JP2018009988A - 計測装置および計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】塗装色および照明条件を考慮して、見た目と評価値との相関の高い計測装置の提供。【解決手段】光輝材３０２を含む塗装面の粒子特性を評価する計測装置１００において、少なくとも２つ以上の照明条件、又は、受光条件で被対象物Ｐの面内色度分布を取得する色度分布取得手段１０と、前記面内色度分布の変動量に基づいて、粒子特性を評価するための粒子特性評価値Ｓを算出する粒子特性評価手段２０と、を有する計測装置１００。【選択図】図１

Description

本発明は、計測装置および計測システムに関する。

近年、家電等で高級感を出すためにアルミフレークやマイカフレーク等の光輝材を混入した塗料が知られている。かかる構成の塗料は、光輝材特有のきらきらした見た目が付与された見た目となる。
このような光輝材入りの塗料においては、所謂きらきら感を評価するために、塗装された表面を計測して、きらきら感を粒子特性として数値化する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、従来の計測方法では、塗装面の色や、照明条件の影響が考慮されておらず、サンプルの色によるきらきら感の見えの差異が評価できないことや、晴れ／曇り／夕方などの実際の環境の変化によって、評価値と見た目との間に乖離が生じるおそれがあった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、塗装色および照明条件を考慮して、見た目と評価値との相関の高い計測装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の計測装置は、被対象物の２次元分光画像と、前記被対象物に照射する照明の分光分布及び強度の分布とに基づいて、前記２次元分光画像を色度情報へと変換する色度変換手段と、前記色度変換手段が導き出した前記色度情報に基づいて前記被対象物の表面の粒子特性を評価する粒子特性評価手段と、を有する。

本発明の計測装置によれば、塗装色および照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、見た目と評価値との相関が高い。

本発明の実施形態に係る計測システムの全体構成の一例を示す図である。 図１に示した測定装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る計測装置の動作の一例を示すフロー図である。 本発明の実施形態に係るサンプルの測定結果の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る計測システムの全体構成の一例を示す図である。 図５に示したサンプルの構成を示す図である。 図６に示した光輝材の配向の様子を示す図である。 図５に示した実施形態の変形例を示す図である。 計測装置の機能構成の一例を示す図である 本発明の第２の実施形態に係る計測装置の動作の一例を示すフロー図である。 本発明の実施形態に係るサンプルの測定結果の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るサンプルの測定結果の一例を示す図である。 図５に示した実施形態の変形例を示す図である。 図５に示した構成の変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係るサンプルの測定結果の一例を示す図である。 図５に示した構成の変形例を示す図である。

本発明の実施形態の一例として図１に粒子特性を評価するための計測システム２００の概略構成を示す。

計測システム２００は、粒子特性を測定される被対象物たるサンプルＰが載置されるホルダ２０１と、サンプルＰに照射光Ｌを照射するための光源２０２と、サンプルＰに当たって反射された反射光Ｌ’を受光して、２次元分光画像を取得する撮像装置あるいは撮像部たるカメラ装置２０３と、を有している。
計測システム２００は、カメラ装置２０３によって撮影されたサンプルＰの２次元分光画像を元にサンプルＰの表面の粒子特性すなわち光輝材特有のきらきらした見た目を定量的に評価するための計測装置１００を有している。
なお、以降の説明においては、簡単のため、図１に示すように鉛直上方を＋Ｚ方向とし、Ｚ方向に対して垂直な平面のうち、紙面奥側に向かってＹ方向、紙面左右方向をＸ方向として、サンプルＰはＸＹ平面に平行に置かれた板状のサンプルであるとする。

光源２０２は、本実施形態ではキセノン光源を用いており、サンプルＰの表面における照度が約１０万ｌｕｘになるように設定した。

カメラ装置２０３は、計測波長範囲４００ｎｍ〜７００ｎｍの間を５ｎｍのバンド幅で測定可能なハイパースペクトルカメラである。
カメラ装置２０３は、２００×２００ｐｉｘｅｌの範囲で１ｐｉｘｅｌが３０μｍとなるようにレンズを用いて倍率調整を行い、サンプルＰの表面状態を計測して２次元分光画像を撮影する。なお、カメラ装置２０３は、かかる構成に限定されるものではなく、複数の波長幅で２次元分光画像を撮影可能なマルチスペクトルカメラや分光カメラであっても良い。
また、２次元分光画像とは、通常の３原色を用いた写真等の画像とは異なり、それぞれの画素における色合いが、所定のバンド幅で刻まれた波長成分として記録された画像を示している。

カメラ装置２０３と、光源２０２とは、何れもホルダ２０１に対して角度が自由に変えられるように回動可能に設置されており、サンプルＰの位置に応じて、最も粒子特性が強調される角度で測定を行うことができる。

サンプルＰは、少なくとも＋Ｚ方向側の面にパール塗装面を備えた板状部材である。
サンプルＰは、本実施形態ではＸＹ平面に平行に載置され、図１に示すように、照明光Ｌの入射角度２５°、カメラ装置２０３の設置角度０°として測定を行う。
なお、かかる角度は何れも限定されるものではなく、また当該角度を変更して複数回撮影するとしても良い。
サンプルＰは、図６に示して後述するように、下地層である基材３００と、基材３００の上面に形成された塗装面たる塗装層３０１とを有し、塗装層３０１には、光輝材としてのアルミフレーク３０２が点在する。なお、ここではアルミフレークとしたが、かかる構成に限定されるものではなく、マイカフレーク等であっても良いし、その他の金属片を用いても良い。
かかるアルミフレーク３０２の位置や角度によって、サンプルＰを見たとき、局所的な金属光沢や反射の強弱がつくことにより光輝材特有の所謂「きらきら感」が生じる。
本実施形態においては、かかるきらきら感の度合いを、粒子特性として評価する。

計測装置１００は、図２に示すように、カメラ装置２０３によって撮影された２次元分光画像を色度情報へと変換する色度変換手段たる色度変換部１０と、色度変換部１０が導き出した色度情報に基づいてサンプルＰの表面の粒子特性を評価する粒子特性評価手段たる粒子性評価部２０と、を有している。

色度変換部１０は、図３に示して後述する分光反射率取得ステップと３刺激値変換ステップと色度取得ステップとによって２次元分光画像を色度情報へと変換する一連のプログラムを備えた情報処理部である。
同様に、粒子性評価部２０は、後述するように、色度変換部１０によって得られた色度情報を用いて、Ｌａｂ色空間の偏差画像を取得する偏差画像取得ステップと、偏差画像をフーリエ変換することによって周波数成分を抜き出して粒子性評価値を算出する評価値算出ステップとを実行する情報処理部である。
なお、色度変換部１０と粒子特性評価部２０とは、本実施形態では何れも計測装置１００内に設けられた情報処理部であるとしたが、上述のような構成のプログラムをインストールしたパソコンなどの外部装置であるとしても良い。

以上のような構成の計測装置１００を用いて、サンプルＰの粒子特性を評価する方法について説明する。

まず、光源２０２から照射された照射光Ｌがカメラ装置２０３に入射するように光源２０２とカメラ装置２０３との間の位置関係を調整し、初期状態とする（ステップＳ１０１）。
初期状態において、まず、較正用の標準試料を用いて２次元分光画像の撮影を行う（ステップＳ１０２）。このとき、カメラ装置２０３の露光時間は、飽和する画素がないように調整し、露光時間を記録することが望ましい。
なお、本実施形態では標準試料として反射率が１００％で完全拡散放射に近い反射特性を持つ白色基準板を用いている。

次に、ホルダ２０１上にサンプルＰを載置して、ステップＳ１０２と同様に２次元分光画像の撮影を行う（ステップＳ１０３）。かかるステップＳ１０３は、被対象物たるサンプルＰの２次元分光画像を取得する撮像ステップである。このとき、カメラ装置２０３の露光時間はステップＳ１０２で記録された露光時間と同様に、飽和する画素がないように調整して記録される。

色度変換部１０は、ステップＳ１０３で得られた２次元分光画像の各画素・各波長を、ステップＳ１０２で得られた標準試料の２次元分光画像の各画素・各波長で除算し、サンプルＰの２次元分光反射率を算出する（ステップＳ１０４）。
なお、サンプルＰの撮影時と標準試料の撮影時とで露光時間が異なる場合には、露光時間の比をサンプルＰの計測値に乗算して露光時間の差を補正することが望ましい。

使用者は、サンプルＰの粒子特性を知りたい任意の照明条件を設定する（ステップＳ１０５）。
本実施形態では特に後述するＡ状態（Ｄ５０光源を用いた分光分布）と、Ｂ状態（標準光源を用いた分光分布）と、の２パターンの照明条件を設定する。
色度変換部１０は、ステップＳ１０４で得られたサンプルＰの２次元分光反射率と、ステップＳ１０５で設定した分光分布と、等色関数と、によって各画素における３刺激値ＸＹＺを算出する。
ステップＳ１０４で得られたサンプルＰの２次元分光反射率は、サンプルＰに光が当てられたときに反射する反射光Ｌ’の波長分布を示している。
ステップＳ１０５で設定した分光分布は、サンプルＰへと照射される照射光Ｌの波長分布を示している。
したがって、サンプルＰの２次元分光反射率と、分光分布と、を掛け合わせることで、サンプルＰから人の目に入射する光がどのような波長分布を示すかが模擬される。

さて、ここで等色関数は、人の目のＲ・Ｇ・Ｂに対応する感覚組織の感度の差を表す関数である。すなわち、３刺激値ＸＹＺは、人の目に入射する光の波長と、人の目のＲ・Ｇ・Ｂに対応する感覚組織の感度の差と、を用いて、人の目にどのような色として見えるかを表現する数値である。
本実施形態では、数式１において式（１）〜式（３）として示す３刺激値ＸＹＺを、色を定量的に表現する色度情報の一部として扱う。
なお、人の色感覚は、個人差のみならず、視角（物体の大きさ）が変わっても変化することが知られている。そこで、本実施形態においては、１０°視野に対応する等色関数を用いて計算を行った。

数式１において、S(λ)：照明の分光分布、x(λ)、y(λ)、z(λ)：等色関数、R(λ)：分光反射率、k：係数である。
また、係数ｋは、従来の３刺激値変換では、数式２の式（４）のように表される。

さて、従来の係数ｋを用いるときには、照射光Ｌの強さによって３刺激値が異なると、光源の強度までを規定する必要があり、測定条件が制限されてしまう。そこで従来は、照射光Ｌの強度によらずに見え方を表現するために、係数ｋによって照射光Ｌの強さが規格化されている。
すなわち、Ｓ（λ）がどのような関数であったとしても、３刺激値ＸＹＺは｜Ｓ（λ）｜に依存しない。

しかしながら、発明者の検討により、粒子性評価部２０において粒子特性を評価する上では、後述するように、照射光Ｌの強度で実際の見え方が大きく異なることがわかった。
そこで、本実施形態においては、数式３に式（５）として示すように、照明の強度係数αを含む係数ｋ’として３刺激値ＸＹＺを算出する（ステップＳ１０６）。

照明の強度係数αは、言い換えるならば標準試料の３刺激値のうち、Ｙが１００となるときの照明強度を基準として、それに対して何倍の照明強度を設定するかを決めていることと等しい。
例えば、基準となる光源２０２のハロゲンランプの光の５０％の強度の照明を想定して、粒子特性を評価したいときには、α＝０．５として３刺激値を計算する。
このように３刺激値ＸＹＺの算出に、強度係数αを用いることとすれば、３刺激値ＸＹＺは｜Ｓ（λ）｜に依存する。

次に、色度変換部１０は、３刺激値ＸＹＺをＬ＊、ａ＊、ｂ＊に変換する（ステップＳ１０７）。
このときの変換式は、例えば完全拡散反射面での３刺激値Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎを用いて国際照明委員会（ＣＩＥ）で定められた数式４に示すように表される。

数式４において、Ｘｎ＝９６．４２、Ｙｎ＝１００、Ｚｎ＝８２．４９である。
ステップＳ１０７に示すように、色度変換部１０は、３刺激値ＸＹＺからＬａｂ表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の各成分を色度情報として算出する。
かかるステップＳ１０７は、２次元分光画像と、サンプルＰに照射する照明光Ｌの分光分布及び強度の分布とに基づいて、２次元分光が像を色度情報へと変換する色度変換ステップである。

続いて、粒子性評価値の算出方法について説明する。
まず、粒子性評価部２０は、ステップＳ１０７において算出されたＬａｂ表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の各成分の画像のうち、Ｌ＊画像の平均値を算出する（ステップＳ２０１）。
粒子性評価部２０は、ステップＳ２０１で算出されたＬ＊画像の各画素におけるＬ＊の値から平均値を差し引き、Ｌ偏差画像を取得する（ステップＳ２０２）。
Ｌ偏差画像は、Ｌ＊画像全体の平均に対して、各画素がどれだけ乖離しているかの変動量、言い換えると偏差Δを示す画像である。かかるＬの偏差Δは、全体的に反射する金属のようなサンプルでは平均値が上昇するために一様に低い値をとり、平均値に影響の少ない程度の小さな部位が局所的に特に強く反射する、所謂きらきらと光って見える状態のときには、光って見える画素の部分において大きい値をとる。
すなわち、このように局所的に反射が強くなる画素が、きらきら感、粒子感として人の目には感知される。

粒子性評価部２０は、ステップＳ２０２において取得したＬ偏差画像を、全ての画素における偏差Δについてフーリエ変換する。フーリエ変換後、振幅を各周波数で平均化して、１次元化された周波数特性を得る（ステップＳ２０３）。
ここでいう振幅は、フーリエ変換後の強度の平方根で求められる。周波数は、計算される画像のサイズ（２００×２００ｐｉｘｅｌ）と計測時の解像度（１ｐｉｘｅｌ＝３０μｍ）で決まる。

粒子性評価部２０は、ステップＳ２０３で求められた偏差Δのフーリエ変換結果に、「観察距離に対する視覚の空間周波数特性（ＶＴＦ）」で重み付けを行う（ステップＳ２０４）。本実施形態では、視覚の空間周波数特性として、数式５に示す関数を用いている。
なお、かかる構成に限定されるものではなく、視覚の空間周波数特性としては、既に知られた他の視覚特性についての関数を利用しても良い。

ここでｕの単位は[cycle/degree]である。サンプルＰの観察距離に応じて、Ｃｙｃｌｅ／ｍｍに変換すれば、ステップＳ２０３で求めた１次元化された周波数特性に掛け合わせて近く、あるいは遠くでの粒子感の評価を行うことができる。本実施形態では観察距離を３５０ｍｍとした。

かかる重み付けの意義について説明する。
人の目は、一般に見る対象物が近いほど解像度が高く（細かい部分まで見えやすく）、遠くのものを見るときには解像度が低く（細かい部分はつぶれて見え難く）なる視覚特性が知られている（例えば非特許文献１等を参照）。
このとき、粒子感は、「局所的に反射が強くなる画素」を視覚的に認識することで得られるから、近い場所からの観察では微小な画素であっても正確にカウントされる一方で、遠い場所からの観察では、ある程度以上の大きさを持つ画素しか認識されない、ということになり得る。
そこで、本実施形態では、ステップＳ２０４で、ステップＳ２０３において取得したＬ偏差画像の全画素についてのフーリエ変換結果から、観察距離に応じて認識され難い画素サイズについては評価値に与える影響が小さくなるように処理を行っている。
かかるステップＳ２０４は、変動量を視覚の周波数特性で重み付けした値を算出する重み付けステップである。

このようにして得られた各周波数の振幅値を積分し、粒子性評価値とする（ステップＳ２０５）。すなわちステップＳ２０５は、色度情報からサンプルＰの表面の粒子特性を評価する粒子特性評価ステップである。かかる粒子性評価値は、「局所的に反射が強くなる画素」を観察距離に応じて認識のし易さ／し難さによって重み付けを行い、数え上げたことに対応する。すなわち、粒子性評価値は、大きいほど粒子感が強く（≒きらきらとして見えて）、小さいほど粒子感が弱い。

なお、本実施形態においては、Ｌａｂ色空間のうち、Ｌの偏差画像についてのみ説明したが、粒子の色づきや、サンプルＰの色合いによっては、ａ＊、ｂ＊についても同様にステップＳ２０１〜ステップＳ２０５の操作を行う。

ＩＳＡＭＵ社製の原色見本帳の白色パールサンプル９種類について、見本帳に記載の粒子の粗さ順に本実施形態の計測装置を用いて計測を行った例について図４に示す。
図４にＡで示したものは、昼光の分布を示す特定波長の光源を用いて、真昼の太陽光の元でサンプルＰを観察したときを想定している。同様に図４に斜線でＢと示したものは、全波長において一様な光を発する標準光源の照射光Ｌの光量を２０％へと低減し、太陽光が暗くなった夕方にサンプルＰを観察したときを想定している。

図４から明らかなように、Ａ状態、Ｂ状態の何れも、見本帳に書かれた順位から逆転はしないものの、粒子性評価値は、各サンプルＰ１〜Ｐ９について、Ａ状態ではＰ１〜Ｐ４の間で０．１以上の差が出てくるが、Ｂ状態ではＰ１〜Ｐ４の間で０．０５程度の範囲内に収まっている。
また、Ａ状態に比べてＢ状態では全体的に粒子性評価値が半分程度に抑えられることがわかる。
すなわち、Ｂ状態のように太陽光が暗くなった状態では、Ｐ１〜Ｐ４の粒子感の差が少なくなり、またきらきら感のような粒子性は弱まるということを示している。

このように、照明の強度によって粒子性評価値が大きく影響を受けるために、色度変換部１０は、分光反射率を３刺激値ＸＹＺへと変換する際の変換式に、照明光Ｌの強度に依存する強度係数αを付加している。
かかる構成により、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、見た目と評価値との相関が高い。

本実施形態では、計測装置１００は、サンプルＰの２次元分光画像と、サンプルＰに照射する光源２０２の分光分布及び強度の分布とに基づいて、２次元分光画像を色度情報へと変換する色度変換部１０と、色度変換部１０が導き出した色度情報に基づいてサンプルＰの表面の粒子特性を評価する粒子性評価部２０と、を有している。
かかる構成により、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、見た目と評価値との相関が高い。

本実施形態では、色度情報は、Ｌａｂ表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の変動量たる偏差Δを含む。
かかる構成により、偏差Δが局所的に反射が強くなる画素を示すため、きらきら感、粒子感として人の目には感知される。

本実施形態では、偏差Δは、Ｌａｂ表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の各平均値から差分をとったときの偏差画像の周波数特性を示す値である。
かかる構成により、局所的な反射をより実際の見え方に近い状態で評価することができて、見た目と評価値との相関が高い。

また本実施形態では、粒子性評価部２０は、偏差Δを視覚の空間周波数特性で重み付けした値に基づいて粒子特性を評価する。
かかる構成により、「局所的に反射が強くなる画素」を観察距離に応じて認識のし易さ／し難さによって重み付けを行う。そのため観察距離までをも考慮した見え方を評価値に反映することができる。

また本実施形態では、計測システム２００は、色度変換部１０及び粒子性評価部２０を備えた計測装置１００と、サンプルＰに照射光Ｌを照射する光源２０２と、照射光ＬのサンプルＰ表面における反射光Ｌ’から２次元分光画像を取得するためのカメラ装置２０３と、を有している。
かかる構成により、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、見た目と評価値との相関が高い。

また本実施形態で用いた粒子特性評価方法では、取得されたサンプルＰの２次元分光画像と、サンプルＰに照射する照射光Ｌの分光分布及び強度の分布とに基づいて、２次元分光画像を色度情報へと変換する色度変換ステップＳ１０７と、色度情報からサンプルＰの表面の粒子特性を評価する粒子特性評価ステップＳ２０５と、を有している。
かかる構成により、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、見た目と評価値との相関が高い。

次に、本発明の第２の実施形態として、図５に示すような計測システム２００ｂについて説明する。
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、適宜説明を省略する。
計測システム２００ｂは、サンプルＰに照射光Ｌを照射するための２つの光源２０２ａ、２０２ｂと、サンプルＰに照射され反射した反射光Ｌ’を受光して、２次元カラー画像を撮影する撮像装置たる撮像部としてのカメラ装置２０３ｂと、カメラ装置２０３ｂが取得した画像から粒子特性を評価するための計測装置１００ｂと、を有している。

光源２０２ａと、光源２０２ｂとは、何れも白色ＬＥＤ光源であり、互いにサンプルＰに対する照明角すなわち照射光Ｌａ、Ｌｂそれぞれの入射角度が異なるように配置されている。
本実施形態では特に、光源２０２ａの照明角度が、カメラ装置２０３ｂの正反射方向に対して傾斜角−１０°になるように位置する。また、光源２０２ｂの照明角度が、正反射方向に対して傾斜角＋４５°になるように配置されている。
すなわち本実施形態において、複数ある光源２０２ａ、２０２ｂの少なくとも１つが、正反射方向に対して傾斜角−２５°〜＋２５°の間に配置される。

この点についてさらに詳しく説明する。図６に示すように、サンプルＰは、塗装層３０１と基材３００とを有しており、塗装層３０１の中にはアルミフレーク３０２が、図７に示すように、塗装層３０１の水平方向に対して様々な配向角θをもって点在している。かかる配向角θによって、照射光Ｌａ、Ｌｂが塗装層３０１の内部のアルミフレーク３０２に照射されたとき、正反射とは異なる方向に反射を生じて、きらきら感が見た目に現れる。
また、塗装層３０１の塗装において、かかるアルミフレーク３０２は、極度に大きい配向角θにはなり辛いことが知られ、一般的には、±２５°の範囲の配向角θとなることが知られている。
そのため、複数ある光源２０２ａ、２０２ｂの少なくとも１つが、正反射方向に対して傾斜角−２５°〜＋２５°の間に配置されることで、正反射近傍の粒子性の強い反射光Ｌ’が得られるから、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価することが容易となる。

さらに、複数ある光源２０２ａ、２０２ｂのうち、他の一方（本実施形態では光源２０２ｂ）が、正反射方向に対して傾斜角＋４５°となるように配置されている。
このとき、光源２０２ｂの反射光は、拡散条件になるから、正反射近傍の反射強度の強い反射光Ｌ’と、拡散条件付近の反射強度の弱い反射光Ｌ’とがカメラ装置２０３ｂへと入射する。
かかる構成により、サンプルＰへ複数の異なる照明条件によって光を照射することで、カメラ装置２０３ｂは異なる複数の照明条件に対応した２次元カラー画像である第１の画像と第２の画像とを取得する。
かかる構成により、実際の人の目視の感覚と照明条件とに基づいて、サンプルＰの表面の粒子特性を評価することができる。

また、本実施形態においては、特に照明角度は、少なくとも正反射方向に対して傾斜角−２５°〜＋２５°の範囲の照明角度を含むように配置したが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば図１６に変形例として示すように、複数の光源２０２ａ、２０２ｂの配置は、種々に変えても良い。
さらに、図１６のように、カメラ装置２０３ｂをサンプルＰの直上に、傾斜角０°となるように配置すれば、照明条件によらずサンプルＰの全体にカメラ装置２０３ｂのフォーカスが合った状態となり、画像の取得がさらに容易になる。

なお、本実施形態では、光源２０２ａ、２０２ｂの２つの光源を用いたが、図８に示すように、サンプルＰの上方に、反射型のドーム照明２０５を設けるとしても良い。
かかる構成とすれば、光源２０２ａが正反射近傍の反射強度の強い反射光Ｌ’としてカメラ装置２０３に入射するとともに、光源２０２ｂからの照射光Ｌｂは、ドーム照明２０５の内壁面に反射して、拡散光として全面からサンプルＰに照射され、特定の拡散角のものがカメラ装置２０３ｂへと到達する。
言い換えれば、図８に示すような変形例であっても、図５に示したのと同様に、光源２０２ａからの反射光Ｌ’が正反射光に近い光強度でカメラ装置２０３へと届き、光源２０２ｂからの反射光Ｌ’が拡散条件付近の反射強度の弱い反射光Ｌ’としてカメラ装置２０３ｂへと届く。

カメラ装置２０３ｂは、ＲＧＢカラーカメラであり、１ｐｉｘｅｌ＝３０μｍとなるようにレンズを用いて倍率調整を行い、サンプルＰの表面状態を計測して２次元カラー画像たるＲＧＢ画像を撮影する。
このとき、正反射近傍に配置された光源２０２ａと、拡散条件に配置された光源２０２ｂとではカメラ装置２０３ｂへと到達する反射光Ｌ’の光強度が大きく異なることが懸念される。

そのため、光強度の差が大きい時には、反射光量がカメラ装置２０３ｂのダイナミックレンジに収まりきらない場合がある。
このような場合には、計測システム２００ｂに光強度調整手段を設けても良い。光強度調整手段の例としては、例えば光源２０２ａ、２０２ｂの光強度を調整したり、カメラ装置２０３ｂの入射側にＮＤフィルタを取り付けたり、カメラ装置２０３ｂの露光時間を調整したりすることで光量を落とす構成などが挙げられる。

計測装置１００ｂは、第１の実施形態において述べた計測装置１００とほぼ同様の構成を有する粒子特性評価手段としての機能を有している。
また計測装置１００ｂは、図９に示すように、カメラ装置２０３ｂが撮影した２次元画像からサンプルＰの塗装層３０１における面内色度分布を取得する色度変換部１０と、面内色度分布の変動量に基づいて、粒子特性を評価するための粒子特性評価値を算出する粒子特性評価手段たる粒子特性評価部２０と、を有している。

色度変換部１０は、第１の実施形態と同様の機能を有しているが、第２の実施形態においては、用いる画像が２次元カラー画像である点で異なっている。
色度変換部１０は、図１０に示すように、２次元カラー画像であるＲＧＢ画像を取得する画像取得ステップＳ３０１と、ＲＧＢ画像を３刺激値であるＸＹＺ画像に変換する３刺激値変換ステップＳ３０２と、ＸＹＺ画像を均等色空間であるＬ＊ａ＊ｂ＊空間に変換するための色度取得ステップＳ３０３とによって２次元カラー画像を色度情報へと変換する一連のプログラムを備えた情報処理部である。
すなわち、色度変換部１０は、少なくとも２つ以上の照明条件、又は、受光条件でサンプルＰの面内色度分布を取得する色度分布取得手段としての機能を有している。

同様に、粒子性評価部２０は、Ｌ＊偏差画像をフーリエ変換するフーリエ変換ステップＳ３０４と、視覚特性による重み付けを行うステップＳ３０５と、色による重み付けを行うステップＳ３０６と、粒子性評価値を算出する評価値算出ステップＳ３０７と、を実行する情報処理部である。
なお、色度変換部１０と粒子特性評価部２０とは、本実施形態では何れも計測装置１００内に設けられた情報処理部であるとしたが、上述のような構成のプログラムをインストールしたパソコンなどの外部装置であるとしても良い。

かかる構成を用いて粒子性評価値を算出する方法について説明する。
まず、光源２０２ａのみを点灯させた状態でカメラ装置２０３ｂが２次元カラー画像である第１の画像を撮影する。次に、光源２０２ｂのみを点灯させた状態で、カメラ装置２０３ｂを用いて同様に第２の画像を撮影する。
第１の画像と、第２の画像とは何れもサンプルＰの表面の少なくとも一部を撮影したものを含んでおり、かかる撮影範囲が第１の画像と第２の画像とで一致するように撮影される。例えば、本実施形態では、５１２×５１２ｐｉｘｅｌの正方形の撮影範囲である。
このとき、カメラ装置２０３ｂによって撮影された第１の画像と、第２の画像とは、光源の照射条件が異なる２つのＲＧＢ画像である（ステップＳ３０１）。

色度変換部１０は、かかる第１の画像と、第２の画像とのそれぞれについて、ＲＧＢ画像から３刺激値であるＸＹＺ画像に変換する（ステップＳ３０２）。
一般的には、ｓＲＧＢ（Ｄ６５）におけるＲＧＢ→ＸＹＺ変換式を用いれば良い。
次に、国際照明委員会（ＣＩＥ）で定められた数式４を用いて、ＸＹＺ画像からＬａｂ画像に変換する（ステップＳ３０３）。

なお、本実施形態においては、カメラ装置２０３ｂとしてＲＧＢカメラを用いてＲＧＢ画像を取得したが、ＸＹＺカメラを用いても良い。その場合には、ステップＳ３０２のＲＧＢ→ＸＹＺ変換を省略することができる。

次に、色度変換部１０は、Ｌ＊画像の画像面内のＬ＊の平均値Ｌ＊ａｖｅを算出し、第１の画像に対応したＬ＊画像の各画素におけるＬ＊値から平均値Ｌ＊ａｖｅを差引し、Ｌ＊の偏差画像を計算する。
ここでいうＬ＊の偏差画像は、Ｌ＊画像全体の平均に対して、各画素がどれだけ乖離しているかの変動量を表している。
つまり、撮像領域内において、局所的にきらきらしている画素のみ偏差が大きくなり、その局所的な偏差の強弱が、粒子感の強さとして人の目には感知される。

次に、粒子特性評価部２０は、偏差画像を２次元フーリエ変換する（ステップＳ３０４）。フーリエ変換後、振幅を各周波数で平均化して、１次元化された周波数特性を得る。

このとき、粒子感は、「局所的に反射が強くなる画素」を視覚的に認識することで得られるから、ステップＳ３０４において得られた各周波数の振幅値を積分してＧ_Ｌ値とする。ステップＳ３０４は、色度情報からサンプルＰの表面の粒子特性を評価する粒子特性評価ステップである。

このようなＧ_Ｌ値は、サンプルＰの表面の局所的に反射が強くなる画素の数え上げに相当するが、人が感じる粒子感の強弱は、第１の実施形態のステップＳ２０５等で述べたように、視覚特性によって変動する。
そこで、本実施形態でも、ステップＳ３０５に示したように視覚特性による重み付けを行うことで、後述する粒子特性評価値Ｓが、より人の感じる粒子感と相関が深くなる。なお、かかる重み付けは、ステップＳ２０４における説明と重複するため省略する。

さて、かかる粒子感の強弱は、視覚特性のみならず、色味によっても影響を受けること、すなわちサンプルＰがシルバーのような無色の場合と、有色である場合とでは、見え方が異なることが知られている。
具体的には、人はサンプルＰが白くかつ明るいほど、粒子感を認知しにくく、サンプルＰが暗く濃い色であるほど、粒子感を認知しやすいことが、発明者らの研究により明らかになっている。
すなわち、粒子特性評価部２０は、ステップＳ３０６に示した重み付けにおいて、面内色度分布の平均明度が高いほど、または面内色度分布の平均彩度が低いほど、粒子特性評価値Ｓが低くなるように重み付けを行うことが望ましい。

具体的には、計測したＬ＊ａ＊ｂ＊画像の面内の各平均値から、数式６を用いて白色度Ｗを算出して、白色度Ｗに応じて粒子特性評価値Ｓを算出する。

かかる白色度Ｗは、画像面内におけるＬ＊の寄与が大きいほど、大きくなり、画像面内のａ＊、ｂ＊の寄与が大きいほど小さくなる。かかる白色度Ｗを、数式７に示すように補正することで、粒子特性評価値Ｓは、より人の粒子感と相関の深い指標となる。すなわち、かかる構成において「面内色度分布の平均値」は、当該面内における白色度の平均値であると言える。

なおｐ１、ｐ２、ｐ３は合わせこみ係数であり、それぞれ官能評価点に基づいて非線形回帰分析により決定されるパラメータである。
また、本実施形態では、Ｌ＊の偏差画像を用いているためにＧ_Ｌ値を用いて粒子特性評価値Ｓを算出したが、ａ＊、ｂ＊それぞれの偏差画像を併せて用いた場合には、数式７を数式８のように改変して取り扱うことが望ましい。

このように、視覚特性と色による重み付けを行い（ステップＳ３０５）（ステップＳ３０６）、粒子特性評価値Ｓを算出する（ステップＳ３０７）。

上述したように、本実施形態では、光源２０２ａを点灯して撮影した第１の画像と、光源２０２ｂを点灯して撮影した第２の画像と、のそれぞれについて粒子特性評価値Ｓを算出する。
ここで第１の画像の粒子特性評価値Ｓ１、第２の画像の粒子特性評価値Ｓ２とすると、粒子特性評価値Ｓ１はハイライトで観察したときの粒子のきらきら感を表し、粒子特性評価値Ｓ２はすかしで観察したときの粒子のきらきら感を表す指標であると言える。

それぞれの粒子特性評価値Ｓ１と粒子特性評価値Ｓ２とを、官能評価点との相関を明らかにするべく合わせて図示したものが図１１である。ここで官能評価点とは、観察者にＩＳＡＭＵ社製の色見本帳を提示し、ハイライト、すかし、それぞれの照射条件の下で観察距離３５０ｍｍにて観察者１５人に観察してもらったときの各サンプルのきらきら感を１０段階評価してもらったときの各サンプルの平均点である。
図１１から明らかなように、粒子特性評価値Ｓ１と粒子特性評価値Ｓ２とは、観察者によって観察されるきらきら感の評価に対して明らかに相関が認められ、官能評価点に対する寄与率が高いことがわかる。

なお、粒子特性評価値Ｓ１と粒子特性評価値Ｓ２とはそれぞれ、対応する角度から見たときの粒子性を評価することが可能ではあるが、実際には観察者は、様々な角度、様々な環境下において観察するために、粒子特性評価値も、総合的な粒子感の強弱により定量化されることが望ましい。
そこで、本実施形態では、粒子特性評価部２０は、数９、数１０を用いて、きらきら度Ｓｋと、ギラギラ度Ｓｇとを評価する。

かかる数９はハイライトで見たときに粒子感が強く、すかしで見たときに粒子感が弱いほど、観察者は塗装面をきらきらしていると感じることを表ししている。また数１０は、ハイライトでもすかしでも粒子感が強い場合に観察者は塗装面をぎらぎらしていると感じることを表ししている。

数９、数１０に示すそれぞれのきらきら度Ｓｋとギラギラ度Ｓｇとは、図１２のような官能評価点との相関関係がみられる。
かかる構成により、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、見た目と評価値との相関が高い。
さらに、サンプルＰの同一箇所の計測画像を用いてハイライトの粒子特性評価値Ｓ１と、すかしの粒子特性評価値Ｓ２とを用いて被対象物の表面の粒子特性を評価するから、計測のばらつきが小さくなる。

なお、本実施形態では、照明色を白色としたが、夕方時の評価等、特定の波長に合わせて各種照明色を用いても良い。

また、図１３に示すように、計測システム２００ｃは、光源２０２をそれぞれ照射角度の条件が異なる２点、位置ａ、位置ｂへと移動可能な回転機構たる移動部２０４を有するとしても良い。
かかる構成によれば、位置ａにおいて光源２０２を点灯させた状態で第１の画像が、位置ｂにおいて光源２０２を点灯させた状態で第２の画像が、それぞれ撮影される。
かかる第１の画像と第２の画像とを用いて粒子特性評価値を算出する方法については、上述した第２の実施形態と同様であるために説明を省略する。

あるいは、図１４に示すように、複数のカメラ装置２０３ａ、２０３ｂを用いて撮影する計測システム２００ｄとしても良い。
かかる実施形態の場合には、少なくとも１つのカメラ装置２０３ａを、光源２０２の正反射方向近傍に配置することが望ましい。ここでいう「正反射方向近傍」とは、サンプルＰのアルミフレーク３０２の配向に応じて適宜設定するとして良いが、一般に正反射方向に対して−２５°〜＋２５°の範囲内を示している。
かかる構成によれば、光源２０２よりもカメラ装置２０３の方がコストが安価である場合には、コストダウンに寄与する。

また、本実施形態ではカメラ装置２０３ａ、２０３ｂはそれぞれ有線で計測装置１００ｂと接続されるが、かかる構成に限定されるものではなく、無線での接続であっても良い。

また、本発明の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態では、計測システム２００は、粒子特性を測定される被対象物たるサンプルＰが載置されるホルダ２０１と、サンプルＰに照射光Ｌを照射するための光源２０２と、サンプルＰに当たって反射された反射光Ｌ’を受光して、２次元分光画像を取得する撮像装置あるいは撮像部たるカメラ装置２０３と、を有している。
なお、第３の実施形態において、図１に示した第１の実施形態と同様の構成の部分については説明を省略する。
第３の実施形態では、第１の実施形態におけるステップＳ１０１〜Ｓ２０５において行った操作に加えて、第２の実施形態で示した数式９、数式１０を用いて、きらきら度Ｓｋと、ギラギラ度Ｓｇとを評価する点で異なっている。

すなわち、第３の実施形態において、計測装置１００は、少なくとも２つ以上の照明条件、又は、受光条件でサンプルＰの面内色度分布を取得する色度分布取得手段たる色度変換部１０と、面内色度分布の変動量に基づいて、粒子特性を評価するための粒子特性評価値を算出する粒子特性評価手段２０と、を有している。
かかる構成により、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、見た目と評価値との相関が高い。

また、第３の実施形態においては、粒子特性評価手段２０を用いて算出した少なくとも２つ以上の粒子特性評価値Ｓｋ、Ｓｇを用いてサンプルＰの粒子特性を評価する。
かかる構成により、照明条件を考慮して被対象物の表面の粒子特性を評価するから、さらに見た目と評価値との相関が高い。

なお、第１の実施形態でも用いたＩＳＡＭＵ社製の色見本帳の白色パールサンプルについて、きらきら度Ｓｋの評価を行った例について図１５に示す。
図１５においては、図４と同様に、昼間の光を模したＤ５０の照明条件としてＡ状態を、標準光源の光量を２０％に低減し、夕暮れの光を模した状態をＢ状態として、それぞれ表示した。
図１５から、Ａ状態とＢ状態を比較すると、きらきら度Ｓｋが半分程度に抑えられることがわかる。
既に述べたように、数６は、ハイライトで見たときに粒子感が強く、すかしで見たときに粒子感が弱い状態を示す指標である。すなわち、観察者は、夕暮れを模したＢ状態においては、ハイライトとすかしとの差が強く認識できず、きらきら感Ｓｋの差が見えにくくなることを示している。
以上述べたように、少なくとも２つ以上の粒子特性評価値を用いて粒子特性を評価することにより、計測装置１００は、より実際の人の目視の感覚と相関性の高い評価を行うことができる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、本実施形態では、計測システムが撮像装置を有し、２次元分光画像が当該撮像装置によって撮影される場合について述べたが、２次元分光画像が計測システムの外部から送信されるとしても良い。
また、本実施形態では、１つの２次元分光画像から粒子性評価を行う場合について述べたが、複数の２次元分光画像を用いるものであっても良い。

また、第１の実施形態において示した計測システム２００に、第２の実施形態において示したような様々な照明角度、分光分布、照明の強度などの条件や、撮像装置の位置の変化による受光角度の条件等を変更する構成を付け加えても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０ 色度変換手段（色度変換部）
２０ 粒子特性評価手段（粒子性評価部）
１００ 計測装置
２００ 計測システム
２０１ ホルダ
２０２ 光源部（光源）
２０３ 撮像装置（カメラ装置）
３０２ 光輝材
Ｌ 照明（照射光）
Ｌ’ 反射光
Ｐ 被対象物（サンプル）
Ｓ１０７ 色度変換ステップ
Ｓ２０５ 粒子特性評価ステップ
Ｗ 白色度
ＸＹＺ ３刺激値
Δ 偏差（変動量）（色度情報）（面内色度分布の変動量）
α 係数（強度係数）

特許第５２５７１７０号公報 特開２００６−２０８３３３号公報

Ｒ．Ｐ．Ｄｏｏｌｅｙ， Ｒ．Ｓｈａｗ： Ｎｏｉｓｅ Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｏｔｏｇｒ．Ｅｎｇ．，５，４（１９７９），ｐｐ．１９０−１９６．

Claims (20)

1. 光輝材を含む塗装面の粒子特性を評価する計測装置において、
   少なくとも２つ以上の照明条件、又は、受光条件で被対象物の面内色度分布を取得する色度分布取得手段と、
   前記面内色度分布の変動量に基づいて、粒子特性を評価するための粒子特性評価値を算出する粒子特性評価手段と、を有する計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置において、
   前記粒子特性評価手段を用いて算出した少なくとも２つ以上の粒子特性評価値を用いて前記被対象物の粒子特性を評価することを特徴とする計測装置。
3. 請求項１または２に記載の計測装置において、
   前記粒子特性評価手段は、前記面内色度分布の変動量に対して、当該面内色度分布の平均値で重み付けすることで、前記粒子特性を評価することを特徴とする計測装置。
4. 請求項３に記載の計測装置において、
   前記粒子特性評価手段は、前記平均値の重み付けにおいて、前記面内色度分布の平均明度が高いほど、または前記面内色度分布の平均彩度が低いほど、前記粒子特性評価値が低くなるように重み付けを行うことを特徴とする計測装置。
5. 請求項３または４に記載の計測装置において、
   前記面内色度分布の平均値は、当該面内における白色度の平均値であることを特徴とする計測装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の計測装置において、
   前記照明条件とは、照明方式であることを特徴とする計測装置。
7. 請求項６に記載の計測装置において、
   前記照明方式とは、平行光と拡散光の違いであることを特徴とする計測装置。
8. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の計測装置において、
   前記照明条件とは、照明角度であることを特徴とする計測装置。
9. 請求項８に記載の計測装置において、
   前記照明角度は、少なくとも正反射方向に対して傾斜角−２５°〜＋２５°の範囲の照明角度を含むことを特徴とする計測装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記照明条件とは、分光分布あるいは照明色であることを特徴とする計測装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記照明条件とは、照明強度であることを特徴とする計測装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記受光条件とは、受光角度であることを特徴とする計測装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記面内色度分布とは、Ｌａｂ表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の変動量を含むことを特徴とする計測装置。
14. 請求項１乃至１３の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記面内色度分布の前記変動量の取得に、前記塗装面の２次元カラー画像を用いることを特徴とする計測装置。
15. 請求項１乃至１３の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記面内色度分布の前記変動量の取得に、前記塗装面の２次元分光画像を用いることを特徴とする計測装置。
16. 請求項１５に記載の計測装置において、
    前記被対象物に照射する照明を有し、
    前記２次元分光画像と、前記照明の分光分布及び前記照明の強度に基づいて、前記２次元分光画像を色度情報へと変換する色度変換手段を有することを特徴とする計測装置。
17. 請求項１６に記載の計測装置において、
    前記色度変換手段は、分光反射率を３刺激値へと変換する際の変換式に、前記照明の前記強度に依存する係数を付加したことを特徴とする計測装置。
18. 請求項１乃至１７の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記面内色度分布の変動量は、前記Ｌａｂ表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の周波数特性を示す値であることを特徴とする計測装置。
19. 請求項１乃至１８の何れか１つに記載の計測装置において、
    前記粒子特性評価手段は、前記変動量を視覚の空間周波数特性で重み付けした値に基づいて前記粒子特性を評価することを特徴とする計測装置。
20. 請求項１乃至１９の何れか１つに記載の計測装置と、
    前記被対象物に光を照射する光源部と、
    前記光の前記被対象物における反射光から画像を取得する撮像部と、
    を有し、前記光源部の照明角度または照明方式に対応して前記撮像部の露光時間または照明強度を変えることを特徴とする計測システム。

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