JP2018189420A - 色柄判別プローブ、色柄判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目視では判別困難な材料や部品の色柄を、光学的な環境の安定していない現場でも非破壊で高精度に判別でき、低価格で提供できる色柄判別装置を提供する。【解決手段】色柄判別装置１Ａは、対象物２の表面に光を照射するように配設されたＬＥＤ２２と、対象物２の表面に対向して配置され、ＬＥＤ２２によって光を照射された対象物２の表面を撮影するカメラ２３と、対象物２の表面と、ＬＥＤ２２と、カメラ２３とを外部から光学的に遮蔽するハウジング２１およびスカート２４とを備え、ＬＥＤ２２は、対象物２の表面に光を照射するパターンとしての照明パターンを複数保持し、所定の制御信号の入力を受けて複数の照明パターンを切り替え可能に構成され、カメラ２３は、ＬＥＤ２２の発する光が照射された対象物２の表面を撮影し、色柄の判別に用いるための画像データを取得する機能を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、対象面の色柄を視覚的に判別することのできる色柄判別装置に関し、特に目視では判別することの困難な色柄を高精度に判別することのできる色柄判別プローブ、および色柄判別装置に関する。

建築・家具・内装・服飾・印刷など、使用者の生活に密着した製品を扱う分野では、色柄（色彩・模様・反射光沢・凹凸・質感など、視覚的な特徴の総称。後述）が製品の価値に大きな影響を与えることが多い。誤ってわずかでも色柄の異なる材料を使用したり、色柄の異なる部品を組み合わせたりすると、完成した製品が使用者の期待から外れてその価値が大きく低下し、場合によっては作り直しが迫られる。こうした分野では、使用者の嗜好に応じて材料や部品にさまざまなバリエーションが用意されており、中には一見して区別の難しいものも少なくない。そのためこうした製品を製造・設置・販売する現場では、色柄の異なる材料や部品の取り違えを予防することが大きな課題となっている。人間の目視で取り違えのチェックを行う方法では、一定の確率で取り違えが生じることは避けられない。

そのための方法として、材料や部品に、その色柄を示す標識を付加する方法が知られていた。具体的には、使用者から見えない部分に、バーコードを印刷したり、無線ＩＣタグを取り付けたりする方法が知られている（特許文献１参照）。

また別の方法として、カメラを使って材料や部品を画像化し、画像処理を行ってその色柄を判別しようとする方法も知られている（特許文献２参照）。

特開２００８−７９８９９公報 特開２０１４−２０２７００公報

上記特許文献１に記載の発明においては、材料を裁断すると標識が失われたり、部品を製品に組み込むと標識が隠されたりして、判別ができなくなるという問題があった。

また上記特許文献２に記載の発明は、撮影のための構成が外部に露出しており、工場内の製造ラインのように、光学的に安定した環境で使用されることを前提としている。そのためこの発明を、たとえば屋外や屋内の建設・建築現場、あるいは商店の店舗内の販売現場など、光の量や差し込む向きが変化しやすい場所で使用した場合、光学的な環境の変化によって判別性能が大きく左右され、色柄を正しく判別することが難しいという問題があった。この問題を解決するため、特殊な機材を使用したり、難しいアルゴリズムを研究したりするアプローチもあったが、それでは装置が大規模で高額になりやすいという課題が生じた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、目視では判別することの困難な材料や部品の色柄を高精度に判別することができ、かつ次のような要件を満たす色柄判別装置を提供することを課題としている。
１．材料を裁断したり、部品を製品に組み込んだりしてもその色柄を判別できる。
２．光学的な環境の安定していない現場でも高い判別精度を保つことができる。
３．特殊なハードウェアや複雑な画像処理方法に依存せず、低価格で提供できる。

かかる課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、対象物の表面の色柄の判別に用いられる色柄判別プローブであって、前記対象物の表面に光を照射するように配設された照明手段と、前記対象物の表面に対向して配置され、前記照明手段によって光を照射された前記対象物の表面を撮影する撮影手段と、前記対象物の表面と、前記照明手段と、前記撮影手段とを外部から光学的に遮蔽する遮蔽手段とを備え、前記照明手段は、前記対象物の表面に光を照射するパターンとしての照明パターンを複数保持し、所定の制御信号の入力を受けて前記複数の照明パターンを切り替え可能に構成され、前記撮影手段は、前記照明手段の発する光が照射された前記対象物の表面を撮影し、前記色柄の判別に用いるための画像データを取得する機能を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記撮影手段、前記照明手段および前記遮蔽手段を一体化した本体部を備え、前記遮蔽手段が、前記対象物の表面に対向して光学的に開口形成された開口部を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記撮影手段、前記照明手段および前記遮蔽手段を一体化した本体部を備え、前記本体部の少なくとも一部が、前記色柄判別プローブの使用者が把持可能に形成されており、前記遮蔽手段の少なくとも一部が、弾性変形可能な材質によって前記対象物の表面に密着可能に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一つに記載の構成に加え、前記照明手段が、制御信号の入力を受けて光学的な特性を変化させる機能を持つ光学的素子を備え、前記光学的素子は、前記光学的な特性を変化させることで、前記複数の照明パターンを切り替えることができるように配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の構成に加え、前記照明手段が、前記対象物の表面に照射される光の照度が異なる前記複数の照明パターンを有し、前記照明パターンの違いによる前記照度の変化が、前記撮影手段の明度分解能を下回るように構成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の構成に加え、前記照明手段が前記対象物の表面に対して斜め方向から光を照射し、前記撮影手段は、前記照明手段の発する光が前記対象物の表面の凹凸に照射されることによって生じる影を含む画像データを取得することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、色柄判別装置であって、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の色柄判別プローブと、前記照明手段に、前記複数の照明パターンを切り替えさせる制御信号を送信する照明制御手段と、前記撮影手段の、前記対象物の表面を撮影して画像データを取得する動作を制御する撮影制御手段と、前記撮影手段の撮影によって取得された画像データを取得する画像取得手段と、前記複数の照明パターンを切り替えながら前記撮影手段が取得した複数の前記画像データから、複数の特徴量を取得する特徴量取得手段と、前記特徴量取得手段によって取得された、前記特徴量に対する統計処理を行って前記対象物の表面の属するカテゴリを判別するカテゴリ判別手段とを備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の構成に加え、前記の画像データから所定の方法で指標を算出する指標算出手段を備え、前記撮影手段が、同一の前記照明パターン、前記対象物の表面の同一の撮影位置での撮影を異なる時刻に行って複数の画像データを取得し、前記指標算出手段によって前記複数の画像データから算出された前記指標が、所定の基準から逸脱した場合に判別を不可とする指標判定手段を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の構成に加え、前記色柄判別プローブを前記対象物の表面に押し当てるプローブ駆動手段と、単一の前記対象物の表面に複数の撮影位置を設定しており、所定の制御信号によって前記プローブ駆動手段を駆動させて、対応する前記撮影位置に前記色柄判別プローブを押し当てる駆動制御手段を有し、前記撮影手段が、前記色柄判別プローブの押し当てられた前記撮影位置ごとに複数の前記画像データを取得し、前記特徴量取得手段が、前記複数の撮影位置で取得された複数の前記画像データから複数の特徴量を取得することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、複数の照明パターンを切り替えつつ、照明パターンごとに対象物の表面から画像データを取得することができる。そのため照明パターンを切り替えない場合よりも多くの情報を取得することができるので、より高い精度で対象物の表面の色柄を判別することができる。また遮蔽手段を設けたことにより、照明手段、撮影手段、対象物の表面を含む光学系を、光の状態が不安定な外界の環境から遮断することができるので、さらに高い精度で対象物の表面の色柄を判別することができる。

請求項２に記載の発明によれば、撮影手段、照明手段、遮蔽手段を一体化させたことで、色柄判別プローブを小型に形成することが可能となる。すなわち本体部の内面部に、撮影手段、照明手段、遮蔽手段を堅牢に固定し、それぞれの位置関係や光の進み方を規定することができるので、小型かつ取り扱いが容易でありながら、充分な機能・性能を有する色柄判別プローブを形成することができる。そして遮蔽手段が光学的に開口形成された開口部を有することにより、小型の色柄判別プローブの開口部を対象物の表面に押し当てて色柄を判別する使い方ができるようになり、取り扱いが容易になる。

請求項３に記載の発明によれば、色柄の判別を行う使用者が、色柄判別プローブの本体部の一部を把持して移動させたり、遮蔽手段の一部を対象物の表面に押し当て、弾性変形させて密着させたりする使い方ができるようになり、色柄判別プローブの取り扱いが容易になる。

請求項４ないし請求項６に記載の発明によれば、照明パターンの切り替えによって多くの情報を取得することができるので、より高い精度で物体の色柄を判別することができる。

請求項７に記載の発明によれば、特徴量の数が多いほど高い精度でカテゴリを判別することのできる統計処理を活用し、高い精度で対象物の表面の色柄を判別することができる。

請求項８に記載の発明によれば、撮影中に色柄判別プローブの位置がずれたり、光学系に外乱光が射し込んだりするといった擾乱の影響を排除することができるので、より高い精度で対象物の表面の色柄を判別することができる。

請求項９に記載の発明によれば、複数の撮影位置ごとに対象物の表面から画像データを取得することができ、そのため撮影位置を変えない場合よりも多くの情報を取得することができるので、より高い精度で対象物の表面の色柄を判別することができる。

そして上記各請求項に記載の発明によれば、次のような効果が得られる。
１．バーコード・無線ＩＣタグなどの標識を使わず、対象物の外観のみで色柄を判別する。そのため材料を裁断したり、部品を製品に組み込んだりしても、もとの材料や部品の色柄を判別することができる。
２．発光部である光源と受光部であるカメラを近接させ、かつ外界と光学的に遮蔽している。そのため光学的な環境の安定していない現場でも高い判別精度を保つことができる。
３．照明パターンを時間的に切り替えながら複数の画像を撮影するので、汎用の光源・カメラを使っても多くの光学的情報を得ることができ、その分判別アルゴリズムも容易になる。また光源とカメラの位置関係を固定したことで、現場での調整が必要なくなり、判別アルゴリズムも容易になる。そのため特殊なハードウェアや複雑な画像処理方法に依存せず、低価格で提供することができる。

実施の形態１の色柄判別装置１Ａのハードウェア構成を示す図である。 実施の形態１の色柄判別プローブ１１の概略構成を示す図である。 実施の形態１の色柄判別プローブ１１の第１の変形例の概略構成を示す図である。 実施の形態１の色柄判別プローブ１１の第２の変形例の概略構成を示す図である。 実施の形態１の色柄判別プローブ１１の第３の変形例の概略構成を示す図である。 実施の形態１の色柄判別装置１Ａを構成する、色柄判別プローブ１１と本体装置１２の機能概略を示す機能ブロック図である。 実施の形態１の色柄判別装置１Ａにおいて判別されるカテゴリを模式的に示す図である。 実施の形態１の色柄判別装置１Ａにおける、照明パターンと特徴量との対応例を示す図である。 照明パターン２０１の切り替えによるＬＥＤ２２の輝度の変化量が、カメラ２３に固有の明度分解能を下回るように構成されている場合を説明する図である。 ＬＥＤ２２が、ピーク波長の異なる複数のＬＥＤ２２で構成されている場合を説明する図である。 実施の形態１の色柄判別装置１Ａの処理手順を示すフローチャートである 実施の形態２の色柄判別装置のシステム構成の概略図である 実施の形態２の色柄判別装置１Ｂの本体部６１と本体装置１２との機能概略を示す機能ブロック図である。 実施の形態２の色柄判別装置１Ｂの処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２の色柄判別装置１Ｂにおけるプローブ位置、照明パターンと特徴量の対応例を示す図である。

［発明の実施の形態１］
図１ないし図１１に、この発明の実施の形態１を示す。

［基本構成］
図１は、この発明の実施の形態１の色柄判別装置１Ａのハードウェア構成を示す図である。色柄判別装置１Ａは、対象物２の表面の色柄をもとに、対象物２の属するカテゴリを判別するための装置である。対象物２およびカテゴリの具体的な内容については後述する。

図１に示すとおり、色柄判別装置１Ａは、色柄判別プローブ１１と、本体装置１２と、接続ケーブル１３で構成されている。

色柄判別プローブ１１は、色柄判別装置１Ａの使用者（図示せず）が対象物２の表面に接触させ、対象物２の表面から色柄に関する情報を取得するために用いられる小型の機器である。色柄判別プローブ１１の具体的な構成については後述する。なお本明細書では「色柄」という言葉を、「視覚的に観察することができる特徴」の総称として用いる。具体的には、色彩、模様、反射光沢、凹凸、質感といったものが「色柄」に含まれる。

本体装置１２は、各種の信号やデータの送受信、記憶・保存、プログラムによる処理を行うための構成を有する。本体装置１２は、色柄判別プローブ１１が取得した色柄に関する情報を取り込み、それらの情報に対して所定の処理を行って、対象物２の属するカテゴリを判別する機能を持つ。この実施の形態１の本体装置１２はパソコンであるが、本体装置１２は同様の機能を有する他の機器、たとえば携帯端末、マイコン内蔵機器などであってもよい。

接続ケーブル１３は、たとえばＵＳＢケーブルやＬＡＮケーブルであり、色柄判別プローブ１１と本体装置１２を有線で通信可能に接続してデータや信号を送受信させる、フレキシブルなケーブルである。なお有線通信を行う接続ケーブル１３に替え、Ｗｉ−Ｆｉ、無線ＬＡＮ、赤外線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信（図示せず）を使用してもよい。

［色柄判別プローブの構成］
図２は、この実施の形態１の色柄判別プローブ１１の概略構成を示す図である。

同図に示すとおり、この実施の形態１の色柄判別プローブ１１の本体部１０は、「筐体」としてのハウジング２１の内部に、「照明手段」としてのＬＥＤ２２と「撮影手段」としてのカメラ２３が組み込まれ、ハウジング２１の下方にスカート２４を備えて一体に形成されている。ハウジング２１とスカート２４は光を通さないよう相互に接合され、一体で「遮蔽手段」として機能する。ハウジング２１は、使用者（図示せず）が片手でも把持可能な大きさ・形状に形成されている。

ハウジング２１は、樹脂や金属などの剛性の高い材質で、略円筒形に形成され、本体部１０の外形の大半部分を形成している。ハウジング２１の上面部２５は蓋状に形成され、光を通さないように密閉されている。ハウジング２１は、対象物２に上から押し当てて使うことを想定し、下方（図２における下方。以下本明細書において同じ。）に開口した略凹状に形成されている。具体的には、ハウジング２１の下端には開口部２６が開口形成され、ハウジング２１の内側には、開口部２６から上方（図２における上方。以下本明細書において同じ。）にかけて縮径した内面部２７が形成されている。ハウジング２１の開口部２６よりも下方側は、スカート２４を介して光学的に開口形成され、ハウジング２１の内面部２７は開口部２６、ならびにスカート２４の内面および密着部２９（後述）を介して外部に開放されている。

なお上記の「光学的に開口形成され」た状態とは、物理的に開口された状態だけでなく、物理的には閉鎖されているが光が透過する状態も含む。この実施の形態１では、ハウジング２１の開口部２６もスカート２４の密着部２９（後述）も物理的に開口された構成であるが、これに限らず、たとえば開口部２６や密着部２９（後述）の一方または双方のうち、一部または全部が、光を透過させる透明または半透明の部材（ガラス、樹脂など）の板材で物理的に閉鎖された構成であってもよい。

この実施の形態１の色柄判別プローブ１１では、ハウジング２１の内部にＬＥＤ２２とカメラ２３が近接して配設されている。すなわち内面部２７にはＬＥＤ２２が配設され、色柄判別プローブ１１が対象物２の表面に載置されたときに対象物２の表面に対向する位置である内面部２７の上端部には、カメラ２３が配設されている。

ＬＥＤ２２は対象物２の表面に光を照射する。図２において、ＬＥＤ２２は２個のみ記載されているが、内面部２７のカメラ２３を中心とする同心円に沿っては、他のＬＥＤ（図示せず）が複数設けられていてもよい。またその同心円に沿った位置以外の位置に、他のＬＥＤ（図示せず）が１個以上設けられていてもよい。なおＬＥＤ２２の詳細な構成については、後の［ＬＥＤの構成詳細］の項において詳述する。

カメラ２３は、たとえばＣＭＯＳカメラなどのディジタルカメラであり、色柄判別プローブ１１に対向する対象物２の表面を撮影する。この実施の形態１では、カメラ２３は静止画を撮影するものであるが、動画を撮影するものであってもよい。撮影によって取得される画像データは「ピクセル」と呼ばれる空間単位が２次元的に配列したものであり、個々のピクセルは対応する点の明度を、カメラ２３によって決まる階調、たとえば０〜２５５の２５６階調で保持している。

スカート２４は、ハウジング２１の下端の開口部２６に配設されており、ゴムなど柔軟性のある弾性変形可能な材質で、下方に拡開した略円筒形に形成されている。スカート２４は、水平方向の段差部２８が設けられた蛇腹状に形成されている。スカート２４の下端部には、開口形成されており、対象物２と柔軟に接触して密着可能な密着部２９が形成されている。スカート２４は、色柄判別プローブ１１を対象物２に押し当てる際、弾性変形しつつ対象物２の表面に密着し、剛性の高いハウジング２１が対象物２に直接接触して傷つけることを避けながら、ハウジング２１の中に外乱光が入射するのを防ぐ役割を果たす。

［ＬＥＤの構成詳細］
この実施の形態１におけるＬＥＤ２２は、カメラ２３の取得する画像データからより多くの情報を取り出すため、照明パターンを変化させるための構成を有する。

たとえば図２に示すとおり、それぞれのＬＥＤ２２は、対象物２の表面に対して斜め方向Ｄ１に光を照射するように配設されている。それぞれのＬＥＤ２２は、照明パターン切り替え部４１（図６参照）の制御により、それぞれ独立に点灯／消灯を切り替えることができる。点灯されるＬＥＤ２２を切り替えると、対象物２に照射される光の向きが変化し、対象物２の表面に凹凸があれば、その影のでき方も変化する。そのため色柄判別プローブ１１を使うと、対象物２の表面にある凹凸を画像データに反映させることができる。

ＬＥＤ２２として、３原色（赤・緑・青）の光を配合した白色光を発するとともに、配合比率によって光の色が変化するカラーＬＥＤを使うことができる。また一部のＬＥＤ２２に、紫外線や赤外線を発するものを使うこともできる。ハウジング２１の内部に４個以上のＬＥＤ２２を設け、それぞれのＬＥＤ２２のピーク波長が相違するように構成されていてもよい。そのようにすれば、カメラ２３のイメージセンサが赤・緑・青の３原色にしか分光することができなくても、４色以上に分光された画像データを取得することが可能となる。

それぞれのＬＥＤ２２は、照明パターン切り替え部４１（図６参照）の制御により、発光時の輝度が変化するように構成されていてもよい。ＬＥＤ２２の輝度を変化させることにより、カメラ２３から取得される画像データを構成するピクセルの明度階調が有限であることに起因する量子化誤差を排除し、階調の数を上回る多くの情報を取り出すことができる。

それぞれのＬＥＤ２２は、照明パターン切り替え部４１（図６参照）の制御情報によって光の照射角度が変化するように配設されていてもよい。たとえば照明パターン切り替え部４１（図６参照）の制御情報を受けて、内部に設けられた反射鏡（図示せず）やレンズ（図示せず）の位置や向きを変化させる手段を設け、図２に示すような、対象物２の表面に対して斜め方向Ｄ１に光を照射するモードと、垂直方向Ｄ２に光を照射するモードとを切り替える構成であってもよい。また照射角度を、斜め方向Ｄ１と垂直方向Ｄ２との間で、多段階に変化させるような構成であってもよい。

なおこの実施の形態１では、照明手段としてＬＥＤ２２を使用しているが、少なくとも一部のＬＥＤ２２を他の発光素子、たとえばＥＬパネル、レーザ、放電灯などに替えてもよい。

［色柄判別プローブの変形例構成］
図２に示す色柄判別プローブ１１における、ハウジング２１の内面部２７の形状、および内面部２７における、ＬＥＤ２２やカメラ２３を含む各種光学部品の配設位置は、ＬＥＤ２２から発せられた光が対象物２の表面を良好に照射し、カメラ２３が対象物２の表面を適切に撮影して必要な品質の画像データを取得することができるのであれば、他のどのようなものであってもよい。

図３ないし図５に、この実施の形態１の色柄判別プローブ１１の変形例を示す。これらの図に示す色柄判別プローブ１１は、「照明手段」の一部を構成する種々の光学的素子を備えている。これらの色柄判別プローブ１１は、複数の照明パターンを切り替えながら、対象物２の表面を撮影し、必要な品質の画像データを取得することが可能であるような多種多様の構成のうち、代表的なものにすぎない。したがって図３ないし図５における各種光学部品の配設位置や個数は例示にすぎず、図示したもののみに限定されない。

図３は、この実施の形態１の色柄判別プローブ１１の第１の変形例の概略構成を示す図である。この構成例は、「照明手段」の一部を構成する導光材３０を使い、複数のＬＥＤ２２が発した光を対象物２の表面に導く構造の色柄判別プローブ１１である。導光材３０はアクリル樹脂などの透明な材質で作られた部材で、一端から入射された光を他端に導くものである。これを適切に配設して光の照射位置や照射角度を切り替え可能とすることで、自由度の高い照明設計が可能になる。この例では、対象物２の表面に対して垂直に近い方向Ｄ３に入射する光や、斜めの方向Ｄ４に入射する光や、水平に近い方向Ｄ５に入射する光を切り替えて使い分けることができる。そのため対象物２の表面が持っている、光沢や反射指向性を画像データに反映させることができる。

図４は、この実施の形態１の色柄判別プローブ１１の第２の変形例の概略構成を示す図である。この構成例は、「照明手段」の一部を構成する内面部２７を使い、複数のＬＥＤ２２が発した光を対象物２の表面に導く構造の色柄判別プローブ１１である。同図の色柄判別プローブ１１において、内面部２７は金属でドーム型に形成され、その内側には光を吸収せずに乱反射させる白い塗装がなされている。ＬＥＤ２２は、ハウジング２１の下端の設置部３１に、光を略上方に向けて照射するように配設されている。図４に示すようにＬＥＤ２２から発せられた光は、上方向Ｄ６に照射され、少なくとも１回は内面部２７に反射されてから、対象物２の表面方向Ｄ７に照射される間接照明となる。対象物２の表面に凹凸があっても影ができにくくなるので、対象物２の表面の光沢や反射指向性による影響を排除し、材質本来の色彩や模様を忠実に画像データに反映させることができる。またピーク波長の異なる複数種類のＬＥＤ２２を混在させれば、微妙な色彩や模様の違いも高精度に画像データに反映させることができる。図４には拡散光による照明のみが可能な構成を示したが、図２に示すような、対象物２に光を直接照射するＬＥＤ２２（図示せず）を追加し、間接照明と直接照明とを切り替えることができるように構成してもよい。

図５は、この実施の形態１の色柄判別プローブ１１の第３の変形例の概略構成を示す図である。この構成例は、「照明手段」の一部を構成する光学的素子がＬＥＤ２２等の光学的な特性を変化させることで、照明パターンを切り替えることのできるような、光学的素子の配置ならびに構成を備えている。具体的には、図５の色柄判別プローブ１１は、ＬＥＤ２２の前に「照明手段」の一部を構成する液晶フィルタ３２を複数配設した構造の色柄判別プローブ１１である。同図の色柄判別プローブ１１においては、ハウジング２１の内面部２７の上方に、下方向に向けて光を照射するようにＬＥＤ２２が配設され、ＬＥＤ２２の下方の内面部２７には光透過性の液晶フィルタ３２が配設され、液晶フィルタ３２の下方には、開口部３３が開口形成されている。液晶フィルタ３２は、電気回路（図示せず）によって電圧を印加されると、電圧に依存して光の透過率や透過方向を変化させることができる。図５の変形例において、ＬＥＤ２２が発した光は液晶フィルタ３２を透過し、変調されてから対象物２の表面に照射される。そのため液晶フィルタ３２の透過率を電気的に変化させれば、液晶フィルタ３２を透過する光の照射方向が方向Ｄ８、方向Ｄ９のように変化し、その結果、対象物２の表面に照射される光の向きを方向Ｄ１０、方向Ｄ１１のように変化させることができる。「照明手段」の一部を構成する、光を変調させる光学的素子には、液晶フィルタ、バリフォーカルレンズなどの透過素子だけでなく、ガルバノミラー、ディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などの反射素子を使ってもよい。

以上、図２〜図５で示した色柄判別プローブ１１では、本体部１０の一部であるハウジング２１の形状および大きさを使用者が把持可能に形成したが、これに限定されずに本体部１０の他の部分を、使用者が把持可能な形状および大きさに形成してもよい。たとえば本体部１０を構成するスカート２４が、使用者が把持可能な形状及び大きさに形成されていてもよい。また本体部１０が、ハウジング２１やスカート２４の一部に突設された、使用者が把持可能な形状および大きさの取っ手を有する構成であってもよい。その場合の取っ手は、光を透過させる透明な部材で構成されていても、不透明な部材で構成されていてもよい。

いずれにせよ、図２〜図５で示した色柄判別プローブ１１の構成はすべて例にすぎず、他の原理に基づく構成や、複数の原理を組み合わせた構成があり得ることは言うまでもない。

［本体装置の構成］
図６は、この実施の形態１の色柄判別装置１Ａを構成する、色柄判別プローブ１１と本体装置１２の機能概略を示す機能ブロック図である。同図に基づいて、この実施の形態１の本体装置１２の機能概略を説明する。

本体装置１２は、ＣＰＵなどの制御手段、ＣＰＵなどが作業領域や一時記憶領域として使用するＲＡＭやキャッシュメモリ、データやプログラムが記録されたＲＯＭやＥＥＰＲＯＭやハードディスクなどの補助記憶媒体（いずれも図示せず）を備える。本体装置１２の、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなど（図示せず）によって構成される記録部２０には、この色柄判別装置１Ａに用いられる色柄判別プログラム４０がセットアップされている。色柄判別プログラム４０は、色柄判別装置１Ａを構成する各種のハードウェアを制御し、対象物２の属するカテゴリを判別する機能を持つ。また本体装置１２はユーザインタフェースとして、色柄判別装置１Ａに判別動作の開始を指示したりするのに使われる操作部と、色柄判別装置１Ａによる判別結果を表示したりするのに使われる表示部を持つ。操作部はキーボード１４（図１参照）、マウス（図示せず）、タッチパネル（図示せず）などによって構成され、表示部はディスプレイ１５（図１参照）、プリンタ（図示せず）などによって構成される。

図６に示すとおり、本体装置１２には、色柄判別プログラム４０が実行された結果実現される機能手段として、「照明制御手段」としての照明パターン切り替え部４１、「撮影制御手段」としての撮影制御部４２、画像取得部４３、「特徴量取得手段」としての特徴量抽出部４４、「カテゴリ判別手段」としてのカテゴリ判別部４５、統括制御部４６を備えている。照明パターン切り替え部４１、画像取得部４３、特徴量抽出部４４、カテゴリ判別部４５は、統括制御部４６からの動作指示５５を受けて連動して動作する。

照明パターン切り替え部４１は、照明手段またはそのドライバ（ハードウェアを制御するための専用プログラム）に照明制御信号５１を送り、複数のＬＥＤ２２の点灯／消灯を個別に切り替えたり、個々のＬＥＤ２２の点灯する輝度を調節したり、ＬＥＤ２２の発する光を変調させる光学的素子を駆動したりして、対象物２の表面に照射される照明のパターンを切り替える機能を持つ。照明パターン切り替え部４１は、個々の照明パターンに対応する照明制御信号５１の組み合わせを記述するテーブル（図示せず）を持っており、統括制御部４６からの動作指示５５によって照明パターンが切り替えられると、それに対応する組み合わせの照明制御信号５１をＬＥＤ２２に送る。

撮影制御部４２は、カメラ２３が行う撮影動作を制御する。具体的には、カメラ２３に撮影動作を開始・終了させる撮影信号を送信する。

画像取得部４３は、対象物２の表面を撮影しているカメラ２３からの映像５２を動画として常時取り込んでおり、統括制御部４６から動作指示５５を受けると、その時点で映像５２から静止画（フレーム）を切り出して、画像５３を作成する機能を持つ。

特徴量抽出部４４は、画像取得部４３の取得した画像５３を定量的に評価し、その結果としての特徴量ベクトル５４を求める機能を持つ。特徴量ベクトル５４は、画像５３を特徴づける数値である特徴量を所定の数だけ集め、ベクトルとしたものである。汎用的に使うことのできる特徴量としては、ピクセルの明度・彩度・色相、移動相関係数、空間的周波数、領域の異方性や真円度といったものが挙げられる。これらの特徴量の値が画像５３の部位ごとに異なる場合、あらかじめ設定された複数の興味領域ごとに平均値や分散値を求め、それぞれ別個の特徴量とすることもできる。

カテゴリ判別部４５は、対象物２から得られた特徴量ベクトル５４を、カテゴリが既知である参照特徴量ベクトルと統計的に比較し、対象物２が属すると考えられるカテゴリと、それに対する所属確率を推定することで、対象物２の属するカテゴリを判別する機能を持つ。なおここでの「判別」には、所属確率が１である唯一のカテゴリを求める処理だけでなく、不確かさを許容して、所属確率が１未満である複数のカテゴリを求める処理も含まれる。個々のカテゴリに対する所属確率を推定する具体的な方法としては、クラスタ分析法、分布検定法、ＭＴ法などの統計的アルゴリズムが使える。

参照特徴量ベクトルは、事前の学習によってカテゴリが既知であるような対象物２から得られ、カテゴリ判別部４５にあらかじめ登録される特徴量ベクトルであり、カテゴリが未知の対象物２から得られた特徴量ベクトル５４と比較するために用いられる。なおカテゴリ判別部４５に参照特徴量ベクトルを登録する作業は「教示」と呼ばれる。具体的にはこの作業は、特別なモードで色柄判別装置１Ａを動作させ、カテゴリが既知であるような対象物２を使って特徴量ベクトルを得るとともに、対象物２の属するカテゴリを入力するものである。これによって特徴量ベクトルとカテゴリの対応関係を、カテゴリ判別部４５が解釈可能な形で記録する。

統括制御部４６は、照明パターン切り替え部４１、撮影制御部４２、画像取得部４３、特徴量抽出部４４、カテゴリ判別部４５に動作指示５５を送って所定の順番で動作させ、色柄判別の目的に合わせて連動させる機能を持つ。また照明パターン切り替え部４１、画像取得部４３、特徴量抽出部４４、カテゴリ判別部４５に委ねることのできない一部の処理を直接実行する機能も持つ。

［判別対象物］
この実施の形態１の色柄判別装置１Ａによって色柄を判別するべき対象物２としては、家屋、ビルディング、建造物、車両、船舶、外壁、内壁、床、柱、木材、じゅうたん、壁紙、ドア、サッシ、机、椅子、たんす、布団、衣服、布地、包装紙、特殊紙、家電製品、電子部品、文房具、玩具、食品など、多種多様な有体物が考えられる。有体物は固体に限らず、一部または全部が液体や気体であってもよいし、一部または全部が無体物、たとえばディスプレイの表示状態などであってもよい。また対象物２の判別する「色柄」には、色彩、模様、反射光沢、凹凸、質感といった「視覚的に観察することができる特徴」のすべてが含まれる。色彩は有彩色でも無彩色でもよく、有色透明や無色透明でもよい。また人間が視覚によって認知する特徴に限らず、凹凸や質感など、通常は触覚によって認知する特徴であってもよい。

［カテゴリ］
この実施の形態１の色柄判別装置１Ａが判別する「カテゴリ」とは、対象物２を所定のルールによって分類したそれぞれのグループである。たとえば木目であれば木の種類、壁紙であればその製品番号、布地であれば繊維の種類といったカテゴリが定義できる。カテゴリは製品やメーカに固有のガイドラインによって決まるものであり、必ずしも定量的、客観的なものではない。また対象物２の視覚的な特徴が、必ず一つのカテゴリに対応するとは限らない。視覚的には区別のできない複数の対象物２が、別個のカテゴリに属することもあり得る。

図７は、この実施の形態１の色柄判別装置１Ａにおいて判別されるカテゴリを模式的に示す図である。なお、同図に示すサンプルは下記サイトに表示されたものを例示として用いている。
一般財団法人
日本木材総合情報センター「木net」ホームページ
http://www.jawic.or.jp/woods/sch.php
府中家具工業協同組合「木材図鑑」ホームページ
http://www.fuchu.or.jp/~kagu/mokuzai/mokuji.htm
図７は対象物２の表面が木目模様を有する場合を示し、この場合には木の種類をカテゴリにすることができる。すなわち木の種類がスギである第１のカテゴリ１００_１、木の種類がアカマツである第２のカテゴリ１００_２、木の種類がヒノキである第３のカテゴリ１００_３、木の種類がチークである第４のカテゴリ１００_４、木の種類がアガチスである第５のカテゴリ１００_２がそれぞれ異なるカテゴリ１００を形成しており、それぞれのカテゴリ１００には２個以上のサンプルが属している。なお以下では説明を簡単にするため、特に区別の必要がある場合を除き、第１〜第５のカテゴリ１００_１，１００_２，１００_３，１００_４，１００_５を総称してカテゴリ１００と記載する（本明細書において同じ）。

それぞれのサンプルからは、視覚的な特徴量を複数取得することができる。たとえば明度の平均値や分散値、彩度の平均値や分散値、色相の平均値や分散値、木目の平行度や直線性、木目による明暗の比、反射率や拡散率といった特徴量を得ることができる。またこれらの特徴量の移動平均や移動相関係数、二つの特徴量の間の相関係数なども、別の特徴量と見なすことができる。そのため数十から数千に及ぶ多数の特徴量を取得することも可能である。

カテゴリ判別部４５は、カメラ２３の撮影した対象物２が、これらの第１のカテゴリ１００_１〜第５のカテゴリ１００_５のどれに属するかを判別する。一つのカテゴリ１００を選び、そのカテゴリ１００に属する多数のサンプルから特徴量を得ると、それぞれの特徴量はカテゴリ１００ごとに決まった分布に従う。属するカテゴリ１００が未知である対象物２のサンプルに対しては、あらかじめカテゴリ１００ごとに求められた特徴量の分布を使うことで、そのサンプルがそれぞれのカテゴリ１００に属する可能性を統計的に算出することが可能である。特徴量の分布がほぼ重なる複数のカテゴリ１００が存在し、特徴量だけからカテゴリを判別することが難しいこともあるが、その場合でも第１のカテゴリ１００_１〜第５のカテゴリ１００_５に対し、それぞれにサンプルが属する可能性を算出することは可能である。また可能性の高い複数のカテゴリ１００を抽出し、そのサンプルが属するカテゴリ１００の候補として挙げることも可能である。

［照明パターンと特徴量との対応］
図８に、この実施の形態１の色柄判別装置１Ａにおける、照明パターンと特徴量との対応例を示す。

図８の表２００に示すとおり、この実施の形態１では、照明パターン切り替え部４１が、ＬＥＤ２２についてＮとおりの照明パターン２０１_１，２０１_２，……，２０１_Ｎを切り替える。なお以下では説明を簡単にするため、特に区別の必要がある場合を除き、照明パターン２０１_１，２０１_２，・・・，２０１_Ｎを総称して照明パターン２０１と記載する（本明細書において同じ）。

撮影制御部４２は、それぞれの照明パターン２０１ごとにカメラ２３に撮影を行わせ、１枚ずつ画像５３を取得する。特徴量抽出部４４は、それぞれの画像５３からＭ個の特徴量Ｃ（たとえば照明パターン２０１_１のもとで撮影された画像５３から特徴量Ｃ_１１，Ｃ_１２，……，Ｃ_１Ｍ、照明パターン２０１_Ｎのもとで撮影された画像５３から特徴量Ｃ_Ｎ１，Ｃ_Ｎ２，……，Ｃ_ＮＭ）を抽出する。したがって全体としてはＮ×Ｍ個の特徴量Ｃが抽出されることになる。照明パターン２０１の切り替えを行わない従来の手法では、Ｍ個の特徴量Ｃしか得られないのに比べ、本発明による色柄判別装置１Ａでは非常に多くの特徴量Ｃを抽出することができる。一般に統計的な判別アルゴリズムでは、特徴量の数（特徴量ベクトルの次元）が高いほど判別精度が向上する。そのため本発明による色柄判別装置１Ａでは、従来の手法に比べて判別の精度を著しく高めることができる。

［照明パターンの切り替えと特徴量］
この実施の形態１の色柄判別装置１Ａでは、対象物２の表面から多くの特徴量を得る方法として、照明パターン切り替え部４１がＬＥＤ２２の照明パターン２０１を切り替えながら、カメラ２３が複数回の撮影を行うアプローチを採っている。

対象物２の表面から得られる特徴量を増やす方法としては、他にもいくつかの方法が知られている。光学解像度の高いカメラを使い、取得される画像５３を構成するピクセルの数を増やす方法、高ダイナミックレンジのカメラを使い、取得される画像５３を構成するピクセルの階調の数を増やす方法、カラー型やマルチスペクトル型のカメラを使い、取得される画像５３を構成するピクセルの原色数を増やす方法などである。たとえば３０万ピクセルのカメラを２００万ピクセルのものに替えたり、８ビット（２５６）階調のカメラを１６ビット（６５，５３６）階調のものに替えたり、モノクロのカメラをカラーのものに替えたりすれば、１回の撮影でより多くの特徴量を得ることができる。

しかし従来のアプローチを取る場合、色柄判別装置１Ａのアプローチに比べて多くのコストがかかることが多かった。光学解像度の高いカメラ、ハイダイナミックレンジ型のカメラ、マルチスペクトル型のカメラはいずれも、この実施の形態１の色柄判別装置１Ａで使用している汎用のカメラ２３よりも相当高価である。またこれらの特殊なカメラは、汎用のカメラよりも大型である場合が多く、色柄判別装置１Ａの使い勝手の点でも課題が残る。

これに対して色柄判別装置１Ａでは、汎用のカメラ２３を使用しているにもかかわらず、これらの特殊なカメラを使用するのと同様の効果を得ることができる。

一つの例として、照明パターン２０１の切り替えによるＬＥＤ２２の輝度の変化量が、カメラ２３に固有の明度分解能を下回るように構成されている場合を考え、以下図９を使って説明する。ここでの説明をわかりやすくするため、カメラ２３が１〜９の９段階の明度スケールを持ち、９とおりの明度しか区別することができないものとする。そしてこのカメラ２３が撮影している対象物２の表面の明度が、第１の対象物２_ａでは５．８、第２の対象物２_ｂでは６．２であったとする（図９のア）。この場合、第１の対象物２_ａと第２の対象物２_ｂの表面の明度の違いは画像５３に現れない。これらの表面は画像５３の上で、いずれも明度が６であるようなピクセルとして現れるからである。しかしＬＥＤ２２の輝度を、９０％から１１０％まで、５％刻みで５段階に変えてみる（図９のイ〜ウ）。すると対象物２の表面の明度はＬＥＤ２２の輝度に比例して変化するので、画像５３に現れるピクセルの明度は、第１の対象物２_ａでは（５，６，６，６，６）、第２の対象物２_ｂでは（６，６，６，７，７）となり、５回の平均値に違いが現れることがわかる。すなわちＬＥＤ２２の輝度を段階的に変えることにより、本来は区別することができなかった、対象物２の表面の微妙な明度の違いが区別できるようになる。色柄判別装置１Ａが実際に使用するカメラ２３は、８ビット（２５６）階調の汎用品であるが、このように照明パターン２０１を切り替えることで、高価なハイダイナミックレンジ型のカメラ２３を使うのと同様の効果を得ることができる。

もう一つの例として、ＬＥＤ２２が、ピーク波長の異なる複数のＬＥＤ２２で構成されている場合を考え、以下図１０を使って説明する。ここでも説明をわかりやすくするため、カメラ２３が波長５００ｎｍにピーク感度を持つモノクロのカメラであるとする。また対象物２の表面が反射する光が同じ形の波長分布を持ち、そのピーク波長は異なっていて、第１の対象物２_ａでは４８０ｎｍ、第２の対象物２_ｂでは５２０ｎｍであったとする。なお図１０の説明においては、区別の必要がある場合、第１の対象物２を対象物２_ａ、第２の対象物２を対象物２_ｂと記載する（第１の対象物２_ａ、第２の対象物２_ｂはいずれも図示せず）。

ＬＥＤ２２から発せられる光が白色光である場合、二つの対象物２の表面の明度の違いは画像５３に現れない（図１０のアの（ａ），（ｂ））。それぞれの対象物２が反射する光のピーク波長である４８０ｎｍと５２０ｎｍは、カメラ２３の感度のピーク波長である５００ｎｍを中心として対称な位置にあるからである。

しかしピーク波長が４８０ｎｍであるＬＥＤ２２_ａと、ピーク波長が５２０ｎｍであるＬＥＤ２２_ｂを切り替えて照射するようにすると、第１の対象物２_ａと第２の対象物２_ｂで画像５３に違いが現れる。すなわち前者のＬＥＤ２２_ａが点灯する時には、第１の対象物２_ａの表面の画像５３（図１０のイの（ａ））の方が、第２の対象物２_ｂの表面の画像５３（図１０のイの（ｂ））よりも明るくなる。これに対し、後者のＬＥＤ２２が点灯する時には、第２の対象物２_ｂの表面の画像５３（図１０のウの（ａ））の方が、第１の対象物２_ａの表面の画像５３（図１０のウの（ｂ））よりも明るくなる。つまりモノクロのカメラ２３と白色光の組み合わせでは区別することができない対象物２の色の違いも、ピーク波長の異なる複数のＬＥＤ２２を使えば見分けることができる。

図１０に関する上記の記載と同様の考え方は、ピーク感度を持つ波長の数が二つ以上であっても当てはまる。一般的なカラーカメラは、３原色（赤、緑、青）に対応する３種類のイメージセンサしか持っていないが、ピーク波長の異なる４個以上のＬＥＤ２２を使い、照明パターン２０１を切り替えることで、高価なマルチスペクトル型のカメラを使うのと同様の効果を得ることができる。

［処理手順］
図１１は、この実施の形態１の色柄判別装置１Ａの処理手順を示すフローチャートである。以下、同図に基づいて、この実施の形態１の色柄判別装置１Ａの処理手順を説明する。

まず使用者は、色柄判別プローブ１１の密着部２９を、対象物２の表面に押し当て、本体装置１２のキーボード１４などを用いて判別処理を開始させる。

処理が開始されると、照明パターン切り替え部４１は、ＬＥＤ２２に照明制御信号５１を送り、ＬＥＤ２２の照明パターンを最初の照明パターン２０１に設定する（ステップＳ１）。この状態で画像取得部４３は、カメラ２３から画像５３を取得する（ステップＳ２）。

次に照明パターン切り替え部４１は、ＬＥＤ２２を次の照明パターン２０１に切り替える（ステップＳ３の「いいえ」〜ステップＳ４）。この状態で画像取得部４３は、再びカメラ２３から画像５３を取得する（ステップＳ２）。以上の動作は、画像取得部４３が、ＬＥＤ２２のすべての照明パターン２０１_１，２０１_２，……，２０１_Ｎに対応する画像５３を取得するまで繰り返される。

ＬＥＤ２２のすべての照明パターン２０１_１，２０１_２，……，２０１_Ｎに対応する画像５３を取得した（ステップＳ３の「はい」）画像取得部４３は、それらの画像５３を特徴量抽出部４４に送る。特徴量抽出部４４ではそれらの画像５３から特徴量ベクトル５４を求め（ステップＳ５）、カテゴリ判別部４５に送る。カテゴリ判別部４５では、あらかじめ決められた統計処理を行い、対象物２のカテゴリを判別する（ステップＳ６）。

［実施の形態１の効果］
以上、この実施の形態１の色柄判別装置１Ａでは、上記ステップＳ１〜ステップＳ６の処理を行うことにより、対象物２の属するカテゴリを判別するために多くの特徴量を使うことができるので、従来の手法に比べて高い精度が得られる。

具体的には、この実施の形態１では、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理が照明パターン２０１の数だけ繰り返される。そのため図８の表２００に模式的に示したように、照明パターン切り替え部４１にＮとおりの照明パターン２０１、すなわち照明パターン２０１_１，２０１_２，……，２０１_Ｎが用意されているとすると、１回の判別を行うのにＮ枚の異なる画像５３を使用することができる。すなわち画像５３を１枚しか使用しない場合に比べ、多くの情報をカテゴリの判別に役立てることができる。以上の効果を得るのに、特殊で高価なカメラを使う必要性はない。そのため製造コストの高騰を抑止し、低価格な色柄判別プローブ１１を形成することができる。

すなわちこの実施の形態１においては、複数の照明パターンを切り替えつつ、照明パターンごとに対象物２の表面から画像データを取得することができる。そのため照明パターンを切り替えない場合よりも多くの情報を取得することができるので、より高い精度で対象物２の表面の色柄を判別することができる。

この実施の形態１においては、ハウジング２１とスカート２４とを設けたことにより、ＬＥＤ２２、カメラ２３、対象物２の表面を含む光学系を、光の状態が不安定な外界の環境から遮断することができるので、さらに高い精度で対象物２の表面の色柄を判別することができる。

この実施の形態１においては、ハウジング２１、ＬＥＤ２２、カメラ２３とを一体化させたことで、色柄判別プローブ１１を小型に形成することが可能となる。すなわちハウジング２１の内面部２７に、ＬＥＤ２２やカメラ２３や各種の光学部品を堅牢に固定し、それぞれの位置関係や光の進み方を規定することができるので、小型かつ取り扱いが容易でありながら、充分な機能・性能を有する色柄判別プローブ１１を形成することができる。そしてスカート２４が光学的に開口形成された開口部を有することにより、小型の色柄判別プローブ１１の開口部を対象物２の表面に押し当てて色柄を判別する使い方ができるようになり、取り扱いが容易になる。

この実施の形態１においては、色柄の判別を行う使用者が、色柄判別プローブ１１のハウジング２１の一部を把持して移動させたり、スカート２４の一部を対象物２の表面に押し当て、弾性変形させて密着させたりする使い方ができるようになり、色柄判別プローブ１１の取り扱いが容易になる。

この実施の形態１においては、照明パターン２０１の切り替えによって多くの情報を取得することができるので、より高い精度で物体の色柄を判別することができる。

この実施の形態１においては、特徴量の数が多いほど高い精度でカテゴリを判別することのできる統計処理を活用し、高い精度で対象物２の表面の色柄を判別することができる。

［発明の実施の形態２］
図１２ないし図１５に、この発明の実施の形態２を示す。

［基本構成］
図１２は、この発明の実施の形態２の色柄判別装置のシステム構成の概略図である。この実施の形態２の「色柄判別装置」としての色柄判別装置１Ｂは、この発明の実施の形態１に記載した色柄判別装置１Ａの構成（図１参照）に加え、本体部６１にプローブ駆動機構６２を備えている。すなわちこの実施の形態２の色柄判別装置１Ｂは、本体部６１と本体装置１２と接続ケーブル１３とを備え、本体部６１は色柄判別プローブ１１とプローブ駆動機構６２とを備えた構成である。

この実施の形態２において、画像取得部４３は、実施の形態１の機能に加え、「指標算出手段」としての機能と「指標判定手段」としての機能を有する。「指標算出手段」として、画像取得部４３は、撮影により取得された画像データから所定の方法で指標を算出する（具体的には後述する。）。また「指標判定手段」として、画像取得部４３は、異なる時刻に取得された複数の画像データから取得された指標に基づいて、カテゴリの判別の可否を判定する（具体的には後述する。）。

なお図１２に記載の実施の形態においては、色柄判別プローブ１１と本体装置１２を分離させた構成としたが、色柄判別プローブ１１に小型のコンピュータを搭載し、色柄判別プログラム４０（図６参照）と同等の機能を持つプログラムを動作させる構成としてもよい。そのようにすれば、色柄判別プローブ１１と本体装置１２が一体化された構成となり、ハードウェアとしての本体装置１２と接続ケーブル１３は不要になる。

［本体部の構成］
図１２に示すとおり、この実施の形態２の色柄判別装置１Ｂにおいて、本体部６１はプローブ駆動機構６２を備える。このプローブ駆動機構６２は、移送部６３と連結部６４とを備える。またプローブ駆動機構６２と本体装置１２とは、アクチュエータ（図示せず）などを駆動させる制御信号を伝達するためのケーブル（図示せず）などによって接続されている。

移送部６３は、色柄判別プローブ１１を水平方向（図１２の左右方向）に移動させるレール部（図示せず）と、サーボモータやエアシリンダなどのアクチュエータ（図示せず）とを備える。

連結部６４は、色柄判別プローブ１１と移送部６３とを連結させるもので、たとえば複数の中空の円柱状の部材が入れ子構造になった構成を備え、アクチュエータ（図示せず）の動力によって上下方向（図１２の上下方向）に伸縮自在に構成されている。

プローブ駆動機構６２は、本体装置１２からの動作指示を受け、所定の経路に沿って色柄判別プローブ１１を移動させながら、対象物２の表面にあらかじめ設定された複数の箇所に押し当てていく動作を行う。

［本体装置の構成］
図１３は、この実施の形態２の色柄判別装置１Ｂの本体部６１と本体装置１２との機能概略を示す機能ブロック図である。同図に基づいて、この実施の形態２の本体装置１２の機能概略を説明する。

図１３に示すとおり、この実施の形態２の色柄判別装置１Ｂにおいて、本体装置１２は、実施の形態１の色柄判別装置１Ａの本体装置１２の構成に加え、プローブ駆動部４７を備えている。また実施の形態１の統括制御部４６に代え、プローブ駆動部４７の追加に合わせて機能を拡張して、「駆動制御手段」としての構成も備えた統括制御部４６ａを備えている。

プローブ駆動部４７は、プローブ駆動機構６２にプローブ駆動信号５６を送って動作させ、対象物２の表面の所定の位置に色柄判別プローブ１１を移動させる機能を持つ。プローブ駆動部４７も、統括制御部４６ａの動作指示５５を受け、照明パターン切り替え部４１、撮影制御部４２、画像取得部４３、特徴量抽出部４４、カテゴリ判別部４５と連動して動作する。

［処理手順］
図１４は、この実施の形態２の色柄判別装置１Ｂの処理手順を示すフローチャートである。以下、同図に基づいてこの実施の形態２の処理手順を説明する。なお以下の本体装置１２の機能手段による制御は、統括制御部４６ａの制御によって行われる。

まず使用者は、本体部６１を対象物２の上に置き、本体装置１２のキーボード１４などを用いて判別処理を開始させる。

処理が開始されると、プローブ駆動部４７はプローブ駆動機構６２に制御信号を送り、プローブ駆動機構６２のアクチュエータ（図示せず）を駆動させて、あらかじめ設定された最初の位置（たとえば図１２において、連結部６４が移送部６３の一番左端にくる位置）に色柄判別プローブ１１を押し当てる（ステップＳ１１）。その後に照明パターン切り替え部４１は、ＬＥＤ２２に照明制御信号を送信し、ＬＥＤ２２をあらかじめ設定された最初の光の照射状態に設定する（ステップＳ１２）。この状態で画像取得部４３は、カメラ２３から画像５３を取得する（ステップＳ１３）。

次に照明パターン切り替え部４１は、ＬＥＤ２２を次の照明パターンに切り替える（ステップＳ１４の「いいえ」〜ステップＳ１５）。この状態で画像取得部４３は、再びカメラ２３から画像５３を取得する（ステップＳ１３）。以上の動作は、画像取得部４３が、ＬＥＤ２２のすべての照明パターンに対応する画像５３を取得するまで繰り返される。

ＬＥＤ２２のすべての照明パターンに対応する画像５３を取得した（ステップＳ１４の「はい」）画像取得部４３は、統括制御部４６ａに制御を戻し、プローブ駆動部４７への動作指示５５を送らせる。動作指示５５を受けたプローブ駆動部４７は、プローブ駆動機構６２のアクチュエータ（図示せず）を駆動し、色柄判別プローブ１１を次の所定の位置に押し当てる（ステップＳ１６の「いいえ」〜ステップＳ１７）。そして再度ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を行う。以上の動作は、プローブ駆動部４７が、所定の位置すべてに色柄判別プローブ１１を押し当て、それぞれの位置でステップＳ１２〜Ｓ１５の処理が完了するまで繰り返される。

プローブ駆動部４７が所定の位置すべてに色柄判別プローブ１１を押し当て、それぞれの位置でステップＳ１２〜Ｓ１５の処理が完了すると（ステップＳ１６の「はい」）、プローブ駆動部４７は、あらかじめ設定された最初の位置に色柄判別プローブ１１を移動させる（ステップＳ１８）。その後に照明パターン切り替え部４１は、ＬＥＤ２２を最初の照明パターンに切り替える（ステップＳ１９）。この状態で画像取得部４３は、カメラ２３から画像５３を取得する（ステップＳ２０）。

画像取得部４３は、最後に取得した（ステップＳ２０）画像５３と、最初に取得した（ステップＳ１３）画像５３から、それぞれ所定の対比指標を算出し、両者を比較する。ここで対比指標とは、画像５３の同一性を検証するための指標であり、特徴量ベクトル５４の一部または全部であってもかまわない。

二つの対比指標の差が所定の基準範囲内である場合（ステップＳ２１の「はい」）、画像取得部４３は、最初に取得した画像５３と最後に取得した画像５３に大きな違いがない、すなわち判別中に対象物２の位置がずれたり、色柄判別プローブ１１の内部に外乱光が入射したりする擾乱は発生しなかったと判断し、それまでに画像取得部４３が取得したすべての画像５３から特徴量を抽出する（ステップＳ２２）。カテゴリ判別部４５は、抽出されたすべての特徴量に対して統計的な判別処理を行い、対象物２が属すると考えられるカテゴリと、そのカテゴリに対象物２が属する確度を算出して（ステップＳ２３）、処理は終了する。

一方、二つの対比指標の差が所定の基準範囲を逸脱した場合（ステップＳ２１の「いいえ」）、画像取得部４３は判別に支障をきたすような擾乱が発生したと判断し、取得したすべての画像５３を破棄する（ステップＳ２４）。そしてステップＳ１１から始まる一連の処理をやり直すよう、統括制御部４６ａに要求する。

［実施の形態２の効果］
この実施の形態２においては、プローブ駆動部４７が対象物２の表面に沿って色柄判別プローブ１１を移動させてカメラ２３で撮影することで、色柄判別プローブ１１を対象物２の１ヶ所に固定して対象物２の表面を撮影するよりもさらに多くの特徴量を取得することができる。すなわち対象物２の表面の１ヶ所において複数の照明パターンで繰り返し画像５３を取得する（ステップＳ１４）ことに加え、対象物２の表面の複数箇所でも繰り返し画像５３を取得する（ステップＳ１６）ことになる。たとえば対象物２の表面のＫヶ所に色柄判別プローブ１１を押し当てる位置が設定され、それぞれの位置ごとにＮとおりの照明パターンが用意されている場合、１回の判別を行うのにＫ×Ｎ枚の異なる画像５３を使用することができる。すなわち画像５３を１枚しか使用しない場合に比べ、はるかに多くの情報を判別処理に役立てることが可能になる。このように取得された大量の特徴量は、判別の確度をさらに高めるのに役立つ。

図１５は、この実施の形態２の色柄判別装置１Ｂにおけるプローブ位置、照明パターンと特徴量の対応例を示す図である。図１５の表３００に模式的に示すとおり、この実施の形態２では、対象物２の表面のＫヶ所に色柄判別プローブ１１を押し当てる位置（位置１、位置２，……，位置Ｋ）を設定し、それぞれの位置ごとにＮとおりの照明パターン２０１（第１の照明パターン２０１_１，第２の照明パターン２０１_２，……，第Ｎの照明パターン２０１_Ｎ）を切り替える。図１５に示すように、それぞれの位置と照明パターン２０１との組み合わせ３０１（組み合わせ３０１_１１，組み合わせ３０１_１２，……，組み合わせ３０１_ＫＮ）ごとに画像５３を取得し、それぞれの画像５３からＭ個の特徴量Ｃ（たとえば位置１と照明パターン１の組み合わせ３０１_１１のもとで撮影された画像５３から特徴量Ｃ_１１１，Ｃ_１１２，……，Ｃ_１１Ｍ、位置Ｋと照明パターンＮの組み合わせ３０１_ＫＮのもとで撮影された画像５３から特徴量Ｃ_ＫＮ１，Ｃ_ＫＮ２，……，Ｃ_ＫＮＭ）を抽出する。したがって全体としてはＫ×Ｎ×Ｍ個の特徴量Ｃが抽出されることになる。実施の形態１の色柄判別装置１Ａでは、Ｎ×Ｍ個の特徴量Ｃしか得られないのに比べ、この実施の形態２の色柄判別装置１Ｂでは、より多くの特徴量Ｃを抽出することができる。先にも述べたように、一般に統計的な判別アルゴリズムでは、特徴量の数（特徴量ベクトルの次元）が高いほど判別精度が向上する。そのためこの実施の形態２の色柄判別装置１Ｂでは、実施の形態１の色柄判別装置１Ａと比べても、判別の精度を著しく高めることができる。

またこの実施の形態２においては、プローブ駆動部４７の制御に基づき、プローブ駆動機構６２のアクチュエータ（図示せず）によって色柄判別プローブ１１を対象物２の表面に沿って色柄判別プローブ１１を移動させながら対象物２の画像５３を撮影することにより、使用者が手動で対象物２の表面に沿って色柄判別プローブ１１を移動させながら画像５３を撮影する場合に比べ、色柄判別プローブ１１の移動量や移動位置を正確に制御することができる。そのため、カテゴリの判別の確度を高められる画像５３を高い精度で取得することが可能になり、判別の確度をより一層高めることができる。

この実施の形態２においては、異なる時間に撮影された複数の画像５３から求めた対比指標の差が所定の基準範囲を逸脱した場合（ステップＳ２１の「いいえ」〜ステップＳ２４）、判別に支障をきたすような擾乱が発生したと判断することができる。これにより、撮影状態の悪い画像５３が色柄の判別に用いられて判別精度を低下させることを抑止し、高い精度で対象物２の色柄を判別することができる。なお同様の擾乱検出方法を、実施の形態１の色柄判別装置１Ａに対して適用することも可能であるが、この実施の形態２の色柄判別装置１Ｂではより効果的である。

なお上記各実施の形態は本発明の例示であり、本発明が上記各実施の形態のみに限定されることを意味するものでないことは言うまでもない。

１Ａ，１Ｂ・・・色柄判別装置
２，２_ａ，２_ｂ・・・対象物
１０・・・（色柄判別プローブの）本体部
１１・・・色柄判別プローブ
１２・・・本体装置
１３・・・接続ケーブル
１４・・・キーボード
１５・・・ディスプレイ
２０・・・記録部
２１・・・ハウジング（遮蔽手段）
２２，２２_ａ，２２_ｂ・・・ＬＥＤ（照明手段）
２３・・・カメラ（撮影手段）
２４・・・スカート（遮蔽手段）
２５・・・上面部
２６・・・開口部
２７・・・内面部
２８・・・段差部
２９・・・密着部
３０・・・導光材
３１・・・設置部
３２・・・液晶フィルタ
３３・・・開口部
４０・・・色柄判別プログラム
４１・・・照明パターン切り替え部（照明制御手段）
４２・・・撮影制御部（撮影制御手段）
４３・・・画像取得部（指標算出手段、指標判定手段）
４４・・・特徴量抽出部（特徴量抽出手段）
４５・・・カテゴリ判別部（カテゴリ判別手段）
４６・・・統括制御部
４６ａ・・・統括制御部（駆動制御手段）
４７・・・プローブ駆動部
５１・・・照明制御信号
５２・・・映像
５３・・・画像（画像データ）
５５・・・動作指示
５６・・・プローブ駆動信号
６１・・・（色柄判別プローブとプローブ駆動機構からなる）本体部
６２・・・プローブ駆動機構
６３・・・移送部
６４・・・連結部
１００，１００_１〜１００_５・・・カテゴリ
２００，３００・・・表
２０１，２０１_１〜２０１_Ｎ・・・照明パターン
３０１，３０１_１１〜３０１_ＫＮ・・・（位置と照明パターンの）組み合わせ
Ｃ，Ｃ_１１〜Ｃ_ＮＭ，Ｃ_１１１〜Ｃ_ＫＮＭ・・・特徴量
Ｄ１・・・斜め方向
Ｄ２・・・垂直方向
Ｄ３・・・垂直に近い方向
Ｄ４・・・斜めの方向
Ｄ５・・・水平に近い方向
Ｄ６・・・上方向
Ｄ７・・・表面方向
Ｄ８，Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１・・・方向
Ｓ１〜Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ２４・・・ステップ

Claims (9)

1. 対象物の表面の色柄の判別に用いられる色柄判別プローブであって、
   前記対象物の表面に光を照射するように配設された照明手段と、
   前記対象物の表面に対向して配置され、前記照明手段によって光を照射された前記対象物の表面を撮影する撮影手段と、
   前記対象物の表面と、前記照明手段と、前記撮影手段とを外部から光学的に遮蔽する遮蔽手段とを備え、
   前記照明手段は、前記対象物の表面に光を照射するパターンとしての照明パターンを複数保持し、所定の制御信号の入力を受けて前記複数の照明パターンを切り替え可能に構成され、
   前記撮影手段は、前記照明手段の発する光が照射された前記対象物の表面を撮影し、前記色柄の判別に用いるための画像データを取得する機能を備える
   ことを特徴とする色柄判別プローブ。
2. 請求項１に記載の色柄判別プローブであり、
   前記撮影手段、前記照明手段および前記遮蔽手段を一体化した本体部を備え、
   前記遮蔽手段が、前記対象物の表面に対向して光学的に開口形成された開口部を有する
   ことを特徴とする色柄判別プローブ。
3. 請求項１に記載の色柄判別プローブであり、
   前記撮影手段、前記照明手段および前記遮蔽手段を一体化した本体部を備え、
   前記本体部の少なくとも一部が、前記色柄判別プローブの使用者が把持可能に形成されており、
   前記遮蔽手段の少なくとも一部が、弾性変形可能な材質によって前記対象物の表面に密着可能に形成されている
   ことを特徴とする色柄判別プローブ。
4. 請求項１ないし３のいずれか一つに記載の色柄判別プローブであり、
   前記照明手段が、制御信号の入力を受けて光学的な特性を変化させる機能を持つ光学的素子を備え、
   前記光学的素子は、前記光学的な特性を変化させることで、前記複数の照明パターンを切り替えることができるように配置されている
   ことを特徴とする色柄判別プローブ。
5. 請求項１ないし４のいずれか一つに記載の色柄判別プローブであり、
   前記照明手段が、前記対象物の表面に照射される光の照度が異なる前記複数の照明パターンを有し、
   前記照明パターンの違いによる前記照度の変化が、前記撮影手段の明度分解能を下回るように構成されている
   ことを特徴とする色柄判別プローブ。
6. 請求項１ないし５のいずれか一つに記載の色柄判別プローブであり、
   前記照明手段が前記対象物の表面に対して斜め方向から光を照射し、
   前記撮影手段は、前記照明手段の発する光が前記対象物の表面の凹凸に照射されることによって生じる影を含む画像データを取得する
   ことを特徴とする色柄判別プローブ。
7. 請求項１ないし６のいずれか一つに記載の色柄判別プローブと、
   前記照明手段に、前記複数の照明パターンを切り替えさせる制御信号を送信する照明制御手段と、
   前記撮影手段の、前記対象物の表面を撮影して画像データを取得する動作を制御する撮影制御手段と、
   前記撮影手段の撮影によって取得された画像データを取得する画像取得手段と、
   前記複数の照明パターンを切り替えながら前記撮影手段が取得した複数の前記画像データから、複数の特徴量を取得する特徴量取得手段と、
   前記特徴量取得手段によって取得された、前記特徴量に対する統計処理を行って前記対象物の表面の属するカテゴリを判別するカテゴリ判別手段とを備える
   ことを特徴とする色柄判別装置。
8. 請求項７に記載の色柄判別装置であり、
   前記の画像データから所定の方法で指標を算出する指標算出手段を備え、
   前記撮影手段が、同一の前記照明パターン、前記対象物の表面の同一の撮影位置での撮影を異なる時刻に行って複数の画像データを取得し、
   前記指標算出手段によって前記複数の画像データから算出された前記指標が、所定の基準から逸脱した場合に判別を不可とする指標判定手段を備える
   ことを特徴とする色柄判別装置。
9. 請求項７または８に記載の色柄判別装置であり、
   前記色柄判別プローブを前記対象物の表面に押し当てるプローブ駆動手段と、
   単一の前記対象物の表面に複数の撮影位置を設定しており、所定の制御信号によって前記プローブ駆動手段を駆動させて、対応する前記撮影位置に前記色柄判別プローブを押し当てる駆動制御手段を有し、
   前記撮影手段が、前記色柄判別プローブの押し当てられた前記撮影位置ごとに複数の前記画像データを取得し、
   前記特徴量取得手段が、前記複数の撮影位置で取得された複数の前記画像データから複数の特徴量を取得する
   ことを特徴とする色柄判別装置。