとＭ_ｉの距離を変数とする関数ならば他の関数を用いてもよい。また、重み付き平均でＢ_ａを算出する代わりに、Ｍ_ａに距離的に最も近いＭ_ｉの直交ベクトルＢ_ｉを推定量Ｂ_ａとして用いてもよい。
以上、推定したＢ_ａとＭ_ａより、（８）式を用いて被写体の分光反射率を推定することができる。

次に、前述した原理を用いた分光反射率推定装置について説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、分光反射率を取得するべき被写体（対象物）３の画像を撮像する撮像装置（例えば、デジタルカメラ）であり、シャッタースピードや絞り値などの露光条件を変更できる機能を有し、ＲＧＢ３チャンネルのセンサが検出した電気信号を処理して各画素の信号値ＲＧＢを画像データとして出力する。符号２は、撮像装置１で得られた画像データを入力として、画像データを正規化し、正規化した値とあらかじめ記憶してある分光反射率データ群から分光反射率を推定し、画像データを分光反射率画像へ変換する計算機（例えば、パソコン）である。符号４は、同一平面上に分光反射率分布が既知の色票が配置された標準板であり、測定対象位置に、撮像装置１の方向へ色票面を向けて設置する。符号５は、被写体３及び標準板４を照明する光源である。

符号１１は、被写体３及び標準板４の像を結像させるためのレンズで構成する光学系である。符号１２は、所定の分光透過特性を有する光学フィルタである。符号１３は、受けた光を電気信号に変換するためにＣＣＤ等で構成する２次元イメージセンサ（以下、ＣＣＤと称する）である。符号１４は、ＣＣＤ１３から出力する電気信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換部である。符号１５は、Ａ／Ｄ変換部１４から出力されるデジタルデータ（画像データ）を一時保持するフレームメモリである。符号１６は、フレームメモリ１５に保持されている画像データに対して画像処理を施して計算機２に対して出力する画像処理部である。符号１７は、撮像装置１の処理動作を統括して制御する制御部である。符号１８は、制御部１７からの制御信号に基づいて、ＣＣＤ１３を駆動するＣＣＤ駆動ドライバである。

次に、図２〜図５を参照して、図１に示す分光反射率推定装置の動作を説明する。図２は、分光反射率推定を行い、分光反射率画像を取得する動作を示すフローチャートである。まず、標準板４を測定対象位置に設置し標準板４が適切な明るさとなるように光源５により照明し、撮像装置１を標準板４が適切な大きさに撮像される測定位置に設置する。また、標準板４の表面から反射される光が撮像装置１の露光範囲内に収まるように撮像装置１のシャッタースピードと絞りを設定する（ステップＳ１）。

次に、計算機２は、分光反射率のデータ群から撮影環境下における射影ベクトルＭ_ｉと直交ベクトルＢ_ｉのデータ群を作成する（ステップＳ２）。ここで、図３を参照して、図２に示すステップＳ２の詳細動作を説明する。図３は、図２に示すステップＳ２の詳細動作を示すフローチャートである。計算機２は、分光反射率のデータ群、撮像に用いる光源５の分光分布特性及び入力機器（撮像装置１）の分光感度特性を読み込む（ステップＳ１１）。予め用意されている分光反射率のデータ群Ｒ_ｉの一例を図６に示す。

次に、計算機２は、読み込んだデータから各分光反射率を撮像したときに得られる信号の計算値Ｓ_ｎｏｒｍを（３）式によって算出する（ステップＳ１２）。続いて、計算機２は、（７）式を用いて、各分光反射率の射影ベクトルＭ_ｉを求め（ステップＳ１３）、（８）式を用いて、各分光反射率の直交ベクトルＢ_ｉを求める（ステップＳ１４）。そして、計算機２は、求めた射影ベクトルＭ_ｉと直交ベクトルＢ_ｉとに基づいて、撮像条件下における射影ベクトルＭ_ｉと直交ベクトルＢ_ｉのデータ群を作成して内部に保持する（ステップＳ１５）。ここで作成される射影ベクトルＭ_ｉと直交ベクトルＢ_ｉのデータ群の一例を図７に示す。

図２に戻り、分光反射率のデータ群から撮影環境下における射影ベクトルＭ_ｉと直交ベクトルＢ_ｉのデータ群を作成が終了した時点で、撮像装置１によって標準板４の撮像を行う。また、同様の手順によって、同一光源５および、同一露光条件下において分光反射率を推定する対象となる被写体３を撮像し、得られた画像データをフレームメモリ１５に格納する（ステップＳ３）。このとき、被写体３の分光反射率を推定したい位置と標準板４が画像の中心付近に撮像されるようにして、光学系１１の歪みの影響を少なくするように撮像することが望ましい。そして、フレームメモリ１５に格納された画像データを画像処理部１６を介して計算機２へ入力する（ステップＳ４）。

次に、計算機２は撮像装置１の分光感度特性と光源５の分光分布特性と標準板４の分光反射率および、標準板４を撮像したときの画像データの信号値より、画像データを正規化し、正規化した信号値と予め計算機２に記憶しておいた分光反射率データ群に基づき、分光反射率を推定し、撮像装置１からの画像データを分光反射率画像データに変換する（ステップＳ５）。

次に、図４、図５を参照して、図２に示すステップＳ５（分光反射率の推定処理）の詳細動作を説明する。図４は、図２に示すステップＳ５の詳細動作を示すフローチャートである。まず計算機２は、撮像画像の信号値（画素値）を取得する（ステップＳ２１）。このとき、撮像装置１によって得られた標準板４の画像を構成する画素値のうち、光学系１１の歪みの影響が少ない光軸近傍（画像の中心部分）の画素値を抽出して標準板４の信号値とする。また、被写体３の画像についても同様に、光軸近傍の画素値を抽出して被写体３の信号値とする。これにより、被写体３の信号値（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）と標準板４の信号値（Ｓ’_１，Ｓ’_２，Ｓ’_３）が得られたことになる。続いて、計算機２は、正規化係数Ｋ_ｉを導出する。ここで、図５を参照して、正規化係数Ｋ_ｉを導出する詳細動作を説明する。図５は、正規化係数Ｋ_ｉを導出する詳細動作を示すフローチャートである。

まず、計算機２は、標準板４の分光反射率、光源５の分光分布特性及び撮像装置１の分光感度特性を読み込む（ステップＳ３１）。そして、取得したデータから標準板４を撮像した時に得られる信号の計算値（Ｓ’_{１，ｎｏｒｍ}，Ｓ’_{２，ｎｏｒｍ}，Ｓ’_{３，ｎｏｒｍ}）を（３）式を用いて算出し（ステップＳ３２）、標準板４の撮像信号値（Ｓ’_１，Ｓ’_２，Ｓ’_３）を取得する（ステップＳ３３）。そして、計算機２は、（４）式を用いて正規化係数ｋ_ｉを導出する（ステップＳ３４）。

図４に戻り、正規化係数Ｋ_ｉを導出すると、計算機２は、（４）式を用いて被写体３の信号値を正規化する（ステップＳ２３）。そして、計算機２は、（７）式を用いて、被写体３の射影ベクトルＭを導出し（ステップＳ２４）、続いて、（９）式及び（１０）式を用いて被写体３の直交ベクトルＢを導出する（ステップＳ２５）。計算機２は、この射影ベクトルＭと直交ベクトルＢとから（８）式を用いて分光反射率を導出する（ステップＳ２６）。

なお、画像全体の分光反射率を一度の撮像で取得しようとする場合は、画像を構成する各画素値がそれぞれ被写体３の信号値となるため、前述の処理を画像の画素の数だけ繰り返し実行するようにしてもよい。このようにすることにより、面積が広く分光反射率の分布を有している被写体３であっても、画像中に被写体３全てが収まるように撮像すれば一度の撮像のみで被写体３全体の分光反射率を推定することができる。

このように、分光反射率が既知の標準板４の画像データから正規化係数を算出し、この正規化係数を用いて、被写体３の画像データの信号値を正規化するとともに、正規化された信号値から被写体３の分光反射率Ｒａを撮像装置１の分光感度と光源５の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出し、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、被写体３の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと距離的に最も近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉの直交ベクトルＢｉを被写体３の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａとして、この射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａから被写体３の分光反射率を算出するようにしたため、画像入力機器や測定器以外に特別な装置を必要とせず、画像入力機器や測定器から得られる信号値から分光反射率を推定することが可能になる。

また、予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、被写体３の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、被写体３の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定して、この射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａから被写体３の分光反射率を算出するようにしたため、同様に画像入力機器や測定器以外に特別な装置を必要とせず、画像入力機器や測定器から得られる信号値から分光反射率を推定することが可能になる。

以上、本発明に係る分光反射率推定方法および分光反射率推定装置について例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜の変更または改変を行なっても良い。例えば、撮像装置１の各チャンネルの分光感度特性と照明用光源５の分光分布特性が既知でなくとも、分光反射率が既知の複数の色票を撮像することにより、その信号値と分光反射率から回帰分析等の手法により（［ｆ_１ ｆ_２ ｆ_３］^ＴＰ）⁻を仮想的に求め使用するようにしてもよい。

また、図１において撮像装置１および計算機２は別々の構成としたが、計算機２と同等の演算を行なう機能を撮像装置１が有していてもよい。また、撮像装置１は、必ずしもデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタルカメラでなくてもよく、イメージスキャナ等の画像データを取得できる画像入力機器であれば何でもよい。また、画像入力機器は、必ずしもＲＧＢの３チャンネルのカメラでなくてもよく、４チャンネル以上であってもよい。また、カメラ等の画像入力機器を、測定器のように信号値が得られるものに置き換えてもよい。この場合、画像データを介さずに信号値から分光反射率の推定が可能である。

なお、請求項でいう受光手段とは、所定の照明光が照射された被写体３の表面における反射光を輝度信号として取得できる装置のことであり、前述した撮像装置１の他に、イメージスキャナ等の画像入力機器や輝度計等の光測定器を適用することが可能である。

また、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより分光反射率推定処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。 分光反射率データ群の構造を示す説明図である。 撮像光源下における射影ベクトル及び、直交ベクトルのデータ群の構造を示す説明図である。 分光反射率ベクトルをデジタルカメラ各チャンネルの分光感度特性と照明光源の分光分布特性の積で表されるベクトルヘ射影したときの関係を示す概念図である。 本発明による分光反射率推定を行うための概念図である。

符号の説明

１・・・撮像装置（受光手段）、１１・・・光学系、１２・・・フィルタ、１３・・・ＣＣＤ、１４・・・Ａ／Ｄ変換部、１５・・・フレームメモリ、１６・・・画像処理部、１７・・・制御部、１８・・・ＣＣＤ駆動ドライバ、２・・・計算機、３・・・被写体（対象物）、４・・・標準板、５・・・光源

Claims (6)

1. 受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定方法であって、
   分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得するステップと、
   前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出するステップと、
   前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化するステップと、
   前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出するステップと、
   予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定するステップと、
   前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出するステップと
   を有することを特徴とする分光反射率推定方法。
2. 受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定方法であって、
   分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得するステップと、
   前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出するステップと、
   前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化するステップと、
   前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出するステップと、
   予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと距離的に最も近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉの直交ベクトルＢｉを前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａとするステップと、
   前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出するステップと
   を有することを特徴とする分光反射率推定方法。
3. 受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定装置であって、
   分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する手段と、
   前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する手段と、
   前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する手段と、
   前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する手段と、
   予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定する手段と、
   前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する手段と
   を備えることを特徴とする分光反射率推定装置。
4. 受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定装置であって、
   分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する手段と、
   前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する手段と、
   前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する手段と、
   前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する手段と、
   予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと距離的に最も近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉの直交ベクトルＢｉを前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａとする手段と、
   前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する手段と
   を備えることを特徴とする分光反射率推定装置。
5. 受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定プログラムであって、
   分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する処理と、
   前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する処理と、
   前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する処理と、
   前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する処理と、
   予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉとの距離によって重み付けした分光反射率データ群の直交ベクトルＢｉの重み付き平均から、前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａを推定する処理と、
   前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する処理と
   をコンピュータに行わせることを特徴とする分光反射率推定プログラム。
6. 受光手段によって得られた信号値を用いて対象物の分光反射率を推定する分光反射率推定プログラムであって、
   分光反射率が既知の色票を配した標準板を前記対象物と同一の測定条件で前記受光手段により測定し、標準板の信号値を取得する処理と、
   前記標準板の信号値、前記色票の分光反射率、前記受光手段の分光感度特性及び照明光源の分光分布特性に基づいて正規化係数を算出する処理と、
   前記正規化係数を用いて、前記対象物の信号値を正規化する処理と、
   前記正規化された信号値から前記対象物の分光反射率Ｒａを前記受光手段の分光感度と照明光源の分光分布の積で表される３つのベクトルで張られる部分空間へ射影した射影ベクトルＭａを算出する処理と、
   予め記憶してある分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉと直交ベクトルＢｉを用い、前記対象物の分光反射率Ｒａの射影ベクトルＭａと距離的に最も近い分光反射率データ群の射影ベクトルＭｉの直交ベクトルＢｉを前記対象物の射影ベクトルＭａから分光反射率Ｒａへの直交ベクトルＢａとする処理と、
   前記射影ベクトルＭａと直交ベクトルＢａより前記対象物の分光反射率を算出する処理と
   をコンピュータに行わせることを特徴とする分光反射率推定プログラム。

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