照明均一性評価報告書 (Illumination Uniformity Evaluation Report)

評価概要 (Evaluation Overview)

• 装置: MiniTIAS（小型口腔内画像取得装置）
• 撮影日: 2026-04-08
• 評価対象: 白板画像 12 枚
• 手法: SPEC_02_照明均一性評価アルゴリズム
• 集計統計出力: バッチ解析時に output/results/summary_statistics.csv として自動出力される
• 輝度変換: ITU-R BT.709（Y = 0.2126R + 0.7152G + 0.0722B）1
• 均一性指標: CoV，標準偏差，最大/最小比
• 空間分析: 3 ゾーン（center d<0.33 / middle / periphery d≥0.66）
• ROI: x=539, y=1015, w=1400, h=1409

結果の要約 (Results Summary)

均一性指標 (Uniformity Metrics)

空間分析指標 (Spatial Analysis Metrics)

代表画像の可視化 (Representative Visualization)

代表画像として MiniTIAS_20260408_144434（中央値に近い値）を使用する．

図: 輝度マップ（MiniTIAS_20260408_144434）

図: 輝度ヒストグラム（MiniTIAS_20260408_144434）

図: 放射状輝度プロファイル（MiniTIAS_20260408_144434）

図: ゾーンオーバーレイマップ（MiniTIAS_20260408_144434）

再現性評価: SSIM (Reproducibility: SSIM)

12 枚の輝度マップに対するペアワイズ SSIM（全 66 ペア）の集計結果を以下に示す．

考察 (Discussion)

均一性の水準評価 (Uniformity Level Assessment)

• CoV が全画像で 0.0423–0.0429 の範囲にあり，0.05 を下回る
• 照明工学の実務では CoV < 0.10 が許容範囲，CoV < 0.05 が良好とされる経験的基準が広く用いられている 3
• 本評価結果は「良好」の水準に該当する
• 標準偏差も 6.11–6.27 と安定しており，平均輝度に対して約 4% のばらつきに収まる

最大/最小比の解釈 (Max/Min Ratio Interpretation)

• 全画像の最大/最小比は 1.358–1.493 の範囲
• MiniTIAS_20260408_140408 のみ 1.493 と他の画像より突出（最小値 108.30 が特異的に低い）
• この画像を除くと範囲は 1.358–1.440 に収まり，局所的な異常の可能性がある
• 最小値の低下は ROI 端部の影やセンサーノイズが原因と考えられる

中心-周辺勾配の特徴 (Center-Periphery Gradient Characteristics)

• 全画像で中心 > 中間 > 周辺の単調減少パターンが確認された
• 中心/周辺比は 1.0623–1.0664 で，中心が周辺より約 6.5% 明るい
• 勾配量は 5.86–6.23% で，中心から周辺にかけて一貫した輝度減衰がある
• これは典型的なビネッティング（周辺光量低下）パターンであり，以下が原因と推定される:
  • LED 光源の配置が中心方向に集中している（主因）
  • 筐体内壁の反射特性の不均一
  • レンズ系のコサイン 4 乗則による周辺光量低下の可能性 5（ただし Android カメラの ISP によるレンズシェーディング補正が適用されるため，寄与は限定的と考えられる）

再現性の評価 (Reproducibility Assessment)

画像間変動係数（CV = 標準偏差 / 平均，母集団標準偏差 ddof=0）に基づいた定量的な再現性評価を以下に示す 7．

• 平均輝度の CV が 0.0056（約 0.6%） → 撮影ごとの輝度レベルが極めて安定しており，高い再現性を示す
• CoV の CV が 0.0044（約 0.4%） → 均一性評価指標自体の再現性も高く，評価結果が撮影条件に依存しにくいことを示す
• 中心/周辺比の CV が 0.0012（約 0.1%） → 空間的な照明パターンが撮影間で非常に安定しており，ビネッティング特性が固定されていることを確認
• 勾配量の CV が 0.0183（約 1.8%） → 他の指標と比べてやや大きいが，範囲は 0.37%（5.86–6.23%）に収まり，実用上は十分に安定している
• 以上より，12 枚の撮影間で照明条件が極めて安定しており，MiniTIAS の照明系は高い再現性を持つと結論する

SSIM による構造的再現性 (Structural Reproducibility via SSIM)

• ペアワイズ SSIM の平均が 0.9112（標準偏差 0.0012）であり，全 66 ペアで SSIM > 0.90 を達成している
• SPEC_02 の解釈基準（≥ 0.95 で「高い再現性」）には達していないが，これは撮影ごとの微小な照明パターン差（センサーノイズ・LED の微小な出力変動等）を SSIM が空間的に捉えるためであり，要約統計量ベースの CV が示す高い再現性と矛盾しない
• CV が要約統計量のばらつきのみを評価するのに対し，SSIM は画像全体の輝度・コントラスト・構造パターンの一致度を評価する
• 両指標を併用することで，マクロレベル（CV）とピクセルレベル（SSIM）の再現性を相補的に確認できる

改善提案 (Improvement Proposals)

拡散構造の最適化 (Diffuser Optimization)

• 現状の約 6% の中心-周辺勾配を低減するため，拡散板の追加または変更を提案
• 拡散板の厚みや材質を調整し，周辺方向への光の散乱を増加させる
• 目標: 勾配量を 3% 以下に低減

光源配置の調整 (Light Source Arrangement)

• LED の配置角度を外向きに調整し，中心への光の集中を緩和する
• 追加の周辺 LED を配置し，周辺光量を直接的に補う

反射板の追加 (Reflector Addition)

• 筐体内壁の反射率を向上させる反射板またはコーティングを追加
• 内壁での反射光により周辺光量を補完する

ソフトウェア補正 (Software Correction)

• 暫定対策として，フラットフィールド補正を提案 6
• 白板画像の平均輝度マップを正規化し，撮影画像を除算することで照明ムラを補正
• ハードウェア改善と併用可能

今後の課題 (Future Work)

• TIAS（従来型口腔内画像取得装置）との照明均一性の比較評価（開発ステップ 3）
• 長期間（日単位・週単位）にわたる経時安定性の評価
• 動作温度の変化に対する照明特性の依存性評価
• 異なるホワイトバランス・露出設定が均一性指標に与える影響の評価
• 撮影距離（白板と開口部の距離）の変化に対する均一性の評価

参考文献 (References)

• 1 ITU, "BT.709-6: Parameter values for the HDTV standards for production and international programme exchange," ITU-R, 2015.
• 2 C. Poynton, Digital Video and HD: Algorithms and Interfaces, 2nd ed. Morgan Kaufmann, 2012.
• 3 EN 12464-1:2021, "Light and lighting — Lighting of work places — Part 1: Indoor work places," CEN, 2021.
• 4 ANSI/IES LM-79-24, "Approved Method: Optical and Electrical Measurements of Solid-State Lighting Products," IES, 2024.
• 5 W. J. Smith, Modern Optical Engineering, 4th ed. McGraw-Hill, 2007.
• 6 R. C. Gonzalez and R. E. Woods, Digital Image Processing, 4th ed. Pearson, 2018.
• 7 ISO 5725-2:2025, "Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 2," ISO, 2025.
• 8 G. F. Reed, F. Lynn, and B. D. Meade, "Use of Coefficient of Variation in Assessing Variability of Quantitative Assays," Clin. Diagn. Lab. Immunol., vol. 9, no. 6, pp. 1235–1239, 2002.
• 9 Z. Wang, A. C. Bovik, H. R. Sheikh, and E. P. Simoncelli, "Image quality assessment: from error visibility to structural similarity," IEEE Trans. Image Process., vol. 13, no. 4, pp. 600–612, 2004. DOI: 10.1109/TIP.2003.819861

関連ドキュメント (Related Documents)

• SPEC_02_照明均一性評価アルゴリズム