JPS6041731B2 - 測定物体の恒常的測光、測色法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、照明光源が変わつても測定物体の明るさ、
色等を正しく把握できる測光、測色法に関するものであ
る。

人間は照明光源が変わつても同じ物であれば、明るさや
色を同様に知覚する能力所謂明るさ、色に対する恒常性
が備つている。

これに対して測定物体の色を物理的に測光、測。

色する方法としては、従来からとの代表的なものとして
分光測定法が行なわれていた。これは、照明光源の分光
組成または分光分布あるいは試料物体の分光反射率また
は分光透過率あるいは定められた標準条件で各波長毎に
測定し、それらの値から三刺激および色度座標を計算し
て求めるものである。

他の方法としては光電色彩計による方法があるが、従来
のこの種の方法では、照明光源の放射エネルギーや分光
放射分布が変わると同じ測定物体・でも異なつた測光、
測色量となり、明るさ、色に対する恒常性が保たれる測
定はできない。

更に、この方法に従つて測定物体の色度を正しく把握す
るためには、照明光源や照射法など定められた標準条件
に基づいて測定する必要があり、これ以外の条件では使
用できないという不便さがある。この発明は、上記実情
に鑑み放射エネルギーや分光放射分布の未知な照明光源
を用いた場合にも、あるいは光源の標準条件を取除いた
場合においても試料物体の恒常的な測定を行うことがで
きるような測光、測色法を提案するものであり、その要
旨とするところは測定物体の反射光とその背景光を同時
または継時的に測定し、両者の相対的比較を行なうもの
である。即ち、測定物体の反射光をその背景光と相対的
比較してＩ／（Ｉ＋１０）を測定することにより、照明
光源変動による誤差を補償し、恒常的な測定を可能にす
るものである。

ここで背景光は、使用する照明光源光のもとでの標準的
明るさを有する光を意味し、具体的には実際の測定物体
の背景に背景部分を設け、該背景部分の反射光を背景光
とする場合もあり、全測定面からの反射光を集光レンズ
で集め、該反射光の平均的なものを背景光とする場合も
あり、光源光を直接乳白色ガラス等に通過させ、該通過
光を背景とする場合もある。

測定物体の背景に背景部分を設け、該背景部分の反射光
を背景光とする実施例を第１図に基づいて説明する。

これによれば、１は光源であり、２は測定物体であり、
測定物体の背景には背景部分３がある。

この実施例では、背景部分３は背景光の明るさを標準化
するため、無彩色例えば白又は灰色の反射板を使用する
。更に、４は受光であり、受光器４の前には色フィルタ
ー５を設ける。そして、光源１からは測定物体２及び背
景部分３に投光し、測定物体２からの反射光１及び背景
部分３からの背景光１。は色フィルター５を通して受光
器４に入光させて測定し、両者の相対的比較を行なうも
のである。ここで相対比較の尺度としては（ａ）比１／
ＩＯ（ｂ）対μ比１０ｇＩ／ち（Ｃ）非線形変換の一種
であるＩ／（１＋１０）などがある。

このち、（ｃ）の尺度は、生理学的に光刺激と応答の関
係より導かれたものである。即ち、網膜神経細胞である
光受容細胞や水平細胞の活動電位の大きさ■は、フラッ
シュ光の強さＩに対してＶ／Ｖｍａｘ＝Ｉ／（１＋Ｉσ
の関係て表わされる。このことを第２図１網膜の神経細
胞の光強度と応答の関係に基づいて説明する。ここで、
Ｖｍａｘは活動電位の最大値、σは定数である。この式
を縦軸に■／Ｖｍａｘ、横軸に１０ｇＩを取つて描くと
、Ｉが大きいところて飽和し、Ｉの小さいところで感度
の持ち上つたＳ字形の曲線となる。また、Ｖが１１２Ｖ
ｍａｘになる中心付近（１″．σ）では、光強度に対し
て対数関係になり心理的なウェーバ●フエヒナの法則に
も従つている。また、光刺激強度が増加し明順応状態に
なると、σの値がσ１からσ２に大きくなるように変わ
り、ちようどグラフ上でσ＝σ１の曲線が右に平行移動
したσ＝σ２の曲線で示される応答となる。これは、よ
り明るいレベルの光刺激にも眼が応答できるように、飽
和状態から感度を回復することであり、σが光刺激の背
景光１。に関係して変化するものと考えれば良く、σを
Ｉ。に置換した（Ｃ）式が導かれた。このようにして、
背景光ちでσを決めると、光源が変化しても明度の値は
ＩとＩ。の相対的な値になり変らないため、明るさの恒
常性を保つことになる。この考え方を一次元の明度尺度
から三次元の色座標に拡張することにより恒常性を持つ
た測色法が実現できる。以上の考え方から導かれた（ｃ
）式は、今までに測定物体の反射光１と背景光Ｌの相対
比較に用いられたことはなく、この尺度を用いれば、光
がＯから無限大に変化しても出力はＯから１に変わる飽
和特性を持ち、その後の処理にも有利である。

尚、明るさ測定だけの場合には、受光器４の前に色フィ
ルター５設ける必要はない。色度測定のように多次元的
な色の測定が必要である場合にのみ色フィルター５を設
ける。色フィルター５は数多いほど情報量が多く物体の
色度座標を精度良く求めることができるが、あまり測定
値が多過ぎると計算が複雑になり、評価も難しくなるの
で、一般には３種類（赤、緑、青）のフィルターを用い
れば、十分に実用的なものが得られる。

かくして得られた測定物体の反射光１と背景光Ｌの比較
尺度に基つく測定物体明るさを測定し、或はこれらの比
較尺度から相対的な三刺激値および色度座標を求め、測
定物体の色度を測定するのである。

ここで、従来法とこの発明による方法の比較例を示す。

光源としては１００Ｗ白熱電球を点灯電圧を変えて１０
０Ｖと７０■で点灯したものを使用し、この光源かれ約
１ｍ隔れた所に測定する色紙と背景光のための白紙を置
き測定した。先づ、明るさについては受光器の前に色フ
ィルターを設けない状態で行つた。

この結果、従来の方法で測定すると１００Ｖと７０Ｖ点
灯では前者の測光量が約３倍大きいという結果〔が得ら
れ、明るさの恒常性は認められなかつた。

これに対してこの発明による方法によれば、１００Ｖ点
灯時の明るさが赤、黄、緑、青の色紙についてそれぞれ
０．２６，０．４７，０．２５，０．２２の値となり、
同じ色紙について７０Ｖ点灯でも同様な明るさの測定結
果が得られ、明るさに対する恒常性が認められた。次に
、色度の測定にためには、上記条件で受光器に赤、緑、
青色のフィルターをかけて各色成分の反射光を測定した
。

その結果、黄色の色紙について、従来の方法による色度
値を１００■と７０Ｖ点灯で求めると、赤成分では１６
％、緑成分では１３％、青成分では６％の変化が生じた
。

この変化量は同じ色紙でも点灯電圧の変化によつて異な
つた色と判断されることを意味する。

これに対してこの発明による方法を用いて赤、緑、青の
成分における背景光と反射光の相対比較による色度値を
求めると、点灯電圧が１００Ｖから７０Ｖに変化しても
、赤、緑、青成分の変化は約１％しか認められない。こ
れは色の恒常性を示す結果である。

他の色紙を用いても同様な結果が得られた。

以上要するに、この発明は、測定物体の反射光と背景光
の相対的比較を行い、この比較尺度を行，い、この比較
尺度に基づいて測定物体の明るさ、色度等を測定するも
のであるから、照明光源が変化しても背景光を参照して
明るさ、色度の恒常性が保たれる。この特性から照明条
件を一定に保つことのできない探険用、産業用ロボット
等の眼の機能として重要な働きをし、また、計測の方向
においても今までになかつた人間の明るさ、色に対する
感覚により近い測光、測色が可能となり、産業面での利
用範囲は極めて広いものとなるのである。

更に、この発明を画像入力装置に応用する場合゛には、
照明条件をさほど厳格に定める必要がなく、同時に非線
形変換の一種であるＩ／（１十１０）を相対比較の尺度
として用いれば、出力の１０から９０％の範囲は対数変
換とほぼ等しくなり、その上出力がＯから１まであるた
めオーバーフローもなく、後処理が非常に容易になる利
点を有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施態様を示す説明図、第２図
は、網膜の神経細胞の光強度と応答の関係を説明する図
。 図中、１は光源、２は測定物体、３は背景部分、４は受
光器、５は色フィルター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定物体の反射光Ｉとその背景光Ｉ＿０を同時また
   は継続的に測定し、両者の相対的比較の尺度として非線
   形変換式Ｉ／（Ｉ＋Ｉ＿０）を使用することによつて光
   源の変化にかかわらず測定物体の明るさ、色を恒常的に
   測定することを特徴とする測定物体の恒常的測光・測色
   法。 ２ 測定物体の反射光Ｉとその背景光Ｉ＿０をそのまゝ
   測定し、両者の相対的比較を行なうことによつて測定物
   体の明るさを測定する特許請求の範囲第１項に記載され
   た測定物体の恒常的測光・測色法。 ３ 測定物体の反射光Ｉとその背景光Ｉ＿０を、一種又
   は二種以上の色フィルターを通し、両者の相対的比較を
   行うことによつて測定物体の色を多次元的に測定する特
   許請求の範囲第１項に記載された測定物体の恒常的測光
   ・測色法。