JP3730424B2

JP3730424B2 - 微分スペクトル画像処理装置

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Publication number: JP3730424B2
Application number: JP34678898A
Authority: JP
Inventors: 哲也長島; 雅則奥山
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP2000171301A

Description

【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８−２８５６８８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６００ｎｍ〜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少なくとも２以上の複数帯域に分割し、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、分割帯域の各々に対して波長可変干渉フィルタを第１の透過特性、第１の透過特性とは異なる第２の透過特性に設定し、透過特性を第１の透過特性と第２の透過特性に設定する毎に撮像素子でスペクトル画像を撮影し、当該画像を分割帯域毎に画像メモリに記憶する。
【００１２】
微分画像生成部は、分割帯域毎に、画像メモリに記憶された透過特性の異なる２種のスペクトル画像の差を画素単位に演算して微分スペトル画像を生成する。表示処理部は、分割帯域の各々に対して所定のカラー空間を構成する複数のカラー成分を各々に対応させ、複数のカラー成分毎に微分スペトル画像をカラー表示する。
【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，２６ｂを対向する面に蒸着した一対のガラス基板２５ａ，２５ｂ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２６ｂ，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Ｘ１，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１０ｃ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，１０ｂ，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１３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ＣＰＵ８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Ｘ１，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，ＧＤ２、更にＢメモリ領域１０ｃに画像データＢＤ１，ＢＤ２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，１０ｃ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，ΔＢ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ＲＧＢ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，１８ｃ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，１９ｂ，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、３８０〜７８０ｎｍ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４２ｂ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，４１ｄ，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ＲＧＢ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ＣＰＵ８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Ｓ１２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１０に記憶されているＲＧＢの各微分スペクトル画像ΔＲ，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、ＲＧＢ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５０，６０は例えば次のような２つの場合が考えられる。
【００６５】
▲１▼波長５２０ｎｍの緑色単色の画像
▲２▼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▲１▼▲２▼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▲１▼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▲２▼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：ＲＧＢ微分スペクトル画像
３５，５０，６０：合成微分スペクトル画像

Claims

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、
可視光域外、もしくは可視光領域内の特定色の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に対して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の透過特性に設定し、当該透過特性を前記第１の透過特性と前記第２の透過特性に設定する毎に前記撮像素子でスペクトル画像を撮影し、当該画像を前記分割帯域毎に画像メモリに記憶する撮影画像読込み部と、
前記分割帯域毎に、前記画像メモリに記憶された透過特性の異なる２種のスペクトル画像の差を画素単位に演算して微分スペトル画像を生成する微分画像生成部と、
前記分割帯域の各々に対して所定のカラー空間を構成する複数のカラー成分を各々に対応させ、前記複数のカラー成分毎に前記微分スペトル画像を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。
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。
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。