JP2021081241A - Image processing device, image processing method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体の反射特性を得るための画像処理技術に関する。 The present invention relates to an image processing technique for obtaining reflection characteristics of an object.
物体の素材や塗装の質感を表現するコンピュータグラフィックス(CG)の分野において、照明方向や観察方向によって変化する変角反射特性を表す双方向反射率分布関数BRDFあるいは、二次元の変角反射特性を表すSVBRDFの測定データが利用されている。BRDFは、Bidirectional Reflectance Distribution Functionの略である。SVBRDFは、Spatially Varying Bidirectional Reflectance Distoributionの略である。特許文献1には、投光角度および受光角度の何れかまたは両方に基づいて設定された測定条件の下で物体の反射光強度を示す測定データを取得する測定装置が開示されている。 In the field of computer graphics (CG) that expresses the material of an object and the texture of paint, the bidirectional reflectance distribution function BRDF that expresses the eccentric reflection characteristic that changes depending on the illumination direction and observation direction, or the two-dimensional eccentric reflection characteristic The measurement data of SVBRDF representing the above is used. BRDF is an abbreviation for Bidirectional Reflectance Distribution Function. SVBRDF is an abbreviation for Spatially Variing Bidirectional Reflectance Distribution. Patent Document 1 discloses a measuring device that acquires measurement data indicating the reflected light intensity of an object under measurement conditions set based on either or both of a light projection angle and a light reception angle.
特許文献1に開示された測定装置は、カメラを用いて変角反射特性を測定する際に、撮像画像のSN比に基づいて測定条件の良否を判定して測定回数を決定する。しかしながら、カメラの測定レンジを考慮していないため、画素値の飽和に起因した測定精度の低下を抑制することができない場合がある。 When measuring the variable angle reflection characteristic using a camera, the measuring device disclosed in Patent Document 1 determines the quality of measurement conditions based on the SN ratio of the captured image and determines the number of measurements. However, since the measurement range of the camera is not taken into consideration, it may not be possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to saturation of pixel values.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、変角反射特性の取得精度の低下を抑制するための処理を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a process for suppressing a decrease in acquisition accuracy of variable angle reflection characteristics.
本発明に係る画像処理装置は、対象物の変角反射特性を算出する画像処理装置であって、複数のチャネルを含んだ、前記対象物の撮像画像を取得する取得手段と、前記複数のチャネルのうち対象チャネルに対応する変角反射特性を、前記対象チャネルとは異なるチャネルに対応する変角反射特性に基づいて算出する算出手段と、を有することを特徴とする。 The image processing device according to the present invention is an image processing device that calculates the variable angle reflection characteristic of an object, and includes an acquisition means for acquiring an captured image of the object including a plurality of channels, and the plurality of channels. Among them, it is characterized by having a calculation means for calculating the eccentric reflection characteristic corresponding to the target channel based on the eccentric reflection characteristic corresponding to a channel different from the target channel.
本発明によれば、変角反射特性の取得精度の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the acquisition accuracy of the variable angle reflection characteristic.
本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。 A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the components described in this embodiment are merely examples, and are not intended to limit the scope of the present invention to them.
[第1実施形態]
<画像処理装置のハードウェア構成>
図1は、本実施形態における画像処理装置1のハードウェアの構成の一例を示す図である。画像処理装置1は、例えばコンピュータ11によって構成される。CPU101は、RAM103をワークメモリとして、ROM102、HDD(ハードディスクドライブ)17などに格納されたOS(オペレーティングシステム)や各種プログラムを実行する。また、CPU101は、システムバス107を介して各構成を制御する。なお、後述するフローチャートによる処理は、ROM102やHDD17などに格納されたプログラムコードがRAM103に展開され、CPU101によって実行される。汎用I/F(インターフェース)104は、例えばUSBなどシリアルバスインターフェースであり、シリアルバス12を介して、マウスやキーボードなどの入力デバイス13が接続される。SATA(シリアルATA)I/F105は、シリアルバスインターフェースであり、シリアルバス16を介して、HDD17や各種記録メディアの読み書きを行う汎用ドライブ18が接続される。CPU101は、HDD17や汎用ドライブ18にマウントされた各種記録メディアを各種データの格納場所として使用する。VC(ビデオカード)106は、ビデオインターフェースであり、ディスプレイ15が接続される。CPU101は、プログラムによって提供されるUI(ユーザインターフェース)をディスプレイ15に表示し、入力デバイス13を介して受け付けるユーザ指示などの入力を受信する。
[First Embodiment]
<Hardware configuration of image processing device>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the image processing device 1 according to the present embodiment. The image processing device 1 is composed of, for example, a
<画像処理装置の機能構成>
図2は、画像処理装置1の機能構成の一例を示す図である。CPU101は、RAM103をワークメモリとして、ROM102またはHDD17に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、図2に示す機能構成として機能する。なお、以下に示す処理の全てがCPU101によって実行される必要はなく、処理の一部または全てがCPU101以外の一つまたは複数の処理回路によって行われるように画像処理装置1が構成されていてもよい。
<Functional configuration of image processing device>
FIG. 2 is a diagram showing an example of the functional configuration of the image processing device 1. The
画像処理装置1は、撮像画像取得部201と、撮像条件取得部202と、画像判定部203と、第1変角反射特性算出部204と、第2変角反射特性算出部205と、データ格納部206とを有する。
撮像画像取得部201は、複数の撮像画像(撮像画像群)を取得する。撮像画像群は、それぞれ異なる撮像条件下にて測定する対象物(以下、試料)を撮像したRGBカラー画像である。撮像条件取得部202は、各撮像画像に対応した撮像条件を取得する。画像判定部203は、撮像画像群を参照し、RGB各チャネルに対する信頼度の算出と、該信頼度に基づいたRGB各チャネルの良否判定とを行う。
The image processing device 1 stores captured
The captured
第1変角反射特性算出部204は、画像判定部203により良判定されたチャネルにおける各画像の画素値、および、撮像条件に基づいて、変角反射特性の推定処理を行う。第2変角反射特性算出部205は、画像判定部203により否判定されたチャネルにおける各画像の画素値、および、撮像条件、さらに、第1変角反射特性算出部204により得られた他チャネルの変角反射特性に基づいて、変角反射特性の推定処理を行う。
The first variable angle reflection
データ格納部206は、HDD17や汎用ドライブ18にマウントされた各種記録メディアによって構成される。データ格納部206は、撮像画像、あるいは、第1変角反射特性算出部204および第2変角反射特性算出部205にて算出した変角反射特性等の情報を記憶する。各部における詳細な処理については後述する。
The
<画像処理装置の動作>
図3は、本実施形態における画像処理装置1の処理の一例を示すフローチャートである。以下、図3を参照して画像処理装置1の処理について詳細を説明する。なお、フローチャートにて示す処理は、ROM102に格納されたプログラムコードがRAM103に展開され、CPU101によって実行される。また、フローチャートにて示す処理は、ユーザが入力デバイス13を操作して指示を入力し、CPU101が入力された指示を受け付けることにより開始する。
<Operation of image processing device>
FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing of the image processing device 1 in the present embodiment. Hereinafter, the processing of the image processing apparatus 1 will be described in detail with reference to FIG. The process shown in the flowchart is executed by the
S301では、撮像画像取得部201は、データ格納部206から複数の撮像画像(撮像画像群)を取得する。撮像画像群は、データ格納部206に予め記録されているものとする。図4を参照して、データ格納部206に記録されている撮像画像群の取得方法を説明する。
In S301, the captured
図4は、撮像画像群を取得するための取得装置4の構成、および、撮像条件を模式的に表した図である。取得装置4は、照明装置410を有する。照明装置410は、制御基板411上に光源412を複数配置して、各光源412を個別に点灯制御することが可能である。照明装置410は、試料台430に設置された試料420を照明する。取得装置4は、撮像装置440を有する。撮像装置440は、例えば、1000×1000画素のCCDイメージセンサを有する3バンドのRGBカメラを用いる。取得装置4は、照明装置410に搭載した光源412の1つを点灯し、点灯した光源412によって照射された試料面を撮像装置440にて撮像した後、光源412を消灯する一連の処理を、点灯する光源412を変えて順次実行する。これにより、撮像装置440は、天頂角450が異なる方向から光が入射した際の試料面の反射光を撮像画像として記録する。記録した各画像は、TIF形式のRGBカラー画像であり、各画素に16bitに正規化されたRGB値(0−65535)が格納される。撮像画像の画素値は、撮像対象物の放射輝度値とのリニアリティが確保されているものとする。撮像画像群の画素位置ごとに後述の変角反射特性を算出することで変角反射特性の二次元分布を取得することも可能であるが、本実施形態では、説明を簡易にするため、予め決められた所定の画素位置に相当する1画素のみを処理対象として説明する。なお、一般に、光源と被写体までの距離、あるいは、光源の配向特性に応じて、試料面への入射照度は異なる。したがって、試料面の撮像条件と同等の条件下にて完全拡散反射板を撮像して得た撮像画像を用いて、次式によって各画像の画素値を補正することが望ましい。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the
ここで、Si(x,y,b)は試料の撮像画像Siにおけるチャネルbの画素値である。同様に、Ri(x,y,b)は、完全拡散反射板の撮像画像Riにおける画素値である。また、Ii(x,y,b)は、(式1)によって補正された画像Iiの画素値である。また、cは固定値、iは撮像時に点灯した光源固有の識別番号である。画素位置を指す座標(x,y)は、上述の通り、予め決められた固定値とする。なお、撮像装置440はテレセントリックレンズを有するテレセントリック光学系を有し、各画素において受光方向は一様であるものとする。また、光源から試料面までの距離は十分に大きく、撮像領域内の各画素に対応する試料面の各座標で、入射方向が一様と見做せるものとする。
Here, S i (x, y, b) is the pixel value of the channel b in the captured image S i of the sample. Similarly, R i (x, y, b) is the pixel value in the captured image R i of perfectly diffuse reflector. Further, I i (x, y, b) is a pixel value of the image I i corrected by (Equation 1). Further, c is a fixed value, and i is an identification number unique to the light source that is lit at the time of imaging. As described above, the coordinates (x, y) indicating the pixel position are fixed values that are predetermined. It is assumed that the
S302において、撮像条件取得部202は、S301にて取得した各撮像画像の撮像条件を、データ格納部206から取得する。撮像条件とは、試料面へ入射する入射光の方向(以下、入射方向)と、試料面により反射される反射光を撮像装置にて受光した方向(以下、受光方向)とのそれぞれの天頂角θおよびそれぞれの方位角φである。具体的に、撮像条件は、入射方向の天頂角θi、入射方向の方位角φi、受光方向の天頂角θo、受光方向の方位角φoである。なお、図4には入射方向の天頂角θi、受光方向の天頂角θoと、試料420の試料面の法線Lとを示している。撮像条件は、S301にて取得した画像Siと、前記4つの角度との対応関係が記述されたLUT(Look Up Table)形式で保存されている。なお、本実施形態では、図4を参照して説明したように、取得する撮像条件のうち撮像画像間では入射方向の天頂角θiのみが異なる。
In S302, the imaging
以上、S301〜S302の処理によって、入射方向の天頂角θi、入射方向の方位角φi、受光方向の天頂角θo、受光方向の方位角φoの撮像条件下における、試料面の座標(x,y)が有する反射特性に基づく画素値をチャネルbごとに得ることができる。以下、チャネルb、および、入射方向の天頂角θiを変数とした当該画素値をS(b、θi)とする。なお、本実施形態において固定値である座標(x,y)、入射方向の方位角φi、受光方向の天頂角θoおよび方位角φoについては省略して表す。また、当該画素値S(b,θi)を測定データと呼ぶ。 Above, the processing of S301~S302, zenith angle theta i of the incident direction, the azimuth angle phi i of the incident direction, zenith angle theta o of the light receiving direction, the imaging conditions of the azimuth angle phi o of the light receiving direction, the coordinates of the sample surface A pixel value based on the reflection characteristic of (x, y) can be obtained for each channel b. Hereinafter, the pixel value with the channel b and the zenith angle θ i in the incident direction as variables is referred to as S (b, θ i ). In this embodiment, the fixed values (x, y), the azimuth φ i in the incident direction, the zenith angle θ o in the light receiving direction, and the azimuth φ o are omitted. Further, the pixel value S (b, θ i ) is referred to as measurement data.
図5は、測定データの一例を示す図である。ここで、グラフの横軸が入射方向の天頂角θiであり、縦軸が画素値S(b,θi)である。図5(a)、(b)、(c)のグラフのプロットが、それぞれ、Rチャネル、Gチャネル、Bチャネルの測定データに相当する。後述するS303〜S305の処理では、当該測定データを参照し、各チャネルの測定データを近似したモデル関数のパラメータを導出する。以下、変角反射特性は、測定データを近似した式f(b,θi)を指すものとする。また、図5に示すグラフにおいて、式f(b,θi)を破線にて表す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of measurement data. Here, the horizontal axis of the graph is the zenith angle θ i in the incident direction, and the vertical axis is the pixel value S (b, θ i ). The plots of the graphs of FIGS. 5A, 5B, and 5C correspond to the measurement data of R channel, G channel, and B channel, respectively. In the processes of S303 to S305 described later, the measurement data is referred to, and the parameters of the model function that approximates the measurement data of each channel are derived. Hereinafter, the variable angle reflection characteristic shall refer to the equation f (b, θ i ) which approximates the measurement data. Further, in the graph shown in FIG. 5, the equation f (b, θ i ) is represented by a broken line.
S303において、画像判定部203は、RGB各チャネルの良否判定を行う。画像判定部203は、チャネル毎に測定データの信頼度を算出し、信頼度が最も高い測定データを有するチャネルを良とし、他のチャネルを否とする。ここで、チャネルbの信頼度T(b)を次式にて導出する。
In S303, the
ここで、kは次式によって決定されるものとする。 Here, k is determined by the following equation.
(式2)および(式3)によれば、飽和した画素値が少なく、且つ、値の大きな画素値を多く有するチャネルの測定データほど高い信頼度になる。一方、飽和した画素値が多く、且つ、値の小さな画素値を多く有するチャネルの測定データほど低い信頼度になる。良判定されるチャネルは、飽和による情報の欠落が少なく、且つ、ノイズの影響が相対的に小さいデータを数多く得られている可能性が高い。例えば、RGB各チャネルで、図5(a)乃至(c)に示す測定データがそれぞれ得られた場合、図5(a)に示すRチャネルの測定データは良と判定される。一方、図5(b)に示すGチャネルの測定データおよび図5(c)に示すBチャネルの測定データは否と判定される。 According to (Equation 2) and (Equation 3), the measurement data of the channel having a small number of saturated pixel values and a large number of pixel values having a large value has higher reliability. On the other hand, the measurement data of a channel having many saturated pixel values and many small pixel values has lower reliability. It is highly possible that a channel that is judged to be good has a large amount of data in which information is less likely to be lost due to saturation and the influence of noise is relatively small. For example, when the measurement data shown in FIGS. 5A to 5C are obtained for each of the RGB channels, the measurement data of the R channel shown in FIG. 5A is determined to be good. On the other hand, the measurement data of the G channel shown in FIG. 5 (b) and the measurement data of the B channel shown in FIG. 5 (c) are determined to be negative.
なお、チャネルごとの判定方法は上記の方法に限定されず、何れか1つ以上のチャネルを良判定する方法であればよい。例えば、画像判定部203は、チャネルごとに飽和していない画素値の個数をカウントして信頼度としてもよい。また、画像判定部203は、チャネル間での比較を行わず、所定の閾値と信頼度を比較して良否判定を行ってもよい。
The determination method for each channel is not limited to the above method, and any one or more channels may be used for good determination. For example, the
S304において、第1変角反射特性算出部204は、良判定されたチャネルD1の変角反射特性を推定する。推定する変角反射特性は、次式にて定義する。
In S304, the first variable angle reflection
(式4)は、aD1を加重係数とした分散σD1、平均mD1の正規分布関数である。これら3つのパラメータは、良判定されたチャネルD1の各画素値と(式4)による推定値との累積二乗誤差が最小となるように、公知の勾配降下法を用いた最適化処理を行うことによって導出する。なお、目的関数である累積二乗誤差において、飽和した画素値と推定値との誤差は含まないものとする。当該処理によって、導出した変角反射特性を、図5(a)の破線510で示す。なお、モデル関数は正規分布以外に、例えばCook−Torranceモデルなどの公知のモデル式を用いてもよい。以下、推定対象のチャネルの測定データのみを参照して導出した上記変角反射特性を第1変角反射特性と呼ぶ。
(Equation 4) is a normal distribution function of the variance σ D1 and the mean m D1 with a D1 as the weighting coefficient. These three parameters are optimized by using a known gradient descent method so that the cumulative square error between each pixel value of the channel D1 judged to be good and the estimated value by (Equation 4) is minimized. Derived by. The cumulative squared error, which is the objective function, does not include the error between the saturated pixel value and the estimated value. The variable angle reflection characteristic derived by this process is shown by the
S305において、第2変角反射特性算出部205は、否判定されたチャネルD2の変角反射特性を推定する。推定する変角反射特性は、次式にて定義する。
In S305, the second variable angle reflection
(式5)は、S304と同様の正規分布関数であるが、パラメータの1つである平均に関して、S304にて導出した値mD1を使用する。したがって、第2変角反射特性算出部205は、加重係数aD2、および、分散σD2の2つのパラメータについてのみ、最適化処理によって導出する。導出には、S304と同様に、否判定されたチャネルD2の各画素値とモデル式による推定値との累積二乗誤差が最小となるように、公知の勾配降下法を使用した最適化処理を行うことによって導出する。なお、目的関数である累積二乗誤差において、飽和した画素値と推定値との誤差は含まないものとする。以下、推定対象のチャネルの測定データ、および、他チャネルの測定データを参照して得たパラメータを参照して導出した上記変角反射特性を第2変角反射特性と呼ぶ。
(Equation 5) is a normal distribution function similar to S304, but uses the value m D1 derived in S304 for the average, which is one of the parameters. Therefore, the second variable angle reflection
上述の通り、S304〜S305の処理によれば、導出するパラメータ数を削減することによって、飽和した画素値が含まれた場合であっても、推定精度の低下を抑制することが可能である。当該推定精度に関して、図6を参照して説明する。
図6は、測定データの一例を示す図である。図6に示すグラフは、図5と同様に横軸が入射方向の天頂角θiであり、縦軸が画素値S(b,θi)である。また、図6(a)に示すグラフ中のプロットは良判定されたチャネルの測定データであり、図6(b)に示すグラフ中のプロットは、飽和した画素値が多く、否判定されたチャネルの測定データである。ここで、推定精度の定性的な把握を容易にするため、各グラフ中の破線を、試料が有する変角反射特性の真値として説明する。図6(a)に例示する測定データにおいては、図に示すように、カメラノイズやモデル精度に依存した真値からの誤差があるが、適当なデータ数(撮像枚数)を得ることで、当該誤差に対して、高いロバスト性が得られる。その結果、対象とするチャネルの測定データのみを用いたS304の処理であっても、図中実線に示すような、真の変角反射特性に近しい第1変角反射特性を推定することができる。図6(b)に例示する測定データのように、画素値の飽和によってピーク近傍の情報が欠落した場合、対象とするチャネルの測定データのみを用いたS304の処理では前記誤差に対するロバスト性が低下する。結果、第1変角反射特性の推定精度が低下し、図6(b)の実線にて示すよう、真値との誤差が大きい第1変角反射特性が推定される。一方、S305の処理では、最も信頼性の高いチャネルの測定データを参照して得られたピーク方向に相当する平均値を、パラメータ導出の拘束条件として使用する。一般に、変角反射特性のピーク方向は試料面の法線ベクトルに大きく依存するため、チャネルが異なる場合であっても、ピーク方向は同一と見做すことができる。そのため、信頼性の高い他チャネルの測定データを参照したS305の処理では、図6(c)の実線にて示すように、より真値に近い第2変角反射特性を推定することができる。このように、画像処理装置1は、RGB各チャネルに対応する変角反射特性を推定する際に、より信頼性の高い他チャネルの推定結果を参照する。したがって、推定するパラメータ数が削減され、推定精度の低下を抑制することができる。
As described above, according to the processes of S304 to S305, by reducing the number of parameters to be derived, it is possible to suppress a decrease in estimation accuracy even when saturated pixel values are included. The estimation accuracy will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an example of measurement data. In the graph shown in FIG. 6, the horizontal axis is the zenith angle θ i in the incident direction and the vertical axis is the pixel value S (b, θ i ) as in FIG. Further, the plot in the graph shown in FIG. 6 (a) is the measurement data of the channel judged to be good, and the plot in the graph shown in FIG. 6 (b) has many saturated pixel values, and the channel judged to be negative. It is the measurement data of. Here, in order to facilitate the qualitative grasp of the estimation accuracy, the broken line in each graph will be described as the true value of the variable angle reflection characteristic of the sample. In the measurement data illustrated in FIG. 6A, as shown in the figure, there is an error from the true value depending on the camera noise and the model accuracy. High robustness can be obtained against errors. As a result, even in the processing of S304 using only the measurement data of the target channel, the first variable angle reflection characteristic close to the true variable angle reflection characteristic can be estimated as shown by the solid line in the figure. .. When the information near the peak is lost due to the saturation of the pixel value as in the measurement data illustrated in FIG. 6B, the robustness against the error is reduced in the processing of S304 using only the measurement data of the target channel. To do. As a result, the estimation accuracy of the first variable angle reflection characteristic is lowered, and as shown by the solid line in FIG. 6B, the first variable angle reflection characteristic having a large error from the true value is estimated. On the other hand, in the processing of S305, the average value corresponding to the peak direction obtained by referring to the measurement data of the most reliable channel is used as a constraint condition for parameter derivation. In general, the peak direction of the variable angle reflection characteristic largely depends on the normal vector of the sample surface, so that the peak directions can be regarded as the same even when the channels are different. Therefore, in the processing of S305 with reference to the highly reliable measurement data of another channel, the second variable angle reflection characteristic closer to the true value can be estimated as shown by the solid line in FIG. 6 (c). As described above, the image processing apparatus 1 refers to the more reliable estimation result of the other channel when estimating the variable angle reflection characteristic corresponding to each RGB channel. Therefore, the number of parameters to be estimated can be reduced, and a decrease in estimation accuracy can be suppressed.
以上、説明したように、画像処理装置1は、複数のチャネルのうち他のチャネルにおける変角反射特性に基づいて、対象チャネルの変角反射特性を算出する。したがって、対象チャネルの測定データの信頼性が低い場合であっても、算出する変角反射特性の精度の低下を抑制することができる。
また、画像処理装置1は、撮像画像の第1チャネルの画素値に基づいて、第1変角反射特性を算出し、撮像画像の第2チャネルの画素値と前記第1変角反射特性とに基づいて、第2変角反射特性を算出する。したがって、第2チャネルの測定データの信頼性が低い場合であっても、第2変角反射特性の精度の低下を抑制することができる。
As described above, the image processing apparatus 1 calculates the angled reflection characteristic of the target channel based on the angled reflection characteristic of the other channel among the plurality of channels. Therefore, even when the reliability of the measurement data of the target channel is low, it is possible to suppress a decrease in the accuracy of the calculated variable angle reflection characteristic.
Further, the image processing device 1 calculates the first variable angle reflection characteristic based on the pixel value of the first channel of the captured image, and sets the pixel value of the second channel of the captured image and the first variable angle reflection characteristic. Based on this, the second variable angle reflection characteristic is calculated. Therefore, even when the reliability of the measurement data of the second channel is low, it is possible to suppress a decrease in the accuracy of the second variable angle reflection characteristic.
[第2実施形態]
第1実施形態では、対象となる画素位置(以下、座標)のRGB何れかのチャネルの変角反射特性を推定する場合に、同座標上の他チャネルの変角反射特性を参照した。本実施形態では、対象となる座標のRGB何れかのチャネルの変角反射特性を推定する場合に、他座標上の変角反射特性を利用した変角反射特性の推定処理を行う。これにより、同座標のチャネル間で大きく変角反射特性が異なる場合であっても、推定精度の低下を抑制することができる。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, when estimating the eccentric reflection characteristic of any of the RGB channels at the target pixel position (hereinafter, coordinates), the eccentric reflection characteristic of the other channel on the same coordinate was referred to. In the present embodiment, when estimating the angled reflection characteristic of any of the RGB channels of the target coordinates, the angled reflection characteristic is estimated using the angled reflection characteristic on the other coordinates. As a result, it is possible to suppress a decrease in estimation accuracy even when the angled reflection characteristics differ greatly between channels having the same coordinates.
<画像処理装置の機能構成>
図7は、画像処理装置2の機能構成の一例を示す図である。
画像処理装置2は、撮像画像取得部701と、撮像条件取得部702と、画像判定部703と、第1変角反射特性算出部704と、第2変角反射特性算出部705と、データ格納部706とを有する。撮像画像取得部701および撮像条件取得部702は、第1実施形態における撮像画像取得部201および撮像条件取得部202と同様の機能を有し、撮像画像内の各画素における、RGB各チャネルの測定データを取得する。画像判定部703は、第1実施形態における画像判定部203と同様の機能を有し、各画素における、RGB各チャネルの良否判定を行う。第1変角反射特性算出部704は、第1実施形態における第1変角反射特性算出部204と同様の機能を有し、画像判定部703にて良判定されたチャネルの第1変角反射特性を画素ごとに算出する。
<Functional configuration of image processing device>
FIG. 7 is a diagram showing an example of the functional configuration of the
The
第2変角反射特性算出部705は、類似画素探索部7051、データ合成部7052、パラメータ導出部7053を有し、画像判定部203にて否判定されたチャネルの変角反射特性を算出する。類似画素探索部7051は、第1変角反射特性算出部704にて算出された第1変角反射特性に基づいて、当該第1変角反射特性が類似する他座標の画素(類似画素)の組を探索する。データ合成部7052は、前記類似画素間における、画像判定部703にて否判定されたチャネルの測定データを合成する。パラメータ導出部7053は、データ合成部7052にて合成した測定データを参照し、画像判定部703にて否判定されたチャネルの変角反射特性を導出する。データ格納部706は、第1実施形態におけるデータ格納部206と同様の機能を有し、各種情報を保持する。
The second variable angle reflection
<画像処理装置の動作>
図8(a)は、本実施形態における画像処理装置2の処理の一例を示すフローチャートである。
S801では、撮像画像取得部701は、第1実施形態と同様、データ格納部706から撮像画像を取得する。撮像画像は、取得装置4にて撮像された画像であり、当該処理によって、RGB各チャネルの測定データが、撮像装置440に相当するカメラ画素数と同数(1000×1000)個取得される。
S802では、撮像条件取得部702は、第1実施形態と同様、データ格納部706から撮像条件を取得する。
<Operation of image processing device>
FIG. 8A is a flowchart showing an example of processing of the
In S801, the captured
In S802, the imaging
S803では、画像判定部703は、第1実施形態と同様、画素ごとにRGB各チャネルの良否判定を行う。
S804では、第1変角反射特性算出部704は、第1実施形態と同様、各画素において良判定されたチャネルの測定データを参照し、変角反射特性を算出する。
S805では、第2変角反射特性算出部705は、各画素において否判定されたチャネルの変角反射特性を算出する。当該処理について、以下、詳細に説明する。
In S803, the
In S804, the first variable angle reflection
In S805, the second variable angle reflection
<第2変角反射特性算出部の処理>
図8(b)は、第2変角反射特性算出部705の処理を説明するためのフローチャートである。なお、後述するS811〜S813の一連の処理は、各画素に対して繰り返し行われるものとする。
S811では、類似画素探索部7051は、第1変角反射特性を参照し、処理画素と当該第1変角反射特性が類似する画素を選定する。具体的には、類似画素の候補(以下、候補画素)となる各画素に対して、次式に示す類似度を算出し、当該類似度が最大となる候補画素を類似画素する。なお、候補画素とは、対象画素とは異なる座標上の画素、且つ、対象画素が良判定されたチャネルと同チャネルの良判定が得られた画素を指す。
<Processing of the second variable angle reflection characteristic calculation unit>
FIG. 8B is a flowchart for explaining the processing of the second variable angle reflection
In S811, the similar
ここで、at、mt、σtは、処理画素の第1変角反射特性を示すパラメータであり、それぞれ正規分布関数の加重係数、平均、分散に相当する。同様に、as、ms、σsは、候補画素の第1変角反射特性を示すパラメータである。また、k1、k2、k3は、所定の加重係数とする。なお、類似画素の選定方法については変角反射特性が類似する画素を選定する方法であれば上記方法に限定する必要はない。例えば、第1変角反射特性を規定するパラメータの何れか1つのみの二乗誤差が最も小さい画素を選択してもよいし、第1変角反射特性を推定する際に参照した測定データを直接比較して画素を選択してもよい。 Here, a t, m t, σ t is a parameter indicating a first variable angle reflection characteristics of the processed pixel, weighting coefficients for each normal distribution function, average, corresponds to the dispersion. Similarly, a s , m s , and σ s are parameters indicating the first variable angle reflection characteristic of the candidate pixel. Further, k 1 , k 2 , and k 3 are predetermined weighting coefficients. The method for selecting similar pixels does not need to be limited to the above method as long as it is a method for selecting pixels having similar variable angle reflection characteristics. For example, the pixel having the smallest square error of only one of the parameters defining the first variable angle reflection characteristic may be selected, or the measurement data referred to when estimating the first variable angle reflection characteristic may be directly used. Pixels may be selected by comparison.
S812では、データ合成部7052は、否判定されたチャネルにおいて、対象画素と類似画素の同チャネルの測定データを統合する。ここで、各種測定データについて、図9を参照して説明する。なお、良判定され、第1変角反射特性が算出されたチャネルをRチャネルとし、否判定されたGチャネルのデータを統合する例を説明する。また、対象画素をp1、類似画素をp2と表記する。
In S812, the
図9に示すグラフ901〜グラフ905は、何れも横軸が入射方向の天頂角であり、縦軸が画素値であり、各種測定データをプロットしたグラフである。グラフ901は、対象画素p1において良判定されたRチャネルの測定データおよび第1変角反射特性を表す。グラフ902は、類似画素p2において良判定されたRチャネルの測定データおよび第1変角反射特性を表す。グラフ903は、対象画素p1において否判定されたGチャネルの測定データを表す。グラフ904は、類似画素p2において否判定されたGチャネルの測定データを表す。ここで、異なる座標であってもグラフ901およびグラフ902に示すように特定のチャネルにて変角反射特性が類似する場合、試料はp1およびp2間で同等の質感を有する。したがって、他のチャネル間においてもグラフ903およびグラフ904中の破線にて示すように同等の変角反射特性を有する可能性が高い。そこで、データ合成部7052では、各測定データが同変角反射特性を示すデータであるものとして扱い、グラフ905に示すように統合した測定データを生成する。
S813では、パラメータ導出部7053は、否判定されたチャネルの変角反射特性を推定する。当該推定処理は、S804における第1変角反射特性算出部704による処理と同等であるが、参照する測定データは、S812にてデータ合成部7052が生成した測定データを用いる。これにより、有用なデータ数が増加し、画素値の飽和等によって情報が欠落した場合であっても、ノイズに対するロバスト性を維持し、推定精度の低下を抑制できる可能性が高くなる。
In S813, the
以上説明したように、本実施形態における画像処理装置2は、RGB各チャネルに対応する変角反射特性を推定する際に、他チャネルおよび他座標の変角反射特性を参照することで、推定に必要なデータ数を拡充する。これにより、ノイズに対するロバスト性を向上し、変角反射特性の精度の低下を抑制することができる。
As described above, the
[その他の実施形態]
上記実施形態では、一般的なカラーカメラを想定し、RGBの3チャネルについて説明したが、波長に応じて感度特性が異なる少なくとも2つ以上のチャネルであれば、上記実施形態の処理を適用することが可能である。この場合には、第1変角反射特性算出部は、少なくとも2つのチャネルのうち信頼度の高い方のチャネルでの測定データのみを参照して第1変角反射特性を導出する。一方、第2変角反射特性算出部は、少なくとも2つのチャネルのうち信頼度の低い方のチャネルでの測定データと、第1変角反射特性とを参照して第2変角反射特性を導出する。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, three channels of RGB have been described assuming a general color camera, but the processing of the above embodiment is applied to at least two or more channels having different sensitivity characteristics depending on the wavelength. Is possible. In this case, the first variable angle reflection characteristic calculation unit derives the first variable angle reflection characteristic by referring only to the measurement data in the channel having the higher reliability among at least two channels. On the other hand, the second variable angle reflection characteristic calculation unit derives the second variable angle reflection characteristic by referring to the measurement data in the channel having the lower reliability among at least two channels and the first variable angle reflection characteristic. To do.
上記実施形態では、チャネルごとの測定データのみに応じて何れの変角反射特性算出部で変角反射特性を推定するかを選択する場合について説明したが、入力デバイス13を介して得たユーザ指示に基づいて選択する場合であってもよい。例えば、各画素の信頼度を示す情報を、ディスプレイ15を介してユーザに表示し、当該情報を参照したユーザが何れの変角反射特性算出部を適用するかを個々に指示してもよい。
In the above embodiment, the case of selecting which of the variable angle reflection characteristic calculation units to estimate the variable angle reflection characteristic according to only the measurement data for each channel has been described, but the user instruction obtained via the
上記実施形態では、入射方向を変数とする画素値群(測定データ)を、複数枚の撮像画像を使用して取得したが、測定データ、および、測定データの取得方法はこの場合に限られない。例えば、試料面が一様な変角反射特性を有する場合、1枚の撮像画像を用いて、受光方向を変数とする画素値群を測定データとして取得することが可能である。具体的には、非テレセントリック光学系を有する撮像装置440を備えた取得装置4を使用し、試料面の撮像を行う。これにより、1枚の撮像画像であっても、各画素あるいは少なくとも2つの異なる画素において異なる受光方向に対応した画素値を得ることができる。
In the above embodiment, the pixel value group (measurement data) in which the incident direction is a variable is acquired by using a plurality of captured images, but the measurement data and the acquisition method of the measurement data are not limited to this case. .. For example, when the sample surface has uniform variable angle reflection characteristics, it is possible to acquire a pixel value group in which the light receiving direction is a variable as measurement data by using one captured image. Specifically, the
上記実施形態では、第2変角反射特性の推定を行う際には、第1変角反射特性を常に用いる場合について説明したが、第1変角反射特性を用いるか否かを適応的に決定してもよい。例えば、画像判定部にて算出した信頼度が所定の閾値未満であった場合には、類似画素の測定データを用いずに第1変角反射特性と同様の推定方法を適用してもよい。 In the above embodiment, the case where the first variable angle reflection characteristic is always used when estimating the second variable angle reflection characteristic has been described, but whether or not to use the first variable angle reflection characteristic is adaptively determined. You may. For example, when the reliability calculated by the image determination unit is less than a predetermined threshold value, the same estimation method as the first variable angle reflection characteristic may be applied without using the measurement data of similar pixels.
上記第2実施形態では、第2変角反射特性の推定を行う際には、類似画素の第1変角反射特性を常に用いる場合について説明したが、類似画素の第1変角反射特性を利用するか否かを適応的に決定してもよい。例えば、類似画素を選択する際に算出した類似度が、所定の閾値以上であった場合、類似画素の測定データを利用せずに第1変角反射特性と同様の推定方法を適用してもよい。 In the second embodiment, the case where the first variable angle reflection characteristic of the similar pixel is always used when estimating the second variable angle reflection characteristic has been described, but the first variable angle reflection characteristic of the similar pixel is used. You may adaptively decide whether or not to do so. For example, if the similarity calculated when selecting similar pixels is equal to or greater than a predetermined threshold value, even if the same estimation method as the first variable angle reflection characteristic is applied without using the measurement data of similar pixels. Good.
なお、上述した各処理部のうち、画像判定部203,703、第1変角反射特性算出部204,704、第2変角反射特性算出部205,705などについては、その代わりとして、機械学習された学習済みモデルを代わりに用いて処理してもよい。その場合には、例えば、その処理部への入力データと出力データとの組合せを学習データとして複数個準備し、それらから機械学習によって知識を獲得し、獲得した知識に基づいて入力データに対する出力データを結果として出力する学習済みモデルを生成する。学習済みモデルは、例えばニューラルネットワークモデルで構成可能である。そして、その学習済みモデルは、前記処理部と同等の処理をするためのプログラムとして、CPUあるいはGPUなどと協働で動作することにより、前記処理部の処理を行う。なお、上記学習済みモデルは、必要に応じて一定の処理後に更新しても良い。
Of the above-mentioned processing units, the
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能であり、上述した実施形態を適時組み合わせてもよい。 Although the present invention has been described above with various embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and changes can be made within the scope of the present invention, and the above-described embodiments can be combined in a timely manner. You may.
201:撮像画像取得部 204:第1変角反射特性算出部 205:第2変角反射特性算出部 201: Captured image acquisition unit 204: First variable angle reflection characteristic calculation unit 205: Second variable angle reflection characteristic calculation unit
Claims (17)
複数のチャネルを含んだ、前記対象物の撮像画像を取得する取得手段と、
前記複数のチャネルのうち対象チャネルに対応する変角反射特性を、前記対象チャネルとは異なるチャネルに対応する変角反射特性に基づいて算出する算出手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。 An image processing device that calculates the variable angle reflection characteristics of an object.
An acquisition means for acquiring a captured image of the object including a plurality of channels, and
An image processing apparatus comprising: a calculation means for calculating a variable angle reflection characteristic corresponding to a target channel among the plurality of channels based on a variable angle reflection characteristic corresponding to a channel different from the target channel. ..
前記撮像画像の第1チャネルの画素値に基づいて、第1変角反射特性を算出する第1の算出手段と、
前記撮像画像の第2チャネルの画素値と前記第1変角反射特性とに基づいて、第2変角反射特性を算出する第2の算出手段と、を有することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The calculation means is
A first calculation means for calculating the first variable angle reflection characteristic based on the pixel value of the first channel of the captured image, and
The first aspect of the present invention is characterized in that the second calculation means for calculating the second variable angle reflection characteristic based on the pixel value of the second channel of the captured image and the first variable angle reflection characteristic is provided. The image processing apparatus described.
少なくとも2つのチャネルのうち飽和した画素値が少ない方のチャネルを前記第1のチャネルとして前記第1変角反射特性を算出し、
前記第2の算出手段は、
少なくとも2つのチャネルのうち飽和した画素値が多い方のチャネルを前記第2のチャネルとして前記第2変角反射特性を算出することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 The first calculation means is
The first variable angle reflection characteristic is calculated by using the channel having the smaller saturated pixel value among at least two channels as the first channel.
The second calculation means is
The image processing apparatus according to claim 2, wherein the second channel is used as the second channel, whichever of at least two channels has a large number of saturated pixel values, to calculate the second variable angle reflection characteristic.
少なくとも2つのチャネルのうち飽和した画素値が少なく、且つ、値の大きな画素値が多い方のチャネルを前記第1のチャネルとして前記第1変角反射特性を算出し、
前記第2の算出手段は、
少なくとも2つのチャネルのうち飽和した画素値が多く、且つ、値の小さな画素値が多い方のチャネルを前記第2のチャネルとして前記第2変角反射特性を算出することを特徴とする請求項2または3に記載の画像処理装置。 The first calculation means is
The first variable angle reflection characteristic is calculated by using the channel having the smaller saturated pixel value and the larger pixel value among at least two channels as the first channel.
The second calculation means is
2. The second aspect of the present invention is characterized in that the second variable angle reflection characteristic is calculated by using the channel having a large number of saturated pixel values and a large number of pixel values having a small value among at least two channels as the second channel. Or the image processing apparatus according to 3.
前記複数のチャネルのうち飽和した画素値が最も少ないチャネルを前記第1のチャネルとして前記第1変角反射特性を算出し、
前記第2の算出手段は、
前記複数のチャネルのうち飽和した画素値が最も少ないチャネルとは異なるチャネルを前記第2のチャネルとして前記第2変角反射特性を算出することを特徴とする請求項2ないし4の何れか1項に記載の画像処理装置。 The first calculation means is
The first variable angle reflection characteristic is calculated by using the channel having the smallest saturated pixel value among the plurality of channels as the first channel.
The second calculation means is
Any one of claims 2 to 4, wherein the second channel is a channel different from the channel having the smallest saturated pixel value among the plurality of channels, and the second variable angle reflection characteristic is calculated. The image processing apparatus according to.
前記第1の算出手段は、
少なくとも2つのチャネルのうち信頼度が高い方のチャネルを前記第1のチャネルとして前記第1変角反射特性を算出し、
前記第2の算出手段は、
少なくとも2つのチャネルのうち信頼度が低い方のチャネルを前記第2のチャネルとして前記第2変角反射特性を算出することを特徴とする請求項2ないし5の何れか1項に記載の画像処理装置。 It also has a determination means for determining the reliability for each channel.
The first calculation means is
The first variable angle reflection characteristic is calculated by using the channel having the higher reliability among at least two channels as the first channel.
The second calculation means is
The image processing according to any one of claims 2 to 5, wherein the channel having the lower reliability among at least two channels is used as the second channel to calculate the second variable angle reflection characteristic. apparatus.
撮像条件が異なる少なくとも2つの撮像画像を取得し、
前記算出手段は、
少なくとも2つの撮像画像に基づいて変角反射特性を算出することを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載の画像処理装置。 The acquisition means
Acquire at least two captured images with different imaging conditions,
The calculation means is
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the variable angle reflection characteristic is calculated based on at least two captured images.
前記算出手段は、
それぞれ異なる撮像条件に基づいて変角反射特性を算出することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。 Further, it has a condition acquisition means for acquiring imaging conditions for each of the two captured images.
The calculation means is
The image processing apparatus according to claim 7, wherein the variable angle reflection characteristic is calculated based on different imaging conditions.
2つの画素においてそれぞれ撮像条件が異なる少なくとも1つの撮像画像を取得し、
前記算出手段は、
前記2つの画素に基づいて変角反射特性を算出することを特徴とする請求項1ないし8の何れか1項に記載の画像処理装置。 The acquisition means
At least one captured image with different imaging conditions for each of the two pixels is acquired, and
The calculation means is
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the variable angle reflection characteristic is calculated based on the two pixels.
前記算出手段は、
それぞれ異なる撮像条件に基づいて変角反射特性を算出することを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。 It further has a condition acquisition means for acquiring the imaging conditions for each of the two pixels.
The calculation means is
The image processing apparatus according to claim 9, wherein the variable angle reflection characteristic is calculated based on different imaging conditions.
前記対象物へ入射する入射光の天頂角または前記対象物により反射される反射光の天頂角を含むことを特徴とする請求項7ないし10の何れか1項に記載の画像処理装置。 The imaging conditions are
The image processing apparatus according to any one of claims 7 to 10, further comprising a zenith angle of incident light incident on the object or a zenith angle of reflected light reflected by the object.
前記対象物へ入射する入射光の方位角または前記対象物により反射される反射光の方位角を含むことを特徴とする請求項7ないし11の何れか1項に記載の画像処理装置。 The imaging conditions are
The image processing apparatus according to any one of claims 7 to 11, further comprising an azimuth angle of incident light incident on the object or an azimuth angle of reflected light reflected by the object.
前記変角反射特性を正規分布関数により算出することを特徴とする請求項1ないし12の何れか1項に記載の画像処理装置。 The calculation means is
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the variable angle reflection characteristic is calculated by a normal distribution function.
前記算出手段は、
前記類似する画素位置における画素値に基づいて変角反射特性を算出することを特徴とする請求項1ないし13の何れか1項に記載の画像処理装置。 Further having a search means for searching pixel positions having similar variable angle reflection characteristics,
The calculation means is
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 13, wherein the variable angle reflection characteristic is calculated based on the pixel values at similar pixel positions.
正規分布関数を規定するパラメータの二乗誤差が最も小さい画素位置を選択することを特徴とする請求項14に記載の画像処理装置。 The search means
The image processing apparatus according to claim 14, wherein a pixel position having the smallest square error of a parameter defining a normal distribution function is selected.
複数のチャネルを含んだ、前記対象物の撮像画像を取得する取得ステップと、
前記複数のチャネルのうち対象チャネルに対応する変角反射特性を、前記対象チャネルとは異なるチャネルに対応する変角反射特性に基づいて算出する算出ステップと、を有することを特徴とする画像処理方法。 It is an image processing method that calculates the variable angle reflection characteristics of an object.
An acquisition step of acquiring a captured image of the object including a plurality of channels, and
An image processing method characterized by having a calculation step of calculating a variable angle reflection characteristic corresponding to a target channel among the plurality of channels based on a variable angle reflection characteristic corresponding to a channel different from the target channel. ..
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