不均一な照明空間の評価指標に関する研究 [ PDF

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(1)不均一な照明空間の評価指標に関する研究尾方. 祐介. 1. はじめに適切な照明環境は、建物や室の用途、及び、作業の内. 度レベルを用いることとした。本研究で用いた明度レベ. 容に応じて、光の量と質の両面から慎重に計画されなけ. ルは、画像解析ソフトで得た、コンピュータの階調値の. ればならない。しかし、従来の照度基準やそれに基づく. ことである。. 照明設計では、検討面の必要照度を確保することに主眼. まず、本研究では、局所的要素を考慮した評価指標に、. が置かれている。照明の質を高めることは、視環境の快. 明度レベルの差を基本とし、人間の視覚特性を考慮した. 適性を確保するだけでなく、無用な照度の増加を抑制し、. Wm 値を提案する。. 照明用のエネルギーを節減する有力な手段ともなり得る。. 以下に Wm 値の概要を示す。まず、デジタルカメラで撮影した画像に対して、画素間隔が r×r（画素）の領域. 照明の質に関わる特性の1つに、光の分布状態がある。光の分布に関適切な光の分布は大きな心理効果を生む。. を単位領域として考え、その単位領域における 4 隅の点. 連する指標として、均斉度や対比が定義されているが、. の最大明度レベルと最小明度レベルの差を n(r ) とする。. これらは光の空間的な分布状態を表すことができない。. 画像全体の全ての単位領域で n(r ) を求め、その平均値を. また、これらの物理的指標は、人間の主観評価を直接的. n(r ) とする。同様の作業をスケール r を変化させて行う。. に表すことができない。. さらに、濃淡変化に対する目の感度を考慮するために、. 1). 本研究の最終的な目標は、不均一な照明環境を空間的. スケール r と相対コントラスト感度を対応づける。各ス. に評価する指標を提案し、その評価指標に基づいて、照. ケール r に対する相対コントラスト感度をウエイトにし. 明環境の心理的効果を定量化することである。本論文で. て n(r ) の加重平均をとったものが Wm 値である。予備実験を行い、Wm 値と不均一感との関係を検討し. は、不均一な照明空間の評価指標を提案する。. た。平均明度レベルがほぼ同じ評価刺激間においては、 Wm 値と不均一感との間にある程度の相関関係を得た。. 2. 不均一な照明空間の構成要素人間は、局所視・大局視といった異なる視覚機能を使. 不均一感の評価には、画面が暗いほど一定レベルの明. い分け、空間を認識する。大局視では、環境の三次元的. 暗の差に対する弁別能力が上がるというウェーバーの法. 構成の認識などを行う。局所視では、大局視で選択され. 則の影響があると考える。本実験では、平均明度レベル. た注視物体の構造理解を行う。逆にいえば、光の不均一. と不均一感との関係を主観評価実験によって明らかにし、. 性のような空間的な尺度を用いて評価指標を作成すると. Wm 値に平均明度レベルによる補正を加え、新しい評価. きには、局所視に対応する物理的要素（以下、局所的要. 指標を提案する。. 素）と大局視に対応する物理的要素（以下、大局的要素）の両面から検討するべきである。しかし、不均一な照明. 4. 実験と考察. 空間の評価指標として、局所的要素と大局的要素の両要. 主観評価実験では、平均明度レベルと不均一感との関係を検討するための実験 1、さらに、局所的要素を考慮し. 素を総合したものはない。. た評価指標（実験 1 に基づいて平均明度レベルによる補 3. 局所的要素に関する評価指標. 正を加えた新しい評価指標）と不均一感との関係、及び、. 本研究では、デジタルカメラで撮影した画像の分析に. 大局的要素を考慮した評価指標と不均一感との関係を検. 基づいて評価指標を提案する。既往の研究や著者の経験. 討するための実験 2 を行った。両実験とも、室内に設け. から、不均一性の知覚に最も影響を与える物理量は、輝. た暗室の中にコンピュータ用ディスプレイを設置して行. 度の変化であるとした。しかし、現段階では画像分析の. った。画像の表示サイズは、横 320 ㎜×縦 240 ㎜とし. 対象面全体に渡って、画素単位で輝度値を測定すること. た。実験 1 で用いる 2 台のディスプレイは同じ型式のも. が困難である。したがって、明るさを示す物理量に、明. のであり、画像の見え方が同じになるように調整した。. 2). 45-1.

(2) 被験者は、主に九州大学建築学科の学生である。実験 1. ■パターンA. が実験 2 に及ぼす影響を防ぐため、実験 2 では、実験 1 と異なる被験者を選定した。実験 1 の被験者は 22 人、実. Wm値. 験 2 の被験者は 21 人である。また、矯正視力が 0.6 以上. 標準刺激. であることも条件に加えた。. 比較刺激. 5.46 平均明度レベル 101 平均明度レベル 90∼170(計8枚). ■パターンB. 4.1 実験 1 4.1.1 実験概要. Wm値. 実験 1 の目的は、平均明度レベルの違いと不均一感と. 標準刺激. の関係を検討することである。暗室に 2 台のディスプレ. 比較刺激. イを L 字型に配置し、被験者の目と各ディスプレイまでの距離が等しく 573 ㎜になるようにした。. 5.46 平均明度レベル 111 平均明度レベル 71∼151(計8枚). ■パターンC. 片方のディスプレイに標準刺激となる画像を提示し、 Wm値. もう片方のディスプレイに標準刺激と同じ照明パターン. 標準刺激. で、平均明度レベルの異なる比較刺激を提示した。被験者には、標準刺激を 100 として、比較刺激がどの程度不. 比較刺激. 5.20 平均明度レベル 122 平均明度レベル 82∼162(計8枚). 均一と感じるかを評価させた（ME 法）。1 つの比較刺激. ■パターンD. を評価し終えると、次の比較刺激を提示した。比較刺. Wm値. 激の提示順序はランダム. 標準刺激. とした。この手順を 8 種の. 比較刺激. 照明パターン毎に繰り返した。図 1 に実験風景を. 5.46 平均明度レベル 101 平均明度レベル 71∼141(計7枚). ■パターンE 図 1 実験風景. 示す。. Wm値. この実験に用いた評価刺激は、幅 3,400 ㎜×奥行き. 標準刺激. 4,000 ㎜×高さ 2,600 ㎜の照明空間を想定した 1/6 の縮尺模型を、8 種の照明パターンによって照射し、それをデ. 比較刺激. 5.00 平均明度レベル 115 平均明度レベル 75∼165(計9枚). ジタルカメラで撮影した画像を基にしている。照明パタ. ■パターンF. ーンは、ランプの位置と個数によって変化させ、出力の強弱と照明器具の前面に設置した拡散板によって、画像. Wm値. の輝度対比を変えた。この画像に対して、画像処理によ. 標準刺激. って、平均明度レベルのみを 10 単位で変化させた画像を. 比較刺激. 作成し、評価刺激とした。評価刺激は 1024 ピクセル× 768 ピクセルとした。各照明パターンの標準刺激を図 2. 5.12 平均明度レベル 116 平均明度レベル 76∼166(計9枚). ■パターンG. に示す。また、図 3 に画像処理フローを示す。撮影に用. Wm値. いたカメラは、デジタルカメラ Nikon COOLPIX 990 で. 標準刺激. ある。表 1 に撮影モードを示す。. 比較刺激. 5.98 平均明度レベル 127 平均明度レベル 87∼167(計8枚). 表 1 撮影モードシャッタースピード絞り値露出補正値焦点距離階調補正感度ホワイトバランス輪郭強調画質. ■パターンH. 1/30秒 F4.4 0 f8.2mm(×1.0) 標準オート電球標準 XGA FINE. Wm値標準刺激比較刺激. 図 2 評価刺激 45-2. 4.75 平均明度レベル 115 平均明度レベル 75∼165(計9枚).

(3) 4.1.3 平均明度レベルによる Wm 値の補正実験 1 の結果より、Wm 値に以下の式を用いて補正を加え、不均一な照明空間の新しい評価指標として Ldif 値を提案する。ただし、以下の式は、平均明度レベルが 70∼ 170 の範囲において有効とする。. Ldif % Wm $ !255 # L " / 255 （ L は平均明度レベル） 4.2 実験 2 4.2.1 実験概要実験 2 の目的は、局所的要素を考慮した評価指標として新しく提案した Ldif 値と不均一感との関係、及び、大局的要素を考慮した評価指標と不均一感との関係を検討することである。実験 2 においても、実験 1 と同じ暗室で、被験者の目とディスプレイまでの距離が 573 ㎜になるよ. 図 3 画像処理フロー. うにした。なお、実験 2 で使用したディスプレイは一台のみである。. 4.1.2 実験結果と考察 ME 法では、一般的に、物理尺度上に等比数列をなす. ディスプレイに評価刺激を提示し、被験者に不均一感. よう比較刺激を選択することとしている。しかし、本研. を「非常に均一」、「かなり均一」、「やや均一」、「どちら. 究では、評価刺激として使用した画像の性質上、比較刺. でもない」、「やや不均一」、「かなり不均一」、「非常に不. 激を物理尺度上（この場合は平均明度レベル）に等比数. 均一」の 7 段階で評価させた。評価刺激は、実験 1 と同. 列をなすように選択できず、また、実験後の個人面接に. じものであり、実験 1 における標準刺激、比較刺激、照. より、ほとんどの被験者が間隔尺度での目視評価を行っ. 明パターンによらず、全てランダムに提示した。. ていたことが判明した。したがって、ME 法の代表値と. 4.2.2 実験結果と考察. して幾何平均ではなく、算術平均による分析を行った。. 被験者に不均一感を 7 段階で評価させたものに、不均. 以後は、間隔尺度による評価を行った被験者のデータの. 一感の低い方から-3∼+3 の得点を与え、算術平均をとる。. みを扱う。図 4 に実験結果を示す。. また、それぞれの評価刺激について Ldif 値を算出する。これより、Ldif 値と不均一感との関係を検討した。図 5 に実. 照明パターン毎に回帰直線を作成すると、どの照明パ. 験結果を示す。. ターンにおいても、平均明度レベルと不均一感との関係は、0.96∼0.99 の高い相関係数で、右下がりのグラフと. どの照明パターンにおいても、Ldif 値が大きくなると不. なる。これより、平均明度レベルが 70∼170 の範囲にお. 均一感も大きくなる傾向があり、Ldif 値と不均一感との間. いては、平均明度レベルと不均一感との間には、直線的. に正の相関関係があることは明らかである。しかし、Ldif. で一定の相関関係があり、平均明度レベルが大きくなる. 値が同じ値であっても、照明パターンによって不均一感. ほど均一に感じ、平均明度レベルが小さくなるほど不均. の大小が見られる。. 一に感じるといえる。また、回帰直線の傾きについて、. 3. 照明パターンによる大きな差異は認められなかった。 2. 160 パターンA パターンA - Regr. 140. 1. パターンB. 不均一感. 不均一感 ME 値. パターンB - Regr パターンC. 120. パターンC - Regr パターンD パターンD - Regr. 100. パターンE パターンE - Regr. 0 パターンA パターンB パターンC パターンD パターンE パターンF パターンG パターンH. -1. パターンF. 80. パターンF - Regr パターンG. 60. -2. パターンG - Regr パターンH パターンH - Regr. 40 60. 80. 100. 120. 140. 160. -3. 180. 1.5. 2.0. 2.5. 平均明度レベル. 3.0. Ldif値. 図 5 Ldif 値と不均一感. 図 4 平均明度レベルと不均一感 45-3. 3.5. 4.0. 4.5.

(4) 照明パターンによる不均一感の大小には、照明配置や. 度レベルの標準偏差値の二元的なものであることが望ま. 光源の個数などの違いによって生じる大局的要素の違い. しい。Ldif 値及び明度レベルの標準偏差値と不均一感の関. が影響していると考えた。ここで、パターン A、パター. 係を図 8、図 9 に示す。. ン B、パターン C は、正面壁から被験者の目に向かって. どちらのグループにおいても、Ldif 値が大きくなるほど、. 照射する特殊な照明配置であることを考慮し、正面壁の. また、明度レベルの標準偏差値が大きくなるほど不均一. みに光源がある照明パターンの集合をグループⅠ、正面. に感じるといえる。つまり、Ldif 値と明度レベルの標準偏. 壁以外の壁にのみ光源がある照明パターンの集合をグル. 差値を算出することにより、照明空間の不均一性を評価. ープⅡと分類し、各グループについて回帰直線を作成し. できる。. た。その結果、Ldif 値と不均一感との関係は、相関係数. 3. 0.93∼0.96 の高い相関を示した。各グループの回帰直線. 2. を図 6、図 7 に示す。値を求め、不均一感との関係を検討すると、どちらのグ. 1. 不均一感. 照明パターン毎に、画像全体の明度レベルの標準偏差ループにおいても、明度レベルの標準偏差値が大きいほ. 0. -1. ど、同じ Ldif 値に対する不均一感は大きい。これより、照. パターンA パターンB パターンC. -2. 明配置の似ているパターンでは、明度レベルの標準偏差 -3. 値が大きいほど不均一に感じるといえる。. 32 明度31 30. レベル 29 28 の標 27 準偏. 3. 図 8. 2. 2.0. 26. 差値 25. 24. 2.5. 1.5. 3.0. 3.5. 4.0. 4.5. 値 L dif. Ldif 値及び明度レベルの標準偏差値と不均一感（グループⅠ） 3. 0 2. -1. パターンA(30.98) パターンA - Regr パターンB(26.59) パターンB - Regr パターンC(29.45) パターンC - Regr. -2. 1. 不均一感. 不均一感. 1. -3 1.5. 2.0. 2.5. Ldif値. 0. パターンD パターンE パターンF パターンG パターンH. -1. 3.0 3.5 4.0 4.5 ( )の中は明度レベルの標準偏差値. -2. 図 6 Ldif 値と不均一感（グループⅠ） -3. 3. 明度レ23 22 21 ベルの標準 20 19 偏差値. 2. 図 9 1. 不均一感. 24. 0. パターンD(18.69) パターンD - Regr パターンE(19.64) パターンE - Regr パターンF(21.26) パターンF - Regr パターンG(23.40) パターンG - Regr パターンH(18.23) パターンH - Regr. -1 -2. 2.0. 2.5. Ldif値. 17. 1.5. 2.5. 3.5. 4.0. 4.5. 値 L dif. Ldif 値及び明度レベルの標準偏差値と不均一感（グループⅡ）. 6. おわりに本研究では、照明空間の不均一性が、局所的要素と大局的要素によって構成される複合的な尺度であることを明らかにし、Ldif 値と明度レベルの標準偏差値による二元. -3 1.5. 2.0 18. 3.0. 3.0 3.5 4.0 4.5 ( )の中は明度レベルの標準偏差値. 的な評価指標を提案した。この評価指標を用いれば、照明環境の心理的効果について、定量化が可能となる。. 図 7 Ldif 値と不均一感（グループⅡ）. 参考文献. 5. 評価指標の提案実験 2 の結果より、照明空間の不均一性は、局所的要素と大局的要素によって構成される複合的な尺度であることが明らかになった。したがって、その評価指標は、大局的要素を考慮した明局所的要素を考慮した Ldif 値と、 45-4. 1) 李善永、他：住宅居間における明るさの分布が心理評価に及ぼす影響に関する研究、日本建築学会計画系論文報告集、 pp.1-6、1997 年 2) 中村芳樹、他：オフィスの輝度分布特性とその心理的効果、日本建築学会計画系論文報告集、pp.27-33、1993 年.

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