JP2000171301A - 微分スペクトル画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】可視光域外や可視光領域内の特定色の帯域につ
いても、カラー表示によってスペクトルのどの帯域に特
徴があるのかを判断可能とする。 【解決手段】測定対象スペクトル帯域を複数帯域に分割
し、フィルタ切替えにより撮像素子７に入射する光線の
波長帯域を分割帯域毎に選択し、この状態で波長可変干
渉フィルタ５の基板間隔を切り替えて各基板間隔毎に撮
像素子５で撮影された画像をＲ，Ｇ，Ｂの各カラー成分
画像として画像メモリ１０に記憶する。画像メモリ１０
に記憶された２つのカラー成分画像の差を画素単位に演
算して擬似カラー成分の微分スペトル画像ΔＲ、ΔＧ、
ΔＢを生成し、合成してモニタ４に擬似カラー表示す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変干渉フィ
ルタにより透過特性を切り替えて得た２つの画像の差分
により微分スペクトル画像を生成してカラー表示する微
分スペクトル画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、波長可変干渉フィルタを使用した
スペクトル画像分析装置にあっては、波長可変干渉フィ
ルタの基板間隔を変化させることにより、透過特性を切
り替えて得た２つの画像の差を演算して微分スペクトル
画像のカラー表示を行っている（特開平８−２８５６８
８号）。

【０００３】即ち、このスペクトル分析装置は、１画素
に対応してＲ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタを備えた３つ
の受光セルを配置したＣＣＤ等のカラー撮像手段を使用
し、波長可変干渉フィルタ及び撮影レンズ系により結像
された物体像につき、波長可変干渉フィルタの透過特性
を２段階に変化させて得たＲ，Ｇ，Ｂ画像データをメモ
リに記憶し、２つの画像の差を演算してＲ，Ｇ，Ｂの微
分スペクトル画像を生成し、カラー表示している。

【０００４】このような微分スペクトル画像を生成する
装置によれば、生成された微分スペクトル画像を解析す
ることで、物体のもつ波長スペクトルのどこに特徴的な
スペクトル変化があるのかを求めることができる。更に
微分スペクトル画像のカラー表示によれば、スペクトル
のどの帯域に特徴があるのかを容易に読み取ることがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微分ス
ペクトル画像を生成して特徴的なスペクトル変化を求め
る物体の測定は、必ずしも可視光領域には限られず、更
に波長の短い紫外領域或いは更に波長が長い赤外領域で
の微分スペクトル画像の測定を必要とする場合もある。

【０００６】このように微分スペクトル画像の波長スペ
クトル帯域が可視光領域を外れた場合には、微分スペク
トル画像のカラー表示はできず、モノクロ画像による信
号の強弱が表された微分スペクトル画像が得られるのみ
であり、どのスペクトル帯域に特徴があるのかを画像そ
のもので表わすことができないという問題があった。

【０００７】また可視光領域であっても、例えば６００
ｎｍ〜６５０ｎｍといった赤色の波長帯域に制限して微
分スペクトル画像を観察する場合もあり、この場合に
は、全体に赤味のかかったモノトーンに近い微分スペク
トル画像となり、カラー表示によってスペクトル帯域の
特徴を画像そのもので表わすことができないという問題
があった。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、可視光域外や可視光領域内の特定色
の帯域についても、カラー表示によってスペクトルのど
の帯域に特徴があるのかを容易に判断できるようにした
微分スペクトル画像処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、次のように構成する。本発明の微分スペクト
ル画像処理装置は、撮像素子、帯域選択部、波長可変干
渉フィルタ、撮影画像読込み部、微分画像生成部及び表
示処理部で構成される。

【００１０】撮像素子は、光学系により結像された対象
物の画像を撮影する。帯域選択部は、測定対象スペクト
ル帯域を複数帯域に分割し、撮像素子に入射する光線の
波長帯域を分割帯域毎に選択する。波長可変干渉フィル
タは、撮像素子に入射する光線の透過特性（複数の透過
ピークスペクトルの分布）を変化させる。

【００１１】撮影画像読込み部は、分割帯域の各々を所
定のカラー空間を構成する複数のカラー成分の各々に対
応させ、第１の透過特性、第１の透過特性とは異なる第
２の透過特性に設定する毎に、撮像素子で撮影された画
像を前記複数のカラー成分毎にカラー成分画像として画
像メモリに記憶する。

【００１２】微分画像生成部は、複数のカラー成分毎に
画像メモリに記憶された２つのカラー成分画像の差を画
素単位に演算して特定カラー成分の微分スペトル画像を
生成する。画像表示部は、複数のカラー成分毎に生成さ
れた微分スペクトル画像を合成してカラー表示する。

【００１３】ここで、測定波長スペクトル帯域を３分割
し、カラー空間をＲＧＢカラー空間とし、３つの分割帯
域の各々にＲＧＢカラー空間のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成
分の各々を対応させ、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のそれ
ぞれについて生成した微分スペクトル画像を合成してカ
ラー表示する。

【００１４】このような本発明の微分スペクトル画像処
理装置によれば、測定対象スペクトル帯域が可視光域外
にあっても、測定対象スペクトル帯域を３分割して各分
割帯域毎に例えばＲ、Ｇ、Ｂのカラー成分を擬似的に対
応させてカラー成分毎の微分スペクトル画像を生成し、
これを合成して擬似カラー表示することで、画面上で特
徴あるスペクトル帯域とその強弱をカラー表示できる。

【００１５】また表示処理部は、カラー成分の微分スペ
クトル画像を合成して出力表示すると同時に、各カラー
成分の微分スペクトル画像を単独で同時表示又は切替表
示してもよい。

【００１６】即ち、３分割した帯域の各々につき生成し
たＲ，Ｇ，Ｂの各カラー成分の微分スペクトル画像を合
成してカラー表示した場合、同じ発色であっても、波長
可変干渉フィルタの複数の透過ピークスペクトルの分布
の内の１つの透過ピークスペクトルの色成分による発色
なのか、２つの透過ピークスペクトルの色成分の合成に
よる発色なのか見分けることが難しく、スペクトルの特
徴を確定するまでには至らない。

【００１７】このような場合には、各測定帯域について
生成したＲ，Ｇ，Ｂ成分の単色表示の微分スペクトル画
像を同時表示又は切替表示することで区別することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の微分スペクトル画
像処理装置の一例である。図１において本発明の微分ス
ペクトル画像処理装置は、フィルタ切替装置１、ＣＣＤ
カメラ２、及びパーソナルコンピュータ等を用いた信号
処理装置３で構成される。

【００１９】フィルタ切替装置１は、ロータリ型のフィ
ルタ切替機構を持ち、回転円板の例えば３箇所に帯域の
異なる３つの帯域フィルタ１ａ，１ｂ，１ｃを装着して
おり、ＣＣＤカメラ２の前に設置され、モータ駆動によ
りＣＣＤカメラ２の光軸２ａに対し帯域フィルタ１ａ〜
１ｃのいずれか１つを位置決めできるようにしている。

【００２０】フィルタ切替装置１に設けた３つの帯域フ
ィルタ１ａ〜１ｃは、ＣＣＤカメラ２で撮影する測定対
象物の測定スペクトル帯域を３分割した各分割帯域ごと
の通過帯域特性が設定されている。このため、ＣＣＤカ
メラ２はフィルタ切替装置１による帯域フィルタ１ａ〜
１ｃの順次切替えで得られた分割帯域ごとの画像を撮像
し、信号処理装置３に転送する。

【００２１】更にＣＣＤカメラ２には波長可変干渉フィ
ルタが内蔵されており、この波長可変干渉フィルタは一
対の基板間隔Ｘで決まる複数の透過ピークスペクトルが
波長軸上に離散的に分布する透過特性をもち、帯域フィ
ルタ１ａ〜１ｃのいずれかの分割帯域で受光した光線に
ついて、更に波長可変干渉フィルタに透過ピークスペク
トル分布で制限した帯域特性の画像を撮像する。

【００２２】図２は図１の装置における内部構成の詳細
である。図２において、帯域フィルタ１ａ〜１ｃを備え
たフィルタ切替装置１に続いて配置されたＣＣＤカメラ
２には、波長可変干渉フィルタ５、光学レンズ６、撮像
素子７が内蔵されている。波長可変干渉フィルタ５は図
３の構造を備える。

【００２３】図３において、波長可変干渉フィルタ５は
ファブリ・ペロー型干渉フィルタとして知られており、
例えば２００〜３００オングストローム程度の厚みを有
するＡｕ等の反射膜となる透光性の金属膜２６ａ，２６
ｂを対向する面に蒸着した一対のガラス基板２５ａ，２
５ｂを有し、このガラス基板２５ａ，２５ｂを間に圧電
素子２７を介して対向配置し、その間に微小間隔Ｘを設
定している。圧電素子２７は駆動電圧源２４による直流
電圧の印加を受けて基板間隔Ｘを変化させることができ
る。

【００２４】この波長可変干渉フィルタ５はガラス基板
２５ｂ側からの入射光に対し、透光性をもつ金属膜２６
ｂ，２６ａ間での多重反射によって生ずる干渉作用に起
因して複数の透過スペクトルピークが分布して光を透過
する。このような波長可変干渉フィルタとしては、例え
ば特開平８−２８５６８８号のものが使用できる。

【００２５】再び図２を参照するに、例えば帯域フィル
タ１ａで帯域制限され且つ波長可変干渉フィルタ５によ
り波長軸での複数の透過スペクトルピークの分布で制限
された対象物からの光線は、光学レンズ６により撮像素
子７の撮像面に結像される。撮像素子７としては例えば
ＣＣＤ等を使用しており、ＣＣＤセル単位に受光強度に
応じた画素信号を生成し、これをＸＹ走査による画面単
位に読み出して信号処理装置３に供給する。

【００２６】駆動部１３は図３の駆動電圧源２４に相当
し、信号処理装置３からの制御信号により、波長可変干
渉フィルタ５の圧電素子２７に対する直流電圧を可変し
て基板間隔Ｘを、本発明にあっては帯域フィルタ１ａ〜
１ｃのいずれか１つを選択した状態で基板間隔Ｘ１と基
板間隔Ｘ２の２段階に制御する。それぞれの基板間隔Ｘ
１，Ｘ２、即ち第１，第２の透過特性で得られた撮像素
子７の測定画像は読み出されて信号処理装置３に供給さ
れる。また駆動部１４はフィルタ切替装置１の円板を回
転し、ＣＣＤカメラ２の前に帯域フィルタ１ａ〜１ｃを
順番に配置する。

【００２７】信号処理装置３は、ＣＰＵ８、ＡＤ変換器
９、画像メモリ１０、出力ＩＦ１１，１２，１３を備え
る。ＡＤ変換器９はＣＣＤカメラ２の撮像素子７で撮像
された画像をデジタルデータに変換して画像メモリ１０
に記憶する。ここで撮像素子７からの画素信号は、帯域
フィルタ１ａ〜１ｃのいずれかの選択フィルタと波長可
変干渉フィルタ５の基板間隔による波長特性で得られた
画像の輝度（光量）に応じた画素信号であり、信号その
ものに色情報は持っていない。

【００２８】画像メモリ１０は、フィルタ切替装置１の
３つの帯域フィルタ１ａ〜１ｃに対応して３つのメモリ
領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃを割り当てており、メモリ
領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの格納画像の画
素データにつき、所定のカラー空間、具体的にはＲＧＢ
カラー空間のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分のそれぞれを予
め割り当てている。

【００２９】例えばＡＤ変換器９から得られる画素信号
が８ビットデータであったとすると、メモリ領域１０ａ
に格納された８ビット画素データは８ビットＲデータと
なり、またメモリ領域１０ｂに格納された８ビット画素
データは８ビットＧデータとなり、更にメモリ領域１０
ｃに格納された８ビット画素データは８ビットＢデータ
として扱われる。したがって、メモリ領域１０ａ，１０
ｂ，１０ｃはそれぞれＲメモリ領域１０ａ、Ｇメモリ領
域１０ｂ、及びＢメモリ領域１０ｃということができ
る。

【００３０】画像メモリ１０のＲメモリ領域１０ａに
は、図示のように、フィルタ切替装置１の帯域フィルタ
１ａをＣＣＤカメラ２の前にセットした状態で波長可変
干渉フィルタ５の透過特性を第１の透過特性に設定した
とき、即ち基板間隔をＸ＝Ｘ１に制御したときに撮像素
子７で得られた画像がＲ成分スペクトル画像ＲＤ１とし
て記憶される。次に波長可変干渉フィルタ５の透過特性
を第２の透過特性に設定したとき、即ち基板間隔をＸ＝
Ｘ２に制御したときに撮像素子７で撮像された画像デー
タをＲ成分スペクトル画像ＲＤ２として別に記憶する。

【００３１】残りのＧメモリ領域１０ｂ、Ｂメモリ領域
１０ｃについても、それぞれ帯域フィルタ１ｂ，１ｃを
セットした状態で波長可変干渉フィルタ５の基板間隔を
Ｘ１，Ｘ２の２段階に切り替えて、それぞれ撮像素子７
で画像読取りを行うことで、Ｇメモリ領域１０ｂにはＧ
成分スペクトル画像ＧＤ１，ＧＤ２が記憶され、Ｂメモ
リ領域１０ｃにはＢ成分スペクトル画像ＢＤ１，ＢＤ２
が記憶される。

【００３２】このように画像メモリ１０にＲＧＢ各成分
の帯域特性の異なる２種のスペクトル画像が記憶できた
ならば、ＣＰＵ８はＲ，Ｇ，Ｂ成分毎に２つのスペクト
ル画像の差を画素単位に演算して微分画像を求め、これ
をそれぞれのメモリ領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃにＲ，
Ｇ，Ｂ成分微分スペクトル画像ΔＲ，ΔＧ，ΔＢとして
記憶する。最終的にＣＰＵ８は、出力インタフェース１
３を介して３つの微分スペクトル画像ΔＲ，ΔＧ，ΔＢ
を読み出し、モニタ４上に合成してカラー表示する。

【００３３】図４は図２の信号処理装置３に設けたＣＰ
Ｕ８による微分スペクトル画像処理の機能ブロック図で
ある。 図４において、微分スペクトル画像処理のため
の機能ブロックは、撮影画像読込み部１５、微分画像生
成部１６及び表示処理部１７で構成される。撮影画像読
込み部１５は、駆動部１４の制御によりフィルタ切替装
置１を動作して帯域フィルタ１ａ，１ｂ，１ｃの各々を
順次選択するごとに、駆動部１３を制御することによっ
て波長可変干渉フィルタ５を異なる２つの基板間隔Ｘ
１，Ｘ２に可変制御し、各基板間隔Ｘ１，Ｘ２ごと、即
ち第１，第２の透過特性ごとに撮像素子７で撮影された
画像をＲ成分画像、Ｇ成分画像、Ｂ成分画像として画像
メモリ１０のＲメモリ領域１０ａに画像データＲＤ１，
ＲＤ２、Ｇメモリ領域１０ｂに画像データＧＤ１，ＧＤ
２、更にＢメモリ領域１０ｃに画像データＢＤ１，ＢＤ
２としてそれぞれ記憶する。

【００３４】微分画像生成部１６は、画像メモリ１０に
記憶されたＲＧＢの各メモリ領域１０ａ，１０ｂ，１０
ｃにおける２つの画像データＲＤ１とＲＤ２、ＧＤ１と
ＧＤ２、及びＢＤ１とＢＤ２の差を画素単位に演算し、
Ｒ，Ｇ，Ｂの微分スペクトル画像データΔＲ，ΔＧ，Δ
Ｂを生成して各メモリ領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃに記
憶する。

【００３５】表示処理部１７は画像メモリ１０に記憶さ
れたＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の微分スペクトル画像デー
タΔＲ，ΔＧ，ΔＢを読み出し、モニタ４上に合成して
カラー表示する。

【００３６】図５は図２の実施形態における帯域フィル
タ１ａ〜１ｃと波長可変干渉フィルタ５の波長特性をＲ
ＧＢ色空間における比感度と共に示している。

【００３７】図５（Ａ）は、ＲＧＢ空間におけるＲＧＢ
データを一定値とした場合の人間の目に感ずる強さを表
わした比感度であり、Ｒ，Ｇ，Ｂで示す各色成分におけ
る比感度が得られる。

【００３８】図５（Ｂ）は、図２の実施形態における帯
域フィルタ１ａ〜１ｃの帯域特性１８ａ，１８ｂ，１８
ｃであり、この場合には図５（Ａ）のＲＧＢの比感度に
対応して、例えば３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光域を
観察スペクトル帯域として図示のように３分割して各フ
ィルタの帯域特性１８ａ，１８ｂ，１８ｃで設定してい
る。

【００３９】ここでフィルタ帯域１８ａについてはＲ成
分が割り当てられ、フィルタ帯域１８ｂについてはＧ成
分が割り当てられ、更にフィルタ帯域１８ｃについては
Ｂ成分が割り当てられる。この図５（Ｂ）の測定スペク
トル帯域の分割とフィルタ特性の設定は、通常のＲＧＢ
カラー表示に対応している。

【００４０】このような３分割したフィルタ帯域１８ａ
〜１８ｃに対し波長可変干渉フィルタ５の波長特性は、
基板間隔をＸ＝Ｘ１に制御し第１の透過特性とした場合
には実線の透過スペクトルピークが複数分布する特性と
なり、これに対し基板間隔をＸ＝Ｘ２に制御し第２の透
過特性にすると波長軸方向にシフトした破線の透過スペ
クトルピークが複数分布する特性となる。

【００４１】このため、例えばフィルタ帯域１８ａを選
択した場合には、フィルタ帯域１８ａに含まれる基板間
隔Ｘ１による波長可変干渉フィルタ５で得られた実線の
２つの透過スペクトルピークで得られた画像と、基板間
隔Ｘ２による破線のスペクトルピークで得られた画像と
なる。この点は残りのフィルタ帯域１８ｂ，１８ｃにつ
いても同様である。

【００４２】そして、各フィルタ帯域１８ａ〜１８ｃの
それぞれの透過帯域における波長可変干渉フィルタの実
線の透過スペクトルピークと破線の透過スペクトルピー
クのそれぞれで得られたスペクトル画像の差分をとるこ
とで、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分が割り当てられた３種類
の微分スペクトル画像を生成することができる。

【００４３】図５（Ｃ）は、図２の帯域フィルタ１ａ〜
１ｃの他の帯域特性であり、例えば測定スペクトル帯域
を５００ｎｍから６５０ｎｍの赤色を中心とした帯域に
制限し、その中を３分割してフィルタ帯域１９ａ，１９
ｂ，１９ｃを設定している。

【００４４】このフィルタ帯域１９ａの帯域制限を受け
て得られたスペクトル画像についてはＲ成分が割り当て
られ、次のフィルタ帯域１９ｂの帯域制限を受けて得ら
れたスペクトル画像についてはＧ成分が割り当てられ、
更にフィルタ帯域１９ｃの帯域制限を受けて得られたス
ペクトル画像についてはＢ成分が割り当てられる。

【００４５】その結果、実際の測定対象の色は、図５
（Ａ）の５００〜６５０ｎｍのように主に赤を中心とし
た色であるのに対し、図５（Ｃ）のフィルタ帯域１９ａ
〜１９ｃの設定によって、測定帯域を３分割したＲＧＢ
各成分の合成による微分スペクトル画像をカラー表示す
ることができる。

【００４６】また図５（Ｂ）にあっては、フィルタ帯域
１８ａについてＲ成分、フィルタ帯域１８ｂについてＧ
成分、フィルタ帯域１８ｃについてＢ成分を割り当てて
いるが、このＲＧＢのカラー成分の割り当ては必要に応
じて適宜に選択することができる。例えばフィルタ帯域
１８ａについて実際とは異なるＧ成分を割り当て、フィ
ルタ帯域１８ｂについても実際とは異なるＲ成分を割り
当て、更にフィルタ帯域１８ｃについて実際と同じＢ成
分を割り当て、これによって実際の監察対象とＲ及びＧ
成分を反転させた微分スペクトル画像のカラー表示がで
きる。

【００４７】更に図５（Ｂ）（Ｃ）は、３８０〜７８０
ｎｍの可視光域を測定スペクトル帯域としているが、図
２の撮像素子７として７８０ｎｍを越える赤外域に感度
を有するものを使用すれば、この可視光域を外れた赤外
域を測定スペクトル帯域として、同様にして３つの帯域
フィルタ１ａ〜１ｃによる３つの分割帯域の設定でそれ
ぞれ微分スペクトル画像を生成してＲＧＢ成分を割り当
て、これを合成することによって、従来モノクロ表示し
かできなかった赤外域において微分スペクトル画像のカ
ラー表示が実現できる。

【００４８】また図２の撮像素子７として３８０ｎｍ以
下の紫外域に感度を有するものを使用すれば、紫外域を
測定スペクトル帯域とすることができる。この場合に
も、紫外域の測定スペクトル帯域について、帯域フィル
タ１ａ〜１ｃによって帯域を３分割してそれぞれ微分ス
ペクトル画像を生成し、これにＲＧＢ成分のそれぞれを
割り当てて合成カラー表示することで、従来モノクロ画
像しか得られなかった紫外域についてもＲＧＢカラー表
示による微分スペクトル画像の表示が実現できる。

【００４９】もちろん、紫外域から可視光域、あるいは
可視光域から赤外域について、同様にして測定スペクト
ル帯域を設定して３分割することにより、微分スペクト
ル画像のＲＧＢカラー表示を行うようにしてもよい。

【００５０】図６は図４の機能ブロックによる画像処理
の手順を表している。図６において、観察画像３０は帯
域制限を行わずに実際に見た画像であり、一例として
○、□、△の３つの物体４０，４１，４２があり、それ
ぞれ赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂであったとする。

【００５１】このような観察画像３０につき、まず帯域
制限処理１８ａにより例えば図５（Ｂ）のフィルタ帯域
１８ａを持つ帯域フィルタを選択し、且つ波長可変干渉
フィルタ５の基板間隔をＸ１とした図５（Ｂ）のフィル
タ帯域１８ａの中の実線の透過スペクトルピークによる
透過特性のＲ成分スペクトル画像３１ａを得る。このＲ
成分スペクトル画像３１ａには赤Ｒの物体４０ａのみが
存在する。

【００５２】続いて波長可変干渉フィルタ５の基板間隔
をＸ２に制御し、同様にして撮像すると、図５（Ｂ）の
フィルタ帯域１８ａの中の破線の透過スペクトルピーク
によるＲ成分スペクトル画像３２ａが得られる。

【００５３】同様にして測定画像３０について、フィル
タ特性１８ｂ、フィルタ特性１８ｃを設定して、この状
態で波長可変干渉フィルタ５の基板間隔をＸ１とＸ２に
切替え、Ｇ成分スペクトル画像３１ｂ，３２ｂ、及びＢ
成分スペクトル画像３１ｃ，３２ｃを得る。このＧ成分
スペクトル画像３１ｂ，３２ｂには、測定画像３０の緑
Ｇの物体４１ｂが存在する。またＢ成分スペクトル画像
３１ｃ，３２ｃには、測定画像３０の中の青Ｂの物体４
２ｂが存在する。

【００５４】続いてＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれについて微分
スペクトル画像の生成処理３３ａ，３３ｂ，３３ｃを行
って、ＲＧＢの各微分スペクトル画像３４ａ，３４ｂ，
３４ｃを得る。この微分スペクトル画像には、それぞれ
について基板間隔Ｘ１とＸ２で得られた物体画像の画素
の差分による物体４０ｄ，４１ｄ，４２ｄが存在してい
る。

【００５５】最終的に表示処理部により、ＲＧＢの各微
分スペクトル画像３４ａ，３４ｂ，３４ｃを読み出して
合成することで合成微分スペクトル画像３５が得られ、
微分スペクトル画像の生成処理を受けた物体４０ｄ，４
１ｄ，４２ｄがカラー表示される。

【００５６】勿論、実際の測定画像３０にあってはＲＧ
Ｂの合成による様々な発色となり、最終的に得られる合
成微分スペクトル画像３５は明度（輝度）によってスペ
クトル変化の強さが分かり、またその部分の色によって
どのスペクトル帯域に特徴があるかを読み取ることがで
きる。

【００５７】図７は、図２の信号処理装置３に設けたＣ
ＰＵ８による微分スペクトル画像表示処理のフローチャ
ートである。まずステップＳ１で、波長可変干渉フィル
タ５の基板間隔ＸをＸ１にセットした状態でフィルタ切
替装置１を駆動し、ステップＳ２で、まずＲ帯域フィル
タ１ａをＣＣＤカメラ２の前にセットする。この状態で
ステップＳ３に進み、Ｒ画像を撮像して画像メモリ１０
にＲ成分スペクトル画像ＲＤ１として記憶する。 続い
てステップＳ４でＧ帯域フィルタ１ｂに切り替え、ステ
ップＳ５でＧ成分スペクトル画像を撮像して画像メモリ
１０にＧ成分スペクトル画像ＧＤ１として記憶する。更
にステップＳ６でＢ帯域フィルタ１ｃに切り替え、ステ
ップＳ７でＢ成分スペクトル画像を撮像して画像メモリ
１０にＢ成分スペクトル画像ＢＤ１として記憶する。

【００５８】次にステップＳ８で２回目の撮像終了か否
かチェックし、１回目であることからステップＳ９に進
み、波長可変干渉フィルタ５の基板間隔ＸをＸ＝Ｘ２に
セットし、ステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。これ
によって画像メモリ１０には、基板間隔Ｘ２の状態で撮
像されたＲ成分スペクトル画像ＲＤ２、Ｇ成分スペクト
ル画像ＧＤ２、及びＢ成分スペクトル画像ＢＤ２が記憶
される。

【００５９】ステップＳ８で２回目の撮像終了を判別す
ると、ステップＳ１０に進み、Ｒ成分の微分スペクトル
画像を演算してΔＲとして画像メモリ１０に記憶する。
次にステップＳ１１でＧ成分の微分スペクトル画像ΔＧ
を演算して画像メモリ１０に記憶し、更にステップＳ１
２でＢ成分の微分スペクトル画像ΔＢを演算して画像メ
モリ１０に記憶する。

【００６０】最終的にステップＳ１３で、画像メモリ１
０に記憶されているＲＧＢの各微分スペクトル画像Δ
Ｒ，ΔＧ，ΔＢを読み出してモニタ４上に合成してカラ
ー表示を行う表示処理を実行する。

【００６１】図８は、図９のステップＳ１３の微分スペ
クトル画像表示処理の詳細である。この表示処理は、Ｒ
ＧＢ微分スペクトル画像を合成表示するノーマル表示モ
ードと、合成表示に加えてＲＧＢの各微分スペクトル画
像を単独で同時表示または切替表示する複合表示モード
を持っている。

【００６２】まずステップＳ１で表示モードとしてノー
マル表示モードまたは複合表示モードを選択する。ステ
ップＳ２でノーマル表示モードの選択が判別されると、
ステップＳ３に進み、ＲＧＢ微分スペクトル画像を読み
出してモニタ上に合成画像としてカラー表示する。

【００６３】ステップＳ４で複合表示モードの選択が判
別された場合には、ステップＳ５でＲＧＢの微分スペク
トル画像の合成によるカラー表示に加え、Ｒ，Ｇ，Ｂの
各微分スペクトル画像を単独で同一画面に表示（画面分
割表示）または画面切替えで表示する。このような処理
をステップＳ６で表示終了まで繰り返す。

【００６４】図９は図８のステップ５の複合表示モード
における表示機能の説明図である。図９（Ａ）（Ｂ）の
ＲＧＢ合成微分スペクトル画像５０，６０は、それぞれ
円状の物体であり、同じ緑色で表示されている。ところ
が緑色に表示されるＲＧＢ合成微分スペクトル画像５
０，６０は例えば次のような２つの場合が考えられる。

【００６５】波長５２０ｎｍの緑色単色の画像 波長５７０ｎｍのＲおよびＧ成分と波長４８０ｎｍの
ＢおよびＧ成分との合成画像 このため、ＲＧＢ合成の微分スペクトル画像５０，６０
は、同じ緑色で表わされ、わずかにその明度が異なるの
みとなり、前記のスペクトルの相違が区別がつきに
くい。そこで図８の表示処理において複合表示モードを
選択すると、図９（Ａ）または図９（Ｂ）のような画像
表示が行われる。例えば図９（Ａ）の表示にあっては、
ＲＧＢ合成の微分スペクトル画像５０が緑色であるのに
対し、Ｇ成分の微分スペクトル画像５０ｂに緑色の物体
が表示される。したがって、この場合には前記のよう
な緑色単色画像の微分スペクトル表示であることがわか
る。

【００６６】これに対し図９（Ｂ）にあっては、同じ緑
色のＲＧＢ合成の微分スペクトル画像６０であっても、
Ｒ成分の微分スペクトル画像６０ａには赤色の物体が表
示され、Ｇ成分の微分スペクトル画像６０ｂには緑色の
物体が表示され、Ｂ成分の微分スペクトル画像６０ｃに
は青色の物体が表示される。これによって、この場合に
は前記のような複数波長成分の合成画像の微分スペク
トル表示であることがわかる。

【００６７】図１０は図９（Ａ）（Ｂ）の特徴を持つ画
像の受光パワーを波長可変干渉フィルタの波長特性と共
に表している。

【００６８】図１０（Ａ）は、波長可変干渉フィルタ５
の特性であり、図９（Ａ）の微分スペクトル画像は、図
１０（Ｂ）のようにλ２＝５２０ｎｍのみに物体のスペ
クトルピークがある場合を示す。このような物体による
Ｒ，Ｇ，Ｂ成分毎の受光パワーは、図１０（Ｃ）のよう
なＧ画像に受光パワーをもつ画像として得られる。即
ち、この場合の観察画像は波長λ２＝５２０ｎｍの緑色
について受光パワーが得られている。

【００６９】これに対し図９（Ｂ）の微分スペクトル画
像は、図１０（Ｄ）のようにλ１＝４８０ｎｍ及びλ３
＝５７０ｎｍの２つに物体スペクトルピークがある場合
を示す。この物体によるＲ，Ｇ，Ｂ成分毎の受光パワー
は、図１０（Ｅ）のように示される。このような図１０
（Ｃ）（Ｅ）におけるスペクトルの波長スペクトルの特
徴は、図９（Ａ）（Ｂ）のような合成表示モードによっ
て明確に特徴のある波長が認識できる。

【００７０】尚、上記の実施形態はＲＧＢカラー空間を
例にとるものであったが、これ以外に適宜のカラー空間
を適用してもよい。また上記の実施形態は測定スペクト
ル帯域を３分割してＲＧＢカラー成分を割り当てている
が、測定スペクトル帯域を２分割あるいは４分割以上と
して、それぞれに対応した種類のカラー成分を割り当て
るようにしてもよい。

【００７１】また図２の実施形態にあっては、帯域フィ
ルタに続いて波長可変干渉フィルタ５を設けているが、
これを入れ替え、波長可変干渉フィルタ５に続いて帯域
フィルタを設けるようにしてもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、測定対象スペクトル帯域が可視光域外であっても、
測定対象スペクトル帯域を３分割して各分割帯域ごとに
例えばＲＧＢの疑似カラー成分を対応させ、疑似カラー
成分ごとの微分スペクトル画像を生成して合成すること
により疑似カラー表示することで、画面上で特徴のある
スペクトル帯域とその強弱をカラー表示できる。

【００７３】また可視光域の中の特定の帯域に制限して
測定対象スペクトル帯域を設定し、同様に測定対象スペ
クトル帯域を３分割してＲＧＢの疑似カラー成分を割り
当てて微分スペクトル画像を疑似カラーで合成表示する
ことで、例えば可視光域の赤色を中心とした帯域につい
ても疑似カラー表示によってフルカラーによるスペクト
ル帯域の特徴を表示できる。

【００７４】またＲＧＢカラー成分の微分スペクトル画
像の合成によるカラー表示に加え、ＲＧＢカラー成分単
独の微分スペクトル画像を併せて表示することで、単一
のスペクトルピークを持つ色成分による発色なのか２以
上のスペクトルピークを持つ色成分の合成による発色な
のかを見分けることができ、カラー表示によるスペクト
ル帯域の特徴の判断をより正確に行うことができる。

【００７５】更に本発明にあっては、撮像素子として従
来の１画素ごとにＲＧＢ分の３画素を設けたカラー撮像
素子を必要とせず、モノクロ用の撮像素子でよいことか
ら、微分スペクトル画像の生成に使用するＣＣＤカメラ
として簡単で安価なものを使用でき、実験室的な分析装
置としてはもちろんのこと、装置構成が簡単でコストが
安価で済むことから、微分イメージセンサとしての利用
が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の説明図

【図２】図１の装置構成のブロック図

【図３】本発明で使用する波長可変干渉フィルタの構造
説明図

【図４】本発明による微分スペクトル画像処理の機能ブ
ロック図

【図５】図２における帯域フィルタと波長可変干渉フィ
ルタの波長特性をＲＧＢ比感度と共に示した説明図

【図６】図３による画像処理機能の処理手順の説明図

【図７】図３による画像処理動作のフローチャート

【図８】図７の画像表示処理の詳細フローチャート

【図９】緑色の微分スペクトル画像が合成されるＲ，
Ｇ，Ｂ成分画像の説明図

【図１０】図９のＲ，Ｇ，Ｂ成分画像を生成する際の波
長可変干渉フィルタによる受光パワーを示した説明図

【符号の説明】

１：フィルタ切替装置 １ａ，１ｂ，１ｃ：帯域フィルタ ２：ＣＣＤカメラ ２ａ：光軸 ３：信号処理装置 ４：モニタ ５：波長可変干渉フィルタ ６：光学レンズ ７：撮像素子 ８：ＣＰＵ ９：ＡＤ変換器 １０：画像メモリ １１，１２，１３：出力ＩＦ １３，１４：駆動部 １５：撮影画像読込み部 １６：微分画像生成部 １７：表示処理部 １８ａ〜１８ｃ，１９ａ〜１９ｃ：フィルタ帯域特性 ２４：駆動電圧源 ２５ａ，２５ｂ：ガラス基板 ２６ａ，２６ｂ：金属膜 ２７：圧電素子 ３０：撮影画像 ３１ａ〜３１ｂ：ＲＧＢスペクトル画像 ３４ａ〜３４ｂ，５０ａ〜５０ｃ，６０ａ〜６０ｃ：Ｒ
ＧＢ微分スペクトル画像 ３５，５０，６０：合成微分スペクトル画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G020 AA03 AA04 AA05 AA08 CB42 CB43 CC31 CD03 CD24 CD52 CD61 DA13 DA35

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学系により結像された対象物の画像を撮
   影する撮像素子と、 測定対象スペクトル帯域を少なくとも２以上の複数帯域
   に分割し、前記撮像素子に入射する光線のスペクトル帯
   域を前記分割帯域毎に選択する帯域選択部と、 前記撮像素子に入射する光線の透過特性を変化可能な波
   長可変干渉フィルタと、 前記分割帯域の各々を所定のカラー空間を構成する複数
   のカラー成分の各々に対応させ、前記波長可変干渉フィ
   ルタを第１の透過特性、該第１の透過特性とは異なる第
   ２の透過特性に設定する毎に、前記撮像素子で撮影され
   た画像を前記複数のカラー成分毎にカラー成分画像とし
   て画像メモリに記憶する撮影画像読込み部と、 前記複数のカラー成分毎に、前記画像メモリに記憶され
   た２つのカラー成分画像の差を画素単位に演算して特定
   カラー成分の微分スペトル画像を生成する微分画像生成
   部と、 前記複数のカラー成分毎に生成された微分スペクトル画
   像を合成してカラー表示する表示処理部と、を備えたこ
   とを特徴とする微分スペクトル画像処理装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の微分スペクトル画像処理装
   置に於いて、前記測定対象スペクトル帯域を３分割し、
   前記カラー空間をＲＧＢカラー空間とし、前記３つの分
   割帯域の各々に前記ＲＧＢカラー空間のＲ成分、Ｇ成分
   及びＢ成分の各々を対応させ、前記Ｒ成分、Ｇ成分及び
   Ｂ成分のそれぞれについて生成した微分スペクトル画像
   を合成してカラー表示することを特徴とする微分スペク
   トル画像処理装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の微分スペクトル画像
   処理装置に於いて、前記表示処理部は、前記カラー成分
   の微分スペクトル画像を合成して出力表示すると同時
   に、各記カラー成分の微分スペクトル画像を単独で同時
   表示又は切替表示することを特徴とする微分スペクトル
   画像処理装置。