JP3901884B2

JP3901884B2 - 画像処理方法および装置

Info

Publication number: JP3901884B2
Application number: JP25837299A
Authority: JP
Inventors: 磴　　秀康
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001086354A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば蛍光のような物質を含む画像形成媒体に光を照射して得られる画像に基づいて、所望とする光源下において撮影した場合と同様の見え方を有する画像を得る画像処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
異なる透過波長域を有する例えば８種類のフィルタを通して撮影を行うマルチバンドカメラを用いて被写体を撮影することにより、被写体の色情報を波長毎に表す複数のスペクトル画像を取得し、この画像から被写体の分光反射率を測定する手法が提案されている。このようなマルチバンドカメラを用いることにより、被写体の分光反射率を高精度に測定することができるため、とくに絵画のように多数の色を用いた被写体を撮影する場合であっても、被写体の色再現性を損なうことなく高精度の画像を取得することができる。
【０００３】
ここで、マルチバンドカメラにより得られるスペクトル画像においては、各画素におけるデータ値は、（被写体の分光反射率）×（光源の分光エネルギー）となっている。したがって、被写体の分光反射率を求めるためには、マクベスチャートなどの分光反射率が既知の物体を被写体とともにシーンに含めて撮影を行い、この物体に対応するデータ値を、上記既知の分光反射率により除することにより光源の分光エネルギーを求め、各波長に対応する分光エネルギーにより各画素のデータ値を規格化することにより、画像中の被写体の分光反射率を求めることができる。なお、光源の分光エネルギー分布が既知であれば、上述したようなマクベスチャートを用いることなく、被写体の分光反射率を求めることができる。
【０００４】
また、このように分光反射率を求めれば、撮影時とは異なる所望とする光源下において撮影を行った場合と同様の見え方となるような画像を得ることも容易である。すなわち、各画素毎において得られる分光反射率に、所望とする光源の分光エネルギーを乗算すれば、その値はその光源下において撮影を行った場合と同様のデータ値となるため、これにより所望とする光源下において撮影を行った場合と同様の見え方となる画像を得ることができる。
【０００５】
さらに、マルチバンドカメラのみならず、スキャナのような画像読取装置においても、画像形成媒体から画像を読取る際に、読取光を透過波長域が異なる複数のフィルタを介して検出することにより、画像の色情報を波長毎に表す複数のスペクトル画像を取得することができ、上記と同様に画像形成媒体に形成された画像を取得した際の光源とは異なる所望とする光源下において撮影を行った場合と同様の見え方となるような画像を取得することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、蛍光物質を含む画像形成媒体に形成された画像や、蛍光インクにより画像形成媒体に形成された画像は、光源の分光エネルギー分布によって蛍光の励起状態が異なるため、各画素のデータ値が光源の分光エネルギー分布に応じて変化する。このため、上述したように画像の色情報を波長毎に表す複数のスペクトル画像を得ても、画像形成媒体や画像に蛍光が含まれていると、撮影時とは異なる所望とする光源下において撮影を行った場合と同様の見え方となるような画像を取得することができない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、蛍光のような物質が画像形成媒体に含まれている場合であっても、所望とする光源下において撮影を行った場合と同様の見え方となるような画像を得ることができる画像処理方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像処理方法は、光の照射により能動的に光エネルギーを発する物質を含む画像形成媒体に、互いに異なる分光エネルギー分布を有する複数の光源から発せられる光を照射して、前記画像形成媒体に形成された画像を担持する光を該画像形成媒体から発生させ、該光を透過波長域を変更可能なフィルタを切り替えつつ光電的に検出して、前記画像の色情報を予め定められた複数の所定波長毎に表す複数のスペクトル画像を前記各光源毎に取得し、
該複数のスペクトル画像に基づいて、前記各光源毎の前記スペクトル画像の全画素における分光反射率を取得し、
所望とする光源の前記複数の所定波長に対応する分光エネルギー分布を、前記各光源の分光エネルギー分布を重み付け加算して表す際の重み係数を算出し、
該重み係数により前記光源毎の前記各スペクトル画像の全画素における分光反射率を相対応する画素毎に重み付け加算して、前記画像の前記所望とする光源下における分光反射率を取得することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、「光の照射により能動的に光エネルギーを発する物質」としては、光の照射により励起された光を発する蛍光や、光の照射により熱を発する物質など種々の物質を採用することができる。
【００１０】
「物質を含む画像形成媒体」とは、画像が上記物質により画像形成媒体に形成されているのみならず、色をより白く見せるために蛍光物質が含有されたプリント用紙のように、画像形成媒体自体に上記物質が含まれていることをも意味するものである。
【００１１】
「複数の光源」としては、３種類以上であることが好ましく、さらには５種類以上であることがより好ましい。なお、例えば５種類の光源を使用する場合、具体的には、紫外光、近紫外光、６５００Ｋ程度の昼光、２８００Ｋ程度の昼光および蛍光灯を含むことが好ましい。
【００１２】
「画像形成媒体に形成された画像を担持する光」としては、画像形成媒体に照射された光の反射光であっても、画像形成媒体が光を透過する媒体の場合は透過光であってもよい。
【００１３】
「透過波長域を変更可能なフィルタ」としては、透過波長域が異なる複数のフィルタをディスク上に配置し、このディスクを回転させることにより、画像を担持する光の光路上に異なるフィルタを位置せしめるようにしたフィルタや、印加電圧に応じて透過波長域を任意に変更可能な液晶チューナブルフィルタ等を採用可能である。
【００１４】
「複数のスペクトル画像」としては６以上の波長域において撮影を行うことにより得られるスペクトル画像をいうものである。
【００１５】
なお、本発明による画像処理方法においては、前記複数の光源に、前記所望とする光源と略同一の分光エネルギー分布を有する光源を含むことが好ましい。
【００１６】
本発明による画像処理装置は、光の照射により能動的に光エネルギーを発する物質を含む画像形成媒体に、互いに異なる分光エネルギー分布を有する複数の光源から発せられる光を照射して、前記画像形成媒体に形成された画像を担持する光を該画像形成媒体から発生させ、該光を透過波長域を変更可能なフィルタを切り替えつつ光電的に検出して、前記画像の色情報を予め定められた複数の所定波長毎に表す複数のスペクトル画像を前記各光源毎に取得する画像取得手段と、
該複数のスペクトル画像に基づいて、前記各光源毎の前記スペクトル画像の全画素における分光反射率を取得する分光反射率取得手段と、
所望とする光源の前記複数の所定波長に対応する分光エネルギー分布を、前記各光源の分光エネルギー分布を重み付け加算して表す際の重み係数を算出する重み係数算出手段と、
該重み係数により前記光源毎の前記各スペクトル画像の全画素における分光反射率を相対応する画素毎に重み付け加算して、前記画像の前記所望とする光源下における分光反射率を取得する加算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
なお、本発明による画像処理装置においては、前記複数の光源に、前記所望とする光源と略同一の分光エネルギー分布を有する光源を含むことが好ましい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、光の照射により能動的に光エネルギーを発する物質を含む画像形成媒体に形成された画像の色情報を予め定められた複数の所定波長毎に表す複数のスペクトル画像が各光源毎に取得され、この複数のスペクトル画像に基づいて、各光源毎のスペクトル画像の全画素における分光反射率を得る。ここで、所望とする光源の複数の所定波長に対応する分光エネルギー分布は、各光源の分光エネルギー分布を重み付け加算することにより表すことができるため、この重み付け加算を行う際の重み係数を算出する。そして、この重み係数により、光源毎の各スペクトル画像の全画素における分光反射率を相対応する画素毎に重み付け加算すれば、画像形成媒体に形成された画像の所望とする光源下における分光反射率を取得することができる。したがって、この分光反射率に所望とする光源の分光エネルギー分布を乗算することにより、蛍光物質のような光の照射により能動的に光エネルギーを発する物質が画像形成媒体に含まれている場合であっても、所望とする光源下における上記物質により表される画素値を推定することができ、所望光源下において撮影した場合と同様の見え方を有する画像を得ることができる。
【００１９】
また、複数の光源に、所望とする光源と略同一の分光エネルギー分布を有する光源が含まれていれば、上記重み付け加算を行うための重み係数が簡易なものとなるため、演算を高速に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態による画像処理装置を適用した撮影装置の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、この撮影装置は、画像形成媒体１を保持する透明板などからなる保持部２と、保持部２に保持された画像形成媒体１に光を照射する光源部３と、光源部３から発せられ画像形成媒体１において反射した光を光電的に検出して画像形成媒体１に形成された画像を表す画像データＳ０を得る検出部４と、検出部４において検出された画像データＳ０に基づいて、後述する種々の演算を行って所望とする光源下において撮影された場合と同様の見え方となるような画像を表す画像データＳ１を得る演算部５と、光源部３および検出部４を保持部２に対して矢印Ｙ方向に移動させて、画像形成媒体１の全面に対して光源部３から発せられた光を走査させる走査部（不図示）とを備える。なお、本実施形態においては検出部４がマルチバンドカメラと観念される。
【００２２】
画像形成媒体１には画像が形成されているが、この画像は一部または全部が蛍光インクにより描画されているものである。なお、この蛍光インクに含まれる蛍光物質としては、一定強度の光を照射した際に図２（ａ），（ｂ）に示す波長域の光を吸収して、図３（ａ），（ｂ）に示す波長域の蛍光を図示の強度にて発生するものを用いることができる。なお、図２および図３においては９種類の蛍光物質の特性を示している。
【００２３】
光源部３は本実施形態においては８種類の光源Ｌ１〜Ｌ８を切り替えて、各光源Ｌ１〜Ｌ８から発せられる光を保持部２に保持された画像形成媒体１に照射するものである。なお、光源Ｌ１〜Ｌ８としては、紫外光、近紫外光、６５００Ｋ程度の昼光、２８００Ｋ程度の昼光および蛍光灯の光を発する光源を含むものが用いられる。また、光源Ｌ１〜Ｌ８から発せられる光の分光エネルギー分布は既知であるものとする。
【００２４】
図４に示すように、マルチバンドカメラとしての検出部４は、画像形成媒体１において反射された光の透過波長域を変更可能な分光フィルタ１１と、画像形成媒体１に形成された画像を担持する光を光電変換してこの画像を表す電気信号を得るＣＣＤカメラなどからなる撮像デバイス１２と、撮像デバイス１２において得られた電気信号をデジタルの画像データＳ０に変換する変換部１３と、分光フィルタ１１、撮像デバイス１２および変換部１３の駆動を制御する制御部１４とを備える。なお、分光フィルタ１１としては、本実施形態においては、４００〜７２０ｎｍの波長範囲において透過波長域を任意に変更可能な液晶チューナブルフィルタが用いられる。また、本実施形態においては８つの光源Ｌ１〜Ｌ８を切り替えつつ、例えば４１０〜７１０ｎｍの波長域において２０ｎｍ間隔にて透過波長域を変更して１６の波長域において撮影を行い、各光源毎に１６、合計１２８のスペクトル画像を表す画像データＳ０を得るものとする。さらに、制御部１４を演算部５の機能を有するものとしてもよい。
【００２５】
ここで、分光フィルタ１１としては、例えばＣＲＩ社製Varispec Tunable Filterを使用することができ、撮像デバイス１２としては、例えばＤＡＬＳＡ社製CA-D4-1024A(ピクセル数1024×1024、ピクセルサイズ12×12ミクロン、ＰＣＩインターフェース付き、モノクロ）を使用することができる。また、撮像する際には撮像レンズ（例えばNikomart(f=50mm,F1.4))および４００ｎｍ以下の紫外光と７３０ｎｍ以上の赤外光とをカットするフィルタを使用することが好ましい。
【００２６】
演算部５においては下記のようにして演算が行われる。ここで、８種類の光源Ｌ１〜Ｌ８の、波長λｓにおける分光エネルギー分布をＳ（ｋ，λｓ）（但し、ｋ＝１〜８）とし、ｋ番目の光源により得られた１６のスペクトル画像における各画素の分光反射率をＲij（ｋ，λｏｌ）（但し、ij：画素位置、ｋ＝１〜８、λｏ：波長、ｌ＝１〜１６；スペクトル画像に対応）とする。ここで、光源Ｌ１〜Ｌ８の分光エネルギー分布Ｓ（ｋ，λｓ）の波長λｓは、スペクトル画像の波長に対応させるものとし、以降波長λｏｌにおける分光エネルギー分布Ｓ（ｋ，λｏｌ）と表すものとする。なお、スペクトル画像における各画素のデータ値は、（各画素の分光反射率）×（光源の分光エネルギー分布）となっており、光源の分光エネルギー分布が既知であることから、各画素のデータ値を光源の分光エネルギー分布によって除することにより算出することができる。
【００２７】
まず、所望とする光源の波長λｏｌにおける分光エネルギー分布Ｓｏ（λｏｌ）を、下記の式（１）に示すように８個の光源Ｌ１〜Ｌ８の分光エネルギー分布Ｓ（ｋ，λｏｌ）の荷重和により表す。なお、分光エネルギー分布Ｓｏ（λｏｌ）および分光エネルギー分布Ｓ（ｋ，λｓ）は下記の式（２）に示すようにエネルギーの積算値により規格化されているものとする。このように規格化することにより、式（１）における重み係数Ａｋを１より小さい値とすることができる。
【００２８】
Ｓｏ（λｏｌ）＝Σ_kＡｋ・Ｓ（ｋ，λｏｌ）（１）
但し、Ａｋ：重み係数（ｋ＝１〜８、Ａｋ≧０）
Σ_kＳｏ（λｏｌ）＝Σ_kＳ（ｋ，λｓ）（２）
一般に、上記式（１）の関係は厳密には成立しないため、下記の式（３）、（４）がそれぞれ最小値ｍｉｎ、最大値ｍａｘとなるように重み係数Ａｋを最適化して求める。
【００２９】
｛Σ_kＳｏ（λｏｌ）−Σ_k（Ａｋ・Ｓ（ｋ，λｏｌ））²｝（３）
Σ_k（Ａｋ）² （４）
なお、分光エネルギー分布Ｓｏ（λｏｌ）および分光エネルギー分布Ｓ（ｋ，λｓ）は上記式（２）に示すようにエネルギーの積算値により規格化されているため、式（４）の値は分光エネルギー分布Ｓ（ｋ，λｓ）が分光エネルギー分布Ｓｏ（λｏｌ）と同一の値となった場合に最大で１となる。また、式（４）を最大値ｍａｘとするのは、式（１）において分光エネルギー分布Ｓｏ（λｏｌ）を求める際に、なるべく分光エネルギー分布Ｓｏ（λｏｌ）に近い値を有する分光エネルギー分布Ｓ（ｋ，λｓ）を使用するためである。ここで、式（３）、（４）は同時最適化するものとして、下記の式（５）を最小値ｍｉｎとするように、重み係数Ａｋをシンプレックス法により求める。
【００３０】

但し、ρ：定数
ここで、シンプレックス法とは、独立変数が２個以上の関数の極小を求めるための手法であり、シンプレックス（幾何学的な図形）を用いて、この図形の頂点の値を独立変数として、図形の形状を変更しつつ関数の極小を求める方法である。なお、シンプレックス法については、「Numerical Recipes in C［日本語版］、W.H.Pressら、訳者奥村ら、株式会社技術評論社、平成６年８月２５日、pp295-299）に詳細が記載されている。
【００３１】
そして、上述したように求めた重み係数Ａｋにより、下記の式（６）に示すように各画素の分光反射率を重み付け加算して、画像形成媒体１に形成された画像の所望とする光源下における分光反射率Ｒｏij（λｏｌ）をスペクトル画像に対応する波長毎に得る。
【００３２】
Ｒｏij（λｏｌ）＝ΣＡｋ・Ｒij（ｋ，λｏｌ）（６）
このように、各波長域に対応するスペクトル画像における各画素の分光反射率Ｒｏij（λｏｌ）が求められると、この分光反射率Ｒｏij（λｏｌ）に所望とする光源の分光エネルギー分布を乗算して各画素の画素値を得、この画素値により上記所望とする光源下において撮影を行った場合と同様の見え方を有する画像を表す画像データＳ１を得ることができる。
【００３３】
次いで、本実施形態の動作について説明する。図５は本実施形態の動作を示すフローチャートである。まず、保持部２に保持された画像形成媒体１に光源部３の光源を切り替えつつ光を照射し、さらに検出部４において分光フィルタ１１の透過波長を変更しつつ画像形成媒体１に形成された画像を担持する光を光電変換して、この画像を表す画像データＳ０を得る（ステップＳ１）。画像データＳ０は演算部５に入力され、ここで、上述したように重み係数Ａｋが算出されて（ステップＳ２）、分光反射率Ｒｏij（λｏｌ）が算出される（ステップＳ３）。そして、この分光反射率Ｒｏij（λｏｌ）に、所望とする光源Ｌ１〜Ｌ８の分光エネルギー分布を乗算して、所望とする光源下において撮影した場合と同様の見えとなるような画像を表す画像データＳ１を得（ステップＳ４）、処理を終了する。
【００３４】
このように、本実施形態においては、画像形成媒体１に形成され画像が蛍光インクにより描画されたものであっても、所望とする光源下における上記物質により表される分光反射率を求め、この分光反射率に基づいて所望光源下において得られる画像と同様の見え方を有する画像を得ることができる。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、画像形成媒体１に形成された画像が蛍光インクにより描画されているものとして説明したが、画像形成媒体１自体に蛍光物質が含まれている場合にも、上記と同様にして本発明を適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による画像処理装置を適用した撮影装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】蛍光物質における吸収する光の波長域を示すグラフ
【図３】図２に示す蛍光インクから発せられる蛍光の分光分布を示すグラフ
【図４】検出部の構成を示すブロック図
【図５】本実施形態の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１画像形成媒体
２保持部
３光源部
４検出部
５演算部

Claims

光の照射により能動的に光エネルギーを発する物質を含む画像形成媒体に、互いに異なる分光エネルギー分布を有する複数の光源から発せられる光を照射して、前記画像形成媒体に形成された画像を担持する光を該画像形成媒体から発生させ、該光を透過波長域を変更可能なフィルタを切り替えつつ光電的に検出して、前記画像の色情報を予め定められた複数の所定波長毎に表す複数のスペクトル画像を前記各光源毎に取得し、
該複数のスペクトル画像に基づいて、前記各光源毎の前記スペクトル画像の全画素における分光反射率を取得し、
所望とする光源の前記複数の所定波長に対応する分光エネルギー分布を、前記各光源の分光エネルギー分布を重み付け加算して表す際の重み係数を算出し、
該重み係数により前記光源毎の前記各スペクトル画像の全画素における分光反射率を相対応する画素毎に重み付け加算して、前記画像の前記所望とする光源下における分光反射率を取得することを特徴とする画像処理方法。
前記複数の光源に、前記所望とする光源と略同一の分光エネルギー分布を有する光源を含むことを特徴とする請求項１記載の画像処理方法。
光の照射により能動的に光エネルギーを発する物質を含む画像形成媒体に、互いに異なる分光エネルギー分布を有する複数の光源から発せられる光を照射して、前記画像形成媒体に形成された画像を担持する光を該画像形成媒体から発生させ、該光を透過波長域を変更可能なフィルタを切り替えつつ光電的に検出して、前記画像の色情報を予め定められた複数の所定波長毎に表す複数のスペクトル画像を前記各光源毎に取得する画像取得手段と、
該複数のスペクトル画像に基づいて、前記各光源毎の前記スペクトル画像の全画素における分光反射率を取得する分光反射率取得手段と、
所望とする光源の前記複数の所定波長に対応する分光エネルギー分布を、前記各光源の分光エネルギー分布を重み付け加算して表す際の重み係数を算出する重み係数算出手段と、
該重み係数により前記光源毎の前記各スペクトル画像の全画素における分光反射率を相対応する画素毎に重み付け加算して、前記画像の前記所望とする光源下における分光反射率を取得する加算手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
前記複数の光源に、前記所望とする光源と略同一の分光エネルギー分布を有する光源を含むことを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。