JPH11237216A - 光学歪の評価方法および評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歪の種類によらず光学歪を定量的に評価する
ことが望まれる。 【解決手段】 演算装置は、参照パターンの被測定物に
よる透視像または反射像を入力し、入力された透視像ま
たは反射像と理想的透視像との間で相関演算を行う。そ
して、得られた相関値にもとづいて被測定物の光学歪を
評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明板状体の透視
歪や反射歪などの光学歪を測定するための方法および装
置に関し、特に、自動車用ガラスの透視歪や建築用ガラ
スの反射歪を測定するのに適した光学歪の評価方法およ
び評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用のガラス板や建築用のガラス板
には、平板状のもののほか、曲げ成形されたものがあ
る。特に大きな曲率の曲げガラス板や平滑性に乏しいガ
ラス板では、ガラス板越しに対象物を見たときやガラス
板に反射した対象物を見たときに対象物が歪んで見えて
しまうことがある。ガラス板を介して対象物を観測した
ときに生ずる歪が大きすぎると、外観を損なうことにな
り、また、視界を妨げることにもなってしまう。そこ
で、ガラス板によって生ずる歪が許容範囲内にあるか否
か評価する必要がある。評価のための方法として、いく
つかの方法が提案されている。

【０００３】そのような方法のうちの一つに、直交格子
パターンの被測定物による透視像または反射像を観測
し、透視像または反射像における格子を構成する線分の
傾き角度をもって透視歪の程度を定量化する方法があ
る。また、格子を構成する四角形要素の形状のばらつき
をもって透視歪または反射像を測定する方法もある。特
開平７−２００５９号公報には、観測透視像または観測
反射像のコントラストの低下量をもって透視歪または反
射歪の程度を定量化する方法が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な方法には以下のような課題がある。格子を構成する線
分の傾き角度を得る方法では、格子が斜め方向に変形し
ないような歪を正しく定量化することができない。ま
た、格子を構成する四角形要素の形状のばらつきを測定
する方法では、透視像または反射像において格子の座標
値を求める必要があり測定負荷は大きい。特に、格子が
大きく変形するような歪が生ずる場合には、座標値を求
めることそのものが困難になって歪の定量化を行うこと
は困難である。

【０００５】また、透視像または反射像のコントラスト
の低下量をもって光学歪を定量化する方法は、簡易な画
像処理によって光学歪の程度を定量化することができる
が、コントラストの低下を伴わない歪については、その
程度を正しく定量化できない。

【０００６】本発明はそのような課題に対応するための
ものであって、歪の種類によらず光学歪を定量化できる
光学歪の評価方法および評価装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による光学歪の評
価方法は、参照パターンを被測定物に照射する工程と、
被測定物からの参照パターンの透視像または反射像を観
測する工程と、透視像または反射像と理想像との相関値
を算出する工程と、算出された相関値にもとづいて被測
定物の光学歪を評価する工程とを含む。

【０００８】また、透視像または反射像と理想像との相
関値を算出する際に、透視像または反射像の一部である
ローカル画像と、各ローカル画像と同サイズの理想的パ
ターンとの相関値を算出し、算出された各相関値から被
測定物における歪存在領域を特定するようにしてもよ
い。

【０００９】そして、複数の画素を有する撮像手段によ
って被測定物からの参照パターンの透視像または反射像
を観測し、観測された透視像または反射像の画素の階調
値と理想像の画素の階調値とを用いて相関値を算出する
ようにしてもよい。

【００１０】本発明による光学歪の評価装置は、参照パ
ターンの被測定物による透視像または反射像を撮像する
撮像手段と、撮像手段から透視像または反射像を入力し
透視像または反射像と理想像との相関値を算出する相関
値算出手段と、相関値算出手段による相関値もとづいて
被測定物の光学歪を評価する評価手段とを備えたもので
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明による光学歪の評価装置の実施の
一形態を示す概念図である。図に示すように、光源から
の参照パターン２は、光学歪が測定される板状ガラス等
の被測定物１を透過した後、撮像装置４で受光される。
撮像装置４による観測透視像３は、計算機等の演算装置
５に入力する。演算装置５は、参照パターン２が被測定
物１を通過して得られた観測透視像３から被測定物１の
光学歪を評価する。ここで、演算装置５は、相関値算出
手段および評価手段を実現するものである。

【００１２】なお、参照パターン２として、チェッカー
パターン、直交格子パターンまたはドットパターンなど
の規則的なパターンが用いられる。また、撮像装置４と
して、エリアカメラ、ラインカメラ、ビデオカメラ、ス
ティルカメラ、フォトセンサを配列させたものなど、観
測透視像３を画像データとして入力できるものであれば
いずれを用いてもよい。

【００１３】次に、図２のフローチャートおよび図３の
説明図を参照して動作について説明する。演算装置５
は、撮像装置４から観測透視像３を入力し（ステップＳ
１）、入力された観測透視像３と理想的透視像との間で
相関演算を行う（ステップＳ２）。

【００１４】図３は、相関演算の具体的一例を説明する
ための説明図である。図３において、観測透視像３は、
（ｍ×ｎ）画素の画像として表現されている。この画像
をｆ（ｘi ，ｙi ）と表現する。ここで、ｆは画素の階
調値、ｘi ，ｙi は画像における画素位置を表す。演算
装置５は、観測透視像３から（ｕ×ｖ）画素のローカル
画像６を取り出す。そして、取り出したローカル画像６
と、そのローカル画像６と同サイズの理想的透視像７と
の相関値Ｃを（１）式にもとづいて算出する。

【００１５】

【数１】

【００１６】（１）式において、ｇ（ｘi ，ｙi ）は観
測透視像３から取り出されたローカル画像６を表し、ｈ
（ｘi ，ｙi ）はｇ（ｘi ，ｙi ）同サイズの理想的透
視像７を表す。（１）式は、ローカル画像６と理想的透
視像７との間で、対応画素毎に階調値を乗算し、乗算結
果の総和をとったものを、理想的透視像７の各画素の自
乗値の和で除して正規化したものとなっている。なお、
各画素が２値化される場合には（１）式の分母は（ｕ×
ｖ）でよい。従って、相関値Ｃは、ローカル画像６の歪
が小さいほど、すなわち、理想的透視像７に近いほど高
くなる。

【００１７】演算装置５は、以上に述べた相関演算を、
（ｍ×ｎ）画素の観測透視像３の全体について実行す
る。そして、得られた各相関値Ｃの平均値または最大値
にもとづいて観測透視像３全体の光学歪を評価すること
によって、被測定物１全体にわたって光学歪を評価する
（ステップＳ３）。

【００１８】例えば、平均値が所定の基準値よりも小さ
い場合には、被測定物１において歪が存在すると評価で
きる。または、最小値が所定の基準値を下回る場合に被
測定物１において歪が存在すると評価できる。また、平
均値よりも大きく下回っている相関値Ｃがあれば、その
相関値Ｃを示すローカル画像６に対応した部分に大きな
歪があると評価できる。または、基準値を下回る最小値
を示す相関値Ｃを示すローカル画像６に対応した部分に
大きな歪があると評価できる。

【００１９】なお、ステップＳ３の光学歪の評価は、評
価者が相関演算結果にもとづいて行うようにしてもよい
し、演算装置５が、各相関値Ｃの平均値または最大値と
基準値とを比較し比較結果を出力するようにしてもよ
い。

【００２０】以上のように、この実施の形態では、被測
定物１を透過したパターンと理想的パターンとの相関値
にもとづいて被測定物１の光学歪を評価するので、被測
定物１がどのような方向に歪んでいても、歪を検出する
ことができる。

【００２１】なお、理想的透視像７として、歪のない理
想的形状を有することが確認されている被測定物１によ
る透視像や、被測定物１を介さないで直接参照パターン
２を観測した場合の観測像を用いればよい。参照パター
ン２が周期的パターンである場合には、演算対象のロー
カル画像６に隣り合うローカル画像を理想的透視像７と
してもよい。

【００２２】また、この実施の形態では、被測定物１を
透過したパターンによる観測透視像３を扱う場合につい
て説明したが、被測定物１で反射されたパターンによる
観測反射像を扱う場合でも、本発明による方法および装
置を同様に適用することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明による評価方法の実施例につい
て説明する。 ［実施例１］図４に示すような観測透視像３が得られた
とする。図４に示されたとおり、この透視像は、左右方
向にのみチェッカーパターンが伸縮した歪を有してい
る。観測透視像３は、（５１２×５１２）画素の画像で
あり、ローカル画像６を（８×８）画素の画像とした。
また、相関値Ｃの算出にあたって、チェッカーパターン
中の黒領域に−１、白領域に＋１という信号値を与え
た。すると、両画像の相関が高いほど相関値Ｃの値は１
に近づき、両画像の相関が低いほど相関値Ｃの値は０に
近づく。

【００２４】図５は、相関値Ｃの計算結果を示す説明図
である。図において、白い部分が計算結果において相関
値が大きかった部分を示し、黒い部分が相関値が小さか
った部分を示す。図５から明らかなように、観測透視像
３において歪の大きい部分では、本発明による方法によ
って得られた相関値が小さくなっている。このように、
本発明による方法では、観測透視像３における歪の存在
領域を特定でき、かつ、相関値の大小によって歪の程度
を定量化できる。なお、格子を構成する線分の傾き角度
を得る従来の方法では、図４に示されたような歪を正し
く定量化することはできない。

【００２５】［実施例２］実施例１では観測透視像３と
理想的透視像７の各画素を２値化（黒：−１，白：＋
１）した上で両画像の相関値Ｃを算出したが、観測透視
像３と理想的透視像７の各画素を多値化すれば、さらに
精度よく相関値を算出できる。その結果、被測定物１に
おける歪の存在領域をさらに精度よく特定でき、また、
歪の程度をさらに精度よく定量化できる。

【００２６】例えば、４値化処理を行う場合には、白領
域に＋０．７５、黒領域に−０．７５、白領域における
黒隣接領域に＋０．２５、黒領域における白隣接領域に
−０．２５という信号値を与える。すなわち、理想的透
視像７については、図６に例示するチェッカーパターン
の一部のように、白領域８、黒領域１０、白領域におけ
る黒隣接領域９、黒領域における白隣接領域１１のそれ
ぞれに、＋０．７５、−０．７５、＋０．２５、−０．
２５という信号値を与える。

【００２７】観測透視像３についても、観測像から検出
される白領域、黒領域、白領域における黒隣接領域、黒
領域における白隣接領域のそれぞれに、＋０．７５、−
０．７５、＋０．２５、−０．２５という信号値を与え
る。その上で、観測透視像３と理想的透視像７との間の
相関を（１）式を用いて算出する。

【００２８】４値化処理を行った場合には、信号レベル
が多値化されるので、歪の程度をさらに精度よく定量化
できる。また、この実施例では、白黒の境界領域に白領
域および黒領域の中間の信号レベルを付与するので、２
値化処理で生ずる不必要なモアレ歪の影響を除去した定
量化を行うことができる。

【００２９】［実施例３］次に、本発明による方法によ
って光学歪を定量化した結果と人間の歪感覚との対応関
係について説明する。ここでは、被験者による閾値実験
結果と本方法による光学歪定量値との関係を調べた。

【００３０】閾値実験において、図７に示すような、直
交格子パターンにおける交点位置をｓｉｎ関数で移動さ
せた正弦波歪を与えたものと、図８に示すような、直交
格子パターンに線状の歪を与えたものとを用いた。そし
て、歪の強弱を変化させて被験者に歪パターンを提示
し、歪んで見えるか否か質問した。一般に、歪の強いパ
ターンほど歪んでいると答える確率が高くなり、歪の弱
いいパターンほど歪んでいると答える確率が低くなる。
ここでは、歪を感じ始める閾値の分布が正規分布すると
仮定して、歪んでいると答える確率（知覚確率）をＺス
コアに変換して歪感覚量とした。

【００３１】一方、上記の閾値実験で用いた歪パターン
を（５１２×５１２）画素の画像として表現し、ローカ
ル画像６を（８×８）画素の画像として、本発明による
方法によって歪のない理想的パターンとの相関を求め
た。そして、各ローカル画像６について算出した各相関
値の平均値を、歪パターンの光学歪定量値とした。ここ
でも、パターン中の黒領域に−１、白領域に＋１という
信号値を与えた。

【００３２】図９は、閾値実験で得られた歪感覚量（Ｚ
スコア）と本発明による方法で求めた光学歪定量値との
関係を示す説明図である。図９において、横軸は、（１
−各相関値）の画像内における平均値を示し、値が大き
いほど相関値が小さい、すなわち理想的画像とローカル
画像６との相関が低いことを示す。図９から明らかなよ
うに、正弦波歪を有する歪パターンについても線状の歪
を有する歪パターンについても、相関値が小さくなれば
なるほど（図９において横軸上右へ行けば行くほど）、
Ｚスコアの値が大きくなる。すなわち、被験者が歪んで
いると答える確率が高くなる。

【００３３】従って、正弦波歪を有する歪パターンにつ
いても線状の歪を有する歪パターンについても、本発明
による方法で求めた光学歪定量値と歪感覚量との間に良
好な対応関係が見られることが確認された。このこと
は、本発明による方法は、歪の種類によらず光学歪の定
量化ができるのみならず、人間の感覚にあった歪測定が
行える方法であることを示している。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光学歪
の評価方法および評価装置を、参照パターンの被測定物
による透視像または反射像を観測し、観測された透視像
または反射像と理想像との相関値を算出し、算出された
相関値にもとづいて被測定物の光学歪を評価するように
構成したので、歪の種類によらず光学歪を定量的に評価
できるとともに、人間の感覚にあった光学歪の定量化が
実現できる効果がある。また、相関演算によって光学歪
を定量化するので、格子を構成する四角形要素の変形を
測定する方法では定量化が困難であった強い歪も定量化
できる。

【００３５】複数の画素を有する撮像手段によって被測
定物による参照パターンの透視像または反射像を観測
し、観測された透視像または反射像の画素の階調値と理
想像の画素の階調値とを用いて相関値を算出するように
構成されている場合には、階調値を用いて相関値を算出
するため、透視像または反射像と理想像との違いをより
正確に相関値に反映できるので好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による光学歪の評価装置の実施の一形
態を示す概念図である。

【図２】 本発明による光学歪の評価方法を示すフロー
チャートである。

【図３】 相関演算の具体的一例を説明するための説明
図である。

【図４】 観測透視像の一例を示す説明図である。

【図５】 図４に示された観測透視像を用いた相関値計
算結果を示す説明図である。

【図６】 ４値化処理の場合の信号レベルの付与例を示
す説明図である。

【図７】 直交格子パターンに正弦波歪を与えたパター
ンを示す説明図である。

【図８】 直交格子パターンに線状の歪を与えたパター
ンを示す説明図である。

【図９】 閾値実験で得られたＺスコアと本発明による
方法で求めた光学歪定量値との関係を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 被測定物 ２ 参照パターン ３ 観測透視像 ４ 撮像装置 ５ 演算装置 ６ ローカル画像 ７ 理想的透視像 ８ 白領域 ９ 白領域における黒隣接領域 １０ 黒領域 １１ 黒領域における白隣接領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下薗 裕明 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の光学歪を評価する方法であっ
   て、 参照パターンを前記被測定物に照射し、 前記被測定物からの前記参照パターンの透視像または反
   射像を観測し、 観測された前記透視像または反射像と理想像との相関値
   を算出し、 算出された相関値にもとづいて前記被測定物の光学歪を
   評価する光学歪の評価方法。
2. 【請求項２】 透視像または反射像と理想像との相関値
   を算出する際に、 前記透視像または反射像の一部であるローカル画像と、
   各ローカル画像と同サイズの理想的パターンとの相関値
   を算出し、 算出された各相関値から被測定物における歪存在領域を
   特定する請求項１記載の光学歪の評価方法。
3. 【請求項３】 複数の画素を有する撮像手段によって被
   測定物からの参照パターンの透視像または反射像を観測
   し、 観測された前記透視像または反射像の画素の階調値と理
   想像の画素の階調値とを用いて相関値を算出する請求項
   １または請求項２記載の光学歪の評価方法。
4. 【請求項４】 参照パターンの被測定物による透視像ま
   たは反射像を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段から前記透視像または反射像を入力し、前
   記透視像または反射像と理想像との相関値を算出する相
   関値算出手段と、 前記相関値算出手段による相関値もとづいて前記被測定
   物の光学歪を評価する評価手段とを備えた光学歪の評価
   装置。