JP2018004421A - 金属表面の質感評価装置及び評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属表面の凹凸、光沢などの質感の定量化を図る。
【解決手段】 Ｌａｂ色度分布の中心を特定し（Ｓ１４５）、２つのＵ_１（Ｌ，ａ，ｂ）、Ｕ_２（Ｌ，ａ，ｂ）のいずれか一方の中心座標を他の中心座標に一致するように、中心座標の偏差ΔＡ、ΔＢ、ΔＬ分だけ、Ｌａｂ色度分布全体をシフト（写像）処理し（Ｓ１４６）、空間的な広がり度差分を示す質感広がり指数を演算する（Ｓ１４７）。Ｌａｂ色度分布の３次元空間の中で空間的な広がり度を演算し、検査面の凹凸を照明光の回折現象にて定量化でき、その広がり度の違いにより、色のことは除いて、金属表面等の凹凸の評価に適用できる。
【選択図】図１５

Description

本発明は、金属表面の質感評価装置及び評価方法、特に、金属表面の光沢、斑、濁り、凹凸等の質感を評価するための評価装置とその方法に関する。

金属表面での微細な凹凸を研磨するには様々な方法が提案されている（http://www.chemicoat.co.jp/column/detail_6.html）。

「化学研磨」とは、研磨用の溶液に金属を浸して、酸やアルカリの力によってその化学反応で金属の表面を腐食させる研磨方法である。細かい部分にまで溶液が入り込むため、機械による研磨では届かないような細部にも処理を行うことが出来るのが特徴である。主に複雑な形状の微細部品や内面部分の研磨を行う場合に化学研磨が向いている。

「電解研磨」とは、電解研磨用の溶液に金属を浸して、その溶液の中で金属をプラスとして電流を流す方ことで研磨を行う。金属は次第に溶解し、表面が光沢化や平滑化してくる。表面に加工による変質層を作ることがなく汚れや焼けなども残さないため、化学研磨と共に精密部品などのクリーンな研磨方法が必要な場合に利用されている。

「機械研磨」とは、その名の通り機械を使って行う研磨のことを指し、様々な方法がある。現在の主流は、円盤型の定盤の上に研磨パッドを貼り、その上に化学成分や微細な粒子を含んだ液体の研磨材を垂らし、回転させながら磨くロータリータイプです。他にも金属の内径を精密に研磨するホーニングマシンによる研磨や、バフを使用したバフ研磨など様々な研磨方法がある。

梨地仕上げ（なしぢしあげ）とは（http://www.chemicoat.co.jp/knowledge/detail_169.html）、金属の表面に微細な凹凸をつけて、ざらざらとした質感に仕上げる表面処理方法を言います。果実の梨の表面に似ていることからこう呼ばれる。梨地仕上げには、光沢、半光沢、無光沢の梨地がある。梨地仕上げを行う目的は、質感や見た目をよくするなどのほかオイルのついた手で触ったときに滑りにくくするための滑り止め目的や、塗装や陽極酸化をする際の前処理などの目的で用いられている。また精密機械などの金属表面の摩擦抵抗を減らすために、「きさげ加工」という微細な凹凸をつける加工がほどこされる場合もある。

金属表面を梨地仕上げ加工する方法には主に機械的な方法と化学的な方法があり、機械的な方法としては前述のきさげ加工のほかワイヤブラシにより金属表面を磨くワイヤブラシ法、微粒子を圧縮空気により表面に吹き付けるサンドブラスト法、細かい粒子を含んだ加工液を金属加工面に吹き付ける液体ホーニング法などがある。化学的に梨地仕上げ加工を行う方法には、エッチングなどの化学腐食や電解腐食を用いる方法、分散めっき法などの電気メッキを用いた表面処理を行う方法などがある。

表面つや粗さ測定方式には、従来、粗さ計があり、機械式のもの、レーザーなどの光学式のものがある。これらは凹凸が何ｍｍあるか、あるいは何ｎｍあるかといった数値で示すが、現場の経験ある技術者はこうした値よりも目で見た、表面のツヤ感やテカリ度を見て判定している。また、こうした経験のある現場の判定で作業が進んでいる。

表面を光学的に計測する特許文献１、２、３の発明が提案されている。

これに対し、色と質感の調整に関しては、特許文献４の発明が提案されている。この発明では、ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有するカメラと、カメラが取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換した着色データを取得し演算する演算処理部と、測定対象物を照射する照明部と、を備え、演算処理部が、測定対象物の撮像により得られた着色データのうち、特定された検査領域を設定し、測定対象物として、検査物と基準物について、それぞれ、検査領域の各画素のＸ，Ｙ，Ｚ値より正規化されたｘ，ｙ値を検査領域について演算し、ｘｙ色度図のｘｙ座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する検査物と基準物の画素数を積算することにより、ｘｙ色度座標ヒストグラム分布を作成するか、または、三次元ＸＹＺ座標において取得したＸＹＺ色度座標ヒストグラムの画素数を積算することにより、ＸＹＺ色度座標ヒストグラム分布を生成し、検査物と基準物の２つのｘｙ色度座標ヒストグラム分布またはＸＹＺ色度座標ヒストグラム分布の重なり合った割合を示すＬａｂ平均値及び広がり度差分演算を演算することにより、色およびそのテクスチャーを検査する。

このように色と質感を総合的に検査するため、人の目との相関が取れている方法ではある。たとえば、産業製品のインラインのカメラの装置で使っている。産業製品が流れてくると、リアルタイムで人間の目と同じような判断で、産業製品の全体、あるいは部分の境目の色違いを検出するところで利用される。こうして人間の目と同じような判断基準で不良着色を除外することができる。

特開平７−２８０５４１号公報 特開平８−４３０６０号公報 特開平１０−２２７６２６号公報 特開２０１４−１８７５５８号公報

しかしながら、特許文献１〜３は、光沢、つや、粗さ等の仕上がり具合を示す質感の判断までは行うことができないし、また、特許文献４に示す発明において、色と質感を調整するためのパラメーターとしては色一致指数での総合的な判断となるため、インラインでの色検査には好都合ではあるが、金属表面の仕上がり具合を示す質感の評価に利用するのが難しい場合がある。

金属表面を仕上げるのに、粗くしたり、鏡面仕上げにしたりするが、この荒さ加減は、専門家の目による評価が必要となる。金属表面が粗いものでもミクロンオーダーとなり、鏡面ではナノオーダーの凹凸となるが、人の目はその両方での判定を行うので、時間とコストがかかる、正確な判定が難しいという問題がある。

そこで、本発明は、ＸＹＺ系のカメラにより、金属表面の凹凸に光源からの光を当てて、その反射光分布を計測し、金属表面の形状により、光源からの光が回折により色の広がりとして観測され、この広がり感により、人間の目の判定条件に近い状態で、金属表面の仕上げ判定定量化を可能とすることを課題とする。

本発明は、ＸＹＺ系のカメラを用いた判定方式で、この方式では人の見た目の判定法と極めて近い判定が出来る。その根拠はカメラでは、正確な値が２次元又は３次元で求められるため、検査面の凹凸等の質感を照明光の回折現象にて定量化できる点にある。

上記課題に鑑み本発明は、本発明のＸＹＺ系のカメラで、金属表面に光源を当て、光沢、つや、斑、濁り、凹凸等の質感を、その反射光分布を計測すると、金属表面の形状により、光源からの光が回折により色・質感の広がりとして観測され、この広がり感により、金属表面の色・質感の定量化が可能となることに着目した。すなわち、本発明は、ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有するカメラと、前記カメラが取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換したデータを取得し演算する演算処理部と、金属表面を照射する照明部と、を備え、前記演算処理部が、前記金属表面の撮像により得られたデータのうち、特定された検査領域を設定し、ＸＹＺ表色系の色空間にそれぞれ対応する座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する検査面と基準面の画素数を積算することにより、ＸＹＺ表色系の色空間ヒストグラム分布を作成し、前記検査面と基準面の２つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布に近接するようにシフトさせることにより、色空間ヒストグラム分布の広がりの差を示す質感広がり指標を演算することを特徴とする金属表面の質感評価装置である。

ここでいう金属表面には、刃物の表面、金型の表面、めっきの表面等が挙げられる。質感には、光沢、つや、粗さ、凹凸等があげられる。評価には金属表面の凹凸、斑、濁り、粗さ、つや、光沢等、仕上がり具合の状態を評価することをいう。

本発明は、ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有するカメラを利用する金属表面の質感評価方法において、照明下で、前記カメラによる撮像により取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換したデータを生成するステップと、前記金属表面の撮像により得られたデータのうち、特定された検査領域を設定するステップと、ＸＹＺ表色系の色空間にそれぞれ対応する、座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する検査面と基準面の画素数を積算することにより、色空間ヒストグラム分布を作成するステップと、前記検査面と基準面の２つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を、他の色空間ヒストグラム分布に近接するようにシフトさせ、色空間ヒストグラム分布の広がりの差を示す質感広がり指標を演算するステップと、を備えたことを特徴とする金属表面の質感評価方法である。

特許請求の範囲では、ＸＹＺ表色系は他のＣＩＥ系表色系を含む広義のものを意味し、特許請求の範囲以外では、狭義のものを意味する。狭義のＸＹＺ表色系とは、ＲＧＢ表色系を単純な一次変換で負の値が現れないように定めたものであり、他のＣＩＥ表色系、例えば、Ｙｘｙ、ＸＹＺ、Ｌａｂ、Ｌｕｖ等のＣＩＥ表色系の基礎となり、２次元色度図又は３次元色空間を含む概念である。したがって、広義のＸＹＺ表色系は、狭義のＸＹＺ表色系と該ＸＹＺ表色系から発展させた他のＣＩＥ表色系を含む。

狭義のＸＹＺ表色系とは、ＲＧＢ表色系を単純な一次変換で負の値が現れないように、ＣＩＥが１９３１年にＲＧＢ表色系と同時に定めたものである。

ｘｙＹ表色系（Ｙｘｙ表色系ともいう）とは、ＸＹＺ表色系では数値と色の関連がわかりにくいので、ＸＹＺ表色系から絶対的な色合いを表現するために定められたものである。

Ｌｕｖ表色系とは、ＣＩＥが１９７６年に定めた均等色空間のひとつであり、ＣＩＥＬ^＊ｕ^＊ｖ^＊は光の波長を基礎に、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図の波長間隔の均等性を改善したものである。日本ではJIS Z8518に規定されている。

Ｌａｂ表色系とは、ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊であり、ＸＹＺ表色系から知覚と装置の違いによる色差を測定するために派生したものである。日本ではJIS Z 8729に規定されている。

広義のＸＹＺ表色系には、２次元座標と３次元座標で規定される色空間が含まれる。色空間の代表例としては、と、ＸＹＺ色空間と、Ｌａｂ色空間等の構成例がある。２次元の色空間の場合、例えば、Ｙｘｙ色空間、Ｌｕｖ色空間の場合、２次元平面であるｘｙ色度図（Ｙｘｙ色空間で正規化したｘｙ色度値（平面））、ｕｖ色度図、ｕ’ｖ’色度図が挙げられる。平面上での２次元色度図の画素の密度として表現されるｘｙ色度ヒストグラム分布又はＬｕｖ色度ヒストグラム分布等が対応する。３次元の色空間の場合、例えば、ＸＹＺ色空間、Ｌａｂ色空間の場合、３次元空間であるＸＹＺ色空間、Ｌａｂ色空間が挙げられる。３次元での色空間上の画素の密度として表現されるＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布等が対応する。

２次元のｘｙ色度平面、ｕｖ色度図、ｕ’ｖ’色度図での色と質感の分離に対して、他のＸＹＺ色空間とＬａｂ色空間等は３次元色空間上で色と質感の分離となる。従って、用語として、ｘｙ色度ヒストグラムに対して、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、Ｌａｂ色空間ヒストグラム等のように、区別して定義している。

ＸＹＺ色空間ヒストグラムとＬａｂ色空間ヒストグラムは、それぞれ、別のものであり、Ｌａｂ色空間での質感広がり指標演算は、ＸＹＺ色データをＬａｂ色度データに変換して、この変換したデータより、計算するものである。

近接させるようにシフトする態様について、例えば、ヒストグラム分布の所定の位置、例えば、中心を一致させる、所定の位置、例えば中心同士を所定範囲内まで近接させる、座標軸と平行に移動させることで近接させる、中心から他の中心まで直線方向に近接させる等、適切な指標を得られる程度であれば、シフト量、シフト方向等は適宜設定が可能であり、種々なる態様でシフトの実施が可能である。

指標には、指数、グラフ、絵図、または、これらの組み合わせで示すもの等、平面、立体にかぎらず、種々なる態様が可能である。

技術的関連を有する発明によれば、ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有するカメラと、前記カメラが取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換したデータを取得し演算する演算処理部と、金属表面を照射する照明部と、を備え、前記演算処理部が、前記金属表面の撮像により得られたデータのうち、特定された検査領域を設定し、金属表面として、検査面と基準面について、それぞれ、前記検査領域の各画素のＸ，Ｙ，Ｚ値を演算し、ｘｙ色度図、ＸＹＺ色度図、又はＬａｂ色度図にそれぞれ対応する、ｘｙ座標、ＸＹＺ座標、又はＬａｂ座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する前記検査面と基準面の画素数を積算することにより、ｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布を作成し、前記検査面と基準面の２つのｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方のｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布の中心を、他のｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布に近接させるようにシフトさせ、ｘｙ色度ヒストグラム分布、ＸＹＺ色空間ヒストグラム分布、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布の質感広がり指標を演算することを特徴とする金属表面の質感評価装置である。

技術的関連を有する発明によれば、ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有するカメラを利用する金属表面の質感評価方法において、照明下で、前記カメラによる撮像により取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換したデータを生成するステップと、前記金属表面の撮像により得られたデータのうち、特定された検査領域を設定するステップと、金属表面として、検査面と基準面について、それぞれ、前記検査領域の各画素のＸ，Ｙ，Ｚ値を演算するステップと、ｘｙ色度図、ＸＹＺ色度図、又はＬａｂ色度図にそれぞれ対応する、ｘｙ座標、ＸＹＺ座標、又はＬａｂ座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する前記検査面と基準面の画素数を積算することにより、ｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布を作成するステップと、前記検査面と基準面の２つのｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方のｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布の中心を、他のｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布に近接させるようにシフトさせ、ｘｙ色度ヒストグラム分布、ＸＹＺ色空間ヒストグラム分布、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布の質感広がり指標を演算するステップと、を備えたことを特徴とする金属表面の質感評価方法である。

本発明における撮像装置は、三つの分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）により、すなわち、基準面、検査面を三つのチャンネルに分けて撮像することとなるが、その手段としては、これらの分光感度を得るために設定された光学フィルタまたはダイクロイックミラーもしくはダイクロイックプリズム等のいずれであるかを問わず用いることができる。

前記撮像装置の分光感度（Ｓ_１(λ)，Ｓ_２(λ)，Ｓ_３(λ)）は、ＣＩＥ ＸＹＺ分光特性から負の値を持たない、単独ピークを持つ山形であり、それぞれの分光感度曲線のピーク値が等しく、かつ分光感度の曲線の重なりは最小限にするという条件から等価変換したものであって、分光特性Ｓ_１のカーブは、ピーク波長が５８２ｎｍであり、半値幅が５２３〜６２９ｎｍであり、１／１０幅が４９１〜６６３ｎｍである。分光特性Ｓ_２のカーブは、ピーク波長が５４３ｎｍであり、半値幅が５０６〜５８９ｎｍであり、１／１０幅が４６４〜６３２ｎｍである。分光特性Ｓ_３のカーブは、ピーク波長が４４６ｎｍであり、半値幅が４２３〜４７８ｎｍであり、１／１０幅が４０９〜５０８ｎｍである。

本発明は、ＸＹＺ系のカメラによって、金属表面の光沢、つや、凹凸等の質感を照明光の回折現象にて定量化できるため、人の見た目の判定法と極めて近い判定が、正確、効率的に出来る利点がある。

本発明実施形態１の金属表面の質感評価装置１のブロック図である。 本発明実施形態１におけるＸＹＺ表色系カメラであるカメラ２の分光感度を示す関数である。 本発明実施形態１において三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）に従って画像情報を取得する方式の具体例である。（ａ）はダイクロイックミラーを用いる場合の説明図である。（ｂ）はフィルタターレットを用いる場合の説明図である。（ｃ）は光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを撮像素子２３に微視的に貼着した場合の説明図である。 本発明実施形態１のカメラ２におけるフローチャートである。 本発明実施形態１の演算処理装置３におけるフローチャートである。 本発明実施形態１の演算処理装置３におけるサブーチャートである。 本発明実施形態１の演算処理装置３における、ｘｙ座標空間におけるシフト処理を示す説明図である。 （ａ）は発明実施形態１の演算処理装置１における検査領域Ｔを示す説明図、（ｂ）は検査領域Ｔに対応する色度図上の色度領域Ｋを示すｘｙ色度図、（ｃ）は格子Ｇで区画された色度領域Ｋの説明図、（ｄ）はｘｙ２次元色度図上での色度の重なりの様子を示す模式図、（ｅ）はミニマム分布を示す説明図、（ｆ）はｘｙ色度ヒストグラム分布の一例を示す説明図である。 （ａ）は金属表面のメタリック度を示す説明図、（ｂ）はｘｙ色度ヒストグラム分布図、（ｃ）はｘｙ色度ヒストグラム分布の立体イメージ図である。 本発明実施形態２の金属表面の質感評価装置１０１の構成を示すブロック図である。 本発明実施形態２の金属表面の質感評価装置１０１の演算処理装置１０３におけるフローチャート（ＸＹＺ色空間分布）である。 本発明実施形態２の金属表面の質感評価装置１０１の演算処理装置１０３におけるフローチャート（Ｌａｂ色空間分布）である。 本発明実施形態３の金属表面の質感評価装置１０１のｘｙ座標空間におけるシフト処理を示す説明図である。 本発明実施形態３の金属表面の質感評価装置２０１の構成を示すブロック図である 本発明実施形態３の金属表面の質感評価装置２０１のＬａｂ座標空間におけるシフト処理を示す説明図である。 実施例１のサンプルNo.２の測定範囲と測定場所(画像緑枠内)を示す説明写真図である。 実施例２のサンプルNo.２の測定範囲と測定場所(画像緑枠内)を示す説明写真図である。 実施例３のサンプルNo.８とNo.４の測定範囲と測定場所(画像緑枠内)を示す説明写真図である。 実施例３のサンプルNo.５-No.７の測定範囲と測定場所(画像緑枠内)を示す説明写真図である。

本発明の好適な実施形態１による金属表面の質感評価装置１について図１〜図１０を参照して説明する。

表面の質感評価装置１は、ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有する２次元色彩計２と、２次元色彩計２が取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換したデータを取得し演算する演算処理部３と、金属表面５を照射する照明部６と、を備え、演算処理部３が、金属表面５の撮像により得られたデータのうち、特定された検査領域を設定し、金属表面５として、検査面と基準面について、それぞれ、検査領域の各画素のＸ，Ｙ，Ｚ値をＬａｂ値に変換し、Ｌａｂの各値の平均値を演算し、ｘｙ色度図のｘｙ座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する検査面と基準面の画素数を積算することにより、Ｌａｂ色度ヒストグラム分布を作成し、検査面と基準面の２つのｘｙ色度ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方のｘｙ色度ヒストグラム、ＸＹＺ色空間ヒストグラム、又はＬａｂ色空間ヒストグラム分布の中心を他のｘｙ色度ヒストグラム分布の中心と一致するようにシフトさせ、ｘｙ色度ヒストグラム分布もしくはXYZ色色空間ヒストグラムもしくはLab色空間ヒストグラムの広がり度差分を演算することを特徴とする。金属表面としては刃物、金型、めっき等の表面が挙げられる。

フリップフロップにより角度によって見え方が相違するので、ここでは、２次元色彩計２を手動で移動して、少なくとも３つの相違する角度から撮像する。照明部６があって、２次元色彩計２がその下に設置され、２次元色彩計２が手動でその角度を変えられる。２次元色彩計２により多角度から金属表面５及びそのＬａｂ色ヒストグラム分布データを測定できる。

２次元色彩計２の分光感度はルータ条件を満たすものであって、その分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）は、図２に示す通り、ＸＹＺ等色関数から、負の値を持たず、単独ピークを持つ山形であり、それぞれの分光感度曲線のピーク値が等しく、かつ分光感度の曲線の重なりはできるだけ少なくするという条件から等価変換したものである。分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）は具体的には以下の特性を持つ。
記
ピーク波長 半値幅 １／１０幅
Ｓ１ ５８２ｎｍ ５２３〜６２９ｎｍ ４９１〜６６３ｎｍ
Ｓ２ ５４３ｎｍ ５０６〜５８９ｎｍ ４６４〜６３２ｎｍ
Ｓ３ ４４６ｎｍ ４２３〜４７８ｎｍ ４０９〜５０８ｎｍ

上記の分光特性Ｓ１のピーク波長を５８０±４ｎｍ、分光特性Ｓ２のピーク波長を５４３±３ｎｍ、分光特性Ｓ３のピーク波長を４４６±７ｎｍとして取り扱うこともできる。

三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）は次の数式１を用いて求められるものである。分光特性自体についての詳細は特開２００５−２５７８２７号公報等を参照されたい。

２次元色彩計２の仕様は、例えば、有限会社パパラボの２次元色彩計ＲＣ-５００であり、有効頻度値約500万画素、有効面積9.93mm×8.7mm、画像サイズ3.45μm×3.45μm、ビデオ出力12Ｂit、カメラインターフェイスＧigE、フレーム数(ピント調整時)3〜7フレーム/Ｓec、シャッタースピード1/15,600Ｓec〜1/15Ｓec、積算時間3秒まで、Ｓ/N比60dＢ以上、レンズマウントFマウント、動作温度０℃〜40℃、動作湿度20％〜80％である。

２次元色彩計２は、図１に示すように、撮影レンズ２１と、この撮影レンズ２１の後方に配置された三つの光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの後方に配置された撮像素子２３（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）と、を備えている。２次元色彩計２の三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）は、光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの分光透過率と撮像素子２３の分光感度との積により与えられるものである。図１における光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと撮像素子２３との配列的関係は模式的に示したものにすぎないものである。三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）に従って画像情報を取得する方式について以下に具体例を挙げるが、本実施形態１ではこれらのうちいずれをも採ることができ、また、その他の方式を採ることもできる。

図３（ａ）に示すものはダイクロイックミラーを用いる方式である。これはダイクロイックミラー２２ｃ´により特定の波長の光を反射し、透過した残りの光について、さらに別のダイクロイックミラー２２ａ´により別の特定の波長の光を反射して分光し、撮像素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃを三つ並列にして読み出す方式である。ここでは、ダイクロイックミラー２２ａ´が光学フィルタ２２ａ、２２ｂに相当し、ダイクロイックミラー２２ｃ´が光学フィルタ２２ｃに相当する。撮影レンズ２１から入射する光はダイクロイックミラー２２ｃ´により分光感度Ｓ３に従う光が反射され、残りの光は透過する。ダイクロイックミラー２２ｃ´により反射された光を反射鏡２６により反射して撮像素子２３ｃにより分光感度Ｓ３を得る。一方、ダイクロイックミラー２２ｃ´を透過した光は、ダイクロイックミラー２２ａ´において、分光感度Ｓ１に従う光が反射され、残りの分光感度Ｓ２に従う光は透過するため、それぞれ撮像素子２３ａ、撮像素子２３ｂにより撮像して分光感度Ｓ１、Ｓ２を得る。ダイクロイックミラーに代えて同様な特性を有するダイクロイックプリズムを用いて三つに分光し、それぞれの光が透過する位置に撮像素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃを接着することとしてもよい。

図３（ｂ）に示すものはフィルタターレット２７を用いる方式である。撮影レンズ２１からの入射光と同じ方向を回転軸に持つフィルタターレット２７に光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを設けてこれらを機械的に回転させ、順次透過する光について撮像素子２３により三つの分光感度Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を得るものである。

図３（ｃ）に示すものは光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを撮像素子２３に微視的に貼着する方式である。撮像素子２３上における光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、ベイヤー配列型に設けられる。この配列は、格子状に分けた撮像素子２３上の領域のうち半分に光学フィルタ２２ｂを設け、残りの半分の領域に光学フィルタ２２ａと光学フィルタ２２ｃとをそれぞれ均等に配置するものである。すなわち、配置量は光学フィルタ２２ａ：光学フィルタ２２ｂ：光学フィルタ２２ｃ＝１：２：１となる。光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの配列をベイヤー配列以外のものとすることは本実施形態１において特に妨げられない。一つ一つの光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃは非常に微細であるため、印刷により撮像素子２３に貼着される。ただし、本発明はこの配列に意味があるのではなく、分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）の特性のフィルタを撮像素子に貼着することにある。

２次元色彩計２は分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）により取得した画像情報を演算処理装置３に送信し、演算処理装置３でＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換し、取得した三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚによる画像データを変換処理による演算処理を行い、視覚化処理された画像を表示する表示装置（図示略）を備える。

演算処理装置３は２次元色彩計２により取得した画像の任意の位置における輝度、色度等を演算し視覚化処理するものである。金属表面５の斜めから照明を照射し、金属色のｘｙ、ＸＹＺ又はＬａｂ色度分布データ同士を比較して指数化する。

２次元色彩計２で金属表面５を、通常、１ヶ所で撮像し、必要に応じて、２次元色彩計２が移動して、他の別の角度で撮像する。ここでは、例えば、正面、左右４５度の３箇所（適宜数の箇所でも良い）で撮影することもできる。

照明部６の照明源はキセノンランプ（擬似太陽光）を採用する。照明部６はキセノンランプのほかに、フレネルレンズ・アセンブリを備えている。キセノンランプは金属表面５の斜め上から均一に照らすものとする。キセノンランプ以外にLEDの人工太陽灯でもよい。

表示装置７は演算処理装置３と接続され、演算処理装置３で処理された画像信号を受信して、画像を画面に表示するようになっている。演算処理装置３または表示装置７は、適宜、入力手段（図示略）等を備える。入力手段はキーボード、マウス、画像表示装置に設けられるタッチパネル等である。

金属表面５の質感評価装置１の動作について具体例を挙げつつ説明する。金属表面５の質感評価装置１は、図１に示す通り、２次元色彩計２と、演算処理装置３と、表示装置７とを接続することにより動作する。接続方法は有線・無線を問わず選択できる。２次元色彩計２におけるフローチャートを図４に、演算処理装置３におけるフローチャートを図６に、それぞれ示す。

２次元色彩計２の電源が入ると、図４に示す通り、初期化をする（初期化Ｓ１）。つぎに、分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）により金属表面５を撮像し（撮像処理Ｓ２）、その後、撮像された画像データを撮像素子２３により入力し（入力処理Ｓ３）、演算処理装置３にて三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換する（変換処理Ｓ４）。分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）は表示装置７に送信される（データ送信Ｓ５）。画像が動画である場合には、撮像処理Ｓ２からデータ送信Ｓ５の一連の処理が連続的に行われる。画像は画像表示装置７に表示される。

撮像処理Ｓ２では、様々な金属表面５を測定する例が挙げられているが、撮像位置が相違する特定領域について、相違する角度にて２次元色彩計２で金属表面５を撮像する。撮像箇所は複数個所であり、適宜数を選択できる。ここでは、正面（０度）、左４５度、右４５度の３方向から測定する。また、測定の場所は、２次元色彩計２の０度の光軸は金属表面５に垂直になる。また、照明は、太陽光と同じく斜め上からの照明であることが特徴となる。

三刺激値Ｘ、Ｙ、ＺからＹ´ｘｙ表色系への変換式を数式２、３に挙げる。ここでは２次元色彩計２とともに輝度計（図示略）を使用し、Ｙは輝度計の値（ｎｔ）により校正してＹ´としたものである。色空間の変換式は慣用されているものであるため、その他の詳しい式については割愛する。

XYZ表色系は、現在CIE標準表色系として各表色系の基礎となっている。光の三原色(R＝赤、G＝緑、B＝青紫)の加法混色の原理に基づいて発展したもので、色度図を使って色をYxyの3つの値で表わす。Yが反射率で明度に対応し、xyが色度になる。

撮像処理Ｓ２は、三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有する２次元色彩計２によって金属表面５を撮像する工程である（図１、図４参照）。分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）は上記の数式１に従って与えられるものである。撮影レンズ２１と光学フィルタ２２a、２２ｂ、２２ｃと撮像素子２３により撮像されると同時に入力処理Ｓ３が連続的に行われる。

入力された画像データは分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）に従った値であるため、２次元色彩計２の演算処理装置３における変換処理Ｓ４によって、撮像された画像の画像データを三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換する。この変換は数式１に従って行われる。すなわち、数式１における係数の逆行列を乗じて三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを得ることとなる。なお、２次元色彩計２からは分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）に従った値のまま演算処理装置３に送信する。

演算処理装置３に電源が入ると、図５に示す通り、初期化をする（初期化Ｓ１１０）。表示装置７は２次元色彩計２と接続された状態において、２次元色彩計２から送信された分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を受信する（データ受信Ｓ１２０）。その後、分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）から三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換する（Ｓ１４０）。その内容を表示装置７に送信する（表示処理Ｓ１５０）。２次元色彩計２からデータ受信Ｓ１２０に従い、変換処理Ｓ１３０から表示処理Ｓ１５０の一連の処理が連続的に行われる。

演算処理Ｓ１４０は、撮像された基準面と検査面の画像のＬａｂ平均値及びｘｙ質感広がり指数を演算し視覚化処理する工程であり、表示装置７に表示するために必要な場合は、色情報をＲＧＢ等に変換処理する。

前記の表示処理Ｓ１５０は、視覚化処理された質感広がり指数を画像表示装置に表示する工程であり、処理をリターンする。

図６のS１４０のサブフローチャートを説明する。基準面の第１画像（画像Ｂ）を撮像しておき、次に対比すべき検査面の第２画像（画像Ａ）を撮像し、以下のとおり、質感広がり指数を順次計算する。質感を分離した質感広がり指数により、質感の類似性を判定する。

撮像した画像ＡＢについて検査したい領域Ｔ（図８（ａ）参照）に対応する検査領域Ｋ（図２０（ｂ）参照）を設定する（ステップＳ１４１）。大きさや場所を自由に設定することができる。

色度ｘｙを演算し、色度Ｙｘｙを求める（Ｓ１４２）。

撮像した検査面の画像Ａから切り出した領域Ｋの検査面のｘｙ色度ヒストグラム分布を作成する（Ｓ１４３）。この色度ヒストグラム分布は、図８（ｃ）に示す、２つのヒストグラム分布の重なり領域Ｄに属する画素をカウントした積算数である。

ｘｙ色度ヒストグラム分布は、上記各単位格子に属数する画素の積算数を示す立体ヒストグラムであり、図８（ｄ）に重なり領域Ｄを示す。

図８（ｃ）に示す通り、ｘｙ座標の位置での比較対象の色分布を平面的に書いたものであり、検査領域Ｋを格子Ｇで区画し、その区画のｘｙ値を有する画素を積算しｚ軸とするヒストグラム分布を作成する。ｘｙ座標を、特定の幅のグリッド（立体マス目）、例えば、ｘｙをそれぞれ１／１０００（１０００個の線）で切った平面格子とする。ヒストグラムの端から端までスキャンしてゆき、格子Gに区画した領域ごとに、これに属する画素数を同じｘｙ面でそれぞれスキャンしｚ方向に積算してゆく。また、検査領域Kでｘｙ座標の特定範囲だけを演算すれば、演算時間が短縮できる。グリッドのマス目を細かくすれば精度は上がるが、演算時間が長くなるので、適宜のマス目とする。

Ｓ１４３と同様に、基準面の画像Ｂのｘｙ色度ヒストグラム分布を作成する（Ｓ１４４）。ｘｙ色度ヒストグラム分布は、ｘｙ軸がｘｙ色度、ｚ軸が画素の積算数であり、図８（ｄ）に平面的な重なり領域を示す。

Ｌａｂのａ軸、ｂ軸、Ｌ軸について、それぞれ独立に検査領域のすべての画素の総和を取り、その画素数にて、それぞれのＬ値、ａ値、ｂ値の総和を割って、Ｌａｂ色度分布の平均L値、平均a値、平均b値を計算する（Ｓ１４５）。

下記の数式４により変換したＬａｂ空間のＬａｂ値を算出する。Ｌａｂ色空間は補色空間の一種で、明度を意味する次元Ｌと補色次元のＡおよびＢを持ち、ＣＩＥＸＹＺ色空間の座標を非線形に圧縮したものに基づいている。正規化する前のＸＹＺ値からＬａｂ値に数式４により変換する。ＸＹＺ色空間上での分布に対して、Ｌａｂ色空間の分布は、明るさ方向も加味した分布が得られる。

数４で、関数fの括弧の中のX,Y,Z の値がそれぞれ白色点の座標X_n,Y_n,Z_nで割ってあるのは，最大値を1に揃えるためである。

基準面及び検査面の平均値の差分を取り色の相違の判断材料とする。

図７に示す通り、ｘｙ色度分布の中心座標Ｃ_１、Ｃ_２を特定する（Ｓ１４６）。ここでは中心座標は図心（重心位置）とする。

図７に示す通り、２つのｘｙヒストグラム分布Ｈ_１（ｘ，ｙ）、Ｈ_２（ｘ，ｙ）のいずれか一方の中心座標を他の中心座標に一致するように、中心座標の偏差ΔＦ分だけ、ｘｙ色度分布全体をシフト（写像）処理する（Ｓ１４７）。いずれか一方の分布を他の分布にシフトさせないと、色成分の差も計算してしまうことになるからである。グラフ上でも計算だけでもできる。シフト量は適宜設定可能である。例えば、一方の中心から他の中心へのシフトに代えて、一方の中心から他の中心の所定範囲内へのシフトでも同様の効果がある。要は、質感が把握できる適宜のシフト量で接近させればよい。

空間的な広がり度差分を示す質感広がり指数を演算する（Ｓ１４８）。これにより単純にメタリック感の違いだけ抽出して、色度の類似性と、メタリック感の程度を分離して判定し、これを定量化できる。ｘｙ色度分布の２次元空間の中で広がり度を演算し、その広がり度の違いを、色のことは除いた、光輝材のキラメキ感の違いとして把握できるので、色と質感とを確実に分離して検出できる。

質感広がり指数は、下式により計算する。ｘｙ色度ヒストグラム分布は、画素の積算数であり、図８（ｄ）に重なり領域Ｄ、図８（ｅ）にミニマム分布を示す。
質感広がり指数＝重なり領域Ｄに属する画素の積算数／検査領域Ｋの全体の画素数×１００（％）

基準面と検査面の２次元空間上での広がり度ヒストグラムを計算し、その配列の同じ位置同士のミニマム値を取ったものが、重なり合い頻度となるため、全体のヒストグラム総和カウントで、この値を割ったもので計算される。

図８（ｄ）（ｅ）は図８（ｃ）をＳ−Ｓ断面で切り取った１つの断面図であり、ｘｙ座標で同じライン上で見た場合には重なり合いがある。立体的に描く代わりに、便宜上、平面で描いている。またヒストグラムであるから、微小な階段形状の分布になっている。図８（ｄ）の積算数Ｈ_１と積算数Ｈ_２はそれぞれ画像Ａ、画像Ｂに対応する。二つのヒストグラム分布を比較すると、重なり領域Dが存在する。

図８（ｅ）に示す通り、Ｈ_１（ｘ_１、ｙ_１）を検査面のｘｙ色度ヒストグラム分布の積算数、Ｈ₂（ｘ_２、ｙ_２）を検査面のｘｙ色度ヒストグラム分布の積算数とすると、重なり合った左側領域ではＨ_１＞Ｈ_２で、中央でＨ_１＝Ｈ_２となり、右側ではＨ_１＜Ｈ_２である。Ｈ_１，Ｈ_２のうち、小さい方の積算数（画素頻度）を取ると、左側ではＨ_１、右側ではＨ_２となり、階段状のヒストグラム曲線であるミニマム分布が特定できる。これを利用し、重なり領域Ｄの全体領域に対する割合が演算できる。

このミニマム分布で小さな方の積算値を特定する。Ｈ_１とＨ_２のうち、少ない方の積算数を加算演算すれば、重なり領域Ｄの積算数が演算でき、全体の画素数に対する割合が特定できる。検査領域Ｋの全体の画素数は決まっており、検査面と基準面では、ともに総画素数は同一値である。この割合の演算は全部の格子Ｇについて３次元的に積算してもよいし、例えば、図８（ｃ）に示す通り、Ｓ−Ｓ軸に沿って検査領域Ｋを切り、ｙが所定値でｘが端から端まで変化する場合での画素の積算数の分布を２次元的に積算する。図８（ｆ）が積算結果のｘｙ座標上での２次元マップである。検査領域Ｋにおいて分布がなく画素数がゼロの場合には演算から除外する。

最後に、表示・保存処理、送信処理を行い（Ｓ１４９）、処理をリターンする。

例えば、検査領域Ｋに属する画素を縦１００画素×横１００画素＝１０，０００画素とする。同じ検査領域Ｋで画像を切り取るので、画像Ａと画像Ｂの全体の画素数はともに１０，０００画素である。ｘｙ色度ヒストグラムから、重なり領域の画素数を積算し、積算数が５，０００個であった場合、質感広がり指数は５０％となる。質感広がり指数が１００％を下回るほど質感の相違度が大きくなる。ｘｙ値の分布が完全に一致していれば１００％となる。これにより、一定以上の数値であると判定された場合に、質感について適合面であると判定することができる。

画像について、第一次的に得られる色情報はＸＹＺ等色関数と等価な関数による三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）であるため、ＲＧＢにより取得する場合と比べて人の眼の感度に忠実で高精度である。分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）の重なり合いは小さく、Ｓ／Ｎ比も十分にとれ、分光感度の曲線におけるカーブも自然に変化するため、測色における誤差は最低限に留められる。

画像の質感を色とは分離してヒストグラム分布で把握できるため、表面の光沢、つや、凹凸、粗さ等の違いを反映することにより、微妙な色合いの違いまで判定できる。

例えば、図９（ａ）〜（ｃ）に示す通り、メタリック度が小さいものから大きなものまで３種類を検査した場合の例を説明する。メタリック度の小さなものを基準面１とし、メタリック度の中程度を検査面２とし、メタリック度の大きなものを検査面３とする。まず、１〜３を前記の処理を行った後のｘｙz色度図上での分布を作成すると、図９（ｂ）のｘｙ色度図に示す通り、ハイライト部分が積算されたデータである。積算数を明暗で示してあり、色の明るいほど積算数は大きい。図９（ｃ）は基準面と検査面の３次元で積算数を模式的に表したものである。ｘｙ軸は色度、ｚ軸は積算数である。基本的には、メタリック感が強いほど、低く広がった山形となり、メタリック感が弱いほど、尖った山形になる。基準面１と、検査面２又は３について、２つのヒストグラム分布を比較することで、重なりの度合いを示す質感広がり指数を演算する。

なお、表１に示す通り、比較例はΔＥが質感の元となる色を平均値で算出したＬａｂを使用するので、Ｌａｂ値、ΔＥの値が見た目に比べて微小の差異であり、検査が困難であった。本実施形態の質感広がり指数は、検査領域Ｋの範囲内の積算数をそのまま用いるので、基準面１に対して、検査面２、３がそれぞれ５８％、２７％となり、数値で明確に、かつ、簡単にメタリック度の識別ができる。

次の本実施形態２の金属表面５の質感評価装置１０１を図１０、図１１、図１２を参照して説明する。対応する同様な要素については１００番台として説明を援用し、主として、相違点を説明する。

基準面、検査面を撮像する２次元色彩計１０２、２次元色彩計１０２とスイッチ１０６を介して接続し信号を受信し、質感広がり指数の演算を行う演算処理装置１０３と、演算処理装置１０３と接続し指数表示を行う表示装置１０７とを備えている。

図１０に示す通り、演算処理装置１０３は、基準面となる色見本１０５を撮像することにより取得される刺激値ＸＹＺ１を計算する演算部１０３Ａと、検査面となる色見本を撮像することにより取得される刺激値ＸＹＺ２を計算する演算部１０３Ｂと、演算部１０３Ａと演算部１０３Ｂと接続し、金属表面５の色一致度指数を演算する演算部１０３Ｃと、演算部１０３ＣからのＯＫ信号またはＮＧ信号を表示装置１０７に送信したり、外部に送信するものである。なお、スイッチ１０６は、刺激値ＸＹＺ１と刺激値ＸＹＺ２を選択的に入力するものである。

図１１は２つの画像Ａ、Ｂから色度ヒストグラム分布の比較による質感広がり指数を演算するフローチャートである。図１１に示す通り、プログラムが起動すると、画像Ａから検査領域Ｋを切り出し特定し、設定する（Ｓ２０１）。次に画像Ｂから画像Ａと同様の検査領域を切り出し特定し、設定する（Ｓ２０２）。画像Ａ，Ｂより色度値ＸＹＺの演算を行う（Ｓ２０３）。検査領域Ｋにおいて、検査面と基準面のＸＹＺ色度ヒストグラム分布をそれぞれ演算し、作成する（Ｓ２０４）。ＸＹＺ値の平均値を演算する（Ｓ２０５）。ＸＹＺ色空間分布の中心座標を特定する（Ｓ２０６）。中心座標へのＸＹＺ色空間分布をシフト処理する（Ｓ２０７）。シフト処理後、ＸＹＺ色空間分布の中心座標を特定する（Ｓ２０８）。シフト処理後の中心座標の適否の確認のためである。ここで中心座標の再調整が可能である。ＸＹＺ色度ヒストグラム分布のミニマム分布を特定し、重なり領域ＤでのＸＹＺ色度ヒストグラム分布の積算数を演算する（Ｓ２０９）。質感広がり指数＝（重なり領域Ｄに属する画素の積算数／検査領域Kの全体の画素数）×１００（％）である。重なり領域Ｄでの積算数はＴ_１とＴ_２のうち、少ない方の積算数を加算演算する。質感広がり指数を演算し（Ｓ２１０）、リターンする。

なお、検査領域Ｋに対応するＸＹＺ分布の演算の場合、指数の演算は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元空間での分布により行う。検査面と基準面でのＸＹＺ空間座標でのＸＹＺ値を、図１３（ａ）（ｂ）に示す通り、それぞれ、Ｔ_１（Ｌ，ａ，ｂ）、Ｔ_２（Ｌ，ａ，ｂ）とする。ＸＹＺの色空間であるとヒストグラム分布は地球儀のような形状になっており、２つのヒストグラム分布が立体的に重なり合っている場合と分離している場合がある。これをシフト処理し、中心座標を近づける。３次元空間の検査領域Ｋを格子で区画し、３次元でのＴ_１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、Ｔ_２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の色度ヒストグラム分布とミニマム分布を求め、同様な指数の演算を行う。格子の積算数を平面上に投影し、その面内で同様な積算で格子上の重なり合いの領域の積算数を演算してもよい。ＸＹＺ色度の場合には、明るさの情報がないため、ＸＹＺ空間では、画像の明るさが変わってもヒストグラム分布は変化しない。

ＸＹＺ色空間ヒストグラムに代えてＬａｂ色空間ヒストグラムを質感判定に用いる場合には、図１２のフローチャートを用いる。図１２の説明は図１１の上記説明を援用する。Ｓ２０５では領域の平均Ｌａｂ値の計算と画像Ｂの検査領域の平均Ｌａｂ値の演算となる。Ｌａｂ色度の場合には、明るさの情報があるため、Ｌａｂ空間では、画像の明るさが変わると、ヒストグラム分布が変化する。

次に本実施形態３の金属表面２０５の質感評価装置２０１につき図１４を参照して説明する。対応する同様な要素については２００番台として説明を援用し、主として、相違点を説明する。

図１４に示す通り、色判定対象は金属表面５の一部の領域であり、２次元色彩計２０２が金属表面２０５の対象領域を撮像する。演算処理装置２０３は、基準となる刺激値ＸＹＺ１からＬａｂを計算する演算部２０３Ａと、判定対象となる刺激値ＸＹＺ２からＬａｂを計算する演算部２０３Ｂと、演算部２０３Ａと演算部２０３Ｂと接続しＬａｂ平均値を演算する演算部２０３Ｃと、基準Ｌａｂと対象Ｌａｂから質感広がり指数を演算する質感広がり指数演算部２０３Ｄと、演算部２０３Ｃ、２０３Ｄからの演算値を着色装置２５７に送信するものである。指数値に応じて、適正な金属質感になっているかどうかを、画面を見て判定し、さらに着色処理を行うものである。なお、スイッチ２０６は、基準ＸＹＺと対象ＸＹＺを選択的に入力するものである。主要な処理は概ね実施形態１、２のフローチャートと同様であるので、説明は援用する。

検査領域Ｋに対応するＬａｂ空間における色度ヒストグラム分布の演算の場合、ＸＹＺ値からＬａｂへ変換を行う。指数の演算は、Ｌ軸、ａ軸、ｂ軸の３次元空間での分布により行う。Ｌａｂ色度分布は立体楕円形状である。検査面と基準面でのＬａｂ空間座標でのＬａｂ値を、図１５（ａ）（ｂ）に示す通り、それぞれ、Ｕ_１（Ｌ，ａ，ｂ）、Ｕ_２（Ｌ，ａ，ｂ）とする。Ｌａｂの色空間であるとヒストグラム分布は地球儀のような形状になっており、２つのヒストグラム分布が立体的に重なり合っている場合と分離している場合がある。３次元空間の検査領域Ｋを格子で区画し、３次元でのＵ_１（Ｌ，ａ，ｂ）、Ｕ_２（Ｌ，ａ，ｂ）の色度ヒストグラム分布とミニマム分布を求め、同様な指数の演算を行う。格子の積算数を平面上に投影し、その面内で同様な積算で格子上の重なり合いの領域の積算数を演算する。Ｌａｂ色度の場合には、明るさの情報があるため、Ｌａｂ空間では、画像の明るさが変わると、Ｌ値が変化して、一致度の分布Ｕ_１、Ｕ_２がＬａｂ空間内で位置がずれるため、明暗を考慮に入れた判定が可能である。画像の明るさが違えば分布の位置がずれるからである。例えば、Ｌａｂ色度ヒストグラム分布は、暗くなれば下方にずれ、明るくなれば上方にずれる。

その他の応用例を説明する。基準面・検査面の取得されたＡ，Ｂ画像の２枚の画像を重ねあわせ、それぞれの色度ヒストグラム分布を表示装置７に表示したり、それぞれの色度ヒストグラム分布をひとつの色度図上で重ね合わせた色度図が表示でき、色の相違を平均Ｌａｂ値で判定し、一方、金属表面の質感を示す質感広がり指数演算を分離してパーセンテージで表示できる。これにより、検査面の色度分布の基準面の色度分布の空間的広がりのズレ、特に、凹凸感や粗さ感を数値で確実に確認できる。各領域Ｋごとに検査結果が数値で表示される。格子のグリッド幅の調節が可能である。指数のしきい値を任意で設定可能である。測定結果と撮影した画像は保存が可能である。目視検査では避けられなかった個人差の問題や、客先との判断基準のトラブル等を減らして、金属質感の仕上がり具合の基準化や安定した質感管理を行うことが可能となる。

以上、本実施形態を説明したが、以下の効果がある。（１）平均Ｌ値、平均ａ値、平均ｂ値、及び、（２）２つのＨ_１（ｘ，ｙ）、Ｈ_２（ｘ，ｙ）、Ｔ_１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、Ｔ_２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、Ｕ_１（Ｌ，ａ，ｂ）、Ｕ_２（Ｌ，ａ，ｂ）に関する質感広がり指数ついて、それぞれの例を挙げたが、色と、光沢、つや、凹凸等の質感との違いを、分離して提示することにより、正確、迅速な評価をおこなうことができ、金属表面の荒さ調整等の質感調整により、仕上がり具合について適格な方針を与えることができる。

本発明の金属表面評価装置１により、金属表面の粗さを評価するため実施例１〜実施例７の通り、測定し、評価を行った。

以下に、実施例を例示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例中における特性値の測定及び評価は下記のように行った。

（１） 評価装置
有限会社パパラボのPPLB-200を用いた。PPLB-200は２次元色彩計RC-500を備える。照明はPanasonic社製D50照明を用いた。
（２） 撮影
PPLB-200による撮影は、部屋が暗室状態で行った。2次元色彩計は静止画タイプのものを使用し、白色板のL値を100として測定を行った。
（３）測定範囲
サンプルの測定範囲について、評価する際の範囲は全サンプルを同じサイズとした。測定範囲は、実施例１は図１６、実施例２は図１７、実施例３は図１８，図１９について、それぞれ、画像の枠線内である。
（４）測定項目及び結果について
サンプルの合格基準面と検査サンプルの測定を行った。撮影した基準・検査サンプル画像の測定部の一致度、ΔＥ、平均Labの差を求めた。一致度のうち、ｘｙ−３Ｄはヒストグラム分布の中心座標のシフト処理（図６のＳ１４７、図１１のＳ２０７、図１２のＳ２０７）をせずに求めた値、色分離はヒストグラム分布の中心座標のシフト処理を行って求めた値である。色分離は色と質感を分離したパラメータである。平均Lab値の差＝検査サンプルの平均Lab値−基準サンプルの平均Lab値とした。測定結果から、一致度の結果とΔＥの数値から、基準サンプルに色も表面の質感も一番類似しているサンプルを特定した。ΔＥに関して人間の視感度特性を考慮したΔＥ00を使用した。

以下の実施例１〜３の金属部品について、測定場所、一致度、ΔＥ00、平均Ｌａｂ値の差、及び測定範囲内のＬａｂ値を示す。

サンプルNo.2は、金属表面の茶濁がない部分を基準とし、茶濁がある部分と茶濁がない部分(基準とは違う箇所)の一致度、ΔE00、平均Labの差を測定した。表２に測定結果一覧を示す。色の違いは評価せず、質感の違いを評価する場合には、色分離の数値を基準として判断する。色の違いを併せて評価する場合には、ΔE00，平均Ｌａｂの差も参照の上、評価を行う。

サンプルNo.2の基準測定範囲内のＬａｂ値、茶濁がある部分の測定範囲内のＬａｂ値、茶濁がない部分の測定範囲内のＬａｂ値を、それぞれ、表３、表４、表５に示す。茶濁がない部分の一致度について、ｘｙ−３Ｄと色分離とは数値は同じ９６％であるが、茶濁がある部分の一致度について、色分離の数値は６３％であり、ｘｙ−３Ｄの４６％よりも１７％も高くなっているので、より正確な評価が可能である。これにより、茶濁を見た人間の目の評価に近くなるので、迅速で正確な評価が可能となる。

サンプルNo.3は、金属表面の茶濁がない部分を基準とし、茶濁がある部分と茶濁がない部分(基準とは違う箇所)の一致度、ΔE00、平均Labの差を測定した。表６に測定結果一覧を示す。色の違いは評価せず、質感の違いを評価する場合には、色分離の数値を基準として判断する。色の違いを併せて評価する場合には、ΔE00，平均Ｌａｂの差も参照の上、評価を行う。

サンプルNo.3の基準測定範囲内のＬａｂ値、茶濁がある部分の測定範囲内のＬａｂ値、茶濁がない部分の測定範囲内のＬａｂ値を、それぞれ、表７、表８、表９に示す。茶濁がない部分の一致度について、ｘｙ−３Ｄと色分離とは数値は同じ９６％であるが、茶濁がある部分の一致度について、色分離の数値は８０％であり、ｘｙ−３Ｄの６６％よりも１４％高くなっているので、より正確な評価が可能である。これにより、茶濁を見た人間の目の評価に近くなるので、迅速で正確な評価が可能となる。

白濁があるのはNo.4〜No.6のサンプル、白濁がないのはNo7である。白濁がないサンプルNo.8を基準とし、No.4〜No.6の白濁がある部分の一致度、ΔE00、平均Labの差を測定した。 また比較のため白濁がないNo.7も同様に測定した。表１０に測定結果一覧を示す。色の違いは評価せず、質感の違いを評価する場合には、色分離の数値を基準として判断する。色の違いを併せて評価する場合には、ΔE00，平均Ｌａｂの差も参照の上、評価を行う。

サンプルNo.8（基準）、No.4、 No.5、No.6、 No.7の基準測定範囲内のＬａｂ値、白濁がある部分の測定範囲内のＬａｂ値、白濁がない部分の測定範囲内のＬａｂ値を、それぞれ、表１１、表１２、表１３、表１４、表１５に示す。白濁がない部分の一致度について、ｘｙ−３Ｄと色分離とは数値は８５％から７９％に減少しているが、白濁があるサンプルNo.4〜No.6の一致度について、色分離の数値は、６１％、５６％、６７％であり、いずれも、ｘｙ−３Ｄの値よりも２％高くなっているので、より正確な評価が可能である。これにより、白濁を見た人間の目の評価に近くなるので、迅速で正確な評価が可能となる。

なお、本発明の実施形態は、上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることができるものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれ、前記技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることは言うまでもない。例えば、三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）に従って画像情報を取得する方式について、本実施形態において挙げた方式は具体例に過ぎないものであって、これらに限られず、その他の方式によっても本発明の技術的思想は実施されるものである。

本発明の評価装置は、金属表面の光沢、つや、凹凸等の質感を照明光の回折現象にて定量化できるため、人の見た目の判定法と極めて近い判定が出来ることにより、これまで人の目に依存していた金属表面等の凹凸の評価に適用できる。

１、１０１、２０１・・・金属表面の質感評価装置
２、１０２、２０２・・・２次元色彩計
３、１０３、２０３・・・演算処理装置
５、１０５、２０５・・・色見本
６、１０６、２０６・・・照明部
７・・・表示装置
２１・・・撮影レンズ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・光学フィルタ
２３・・・撮像素子
２２ａ´、２２ｃ´・・・ダイクロイックミラー
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・撮像素子

２次元色彩計２は、図１に示すように、撮影レンズ２１と、この撮影レンズ２１の後方に配置された三つの光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの後方に配置された撮像素子２３（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）と、を備えている。２次元色彩計２の三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）は、光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの分光透過率と撮像素子２３の分光感度との積により与えられるものである。図１における光学フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと撮像素子２３との配列的関係は模式的に示したものにすぎないものである。三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）に従って画像情報を取得する方式について以下に具体例を挙げるが、本実施形態１ではこれらのうちいずれをも採ることができ、また、その他の方式を採ることもできる。２４は演算部、２５は表示部である。

図３（ａ）に示すものはダイクロイックミラーを用いる方式である。これはダイクロイックミラー２２ｃ´により特定の波長の光を反射し、透過した残りの光について、さらに別のダイクロイックミラー２２ａ´により別の特定の波長の光を反射して分光し、撮像素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃを三つ並列にして読み出す方式である。ここでは、ダイクロイックミラー２２ａ´が光学フィルタ２２ａ、２２ｂに相当し、ダイクロイックミラー２２ｃ´が光学フィルタ２２ｃに相当する。撮影レンズ２１から入射する光はダイクロイックミラー２２ｃ´により分光感度Ｓ３に従う光が反射され、残りの光は透過する。ダイクロイックミラー２２ｃ´により反射された光を反射鏡２６により反射して撮像素子２３ｃにより分光感度Ｓ３を得る。一方、ダイクロイックミラー２２ｃ´を透過した光は、ダイクロイックミラー２２ａ´において、分光感度Ｓ１に従う光が反射され、残りの分光感度Ｓ２に従う光は透過する。ダイクロイックミラー２２ａ´を透過した光を撮像素子２３ｂにより撮像して分光感度Ｓ２を得る。ダイクロイックミラー２２ａ´により反射された光を反射鏡２９により反射して撮像素子２３ａにより分光感度Ｓ１を得る。ダイクロイックミラーに代えて同様な特性を有するダイクロイックプリズムを用いて三つに分光し、それぞれの光が透過する位置に撮像素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃを接着することとしてもよい。

Claims (2)

1. ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有するカメラと、
   前記カメラが取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換したデータを取得し演算する演算処理部と、
   金属表面を照射する照明部と、
   を備え、
   前記演算処理部が、
   前記金属表面の撮像により得られたデータのうち、特定された検査領域を設定し、
   ＸＹＺ表色系の色空間にそれぞれ対応する座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する検査面と基準面の画素数を積算することにより、ＸＹＺ表色系の色空間ヒストグラム分布を作成し、
   検査面と基準面の２つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布に近接するようにシフトさせることにより、色空間ヒストグラム分布の広がりの差を示す質感広がり指標を演算することを特徴とする金属表面の質感評価装置。
2. ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)、Ｓ３(λ)）を有するカメラを利用する金属表面の質感評価方法において、
   照明下で、前記カメラによる撮像により取得した三つの分光感度を有する画像をＣＩＥ ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換したデータを生成するステップと、
   金属表面の撮像により得られたデータのうち、特定された検査領域を設定するステップと、
   ＸＹＺ表色系の色空間にそれぞれ対応する、座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する検査面と基準面の画素数を積算することにより、色空間ヒストグラム分布を作成するステップと、
   検査面と基準面の２つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を、他の色空間ヒストグラム分布に近接するようにシフトさせ、色空間ヒストグラム分布の広がりの差を示す質感広がり指標を演算するステップと、
   を備えたことを特徴とする金属表面の質感評価方法。