JPWO2018008069A1 - Spectroscopic measuring apparatus and method - Google Patents

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Abstract

分光測定装置(1)は、抽出光の波長を変更可能なフィルタ(12)と、複数の画素領域を有する撮像部(14)と、フィルタにより抽出光の波長を連続して変更しつつ、抽出光により複数の画素領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を複数の画素領域各々から出力させる制御部(16,20)と、一のフレーム画像における複数の画素領域のうち一の画素領域に対応する画素値と、一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における該一の画素領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部(31)と、を備える。The spectrometry apparatus (1) performs extraction while continuously changing the wavelength of the extracted light by the filter (12) capable of changing the wavelength of the extracted light, the imaging unit (14) having a plurality of pixel regions, and the filter A control unit (16, 20) for sequentially exposing a plurality of pixel regions with light and outputting an output signal as a basis of a frame image from each of the plurality of pixel regions; and one of a plurality of pixel regions in one frame image A generation unit (31) for generating a spectral image of a desired wavelength based on a pixel value corresponding to the pixel region and a pixel value corresponding to the one pixel region in another frame image different from the one frame image; Equipped with

Description

本発明は、分光測定装置及び分光測定方法の技術分野に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to the technical field of a spectrometry device and a spectrometry method.

この種の装置として、例えばエタロン型の光学フィルタを透過した光を撮像することにより取得される分光画像を、光学フィルタを透過する光の波長に対応した分光特性に関する情報に基づいて、光学フィルタを透過する光の波長毎に補正する装置が提案されている(特許文献1参照)。   As this type of device, for example, a spectral image obtained by imaging light transmitted through an optical filter of an etalon type is converted to an optical filter based on information on spectral characteristics corresponding to the wavelength of light transmitted through the optical filter. An apparatus for correcting each wavelength of light to be transmitted has been proposed (see Patent Document 1).

特開2008−128675号公報JP 2008-128675 A

撮像素子の電子シャッタの方式として、例えばグローバルシャッタ方式やローリングシャッタ方式が知られている。ローリングシャッタ方式では、撮像素子を一又は複数ラインからなるブロックに区画して、ブロック毎に順次露光されることにより画像が取得される。分光測定の露光方法としてローリングシャッタ方式が用いられると、グローバルシャッタ方式に比べて撮像時間が長くなる。   For example, a global shutter system and a rolling shutter system are known as a system of the electronic shutter of the imaging device. In the rolling shutter method, an image is acquired by dividing an imaging element into blocks consisting of one or more lines and sequentially exposing each block. When a rolling shutter system is used as an exposure method for spectroscopic measurement, the imaging time is longer than that of the global shutter system.

特許文献1に記載の技術では、主にグローバルシャッタ方式が用いられるCCD(Charge−Coupled Device)が撮像素子として用いられている(段落0015参照)。つまり、特許文献1に記載の技術では、ローリングシャッタ方式については考慮されていない。   In the technology described in Patent Document 1, a CCD (Charge-Coupled Device) mainly using a global shutter system is used as an imaging element (see paragraph 0015). That is, in the technology described in Patent Document 1, the rolling shutter system is not considered.

本発明は、例えば上記事実に鑑みてなされたものであり、例えばローリングシャッタ方式のように撮像素子の画素領域ごとに露光タイミングが異なる方式を用いた分光測定における撮像時間を短縮することができる分光測定装置及び方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of, for example, the above-mentioned facts, and for example, it is possible to shorten the imaging time in spectroscopic measurement using a method in which the exposure timing is different for each pixel area of the imaging device, such as a rolling shutter method. An object of the present invention is to provide a measuring device and method.

本発明の分光測定装置は、上記課題を解決するために、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の領域を有する撮像部と、前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御部と、一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部と、を備える。   In order to solve the above problems, the spectrometry device of the present invention continuously changes the wavelength of the extracted light by the filter capable of changing the wavelength of the extracted light, the imaging unit having a plurality of regions, and the filter. And a control unit that sequentially exposes the plurality of regions with the extracted light and outputs an output signal serving as a basis of the frame image from each of the plurality of regions, and one of the plurality of regions in one frame image And a generation unit configured to generate a spectral image of a desired wavelength based on the pixel value corresponding to and the pixel value corresponding to the one area in another frame image different from the one frame image.

本発明の分光測定方法は、上記課題を解決するために、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の領域を有する撮像部と、を備える分光測定装置における分光測定方法であって、前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御工程と、一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成工程と、を備える。   A spectrometry method of the present invention is a spectrometry method in a spectrometry device including a filter capable of changing the wavelength of extracted light, and an imaging unit having a plurality of regions, in order to solve the above-mentioned problems, A control step of sequentially exposing the plurality of regions with the extraction light while continuously changing the wavelength of the extraction light with a filter, and outputting an output signal as a basis of the frame image from each of the plurality of regions; A spectrum of a desired wavelength based on a pixel value corresponding to one of the plurality of regions in the frame image and a pixel value corresponding to the one region in another frame image different from the one frame image Generating an image.

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。   The operation and other advantages of the present invention will be apparent from the embodiments to be described below.

実施例に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a spectrometry device concerning an example. 実施例に係るCMOSセンサの露光タイミングとファブリペローフィルタの透過波長との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the exposure timing of the CMOS sensor which concerns on an Example, and the transmission wavelength of a Fabry-Perot filter. フレーム画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a frame image. 理想的な光学フィルタ及び実際のファブリペローフィルタ各々によるフレーム画像の取得概念を示す図である。It is a figure which shows the acquisition concept of the frame image by an ideal optical filter and an actual Fabry-Perot filter each. 1フレーム毎にフィルタの透過波長を変化させて取得される複数のフレーム画像の画素値の一例を、理想的な光学フィルタ及び実際のファブリペローフィルタ各々について示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel value of the several flame | frame image acquired by changing the transmission wavelength of a filter for every flame | frame about an ideal optical filter and an actual Fabry-Perot filter, respectively. 実施例に係る分光測定装置の動作処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation processing of the spectrometry apparatus which concerns on an Example. 実施例に係る分光画像生成処理を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows spectrum image generation processing concerning an example.

本発明の分光測定装置及び方法に係る実施形態について説明する。   An embodiment according to a spectrometer and method of the present invention will be described.

(分光測定装置)
実施形態に係る分光測定装置は、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の画素領域を有する撮像部と、該フィルタにより抽出光の波長を連続的に変更しつつ、抽出光により複数の画素領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を複数の領域各々から出力させる制御部と、一のフレーム画像における複数の画素領域のうち一の画素領域に対応する画素値と、一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における該一の画素領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部と、を備える。
(Spectrometry device)
The spectrometer according to the embodiment includes a filter capable of changing the wavelength of the extracted light, an imaging unit having a plurality of pixel regions, and a plurality of extracted light while continuously changing the wavelength of the extracted light by the filter. A control unit that sequentially exposes a pixel area and outputs an output signal that is a basis of a frame image from each of a plurality of areas; a pixel value corresponding to one pixel area among a plurality of pixel areas in one frame image; And a generator configured to generate a spectral image of a desired wavelength based on pixel values corresponding to the one pixel area in another frame image different from the frame image of.

当該分光測定装置では、1枚のフレーム画像の生成時に(即ち、1枚のフレーム画像の撮像時に)、撮像部を露光する抽出光の波長が連続的に変更される。このため、画素領域毎に露光波長が異なる。従って、生成されたフレーム画像は、そのままでは分光画像としての要求を満たしていない。   In the spectrometer, at the time of generation of one frame image (that is, at the time of imaging of one frame image), the wavelength of the extracted light for exposing the imaging unit is continuously changed. Therefore, the exposure wavelength is different for each pixel area. Therefore, the generated frame image does not meet the requirements as a spectral image as it is.

そこで当該分光測定装置では、2枚のフレーム画像(即ち、一のフレーム画像及び他のフレーム画像)を用いて、ある画素領域が所望波長の抽出光で露光される場合に得られる画素値(例えば輝度値等)が推定される。そして、各画素領域について推定された画素値から1枚の分光画像が生成される。   Therefore, in the spectrophotometer, a pixel value (for example, obtained when a certain pixel area is exposed with extraction light of a desired wavelength using two frame images (that is, one frame image and another frame image)) The luminance value etc.) is estimated. Then, one spectral image is generated from the pixel values estimated for each pixel area.

従って、当該分光測定装置は、ある波長の抽出光により撮像部の全ての画素領域が順次露光され分光画像が生成された後、抽出光の波長を変更し、該変更後の抽出光により撮像部の全ての画素領域が順次露光され別の分光画像が生成される場合に比べて、撮像時間を短くしつつ、複数の波長の分光画像を生成することができる。   Therefore, after all the pixel areas of the imaging unit are sequentially exposed by the extraction light of a certain wavelength to generate a spectral image, the spectrometry apparatus changes the wavelength of the extraction light, and the imaging light is changed by the extracted light. As compared with the case where all the pixel regions are sequentially exposed to generate another spectral image, spectral images of a plurality of wavelengths can be generated while shortening the imaging time.

好適には、制御部は、一のフレーム画像の撮像に要する時間あたりの抽出光の波長変化量がフィルタの波長−抽出率特性の半値全幅以内となるように、フィルタを制御する。   Preferably, the control unit controls the filter such that the wavelength change amount of the extracted light per time required to capture one frame image is within the full width at half maximum of the wavelength-extraction rate characteristic of the filter.

フィルタの一例として、アクチュエータを備えるファブリペローフィルタが挙げられる。   An example of the filter is a Fabry-Perot filter provided with an actuator.

一のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値は、該一の画素領域が、所望波長からの偏差が所定値以下の第1波長の抽出光により露光された際に一の画素領域の出力信号に基づく画素値である。他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値は、該一の画素領域が、所望波長からの偏差が所定値以下であり且つ第1波長とは異なる第2波長の抽出光により露光された際に一の画素領域の出力信号に基づく画素値である。ここで、他のフレーム画像は、一のフレーム画像に時間的に隣接するフレームであってよい。   The pixel value corresponding to one pixel area in one frame image is one pixel area when the one pixel area is exposed by the extraction light of the first wavelength whose deviation from the desired wavelength is less than a predetermined value. It is a pixel value based on an output signal. The pixel value corresponding to one pixel area in another frame image is exposed by the extracted light of the second wavelength whose deviation from the desired wavelength is less than the predetermined value and which is different from the first wavelength. It is a pixel value based on the output signal of one pixel area at the same time. Here, the other frame image may be a frame temporally adjacent to one frame image.

生成部は、撮像部の少なくとも一部が所望波長の抽出光により露光されたタイミングを基準タイミングとして、一の画素領域が第1波長の抽出光により露光されたタイミングの基準タイミングからのズレと、一の画素領域が第2波長の抽出光により露光されたタイミングの基準タイミングからのズレとに基づいて、一のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値及び他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値各々に重み付けをしてよい。   The generation unit is a shift from the reference timing of the timing at which one pixel region is exposed by the extraction light of the first wavelength, with the timing that at least a part of the imaging unit is exposed by the extraction light of the desired wavelength as a reference timing; A pixel value corresponding to one pixel region in one frame image and one pixel in another frame image based on the deviation from the reference timing of the timing when one pixel region is exposed by the extracted light of the second wavelength Each pixel value corresponding to the region may be weighted.

或いは、生成部は、第1波長の所望波長からのズレと、第2波長の所望波長からのズレとに基づいて、一のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値及び他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値各々に重み付けをしてよい。   Alternatively, the generation unit may generate a pixel value corresponding to one pixel area in one frame image and another frame image based on the deviation of the first wavelength from the desired wavelength and the deviation of the second wavelength from the desired wavelength. Each pixel value corresponding to one pixel area in may be weighted.

これらのように構成すれば、ある画素領域が所望波長の抽出光で露光される場合に得られる画素値の推定精度を向上させることができ、実用上非常に有利である。   With such a configuration, it is possible to improve the estimation accuracy of the pixel value obtained when a certain pixel area is exposed to the extraction light of the desired wavelength, which is extremely advantageous in practical use.

(分光測定方法)
実施形態に係る分光測定方法は、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の画素領域を有する撮像部と、を備える分光測定装置における分光測定方法である。当該分光測定方法は、フィルタにより抽出光の波長を変更しつつ、抽出光により複数の画素領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御工程と、一のフレーム画像における複数の画素領域のうち一の画素領域に対応する画素値と、一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成工程と、を備える。
(Spectrometry method)
The spectrometry method which concerns on embodiment is a spectrometry method in a spectrometry apparatus provided with the filter which can change the wavelength of extraction light, and the imaging part which has several pixel area | region. The said spectroscopy measurement method is a control process which exposes several pixel area sequentially by extraction light, and changes the wavelength of extraction light with a filter, and outputs the output signal used as the basis of a frame image from each of the said several area, A desired wavelength is obtained based on a pixel value corresponding to one pixel region among a plurality of pixel regions in one frame image and a pixel value corresponding to one pixel region in another frame image different from one frame image. Generating a spectral image.

実施形態に係る分光測定方法によれば、上述した実施形態に係る分光測定装置と同様に、撮像時間を短縮しつつ、複数の波長の分光画像を生成することができる。尚、実施形態に係る分光測定方法においても、上述した実施形態に係る分光測定装置の各種態様と同様の各種態様を採ることができる。   According to the spectrometry method according to the embodiment, as in the spectrometry device according to the above-described embodiment, it is possible to generate spectral images of a plurality of wavelengths while shortening the imaging time. In addition, also in the spectrometry method which concerns on embodiment, the various aspects similar to the various aspects of the spectrometry apparatus which concerns on embodiment mentioned above can be taken.

本発明の分光測定装置に係る実施例について説明する。   An embodiment according to the spectrometer of the present invention will be described.

(構成)
実施例に係る分光測定装置の構成について、図1を参照して説明する。図1は、実施例に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
(Constitution)
The structure of the spectrometry apparatus which concerns on an Example is demonstrated with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a spectrometry apparatus according to an embodiment.

図1において、分光測定装置1は、分光カメラ10と、プロセッサ31及びメモリ32を有するホストコンピュータ30と、を備えて構成されている。   In FIG. 1, the spectrometry apparatus 1 is configured to include a spectroscopic camera 10, and a host computer 30 having a processor 31 and a memory 32.

分光カメラ10は、レンズ11、ファブリペローフィルタ12、駆動回路20、ローリングシャッタ方式のCMOS(Complementary Metal−Oxide−Semiconductor)センサ13及びイメージセンサコントローラ14を備える。   The spectral camera 10 includes a lens 11, a Fabry-Perot filter 12, a drive circuit 20, a rolling shutter type CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sensor 13, and an image sensor controller 14.

ファブリペローフィルタ12は、そのギャップに応じて、透過光の波長を変更する。言い換えれば、ファブリペローフィルタ12は、そのギャップに応じた波長の光を選択的に透過させる。尚、厳密にはファブリペローフィルタ12の透過光には波長幅が存在するが、ここでは簡単のため透過波長幅の中心波長を透過波長と称する。   The Fabry-Perot filter 12 changes the wavelength of the transmitted light according to the gap. In other words, the Fabry-Perot filter 12 selectively transmits light of a wavelength corresponding to the gap. Strictly speaking, although there is a wavelength width in the transmitted light of the Fabry-Perot filter 12, for the sake of simplicity, the central wavelength of the transmitted wavelength width is referred to as a transmitted wavelength.

ファブリペローフィルタ12は、アクチュエータ12aを有する。該アクチュエータ12aは、駆動回路20から出力される駆動電圧に応じて、ファブリペローフィルタ12のギャップを変更可能に構成されている。イメージセンサコントローラ14は、CMOSセンサ13の出力信号からフレーム画像を生成し、ホストコンピュータ30に出力する。   The Fabry-Perot filter 12 has an actuator 12 a. The actuator 12 a is configured to be able to change the gap of the Fabry-Perot filter 12 in accordance with the drive voltage output from the drive circuit 20. The image sensor controller 14 generates a frame image from the output signal of the CMOS sensor 13 and outputs the frame image to the host computer 30.

尚、本実施例では、透過型のファブリペローフィルタを光波長可変選択フィルタとして利用することとしているが、これに限定されず、透過型又は反射型の公知の各種フィルタが採用できる。   In the present embodiment, although the transmission type Fabry-Perot filter is used as the light wavelength variable selection filter, the present invention is not limited thereto, and various known transmission or reflection filters can be adopted.

(撮像動作)
1.ローリングシャッタ方式の問題点
一般的に、CCDが撮像素子として用いられる場合は、電子シャッタの方式はグローバルシャッタ方式である。グローバルシャッタ方式では、撮像素子の全画素が同時に露光される。近年では、小型化や消費電力等の観点から、CCDに代えて、CMOSセンサが撮像素子として用いられることが多くなっている。
(Imaging operation)
1. Problems Generally the rolling shutter system, if the CCD is used as an imaging device, a method of the electronic shutter is global shutter system. In the global shutter method, all pixels of the imaging device are exposed simultaneously. In recent years, a CMOS sensor has often been used as an imaging device in place of a CCD in terms of downsizing and power consumption.

一方、CMOSセンサは、一般的にその構造上、信号線(水平信号線又は垂直信号線)毎に、各信号線に接続された一又は複数の画素からの信号が順次読み出される。以降、適宜「1本の信号線に接続された一又は複数の画素」を「ライン」と称する。このため、CMOSセンサが撮像素子として用いられる場合、ライン毎に露光するローリングシャッタ方式が用いられる。   On the other hand, in a CMOS sensor, in general, signals from one or more pixels connected to each signal line are sequentially read out for each signal line (horizontal signal line or vertical signal line) due to its structure. Hereinafter, "one or more pixels connected to one signal line" will be referred to as "line" as appropriate. For this reason, when a CMOS sensor is used as an imaging device, a rolling shutter system in which exposure is performed line by line is used.

ローリングシャッタ方式では、ライン毎に露光タイミング及び信号読み出しタイミングが異なる。分光画像を撮像する場合、1枚のフレーム画像が撮像される際の波長が変化しないように、全てのラインの露光が終了するまで、CMOSセンサに入射する光の波長を変更することができない。すると、互いに異なる波長を有する複数の光について分光画像を生成する場合、撮像時間(測定時間)が比較的長くなる可能性がある。   In the rolling shutter system, the exposure timing and the signal readout timing are different for each line. When capturing a spectral image, the wavelength of light incident on the CMOS sensor can not be changed until exposure of all the lines is completed so that the wavelength when capturing one frame image does not change. Then, in the case of generating spectral images for a plurality of lights having different wavelengths, the imaging time (measurement time) may be relatively long.

2.実施例に係る分光測定装置1の動作
本実施例では、ファブリペローフィルタ12の透過波長を変更しつつ、CMOSセンサ13がライン毎に順次露光される。
2. Operation of Spectroscopic Measurement Device 1 According to the Embodiment In the present embodiment, the CMOS sensor 13 is sequentially exposed line by line while changing the transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12.

具体的には、ホストコンピュータ30のプロセッサ31は、メモリ32に予め格納されている「駆動電圧−透過波長関係式」に基づいて、ファブリペローフィルタ12のギャップが連続的に変化するように、駆動回路20を制御する。そして、ファブリペローフィルタ12のギャップが変化しているときに、CMOSセンサ13がライン毎に順次露光される。   Specifically, the processor 31 of the host computer 30 drives the gap of the Fabry-Perot filter 12 so as to continuously change based on the “drive voltage-transmission wavelength relationship formula” stored in advance in the memory 32. The circuit 20 is controlled. Then, when the gap of the Fabry-Perot filter 12 is changing, the CMOS sensor 13 is sequentially exposed line by line.

具体的には図2に示すように、ファブリペローフィルタ12の透過波長が、時間と共に長波長側に変化するように駆動回路20が制御されるとする。「フレーム1」の撮像時では、例えばライン1の露光波長(厳密には、露光の中心波長)はλ1,1であり、ライン2の露光波長はλ1,2であり、ラインcの露光波長はλ1,cである。この結果、図3に示すように、ライン毎に露光波長の異なるフレーム画像が撮像(又は生成)される。尚、図2及び図3における「フレーム1」等はフレーム画像番号を示しており、「ライン1」等はライン番号を示している。Specifically, as shown in FIG. 2, it is assumed that the drive circuit 20 is controlled such that the transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12 changes to the long wavelength side with time. At the time of imaging of “frame 1”, for example, the exposure wavelength of line 1 (strictly speaking, the central wavelength of exposure) is λ 1 , 1 and the exposure wavelength of line 2 is λ 1 , 2 and the exposure of line c The wavelengths are λ 1 and c . As a result, as shown in FIG. 3, frame images with different exposure wavelengths are captured (or generated) for each line. Note that "frame 1" and the like in FIGS. 2 and 3 indicate frame image numbers, and "line 1" and the like indicate line numbers.

このようにして得られたフレーム画像は、そのままでは分光画像としての要求を満たしてはいない。本実施例では、得られたフレーム画像に基づいて、後述する分光画像生成処理を行うことにより、所望波長の分光画像が生成される。つまり、本実施例では、分光画像生成処理により分光画像を生成することによって、撮像時間を短縮しているのである。   The frame image obtained in this way does not meet the requirements as a spectral image as it is. In this embodiment, a spectral image of a desired wavelength is generated by performing spectral image generation processing described later based on the obtained frame image. That is, in this embodiment, the imaging time is shortened by generating the spectral image by the spectral image generation process.

(分光画像生成)
本実施例に係る分光画像生成について説明する。尚、ここでは撮像の対象物は、分光画像の撮像中に状態が変化しないことを前提に説明する。例えば図3のフレーム2のラインc(図3の網かけ部分参照)の露光波長λ2,cが、分光画像の所望波長であるとする。フレーム2のラインc以外のラインは、所望波長λ2,cとは異なる波長の光で露光されている。このため、分光画像の生成時には、ラインc以外の各ラインの画素値が次のように推定される。
(Spectroscopic image generation)
The spectral image generation according to the present embodiment will be described. Here, it is assumed that the object of imaging does not change in state during imaging of a spectral image. For example, it is assumed that the exposure wavelengths λ 2 and c of the line c (see the shaded portion in FIG. 3) of the frame 2 in FIG. 3 are the desired wavelengths of the spectral image. The lines other than the line c of the frame 2 are exposed to light of a wavelength different from the desired wavelengths λ 2 and c . Therefore, at the time of generation of the spectral image, pixel values of each line other than the line c are estimated as follows.

例えば、波長λ2,cの光で露光される場合のフレーム2のライン1の画素値(厳密には、“ライン1に含まれる各画素の画素値”、以下同じ)は、フレーム2のライン1の画素値と、フレーム3のライン1の画素値とに基づく重み付き平均から推定される。波長λ2,cの光で露光される場合のライン1の画素値は、波長λ2,1と波長λ3,1の波長差がフィルタの透過波長幅より小さい程度ならば、波長λ2,1の光で露光されたフレーム2のライン1の画素値と、波長λ3,1の光で露光されたフレーム3のライン1の画素値との間の値になると推定されるからである。For example, the pixel value of line 1 of frame 2 when exposed to light of wavelength λ 2, c (strictly speaking, “the pixel value of each pixel included in line 1”, and so on) is the line of frame 2 It is estimated from the weighted average based on the pixel value of 1 and the pixel value of line 1 of frame 3. The pixel value of line 1 when exposed to light of wavelength λ 2, c is wavelength λ 2, if the wavelength difference between wavelength λ 2 , 1 and wavelength λ 3 , 1 is smaller than the transmission wavelength width of the filter . This is because it is estimated to be a value between the pixel value of line 1 of frame 2 exposed with 1 light and the pixel value of line 1 of frame 3 exposed with light of wavelength λ 3,1 .

同様に、波長λ2,cの光で露光される場合のフレーム2のラインMの画素値は、フレーム2のラインMの画素値と、フレーム1のラインMの画素値とに基づく重み付き平均から推定される。波長λ2,cの光で露光される場合のフレーム2のラインMの画素値は、波長λ2,Mと波長λ1,Mの波長差がフィルタの透過波長幅より小さい程度ならば、波長λ2,Mの光で露光されたフレーム2のラインMの画素値と、波長λ1,Mの光で露光されたフレーム1のラインMの画素値との間の値になると推定されるからである。Similarly, the pixel values of line M of frame 2 when exposed with light of wavelength λ 2, c are weighted averages based on the pixel values of line M of frame 2 and the pixel M of line M of frame 1 Estimated from The pixel value of line M of frame 2 when exposed with light of wavelength λ 2, c is a wavelength if the wavelength difference between wavelength λ 2, M and wavelength λ 1, M is smaller than the transmission wavelength width of the filter It is estimated to be a value between the pixel value of line M of frame 2 exposed with light of λ 2, M and the pixel value of line M of frame 1 exposed with light of wavelengths λ 1, M It is.

このように、本実施例では、補間(即ち内挿)により、所望波長の光で露光される場合の画素値が推定される。補間するため、所望波長で露光されたライン(ここでは、ラインc)よりもライン番号が小さいラインの画素値の推定には、所望波長で露光されたラインを含むフレーム画像(ここでは、フレーム2)と、該フレーム画像に時間的に隣接した次のフレーム画像(ここでは、フレーム3)とが用いられる。他方、所望波長で露光されたラインよりもライン番号が大きいラインの画素値の推定には、所望波長で露光されたラインを含むフレーム画像と、該フレーム画像に時間的に隣接した前のフレーム画像(ここでは、フレーム1)が用いられる。このため、所望波長で露光されたラインを含むフレーム画像の、少なくとも前後1フレーム画像が撮像される。   Thus, in the present embodiment, pixel values in the case of exposure to light of a desired wavelength are estimated by interpolation (ie, interpolation). In order to estimate the pixel value of a line whose line number is smaller than the line exposed at the desired wavelength (here, line c) to interpolate, a frame image including the line exposed at the desired wavelength (here, frame 2) And the next frame image (here, frame 3) temporally adjacent to the frame image. On the other hand, to estimate the pixel value of a line whose line number is larger than the line exposed at the desired wavelength, the frame image including the line exposed at the desired wavelength and the previous frame image temporally adjacent to the frame image (Here, frame 1) is used. For this reason, at least one preceding and following one-frame image of a frame image including a line exposed at a desired wavelength is captured.

ホストコンピュータ30のプロセッサ31は、推定された画素値に基づいて、所望波長の分光画像を生成する。   The processor 31 of the host computer 30 generates a spectral image of the desired wavelength based on the estimated pixel value.

尚、実施例に係る「フレーム2」、「フレーム3」、「波長λ2,1」及び「波長λ3,1」は、夫々、本発明に係る「一のフレーム画像」、「他のフレーム画像」、「第1波長」及び「第2波長」の一例である。実施例に係る「フレーム1」、「波長λ2,M」及び「波長λ1,M」は、夫々、本発明に係る「他のフレーム画像」、「第1波長」及び「第2波長」の他の例である。The “frame 2”, the “frame 3”, the “wavelength λ 2,1 ” and the “wavelength λ 3,1 ” according to the embodiment are the “one frame image” and the “other frame” according to the present invention, respectively. It is an example of an image "," 1st wavelength ", and" 2nd wavelength ". The “frame 1”, the “wavelength λ 2, M ” and the “wavelength λ 1, M ” according to the embodiment are the “other frame image”, the “first wavelength” and the “second wavelength” according to the present invention, respectively. Another example of

(画素値を推定可能な理由)
ここで、補完により所望波長の光で露光される場合の画素値が推定可能な理由について、図4及び図5を参照して説明する。
(Reason why we can estimate pixel value)
Here, the reason why the pixel value in the case of exposure with light of a desired wavelength can be estimated by interpolation will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4の最上段に示すように、理想的な光学フィルタは、特定の波長のみを透過し、他の波長は一切透過しない。これに対し、実際のファブリペローフィルタは、透過波長に幅があり、透過波長の中心波長を透過中心波長と呼ぶ。   As shown at the top of FIG. 4, the ideal optical filter transmits only a specific wavelength and does not transmit any other wavelength. On the other hand, in the actual Fabry-Perot filter, the transmission wavelength has a width, and the central wavelength of the transmission wavelength is called the transmission central wavelength.

図4では、フィルタの違いがわかりやすいように、被写体のスペクトルはレーザのような特定の波長のみで鋭いピークを持つものとする(図4の中段参照)。   In FIG. 4, it is assumed that the spectrum of the subject has a sharp peak only at a specific wavelength such as a laser (see the middle part of FIG. 4) so that differences in filters can be easily understood.

フィルタの透過波長を変化させずに取得されたフレーム画像の画素値は、単純には、フィルタの透過率と被写体のスペクトルを乗算し積分したものになる(図4の最下段参照)。(厳密には、画素の量子化効率や露光時間、増幅器のゲイン等も乗算されるが、ここでは無視する)
さて、図5の最上段に示すように、分光測定装置においてフィルタの透過波長を変更しつつフレーム画像が取得される場合、横軸をフレーム番号、縦軸をそのフレームの画素値としてプロットし、横軸のフレーム番号を対応するフィルタの透過波長(又は透過中心波長)に置き換えると、分光測定装置で得られる被写体のスペクトルになる。つまり、フィルタ透過率スペクトルと被写体スペクトルとの所謂「畳み込み」になる。
The pixel value of the frame image acquired without changing the transmission wavelength of the filter is simply the product of the transmission of the filter and the spectrum of the object and integrated (see the bottom of FIG. 4). (Strictly, pixel quantization efficiency, exposure time, amplifier gain, etc. are also multiplied, but ignored here)
Now, as shown in the top row of FIG. 5, when a frame image is acquired while changing the transmission wavelength of the filter in the spectrometer, the horizontal axis is plotted as a frame number, and the vertical axis is plotted as a pixel value of that frame, When the frame number on the horizontal axis is replaced with the transmission wavelength (or transmission center wavelength) of the corresponding filter, the spectrum of the object obtained by the spectrometer is obtained. That is, it becomes so-called "convolution" of the filter transmittance spectrum and the subject spectrum.

理想的な光学フィルタでは、分光測定装置で得られる被写体のスペクトル(図5の最下段参照)は、被写体のスペクトル(図5の中段参照)と一致する。他方、実際のファブリペローフィルタでは、フィルタの透過波長幅より狭い範囲での急激な変化は「ならされて」しまい分光測定装置で得られる被写体のスペクトルは図5の最下段右側のようになる。   In an ideal optical filter, the spectrum of the object obtained by the spectrometer (see the bottom of FIG. 5) matches the spectrum of the object (see the middle of FIG. 5). On the other hand, in an actual Fabry-Perot filter, an abrupt change within a range narrower than the transmission wavelength width of the filter is "flattened" and the spectrum of the object obtained by the spectrometer is as shown on the lower right of FIG.

従って、実際上は、ファブリペローフィルタ12の透過波長幅程度の波長変化に対して、フレーム画像の画素値が急激に(言い換えれば、不連続に)変化することはない。このため、所望波長の光で露光される場合の画素値が、該所望波長の近傍波長の光で露光された場合の画素値から推定することができるのである。   Therefore, in practice, the pixel value of the frame image does not change abruptly (in other words, discontinuously) with respect to the wavelength change of about the transmission wavelength width of the Fabry-Perot filter 12. For this reason, the pixel value in the case of exposure with light of a desired wavelength can be estimated from the pixel value in the case of exposure with light of a wavelength near the desired wavelength.

ちなみに、本実施例の如く、1フレーム画像の撮像中にファブリペローフィルタ12の透過波長が連続的に変化したとしても、その変化量がファブリペローフィルタ12の透過波長幅程度であれば、1フレーム画像の撮像中に透過波長が変化しない場合とほぼ同じ画素値が得られる。これはファブリペローフィルタ12の透過率スペクトルが透過中心波長に関して略対称な形をしているからである。   Incidentally, even if the transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12 continuously changes during imaging of one frame image as in the present embodiment, if the amount of change is about the transmission wavelength width of the Fabry-Perot filter 12, one frame Almost the same pixel values are obtained as in the case where the transmission wavelength does not change during imaging of the image. This is because the transmittance spectrum of the Fabry-Perot filter 12 is substantially symmetrical with respect to the transmission center wavelength.

当該分光測定装置1のホストコンピュータ30のプロセッサ31は、1フレーム画像の撮像中のファブリペローフィルタ12の透過波長の変化量が、該ファブリペローフィルタ12の透過波長幅以下となるように、好適には透過波長幅の半値全幅以内となるように、該ファブリペローフィルタ12のギャップを駆動回路20を介して制御する。ここで「ファブリペローフィルタ12の透過波長幅」は、本発明に係る「フィルタの波長−抽出率特性」の一例である。   The processor 31 of the host computer 30 of the spectrometry apparatus 1 preferably makes the change amount of the transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12 during imaging of one frame image equal to or less than the transmission wavelength width of the Fabry-Perot filter 12. The gap of the Fabry-Perot filter 12 is controlled via the drive circuit 20 so as to be within the full width at half maximum of the transmission wavelength. Here, "the transmission wavelength width of the Fabry-Perot filter 12" is an example of the "wavelength-extraction rate characteristic of the filter" according to the present invention.

(重み付け平均)
重み付け平均としては、(1)ライン番号による重み付け平均と、(2)波長による重み付け平均とが、例として挙げられる。
(Weighted average)
As the weighted average, (1) weighted average by line number and (2) weighted average by wavelength may be mentioned as an example.

(1)ライン番号による重み付き平均
当該分光測定装置1では、上述の如く、ローリングシャッタ方式が用いられているため、ライン番号は、露光タイミングと言い換えることができる。加えて、当該分光測定装置1の動作時には、図2の下段に示すように、ファブリペローフィルタ12の透過光の波長は、一定の割合で変化する(即ち、線形変化する)。このため、ライン番号(及び露光タイミング)と、透過光の波長とは密接に関連する。
(1) Weighted Average by Line Number In the spectroscopy measuring apparatus 1 as described above, since the rolling shutter method is used, the line number can be reworded as exposure timing. In addition, when the spectrometer 1 is in operation, the wavelength of the transmitted light of the Fabry-Perot filter 12 changes at a constant rate (ie, changes linearly) as shown in the lower part of FIG. Thus, the line number (and the exposure timing) and the wavelength of the transmitted light are closely related.

CMOSセンサ13は、全部でMライン有しているとする。ラインに付された番号は、1〜Mとする(図2参照)。所望の波長の光で露光されたラインに付された番号をm(1≦m≦M)、画素値を推定するラインに付された番号をy(1≦y≦M)とする。所望の波長の光で露光されたラインの画素値を含むフレーム画像に付された番号をiとする。   It is assumed that the CMOS sensor 13 has M lines in total. The numbers given to the lines are 1 to M (see FIG. 2). Let m (1.ltoreq.m.ltoreq.M) be a number given to a line exposed with light of a desired wavelength, and y (1.ltoreq.y.ltoreq.M) be a number given to a line whose pixel value is to be estimated. A number given to a frame image including pixel values of a line exposed to light of a desired wavelength is i.

y<mの場合、フレームiのラインyの画素値をIi,y、フレームi+1のラインyの画素値をIi+1,yとして、推定されるラインyの画素値I´i,yは、I´i,y=(M+y−m)/M×Ii,n+(m−y)/M×Ii+1,yと表せる。For y <m, a pixel value of the line y of the frame i I i, y, a pixel value of the frame i + 1 of the line y as I i + 1, y, the pixel value I'i line y to be estimated, y is It can be expressed as I'i , y = (M + y-m) / M * Ii, n + (m-y) / M * Ii + 1, y .

y>mの場合、フレームi−1のラインyの画素値をIi−1,yとして、推定されるラインyの画素値I´i,yは、I´i,y=(M+m−y)/M×Ii,n+(y−m)/M×Ii−1,yと表せる。For y> m, the pixel values of the frame i-1 of line y as I i-1, y, the pixel value I'i line y to be estimated, y is, I'i, y = (M + m-y ) / M × I i, n + (y−m) / M × I i−1, y

(2)波長による重み付き平均
所望の波長の光で露光されたラインの画素値を含むフレーム画像に付された番号をiとする。所望の波長の光で露光されたラインに付された番号をmとして、所望の波長をλi,mとする。画素値を推定するラインに付された番号をyとする。
(2) Weighted Average by Wavelength A number given to a frame image including pixel values of a line exposed with light of a desired wavelength is set to i. Let m be a number given to a line exposed to light of a desired wavelength, and λ i, m be a desired wavelength. Let y be a number assigned to a line whose pixel value is to be estimated.

y<mの場合、フレームiのラインyの露光波長をλi,y、画素値をIi,y、フレームi+1のラインyの露光波長をλi+1,y、画素値をIi+1,yとして、推定されるラインyの画素値I´i,yは、I´i,y=Ii,y+(λi,m−λi,y)/(λi+1,y−λi,y)×(Ii+1,y−Ii,y)と表せる。If y <m, the exposure wavelength of line y of frame i is λ i, y , the pixel value is I i, y , the exposure wavelength of line y of frame i + 1 is λ i + 1, y , and the pixel value is I i + 1, y The pixel value I ' i, y of the line y to be estimated is I'i , y = Ii , y + ([lambda] i, m- [ lambda ] i, y ) / ([lambda] i + 1, y- [ lambda ] i, y ) It can be expressed as x ( Ii + 1, y- Ii , y ).

y>mの場合、フレームi−1のラインyの露光波長をλi−1,y、画素値をIi−1,yとして、推定されるラインyの画素値I´i,yは、I´i,y=Ii,y+(λi,y−λi,m)/(λi,y−λi−1,y)×(Ii−1,y−Ii,y)と表せる。In the case of y> m, the pixel value I ′ i, y of the line y estimated for the line y of the frame i−1 is λ i−1, y and the pixel value is I i−1, y I'i , y = Ii , y + (? I, y- ? I, m ) / (? I, y- ? I-1, y ) x ( Ii-1, y- Ii , y ) It can be expressed.

尚、上述の式は、いわゆる線形補間の式であるが、画素値の推定には線形補間に限らず、既存の各種方法を適用可能である。   Although the above-mentioned equation is a so-called equation of linear interpolation, the present invention is not limited to linear interpolation, and various existing methods can be applied to the estimation of pixel values.

(分光測定装置の動作)
次に、当該分光測定装置1の動作処理について、図6及び図7のフローチャートを参照して説明する。
(Operation of spectrometer)
Next, the operation process of the spectrometry apparatus 1 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 6 and 7.

図6において、先ず、ユーザインターフェイス(図示せず)を介して、波長範囲(即ち、ユーザが取得を望む分光イメージデータの波長範囲)が指定されると(ステップS101)、ホストコンピュータ30のプロセッサ31は、CMOSセンサ13の画素領域(即ち、ライン)の露光タイミング差と、ファブリペローフィルタ12の透過波長の時間あたり変化量に基づいて、補間(即ち、画素値の推定)に必要な分だけ指定された波長範囲を修正する(ステップS102)。   In FIG. 6, when a wavelength range (that is, a wavelength range of spectral image data that the user desires to obtain) is first specified via a user interface (not shown) (step S101), the processor 31 of the host computer 30 Is specified based on the exposure timing difference of the pixel area (ie line) of the CMOS sensor 13 and the amount of change per hour of the transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12 by the amount necessary for interpolation (ie estimation of pixel value) The corrected wavelength range is corrected (step S102).

ここでは、開始波長λsttが、該開始波長λsttよりも短い波長である波長λstt´に、終了波長λendが、該終了波長λendよりも長い波長である波長λend´に、修正される。当初指定された波長範囲をどの程度修正(又は拡張)するかは適宜設定されてよい。当初指定された波長範囲で撮像可能なフレーム数より少なくとも1フレーム多く撮像可能なように、波長範囲が修正されることが望ましい。Here, start wavelength lambda stt is, the wavelength lambda Stt' a wavelength shorter than said start wavelength lambda stt, end wavelength lambda end The is, the wavelength lambda End' a longer wavelength than the end wavelength lambda end The, modified Be done. The extent to which the originally designated wavelength range is corrected (or expanded) may be set as appropriate. It is desirable that the wavelength range be modified such that at least one more frame can be captured than the number of frames that can be captured in the originally specified wavelength range.

次に、ホストコンピュータ30のプロセッサ31は、メモリ32に格納されている「駆動電圧−透過波長関係式」に基づいて、ファブリペローフィルタ12の透過波長が、波長λstt´となるように、駆動回路20を介してアクチュエータ12aを制御する(ステップS103)。Next, the processor 31 of the host computer 30 drives such that the transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12 becomes the wavelength λ stt 'based on the “drive voltage-transmission wavelength relationship” stored in the memory 32. The actuator 12a is controlled via the circuit 20 (step S103).

続いて、プロセッサ31は、ファブリペローフィルタ12の透過波長が、波長λend´に向かって変化するように、駆動回路20から出力される駆動電圧の変更を開始する(ステップS104)。この結果、ファブリペローフィルタ12のギャップが変化し、透過波長が、波長λstt´から波長λend´に向けて徐々に長くなる。Subsequently, the processor 31 starts changing the drive voltage output from the drive circuit 20 so that the transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12 changes toward the wavelength λ end '(step S104). As a result, changes the gap Fabry-Perot filter 12, transmission wavelength, it increased gradually toward the wavelength lambda End' from the wavelength λ stt'.

ステップS104の処理と並行して、ステップS105〜S107の処理が行われる。即ち、プロセッサ31は、イメージセンサコントローラ16を介して、CMOSセンサ13により撮像されたフレーム画像を取得する(ステップS105)。続いて、プロセッサ31は、現在のファブリペローフィルタ12の透過波長の情報を取得する(ステップS106)。「透過波長の情報」は、透過波長そのものの値であってもよいし、例えば透過波長と対応付けられた駆動電圧の値等であってもよい。つまり、「透過波長の情報」とは、直接的又は間接的に、透過波長を示す情報を意味する。   In parallel with the process of step S104, the processes of steps S105 to S107 are performed. That is, the processor 31 obtains a frame image captured by the CMOS sensor 13 via the image sensor controller 16 (step S105). Subsequently, the processor 31 acquires information on the current transmission wavelength of the Fabry-Perot filter 12 (step S106). The “transmission wavelength information” may be the value of the transmission wavelength itself, or may be, for example, the value of the driving voltage associated with the transmission wavelength. That is, the "transmission wavelength information" means information indicating the transmission wavelength directly or indirectly.

次に、プロセッサ31は、透過波長の情報により示される現在の透過波長が、波長λend´と等しいか否かを判定する(即ち、撮像を終了するか否かを判定する)(ステップS107)。この判定において、現在の透過波長が波長λend´とは等しくないと判定された場合(ステップS107:No)、プロセッサ31は、再度ステップS105の処理を行う。Next, the processor 31 (determines i.e., whether or not to end the image pickup), the current transmission wavelength indicated by the information of the transmission wavelengths, determines whether the equal wavelength lambda End' (Step S107) . In this determination, when it is determined that the current transmission wavelength is not equal to the wavelength λ end ' (step S107: No), the processor 31 performs the process of step S105 again.

他方、ステップS107の判定において、現在の波長が波長λend´と等しいと判定された場合(ステップS107:Yes)、プロセッサ31は、駆動回路20から出力される駆動電圧の変化を停止する(ステップS108)。On the other hand, if it is determined in step S107 that the current wavelength is equal to the wavelength λ end ' (step S107: Yes), the processor 31 stops the change of the drive voltage output from the drive circuit 20 (step S108).

次に、プロセッサ31は、メモリ32に格納されている「分光画像生成プログラム」を参照して、分光画像生成処理を行う(ステップS2)。ここで、分光画像生成処理について、図7のフローチャートを参照して説明を加える。   Next, the processor 31 performs spectral image generation processing with reference to the “spectral image generation program” stored in the memory 32 (step S2). Here, the spectral image generation process will be described with reference to the flowchart of FIG. 7.

分光画像生成処理では、ステップS105の処理において取得された時間的に連続する複数のフレーム画像のうち、フレーム画像に付された番号が1〜Nfrmであるフレーム画像が処理対象とされるものとする。CMOSセンサ13のライン数は“Height”本であり、1ラインに含まれる画素数は“Width”個であるとする。この結果、1枚のフレーム画像には“Width×Height”個の画素が含まれることとなる。   In the spectral image generation process, among the plurality of temporally consecutive frame images acquired in the process of step S105, frame images having numbers 1 to Nfrm assigned to the frame images are to be processed. . The number of lines of the CMOS sensor 13 is “Height”, and the number of pixels included in one line is “Width”. As a result, one frame image includes “Width × Height” pixels.

分光画像生成処理では、所望波長は、各フレーム画像のラインm(1≦m≦Height)の画素値が取得された際の露光波長であるとする。尚、ラインmは、製造者により予め固定値として設定されていてもよいし、ユーザにより設定されてもよい。分光画像生成処理において、フレーム画像に係る変数を“i”(1≦i≦Nfrm)、ラインに係る変数を“y”(1≦y≦Height)、1ラインに含まれる画素に係る変数を“x”(1≦x≦Width)とする。   In the spectral image generation processing, the desired wavelength is assumed to be the exposure wavelength when the pixel value of the line m (1 ≦ m ≦ Height) of each frame image is acquired. The line m may be set in advance by the manufacturer as a fixed value, or may be set by the user. In the spectral image generation process, the variable relating to the frame image is “i” (1 ≦ i ≦ Nfrm), the variable relating to the line is “y” (1 ≦ y ≦ Height), and the variable relating to the pixel included in one line is “ It is assumed that x ′ ′ (1 ≦ x ≦ Width).

図7において、プロセッサ31は、変数iを初期値である“1”に設定する(ステップS201)。プロセッサ31は、変数yを初期値である“1”に設定する(ステップS202)。次に、プロセッサ31は、現在のラインyに応じた重みW(y)を計算する(ステップS203)。尚、具体的な重みW(y)については、上述した「重み付き平均」を参照されたし。ただし、「重み付き平均」における定数“M”は、“Height”と読み替えるものとする。   In FIG. 7, the processor 31 sets a variable i to "1" which is an initial value (step S201). The processor 31 sets the variable y to "1" which is an initial value (step S202). Next, the processor 31 calculates a weight W (y) according to the current line y (step S203). For the specific weight W (y), refer to the “weighted average” described above. However, constant "M" in "weighted average" shall be read as "Height".

次に、プロセッサ31は、変数xを初期値である“1”に設定する(ステップS204)。次に、プロセッサ31は、変数yの値がmより小さいか否かを判定する(ステップS205)。   Next, the processor 31 sets the variable x to an initial value "1" (step S204). Next, the processor 31 determines whether the value of the variable y is smaller than m (step S205).

ステップS205の判定において、変数yの値がmより小さいと判定された場合(ステップS205:Yes)、プロセッサ31は、フレームiのラインyの画素xの画素値を、フレームiの波長λi,yの光で露光されたラインyの画素xの画素値と、フレームi+1の波長λi+1,yの光で露光されたラインyの画素xの画素値との重み付き平均値に置き換える(ステップS206)。When it is determined in step S205 that the value of the variable y is smaller than m (step S205: Yes), the processor 31 determines the pixel value of the pixel x of the line y of the frame i as the wavelength λ i of the frame i. the pixel value of the pixel x of the line y, which is exposed to light of y, replaced with the weighted average value of the pixel value of the frame i + 1 of the wavelength lambda i + 1, y of a pixel x in the line y, which is exposed to light (step S206 ).

他方、ステップS205の判定において、変数yの値がmより小さくないと判定された場合(ステップS205:No)、プロセッサ31は、変数yの値がmより大きいか否かを判定する(ステップS207)。   On the other hand, when it is determined in step S205 that the value of the variable y is not smaller than m (step S205: No), the processor 31 determines whether the value of the variable y is larger than m (step S207). ).

ステップS207の判定において、変数yの値がmより大きいと判定された場合(ステップS207:Yes)、プロセッサ31は、フレームiのラインyの画素xの画素値を、フレームiの波長λi,yの光で露光されたラインyの画素xの画素値と、フレームi−1の波長λi−1,yの光で露光されたラインyの画素xの画素値との重み付き平均値に置き換える(ステップS208)。When it is determined in step S207 that the value of the variable y is larger than m (step S207: Yes), the processor 31 determines the pixel value of the pixel x of the line y of the frame i as the wavelength λ i of the frame i. the pixel value of the pixel x of the line y, which is exposed to light of y, the weighted average of the pixel values of the frame i-1 of the wavelength lambda i-1, y pixel x of the line y, which is exposed to light Replace (step S208).

ステップS207の判定において、変数yの値がmより大きくないと判定された場合(即ち、変数yの値がmと等しい場合)(ステップS207:No)、又は、ステップS206の処理若しくはステップS208の処理の後、プロセッサ31は、変数xの値がWidthと等しいか否かを判定する(ステップS209)。つまり、ステップS209では、ラインyに含まれる全ての画素について、画素値の置き換えが終了したか否かが判定される。   If it is determined in step S207 that the value of the variable y is not larger than m (ie, the value of the variable y is equal to m) (step S207: No), or the process of step S206 or step S208 After the processing, the processor 31 determines whether the value of the variable x is equal to the Width (Step S209). That is, in step S209, it is determined whether the replacement of the pixel value is completed for all the pixels included in the line y.

ステップS209の判定において、変数xの値がWidthと等しくないと判定された場合(ステップS209:No)、プロセッサ31は、変数xの値をx+1として(即ち、インクリメントして)(ステップS212)、ステップS205の処理を行う。   If it is determined in step S209 that the value of the variable x is not equal to the width (step S209: No), the processor 31 sets the value of the variable x to x + 1 (that is, increments) (step S212), The process of step S205 is performed.

他方、ステップS209の判定において、変数xの値がWidthと等しいと判定された場合(ステップS209:Yes)、プロセッサ31は、変数yの値がHeightと等しいか否かを判定する(ステップs210)。つまり、ステップS210では、フレームiに含まれる全てのラインについて、画素値の置き換えが終了したか否かが判定される。   On the other hand, if it is determined in step S209 that the value of the variable x is equal to the width (step S209: Yes), the processor 31 determines whether the value of the variable y is equal to the height (step s210). . That is, in step S210, it is determined whether the replacement of the pixel values is completed for all the lines included in the frame i.

ステップS210の判定において、変数yの値がHeightと等しくないと判定された場合(ステップS210:No)、プロセッサ31は、変数yの値をy+1として(即ち、インクリメントして)(ステップS213)、ステップS203の処理を行う。   If it is determined in step S210 that the value of the variable y is not equal to the height (step S210: No), the processor 31 sets the value of the variable y to y + 1 (that is, increments) (step S213), The process of step S203 is performed.

他方、ステップS210の判定において、変数yの値がHeightと等しいと判定された場合(ステップS210:Yes)、プロセッサ31は、変数iの値がNfrmと等しいか否かを判定する(ステップS211)。つまり、ステップS211では、処理対象のフレーム画像全てについて、画素値の置き換えが終了したか否かが判定される。   On the other hand, when it is determined in step S210 that the value of the variable y is equal to the height (step S210: Yes), the processor 31 determines whether the value of the variable i is equal to Nfrm (step S211). . That is, in step S211, it is determined whether or not replacement of pixel values is completed for all frame images to be processed.

ステップS211の判定において、変数iの値がNfrmと等しくないと判定された場合(ステップS211:No)、プロセッサ31は、変数iの値をi+1として(即ち、インクリメントして)(ステップS214)、ステップS202の処理を行う。他方、ステップS211の判定において、変数iの値がNfrmと等しいと判定された場合(ステップS211:Yes)、プロセッサ31は、図6のフローチャートのステップS109の処理を行う。   When it is determined in step S211 that the value of the variable i is not equal to Nfrm (step S211: No), the processor 31 sets the value of the variable i to i + 1 (that is, increments) (step S214), The process of step S202 is performed. On the other hand, when it is determined in step S211 that the value of the variable i is equal to Nfrm (step S211: Yes), the processor 31 performs the process of step S109 in the flowchart of FIG.

再び図6に戻り、分光画像生成処理の後、プロセッサ31は、該分光画像生成処理において生成された分光画像(即ち、画素値の置き換えがされたフレーム画像)を、例えばメモリ32等の記憶装置に保存して、処理を終了する(ステップS109)。   Returning to FIG. 6 again, after the spectral image generation processing, the processor 31 stores the spectral image generated in the spectral image generation processing (that is, the frame image in which the pixel value has been replaced), for example, a storage device such as the memory 32. , And the process ends (step S109).

(技術的効果)
当該分光測定装置1では、ファブリペローフィルタ12の透過光の波長が変更されながら、CMOSセンサ13の各画素領域(即ち、各ライン)が透過光により順次露光される。このため、当該分光測定装置1は、ある波長の透過光によりCMOSセンサ13の全ての画素領域が露光された後に、ファブリペローフィルタ12のギャップを変更することにより透過光の波長を変更し、変更後の透過光によりCMOSセンサ13の全ての画素領域が露光される場合に比べて、撮像時間を短くすることができる。
(Technical effect)
In the said spectroscopy measuring apparatus 1, each pixel area (namely, each line) of CMOS sensor 13 is exposed one by one with transmitted light, changing the wavelength of the transmitted light of Fabry-Perot filter 12. FIG. For this reason, after all the pixel areas of the CMOS sensor 13 are exposed by the transmitted light of a certain wavelength, the spectrometer 1 changes the wavelength of the transmitted light by changing the gap of the Fabry-Perot filter 12. The imaging time can be shortened as compared to the case where all pixel areas of the CMOS sensor 13 are exposed by the later transmitted light.

当該分光測定装置1では、画素値の推定には、時間的に隣接する2枚のフレーム画像が用いられる。このように構成すれば、時間的に隣接しない2枚のフレーム画像が画素値の推定に用いられる場合に比べて、推定精度を向上させることができる。尚、画素値の推定に、3枚以上のフレーム画像が用いられてもよい。   In the spectrometer 1, two frame images adjacent in time are used to estimate the pixel value. According to this configuration, estimation accuracy can be improved as compared with the case where two frame images not adjacent in time are used for estimation of the pixel value. Note that three or more frame images may be used to estimate the pixel value.

実施例に係る「ファブリペローフィルタ12」、「CMOSセンサ13」及び「プロセッサ31」は、夫々、本発明に係る「フィルタ」、「撮像部」、及び「生成部」の一例であり、「イメージセンサコントローラ14」及び「駆動回路20」は、本発明に係る「制御部」の一例である。   The “Fabry-Perot filter 12”, the “CMOS sensor 13” and the “processor 31” according to the embodiment are examples of the “filter”, the “imaging unit”, and the “generation unit” according to the present invention, respectively. The sensor controller 14 ′ ′ and the “drive circuit 20” are examples of the “control unit” according to the present invention.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う分光測定装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope and spirit of the invention which can be read from the claims and the specification as a whole. Moreover, it is contained in the technical scope of this invention.

1…分光測定装置、10…分光カメラ、11…レンズ、12…ファブリペローフィルタ、12a…アクチュエータ、13…CMOSセンサ、14…イメージセンサコントローラ、20…駆動回路、30…ホストコンピュータ、31…プロセッサ、32…メモリ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spectroscopic measuring apparatus, 10 ... Spectroscopic camera, 11 ... Lens, 12 ... Fabry-Perot filter, 12a ... Actuator, 13 ... CMOS sensor, 14 ... Image sensor controller, 20 ... Drive circuit, 30 ... Host computer, 31 ... Processor, 32: Memory

Claims (9)

抽出光の波長を変更可能なフィルタと、
複数の領域を有する撮像部と、
前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御部と、
一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部と、
を備えることを特徴とする分光測定装置。
A filter capable of changing the wavelength of extracted light;
An imaging unit having a plurality of areas;
A controller for sequentially exposing the plurality of regions with the extraction light while continuously changing the wavelength of the extraction light by the filter, and outputting an output signal as a basis of a frame image from each of the plurality of regions;
A desired wavelength is obtained based on a pixel value corresponding to one of the plurality of regions in one frame image and a pixel value corresponding to the one region in another frame image different from the one frame image. A generation unit that generates a spectral image;
And a spectrometer.
前記一のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値は、前記一の領域が、前記所望波長からの偏差が所定値以下の第1波長の抽出光により露光された際に前記一の領域の出力信号に基づく画素値であり、
前記他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値は、前記一の領域が、前記所望波長からの偏差が前記所定値以下であり且つ前記第1波長とは異なる第2波長の抽出光により露光された際に前記一の領域の出力信号に基づく画素値である
ことを特徴とする請求項1に記載の分光測定装置。
The pixel value corresponding to the one area in the one frame image is the one area when the one area is exposed by the extraction light of the first wavelength whose deviation from the desired wavelength is a predetermined value or less. Pixel values based on the output signal of
The pixel value corresponding to the one area in the other frame image is the extracted light of the second wavelength whose deviation from the desired wavelength is less than the predetermined value and which is different from the first wavelength in the one area It is a pixel value based on the output signal of said 1 area | region, when it exposes by this. The spectrometry apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記他のフレーム画像は、前記一のフレーム画像に時間的に隣接するフレームであることを特徴とする請求項2に記載の分光測定装置。   3. The apparatus according to claim 2, wherein the other frame image is a frame temporally adjacent to the one frame image. 前記生成部は、前記撮像部の少なくとも一部が前記所望波長の抽出光により露光されたタイミングを基準タイミングとして、前記一の領域が前記第1波長の抽出光により露光されたタイミングの前記基準タイミングからのズレと、前記一の領域が前記第2波長の抽出光により露光されたタイミングの前記基準タイミングからのズレとに基づいて、前記一のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値及び前記他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値各々に重み付けをすることを特徴とする請求項2に記載の分光測定装置。   The generation unit is configured to use the timing at which at least a part of the imaging unit is exposed by the extraction light of the desired wavelength as a reference timing, and the reference timing at which the one region is exposed by the extraction light of the first wavelength. And a pixel value corresponding to the one area in the one frame image based on the deviation from the reference timing of the timing at which the one area is exposed by the extracted light of the second wavelength and the reference timing. The apparatus according to claim 2, wherein each of the pixel values corresponding to the one area in the other frame image is weighted. 前記生成部は、前記第1波長の前記所望波長からのズレと、前記第2波長の前記所望波長からのズレとに基づいて、前記一のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値及び前記他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値各々に重み付けをすることを特徴とする請求項2に記載の分光測定装置。   The generation unit is configured to calculate a pixel value corresponding to the one area in the one frame image based on the deviation of the first wavelength from the desired wavelength and the deviation of the second wavelength from the desired wavelength. The apparatus according to claim 2, wherein each of the pixel values corresponding to the one area in the other frame image is weighted. 前記制御部は、前記一のフレーム画像の撮像に要する時間あたりの前記抽出光の波長変化量が前記フィルタの波長−抽出率特性の半値全幅以内となるように、前記フィルタを制御することを特徴とする請求項1に記載の分光測定装置。   The control unit controls the filter such that a wavelength change amount of the extracted light per time required to capture the one frame image is within a full width at half maximum of a wavelength-extraction rate characteristic of the filter. The spectrometric measurement device according to claim 1. 前記フィルタは、アクチュエータを備えるファブリペローフィルタであることを特徴とする請求項6に記載の分光測定装置。   The spectrometric device according to claim 6, wherein the filter is a Fabry-Perot filter including an actuator. 前記撮像部は、ローリングシャッタ方式により露光されることを特徴とする請求項1に記載の分光測定装置。   The spectrometer according to claim 1, wherein the imaging unit is exposed by a rolling shutter method. 抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の領域を有する撮像部と、を備える分光測定装置における分光測定方法であって、
前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御工程と、
一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成工程と、
を備えることを特徴とする分光測定方法。
What is claimed is: 1. A spectrometry method of a spectrometry device, comprising: a filter capable of changing the wavelength of extracted light; and an imaging unit having a plurality of regions,
A control step of sequentially exposing the plurality of regions with the extraction light while continuously changing the wavelength of the extraction light by the filter, and outputting an output signal as a basis of a frame image from each of the plurality of regions;
A desired wavelength is obtained based on a pixel value corresponding to one of the plurality of regions in one frame image and a pixel value corresponding to the one region in another frame image different from the one frame image. Generating a spectral image;
A method of spectrometry comprising:
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