JPH1141514A - 映り込み防止形撮像装置 - Google Patents

映り込み防止形撮像装置

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JPH1141514A
JPH1141514A JP9192256A JP19225697A JPH1141514A JP H1141514 A JPH1141514 A JP H1141514A JP 9192256 A JP9192256 A JP 9192256A JP 19225697 A JP19225697 A JP 19225697A JP H1141514 A JPH1141514 A JP H1141514A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮影時にカメラ、被写体、照明の位置関係を
考慮することのない、映り込みの防止可能な撮像装置を
提供する。 【解決手段】 直線偏光の照明光源(1,3)とレンズ
または撮像素子前に偏光フィルタ(2)を取り付けた撮
影装置(10)を内壁が無光沢黒色の遮光箱(9)内に
固定設置し、その中に被写体(4)を置き撮影を行う。
この際に偏光フィルタ(2)の偏光面を変化させ、撮影
画像中の各位置で輝度が最小となる値を撮影画像全般で
求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、直線偏光の光源
を用い、レンズ前または撮像素子前に装着した直線偏光
素子の偏光面を変化させつつ撮影を行う、被写体表面で
の鏡面反射光および/または被写体の周囲の映り込みを
防止した撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】コンピュータグラフィックス(以下CG
と称す)による映像制作では仮想空間に形状情報と表面
模様情報から成るCGモデルを配置し、仮定した任意の
視点から見込まれる映像を生成する。実在する物体から
のCGモデルデータを作成する場合、形状情報は3次元
CADを用いて手入力するかレンジファインダ等を用い
て行う。一方、表面模様情報はカメラ映像などから作成
する。しかし計測時固有の照明に起因するハイライト部
の妨害や周囲の映り込みにより容易に表面情報は取得で
きない。
【0003】このうちハイライト部は光沢のある被写体
で顕著に現れるもので、照明が被写体表面に写り込んで
起こる現象である。この問題は現状では照明の配置を工
夫したり、被写体表面に艶消しの効果のある透明塗料を
塗布したりすることで抑制する場合もあるが不完全であ
る。この問題に対する研究分野では受動的な手法を中心
にいくつか研究がなされている。例えば、文献、岩瀬
ら:“映り込み分離カメラシステム”,映像情報メディ
ア学会技術報告,Vol.21,No. 6,pp69−76(1
997)がある。これは以下に述べる原理に基づいてい
る。
【0004】照明下での被写体表面各部での反射光は拡
散反射光、鏡面反射光によるもので、ハイライト部分で
は光源の映り込みつまり鏡面反射光成分が支配的とな
る。この鏡面反射光は図3に示すように光の入射角によ
って反射の様子が異なる。すなわち図3は照明光の被写
体表面での反射の偏光面毎の振る舞いを説明する図で、
図3(a)は照明入射角θ1 が偏光角(入射波の進行方
向と入射点に立てた法線を含む面、すなわち入射面に平
行方向に振動する直線偏光、すなわちp偏光の反射率が
0になる入射角)θ0 より小さい場合、同図(b)は入
射角θ1 が偏光角θ0 に等しい場合、同図(c)は入射
角θ1 が偏光角θ0 より大きい場合の被写体表面での振
る舞いをそれぞれ示している。
【0005】図3の各記号はそれぞれ以下の如きもので
ある。 Ki :入射光ベクトル Kr :反射光ベクトル θ1 :入射角 θ0 :偏光角 Eoi:入射光電界ベクトル (Eoip :入射光電界ベクトルのp波成分 (Eois :入射光電界ベクトルのs波成分 Eor:反射光電界ベクトル (Eorp :反射光電界ベクトルのp波成分 (Eors :反射光電界ベクトルのs波成分 p波成分:入射面に平行方向に振動する直線偏光波成分 s波成分:入射面に垂直方向に振動する直線偏光波成分
【0006】また、図4はガラス面での光の反射係数の
光の入射角依存性を示す図で、図でn1 ,n2 はそれぞ
れ空気およびガラスの屈折率、rp ,rs はそれぞれp
波、s波の反射係数である。図3、図4より明らかなご
とく照明入射角θ1 を偏光角θ0 の近傍に選ぶことで、
その鏡面反射光のp波成分が減衰あるいは消失すること
がわかる。
【0007】この原理を利用してカメラレンズ前に直線
偏光フィルタを設けハイライト部の鏡面反射光が最小と
なるように直線偏光フィルタを回転し撮影を行う。特に
ショーウインドウのガラスに映り込んだ景色や、水面に
映り込んだ青空の様に対象物が平面なものには有効であ
る。この従来技術例では、直線偏光フィルタを回転させ
つつ撮影した画像から、画像の各位置での最小輝度値を
求める。この最小輝度値を画像全体で集めハイライトを
抑制している。
【0008】しかし、この手法では完全に鏡面反射光を
除去できない。なぜならば、一般的な被写体は表面形状
が一様ではない。そのため、画像全般にわたって照明光
の入射角が偏光角θ0 とはできない。その結果、照明光
の入射角が偏光角と一致しない部位では反射光の偏光面
が分散する。よって反射光を直線偏光フィルタを用いて
撮影しても完全に鏡面反射光を取り除くことは出来な
い。また、被写体の素材毎に偏光角θ0 は異なるため試
行錯誤の必要な煩雑な作業が必要となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来手法はカメラ、照
明が常に照明入射角θ1 を被写体の素材に依存する偏光
角θ0 となるように配置する必要があるため、計測を開
始する前に行う照明あるいはカメラの位置決めが非常に
煩雑となる。さらに、対象となる凹凸のある被写体に対
しては一様な抑制は望めない。また、被写体の素材毎に
照明あるいはカメラ位置を調整しなければならないので
照明光源、撮影装置、被写体を載置した被写体置台を遮
光箱内に固定して取り付けることが出来ない。
【0010】そこで本発明の目的は、上記問題点の解決
が可能で、前記照明光源、撮影装置および被写体置き台
などすべてを前記遮光箱内に固定可能で、配置の容易な
映り込み防止形撮像装置を提供せんとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明映り込み防止形撮像装置は、無光沢黒色の遮光箱
内に直線偏光の照明光源と、レンズ前または撮像素子前
に直線偏光素子を装着した撮影装置と、被写体を載置し
た被写体置き台とを具えた、被写体映像から被写体表面
での照明光源の映り込みおよび/または被写体周囲の映
り込みを除去する撮像装置であって、前記照明光源によ
り直線偏光を被写体に照射し、前記撮影装置に装着した
直線偏光素子の偏光面を変化させつつ被写体の撮影を行
うとともに、その撮影画像の各位置での最小輝度値を記
録し、それら記録された最小輝度値を収集して最終撮影
映像とするよう構成したことを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明装置は、照明光源に直線偏
光を用いて画像を計測している点に特徴がある。鏡面反
射により入射光のs波、p波の位相は変らないか180
度しか変化しないことから光源に直線偏光を用いた場
合、図5の鏡面反射光22は入射角θ1 が何れの場合で
も被写体表面の各部位毎に特定の偏光面の直線偏光とな
る。一方、被写体模様である拡散反射光23は、図5の
ように被写体24内部に入射(屈折)21し色素成分2
5で反射を繰り返し再び被写体外部へ放出されるため偏
光面が分散する。したがって、偏光フィルタにより反射
光に含まれる特定の偏光面の直線偏光成分を除去すれば
ハイライト部分から拡散反射光成分を抽出できる。
【0013】以上の条件は被写体撮影画像中で一様に成
立するが、凹凸の被写体の場合、被写体の部位毎に照明
の入射角は異なる。よって、被写体表面での鏡面反射光
の偏光面は被写体表面の部位毎に異なる。そこで、本発
明では、カメラ手前の偏光フィルタを回転させつつ撮影
を行い、被写体画像の各位置での最小値を記録すること
で画像中で一様に鏡面反射光を除去することができる。
【0014】以下添付図面を参照し実施例により本発明
の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明実施例の
構成略線図である。この構成図が示すように本実施例は
遮光箱9、被写体置き台5、照明用光源3、照明用偏光
フィルタ1、撮像部10、画像処理部6で構成されてい
る。
【0015】遮光箱9は内壁が無光沢黒色に塗装してあ
る。この内壁が光沢がある場合内壁面で照明光が反射し
被写体に照射されてしまう。この内壁で鏡面反射された
光は照明から直接照射される直線偏光と偏光面が一致す
るとは限らないし、被写体表面に対する入射角も一致す
るとは限らない。そのため確実な映り込み除去ができな
い。また、内壁が黒色でない場合も照明光が内壁面で拡
散反射され被写体に照射されてしまう。この内壁で拡散
反射した光も照明から直接照射される直線偏光と偏光面
が一致するとは限らないし、被写体表面に対する入射角
も一致するとは限らない。そのため確実な映り込み除去
ができない。これらの理由から遮光箱の内壁は照明光を
反射しない無光沢黒色に塗装してある。内部下部には固
定式あるいは回転式被写体置き台5が設置してある。こ
の被写体置き台も同様に反射しないよう無光沢黒色に塗
装してある。この実施例では凹凸のある物体を被写体4
とし、被写体置き台5に置き計測する。
【0016】照明用光源3はテレビ撮影用照明とし、前
面に直線偏光フィルタである照明用偏光フィルタ1を取
り付けてある。この取り付けの際、照明用光源3が照明
用偏光フィルタ1を通過せず被写体に照射されないよう
に遮光箱との間で隙間を作らないようにする。撮像部1
0はNTSCビデオカメラとカメラ光軸上に取り付けた
直線偏光フィルタ2とこの直線偏光フィルタをカメラ光
軸を中心に回転させる偏光面変更用ステッピングモータ
8から構成されている。画像処理部6は撮像部10から
得られるカメラ光軸上の直線偏光フィルタ2を変化させ
て撮影した複数画像から、画像の各位置毎の輝度最小値
を集める処理を行う。
【0017】図2に画像処理部6のブロック線図を示
す。画像処理部には4つの画像蓄積部を設けてある。そ
のうち2系統は横640画素×縦480画素分の容量
で、1画素あたり赤8ビット、緑8ビット、青8ビット
のディジタルデータが記録読み出しが可能なもので、そ
れぞれ最終画像蓄積部16と第1画像蓄積部13と呼
ぶ。残りの2系統は横640画素×縦480画素分の容
量で、1画素あたり8ビットのディジタルデータが記録
読み出し可能なものであり、それぞれ第2画像蓄積部1
4と第3画像蓄積部15と呼ぶ。ここで、蓄積部のデー
タは各8ビットで明るいほど大きな値を持つ。0が最も
暗く、255が最も明るい。
【0018】ここで画像処理の流れを説明する。まず、
画像処理部内シーケンサ部11の指示で計測の最初に第
3画像蓄積部15は画素の輝度値として255の値が全
座標に入れられる。次にシーケンサ部11の指示により
撮像部10カメラ前の偏光フィルタ2の偏光面変更用ス
テッピングモータ8の初期化を行い、現在のカメラ前の
偏光フィルタの偏光面をフィルタ角度0度とする。この
角度はカメラ側から見て左回りで正方向とする。画像1
枚を入力する毎にシーケンサ部11の指示によりカメラ
前偏光フィルタ2の偏光面変更用ステッピングモータ8
で任意の刻み角度ずつフィルタ角度を増やしていく。こ
の刻み角度は小さいほど計測誤差が少なくなるが、この
実施例では1度とした。
【0019】本実施例では一枚の画像を撮影する毎にシ
ーケンサ部11の指示により同じ処理を繰り返す。以下
はその繰り返し処理の内容である。 (a)入力された被写体のNTSCビデオ画像を赤、
緑、青の各色ごとにアナログディジタル画像信号変換部
12でアナログ信号からディジタル信号に変換し第1画
像蓄積部13に記録する。 (b)第1画像蓄積部13の赤、緑、青からなる各画素
の値からカラー画像モノクロ画像変換部17により輝度
値を算出し、第2画像蓄積部14の対応する座標にこの
算出値を記録する。 (c)第2画像蓄積部14の全て座標に画素の値が記録
されたら、その値と第3画像蓄積部15の同じ座標の値
を輝度値比較部19により各座標毎に全画素を比較し、
第2画像蓄積部14の値の方が同じか小さければ最小輝
度値記録部18に指示し、その値を第3画像蓄積部15
に記録すると同時に該当する座標の第1画像蓄積部13
の赤、青、緑のディジタルデータを最終画像蓄積部16
の対応する座標に記録する。 (d)フィルタ角度が180度未満ならフィルタ角度を
1度増やし、(a)の処理へもどる。フィルタ角度18
0度以上ならば繰り返し処理を終える。繰り返し処理後
の最終画像蓄積部16のデータを鏡面反射光を取り除い
た画像とする。
【0020】以上が本実施例であるが、フィルタ角度を
変化させ最小値を求める手法は本実施例の方法だけでは
なく、文献、熊木ら:“実物体と映り込みの分離方
法”,Vol.95,No. 108,CV−97,pp31−3
7(1995)、の様にフィルタ角度を横軸に該当画素
の輝度値を縦軸に取った場合にそのグラフが正弦波状に
なることを利用し高速に計測する手法も有効であり、本
発明ではこの最小値を求める手法を限定するものではな
い。また、被写体画像撮影部にNTSCビデオカメラを
用いているが、本発明は画像の入力形式を限定するもの
ではなく、HDTVビデオカメラ等の高解像度のものや
それ以下の低解像度のものでも本発明は有効である。た
だし、その場合画像記録部の画素数を入力画像の解像度
に対応させておく必要がある。また、本実施例ではカラ
ー画像からモノクロ画像に変換した上で輝度値を比較し
ているが、赤、緑、青各成分ごと、あるいは波長毎に比
較し、最小輝度値を求める手法も有効である。
【0021】本実施例で計測した結果、従来手法と比較
して明らかに簡易な作業で照明、被写体、カメラを設置
でき、被写体全般で一様に鏡面反射光を取り除きつつ計
測可能であることが確認できた。
【0022】
【発明の効果】以上の手順で、明らかなように、本発明
装置によれば、これまでの手法の欠点を解決する次のよ
うな効果を奏することができた。すなわち、本発明によ
り、照明、測定器、被写体の配置、被写体の材質に拘束
条件がなく凹凸のある被写体も一様に鏡面反射光を除去
し計測できる。したがって、照明、被写体、撮影装置を
遮光箱内に固定設置でき簡易に計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明一実施例の構成略線図。
【図2】本発明実施例の画像処理部のブロック線図。
【図3】照明光の被写体表面での反射の偏光面毎の振る
舞いを説明する図。
【図4】照明光の入射角に依存した被写体表面でのs
波、p波の反射係数を説明する図。
【図5】被写体が拡散反射光を生ずる原理を説明する
図。
【符号の説明】
1 照明用偏光フィルタ 2 撮影用偏光フィルタ 3 照明用光源 4,24 被写体 5 被写体置き台 6 画像処理部 7 ビデオカメラ 8 ステッピングモータ 9 遮光箱 10 撮像部 11 シーケンサ部 12 A/D変換部 13 第1画像蓄積部 14 第2画像蓄積部 15 第3画像蓄積部 16 最終画像蓄積部 17 カラー画像モノクロ画像変換部 18 最小輝度記録部 19 輝度値比較部 21 入射光 22 鏡面反射光 23 拡散反射光 25 色素成分

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無光沢黒色の遮光箱内に直線偏光の照明
    光源と、レンズ前または撮像素子前に直線偏光素子を装
    着した撮影装置と、被写体を載置した被写体置き台とを
    具えた、被写体映像から被写体表面での照明光源の映り
    込みおよび/または被写体周囲の映り込みを除去する撮
    像装置であって、 前記照明光源により直線偏光を被写体に照射し、前記撮
    影装置に装着した直線偏光素子の偏光面を変化させつつ
    被写体の撮影を行うとともに、その撮影映像被写体の各
    位置での最小輝度値を記録し、それら記録された最小輝
    度値を収集して最終撮影映像とするよう構成したことを
    特徴とする映り込み防止形撮像装置。
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