JP2021021710A - 表面特性評価方法、表面特性評価装置、及び表面特性評価プログラム - Google Patents

表面特性評価方法、表面特性評価装置、及び表面特性評価プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成でより多くの観察角度条件で表面特性を評価可能とする。【解決手段】光輝材を含む塗装面の表面特性を評価する表面特性評価方法であって、塗装面に光を照射する照明装置２を回転させて塗装面の反射条件が変化する様子を、塗装面を有するサンプルＰを一方向に移動させながらラインスキャンカメラ４で撮像することで、連続的に多角度条件を含む多角度条件画像を取得する多角度条件画像取得ステップＳ１０１と、取得された多角度条件画像から塗装面の面内色度分布を取得する面内色度分布取得ステップＳ１０２と、取得された面内色度分布に基づき、多角度条件のそれぞれの表面特性評価値としての粒子特性Ｓを算出する表面特性評価ステップＳ１０７と、を含む。【選択図】図７

Description

本発明は、表面特性評価方法、表面特性評価装置、及び表面特性評価プログラムに関する。
近年、自動車や家電の外装において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多く用いられている。上記塗料を製品外装に塗布することによって、視覚的に光輝材特有のきらきら感が知覚される。
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、上記きらきら感を粒子特性などの表面特性評価値として数値化する計測装置や方法が既に知られている（例えば特許文献１参照）。
ところで、粒子特性は、塗装に含まれる光輝材の大きさや配向分布などが要因で観察角度によって見え方が変化するために、様々な角度での評価が必要である。特許文献１に記載の従来手法では、複数の照明を用いて多角度条件を計測評価しており、角度条件を増やすためには照明または受光器の数を増やさなければならず、コストの増加や装置サイズが大きくなるといった問題がある。
本発明は、簡易な構成でより多くの観察角度条件で表面特性を評価可能とすることを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一観点に係る表面特性評価方法は、光輝材を含む塗装面の表面特性を評価する表面特性評価方法であって、前記塗装面に光を照射する照明装置、または、前記光を照射される前記塗装面を撮像する撮像装置の少なくとも一方を回転させて前記塗装面の反射条件が変化する様子を、前記塗装面を有するサンプルを一方向に移動させながら前記撮像装置で撮像することで、連続的に多角度条件を含む多角度条件画像を取得する多角度条件画像取得ステップと、前記多角度条件画像取得ステップにて取得された前記多角度条件画像から前記塗装面の面内色度分布を取得する面内色度分布取得ステップと、前記面内色度分布取得ステップにて取得された前記面内色度分布に基づき、前記多角度条件のそれぞれの表面特性評価値を算出する表面特性評価ステップと、を含む。
簡易な構成でより多くの観察角度条件で表面特性を評価することができる。
本実施形態で用いる２６種類のサンプルの表面の拡大画像を示す図 本実施形態に係る表面特性評価装置の概略構成を示す図 角度条件の説明図 本実施形態により取得した多角度条件画像の例を示す図 制御装置の機能ブロック図 制御装置のハードウェア構成図 表面特性評価処理のフローチャート 観察距離４００ｍｍの場合のＣＳＦの特性の一例を示す図 本実施形態で算出した粒子特性の一例を示す図 主観評価実験の概要を説明する模式図 主観評価点と粒子特性との相関関係を示す図
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
［サンプルの概要］
本実施形態に係る表面特性評価装置１及び表面特性評価方法では、評価対象として複数の性状の異なるサンプルＰを用いて、各サンプルＰの多角度条件における表面特性（本実施形態では粒子特性Ｓ）を算出する。まず図１を参照して、本実施形態で用いるサンプルＰの概要を説明する。
粒子特性Ｓは、塗装内に含まれている光輝材のサイズや配向角によって変化することが知られている。それゆえ、本実施形態では光輝材のサイズに注目し、光輝材サイズの異なる平板の塗装サンプルを２６枚用意する。以下では各サンプルをＰ１〜Ｐ２６の符号で個別に表記する場合と、全部をまとめてＰの符号で表記する場合がある。
サンプルＰのサイズは約３０×２５ｍｍであり、色はすべてメタリックシルバーである。図１は、本実施形態で用いる２６種類のサンプルＰ１〜Ｐ２６の表面の拡大画像を示す図である。図１では、横幅が１５ｍｍの領域を拡大視している。図１において、サンプルＰ１が最も光輝材サイズが大きく、符号の番号が増えるごとにサイズが小さくなり、サンプルＰ２６が最も光輝財サイズが小さい。光輝材の直径は約８μｍ〜約６０μｍの範囲である。一般的に、光輝材が大きいと、人はぎらぎら、あるいはきらきらとした粒子の印象を強く感じるのに対し、光輝材が小さいと、それらを感じにくくなる。
［表面特性評価装置］
図２は、本実施形態に係る表面特性評価装置１の概略構成を示す図である。図２では、表面特性評価装置１の各要素の配置が平面視で表されている。図２に示すように、表面特性評価装置１は、照明装置２と、サンプルステージ３と、ラインスキャンカメラ４（撮像装置）と、回転ステージ５（回転装置）と、リニアステージ６（移動装置）と、制御装置７とを備える。
照明装置２は、サンプルＰの塗装面に光を照射する。本実施形態では、照明装置２として高演色ＬＥＤが用いられ、レンズによって平行光化されている。サンプル表面付近での明るさは約１４０００ルクスである。照明装置２は、高演色ＬＥＤのほかにハロゲン、キセノン等でもよい。
サンプルステージ３は、サンプルＰを載置する台であり、照明装置２の光がサンプルＰの塗装面に当たるように、塗装面が照明装置２に対向するようサンプルＰを立設した状態で保持できる。
ラインスキャンカメラ４は、光が照射されたサンプルＰの塗装面を撮像する。ラインスキャンカメラ４は、本実施形態では分光タイプのものが用いられ、４００〜１０００ｍｍの範囲を１２ｂｉｔのダイナミックレンジで計測することができる。本実施形態では、上記の計測範囲のうち、４００〜７００ｍｍの範囲を３１バンドの分解能で使用する。画像の解像度は、約１０００ｄｐｉ（２５μｍ／ｐｉｘｅｌ）になるように設定する。ラインスキャンカメラ４は、分光タイプの他にＲＧＢまたはモノクロカメラでもよい。
回転ステージ５は、照明装置２を回転移動させる。回転ステージ５は、サンプルＰの立設方向（たとえば鉛直方向）に延在する回転軸を有し、この回転軸から径方向に延びるアーム５Ａに照明装置２が固定される。照明装置２は、光軸が回転軸と交差するよう回転ステージ５の回転中心側に向くように設置される。これにより、回転ステージ５の回転に伴って照明装置２も回転軸まわりに回転して、照射角度を連続的に変更させるよう構成される。
リニアステージ６は、サンプルステージ３を一方向に移動させる。リニアステージ６は、その移動方向が回転ステージ５の回転軸と重なるように設置される。これにより、サンプルステージ３に載置されたサンプルＰへの照射位置を移動方向に沿って連続的に変更させるよう構成される。
制御装置７は、照明装置２、ラインスキャンカメラ４、回転ステージ５、リニアステージ６の動作を制御する。より詳細には、制御装置７は、照明装置２の点灯／消灯、ラインスキャンカメラ４の撮影タイミング、回転ステージの回転／停止、リニアステージ６の移動／停止を連動させて、ラインスキャンカメラ４により各サンプルＰの多角度条件画像ＩＭを取得する。また、制御装置７は、ラインスキャンカメラ４により取得した多角度条件画像ＩＭを用いて塗装面の粒子特性Ｓを算出する。
本実施形態では、図２に示すように、ラインスキャンカメラ４に対して、サンプルＰは１５°傾けたサンプルステージ３に取り付けられている。ラインスキャンカメラ４の受光角は１５度である。照明装置２は、正反射条件から−６０．５度傾けた位置を初期位置（１５°ａｓ−６０．５°）として、正反射条件から−４．５°の位置（１５°ａｓ−４．５°）まで、５６°に亘って回転する。
ここで、角度条件の表記の仕方について説明する。図３は角度条件の説明図である。角度条件は（受光角度：○○°ａｓ 入射角度：××°）と表記する。受光角度は、サンプルＰの法線方向に対するラインスキャンカメラ４の受光器の傾きである。また、入射角度は、受光角度と正反射条件になる照明装置２の入射角度を基準（０°）とした際の傾きである。サンプル法線方向への傾きは正の角度、反対方向への傾きは負の角度で表す。
表面特性評価装置１では、回転ステージ５と、リニアステージ６とは離間した別要素として設けられており、回転ステージ５の回転位置に依存することなく、リニアステージ６の移動方向は一の方向に維持される。つまり、リニアステージ６の移動方向が、回転ステージ５の回転に伴って回転変化することがないよう構成されている。したがって、回転ステージ５によって照明装置２を回転させながら、リニアステージ６によってサンプルＰを一方向に移動させることができる。
本実施形態では、照明装置２が回転している間、サンプルステージ３をリニアステージ６で動かしながらラインスキャンカメラ４で撮影をすることで、サンプルＰの塗装面の２次元画像を取得することができる。計測した画像は８５０×５６０ｐｉｘｅｌであり、照明が１°回転する間に１０ｐｉｘｅｌスキャンするように設定する。ここで、縦８５０ｐｉｘｅｌがラインスキャンカメラ４のラインセンサの固定画素数であり、横５６０ｐｉｘｅｌがスキャンした合計の解像度である。つまり、本実施形態では、前述のとおり１°あたり１０ｐｉｘｅｌの速度でスキャンするため、上記の二次元画像の１画像によって、５６角度条件（５６０ｐｉｘｅｌ÷１０ｐｉｘｅｌ）を含む多角度条件画像ＩＭを取得することができる。
本実施形態では、サンプルステージ３をラインスキャンカメラ４に対して１５°傾けて配置しているが、垂直に配置してもよい。加えて、本実施形態では合計で５６角度条件を一度に計測したが、照明装置２の回転速度を調節することで、角度条件を増やすことも減らすことも可能である。
図４は、本実施形態により取得した多角度条件画像ＩＭの例を示す図である。図４の画像は、取得した分光画像からＲＧＢ画像に変換したものである。図４には、サンプルＰ１、Ｐ１３、Ｐ２６の画像例がそれぞれ示されている。各画像において、左端が（１５°ａｓ−６０．５°）であり、右端が（１５°ａｓ−４．５°）である。光輝材が大きいサンプルＰ１では、他の２つのサンプルと比べてシェード条件でも光輝材の強い輝点が確認できる。また、正反射に近いハイライト条件において粒子特性が強いことが確認できる。
［制御装置の機能ブロック］
図５は、制御装置７の機能ブロック図である。図５に示すように、制御装置７は、上記の機能に関して、照明装置制御部１１と、ラインスキャンカメラ制御部１２と、回転ステージ制御部１３と、リニアステージ制御部１４と、多角度条件画像取得部１５と、面内色度分布取得部１６と、空間周波数特性算出部１７と、重み付け部１８と、積分値取得部１９と、補正部２０と、表面特性評価部２１と、を備える。
照明装置制御部１１は、照明装置２の動作を制御する。ラインスキャンカメラ制御部１２は、ラインスキャンカメラ４の動作を制御する。回転ステージ制御部１３は、回転ステージ５の動作を制御する。リニアステージ制御部１４は、リニアステージ６の動作を制御する。
多角度条件画像取得部１５は、図４に示す多角度条件画像ＩＭを取得する。多角度条件画像取得部１５は、照明装置制御部１１と、ラインスキャンカメラ制御部１２と、回転ステージ制御部１３と、リニアステージ制御部１４のそれぞれに動作指令を送信して、照明装置２と、ラインスキャンカメラ４と、回転ステージ５と、リニアステージ６とを連動させて、多角度条件画像ＩＭを取得する。多角度条件画像取得部１５は、照明装置２によりサンプルＰの塗装面に光を照射し、かつ、回転ステージ５により照明装置２を回転させて塗装面の反射条件が変化する様子を、リニアステージ６によりサンプルＰを一方向に移動させながらラインスキャンカメラ４で撮像する。
面内色度分布取得部１６は、多角度条件画像ＩＭからサンプルＰの塗装面の面内色度分布を取得する。
空間周波数特性算出部１７は、面内色度分布の変動量に基づいて、角度条件毎に多角度条件画像を分割して個々の空間周波数特性を算出する。
重み付け部１８は、空間周波数特性算出部１７により算出された角度条件ごとの空間周波数特性のそれぞれを視覚の空間周波数特性で重み付けする。
積分値取得部１９は、重み付け部１８により重み付けされた空間周波数特性を積分して各サンプルＰごとの積分値を算出する。
補正部２０は、積分値取得部１９により算出された積分値に対して光輝材の反射強度で補正する。
表面特性評価部２１は、補正部２０により補正された積分値を用いて、多角度条件のそれぞれの表面特性評価値（粒子特性）を算出する。
なお、面内色度分布取得部１６と、空間周波数特性算出部１７と、重み付け部１８と、積分値取得部１９と、補正部２０と、表面特性評価部２１の機能の詳細については図７を参照して後述する。
図６は、制御装置７のハードウェア構成図である。図６に示すように、制御装置７は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、主記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３、入力デバイスであるキーボード及びマウス等の入力装置１０４、ディスプレイやタッチパネル等の出力装置１０５、ネットワークカード等のデータ送受信デバイスである通信モジュール１０６、ハードディスク等の補助記憶装置１０７、などを含むコンピュータシステムとして構成することができる。
図５に示す制御装置７の各機能は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェア（表面特性評価プログラム）を読み込ませることにより、ＣＰＵ１０１の制御のもとで通信モジュール１０６、入力装置１０４、出力装置１０５を動作させるとともに、ＲＡＭ１０２や補助記憶装置１０７におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。すなわち、本実施形態の表面特性評価プログラムをコンピュータ上で実行させることで、表面特性評価装置１は、図５の照明装置制御部１１、ラインスキャンカメラ制御部１２、回転ステージ制御部１３、リニアステージ制御部１４、多角度条件画像取得部１５、面内色度分布取得部１６、空間周波数特性算出部１７、重み付け部１８、積分値取得部１９、補正部２０、表面特性評価部２１として機能する。
本実施形態の表面特性評価プログラムは、例えばコンピュータが備える記憶装置内に格納される。なお、表面特性評価プログラムは、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、コンピュータが備える通信モジュール等により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。また、製造実行プログラムは、その一部又は全部が、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの持ち運び可能な記憶媒体に格納された状態から、コンピュータ内に記録（インストールを含む）される構成としてもよい。
［表面特性評価方法］
図７を参照して本実施形態による表面特性評価方法を説明する。図７は、表面特性評価処理のフローチャートである。
ステップＳ１０１では、多角度条件画像取得部１５により、サンプルＰの塗装面の多角度条件画像ＩＭが取得される（多角度条件画像取得ステップ）。多角度条件画像取得部１５は、図２〜図５を参照して説明したように、サンプルＰがサンプルステージ３に設置された状態で、回転ステージ５を回転駆動させて照明装置２から出力される光の塗装面への入射角度を（１５°ａｓ−６０．５°）から（１５°ａｓ−４．５°）まで、５６°に亘って回転させる。また、この回転の実施中に、１°回転あたりラインスキャンカメラ４のラインセンサの１０ピクセル分だけリニアステージ６を一方向に移動させながら、ラインスキャンカメラ４によりサンプルＰを撮影する。これにより、１つのサンプルＰについて、１角度条件あたり１０ピクセル分の画像を５６角度条件分含む１枚の多角度条件画像ＩＭを取得することができる。以降では、この多角度条件画像ＩＭを「分光画像」とも表記する場合がある。
ステップＳ１０２では、面内色度分布取得部１６により、ステップＳ１０１にて取得された分光画像ＩＭがＬ＊ａ＊ｂ＊画像に変換され、面内色度分布が取得される（面内色度分布取得ステップ）。以下にその手順を説明する。
Ｌ＊ａ＊ｂ＊画像を算出するために、まず下記の（１）式を用いて分光画像ＩＭをＸＹＺ画像に変換する。
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は係数である。ｋは下記の（２）式から算出される。なお、分光反射率Ｒ（λ）は、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の撮影データを用いて、サンプルＰの撮影データを規格化し、反射率化する。
なお、上記の（１）式の分光反射率Ｒ（λ）とは、「サンプルＰを計測した多角度条件画像ＩＭを、白色基準板をサンプルＰと同じ計測条件で取得した多角度条件画像で除算した多角度条件反射率画像」とも表現できる。
次に、下記の（３）式を用いてＸＹＺ画像からＬ＊ａ＊ｂ＊画像に変換する。
本実施形態では、等色関数は１０度視野条件とし、Ｓ（λ）はＤ６５の分光分布とした。Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎは国際照明委員会（ＣＩＥ）で定められた完全拡散反射面での３刺激値であり、Ｘｎ＝９６．４２、Ｙｎ＝１００、Ｚｎ＝８２．４９である。
ステップＳ１０３では、空間周波数特性算出部１７により、ステップＳ１０２にて得られた色度分布図のうち、Ｌ＊画像を用いて空間周波数特性が算出される（空間周波数特性算出ステップ）。以下にその手順を説明する。
まず、Ｌ＊画像を１°毎、つまり８５０×１０ｐｉｘｅｌに５６分割する。ここで、分割した画像はそれぞれの分割画像の中心角度で幾何条件を定義する。例えば、−６０．５°から−５９．５°までの分割画像の場合、（１５°ａｓ−６０°）条件と定義する。
次に、分割した各Ｌ＊画像において、以下の処理を行う。各画素における値からＬ＊画像平均値を差し引き、Ｌ＊偏差画像を取得する。ここで、Ｌ＊画像平均値とは、８５０×１０ｐｉｘｅｌの各画素のＬ＊値をすべて総和した後、画像サイズ（８５０×１０ｐｉｘｅｌ）で除算した値Ｌ＊ａｖｅのことである。偏差画像にすることで、輝度のコントラスト成分を抽出できる。金属面やメッキ調のようなサンプルは、偏差画像にすると、一様に０に近づき、きらきらしたサンプルにおいては、局所的に偏差の値が大きくなったりする。このように局所的に強くなる画素が、粒子特性として人の目には感知される。取得した各角度のＬ＊偏差画像を２次元フーリエ変換する。フーリエ変換することで、周波数に対する振幅分布、すなわち空間周波数特性を取得する。
ステップＳ１０４では、重み付け部１８により、ステップＳ１０３で得られた２次元の空間周波数特性に対して、「観察距離に対する視覚の空間周波数特性（ＣＳＦ）」で重み付けを行う（重み付けステップ）。 本実施形態では、視覚の空間周波数特性として、以下の（４）式に示す関数を用いている。これにより、任意の観察距離における人間の感度特性に合うよう、ステップＳ１０３で得られた２次元の空間周波数特性を強調または抑制できる。 本実施形態では観察距離４００ｍｍとする。
ここでνの単位はｃｙｃｌｅ／ｄｅｇｒｅｅである。νは、視野角１°あたりに何サイクルの波が入っているかを表す指標であり、高周波の場合相対的に大きい値となり、低周波の場合相対的に小さい値となる。図８は、観察距離４００ｍｍの場合のＣＳＦの特性の一例を示す図である。図８の横軸は周波数、縦軸は感度である。図８において、周波数の単位はｃｙｃｌｅ／ｄｅｇｒｅｅからｃｙｃｌｅ／ｍｍに変換している。（４）式は１次元式であるため、０周波数軸を中心として回転させて２次元化してから重みづけを行っている。
なお、本実施形態では、上記（４）式の左辺において「視覚の空間周波数特性」を「ＣＳＦ」との略語で表記するが、「ＶＴＦ」と表記する場合もある。また、「視覚の空間周波数特性」として、上記（４）式とは異なる他の既知の視覚特性についての関数を利用してもよい。観察距離は可変でもよい。
ステップＳ１０５では、積分値取得部１９により、ステップＳ１０４で取得した重み付け２次元空間周波数特性が積分され、積分値ＧＬ＊が算出される（積分値取得ステップ）。所謂きらきらしているほど、積分値ＧＬ＊は大きな値をとる。本実施形態では、すべての周波数帯領域を用いて積分値ＧＬ＊を算出したが、特定の周波数帯領域での粒子特性に注目したい場合は、上記周波数帯のみを積分して積分値ＧＬ＊を求めてもよい。
ステップＳ１０６では、補正部２０により、光輝材反射強度を用いた補正が行われる（補正ステップ）。反射強度が特に高い一部の光輝材を考慮するためである。具体的には、人は、サンプルＰ内の特に反射強度の高い一部の光輝材に影響を受け、粒子特性を強く認知する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、面内色度分布内の光輝材の反射強度が高いほど、積分値ＧＬ＊が高くなるように補正を行うことが望ましい。本実施形態では、補正値ＨはステップＳ１０２にて算出した各角度条件での８５０×１０ｐｉｘｅｌのＬ＊画像において、Ｌ＊値が大きい上位１０ｐｉｘｅｌを平均した値としている。なお、計測サイズに応じて補正値として取り出すｐｉｘｅｌ数を変更しても良い。
ステップＳ１０７では、表面特性評価部２１により、最後に以下の（５）式を用いて粒子特性Ｓが算出される（表面特性評価ステップ）。
上記（５）式は、「人間の感覚は対数的に変化する」というウェーバー・フェヒナーの法則に則り、対数で表している。図９は、本実施形態で算出した粒子特性Ｓの一例を示す図である。図９において、横軸は照明装置２の角度条件、縦軸は粒子特性Ｓである。図９では、サンプルＰ１、Ｐ５、Ｐ１０、Ｐ１５、Ｐ２０、Ｐ２５の特性グラフが図示されている。図９より、サンプルＰ１は特に粒子特性Ｓの値が大きく、かつ、ハイライトからシェードにかけて値の変化が大きいことが確認できる。
［主観評価実験］
本実施形態により算出された塗装面の粒子特性Ｓの妥当性を検証するため、主観評価実験を行った。以下、主観評価実験について説明する。
図１０は、主観評価実験の概要を説明する模式図である。主観評価実験では、３名の被験者に対し、図１０に示す実験手順のように、サンプルＰ１の粒子特性を１００点とし、サンプルＰ２６の粒子特性を１点とした場合に、その他のサンプルＰ２〜Ｐ２５の２４個のサンプルの粒子特性が何点になるかを評価させた。
図１０の実験条件に示すように、サンプルＰは黒いマット紙の上に置き、サンプルＰの法線方向から１５°傾けた条件から人工太陽光を照射した。サンプルＰの表面付近での照度は約８０００ルクスであった。また、人工太陽光の正反射方向から、１５°、３０°、４５°傾けた角度から被験者にサンプルＰを観察してもらった。観察距離は４００ｍｍである。各条件において、被験者３名の平均点数を主観評価点とした。
図１１は、主観評価点と粒子特性Ｓとの相関関係を示す図である。図１１には、３種類の観察条件（１５°ａｓ−１５°）、（１５°ａｓ−３０°）、（１５°ａｓ−４５°）のそれぞれの主観評価点と、各観察条件の角度に対応する粒子特性Ｓとの相関関係が図示されている。各角度の粒子特性Ｓは、（５）式で算出し、さらに、主観評価点の範囲（１〜１００点）と対応させるために、（５）式の各サンプルＰ１〜Ｐ２６の算出値を１から１００の範囲に変換している。
粒子特性Ｓの変換手法は、例えば以下の手順となる。
（１）元データにおいて最大値と最大値の差分をとる。
（２）差分を９９分割して、点数間隔を求める。点数間隔は、変換後の１点あたりの元データの差分である。
（３）元データの最大値を１００点、最小値を１点として、他のサンプルの値ごとに最大値または最小値との差分に応じて各得点を求める。
図１１に示すように、３種類の観察条件のいずれも主観評価点と粒子特性Ｓとの間に強い相関関係がある。また、各グラフの寄与率は、０．９２、０．９０、０．８７と非常に高い。これにより、本実施形態により算出された塗装面の粒子特性Ｓが妥当であることが確認できた。
以上のように、本実施形態では、サンプルＰの塗装面の表面特性の評価に用いる画像として、連続的に多角度条件を含む多角度条件画像ＩＭを用いる。この多角度条件画像ＩＭは、多角度条件画像取得ステップＳ１０１において、塗装面に光を照射する照明装置２を回転させて塗装面の反射条件が変化する様子を、塗装面を有するサンプルＰを一方向に移動させながらラインスキャンカメラ４で撮像する、という一連の動作を実行させることで、１枚の画像として取得できる。したがって、多角度条件画像ＩＭを取得するために例えば複数の計測条件下で撮影した複数の画像を合成する処理などの撮像後の後処理が不要であり、多角度条件画像ＩＭを容易に取得可能となる。したがって、この多角度条件画像を用いて表面特性の評価を行なえば、簡易な構成でより多くの観察角度条件で表面特性を評価可能とすることができる。
特に本実施形態の場合、表面特性評価値として粒子特性Ｓを算出するので、各角度条件の画像としてある程度の幅（たとえば１０ピクセル）を持たせた画像が必要となる。このため、サンプルＰを固定してサンプルＰの同一箇所を別の角度条件で撮影したデータを取得しても粒子特性Ｓを算出することはできず、必然的にサンプルＰまたはカメラを一方向に移動させて撮影することになる。したがって、本実施形態の上記の多角度条件画像ＩＭの取得方法は、従来の粒子特性Ｓを算出するための画像の取得方法と共通点が多いので、より一層簡易な構成で表面特性の評価が可能となり、表面特性評価値として粒子特性Ｓを用いる場合に特に効果的である。
また、本実施形態では、重み付けステップＳ１０４において、サンプルＰの塗装面の観察距離に応じてＣＳＦ（視覚の空間周波数特性）を変化させ、空間周波数特性算出ステップＳ１０３にて算出された空間周波数特性のそれぞれに対して重み付けする。これにより、想定する観察距離に応じて、表面特性評価値としての粒子特性Ｓを算出することができ、より高精度の粒子特性Ｓの算出が可能となる。
また、本実施形態では、多角度条件画像取得ステップＳ１０１において、サンプルＰの移動速度に応じてラインスキャンカメラ４のスキャン速度を調節して撮像を行う。これにより、取得した多角度条件画像ＩＭにおいて、各画素当たりの縦横の計測範囲を同じにすることができ、各角度条件の撮像範囲を均一化して粒子特性Ｓの精度のばらつきを抑制できる。
また、本実施形態では、多角度条件画像取得ステップＳ１０１において、照明装置２の回転速度を任意に調節できる。これにより、取得した多角度条件画像ＩＭにおいて、取得できる角度条件の数を調節できる。
また、本実施形態では、面内色度分布取得ステップＳ１０２にて取得される面内色度分布は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の変動量を含む。これにより、人間の感覚に合う等色系に変換することで、目視評価との相関が向上する。
また、本実施形態では、面内色度分布取得ステップＳ１０２において、多角度条件画像ＩＭをＬ＊ａ＊ｂ＊表色系へ変換して面内色度分布を取得する。このＬ＊ａ＊ｂ＊表色系への変換は、サンプルＰを計測した多角度条件画像ＩＭを、白色基準板をサンプルＰと同じ計測条件で取得した多角度条件画像で除算した多角度条件反射率画像を用いる。言い換えると、上記（１）式に示すとおり、分光反射率Ｒ（λ）を用いて多角度条件画像ＩＭの変換を行う。これにより、多角度条件反射率画像を用いることでキャリブレーションの役割を果たし、安定した色変換ができる。
また、本実施形態では、サンプルＰまたは白色基準板の計測を行う前に暗電流補正を行う。これにより、カメラ特有のノイズを低減させることができる。特に低明度サンプル計測時に有効である。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
上記実施形態では、塗装面の表面特性を示す評価値として粒子特性Ｓを算出する構成を例示したが、例えば明度や色の変化など他の表面特性評価値を算出する構成でもよい。
上記実施形態では、多角度条件画像ＩＭを取得する際に、照明装置２を回転させ、ラインスキャンカメラ４を固定する構成を例示したが、ラインスキャンカメラ４が連続的に変化する多角度条件で塗装面を撮像できれば他の構成でもよい。例えば、上記実施形態とは反対に、照明装置２を固定し、ラインスキャンカメラ４を回転させる構成でもよい。
上記実施形態では、サンプルＰの塗装面を撮像する撮像装置としてラインスキャンカメラ４を例示したが、例えばカメラ内部にスキャン機構を持つエリアカメラなど他の撮像装置を用いる構成でもよい。
１ 表面特性評価装置
２ 照明装置
３ サンプルステージ
４ ラインスキャンカメラ（撮像装置）
５ 回転ステージ（回転装置）
６ リニアステージ（移動装置）
７ 制御装置
１５ 多角度条件画像取得部
１６ 面内色度分布取得部
１７ 空間周波数特性算出部
１８ 重み付け部
１９ 積分値取得部
２０ 補正部
２１ 表面特性評価部
Ｐ サンプル
ＩＭ 多角度条件画像
特許第５４７５０５７号

Claims (14)

  1. 光輝材を含む塗装面の表面特性を評価する表面特性評価方法であって、
    前記塗装面に光を照射する照明装置、または、前記光を照射される前記塗装面を撮像する撮像装置の少なくとも一方を回転させて前記塗装面の反射条件が変化する様子を、前記塗装面を有するサンプルを一方向に移動させながら前記撮像装置で撮像することで、連続的に多角度条件を含む多角度条件画像を取得する多角度条件画像取得ステップと、
    前記多角度条件画像取得ステップにて取得された前記多角度条件画像から前記塗装面の面内色度分布を取得する面内色度分布取得ステップと、
    前記面内色度分布取得ステップにて取得された前記面内色度分布に基づき、前記多角度条件のそれぞれの表面特性評価値を算出する表面特性評価ステップと、
    を含む表面特性評価方法。
  2. 前記面内色度分布取得ステップにて取得された前記面内色度分布の変動量に基づいて、角度条件毎に前記多角度条件画像を分割してから空間周波数特性を算出する空間周波数特性算出ステップと、
    前記空間周波数特性を積分して積分値を算出する積分値取得ステップと、
    を含み、
    前記表面特性評価ステップは、前記積分値取得ステップにて算出された前記積分値に基づき前記表面特性評価値を算出する、
    請求項１に記載の表面特性評価方法。
  3. 前記空間周波数特性算出ステップは、前記多角度条件画像取得ステップにて取得した前記多角度条件画像の各角度条件に応じて前記多角度条件画像の分割数を変化させる、
    請求項２に記載の表面特性評価方法。
  4. 前記空間周波数特性算出ステップにて算出された前記空間周波数特性のそれぞれを視覚の空間周波数特性で重み付けする重み付けステップ
    を含み、
    前記積分値取得ステップは、前記重み付けステップにて重み付けされた前記空間周波数特性を積分して積分値を算出する、
    請求項２または３に記載の表面特性評価方法。
  5. 前記重み付けステップは、前記塗装面の観察距離に応じて前記視覚の空間周波数特性を変化させ、前記空間周波数特性算出ステップにて算出された前記空間周波数特性のそれぞれに対して重み付けする、
    請求項４に記載の表面特性評価方法。
  6. 前記積分値取得ステップにて算出された前記積分値に対して前記光輝材の反射強度で補正する補正ステップ
    を含み、
    前記表面特性評価ステップは、前記補正ステップにて補正された前記積分値を用いて前記表面特性評価値を算出する、
    請求項２〜５のいずれか１項に記載の表面特性評価方法。
  7. 前記撮像装置はラインスキャンカメラであり、
    前記多角度条件画像取得ステップは、前記サンプルの移動速度に応じて前記ラインスキャンカメラのスキャン速度を調節して撮像を行う、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の表面特性評価方法。
  8. 前記多角度条件画像取得ステップは、前記照明装置、または前記撮像装置の回転速度を任意に調節できる、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の表面特性評価方法。
  9. 前記面内色度分布は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊の変動量を含む、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の表面特性評価方法。
  10. 前記面内色度分布取得ステップは、前記多角度条件画像をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系へ変換して前記面内色度分布を取得し、
    前記Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系への変換は、前記サンプルを計測した前記多角度条件画像を、白色基準板を前記サンプルと同じ計測条件で取得した多角度条件画像で除算した多角度条件反射率画像を用いる、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の表面特性評価方法。
  11. 前記サンプルまたは前記白色基準板の計測を行う前に暗電流補正を行う、
    請求項１０に記載の表面特性評価方法。
  12. 前記撮像装置はラインスキャンカメラである、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の表面特性評価方法。
  13. 光輝材を含む塗装面の表面特性を評価する表面特性評価装置であって、
    前記塗装面に光を照射する照明装置と、
    前記光を照射される前記塗装面を撮像する撮像装置と、
    前記塗装面を有するサンプルを一方向に移動させる移動装置と、
    前記照明装置または前記撮像装置の少なくとも一方を回転させる回転装置と、
    前記照明装置により前記塗装面に光を照射し、かつ、前記回転装置により前記照明装置または前記撮像装置の少なくとも一方を回転させて前記塗装面の反射条件が変化する様子を、前記移動装置により前記サンプルを一方向に移動させながら前記撮像装置で撮像することで、連続的に多角度条件を含む多角度条件画像を取得する多角度条件画像取得部と、
    前記多角度条件画像取得部により取得された前記多角度条件画像から前記塗装面の面内色度分布を取得する面内色度分布取得部と、
    前記面内色度分布取得部により取得された前記面内色度分布に基づき、前記多角度条件のそれぞれの表面特性評価値を算出する表面特性評価部と、
    を備える表面特性評価装置。
  14. 光輝材を含む塗装面の表面特性を評価する表面特性評価プログラムであって、
    前記塗装面に光を照射する照明装置、または、前記光を照射される前記塗装面を撮像する撮像装置の少なくとも一方を回転させて前記塗装面の反射条件が変化する様子を、前記塗装面を有するサンプルを一方向に移動させながら前記撮像装置で撮像することで、連続的に多角度条件を含む多角度条件画像を取得する多角度条件画像取得機能と、
    前記多角度条件画像取得機能により取得された前記多角度条件画像から前記塗装面の面内色度分布を取得する面内色度分布取得機能と、
    前記面内色度分布取得機能により取得された前記面内色度分布に基づき、前記多角度条件のそれぞれの表面特性評価値を算出する表面特性評価機能と、
    をコンピュータに実現させるための表面特性評価プログラム。
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