特許 7551387 制御装置、制御方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】制御装置、制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20240909BHJP

【ＦＩ】

G01N21/17 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020131687

(22)【出願日】2020-08-03

(65)【公開番号】P2022028344

(43)【公開日】2022-02-16

【審査請求日】2023-07-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】柴▲崎▼ 彬

【審査官】比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２１９７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４１６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８９５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３８２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４９０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１１３２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ２１／００－Ｇ０１Ｎ２１／０１

Ｇ０１Ｎ２１／１７－Ｇ０１Ｎ２１／６１

Ｇ０１Ｎ２１／８４－Ｇ０１Ｎ２１／９５８

Ｇ０１Ｂ１１／００－Ｇ０１Ｂ１１／３０

Ｇ０１Ｊ ３／００－Ｇ０１Ｊ ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００－Ｇ０１Ｊ ９／０４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍ３）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光源を有する照明手段と撮像手段とを制御する制御装置であって、
前記複数の光源の一部を同時点灯させ、同時点灯により光が照射された物体を撮像するように、前記照明手段と前記撮像手段とを制御する制御手段と、
同時点灯した光源それぞれから前記物体に入射する光の入射角のうち、前記撮像手段により受光される正反射光に対応する入射角に近い１つの入射角を特定する特定手段と、
前記物体を撮像して得られる画像データに基づいて、前記特定された１つの入射角を反射モデルのパラメータとして用いて前記物体の反射特性を導出する導出手段と、
を有することを特徴とする制御装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記物体を撮像するために、テレセントリック光学系を有する前記撮像手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記同時点灯に関する照明条件を設定する設定手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記設定された照明条件に基づいて、前記照明手段を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項4】

前記設定手段は、前記照明条件として、光源の同時点灯数を設定することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記設定手段は、前記同時点灯数に基づいて、前記複数の光源を複数のグループに分けることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。

【請求項6】

前記制御手段は、前記複数のグループそれぞれにおいて、１つずつ光源を点灯させることを特徴とする請求項５に記載の制御装置。

【請求項7】

前記設定手段は、前記物体の光沢写像性に基づいて、前記照明条件を設定することを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項8】

前記設定手段は、前記同時点灯数に基づいて、同時点灯させる光源と、光源の点灯順とを決定することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。

【請求項9】

複数の点灯パターンから少なくとも１つの点灯パターンを選択する選択手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記選択された点灯パターンに基づいて、前記照明手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項10】

コンピュータを請求項１乃至請求項９のいずれか一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。

【請求項11】

複数の光源を有する照明手段と撮像手段とを制御する制御方法であって、
前記複数の光源の一部を同時点灯させ、同時点灯により光が照射された物体を撮像するように、前記照明手段と前記撮像手段とを制御する制御ステップと、
同時点灯した光源それぞれから前記物体に入射する光の入射角のうち、前記撮像手段により受光される正反射光に対応する入射角に近い１つの入射角を特定する特定ステップと、
前記物体を撮像して得られる画像データに基づいて、前記特定された１つの入射角を反射モデルのパラメータとして用いて前記物体の反射特性を導出する導出ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体の反射特性を取得する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、物体の素材の質感を評価するために、照明方向や観察方向に応じて変化する反射特性を表すＢＲＤＦ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の測定データが利用されている。さらに、反射特性の二次元分布を表すＳＶＢＲＤＦ（Ｓｐａｔｉａｌｌｙ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の測定データも利用されている。特許文献１は、複数の方向から物体に照明光を当て、複数の方向からカメラで物体を撮像し、得られた複数の画像に基づいて物体の反射特性データを作成する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２１９７１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１は、光の入射方向毎に撮像を行うため、撮像に時間がかかってしまうという課題があった。

【0005】

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、物体の反射特性を取得するために行う撮像にかかる時間を短縮するための処理を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、複数の光源を有する照明手段と撮像手段とを制御する制御装置であって、前記複数の光源の一部を同時点灯させ、同時点灯により光が照射された物体を撮像するように、前記照明手段と前記撮像手段とを制御する制御手段と、同時点灯した光源それぞれから前記物体に入射する光の入射角のうち、前記撮像手段により受光される正反射光に対応する入射角に近い１つの入射角を特定する特定手段と、前記物体を撮像して得られる画像データに基づいて、前記特定された１つの入射角を反射モデルのパラメータとして用いて前記物体の反射特性を導出する導出手段と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、物体の反射特性を取得するために行う撮像にかかる時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】反射特性取得システムの構成を説明するための模式図

【図2】制御装置のハードウェア構成を示すブロック図

【図3】制御装置の機能構成を示すブロック図

【図4】測定アプリケーションの処理を示すフローチャート

【図5】照明条件を算出する処理を示すフローチャート

【図6】算出される照明条件の一例を説明するための模式図

【図7】光源の点灯順の一例を説明するための模式図

【図8】撮像画像データを取得する処理を示すフローチャート

【図9】対象物体の反射特性を導出する処理を示すフローチャート

【図10】対象物体におけるある１点の反射特性を説明するための模式図

【図11】照明条件を算出する処理を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の実施形態は本発明を必ずしも限定するものではない。また、本実施形態において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。

【0010】

［第１実施形態］
＜反射特性取得システムの構成＞
本実施形態においては、複数の光源を同時に点灯させて物体に光を照射し、物体を撮像して得られる画像に基づいて物体の反射特性を導出する。図１は、本実施形態における反射特性取得システムの構成を説明するための模式図である。図１（ａ）は、反射特性取得システムの全体を示す模式図であり、図１（ｂ）は、反射特性取得システムに含まれる照明装置１０６を示す模式図である。

【0011】

物体１０１は、測定の対象となる物体である。固定治具１０２は、物体１０１を固定するための固定治具である。撮像装置１０３は、物体１０１を撮像するための撮像装置である。撮像装置１０３としては、例えば、４０９６×３０００画素のエリアセンサを有し、物体１０１上の輝度に対して線形な信号値を１６ビットの画素値として得ることができるモノクロカメラを用いることができる。尚、撮像装置１０３は、入力されたトリガー信号に応じて撮像を実行するトリガー撮像機能を有しているものとする。後述する照明装置１０６と撮像装置１０３とを同期させて撮像を行うことにより、撮像にかかる時間をより短縮することができる。

【0012】

レンズ１０４は、撮像装置１０３に取り付けて用いられるレンズである。レンズ１０４には、反射特性取得システムにおける撮像装置１０３側の光学系をテレセントリック光学系にするために、テレセントリックレンズが用いられる。テレセントリック光学系は、光の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る。撮像装置１０３側の光学系をテレセントリック光学系にすることにより、物体１０１からの反射光のうち矢印１０５で示すような、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。尚、物体１０１はレンズ１０４の光軸に対して傾いているため、レンズ１０４には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。

【0013】

照明装置１０６は、物体１０１に対して複数の方向から光を照射するための照明装置である。光源１０７は、照明装置１０６の表面に配置されている光源である。本実施形態においては、１８×１８個の光源１０７が２次元平面上に配置されているものとする。光源１０７が配置される間隔が小さいほど、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、光源１０７が配置される範囲が大きいほど、より広い角度範囲の反射特性を取得することができる。光源１０７としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。ＬＥＤは、一般的に、矢印１０８に示されるような、方向によって輝度が異なる指向特性を有する。本実施形態においては、半値角６０°の指向特性を有するＬＥＤを用いる。また、各光源１０７の位置を行方向の位置ａと列方向の位置ｂとにより定義する。位置ａ及び位置ｂは１から１８までの整数値をとる。例えば、左上の光源１０７の位置は（ａ，ｂ）＝（１，１）であり、右下の光源１０７の位置は（ａ，ｂ）＝（１８，１８）である。

【0014】

続いて、物体１０１、撮像装置１０３、照明装置１０６の位置及び姿勢について説明する。軸１０９は、物体１０１に対して垂直で、かつ、物体１０１の中心を通る軸である。また、光軸１１０は、撮像装置１０３の光軸である。軸１１１は、照明装置１０６に対して垂直で、かつ、照明装置１０６の中心を通る軸である。軸１０９、光軸１１０、軸１１１は同一面上にあり、軸１０９と光軸１１０とがなす角度１１２と、軸１０９と軸１１１とがなす角度１１３と、が等しくなるように、撮像装置１０３及び照明装置１０６の位置及び姿勢を設定する。本実施形態においては、角度１１２と角度１１３とを両方とも４５°に設定するが、両方とも同じ角度であれば、３０°や６０°であってもよい。

【0015】

制御装置１１４は、撮像装置１０３と照明装置１０６とを制御し、物体１０１の撮像画像を取得するための一連の処理を行う装置である。図２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、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３を備える。また、制御装置１１４は、ＶＣ（ビデオカード）２０４、汎用Ｉ／Ｆ（インターフェース）２０５、ＳＡＴＡ（シリアルＡＴＡ）Ｉ／Ｆ２０６、ＮＩＣ（ネットワークインターフェースカード）２０７を備える。ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３をワークメモリとして、ＲＯＭ２０２、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２１２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、ＣＰＵ２０１は、システムバス２０８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、ＲＯＭ２０２やＨＤＤ２１２などに格納されたプログラムコードがＲＡＭ２０３に展開され、ＣＰＵ２０１によって実行される。ＶＣ２０４には、ディスプレイ２１４が接続される。汎用Ｉ／Ｆ２０５には、シリアルバス２０９を介して、マウスやキーボードなどの入力デバイス２１０や撮像装置１０３、照明装置１０６が接続される。ＳＡＴＡＩ／Ｆ２０６には、シリアルバス２１１を介して、ＨＤＤ２１２や各種記録メディアの読み書きを行う汎用ドライブ２１３が接続される。ＮＩＣ２０７は、外部装置との間で情報の入力及び出力を行う。ＣＰＵ２０１は、ＨＤＤ２１２や汎用ドライブ２１３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。ＣＰＵ２０１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２１４に表示し、入力デバイス２１０を介して受け付けるユーザ指示などの入力を受信する。

【0016】

＜制御装置の機能構成＞
図３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３０１は、撮像装置１０３を制御するための命令群である。照明ドライバ３０２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又は消灯する命令を含んでいる。入力ドライバ３０３は入力デバイス２１０の制御を行う命令群であり、表示ドライバ３０４はディスプレイ２１４を制御する命令群である。照明条件算出部３０５は、画像取得制御部３０６において用いられる照明条件を算出する命令群である。画像取得制御部３０６は、撮像ドライバ３０１及び照明ドライバ３０２に命令を送り、撮像画像データを取得するための一連の処理を行う命令群である。反射特性導出部３０７は、画像取得制御部３０６が取得した撮像画像データに基づいて、対象物体の反射特性情報を導出する命令群である。表示管理部３０８は、ユーザが入力デバイス２１０を介して入力した情報の管理や、測定結果をディスプレイ２１４に表示する等の処理を行う命令群である。測定アプリケーション３０９は、３０１～３０８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。

【0017】

＜測定アプリケーションの処理＞
図４は、測定アプリケーション３０９の処理を示すフローチャートである。図４のフローチャートが示す処理は、ユーザによって入力デバイス２１０を介して指示が入力され、ＣＰＵ２０１が入力された指示を受け付けることにより開始する。以下、各ステップ（工程）は符号の前にＳをつけて表す。

【0018】

Ｓ４０１において、照明条件算出部３０５は、対象物体に光を照射する際の照明条件を算出する。照明条件を算出する処理の詳細については後述する。Ｓ４０２において、画像取得制御部３０６は、算出された照明条件に基づいて、照明装置１０６による光の照射と撮像装置１０３による撮像との制御を行い、撮像画像データを取得する。撮像画像データを取得する処理の詳細については後述する。Ｓ４０３において、反射特性導出部３０７は、Ｓ４０２において取得された撮像画像データを処理することにより、対象物体の反射特性を導出する。対象物体の反射特性を導出する処理の詳細については後述する。Ｓ４０４において、表示管理部３０８は、ディスプレイ２１４に対して導出された対象物体の反射特性に対応する表示を行い、処理を終了する。

【0019】

＜照明条件を算出する処理＞
図５は、照明条件を算出する処理を示すフローチャートである。図６は、算出される照明条件の一例を説明するための模式図である。図７は、光源の点灯順の一例を説明するための模式図である。以下、図５～７を用いて、照明条件を算出する処理の詳細について説明する。尚、照明装置１０６において、横方向の光源数は１８、縦方向の光源数は１８であるものとして説明する。

【0020】

Ｓ５０１において、照明条件算出部３０５は、ユーザからの指示に基づいて、横方向の同時点灯数を設定する。本実施形態における照明条件算出部３０５は、横方向の同時点灯数を３に設定する。Ｓ５０２において、照明条件算出部３０５は、ユーザからの指示に基づいて、縦方向の同時点灯数を設定する。本実施形態における照明条件算出部３０５は、縦方向の同時点灯数を２に設定する。Ｓ５０３において、照明条件算出部３０５は、設定された横方向の同時点灯数と縦方向の同時点灯数とに基づいて、複数の光源が配置された面を複数の領域に分割することにより、点灯グループを決定する。本実施形態における照明条件算出部３０５は、面の横方向を３分割、面の縦方向を２分割する。これにより、図７の領域７０１で示されるような、横方向の光源数が６で縦方向の光源数が９の点灯グループが、６つ作成される。Ｓ５０４において、照明条件算出部３０５は、光源の点灯順を決定する。点灯順は、図７の矢印７０２に示す順番である。つまり、照明装置１０６は、点灯グループごとに左上の光源から矢印７０２の順で順次光源を点灯させる。Ｓ５０５において、照明条件算出部３０５は、図６に示すデータ形式で、照明条件を出力する。照明条件には、撮像順、及び点灯グループごとの点灯する光源の位置が含まれる。このように照明条件を算出することにより、同時点灯させる光源の間隔を空けることができる。複数の光源を同時点灯させる場合であっても、同時点灯させる光源間の間隔を空けることにより、１つの光源を点灯させた場合に近い光量の光を入射方向ごとに受光することができる。

【0021】

＜撮像画像データを取得する処理＞
図８は、撮像画像データを取得する処理を示すフローチャートである。以下、図８を用いて、撮像画像データを取得する処理の詳細について説明する。尚、対象物体は固定治具１０２に固定されているものとする。

【0022】

Ｓ８０１において、画像取得制御部３０６は、撮像の際の条件を設定する。ここで設定される条件は、撮像装置１０３のシャッター速度、ＩＳＯ感度等である。また、照明装置１０６の照明条件として、Ｓ４０１において導出された照明条件が設定される。シャッター速度やＩＳＯ感度等は、表示管理部３０８により提供されるＵＩを介して得られる情報を基に設定される。Ｓ８０２は、Ｓ８０３～Ｓ８０５のループ処理を開始するステップである。Ｓ８０３～Ｓ８０５の処理は光源の同時点灯ごとに行われる。Ｓ８０３において、画像取得制御部３０６は、照明条件に基づき指定される複数の光源を、照明装置１０６に同時点灯させる。Ｓ８０４において、画像取得制御部３０６は、光源の同時点灯に同期させて撮像を行うための同期信号を撮像装置１０３に送り、撮像装置１０３は同期信号をトリガーとして撮像条件に応じた撮像を行う。Ｓ８０５において、画像取得制御部３０６は、照明条件に基づき指定される複数の光源を、照明装置１０６に消灯させる。次に、画像取得制御部３０６は、同時点灯する光源位置を変更して、Ｓ８０３に戻り、Ｓ８０３～Ｓ８０５の処理を行う。画像取得制御部３０６は、Ｓ８０３～Ｓ８０５の処理において全ての光源の点灯及び撮像が行われると、Ｓ８０６に進み、Ｓ８０３～Ｓ８０５のループ処理を終了する。

【0023】

このように、本実施形態における画像取得制御部３０６は、同時点灯する光源位置の変更を行うごとに撮像を行い、同時点灯する光源位置ごとに対象物体の撮像画像データを取得する。本実施形態における同時点灯数は６であるため、合計５４回の撮像が行われる。同時点灯せずに撮像を行う場合は３２４回の撮像が必要になってしまう。本実施形態においては、複数の光源を同時点灯して撮像を行うことにより、撮像時間を短縮することができる。

【0024】

＜対象物体の反射特性を導出する処理＞
図９は、対象物体の反射特性を導出する処理を示すフローチャートである。以下、図９を用いて、対象物体の反射特性を導出する処理の詳細について説明する。

【0025】

Ｓ９０１において、反射特性導出部３０７は、光源の同時点灯ごとの対象物体の撮像画像における画素値ＯＢＪ_{ｉ，ｕ，ｖ}と、光源の同時点灯ごとの白色板の撮像画像における画素値ＲＥＦ_{ｉ，ｕ，ｖ}と、を読み込む。反射特性導出部３０７は、式（１）を用いて、反射率Ｒ_{ｉ，ｕ，ｖ}を算出する。
Ｒ_{ｉ，ｕ，ｖ}＝ＯＢＪ_{ｉ，ｕ，ｖ}／ＲＥＦ_{ｉ，ｕ，ｖ} ・・・（１）
ここで、ｉは撮像画像を特定するためのラベルである。本実施形態においては、ラベルｉは１から５４までの整数値をとる。また、ｕは撮像画像の横方向の画素位置を示すインデックスであり、ｖは撮像画像の縦方向の画素位置を示すインデックスである。本実施形態においては、インデックスｕは１から４０９６までの整数値をとり、インデックスｖは１から３０００までの整数値をとる。

【0026】

Ｓ９０２において、反射特性導出部３０７は、反射角（θ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}，φ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}）を算出する。ここで、θ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}は反射角の天頂角であり、φ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}は反射角の方位角である。テレセントリックレンズを用いて撮像を行うため、反射角の天頂角及び方位角は、撮像画像（ｉ）や画素位置（ｕ，ｖ）によらず一定の値である。本実施形態においては、角度１１２を４５°に設定して撮像を行うため、反射角の天頂角及び方位角は、式（２）及び式（３）により示される値になる。
θ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}＝４５ ・・・（２）
φ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}＝０ ・・・（３）
Ｓ９０３において、反射特性導出部３０７は、入射角（θ_{Ｉ（ｉ，ｊ，ｕ，ｖ）}，φ_{Ｉ（ｉ，ｊ，ｕ，ｖ）}）を算出する。ここで、θ_{Ｉ（ｉ，ｊ，ｕ，ｖ）}は入射角の天頂角であり、φ_{Ｉ（ｉ，ｊ，ｕ，ｖ）}は入射角の方位角である。本実施形態においては、複数の光源を同時点灯させて撮像を行うため、同時点灯を行った光源ごとに入射角が算出されるが、ｊは光源を特定するためのラベルである。例えば、同時点灯数が２である場合は、ｊは１又は２となる。入射角は、画素位置（ｕ，ｖ）に対応した実空間における位置情報（ｘ_ｕ，ｖ，ｙ_ｕ，ｖ，ｚ_ｕ，ｖ）と、各撮像画像に対応する各光源の実空間における位置情報（ｘ_{Ｌ（ｉ，ｊ）}，ｙ_{Ｌ（ｉ，ｊ）}，ｚ_{Ｌ（ｉ，ｊ）}）と、を用いて算出する。入射角は、式（４）、式（５）、式（６）、式（７）、式（８）に従って算出される。
Ｌ_{ｉ，ｊ，ｕ，ｖ，１}＝ｘ_{Ｌ（ｉ，ｊ）}－ｘ_ｕ，ｖ ・・・（４）
Ｌ_{ｉ，ｊ，ｕ，ｖ，２}＝ｙ_{Ｌ（ｉ，ｊ）}－ｙ_ｕ，ｖ ・・・（５）
Ｌ_{ｉ，ｊ，ｕ，ｖ，３}＝Ｚ_{Ｌ（ｉ，ｊ）}－ｚ_ｕ，ｖ ・・・（６）

【0027】

【数1】

【0028】

尚、位置情報（ｘ_ｕ，ｖ，ｙ_ｕ，ｖ，ｚ_ｕ，ｖ）と、位置情報（ｘ_{Ｌ（ｕ，ｖ）}，ｙ_{Ｌ（ｕ，ｖ）}，ｚ_{Ｌ（ｕ，ｖ）}）と、には予め決められた値を用いる。

【0029】

Ｓ９０４において、反射特性導出部３０７は、Ｓ９０３において算出された入射角のうち、正反射方向に対応する入射角に近い入射角（θ’_{Ｉ（ｉ，ｕ，ｖ）}，φ’_{Ｉ（ｉ，ｕ，ｖ）}）を特定する。ここで、正反射方向は、撮像装置１０３が対象物体において反射した正反射光を受光する方向である。また、θ’_{Ｉ（ｉ，ｕ，ｖ）}はＳ９０５において用いる入射角の天頂角であり、φ’_{Ｉ（ｉ，ｕ，ｖ）}はＳ９０５において用いる入射角の方位角である。具体的には、式（９）を用いて、Ｓ９０２において算出した反射角を正反射方向に対応する入射角とみなして、Ｓ９０３において算出した入射角と正反射方向に対応する入射角との差分Δ_{ｉ，ｊ，ｕ，ｖ}を算出する。さらに、差分Δ_{ｉ，ｊ，ｕ，ｖ}が最小となるｊを特定し、特定したｊに対応する入射角を、Ｓ９０５において用いる入射角とする。

【0030】

【数2】

【0031】

ここで、正反射方向に対応する入射角に近い入射角を特定する理由について説明する。図１０は、対象物体におけるある１点の反射特性を説明するための模式図である。図１０におけるグラフにおいて、横軸は入射角、縦軸は反射率を示す。入射角１００１は、正反射方向に対応する入射角である。測定値１００２は、測定値１００３よりも正反射方向に対応する入射角に近い入射角において得られた値である。反射モデル１００４は、測定値に対して近似された反射モデルである。図１０に示されるように、一般的な物体の反射特性においては、正反射方向に対応する入射角において反射率がピークとなり、その入射角近傍で反射率が大きく変化する。正反射方向に対応する入射角により近い入射角において得られた測定値９０２の方が測定値９０３より反射率が大きい。

【0032】

例えば、同時点灯した２つの光源それぞれに対応する反射率が測定値９０２と測定値９０３とであるとすると、ある画素において測定される反射率は測定値９０２と測定値９０３とを合計した値となってしまう。つまり、１つの画素で複数の光源による光の影響を受けた測定値が得られることになる。そこで、本実施形態においては、反射率が小さい測定値９０３の影響を無視することにより、複数の光源を同時に点灯して撮像を行う場合であっても、１つの光源を点灯した場合に近い情報を基に反射特性を導出することができる。

【0033】

Ｓ９０５において、反射特性導出部３０７は、反射率情報Ｒ_{ｉ，ｕ，ｖ}と、反射角（θ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}，φ_{Ｒ（ｉ，ｕ，ｖ）}）と、Ｓ９０４において特定した入射角と、位置情報（ｘ_ｕ，ｖ，ｙ_ｕ，ｖ，ｚ_ｕ，ｖ）と、を読み込む。また、反射特性導出部３０７は、読み込んだ情報と反射モデルとを用いて、反射モデルのパラメータの２次元分布を対象物体の反射特性として導出する。ここで、反射モデルとしては、トーランススパローモデルなどの公知の反射モデルを用いることができる。

【0034】

＜第１実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態における制御装置は、複数の光源を有する照明装置と撮像装置とを制御する制御装置である。制御装置は、複数の光源の一部を同時点灯させ、同時点灯により光が照射された物体を撮像するように、照明装置と撮像装置とを制御する。また、制御装置は、同時点灯した光源それぞれから物体に入射する光の入射角のうち、１つの入射角を特定し、物体を撮像して得られる画像データと特定された１つの入射角とに基づいて、物体の反射特性を導出する。これにより、物体の反射特性を取得するために行う撮像にかかる時間を短縮することができる。また、光の入射方向ごとに１つの光源を点灯した場合に近い情報を取得し、取得した情報を基に反射特性を導出することができる。

【0035】

＜変形例＞
Ｓ４０１において、照明条件算出部３０５が照明条件を算出するのではなく、画像取得制御部３０６がＨＤＤ２１２などに予め保持されていた照明条件に関する情報を取得して、光の照射及び撮像の制御を行ってもよい。

【0036】

Ｓ４０４において、表示管理部３０８が対象物体の反射特性に対応する表示を行うのではなく、反射特性導出部３０７がＨＤＤ２１２などに導出したパラメータを直接記録するようにしてもよい。

【0037】

Ｓ４０２において、画像取得制御部３０６は、対象物体における照度ムラを低減するために、白色の拡散反射板を対象物体と同様に撮像し、照度ムラ補正を行ってもよい。

【0038】

Ｓ９０５において、反射特性導出部３０７は、複数の光源による影響を考慮した反射モデルを用いて、対象物体の反射特性を導出してもよい。例えば、反射特性導出部３０７は、以下の式（１０）及び式（１１）を用いて、対象物体の反射特性Ｒを導出することができる。ここで、Ｒ_ｓｕｒｆはクックトーランスモデルなどの公知の表面反射モデルであり、Ｒ_{ｄｉｆｆｕｓｅ}はランバートモデルなどの公知の拡散反射モデルである。また、Ｎは光源の同時点灯数である。
Ｒ＝Ｒ_ｓｕｒｆ＋Ｒ_{ｄｉｆｆｕｓｅ}＋Ｒ_{ｏｔｈｅｒ} ・・・（１０）
Ｒ_{ｏｔｈｅｒ}＝（Ｎ－１）＊Ｒ_{ｄｉｆｆｕｓｅ} ・・・（１１）
［第２実施形態］
第１実施形態においては、同時に光源を点灯させて撮像して得られる撮像画像を基に、対象物体の反射特性を導出した。しかし、光沢写像性の低い物体を対象とした場合、光源の同時点灯数が増えると、正反射方向から遠い反射角に対応する反射率の影響を無視できなくなる。つまり、対象物体の光沢写像性に応じて、設定できる光源の同時点灯数が異なる。そこで、本実施形態においては、対象物体に対するプレ撮像を行い、プレ撮像により得られる画像を基に対象物体の光沢写像性を推定する。また、推定した対象物体の光沢写像性に応じて最適な照明条件を算出する。尚、本実施形態における制御装置のハードウェア構成及び機能構成は第１実施形態のものと同等であるため、説明を省略する。以下において、本実施形態と第１実施形態とで異なる部分を主に説明する。尚、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。

【0039】

＜照明条件を算出する処理＞
図１１は、照明条件を算出する処理を示すフローチャートである。以下、図１１を用いて、照明条件を算出する処理の詳細について説明する。Ｓ１１０１において、画像取得制御部３０６は、照明装置１０６の光源を１つ点灯させて、撮像装置１０３を用いて対象物体及び白色の拡散反射板を撮像する。尚、点灯させる光源は、予め決められた位置の光源であってもよいし、ユーザ指示に基づいて決めた位置の光源であってもよい。

【0040】

Ｓ１１０２において、照明条件算出部３０５は、対象物体の光沢写像性が位置によらず均一であると仮定して、対象物体及び白色板の撮像画像に基づいて、対象物体の光沢写像性を推定する。具体的には、まず、照明条件算出部３０５は、対象物体の撮像画像における画素値ＯＢＪ_ｕ，ｖと、白色板の撮像画像における画素値ＲＥＦ_ｕ，ｖと、を読み込み、式（１２）を用いて反射率Ｒ_ｕ，ｖを算出する。
Ｒ_ｕ，ｖ＝ＯＢＪ_ｕ，ｖ／ＲＥＦ_ｕ，ｖ ・・・（１２）
ここで、ｕは撮像画像の横方向の画素位置を示すインデックスであり、ｖは画像の縦方向の画素位置を示すインデックスである。

【0041】

次に、照明条件算出部３０５は、反射角（θ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}，φ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}）を算出する。ここで、θ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}は反射角の天頂角であり、φ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}は反射角の方位角である。テレセントリックレンズを用いて、角度１１２を４５°に設定して撮像を行うため、反射角の天頂角及び方位角は、式（１３）及び式（１４）により示される値になる。
θ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}＝４５ ・・・（１３）
φ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}＝０ ・・・（１４）
次に、照明条件算出部３０５は、入射角（θ_{Ｉ（ｕ，ｖ）}，φ_{Ｉ（ｕ，ｖ）}）を算出する。ここで、θ_{Ｉ（ｕ，ｖ）}は入射角の天頂角であり、φ_{Ｉ（ｕ，ｖ）}は入射角の方位角である。入射角は、画素位置（ｕ，ｖ）に対応した実空間における位置情報（ｘ_ｕ，ｖ，ｙ_ｕ，ｖ，ｚ_ｕ，ｖ）と、各撮像画像に対応する各光源の実空間における位置情報（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ，ｚ_Ｌ）と、を用いて算出する。入射角は、式（１５）、式（１６）、式（１７）、式（１８）、式（１９）に従って算出される。
Ｌ_{ｕ，ｖ，１}＝ｘ_Ｌ－ｘ_ｕ，ｖ ・・・（１５）
Ｌ_{ｕ，ｖ，２}＝ｙ_Ｌ－ｙ_ｕ，ｖ ・・・（１６）
Ｌ_{ｕ，ｖ，３}＝Ｚ_Ｌ－ｚ_ｕ，ｖ ・・・（１７）

【0042】

【数3】

【0043】

次に、照明条件算出部３０５は、反射率Ｒ_ｕ，ｖと、反射角（θ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}，φ_{Ｒ（ｕ，ｖ）}）と、入射角（θ_{Ｉ（ｕ，ｖ）}，φ_{Ｉ（ｕ，ｖ）}）と、位置情報（ｘ_ｕ，ｖ，ｙ_ｕ，ｖ，ｚ_ｕ，ｖ）と、を読み込む。また、照明条件算出部３０５は、読み込んだ情報と反射モデルとを用いて、対象物体の光沢写像性を推定し、光沢写像性を表すパラメータを出力する。ここで、反射モデルとしては、ガウス関数モデルなどの公知の反射モデルを用いることができる。この場合、例えば、反射率の値が最大になる入射角と、反射率の値が最大値の半分になる入射角と、の差分を光沢写像性を表す値として算出する。

【0044】

Ｓ１１０３において、照明条件算出部３０５は、推定した対象物体の光沢写像性に応じて最適な照明条件を算出する。まず、照明条件算出部３０５は、対象物体の光沢写像性に基づいて、横方向の同時点灯数を算出する。具体的には、照明条件算出部３０５は、撮像画像の中央に対応する実空間における位置情報と、各撮像画像に対応する各光源の実空間における位置情報と、光沢写像性を表す値と、に基づいて、横方向の同時点灯数を算出する。ここで、照明条件算出部３０５は、正反射方向に対応する入射角と、反射率が十分減衰するほど差がある入射角から光が入射するように横方向の同時点灯数を算出する。例えば、照明条件算出部３０５は、光沢写像性を表す値の３倍程度で反射率が十分に減衰するとして横方向の同時点灯数を算出する。次に、照明条件算出部３０５は、横方向と同様に、光沢写像性を表す値に基づいて、縦方向の同時点灯数を算出する。次に、照明条件算出部３０５は、算出した横方向の同時点灯数と縦方向の同時点灯数とに基づいて、点灯グループ及び点灯順を決定し、算出した照明条件を出力する。

【0045】

＜第２実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態における制御装置は、プレ撮像により得られる画像を基に対象物体の光沢写像性を推定し、推定した光沢写像性を基に照明条件を算出する。これにより、対象物体に適した間隔で光源を同時点灯することができ、対象物体の反射特性を高精度に導出することができる。

【0046】

［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。

【符号の説明】

【0047】

１１４ 制御装置
３０６ 画像取得制御部
３０７ 反射特性導出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】