JP2015187602A - 測色装置、方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測色の対象に含まれる複数の液体の分布や液体に混在する汚れの分布を効率よく測定できるようにする。【解決手段】測色装置１は、第１の物質１１及び第２の物質１２を含む対象１０の色を測定する。測色装置１は、対象１０を撮像して第１の物質１１の色の特徴と第２の物質１２の色の特徴とを含む二次元画像を取得する撮像部２と、二次元画像に基づいて対象１０の平面視における第１の物質１１及び第２の物質１２の分布情報を算出する算出部３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、対象の色を測定する技術に関し、特に対象に含まれる複数の物質の分布を測定するための技術に関する。

特許文献１において、測色対象の着色液の交換を容易に行えるようにすることを目的として、ポンプによって測色用セルの測定部位を含む面に対して吐出循環を行うことを特徴とする液体測色装置が開示されている。

上記特許文献１に示されるように、従来においては液体の色を測定する際に液体を循環させる構成が採用されていた。しかし、このような構成においては、測色の対象（液体）の色の分布を一度に測定することができない。そのため、対象に含まれる複数の異なる物質の分布、対象に混在する汚れの分布等を測定することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測色の対象に含まれる複数の異なる物質の分布、対象に混在する汚れの分布等を効率よく測定できるようにすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の物質及び第２の物質を含む対象の色を測定する測色装置であって、前記対象を撮像し、前記第１の物質の色の特徴と前記第２の物質の色の特徴とを含む二次元画像を取得する撮像部と、前記二次元画像に基づいて前記対象の平面視における前記第１の物質及び前記第２の物質の分布情報を算出する算出部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、測色の対象に含まれる複数の異なる物質の分布、対象に混在する汚れの分布等を効率よく測定することが可能となる。

図１は、実施の形態に係る測色装置の機能的構成を示す図である。 図２は、カメラが対象の水面を撮像している状態を示す図である。 図３は、カメラにより取得された二次元画像を例示する図である。 図４は、カメラの内部機構を例示する図である。 図５は、カラーフィルタの構成を例示する図である。 図６は、光線の入射角が０度におけるカラーフィルタの分光透過率を例示するグラフである。 図７は、レンズアレイの光軸方向から見た状態を例示する図である。 図８は、像面上における画像を例示する図である。 図９は、マクロピクセルを拡大した状態を例示する図である。 図１０は、第１の物質の占有面積及び第２の物質の占有面積を例示する図である。 図１１は、隣接する２つの第２の物質間の距離を例示する図である。 図１２は、分布情報を表示する表示装置を備える構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、測色装置の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態に係る測色装置１の機能的構成を示す図である。測色装置１は収容部４に収容された対象１０の色を測定する。測色装置１は撮像部２及び算出部３を有する。

対象１０は第１の物質１１と第２の物質１２とを含む。本実施の形態においては、第１の物質１１は水性の液体であり、第２の物質１２は油性の液体である。第２の物質１２の量は第１の物質１１の量に対して僅かである。図１は、収容部４内がほとんど第１の物質１１で満たされており、第２の物質１２が第１の物質１１に溶けずに分散している状態を模式的に示している。

撮像部２は対象１０の色又はスペクトルを測定する機構である。撮像部２は物体の色を数量的に測定するものであって、例えば標準色と比較する機構、光電色度計を利用する機構、分光光度計を利用する機構等が挙げられる。

本実施の形態における撮像部２は収容部４の上部から対象１０の水面を撮像する。図２は、撮像部２の具体例であるカメラ２１が対象１０の水面を撮像している状態を示す図である。図３は、カメラ２１により取得された二次元画像２５を例示する図である。二次元画像２５には第１の物質１１の色の特徴と第２の物質１２の色の特徴とが含まれている。色の特徴とは、対象１０の二次元画像２５に現れる第１の物質１１及び第２の物質１２の固有の色彩、模様、スペクトル等である。水面上に現れる第１の物質１１の色又はスペクトルと第２の物質１２の色又はスペクトルとは異なっている。

図４は、カメラ２１の内部機構を例示する図である。メインレンズ３１は単レンズ又は複数のレンズで構成される（本例においては複数のレンズで構成されている）。メインレンズ３１の絞り位置にＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率を持つカラーフィルタ３２が配置されている。

図５は、カラーフィルタ３２の構成を例示する図である。図６は、光線の入射角が０度におけるカラーフィルタ３２の分光透過率を例示するグラフである。図５におけるＦｘの領域の分光透過率がＴｘ、Ｆｙの領域の分光透過率がＴｙ、Ｆｚの領域の分光透過率がＴｚに対応している。

図６において、実線、破線、点線はそれぞれ下記等色関数（１）に基づいたカラーフィルタＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚの分光透過率Ｔｘ（λ）、Ｔｙ（λ）、Ｔｚ（λ）である。Ｔｘ（λ）、Ｔｙ（λ）、Ｔｚ（λ）はぞれぞれの最大値を透過率１００％として規格化した値である。例えば、フィルタＦｘを通る光の信号の最大値をフィルタＦｙ、Ｆｚを通る光の信号の最大値の１０分の１にしたい場合、フィルタＦｘを通る光の信号の値を設定値に応じて信号処理で調整する。フィルタＦｘの透過率を小さくする方法もあるが、その場合、フィルタ透過後の光量が少なくなるので外乱の影響を受けやすくなる。上述した規格化を行うことでｘ（λ）、ｙ（λ）に対応したカラーフィルタについて信号雑音比（ＳＮ比）を改善できる。

尚、図５ではフィルタを扇型に３等分しているが、これに限られるものではなく、例えば２等分、４等分でもよい。また、フィルタ外形は四角でもよい。また、フィルタの分割比が等倍である必要はない。

メインレンズ３１の集光位置付近には小レンズから構成されるレンズアレイ３３が配置されている。像面３４には受光素子３５が配置されている。受光素子３５は画素にカラーフィルタ３２が実装されていないモノクロセンサである。

メインレンズ３１に入射した光束は無数の光線の集合である。それぞれの光線はメインレンズ３１の絞りの異なる位置を通過する。本例ではメインレンズ３１の絞り位置に３つのカラーフィルタ３２を配置しているので、各光線は異なる分光透過率を持つ３つのフィルタを通過することになる。フィルタを通過した光線はレンズアレイ３３付近で一旦結像するが、その後レンズアレイ３３によりそれぞれセンサの別位置に到達する。すなわち、物体のある一点から発せられた光を波長的に三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに分解した値を測定することができる。

図７は、レンズアレイ３３の光軸方向から見た状態を例示する図である。図８は、像面３４上における画像を例示する図である。上記機構においては、図４の構成で撮影された画像は図８に示すような小さな円が並んだものとなる。それぞれの小さな円をマクロピクセルと呼ぶ。マクロピクセルが円形となるのはメインレンズ３１の絞り形状が円形であるためであり、絞り形状が四角形の場合はマクロピクセルも四角形となる。図９は、マクロピクセルを拡大した状態を例示する図である。マクロピクセルの内部におけるＭｘ、Ｍｙ、ＭｚはそれぞれカラーフィルタＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを通過した光によって形成される分布である。Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの出力値に重回帰分析やウィナー推定等の処理を行うことで、測色が可能となる。

算出部３は撮像部２(カメラ２１）により取得された二次元画像２５に基づいて第１の物質１１及び第２の物質１２の分布情報を算出する。分布情報とは、対象１０における第１の物質１１及び第２の物質１２の分散状態を示す情報であり、例えば二次元画像２５内における第１の物質１１及び第２の物質１２の占有面積の比率、第２の物質１２同士の位置関係、第２の物質１２の密度等である。

算出部３はＣＰＵ、記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）、ＣＰＵを制御するプログラム、各種論理回路等を利用して構成される。算出部３のハードウェア構成は特に限定されるべきものではなく、例えば単独のコンピュータにより構成されてもよいし、カメラ２１（撮像部２）等のデバイスに内蔵されていてもよい。プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供され得る。また、当該プログラムをインターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、当該プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供又は配布するように構成してもよい。

算出部３は二次元画像２５に基づいて、第１の物質１１及び第２の物質１２の占有面積（面積比）、第２の物質１２の位置、隣接する第２の物質１２間の距離等を算出する。図１０は、第１の物質１１の占有面積Ｓ１及び第２の物質１２の占有面積Ｓ２を例示する図である。図１０において、２つの第２の物質１２の領域が示されている。第２の物質１２の占有面積Ｓ２はこれら２つの領域のそれぞれの面積を合算したものである。第２の物質１２の領域が３つ以上ある場合であっても同様である。第１の物質１１の占有面積Ｓ１は二次元画像２５（図３参照）の全面積から占有面積Ｓ２を減算したものである。両占有面積Ｓ１，Ｓ２の面積比ＳＲを例えばＳＲ＝Ｓ１／Ｓ２，ＳＲ＝Ｓ２／Ｓ１等と表すことができる。第２の物質１２の領域は、二次元画像２５の座標軸において第１の物質１１の色を示す数値と第２の物質１２の色を示す数値との境界線を、周知の画像認識技術を用いて検出することにより算出することができる。色を示す数値としてＸＹ色度座標の値がある。第１の物質１１に対応する値（ｘ１，ｙ１）と第２の物質１２に対応する値（ｘ２，ｙ２）は異なる。値（ｘ１，ｘ２）の位置と値（ｘ２，ｙ２）の位置との間に境界線が存在する。

図１１は、隣接する２つの第２の物質１２間の距離Ｄを例示する図である。カメラ２１の撮像領域（二次元画像２５）内に存在する第２の物質１２の位置（境界線）に基づいて、隣接する第２の物質１２間の距離Ｄを算出することができる。また、算出部３は当該距離Ｄが所定値以下である場合には、隣接する２つの第２の物質１２を１つのものとして扱うようにしてもよい。所定値とは、隣接する２つの第２の物質１２を１つのものとして扱うことが分布上合理的であると認められる程小さい値である。これにより、二次元画像２５内における第２の物質１２の分布情報が不要に複雑になることを避けることができる。

図１２は、分布情報を表示する表示装置４１を備える構成を示す図である。表示装置４１は上記算出部３により生成された分布情報を表示するカラーディスプレイ等を備える情報処理装置（例えばパーソナルコンピュータ、タブレット等）である。カメラ２１が取得した二次元画像２５をそのまま表示装置４１に表示させてもよい。また、算出部３は分布情報（第１及び第２の物質１１，１２の占有面積Ｓ１，Ｓ２、位置、距離Ｄ等）を二次元画像に変換した分布表示画像を生成し、表示装置４１にこの分布表示画像を表示させるようにしてもよい。これにより、第１の物質１１及び第２の物質１２の分布状態を、視覚を通じて明確に把握することが可能となる。

尚、図１２においては、カメラ２１と表示装置４１とが直接接続している構成が示されているが、これに限られるものではない。図１２に示す構成の場合には、算出部３はカメラ２１又は表示装置４１のどちらか又は両方に内蔵された状態となる。また、図示しないが、算出部３が単独のハードウェアとしてカメラ２１と表示装置４１との間に介在してもよい。

また、上記実施の形態においては、第１の物質１１及び第２の物質１２が共に液体である場合を示したが、これに限られるものではない。例えば、第１の物質１１及び第２の物質１２の一方又は両方が固体、ゲル等であってもよい。例えば、塗料等の液体が固まって固体となるような場合も考えられる。また、上記収容部４が風呂やプールであり、第１の物質１１が水であり、第２の物質１２が汚れ等であってもよい。この場合には、風呂やプールの水に混在する汚れの分布を確認することができる。また、上記実施の形態においては、測色の対象１０に２つの物質が含まれている場合を示したが、これに限られるものではなく、更に多くの物質が含まれる場合であっても上記と同様に分布情報を算出することができる。

以上のように、本実施の形態に係る測色装置１によれば、測色の対象に含まれる複数の物質の分布、対象に混在する汚れの分布等を効率よく測定することが可能となる。

１ 測色装置
２ 撮像部
３ 算出部
４ 収容部
１０ 対象
１１ 第１の物質
１２ 第２の物質
２１ カメラ
２５ 二次元画像
３１ メインレンズ
３２ カラーフィルタ
３３ レンズアレイ
３４ 像面
３５ 受光素子
４１ 表示装置
Ｄ 距離
Ｓ１，Ｓ２ 占有面積

特開２００６−０１０３４１号公報

Claims (13)

1. 第１の物質及び第２の物質を含む対象の色を測定する測色装置であって、
   前記対象を撮像し、前記第１の物質の色の特徴と前記第２の物質の色の特徴とを含む二次元画像を取得する撮像部と、
   前記二次元画像に基づいて前記対象の平面視における前記第１の物質及び前記第２の物質の分布情報を算出する算出部と
   を備えることを特徴とする測色装置。
2. 更に、前記対象を収容する収容部を備え、
   前記撮像部は前記対象を前記収容部の上部から撮像することにより前記二次元画像を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の測色装置。
3. 前記分布情報は前記二次元画像内における前記第１の物質の占有面積又は前記第２の物質の占有面積の少なくとも一方を含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測色装置。
4. 前記分布情報は前記二次元画像内における前記第１の物質の位置及び前記第２の物質の位置を含む
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測色装置。
5. 前記分布情報は隣接する前記第１の物質間の距離又は隣接する前記第２の物質間の距離を含む
   ことを特徴とする請求項４に記載の測色装置。
6. 前記算出部は前記距離が所定値以下である場合に、隣接する複数の前記第１の物質又は隣接する複数の前記第２の物質を１つの物質として扱う
   ことを特徴とする請求項５に記載の測色装置。
7. 更に、前記分布情報を表示する表示部を備える
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測色装置。
8. 前記算出部は前記分布情報を二次元画像に変換した分布表示画像を生成し、
   前記表示部は前記分布表示画像を表示する
   ことを特徴とする請求項７に記載の測色装置。
9. 前記第１の物質は水性の液体であり、前記第２の物質は油性の液体である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の測色装置。
10. 前記第１の物質及び前記第２の物質の一方が液体であり、他方が固体である
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の測色装置。
11. 前記第１の物質は風呂又はプールの水であり、前記第２の物質は汚れである
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の測色装置。
12. 第１の物質及び第２の物質を含む対象の色を測定する測色方法であって、
    前記対象を撮像し、前記第１の物質の色の特徴と前記第２の物質の色の特徴とを含む二次元画像を取得する工程と、
    前記二次元画像に基づいて前記対象の平面視における前記第１の物質及び前記第２の物質の分布情報を算出する工程と
    を備えることを特徴とする測色方法。
13. 第１の物質及び第２の物質を含む対象の色を測定するために使用されるコンピュータに、
    前記対象を撮像し、前記第１の物質の色の特徴と前記第２の物質の色の特徴とを含む二次元画像を取得する処理と、
    前記二次元画像に基づいて前記対象の平面視における前記第１の物質及び前記第２の物質の分布情報を算出する処理と
    を実行させることを特徴とする測色プログラム。