JP5069185B2 - 撮像装置、撮像方法及び画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置及び撮像方法に関し、特に、鏡面性の高い日本刀などをデジタルアーカイブするために、高精細画像の撮像を可能にする撮像装置及び撮像方法、並びに画像処理方法に関する。

近年、歴史的文化財の次世代への継承を目的としたデジタルアーカイブが盛んに行われてきている。なかでも日本の代表的な伝統文化財である日本刀は、世界各国からインターネット等による閲覧、配信の要望が高く、デジタルアーカイブの期待が大きい。

しかしながら、日本刀は絵画、屏風絵等とは異なり、その表面に光沢と刃文が混在し、見る者、見る角度などによって、見え方が異なり、その特徴を捉えるのが非常に困難であるとされている。したがって、これまではもっぱら人による撮影に頼ってきていた。

従来、ドキュメントの場合には、特許文献１や特許文献２に記載のように、分光特性が異なる複数の光源や分光フィルタを備えたスキャナを用いてドキュメントを読取ることで、ドキュメントの分光特性を有効に取得して、忠実な色再現が可能である。

一方、日本刀をデジタルアーカイブする試みとしては、非特許文献１や非特許文献２に記載のように、カラードキュメントスキャナを用いて日本刀を撮像し、その画像を画像処理ソフトウエアにより修正処理して高精細な日本刀カラー画像を得る方法が提案されている。

特開２００３−００８８２８号公報 特開２０００−１２１４４４号公報 Ａｋｉｒａ Ｉｄｅほか「Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌｉｚｉｎｇ Ｐｉｃｔｏｒｉａｌ Ｄａｔａ ｏｆ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｓｗｏｒｄｓ」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ３８ｔｈ Ｈａｗａｉｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ−２００５ Ａｋｉｒａ Ｉｄｅほか「Ａｎ Ｏｕｔｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｓｗｏｒｄｓ」ＩＰＳＩ−２００５ ＶＥＮＩＣＥ

ドキュメントのように平面性、定形性があり、略拡散面である紙上の画像を走査、撮像するのであれば、特許文献１や特許文献２に記載のような、従来技術においても、拡散反射光も効率よく得られ、高品位な画像が取得可能である。

しかしながら、立体物、特に日本刀では鏡面性が高く、著しい形状変化があり、量産品ではないため同一形状の物が無いことからも、画一的な撮像では対応できない。また、その鏡面性から周囲環境の写りこみが懸念され、至近距離でのカメラ撮像にも困難を極める。

非特許文献１や非特許文献２では、カラードキュメントスキャナによる撮像と画像処理ソフトウエアによる画像修正を通し、日本刀のカラー画像を獲得している。しかし、カラードキュメントスキャナによるＲＧＢの画像取得のみでは波長分布が重なり、異なる波長に応答する特性も同一の波長内に埋もれてしまい、全体の色調整は可能であるが、刃文などの詳細な文様の色再現はまだ満足のいくものとはいわれていない。加えて、対象物に対し下方からの撮像では、対象物を支えるためのコンタクトガラスが光学上、ゴーストや色再現に影響を与える場合があり、コンタクトガラスを除去した場合でも支持体により死角が生じてしまう。

また、日本刀の「見え」に関し、ドキュメント等の複写という概念ではなく、多様な角度、多様な姿勢で見たイメージの具現化という性格が強く、十分な色調整の可能性を付与する必要がある。

このように、日本刀では、照明角度、撮像角度が日本刀のある位置では拡散光が鮮明に撮像され、色情報が取得できる場合もあれば、他の位置ではその鏡面性から照明角度と撮像角度が正反射を形成した場合、得られる色情報は光源色であり、照明光光量より画像の画素値は飽和する場合もある。また、日本刀の微細な文様から連続分光特性に近い色情報を取得する必要がある。かかる点より、日本刀の撮像では最適光学配置により微細な色情報の取得を同時に実現する必要がある。

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、鏡面性が高く、固有の形状、文様を有する日本刀などに対応した高精細画像の撮像を可能とする撮像装置及び撮像方法並びに画像処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、刀を撮像する撮像装置であって、光源と、前記光源から出射される光束の波長をそれぞれ異なる波長に限定する複数の波長限定手段と、前記複数の波長限定手段を切り替える波長切り替え手段と、前記波長切り替え手段で切り替えられた前記波長限定手段により限定された波長の光束を刀の所定領域に照射する光束照射手段と、前記光束照射手段からの光束により照射された前記刀の表面の反射光量分布を所定領域で取得する光量取得手段と、前記光束照射手段及び前記光量取得手段の撮像光学系を前記刀と平行に移動する撮像光学系移動手段と、前記光束照射手段からの光束照射角度を前記撮像光学系の移動方向を含む面内で可変とする光束照射手段回転手段とを有し、
前記光束照射手段回転手段によって前記刀に照射する光束照射角度を調整し、前記波長切り替え手段によって前記複数の波長限定手段を順次切り替え、前記波長限定手段の切り替えに合わせて、前記撮像光学系移動手段によって前記撮像光学系を前記刀と平行に繰り返して移動して、前記刀を複数の異なる波長帯で撮像した分光画像を取得することを主要な特徴とする。

本発明によれば、鏡面性が高く、固有の形状、文様を有する日本刀などの高精細画像を容易に取得することが可能になる。なお、本発明の具体的な作用、効果については、以下の種々の実施例と関連して詳述する。

以下、本発明の実施形態について図面を参考して説明する。なお、以下の実施形態では、撮像対象物について、紫、青、緑、黄、橙、赤の６波長帯の画像を取得するとするが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像対象物に応じて、波長帯の種類、数を変更することは自由である。

図１は本発明による撮像装置全体の概念図を示したものである。図１において、波長限定手段であるそれぞれ異なる波長のバンドパスフィルタ１ａ（紫）、１ｂ（青）、１ｃ（緑）、１ｄ（黄）、１ｅ（橙）、１ｆ（赤）を、波長切替え手段としてのチェンジャ２に固定して、ハロゲンランプやキセノンランプ等の光源３と組み合わせ、チェンジャ２を回動することで、順次、波長を制限した光束を、光ファイバ等のライトガイド４を通して、光束照射手段であるヘッド６により撮像対象物の日本刀５に導光し照射する。そして、該ヘッド６により日本刀に照射された光束の拡散反射光を光量取得手段であるラインセンサ７で受光する。図２にフィルタ１ａ〜１ｆの分光透過率特性の一例を示す。

日本刀５を載置・固定するベース１８は、ゲル状部材をビロード素材のような黒布で覆うことで、設置時に日本刀に損傷を与えず、日本刀５の形にベース１８の面形状自体が馴染むため、特に把持機構を設けなくても固定することが可能となる。黒布は背景色の映り込みや迷光の反射を防止するためであるが、画像の背景として白色の布を用いる場合もある。

ライトガイド４の光束出射端であるヘッド６には、出射光を集光する図示しないシリンドリカルレンズが設けられる。なお、ラインセンサ７で効率よく反射光を受光できるように、ヘッド６はラインタイプのものが好ましい。また、ラインセンサ７にも、拡散光を結像するための図示しないレンズが設けられる。これらヘッド６、ラインセンサ７を搭載した撮像光学ユニット８をステージ９上を移動せしめて、ヘッド６からの出射光で日本刀５を照射し、その反射光をラインセンサ７で受光することで、日本刀５の全体の画像（分光画像）を取得することができる。

撮像光学ユニット８の移動は、ステージ９に平行に設定される図示しない移動機構（撮像光学系移動手段）により行う。移動機構には、リニアモータやリニアシャフトを用いたリニアステージ、ステッピング等によるボールネジやベルト駆動機構を利用することができる。ただし、長尺でシームレスな画像を取得するためにはリニアステージを用いたものが最適であり、本実施形態では、リニアシャフト及びリニアステージにより、リニアガイドで撮像光学ユニット８を支持して移動させる機構を採用することとする。

また、本実施形態では、６波長のバンドパスフィルタ１ａ〜１ｆを使用するため、６回、日本刀５の画像（分光画像）を取得することとなる。これは、チェンジャ２の回動に合わせて、撮像光学ユニット８を６往復させてもよく、また、往路復路で分光画像を取得することで３往復でも良い。いずれにおいても、分光画像の重ね合わせを考慮した場合、位置検出用リニアエンコーダ等をステージ９に平行に設置し、撮像光学ユニット８の位置を検知しながら移動と撮像を行うことで、位置ずれのない分光画像を取得することができる。

なお、画像のつなぎ、撮像スピードに多少課題があるが、撮像系をラインセンサではなくエリアセンサとし、切り出した画像をつなげることで、日本刀５の全体画像を取得することも可能である。

ラインセンサ７により撮像された各分光画像は、図示しない画像処理装置に転送され処理される。画像処理装置は基本的にコンピュータと同様の構成である。図３に画像処理装置の処理フローチャートを示す。画像処理装置では、日本刀５について６波長のフィルタを用いた照明により撮像された各分光画像を順次入力し（ステップ１０１）、メモリに一旦記憶する（ステップ１０２）。そして、まず、各分光画像について、図２に示すような各フィルタの透過率の差異を補正する（ステップ１０３）。具体的には、最大透過率を有するフィルタ１ｂ（青）に対するその他のフィルタ１ａ（紫），１ｃ（緑），１ｄ（黄），１ｅ（橙），１ｆ（赤）の透過率との比で各分光画像を除すことで規格化することとなる。次に、この規格化された各分光画像をＸＹＺ表色系に変換し（ステップ１０４）、ＲＧＢカラー画像に合成する（ステップ１０５）。

６枚の分光画像から１枚のカラー画像へ合成したときのカラー画像の仕様は、出力形態により異なる。Ｗｉｅｎｅｒ推定などにより６枚の分光画像から略全波長域の色再現が可能であり、色域の広い出力デバイスを用いることで、より真値に近い画像として再現することが可能となる。

図４の（ａ）〜（ｆ）に、６波長のフィルタ２ａ（紫）、２ｂ（青）、２ｃ（緑）、２ｄ（黄）、２ｅ（橙）、２ｆ（赤）を用いた照明により取得した各分光画像を示す。また、これらの分光画像を合成したカラー画像を図５に示す。

以上、本発明による撮像装置の基本構成及び処理について説明したが、以下に本装置の特徴とする種々の実施例について説明する。なお、以下の各実施例で図１と同一部分には同じ符号を用いる。

日本刀の刃文に代表される文様は、その照明方向、観察する視線方向により、見え方が異なる。これは、日本刀の形状、材料やその分布の差異などによると考えられる。そこで、本実施例では、図１において、照明系のヘッド６を回転可能な構成にして、撮像対象物である日本刀５の形状、表面性状に応じて光束照射角度を調整できるようにする。

図６に、照明系のヘッド６の回転機構の構成例を示す。撮像光学ユニット８に、日本刀５の略上面を回転中心としてヘッド６の角度を可変にする回転ステージ１０を固定し、アーム１１でヘッド６と接続する。ヘッド６には、出射光を集光するためのレンズ（シリンドリカルレンズ）１２が設けられている。回転ステージ１０が回転することにより、アーム１１も回転し、それに対応してヘッド６の角度が図示のように変化する。回転ステージ１０は、回転中心が撮像光学ユニット８よりも下方にあるため吊り下げ型になる。

本実施例によれば、鏡面性の高い日本刀などの微細な色情報を、対象物の形状、表面性状に合わせて照明角度を調整することで、鮮明な画像として取得することができる。なお、先の図４、図５の画像は本実施例を適用した例である。

本実施例は、図１において、照明系のヘッド６と共に撮像系のラインセンサ７も回転可能な構成にして、対象物の形状、表面性状に応じて、光束照射角度及び撮像角度を調整できるようにしたものである。

図７は本実施例の構成例で、図６の構成に更にラインセンサ７の回転機構を追加したものである。図７において、図６の照明系のヘッド６の回転機構と同様に、撮像光学ユニット８に、日本刀５の略上面を中心してラインセンサ７の角度を可変にする回転ステージ１３を固定し、アーム１４でラインセンサ７と接続する。ラインセンサ７には、拡散光を結像するためのレンズ１５が設けられている。回転ステージ１３が回転することにより、アーム１４も回転し、それに対応してラインセンサ７の角度が図示のように変化する。回転ステージ１３は、回転中心が撮像光学ユニット８より下方にあるため、図６の照明系のヘッド６を回転する回転ステージ１０と同様に吊り下げ型になる。

なお、ラインセンサ７に設けられる結像レンズ１５は反りを有する日本刀５の幅、厚み変動に対応するため、視野を確保し、焦点深度の深い光学系を満たす必要がある。加えて、人の目の分解能を７０［μｍ］〜２００［μｍ］から撮像系の分解能を規定（例えば、人の目の分解能の約２倍の分解能３０［μｍ］程度）すると必要とされるレンズの仕様が決まる。

本実施例によれば、鏡面性の高い日本刀などの微細な色情報を、対象物の形状、表面性状に合わせて、照明角度及び撮像角度を調整することで、更に鮮細な画像として取得することができる。

例えば、図８に示すように、日本刀５ａ，５ｂのように厚みの異なる対象物では、撮像光学ユニット８上に固定されている照明系のヘッド、撮像系のラインセンサ等の光学素子との距離が変動し、入射光束１６の日本刀５ａ上面での反射光１７ａが、日本刀５ｂでは反射光１７ｂとなり、その反射光量を取得不可能となるか、弱い拡散光量のみの取得となる。

そこで、本実施例では、撮像対象物の日本刀を載置・固定するベース１８を上下動する図示しないステージ（撮像対象物移動手段）を設ける。そして、あらかじめ撮像対象物の日本刀の厚みが分かっている場合、又は、後述する撮像光学ユニットと日本刀上面との間の距離測定により、当該ステージを用いて日本刀の撮像高さを調整する。これにより、日本刀の厚みにより日本刀上面の位置が変動することを防ぎ、撮像対象物の日本刀の厚みに関係なく、一様に鮮明な画像を取得することができる。

また、日本刀を固定する際、図９（ａ）に示す断面図のように、日本刀５の刀の幅、重心の位置、厚み等により変動する姿勢から、日本刀の位置により焦点位置が変動し、画像がボケたり、反射光がラインセンサ等の視線方向に戻ってこないなどの不具合が生じる場合がある。そこで、図９（ｂ）に示すように、日本刀５の姿勢を補正する保持部材１９を挟み込むことが、鮮明な画像を取得するのに効果的である。また、保持部材１９も、日本刀５を固定するベース１８を覆う布材と同様に、ゲル状部材を主な材料とすることで、損傷を与えることなく、姿勢を補正、保持することが可能となる。

例えば、図６に示したように、日本刀５の位置に回転中心がある照明系では、同一対象物に対しては角度のみの調整が可能である。しかし、照射角度と照射位置が同時に決まるため、高さが異なる対象物では同一の角度、位置での照射が不可能となる。これは図８で説明した撮像対象物移動手段との組合せでも同様に、対象物の高さが変動した場合、同一角度では撮像位置と照射位置に乖離が生じることとなる。

そこで、本実施例では、照明系のヘッド６からの光束照射角度を撮像光学ユニット８の移動方向を含む面内で可変にすると共に、該ヘッドからの光束照射位置を撮像光学ユニット８の移動方向と平行に移動可能とするものである。

例えば、図１０に示すように、撮像光学ユニット８に移動ステージ２０を取り付け、該移動ステージ２０上を、ヘッド６と回転ステージ１０ａが撮像光学ユニット８の移動方向と平行に移動できるようにする。この場合、回転ステージ１０ａの回転中心はヘッド６の略中央とする。回転ステージ１０ａによりヘッド６を角度調整し、角度調整後の位置ずれに対し、ヘッド６及び回転ステージ１０ａを移動ステージ２０上を移動して、例えば、６’，６”のように位置補正する。

本実施例によれば、一定または任意の照明角度に合わせて照明位置を調整することが可能になる。また、図１０の場合、回転ステージ１０の中心がヘッド６の略中央となることで、照明角度を可変とする機構全体の小型化も図れる。

なお、上記のように照明方向の角度と位置を制御することで、照明系ヘッドから対象物までの距離が変動するが、照明系ヘッド６にシリンドリカルレンズを設置して平行光化することで、照明系ヘッド６より出射される光束の角度を略照明系ヘッドの照射方向に制御可能となる。

本実施例は、撮像系のラインセンサ７の光軸角度を撮像光学ユニット８の移動方向を含む面内で可変とすると共に、該ラインセンサ７の撮像位置（光量取得位置）を撮像光学ユニット８の移動方向と平行に移動可能とするものである。

例えば、図１１に示すように、図７の回転ステージ１３の変わりに、回転ステージ１３ａにより回転可能とするミラー２１で、レンズ１５を固定したラインセンサ７の視線（光軸）方向の角度を調整可能とする。ミラー２１回転のみでは、回転前後でラインセンサ７の撮像している日本刀５の位置が変動する。そのため、ミラー２１を回転ステージ１３ａとともに移動ステージ２０ａ上を移動して、日本刀５上の位置が変動しないように、例えば、ミラー２１’、回転ステージ１３ａの位置に位置補正する。この結果、ラインセンサ７から日本刀５までの光路長が変動するため、移動ステージ２０ｂによりレンズ１５とともにラインセンサ７を例えば７’の位置まで移動し、光路長の変動を吸収して、日本刀５を撮像する角度のみを変更する。

本実施例によれば、一定または任意の撮像角度に合わせて撮像位置を調整することが可能になる。また、図１１の場合、撮像角度を可変とする機構全体の小型化も図れる。

本実施例は、例えば、図１０に示す照明の照射方向と位置を可変とする機構と、図１１に示す撮像位置および撮像の視線角度を可変とする機構とを撮像光学ユニット８上に設置して、撮像対象物の日本刀５の特徴（厚み、形状、表面性状等）に応じて、照明角度、照明位置、撮像角度、撮像位置を可変とするものである。

本実施例は図１０の変形例で、照明位置の移動を補完する光路長制御機構をもうけて、照明方向、照明位置の制御に柔軟性を持たせたたものである。

例えば、図１２に示すように、照明系のヘッド６からの出射光を、移動ステージ２０ｄに設置された一組の折り返しミラー２２ａで光路長を制御する。ミラー２２ａで折り返された光束は回転ステージ１０ｂに固定された照明方向制御ミラー２２ｂにより角度が制御され、この角度制御された光束は、撮像光学ユニット８上を移動する移動ステージ２０ｃに固定された照射位置制御ミラー２２ｃにより日本刀５に投光する光束の位置が制御される。

なお、照射位置制御ミラー２２ｃを用いずに、照明方向制御ミラー２２ｂのみで光束を垂直上方から日本刀５に照射することも可能である。

本実施例は、図１１の変形例で、撮像位置の移動を補完する光路長制御機構をもうけて、撮像方向、撮像位置の制御に柔軟性を持たせたものである。

例えば、図１３に示すように、ラインセンサ７に入射される視線方向を、移動ステージ２０ｆに設置された一組の折り返しミラー２１ａで光路長を制御する。ミラー２１ａで折り返される視線方向は回転ステージ１３ｂに固定された視線方向制御ミラー２１ｂにより角度が制御され、この角度制御された視線方向は、撮像光学ユニット８上を移動する移動ステージ２０ｅに固定された撮像位置制御ミラー２１ｃにより日本刀５上の撮像する位置が制御される。

なお、撮像位置制御ミラー２１ｃを用いず、視線方向制御ミラー２１ｂのみの使用により、日本刀５を垂直上方から撮像することも可能である。

本実施例は図１２の照明方向および照明位置を制御する機構と、図１３の撮像方向、撮像位置を制御する機構を撮像光学系ユニット８上に設置して、撮像対象物の日本刀５の特徴により、照明方向、照明位置、撮像方向、撮像位置を制御するものである。

本実施例は、距離センサにより撮像光学ユニット８と撮像対象物の日本刀５の距離を測定して、図１０乃至図１３に示した照明方向、照明位置、撮像方向、撮像位置等を制御する機構により、撮像光学ユニット８と日本刀５との距離変動を補正するものである。ここでは図１３の構成を例に説明するが、図１０、図１１、図１２の場合も同様である。

例えば、図１４に示すように、撮像光学ユニット８に距離センサ２３を取り付け、撮像対象物の日本刀５上を走査して、高さ変動情報を取得する。この取得した高さ変動情報をもとに、図１５に示すように、撮像系の視線角度を制御する回転ステージ１３ｂに固定した視線方向制御ミラー２１ｂの角度は不変として、移動ステージ２０ｅを制御して、該移動ステージ２０ｅに固定された撮像位置制御ミラー２１ｃの位置を調整する。これにより、例えば、異なる日本刀５ａ，５ｂに対応して日本刀５の高さが変動しても、撮像位置を一致させ、移動ステージ２０ｆに設置した折り返しミラー２１ａにより光路長の変動分を吸収して撮像が可能となる。必要な制御情報は、画像処理装置（コンピュータ）が、取得した高さ変動情報から生成して与えるようにする。

なお、異なる日本刀間の厚みの差異に限らず、単一の日本刀の位置による厚み変動にも、撮像しながら高さを連動して制御することで、日本刀全体にわたって焦点の合っている画像を取得可能となる。

ここで、日本刀は全体的に反っているため、距離センサ２３はライン状の光とエリアセンサでの反射光の取得により、日本刀全体の高さを三角測量的に計測する方法がより有効となる。また、通常の点光源とその反射光の位置変動取得による高さ検知では、センサ自体に撮像光学ユニット８の移動方向と垂直な移動機構を設ければよい。

例えば、図１６（ａ）に示すように，ファイバーライトガイドにより光源から導光し、ライトガイド先端のヘッド６から光束２４を日本刀５に照射する場合、通常、ファイバが有するＮＡにより、出射端から出射される光束は発散光２５となる。撮像対象物が紙上のドキュメントや絵画のようなものであれば、その拡散面により色情報は鮮明に取得可能である。しかし、日本刀の場合、鏡面性が高く、拡散光量が小さいため、色情報が失われやすく、さらにはその設置する姿勢により、視界の外側への反射光２６が多くなり、ラインセンサの視界にほとんど光が返って来ない場合がある。

そこで、本実施例では、効率よく日本刀表面からの拡散光量を取得するため、図１６（ｂ）に示すように、二つ（一般には複数）の照明系ヘッド６ａ，６ｂを日本刀５からの反射光の方向が内側に向くように設置する。この場合、複数のヘッドを使用する変わりにアーチ型のヘッドを用いることも可能である。

照明系を内側に向けることで、ラインセンサに撮像される画像の左右反転が懸念されるが、本装置では拡散光のみを取得するため、照明方向の調整により反射光取得効率を向上するのみで対応可能となる。また、日本刀では表裏面での撮像も重要となるため、２方向のヘッドを用い、日本刀の設置方向に対応して、切り替えることが有効となる。

図１７に示すように、撮像対象物の，日本刀５を設置するベース１８を、図示を省略した撮像光学ユニットの移動方向に平行でベース１８の中央を通る回転軸２７に対称に回転する。ベース１８の回転は、例えば、ゴニオステージ２８ａ，２８ｂをベース１８の下に設置し、手動または自動にて実行する。

焦点位置や撮像位置の変動の影響を考慮すると、ゴニオステージ２８ａ，２８ｂの回転中心が日本刀５の撮像対象面に一致しているのが理想であるが、日本刀５の高さは一本一本異なるため一意に決まらず、光学系の制御等により高さ方向を調整しての対応が好ましい。

ベース１８の回転角度は、日本刀の棟（峰）側部分の厚みに対して、数値上の角度を導出することも可能であるが、プレビュー画像等の見え方により最適角度を決定することが有効と考える。

本実施例によれば、撮像対象物の形状等から、その表面での拡散反射光の光量を最も効率良く取得可能な角度に撮像対象物の姿勢を調整することで、鏡面性の高い日本刀等の立体物の微細な色情報を、鮮明な画像として取得することが可能になる。

図１８に示すように、ラインセンサ、レンズ、ミラー、光学系調整用ステージ等からなる光学ユニット２９をゴニオステージ３０で吊るような状態とし、該光学ユニット２９をベース１８に載置された日本刀５の上方を移動して撮像する。

焦点位置の変動の影響を無視するためには、ゴニオステージ３０の回転中心が日本刀５の撮像対象面に一致しているのが理想であるが、日本刀５の高さは一本一本異なるため一意に決まらず、光学系の制御等により高さ方向を調整しての対応が好ましい。

本実施例によれば、撮像対象物の形状等から、その表面での拡散反射光の光量を最も効率よく取得可能な角度に光学系全体の姿勢を調整することで、鏡面性の高い日本刀等の微細な色情報を、さらに鮮明な画像として取得することが可能となる。

本実施例は、撮像対象物に側面から光を照射する単一又は複数の第２の光源を撮像光学ユニットに設けるものである。

例えば、図１９（ａ）に示すように、撮像対象物の日本刀５の撮像位置３１に合せ、白色ＬＥＤ等の光源３２を撮像光学ユニットに固定する。図１９（ｂ）のように、日本刀５の棟（峰）側を光源３２で照明し、反射光を撮像する。撮像された画像は正反射光が望ましく、正反射光は光源色を呈するため、光源３２は白色が好適となる。ただし、日本刀５の棟部分からの拡散反射光を撮像した画像から画像処理により棟部分を強調した画像を取得することで代用することでもよい。

画像処理装置では、これまで説明した実施例の構成・動作により撮像された６枚の分光画像と、本実施例により撮像された日本刀の棟部分が強調された画像を取得する。６枚の分光画像からカラー画像を合成し、棟部分強調画像をカラー画像に合成して、背景との境界を作る。または、棟部分強調画像から棟部分の領域を閾値処理等で抽出し、カラー画像の同領域の明度を高めることで背景との境界を作る。

本実施例によれば、鏡面性の高い日本刀等の立体物の微細な色情報取得とは別に、対象物の端部での境界を照明することで背景と分離し、全体の画像に加え、輪郭までも鮮明な画像を取得することが可能となる。

例えば、図１に示す各フィルタ１ａ〜１ｆの波長から色収差を導出し、導出される焦点ずれ量を、図１３の折り返しミラー２１ａの位置を移動ステージ２０ｆにより移動して、吸収するようにする。

本実施例によれば、限定された波長の照射光で生じる色収差による色ずれを低減し、鮮明な画像を取得することが可能となる。

例えば、図７の照明系のヘッド６と撮像系のラインセンサ７の角度を任意として取得される画像の明度の最も高い領域を抽出する。同領域で照明系のヘッド６と撮像系のラインセンサ７の角度を同一とし、撮像対象面が水平であれば正反射光の得られる光学配置とする。同光学配置から所定量、例えば、５［ｄｅｇ］だけヘッド７ｂ又はラインセンサ１２の角度を変更して、分光画像の撮像を実行する。

本実施例によれば、鏡面性の高い日本刀等の立体物の微細な色情報である拡散反射光を、最も効率よく取得する光学配置・姿勢に調整し、強調した鮮明な画像として取得可能となる。

例えば、図１４に示した距離センサ２３により、２点間の距離変動から角度を導出して、日本刀の形状に関する角度データを取得する。導出された角度データの幅、若しくは、水平に対する角度データのプラス側またはマイナス側の最大振幅を、実施例１６の所定量として、照明系のヘッド６及び撮像系のラインセンサ７の角度を制御する。

以上本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。本発明撮像装置の優位性は以下の具体例で更に明らかである。

図２０はドキュメントスキャナで撮像した日本刀の画像、図２１は本発明撮像装置で撮像した日本刀の画像である。ドキュメントスキャナでは拡散面を有する紙上の画像を撮像対象としているため、鏡面性の高い日本刀ではその刃文等の色情報に関する特徴が消えているのに対し、本発明撮像装置では、完全に色情報を再現している。

また、図２２は姿勢が変化した時の日本刀の画像で図に示すように、同一の日本刀でもその形状から設置角度、位置等により当然に画質が低下する。この場合、本発明撮像装置では、撮像光学系の各光学素子の配置及び、光学系全体の角度又は日本刀を設置するベースの角度制御により、最適な相対角度、相対位置に調整可能でし、高画質画像を取得することが可能となる。

さらに、量産品ではないため日本刀一本一本に固有の特徴があり、その特徴を撮像光学系の光学配置を調整することにより顕在化することが可能となる。調整前の画像を図２３に、調整後の画像を図２４に示す。図２４中、赤丸で囲んだ領域に本サンプルの固有な特徴を示す。

本発明撮像装置の基本構成を示す図である。 本発明撮像装置の光源に利用した波長フィルタの例を示す図である。 本発明撮像装置で取得した基本画像フローチャートを示す図である。 照明角度を可変とする機構を示す図である。 ６枚の分光画像を示す図である。 ６枚の分光画像から合成したカラー画像を示す図である。 照明角度，撮像角度を可変とする機構を示す図である。 日本刀の厚み変動による撮像への影響を示す図である。 日本刀の形状による設置状態の影響を低減するための方法を示す図である。 照明角度を可変としたときの機構の小型化を示す図である。 撮像角度を可変としたときの機構の小型化を示す図である。 照明方向，照明位置の制御に柔軟性を付与した機構を示す図である。 撮像照明方向，撮像位置の制御に柔軟性を付与した機構を示す図である。 日本刀と撮像光学系との距離を検知するセンサを搭載した図である。 日本刀の高さ方向変動に対する動作を示す図である。 鮮明な画像を取得するための照明系の構成例を示す図である。 日本刀の形状に合せて日本刀を設置するベースの角度を調整する機構を示す図である。 日本刀の形状に合せて撮像光学系の角度を調整する機構を示す図である。 日本刀の棟部分を強調した画像を取得するための照明系を示す図である。 ドキュメントスキャナで撮像した日本刀の画像である。 本件装置で撮像した日本刀の画像である。 姿勢が変化した時の日本刀の画像である。 光学配置調整前に撮像した日本刀の特徴ある部分を示す図である。 光学配置調整後に撮像した日本刀の特徴ある部分を示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｆ フィルタ
２ フィルタのチェンジャ
３ 光源
４ ファイバライトガイド
５ 日本刀（撮像対象物）
６ ヘッド（光束照射手段）
７ ラインセンサ（光量取得手段）
８ 撮像光学ユニット
９ ステージ
１０ 照明系回転ステージ
１１ アーム
１２ レンズ
１３ 撮像系回転ステージ
１４ アーム
１５ レンズ
１８ 日本刀固定用ベース

Claims (17)

1. 刀を撮像する撮像装置であって、
   光源と、
   前記光源から出射される光束の波長をそれぞれ異なる波長に限定する複数の波長限定手段と、
   前記複数の波長限定手段を切り替える波長切り替え手段と、
   前記波長切り替え手段で切り替えられた前記波長限定手段により限定された波長の光束を刀の所定領域に照射する光束照射手段と、
   前記光束照射手段からの光束により照射された前記刀の表面の反射光量分布を所定領域で取得する光量取得手段と、
   前記光束照射手段及び前記光量取得手段の撮像光学系を前記刀と平行に移動する撮像光学系移動手段と、
   前記光束照射手段からの光束照射角度を前記撮像光学系の移動方向を含む面内で可変と
   する光束照射手段回転手段とを有し、
   前記光束照射手段回転手段によって前記刀に照射する光束照射角度を調整し、前記波長切り替え手段によって前記複数の波長限定手段を順次切り替え、前記波長限定手段の切り替えに合わせて、前記撮像光学系移動手段によって前記撮像光学系を前記刀と平行に繰り返し移動して、前記刀を複数の異なる波長帯で撮像した分光画像を取得することを特徴とする撮像装置。
2. 前記複数の波長限定手段は、４色以上の波長帯の波長に限定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光量取得手段の光軸角度を前記撮像光学系の移動方向を含む面内で可変とする光量取得手段回転手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記刀を固定し、前記撮像光学系と前記刀の距離を可変とする撮像対象物移動手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の撮像装置。
5. 前記光束照射手段からの光束照射位置を前記撮像光学系の移動方向と平行に可変とする光束照射手段移動手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記光量取得手段の光量取得位置を前記撮像光学系の移動方向と平行に可変とする光量取得手段移動手段を更に有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記光束照射手段移動手段の移動量を補完する第一の光路長制御手段を更に有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記光量取得手段移動手段の移動量を補完する第二の光路長制御手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. 前記撮像光学系と前記刀との距離を測定する距離測定手段を有し、
   少なくとも前記光束照射手段移動手段、あるいは前記光量取得手段移動手段により、前記距離測定手段により測定された前記撮像光学系と前記刀との距離の変動を補正して撮像することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 請求項９に記載の撮像装置において、
    更に前記第一の光路長制御手段あるいは第二の光路長制御手段により、前記距離測定手段により測定された前記撮像光学系と前記刀との距離の変動を補正して撮像することを特徴とする撮像装置。
11. 前記光束照射手段は、前記撮像光学系の移動方向と垂直な面内に複数有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記刀を前記撮像光学系の移動方向と垂直な方向に角度を可変とする撮像対象物回転手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 前記撮像光学系をその移動方向と垂直な方向に角度を可変とする撮像光学系回転手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
14. 前記刀を側面から照明する単一または複数の第二の光源を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置により、刀に応じて、光束照射手段からの光束照射角度を変え、または、それに加えて光量取得手段の光軸角度を変えて、当該刀の複数の異なる波長帯での分光画像を取得することを特徴とする撮像方法。
16. 請求項１４に記載の撮像装置の第二の光源による反射光の画像を更に取得することを特徴とする請求項１５に記載の撮像方法。
17. 請求項１５又は１６に記載の撮像方法により取得された画像を処理する画像処理方法であって、
    取得された複数の波長帯でのそれぞれの分光画像の明るさを補正して色合成した画像を生成し、又は、それに第二の光源による反射光の画像を加えることを特徴とする画像処理方法。

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