JP3742633B2 - メタリツク塗色の分類整理方法 - Google Patents

Description

本発明は、観る角度により色が変わるメタリック塗色の代表色を決定する方法、メタリック塗色の整理分類方法及びコンピュータグラフィック装置に関する。 更に、本発明は、メタリック塗色の代表色をＨｕｅ−Ｔｏｎｅ（ヒユー・トーン）値として計算し、Ｈｕｅ−Ｔｏｎｅチヤート上に、質感を現したメタリック塗色の塗色コンピユータ・グラフイックを配置し、色彩学的な色分類と質感の同時を表示するコンピュータグラフィック装置に関する。

本発明は、アルミ片、マイカ片、板状酸化鉄等の様々な光輝材を塗膜中に含み、観察する角度によって様々に色が変化する塗色の代表色を一意的に決定できるので、色の分類整理ができ、コンピュータによる色検索が可能である。更に質感を伴うコンピュータグラフィックを重ね合わせる事によって、色と質感を同時に評価できるコンピュータを用いたデザインツールを提供する。

近年の自動車外板塗色の色の特徴として、様々な光輝材（アルミフレーク、マイカフレーク、グラファイト等）を含むメタリック塗色が主流を占めている。メタリック塗色は観察角度により色が変化し、メタリック感、パール感やバイカラー性（角度により２色以上に見える効果）を発現し、これを質感と称する。自動車の外板色を色彩学的に分類する手法として、古くからマンセル値やＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値がよく用いられてきた。

ソリッド塗色ならば、ソリッド顔料で作成した色票体系で色分類する事は可能であった。しかし観察角度によって様々に色が変化しするメタリック塗色から、その代表色を抽出する事は困難であった。ソリッド色以外での色の分類として真珠の等級分けを目的に角度依存性ある色を分類する方法が報告されているが（特開昭５６−０６１６３５号、及び特開昭６１−２３０７７８号）自動車上塗り塗色のように多様な色に適用できるものではなかった。

このような理由により、従来では、デザイナーがメタリック塗色を１色づつ光源に照らし、ハイライトからシェードへの色の変化を目視観察し、その塗色の代表とする色を頭の中で作成した後、市販されているＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャートの色票と見比べて、最終的にＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を決定していた。しかし、この方法では余りに時間がかかり、また評価するデザイナーによってまちまちの値になる欠点があった。

また、過去に作成した膨大な塗色から自分がイメージする色を検索する場合、１色毎に前述した工数がかかるため自分の記憶色を頼りに数千枚の色票から当たりをつけて検索する以外方法はなく、実質的に色の検索はできなかった。

以上の問題点を整理すると角度により色が変化するメタリック塗色の代表色をいかにして決めるかが最大のポイントである。測色学的にアプローチすれば、どの角度の測色値を採用すれば、その塗色の代表値となりえるかを答えられれば、その色をデザイン分野でよく使われるマンセル色票体系のＨＶＣや市販のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を計算でき、この値が一致するものをイメージの近似色としてかまわない。

本発明に従うと、上記のとおりの課題を解決するために、
メタリック塗色の代表色を決定すること、
上記代表色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を計算すること、
上記メタリック塗色の所定の観測角度範囲にわたる光学的性質を示す塗色コンピユータ・グラフイックを生成すること、
コンピユータシステムのモニタ上のＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャートにおける、上記代表色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値上に、上記塗色コンピユータ・グラフイックを配置して、塗色マップを作成すること
を含むこと特徴とするメタリック塗色の分類整理方法
が提供される。

本発明に従うと、上記のとおりの課題を解決するために、
メタリック塗色の複数の観測角度の測色値から、上記メタリック塗色の代表色を決定する手段と、
上記代表色をＨｕｅ−Ｔｏｎ 値に変換する手段と、
上記メタリック塗色の複数の観測角度の測色値から、上記メタリック塗色の塗色コンピユータ・グラフイックを生成する手段と、
ディスプレイに生成されたＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャート上のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値上に上記塗色コンピユータ・グラフイックを配置し、表示する手段と
を具備することを特徴とするコンピユータ・グラフイック装置
が提供される。

本発明の最も重要な技術は、任意のメタリック塗色が与えられた時、この多角度の測定値から、この塗色は何度の測色値を採用すれば、そのメタリック塗色の代表色となり得るかを計算により求める方法である。この核心的な技術を”メタリック塗色の代表色決定アルゴリズム”と称する。

様々な光輝材を含む、メタリック塗色をサンプルとして目視実験を繰り返し、研究した結果、大部分のデザイナーが満足する”メタリック塗色の代表色決定アルゴリズム”の開発が成功した。

つまり様々な光輝材を含み、観察する角度により様々に変化するメタリック塗色のデザイン的なイメージ色を検索するコンピュータシステムを構築するにあたり、次の３点があれば、イメージ色であるＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を計算でき、この値を用いて逆に過去に測定した多角度反射率から任意のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を検索できる。

ａ）メタリック塗色の多角度の測色値格納するハードディスク。

ｂ）その多角度データからメタリックの代表色の角度を計算する”メタリック塗色の代表色決定アルゴリズム”。

ｃ）代表色をＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値に計算するアルゴリズム。

さらに、次の２点を加えれば、コンピュータグラフィックモニタ上に出力したＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャート上の計算したＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値にコンピュータグラフィックを張り付ける事ができ、これによって色彩学的な色分類であるＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値と質感を同時に評価できる全く新規なコンピュータグラフィックが得られる。

ｄ）多角度反射率からメタリックの角度変化毎の色の変化を表したコンピュータグラフィック。

ｅ）Ｈｕｅ−Ｔｏｎｅチャートのコンピュータグラフィック。

（代表色の決定）
メタリック塗色の代表色決定アルゴリズムは、下記のとおりである。

一般にメタリック塗色の塗膜構造と変角による光沢分布は、図１に示したとおりである。有彩顔料または染料を含むカラーベース中に鱗片状の光輝材（アルミ、マイカ等のフレーク）がほぼ平行に並んでいる。メタリック塗膜の構造は有彩有機顔料を含まないメタリックベース上にカラークリヤーを塗布したいわゆるカラークリヤー方式の塗色でもかまわない。

ハイライト側は光輝材面の反射によって、反射率が高く、明るく、光輝材のキラキラ感が感じられる。シェード側はカラーベース中の顔料の色が発色する角度であり、ハイライトよりも明度は低下する。

他方、現在様々なＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャートが公表されているが、この態様ではＨｕｅ−Ｔｏｎｅチヤートとして、国内の自動車のカラーデザインの分野で広く使われている日本カラーデザイン研究所（株）のラミネート被覆版のＭ＊Ｍ Ｃｈａｒｔ II（以下Ｍ＊ＭＣという）を用いる。Ｍ＊Ｍ Ｃｈａｒｔ IIのラミネート版を用いた理由は、ラミネート被覆が自動車上塗塗色のフルグロスに近いからである。

このＭ＊ＭＣは、図３に示したとおり、横軸に赤の２．５Ｒから紫の１０ＲＰまでの４３色相と無彩色のＮ（１８色）の合計４４目盛りと、縦軸Ｔｏｎｅを２５目盛りで分けた２次元表で、１０９３色票（４３×２５＋１８＝１０９３）を配置してある。

メタリック塗色をサンプルにし、自動車上塗りの塗色設計に携わるカラーデザイナーを被験者として、目視官能実験を行い、サンプル毎の代表色を市販のＭ＊ＭＣを用いて決定する。

次に、この代表色が、どの観察角度に相当するかを算出する為に 多角度分光光度計でメタリック塗色を例えば５つの観測角度から実測し、特願平８−１７７１７１号明細書に記載した任意の角度の分光反射率を予測する式を用いて代表色と最も小さな色差（ＪＩＳ Ｚ ８７３０）を示す角度を算出して、このメタリック塗色サンプルの代表色を与える角度とした。これを代表角度Ｄと呼ぶ。

実際には、与えられた任意のメタリック塗色の代表角度Ｄを測色値から予測計算しなければならないため、この角度を予測する式を検討し、最終的に式（１）の関数型で精度良く代表角度Ｄを計算できる事を発見した。

Ｄ＝ａ１×Ｖ１ ＋ ａ２ ×Ｖ２ ＋ ｂ ・・・式（１）
ここでＶ１はハイライト側の測色値から計算した鮮明度である。ここでハイライト側とは図１を参照して、１０度から３０度の範囲、より好ましくは２２度から２８度の角度が望ましい。鮮明度はＪＩＳ Ｚ ８７２９で規定した明度Ｌ＊と彩度ｃ＊から式（２）で計算した量で一般に鮮明度と呼ばれる。

Ｖ＝ｓｑｒｔ（ Ｌ＊＾２ ＋ ｃ＊ ＾２ ） ・・・式（２）
Ｖ２はシェード側の測色値から計算した鮮明度である。３５度から５５度の範囲、より好ましくは４０度から５０度の角度が望ましい。係数ａ１，ａ２，ｂ は重回帰係数で、目視から求めたメタリック塗色の代表角度Ｄを目的変数、Ｖ１，Ｖ２ を説明変数として、重回帰分析によって容易に得られる。

即ち、式（１）のａ１、ａ２、及びｂを、複数のメタリック塗色のサンプルから決定し、式（１）のＶ１及びＶ２を、代表角度Ｄを求めるメタリック塗色から上記のとおりに決定し、このメタリック塗色のＤを得る。

このようにして代表角度Ｄを決め、その角度の反射率を特願平８−１７７１７１号明細書に記載した任意の角度の分光反射率を予測する式を用いて決定し、ＪＩＳ Ｚ ８７２９で規定される方法で代表色のＬａｂ＊値を求めた。

（Ｈｕｅ−Ｔｏｎｅ値の決定）
次に代表色のＬａｂ＊からＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値に変換する為に、Ｍ＊ＭＣの色票の測定値Ｌａｂ＊と代表色のＬａｂ＊との色差を逐次計算し、最小色差を与える色票のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を求め、これをメタリック塗色の代表色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値とした。

（塗色コンピユータ・グラフイックの生成）
メタリック塗色の塗色コンピユータ・グラフイックは、メタリック塗色の光学的性質を、コンピユータの画像処理技術を用いて生成した、コンピユータシステムのモニタ上の表示である。

塗色コンピユータ・グラフイックは、例えば、図１に示したとおり、入射角度４５度で、正反射からの角度で、１０度（ハイライト）から１１０度（シエード）までの観察角度範囲における光学的性質を示し、例えば、図３に示したとおりのコンピユータシステムのモニタにおけるのＨｕｅ−Ｔｏｎｅチヤート５における矩形の表示部分６らなる。この矩形の表示部分において、上から下に、１０度（ハイライト）から１１０度（シエード）までの観察角度範囲における光学的性質である色を表示する。好ましくは、この矩形の表示部分の上部に、そのメタリック塗色のコード番号を表示する。

このメタリック塗色コンピユータ・グラフイックは、変角分光光度計によって、例えば、１０度から１１０度まで１度刻みに測定して得られた分光反射率から生成することができる。あるいは、このメタリック塗色コンピユータ・グラフイックは、特願平８−１７７１７１号明細書の教示内容に従って、メタリツク塗色の５角度の条件で測定した分光反射率と、上記５角度の条件で測定した分光反射率によって算出された回帰式及び回帰係数とによって、メタリツク塗色の所望の角度の分光反射率を決定することによっても生成することができる。

（塗色マップの作成）
コンピユータシステムのモニタ上に作成されたＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャート、例えば、Ｍ＊ＭＣ上に、上記のとおりに決定された代表色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値をプロットし、そのプロット点に上記のとおりに生成された塗色コンピユータ・グラフイックを重ね合わせる。

以上の方法により得たコンピュータグラフィックはメタリック塗色の色彩的、デザイン的な色分類であるＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値と質感とを同時に評価できる新たなコンピュータグラフィックであり、メタリック塗色を扱うカラーデザインの分野で特に有効な塗色開発の為のデザインツールとなる。

（コンピユータグラフィック装置）
次に図２を参照して本発明の好適実施例に従うコンピュータグラフィック装置を説明する。

このコンピュータグラフィック装置は、図２に示したとおり、メタリック塗膜１を携帯型分光光度計２で測定し、得られた多角度の反射率をコンピュータ３に取り込み、この多角度反射率から式（１）及び式（２）を用いて任意のメタリック塗色の代表色を与える角度を求め、その角度の反射率を求め、Ｌａｂ＊に変換し、すでに測定してあるＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャートの色票の測色値Ｌａｂ＊との色差を計算し、メタリック塗色の代表色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を計算し、コンピュータのモニタ４上のＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャート上に、メタリック塗色のコンピュータグラフィックを重ね合わせる。このコンピュータグラフィック装置を使用することにより、色彩的、デザイン的な色分類とコンピュータグラフィックによるメタリック塗色の質感を同時に評価できる新たなグラフィックの作成を短時間で安価に小型の装置で行う事ができた。

（代表色の決定）
まず始めにメタリック塗色の代表色を決定する手順について述べる。

メタリック光輝材（アルミフレーク、マイカフレーク、板状酸化鉄、微粒子チタン等）を含む広範囲な色彩、広範囲な質感を持つ３２色のメタリック塗色をサンプルとして用意した。次に色彩、色材に関わるカラーデザイナーおよび技術者１７人の被験者を用い目視官能実験を行った。各サンプル色に対してサンプルの代表色がＭ＊ＭＣのどのＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値になるかを答えさせ、集計後、１７名平均の代表色を決定した。

一方、測色値は米国 Ｘ− Ｒｉｔｅ社の携帯型変角分光光度計ＭＡ６８を用いて測定した。測定角度は４５度入射に対して正反射光（ハイライト側）の１５度、２５度、正面の４５度、底色（シェード）の７５度、１１０度の５角度における、３２色のメタリック塗色のサンプルのぞれぞれの分光反射率を得た。

次に代表色と最も近くなる、角度を反射率を上記特願平８−１７７１７１号明細書に記載した任意の角度の分光反射率を予測する式を用いて決定した。

そして、この角度を任意のメタリック塗色に適用する為に重回帰分析を行い、式（１）式の関数型から式（３）を得た。

Ｄ＝０．０６１２＊Ｖ１＋０．２５３＊Ｖ２＋１５．１１ ・・・式（３）
この重回帰式の重相関係数は０． ８と非常に高く、メタリックの代表色を与える角度を精度よく推定できる事を確認した。鮮明度Ｖ１，Ｖ２ は、ここでは２５度と４５度の測定値を採用して、ＪＩＳ Ｚ８７２９ を用いて明度Ｌ＊と彩度ｃ＊を計算した。

次に、図２に示した分光光度計で任意のメタリック塗色Ａ１を測色し、２５度、４５度の測定値から式（２）を用いて、鮮明度Ｖ２５，Ｖ４５ を計算する。次に式（１）を用いて、このメタリック色の代表色を与える代表角度を計算した。

そして、上記特願平８−１７７１７１号明細書に記載した任意の角度の分光反射率を予測する式を用いて代表角度における反射率を計算し、ＪＩＳ Ｚ８７２９ を用いてＬａｂ＊値を得た。

このようにして、任意のメタリック塗色Ａ１の代表色Ａ２のＬａｂ＊値を決定した。

（Ｈｕｅ−Ｔｏｎｅ値の決定）
予め、米国Ｘ− Ｒｉｔｅ社の４５／０度分光光度計Ｘ９６８で測定しておいたＭ＊ＭＣの色票１０９８色のＬａｂ＊をデータベースとしてコンピュータの記憶装置に格納しておく。

次にデーターベースの中のＭ＊ＭＣのＬａｂ＊値と上記のとおりに決定した代表色Ａ２のＬａｂ値と＊の色差をＪＩＳ Ｚ８７３０ の方法で計算し、最小の色差を与えるＭ＊ＭＣ色票のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値を、代表色Ａ２のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値Ａ３とした。

実施した４色のメタリック塗色の目視による代表色と計算結果による代表色を表１に示す。

表１において、左から、１）ｎｏ：サンプル番号、２）４５／０度測定色Ｌ＊ａ＊ｂ＊：入射光４５度、０度受光における測定色のＬ＊ａ＊ｂ＊値、３）目視色：６人による目視実験から決めたメタリック塗色の代表色、これがいわば正解となる、４）式（１）の答え、５）ｄＭ：Ｈｕｅ−Ｔｏｎｅチヤート上での目視色（正解）と計算色との距離。これば小さい程よい。０ならば、目視色と計算色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値が一致したことになる。６）判定：◎は目視色と完全一致、○は目視バラツキ範囲内で一致、×は誤差が大きいことを示す。７）比較例：ソリッドの測色規格である４５／０度条件のＬａｂ＊の測色値を用いて計算した値（色差最小になるＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値）。特にライトグレーｎｏ．２〜４が暗い値になっており、判定は×である。つまり、４５／０度測色値をそのまま使った場合、４５／０度はシエード側に近いので、相当暗い値となる。一方、目視ではややハイライト側を観察している。このため、上記のとおり判定は×となった。

この表１から明らかなとおり、かなりの良好な満足度を得ることができた。

（塗色コンピユータ・グラフイックの生成）
上記任意のメタリック塗色Ａ１を、変角分光光度計によって、１０度から１１０度まで１度刻みに測定して得られた分光反射率から塗色コンピユータ・グラフイックを生成した。この塗色コンピユータ・グラフイックを、特願平８−１７７１７１号明細書の教示内容に従って、メタリツク塗色の５角度の条件で測定した分光反射率と、上記５角度の条件で測定した分光反射率によって算出された回帰式及び回帰係数とによって、メタリツク塗色の所望の角度の分光反射率を決定することによっても生成することができる。

（塗色マップの作成）
図３に示したとおりの、コンピユータシステムのモニタに生成されたＨｕｅ−Ｔｏｎｅチヤート５上に、上記任意のメタリック塗色Ａ１の上記のとおりに得られた代表色Ａ２のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値Ａ３をプロットし、上記のとおりに生成された塗色コンピユータ・グラフイックを重ねあわせた。

上記のとおりの手順と同様な手順で、他のメタリック塗色の代表色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値をプロットし、そのメタリック塗料の塗色コンピユータ・グラフイックを重ねあわせた。

このようにして複数個のメタリック塗色のコンピューグラフィックを配置して、図３に示したとおりのメタリック塗色の塗色マップを作成した。

メタリック塗色の塗膜構造と変角による光沢分布を示す図。 本発明の一実施例に従うコンピュータ・グラフィック装置を示す図。 メタリック塗色３２色をＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャートにプロットし、３次元コンピュータグラフィックを配置した図。

符号の説明

１ メタリック塗膜
２ 多角度変角分光光度計
３ コンピユータ
４ モニタ
５ Ｈｕｅ−Ｔｏｎｅチャート
６ 塗色コンピユータ・グラフイックの表示部分

Claims (1)

1. 所定の方程式に従って、メタリック塗色の代表色が最もそのメタリック塗色を代表すると思えるある角度における１つの色である、メタリック塗色の代表色を決定する代表色決定手段であって、
   上記メタリック塗色の代表色を決定することが、
   代表角度Ｄを、下記の式（１）から求めることと、
   Ｄ ＝ ａ１×Ｖ１ ＋ ａ２×Ｖ２ ＋ ｂ ・・・式（１）
   Ｖ１が、ハイライト側の測色値から計算した鮮明度であり、Ｖ２が、シェード側の測色値から計算した鮮明度であることと、
   鮮明度Ｖが、明度Ｌ＊と彩度ｃ＊から下記の式（２）から計算した量であることと、
   Ｖ ＝ ｓｑｒｔ（Ｌ＊＾２ ＋ ｃ＊＾２ ） ・・・式（２）
   係数ａ１，ａ２，ｂが、目視から求めたメタリック塗色の代表角度Ｄを目的変数とし、Ｖ１及びＶ２を説明変数として、重回帰分析によって求めた重回帰係数であることと、
   上記式（１）から求めた代表角度Ｄの反射率を予測することにより、そのメタリック塗色の代表色と決定することとを含む代表色決定手段と、
   上記代表色をＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値に変換する手段と、
   上記メタリック塗色の所定の観測角度範囲にわたる光学的性質を示す塗色コンピユータ・グラフイックを生成する手段と、
   ディスプレイに生成されたＨｕｅ−Ｔｏｎｅチャート上の上記代表色のＨｕｅ−Ｔｏｎｅ値上に上記塗色コンピユータ・グラフイックを配置し、表示する手段と
   を具備することを特徴とするコンピユータ・グラフイック装置。

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