(57)【要約】【課題】対象物に光を照射して分光画像を解析する場合、対象物によっては分光画像を正確に解析することができない。【解決手段】光源から出射した光のうち物体を透過した光による画像を撮像した画像信号を取得する第１取得部と、物体の反射分光特性を取得する第２取得部と、物体の反射分光特性に基づいて、画像信号の分光情報を解析する解析部と、を備える画像解析装置を提供する。解析部は、光源からの光の第１分光特性を反射分光特性によって補正した第２分光特性に基づいて画像信号の分光情報を解析する。【選択図】図１
2020139926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射した光のうち物体を透過した光による画像を撮像した画像信号を取得する第１取得部と、
前記物体の反射分光特性を取得する第２取得部と、
前記物体の反射分光特性に基づいて、前記画像信号の分光情報を解析する解析部と、
を備える画像解析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、前記光源からの光の第１分光特性を前記反射分光特性によって補正した第２分光特性に基づいて前記画像信号の分光情報を解析する画像解析装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像解析装置であって、
前記光源から出射した光が前記物体で反射した反射光を反射して前記物体に入射させる反射部を備える画像解析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、前記反射部によって前記物体から複数回反射した反射光によって変化した前記光源の分光特性に基づいて前記画像信号の分光情報を解析する画像解析装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の画像解析装置であって、
前記反射部は、前記物体と前記光源との間の空間を覆うカバーと、前記カバーの内部に設けられ、前記反射光を反射するミラーと、を有する画像解析装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、前記画像信号を、以下の式で表す光によって撮像したものとして前記画像信号の分光情報を解析する画像解析装置。
（ｎ回反射の入射光の強度）＝（前記光源からの出射光の強度）×（前記ミラーの反射率）ｎ×（前記物体の反射率）ｎ
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、画像信号から求めた前記反射分光特性に基づいて、前記第１取得部によって取得した画像信号をスペクトル解析する画像解析装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、前記物体の種別ごとに定めた反射分光特性に基づいて前記画像信号をスペクトル解析する画像解析装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、前記光源の分光特性における光エネルギーの極大値および極小値を示す波長が、前記反射分光特性における光エネルギーの極大値および極小値を示す波長と一致するものとして前記画像信号の分光情報を解析する画像解析装置。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、前記反射分光特性における光エネルギーの極大値と極小値の差よりも大きい強度変化を有する分光特性に基づいて前記画像信号の分光情報を解析する画像解析装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の画像解析装置であって、
前記解析部は、互いに波長の異なる複数の光による複数の画像信号の対応する位置における分光情報を、前記反射分光特性に基づいて解析する画像解析装置。
【請求項１２】
コンピュータを、請求項１から１１のいずれか一項に記載の画像解析装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像解析装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の分光画像を補正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特許第５８２７７２０号
【０００３】
対象物に光を照射して分光画像を解析する場合、対象物によっては分光画像を正確に解析することができない。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、画像解析装置を提供する。画像解析装置は、光源から出射した光のうち物体を透過した光による画像を撮像した画像信号を取得する第１取得部と、物体の反射分光特性を取得する第２取得部と、物体の反射分光特性に基づいて、画像信号の分光情報を解析する解析部と、を備える。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、画像解析装置として機能させるためのプログラムを提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る画像撮像システム２００の一例を示す図である。
【図２】光源１０から出射した光の分光特性１２の一例を示す図である。
【図３】物体２０の反射分光特性２４の一例を示す図である。
【図４】光源１０から出射した光の分光特性１２を物体２０の反射分光特性２４によって補正した分光特性１４の一例を示す図である。
【図５】比較例の画像撮像システム４００を示す図である。
【図６】本発明の一つの実施形態に係る画像撮像システム２００の他の一例を示す図である。
【図７】画像信号Ｓ１による画像３２の一例を示す図である。
【図８】基底関数２２の一例を示す図である。
【図９】スペクトル係数４２の一例を示す図である。
【図１０】本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されうるコンピュータ１２００の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る画像撮像システム２００の一例を示す図である。画像撮像システム２００は、撮像対象の物体２０の画像を撮像して、撮像画像を処理する。物体２０は、光源からの光の照射により内部の状態を評価する対象とされる物である。物体２０は、りんご、ミカン等の果物であってよく、果物以外の作物、食肉、加工食品でもよく、生体やその組織でもよい。
【０００９】
画像撮像システム２００は、撮像装置２１０と、画像解析装置１００とを備える。撮像装置２１０は、光源１０、反射部６０および撮像部３１を有する。光源１０は、発光素子１１から既知の分光特性を有する光を出射する。発光素子１１として、ハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができる。光源１０は、物体２０に向けて光を出射する。
【００１０】
反射部６０は、光源１０から出射され、物体２０により少なくとも一回反射した光を、物体２０に向けて反射する。反射部６０を設けることで、光源１０から出射した光が、物体２０の内部に入射する割合を増加させることができる。つまり、光源１０から出射した光の利用効率を向上できる。
【００１１】
撮像部３１は、物体２０を透過した光を受光することで、物体２０の画像を撮像する。撮像部３１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等のイメージセンサを含んでよい。撮像部３１に含まれるイメージセンサは、近赤外帯域の波長の光に感度を有してよく、可視帯域の波長の光に感度を有してもよい。撮像部３１が撮像した画像は、２次元画像であってよい。本明細書においては、２次元画像を単に画像と称する場合がある。
【００１２】
画像解析装置１００は、第１取得部３０、第２取得部４０および解析部５０を有する。画像解析装置１００は、一例としてＣＰＵ、メモリおよびインターフェース等を備えるコンピュータである。第１取得部３０は、撮像部３１が撮像した画像の画像信号Ｓ１を取得する。第２取得部４０は、物体２０の反射分光特性を取得する。解析部５０は、物体２０の反射分光特性に基づいて、画像信号の分光情報を解析する。分光情報は、分光スペクトルに関する情報を含む。画像信号の分光情報の解析とは、物体２０の分光情報に関する情報を算出することを指す。本例において、物体２０の分光情報は、物体２０を光が透過するときの透過スペクトルである。
【００１３】
第１取得部３０が取得した画像信号Ｓ１には、複数の波長のそれぞれにおける画像信号が含まれている。画像信号Ｓ１には、近赤外帯域の３つの波長のそれぞれにおける画像信号が含まれてよい。他の例として、画像信号Ｓ１には、可視帯域の赤、青および緑の３色に対応する波長のそれぞれにおける画像信号が含まれてもよい。
【００１４】
画像信号Ｓ１の分光スペクトルは、物体２０に入射する光の分光スペクトル、物体２０の透過スペクトル、および、撮像部３１の感度スペクトルが乗算されたスペクトルである。入射光の分光スペクトルと、撮像部３１の感度スペクトルが既知であれば、画像信号Ｓ１の分光スペクトルから物体２０の透過スペクトルを算出できる。本例の画像解析装置１００は、光源１０が照射する光の分光スペクトルを示す情報と、撮像部３１の感度スペクトルを示す情報とを、予め記憶している。
【００１５】
ただし、物体２０には光源１０から直接入射する光の他に、物体２０の表面および反射部６０で反射した光も入射する。このため、物体２０に入射する光の分光スペクトルは、光源１０が照射する光の分光スペクトルとは異なる。物体２０の表面および反射部６０で反射した光のスペクトルは、物体２０の表面における反射分光特性に応じて定まる。なお反射部６０の反射分光特性は、各波長において一様であってよい。
【００１６】
本例の画像解析装置１００は、光源１０の分光スペクトルと、物体２０の反射分光特性に基づいて、物体２０に入射する光の分光スペクトルを算出する。これにより、物体２０に入射する光の分光スペクトルを精度よく算出できる。このため、物体２０の分光情報を精度よく解析できる。
【００１７】
撮像部３１は、物体２０を基準として光源１０とは反対側に配置されてよい。物体２０は、光源１０と撮像部３１とに挟まれて配置されてよい。物体２０は、光源１０から撮像部３１までの光路上の中間に配置されてよい。
【００１８】
物体２０を透過する光には、図１に示す透過光Ｃ１、Ｃ２およびＣ３が含まれてよい。透過光Ｃ１は、光源１０から物体２０に直接入射し、物体２０内部で散乱して透過する光である。つまり透過光Ｃ１は、物体２０と反射部６０のいずれにおいても反射していない。透過光Ｃ２は、光源１０から出射され、物体２０と反射部６０とにより一回ずつ反射し、物体２０内部で散乱して透過する光である。透過光Ｃ３は、光源１０から反射部６０に直接入射し、反射部６０において反射して物体２０に入射し、物体２０内部で散乱して透過する光である。つまり透過光Ｃ３は、物体２０で反射していない。図１において、透過光Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を、それぞれ実線、破線および一点鎖線の太い矢印にて示している。第１取得部３０は、透過光Ｃ１およびＣ２を含む光による画像を撮像した画像信号Ｓ１を取得する。第１取得部３０は、透過光Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を含む光による画像を撮像した画像信号Ｓ１を取得してもよい。
【００１９】
反射部６０は、カバー６２とミラー６４とを有してよい。カバー６２は、物体２０と光源１０との間の空間を覆う。反射部６０は、物体２０、光源１０およびカバー６２で覆われた空間６８を有してよい。空間６８は、カバー６２、物体２０および光源１０により密閉されてよい。
【００２０】
カバー６２は、発光素子１１と撮像部３１の撮像面とを結ぶ直線を中心軸とする円錐形状を有してよい。光源１０は、当該円錐形状の頂点側に設けられてよい。カバー６２は、物体２０の表面と接触していてよい。
【００２１】
ミラー６４は、カバー６２の内部に設けられてよい。ミラー６４は、入射した光を物体２０に向けて反射する。ミラー６４は、カバー６２の内壁に設けられてよい。本例において、カバー６２の内壁とは円錐形状におけるテーパー状の側面を指す。ミラー６４は、カバー６２の内壁の一部に設けられてよく、カバー６２の内壁全体に設けられてもよい。光源１０から出射した光の一部は、カバー６２の内部において物体２０およびミラー６４により少なくとも一回ずつ反射する。
【００２２】
第２取得部４０は、使用者等により入力された反射分光特性を取得してよい。本例の撮像装置２１０は、物体２０の反射分光特性を測定する分光測定部６６を備える。分光測定部６６は、撮像部３１が物体２０の撮像画像を撮像する工程とは別の工程で、物体２０の反射分光特性を測定してよい。分光測定部６６は、分光特性が既知の光を物体２０の表面に照射して、物体２０の表面で反射する光を受光してよい。分光測定部６６は、光源１０を用いて反射分光特性を測定してよい。分光測定部６６は、カバー６２により物体２０が覆われていない状態で、物体２０の反射分光特性を測定してよい。分光測定部６６は、物体２０を透過した光の分光特性（即ち物体２０の透過分光特性）から、反射分光特性を導出してもよい。
【００２３】
図２は、光源１０から出射した光の分光特性１２の一例を示す図である。分光特性１２は、画像解析装置１００に予め入力されてよく、撮像装置２１０により測定してもよい。分光特性１２は、反射部６０を用いずに取得されてよい。分光特性１２は、反射部６０および物体２０による反射分光特性を測定する前に取得されてよく、反射部６０および物体２０による反射分光特性を測定した後に取得されてもよい。本例において、分光特性１２は波長に依存しないフラットな特性を示す。
【００２４】
図３は、物体２０の反射分光特性２４の一例を示す図である。本例において、物体２０からの反射光の強度（すなわち、物体２０の反射率）は波長に依存して変化する。本例の反射分光特性２４は、波長λｍｉｎ１および波長λｍｉｎ２において、それぞれ光エネルギーの極小値ＳＲｍｉｎ１と極小値ＳＲｍｉｎ２を示し、波長λｍａｘ１および波長λｍａｘ２において、それぞれ光エネルギーの極大値ＳＲｍａｘ１と極大値ＳＲｍａｘ２を示す。なお、図３においては光エネルギーの極大値ＳＲｍａｘ１と極大値ＳＲｍａｘ２は等しい。
【００２５】
図４は、光源１０から出射した光の分光特性１２を物体２０の反射分光特性２４によって補正した分光特性１４の一例を示す図である。分光特性１４は、物体２０に入射する光の分光特性に相当する。分光特性１４は、光源１０から出射した光が物体２０と反射部６０により複数回反射した光の分光特性であってよい。図４は、物体２０と反射部６０による反射を３回まで考慮した場合の分光特性１４の例を示している。
【００２６】
解析部５０は、分光特性１４の形状が反射分光特性２４に対応した形状となるように、分光特性１２を補正してよい。本例の分光特性１４は、波長λｍｉｎ１および波長λｍｉｎ２において、それぞれ光エネルギーの極小値ＳＳｍｉｎ１と極小値ＳＳｍｉｎ２を示し、波長λｍａｘ１および波長λｍａｘ２において、それぞれ光エネルギーの極大値ＳＳｍａｘ１と極大値ＳＳｍａｘ２を示す。即ち、解析部５０は、分光特性１４の光エネルギーが極小値および極大値を示す波長が、それぞれ反射分光特性２４の光エネルギーが極小値および極大値を示す波長と一致するように、分光特性１２を補正してよい。これにより、物体２０の反射分光特性２４を考慮して、物体２０に入射する光の分光特性を決定できる。なお、分光特性１４の光エネルギーが極小値および極大値を示す波長は、それぞれ反射分光特性２４の光エネルギーが極小値および極大値を示す波長と異なっていてもよい。
【００２７】
解析部５０は、分光特性１４に基づいて画像信号Ｓ１の分光情報を解析してよい。即ち、解析部５０は、分光特性１４を有する光源によって撮像したものとして、画像信号Ｓ１の分光情報を解析してよい。これにより、解析部５０は物体２０の反射分光特性２４に基づいて分光情報を解析できる。このため、本例の画像解析装置１００は、画像解析の精度を向上できる。
【００２８】
図５は、比較例の画像撮像システム４００を示す図である。画像撮像システム４００は、撮像装置４１０と画像解析装置３００とを備える。
【００２９】
撮像装置４１０は、反射部６０および第２取得部４０を有さない点で、図１の撮像装置２１０と異なる。撮像装置４１０は反射部６０を有さないので、光源１０から出射して物体２０により反射した光（図５において破線の矢印にて示す）は、物体２０に再度入射しない。また、光源１０から物体２０の方向に出射されない光（図５において一点鎖線の矢印にて示す）も、物体２０に入射しない。このため、物体２０を透過する光の分光特性は、光源１０から出射した光の分光特性１２から変化しない。このため、解析部２５０は、分光特性１２に基づいて、取得部２３０が取得した画像信号Ｓ１'の分光情報を解析できる。
【００３０】
しかしながら、撮像装置４１０において、透過光Ｃ１の進行方向における物体２０の厚みが大きい場合、物体２０を透過する成分が小さくなる場合がある。このため、撮像装置４１０は、光の利用効率を向上させることが困難である。
【００３１】
図１の撮像装置２１０において、光源１０から出射した光が物体２０と反射部６０によりｎ回反射した光の各波長における強度は、下式で表せる。各波長の強度を、下式に基づいて算出することで、当該光の分光特性を算出できる。
（数１）
（ｎ回反射の入射光の強度）＝（光源１０からの出射光の強度）×（ミラー６４の反射率）ｎ×（物体２０の反射率）ｎ
解析部５０は、光源１０の分光特性を数１で補正した光源で照明したものとして画像信号Ｓ１の分光情報を解析してよい。即ち、解析部５０は物体２０に入射する光の分光特性を、数１に基づいて補正してよい。解析部５０は、数１で補正した光源の分光特性を用いて、画像信号Ｓ１の分光情報を解析してよい。これにより解析部５０は、光源１０から出射した光が物体２０および反射部６０によりそれぞれｎ回反射して物体２０に入射する場合であっても、物体２０の反射分光特性に基づいて補正された光源の分光特性に基づいて分光情報を解析できる。なお、ｎを大きくするほど、画像信号Ｓ１の分光情報の解析精度を向上できる。
【００３２】
解析部５０は、物体２０の反射分光特性２４における光エネルギーの極大値と極小値の差よりも大きい強度変化を有する分光特性に基づいて、画像信号Ｓ１の分光情報を解析してもよい。即ち、図４に示す分光特性１４において、波長λｍａｘ１における光エネルギーの極大値ＳＳｍａｘ１と波長λｍｉｎ１における光エネルギーの極小値ＳＳｍｉｎ１との差をＳｍａｘ１とし、図３に示す反射分光特性２４において、波長λｍａｘ１における光エネルギーの極大値ＳＲｍａｘ１と波長λｍｉｎ１における光エネルギーの極大値ＳＲｍｉｎ１との差をＳｍｉｎ１とする。この場合、解析部５０はＳｍｉｎ１よりも大きいＳｍａｘ１に基づいて、画像信号Ｓ１の分光情報を解析してもよい。
【００３３】
解析部５０は、撮像部３１が撮像した画像信号Ｓ１から物体２０の反射分光特性を求め、この反射分光特性２４に基づいて画像信号Ｓ１をスペクトル解析してよい。即ち、解析部５０は、画像信号から求めた物体２０の反射分光特性２４に基づいて算出された分光特性１４を用いて、物体２０のスペクトル係数（後述）を算出してよい。この画像信号Ｓ１は、分光解析する対象の画像信号であってもよく、異なるタイミングで物体を撮像した画像信号であってもよい。また、この画像信号Ｓ１は、同一の物体を異なるタイミングで撮像した画像信号であっても、同様（同種類）の物体を異なるタイミングで撮像した画像信号であってもよい。スペクトル解析の詳細については、図７〜９の説明において詳細に述べる。
【００３４】
図６は、本発明の一つの実施形態に係る画像撮像システム２００の他の一例を示す図である。本例の画像撮像システム２００は、画像解析装置１００が記憶部７０をさらに有する点で、図１の例と異なる。記憶部７０には、予め測定した物体２０の反射分光特性が記憶されてよい。記憶部７０には、物体２０の種別ごとに測定した物体２０の反射分光特性が記憶されてよい。
【００３５】
第１取得部３０は、画像信号Ｓ１から物体２０の種別を判定してよい。第１取得部３０は、物体２０の種別の判定結果を記憶部７０に送信する。記憶部７０は、第１取得部３０から送信された物体２０の種別の判定結果に基づき、物体２０の種別に対応する反射分光特性を読み出す。第２取得部４０は、記憶部７０が読み出した物体２０の反射分光特性を取得する。解析部５０は、物体２０の種別に対応する反射分光特性に基づいて、画像信号Ｓ１を解析してよい。即ち、解析部５０は、画像信号Ｓ１の分光情報を物体２０の種別に応じて解析してよい。本例の画像解析装置１００は、画像信号Ｓ１の分光情報を物体２０の種別に応じて解析できるので、図１の例よりも画像信号Ｓ１の分光情報の解析精度を向上できる。
【００３６】
図７は、画像信号Ｓ１による画像３２の一例を示す図である。第１取得部３０は、近赤外帯域の３つの波長λ１、λ２およびλ３（ただしλ１＜λ２＜λ３）おける画像信号Ｓ１を、それぞれ取得してよい。画像３２−１、３２−２および３２−３は、それぞれ波長λ１、λ２およびλ３に対応する画像である。即ち、本例においては画像３２および波長が一対一に対応している。それぞれの画像３２は、二次元に配列された複数の画素を有する。画像３２を示す画像データは、第１取得部３０が取得した各波長の光の強度を画素毎に示すデータである。
【００３７】
図８は、基底関数２２の一例を示す図である。基底関数２２は、物体２０のスペクトルに関して基底となる関数である。即ち、物体２０を示す各画素について、それぞれの基底関数にスペクトル係数を乗じて加算することで、物体２０のスペクトルを表現できる。
【００３８】
基底関数は、物体２０毎に複数のスペクトルデータを取得して、これらのデータを主成分分析等によって統計処理することで算出される。主成分分析とは多変量解析の一手法であり、多変数に重み付けをして少数の合成変数を作る手法である。基底関数は、物体２０のカテゴリ毎に算出されてよい。物体２０のカテゴリとは、例えばリンゴ、みかん等の果物の種類等である。対応するカテゴリの基底関数を用いて画像信号Ｓ１の分光情報を解析することで、物体２０のスペクトルを精度良く推定できる。図８においては３つの基底関数２２−１、２２−２および２２−３を示しているが、基底関数２２の数は３つに限定されない。図７および図８の例においては、基底関数２２と画像３２の数が一致しているが、基底関数２２と画像３２の数は一致していなくてもよい。
【００３９】
図９は、スペクトル係数４２の一例を示す図である。解析部５０（図１参照）は、基底関数２２と一対一に対応するスペクトル係数４２を算出してよい。本例において、各スペクトル係数４２は画像３２の画素と一対一に対応するビット４４を有する。他の例では、各スペクトル係数４２は画像３２の複数の画素を含む画素ブロック毎にビット４４を有してもよい。図９においては、各ビット４４を二次元に配列したスペクトル係数画像を示している。図９における領域４８は、スペクトル係数画像における一部の領域４６を拡大した領域である。
【００４０】
それぞれのスペクトル係数４２における各ビット４４の値は、各ビット４４に対応する画素に対する、各スペクトル係数４２に対応する基底関数２２の重み付け係数である。図４においては、各ビット４４の値をハッチングの濃淡で示している。
【００４１】
スペクトル係数は、一例として以下のように算出される。一般に、撮像画像における各画素の画素値Ｉｍは、下式でモデル化できる。
【数２】
2020139926.tif 000003
ただし、ｓ（λ）は対象物（本例においては物体２０）の分光透過率のスペクトル、ｃｍ（λ）は撮像装置（本例においては撮像部３１）の感度特性のスペクトル、ｐ（λ）は照明光（本例においては物体２０に入射する光）のスペクトルである。なお、ｃｍ（λ）は既知とする。ｍは、画像３２の数に対応する。例えば、波長λ１、波長λ２および波長λ３の３つの波長成分についてそれぞれ画像３２を取得した場合、ｍは１、２、３のように３つの整数で表される。ｃｍ（λ）は、撮像装置における各波長成分の感度特性（例えばフィルタの特性）に対応する。
【００４２】
また、物体２０のスペクトルｓ（λ）は、下式で示される。
【数３】
2020139926.tif 000004
ただし、σ（ｎ）はスペクトル係数であり、ｂｎ（λ）はスペクトル係数に対応する基底関数であり、ｕは用いる基底関数の数である。それぞれの基底関数ｂｎ（λ）は既知とする。
【００４３】
数２に数３を代入すると、下式が得られる。
【数４】
2020139926.tif 000005
数４により、それぞれの画素値Ｉｍを、既知成分ｂｎ（λ）ｃｍ（λ）ｐ（λ）と、未知のスペクトル係数σ（ｎ）で表すことができる。
【００４４】
次に、数４における既知成分ｂｎ（λ）ｃｍ（λ）ｐ（λ）を所定の係数に置き換える。より具体的には、ｍおよびｎの各組み合わせについて、既知成分ｂｎ（λ）ｃｍ（λ）ｐ（λ）を所定の係数に置き換える。一例として基底関数の数が３、画像３２の数が３の場合を考える。つまり、ｕ＝３、ｍ＝１、２、３である。
【００４５】
ｍ＝１の場合について、既知成分を係数Ａｎを用いて下式のように置き換える。
【数５】
2020139926.tif 000006
ｍ＝２、３の場合も、既知成分を係数Ｂｎ、Ｃｎを用いて下式のように置き換える。
【数６】
2020139926.tif 000007
【００４６】
数４、５、６から、下式が得られる。
【数７】
2020139926.tif 000008
【００４７】
数７の連立方程式を解くことで、スペクトル係数σ（１）、σ（２）、σ（３）を算出できる。なお、ノイズの影響や、スペクトルを推定するうえでの多項式の上位項のみを用いることの影響で、算出したスペクトル係数を用いた対象物のスペクトルが負の値を含むことがある。そこで、対象物のスペクトルが必ず正となるように数７の連立方程式を解いてもよい。具体的には、制約つきの最小二乗法を用いることが考えられる。
【００４８】
画素値Ｉｍは、画像信号Ｓ１に係る画像から得られる。ｐ（λ）は、光源１０の分光特性１２を物体２０の反射分光特性２４によって補正した分光特性１４から得られる。これらのｐ（λ）および画素値Ｉｍを数２に用いることで、物体２０の反射分光特性２４を考慮した、高精度のスペクトル係数σ（１）、σ（２）、σ（３）を算出できる。
【００４９】
図１０は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されうるコンピュータ１２００の一例を示す。コンピュータ１２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーションまたは当該装置の１または複数の「部」として機能させ、または当該オペレーションまたは当該１または複数の「部」を実行させることができ、および／またはコンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。このようなプログラムは、コンピュータ１２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、ＣＰＵ１２１２によって実行されてよい。当該機能は、ＦＰＧＡで実装してもよい。一例としてプログラムは、コンピュータ１２００を、画像解析装置１００として機能させる。
【００５０】
本実施形態によるコンピュータ１２００は、ＣＰＵ１２１２、ＲＡＭ１２１４、グラフィックコントローラ１２１６、およびディスプレイデバイス１２１８を含む。これらは、ホストコントローラ１２１０によって相互に接続される。また、コンピュータ１２００は、通信インターフェース１２２２、ハードディスクドライブ１２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ１２２６およびＩＣカードドライブのような入出力ユニットを含む。これらは、入出力コントローラ１２２０を介してホストコントローラ１２１０に接続される。また、コンピュータは、ＲＯＭ１２３０およびキーボード１２４２のようなレガシの入出力ユニットを含む。これらは、入出力チップ１２４０を介して入出力コントローラ１２２０に接続される。
【００５１】
ＣＰＵ１２１２は、ＲＯＭ１２３０およびＲＡＭ１２１４内に格納されたプログラムに従い動作する。これにより、ＣＰＵ１２１２は各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ１２１６は、ＲＡＭ１２１４内に提供されるフレームバッファ等またはグラフィックコントローラ１２１６自体の中に、ＣＰＵ１２１２によって生成されるイメージデータを取得し、当該イメージデータをディスプレイデバイス１２１８上に表示させる。
【００５２】
通信インターフェース１２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ１２２４は、コンピュータ１２００内のＣＰＵ１２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ１２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ−ＲＯＭ１２０１から読み取り、ハードディスクドライブ１２２４にＲＡＭ１２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。
【００５３】
ＲＯＭ１２３０は、内部に、アクティブ化時にコンピュータ１２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ１２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。また、入出力チップ１２４０は様々な入出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入出力コントローラ１２２０に接続してよい。
【００５４】
プログラムが、ＤＶＤ−ＲＯＭ１２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読記憶媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体から読み取られ、コンピュータ可読記憶媒体の例でもあるハードディスクドライブ１２２４、ＲＡＭ１２１４またはＲＯＭ１２３０にインストールされ、ＣＰＵ１２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ１２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ１２００の使用に従い、情報のオペレーションまたは処理を実現することによって構成されてよい。
【００５５】
例えば、通信がコンピュータ１２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェース１２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェース１２２２は、ＣＰＵ１２１２の制御の下、ＲＡＭ１２１４、ハードディスクドライブ１２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭ１２０１またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。
【００５６】
また、ＣＰＵ１２１２はハードディスクドライブ１２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ１２２６（ＤＶＤ−ＲＯＭ１２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ１２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ１２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。次に、ＣＰＵ１２１２は処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。
【００５７】
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような、様々なタイプの情報が、情報処理されるべく、記録媒体に格納されてよい。ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ１２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ１２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ１２１２は、当該複数のエントリの中から第１の属性の属性値が指定されている条件に一致するエントリを検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、これにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。
【００５８】
以上の説明によるプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ１２００上またはコンピュータ１２００近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、これにより、プログラムをコンピュータ１２００にネットワークを介して提供する。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１０・・・光源、１１・・・発光素子、１２・・・分光特性、１４・・・分光特性、２０・・・物体、２２・・・基底関数、２４・・・反射分光特性、３０・・・第１取得部、３１・・・撮像部、３２・・・画像、４０・・・第２取得部、４２・・・スペクトル係数、４４・・・ビット、４６・・・領域、４８・・・領域、５０・・・解析部、６０・・・反射部、６２・・・カバー、６４・・・ミラー、６６・・・分光測定部、６８・・・空間、７０・・・記憶部、１００・・・画像解析装置、２００・・・画像撮像システム、２１０・・・撮像装置、２３０・・・取得部、２５０・・・解析部、４００・・・画像撮像システム、４１０・・・撮像装置、１２００・・・コンピュータ、１２０１・・・ＤＶＤ−ＲＯＭ、１２１０・・・ホストコントローラ、１２１２・・・ＣＰＵ、１２１４・・・ＲＡＭ、１２１６・・・グラフィックコントローラ、１２１８・・・ディスプレイデバイス、１２２０・・・入出力コントローラ、１２２２・・・通信インターフェース、１２２４・・・ハードディスクドライブ、１２２６・・・ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ、１２３０・・・ＲＯＭ、１２４０・・・入出力チップ、１２４２・・・キーボード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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