JP2018004509A

JP2018004509A - 測色システムおよび検査装置

Info

Publication number: JP2018004509A
Application number: JP2016133350A
Authority: JP
Inventors: 隆之後藤; Takayuki Goto; 拓郎曽根; Takuro Sone
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】立体形状を持つファブリック製品等を対象として、その製品の見た目を安定に評価する。【解決手段】計測対象に光を照射する照明装置５と、計測対象の分光情報を取得する撮影装置６とを有する検査装置２を備え、検査装置２は、照明装置５および撮影装置６との位置関係が既知の、計測対象Ａに接触する接触部４を有し、撮影装置６は計測対象Ａの分光情報の二次元分布をワンショットで取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、測色システムおよび検査装置に関する。

工業製品の品質評価の中で、「製品の見た目」を管理したいという要求は大きい。特に見た目を重視する製品は、椅子の座面やカーペットのように、
・素材自体が起毛などを持っているファブリック製品で構成される
・製品形状が複数の曲面で構成される複雑な形状を持つ
・内部に綿などが詰められ、柔軟性、弾力性を持っている
ことなどを特徴としているものが多い。製品の見た目を管理するために、一般的には限度見本（良品または不良品となる品質の限度を示した見本）との一対比較により評価者の主観で評価する手法が用いられている。

また、計測装置として色度を数値で計測する測色計があり、このような測色計による計測も広く行われている。

また、照明と撮影装置を備えた装置を用いて、被評価物の分光画素情報と白色板の分光画素情報を取得し、それらから立体形状を有する被評価物の分光反射率を計測する手法が開示されている（例えば、特許文献１等を参照）。

上述した主観による評価手法では、製品が限度見本によって規定される評価基準を満たしているかどうかは人間の主観によってのみ判断される。そのため、
・熟練した評価者と、評価を始めてから日が浅い評価者とで評価基準が変わるなど、評価する人間によって評価結果が変動する
・評価者の体調などの影響で日によって評価が変動する
など、評価のバラツキが大きくなり、定量管理できないという問題があった。

また、測色計による場合、
・測色計の計測物への接触のさせ方で値が変化する
・計測対象が複数彩色を有するパターン柄などの場合には、測色計での計測結果が計測箇所の変化の影響を大きく受けてしまい、計測対象の見た目に対応していない
などの問題があった。

また、被評価物の分光反射率を計測する手法の場合、
・被評価物と撮影装置および照明との位置関係の微小な変化によって取得される分光情報が大きく変化してしまう
・立体形状を持つ被評価物を計測する際には、被評価物の形状の変化に伴って照明の入射角や、計測装置による受光角が変化してしまうため、取得される分光情報が計測箇所によって大きく変化してしまう
などの問題があった。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、立体形状を持つファブリック製品等を対象として、その製品の見た目を安定に評価することにある。

上記の課題を解決するため、本発明にあっては、計測対象に光を照射する照明装置と、計測対象の分光情報を取得する撮影装置とを有する検査装置を備え、前記検査装置は、前記照明装置および前記撮影装置との位置関係が既知の、計測対象に接触する接触部を有し、前記撮影装置は計測対象の分光情報の二次元分布をワンショットで取得する。

本発明にあっては、立体形状を持つファブリック製品等を対象として、その製品の見た目を安定に評価することができる。

一実施形態にかかる測色システムの構成例を示す図である。検査装置の外観例を示す図である。情報処理装置の機能構成例を示す図である。情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。実施形態の処理例を示すフローチャートである。計測対象にパターン柄がある場合の検査例を示す図である。評価値の算出の例を示す図（その１）である。評価値の算出の例を示す図（その２）である。二次元分光反射率画像の取得の様子を示す図である。ノイズ低減による精度向上の手法の例を示す図である。接触部に接触面部を設けた例を示す図である。照明装置として拡散光源を用いた例を示す図である。照明装置として平行光光源を用いた例を示す図（その１）である。照明装置として平行光光源を用いた例を示す図（その２）である。

以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。

＜構成＞
図１は一実施形態にかかる測色システム１の構成例を示す図であり、検査装置２の構造部分を断面図で示している。図１において、測色システム１は、検査装置２と情報処理装置７とを備えている。検査装置２は、筐体部３と接触部４と照明装置５と撮影装置６とを備えている。筐体部３は、内部が空洞で底面が開放されており、その下部には計測対象Ａに接触する接触部４の接触枠部４１を備えている。また、筐体部３の内部上面中央には計測対象Ａの分光情報を取得する撮影装置６が設けられ、内部上面側方には照明装置５が設けられている。接触部４は、計測時に計測対象Ａに接触することで、計測対象Ａに対する照明装置５と撮影装置６の位置関係を固定化して既知のものとし、バラツキの少ない計測を行うことができるようにするためのものである。

照明装置５は、計測対象Ａに投光を行うものである。照明装置５は、求められる計測環境に応じて変えることができ、一般的な白熱電球、蛍光灯などの他、ＬＥＤ照明、ハロゲン照明などを用いることができる。

撮影装置６は、計測対象Ａの表面の分光情報の二次元分布をワンショット（１回の撮影）で取得するためのものである。撮影装置６としては、人間の目の三刺激値の分光画像が取得できる三刺激値ＸＹＺカメラ、複数のバンドでの分光情報が得られるマルチスペクトルカメラ、波長分解能が高い分光情報を取得できるハイパースペクトルカメラ等が使用できる。なお、マルチスペクトルカメラの中にも、三刺激値の分光画像が取得できるものもある。

情報処理装置７はＰＣ（Personal Computer）等であり、撮影装置６の出力する分光情報に基づいて情報処理を行い、計測結果としての評価値をユーザに出力する。

図２は検査装置２の外観例を示す図である。図２（ａ）は、筐体部３を箱形に形成したものであり、図２（ｂ）は、円筒形に形成したものである。なお、筐体部３は計測対象Ａと照明装置５と撮影装置６の位置関係を固定化できるものであればよく、形状はその他のものであってもよい。

図３は情報処理装置７の機能構成例を示す図である。図３において、情報処理装置７は、情報入力部７１と評価値算出部７２と評価値出力部７３とを備えている。情報入力部７１は、撮影装置６から分光情報を入力する機能を有している。評価値算出部７２は、撮影装置６から入力した分光情報に基づいて評価値を算出する機能を有している。評価値出力部７３は、評価値算出部７２により算出された評価値をユーザに出力（表示、データ出力等）する機能を有している。

図４は情報処理装置７のハードウェア構成例を示す図である。図４において、情報処理装置７は、バス６０７を介して相互に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）６０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６０３を備えている。また、情報処理装置７は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）／ＳＳＤ（Solid State Drive）６０４、接続Ｉ／Ｆ（Interface）６０５、通信Ｉ／Ｆ６０６を備えている。ＣＰＵ６０１は、ＲＡＭ６０３をワークエリアとしてＲＯＭ６０２またはＨＤＤ／ＳＳＤ６０４等に格納されたプログラムを実行することで、情報処理装置７の動作を統括的に制御する。接続Ｉ／Ｆ６０５は、情報処理装置７に接続される機器とのインタフェースである。通信Ｉ／Ｆ６０６は、ネットワークを介して他の情報処理装置と通信を行うためのインタフェースである。

図３で説明した情報処理装置７の機能は、ＣＰＵ６０１において所定のプログラムが実行されることで実現される。プログラムは、記録媒体を経由して取得されるものでもよいし、ネットワークを経由して取得されるものでもよいし、ＲＯＭ組込でもよい。処理に際して参照・更新されるデータは、ＲＡＭ６０３またはＨＤＤ／ＳＳＤ６０４に保持される。

＜動作＞
図５は上記の実施形態の処理例を示すフローチャートである。図５において、処理を開始すると、計測対象Ａに接触部４の接触枠部４１を接触させ、照明装置５を点灯させ、撮影装置６により計測対象Ａの分光情報の二次元分布をワンショットで取得する（ステップＳ１）。これにより、計測対象Ａと照明装置５および撮影装置６の位置関係を一定に保った状態での撮影が可能になり、計測対象Ａの形状や位置によるバラツキを抑えたロバストな計測が可能になる。

一般的な通常の構成での撮影装置による計測を行う場合には、計測対象と撮影装置および照明装置の間の位置関係を精度良く規定しなければ、計測ごとのバラツキが非常に大きくなってしまう。その他にも、計測対象の形状によって計測位置での照明の当たり方、撮影装置との撮影角が変化するため、形状による計測バラツキも大きくなる。本実施形態の検査装置２では、そういったバラツキを抑えた計測が可能になる。

また、図６に示すように、表面に複数の色彩パターンを持つ計測対象Ａを計測して見本通りの意匠になっているか確認する場合を考える。従来のような点計測の測色計を用いた場合、測色できる範囲は、図６（ａ）中のαで示すようなポイントになる。この場合、計測するポイントによって計測される色味は大きく異なるため、計測対象Ａの色彩パターンが見本通りに作られているかを計測結果から確認することは非常に困難である。一方で、本実施形態の検査装置２で計測を行う場合、計測範囲は、図６（ｂ）中のβのように、複数パターンを網羅した範囲となり、その二次元分布を計測することができるため、バラツキの小さい計測を行うことができる。

このように、広範囲かつ人間の視覚特性に基づいた分光情報を取得することで、パターンを含むサンプルであっても、精度の高い色情報計測を行うことができるようになる。

次いで、図５に戻り、情報処理装置７の情報入力部７１は、撮影装置６から計測対象Ａの分光情報を入力する（ステップＳ２）。そして、情報処理装置７の評価値算出部７２は、入力した計測対象Ａの分光情報に基づいて評価値を算出し（ステップＳ３）、評価値出力部７３は算出した評価値を出力する（ステップＳ４）。

図７は評価値の算出の例を示す図であり、撮影装置６から入力した三刺激値の色度値から平均色度値を求める場合の例である。例えば、図６（ｂ）に示した撮影範囲β内にｍ×ｎ個の画素が存在するとした時、１≦ｘ≦ｎ、１≦ｙ≦ｍについて、位置（ｘ，ｙ）の画素それぞれに対する色度値Ｘ（ｘ，ｙ），Ｙ（ｘ，ｙ），Ｚ（ｘ，ｙ）が得られる。

このとき、評価値算出部７２は、撮影範囲β内の平均色度値（上にバーを付したＸ、Ｙ、Ｚ）を、次式により算出する（ステップＳ３１）。

この平均色度値を用いることで、パターンを持つ計測対象Ａに対しても精度良く見本との比較を行うことができる。

図８は評価値の算出の他の例を示す図であり、撮影装置６から二次元分光画像を取得し、二次元分光反射率および三刺激値ＸＹＺを経て、色度値Ｌ＊ａ＊ｂ＊を評価値として求める場合の例である。

図８において、評価値算出部７２は、計測対象Ａの二次元分光計測画像と、計測対象Ａの計測の前または後に取得した白色基準板の二次元分光計測画像とから、計測対象Ａの二次元分光反射率画像を取得する（ステップＳ３２）。すなわち、計測対象Ａの二次元分光計測画像の各画素および各波長について、画素値を白色基準板の二次元分光計測画像の対応する画素値で除算し、計測対象Ａの二次元分光反射率画像を取得する。なお、白色基準板は、サンプルとなる計測対象Ａの二次元分光計測画像を分光反射率画像に変換するために必要となるものであり、ここでは、反射率が１００％かつ完全拡散反射に近い白色基準板を使用する。

図９は二次元分光反射率画像の取得の様子を示す図であり、計測範囲βの各画素について、波長毎に二次元分光計測画像の画素値を白色基準板の二次元分光計測画像の対応する画素値で除算することで、二次元分光計測画像を取得する。

次いで、図８に戻り、評価値算出部７２は、計測対象Ａの二次元分光反射率と等色関数と光源の分光分布から三刺激値ＸＹＺを算出する（ステップＳ３３）。光源の分光分布は、ユーザにより設定された評価したい照明条件により決まる。ここでは、ユーザにより設定された評価したい照明条件から、例えば、昼光色のＤ５０光源の分光分布を採用する。

三刺激値は、計測対象Ａの分光反射率と等色関数と光源の分光分布から計算できる。分光反射率と光源の分光分布は上述した通りに計測され、または決定されている。等色関数は、ＣＩＥ（国際照明委員会）が定めた、人が色を感じる感度の関数のことであり、２度視野と１０度視野が定められており、ここでは例えば１０度視野を使用する。

変換式は以下のようになる。
Ｘ＝ｋ∫Ｓ（λ）ｘ（λ）Ｒ（λ）ｄλ
Ｙ＝ｋ∫Ｓ（λ）ｙ（λ）Ｒ（λ）ｄλ
Ｚ＝ｋ∫Ｓ（λ）ｚ（λ）Ｒ（λ）ｄλ

ここで、Ｓ（λ）は照明の分光分布、ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）は等色関数、Ｒ（λ）は分光反射率、ｋは係数、λは波長である。係数ｋは以下の式で求める。
ｋ＝１００／∫Ｓ（λ）ｙ（λ）ｄλ

次いで、評価値算出部７２は、三刺激値ＸＹＺを色度値Ｌ＊ａ＊ｂ＊に変換する（ステップＳ３４）。変換式はＣＩＥで定められた次の式を用いる。
Ｌ＊＝１１６（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−１６
ａ＊＝５００［（Ｘ／Ｘｎ）^１／３−（Ｙ／Ｙｎ）^１／３］
ｂ＊＝５００［（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−（Ｚ／Ｚｎ）^１／３］

ここでＸｎ、Ｙｎ、Ｚｎは、完全拡散反射面での三刺激値であり、Ｄ５０光源の分光分布の場合は、
Ｘｎ：９６．４２、Ｙｎ：１００、Ｚｎ：８２．４９
となる。これらの操作を全ての画素に対して適用する。このようにして、ある照明条件におけるＬ＊画像、ａ＊画像、ｂ＊画像の情報を取得することが可能である。

次に、図１０はノイズ低減による精度向上の手法の例を示す図であり、図８において撮影装置６から取得される計測対象Ａおよび白色基準板の二次元分光反射率画像に適用することで、ノイズを低減させ、計測精度を高めることができる。

図１０（ａ）において、検査装置２の筐体部３の底面を、光を遮断するライトトラップ８に入れ、照明装置５を点灯せずに、撮影装置６で撮影を行う。これにより、計測対象Ａの分光情報が全く存在しない、暗電流時の分光画素情報（ノイズ）を取得することができる。

そして、図１０（ｂ）に示すように、計測対象Ａまたは白色基準板を計測した際の画素値から、暗電流時の分光画素情報を差し引くことで、ノイズを低減させた画素値を取得することができる。

次に、図１１は検査装置２の接触部４に接触面部４２を設けた例を示す図である。すなわち、接触枠部４１により囲まれる内側の部分に、可視光に対して透過性のある平板部材による接触面部４２を設けている。接触面部４２は、透過性を持つ部材であれば何でも良く、アクリル板、ガラスのような一定の硬度を持った材料で平板で構成されるのが最適である。また、計測対象Ａの表面反射の影響を抑えるために反射防止コートを施したり、偏光フィルタを用いたりしてよい。

これにより、たとえばクッションのような柔軟性を持った立体物の計測を行う時、接触枠部４１および接触面部４２を計測対象Ａに押し付ける際に、接触面部４２により計測範囲を一様な平面にすることができ、計測対象Ａの形状に依らないロバストな計測が可能になる。また、起毛を持ったファブリック製品のような、表面そのものが柔軟性を持つような計測対象Ａの計測の際にも計測バラツキを抑えることができる。

また、シリコンゴムやウレタンゴムのような柔軟性を持つ透過性の部材で接触面部４２を形成することで、湾曲形状あるいは複雑な形状を持った計測対象に対して密着させ、表面状態を一様にして計測することも可能である。

更に、一定の湾曲形状を持った計測対象を対象とする場合には、接触面部４２として、平板ではなく計測対象と同様の湾曲形状を持たせることで、湾曲した計測対象に密着させて計測を行うことも可能である。

次に、図１２は照明装置５として拡散光源を用いた例を示す図である。図１２では、筐体部３（図１）に代え、ドーム状の拡散板により照明装置５を形成し、外部から拡散板に光を照射することで、拡散光を生成するドーム照明としている。なお、接触部４は、接触枠部４１だけの場合（図１）と、接触枠部４１と接触面部４２を設けた場合（図１１）のいずれでもよい。

拡散光源を照明装置５として用いることで、計測対象Ａに全方位から均等な光量が照射されることになるため、計測対象Ａの表面の微細な凹凸構造の影響を抑えて計測することができ、計測対象Ａの表面反射の影響を抑えて精度良く計測ができるといったメリットがある。

次に、図１３は照明装置５として平行光光源を用いた例を示す図である。すなわち、照明装置５として、ライン光光源による平行光光源を用い、これを所定角度で計測対象Ａに照射し、所定方向から平行光を入射した際の計測対象Ａの見た目を計測することができるようにしている。なお、接触部４は、接触枠部４１だけの場合（図１）と、接触枠部４１と接触面部４２を設けた場合（図１１）のいずれでもよい。これにより、計測対象Ａの表面の凹凸の影響による見た目の変化の他、一般的に光沢として評価される、一定角度での反射光の強さによる見た目の変化を計測することもできる。

また、ライン光光源をドーム状の筐体部３に沿って計測対象Ａの上部で円周上に駆動できるようにし、平行光の照射角度を変えながら計測を行うことで、入射角を変えながらの計測が可能になる。この場合、平行光の照射角度の変化に伴う見た目や光沢や色の変化を計測することが可能になり、より人間の主観での評価時に近い計測が可能になる。照明装置５の駆動の制御は手動により行ってもよいし、情報処理装置７の制御により行ってもよい。

図１４は照明装置５として平行光光源を用いた他の例を示す図であり、照明装置５としてリング状の照明を用いたものである。なお、接触部４は、接触枠部４１だけの場合（図１）と、接触枠部４１と接触面部４２を設けた場合（図１１）のいずれでもよい。この場合には、円周状の全方向から平行光を入射した際の見た目を計測することができるようになる。また、リング状の照明装置５を計測対象Ａに対して上下に駆動できるようにすることで、入射角を変えながらの計測が可能になる。照明装置５の駆動の制御は手動により行ってもよいし、情報処理装置７の制御により行ってもよい。

＜総括＞
以上説明したように、本実施形態によれば、立体形状を持つファブリック製品等を対象として、その製品の見た目を安定に評価することができる。すなわち、計測対象に接触部を接触させ、分光情報の二次元画像分布を取得することで、計測対象の表面状態、表面形状、照明条件等を一定にして分光情報を取得することが可能になり、バラツキの小さい計測が可能になる。同時に、点での色情報ではなく二次元分布をワンショットで瞬時に取得することで、マクロなパターンを持つ対象物などに対して位置に対するバラツキが小さい計測が可能になる。

また、人間の目の感度に基づいた三刺激値での計測を行うことで、より高精度で人間の主観との対応が取れた計測結果を得ることができる。

また、マルチスペクトルカメラまたはハイパースペクトルカメラにより、高分解能（例えば、１６バンド以上）での分光情報を取得することで、より高精度な色情報の取得と人間の主観との対応が取れた計測結果を得ることができる。

また、白色基準板による計測結果に基づいて補正を行うことで、計測対象の分光反射率やＬ＊ａ＊ｂ＊値などを算出することができる。

また、ダーク補正を行うことで撮影装置のノイズを差し引いて精度の高い計測を行うことができる。

また、可視光を透過する平板部材による接触面部を計測対象に押し当てることで、撮影装置での撮影範囲を平面にし、安定した分光分布情報を取得することができるようになる。

また、接触面部に柔軟性を持たせることで、曲面形状をもつ計測対象の表面に密着させ、その表面状態を均一にすることができる。

また、接触面部を計測対象に応じた湾曲した形状とすることで、既存技術ではロバストな評価が難しい曲面形状の計測対象に対して計測が可能になる。

また、照明装置に拡散光源を用いることで、被評価物表面の微細な凹凸構造の影響を抑えて計測することができる。また、計測対象の表面反射の影響を抑えて計測することができる。

また、照明装置に平行光光源を用いることで、計測対象の表面凹凸の影響による見た目の変化を計測することできる。また、一定角度での反射光の強さ（光沢）を評価することができる。

また、平行光光源の照射角度を可変にすることで、照明角の変化に伴う光沢や色変化を計測することができ、より詳細な計測が可能になる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。

２検査装置
３筐体部
４接触部
４１接触枠部
４２接触面部
５照明装置
６撮影装置
７情報処理装置
７１情報入力部
７２評価値算出部
７３評価値出力部
８ライトトラップ
Ａ計測対象

特開２０１２‐７８２２１号公報

Claims

計測対象に光を照射する照明装置と、
計測対象の分光情報を取得する撮影装置と
を有する検査装置を備え、
前記検査装置は、前記照明装置および前記撮影装置との位置関係が既知の、計測対象に接触する接触部を有し、
前記撮影装置は計測対象の分光情報の二次元分布をワンショットで取得する
ことを特徴とする測色システム。
前記撮影装置は、計測対象の三刺激値ＸＹＺを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の測色システム。
前記撮影装置は、計測対象の分光画像を取得するマルチスペクトルカメラまたはハイパースペクトルカメラである
ことを特徴とする請求項１に記載の測色システム。
前記撮影装置により白色基準板を計測した結果に基づき、計測対象の分光画像の補正を行う手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の測色システム。
光を遮断した状態で前記撮影装置により計測した結果に基づき、計測対象の分光画像のダーク補正を行う手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の測色システム。
前記接触部は、前記撮影装置の撮影範囲に入る計測対象の表面に接し、可視光を透過する接触面部
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の測色システム。
前記接触面部は、平板部材である
ことを特徴とする請求項６に記載の測色システム。
前記接触面部は、柔軟性を持つ樹脂材料で構成される
ことを特徴とする請求項６に記載の測色システム。
前記接触面部は、曲面形状の部材で構成される
ことを特徴とする請求項６に記載の測色システム。
前記照明装置は、拡散光を照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の測色システム。
前記照明装置は、計測対象に所定角度で平行光を照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の測色システム。
前記照明装置は、計測対象への照明角度が可変である
ことを特徴とする請求項１１に記載の測色システム。
計測対象に光を照射する照明装置と、
計測対象の分光情報を取得する撮影装置と
を有する検査装置において、
前記検査装置は、前記照明装置および前記撮影装置との位置関係が既知の、計測対象に接触する接触部を有し、
前記撮影装置は計測対象の分光情報の二次元分布をワンショットで取得する
ことを特徴とする検査装置。