# 後側ロフト w=1.4 筐体 実機評価報告書 (Rear Housing Loft w=1.4 Field Evaluation)

## 概要 (Overview)

後側筐体のみをロフトパラメータ 1.4 版（SmTIAS-LightSim `configs/meshes/後側_w1p4.stl`）で再印刷・交換した SmTIAS 001 について，白板撮影による照明評価を実施した．**従来筐体の後側ロフトパラメータは 0.5** であり，本評価は後側ロフト w=0.5（従来）→ w=1.4（再印刷）の変更に対する実機比較である．評価は（1）**全灯点灯の均一性**（従来筐体 w=0.5 の正規ターゲットとの比較＝SmTIAS-LightSim TEST_10 シミュレーション予測の実機検証），（2）**下・左・右の単灯切り分け**（TEST_04 と同条件の再評価），（3）**全灯実測 vs 単灯加算（下＋左＋右）**（TEST_04 限界節で挙げた線形加算仮説の定量検証）の 3 本立てである．

結論を先に述べると，

1. **全灯の均一性・形はほぼ従来筐体（w=0.5）と同等**（CoV 0.0695 → 0.0617 とむしろ微改善）であり，TEST_10 のシミュ予測「全灯の均一性・形はほぼ不変」と整合した．全体光量は +13%（画素比 w1.4/w0.5 の中央値 1.131）で，増光は像面上側の暗部で最大（+15〜17%）・中心明部で最小（+9%）と**暗部を選択的に持ち上げる**分布だった．
2. 単灯の明るさ順は **下 > 左 > 右** となり，従来筐体 w=0.5（TEST_04: 右 > 左 > 下）から**逆転**した．
3. 全灯実測は単灯加算とよく一致し（実測/加算の平均比 1.031，CoV は両者 0.062 で同一），**照明がほぼ線形加算で合成される**ことを実測で確認した．

## 前提・対象データ (Scope and Samples)

| 条件 | データ | 撮影日時 |
| --- | --- | --- |
| 全灯（白板に汚れあり） | `SmTIAS_QM_20260726_183416` | 2026-07-26 18:34 |
| 全灯（白板清掃後） | `SmTIAS_QM_20260727_124257` | 2026-07-27 12:42 |
| 下のみ点灯 | `SmTIAS_QM_20260727_134105` | 2026-07-27 13:41 |
| 左のみ点灯 | `SmTIAS_QM_20260727_134853` | 2026-07-27 13:48 |
| 右のみ点灯 | `SmTIAS_QM_20260727_140129` | 2026-07-27 14:01 |
| 比較対象: 従来筐体 w=0.5・全灯（正規ターゲット） | `SmTIAS_QM_20260601_124500` | 2026-06-01 12:45 |
| 比較対象: 従来筐体 w=0.5・単灯（下/左/右，TEST_04） | `SmTIAS_QM_20260615_{141420, 150300, 170948}` | 2026-06-15 |

| 項目 | 内容 |
| --- | --- |
| 機種 / モード | SH-02M / 定量モード（RAW_SENSOR，AE/AWB OFF，ISO 40，露光 1/120 s） |
| ハード変更点 | 後側筐体のみロフト 1.4 版に交換（**従来筐体の後側ロフトは 0.5**）．下側フレア部が外側へ最大約 10 mm 膨張・キャビティ体積 +6.3%．LED 基板・評価板側の形状は不変．前側筐体・LED カバー・評価板・LED は従来品 |
| 評価領域 (ROI) | `config/roi_config.json` の `smtias.whiteboard`（x=539, y=1015, 1400×1409，全枚共通） |
| 評価条件 | linear（output_color=raw）/ portrait / LSC 順適用（従来ターゲットと同一手順） |

> **前提（本評価の限界）**: 単灯 3 枚は遮光作業を挟んだ別撮影である．また**下のみ点灯（`134105`）は ROI 下端（y≈1391〜1408，x≈68〜611）に遮光テープが写り込み**，最小輝度 8.33・max/min 比 11.48 と min 依存指標が無効化されている（TEST_04 初回右のみと同型の失敗）．写り込み行を除外（y<1370）した参考値は mean 81.41・CoV 0.0576・max/min 1.560．CoV・中心/周辺比など面平均系の指標への影響は軽微（写り込みは ROI 面積の約 0.14%）．

## 結果 (Results)

### 1. 全灯均一性 — 従来筐体 w=0.5 との比較（TEST_10 実機検証）

| 指標 | 従来 w=0.5 (0601_124500) | w1p4・汚れあり (0726_183416) | w1p4・清掃後 (0727_124257) |
| --- | --- | --- | --- |
| 平均輝度 | 207.82 | 226.53 | **234.78** |
| 標準偏差 | 14.45 | 14.47 | 14.48 |
| CoV | 0.0695 | 0.0639 | **0.0617** |
| 最大/最小比 | 1.6166 | 1.5955 | **1.5925** |
| 中心/周辺比 | 1.0911 | 1.1059 | **1.0855** |
| 勾配 (%) | 8.35 | 9.58 | **7.87** |
| 動径 min/max 比 | 0.8600 | 0.8400 | 0.8550 |

（**太字**＝3 条件中もっとも良好な値）

- 清掃後の w1p4 は CoV・max/min 比・中心/周辺比・勾配の全てで従来筐体と同等以上．動径 min/max 比のみ僅差で従来が上回るが差は 0.005．
- 標準偏差は 3 条件でほぼ同一（14.45〜14.48）であり，CoV の改善は主に平均輝度の上昇（+13%）による．キャビティ体積 +6.3% に伴う内面反射の寄与増と，撮影セッション間の光量差の両方が考えられる．
- シミュ予測（CoV 0.1717 → 0.1701，ほぼ不変）に対し，実機は 0.0695 → 0.0617（−11%）．絶対値はシミュと実機で水準が異なるが，「悪化しない・形が変わらない」という予測の向きは実機でも支持された．
- **画素ごとの比 w1.4/w0.5**（`compare_loft_housings_all.png` 右上）: 中央値 1.131・[p5, p95] = [1.090, 1.172]．増光は一様でなく，**像面上側の暗部で最大（+15〜17%）・中心明部で最小（+9%）**という空間分布を持つ．暗部が選択的に持ち上がることが CoV 微改善（0.0695 → 0.0617）の実体である．
- 白板清掃の効果: 汚れあり → 清掃後で CoV 0.0639 → 0.0617．汚れあり版の輝度マップに見られた左中段（x≈100〜170，y≈750〜800）の暗点 2 つは清掃後に消失しており，白板の汚れと確認された．

### 2. 単灯切り分け（w1p4）— 従来筐体 w=0.5（TEST_04）との比較

| 指標 | 下のみ | 左のみ | 右のみ |
| --- | --- | --- | --- |
| 平均輝度 | **81.21** | 75.19 | 71.33 |
| CoV | 0.0649（除外時 0.0576） | **0.0615** | 0.0822 |
| 最大/最小比 | (11.477)※ 除外時 1.560 | 1.675 | 1.796 |
| 中心/周辺比 | 1.116 | **1.106** | 1.118 |
| 勾配 (%) | 10.43 | **9.56** | 10.58 |
| 動径 min/max 比 | 0.829 | **0.848** | 0.828 |

（※ 下のみは遮光テープ写り込みにより min 依存指標が無効．「除外時」は写り込み行除外の参考値．**太字**＝3 灯中もっとも良好な値）

- 明るさ順は **下 (81.2) > 左 (75.2) > 右 (71.3)**．従来筐体 w=0.5 の TEST_04（右 63.6 > 左 61.5 > 下 57.8）から**順位が逆転**し，従来最弱だった下灯が最強になった．筐体別 2×3 並置は `compare_loft_housings_singles.png` を参照．
- 単灯の平均輝度は TEST_04 比で全灯とも大幅増（下 +41%・左 +22%・右 +12%）．変形が下側フレア部（下灯側の空間拡大）であることと，下灯の増分が最大であることは整合的である．ただし TEST_04 とは撮影日・遮光作業・白板状態が異なるため，筐体効果と条件差の切り分けは今後の課題．
- 均一性は左が最良・右が最劣（CoV 0.0822）となり，TEST_04（右が最良）から傾向が変わった．
- 各灯が異なる方向を照らす相補配置は従来同様に維持されている（比較図参照：下＝像面中央〜上側を広く，左＝像面右寄り，右＝像面右下寄り）．

### 3. 全灯実測 vs 単灯加算（線形加算仮説の検証）

| 指標 | 実測（全灯） | 加算（下＋左＋右） |
| --- | --- | --- |
| 平均輝度 | 234.78 | 227.73 |
| CoV | 0.0617 | 0.0617 |
| 最大/最小比 | 1.593 | 1.857※ |
| 中心/周辺比 | 1.085 | 1.113 |
| 勾配 (%) | 7.87 | 10.19 |
| 動径 min/max 比 | 0.855 | 0.840 |
| 実測/加算 比 | 平均 1.031・中央値 1.031・[p5, p95] = [0.994, 1.065] | — |

（※ 加算マップは下のみ点灯の写り込みを含むため max/min 比は無効）

- **実測 ≈ 加算が成立**: 画素ごとの実測/加算比は平均 1.031，90% の画素が 0.994〜1.065 に収まる．CoV は両者 0.062 で一致し，**「3 灯の相補で合成均一性が成立する」仮説（TEST_04）は定量的に支持された**．
- 系統的な残差: 比マップは中心部で僅かに 1 未満（≈0.96〜0.98）・周辺部で 1 超（≈1.03〜1.06）と緩やかな空間構造を持つ．全体 +3.1% のオフセットは，単灯撮影時の黒テープが（遮光した灯の LED カバー面での）内面反射も奪うこと，およびセッション内の光量ドリフトで説明できる範囲と考える．周辺で実測が相対的に明るいことは，実測の動径 min/max 比（0.855）が加算（0.840）より良い＝**実灯合成は単純加算よりさらに均一**という結果に対応する．

### 比較図・出力一覧

- 筐体比較・全灯（w0.5 vs w1.4，比マップ付き）: `output/smtias/figures/compare_loft_housings_all.png`
- 筐体比較・単灯（w0.5 vs w1.4，2×3 並置）: `output/smtias/figures/compare_loft_housings_singles.png`
- 単灯 3 枚比較（w1p4 のみ，共通絶対カラースケール）: `output/smtias/figures/compare_single_leds_w1p4.png`
- 全灯実測 vs 単灯加算（比マップ付き）: `output/smtias/figures/compare_composite_vs_sum_w1p4.png`
- 各撮影の個別出力（輝度マップ / ヒストグラム / 動径プロファイル / ゾーンマップ / CSV）: `output/smtias/{figures,results}/SmTIAS_QM_2026072*_*`

## 考察 (Analysis)

### 1. ロフト 0.5 → 1.4 変形は全灯均一性を損なわない（TEST_10 の実機検証成立）

CoV・max/min 比・中心/周辺比・勾配のいずれも従来筐体 w=0.5 と同等〜微改善であり，シミュ予測「均一性・形はほぼ不変」は実機で再現された．後側筐体の下側フレア部を最大 10 mm 膨張させても照明性能上の副作用はなく，むしろ光量 +13% は像面上側の暗部に厚く配分され（比マップ），均一性を僅かに押し上げた．

### 2. 単灯バランスの逆転は下側キャビティ拡大と整合的

従来最弱だった下灯が最強（+41%）へ転じ，増分は下 > 左 > 右 の順で変形部位（下側）に近いほど大きい．これはキャビティ拡大による下灯光路の開放・内面反射増という筐体効果として説明可能である．一方で TEST_04 とは撮影条件が完全同一でないため，断定には従来筐体での同日再測が必要である．

### 3. 線形加算モデルの成立 — 設計ツールとしての含意

実測 ≈ 単灯加算（±3〜6%）が確認されたことで，**単灯マップの加算による合成予測**が実用精度で成り立つ．今後の LED 配置・光量バランス検討は，全灯撮影を繰り返さずに単灯データの重み付き加算で机上検討できる．また灯別の劣化診断（単灯撮影 → 加算予測と全灯実測の乖離監視）にも応用できる．

## 結論 (Conclusion)

1. 後側ロフト w=0.5（従来）→ w=1.4 で全灯均一性は同等以上（CoV 0.0695 → 0.0617・光量 +13%）となり，**SmTIAS-LightSim TEST_10 のシミュ予測は実機検証された**．
2. 単灯の明るさ順は**下 > 左 > 右に逆転**し，変形部位（下側）に近い灯ほど明るさが増した．筐体効果として整合的だが，条件差の切り分けは残課題．
3. **全灯実測 ≈ 単灯加算**（平均比 1.031・CoV 一致）が成立し，3 灯相補による合成均一性の仮説（TEST_04）を定量的に裏付けた．

## 限界と今後 (Limitations & Future Work)

- 下のみ点灯（`134105`）は ROI 内に遮光テープが写り込み，min 依存指標が無効（面平均系は有効）．撮影時にフレーム外で遮光する運用（TEST_04 で提起済み）が再度徹底されなかった．**単灯撮影の遮光手順を SPEC_03 に明文化する**ことを推奨する．
- 単灯バランス逆転（下 > 左 > 右）の要因切り分けには，従来筐体に戻した同日・同手順の単灯再測が必要．
- 従来筐体ターゲットは暗闇撮影，本評価の撮影環境の外乱光条件は未記録．TEST_03 の知見では定量モードは外乱光の影響を受けにくいが，厳密比較には撮影環境の統一が望ましい．
- 実測/加算比の空間構造（中心 <1・周辺 >1）の要因（遮光テープによる内面反射の喪失か，光量ドリフトか）は未分離．単灯撮影の順序を変えた再測や，遮光なし・カバー面反射条件の比較で切り分けられる．

## 参照 (References)

- [TEST_04 単灯照明比較評価報告書](TEST_04_単灯照明比較評価報告書.md)
- [TEST_03 外乱光影響評価報告書](TEST_03_外乱光影響評価報告書.md)
- SmTIAS-LightSim `docs/06_TEST/TEST_10_後側ロフト変形w1p4実験.md`（シミュレーション側の記録）
- [SPEC_03 TIAS 白板撮影プロトコル](../04_SPEC/SPEC_03_TIAS白板撮影プロトコル.md)
- 評価実装: `scripts/run_uniformity_dng.py`（個別指標算出）／`scripts/compare_single_leds.py`（3 単灯比較図，CLI 対応）／`scripts/compare_composite_vs_sum.py`（全灯実測 vs 単灯加算，新規）／`scripts/compare_loft_housings.py`（筐体 w0.5 vs w1.4 の全灯・単灯直接比較，新規）
- 対象データ: `data/smtias/quantitative/`（gitignore 対象）