JP2018151165A - 色測定装置、色情報処理装置、色測定システム、色測定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】より見た目と相関の高い測定対象物の色情報を測定することができる色測定装置の提供。【解決手段】測定対象に、複数の照明角度から照射する照明部と；１つの撮像に１つの照明角度で撮像し複数の照明角度での測定対象物の分光反射率画像を取得し、複数の照明角度と夫々同じ角度で所定の撮影角度で撮像して、基準物の分光反射率画像を取得する撮像部と；測定対象物の表面の色を演算する色演算部と；を備えた色測定装置に於いて、色演算部は、複数の照明角度において、特定の角度で光が照射された測定対象物の分光反射率画像の撮像領域内の各画素を、特定の照明角度と同じ角度で光照射された基準物の分光反射率画像を用いて、規格化し、測定対象物の規格化分光反射率画像を生成する規格化部と；前記複数の照明角度夫々での、前記測定対象物の規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する数値化部と；有する。【選択図】図５

Description

本発明は、測定対象物の色を測定する色測定装置、色情報処理装置、色測定システム、色測定方法及びプログラムに関する。

近年、特にエンドユーザー向けの工業製品に於いて、外観塗装は製品の魅力に直結する重要な要素の一つである。これらの塗装品質を管理すること、或いは塗装が人間の見た目でどのように見えているかを評価することは、工業製品の品質管理や製品の魅力を高めるための重要な項目となっている。

一般的に、塗装品質を管理する際には、測色計によって、複数の照明角度で測定されたL*a*b*の値を管理項目とし、測定されたL*a*b*の値が所定の値に対して一定の範囲に存在するかどうかで見た目の品質を管理する方法が、既に知られている。

しかし、今までの一般的な測色計では、狭い点状の領域（例えば直径数ｍｍの円形領域）の平均的な色度を測定するため、パターンやテクチャが場所ごとに変化するサンプルについては、見た目の印象に則した測定値を算出（評価）できなかった。そのため、塗装品質を管理するには二次元の所定の面積を有する画像を取得し、その範囲で正確に色を測定する必要がある。

所定の面積を測定可能にするには、カメラなどで分光画像を測定することが必要となるが、画像計測の場合は、計測範囲が広くなるため、照明の角度によっては被評価サンプル内で照明の輝度ムラが画像領域内に発生する。例として、図１に輝度ムラの例を示す。図１において、（ａ）は、中央部に照明を設け、画像中心部に向けて光を照射した場合の輝度ムラ、（ｂ）は、図中左側に照明を設け、側方から光を照射した場合の輝度ムラの例を示す。このように、照明には領域内に輝度ムラが存在し、更にその輝度ムラの分布は照明角度の変更によって変動する。

そのため、１つの照明角度のみでは、サンプル（測定対象物）の正確な色が測定できなかった。そこで、特許文献１には、サンプルの色味を人間の見た目の印象に則して定量的に評価できるように、複数の照明角度で被評価物を照明した際の分光反射率を取得し、被評価物の色彩値を算出する測色装置の構成が開示されている。

しかし、特許文献１では、環状に配置された複数の照明から照射された複数の照明角度でサンプルを照射するため、検査対象が、狭い領域であって薄い材質に限定され、パターンなどを持つサンプルについては見た目の印象に則した測定値の算出が難しかった。また、照明の特性バラツキに起因して、多角度の照明角で計測した際の照明の輝度ムラによる測定値の変動が発生するおそれがあった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、より見た目と相関の高い測定対象物の色情報を測定することができる、色測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
測定対象物及び基準物の表面に、複数の照明角度から光を照射可能である照明部と、
１つの撮像につき１つの照明角度で光が照射される前記測定対象物の表面を、所定の撮影角度で撮像して、複数の照明角度での測定対象物の分光反射率画像を取得し、前記複数の照明角度と夫々同じ角度で光が照射される前記基準物の表面を、前記所定の撮影角度で撮像して、前記複数の照明角度での基準物の分光反射率画像を取得する撮像部と、
前記測定対象物の表面の色を演算により測定する色演算部と、を備えた色測定装置に於いて、
前記色演算部は、
前記複数の照明角度夫々において、特定の照明角度で光が照射された測定対象物の分光反射率画像の撮像領域に含まれる各画素を、前記特定の照明角度と同じ角度で光が照射された基準物の分光反射率画像を用いて、規格化し、測定対象物の規格化された分光反射率画像を生成する規格化部と、
前記複数の照明角度夫々での、前記測定対象物の前記規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する数値化部と、を有する
ことを特徴とする、色測定装置を提供する。

本発明の一態様によれば、色測定装置において、より見た目と相関の高い測定対象物の色情報を測定することができる。

照明による輝度ムラの例。 本発明の第１実施形態に係る色測定装置の全体模式図。 第１実施形態の色測定装置のハードウエアブロック図。 本発明の実施形態に係る色測定装置で使用される分光カメラの要部構造図。 本発明の実施形態に係る色測定装置の情報処理装置の機能ブロック図。 第１実施形態の色測定装置における計測のフローチャート。 被評価サンプルの二次元分光画像を各波長の各画素を、基準サンプルの全画面の平均値で規格化した、二次元分光画像の例。 被評価サンプルの二次元分光画像の各波長の各画素を、所定の波長における基準サンプルの画素ごとに同一の画素値で規格した二次元分光画像の例。 被評価サンプルの二次元画像を各波長の各画素を、各画素位置、各波長で、被評価サンプルＳの画素値を、基準サンプルＳ_０の画素値で規格化する二次元分光画像の例。 複数の条件で被評価サンプルとしてアルミフレークを含んだ塗装面を撮影して測定したL*画像（輝度画像）の例、（ａ）ある照明角度で計測された被評価サンプルの分光画像を別の照明角度で計測した基準サンプルの画素値を基に規格化を行ったL*画像、（ｂ）図７の手法で規格化を行ったL*画像、（ｃ）図９の手法で規格化を行ったL*画像。 本発明の第２実施形態に係る色測定装置の全体模式図。 本発明の第２実施形態に係る色測定装置の全体模式図。 第２実施形態の色測定装置における計測のフローチャート。 本発明の第３実施形態に係る色測定装置の全体模式図。 第３実施形態の色測定装置のハードウエアブロック図。 暗電流画素値を用いた画像補正の波長分布の説明図。 輝度に応じて、被評価サンプルと基準サンプルとで露光時間を変更した場合の画像の例。 規格化後の分光画像において列ごとに輝度調整する例。 規格化後の分光画像において円周方向に輝度調整する例。 白色板のノイズ低減補正の例。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。下記、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に於ける色測定装置の構成について図２〜図５を用いて説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る色測定装置１００の全体模式図である。図３は、第１実施形態に係る色測定装置１００のブロック図である。

図２、図３に示すように、本実施形態に係る色測定装置１００は、光源装置１と、撮像装置２と、検査台３と、情報処理装置４と、モニタ装置５とを備える。

本実施形態では、光源装置１は、検査台３上に載置された被評価サンプルＳ又は基準サンプルＳ_０に対して、少なくとも２つ以上の照明角度で光を照射するように、２つの照明部１１及び１２を備える。

撮像装置（撮影装置）２は、カメラ２１を有し、撮影することで、検査台３に載置される被評価サンプルＳ及び基準サンプルＳ_０の分光反射率画像を取得する。本実施形態では、照明部１１，１２及びカメラ２１は、円弧状のベースプレート８によって支持されている。

撮像装置２は、例えば、数１０ｍｍ×数１０ｍｍ程度（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ）の被評価サンプル又は基準サンプルの表面を、測定サイズとして、一度に撮像することができるように構成されている。

情報処理装置４は、分光画像を規格化して、画像の色に関する情報を演算する、色演算部の機能を有する。図２では、模式のため、情報処理装置４は、照明部や撮影部から離れて設けているが、情報処理装置４が行う、色演算部の機能は、照明部や撮影部と一体化した筐体内に設けられて装置化していてもよい。

あるいは、色演算部として動作する色情報処理装置の機能は、照明部や撮影部から完全に独立した、別個のコンピュータ等の演算装置（色情報処理装置）によって実行されてもよい。

モニタ装置５は、算出された分光画像や、画像の色に関する情報を表示する。

詳しくは、照明部１１，１２は、白熱電球、蛍光灯、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)照明、ハロゲン光源といった一般的な光源を用いることが出来る。また、上記照明にテレセントリックレンズを併用することで、照明を平行光化することにより、精度よく計測することが出来る。

また、本実施形態では、照明を複数（照明部１１，１２）設けることにより、少なくとも２つ以上の照明角度から被評価サンプルに光を当てることが出来る。なお、２つの照明角度から、照射することができるが、一度に２方向から照射するのではなく、１つの撮像につき１つの照明角度で光が照射される。

図３を参照して、光源装置１は、複数の照明部である第１の照明部１１と、第２の照明部１２と、各照明部１１，１２を点灯駆動する点灯制御部１３とを有している。なお、図３では、点灯制御部１３は共通で１つの場合を示しているが、照明部１１，１２夫々に点灯照明部を設けていてもよい。

カメラ２１２は、可視光領域に対応した波長帯域での二次元の分光情報を取得出来るものを用い、複数バンドでの分光情報が得られるマルチスペクトルカメラや、波長分解能が高い分光情報を取得出来るハイパースペクトルカメラが使用しうる。

撮像装置２は、１つの撮像部（カメラ）２１および画像処理部２２を備えており、各角度に固定されている光源装置１の照明部１１，１２の２つの照射角度（照明角度）に対応して、夫々１回の撮像動作（ワンショット）で取得する。

また、情報処理装置４としては、一般的なコンピュータ装置を用いることができる。詳しくは、コンピュータ装置は、本願の色測定装置内で専用であってもよいし、色測定プログラムを読み込むことにより、外部のコンピュータを色演算のために使用してもよい。

図３を参照して、情報処理装置４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)４１、ＲＯＭ(Read Only Memory)４２、ＲＡＭ(Random Access Memory)４３、及びＨＤＤ(Hard Disk Drive)４４を備える。また、情報処理装置４は、各種インタフェース（Ｉ／Ｆ）４５と、Ｉ／Ｏコントローラと、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）４６を有している。ＣＰＵ４１〜Ｉ／Ｏ４６は、バスライン４８を介して相互に接続されている。

ＨＤＤ４４には、測定対象物の表面の色（質感）を測定するために、撮像装置２の撮像制御、光源装置１の光源点灯制御、投影機の投影パターンの投影制御と共に、取得された分光情報を用いて試料の各測定項目に対応する演算等を行う色測定プログラムが記憶されている。

モニタ装置５としては、例えば液晶モニタ装置を用いることができる。モニタ装置５には、設定メニューおよび操作メニュー等の他、光輝感パラメータにおける光の各照射角度に対応する強度ヒストグラム等が表示可能である。

また、モニタ装置５は、規格化前、及び規格後の分光反射率画像や演算中や演算後の色に関する数値や、各数値から作製可能な、参照用の各種グラフや画像等を表示可能である。

例えば、参照用のグラフや画像として、規格化後の画素毎の分光反射率グラフやその分光反射率を基にした二次元分布図、三刺激値（XYZ）に対応する色度図、L*a*b*値を基にしたL*a*b*色空間上の座標位置、L*a*b*色彩値を基にした規定の各光源下の色の見え方のシミュレーション例などを表示してもよい。

なお、図２では、上方に、照明部及び撮像部を設け、下方に被評価サンプルを含む検知台が載置される構成を示しているが、被評価サンプル試料を固定可能であれば、照明や撮像部や側方であって、被評価サンプルの表面も対向するように側方に立てて（縦向きに）配置してもよい。

次に、図４を用いて、撮像部２１として使用される分光カメラの分光撮影の概略を説明する。図４は、本発明の実施形態に係る色測定装置で使用される撮像部（分光カメラ）２１の要部構造図である。図４の分光カメラ２１は、一例として、１組のフィルタ、および、回折格子で構成したマルチスペクトルカメラの例を示すが、撮像部２１を構成する分光カメラ装置は、１組以上のフィルタ、および、回折格子（または、プリズム）を含むハイパースペクトルカメラ装置等を用いてもよい。

分光カメラ２１では、２次元の分光情報を取得する分光情報取得部として、メインレンズ内に挿入された分光フィルタ群とメインレンズと受光素子の間に挿入されたマイクロレンズアレイによって、マイクロレンズ毎に分光フィルタの数に応じた分光情報を取得する。

図４では、理解を容易とするために、光学系としてのメインレンズ５４は単レンズで示し、メインレンズ５４の絞り位置Ｓを単レンズの中心として示すが、実際には、図５に示すようにレンズ内にカラーフィルタ５６が位置することはない。カラーフィルタ５６は、メインレンズ５４の絞り付近に配置される。「絞り付近」とは、絞り位置を含み、種々の画角の光線が通過できる部位を意味する。換言すれば、メインレンズ５４に対するカラーフィルタ５６の設計上の許容範囲を意味する。

図４において、メインレンズ５４の中心には、光学バンドパスフィルタとしてのカラーフィルタ５６が配置されている。カラーフィルタ５６は、XYZ表色系の等色関数に基づいた分光透過率を持つ色の三刺激値に対応したフィルタである。すなわち、カラーフィルタ５６は、XYZ表色系の等色関数に基づいた分光透過率が異なる複数（ここでは３つ）のカラーフィルタ５６ａ、５６ｂ、５６ｃから構成されている。

このような光学バンドパスフィルタは、分光透過率が異なるフィルタを複数組み合わせて構成してもよいし、一つのフィルタ上で領域毎に分光透過率を異ならせるように構成してもよい。

上記構成により、例えば、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍまでの波長域において、１０ｎｍ刻みで透過波長のピークを持った３１種類の光学バンドパスフィルタを用いた場合、３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長域においての分光情報を１０ｎｍ刻みで取得することが可能である。

このように、カメラの計測可能（撮影可能な）な分光の波長域が、３８０ｎｍから７８０ｎｍまでをカバーすることで、人間の可視光領域をカバーすることになり、人間の見た目に則した分光情報を取得することができる。

また、上記のようにより細かく分類するとより好ましいが、撮像装置を構成するマルチスペクトルカメラ、またはハイパースペクトルカメラは、少なくとも８バンド以上の分光画像を撮像できれば十分である。最低でも８バンド以上のバンドを確保することで、見た目に即した十分な分光情報を取得することができる。

図５に、本発明の実施形態に係る色測定装置の情報処理装置の機能ブロック図を示す。なお、本実施形態で使用する機能は実線で示し、後述する構成例や制御例に係るものは点線で示している。

図５では、色測定プログラムに従ってＣＰＵ４１が動作することで実現される各機能の機能ブロック図を示している。

また、色測定プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイル形式でＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)、ブルーレイディスク（登録商標）、半導体メモリなどのコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、色測定プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由でインストールするかたちで提供してもよい。また、色測定プログラムは、機器内のＲＯＭ等に予め組み込んで提供してもよい。

色情報処理装置８００は、データ入力部８０と、照明制御部８１と、撮像制御部８２と、撮像データ記憶部８３と、演算用データ記憶部８４と、色演算部８５と、測定データ蓄積部８７と、モニタ出力部８８と、通信部８９とを実現可能に有している。

図３に示した、ＣＰＵ４１は、図５の照明制御部８１と、撮像制御部８２と、色演算部８５の各機能をソフトウェア的に実現する。ソフトウェア的に実現されることとして説明を進めるが、照明制御部８１と、撮像制御部８２と、色演算部８５のうち、一部または全部をハードウェアで実現してもよい。

また、撮像データ記憶部８３と、演算用データ記憶部８４と、測定データ蓄積部８７は、図３に示す、ＨＤＤ、ＣＯＭ、ＲＯＭは、ＥＥＰＲＡＭのいずれかによって実現される。

データ入力部８０、モニタ出力部８８、通信部８９は、各種インタフェース（Ｉ／Ｆ）４５と、Ｉ／Ｏコントローラと、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）４６等のいずれかによって実現される。

図５を参照して、照明制御部８１は、照明部選択指示部８１１と、ステージ位置指示部８１２を択一的に有している。第１実施形態では、照明制御部８１は、照明部選択指示部８１１により、撮影の際に使用する照明部１１，１２の選択を指示する。

撮像制御部８２は、上述のカメラで選択する波長を選択的に使用して撮影するための分光波長指示部を実行可能に有している。

さらに、撮像制御部８２は、他の実施形態や追加調整例で使用される、撮像装置選択指示部、ステージ位置指示部、レンズ蓋開閉指示部、露光時間設定部等を有していてもよい。これらの機能は、後出の追加調整例について詳述する際に夫々具体的に説明する。下記、撮像データ記憶部８３、色演算部８５においても同様である。

撮像データ記憶部８３は、少なくとも撮影した画像を調整のために記憶するため、被評価サンプル画像記憶部８３１と、基準サンプル画像記憶部８３２の機能を有している。

また、撮像データ記憶部８３は、他の調整例で使用される暗電流画像記憶部８３３を有していてもよい。

演算用データ記憶部８４は、色演算部での演算で参照される、照明観察条件や、分光分布、等色関数などのデータを記憶しておく。

色演算部８５は、少なくとも、規格化演算部８５１、分光反射率画像生成部８５２、三刺激値XYZ算出部８５３、及びL*a*b*算出部８５４を備えている。

規格化演算部（規格化手段）８５１は、所定の照明角度の被評価サンプルの分光画像に対して、同じ照明角度の基準サンプルの分光画像を用いて、各照明角度で規格化する。

分光反射率画像生成部８５２は、被評価サンプルの分光反射率画像を生成する。

規格化演算部８５１及び分光反射率画像生成部８５２は、複数の照明角度夫々において、特定の照明角度で光が照射された測定対象物の分光反射率画像の撮像領域に含まれる各画素を、前記特定の照明角度と同じ角度で光が照射された基準物の分光反射率画像を用いて、規格化し、測定対象物の規格化された分光反射率画像（Ｓ）を生成する、規格化部として機能する。

三刺激値XYZ算出部８５３は、被評価サンプルの画素毎の分光反射率画像を基に、照明角度ごとに、色を数値化した値である三刺激値（XYZ）を算出する。

L*a*b*算出部８５４は、画素毎の分光反射率画像Ｓ'及び三刺激値（XYZ）を基に、照明角度ごとに、色を数値化した値であるL*a*b*色彩値を算出する。

三刺激値XYZ算出部８５３及びL*a*b*算出部８５４は、複数の照明角度夫々での、測定対象物の規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの、色を数値化した値を算出する、数値化部として機能する。

また、色演算部８５には、他の実施形態や追加調整例で使用される、平均輝度値算出部８５６、補正画像生成部８５７、基準サンプルフィルタリング部８５８、ノイズ除去部８５９、部位（各列）別輝度値算出部８６０、全体平均輝度・部位別輝度比較・比率乗算部８６１の機能を、実現可能に有していてもよい。

測定データ蓄積部８７は、色演算部８５で演算された、分光反射率画像、画素ごとの三刺激値（XYZ）、及び画素ごとのL*a*b*色彩値を蓄積して記憶する。

モニタ出力部８８は、測定データをモニタ装置５での表示形式に合わせて出力する。

通信部８９は、測定データを、有線又は無線により接続された他の装置（例えば、別の情報処理装置）に送信する。

＜色測定フロー＞
次に、図５及び図６を用いて、第１実施形態における色測定手順について説明する。図６は、第１実施形態の色測定装置における色測定のフローチャートである。

図６のフローでは、キセノン光源にテレセントリックレンズを備えた複数の照明部１１，１２を光源として照射して、１つの撮像部（分光カメラ）２１により撮影を行う例を示す。

図６において、まず、ステップＳ１で、カメラ２１は、被評価サンプルＳが、検査台３上に載置されたかどうかを確認する。

次に、ステップＳ２で、照明部１から照射された照明角度α１で、被評価サンプルＳの二次元分光画像を、可視光領域（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を所定の数ｘｎｍ（例えば、１０ｎｍ）刻みのＢ個のバンド（上記の場合は、３１個のバンド（波長帯））で、分光カメラ２１が撮影することで取得する。

ここで、二次元分光画像とは、撮影した画像内の各画素についての分光反射率の二次元分布（集合体）を示し、分光画像、分光反射率画像ともいう。

続いて、ステップＳ３で、照明部１２から照射された照明角度α２で被評価サンプルＳの二次元分光画像を、Ｓ２と同様の可視長領域を所定の数Ｘｎｍ刻みのＢ個のバンドで、分光カメラ２１が撮影して、取得する。

３つ以上の照明角度での計測を行う場合には、同様に照明角度を変更して被評価サンプルＳについて、同一の撮像部が撮影することで、二次元分光画像の取得を繰り返す。被評価サンプルＳについての二次元分光画像の取得が終了すると、検査台３上のサンプルの種類を入れ替える。

ステップＳ４で、分光カメラ２１により、基準サンプルＳ_０が、検査台３上に載置されたかどうかを確認する。

ここで、基準物である基準サンプルＳ_０は、測定対象物である被評価サンプルＳに対して、基準として比較用に用いられ、後段において、画像を分光反射率化する際に、照射光のスペクトルを補正するために必要である。そのため、基準サンプルとして、照射光のスペクトルを補正反射率が計測領域全体で１００％近くなる白色基準板を用いることが望ましい。

ステップＳ５で、照明部１１からの照射された照明角度α１で、基準サンプルＳ_０の二次元分光画像を、（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの撮影条件で、分光カメラ２１が撮影することで、取得する。このときの照明角度α１は、ステップＳ２で被評価サンプルＳを撮影したときと同一の照明角度である。

ステップＳ６で、照明部１２から照射された照明角度α２で、基準サンプルＳ_０の二次元分光画像を、（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの撮影条件で、分光カメラ２１が撮影することで、取得する。このときの照明角度α２は、ステップＳ３で被評価サンプルＳを撮影したときと同一の照明角度である。

なお、少なくとも、ステップＳ２，Ｓ３では、被評価サンプルＳについて、波長ｘｎｍ刻み、Ｂ種類のバンドでの分光反射率画像について、取得するが、Ｓ５、Ｓ６の基準サンプル側については、図７〜図９のように、下記（Ａ）〜（Ｃ）から撮影条件を選択して撮影し、後段の演算に用いる。
（Ａ）照明角度α１、照明角度α２のときの、所定の波長のときの１つのバンドでの基準サンプル全体の平均値
（Ｂ）照明角度α１、照明角度α２のときの、所定の波長のときの１つのバンドでの基準サンプルの各画素毎の値
（Ｃ）照明角度α１、照明角度α２のときの、可視光領域で、波長Ｘｎｍ刻み、複数（Ｂ個）のバンドでの基準サンプルの各画素毎の値
のいずれかを取得して比較する。

なお、演算が簡単で短時間で済むのは、（Ａ）＞（Ｂ）＞（Ｃ）であるが、より精度が高いのは、（Ｃ）＞（Ｂ）＞（Ａ）であるため、用途と必要な精度に応じて適宜選択する。

上記のように基準サンプルＳ_０として白色基準板を用いると、広い波長帯域に対して反射率が１００％に近い値を取る。そのため、被評価サンプルの分光画像の規格化に用いることで、照射光のスペクトルを補正することができ、被評価サンプルについて、精度の高い分光反射率を得ることができる。

３つ以上の照明角度での計測を行う場合には、同様に照明角度を変更して、被評価サンプルと同じ照明角度での基準サンプルＳ_０の撮影による二次元分光画像の取得を、繰り返す。

ステップＳ７で、照明角度α１で取得した、被評価サンプルＳの分光画像内の画素値を、照明角度α１で取得した、基準サンプルＳ_０の分光画像内の画素値で、規格化する。

Ｓ７で用いる基準サンプルＳ_０としては、（Ａ）のように、分光反射率画像内の全体の平均の画素値を用いてもよいし、（Ｂ）のように、分光反射率画像の各画素について検出してもよいし、さらに（Ｃ）のように、波長ごとに分光反射率画像の各画素について検出してもよい。

そして、ステップＳ８で、照明角度α１での、波長１０ｎｍ刻み、３１バンドでの、被評価サンプルＳの、規格化された分光反射率画像Ｓ'を生成する。

ここで、Ｓ５、Ｓ６で、上記の（Ａ）〜（Ｃ）での撮影条件で撮影した場合の、夫々の照明角度における、Ｓ７〜Ｓ８、Ｓ１１〜Ｓ１２での規格化のやり方と分光反射率画像の作成例を示す。

＜規格化例１＞
図７に、基準サンプルの分光画像に撮像領域全体の平均値を用いる場合の二次元分光画像の規格化例を示す。

詳しくは、図７において、上段左側は、ステップＳ２で、被評価サンプルＳについて、可視長領域を所定の数ｘｎｍ刻みのＢ個のバンドで各画素ごとに、分光反射率を取得した画像の例を示す。上段右側は、ステップＳ５で、（Ａ）の条件で、所定の波長のときの１つのバンドでの基準サンプルＳ_０の撮像領域全体で１つの平均値として分光反射率を取得した画像の例を示す。

そして、上記フローのように、Ｓ７で、基準として、基準サンプルの分光画像内の撮像領域全体の画素値の平均値を用いて規格化して、Ｓ８において、図７の下段に示すように、波長Ｘｎｍ刻み、Ｂ種類のバンドでの、規格化された分光反射率画像Ｓ'を生成する。

図７は１つの照明角度に対する、画像の規格化例であって、照明角度α１，α２に対して夫々、図７のように、規格化された分光反射率画像Ｓ'を生成する。

このように、サンプルと同じ角度で基準サンブルを撮影し、同じ角度の基準サンプルを用いて、被評価サンプルを規格化することで、照明の当たり方による、輝度の変動をキャンセルし、照明角を変更した際にも正しい分光反射率画像を取得することが出来る。

＜規格化例２＞
図８に、基準サンプルの分光画像に撮像画像内で各画素を用いた場合の、画素ごとに同一の画素値で規格化した二次元分光画像の例を示す。

詳しくは、図８において、上段左側は、図７同様に、ステップＳ２で、被評価サンプルＳについて、可視長領域を所定の数ｘｎｍ刻みのＢ個のバンドで各画素ごとに、分光反射率を取得した画像の例を示す。上段右側は、ステップＳ５で、（Ｂ）の条件で、所定の波長のときの１つのバンドでの基準サンプルＳ_０を、各画素ごとに分光反射率を取得した画像の例を示す。

そして、図８の下段に示すように、上記フローのＳ７、Ｓ８において、被評価サンプルＳの分光画像内の各画素位置での画素値を、基準サンプルＳ_０の分光画像の、同一の画素位置の値で規格化を行う。

照明角度の輝度ムラは面内に分布していることがあるため、図８のように、被評価サンプルの計測領域内の同一位置ごとに基準サンプルとの規格化を行うことで面内の輝度ムラの影響を抑えて、より正確な分光反射率を得ることが出来る。

これにより、照明角度の変動による輝度ムラの変動の影響をより低減させ、分光反射率画像の精度を向上させ、より正確な分光反射率画像を測定することが出来る。

＜規格化例３＞
図９は、基準サンプルの分光画像に、複数の波長帯で、撮像画像内で各画素を用いた場合の、各画素位置、各波長で、被評価サンプルＳの画素値を、基準サンプルＳ_０の画素値で規格化する二次元分光画像の例を示す。

詳しくは、図９において、上段左側は、図７，図９同様に、ステップＳ２で、被評価サンプルＳについて、可視長領域を所定の数Ｘｎｍ刻みのＢ個のバンドで、各画素ごとに、分光反射率を取得した画像の例を示す。上段右側は、ステップＳ５で、（Ｃ）の条件で、可視長領域を所定の数Ｘｎｍ刻みのＢ個のバンドでの基準サンプルＳ_０について、各画素ごとに分光反射率を取得した画像の例を示す。

そして、図９の下段に示すように、上記フローのＳ７、Ｓ８において、図９に示すように、基準サンプルＳ_０に関しても、被評価サンプルＳを計測したのと同一の複数バンドで分光画像を取得しているため、各照明角度、各画素位置、各波長で、被評価サンプルＳの画素値を、基準サンプルＳ_０の画素値で規格化することが出来る。

照明光が計測範囲の波長帯域Ｂに於いて同一の強度であれば、あるバンドでの基準サンプルＳ_０の分光画像の画素値から被評価サンプルＳの分光反射率を算出することが出来る。

しかし、実際には、照明光は分光分布を持っており、バンドごとに照明光の強度は異なっている。

条件（Ｃ）に示す図９に示す手法を用いて各バンドで規格化を行うことで、照明光の分光分布の影響も考慮して、規格化を行い、規格化した二次元分光反射率画像を生成できる。

これにより、面内の輝度ムラの影響を抑えるとともに、さらに波長ごとの分光分布の強度の影響も抑えるため、さらに分光反射率画像の精度を向上させ、より正確な被評価サンプルＳの分光反射率画像を得ることが出来る。

図７〜図９のいずれかの手法で分光反射率画像Ｓ（規格化した分光反射率画像）を算出した後、さらに被評価サンプル（測定対象物、試料ともいう）の色を評価するために、色情報である三刺激値XYZと、L*a*b*値を、照明条件別に算出する。

図６に戻って、ステップＳ９で、照明角度α１での、分光反射率画像Ｓ'の各画素の三刺激値（XYZ）を算出する。

三刺激値（XYZ）は、測定対象物の分光反射率と等色関数と光源の分光分布から計算できる。三刺激値は人の目の色の光を感じるＬ，Ｍ，Ｓ垂体の知覚感度であるため、三刺激値を求めることで、見た目と相関の高い測定対象物の色情報を数値として測定することができる。

詳しくは、等色関数は、ＣＩＥ（国際照明委員会）が定めた人が色を感じる感度、詳しくは、人の目の色の光を感じるＬ，Ｍ，Ｓ垂体の知覚感度の関数に相当し、２度視野と１０度視野が定められている。

さらに、予め、Ｄ５０や、Ｄ６５、標準光源Ａなど、評価したい任意の観察条件（照明の色）と、照明に応じた分光分布に対応する等色関数を、例えば、演算用データ記憶部８４に記憶しておく。

そして、この情報を、色演算部８５で読み出すことで、さまざまな観察条件に沿った、数値化された色情報である、三刺激値XYZや、L*a*b*値を算出することができる。

下記、一例として、１０度視野を使用し、分光分布はＤ５０条件を用いた場合の演算例を説明する。

変換式を以下に示す。
Ｘ＝ｋ∫Ｓ（λ）ｘ（λ）Ｒ（λ）ｄλ
Ｙ＝ｋ∫Ｓ（λ）ｙ（λ）Ｒ（λ）ｄλ
Ｚ＝ｋ∫Ｓ（λ）ｚ（λ）Ｒ（λ）ｄλ
Ｓ（λ）：光源の分光分布
ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）：等色関数
Ｒ（λ）：分光反射率
ｋ：係数
係数ｋは以下の式で求める。
ｋ＝１００／∫Ｓ（λ）ｙ（λ）ｄλ
Ｓ１０：Ｓ９で算出した三刺激値（XYZ）を使用して、照明角度α１での、分光反射率画像Ｓ'の各画素の、L*a*b*色彩値（色度値）を算出する。
詳しくは、色度値に変換するため、XYZをL*a*b*に変換する。変換式はＣＩＥで定められた方法を用いる。
Ｌ＊＝１１６（Ｙ／Ｙｎ）１／３−１６
ａ＊＝５００［（Ｘ／Ｘｎ）１／３−（Ｙ／Ｙｎ）１／３］
ｂ＊＝５００［（Ｙ／Ｙｎ）１／３−（Ｚ／Ｚｎ）１／３］
ここでＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎは、完全拡散反射面での三刺激値である。
Ｄ５０の分光分布の場合は、
Ｘｎ：９６．４２， Ｙｎ：１００， Ｚｎ：８２．４９
である。
この操作を、分光反射率画像の、全ての画素に対して適用する。

L*a*b*空間は、人間の知覚とほぼ均等なスケールを持つ空間内に全ての色を配置しているので、L*a*b*値を算出することで、人間の感じ方に、さらに近い表現方法として色を数値で表現することができる。

Ｓ７〜Ｓ１１では、照明角度α１での演算動作を説明したが、照明角度α２に対して同様に下記Ｓ１１〜Ｓ１４を実行する。図６では、照明角度α１、照明角度２の演算処理を平行して行う例を示しているが、Ｓ７〜Ｓ１０の後にＳ１１〜Ｓ１４を実行したり、Ｓ１１〜Ｓ１４の後にＳ７〜Ｓ１０を実行してもよいし、あるいは、Ｓ７、Ｓ１１、Ｓ８、Ｓ１２、Ｓ９、Ｓ１３というように交互に実行してもよい。

Ｓ１１において、照明角度α２で取得した、被評価サンプルＳの分光画像内の画素値を、照明角度α２で取得した、基準サンプルＳ_０の分光画像内の画素値で、規格化する。

Ｓ７と同様に、Ｓ１１での規格化で用いる、Ｓ７で取得した基準サンプルＳ_０の画像として、条件（Ａ）で図７に示したように、撮像領域である分光画像内の画素値の平均値を用いてもよいし、条件（Ｂ）で図８に示したように、撮像領域内の各画素について検出してもよいし、さらに条件（Ｃ）で図９に示したように、波長帯ごとに撮像領域内の各画素についてのいずれかを用いる。

そして、Ｓ１２で、照明角度α２での、波長１０ｎｍ刻み、３１バンドでの、規格化された分光反射率画像Ｓ'を生成する。

Ｓ１２：照明角度α２での、規格化された分光反射率画像Ｓ'の三刺激値（XYZ）を算出する。

Ｓ１３：Ｓ１２で算出した三刺激値（XYZ）を使用して、照明角度α２での、規格化された分光反射率画像Ｓ'の各画素の、L*a*b*色彩値を算出する。

以上の操作から、複数の照明角での被評価サンプルの分光反射率画像、XYZ画像、L*a*b*画像を取得することが出来る。

３つ以上の照明角度で被評価サンプルと基準サンプルとを測定した場合には、規格化処理、規格化された分光画像の作成、三刺激値XYZの算出、L*a*b*値の処理について、全照明角度に対して実施する。

上記フローのように異なる照明角度で撮影することで、複数の照明角それぞれで、サンプルと同じ角度で基準サンブルを撮影し、同じ角度の基準サンプルを用いて、被評価サンプルを規格化することで、照明の当たり方による、輝度の変動をキャンセルできる。

また、複数の照明角度で撮影することで、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料についての、定量評価が可能になる。

＜測定画像＞
図１０は、複数の条件で測定した被評価サンプルとしてアルミフレークを含んだ塗装面を撮影したL*画像（輝度画像）の例を示す。

図１０において、（ａ）は、ある照明角度で計測された被評価サンプルの分光画像を別の照明角度で計測した基準サンプルの画素値を基に規格化を行ったL*画像を示し、（ｂ）は、図７で説明した手法で規格化を行ったL*画像を示し、（ｃ）は、図９で説明した手法で規格化を行ったL*画像を示す。

図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを比較すると、（ａ）では、異なる照明角度での画素値を基に規格化を行ったため、全体的に暗い画像になり、アルミフレークが捉えられていない。

これに対して、本発明を適用した（ｂ）では照明角度の変動による輝度の変動の影響が抑えられ、アルミフレークが捉えられた画像になっている。

また、（ｃ）は図９で説明した処理により、同一の照明角度α１で計測された被評価サンプルの分光画像を、同じく照明角度α１で計測した基準サンプルの分光画像の夫々の画素値で、全画素位置、全波長で規格化を行ったものである。

図１０（ｂ）と図１０（ｃ）とを比較すると、（ｃ）では、（ｂ）よりも更に面内の輝度ムラの影響が低減され、画像全体でアルミフレークによる発光が捉えられていることが分かる。

従って、特別短時間での評価を望む場合を除き、図９で説明した処理による測定が、より精度が高いため、好ましい。

［第２実施形態］
図１１に本発明の第２実施形態に係る色測定装置１００Ａの全体模式図を示す。

上記の第１実施形態では複数の照明角度で測定するために、複数の照明部を設けていたが、図１１に示すように、撮像部を複数（カメラ２１Ａ，２３）設けることで、複数の撮影角度から測定してもよい。

図１１に示す構成では、第１のカメラ（撮像部）２１Ａと第２のカメラ（撮像部）２３とは、被評価サンプルが載置される検査台３に対して、異なる撮影角度になるように配置されている。そのため、撮像装置２Ａは２つの撮影角度で、検査台３上のサンプルを撮像できる。なお、設置するカメラの数を増やすことで、さらに撮影角度の設定数を増やしてもよい。

なお、本実施形態では、撮影の際に使用する照明の選択を指示するのではなく、撮影に使用される撮像部（カメラ２１Ａ又はカメラ２３）の選択を指示する。

そのため、上述の図５で説明したように、情報処理装置では、第１実施形態のように、照明制御部８１が照明部選択指示部８１１を有する代わりに、第２実施形態では、撮像制御部８２に、撮像部選択指示部８２２を実行可能に有している。

本実施形態では、複数の撮影角度で計測することで、サンプルを観察した際の見た目の印象に則した測定値を得ることが出来る。

図１１では、複数の撮影角度の画像を、複数の撮像部を用いて取得したが、図１２に示すように、複数の撮影角度を取得するように、ラインセンサ２０からなる１つの撮像部を含む撮像装置２Ｂを用いてもよい。

図１２に示すように、撮像装置２Ｂとしてラインスキャン型の撮像装置であるラインセンサ２０を用いると、連続的に照明角度、または撮影角度を変更させながら分光画像を取得することで、一枚の測定画像の中に、複数の撮影角度での計測した分光画像を収めることが出来る。

上記のような方法で被評価サンプルＳ、基準サンプルＳ_０を撮影して規格化を行うことで、複数の照明角度又は/及び撮影角度での分光反射率画像を一度に取得することも可能である。

＜色測定フロー＞
図１３に、図１１に示した構成の第２実施形態の色測定装置における、色測定のフローチャートである。

Ｓ１０１：第１のカメラ２１Ａで、被評価サンプルＳが、検査台３上に載置されたかどうかを確認する。

Ｓ１０２：第１のカメラ２１Ａで、撮影角度β１で被評価サンプルＳの二次元分光画像を取得する。

Ｓ１０３：第２のカメラ２３で、撮影角度β２で被評価サンプルＳの二次元分光画像を取得する。

Ｓ１０２，Ｓ１０３では、可視光領域（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を所定の数ｘｎｍ（例えば、１０ｎｍ）刻みのＢ個のバンド（上記の場合は、３１個のバンド（波長帯））で、分光カメラ２１Ａ，２３が夫々撮影することで二次元分光画像を取得する。

３つ以上の撮影角度での計測を行う場合には同様に撮影角度を変更して被評価サンプルＳについて、異なる撮像部が撮影することで、二次元分光画像の取得を繰り返す。

被評価サンプルＳについての二次元分光画像の取得が終了すると、検査台上のサンプルの種類を入れ替える。

Ｓ１０４：第１の分光カメラ２１Ａで、基準サンプルＳ_０が、検査台３上に載置されたかどうかを確認する。

Ｓ１０５：第１の分光カメラ２１Ａで、撮影角度β１で基準サンプルＳ_０の二次元分光画像を取得する。

Ｓ１０６：第２の分光カメラ２３で、撮影角度β２で基準サンプルＳ_０の二次元分光画像を取得する。

Ｓ１０５、Ｓ１０６では、上記図７〜図９のように、下記（Ａ）〜（Ｃ）の撮影条件のいずれかを選択して撮影し、後段の演算に用いる。
（Ａ）撮影角度β１、撮影角度β２のときの、所定の波長のときの１つのバンドでの基準サンプル全体の平均値
（Ｂ）撮影角度β１、撮影角度β２のときの、所定の波長のときの１つのバンドでの基準サンプルの各画素毎の値
（Ｃ）撮影角度β１、撮影角度β２のときの、可視光領域で、波長Ｘｎｍ刻み、複数（Ｂ個）のバンドでの基準サンプルの各画素毎の値。

Ｓ１０７：色情報処理装置８００の規格化演算部８５１で、撮影角度β１で取得した、被評価サンプルＳの分光画像内の画素値を、撮影角度β１で取得した、基準サンプルＳ_０の分光画像内の画素値で、規格化する。

Ｓ１０８：第１の撮影角度β１での、波長１０ｎｍ刻み、３１バンドでの、分光反射率画像Ｓ'を生成する。

Ｓ１０９：画素毎の分光反射率画像Ｓ'を基に照明角度α１での、三刺激値（XYZ）を算出する。

Ｓ１１０で、画素毎の分光反射率画像Ｓ'を基に照明角度α１での、L*a*b*色彩値を算出する。

Ｓ１０７〜Ｓ１１１では、撮影角度β１での演算動作を説明したが、撮影角度β２での画像に対しても同様に下記Ｓ１１１〜Ｓ１１４を実行する。図１３では、撮影角度β１、撮影角度β２の演算処理を平行して行う例を示しているが、Ｓ１０７〜Ｓ１１０の後にＳ１１１〜Ｓ１４を実行したり、Ｓ１１１〜Ｓ１１４の後にＳ１０７〜Ｓ１１０を実行してもよいし、あるいは、Ｓ１７、Ｓ１１１、Ｓ１０８、Ｓ１１２、Ｓ１０９、Ｓ１１３というように交互に実行してもよい。

Ｓ１１１：撮影角度β２で取得した、被評価サンプルＳの分光画像内の画素値を、照明角度β２で取得した、基準サンプルＳ_０の分光画像内の画素値で、規格化する。

Ｓ１０７及びＳ１１１の規格化で用いる、Ｓ１０５、Ｓ１０６で取得した基準サンプルＳ_０の画像としては、条件（Ａ）で図７に示したように、撮像領域である分光画像内の画素値の平均値を用いてもよいし、条件（Ｂ）で図８に示したように、撮像領域内の各画素について検出してもよいし、さらに条件（Ｃ）で図９に示したように、波長帯ごとに撮像領域内の各画素について検出したもので、いずれであってもよい。

Ｓ１１２：撮影角度β２での、波長１０ｎｍ刻み、３１バンドでの、規格化された分光反射率画像Ｓ'を生成する。

これにより、各撮影角度での、波長帯域Ｂ内での被評価サンプルの分光反射率画像Ｓ'を取得することが出来る。

Ｓ１１３：撮影角度β２での、分光反射率画像Ｓ'の各画素の、三刺激値（XYZ）を算出する。

Ｓ１１４：Ｓ１１３で算出した三刺激値（XYZ）を使用して、撮影角度β２での、分光反射率画像Ｓ'の各画素の、L*a*b*色彩値を算出する。

以上の操作から、複数の撮影角度での被評価サンプルの分光反射率画像、XYZ画像、L*a*b*画像を取得することが出来る。

３つ以上の撮影角度で被評価サンプルと基準サンプルとを測定した場合には、規格化、規格化された分光画像の作成、三刺激値XYZの算出、L*a*b*の処理について、全ての撮影角度のデータに対してそれぞれ実施する。

上記フローのように異なる撮影角度で撮影することで、複数の照明角それぞれで、サンプルと同じ角度で基準サンブルを撮影し、同じ角度の基準サンプルを用いて、被評価サンプルを規格化することで、照明の当たり方による、輝度の変動をキャンセルできる。

また、複数の撮影角度で撮影することで、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料について、定量評価が可能になる。

［第３実施形態］
図１４は、本発明の第３実施形態に係る色測定装置１００Ｃの全体模式図である。

上記の第１実施形態では、複数の照明角度での撮影を行うために、複数の照明部１を設けているが、照明部２を移動させることで、照明角度を任意の値に変更出来るようにする構成も可能である。

具体的には、図１４の実線及び点線で示すように、回転ステージのような駆動装置（照明保持ステージ）で照明部を保持して照明角度を変更することが考えられる。具体的には、光源保持ステージ６は、例えば、プレート状の両側面（図１４紙面の手前面と奥の面）と、照明部１を支持する上面と、駆動機構と一体化された下面とで構成されており、検査台３のサンプル保持プレート３０とは分離している。これにより、検査台３の中央部Ｘを軸として、光源保持ステージ６を枢動回転させることで、不動の検査台３に対して、矢印Ａ１に示すように光源保持ステージ６と一緒に照明部が移動することで、サンプルに対する照明角度を変更する。

あるいは、別の例を図１４の実線及び一点鎖線で示すように、カメラを保持するカメラ保持ステージ７によって照明角度を変更することも考えられる。図１４の点線Ｘのように、カメラ保持ステージ７は、例えば、プレート状の両側面（図１４紙面の手前面と奥の面）と、カメラ２１Ｃを支持する上面と、検査台３のサンプル保持プレート３０と一体化された下面とで構成されている。これにより、カメラ保持ステージ７を枢動回転させることで、照明部１１Ｃが不動で、矢印Ａ２，Ａ３に示すように、カメラ保持ステージ７と一緒にカメラ２１Ｃとサンプル保持プレート３０の角度が変更することで、サンプルに対する照明角度を相対的に変更する。

また、上記の第２実施形態では、複数の撮影角度での撮影を行うために、複数の撮像部（カメラ）を設けているが、本実施形態では、撮像装置を移動させることによって、複数の撮影角度から計測する、或いは撮影角度を任意の値に変更できるようにする構成も可能である。

図１４の実線及び一点鎖線で示すように、回転ステージのような駆動装置（カメラ保持ステージ）でカメラを保持して撮影角度を変更する構成が考えられる。具体的には、カメラ保持ステージ７は、例えば、プレート状の両側面（図１４紙面の手前面と奥の面）と、カメラ２１Ｃを支持する上面と、駆動機構と一体化された下面とで構成されており、検査台３のサンプル保持プレート３０とは分離している。これにより、検査台３の中央部Ｘを軸として、カメラ保持ステージ７を枢動回転させることで、不動の検査台３に対して、矢印Ａ２に示すように、カメラ保持ステージ７と一緒にカメラ２１Ｃが移動することで、サンプルに対する撮影角度を変更する。

あるいは、別の例として、図１４の点線に示すように、照明部１１Ｃを保持する光源保持ステージ６によって撮影角度を変更することも考えられる。光源保持ステージ６は、例えば、プレート状の両側面（図１４紙面の手前面と奥の面）と、照明部１１Ｃを支持する上面と、検査台３のサンプル保持プレート３０と一体化された下面とで構成されている。これにより、光源保持ステージ６を枢動回転させることで、カメラ２１Ｃが不動で、矢印Ａ１，Ａ４に示すように、光源保持ステージ６と一緒に照明部１１Ｃとサンプル保持プレート３０の角度が変更することで、サンプルに対する撮影角度を変更する。

この構成により、規定の撮影角度だけでなく、計測する被評価サンプルに適した、任意の複数の撮影角度での計測を行うことが可能になる。

図１５に、第３実施形態の色測定装置のハードウエアブロック図を示す。

図５の構成と大体同様であるが、本実施形態では、照明部１１Ｃを保持する光源保持ステージ６と、分光カメラ２１１Ｃを保持するカメラ保持ステージ７とステージ制御部９と、を有しており、ステージ制御部９が制御駆動することで、照明部１１Ｃを保持する光源保持ステージ６及びカメラ２１Ｃを保持するカメラ保持ステージ７を回転駆動させることができる。なお、上記別の例として示したように、ステージに連動して、検査台３のサンプル保持プレート３０が枢動回転可能であってもよい。

なお、上述の図５の機能ブロック図も参照して、第３実施形態では、色情報処理装置８００では、照明制御部８１は、第１実施形態で使用される照明部選択指示部８１１の代わりに、ステージ位置指示部８１２を実行可能に有している。

本実施形態では、撮影の際に使用する照明の選択を複数の照明部の中で選択指示するのではなく、情報処理装置４からステージ制御部９に指示することにより、ステージ制御部９、検査台３の中央部Ｘを軸として光源保持ステージ６を枢動させることで、光源装置１Ｃの位置を変更し、照明角度を変更する。

同様に、上述の図５で説明したように、第３実施形態では、色情報処理装置８００では、撮像制御部８２は、第２実施形態で使用される撮像部選択指示部８２２の代わりに、ステージ位置指示部８２３を実行可能に有している。

本実施形態では、撮影に使用される撮像部の選択を指示するのではなく、情報処理装置４がステージ制御部９に指示することにより、ステージ制御部９が、検査台３の中央部Ｘを軸としてカメラ保持ステージ７を枢動させることで、撮像装置２Ｃの位置を変更し、撮影角度を変更する。

なお、図１４、図１５では光源装置１Ｃ、撮像装置２Ｃの両方が可動する例に対応する構成を示しているが、どちらか片方のみが可動であってもよい。

上記のように、可動にさせる光源保持ステージ６に照明部１１Ａを取りつけることで、照明部から照射される照明角度は、連続的に照明角度を変更することができる。そのため、照明角度を特定の角度ではなく任意の角度に変更できるようにすることで、多種のサンプルの測定に対応できるようになる。

また、上記のように可動にさせるカメラ保持ステージ７をカメラ２１Ａに取り付けることで撮像装置は連続的に撮影角度を変更することが出来る。そのため、撮影角度を特定の角度ではなく任意の角度に変更出来るようにすることで、多種のサンプルの測定に対応できるようになる。

上記の構成の例である実施形態に加えて、情報処理装置や撮像装置における制御や調整により、さらに人間の見た目と相関の高い測定対象物の色情報を測定するための追加調整例を下記説明する。

＜追加調整例１＞
追加調整例１は、暗電流時のノイズにより黒色を調整する例である。

図１６は、暗電流画素値を用いた画像補正の波長分布の説明図である。図１６において、（ａ）はある波長における被評価サンプルの反射率のグラフ、（ｂ）は暗電流値の反射率のグラフ、（ｃ）はノイズ除去後の反射率のグラフを示す。

上述の第１実施形態〜第３実施形態のいずれかで構成される本発明の色測定装置に於いて、演算のステップに入る前に、撮像装置２への入射光をすべて遮断した状態で撮影を行う。この撮影により、測定の対象となるものの分光情報が全く存在しない、暗電流時の分光画素情報（ノイズ）を、図１６（ｂ）に示すようなノイズデータとして、取得できる。

このような暗電流の測定のとき、例えば、図５に示す機能ブロックにおいて、レンズ蓋開閉指示部８２４により、分光カメラ２１のレンズ（不図示）の蓋を閉じることで、遮断した状態を作成して、測定の対象となるもの分光情報が全く存在しない状態に設定する。そしてその状態で測定することで、暗電流時の分光画素情報（ノイズ）が取得できる。

そして、図１６に示すように（ａ）に示す測定データから、（ｂ）に示す暗電流値のデータの値を差し引くことで、（ｃ）に示すようにノイズが除去された測定データを取得する。

したがって、測定対象物を測定した際のデータから、暗電流時の分光画素情報を差し引くことで、ノイズを低減させた測定が可能になる。よりノイズを低減させて測定精度を高めることができる。

このように、撮像装置への入射光を遮断して（暗電流で）計測した結果を用いることで、サンプルの黒色の校正を行うことができる。この調整により、暗電流補正を行うことで測定時のノイズの影響を低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能になる。

＜追加調整例２＞
図１７は、輝度に応じて、被評価サンプルと基準サンプルとで露光時間を変更した場合の画像の例を示す。

被評価サンプルの輝度値が小さい場合、被評価サンプルＳのノイズが小さい分光画像を取得するためには、露光時間を大きくする必要がある。しかし、そのような大きい露光時間で基準サンプルＳ_０を撮影すると、基準サンプルＳ_０の画素値が飽和してしまい、正しい分光画像が取得できない可能性がある。

そのような被評価サンプルＳを計測する際の手順について説明したのが図１７である。なお、図１７では図９の手法を用いて計測し、さらに追加調整例で調整した例を示している。

被評価サンプルＳの分光画像を計測する際の露光時間をｔ１、基準サンプルＳ_０の分光画像を計測する際の露光時間をｔ２とする。前記規格化において、被評価サンプルを撮像する際の露光時間ｔ１と基準サンプルを撮像する際の露光時間ｔ２を異ならせ、その露光時間がｔ１＞ｔ２である。

このとき、ｔ１は被評価サンプルＳの分光画像が十分優位なデータとなるような大きい値を用い、ｔ２は基準サンプルＳ_０の分光画像の画素値が飽和しないような小さい値を選択する。こうすることで、被評価サンプルＳの分光画像のノイズを低減させ、基準サンプルＳ_０の分光画像も飽和を防ぐことが出来る。

分光反射率が小さく暗いサンプルを計測する場合、そのサンプルから優位な反射光を計測するためには露光時間を大きくする必要がある。しかし、そのような露光時間で白色基準板を計測すると、計測データが飽和してしまう。そこで、サンプル（測定対象物）と白色板（基準物）とで露光時間を変えることで、飽和を防ぐ。

図１７に示すように、露光時間ｔ１、ｔ２を変更するケースとして、図６や図１３に示すようにフローを行った後、規格化の際に輝度の差が違い過ぎる場合に、フローのやり直しとして、露光時間を変更して、再び撮影のステップから、フローを実行させるようにしてもよい。

あるいは、目視により、被評価サンプルＳと基準サンプルＳ_０の色の差が明らかな場合は、ユーザーが、露光時間を、被評価サンプルが暗いほど長くなるように、複数の選択肢から選択したり、可変に調整したりすることで、任意に撮影前に調整してから、撮影を行ってもよい。

上記のように、露光時間ｔ１、ｔ２を異ならせた場合、被評価サンプルＳと基準サンプルＳ_０を計測した際の入射光量が異なることになる。

ここで、分光反射率を取得する際には同一の入射光量で計測したときの、被評価サンプルと基準サンプルの画素値で規格化を行う必要がある。そのため、正確な分光反射率画像を得るために、２つの分光画像から規格化を行う際に、基準サンプルＳ_０の画素値を補正した値を用いる。

具体的には、本実施例では、計測された基準サンプルＳ_０の画素値にｔ１／ｔ２をかけた値を用いる。こうすることで、輝度の小さい被評価サンプルに対しても精度の良い分光反射率画像を取得することが出来る。

このように、露光時間を異ならせることで、暗いサンプルについても表面の状態（質感）を正確に測定することができる。また、露光時間を異ならせた場合、被評価サンプルを計測したときと、基準サンプルを計測したときで照明部からの入射光量が異なるため、基準サンプルの画素値に、露光時間の時間比率をかけて補正を行う。この補正により、分光反射率の測定値の精度をより高めることができる。

＜追加調整例３＞
部位ごとの輝度ムラを調整する例を図１８、図１９に示す。

上述の実施形態で説明した手法により照明の輝度ムラの影響は低減できるが、それでも、例えば、検査台上にゴミ等の異物があったり、どちらかのサンプルが歪んでいたりすることに起因して、基準サンプルと被評価サンプルとで、表面が異なる角度で傾いている場合がある。このように設置状態により、表面の状態が異なっていた場合は、同じ照明角度で、画素ごとに規格化したとしても、表面の設置角度の影響が残ってしまう場合があり、図１８（ａ）のように輝度ムラが発生することがありうる。

そこで、上記影響を解消できる、撮像後に実施可能な調整処理について説明する。図１８に列ごとに輝度調整する例を示し、図１９に円周方向に同心円状に輝度調整する例を示す。

例として、図１８（ａ）の上段の画像のように、処理後のL*画像に輝度ムラが残っている場合を考える。

ここで、図１８（ａ）のL*画像を、L*画像の各列でのL*平均値をプロットすると、図１８（ａ）の下段のグラフのように勾配を持つ。また、画像全体でのL*平均値はＡになるとする。この例では、画像全体でのL*平均値であるＡを基準値と設定する。

図１８（ａ）に示すように横方向で輝度ムラがある例では、図１８（ｂ）の下段に示すように、各列でのL*平均値と、Ａの比率を算出し、各列のL*（明度）の値に乗算する処理を行う。その結果、図１８（ｂ）の上図のように、輝度勾配の影響を低減させて、被評価サンプルの精度の良い画像得ることが出来る。

上記のような輝度ムラの影響を低減させるために、比率だけではなくL*平均値とＡの差分を取ることなどもできる。

また、本調整例では、図１８（ｂ）の下段で示すように、各列でのL*平均値を算出して、各列を補正部位の単位として、補正値を算出したが、部位の分割は列や行に限られない。

図１９に、円週方向に輝度ムラが発生した例を示す。例えば、被評価サンプル又は基準サンプルのどちらかの表面の中心が凹んでいたり、出っ張っていたりすると、表面の凹凸分の高さの違いにより、図１９のように、規格化後の画像でも、輝度ムラが発生することある。

このような場合、図１９の点線で示すように、画像中心から円周方向に平均値を算出する、或いは任意の値を用いるなども出来る。

さらに、部位の分割は、行や、円周方向に限られず、任意の形状に設定してもよい。また、基準となる値は画面全体の平均値に限られず、任意の値に設定してもよい。

上記例では、L*画像の例を示したが、図１８と同様の方法で。被評価サンプルの三刺激値XYZあるいはL*a*b*の２次元画像（色度など）に対して、ある基準値からの変動分を表す補正値を算出し、補正値を用いて色度補正を行うことができる。

この追加調整例により、白色板の規格化だけでは補正し切れなかった分の輝度ムラが発生した場合であっても、各行、あるいは画像全体の色度の傾きを計算し、その傾きを０にするように補正することで、各画素のXYZ値やL*a*b*値に適用することで、その輝度ムラを補正することができる。

＜追加調整例４＞
図２０に、白色板ノイズ低減補正の例を示す。

上述のいずれの実施形態においても、基準サンプルとして、白色基準板を用いて、撮影結果から分光反射率の規格化を行うが、白色基準板の分光画像にノイズが含まれていた場合、その分光画像を用いて規格化を行うと、分光反射率が異常な値を示すことになる。

それを避けるため、図６において、ステップＳ７での規格化を行う前に、白色基準板の分光画像にノイズを低減させるような画像処理による、白色板ノイズ低減補正を行うことが考えられる。

一例として、図２０（ａ）では、白色基準板の撮影画像の一部にごみやほこりといった付着物があることなどによって、局所的に白色とならない場合を説明する。

図２０（ａ）に示すような局所的な異物に対しては、白色板ノイズ低減補正として、白色基準板の分光画像にメディアンフィルターを適用することでノイズ低減が可能である。メディアンフィルターは、ある画素（ノイズ）を、周りの画素の濃度の中央値に変換する処理により、ノイズを除去するものである。ここで、周りの画素の範囲である、カーネルサイズは５×５の例を示す。

図２０（ｂ）に示すとおり、メディアンフィルターを白色基準板に適用すると、図２０（ａ）に見られたような局所的なノイズを、被評価サンプルのエッジ等に影響を与えることなく除去することが出来る。これにより、後のステップで規格化を行って算出される際に、分光反射率のノイズを低減させることができる。

白色板の分光画像を事前に補正することで、白色板の分光画像にノイズが含まれていた場合にその画像で規格化してしまうと、分光反射率が異常な値を算出してしまうという現象が起こらないようにする。

このように、フィルタリングを行うことで白色板にごみや付着物などがあり、局所的なノイズが存在していた場合であっても、局所的な輝度の変動を低減させて、測定された分光反射率の値が異常値を取ることを防ぐことが出来る。

上述の実施形態や調整例のいずれにおいても、複数の照明での被評価サンプルの分光画像を、同じ照明角度での基準サンプルの画素値を用いて規格化している。そのため、照明角度が変更した際でも、被評価サンプルの分光反射率は、本来の値から変動せず、正しい分光反射率画像を取得することが出来る。

なお、上記例では、照明部、撮像部、色演算部を、１つの装置として装置化した色測定装置について説明したが、色演算部は、別個のコンピュータ等の演算装置によって実行されてもよい。この場合、コンピュータ等は色情報処理装置として機能する。

例えば、色情報処理装置は、複数の所定の照明角度で取得された被評価サンプル（測定対象物）の分光画像と、該所定の角度と同じ、複数の照明角度で取得された基準サンプル（基準物）の分光画像が入力される入力手段（入力部）を備える。

また、上述の図５の情報処理装置で構成する色演算部と同様に、所定の照明角度の測定対象物の分光画像に対して、同じ照明角度の基準物の分光画像を用いて、各照明角度で規格化する規格化手段と、前記規格化された、測定対象物の分光反射率画像を生成する手段と、夫々の照明角度での前記測定対象物の規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する演算手段と、を有する。

なお、このような色情報処理装置と、図３、図１１、図１２、図１４に示すような照明部及び撮像部とを組み合わせることで、色測定システムとしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１００ 色測定装置（色測定システム）
１ 光源装置
１１，１１Ａ，１１Ｃ 照明部（第１の照明部）
１２ 照明部（第２の照明部）
１３ 照明制御部
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 撮像装置
２０ 撮像部（ラインセンサ）
２１，２１Ｃ 撮像部（分光カメラ）
２１Ａ 撮像部（分光カメラ、第１の撮像部）
２２ 撮像制御部
２３ 撮像装置（分光カメラ、第２の撮像部）
３ 検査台
４ 情報処理装置
５ モニタ装置
８０ 入力部
８５ 色演算部
８５１ 規格化演算部（規格化部）
８５２ 分光反射率画像生成部（規格化部）
８５３ 刺激値XYZ算出部（数値化部）
８５４ L*a*b*算出部（数値化部）
Ｓ 被評価サンプル（測定対象物）
Ｓ_０ 基準サンプル（基準物）

特開平１０−２８１８７４号公報

Claims (20)

1. 測定対象物及び基準物の表面に、複数の照明角度から光を照射可能である照明部と、
   １つの撮像につき１つの照明角度で光が照射される前記測定対象物の表面を、所定の撮影角度で撮像して、複数の照明角度での測定対象物の分光反射率画像を取得し、前記複数の照明角度と夫々同じ角度で光が照射される前記基準物の表面を、前記所定の撮影角度で撮像して、前記複数の照明角度での基準物の分光反射率画像を取得する撮像部と、
   前記測定対象物の表面の色を演算により測定する色演算部と、を備えた色測定装置に於いて、
   前記色演算部は、
   前記複数の照明角度夫々において、特定の照明角度で光が照射された測定対象物の分光反射率画像の撮像領域に含まれる各画素を、前記特定の照明角度と同じ角度で光が照射された基準物の分光反射率画像を用いて、規格化し、測定対象物の規格化された分光反射率画像を生成する規格化部と、
   前記複数の照明角度夫々での、前記測定対象物の前記規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する数値化部と、を有する
   ことを特徴とする色測定装置。
2. 測定対象物及び基準物の表面に、光を照射可能である照明部と、
   所定の照明角度から光が照射される前記測定対象物の表面を、複数の撮影角度で撮像して、複数の撮影角度での測定対象物の分光反射率画像を取得し、前記所定の照明角度と同じ角度から光が照射される前記基準物の表面を、前記複数の撮影角度と同じ撮影角度で撮像して、前記複数の撮影角度での基準物の分光反射率画像を取得する撮像部と、
   前記測定対象物の表面の色を演算して測定する色演算部と、を備えた色測定装置に於いて、
   前記色演算部は、
   前記複数の撮影角度夫々において、特定の撮影角度で撮像された測定対象物の分光反射率画像の撮像領域に含まれる各画素を、前記特定の撮影角度と同じ角度で撮像された基準物の分光反射率画像を用いて、規格化し、測定対象物の規格化された分光反射率画像を生成する規格化部と、
   前記複数の撮影角度夫々での、前記測定対象物の前記規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する数値化部と、を有する
   ことを特徴とする色測定装置。
3. 前記撮像部は、
   前記測定対象物の表面を撮像するとき、撮像領域に含まれる各画素を、所望の可視光波長内で所定数に分割された波長帯ごとに取得し、
   前記基準物の表面を撮像するとき、撮像領域に含まれる各画素を、前記所望の可視光波長で一括して取得し、
   前記規格化部は、前記測定対象物の前記分光反射率画像の各画素の情報、前記基準物の分光反射率画像の各画素の情報を用いて、規格化する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の色測定装置。
4. 前記撮像部は、
   前記測定対象物の表面を撮像するとき、撮像領域に含まれる各画素を、所望の可視光波長内で所定数に分割された波長帯ごとに取得し、
   前記基準物の表面を撮像するとき、撮像領域に含まれる各画素を、前記所望の可視光波長内で前記所定数に分割された波長帯ごとに取得し、
   前記規格化部では、前記各波長帯の前記測定対象物の分光反射率画像の各画素の情報を、前記各波長帯の前記基準物の分光反射率画像の各画素の情報を用いて、規格化する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の色測定装置。
5. 前記撮像部は、少なくとも波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光波長の領域で撮像し、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍに対応した、前記測定対象物の分光反射率画像及び前記基準物の分光反射率画像を取得できる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の色測定装置。
6. 前記撮像部は少なくとも８つ以上の波長帯で分光反射率画像を撮像できるマルチスペクトルカメラ、又はハイパースペクトルカメラである
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の色測定装置。
7. 前記基準物として、白色基準板を用いる
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の色測定装置。
8. 前記測定対象物の表面の色を示す、前記色を数値化した値は、前記測定対象物の前記規格化された分光反射率画像の各画素の情報から、評価したい観察照明条件における分光分布を用いて、演算される三刺激値XYZ表色系の値及び／又はL*a*b*表色系の値である
   ことを特徴とする請求項７に記載の色測定装置。
9. 前記色演算部では、前記撮像部への入射光を遮断して計測した結果を用いることで黒色の校正を行う
   ことを特徴とする請求項７又は８の何れか一項に記載の色測定装置。
10. 前記撮像部において、前記測定対象物を撮像する際の露光時間ｔ１と前記基準物を撮像する際の露光時間ｔ２を異ならせ、その露光時間がｔ１＞ｔ２である
    ことを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載の色測定装置。
11. 前記規格化部において、
    前記露光時間ｔ１で撮影される前記測定対象物の分光反射率画像と、
    前記露光時間ｔ２で撮影される前記基準物の分光反射率画像の画素値を、露光時間ｔ１、ｔ２を基に補正した基準物の分光反射率画像を用いて、規格化する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の色測定装置。
12. 前記色演算部は、
    前記測定対象物の分光反射率画像から算出した三刺激値XYZ又はL*a*b*のいずれかの色情報を示す２次元画像に対して、前記２次元画像ある基準値からの変動分を表す補正値を算出し、前記補正値を用いて前記２次元画像の色補正を行う
    ことを特徴とする請求項８に記載の色測定装置。
13. 前記色演算部は、
    前記白色基準板の分光反射率画像に対して、規格化を行う前に、画像処理による白色板ノイズ低減補正を行う基準画像補正部を有する
    ことを特徴とする請求項７乃至１２の何れか一項に記載の色測定装置。
14. 前記白色板ノイズ低減補正として、フィルタリングを行う
    ことを特徴とする請求項１３の色測定装置。
15. 前記照明部は位置を移動することにより連続的に照明角度を変更することができる
    ことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の色測定装置。
16. 前記撮像部は位置を移動することにより、連続的に撮影角度を変更することができる
    ことを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の色測定装置。
17. 複数の所定の照明角度で取得された測定対象物の分光反射率画像と、該所定の角度と同じ複数の照明角度で取得された基準物の分光反射率画像が入力される入力手段と、
    所定の照明角度の測定対象物の分光反射率画像に対して、同じ照明角度の基準物の分光反射率画像を用いて、各照明角度で規格化する規格化手段と、
    測定対象物の前記規格化された分光反射率画像を生成する手段と、
    夫々の照明角度での前記測定対象物の前記規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する演算手段と、を有する
    ことを特徴とする色情報処理装置。
18. サンプル表面に一定の照明角度で光を照射する照明部と
    一定の撮影角度で測定対象物の分光反射率画像を撮像する撮像部と、
    請求項１７に記載の色情報処理装置と、を備える
    ことを特徴とする色測定システム。
19. １つの撮像につき１つの照明角度で照明部から光が照射される測定対象物の表面を、所定の撮影角度で、夫々の照明角度について撮像して複数の照明角度での測定対象物の分光反射率画像を取得する撮像ステップと、
    前記複数の照明角度夫々において、特定の照明角度で光が照射された測定対象物の分光反射率画像の撮像領域に含まれる各画素を、前記特定の照明角度と同じ角度で光が照射された基準物の分光反射率画像を用いて、規格化し、測定対象物の規格化された分光反射率画像を生成する規格化ステップと、
    前記複数の照明角度夫々での、前記測定対象物の前記規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する数値化ステップと、を有する
    ことを特徴とする色測定方法。
20. 測定対象物の表面の色を測定する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムであって、
    １つの撮像につき１つの照明角度で照明部から光が照射される前記測定対象物の表面を、所定の撮影角度で、夫々の照明角度について撮像して複数の照明角度での測定対象物の分光反射率画像を取得する機能と、
    前記複数の照明角度夫々において、特定の照明角度で光が照射された測定対象物の分光反射率画像の撮像領域に含まれる各画素を、前記特定の照明角度と同じ角度で光が照射された基準物の分光反射率画像を用いて、規格化し、測定対象物の規格化された分光反射率画像を生成する規格化機能と、
    前記複数の照明角度夫々での、前記測定対象物の前記規格化された分光反射率画像の各画素について、少なくとも１つの色を数値化した値を算出する数値化機能と、を有する
    ことを特徴とするコンピュータに実現させるためのプログラム。