JP2014116784A

JP2014116784A - ガンマ特性取得装置、方法及びプログラム

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Publication number: JP2014116784A
Application number: JP2012269492A
Authority: JP
Inventors: Goro Kawasaki; 悟朗河崎; Koichi Tezuka; 耕一手塚; Masayoshi Shimizu; 雅芳清水
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: JP6115109B2

Abstract

【課題】ガンマ特性取得装置、方法及びプログラムにおいて、比較的低コストでガンマ特性を取得することを目的とする。
【解決手段】第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影するカメラと、第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら第１の光源をオン・オフするように制御する制御部と、第２の光源の光量を段階的に変化させた場合のカメラのデジタル出力値の変化を、第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいてカメラのガンマ特性を求めるデータ処理部を備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガンマ特性取得装置、方法及びプログラムに関する。

デジタルカメラを用いた計測が各種分野で行われている。フォトメトリックステレオ法（Photometric Stereo Technique）は、対象物に３方向以上の方向から光を照射し、対象物の陰影状態から法線ベクトルを求め、対象物の形状を再現する。このため、デジタルカメラを用いて例えばフォトメトリックステレオ法などの計測を行う場合、入射光量に対するデジタルカメラの出力値（例えば、撮像画像のデジタルＲＧＢ値）の関係が既知でないと、高精度な計測を行うことは難しい。

一般的に、入射光量とデジタルカメラの出力値は非線形の関係にあり、この非線形な関係をガンマ特性とも言う。デジタルカメラを計測に用いる場合、このガンマ特性を取得しておき、入射光量と出力値が線形な関係となるようにガンマ特性を用いた補正（所謂ガンマ補正）を行わないと、計測精度が低下してしまう。

また、デジタルカメラのガンマ特性は、生産ロットの違い、カメラアプリケーションのバージョンの違いなどにより、個々のデジタルカメラで異なることが多い。このため、例えばデジタルカメラを用いてフォトメトリックステレオ法などの計測を行う場合、計測システム毎にガンマ特性を取得する必要がある。

ガンマ特性の取得方法には、デジタルカメラの絞りまたは露光時間を調整して入力光量を変化させた場合の出力値の変化からガンマ特性を取得する方法、反射率が既知であるマクベスチャートなどのカラーチャートを撮影した際の出力値の変化からガンマ特性を取得する方法、正確な出射光量が既知である光源の出射光量を変化させた場合の出力値の変化からガンマ特性を取得する方法などがある。これらの方法のように、入射光量を特定することで、ガンマ特性を取得することができる。

しかし、コンパクトデジタルカメラ、スマートフォンに搭載されているデジタルカメラなどのデジタルカメラは、絞りまたは露光時間を調整する機能を備えていない場合が多く、調整機能を新たに設けるのではコストがかかる。また、カラーチャートを用いる場合、カラーチャートを準備しておくコストがかかる。さらに、正確な出射光量が既知である光源を用いる場合、光源自体が比較的高価である。これは、印加する電圧に応じて出射光量を調整する光源の場合、電圧と出射光量は必ずしも比例しないので、電圧と出射光量の関係は出射光量の変化を照度計などを用いて計測しないと特定できないため、その分コストがかかるからである。つまり、照度計などで計測した出射光量の変化を光源にフィードバックして印加する電圧を調整することで正確な出射光量が既知となるが、構成が複雑化する分コストがかかる。このように、上記の如きガンマ特性の取得方法では、正確な入射光量に対する出力値のプロットからガンマ特性を求めるため、コストがかかり、較正が難しい場合もある。

特開昭６０−２５７６７３号公報特開２００５−３３８４５１号公報

従来のガンマ特性の取得方法では、入射光量を特定することでガンマ特性を取得するため、コストがかかる。

そこで、本発明は、比較的低コストでガンマ特性を取得可能なガンマ特性取得装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影するカメラと、前記第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら前記第１の光源をオン・オフするように制御する制御部と、前記第２の光源の光量を段階的に変化させた場合の前記カメラのデジタル出力値の変化を、前記第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいて前記カメラのガンマ特性を求めるデータ処理部を備えたガンマ特性取得装置が提供される。

開示のガンマ特性取得装置、方法及びプログラムによれば、比較的低コストでガンマ特性を取得することができる。

一実施例におけるガンマ特性取得方法を説明する図である。ガンマ特性を説明する図である。光源の出力特性の一例を説明する図である。ガンマ特性取得処理の手順の一例を説明する図である。ガンマ特性取得処理を説明する図である。出力ＲＧＢ値と第２の光源の印加電圧の関係の一例を示す図である。第２の光源の印加電圧と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。第２の光源の印加電圧と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。第１の光源がオンにされることで生じる出力ＲＧＢ値の増分と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。出力ＲＧＢ値当たりの光量変動と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。入力光量と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。図１１における縦軸と横軸を入れ替えた逆関数を示す図である。一実施例におけるガンマ特性取得処理を説明するフローチャートである。変形例におけるガンマ特性取得処理を説明する図である。変形例におけるガンマ特性取得処理により求められるガンマ特性の一例を示す図である。変形例におけるガンマ特性取得処理を説明するフローチャートである。ガンマ特性取得装置の第１の例を示すブロック図である。スマートフォンの一例を示すブロック図である。パーソナルコンピュータの一例を示すブロック図である。ガンマ特性取得装置の第２の例を示すブロック図である。ガンマ特性取得装置の第３の例を示すブロック図である。ガンマ特性取得装置の第４の例を示すブロック図である。ガンマ特性取得装置の第５の例を示すブロック図である。ガンマ特性取得装置の第６の例を示すブロック図である。

開示のガンマ特性取得装置、方法及びプログラムでは、第１の光源を明滅（または、オン・オフ）し、第２の光源の出射光量は段階的に変化させる。第２の光源の出射光量を段階的に変化させた場合のデジタルカメラの出力値の変化を、第１の光源が明（または、オン）状態の場合と、滅（または、オフ）状態の場合について求める。このように求めた出力値の変化に基づいて、ガンマ特性を求める。

第１及び第２の光源には、正確な出射光量が既知である光源を用いる必要はない。

以下に、開示のガンマ特性取得装置、方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。

図１は、一実施例におけるガンマ特性取得方法を説明する図である。図１において、ガンマ特性取得装置１は、電源２、調整部３、スイッチ４、第１の光源５−１、第２の光源５−２、カメラの一例であるデジタルカメラ６、及びデータ処理部７を有する。後述するように、デジタルカメラ６及びデータ処理部７は、別体の装置で形成しても、これらが一体的に設けられた装置で形成しても良い。後述するように、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、パーソナルコンピュータなどの電子装置は、ガンマ特性取得装置１の一部または全部を有しても良い。さらに、例えばデータ処理部７への負荷を軽減するために、データ処理部７の少なくとも一部の機能をクラウドコンピューティングシステムなどの外部装置で実現するようにしても良い。

第１の光源５−１は、スイッチ４を介してオン・オフ可能である。一方、第２の光源５−２の出射光量は、調整部３を介して段階的に可変である。デジタルカメラ６は、光源５−１，５−２が出射する光を照射された対象物９からの反射光を受光することで対象物９を撮影する。デジタルカメラ６は、撮影した対象物９を表すデジタル出力値をデータ処理部７に出力する。データ処理部７は、汎用のプロセッサなどで形成可能であり、デジタル出力値に基づき、ガンマ特性取得処理を含む各種演算、計測などを含むデータ処理を行う。取得したガンマ特性は、デジタルカメラ５のデジタル出力値を補正するのに利用でき、補正されたデジタル出力値は、例えば対象物９の立体形状の認識などに使用しても良い。

本実施例では、第１及び第２の光源５−１，５−２の出力特性（または、出射光量）は未知で良い。また、対象物９の反射率も未知で良い。

まず、ガンマ特性について説明する。デジタルカメラ６への入射光量をｘ、定数をα、デジタルカメラ６の出力値の一例であるデジタル出力ＲＧＢ値（以下、単に出力ＲＧＢ値と言う）をｙ、ガンマ特性をγで表すと、ガンマ特性γは、一般的には入射光量ｘに対してｙ＝αｘ^γの関係にあり、例えば図２の関係が成り立つ。図２は、ガンマ特性を説明する図であり、縦軸はデジタルカメラ６から出力される出力ＲＧＢ値、横軸はデジタルカメラ６への入射光量を夫々任意単位で示す。ガンマ特性は、図２の如き関数に限定されるものではないが、未知であることが多い。以下に説明する例では、デジタルカメラ６のデジタル出力は例えば８ビットであり、デジタルカメラ６から出力される出力ＲＧＢ値は例えば「０」〜「２５５」までの値を取り得るものとする。

図３は、光源の出力特性の一例を説明する図である。図３中、縦軸（例えば、ｙ軸）は光源の出射光量、横軸（例えば、ｘ軸）は光源への印加電圧を夫々任意単位で示す。第１及び第２の光源５−１，５−２は、夫々例えば図３に示す如き出力特性を有するが、固体バラツキがあり、実際の出力特性は未知であることが多い。本実施例では、このように各光源５−１，５−２の出力特性が未知であっても、ガンマ特性を演算（または、計算）により取得可能とするものである。

図４は、ガンマ特性取得処理の手順の一例を説明する図である。図４において、ステップＳＴ１では、調整部３及びスイッチ４が第１及び第２の光源５−１，５−２をオフにし、デジタルカメラ６が対象物９を撮影する。ステップＳＴ２では、スイッチ４が第１の光源５−１のみをオンにして一定の第１の出射光量で発光させ、デジタルカメラ６が対象物９を撮影する。ステップＳＴ３では、調整部３及びスイッチ４が第１の光源５−１はオフにして、第２の光源５−２のみを一定の第２の出射光量で発光させ、デジタルカメラ６が対象物９を撮影する。ステップＳＴ４では、調整部３及びスイッチ４が第２の光源５−２を第２の出射光量で発光させた状態で、第１の光源５−１をオンにして第１の出射光量で発光させ、デジタルカメラ６が対象物９を撮影する。ステップＳＴ５では、調整部３及びスイッチ４が第１の光源５−１をオフにして、第２の光源５−２を第２の出射光量より一定の光量だけ増加させた出射光量で発光させ、デジタルカメラ６が対象物９を撮影する。ステップＳＴ６では、調整部３及びスイッチ４が第２の光源５−２を一定の光量だけ増加させた出射光量で発光させた状態で、第１の光源５−１をオンにして第１の出射光量で発光させ、デジタルカメラ６が対象物９を撮影する。ステップＳＴ６以降では、出力ＲＧＢ値が最大値に達するまでステップＳＴ５及びＳＴ６を繰り返すことで、第２の光源５−２の出射光量を一定の光量だけ増加させる（すなわち、段階的に変化させる）毎に第１の光源５−１のオフ・オンを繰り返す。出力ＲＧＢ値の最大値は、上記の如くデジタルカメラ６のデジタル出力が例えば８ビットであれば、「２５５」である。デジタルカメラ６は、各ステップＳＴ１〜ＳＴ６において少なくとも１回対象物９を撮影すれば良く、例えば各ステップＳＴ１〜ＳＴ６において一定間隔で対象物９を撮影しても、連続的に撮影しても良い。

ステップＳＴ１〜ＳＴ６における調整部３、スイッチ４、及びカメラ６の制御は、後述するようにプロセッサなどが行うようにしても良く、プロセッサなどはさらにデータ処理部７のガンマ特性取得処理を行うようにしても良い。

この例では、第２の光源５−２の出射光量を増加させる一定の光量は、第２の出射光量と等しい。このため、ステップＳＴ２では、第２の光源５−２がオフで出射光量がゼロ（０）の状態に対して、第２の光源５−２を一定の光量だけ増加させた出射光量で発光させるのと等価である。なお、この例では第１の出射光量は第２の出射光量より低いが、第１の出射光量は第２の出射光量より高くても良い。要は、第１の出射光量は、第２の出射光量と異なることが望ましい。また、ステップＳＴ２において最初に第１の光源５−１をオンにする際の出射光量は、後段の各ステップＳＴ４，ＳＴ６において第１の光源５−１をオンにする際の出射光量と等しくなくても良い。

図５は、上記のガンマ特性取得処理を説明する図である。図５中、縦軸は対象物９が照射される光量、横軸は時間（各ステップＳＴ１〜ＳＴ６の推移）を夫々任意単位で示す。図５において、黒で示される光量は、各ステップＳＴ２，ＳＴ４，ＳＴ６において対象物９に照射される光量の一定の増分（この例では第１の出射光量）を指す。また、「差分」とは、後述するように、前記一定の増分の前後でデジタルカメラ６の出力ＲＢＧ値に生じる差分を意味する。なお、図５では、ステップＳＴ１において第１及び第２の光源５−１，５−２の両方がオフであるにもかかわらず対象物９が照射される光量がゼロ（０）ではないが、これは第１及び第２の光源５−１，５−２以外の光源（図示せず）によるものである。言うまでもなく、ステップＳＴ１において第１及び第２の光源５−１，５−２の両方がオフである状態では、対象物９が照射される光量がゼロ（０）または略ゼロであっても良い。

図６は、デジタルカメラ６の出力ＲＧＢ値と第２の光源５−２の印加電圧の関係の一例を示す図である。図６中、縦軸は出力ＲＧＢ値、横軸は第２の光源５−２の印加電圧を夫々任意単位で示し、一点鎖線は理想的な線形特性の一例を示す。

図７は、第２の光源５−２の印加電圧とデジタルカメラ６の出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。図７中、縦軸は第２の光源５−２の印加電圧、横軸は出力ＲＧＢ値を夫々任意単位で示す。図７は、図６における縦軸と横軸を入れ替えた逆関数を示し、以下の説明において一点鎖線は理想的な線形特性（または、関数）の一例を示す。

図４及び図５の例において、ステップＳＴ１〜ＳＴ６が実行されステップＳＴ５及びＳＴ６が繰り返されない場合を例に取ると、第１の光源５−１のオフ・オンは３回であるが、オフ・オンされる回数は３回に限定されない。すなわち、ステップＳＴ５及びＳＴ６は、所定回数繰り返しても良い。ガンマ特性がｙ＝αｘ^γで表される場合、第１の光源５−１のオフ・オンの回数は例えば３回でも比較的正確なガンマ特性を求めることができるが、オフ・オンの回数が多い方が、より正確なガンマ特性が得られることは言うまでもない。

図８は、第２の光源５−２の印加電圧とデジタルカメラ６の出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。図８中、縦軸は第２の光源５−２の印加電圧、横軸は出力ＲＧＢ値を夫々任意単位で示す。図８において、矢印ＩＮＣ１は、第１の光源５−１がオンにされることで生じる出力ＲＧＢ値の増分を示す。

図９は、第１の光源５−１がオンにされることで生じるデジタルカメラ６の出力ＲＧＢ値の増分と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。図９中、縦軸は第１の光源５−１がオンにされることで生じる出力ＲＧＢ値の増分、横軸は出力ＲＧＢ値を夫々任意単位で示す。図９において、矢印ＩＮＣ２は、第１の光源５−１がオンにされることによる光量の一定の増分に起因する出力ＲＧＢ値の増分を示す。図９は、図８のように第２の光源５−２に印加電圧を印加している状態で、第１の光源５−１をオンにすることで生じる出力ＲＧＢ値の増分のプロットである。つまり、図９は、対象物９に照射される光量（すなわち、デジタルカメラ６への入射光量）を一定の光量だけ増加した時の出力ＲＧＢ値の増分を示す。このように一定の光量だけ増加した時の出力ＲＧＢ値の増分の逆数を求めると、図１０に示す如き出力ＲＧＢ値当りの光量変動が求められる。

図１０は、出力ＲＧＢ値当たりの光量変動と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。図１０中、縦軸は出力ＲＧＢ値当たりの光量変動、横軸は出力ＲＧＢ値を夫々任意単位で示す。図１０は、第１及び第２の光源５−１，５−２のオン時の出力ＲＧＢ値当りの光量変動（第１の光源５−１による光量の増分の逆数）のプロットである。図１０において、矢印ＩＮＣ３は、１出力ＲＧＢ値当たりの光量の増分を示す。なお、プロット間に値がない部分については、スプライン補間などの周知の補間技術を用いることで滑らかな特性（すなわち、曲線）に補間することができる。図１０のプロットから得られた光量変動の曲線を表す関数を出力ＲＧＢ値がゼロ（０）の時点から積分すると、図１１に示すように、図１０に示す出力ＲＧＢ値が得られる入力光量を求めることができる。

図１１は、デジタルカメラ６への入力光量と出力ＲＧＢ値の関係の一例を示す図である。図１１中、縦軸はデジタルカメラ６への入力光量、横軸は出力ＲＧＢ値を夫々任意単位で示す。図１１に示す入力光量は、図１０に示す光量変動の積分値に相当する。

図１２は、図１１における縦軸と横軸を入れ替えた逆関数を示す図である。図１２中、縦軸は出力ＲＧＢ値、横軸は入力光量を夫々任意単位で示す。図１２に示す逆関数が、ガンマ特性である。

本実施例では、一方の光源（上記の例では第２の光源５−２）の出射光量を段階的に変化させながら、他方の光源（上記の例では第１の光源５−１）をオン・オフした場合のデジタルカメラ６の出力ＲＧＢ値の変化量に基づいてガンマ特性を求める。つまり、この場合の出力ＲＧＢ値のプロットの傾きである微分値からガンマ特性の曲線を算出する。デジタルカメラ６の出力がデジタルデータであり、例えば８ビットのＲＧＢデータであれば、出力ＲＧＢ値が取り得る値の範囲は「０」〜「２５５」に決まるので、このような手法でガンマ特性を演算（すなわち、計算）により取得（または、推定）することができる。

図１３は、本実施例におけるガンマ特性取得処理を説明するフローチャートである。図１３において、ステップＳ１は、例えば上記ステップＳＴ１に相当し、第１の光源５−１がオフの状態で、第２の光源５−２の初期印加電圧を例えば０Ｖに設定する。ステップＳ２は、デジタルカメラ６により対象物９を撮影する。ステップＳ３は、例えば上記ステップＳＴ２に相当し、第１の光源を弱い光量で発光するようオンにする。弱い光量とは、例えば第２の光源５−２の光量を段階的に増加させる場合の増分（すなわち、一定の光量）より少ない光量を指す。ステップＳ４は、デジタルカメラ６により対象物９を撮影する。ステップＳ５は、例えば上記ステップＳＴ３に相当し、第１の光源５−１をオフにし、第２の光源５−２への印加電圧を増加させる。ステップＳ６は、第２の光源５−２の印加電圧が最大であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ２へ戻る。一方、ステップＳ６の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ７は、最大出力ＲＧＢ値（この例では「２５５」）となったデジタルカメラ６の出力データ以降の出力データ（すなわち、飽和した出力データ）を削除する。ステップＳ８は、第１の光源５−１のオン時の出力ＲＧＢ値当りの光量変動（第１の光源５−１による光量の増分の逆数）をｙ軸にプロットし、第２の光源５−２のみがオン時の出力ＲＧＢ値をｘ軸にプロットして積分する。ステップＳ９は、ステップＳ８で積分したプロットのｘ軸とｙ軸を入れ替えた逆関数を取得対象のガンマ特性として出力するか、或いは、記憶部に格納し、処理は終了する。

図１４は、変形例におけるガンマ特性取得処理を説明する図である。図１４中、縦軸は出力ＲＧＢ値、横軸は第２の光源５−２の印加電圧を夫々任意単位で示す。上記実施例では、第１の光源５−１のオン・オフによる出力ＲＧＢ値の差分を微係数として捉え、積分を行うものである。これに対し、本変形例では、第１の光源５−１のオン・オフによる出力ＲＧＢ値の差分を単純に変化量として捉え、積分を省略して計算処理を軽減するものである。

図１４において、ステップＳＴ１１では、まず第２の光源５−２はオフとし、第１の光源５−１を弱い光量の一定光量でオンにする。ステップＳＴ１２では、第１の光源５−１をオフとし、第２の光源５−２の光量が所望の光量になるまで第２の光源５−２への印加電圧を上げる。所望の光量とは、ステップＳＴ１１において第１の光源５−１のみがオンである時の光量である。ステップＳＴ１３では、オンである第２の光源５−２に加えて、第１の光源５−１を一定の光量でオンにする。以下同様にして、出力ＲＧＢ値が最大値（デジタルカメラ６のデジタル出力は例えば８ビットの場合、「２５５」）に達するまでステップＳＴ１２及びＳＴ１３を繰り返し、出力ＲＧＢ値をプロットする。なお、プロット間に値がない部分については、スプライン補間などの周知の補間技術を用いることで滑らかな特性（すなわち、曲線）に補間することができる。

図１５は、変形例におけるガンマ特性取得処理により求められるガンマ特性の一例を示す図である。図１５中、縦軸は第１及び第２の光源５−１，５−２による出力ＲＧＢ値、横軸は上記ステップＳＴ１，ＳＴ３による第１の光源５−１のオン・オフによるデジタルカメラ６への入力光量を夫々任意単位で示す。入力光量は、ステップＳＴ１１，ＳＴ１３で第１の光源５−１がオン・オフされることで一定光量で増減する入力光量ｘとみなす。一方、第１の光源５−１がオン・オフされる時の第２の光源５−２によるデジタルカメラ６の出力ＲＧＢ値は、入力光量に対するデジタルカメラ６の出力特性、すなわち、デジタルカメラ６のガンマ特性とみなすことができる。

図１６は、変形例におけるガンマ特性取得処理を説明するフローチャートである。図１６中、図１３と同一ステップには同一符号を付し、その説明は省略する。図１６において、ステップＳ１５では、第１の光源５−１をオフにし、第２の光源５−２への印加電圧を、第１の光源５−１のみがオンである時の光量と同じ出射光量が得られるように増加させる。ステップＳ１８では、第１の光源５−１のオン時の出力ＲＧＢ値をｘ軸上で等間隔でプロットし、第２の光源５−２のみがオン時の出力ＲＧＢ値をｙ軸上でプロットし、得られた関数を取得対象のガンマ特性として出力するか、或いは、記憶部に格納し、処理は終了する。

図１７は、ガンマ特性取得装置の第１の例を示すブロック図である。図１７において、スマートフォン３１−１は、有線または無線のインタフェースを介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）４１と通信可能に接続されている。第１の光源の一例である発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode)５−１の電流制御は例えばユーザの操作により行われ、第２の光源の一例であるＬＥＤ５−２のオン・オフ制御は、例えばユーザの操作により行われる。スマートフォン３１−１のカメラ６は、ＬＥＤ５−１，５−２からの光を照射された対象物９（図示せず）からの反射光を受光することで対象物９を撮影する。カメラ６の撮影タイミングは、例えばユーザの操作により決定できる。カメラ６の出力データは、ＰＣ４１内のデータ処理部７に出力される。この例では、例えばユーザがＬＥＤ５−１，５−２の制御及びスマートフォン３１−１のカメラ６による撮影を手動で行うことで、ＰＣ４１内のデータ処理部７が例えば図１３または図１６のガンマ特性取得処理を行う。

図１８は、スマートフォンの一例を示すブロック図である。図１８において、第１の電子装置の一例であるスマートフォン３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１１、記憶部３１２、通信部３１３、入力部３１４、表示部３１５、及びカメラ６がバス３２０により接続された構成を有する。電池３１６は図１に示す電源２の一例であり、スマートフォン３１内の各部に電源電圧を供給する。記憶部３１２は、ＣＰＵ３１１が実行するプログラム、ＣＰＵ３１１が実行する演算で使用する各種データ、ＣＰＵ３１１が実行する演算の中間結果などを格納しても良い。通信部３１３は、有線または無線のインタフェース３３０を介してＰＣなどの外部装置との通信を可能とする。入力部３１４は、例えばキーボードなどを含んでも良い。表示部３１５は、ユーザに対するメッセージ、ガンマ特性取得処理で取得したガンマ特性などを表示しても良い。入力部３１４及び表示部３１５は、タッチパネルのような一体型であっても良い。なお、ＣＰＵ３１１とスマートフォン３１内の各部との接続は、バス３２０による接続に限定されない。

図１９は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）の一例を示すブロック図である。図１９において、第２の電子装置の一例であるＰＣ４１は、ＣＰＵ４１１、記憶部４１２、通信部４１３、入力部４１４、及び表示部４１５がバス４２０により接続された構成を有する。ＰＣ４１は、カメラ６を更に有しても良く、電池（図示せず）を更に有しても良い。記憶部４１２は、ＣＰＵ４１１が実行するプログラム、ＣＰＵ４１１が実行する演算で使用する各種データ、ＣＰＵ４１１が実行する演算の中間結果などを格納しても良い。通信部４１３は、有線または無線のインタフェース４３０を介してスマートフォンなどの外部装置との通信を可能とする。入力部４１４は、例えばキーボードなどを含んでも良い。表示部４１５は、ユーザに対するメッセージ、ガンマ特性取得処理で取得したガンマ特性などを表示しても良い。入力部４１４及び表示部４１５は、タッチパネルのような一体型であっても良い。なお、ＣＰＵ４１１とＰＣ４１内の各部との接続は、バス４２０による接続に限定されない。

図１７に示すＰＣ４１の場合、データ処理部７の機能は、図１８に示すＣＰＵ４１１により実現できる。また、データ処理部７の一部の機能を、図１７に示すスマートフォン３１内のＣＰＵ３１１により実現しても良い。図１７に示す例の場合、上記ガンマ特性取得処理は、ＰＣ４１内のＣＰＵ４１１がコンピュータ読取可能な記憶媒体の一例である記憶部４１２に格納されたプログラムを実行することで実行できる。

図２０は、ガンマ特性取得装置の第２の例を示すブロック図である。図２０中、図１７と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２０において、スマートフォン３１−２は、調整部３、スイッチ４、及びカメラ６を有する。従って、調整部３及びスイッチ４の機能及び制御と、カメラ６の撮影タイミングの制御は、図１７に示すＣＰＵ３１１により実行できる。データ処理部７の機能は、図１８に示すＰＣ４１内のＣＰＵ４１１により実現できる。また、データ処理部７の一部の機能を、図１７に示すＣＰＵ３１１により実現しても良い。図２０に示す例の場合、上記ガンマ特性取得処理は、ＰＣ４１内のＣＰＵ４１１がコンピュータ読取可能な記憶媒体の一例である記憶部４１２に格納されたプログラムを実行することで実行できる。

図２１は、ガンマ特性取得装置の第３の例を示すブロック図である。図２１中、図２０と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２１において、スマートフォン３１−２はクラウドコンピューティングシステム５１と有線または無線のインタフェース、例えばインターネットを介して通信可能に接続されている。データ処理部７の機能は、第２の電子装置の一例であるクラウドコンピューティングシステム５１内の１以上のコンピュータにより実現できる。また、データ処理部７の一部の機能を、図１７に示すＣＰＵ３１１により実現しても良い。図２１に示す例の場合、上記ガンマ特性取得処理は、クラウドコンピューティングシステム５１内の１台以上のコンピュータが、コンピュータ読取可能な記憶媒体に格納されたプログラムを実行することで実行できる。

図２２は、ガンマ特性取得装置の第４の例を示すブロック図である。図２２中、図１７と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２２において、スマートフォン３１−３は、調整部３、スイッチ４、カメラ６、及びデータ処理部７を有する。従って、調整部３、スイッチ４、及びデータ処理部７の機能及び制御と、カメラ６の撮影タイミングの制御は、図１７に示すＣＰＵ３１１により実行できる。図２２に示す例の場合、上記ガンマ特性取得処理は、ＣＰＵ３１１がコンピュータ読取可能な記憶媒体の一例である記憶部３１２に格納されたプログラムを実行することで実行できる。

図２３は、ガンマ特性取得装置の第５の例を示すブロック図である。図２３中、図２２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２３において、スマートフォン３１−４は、ＬＥＤ５−１，５−２を更に有する。

図２４は、ガンマ特性取得装置の第６の例を示すブロック図である。図２４中、図２２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２４において、スマートフォン３１−４は、表示部３１５に第１の光源として機能する照明用の表示１５−１と、第２の光源として機能する照明用の表示１５−２を表示する。表示部３１５に表示される表示１５−１，１５−２は、図１７に示すＣＰＵ３１１により制御することでオン・オフしたり、光量を制御したりすることができる。表示１５−１と表示１５−２とは、例えば表示部３１５上で互いに一定の距離が離れた領域に表示されても良い。

図１７及び図２０に示す例の場合、ガンマ特性取得処理をＰＣ４１側のＣＰＵ４１１で実行するので、スマートフォン３１−１，３１−２側のＣＰＵ３１１への負荷を軽減できる。図２１に示す例の場合、ガンマ特性取得処理をクラウドコンピューティングシステム５１側のコンピュータで実行するので、スマートフォン３１−２側のＣＰＵ３１１への負荷を軽減できる。

図２２〜図２４に示す例の場合、１台のスマートフォン３１−３〜３１−５で調整部３及びスイッチ４の機能及び制御と、カメラ６の撮影タイミングの制御を実現し、ガンマ特性取得処理を実行することができる。また、図２２〜図２４に示すスマートフォン３１−３〜３１−５は、同様の構成を有するタブレット型コンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの電子装置に置き換えることも可能である。ただし、この場合のタブレット型コンピュータ、ＰＣなどの電子装置は、カメラ６を備えている必要がある。さらに、図２４に示す例の場合、スマートフォン３１−５の表示部３１５を第１及び第２光源として利用するため、別途２個の光源を設ける必要がない。

ところで、対象物に３方向以上の方向から光を照射し、対象物の陰影状態から法線ベクトルを求め、対象物の形状を再現するような場合、デジタルカメラを用いて例えばフォトメトリックステレオ法などの計測を行うことがある。フォトメトリックステレオ法は、少なくとも３個の光源を使用するので、上記実施例及び変形例におけるガンマ特性取得方法を適用するのには好適である。フォトメトリックステレオ法で使用する３個以上の光源のうち、２個の光源を上記ガンマ特性取得方法で用いることで、ガンマ特性取得用に新たに光源を用意することなく正確なガンマ特性を取得することが可能になる。

なお、上記実施例及び変形例では、第２の光源の出射光量を最小値から段階的に一定量ずつ最大値まで変化させながら第１光源をオン・オフしたが、第２の光源の出射光量を最大値から段階的に一定量ずつ最小値まで変化させながら第１光源をオン・オフしても良い。

上記実施例及び変形例よれば、比較的容易にガンマ特性を取得することができる。また、上記実施例及び変形例によれば、正確な光量が既知である光源を用いる必要はなく、比較的容易に較正を行うことができる。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影するカメラと、
前記第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら前記第１の光源をオン・オフするように制御する制御部と、
前記第２の光源の光量を段階的に変化させた場合の前記カメラのデジタル出力値の変化を、前記第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいて前記カメラのガンマ特性を求めるデータ処理部
を備えたことを特徴とする、ガンマ特性取得装置。
（付記２）
前記制御部は、前記第２の光源の出射光量を一定量ずつ段階的に変化させ、
前記データ処理部は、前記第１の光源のオン・オフに応じた前記デジタル出力値の変化量の逆数を、１デジタル出力当たりの光量変化とし、前記第２の光源の出射光量の変化に応じた前記デジタル出力値毎に積分して、前記デジタル出力値に対する前記カメラへの入力光量の関数を前記ガンマ特性とすることを特徴とする、付記１記載のガンマ特性取得装置。
（付記３）
前記制御部は、前記第２の光源がオフの時に前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を前記第１の光源がオンの時の光量まで増加してから前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を増加させる操作を繰り返すことを特徴とする、付記１記載のガンマ特性取得装置。
（付記４）
前記制御部及び前記データ処理部として機能する単一のプロセッサを更に備えたことを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載のガンマ特性取得装置。
（付記５）
前記第１及び第２の光源を更に備えたことを特徴とする、付記１乃至４のいずれか１項記載のガンマ特性取得装置。
（付記６）
前記第１及び第２の光源として機能する表示部を更に備えたことを特徴とする、付記５記載のガンマ特性取得装置。
（付記７）
前記制御部は通信機能を有する第１の電子装置内に設けられ、
前記データ処理部は前記第１の電子装置と通信可能な第２の電子装置内に設けられていることを特徴とする、付記１乃至６のいずれか１項記載のガンマ特性取得装置。
（付記８）
前記第２の電子装置は、クラウドコンピューティングシステム内に設けられていることを特徴とする、付記７記載のガンマ特性取得装置。
（付記９）
カメラで第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影し、
制御部で前記第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら前記第１の光源をオン・オフするように制御し、
データ処理部で前記第２の光源の光量を段階的に変化させた場合の前記カメラのデジタル出力値の変化を、前記第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいて前記カメラのガンマ特性を求める
ことを特徴とする、ガンマ特性取得方法。
（付記１０）
前記制御部で、前記第２の光源の出射光量を一定量ずつ段階的に変化させ、
前記データ処理部で、前記第１の光源のオン・オフに応じた前記デジタル出力値の変化量の逆数を、１デジタル出力当たりの光量変化とし、前記第２の光源の出射光量の変化に応じた前記デジタル出力値毎に積分して、前記デジタル出力値に対する前記カメラへの入力光量の関数を前記ガンマ特性とすることを特徴とする、付記９記載のガンマ特性取得方法。
（付記１１）
前記制御部で、前記第２の光源がオフの時に前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を前記第１の光源がオンの時の光量まで増加してから前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を増加させる操作を繰り返すことを特徴とする、付記９記載のガンマ特性取得方法。
（付記１２）
前記制御部及び前記データ処理部の機能を単一のプロセッサで実現することを特徴とする、付記９乃至１１のいずれか１項記載のガンマ特性取得方法。
（付記１３）
前記第１及び第２の光源の機能を表示部で実現することを特徴とする、付記９乃至１２のいずれか１項記載のガンマ特性取得方法。
（付記１４）
前記制御部の機能を通信機能を有する第１の電子装置内で実現し、
前記データ処理部の機能を前記第１の電子装置と通信可能な第２の電子装置内で実現することを特徴とする、付記９乃至１３のいずれか１項記載のガンマ特性取得方法。
（付記１５）
前記第２の電子装置は、クラウドコンピューティングシステム内に設けられていることを特徴とする、付記１４記載のガンマ特性取得方法。
（付記１６）
コンピュータに、ガンマ特性取得処理を実行させるプログラムであって、
カメラで第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影する手順と、
前記第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら前記第１の光源をオン・オフするように制御する手順と、
前記第２の光源の光量を段階的に変化させた場合の前記カメラのデジタル出力値の変化を、前記第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいて前記カメラのガンマ特性を求める手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
（付記１７）
前記制御する手順は、前記第２の光源の出射光量を一定量ずつ段階的に変化させ、
前記ガンマ特性を求める手順は、前記第１の光源のオン・オフに応じた前記デジタル出力値の変化量の逆数を、１デジタル出力当たりの光量変化とし、前記第２の光源の出射光量の変化に応じた前記デジタル出力値毎に積分して、前記デジタル出力値に対する前記カメラへの入力光量の関数を前記ガンマ特性とすることを特徴とする、付記１６記載のプログラム。
（付記１８）
前記制御する手順は、前記第２の光源がオフの時に前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を前記第１の光源がオンの時の光量まで増加してから前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を増加させる操作を繰り返すことを特徴とする、付記１６記載のプログラム。
（付記１９）
表示部を前記第１及び第２の光源として機能させる手順
をさらに前記コンピュータに実行させることを特徴とする、付記１６乃至１８のいずれか１項記載のプログラム。

以上、開示のガンマ特性取得装置、方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１ガンマ特性取得装置
２電源
３調整部
４スイッチ
５−１第１の光源
５−２第２の光源
６デジタルカメラ
７データ処理部
３１スマートフォン
４１ＰＣ
５１クラウドコンピューティングシステム
３１１，４１１ＣＰＵ
３１２，４１２記憶部
３１５，４１５表示部

Claims

第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影するカメラと、
前記第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら前記第１の光源をオン・オフするように制御する制御部と、
前記第２の光源の光量を段階的に変化させた場合の前記カメラのデジタル出力値の変化を、前記第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいて前記カメラのガンマ特性を求めるデータ処理部
を備えたことを特徴とする、ガンマ特性取得装置。
前記制御部は、前記第２の光源の出射光量を一定量ずつ段階的に変化させ、
前記データ処理部は、前記第１の光源のオン・オフに応じた前記デジタル出力値の変化量の逆数を、１デジタル出力当たりの光量変化とし、前記第２の光源の出射光量の変化に応じた前記デジタル出力値毎に積分して、前記デジタル出力値に対する前記カメラへの入力光量の関数を前記ガンマ特性とすることを特徴とする、請求項１記載のガンマ特性取得装置。
前記制御部は、前記第２の光源がオフの時に前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を前記第１の光源がオンの時の光量まで増加してから前記第１の光源をオン・オフし、前記第１の光源がオフの時に前記第２の光源の光量を増加させる操作を繰り返すことを特徴とする、請求項１記載のガンマ特性取得装置。
カメラで第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影し、
制御部で前記第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら前記第１の光源をオン・オフするように制御し、
データ処理部で前記第２の光源の光量を段階的に変化させた場合の前記カメラのデジタル出力値の変化を、前記第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいて前記カメラのガンマ特性を求める
ことを特徴とする、ガンマ特性取得方法。
コンピュータに、ガンマ特性取得処理を実行させるプログラムであって、
カメラで第１及び第２の光源からの光を照射される対象物を撮影する手順と、
前記第２の光源の出射光量を段階的に変化させながら前記第１の光源をオン・オフするように制御する手順と、
前記第２の光源の光量を段階的に変化させた場合の前記カメラのデジタル出力値の変化を、前記第１の光源がオンの場合とオフの場合について求め、求めたデジタル出力値の変化に基づいて前記カメラのガンマ特性を求める手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。