JP2007071611A - カラー画像取得方法、及びカラー撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目視では確認できない暗所、密閉空間などの中の被写体でも、被写体に悪い影響をあまり与えることなくそのカラー画像などを得ることができるカラー画像取得方法およびカラー撮像装置を提供することである。
【解決手段】カラー撮像装置は、被写体107に、30GHz〜30THzの周波数領域内の周波数の成分を有する電磁波を照射する電磁波照射手段101、被写体107から得られる電磁波を検出する電磁波検出手段102を有する。構成物質解析手段103は、電磁波検出手段102で検出した電磁波の伝搬状態の変化と、物質情報記憶手段104の情報を比較し、被写体107の電磁波照射部分の構成物質の情報を取得する。色再現手段105は、構成物質の情報に対応した色情報を基に被写体104の電磁波照射部分の色を決定する。被写体107の電磁波照射部分の位置と色を対比させカラー画像を構築して呈示する画像呈示手段106を更に有してもよい。
【選択図】図1

Description

本発明は、目視で確認できない箇所などにおいても被写体の電磁波照射部分の色決定あるいはカラー画像取得を行うことができるカラー画像取得方法、カラー撮像装置などに関する。

従来、暗所において、被写体に赤外線を照射し、その反射波を利用して被写体の像を取得する赤外線カメラが広く知られている。しかし、この様な赤外線カメラから取得できる像は、モノクロ画像である。そのため、例えば、図5に示す様に、被写体に赤外線と紫外線を照射し、反射波の赤外線と紫外線の構成比率によってカラー画像を得る撮像装置（暗視カラーカメラ）が提案されている（特許文献1参照）。

また、近年、ミリ波からテラヘルツ波領域（30GHz〜30THz）のうちの任意の周波数領域を有する高周波電磁波（以下、テラヘルツ波とも言う）を用いた非破壊な検査技術が開発されている。テラヘルツ波の周波数領域には、生体分子をはじめとして、様々な物質の吸収線が存在することが知られている。そのため、この周波数領域の電磁波の応用分野として、Ｘ線に代わる安全な透視検査装置に適用してイメージングを行う技術がある。また、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて、分子の結合状態を調べる分光技術がある。また、生体分子の解析技術、キャリヤ濃度や移動度を評価する技術等が期待される。

他方、テラヘルツ波を用いた物体の検査装置として、図6の様な構成が開示されている（特許文献2参照）。この検査装置は、物体4に空間を伝搬するテラヘルツ波を照射し、物体4からの透過波の特性変化より、物体4の構成材料を測定する装置である。ここにおいて、物体を2次元に走査することによって、物体内部の透過イメージング像を得ることができる。

ここでは、テラヘルツ波を送信／受信するために、光学的にゲートされたテラヘルツ送受信機を用いている。この送受信機の構成例として、図7に示す様な半導体基板上に形成したアンテナ構造を用いることができる（特許文献3参照）。これは、超短パルスレーザ光を用いてアンテナ構造にある微小間隙を光学的にゲートすることにより、テラヘルツ波を発生、検出するものである。この場合、半導体基板として、キャリヤ移動度が高くキャリヤのライフタイムが短い半導体基板（例えば、低温成長ガリウムヒ素：LT-GaAs）が使用され得る。
特開2001−036916号公報 特開平8−320254号公報 特開2002−257629号公報

上記特許文献1で示した撮像装置は、暗所において被写体のカラー画像を得るために、赤外線の他に紫外線も併せて用いている。そのため、紫外線を嫌う様な被写体、例えば、長年、古墳や洞窟内で保存されていた貴重な古代遺産の撮像に上記撮像装置を用いた場合、紫外線によって退色または風化する危険性がある。この様な被写体を、外部に持ち出すことや、被写体付近で強い光源を使用することも、保存環境が変化することによって、同様の危険性がある。

また、この様な被写体を、上記した赤外線カメラによって撮像した場合、得られる画像はモノクロ画像であり、次の様な課題がある。すなわち、例えば、石と金属槐を区別することも難しく、カラー化によって得られる画像の情報量に比べ、情報量が貧弱である。特許文献2のテラヘルツ波を用いた物体の検査装置にも、同様な問題がある。

上記課題に鑑み、本発明のカラー画像取得方法は、以下の工程を有することを特徴とする。
（1）被写体に、30GHz〜30THzの周波数領域内の周波数の成分を有する電磁波を照射する工程。
（2）前記被写体から得られる電磁波を検出する工程。
（3）検出した電磁波の伝搬状態の変化と、記憶されている物質の物理的特性の情報を比較し、前記被写体の電磁波照射部分の構成物質の情報を獲得する工程。
（4）前記獲得された構成物質の情報に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定する工程。
前記色を決定する工程においては、前記構成物質の構成比率に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定することができる。上記構成により、被写体の電磁波照射部分の色を決定できるが、被写体の電磁波照射部分の位置と色を対比させカラー画像を構築して呈示する工程を更に有することで、被写体の一部または全体のカラー画像を提供できるようになる。

また、上記課題に鑑み、本発明のカラー撮像装置は、以下の手段を有することを特徴とする。
（1）被写体に、30GHz〜30THzの周波数領域内の周波数の成分を有する電磁波を照射する電磁波照射手段。
（2）前記被写体から得られる電磁波を検出する電磁波検出手段。
（3）物質の物理的特性を記憶しておく物質情報記憶手段。
（4）検出した電磁波の伝搬状態の変化と、前記物質情報記憶手段の情報を比較し、前記被写体の電磁波照射部分の構成物質の情報を獲得する構成物質解析手段。
（5）前記構成物質の情報に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定する色再現手段。
前記色再現手段は、前記構成物質の構成比率に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定することができる。ここでも、上記構成により、被写体の電磁波照射部分の色を決定できるが、被写体の電磁波照射部分の位置と色を対比させカラー画像を構築して呈示する画像呈示手段を更に有することで、被写体の一部または全体のカラー画像を提供できるようになる。

本発明のカラー画像取得方法およびカラー撮像装置では、検出されるテラヘルツ波の伝搬特性の変化より、被写体の構成物質の情報を獲得し、構成物質の情報に対応した色情報を基に被写体の電磁波照射部分の色を決定するものである。テラヘルツ波は、紫外線などと異なって、被写体を退色または風化するなどの危険性が殆ど無い電磁波である。そのため、目視では確認できない暗所、密閉空間などの中の被写体でも、テラヘルツ波の届く限り、被写体に悪い影響をあまり与えることなく、その電磁波照射部分の色を決定したりカラー画像を取得したりすることができる。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。尚、図中の同一要素に関しては、同符号を用いる。

図1は、本発明におけるカラー撮像装置の一実施形態の概略構成図を示したものである。図1に示す様に、本実施形態のカラー撮像装置は、電磁波照射部101、電磁波検出部102、構成物質解析部103、物質情報記憶部104、色再現部105、画像呈示部106を有する。

電磁波照射部101は、被写体107の任意の場所に、任意の周波数帯域を有する電磁波を照射する。特に、本発明では、この被写体106に照射する電磁波はテラヘルツ波である。そして、電磁波照射部101は、被写体107に対してテラヘルツ波を走査する機構も有している。電磁波照射部101としては、図7（a）に示す様な構成を用いることができる。この構成において、例えば、テラヘルツ波が出射する側に半球レンズを設け、テラヘルツ波を外部に効率よく取り出す。さらに光学系を用いて、テラヘルツ波に指向性を与える。これらの構成全体を動かす、または、光学系の一部を可動にすることでテラヘルツ波を走査する機構とできる。

電磁波検出部102では、被写体106から得られるテラヘルツ波を検出する。図1では、被写体106の反射波を用いているが、これに限るものではなく、被写体106の透過波を用いてもよい。この時、電磁波検出部102で検出されるテラヘルツ波の伝搬特性（伝搬状態）は、被写体107を構成する物質の物理的特性によって、変化する。電磁波検出部102としては、図7（b）に示す様な構成を用いることができる。

物質情報記憶部104は、物質と、物質の物理的特性を対応させて記憶している部分である。物質情報記憶部104は、カラー撮像装置内にあってもよいし、取り外し可能な記憶媒体であってもよい。物質の物理的特性として、例えば、テラヘルツ波の吸収スペクトル、誘電率などがある。ただし、これに限るものではなく、位相の変化率や反射率・透過率の様に、物質と対応付けることのできる特性であればよい。

構成物質解析部103は、例えば、演算装置で構成する。構成物質解析部103は、上記テラヘルツ波の伝搬特性の変化と、物質情報記憶部104に記憶されている物質の物理的特性を対比させることで、被写体107における、テラヘルツ波の照射部分の構成物質を算出するものである。算出される構成物質は、複数存在していてもよい。例えば、各周波数領域部分において、吸収スペクトルないし指紋スペクトル、スペクトルの強度減少具合などを、記憶されている物質の物理的特性を参照して分析することで、どの様な物質が如何なる比率で存在するかが算出できる。

色再現部105は、例えば、演算装置で構成する。色再現部105では、物質の混合比率に対するカラーデータマップを記憶している。そのため、構成物質解析部103より得られた被写体107のテラヘルツ波照射部分の構成物質の混合比率に応じて、カラー信号を出力することができる。

画像呈示部106は、カラー画像を呈示する部分である。例えば、ディスプレイでもよいし、被写体107のカラー画像データでもよい。画像呈示部106では、被写体107上を走査されるテラヘルツ波の各観測点に対応したカラー信号を出力し、カラー画像を取得する。

以上の様な構成を有することで、本実施形態のカラー撮像装置は、暗所、例えば、洞窟における壁画の画像や、目視では確認できない箇所、例えば、土の中、壁の向こう側や、ICチップの内部の構造や物体のカラー画像を出力することができる。

この様に、本実施形態のカラー画像取得方法を用いたカラー撮像装置は、電磁波検出部が検出するテラヘルツ波の特性変化より被写体の構成物質の情報を特定し、例えば、構成物質の構成比率より被写体の色を特定するものである。そのため、暗所においても、可視光を照射することなく、かつ被写体を劣化させることなくカラー画像を得ることができる。また、テラヘルツ波を用いているため、プラスチックや壁などの無極性物質を透過することができる。したがって、従来、目視では確認できない密閉空間などの箇所のカラー透視画像を、被写体を劣化させることなく得ることができる。さらに、カラー画像を得る過程において、分析も同時に行っているため、被写体の分析と画像取得を同時に行え、作業効率が上がるという効果がある。

以下に、より具体的な実施例について、図面を参照して説明する。

（実施例1）
本発明におけるカラー画像撮像装置の実施例1を説明する。本実施例は、被写体107として、暗所における紙にプリントされたカラー画像を用い、このカラー画像を読み取る装置への適応例である。

電磁波照射部101としては、図7（a）に示す様な半導体基板上に形成したアンテナ構造を用いる。本実施例では、半導体基板として、表面に厚さ1.5μmのLT-GaAsエピタキシャル成長層を有する厚み100μmのGaAs基板を用いる。また、アンテナ構造として、中心に5μmの間隙を有するダイポールアンテナ構造を用いる。このダイポールアンテナ構造のアンテナ長は30μmで、金（AuGe/Ni/Au）を用い、通常の蒸着プロセスによって作製する。本実施例では、このアンテナの間隙にバイアスを印加し、フェムト秒レーザを用いて間隙を光学的にゲートし、そのとき発生する電磁波をテラヘルツ波として用いる。ただし、テラヘルツ波発生方法は、この方式に限るものではない。例えば、レーザ波長が異なる二種類のレーザの差周波を用いて、ゲートする方法や、負性抵抗素子を用いる方式でもよい。また、本実施例の電磁波照射部101は、被写体107上の任意の点にテラヘルツ波を集光するための光学系を有しており、被写体107に集光された観測点を走査するための走査機構も有している。

電磁波検出部102は、上記電磁波照射部101と同様の構成を有しており、アンテナの間隙にバイアスを印加し、フェムト秒レーザを用いて間隙を光学的にゲートすることによって、テラヘルツ波を検出する。ただし、上記電磁波照射部101と同様に、この方式に限るものではない。また、電磁波検出部102は、上記電磁波照射部101と同様に、被写体107から得られるテラヘルツ波をアンテナ構造に集光するための光学系を有している。本実施例の電磁波検出部102は、被写体107を中心に、電磁波照射部101と対向して配置されており、被写体107を透過するテラヘルツ波を検出する。

本実施例において、構成物質解析部103、物質情報記憶部104、色再現部105は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成する。また、画像呈示部106は、ディスプレイを用いる。物質情報記憶部104は、プリントに用いる各トナーに関する透過スペクトル情報を記憶している。例えば、図2のグラフは、テラヘルツ波による、赤色のトナーと青色のトナーの透過スペクトルを測定したものである。図2の様に、赤色のトナーの透過スペクトルは、青色のトナーの透過スペクトルに対し、低周波数側に存在していることが分かる。本実施例における物質情報記憶部104は、この様な各トナーの透過スペクトルを記憶しており、構成物質解析部103において、被写体107を透過したテラヘルツ波の伝搬状態の変化より、観測点のトナーの種類と構成比率を出力する。色再現部105は、各トナーの構成比率に対応する色情報であるカラーデータマップを有しており、構成物質解析部103より出力されたトナーの構成比率に対して、カラーデータマップを参照して、観測点の色を出力する。画像提示部106では、各観測点における色を出力し、最終的に画像として出力する。

以上の様な構成によって、本実施例のカラー撮像装置は、暗所においても、紙にプリントされたカラー画像を検出することが可能になる。また、テラヘルツ波は、上記した様に、物質を透過する性質があるので、図3の様に、障害物201が紙付近に存在しても、本実施例のカラー撮像装置は、紙（被写体107）にプリントされたカラー画像を検出することが可能である。

（実施例2）
本発明におけるカラー画像撮像装置の実施例2を説明する。本実施例は、密閉された暗い洞窟内などにおける被写体107である壁画のカラー画像を読み取る装置への適応例である。以下の説明では、実施例1と重複する部分については省略する。

電磁波照射部101と電磁波検出部102については、実施例1と同様のものを使用する。ただし、本実施例の電磁波検出部102では、被写体107からのテラヘルツ波の反射波を検出する。そのため、電磁波照射部101と電磁波検出部102は、被写体107に対して、同一方向の側に配置されている。

本実施例における物質情報記憶部104は、壁画を構成する顔料や鉱物に関する物理的特長データを記憶している。構成物質解析部103では、被写体107より反射したテラヘルツ波の伝搬状態の変化より、観測点の顔料や鉱物の種類と構成比率を出力する。色再現部105は、各顔料や鉱物の構成比率に対応するカラーデータマップを有しており、構成物質解析部103より出力された顔料や鉱物の構成比率に対して、カラーデータマップを参照して、観測点の色を出力する。画像呈示部106では、各観測点における色を出力し、最終的に画像として出力する。

以上の様な構成によって、本実施例のカラー撮像装置は、密閉された暗い洞窟内などにおいても、壁画のカラー画像を検出することが可能になる。また、テラヘルツ波は、上記した様に、物質を透過する性質があるので、図4の様に、岸壁やコンクリート等の障害物201に隔てられた、或いは地中等の障害物201中の被写体107（物体）でも構造物としてカラー画像を取得することができる。

本発明における一実施形態および実施例を説明する図。 実施例1におけるトナーの透過スペクトルを示すグラフ。 実施例1における障害物を隔ててテラヘルツ波を検出する様子を説明する図。 実施例2における障害物を隔ててテラヘルツ波を検出する様子を説明する図。 カラー撮像装置の従来例を説明する図。 テラヘルツ波を用いた検査装置の従来例を説明する図。 テラヘルツ波の発生／検出原理の一例を説明する図

符号の説明

101 電磁波照射手段（電磁波照射部）
102 電磁波検出手段（電磁波検出部）
103 構成物質解析手段（構成物質解析部）
104 物質情報記憶手段（物質情報記憶部）
105 色再現手段（色再現部）
106 画像提示手段（画像提示部）
107 被写体
201 障害物

Claims (8)

1. 被写体に、30GHz〜30THzの周波数領域内の周波数の成分を有する電磁波を照射する工程と、
   前記被写体から得られる電磁波を検出する工程と、
   検出した電磁波の伝搬状態の変化と、記憶されている物質の物理的特性の情報を比較し、前記被写体の電磁波照射部分の構成物質の情報を獲得する工程と、
   前記獲得された構成物質の情報に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定する工程と、
   を有することを特徴とするカラー画像取得方法。
2. 前記色を決定する工程において、前記構成物質の構成比率に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定することを特徴とする請求項1に記載のカラー画像取得方法。
3. 前記被写体の電磁波照射部分の位置と色を対比させカラー画像を構築して呈示する工程を更に有することを特徴とする請求項1または2に記載のカラー画像取得方法。
4. 前記被写体から得られる電磁波は、被写体からの電磁波の反射波を利用することを特徴とする請求項1、2または3に記載のカラー画像取得方法。
5. 前記被写体から得られる電磁波は、被写体からの電磁波の透過波を利用することを特徴とする請求項1、2または3に記載のカラー画像取得方法。
6. 被写体に、30GHz〜30THzの周波数領域内の周波数の成分を有する電磁波を照射する電磁波照射手段と、
   前記被写体から得られる電磁波を検出する電磁波検出手段と、
   物質の物理的特性を記憶しておく物質情報記憶手段と、
   検出した電磁波の伝搬状態の変化と、前記物質情報記憶手段の情報を比較し、前記被写体の電磁波照射部分の構成物質の情報を獲得する構成物質解析手段と、
   前記構成物質の情報に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定する色再現手段と、
   を有することを特徴とするカラー撮像装置。
7. 前記色再現手段は、前記構成物質の構成比率に対応した色情報を基に前記被写体の電磁波照射部分の色を決定することを特徴とする請求項4に記載のカラー撮像装置。
8. 前記被写体の電磁波照射部分の位置と色を対比させカラー画像を構築して呈示する画像呈示手段を更に有することを特徴とする請求項4または5に記載のカラー撮像装置。

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