JP5835669B2

JP5835669B2 - 撮影システム

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Publication number: JP5835669B2
Application number: JP2012084952A
Authority: JP
Inventors: 俊哉中口
Original assignee: Chiba University NUC; Advanced Healthcare Co Ltd
Current assignee: Chiba University NUC; Advanced Healthcare Co Ltd
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-04-03
Also published as: JP2013212312A

Description

本発明は、光源とカメラとを備える撮影システムに関し、特に、光沢を有する撮影対象を撮影する撮影システムに関する。

近年、医療現場へのＩＴ（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の導入が検討されている。例えば、離島の医師が患者の患部画像を撮影し、遠隔地にある大学病院に医療画像を送信し、大学病院に所属する専門医の見解を伺うといった、事例が考え得る。多数の患者の医療画像を撮影して保存し、各医療画像を比較することにより、病気に共通する特徴を見出す研究に用いるといった、事例も考え得る。

ところで、患部の色彩は病気に関する様々な遠因を反映しており、医療画像の色彩が実際の患部の色彩を再現できていなければ、専門医は医療画像に基づいて正確な判断ができない。したがって、医療画像の色彩再現性は、重要な課題である。

しかしながら、舌や歯や歯茎など口腔は唾液等の水分があり、点光源から口腔に照射すると、表面反射による光沢を含んだ色彩を撮影することになる。特に、歯は一般に白色を基調としており、光沢による白色との区別が難しい。したがって、光沢を除去した歯の色そのものの色を再現した画像が必要となる。

また、口腔は立体的な複雑な形状であり、かつ、歯や舌の表面には細かい凹凸があり、点光源から口腔に照射すると、照度ムラや陰影が多く発生するため、鮮明な画像が得られない。

このような課題に対し、特許文献１では、舌の光沢成分を除去でき、鮮明な医療画像を得る撮影システムが提案されている。特許文献１には、積分球の係る技術（従来技術１）と、直交する２枚の偏光板に係る技術（従来技術２）について記載されている。

従来技術１に係る撮影システムは、積分球と、積分球の開口部から積分球に光を照射する光源装置と、積分球の別の開口部から放出される光を撮影するカメラ装置を有している。積分球内部は球状にくりぬかれ、内壁には、高反射、高拡散の塗料が塗られている。この構成により、光源装置から照射された光は積分球の内部で何度も繰り返し反射され、充分に拡散された光が照射対象（例えば舌）に照射される。

点光源における表面反射は局所的な光沢になるのに対し、拡散光における表面反射は散乱するため、光沢成分を除去することができる。

また、拡散光は照射対象に均等に照射されるため、照度ムラや陰影の発生を抑制し、鮮明な画像が得られる。

従来技術２に係る撮影システムは、光源装置（点光源）と、光源装置の前に配置された第１偏光板と、カメラ装置と、カメラ装置の前に配置された第２偏光板とを有している。光源装置は照射対象に光を照射し、カメラ装置は照射対象での反射光を撮影する。第１偏光板の偏光透過容易軸と第２偏光板の偏光透過容易軸とが直交していることを特徴とする。

光源装置からの光は第１偏光板を透過し、一方向偏光の状態で照射対象に照射される。

照射対象が水分などの膜に覆われている場合、照射対象では表面反射と内部反射が同時に起こる。表面反射は水分による光沢となる。内部反射は照射対象自体の色彩を反映する。

表面反射は、一方向偏光の状態を保っているため、第２偏光板を透過できず、カメラ装置に入射されない。一方、内部反射は内部において拡散を繰り返し、非偏光状態となる。内部反射は第２偏光板を透過し、他方向偏光の状態でカメラ装置に入射される。

これにより、表面反射による光沢を除去し、照射対象自体の色彩を反映する内部反射のみを撮影できる。

特開２０１０−２５９４８７号公報

従来技術１（積分球による拡散光源）も、従来技術２（直交する２枚の偏光板）も、撮影対象の光沢成分を除去するのに有用な技術である。これらの技術を組み合わせれば、更なる光沢除去効果が期待できる。

しかし、従来技術１と従来技術２との組み合わせには以下のような阻害要因がある。

従来技術１においては、積分球により光を拡散させる。従来技術２における表面反射も積分球により拡散され、非偏光状態となり、その一部が第２偏光板を透過し、他方向偏光の状態でカメラ装置に入射される。すなわち、表面反射による光沢を充分に除去できない。

他にも、従来技術１は、積分球を必須の構成としており、以下のような課題がある。

積分球内部は光の拡散をするための領域を確保する必要があるため、積分球はある程度の大きさになる。その結果、撮影システムが大型化する。一般に、医療現場では、他の医療機器もあるため、撮影システムを設置する充分なスペースを確保できない。すなわち、サイズに係る課題がある。

また、積分球は他に有効な用途もなく、市販されるものではない。したがって、撮影システムのためだけに特注せざるを得ず、コストを下げることができない。すなわち、コストに係る課題がある。

一方、撮影時には、積分球が被撮影者の顔の直前に位置し、被撮影者が不快に感じる恐れもある。すなわち、被撮影者の心理的負担に係る課題がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、従来技術に比べ、更に撮影対象の光沢成分を充分に除去できる撮影システムを提供することを目的とする。

本発明の撮影システムは、撮影対象物に光を照射する面発光シートと、該撮影対象物からの反射光を撮影するカメラと、該面発光シートから該撮影対象物への光の経路上に配置される第１偏光手段と、該撮影対象物から該カメラへの光の経路上に配置される第２偏光手段を備え、前記第１偏光手段の偏光透過容易軸と前記第２偏光手段の偏光透過容易軸とが直交していることを特徴とする。

面発光に係る構成により、拡散光源による効果が得られる。偏光透過容易軸が直交する偏光手段に係る構成により、表面反射不透過の効果の効果が得られる。従って相乗効果が期待できる。なお、２つの構成を組み合わせることに、阻害要因はない。

上記撮影システムにおいてさらに好ましくは、前記第１偏光手段は、面発光シートに貼られた偏光フィルムである。

偏光フィルムは可撓性を有し、面発光シートが曲面を形成するのに伴って、曲面を形成することができる。

本発明によれば、従来技術に比べ、更に撮影対象の光沢成分を充分に除去できる。更に、積分球に係る他の課題も解決できる。

撮影システムの概略構成図である（第１実施形態）。支持フレームの斜視図である。偏光フィルムによる光沢除去の原理を説明する概念図である。撮影システムの概略構成図である（変形例）。撮影システムの概略構成図である（変形例）。撮影システムの概略構成図である（第２実施形態）。撮影システムの概略構成図である（第３実施形態）。撮影システムの概略構成図である（第４実施形態）。撮影システムの概略構成図である（変形例）。

＜第１実施形態＞
〜構成・動作〜
第１実施形態の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る撮影システムの概略構成図である。図１Ａは平面図であり、図１Ｂは側面図であり、図１Ｃは正面図である。

撮影システムは、２枚のＥＬシート２ａ，２ｂと、カメラ３と、情報処理装置４と、撮影対象担持装置５とを備えている。

さらに、ＥＬシート２ａ，２ｂには偏光フィルム７が、カメラ３のレンズには偏光フィルム８が貼られている。偏光フィルム７の偏光透過容易軸と偏光フィルム８の偏光透過容易軸とは直交している。

ＥＬシート２ａ，２ｂは電圧を付加することにより面発光する。ＥＬシート２ａ，２ｂは無機ＥＬシートでも、有機ＥＬシートでもよい。一般に、無機ＥＬシートは、コスト面で利点があり、有機ＥＬシートは輝度の点で利点がある。ＥＬシートは、長方形（たとえばＡ４サイズ）のシートとして市販されている。歯の撮影など口腔を対象にする場合、被撮影者の顔のサイズと同程度のサイズであることが好ましい。また、シートの特性として可撓性を有しており、曲面成形が容易である。

撮影システムにおいて、２枚のＥＬシート２ａ，２ｂは、その発光面が撮影対象１（たとえば、被撮影者の歯）に対向するように、撮影対象物１とカメラ３とを結ぶ仮想線に対し左右対称に設置され、曲げられることにより、撮影対象物１とカメラ３とを含む水平仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成する。ＥＬシート２ａ，２ｂにより多方向から撮影対象物１に拡散光が照射される。２枚のＥＬシート２ａ，２ｂの間にはスリットが形成されている。ＥＬシート２ａ，２ｂは支持フレーム１０（図２参照）により支持され、上記配置および上記形状を維持している。その結果、２枚のＥＬシート２ａ，２ｂは、被撮影者の顔を水平方向に覆う。

フレーム１０の内枠寸法は、シート曲げ方向にはシート寸法より短く、他方向にはシート寸法と同等かやや長くなるように設計されている。

カメラ３は、撮影対象１の正面かつ２枚のＥＬシート２ａ，２ｂの背面に設置される。撮影対象物１からの反射光は、ＥＬシート２ａ，２ｂ間のスリットを通過してカメラ３に入射され、カメラ３は撮影対象１を撮影する。

カメラ３の具体的な構成は特に限定されないが、時系列的な色彩変化を撮影することで健康状態を判断する場合には、時系列の画像データとして取り込めるビデオカメラであると好ましい。

情報処理装置４はいわゆるパーソナルコンピュータを用いてもよい。情報処理装置４はカメラ３に接続され、カメラ３が撮影した画像データを解析処理するプログラムを記憶している。カメラ３より画像データを入力し、プログラムを実行することで、この画像データに関する種々の解析処理をおこなう。

撮影対象担持装置５は撮影対象１を撮影位置に担持する。撮影位置は、２枚のＥＬシート２ａ，２ｂからの拡散光が均等に撮影対象１に当たり、かつ、カメラ３の焦点と一致するように定められる。

偏光フィルム７，８は市販の偏光フィルムを用いる。特に偏光フィルム７は可撓性を有することが好ましい。偏光フィルム７は、ＥＬシート２ａ，２ｂに貼られており、ＥＬシート２ａ，２ｂが曲面を形成するのに伴い、曲面を形成する。偏光フィルム８はカメラ３のレンズに貼られている。すなわち、偏光フィルム７はＥＬシート２ａ，２ｂから撮影対象１への光の経路上に配置され、偏光フィルム８は撮影対象１からカメラ３への光の経路上に配置される。

このような撮影システムにおいて、ＥＬシート２ａ，２ｂが拡散光を撮影対象１に照射し、カメラ３は舌の光沢成分を除去した、鮮明な画像データを撮影する。

さらに、偏光透過容易軸が直交する偏光フィルム７，偏光フィルム８により、表面反射による光沢を除去する。

偏光透過容易軸の直交とは、光源２から撮影対象１、撮影対象１からカメラ３へと光が進行、反射する場合に、なんら偏光状態が変化しない場合、光を遮断する関係にある状態をいう。もちろん、この「直交」には、数度程度の不可避の配置上の誤差を含むことは言うまでもない。

図３は、偏光フィルムによる光沢除去の原理を説明する概念図である。

光源２からの光は、全方向の振動成分を含む。ここでは説明の便宜のため、水平方向振動成分（Ｘ成分）と鉛直方向振動成分（Ｙ成分）を含むものとする。

偏光フィルム７はＹ成分のみ透過させるものである。偏光フィルム７を通過した光は、Ｙ方向偏光の状態で撮影対象１に照射される。

ところで、撮影対象１が水分などの薄膜１１に覆われている場合、表面反射と内部反射が同時に起こる。薄膜１１での表面反射は光沢となる。内部反射は撮影対象１自体の色彩を反映する。

ここで、表面反射は、Ｙ方向偏光の状態を保っている。そのため、Ｘ成分のみ透過させる偏光フィルム８を透過できず、カメラ３に入射されない。

一方、内部反射は、膜１１と撮影対象１表面の間において拡散を繰り返し、再び非偏光状態（Ｘ・Ｙ成分を含む多成分）となる。内部反射のうちＸ成分のみが、偏光フィルム８を透過し、Ｘ方向偏光の状態でカメラ３に入射される。

これにより、表面反射による光沢を除去し、撮影対象１自体の色彩を反映する内部反射のみを撮影できる。

〜効果〜
本実施形態の撮影システムにおいて、ＥＬシート２ａ，２ｂが拡散光を撮影対象１に照射する。したがって、積分球による拡散光照射に係る従来技術（従来技術１）と同様な効果が得られる。すなわち、拡散光における表面反射は散乱するため、光沢成分を除去することができる。また、拡散光は撮影対象１に均等に照射されるため、照度ムラや陰影の発生を抑制し、鮮明な画像が得られる。

また、偏光透過容易軸が直交する偏光フィルム７，偏光フィルム８により、表面反射による光沢を除去する。したがって、２枚の偏光板を用いる従来技術（従来技術２）と同様な効果が得られる。ただし、従来技術２は点光源に係る技術である。

ところで、従来技術１も、従来技術２も、撮影対象１の光沢成分を除去するのに有用な技術である。これらの技術を組み合わせれば、更なる光沢除去効果が期待できる。

従来技術１においては、積分球により光を拡散させる。従来技術２における表面反射も積分球により拡散され、非偏光状態（図３におけるＸ・Ｙ成分を含む多成分）となり、その一部が第２偏光板（偏光フィルム８）を透過し、他方向偏光（図３におけるＸ成分）の状態でカメラ装置に入射される。すなわち、表面反射による光沢を充分に除去できず、従来技術２の効果が得られない。

これに対し、本実施形態の撮影システムにおいては、ＥＬシート２ａ，２ｂより光を拡散させる。表面反射は、偏光フィルム７による偏光状態（Ｙ成分）を維持したまま偏光フィルム８に導かれる。しかし、Ｘ成分のみ透過させる偏光フィルム８を透過できず、カメラ３に入射されない。すなわち、表面反射による光沢を除去できる。

このように、本実施形態の撮影システムにおいては、面発光する拡散光源による効果と、偏光フィルムによる表面反射不透過の効果との相乗効果が期待でき、これにより、従来技術に比べ、更に撮影対象１の光沢成分を充分に除去できる。

また、偏光フィルム７は可撓性を有し、ＥＬシート２ａ，２ｂに貼ることができ、ＥＬシート２ａ，２ｂが曲面を形成するのに伴い、曲面を形成できる。

偏光フィルム７，８は大量に廉価で市販されており、システム構成を容易に実現できる。

その他の効果について説明する。

従来技術１ではサイズに係る課題があった。従来技術１は、積分球内部で反射した拡散光を照射するのに対し、本実施形態は、ＥＬシート２ａ，２ｂから直接に拡散光を照射する。従来技術は球形状が必須であるのに対し、本実施形態は凹曲面（球形状の一部）のみ形成できればよい。これにより、撮影システムを小型化できる。

また、積分球は折り畳みが難しく、不使用時であっても小型化できない。本実施形態のＥＬシート２ａ，２ｂは、フラットなシートを曲げたものであり、支持フレーム１０から外すことで、フラットなシートとして保管できる。すなわち、不使用時には、さらに小型化できる。

従来技術１ではコストに係る課題があった。すなわち、積分球は他に有効な用途もなく、市販されるものではない。一方、ＥＬシートは大量に廉価で市販されており、ＥＬシートを用いることにより、コストを低減できる。

従来技術１では被撮影者の心理的負担に係る課題があった。すなわち、撮影時には、積分球が被撮影者の顔の直前に位置し、被撮影者が不快に感じる恐れがある。本実施形態では、ＥＬシート２ａ，２ｂと被撮影者との間に空間が確保できるので、被撮影者の心理的負担を低減できる。

〜変形例〜
第１実施形態の変形例について説明する。図４は、変形例に係る撮影システムの概略構成図である。図４Ａは平面図であり、図４Ｂは側面図であり、図４Ｃは正面図である。

ＥＬシート２（後述）が、撮影対象物１とカメラ３とを含む水平仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成する点では、第１実施形態と共通する。また、偏光フィルム７がＥＬシート２に、偏光フィルム８がカメラ３のレンズには貼られおり、偏光フィルム７，８の偏光透過容易軸が直交している点も、第１実施形態と共通する。

第１実施形態では、２枚のＥＬシート２ａ，２ｂを用い、ＥＬシート２ａ，２ｂ間のスリットからカメラ３により撮影したが、１枚のＥＬシート２を用い、ＥＬシート２の中央に設けられた撮影孔から撮影してもよい。ＥＬシートは一般に加工が容易であり、撮影孔を施工することも容易にできる。

別の変形例（第２変形例）について説明する。図５は、第２変形例に係る撮影システムの概略構成図である。図５Ａは平面図であり、図５Ｂは側面図であり、図５Ｃは正面図である。

第２変形例は第１変形例をさらに変形したものである。撮影孔を施工するかわりに、カメラ３をＥＬシート２の前面に設置してもよい。第１実施形態および第１変形例では、充分な輝度を確保するため、カメラ３をＥＬシート２の背面に設置している。一方、第２変形例では、小型カメラを用いることにより照射の障害にならず、充分な輝度を確保できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係る撮影システムの概略構成図である。図６Ａは平面図であり、図６Ｂは側面図であり、図６Ｃは正面図である。

第１実施形態では、ＥＬシートが、撮影対象物１とカメラ３とを含む水平仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成するのに対し、第２実施形態では、ＥＬシート２ａ，２ｂが、撮影対象物１とカメラ３とを含む鉛直仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成する。その他の構成は、第１実施形態と共通である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態に係る撮影システムの概略構成図である。図７Ａは平面図であり、図７Ｂは側面図であり、図７Ｃは正面図である。

第３実施形態は、第１実施形態の特徴と第２実施形態の特徴を併せ持つ。すなわち、２枚のＥＬシート２ａ，２ｂは、撮影対象物１とカメラ３とを含む水平仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成し、２枚のＥＬシート２ｃ，２ｄは、撮影対象物１とカメラ３とを含む鉛直仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成する。

これにより、積分球による照射により近い拡散光を照射できる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。図８は、第４実施形態に係る撮影システムの概略構成図である。図８Ａは平面図であり、図８Ｂは側面図であり、図８Ｃは正面図である。

第４実施形態は、第３実施形態の変形例である。本実施形態の撮影システムは、支持フレーム１０の代わりに、半球面状の支持皿６を備えている。支持皿６の凹曲面側には、多角形（たとえば、八角形）に加工された複数のＥＬシート２ｅが貼り付けられており、シート全体で半球面を形成する。すなわち、ＥＬシート２ｅは、撮影対象物１とカメラ３とを含む水平仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成するとともに、撮影対象物１とカメラ３とを含む鉛直仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成する。なお、ＥＬシートは一般に加工が容易であり、八角形にすることも容易にできる。

また、偏光フィルム７がＥＬシート２ｅに、偏光フィルム８がカメラ３のレンズには貼られている。なお、偏光フィルムは一般に加工が容易であり、八角形にすることも容易にできる。

第４実施形態の変形例について説明する。図９は、変形例に係る撮影システムの概略構成図である。図９Ａは平面図であり、図９Ｂは側面図であり、図９Ｃは正面図である。

第４実施形態では、支持皿６上に八角形に加工された複数のＥＬシート７を貼り付けることにより、シート全体で半球面を形成するが、複数種類の多角形、例えば、五角形に加工された複数のＥＬシート２ｆと六角形に加工された複数のＥＬシート２ｇとを組み合わせて配置し、シート全体で半球面を形成してもよい。

一般に、ＥＬシートおよび偏光フィルムは加工が容易であり、複数種類の多角形を形成することも容易にできる。

＜その他の実施形態・適用例＞
上記実施形態では、偏光手段として偏光フィルム７，８を用いたが、従来技術２と同様に、偏光板をそれぞれ光源２の前とカメラ３の前に配置してもよい。

上記実施形態では、面発光シートとしてＥＬシートを例に説明したが、面発光や可撓性といった特徴を有すれば、ＥＬシートに限定されない。

上記実施形態では、ＥＬシート２が、撮影対象物１とカメラ３とを含む仮想面上にて撮影対象物１を中心とする略円弧形状を形成する構成について説明したが、ＥＬシート２が撮影対象物１に対向しているだけでも良い。また、撮影対象物１に対向して凹曲面を形成すれば、略円弧形状でなくともよい。

上記実施形態では、撮影システムの撮影対象を歯などの口腔として説明したが、光沢除去の必要がある撮影対象であれば、各分野に適用できる。

医療分野の適用例として、歯以外にも舌、歯茎、唇等を撮影対象とすることもできる。医師は、光沢除去された画像データに基づいて健康状態を診断する。

美容分野の適用として、口紅が塗られた唇や美白施術された肌を撮影対象とすることもできる。美容関係者は、光沢除去された画像データに基づいて美容施術の効果を確認したり、被施術者に効果を説明したりする。

特に、美白施術の場合、光沢による白色を除去し、美白効果による白色のみを撮影できる。

農業分野の適用例として、野菜や果物の断面を撮影対象とすることもできる。農業関係者は、光沢除去された画像データに基づいて野菜や果物の成長具合を推定し、収穫時期を判断する。

特に、梨や林檎や瓜の様に断面が白色を基調とする場合、光沢による白色を除去し、野菜や果物の断面による白色のみを撮影できる。

また、立体構造や表面の凹凸に起因して照度ムラや陰影が発生するおそれのある撮影対象であれば、各分野に適用できる。

１撮影対象
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ
３カメラ
４情報処理装置
５撮影対象担持装置
６支持フレーム
７偏光フィルム（第１）
８偏光フィルム（第２）
１０支持皿
１１薄膜

Claims

撮影対象物との間に解放空間を確保しつつ、撮影対象物に対向して凹曲面を有するように設けられ、撮影対象物に光を照射する面発光シートと、
該撮影対象物からの反射光を撮影するカメラと、
該面発光シートから該撮影対象物への光の経路上に配置される第１偏光手段と、
該撮影対象物から該カメラへの光の経路上に配置される第２偏光手段
を備え、
前記第１偏光手段の偏光透過容易軸と前記第２偏光手段の偏光透過容易軸とが直交している
ことを特徴とする撮影システム。
前記第１偏光手段は、面発光シートに貼られた偏光フィルムである
ことを特徴とする請求項１記載の撮影システム。
前記カメラにより撮影された画像データの少なくとも色を解析処理する情報処理装置
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の撮影システム。
前記面発光シートは、撮影対象物とカメラとを含む水平仮想面上にて該撮影対象物を中
心とする略円弧形状である
ことを特徴とする請求項１記載の撮影システム。
前記面発光シートは、撮影対象物とカメラとを含む鉛直仮想面上にて該撮影対象物を中
心とする略円弧形状である
ことを特徴とする請求項１記載の撮影システム。
前記面発光シートは、無機ＥＬシートである
ことを特徴とする請求項１記載の撮影システム。
前記面発光シートは、有機ＥＬシートである
ことを特徴とする請求項１記載の撮影システム。