JP2009060162A - 物体の撮影方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】照明光源と撮影手段と演算装置を用いる物体の撮影方法であって、撮影対象に照射する照明光の強度を時間の経過に従って変動させ、撮影された映像の各画素又は複数の画素を1単位とした画素群について輝度の時間変化を記録し、この輝度の時間の経過に従って変動する変動量を抽出する演算操作を行った結果を用いて再マッピングを行い、合成された合成映像として表示及び/又は記録を行うことを特徴とする物体の撮影方法。
【選択図】図20
Description
すなわち、この従来方法は、熱輻射によりカメラ等の装置の損傷を防ぐと同時に、熱輻射の長波長成分を除去し、感光材料/感光素子が輻射の長波長により感光し、映像の明瞭さやコントラストが損なわれるのを防止している。
米本和也著、「CCD/CMOSイメージ・センサの基礎と応用 〜原理,構造,動作方式,諸特性からシステム概要まで」、CQ出版/2003年8月10日発行/JAN9784789836265
また、撮影対象物表面において、他の発熱体(すなわち輻射体)の輻射が映りこんだりする場合もあり、炉内を直接撮影した際の映像の輝度分布は非常に複雑なものとなり、特に撮影対象物とその周辺の温度が高い場合に、撮影対象物の鮮明な映像を得るのは難しくなるのが一般的である。
また、一定以上に高温のサンプルを撮影する際には、出力が非常に大きい照明光源を用いる必要があり(ガスレーザー等)、設備の大型化・運用が難しくなるという問題があり、さらに、撮影対象の温度が一定以上に高くなった場合、「(ブルーフィルタ透過後の)照射光の光量が、輻射光の光量よりも大きい」という条件を満たす光源が無い(そのような狭帯域かつ高出力な光源は無い)という問題があった。
図4〜図7に示したケースでは、それぞれの光量(面積)の大小関係は、B1<A<B2<B3となる。すなわち、このようなブルーフィルタを用いた撮影方法/撮影装置では、温度T1では十分なコントラストを持った鮮明な映像を得ることができるが、温度T2,T3では鮮明な映像を得ることはできない、ということになる。
照明光と同時に、カメラに入射する熱輻射の光量も、図11(温度T1)、図12(温度T2)、図13(温度T3)(但しT1<T2<T3)の斜線部の面積(C1,C2,C3)で表すことができる。
高温の物体を撮影する際、従来の方法では「〔照明光の光量〕>〔熱輻射〕」なる条件にする必要があったが、本発明の方法を用いると、「〔照明光の光量〕≦〔熱輻射〕」なる条件でもコントラスト良好で鮮明な映像を得ることが可能である。
また、本発明によれば、従来技術よりも小さな出力の照明光で鮮明な映像を得られ、従来技術よりも小さい出力の光源を用いることができる。
また、本発明によれば、従来技術よりも高温な物体を撮影可能である。すなわち、従来技術と同じ出力の照明光源を用いた場合、照明光源と比較して熱輻射レベルの高い状態、すなわち温度の高い物体/状態の撮影が可能である。
また、本発明によれば、映像の不要な箇所の「背景」を除去することが可能となるので、撮影したい領域のみの映像を得ることが可能である。
また、本発明によれば、映像の不要な箇所を除去することが可能となるので、撮影対象への、周囲の輻射などが「映り込む」ことによる映像の乱れを除去することが可能である。
また、本発明によれば、照射光(の反射光/散乱光)の変調成分を抽出することができる範囲(輝度のゆらぎ・ノイズからの変調光成分を分離できる範囲)で実施する限り、照明光の光量は輻射光の光量と比較して、小さくても良いという特徴も有する。
図16は、撮影対象である高温物体10とその周辺の状況を示す模式図である。電気炉などの高温環境においては、一般に、発熱体11が最も温度が高く、炉壁12などがそれに次いで温度が高く、撮影対象(試料や製造中の製品、半製品などの高温物体10)の温度が相対的に最も低い。すなわち、輻射強度で比較すると、発熱体11が最も明るく見え、炉壁12がそれに次ぐ明るさを持ち、高温物体10は最も暗く見えることになる。
従来の技術では、このような映像を、ブルーフィルタを介して直接撮影したり(特許文献1)、撮影対象(試料・(半)製品など)に照明光を照射してブルーフィルタを介して直接撮影したり(特許文献2)してきた。しかしながら、前述の通り、特に撮影対象とその周囲の温度が高い場合、従来の方法では、コントラストが良く鮮明な映像を得るのが困難であった。
以下に、変調した照明光を照射して解析することにより、輻射の影響を除去する方法の実施形態を記す。
シミュレーションの条件は以下の通りとした。
○カメラに入射する光量で比較して、〔輻射の光量〕:〔照射光の変動幅(最大値−最小値)〕=1〜2:0〜0.2(相対値)。
○撮影手段:CCDカメラ等、入射光量に対して線形化された輝度情報を出力。
○撮影速度(サンプリング速度):30回/秒(サンプリング周波数30Hz)。
○照射光の変調方法:正弦波状、5Hz。
図24は、図21と同様に輻射を持つ物体に照明光を照射し、カメラで捉えた映像のうち、ある画素における光量の時間変動のモデルを示す。ここでは輻射光と照明光の最大値のパワー比は1:0.2(相対値)である。
図28は、図27(輻射量1.0)と同じ演算を、輻射量1.5,2.0(相対値)についても行った結果を示す。
これらの図から分かる通り、各画素の輝度データから照射光の変調周波数と同じ周波数の成分を抽出することにより、輻射の影響を除去して照射光の反射/散乱強度のみを抽出することができる。
図29及び図30は、輻射を持つ物体に照明光を照射し、カメラでとらえた映像の輝度情報のうち、ある画素における光量の時間変動のモデルを示す。輻射光の強度は、サンプリング時間内ではノイズ・ゆらぎの影響で幅0.02で変動し、照明光の変動・輻射光と照明光の最大値のパワー比は1:0.1(相対値)及び1:0.2(同)であり、ノイズが存在する点以外は、図21及び図24と同じである。
上記の解析(演算)例では、サンプリング周波数30Hz×2秒=60点のサンプリングデータについて演算を行った。
離散フーリエ変換を行う際、サンプリング点数Nの場合に複素数演算は約N2回、すなわち60点の場合には、約3600回の複素数演算を、各画素について行う必要がある。各画素が640×480=307200ピクセルの時(VGA相当)、必要な演算回数は3600×307200≒1.1×109回となる。これを、1秒間に3.4回×109回(3.4GHz)の複素数演算が行える装置で計算した場合、全画素の離散フーリエ変換に必要な計算時間は(1.1×109)÷(3.4×109)≒0.33秒、すなわち1秒に3回の頻度で画像更新が可能であることになる。
1.特許文献2に記載された従来技術の場合よりも、小さな出力の照明光で鮮明な映像を得ることができる。すなわち、特許文献2に記載された従来技術で撮影可能な温度域の高温物体/状態を撮影する際に、照明として用いる光源の出力は、当該従来技術の場合よりも小さいもので良い。
2.従来技術よりも高温な物体を撮影可能である。すなわち、従来技術の場合と同じ出力の照明光源を用いた場合、照明光源と比較して熱輻射レベルの高い状態、すなわち温度の高い物体/状態の撮影が可能である。
3.撮影したい領域のみの映像を得ることが可能であり、映像の不要な箇所の「背景」を除去することが可能である。
4.撮影対象に、周囲の輻射などが「映り込む」ことによる映像の乱れを除去することが可能である。
Claims (12)
- 照明光源と撮影手段と演算装置を用いる物体の撮影方法であって、撮影対象に照射する照明光の強度を時間の経過に従って変動させ、撮影された映像の各画素又は複数の画素を1単位とした画素群について輝度の時間変化を記録し、この輝度の時間の経過に従って変動する変動量を抽出する演算操作を行った結果を用いて再マッピングを行い、合成された合成映像として表示及び/又は記録を行うことを特徴とする物体の撮影方法。
- 照明光源と撮影手段と演算装置を用いる物体の撮影方法であって、撮影対象に照射する照明光に強度変調を施し、撮影された映像の各画素又は複数の画素を1単位とした画素群について輝度の時間変化を記録し、この輝度の時間変化のうち照明光に行う強度変調の周波数成分のうち少なくとも1つと同じ周波数成分の振幅を演算した結果を用いて再マッピングを行い、合成された合成映像として表示及び/又は記録を行うことを特徴とする物体の撮影方法。
- 照明光を撮影視野内の一部にのみ照射して、照明光を照射していない箇所の映像を除去することにより、視野内の特定の箇所のみの映像を抽出・合成することを特徴とする請求項1又は2に記載の物体の撮影方法。
- 物体と撮影手段の間に所定の波長の光を選択的に透過する光フィルタを配置することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の物体の撮影方法。
- 撮影手段に入射する光のうち、照明光の入射量の最大値が、変化を連続的に記録する時間と比較して短い時間内に起こる背景輻射の時間変化である背景輻射のゆらぎと比較して大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の物体の撮影方法。
- 撮影手段に入射する光のうち、照明光の入射量の最大値と最小値の差が、変化を記録する時間と比較して短い時間内に起こる背景輻射の時間変化である背景輻射のゆらぎと比較して大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の物体の撮影方法。
- 照明光源と撮影手段と演算装置を有する撮影装置であって、撮影対象に照射する照明光の強度を時間の経過に従って変動させる変調手段を有し、撮影された映像の各画素又は複数の画素を1単位とした画素群について輝度の時間変化を記録し、この輝度の時間の経過に従って変動する変動量を抽出する演算操作を行った結果を用いて再マッピングを行って、合成された合成映像として出力する演算装置を持つことを特徴とする物体の撮影装置。
- 照明光源と撮影手段と演算装置を有する撮影装置であって、照明光に強度変調を施す変調手段を有し、撮影された映像の各画素又は複数の画素を1単位とした画素群について輝度の時間変化を記録し、この輝度の時間変化のうち照明光に行う強度変調の周波数成分のうち少なくとも1つと同じ周波数成分の振幅を演算した結果を用いて再マッピングを行い、合成された合成映像として出力する演算装置を持つことを特徴とする物体の撮影装置。
- 照明光を撮影視野内の一部にのみ照射して、照明光を照射していない箇所の映像を除去することにより、視野内の特定の箇所のみの映像を抽出・合成することを特徴とする請求項7又は8に記載の物体の撮影装置。
- 物体と撮影手段の間に所定の波長の光を選択的に透過する光フィルタが配置されてなることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の物体の撮影装置。
- 撮影手段に入射する光のうち、照明光の入射量の最大値が、変化を記録する時間と比較して短い時間内に起こる背景輻射の時間変化である背景輻射のゆらぎと比較して大きくなるように照明光の入射量の最大値を設定してあることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の物体の撮影装置。
- 撮影手段に入射する光のうち、照明光の入射量の最大値と最小値の差が、変化を記録する時間と比較して短い時間内に起こる背景輻射の時間変化である背景輻射のゆらぎと比較して大きくなるように照明光の入射量の最大値及び最小値を設定してあることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の物体の撮影装置。
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