JP2018174489A - スペクトルカメラ撮影装置及びスペクトルカメラ撮影方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】反射スペクトルの測定精度を向上させるとともに、撮影の作業性を向上させることができる、スペクトルカメラ撮影装置、スペクトルカメラ撮影方法及びスペクトルカメラ撮影プログラムを提供する。【解決手段】スペクトルカメラ撮影装置は、被写体を撮影するスペクトルカメラと、被写体を照射する照明と、スペクトルカメラを制御する制御部と、スペクトルカメラを保持するカメラ保持部と、スペクトルカメラとの相対位置を固定して、照明を保持する照明保持部と、スペクトルカメラ及び照明と一体的に可搬可能に、制御部を保持する制御部保持部とを、備える。【選択図】図1

Description

本発明は、スペクトルカメラ撮影装置、スペクトルカメラ撮影方法及びスペクトルカメラ撮影プログラムに関する。
近年、分析対象物をスペクトルカメラで撮影して分析する手法が注目されている。スペクトルカメラは、分析対象物を撮影して、撮影した画像の画素毎に反射スペクトルの情報を持たせた2次元画像を生成することができるカメラである。スペクトルカメラで撮影された画像を表示装置に表示させたり、印字したりすることで、分析対象物の反射スペクトルを2次元画像として可視化することが可能となる。分析対象物の分析は、例えば、反射スペクトルの分布や均一性を目視することで行われる(例えば、特許文献1を参照)。
ここで、反射スペクトルとは各波長における光の強度である。スペクトルカメラは、各波長においてCCD(Charge Coupled Device)、又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の受光素子をスキャンして、各波長における画像を生成する。スペクトルカメラの性能は、波長の分解精度(波長分解能)によって定められる。例えば、1画像における波長のバンド幅を狭くして分解能を高くした場合、撮影される画像枚数が増加する。例えば、標準光源としてハロゲンライトを用いる場合、1バンドのバンド幅を数nm〜数十nmとした場合、数十〜数百バンドのバンド数で光の強度を計測することができる。
特開2016−39485号公報
しかしながら、スペクトルカメラは、一般的にラインスキャンで画像を生成するため、1枚の2次元画像を生成するのに時間が掛り、数十〜数百の2次元画像を生成する場合、撮影開始から終了まで相当の時間を要することになる。また、照明の照射角度が異なると被写体から反射する光量が変わるため撮影される反射スペクトルの2次元画像に影響を与える場合がある。
従って、例えば、撮影開始から終了までの間に、スペクトルカメラや被写体を照射する照明が移動してしまったり、スペクトルカメラと照明の相対的な位置関係が変わってしまったりした場合、撮影した画像がぶれてしまい、反射スペクトルの測定精度が低下する場合があった。
また、スペクトルカメラと照明の相対的な位置関係が被写体毎に異なると、被写体毎に反射スペクトルの差異が生じてしまい、測定精度が低下する場合があった。
さらに、スペクトルカメラに撮影範囲は、ラインスキャンによる2次元画像の生成を待って確認する必要があり、撮影の作業性が低下する場合があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、反射スペクトルの測定精度を向上させるとともに、撮影の作業性を向上させることができる、スペクトルカメラ撮影装置、スペクトルカメラ撮影方法及びスペクトルカメラ撮影プログラムを提供することを目的とする。
(1)本発明の一態様において、スペクトルカメラ撮影装置は、被写体を撮影するスペクトルカメラと、前記被写体を照射する照明と、前記スペクトルカメラを制御する制御部と、前記スペクトルカメラを保持するカメラ保持部と、前記スペクトルカメラとの相対位置を固定して、前記照明を保持する照明保持部と、前記スペクトルカメラ及び前記照明と一体的に可搬可能に、前記制御部を保持する制御部保持部とを備える。
(2)本発明の一態様のスペクトルカメラ撮影装置において、前記被写体と前記スペクトルカメラの撮影位置を視認するためのレーザ光を照射するレーザ照射部をさらに備える。
(3)本発明の一態様のスペクトルカメラ撮影装置において、前記レーザ照射部は、前記被写体と前記スペクトルカメラの距離を視認するための、照射角度の異なる複数のレーザ光を照射する。
(4)本発明の一態様のスペクトルカメラ撮影装置において、前記制御部は、携帯端末と無線通信をする無線通信部を備え、前記携帯端末の操作によって前記スペクトルカメラを制御する。
(5)本発明の一態様のスペクトルカメラ撮影装置において、前記照明保持部は、前記被写体を異なる角度で照射する複数の照明を保持し、前記スペクトルカメラとの相対位置を固定する。
(6)本発明の一態様において、スペクトルカメラ撮影方法は、被写体を撮影するスペクトルカメラを保持するカメラ保持ステップと、前記スペクトルカメラとの相対位置を固定して、前記被写体を照射する光源を保持する光源保持ステップと、前記スペクトルカメラ及び前記光源と一体的に可搬可能に、前記スペクトルカメラを制御する制御部を保持する制御部保持ステップとを含む。
(7)本発明の一態様において、スペクトルカメラ撮影プログラムは、被写体を撮影するスペクトルカメラを保持するカメラ保持処理と、前記スペクトルカメラとの相対位置を固定して、前記被写体を照射する光源を保持する光源保持処理と、前記スペクトルカメラ及び前記光源と一体的に可搬可能に、前記スペクトルカメラを制御する制御部を保持する制御部保持処理とを、コンピュータに実行させる。
本発明によれば、反射スペクトルの測定精度を向上させるとともに、撮影の作業性を向上させることができる、スペクトルカメラ撮影装置、スペクトルカメラ撮影方法及びスペクトルカメラ撮影プログラムを提供することができる。
実施形態のスペクトルカメラ撮影装置の概要の一例を示す図。 実施形態のスペクトルカメラ撮影装置の機能ブロックの一例を示す図。 実施形態のスペクトルカメラ撮影装置の構造の一例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態における、スペクトルカメラ撮影装置及びスペクトルカメラ撮影方法について詳細に説明する。なお、以下に示す各図において、同一構成については同一の符号を付す。
先ず、図1を用いて、実施形態のスペクトルカメラ撮影装置の概要を説明する。
図1において、スペクトルカメラ撮影装置1は、制御部10、スペクトルカメラ11、照明12A、照明12B、レーザポインタ13A及びレーザポインタ13Bを有する。
制御部10は、スペクトルカメラ11を制御する。制御部10は、例えば、スペクトルカメラ11に対して、撮影条件を設定し、撮影の開始、中断又は中止を指示し、スペクトルカメラ11が撮影した撮影画像を取得して画像処理、若しくは画像の保存等を行う。撮影条件とは、例えば、測定波長の範囲、バンド幅、解像度、撮影感度等である。撮影条件には、画像処理の前処理の設定等を含んでいてもよい。
また、制御部10は、照明12A又は照明12B(以下、「照明12」する。)を制御してもよい。照明12の制御とは、例えば照明12のON又はOFF制御、照明12の照度の制御等である。
また、制御部10は、レーザポインタ13A又はレーザポインタ13B(以下、「レーザポインタ13」という。)を制御してもよい。レーザポインタ13の制御とは、レーザポインタ13のON又はOFF制御等である。
制御部10は、例えば、CPU、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等のハードウェア機能を有するコンピュータである。なお、制御部10のソフトウェア機能は、図2を用いて後述する。
スペクトルカメラ11は、制御部10によって制御されて被写体Sを撮影する。スペクトルカメラ11は、予め設定された波長のバンド幅に基づき、被写体Sの反射スペクトルの2次元画像を撮影する。なお、スペクトルカメラ11は、例えば、ラインスキャンっモードと、エリアスキャンモードを切替えて撮影できるものであってもよい。エリアスキャンは通常のビデオカメラと同様に、所定の範囲を短時間でスキャンする撮影モードである。一方、ラインスキャンモードは、解像度(分解能)と感度の高いスキャンが可能な撮影モードである。
スペクトルカメラ11は、撮影方向d1において被写体Sを撮影する。スペクトルカメラ11は、レンズの焦点距離によって決定される画角(撮影範囲)を有している。例えば、通常のビデオカメラでは、モニタを確認しながら撮影範囲を確認し、調整することができる。しかし、ラインスキャンによって被写体Sを撮影する場合、撮影範囲を全て撮影するのに時間が掛ってしまい、モニタを確認しながらの微調整が困難となる。
レーザポインタ13は、レーザ光の直進性を利用して、スペクトルカメラ11の撮影範囲の目安を視認可能にする。例えば、レーザポインタ13の光軸d3がスペクトルカメラ11の撮影方向d1と平行になるようにレーザポインタ13を設置した場合、レーザポインタ13によってスペクトルカメラ11の撮影方向d1を大凡把握可能になる。また、図1に示すように、レーザポインタ13Aとレーザポインタ13Bを用いた場合、レーザポインタ13Aの光軸d3Aとレーザポインタ13Bの光軸d3Bを異なる照射角度で設定した場合、被写体Sに照射されたレーザ光の距離によって、スペクトルカメラ11と被写体Sの距離(撮影距離)と撮影範囲が視認可能になる。レーザポインタ13のON又はOFFは、制御部10によって制御されてもよい。なお、図1は、レーザ光を用いるレーザポインタを例示したが、レーザポインタの代わりに、例えばLED光を利用したポインタを使用してもよい。
照明12は、被写体Sを照射する光源である。照明12の波長範囲はスペクトルカメラ11によって撮影される反射スペクトルに応じて選択することができる。例えば、標準光源としてハロゲンライトを光源に使用した場合、ハロゲンライトに含まれる波長の範囲内において反射スペクトルが撮影される。標準光源とは、測定用に定められた波長の光を出力する光源であって、例えば、CIE(国際照明委員会)によって相関色温度が規定された光源である。
照明12は、光軸d2によって照射される。照明12の光軸d2や照射範囲は、例えば照明12に取付けられたレンズによって定めることができる。図1に示すように、照明12Aの光軸d2Aと照明12Bの光軸d2Bとを異なる照射角度とすることにより、2つの光源で被写体Sを照射したときに被写体Sの表面にできる照明の影を少なくすることができる。なお、照明12のON又はOFF制御、光量調整は制御部10が制御するようにしてもよい。
次に、図2を用いて、実施形態のスペクトルカメラ撮影装置1の機能ブロックを説明する。
図2において、スペクトルカメラ撮影装置1は、制御部10、スペクトルカメラ11、照明12A、照明12B、レーザポインタ13A及びレーザポインタ13Bを有する。制御部10は、撮影制御部101、照明制御部102、ポインタ制御部103、記憶部104及び通信制御部105の各機能を有する。本実施形態において、制御部10が有する、撮影制御部101、照明制御部102、ポインタ制御部103、記憶部104及び通信制御部105の各機能は、制御プログラム(ソフトウェア)により実現することができる。すなわち、図2で示した制御部10は、制御プログラムによって実現することができる。
撮影制御部101は、スペクトルカメラ11による撮影を制御する。撮影制御部101は、スペクトルカメラ11の解像度、撮影速度(フレーム/秒)、撮影波長のバンド幅等の設定をすることができる。また、撮影制御部101は、スペクトルカメラ11による撮影の開始、中断又は中止を制御することができる。また、撮影制御部101は、スペクトルカメラ11が撮影した撮影画像を取得して画像処理し、又は画像の保存を行う。撮影制御部101は、スペクトルカメラ11が分光してスキャンした反射スペクトルに対して、例えば、反射光の強度を均一化する前処理を行ってもよい。反射光の強度は照明によって変化するため、撮影された画像の明るさを調整することによって、反射スペクトルの測定精度を向上させることが可能となる。また、撮影制御部101は、撮影された画像を視認しやすいように、画像の色補正や強調処理を行うようにしてもよい。
照明制御部102は、照明12Aと照明12BのON又はOFF制御をする。照明制御部102は、照度を調整するための電圧制御をするようにしてもよい。照明12はスペクトルカメラ撮影装置1の中で消費電力が大きいので、こまめな消灯をすることによって省電力化を図ることが可能となる。有接点による照明12のON又はOFF制御は、振動を発生さえるため、例えば、SSR(Solid State Relays)等の無接点リレーでON又はOFF制御をしてもよい。
ポインタ制御部103は、レーザポインタ13Aとレーザポインタ13BのON又はOFF制御をする。レーザ光は撮影の妨げになるため、ポインタ制御部103は、スペクトルカメラ11の撮影が開始されるときにはレーザポインタ13がOFFにあるようにする。
記憶部104は、スペクトルカメラ11で撮影された画像を記憶する。記憶部104は、撮影された画像に対して画像処理をした画像を記憶するようにしてもよい。また、記憶部104は、制御部10において実行される制御プログラムや制御部10において使用されるデータを記憶するものであってもよい。
通信制御部105は、スマートフォン等の携帯端末2との通信を制御する。例えば、スペクトルカメラ撮影装置1内に撮影を開始するための押しボタンスイッチを設けた場合、ボタン押下の振動がスペクトルカメラ11や照明12に伝わってしまう場合がある。通信制御部105は、スペクトルカメラ撮影装置1に離れた位置からでも携帯端末2からの制御部10の操作を可能にする。通信制御部105は、例えば、近距離無線による携帯端末2との通信を制御する。
なお、制御部10が有する、撮影制御部101、照明制御部102、ポインタ制御部103、記憶部104及び通信制御部105の各機能は、上述の通り、ソフトウェアによって実現されるものとして説明した。しかし、制御部10が有する上記機能の中で少なくとも1つ以上の機能は、ハードウェアによって実現されるものであっても良い。
また、制御部10が有する上記何れかの機能は、1つの機能を複数の機能に分割して実施してもよい。また、スペクトルカメラ撮影装置1が有する上記何れか2つ以上の機能を1つの機能に集約して実施してもよい。
また、制御部10は、1つの筐体によって実現される装置であっても、ネットワーク等を介して接続された複数の装置から実現されるシステムであってもよい。例えば、制御部10は、クラウドコンピューティングシステムによって提供されるクラウドサービス等、仮想的な装置と通信して構成される装置であってもよい。また、制御部10は、サーバ装置等の汎用のコンピュータであってもよく、あるいは機能が限定された専用の装置であってもよい。
また、制御部10の上記各機能のうち、少なくとも1以上の機能を他の装置において実現するようにしてもよい。すなわち、制御部10は上記全ての機能を有している必要はなく、一部の機能を有するものであってもよい。
次に、図3を用いて、実施形態のスペクトルカメラ撮影装置の構造を説明する。
図3において、スペクトルカメラ撮影装置1は、スペクトルカメラ11、カメラ保持部11h、照明12A、照明12B、照明保持部12Ah、照明保持部12Bh、制御部10、制御部保持部10h、レーザポインタ13A及びレーザポインタ13Bを有する。
制御部保持部10hは、制御部10を保持する。制御部保持部10hは、例えば、三脚に取り付けられて、制御部10を三脚に固定する。制御部10を三脚に固定することによって、三脚の移動とともに制御部10を移動することができ、撮影の作業性を向上させることができる。制御部保持部10hは、三脚の脚の間に取り付けて制御部10を固定することができ、三脚の安定性を向上させることができる。
カメラ保持部11hは、スペクトルカメラ11を保持する。カメラ保持部11hは、例えば三脚に取り付けられた雲台を用いることができる。カメラ保持部11hは、スペクトルカメラ11を保持して撮影位置を固定する。
照明保持部12Ahは、照明12Aを保持する。照明保持部12Bhは、照明12Bを保持する。照明保持部12Ah及び照明保持部12Bhは、例えば三脚に取り付けられた、左右に広がるアームの端部に取付けることが可能である。照明保持部12Ahは、照明12Aを保持して、スペクトルカメラ11との位置関係を固定する。照明保持部12Bhは、照明12Bを保持して、スペクトルカメラ11との位置関係を固定する。照明12とスペクトルカメラ11との位置関係を固定することによって、被写体Sに照射される照明の強度を安定させることができるので、反射スペクトルの測定精度を向上させるとともに、照明の照射を調整作業が不要となり、撮影の作業性を向上させることができる。図3においては、照明保持部12Ah及び照明保持部12Bhは、スペクトルカメラ11を中心に左右に照明12A及び照明12Bを配置するように取り付けられる。しかし、照明保持部12Ah及び照明保持部12Bhは、例えば、スペクトルカメラ11を中心に上下に照明12A及び照明12Bを配置するように取り付けられてもよい。照明12Aと照明12Bの配置間隔を広げることにより、照明の照射角度を得ることができるので、被写体Sの影を少なくすることが可能となる。
レーザポインタ13A及びレーザポインタ13Bも三脚に取り付けられた、左右に広がるアームの端部に取付けることによりレーザ光の照明の照射角度を得ることができるので、スペクトルカメラ11と被写体Sとの距離を計測しやすくなり、撮影の作業性を向上させることができる。
なお、図3においては、スペクトルカメラ撮影装置1を、三脚を用いて構築する場合を説明したが、スペクトルカメラ撮影装置1の構造はこれに限定されない。例えば、スペクトルカメラ撮影装置1を、台車等の可搬手段を用いて構築するようにしてもよい。可搬手段を用いて構築することによって、スペクトルカメラ撮影装置1の移動と設置が容易になり、撮影の作業性を向上させることができる。
以上、説明した、スペクトルカメラ撮影装置は、被写体を撮影するスペクトルカメラと、被写体を照射する照明と、スペクトルカメラを制御する制御部と、スペクトルカメラを保持するカメラ保持部と、スペクトルカメラとの相対位置を固定して、照明を保持する照明保持部と、スペクトルカメラ及び照明と一体的に可搬可能に、制御部を保持する制御部保持部とを備える。この構成によって、反射スペクトルの測定精度を向上させるとともに、撮影の作業性を向上させることができる。
なお、本実施形態で説明した装置を構成する機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、本実施形態の上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
1…スペクトルカメラ撮影装置、10…制御部、10h…制御部保持部、101…撮影制御部、102…照明制御部、103…ポインタ制御部、104…記憶部、105…通信制御部、11…スペクトルカメラ、11h…カメラ保持部、12A、12B…照明、12Ah、12Bh…照明保持部、13A、13B…レーザポインタ
本発明は、スペクトルカメラ撮影装置及びスペクトルカメラ撮影方法に関する。
本発明は上記 事情に鑑みてなされたものであり、反射スペクトルの測定精度を向上させるとともに、撮影の作業性を向上させることができる、スペクトルカメラ撮影装置及びスペクトルカメラ撮影方法を提供することを目的とする。
本発明によれ ば、反射スペクトルの測定精度を向上させるとともに、撮影の作業性を向上させることができる、スペクトルカメラ撮影装置及びスペクトルカメラ撮影方法を提供することができる。

Claims (7)

  1. 被写体を撮影するスペクトルカメラと、
    前記被写体を照射する照明と、
    前記スペクトルカメラを制御する制御部と、
    前記スペクトルカメラを保持するカメラ保持部と、
    前記スペクトルカメラとの相対位置を固定して、前記照明を保持する照明保持部と、
    前記スペクトルカメラ及び前記照明と一体的に可搬可能に、前記制御部を保持する制御部保持部と
    を備える、スペクトルカメラ撮影装置。
  2. 前記被写体と前記スペクトルカメラの撮影位置を視認するためのレーザ光を照射するレーザ照射部をさらに備える、請求項1に記載のスペクトルカメラ撮影装置。
  3. 前記レーザ照射部は、前記被写体と前記スペクトルカメラの距離を視認するための、照射角度の異なる複数のレーザ光を照射する、請求項2に記載のスペクトルカメラ撮影装置。
  4. 前記制御部は、携帯端末と無線通信をする無線通信部を備え、前記携帯端末の操作によって前記スペクトルカメラを制御する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のスペクトルカメラ撮影装置。
  5. 前記照明保持部は、前記被写体を異なる角度で照射する複数の照明を保持し、前記スペクトルカメラとの相対位置を固定する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスペクトルカメラ撮影装置。
  6. 被写体を撮影するスペクトルカメラを保持するカメラ保持ステップと、
    前記スペクトルカメラとの相対位置を固定して、前記被写体を照射する光源を保持する光源保持ステップと、
    前記スペクトルカメラ及び前記光源と一体的に可搬可能に、前記スペクトルカメラを制御する制御部を保持する制御部保持ステップと
    を含む、スペクトルカメラ撮影方法。
  7. 被写体を撮影するスペクトルカメラを保持するカメラ保持処理と、
    前記スペクトルカメラとの相対位置を固定して、前記被写体を照射する光源を保持する光源保持処理と、
    前記スペクトルカメラ及び前記光源と一体的に可搬可能に、前記スペクトルカメラを制御する制御部を保持する制御部保持処理と
    をコンピュータに実行させる、スペクトルカメラ撮影プログラム。
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