(57)【要約】【課題】  波長方向に掃引が必要な撮像機器を利用し、高速に広域な画像を取得する撮影システムを提供すること。【解決手段】  波長方向に掃引することで分光画像情報を取得する撮像機器において、開始波長から終了波長までの掃引時間ｔの間に物体ないしは撮像機器の画角に移動ないしは回転による変化があることを特徴とし、該撮像機器の画角をω、物体までの距離をｈ、該物体と該撮像機器の光軸との単位時間での位置の変化量をｚとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴とする。【数１】2020118494.tif 000008【選択図】  図１
2020118494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長方向に掃引することで分光画像情報を取得する撮像機器において、
開始波長から終了波長までの掃引時間ｔの間に
物体ないしは撮像機器の画角に移動ないしは回転による変化があることを特徴とし、
該撮像機器の画角をω、物体までの距離をｈ、該物体と該撮像機器の光軸との単位時間での位置の変化量をｚとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴とする撮像システム。
【数１】
2020118494.tif 000006
【請求項２】
波長掃引条件が等しい画像を空間的につなぎ合わせる処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
波長掃引条件の異なる画像を利用し、画像のつなぎ合わせの位置合わせ、回転の画像間調整を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
取得された画像において、異なる波長掃引条件間での物体のコントラスト画像と撮像機器の位置との関係より、撮像機器から物体までの距離を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像システム。
【請求項５】
空撮を利用して地表面を撮影することを特徴とし、
以下の条件を満たす速度ｖで飛行撮影することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の撮像システム。
【数２】
2020118494.tif 000007
【請求項６】
距離算出を、異なる波長掃引条件３種類以上で行うことを特徴とする請求項５に記載の撮像システム。
【請求項７】
撮像機器の画角位置と分光素子の斜入射特性より、物点ごとの波長を個別に導出することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の撮像システム。
【請求項８】
請求項１に記載の撮像システムを利用し、波長掃引条件が等しい画像を空間的につなぎ合わせる処理を行うことを特徴とする画像解析システム。
【請求項９】
波長掃引条件の異なる画像を利用し、画像のつなぎ合わせの位置合わせ、回転の画像間調整を行うことを特徴とする請求項８に記載の画像解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像システムに関し、特に撮像機器を用いて広域な撮像情報を取得するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体を掃引しながら複数の画像を取得するライン検査システムや、ＵＡＶ、ＰＴＺを利用して撮像機器の画角を変更しながら画像を取得する撮像システムでは、撮像機器がもつ画角より広い画角の画像を取得することができる。一般的に撮像機器が取得できる画角は撮像機器がもつ撮像レンズの画角によって律速されるが、物体ないしは撮像機器を掃引することで、複数の画像を取得、合成することで撮像レンズより広い画角の画像を取得することができる。特に後者の撮像システムには、一回の撮像で画像を取得するスナップショットタイプの撮像機器が一般的に利用されている。スナップショットタイプではひとつの画角に対し一回の撮像で画像が取得できるため、画角の変更が高速にでき好適であるというメリットがある。
【０００３】
一方、多くの情報を取得する撮像機器には、掃引を必要とするものがある。例えばハイパースペクトルカメラは、空間的には２次元、さらに波長方向にも１次元の情報を持つ画像を取得する撮像機器である。従来の撮像素子は２次元センサを利用することが一般的であるため、もう一次元の情報を取得するのに空間、ないしは波長方向を掃引することが必要となる。ひとつの撮影タイミングで２次元の空間を取得し、波長方向を掃引して取得するハイパースペクトルカメラをＳｔａｒｉｎｇ／Ｆｒａｍｉｎｇと呼ぶ。一方、ひとつの撮影タイミングで１次元の空間と１次元の波長を取得し、空間方向を掃引して取得するハイパースペクトルカメラをＰｕｓｈｂｒｏｏｍと呼ぶ。
【０００４】
特許文献１には、画像取得手段を利用して、地上の作物を上空から撮影する生育診断方法が提案されている。画像フレームをオーバーラップして複数の画像を取得し、同一地点の俯角の異なる画像情報を比較解析することで、画像情報の変化を補正する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３９２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、スナップショット型のカメラを利用するならば高速に撮影することができる。一方、掃引を必要とするカメラを利用した場合、撮像領域をオーバーラップさせて取得すると非常に掃引効率が低く、画像取得効率がよくないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、波長方向に掃引が必要な撮像機器を利用し、高速に広域な画像を取得する撮影システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像システムは、
波長方向に掃引することで分光画像情報を取得する撮像機器において、
開始波長から終了波長までの掃引時間ｔの間に
物体ないしは撮像機器の画角に移動ないしは回転による変化があることを特徴とし、
該撮像機器の画角をω、物体までの距離をｈ、該物体と該撮像機器の光軸との単位時間での位置の変化量をｚとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴とする。
【０００９】
【数１】
2020118494.tif 000003
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高速に広域な画像を取得する撮像システムの提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の概念図
【図２】同一掃引条件における斜入射特性の概念図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態に関わる概念図である。
【００１４】
ここで１０１、１０２、１０３はそれぞれ波長掃引型の撮像機器であり、１０１、１０２、１０３と場所を移動して撮影している様子を表している。１１１、１１２、１１３、１１４はそれぞれ撮像機器１０１で撮影した波長の異なる画像であり、１１１〜１１４の波長の画像を取得することを１サイクルとしている。１１１〜１１４の１サイクルの画像群を１１０で表し、画像群１１０の後に画像１２１〜１２４の画像群１２０、画像１３１〜１３４の画像群１３０とサイクルを回して撮影を行う。
【００１５】
本発明では、開始波長１１１から終了波長１１４までの掃引時間ｔの間に物体ないしは撮像機器１０１の画角に移動ないしは回転による変化があることを特徴としている。一般的に波長掃引型の撮像機器１０１では、分光画像を取得するのに撮像機器１０１と物体の位置関係は固定で掃引撮影を行う。
【００１６】
しかし、本発明では画像群１１０を取得する掃引時間ｔの間に、画角ないしは物体に移動ないしは回転による変化を与えることを特徴とする。
その移動量は、撮像機器１０１の画角をω、物体までの距離をｈ、物体と撮像機器１０１の光軸との単位時間での位置の変化量をｚとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴としている。
【００１７】
【数２】
2020118494.tif 000004
【００１８】
式（１）は、画像群１１０の画像１１１と、画像群１２０の画像１２１の画角が空間的に分離しない条件式となっている。この条件で撮影すると、図１に示したように空間的に画像１１１、１２１、１３１、ないしは１１２、１２２、１３２といった同じ波長掃引条件の画像が分離することなく撮影することが可能となる。わざわざ撮像機器１０１や物体を固定しなくとも、広域にみると同じ掃引条件の画像毎につなぎ合わせることが可能となる。そのため、式（１）を満たす条件であれば波長掃引型の撮像機器１０１を利用して動きながら撮影することが可能となる。
【００１９】
このように取得した画像群１１０、１２０、１３０は同じ掃引条件の画像（例えば１１１、１２１、１３１）ごとにつなぎ合わせる必要がある。一方、掃引条件の異なる画像はつなぎ合わせる位置が異なっている。そこで本発明では波長掃引条件が等しい画像を空間的につなぎ合わせる処理を行うことを特徴としている。それぞれの波長掃引条件毎に処理を行うことで、最終的な広い画像を得るための処理を最小化することができる。
【００２０】
また、本発明では波長掃引条件の異なる画像を利用し、画像のつなぎ合わせの位置合わせ、回転などの画像間調整を行うことを特徴としている。例えば画像１１１、１２１をつなぎ合わせるとき、つなぎ目の位置情報は画像１１３で包括的に取得されている。そこで画像１１１、１２１をつなぐ際に画像１１３を利用して回転・位置合わせを行うことで、よりスムーズに画像連結することが可能となる。この発明は、特に撮像機器１０１や物体の位置が揺らぐ条件に有効であり、例えばＵＡＶなどで地表を空撮する際にＵＡＶの位置揺らぎ、回転などを吸収することが可能となる。
【００２１】
また、本発明では取得された画像において、異なる波長掃引条件間での物体のコントラスト画像と撮像機器の位置との関係より、撮像機器から物体までの距離を算出することを特徴としている。空撮の業界では、オルソ画像と呼ばれる全ての物体で法線方向を紙面垂直方向に固定とする画像を取得する技術がある。例えばスナップショット型の撮像機器を用いてオルソ画像を取得するには、画像毎の重なり量を半分以上に設定して画像群を取得する。半分以上重ねて画像を取得することで、物体側から見て２枚以上の画像が取得される。画像を取得した撮像機器の位置情報と併せて、三角測量の方法で撮像機器と物体の距離を算出することができる。
【００２２】
本発明では波長掃引型の撮像機器１０１を利用しており、オルソ画像を取得するために異なる波長掃引条件の画像が利用できることを見出した。物体の画像で一つの波長掃引条件にのみコントラストが発生することは極まれであり、ほぼ複数の画像間にコントラストは発生する。その性質を利用して、異なる波長掃引条件の画像を利用してオルソ画像を取得することができれば、等しい波長掃引条件の画像の重なり量を少なくすることができ、高速に撮像機器１０１を移動させながら撮影することができる。この条件を満たすために、本発明では距離算出を異なる波長掃引条件３種類以上で行うことを特徴としている。例えば一つの波長掃引条件で物体のコントラストが見えない場合でも、３種類以上の画像を利用することでオルソ画像を形成することができる。
【００２３】
また、空撮を行う際に、以下の条件式（２）を満たす速度ｖで飛行撮影することを特徴としている。
【００２４】
【数３】
2020118494.tif 000005
【００２５】
式（２）は等しい波長掃引条件の画像である１１１、１２１の画角の重なり量を規定する方法である。この条件式を満たすと、画像１１１、１２１の重なり量は半分以下かつ０以上となるため、画像をつなぎ合わせることが可能となる。また、前述した異なる波長掃引条件の画像１１２、１１３などが存在するため、オルソ画像化することも可能となる。
【００２６】
また、本発明では撮像機器１０１の画角位置と分光素子の斜入射特性より、物点ごとの波長を個別に導出することを特徴としている。撮像機器１０１の波長掃引方法には各種の方法が利用できる。例えば液晶やファブリーペロー共振を利用した干渉タイプの波長可変フィルタ、光音響素子を利用した回折タイプの波長可変フィルタが挙げられる。これらの波長可変フィルタは、干渉・回折現象によるので入射角に対してフィルタ特性の変化が大きいという特性がある。本発明ではこの特性を利用して、異なる画角で撮影した物点の波長をそれぞれ導出することを特徴としている。模式図を図２に示す。ここで２００は物体、２０１、２０２は波長掃引型の撮像機器であり、２１１は撮像機器２０１の画角、２１２は撮像機器２０２の画角である。
【００２７】
それぞれ画角２１１、２１２は同一の波長掃引条件で撮影したときの画角としている。このとき、物体２００を撮影するのに画角２１１では光軸からθ１の角度で撮影されている。一方、画角２１２では光軸からθ２の角度で撮影されている。撮像機器２０１、２０２に利用されている波長可変フィルタの特性によって、θ１、θ２の角度変化が起きている。本発明では、このθ１、θ２の特性によって画角２１１で取得された物体２００の波長情報と、画角２１２で取得された物体２００の波長情報とを変化させることを特徴としている。このように計算することで、同一の波長掃引条件であっても物体２００の波長情報を増やして取得することが可能となる。
【００２８】
本発明では撮像システムとして説明してきたが、このような解析は撮像システム以外に解析システムとして導入してもよい。その場合、撮像機器１０１の位置情報や画像などをＰＣに代表される解析システムに受け渡し、解析を独立して行ってもよい。本発明はこれらの応用に関係なく、要旨の範囲内で種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１１０２，、１０３  波長掃引型の撮像機器、、
１１１〜１１４，１２１〜１２４，１３１〜１３４  画像、
１１０，１２０，１３０  画像群
【図１】
2020118494.tif 000009
【図２】
2020118494.tif 000010