JP6514057B2 - 光環境評価装置及び光環境評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、光環境を評価するための光環境評価装置及び光環境評価方法に関する。

従来、建築分野においては、光環境の評価を考慮した設計が行われている。光環境の評価としては、例えば、空間の明るさ感が利用される。空間の明るさ感は、空間全体から感じる明るさの印象、つまり人の感覚量である。このため、空間の明るさ感は、人の感覚量を定量化した明るさ感指標値として表される。なお、本明細書では、「空間の明るさ感」を単に「明るさ感」とも言う。明るさ感の指標値としては、所定画角内における平均輝度を用いる方法が一般的である（非特許文献１参照）。

D. L. Loe, K. P. Mansfield and E Rowlands: Appearance of litenvironment and its relevance in lighting design : Experimental study, LightingRes. Technol., 26-3, pp.119-133 (1994) 小林茂雄，中村芳樹：「空間の輝度分布が室内の明るさ感に与える影響」，日本建築学会計画系論文集，第４８７号，ｐｐ．３３−４１，１９９６年

ところで、光環境は、様々な要素が組み合わされているため、より高精度に光環境を評価するためには、平均輝度以外の要因も考慮する必要がある。非特許文献２には、光環境の評価に関して、粗い周波数の輝度変化が明るさ感に大きく影響を及ぼすことが記載されている。しかしながら、非特許文献２では、模型空間を外部から眺めた際の輝度分布を扱っているだけで、空間内の視点からの輝度画像や、輝度変化の空間周波数を扱っていない。しかも、非特許文献２では、明るさ感指標値の推定式の導出には至っていない。このため、光環境の評価精度を向上させる観点において、未だ改善の余地がある。

そこで、本発明は、光環境の評価精度を向上できる光環境評価装置及び光環境評価方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的に基づいて鋭意研究を行った結果、明るさに関する量の不均一が光環境に大きな影響を及ぼすとの知見を得た。更に鋭意研究を重ねた結果、環境光の無指向性を表す空間周波数成分及び細部の濃淡を示す空間周波数成分の不均一度が、光環境に大きく影響するとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づきなされたものである。すなわち、画像の各位置における明るさに関する量に基づいて光環境を評価する光環境評価装置であって、画像を取得する取得部と、取得部で取得された画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する処理部と、を備え、処理部は、複数の異なる空間周波数成分のうち、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分を抽出し、第一空間周波数成分の第一画角内における不均一度である第一不均一度を算出する。

本発明に係る光環境評価装置では、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分の不均一度は光環境に大きく影響するとの知見に基づき、第一空間周波数成分の第一不均一度を算出する。これにより、算出した第一不均一度を利用することで、光環境の評価精度を向上することができる。

また、本発明は、上記知見に基づきなされたものである。すなわち、画像の各位置における明るさに関する量に基づいて光環境を評価する光環境評価装置であって、画像を取得する取得部と、取得部で取得された画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する処理部と、を備え、処理部は、複数の異なる空間周波数成分のうち、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分を抽出し、第二空間周波数成分の第二画角内における不均一度である第二不均一度を算出する。

本発明に係る光環境評価装置では、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分の不均一度は光環境に大きく影響するとの知見に基づき、第二空間周波数成分の第二不均一度を算出する。これにより、算出した第二不均一度を利用することで、光環境の評価精度を向上することができる。

また、本発明は、上記知見に基づきなされたものである。すなわち、画像の各位置における明るさに関する量に基づいて光環境を評価する光環境評価装置であって、画像を取得する取得部と、取得部で取得された画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する処理部と、を備え、処理部は、複数の異なる空間周波数成分のうち、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分を抽出し、第一空間周波数成分の第一画角内における不均一度である第一不均一度を算出し、複数の異なる空間周波数成分のうち、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分を抽出し、第二空間周波数成分の第二画角内における不均一度である第二不均一度を算出する。

本発明に係る光環境評価装置では、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分の不均一度は光環境に大きく影響するとの知見に基づき、第一空間周波数成分の第一不均一度を算出する。また、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分の不均一度は光環境に大きく影響するとの知見に基づき、第二空間周波数成分の第二不均一度を算出する。これにより、算出した第一不均一度及び第二不均一度を利用することで、光環境の評価精度を向上することができる。

ここで、環境光の無指向性とは、環境光の拡散性が弱く指向性が強い状態であるか、環境光の拡散性が強く指向性が弱い状態であるのかをいい、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分とは、このような環境光の無指向性がよく表れる周波数成分をいう。また、細部の濃淡が表れる要因としては、例えば、細かい発光部、細かい陰影、細かい模様等が挙げられ、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分は、このような細部の濃淡がよく表れる周波数成分となる。

処理部は、画像の第三画角内の明るさに関する量の平均値を算出し、平均値と、第一不均一度と、に基づいて、明るさ感指標値を算出してもよい。この光環境評価装置では、明るさ感に関する平均値だけでなく、第一不均一度にも基づいて明るさ感指標値を算出することで、明るさ感の主観評価結果との相関を高めることができる。これにより、光環境の評価精度を更に向上することができる。

処理部は、画像の第三画角内の明るさに関する量の平均値を算出し、平均値と、第一不均一度と、第二不均一度と、に基づいて、明るさ感指標値を算出してもよい。この光環境評価装置では、明るさ感に関する平均値だけでなく、第一不均一度及び第二不均一度にも基づいて明るさ感指標値を算出することで、明るさ感の主観評価結果との相関を高めることができる。これにより、光環境の評価精度を更に向上することができる。

第一空間周波数成分は、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分であってもよい。本発明者の研究により、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分は、環境光の無指向性を表すとの知見を得た。そこで、この光環境評価装置では、当該空間周波数成分を、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分とすることで、第一不均一度により、光環境における環境光の無指向性を適切に評価することができる。

第一画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定され、第一画角の仰角上限は、１５°以上２５°以下であり、第一画角の仰角下限は、−２５°以上−１５°以下であり、第一画角の方位角右限は、４０°以上９０°以下であり、第一画角の方位角左限は、−９０°以上−４０°以下であってもよい。この光環境評価装置では、第一画角を上記範囲として第一不均一度を算出することで、処理負荷の増大を抑制しつつ、算出された第一不均一度により適切に光環境の評価を行うことができる。

第一不均一度は、分散又は標準偏差であってもよい。この光環境評価装置では、分散又は標準偏差で第一不均一度を表わすため、第一不均一度を適切に算出することができる。

第二空間周波数成分は、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分であってもよい。本発明者の研究により、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分は、細部の濃淡を示すとの知見を得た。そこで、この光環境評価装置では、当該空間周波数成分を、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分とすることで、第二不均一度により、光環境における細部の濃淡を適切に評価することができる。

第二画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定され、第二画角の仰角上限は、１５°以上２５°以下であり、第二画角の仰角下限は、−２５°以上−１５°以下であり、第二画角の方位角右限は、４０°以上９０°以下であり、第二画角の方位角左限は、−９０°以上−４０°以下であってもよい。この光環境評価装置では、第二画角を上記範囲として第二不均一度を算出することで、処理負荷の増大を抑制しつつ、算出された第二不均一度により適切に光環境の評価を行うことができる。

第二不均一度は、分散又は標準偏差であってもよい。この光環境評価装置では、分散又は標準偏差で第二不均一度を表わすため、第二不均一度を適切に算出することができる。

第三画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定され、第三画角の仰角上限は、５°以上５０°以下であり、第三画角の仰角下限は、−５０°以上０°以下であり、第三画角の方位角右限は、２５°以上９０°以下であり、第三画角の方位角左限は、−９０°以上−２５°以下であってもよい。この光環境評価装置では、第三画角を上記範囲として明るさ感指標値を算出することで、処理負荷の増大を抑制しつつ、算出された明るさ感指標値により適切に光環境の評価を行うことができる。

明るさに関する量は、輝度であってもよい。この光環境評価装置では、明るさに関する量として輝度を採用することで、画像の取扱い性が向上する。

処理部は、ウェーブレット分解により画像を複数の空間周波数成分に周波数分解してもよい。この光環境評価装置では、周波数分解の手法としてウェーブレット分解を採用するため、容易に周波数分解することができる。

本発明に係る光環境評価方法は、上記の何れかの光環境評価装置により第一不均一度を算出する。本発明に係る光環境評価方法では、上記の光環境評価装置により第一不均一度を算出するため、光環境の評価精度を向上することができる。

本発明に係る光環境評価方法は、上記の何れかの光環境評価装置により第二不均一度を算出する。本発明に係る光環境評価方法では、上記の光環境評価装置により第二不均一度を算出するため、光環境の評価精度を向上することができる。

本発明に係る光環境評価方法は、上記の何れかの光環境評価装置により明るさ感指標値を算出する。本発明に係る光環境評価方法では、上記の光環境評価装置により明るさ感指標値を算出するため、光環境の評価精度を向上することができる。

本発明によれば、光環境の評価精度を向上することができる。

実施形態の光環境評価装置を示すブロック図である。 画角を説明するための図である。 画像の一例を示す図である。 図３に示す画像を周波数分解（ウェーブレット分解）した輝度変化画像である。 分解レベルと偏相関係数との関係を示すグラフである。 仰角上限と偏相関係数との関係を示すグラフである。 仰角下限と偏相関係数との関係を示すグラフである。 第一画角を説明するための図である。 第一不均一度（ＡＤ値）を説明するための図であり、（ａ）はオフィス空間の画像、（ｂ）は分解レベル９の輝度変化画像である。 第一不均一度（ＡＤ値）を説明するための図であり、（ａ）はオフィス空間の画像、（ｂ）は分解レベル９の輝度変化画像である。 第一不均一度（ＡＤ値）を説明するための図であり、（ａ）はオフィス空間の画像、（ｂ）は分解レベル９の輝度変化画像である。 分解レベルと偏相関係数との関係を示すグラフである。 ＭＥ評定値と主観評価との関係を示すグラフである。 平均値ｘ１のみを説明変数として算出した明るさ感指標値と被検者ＭＥ評定値との関係を示すグラフである。 平均値ｘ１及び第一不均一度ｘ２を説明変数として算出した明るさ感指標値と被検者ＭＥ評定値との関係を示すグラフである。 平均値ｘ１、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を説明変数として算出した明るさ感指標値と被検者ＭＥ評定値との関係を示すグラフである。 実施形態の光環境評価方法を示すフローチャートである。 平均値の算出方法を示すフローチャートである。 第一不均一度の算出方法を示すフローチャートである。 第二不均一度の算出方法を示すフローチャートである。 光環境評価方法の変形例を示すフローチャートである。 第一不均一度（ＡＤ値）の利用方法を説明するための図である。 第二不均一度（ＣＤ値）の利用方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る光環境評価装置及び光環境評価方法の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態の光環境評価装置及び光環境方法は、画像の各位置における明るさに関する量に基づいて光環境を評価する光環境評価装置及び光環境方法である。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

［光環境評価装置の基本構成］
図１は、実施形態の光環境評価装置を示すブロック図である。図１に示すように光環境評価装置１は、取得部２と、処理部３、出力部４と、を備える。

取得部２は、所定の視点位置から見た所定画角内の画像を取得する。画像は、空間の明るさ感を評価するために用いる画像であって、明るさに関する量を含む画像である。明るさに関する量としては、例えば、明るさに関する物理量、明るさに関する心理量、明るさに関する生理量等が挙げられる。画像としては、輝度画像、明るさ画像等がある。輝度画像は、画像内の各点が輝度で表わされた輝度分布画像である。このため、輝度画像に含まれる明るさに関する量は、物理量である輝度となる。明るさ画像は、画像内の各点が明るさ尺度値であるＮＢ（Natural-scale Brightness）値で表わされた明るさ分布画像である。このため、明るさ画像に含まれる明るさに関する量は、物理量又は心理量であるＮＢ値となる。ＮＢ値は、明るさ分布画像内の各点が持つ明るさの値で、１から１３までの１３段階（１：非常に暗い，３：暗い，５：やや暗い，７：どちらでもない，９：やや明るい，１１：明るい，１３：非常に明るい）の順序尺度で表わされる。

空間の設計（窓の計画、照明の計画等）を行う場合は、例えば、ＣＡＤで作成したモデルから輝度画像を計算することにより、画像を作成する。そして、取得部２は、この作成した画像を取得する。この場合、明るさに関する量は、太陽光の配光データ、天空光の配光データ、照明器具の配光データの少なくとも一つに基づくシミュレーションにより求める。このように求める量を用いることで、空間の明るさ感の評価を適切に行うことができる。一方、空間の光環境の調整等を行う場合は、例えば、デジタルカメラにより、画像を撮像する。そして、取得部２は、この撮像した画像を取得部する。この場合、明るさに関する量は、カメラで撮像した輝度画像により求める。このように求める量を用いることで、空間の明るさ感の評価を適切に行うことができる。

図２は、画角を説明するための図である。図２に示すように、画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定される。取得部２が取得部する画像の画角は、仰角上限が９０°、仰角下限が−９０°、方位角右限が９０°、方位角左限が−９０°である。つまり、当該画角は、上下に１８０°、左右に１８０°である。なお、取得部２で取得部する画像の画角は、上記値に限定されるものではないが、後述する周波数分解により、実空間で明るさ感に影響を与えるような粗い周波数を適切に表すために、できるだけ広い画角であることが好ましい。このため、取得部２が取得部する画像は、魚眼レンズにより撮像した画像となる。但し、後述するようにウェーブレット分解を行うためには、画像を矩形にする必要があるため、取得部２の取得部前後において、魚眼レンズで撮像した魚眼画像を正距方位図法に変換しておく。なお、画像の撮像は、魚眼レンズによる撮像が好ましいが、通常のレンズによる撮像であってもよい。

また、画像の解像度は、０．１ｄｅｇ／ｐｉｘ（上下方向に１８００ピクセル、左右方向に１８００ピクセル）である。また、取得部２で取得部する画像の解像度は、上記値に限定されるものではない。

処理部３は、光環境を評価するために、取得部２で取得部された画像に基づいて、空間の明るさ感の指標値である明るさ感指標値を算出する。明るさ感指標値は、ＮＳＢ（Natural-scale Space Brightness）値とも言う。明るさ感指標値は、取得部２で取得部された画像の第三画角内の明るさに関する量の平均値ｘ１と、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分の第一画角内における不均一度である第一不均一度ｘ２と、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分の第二画角内における不均一度である第二不均一度ｘ３と、に基づいて求められる。具体的には、明るさ感指標値は、以下の式（１）により表される。

ここで、環境光の無指向性とは、環境光の拡散性が弱く指向性が強い状態であるか、環境光の拡散性が強く指向性が弱い状態であるのかをいい、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分とは、このような環境光の無指向性がよく表れる周波数成分をいう。また、細部の濃淡が表れる要因としては、例えば、細かい発光部、細かい陰影、細かい模様等が挙げられ、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分は、このような細部の濃淡がよく表れる周波数成分となる。
ＮＳＢ値＝０．２８ｅ^{１．６［ａ（ｘ１）−ｂ（ｘ２）＋ｃ（ｘ３）＋ｄ］} …（１）

つまり、明るさ感指標値は、平均値ｘ１，第一不均一度ｘ２，第二不均一度ｘ３を指数とした指数関数により表される。式（１）において、ａ，ｂ，ｃ，ｃは、定数である。なお、式（１）の求め方については、後述する。

出力部４は、処理部３が算出した明るさ感指標値、平均値ｘ１、第一不均一度ｘ２、及び第二不均一度ｘ３を出力する。出力部４による出力形態としては、例えば、ディスプレイへの表示、プリンタへの印刷等が挙げられる。

［明るさ感指標値の算出式］
上述したように、明るさ感指標値は、平均値ｘ１，第一不均一度ｘ２，第二不均一度ｘ３を指数とした式（１）により表される。そこで、以下に、式（１）の求め方について説明する。

まず、明るさ感指標値を求めるために、被検者実験の評定値を目的変数とした重回帰分析を行う。

非特許文献１に記載されているように、従来から、光環境の評価として明るさに関する量の平均値（例えば、輝度の対数の平均値：平均対数輝度）を利用することが行われている。そこで、平均値ｘ１を、重回帰分析の第一の説明変数とする。なお、取得部２で取得部する画像が輝度画像である場合、明るさに関する量は輝度であるため、平均値ｘ１は輝度の対数の平均値（平均対数輝度）となる。取得部２で取得部する画像が明るさ画像である場合、明るさに関する量はＮＢ値であるため、平均値ｘ１はＮＢ値の平均値（平均ＮＢ値）となる。

平均値ｘ１の第三画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定される（図２参照）。

第三画角の仰角上限θ１は、５°以上５０°以下とすることが好ましい。第三画角の仰角下限θ２は、−５０°以上０°以下とすることが好ましい。第三画角の方位角右限θ３は、２５°以上９０°以下とすることが好ましい。第三画角の方位角左限θ４は、−９０°以上−２５°以下とすることが好ましい。

具体例としては、第三画角の仰角上限を２０°、第三画角の仰角下限を０°、第三画角の方位角右限を５０°、第三画角の方位角左限を−５０°とする。この画角は、本発明者が先に特許出願した特開２０１４−２６０３８８号に記載したように、空間の環境によって変更する。例えば、視線方向前方に床が有る場合は、仰角下限を−４０°とする。また、視線方向前方に窓が有る場合は、仰角上限を４０°とする。また、視点位置から空間の天井までの距離に対する視点位置から空間の視線方向前方の壁までの距離の割合が６よりも小さい場合（天井に対して前方の壁が近い場合）は、仰角上限を４０°とし、当該割合が１０よりも大きい場合（天井に対して前方の壁が遠い場合）は、仰角上限を１０°とする。

次に、重回帰分析の第二の説明変数及び第三の説明変数を特定するために、取得部２で取得部する画像を、複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する。周波数分解の手段としては、特に限定されないが、本実施形態では、Ｓｙｍｌｅｔ６のウェーブレット分解を採用する。なお、説明を分かり易くするために、明るさに関する量として輝度を採用して説明する。但し、輝度以外の明るさに関する量を用いた場合も、同様である。

図３は、画像の一例を示す図である。図４は、図３に示す画像を周波数分解（ウェーブレット分解）した輝度変化画像である。

図３及び図４に示すように、取得部２で取得部する画像を、分解レベル１から分解レベル１０の分解レベルに分解する。すると、図４に示すような各分解レベルの空間周波数成分の輝度変化画像が得られる。なお、取得部２で取得部する画像の解像度が変わると、ウェーブレット分解により周波数分解される各分解レベルの空間周波数も変わる。

重回帰分析の目的変数として、マグニチュード推定法（以下「ＭＥ法」という。）に基づくＭＥ評定値を求める。ＭＥ評定値は、被験者実験により得られる間隔尺度の物理量である。ＭＥ評定値の求め方は、まず、基準空間の視覚刺激と比較した様々な実験空間の視覚刺激の値を被験者に申告してもらう。そして、申告値の平均値を、目的変数であるＭＥ評定値とする。

そして、ウェーブレット分解により周波数分解した各分解レベルの空間周波数成分のうち、上述した目的変数及び第一の説明変数を用いた重回帰分析によって最も相関が高くなる空間周波数成分の不均一度を、重回帰分析の第二の説明変数として特定する。不均一度は、分散又は標準偏差で表わすことができる。重回帰分析では、被検者の主観評価結果との間の相関を算出する。被験者の主観評価結果は、被検者の感じた明るさ感であって、１から１３までの１３段階（１：非常に暗い，３：暗い，５：やや暗い，７：どちらでもない，９：やや明るい，１１：明るい，１３：非常に明るい）の順序尺度で表わされる。

なお、重回帰分析によって得られる偏回帰係数は、重回帰分析を行う対象空間における不均一の特徴によって大きく異なることが考えられる。例えば、オフィスの輝度分布とエントランスの輝度分布とは、異なる特徴を持っている。そこで、オフィスとエントランスとを別のグループに分け、各グループについて重回帰分析を行い、グループ毎に偏回帰係数を求める。

図５及び表１は、分解レベルと偏相関係数との関係を示すグラフである。図５において、横軸は、ウェーブレット分解の分解レベルを示しており、縦軸は、第二の説明変数の偏相関係数を示している。

図５及び表１に示すように、分解レベル９（空間周波数：０．０１４［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］）の場合の偏相関係数が、最も絶対値の大きい−０．６８０５となっており、分解レベル８（空間周波数：０．０２８［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］）の場合の偏相関係数が、次に絶対値の大きい−０．４１５６となっている。なお、マイナスの相関係数は、マイナス方向の相関を示している。また、一般的に、偏相関係数の絶対値が０．５を超えると相関が高いと言われている。そこで、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数の第一画角内における不均一度を、第二の説明変数である第一不均一度ｘ２とする。なお、不均一度は、上述したように、分散又は標準偏差で表わすことができ、ウェーブレット分解により周波数分解した場合は、不均一度を分散で表わすことが好ましい。

第一画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定される。そして、一般に、人が明るさ感を主に知覚する画角は、仰角上限が２０°、仰角下限が−２０°、方位角右限が５０°、方位角左限が−５０°といわれている。そこで、暫定的に、第一画角の仰角上限を２０°、第一画角の仰角下限を−２０°、第一画角の方位角右限を５０°、第一画角の方位角左限を−５０°とする。つまり、当該画角は、上下に４０°、左右に１００°となる。

次に、図６〜図８を参照して、第一画角の特定方法について説明する。図６及び表２は、仰角上限と偏相関係数との関係を示すグラフである。図７及び表２は、仰角下限と偏相関係数との関係を示すグラフである。図８は、第一画角を説明するための図である。

まず、仰角下限を−２０°、方位角右限を５０°、方位角左限を−５０°にそれぞれ固定し、仰角上限を−１０°から６０°まで１０°刻みで変化させて、第二の説明変数である第一不均一度ｘ２の偏相関係数を算出する。図６及び表２に示すように、仰角上限が２０°の場合の偏相関係数が、最も絶対値の大きい−０．６８０５となる。そこで、第一画角の仰角上限を１５°以上２５°以下とし、例えば、図８に示すように、２０°とする。

次に、仰角上限を２０°、方位角右限を５０°、方位角左限を−５０°にそれぞれ固定し、仰角下限を−６０°から１０°まで１０°刻みで変化させて、第二の説明変数である第一不均一度ｘ２の偏相関係数を算出する。図７及び表３に示すように、仰角下限が−２０°の場合の偏相関係数が、最も絶対値の大きい−０．６８０５となる。そこで、第一画角の仰角下限を−２５°以上−１５°以下とし、例えば、図８に示すように、−２０°とする。

次に、仰角上限を２０°、仰角下限を−２０°にそれぞれ固定し、方位角右限を４０°から９０°まで、また、方位角左限を−９０°から−４０°まで、１０°刻みで変化させて、第二の説明変数である第一不均一度ｘ２の偏相関係数を算出する。その結果、方位角右限が６０°、方位角左限が−６０°の場合の偏相関係数が、最も絶対値の大きい−０．６８９７となる。そこで、第一画角の方位角右限を４０°以上９０°以下とし、第一画角の方位角左限を−９０°以上−４０°以下とし、例えば、図８に示すように、第一画角の方位角左限を６０°、第一画角の方位角右限を−６０°とする。

ここで、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分は、環境光（アンビエント光）の無指向性を表す成分となる。このため、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数の第一画角内における輝度の分散、すなわち第一不均一度ｘ２を、ＡＤ値（ambient-directivity value）とも言う。なお、環境光は、窓採光や局所照明などであり、無指向性は、拡散性とも言う。

図９〜図１１は、第一不均一度（ＡＤ値）を説明するための図であり、（ａ）はオフィス空間の画像、（ｂ）は分解レベル９の輝度変化画像である。図９に示すオフィス空間は、左壁面を照らす局所照明が、指向性のやや強いアンビエント光となるため、ＡＤ値は０．２５となっている。図１０に示すオフィス空間は、全体的に照明が分散されており、指向性の強いアンビエント光が無いため、ＡＤ値は、図９のオフィス空間よりも低い０．１６となっている。図１１に示すオフィス空間は、窓採光が、指向性の強いアンビエント光となるため、ＡＤ値は、図９のオフィス空間よりも高い０．３４となっている。

次に、ウェーブレット分解により周波数分解した各分解レベルの空間周波数成分のうち、上述した目的変数、第一の説明変数（平均値ｘ１）及び第二の説明変数（第一不均一度ｘ２）を用いた重回帰分析によって最も相関が高くなる空間周波数成分の不均一度を、重回帰分析の第三の説明変数として特定する。なお、第三の説明変数は、第二の説明変数の特定と同様の手法を用いて特定する。

図１２及び表４は、分解レベルと偏相関係数との関係を示すグラフである。図１２において、横軸は、ウェーブレット分解の分解レベルを示しており、縦軸は、第三の説明変数の偏相関係数を示している。図１２及び表４に示すように、分解レベル４（空間周波数：０．４５５［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］）の場合の偏相関係数が、最も絶対値の大きい０．４１６６となっており、分解レベル５（空間周波数：０．２２７［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］）の場合の偏相関係数が、次に絶対値の大きい０．４０５０となっており、分解レベル３（空間周波数：０．９０９［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］）の場合の偏相関係数が、次に絶対値の大きい０．３００７となっている。そこで、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数の第二画角内における輝度の分散を、第三の説明変数である第二不均一度ｘ３とする。

第二画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定される。そして、第一画角と同様の手法で第二画角を特定する。すなわち、第二画角の仰角上限を１５°以上２５°以下とし、例えば、２０°とする。また、第二画角の仰角下限を−２５°以上−１５°以下とし、例えば、−２０°とする。また、第二画角の方位角右限を４０°以上９０°以下とし、例えば、６０°とする。また、第二画角の方位角左限を−９０°以上−４０°以下とし、例えば、−６０°とする。

ここで、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分は、家具のエッジなどの細部（ディテール）の濃淡を表す成分となる。このため、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数の第二画角内における輝度の分散、すなわち第二不均一度ｘ３を、ＣＤ値（contrast-detail value）とも言う。

次に、図１３を参照して、間隔尺度であるＭＥ評定結果と順序尺度である主観評価結果との関係を説明する。図１３は、ＭＥ評定結果と主観評価結果との関係を示すグラフである。図１３に示すように、ＭＥ評定結果ｙと主観評価結果ｘとの相関分析を行うと、ｙ＝０．２８０４ｅ^{１．５９７５ｘ}で表わされる指数関数の関係式が導き出される。

そこで、この関係式に、明るさ感指標値（ＮＳＢ値）、平均値ｘ１、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を当てはめると、上述した式（１）となる。更に、式（１）の定数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求めると、以下の式（２）とする。なお、定数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、採用する明るさに関する量の種類や、不均一度の求め方などによって変動する。
ＮＳＢ値＝０．２８ｅ^{１．６［０．５７１（ｘ１）−２．６５（ｘ２）＋２３．４（ｘ３）＋０．５７］} …（２）

ここで、図１４〜図１６を参照して、明るさ感指標値について別の角度から評価する。図１４は、平均値ｘ１のみを説明変数として算出した明るさ感指標値と被検者ＭＥ評定値との関係を示すグラフである。図１５は、平均値ｘ１及び第一不均一度ｘ２を説明変数として算出した明るさ感指標値と被検者ＭＥ評定値との関係を示すグラフである。図１６は、平均値ｘ１、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を説明変数として算出した明るさ感指標値と被検者ＭＥ評定値との関係を示すグラフである。

図１４に示すように、平均値ｘ１のみを説明変数とした場合は、決定係数Ｒ^２が０．８３２９となる。図１５に示すように、平均値ｘ１及び第一不均一度ｘ２を説明変数とした場合は、決定係数Ｒ^２が０．９１１８となる。図１６に示すように、平均値ｘ１、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を説明変数とした場合は、決定係数Ｒ^２が０．９４４９となる。

このように、平均値ｘ１のみを説明変数とする単回帰式によって計算される明るさ感指標値に比べて、不均一度も説明変数とした重回帰式によって計算される明るさ感指標値の方が、明るさ感の推定精度が高くなる。更に、不均一度を一つの説明変数とする重回帰式によって計算される明るさ感指標値に比べて、不均一度を二つの説明変数とする重回帰式によって計算される明るさ感指標値の方が、明るさ感の推定精度が高くなる。

次に、図１７〜図２０を参照して、光環境評価方法について説明する。

図１７は、実施形態の光環境評価方法を示すフローチャートである。図１７に示すように、光環境評価方法では、まず、画像を取得する（ステップＳ１）。ステップＳ１は、取得部２により行われる。ステップＳ１で取得する画像の画角は、例えば、仰角上限が９０°、仰角下限が−９０°、方位角右限が９０°、方位角左限が−９０°である。また、当該画像の解像度は、例えば、０．１ｄｅｇ／ｐｉｘ（上下方向に１８００ピクセル、左右方向に１８００ピクセル）である。

次に、明るさに関する量の平均値ｘ１を算出する（ステップＳ２）。ステップＳ２は、処理部３により行われる。

図１８は、平均値の算出方法を示すフローチャートである。図１８に示すように、ステップＳ２では、まず、第三画角を設定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１では、第三画角として、例えば、仰角上限を２０°、仰角下限を０°、方位角右限を５０°、方位角左限を−５０°に設定する。更に、ステップＳ２１では、視線方向前方の床の有無、視線方向前方の窓の有無、視点位置から空間の天井までの距離に対する視点位置から空間の視線方向前方の壁までの距離の割合に応じて、設定する第三画角を変更する。

次に、ステップＳ２１で設定した第三画角内における明るさ感に関する量の平均値ｘ１を算出する（ステップＳ２２）。ステップＳ１で取得した画像が輝度画像である場合、平均値ｘ１は、平均対数輝度とすることができる。そして、ステップＳ２１を終了する。

図１７に示すように、ステップＳ２が終了すると、次に、第一不均一度ｘ２を算出する（ステップＳ３）。ステップＳ３は、処理部３により行われる。

図１９は、第一不均一度の算出方法を示すフローチャートである。図１９に示すように、ステップＳ３では、まず、ステップＳ１で取得した画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する（ステップＳ３１）。周波数分解は、例えば、Ｓｙｍｌｅｔ６のウェーブレット分解により、分解レベル１から分解レベル１０の分解レベルに分解する。これにより、ステップＳ１で取得した画像が輝度画像である場合は、各空間周波数成分の輝度変化画像が得られる。

次に、ステップＳ３１で周波数分解した各空間周波成分から、環境光の無指向性を示す空間周波数成分を抽出する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２では、環境光の無指向性を示す空間周波数成分として、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数成分を抽出する。具体的には、分解レベル９の空間周波数成分を抽出する。

次に、第一画角を設定する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３では、第一画角として、例えば、仰角上限を２０°、仰角下限を−２０°、方位角右限を６０°、方位角左限を−６０°に設定する。

次に、ステップＳ３３で設定した第一画角内における第一不均一度ｘ２（ＡＤ値）を算出する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４では、第一不均一度ｘ２として、ステップＳ３２で注出した第一空間周波数成分の、第一画角内における不均一度を算出する。不均一度は、分散又は標準偏差で表わされ、例えば、分散とする。そして、ステップＳ３を終了する。

図１７に示すように、ステップＳ３が終了すると、次に、第二不均一度ｘ３を算出する（ステップＳ４）。ステップＳ４は、処理部３により行われる。

図２０は、第二不均一度の算出方法を示すフローチャートである。図２０に示すように、ステップＳ４では、まず、ステップＳ１で取得した画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する（ステップＳ４１）。なお、ステップＳ４１はステップＳ３１と同様であるため、ステップＳ４１を省略してもよい。

次に、ステップＳ４１（ステップＳ４１を省略した場合は、ステップＳ３１）で周波数分解した各空間周波成分から、細部の濃淡を表す空間周波数成分を抽出する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２では、細部の濃淡を表す空間周波数成分として、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数成分を抽出する。具体的には、分解レベル４の空間周波数成分を抽出する。

次に、第二画角を設定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３では、第二画角として、例えば、仰角上限を２０°、仰角下限を−２０°、方位角右限を６０°、方位角左限を−６０°に設定する。

次に、ステップＳ４３で設定した第二画角内における第二不均一度ｘ３（ＣＤ値）を算出する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４では、第二不均一度ｘ３として、ステップＳ４２で注出した第二空間周波数成分の、第二画角内における不均一度を算出する。不均一度は、分散又は標準偏差で表わされ、例えば、分散とする。そして、ステップＳ４を終了する。

図１７に示すように、ステップＳ４が終了すると、次に、明るさ感指標値を算出する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、ステップＳ２で算出した平均値ｘ１と、ステップＳ３で算出した第一不均一度ｘ２と、ステップＳ３で算出した第二不均一度ｘ３と、に基づいて、明るさ感指標値を算出する。明るさ感指標値は、例えば、上述した式（２）により算出する。

ステップＳ５が終了すると、次に、ステップＳ５で算出した明るさ感指標値、ステップＳ２で算出した平均値ｘ１、ステップＳ３で算出した第一不均一度ｘ２、及びステップＳ３で算出した第二不均一度ｘ３を出力する（ステップＳ６）。ステップＳ６は、出力部４により行われる。

そして、ステップＳ６で出力した明るさ感指標値に対する判定を行い、明るさ感指標値が目標値を満たさない場合は、照明を調整して再度ステップＳ１から繰り返し、明るさ感指標値が目標値を満たす場合は、光環境評価方法を終了する。

このように、本実施形態では、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分の第一不均一度ｘ２と、細部の濃淡を示す第二空間周波数成の第二不均一度ｘ３と、を算出する。これにより、算出した第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を利用することで、光環境の評価精度を向上することができる。具体的には、明るさ感に関する平均値だけでなく、第一不均一度及び第二不均一度にも基づいて明るさ感指標値を算出することで、明るさ感の主観評価結果との相関を高めることができる。これにより、光環境の評価精度を更に向上することができる。

また、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分を、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分とすることで、第一不均一度ｘ２により、光環境における環境光の無指向性を適切に評価することができる。同様に、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分を、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分とすることで、第二不均一度ｘ３により、光環境における細部の濃淡を適切に評価することができる。

また、第一画角及び第二角度を上記範囲として第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を算出することで、処理負荷の増大を抑制しつつ、算出された第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３により適切に光環境の評価を行うことができる。更に、第一画角、第二角度及び第三角度を上記範囲として明るさ感指標値を算出することで、処理負荷の増大を抑制しつつ、算出された明るさ感指標値により適切に光環境の評価を行うことができる。

また、分散又は標準偏差で不均一度を表わすため、不均一度を適切に算出することができる。また、明るさに関する量として輝度を採用することで、画像の取扱い性が向上する。また、周波数分解の手法としてウェーブレット分解を採用するため、容易に周波数分解することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、Ｓｙｍｌｅｔ６のウェーブレット分解により周波数分解するものとして説明したが、周波数分解の手法としては、Ｓｙｍｌｅｔ６以外のウェーブレット分解を用いてもよく、フーリエ変換などのウェーブレット分解外の手法を用いてもよい。

また、上記実施形態では、垂直画角及び水平画角の具体例を説明したが、垂直画角及び水平画角は上記の具体例に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、出力部４は、明るさ感指標値、平均値ｘ１、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を出力するものとして説明したが、この中の一部のみを出力するものとしてもよい。例えば、明るさ感指標値のみを出力してもよい。

また、上記実施形態では、平均値ｘ１、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３を説明変数とする重回帰式によって明るさ感指標値の算出式を導き出したが、平均値ｘ１及び第一不均一度ｘ２を説明変数とする重回帰式によって明るさ感指標値の算出式を導き出してもよい。この場合、明るさ感指標値は、上述した式（１）において（ｘ３）に０．０１７を代入して算出すればよい。なお、上述した式（１）において（ｘ３）に０を代入してもよい。この場合、定数ｄが０．９７となるため、上述した式（１）は、以下の式（３）となる。
ＮＳＢ値＝０．２８ｅ^{１．６［０．５７１（ｘ１）−２．６５（ｘ２）＋０．９７］} …（３）

また、光環境評価方法としては、図２１に示すように、上記実施形態のステップＳ４を省略すればよい。図２１は、光環境評価方法の変形例を示すフローチャートである。図２１に示すように、まず、画像を取得し（ステップＳ１）、次に、明るさに関する量の平均値ｘ１を算出し（ステップＳ２）、次に、第一不均一度ｘ２を算出し（ステップＳ３）、次に、明るさ感指標値を算出し（ステップＳ５）、次に、ステップＳ５で算出した明るさ感指標値、ステップＳ２で算出した平均値ｘ１、及びステップＳ３で算出した第一不均一度ｘ２を出力する（ステップＳ６）。このように、第二不均一度を利用しなくても、上記実施形態と同様に、光環境の評価精度を向上することができる。

また、上記実施形態では、明るさ感指標値を算出し、この算出した明るさ感指標値に基づいて光環境を評価するものとして説明したが、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３の少なくとも一方のみに基づいて光環境を評価するものとしてもよい。この場合、処理部３は、第一不均一度ｘ２及び第二不均一度ｘ３の少なくとも一方のみを算出すればよい。

図２２は、第一不均一度（ＡＤ値）の利用方法を説明するための図である。図２２の（ａ）に示すオフィス空間は、小さな複数の窓採光が設けられているとともに、天井照明が分散されている。このため、図２２の（ａ）に示すオフィス空間のＡＤ値は、４．０×１０^−３となっている。図２２の（ｂ）に示すオフィス空間は、中央部分に大きな窓採光が設けられている。このため、図２２の（ｂ）に示すオフィス空間のＡＤ値は、図２２の（ａ）の示すオフィス空間よりも大きな６．６×１０^−３となっている。このようなことから、算出されたＡＤ値を利用することで、光環境における環境光の無指向性を適切に評価することができる。

図２３は、第二不均一度（ＣＤ値）の利用方法を説明するための図である。図２３の（ａ）に示すオフィス空間は、大きなテーブルが配置されており、細かいオフィス家具が殆ど設けられておらず、照明の数も少ない。このため、図２３の（ａ）に示すオフィス空間のＣＤ値は、３．５．０×１０^−３となっている。図２３の（ｂ）に示すオフィス空間は、細かいオフィス家具が数多く設けられており、照明も数多く設けられている。このため、図２２の（ｂ）に示すオフィス空間のＣＤ値は、図２３の（ａ）の示すオフィス空間よりも大きな１２．８×１０^−３となっている。図２３の（ｃ）に示すオフィス空間は、中央部分に設けられた大きな窓採光により、オフィス家具のエッジが強調されている。このため、図２２の（ｃ）に示すオフィス空間のＣＤ値は、図２３の（ｂ）の示すオフィス空間よりも大きな２２．２×１０^−３となっている。このようなことから、算出されたＣＤ値を利用することで、光環境における端部の濃淡を適切に評価することができる。

１…光環境評価装置、２…取得部、３…処理部、４…出力部、θ１…仰角上限、θ２…仰角下限、θ３…方位角右限、θ４…方位角左限。

Claims (16)

1. 画像の各位置における輝度に基づいて光環境を評価する光環境評価装置であって、
   前記画像を取得する取得部と、
   前記取得部で取得された前記画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する処理部と、を備え、
   前記処理部は、前記複数の異なる空間周波数成分のうち、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分を抽出し、前記第一空間周波数成分の第一画角内における不均一度である第一不均一度を算出する、
   光環境評価装置。
2. 画像の各位置における輝度に基づいて光環境を評価する光環境評価装置であって、
   前記画像を取得する取得部と、
   前記取得部で取得された前記画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する処理部と、を備え、
   前記処理部は、前記複数の異なる空間周波数成分のうち、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分を抽出し、前記第二空間周波数成分の第二画角内における不均一度である第二不均一度を算出する、
   光環境評価装置。
3. 画像の各位置における輝度に基づいて光環境を評価する光環境評価装置であって、
   前記画像を取得する取得部と、
   前記取得部で取得された前記画像を複数の異なる空間周波数成分に周波数分解する処理部と、を備え、
   前記処理部は、
   前記複数の異なる空間周波数成分のうち、環境光の無指向性を表す第一空間周波数成分を抽出し、前記第一空間周波数成分の第一画角内における不均一度である第一不均一度を算出し、
   前記複数の異なる空間周波数成分のうち、細部の濃淡を示す第二空間周波数成分を抽出し、前記第二空間周波数成分の第二画角内における不均一度である第二不均一度を算出する、
   光環境評価装置。
4. 前記処理部は、
   前記画像の第三画角内の前記輝度の平均値を算出し、
   前記平均値と、前記第一不均一度と、に基づいて、明るさ感指標値を算出する、
   請求項１又は３に記載の光環境評価装置。
5. 前記処理部は、
   前記画像の第三画角内の前記輝度の平均値を算出し、
   前記平均値と、前記第一不均一度と、前記第二不均一度と、に基づいて、明るさ感指標値を算出する、
   請求項３に記載の光環境評価装置。
6. 前記第一空間周波数成分は、０．０１［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上０．０３［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分である、
   請求項１、３〜５の何れか一項に記載の光環境評価装置。
7. 前記第一画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定され、
   前記第一画角の仰角上限は、１５°以上２５°以下であり、
   前記第一画角の仰角下限は、−２５°以上−１５°以下であり、
   前記第一画角の方位角右限は、４０°以上９０°以下であり、
   前記第一画角の方位角左限は、−９０°以上−４０°以下である、
   請求項１、３〜６の何れか一項に記載の光環境評価装置。
8. 前記第一不均一度は、分散又は標準偏差である、
   請求項１、３〜７の何れか一項に記載の光環境評価装置。
9. 前記第二空間周波数成分は、０．２［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以上１．０［ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇ］以下の空間周波数に分解した空間周波数成分である、
   請求項２、３、５の何れか一項に記載の光環境評価装置。
10. 前記第二画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定され、
    前記第二画角の仰角上限は、１５°以上２５°以下であり、
    前記第二画角の仰角下限は、−２５°以上−１５°以下であり、
    前記第二画角の方位角右限は、４０°以上９０°以下であり、
    前記第二画角の方位角左限は、−９０°以上−４０°以下である、
    請求項２、３、５、９の何れか一項に記載の光環境評価装置。
11. 前記第二不均一度は、分散又は標準偏差である、
    請求項２、３、５、９、１０の何れか一項に記載の光環境評価装置。
12. 前記第三画角は、視線方向を基準とし、上方を正とする仰角と、右方を正とする方位角と、により規定され、
    前記第三画角の仰角上限は、５°以上５０°以下であり、
    前記第三画角の仰角下限は、−５０°以上０°以下であり、
    前記第三画角の方位角右限は、２５°以上９０°以下であり、
    前記第三画角の方位角左限は、−９０°以上−２５°以下である、
    請求項４又は５に記載の光環境評価装置。
13. 前記処理部は、ウェーブレット分解により前記画像を複数の空間周波数成分に周波数分解する、
    請求項１〜１２の何れか一項に記載の光環境評価装置。
14. 請求項１、３〜８の何れか一項に記載の光環境評価装置により前記第一不均一度を算出する、
    光環境評価方法。
15. 請求項２、３、５、９、１０、１１の何れか一項に記載の光環境評価装置により前記第二不均一度を算出する、
    光環境評価方法。
16. 請求項４、５、１２の何れか一項に記載の光環境評価装置により前記明るさ感指標値を算出する、
    光環境評価方法。