被写体の材質，材質の状態，および，材質のカテゴリを識別することは，リサイクル，劣化診断，および，質感の理解などにおいて重要である．本研究では，非破壊・非接触で識別を行うことができる画像に基づく手法を提案する．提案手法では，物体の見えが物体表面の分光反射率やざらつきに依存することから，材質識別のために多波長・多方向光源の強度とカラー画像から濃淡画像へのグレースケール変換を同時に最適化する．また，光源の強度に非負値拘束を課すことで，単一画像からの識別を実現する．本稿では，照明とグレースケール変換の同時最適化が線形制約付きの双線形最適化に帰着することを示すとともに，2枚の濃淡画像に基づく従来手法と比較した実験結果を示す．