JP2008204316A - スペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 スペクトル波形パターンのピーク位置を検出する方法又は領域を分割する方法およびプログラムを提供することである。
【解決手段】 １本の水平線で構成される水準線（１２）をスペクトル波形パターン（１０）の最高ピークＰ₁の上方の位置Ｈ_uから予め定めた下限位置Ｈ_bまで下降させるステップと、水準線がスペクトル波形パターンの新たなピークと交差すると、当該ピークが隣接するピークと独立したものであるか否か判定し、独立したピークであると判定された場合には当該ピークの横軸方向位置を記録するステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スペクトル波形パターンから製品などの良品・不良品の検査を行うための前処理である、スペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法およびプログラムに関する。

スペクトル波形により、良品・不良品の検査を実施可能な製品や材料は数多く存在する。たとえば、蛍光管は、波長ごとにエネルギに大小があり、図７に示すように、スペクトル波形により発光特性を表すことができる。また、赤外分光計を用いた対象物質の特性計測データ、石油化学製品、漢方薬素材、或いは農産品などの特性も、クロマトグラフなど、スペクトル波形として表すことができる。
このように、工業分野においても薬品・農業分野などにおいても、製品や素材・材料特性の検査にスペクトル波形が広く利用されているが、いずれの分野でも、検査対象となるスペクトル波形を、過去に良品と判定されたスペクトル波形群と比較対照して、同一とみなすことができるか否かを判定する。たとえば、図８（イ）に示される波形が従来良品と判定された代表的なスペクトルとすると、図８（ロ）ではほぼ全ての箇所で同じ波形パターンとみなすことができるが、矢印（ａ）部の山の形状が図８（イ）と相違しており、スペクトル波形の同一性に疑義が生ずることとなる。

このようなスペクトル波形の同一性の判定は、従来は主に目視によって行われていた。その理由は、たとえ良品と判定されたスペクトル波形同士であっても、全く同一の波形は存在せず、代表的ピーク部などの形状の比較という高度な認識処理を必要とするからである。全く同一のスペクトル波形が存在しない理由の一つとして、スペクトル波形の計測誤差が不可避であることなどが挙げられる。たとえば、同じ検体であっても計測する度に波形が微妙に異なる。

しかし、目視検査には、習熟が必要なことや、検査員による判断結果の相違などの問題、或いは数多くのスペクトル波形の形状検査を実施する場合のコストの問題などがあるため、スペクトル波形の同一性の判定をコンピュータに実施させようとする開発も進められている。
スペクトル波形の同一性の判定のコンピュータによる実施を目的として、本発明者はこれまでに、スペクトル波形からの特徴量抽出に関する新たな方法を発明した（特許文献１参照）。この方法においては、特徴量を抽出する方法は、スペクトル波形パターンを複数の領域に分割することが基本になっている。
また、本発明者は、スペクトル波形パターンのピーク位置補正に関する新たな方法を発明した（特許文献２参照）。この方法においても、スペクトル波形パターンを横軸方向に複数の領域に分割し、基準となるピーク位置を設定するという処理が行われる。
これらの２つの方法において領域の分割を行う理由は、スペクトル波形パターンが振動波形などと異なり波形パターンの始点から終端までの全体形状について評価する必要があり、その処理を実行するためには波形のピーク毎に領域を分割することが適切であることにある。

上述の２つの方法では、スペクトル波形パターンの領域分割は、人間が適切に設定することによって実施されているため、領域分割を人間の判断に拠らずに実施することができる方法が望まれていた。そこで、これに応じて、本発明者は、ピーク位置検出方法又は領域分割方法として新たな方法を発明した（特許文献３参照）。この方法によれば、スペクトル波形パターンを波形のピーク毎に領域を適切に分割することが可能である。

特開２００４−１１０６０２号公報 特開２００５−３２７２３０号公報 特願２００６−２８０９８９号

上述のように、本発明者は、スペクトル波形パターンを波形のピーク毎に領域を適切に分割する方法を提案したが、スペクトル波形パターンには種々の種類のものが存在するため、上述の方法以外にも領域分割を可能とする有効な手段が望まれている。

図７（イ）にスペクトル波形の一例を示すが、スペクトル波形パターンのピーク位置検出又は領域分割に当たっては、以下の条件などを満たす必要がある。
（１）スペクトル波形には、大小複数のピークが存在するが、高いピークを中心に領域が定義され、領域が当該ピークの裾野の部分までを十分含んでいること。
（２）低いピークであっても独立したピークと見なすことができるピークは、当該ピークを中心に領域が定義されること。
（３）複数のピークが横軸方向に密に存在し、横軸方向の計測誤差を考慮した場合など、同一領域に含めた方がよい場合には、同一領域とすること。
（４）急峻な形状のピークも緩やかな形状のピークも、ピークとして定義されること。
（５）大きなピークの斜面部に存在するピークも、必要に応じてピークとして定義されること。
（６）ピーク間に適切な境界が定義されること、すなわちスペクトル波形パターンが適切に領域分割されること。
これらの条件を満たすピーク位置検出又は領域分割の例を図７（ロ）に示す。図７（ロ）の例では、目視判断により一定の大きさと明瞭さをもってピークとして認め、領域分割したもので、点線が領域の境界を示している。

本発明は、上述のような事情に鑑みて案出されたものであって、スペクトル波形パターンのピーク位置を検出する方法又は領域を分割する方法およびプログラムを提供することを目的としている。

本願請求項１に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法は、１本の水平線で構成される水準線を前記スペクトル波形パターンの最高ピークの上方の位置から予め定めた下限位置まで下降させるステップと、前記水準線が前記スペクトル波形パターンの新たなピークと交差すると、当該ピークが隣接するピークと独立したものであるか否か判定し、独立したピークであると判定された場合には当該ピークの横軸方向位置を記録するステップとを含むことを特徴とするものである。

本願請求項２に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法は、前記請求項１の方法において、前記判定が前記当該ピークが前記隣接するピークに対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とするものである。

本願請求項３に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法は、前記請求項１の方法において、前記判定が前記当該ピークが前記隣接するピークの裾野範囲に対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とするものである。

本願請求項４に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法は、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項の方法において、前記記録された横軸方向位置に対応する各ピークにおいて、隣接するピークの横軸方向位置のほぼ中央、又は隣接するピーク間に存在するスペクトル波形パターンの最底部を領域分割の境界とするステップを更に含むことを特徴とするものである。

本願請求項５に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出プログラム方法又は領域分割プログラムは、１本の水平線で構成される水準線を前記スペクトル波形パターンの最高ピークの上方の位置から予め定めた下限位置まで下降させるステップと、前記水準線が前記スペクトル波形パターンの新たなピークと交差すると、当該ピークが隣接するピークと独立したものであるか否か判定し、独立したピークであると判定された場合には当該ピークの横軸方向位置を記憶装置に格納するステップとを含むことを特徴とするものである。

本願請求項６に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出プログラム方法又は領域分割プログラムは、前記請求項５のプログラムにおいて、前記判定が、前記当該ピークが前記隣接するピークに対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とするものである。

本願請求項７に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出プログラム方法又は領域分割プログラムは、前記請求項５のプログラムにおいて、前記判定が、前記当該ピークが前記隣接するピークの裾野範囲に対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とするものである。

本願請求項８に記載のスペクトル波形パターンのピーク位置検出プログラム方法又は領域分割プログラムは、前記請求項５から請求項７までのいずれか１項のプログラムにおいて、前記記憶装置に格納された横軸方向位置に対応する各ピークにおいて、隣接するピークの横軸方向位置のほぼ中央、又は隣接するピーク間に存在するスペクトル波形パターンの最底部を領域分割の境界とし、前記境界を記憶装置に格納するステップを更に含むことを特徴とするものである。

本発明の方法およびプログラムによれば、スペクトル波形パターンのピーク位置を検出し、横軸方向において自動的に領域分割することができるので、製品や素材・材料の良品・不良品の検査を一層効率的に行うことが可能になる。

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係るスペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法の概略的な構成を示したフロー図である。本実施の形態では、図２に示すスペクトル波形パターンを例として説明する。

図２（イ）は、スペクトル波形パターンの一例を示した図であり、スペクトル波形パターンは、横軸方向に一定間隔でサンプリングされ、横軸の各座標位置における縦軸方向の高さ情報を有するデジタルデータである。図２（ロ）は、図２（イ）に示されるスペクトル波形パターンの横軸方向の波形データを分解能単位で枡目として表現した図である。図２（ロ）においては、説明の簡単化のため、分解能が図２（イ）のスペクトル波形パターンに対してかなり粗いものとして表現されている。

まず、対象とするスペクトル波形パターン１０に対して、スペクトル波形パターンが存在しない高さＨ_uの位置（換言すると、スペクトル波形パターン１０の最高ピークＰ₁より上方の箇所）に、１本の水平線で構成される水準線１２を定める。水準線１２を、予め定めた下限位置Ｈ_bまで下降させるものとする。

次いで、スペクトル波形パターン１０のピークＰ₁と交差するまで水準線１２を下降させ、交差する横軸方向位置を図２（ロ）にＱ₁として記録する。

水準線１２を更に下降させると、水準線１２は、スペクトル波形パターン１０のピークＰ₂と交差する。その際、ピークＰ₂が既に記録されたピークＰ₁と独立したピークであるか否か判定する。具体的には、新たなピークＰ₂が、既に記録されたピークＰ₁に対して、予め設定した間隔以上の箇所に位置している場合には独立したピークとみなし、予め設定した間隔以内に位置している場合には独立したピークとみなさないものとする。

より詳細に説明すると、例えば、ピーク同士の間隔が図２（ロ）の２枡目以上であれば独立したピークとし、１枡目以下であれば独立したピークとはみなさないと予め定義した場合には、ピークＰ₂については、ピークＰ₁に対して、図２（ロ）において２枡目以上の間隔に位置しているので、独立したピークとみなす。

水準線１２を更に下降させると、水準線１２は、スペクトル波形パターン１０のピークＰ₃，Ｐ₄，・・・と次々に交差するが、上述の手順と同様にして、ピークＰ₃，Ｐ₄，・・・が既に記録された隣接するピークに対して独立したピークとみなされるか否か順次判定する。例えば、ピークＰ₆について見ると、その横軸方向位置Ｑ₆が隣接するピークＰ₃
の横軸方向位置Ｑ₃と１枡の間隔になっているので、Ｑ₆を記録しない。また、ピークＰ₉についても、その横軸方向位置Ｑ₉が隣接するピークＰ₈の横軸方向位置Ｑ₈と１枡の間隔になっているので、Ｑ₉を記録しない。

以上の手順を経ることにより、図２（ロ）の最下端に示されるように、全てのピーク位置に対応する横軸方向位置Ｑ₇，Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₅，Ｑ₈，Ｑ₃，Ｑ₄が求められる。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法の概略的な構成を示したフロー図、図４は、図３に示した方法を説明するための図２と同様な図である。本発明の第２の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法は、水準線が新たなピークと交差したとき既存の隣接するピークと独立したピークであるか否かの判定を行う手順が相違している点を除いて、第１の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法と実質的に同一の構成を有している。

図４を参照してより詳細に説明すると、本発明の第２の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法では、１本の水平線で構成される水準線１２を定め、水準線１２をスペクトル波形パターン１０の最高ピークＰ₁の上方の位置Ｈ_uから下降させ、水準線１２がスペクトル波形パターン１０のピークＰ₁と交差すると、交差した箇所の横軸方向位置Ｑ₁を記録する。ピークＰ₁と交差した後、水準線１２を更に下降させると、ピークＰ₁の裾野部分が次第に拡がってくる。例えば、水準線１２が図４（イ）のＨ₁′の位置にあるとき、裾野部分は、Ｅ_L〜Ｅ_Rで示される範囲に及ぶこととなる。すなわち、ピークＰ₁の横軸方向位置Ｑ₁に対して、その両側に左端Ｅ_Lと右端Ｅ_Rを両端部とする範囲（以下「裾野範囲」という）が定められる。

水準線１２を更に下降させると、水準線１２が新たなピークＰ₂と交差するが、その時の裾野範囲と新たなピークＰ₂との間隔が、予め設定した間隔以内になる場合には、新たなピークを独立したピークとはみなさないものとする。例えば、裾野範囲とピークとの間隔が図４（ロ）の１枡目以下であれば独立したピークとはみなさないと予め定義したとすると、ピークＰ₁のＨ₂における裾野範囲とピークＰ₂の横軸方向位置Ｑ₂との間隔が１枡であるので、ピークＰ₂を独立したピークとはみなさず、その横軸方向位置Ｑ₂を記録しない。

このような手順を経ることにより、第２の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法によれば、図４（ロ）の最下端に示されるように、全てのピーク位置に対応する横軸方向位置Ｑ₇，Ｑ₁，Ｑ₅，Ｑ₃，Ｑ₄が求められる。

上述の第１の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法或いは第２の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法のいずれかを用いてピーク位置を検出した後、検出されたピーク位置に基づいて、スペクトル波形パターンの領域分割を行う。領域分割の方法は、各ピークの中間（すなわち、ピーク間の１／２の位置）に境界を定める方法と、各ピークの間においてスペクトル波形パターンの最も低い位置（最底部）に境界を定める方法の２つに大別されるが、対象とするスペクトル波形パターンの性質に応じて、いずれかの方法、又はこれらの方法を変形した方法が用いられる。

図５は、第１の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法によって得られた結果に基づいて領域分割した例を示した図、図６は、第２の実施の形態に係るピーク位置検出又は領域分割方法によって得られた結果に基づいて領域分割した例を示した図である。図５及び図６においては、領域分割の境界線を、スペクトル波形パターンの隣接するピーク間の最底部に設定しており、図５の例では、７領域Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄，Ｒ₅，Ｒ₆，Ｒ₇に分割され、図６の例では、５領域Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄，Ｒ₅に分割されている。

次に、コンピュータに上述のステップを実行させるためのプログラムについて説明する。本プログラムが実行されるコンピュータは、バスによって相互に接続されたＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、ハードディスク等の記憶装置、キーボード等の入力装置、表示装置、及び出力装置（いずれも図示せず）を有するものでもよいし、或いはマイクロチップ型式の処理装置等でもよい。

まず、入力装置によって入力されたスペクトル波形パターンがメモリに格納される。次いで、１本の水平線で構成される水準線１２をスペクトル波形パターン１０の最高ピークＰ₁の上方の位置Ｈ_uから予め定めた下限位置Ｈ_bまで下降させる。そして、水準線１２がスペクトル波形パターンの新たなピークと交差する毎に、当該ピークが隣接するピークと独立したものであるか否か判定し、独立したピークであると判定された場合には当該ピークの横軸方向位置がメモリに順次格納される。

好ましくは、上述の判定は、当該ピークが隣接するピークに対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われる。或いは、上述の判定を、当該ピークが隣接するピークの裾野範囲に対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行ってもよい。

また、本プログラムは、メモリに格納された横軸方向位置に対応する各ピークにおいて、隣接するピークの横軸方向位置のほぼ中央、又は隣接するピーク間に存在するスペクトル波形パターンの最底部を領域分割の境界とし、境界をメモリに格納するステップを更に含んでいる。

なお、上述の例では、データがメモリに格納されるものとして説明したが、データ量が多い場合には、ハードディスク等の大容量記憶装置に格納される。

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

本発明の第１の実施の形態に係るピーク位置検出方法又は領域分割方法の構成を概略的に示したフロー図である。 図１の方法を説明するためのスペクトル波形パターンを示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係るピーク位置検出方法又は領域分割方法の構成を概略的に示したフロー図である。 図３の方法を説明するためのスペクトル波形パターンを示した図である。 図１の方法によって得られた結果に基づいて領域分割した例を示した図である。 図３の方法によって得られた結果に基づいて領域分割した例を示した図である。 蛍光管のスペクトル波形の一例および領域分割の例を示した図である。 漢方薬素材等をクロマトグラフを用いて計測したスペクトル波形の一例を示した図である。

Claims (8)

1. スペクトル波形パターンから製品、素材特性等の良品・不良品の検査を行うための前処理であるスペクトル波形パターンのピーク位置検出方法又は領域分割方法であって、
   １本の水平線で構成される水準線を前記スペクトル波形パターンの最高ピークの上方の位置から予め定めた下限位置まで下降させるステップと、
   前記水準線が前記スペクトル波形パターンの新たなピークと交差すると、当該ピークが隣接するピークと独立したものであるか否か判定し、独立したピークであると判定された場合には当該ピークの横軸方向位置を記録するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記判定が、前記当該ピークが前記隣接するピークに対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記判定が、前記当該ピークが前記隣接するピークの裾野範囲に対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記記録された横軸方向位置に対応する各ピークにおいて、隣接するピークの横軸方向位置のほぼ中央、又は隣接するピーク間に存在するスペクトル波形パターンの最底部を領域分割の境界とするステップを更に含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. スペクトル波形パターンから製品、素材特性等の良品・不良品の検査を行うための前処理であるスペクトル波形パターンのピーク位置検出又は領域分割プログラムであって、
   １本の水平線で構成される水準線を前記スペクトル波形パターンの最高ピークの上方の位置から予め定めた下限位置まで下降させるステップと、
   前記水準線が前記スペクトル波形パターンの新たなピークと交差すると、当該ピークが隣接するピークと独立したものであるか否か判定し、独立したピークであると判定された場合には当該ピークの横軸方向位置を記憶装置に格納するステップと、
   をコンピュータに実行させるためのプログラム。
6. 前記判定が、前記当該ピークが前記隣接するピークに対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とする請求項５に記載のプログラム。
7. 前記判定が、前記当該ピークが前記隣接するピークの裾野範囲に対して予め設定した間隔以内にあるか否かによって行われることを特徴とする請求項５に記載のプログラム。
8. 前記記憶装置に格納された横軸方向位置に対応する各ピークにおいて、隣接するピークの横軸方向位置のほぼ中央、又は隣接するピーク間に存在するスペクトル波形パターンの最底部を領域分割の境界とし、前記境界を記憶装置に格納するステップを更に含むことを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項に記載のプログラム。