JP2021135047A - 制御装置、制御方法、システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも少ない撮像回数で、任意の反射角近傍の反射特性を取得すること。【解決手段】制御装置であって、複数の光源を含む照明装置と、光の入射側でレンズの光軸と主光線とが平行となる光学系を有する撮像装置とを制御し、測定対象物体を撮像して得られる測定対象画像と、前記測定対象物体とは異なる基準物体を撮像して得られる基準画像とを取得する取得手段と、前記測定対象画像と前記基準画像とに基づいて、前記測定対象物体の反射特性情報を導出する導出手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物体の反射特性を取得する技術に関する。

近年、物体の素材の質感を定量的に評価するために、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関数ＢＲＤＦ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｏｒｉｂｕｔｉｏｎ）の測定データが利用されている。

さらに、対象物体の位置毎に変角反射特性が異なっている素材の質感を定量的に評価するために、ＳＶＢＲＤＦ（Ｓｐａｔｉａｌｌｙ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｏｒｉｂｕｔｉｏｎ）の測定データが利用されている。このＳＶＢＲＤＦデータは、二次元の変角反射特性を表し、対象物体上の位置を示す２次元座標、入射光の天頂角・方位角、反射光の天頂角・方位角それぞれに対する反射率が格納された６変数のデータである。特許文献１では、高精度なＳＶＢＲＤＦデータを取得するために、照明と撮像装置の位置をそれぞれ変えながら撮像を行い、撮像画像を処理することが開示されている。

特開２００７−２１９７１５号公報

しかしながら、特許文献１のように、照明と撮像装置の両方の位置を変えながら撮像を行う場合、照明の位置と撮像装置の位置との組み合わせの数だけ撮像が必要であるため、撮像回数が膨大となってしまうという課題がある。

本発明は、従来よりも少ない撮像回数で、任意の反射角近傍の反射特性を取得することを目的とする。

本開示の技術は、制御装置であって、複数の光源を含む照明装置と、光の入射側でレンズの光軸と主光線とが平行となる光学系を有する撮像装置とを制御し、測定対象物体を撮像して得られる測定対象画像と、前記測定対象物体とは異なる基準物体を撮像して得られる基準画像とを取得する第１の取得手段と、前記測定対象画像と前記基準画像とに基づいて、前記測定対象物体の反射特性情報を導出する第１の導出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明により、従来よりも少ない撮像回数で、任意の反射角近傍の反射特性を取得することができる。

反射特性取得システムの外観を示す図である。 制御装置の機能構成を示すブロック図である。 測定アプリケーションの処理を示すフローチャートである。 撮像画像を取得する処理を示すフローチャートである。 撮像画像を取得する処理を示すフローチャートである。 反射特性取得部の詳細な機能構成を示すブロック図である。 反射特性の計測値の一例を示す図である。 撮像画像を取得する処理を示すフローチャートである。 条件設定の処理を示すフローチャートである。 点灯光源導出部の機能構成を示すブロック図である。 撮像に使用する点灯光源を設定する処理を示すフローチャートである。 点灯光源導出結果の一例を示す模式図である。 制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。なお、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。

［第１実施形態］
撮像回数を減らすために、撮像装置側をテレセントリック光学系にして撮像を行う第１実施形態に係る反射特性取得システムについて説明する。

図１は、第１実施形態の反射特性取得システムの構成を示す模式図である。図１（ａ）は反射特性取得システムを正面からみた正面図であり、図１（ｂ）は、反射特性取得システムに設置された照明装置１０６を正面から見た正面図である。

ここで１０１は測定の対象となる測定対象物体（以降、対象物体とする）である。１０２は対象物体１０１を固定するための固定治具である。

１０３は対象物体１０１を撮像する撮像装置である。撮像装置１０３としては、例えば４０９６ｘ３０００画素のエリアセンサを有する撮像装置を用いることができる。なお、撮像装置１０３は対象物体１０１上の照度に対し線形な信号値を得る光電変換特性を有し、記憶される画像データは、各画素でグレイ１チャンネルの輝度情報を有し、チャンネルが１６ビットで量子化されているものとする。

１０４は、撮像装置１０３に取り付け使用する光学系である。光学系１０４として、撮像装置１０３側の光学系をテレセントリック光学系、すなわち入射側でレンズの光軸と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する光学系であり、例えばテレセントリックレンズを用いることができる。光学系１０４をテレセントリックレンズとすることにより、対象物体１０１からの反射光のうち矢印１０５で示すような、テレセントリックレンズ１０４の光軸に平行な光のみを撮像装置１０３で受光することができる。なお、対象物体１０１は光学系１０４の光軸に対して傾いているため、チルト機構のあるテレセントリックレンズを用いてもよい。

１０６は、対象物体１０１に対し様々な方向から光を照射するための照明装置である。照明装置１０６の表面に２次元状に配置された点光源１０７を備えている。本実施形態においては１７×１７個の光源１０７が設置されているものを使用する。この点光源１０７の設置の間隔が狭いほど、より角度分解能の高い反射特性を取得することができる。また、点光源１０７の設置の範囲が広いほど、より広い角度範囲の反射特性を取得できる。点光源１０７としては、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。点光源１０７の光学系は非テレセントリック光学系であり、点光源１０７は、出射する光束が発散光である発散光源である。本実施形態では、点光源１０７として、矢印１０８で示されている光の出射方向によって輝度が異なる指向特性を持つＬＥＤを用いる。例えば、半値角６０°の指向特性を持つＬＥＤを用いることができる。

１１４は、撮像装置１０３と照明装置１０６を制御し、対象物体１０１の撮像画像を取得する制御を行う制御装置である。

続いて、対象物体１０１、撮像装置１０３、照明装置１０６の位置と姿勢について説明する。１０９は、対象物体１０１に対して垂直で、対象物体１０１の中心を通る軸である。また、１１０は、光学系１０４の光軸である。１１１は照明装置１０６の点光源１０７が配置された発光面に対して垂直で、照明装置１０６の発光面の中心を通る軸である。正反射近傍の反射特性を取得するため、軸１０９、光軸１１０、軸１１１は同一面上にあり、軸１０９と軸１１１がなす入射角αと、軸１０９と軸１１１がなす反射角βとが等しくなるよう、撮像装置１０３および照明装置１０６の位置と姿勢を設定する。

本実施形態においては、正反射角４５°近傍の反射特性を取得するものとして説明するが、入射角αと反射角βは両方とも４５°にする。なお、正反射角は４５°に限定されない。入射角αと反射角βの設定を変えることで、正反射角３０°や６０°の近傍の反射特性を取得することもできる。正反射角３０°の場合は、入射角αと反射角βの大きさをそれぞれ３０°に設定し、正反射角６０°の場合は入射角αと反射角βの大きさをそれぞれ６０°に設定する。

なお、照明装置１０６を用いて様々な方向から対象物体１０１に光をあてるため、入射角αと反射角βの大きさは完全には一致していなくても実用上は問題ない。これは入射角αと反射角βとの差異に起因する輝度変化が、光が様々な方向から入射することに起因する輝度変化よりも小さい場合、前者の輝度変化は後者の輝度変化に埋もれるため測定結果への影響は無視できるためである。また、反射光のピーク方向が正反射方向とは異なる方向に反射するような対象物体１０１の反射特性に対応するため、入射角αと反射角βの大きさを異なる角度にしてもよい。

図１３は、制御装置１１４のハードウェア構成を示すブロック図である。制御装置１１４は、ＣＰＵ１３０１、ＲＯＭ１３０２、ＲＡＭ１３０３を備える。また、制御装置１１４は、ＶＣ（ビデオカード）１３０４、汎用Ｉ／Ｆ（インターフェース）１３０５、ＳＡＴＡ（シリアルＡＴＡ）Ｉ／Ｆ１３０６、ＮＩＣ（ネットワークインターフェースカード）１３０７を備える。

ＣＰＵ１３０１は、ＲＡＭ１３０３をワークメモリとして、ＲＯＭ１３０２、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１３１２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、ＣＰＵ１３０１は、システムバス１３０８を介して各構成を制御する。尚、後述するフローチャートによる処理は、ＲＯＭ１３０２やＨＤＤ１３１２などに格納されたプログラムコードがＲＡＭ１３０３に展開され、ＣＰＵ１３０１によって実行される。

ビデオカード（ＶＣ）１３０４には、ディスプレイ１３１４が接続される。汎用Ｉ／Ｆ１３０５には、シリアルバス１３０９を介して、マウスやキーボードなどの入力デバイス１３１０や撮像装置１０３、照明装置１０６が接続される。ＳＡＴＡＩ／Ｆ１３０６には、シリアルバス１３１１を介して、ＨＤＤ１３１２や各種記録メディアの読み書きを行う汎用ドライブ１３１３が接続される。ＮＩＣ１３０７は、外部装置との間で情報の入力及び出力を行う。

ＣＰＵ１３０１は、ＨＤＤ１３１２や汎用ドライブ１３１３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ことができる。ＣＰＵ１３０１は、プログラムによって提供されるＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェース）をディスプレイ１３１４に表示し、入力デバイス１３１０を介して受け付けるユーザ指示などの入力を受信することができる。

図２は、制御装置１１４の機能構成を示すブロック図である。撮像ドライバ２０３は、撮像装置１０３を制御するための命令群であり、制御装置１１４から撮像装置１０３へ送信するための命令群を含んでいる。また、照明ドライバ２０４は、照明装置１０６を制御するための命令群であり、複数の光源を個々に点灯・消灯する命令を含んでいる。同様に、入力ドライバ２０５は、入力デバイス１３１０の制御を行う命令群、表示ドライバ２０６はディスプレイ１３１４を制御する命令群である。

画像取得制御部２０７は、撮像ドライバ２０３、照明ドライバ２０４に命令を送り、撮像画像データを取得する一連の処理を行う命令群である。反射特性導出部２０８は画像取得制御部２０７が取得した撮像画像データから対象物体１０１の反射特性情報を導出する命令群である。また、ＵＩ管理部２０９はユーザが入力デバイス１３１０に入力した情報の管理や、測定結果をディスプレイ１３１４に表示する等の処理を行うユーザインタフェース機能の命令群である。測定アプリケーション２１０は、画像取得制御部２０７、反射特性導出部２０８、ＵＩ管理部２０９の命令群を連動させ、１つの測定アプリケーションとして機能させるための命令群である。

図３は、測定アプリケーション２１０の処理の流れを説明するフローチャートである。以下、各ステップ（工程）は符号の前にＳをつけて表す。

Ｓ３０１にて、測定アプリケーション２１０は、詳細は後述するが、画像取得制御部２０７の命令群を用いて、照明装置１０６で照射しながら撮像装置１０３で物体の撮像を行うことで撮像画像を取得する一連の処理を実行する。

次にＳ３０２にて、測定アプリケーション２１０は、これも詳細は後述するが、Ｓ３０１で取得した撮像画像を処理することで対象物体１０１の反射特性データを取得する。

最後にＳ３０３にて、測定アプリケーション２１０は、Ｓ３０２で導出された対象物体１０１の反射特性データをディスプレイ１３１４に表示し、処理を終了する。尚、Ｓ３０３においてディスプレイ１３１４に表示を行わず、ＨＤＤ１３１２等に対象物体１０１の反射特性データを直接記録する構成にしても良い。

図４は、Ｓ３０１の撮像画像を取得するための処理の詳細を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、対象物体１０１表面上の位置ごとの照度を取得するため、対象物体１０１の撮像とは別に、基準物体として白色板の撮像を行う。対象物体１０１表面上の位置ごとの照度は、対象物体を撮像して得られた測定対象画像の画素値と、基準物体である白色板を撮像してえられた基準画像の画素値との差に基づき導出される。基準物体とする白色板は、色が均一で鏡面性が小さく拡散性の高いものが好ましい。

Ｓ４０１にて、測定アプリケーション２１０は、詳細は後述するが、照明装置１０６で白色板を照射しながら撮像装置１０３で白色板の撮像を行い、白色板の撮像画像を取得する。

次にS４０２にて、測定アプリケーション２１０は、詳細は後述するが、照明装置１０６で対象物体１０１を照射しながら撮像装置１０３で対象物体１０１の撮像を行い、対象物体１０１の撮像画像を取得する。

なお、Ｓ４０１、Ｓ４０２では、照明装置１０６の照明条件は後述するように時間で変化するが、その順序はＳ４０１とＳ４０２の時間差は小さい方が好ましく、順序は逆でもよい。

図５は、Ｓ４０１、Ｓ４０２のユーザが行うステップ以外の対象物体撮像画像取得方法の詳細を説明するためのフローチャートである。すなわち、Ｓ４０１では、白色板を固定治具１０２上に設置してから図５に示す処理を行い、Ｓ４０２では、対象物体１０１を固定治具１０２上に設置してから図５に示す処理を行う。ここで、白色板は対象物体１０１と同一のサイズとし、対象物体１０１の表面の位置と白色板の表面の位置とが一致するよう、対象物体１０１を固定治具１０２の位置を調整して固定する。

Ｓ５０１にて、測定アプリケーション２１０は、ＵＩ管理部２０９の命令群を用い、ユーザから撮像装置１０３の撮像条件および、照明装置１０６の照明条件等の条件設定を取得する。ここで設定する撮像条件としては、シャッター速度、ＩＳＯ感度等である。また、設定する照明条件としては、点灯する点光源１０７の位置、その点灯順、点灯時間等である。

Ｓ５０２はループ処理であり、測定アプリケーション２１０は、照明装置１０６を用いて点光源１０７の点灯を行う毎にＳ５０３〜Ｓ５０５を行う。

Ｓ５０３にて、測定アプリケーション２１０は、画像取得制御部２０７により照明ドライバ２０４を用いてＳ５０１にて設定された照明条件に基づき照明装置１０６を制御し、指定された点光源１０７の点灯を行う。

Ｓ５０４にて、測定アプリケーション２１０は、画像取得制御部２０７により撮像ドライバ２０３を用いてＳ５０１にて設定された撮像条件に基づき撮像装置１０３を制御し、撮像を行う。

Ｓ５０５にて、測定アプリケーション２１０は、画像取得制御部２０７により照明ドライバ２０４を用いてＳ５０１にて設定された照明条件に基づき照明装置１０６を制御し、指定された点光源１０７の消灯を行う。測定アプリケーション２１０は、全ての照明条件での撮影が完了するまでＳ５０２に戻り、点灯させる点光源１０７の位置を変更する等、照明条件を変更して、Ｓ５０３〜Ｓ５０５を行う。

このように本実施形態では、照明装置１０６の点灯させる点光源１０７の位置等の変更を行って、撮像を行う。

図６は、図２に示す反射特性取得部２０８のより詳細な機能の構成を説明するためのブロック図である。反射特性取得部２０８は、反射率導出部６０１、入射角・入射方位角導出部６０２、光源・カメラ・撮像画像位置情報格納部６０３、反射特性集約部６０４を含む。

また、図７は反射特性導出ステップＳ３０２のより詳細なフローを説明するためのフローチャートである。

まず、Ｓ７０１にて、反射特性導出部２０８は、反射率導出部６０１を用いて、点灯した点光源１０７毎の対象物体１０１の撮像画像の各画素の輝度値ＯＢＪ_i（ｕ，ｖ）、点光源１０７毎の白色板の撮像画像の各画素の輝度値ＲＥＦ_i（ｕ，ｖ）を読み込む。そして、反射率導出部６０１は次式を用いて、点光源１０７毎の反射率Ｒ_i（ｕ，ｖ）を導出する。

ここで、ｕは画像の横方向のインデックスであり、ｖは画像の縦方向のインデックスである。本実施形態では、４０９６ｘ３０００画素のエリアセンサを備えた撮像装置１０３を用いているので、ｕは１から４０９６、ｖは１から３０００までの整数値をとる。

また、ｉは対象物体１０１の撮像に使用した個々の点光源１０７の位置を特定するためのラベルである。本実施形態においては点光源１０７の数が１７×１７＝２８９個なので、ラベルｉは１から２８９までの整数値をとる。

なお、本ステップにて導出する点光源１０７毎の反射率Ｒ_i（ｕ，ｖ）には、入射角αや反射角βの情報が含まれていない。

撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）毎に対応する実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は異なるため、撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）毎に点光源１０７から白色板または対象物体１０１に対する入射角αは異なる。さらに点灯する点光源１０７の位置ｉによってもそれぞれ白色板または対象物体１０１に対する入射角αは異なる。一方で反射角βについては、テレセントリックレンズ１０４を用いて撮像を行っているので、撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）によらず反射角βと反射方位角（球面座標系における天頂角と方位角に相当）は（４５°，０°）になる。続くＳ７０２では、撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）毎の入射角αと入射方位角を導出する。

Ｓ７０２にて、反射特性導出部２０８は、入射角・入射方位角導出部６０２を用いて、撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）毎に入射角αと入射方位角（θ（ｕ，ｖ）、φ（ｕ，ｖ））を導出する。入射角・入射方位角導出部６０２は、入射角α、入射方位角を導出するために、光源・撮像装置・撮像画像位置情報記憶部６０３に保持されている設定値を読み込む。ここで読み込む設定値とは、撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）に対応する実空間上の位置（ｘ（ｕ，ｖ）、ｙ（ｕ，ｖ）、ｚ（ｕ，ｖ））の設計値と、点光源１０７毎の実空間上の位置（ｘ_Li，ｙ_Li，ｚ_Li）である。そして入射角・入射方位角導出部６０２は、次式を用いて、撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）毎に入射角αと入射方位角（θ（ｕ，ｖ）、φ（ｕ，ｖ））を導出する。

ここで、ａｃｏｓ（）はｃｏｓ（）の逆関数、ｓｉｇｎ（）は符号関数である。

Ｓ７０３にて、反射特性導出部２０８は、反射特性集約部６０４を用いて、対象物体１０１の反射特性情報を出力する。このために反射特性集約部６０４は、Ｓ７０１にて導出した反射率Ｒ_i（ｕ，ｖ）、Ｓ７０２にて導出した入射角情報（θ（ｕ，ｖ）、φ（ｕ，ｖ））を読み込む。また反射特性集約部６０４は、光源・撮像装置・撮像画像位置情報記憶部６０３に保持された撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）に対応する実空間上の位置（ｘ（ｕ，ｖ）、ｙ（ｕ，ｖ）、ｚ（ｕ，ｖ））の設計値を読み込む。ここで出力する反射特性情報は、実空間上の位置（ｘ、ｙ、ｚ）毎に、入射角αと入射方位角（θ、φ）、反射角βと反射方位角（４５°、０°）、反射率Ｒ_i（ｕ，ｖ）が列挙された情報である。

以上説明した処理制御を行うことで、撮像装置１０３の位置を変えて撮像することが必要な従来の測定方法に比べ、撮像回数を大幅に減らして、対象物体１０１の正反射角近傍の反射特性情報を取得することができる。

特許文献１では、対象物体の位置によって入射角および反射角が異なるため、照明装置の位置および撮像装置の位置を変えながら撮像を行う必要があった。一方本実施形態においては、テレセントリックレンズを用いた光学系１０４を用いて撮像を行っているため、撮像装置１０３については、位置を変えながら測定する必要がない。したがって、点光源１０７の位置だけを変えた測定のみで済むので撮像回数を減らすことができる。さらに、照明装置１０６には、メカニカルな可動部分がないので、撮像のインターバルを小さくすることができ、高速で連続撮像を行うことが出来る。

本実施形態では、撮像装置側の光学系をテレセントリック光学系、照明側の光学系を非テレセントリック光学系としたが、照明側の光学系もテレセントリック光学系にした構成について補足する。この場合、対象物体の位置によらず同じ方向の光を対象物体に照射することになる。そのため入射角αが４５°の光は取得できるが、入射角αが４３°や４７°といった４５°近傍の光や、入射角αを４５°を中心として１０°〜２０°振った場合の光の反射率は取得するのが困難になる。

したがって、本実施形態では照明装置側の光学系を非テレセントリック光学系にすることで、照明装置１０６に設置する光源の間隔を小さくし、高い角度分解能の反射特性を測定可能にするとともに、入射角αが４５°近傍の光の反射率を取得可能としている。

また、本実施形態では、撮像装置の数を１つ、点光源の数を複数とし、入射角αが４５°近傍、反射角βが４５°の反射率Ｒの２次元分布を取得しているが、逆に点光源の数を１つ、撮像装置の数を複数とした構成について補足する。この構成で効率良く撮像するためには、複数の撮像装置を高密度に配置することが求められるが、本実施形態における点光源１０７のように高密度に配置するのは難しいので、取得できる反射特性の角度分解能が著しく落ちてしまう。

なお、本実施形態では、入射角αが４５°近傍、反射角βが４５°の反射率Ｒの２次元分布を取得している。反射特性には、入射光αと反射光βを入れかえても反射率Ｒは変化しないという性質、いわゆるヘルムホルツの相反性があるため、入射角αが４５°、反射角βが４５°近傍の反射率Ｒの２次元分布と同等の情報が取得できている。

なお、本実施形態は、上述した制御装置１１４による照明装置１０６の各点光源１０７の点灯と撮像装置１０３の撮像の同期制御に限定されない。例えば、照明装置１０６と撮像装置１０３とをケーブルで接続し、照明装置１０６の点灯を制御する信号を撮像装置１０３に出力することで、点灯と同時に撮像装置１０３で撮像を行う構成としてもよい。

また、Ｓ７０３にて導出した対象物体１０１の反射特性情報は膨大なデータなので、反射モデルを用いて最小二乗法などの最適化手法を併用することで対象物体１０１の反射特性情報を関数で近似し、反射モデルのパラメータとして出力してもよい。反射モデルには、Ｔｏｒｒａｎｃｅ−ＳｐａｒｒｏｗモデルやＰｈｏｎｅモデルなど様々な公知技術があるがどれを用いてもよい。

［第２実施形態］
第１実施形態では、撮像回数を減らすために、撮像装置側をテレセントリック光学系にして、照明装置１０６に設置された１７×１７個の点光源１０７を１つずつ点灯させて撮像を行った。しかし、そのようにして行った撮像で得られた撮像画像には、使用した点光源１０７の位置によっては、正反射角近傍の反射特性を測定する上で不要なものも含まれている。例えば、入射角αが４５°±１０°であるときの反射特性を測定したい場合、入射角αがその入射角範囲外となる点光源１０７の点灯時の撮像は不要である。

そこで、第２実施形態では、さらに撮像回数を減らすため、取得する対象物体１０１のサイズと取得したい反射特性の角度範囲に応じて、照明装置１０６において点灯させる点光源１０７を設定する反射特性取得システム及び反射特性取得方法について説明する。

なお、第２実施形態における反射特性取得システムの構成、制御装置の機能構成は第１実施形態と同一であるため説明を省略し、第１実施形態と異なる点を中心に簡潔に説明する。

図８は、第２実施形態における対象物体撮像画像取得方法の詳細を説明するためのフローチャートである。第１実施形態の対象物体撮像画像取得方法（図５）とは条件設定Ｓ８０１のみが異なるため、Ｓ８０１について説明する。

図９は、条件設定Ｓ８０１の詳細を説明するためのフローチャートである。

まず、Ｓ９０１にて、測定アプリケーション２１０は、ＵＩ管理部２０９の命令群を用い、ユーザから撮像装置１０３の撮像条件を取得する。ここで設定される撮像条件としては、シャッター速度、ＩＳＯ感度等である。

Ｓ９０２にて、測定アプリケーション２１０は、ＵＩ管理部２０９の命令群を用い、ユーザから対象物体１０１の測定領域のサイズ（実空間上の測定領域の範囲）と照明装置１０６の測定領域内での入射角度範囲を取得する。例えば、測定領域のサイズとして５ｃｍ×５ｃｍが設定される。また、入射角度範囲として、これに限定されないが、４５°±１０°を設定することができる。

Ｓ９０３にて、詳細は後述するが、測定アプリケーション２１０は、測定領域のサイズと測定する反射特性の入射角度範囲に応じて撮像時に点灯させる点光源１０７を画像取得制御部２０７に設定する。

Ｓ９０４にて、測定アプリケーション２１０は、ＵＩ管理部２０９の命令群を用い、ユーザから照明装置１０６の照明条件を取得する。ここで設定する照明条件としては、Ｓ９０３にて導出された点光源１０７の点灯順、点灯時間等である。

図１０は、画像取得制御部２０７の機能構成の１つである、点灯光源導出部１００１の機能構成を示すブロック図である。また図１１は、Ｓ９０３の詳細なフロー図である。

Ｓ１１０１にて、マスク画像導出部１００２は、測定領域のサイズ、光源・撮像装置・撮像画像位置情報記憶部１００５に格納されている撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）に対応する実空間上の位置（ｘ（ｕ，ｖ）、ｙ（ｕ，ｖ）、ｚ（ｕ，ｖ））を読み込む。そしてマスク画像導出部１００２は、撮像画像の画素位置（ｕ，ｖ）毎に、対象物体１０１が取得範囲内か外かの２値を画素値とするマスク画像を生成する。本実施形態においては、４０９６ｘ３０００画素のエリアセンサを有する撮像装置を用いているので、マスク画像の画素数は４０９６ｘ３０００である。

Ｓ１１０２にて、入射角・入射方位角導出部１００３は、Ｓ１１０１にて生成したマスク画像、光源・撮像装置・撮像画像位置情報記憶部１００５に格納されている、実空間上の撮像装置１０３の位置、点光源１０７毎の実空間上の位置を読み込む。そして入射角・入射方位角導出部１００３は、撮像画像の取得範囲内の画素に対して入射角αと入射方位角（θ、φ）を導出する。

Ｓ１１０３にて、点灯判定部１００４は、入射角・入射方位角導出部１００３にて導出した入射角αと入射方位角（θ、φ）と、入射角度範囲を読み込む。そして、点灯判定部１００４は、照明装置１０６の光源１０７毎に対象物体１０１の撮像に使用するか否かを判定し、判定結果を点灯光源情報として出力する。

図１２は、導出された点灯光源情報の出力結果の一例を示す模式図である。１２０１は対象物体１０１の撮像に使用する点光源、１２０２は対象物体１０１の撮像に使用しない点光源である。これにより、第１実施形態の場合よりも、撮像に使用しない点光源１２０２の数だけ撮像回数が少なくなる。

以上説明した処理制御を行うことで、第１実施形態よりもさらに少ない撮像回数で対象物体１０１の正反射角近傍の反射特性を測定することができる。第１実施形態では１７×１７個の全ての点光源を使用して撮像を行ったが、第２実施形態では測定領域のサイズと測定する反射特性の入射角度範囲に応じて点光源を設定したため、撮像回数をより減らすことができる。

［その他の実施形態］
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。

なお、上述した各処理部のうち、反射特性導出部２０８、点灯光源導出部１００１等については、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良い。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。

１１４ 制御装置
１０６ 照明装置
１０３ 撮像装置
２０７ 画像取得制御部
２０８ 反射特性導出部

Claims (12)

1. 複数の光源を含む照明装置と、光の入射側でレンズの光軸と主光線とが平行となる光学系を有する撮像装置とを制御し、測定対象物体を撮像して得られる測定対象画像と、前記測定対象物体とは異なる基準物体を撮像して得られる基準画像とを取得する第１の取得手段と、
   前記測定対象画像と前記基準画像とに基づいて、前記測定対象物体の反射特性情報を導出する第１の導出手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記基準画像は、前記測定対象物体と同じ位置に配置した白色板を、前記照明装置の複数の光源のうち前記測定対象画像の撮像時と同じ光源を点灯して前記撮像装置で撮像して得られた画像であり、
   前記第１の導出手段は、前記測定対象画像と前記基準画像とに基づいて、前記測定対象画像の各画素に対応する反射率を含む前記反射特性情報を導出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記照明装置の各光源の実空間上の位置、および前記測定対象画像の各画素に対応する実空間上の位置に関する位置情報を取得する第２の取得手段と、
   前記位置情報に基づいて、前記測定対象画像の画素ごとに、前記照明装置の各光源からの光の入射角を導出する第２の導出手段と、
   をさらに備え、
   前記第１の導出手段は、前記入射角を含む前記反射特性情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 実空間上の測定領域と前記照明装置の各光源からの光の入射角のうち測定する入射角度範囲とを取得する第３の取得手段をさらに備え、
   前記第１の取得手段は、前記照明装置の複数の光源のうち、前記測定領域内における前記入射角が前記入射角度範囲に収まる光源のみを点灯して撮像する
   ことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記第２の導出手段は、前記測定対象画像の各画素に対応する画素に前記測定領域内か否かを示す画素値を有するマスク画像を生成し、前記マスク画像に基づき前記測定領域内の画素に対応する前記測定対象画像の画素についてのみ前記入射角を導出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記光学系は、テレセントリック光学系である
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記照明装置の各光源は、発散光源である
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 対象物体に光を照射する光源の点灯位置と、前記対象物体に対する撮像と、を制御する制御手段と、
   前記点灯位置と前記撮像との制御により得られる画像を取得する取得手段と、
   前記画像に基づいて、前記対象物体の反射特性の２次元分布を導出する導出手段と、を有し、
   前記撮像はテレセントリック光学系を有する撮像手段により行われることを特徴とする制御装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御装置と、
   前記制御装置で制御される照明装置と、
   前記制御装置で制御される撮像装置と、
   を備えることを特徴とするシステム。
10. 複数の光源を含む照明装置と、光の入射側でレンズの光軸と主光線とが平行となる光学系を有する撮像装置とを制御し、測定対象物体を撮像して得られる測定対象画像と、前記測定対象物体とは異なる基準物体を撮像して得られる基準画像とを取得するステップと、
    前記測定対象画像と前記基準画像とに基づいて、前記測定対象物体の反射特性情報を導出するステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
11. 対象物体に光を照射する光源の点灯位置と、前記対象物体に対する撮像と、を制御するステップと、
    前記点灯位置と前記撮像との制御により得られる画像を取得するステップと、
    前記画像に基づいて、前記対象物体の反射特性の２次元分布を導出するステップと、を有し、
    前記撮像はテレセントリック光学系を有する撮像手段により行われることを特徴とする制御方法。
12. コンピュータを請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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