(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
明部から暗部までの階調差の大きい被写体を撮像する撮像手段と、上記撮像手段から出力される信号レベルを周期的に変化させる信号レベル変化手段と、ユーザにより指定された少なくとも１つの信号レベルに基づいて上記撮像手段から順次出力される映像信号の中から所定の映像信号を抽出する映像信号抽出手段と、上記映像信号抽出手段により抽出された映像信号をモニタに表示させる表示制御手段と、
を備えたことを特徴とする撮像表示装置。
【請求項２】
明部から暗部までの階調差の大きい被写体を撮像する撮像手段と、上記撮像手段から出力される信号レベルを周期的に変化させる信号レベル変化手段と、上記撮像手段から順次出力される映像信号を記録する記録手段と、ユーザにより指定された少なくとも１つの信号レベルに基づいて上記記録手段に記録されている映像信号の中から所定の映像信号を抽出する映像信号抽出手段と、上記映像信号抽出手段により抽出された映像信号をモニタに表示させる表示制御手段と、
を備えたことを特徴とする撮像表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の撮像表示装置において、
上記表示制御手段は、上記映像信号抽出手段により新しく映像信号が抽出される度に、上記モニタに表示させる映像信号を上記新しく抽出された映像信号に更新することを特徴とする撮像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高階調の被写体の撮像記録装置に関し、特に、明部から暗部まで数百階調程度まで撮影可能な通常のＴＶカメラを使用し、同カメラでは通常撮影不可能な高階調（明部から暗部までの数百階調以上の階調差を高階調と称す）の被写体を自動的に撮影して視認する装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自然界や人工照明下にある物体の明暗階調差は数万階調に及ぶのに対して、通常のＴＶカメラの階調表現能力（以下、明部から暗部まで撮影可能な階調差のことを階調差表現能力と称す）は数百階調である。従って、被写体の明るさに応じて撮影レンズの絞りや撮像素子の読出し量等を調整して、必要とする階調範囲の映像を同一画面内に収める撮影方式が一般的に知られている。又、同一画面内に収められる被写体の階調差が、使用ＴＶカメラの階調表現能力を越える場合は、暗部、明部またはその双方を犠牲にすることによって、同カメラの階調表現能力の範囲で利用されるのが通例である。例えばア−ク溶接と被溶接物を同時に観察する場合や夜間に車両の形状・塗装色・ナンバープレート・ライトのガラスの模様などを同時に観察する場合のように、階調差が極端に大きい場合には上記のような通常のＴＶカメラでは撮影が不可能であった。
この理由を図７を用いて説明する。図７において、直線Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２は、ＴＶカメラのレンズ絞りの開閉の度合いに応じて撮像素子への入射光量が変化し、それに伴ってＴＶカメラの映像信号出力レベルが増減することを示している。そして、同カメラの階調表現能力を越えた場合、撮像素子や映像増幅器の飽和による白潰れ（点線の上側）やセットアップレベルやノイズレベルを下回って黒詰まり（点線の下側）になることを示している。破線で示す白潰れや黒詰まり範囲では、ＴＶカメラの撮影ができないことを示している。
【０００３】
図２は、従来の技術によって、ＴＶカメラで撮影された映像を利用して、犯罪に関わる車両を検知するために、特別な照明を併用しないで、交差点等の通過車両を昼夜に亘って監視する装置を示したものである。特に夜間の状態を例にとって説明するための構成図である。図において、街路灯１によって照明されている車両２の像は、ＴＶカメラの撮影レンズ３で撮像素子４に結像され、映像処理回路７から映像同期複合信号８として出力され、スイッチ１６を介してモニタ１２で実時間で観察される。一方、映像処理回路７からの出力は、ＶＴＲ１１にも記録される。また、スイッチ１６をＶＴＲ１１の出力に切り換え、記録された信号をＶＴＲで再生することにより、再生映像をモニタ１２に表示することもできる。 同期信号発生器６は撮像素子駆動器５を経由して撮像素子４に信号読出しのタイミング信号を送出すると共に、映像処理回路７に映像同期複合信号生成用同期信号を送出する。また、撮影レンズの絞り３ａに連結された絞り調節機構３ｂは、レンズ絞り自動制御器９によって、映像処理回路７の出力信号レベル検出器１０の出力信号が、予め設定された一定のレベルになるように制御され、季節変化・天候変化・時間経過に伴う日照変化等による被写体照度の変化があっても、映像同期複合信号８が一定のレベルに保たれる如く動作する。特に、夜間は、街路の証明が低いので、レンズの絞りは開放状態で使用されるのが普通である。
【０００４】
この構成で、車両の形状や塗装色の夜間の視認に適した映像レベルが得られるようにレンズの絞り３ａが開放されている場合は、ナンバープレート２ａやテールランプ２ｂは白く潰れて形状や登録内容の読み取りが不可能であった。また、逆に夜間でもナンバープレート２ａまたはテールランプ２ｂの視認に適するようにレンズの絞り３ａが制御（この場合は、絞りを閉じる）されている場合は、車両の形状や塗装色等は黒く詰まって視認困難であった。
【０００５】
また、ナンバープレート２ａは、後続車両のヘッドライトの有無や距離で明るさが大幅に変わる他、後続車両がない場合は、通常ナンバープレート照明灯２ａ’で上方または下方から照明されているので上下の照度差が大きい。例えば上方から照明されている場合は、上段の都道府県・車種欄の視認に最適なレンズ絞りでは下段の識別記号・番号欄が黒く詰まり、逆に下段の識別記号・番号欄の視認に最適なレンズ絞りでは上段の都道府県・車種欄が白く潰れてナンバープレート全体の視認が困難であった。
【０００６】
以上の説明では、説明の便宜上、レンズの絞り３ａを自動制御するオートアイリス方式について述べたが、映像処理回路７の増幅器の利得を制御するオートゲインコントロール方式や、撮像素子４の出力信号レベルが一定になるように信号の読み出し量を自動制御するオート電子シャッター方式も作用効果は同様である。各方式そのものは公知につき、説明は省略する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、通常のテレビカメラを用いて明部から暗部までの階調差が数百階調以上の高階調被写体を撮影できる高階調被写体撮影記録装置を提供することである。
本発明の他の目的は、特別な照明灯を併用しない夜間の車両監視に不可欠な条件である低照度下の車両の形状や塗装色等の視認と、その車両の高輝度のランプやナンバープレートの視認とを両立して撮影できる高階調被写体撮影記録装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、階調表現範囲を周期的に変化させて撮影し、記録すると共に、所定の信号レベルの画像をモニタ上に表示する高階調被写体撮影記録装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、複数の高階調被写体を撮影し、記録すると共に、所定の信号レベルの画像を少なくとも２種類、モニタ上に交互に表示する、あるいは合成して同時に表示することによって、高階調被写体撮影記録装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、従来技術による撮影では解決できなかった、上記の高階調被写体の明部の白潰れや暗部の黒詰まりによって関心部位が視認できない欠点を除去し、被写体照度に拘らず、ＴＶカメラの入射光量や感度を連続的または間歇的に、かつ周期的に変化させることによって、階調表現範囲を変化させて撮影し、この映像を記録できるように構成する。
ナンバープレートの視認が車両監視に効果的なことは広く知られている通りであるが、本発明のように、複数の信号レベルを撮影することにより、ナンバープレート以外に車両の形状・塗装色・ランプの形状・ランプのガラスの模様等を併せて撮影でき、その情報も車両の特定に重要な手がかりとなる。
また、このように周期的に変化するＴＶカメラ出力信号をそのままモニタ等の観察装置に表示すると、明暗の変化が激しいので、人の目に適した表示画面とはならない。従って、ＴＶカメラ出力信号の中から常時監視に適した所定の信号レベルの映像だけを観察装置に送出・表示することによって、対象物体を容易に認識できるようにしたものである。
更に、ＴＶカメラ出力信号の中から複数の所定信号レベル、例えば２信号レベルの画像を周期的に抽出し、交互に周期的に観察装置に表示したり、合成するようにする。
【０００９】
本発明の原理を図７を用いて詳細に説明する。図７において、例えば、絞りを「開」の状態にした場合のＴＶカメラの階調表現範囲Ａは、Ａ1からＡ2の範囲となる。即ち、Ａ1から左側の範囲は、「黒詰り」となり、また、Ａ2から右側の範囲は「白潰れ」となる。一方、絞りを「閉」の状態にした場合のＴＶカメラの階調表現範囲ＡはＢ1からＢ2の範囲となる。即ち、Ｂ1から左側の範囲は、「黒詰り」となり、Ｂ2から右側の範囲は「白潰れ」となる。
しかしながら、この絞りの「開」から「閉」を連続的あるいは間歇的に変化させた場合、このＴＶカメラの階調表現範囲ＢはＡ1からＢ2の範囲とすることができる。
従って、このように絞りが「開」から「閉」に連続的あるいは間歇的に変化するＴＶカメラを構成できれば、従来「黒詰り」あるいは「白潰れ」で撮影することが不可能であった広範囲の階調差のある被写体を撮影することが可能となり、監視等のカメラとして極めて有効である。
一方、この方式では撮影中にＴＶカメラから送出される映像信号は、広範囲かつ周期的にレベルが変化してそのままモニタ１２に表示すると明暗の変化が激しいので、ファインダー用としての観察には適さない。従って、ＴＶカメラから送出される映像信号の内、観察用に適したレベルの画面だけを抽出して、モニタ１２に表示するか、或いは、ＴＶカメラから送出される映像信号を一旦記録装置等に記録した後、所定レベルの画面だけをモニタ上に表示することが必要になる。以下本発明について、図面を用いて更に詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を示す図であって、オートアイリス方式を適用した場合を示している。なお、図２と同一のものには同一の符号が付してある。
図１の関数発生器１３は、撮影レンズの絞り３ａを最大口径比（Ｆ２２）から最小口径比（Ｆ２）まで時間的に、かつ周期的に開閉を繰り返させる制御信号を発生し、レンズ絞り自動制御器９に送出するように構成されている。図４は、撮影レンズの絞り値が時間経過とともに変化している様子を示すもので、この例では、レンズ口径比は、最大（Ｆ２２）から最少（Ｆ２）まで約６秒間で連続的に変化する場合を示している。この場合、絞りの開閉により撮像素子４への入射光量が時間的、周期的に変化するとともに、撮像素子４からの信号レベルも同様に変化する。その結果、図７に示すように階調表現範囲が変化する。なお、実際の絞り可変範囲や変化速度は、カメラの感度設定と共に撮影する被写体の明暗、周囲の明るさ等によって、所定の値に設定される。また、関数発生器１３を調節することによって、絞り値の変化のスピ−ドを変えたり、絞り値をＦ２２、Ｆ１１、Ｆ５．６−−のようにとびとびに変えることも容易に実施できる。
【００１１】
このような構成により、ＴＶカメラで撮影された映像信号はモニタ１２に実時間で表示されると共に、ＶＴＲ１１に記録される。
ＶＴＲ１１で再生される映像信号は、ＴＶカメラの「絞り」が「開」から「閉」に連続的に、または間歇的に変化した映像信号であり、従来のカメラで撮影された特定の表現範囲の階調ではなく、従来不可能とされていた広範囲の階調表現された映像が得られる。従って、「白潰れ」相当範囲の高輝度被写体の視認が可能な画面や「黒詰り」相当範囲の低輝度（低照度）被写体の視認可能な画面を撮影できるので、一連の再生映像の中から特定レベルの画面だけを抽出して精緻に観察することによって、道路等での犯罪に係る車両の特定等に極めて有効な情報を得ることができる。
また、撮影中に図１のＴＶカメラから送出される映像信号８は、広範囲かつ周期的にレベルが変化し、そのままでは観察は困難なので、ファインダー用に適したレベルの画面だけを抽出レベル指定器１４で指定し、画面抽出器１５で当該画面を抽出して、モニタ１２に送出する。
【００１２】
画面抽出器１５は、所定レベルの画面を一時的に記憶する機能を持ち、周期的にレベル変化を繰り返しつつ到来する映像信号の中から、最初の当該画面を抽出して記憶し、次の周期の当該画面が抽出されるまでは記憶画像を再生して送出する如く動作する。以下この動作を繰り返すことによって、ファインダー用としての観察に適した映像を得ることができる。
抽出レベル指定器１４による指定は、モニタ画面を見ながら手動で行うのが一般的であるが、映像信号レベルを自動的に判定して指定する構成も、容易に実現することができる。
【００１３】
次に、図１に示す本発明の装置を用いて、特別な照明を併用しないで夜間に交差点を３０Ｋｍ／ｈの速度で走行中の自動車の後部ナンバープレートを実際に撮影した場合の例を、図８（Ａ）および図８（Ｂ）を用いて説明する。
図８（Ａ）はシャッター速度１／６０ｓｅｃ．、絞りＦ４で撮影した場合であり、ナンバープレートの上部の表示「八王子３３」は読み取れるが下部の表示は判読できない。
一方、図８（Ｂ）はシャッター速度１／６０ｓｅｃ．、絞りＦ２で撮影した場合であり、この場合はナンバープレートの上部の表示は判読できないが、下部の表示は「５９・３５」と読み取れる。この例では、ナンバープレートがその上方から照明灯により照明されているため、上方の照度が大、下方の照度が小となっていて上下の照度差が大きいことを示している。なお、図８（Ａ）、図８（Ｂ）の左右の白色部はテールランプである。
このように、絞りを時間的にかつ周期的に変化させることによって、固定絞りでは完全に判読できないナンバープレートの全ての文字を読み取ることが可能となる。
【００１４】
図３は、本発明の他の一実施例を示す図であって、撮影レンズの絞り３ａは、一定のまま、撮像素子４の信号読み出し量を制御する電子シャッター方式に適用した場合を示している。なお、図２と同一のものには同一の符号が付してある。図３の撮像素子駆動器５’は、例えば撮影画像の１フィールド毎或いは複数フィ−ルド毎に異なる速度のシャッター動作を伴う信号読出しタイミング信号を撮像素子４、例えば、２次元ＣＣＤ素子に送出するように構成されている。ここで使用される電子シャッター速度は、時間の経過と共に図５に示されるように変化する。即ち、シャッター速度は、１／１０，０００秒（最高速度）から１／６０秒（最低速度）まで１／６０秒間隔で周期的に変化する。従って、撮像素子４から得られる映像信号は、図６に示すように映像レベルが最低レベル（最高シャッターの速度）から最高レベル（最低シャッター速度）まで変化し、図６に示す全映像が記録装置１１、例えばＶＴＲに記録される。このように構成することによって、図１で説明したと同様に、白潰れ相当範囲の高輝度被写体の視認が可能な画面や、黒詰まり相当範囲の低輝度（低照度）被写体の視認が可能な画面を撮影することができ、車両等の特定に必要な情報を得ることができる。ファインダー用に適したレベルの画像だけを抽出して、モニタ１２に送出する機能は、図１と同様である。
【００１５】
なお、説明の都合上、図５では撮像素子の電子シャッター速度は１／１０，０００秒（最高速度）から１／６０秒（最低速度）までの８段階を、１／６０秒間隔で変化するように記載したが、実際の可変範囲や可変ステップや可変間隔は、目的に応じて、適宜設定することが可能である。
前記図１の実施例は、Ｆ２２からＦ２迄の変化に約６秒を要するので歩行者のような被写体の動きが比較的緩慢な場合に有効であるが、走行中の車両のような変化の速い被写体では変化速度が遅いと被写体が視野外に逸脱する恐れがあるので、フィールド毎に感度が変化する図３に示す実施例が適している。
また、撮影レンズの絞り３ａは一定のまま光路中に挿入したＮＤフィルタの減光率を経時的に変化させたり、撮影レンズの絞り３ａは一定のまま照明装置の照度を時間的に変化させる等によって撮像素子４への入射光量を変化させる方式も本発明の応用範囲である。
以上の実施例は、絞り、シャッター速度の何れか一方を変化させ、他方は固定するものとしたが、双方を変化させることにより更に広範囲の階調差のある被写体を撮影することも可能である。また、ＶＴＲに記録された画像を視認するように説明したが、記録媒体にディスクレコーダーや半導体メモリーを使用することや、パターン認識等の画像処理によって自動的に認識する構成も、本発明の応用範囲である。
【００１６】
次に、観察用に適したレベルの画像だけを抽出して表示する動作について図を用いて説明する。図９（Ａ）は電子シャッター速度をフィールド毎に変化させて８フィールドを周期として撮影した映像信号の波形、図９（Ｂ）は図９（Ａ）における波形の中からシャッター速度１／１０００秒の映像▲４▼、▲４▼’…を抽出し、それぞれの映像を記録装置に一時記録し、抽出した映像を１／６０秒毎に再生し表示する場合の波形を示している。これにより、８／６０秒間は同一画像が表示される。従って、８／６０秒毎に新しい映像に更新されることとなる。従って、状況を観察するのに最適な画像を抽出表示することができる。
上記実施例ではＴＶカメラで撮影された映像信号８から、観察用に適したレベルの画像だけを抽出するように説明したが、映像信号を記録したＶＴＲ１１等の記録装置から画像を再生してモニタ１２に表示する場合にも適用できる。
また、ビデオタイマを併用してＴＶカメラの映像信号に撮影時刻を重畳又は挿入するようにすれば、収録後再生して関心の高い画像を特定する場合に有効である。
【００１７】
記録装置に撮影画像を収録後、再生して関心の高い画像を特定して観察しようとする場合の実施例を図１０に示す。記録装置１１からの再生画像を表示用パソコン１７に入力する。この場合、パソコン１７の表示画面１８には、閲覧画面１９に示すように、例えば時間経過順に図９（Ａ）の波形に対応した▲１▼〜▲８▼、▲１▼’〜▲８▼’の映像信号レベルが順次変化する２周期分の画像が表示される。その画像の中からナンバ−プレ−トの視認に適した画像をパソコン１７のキ−ボ−ドにより指定して、抽出し、画面２０のように、拡大して表示する。なお、必要により画像の階調補正、或いは、図示のように画像▲５▼および▲７▼の重ね合わせ等を行なうことにより正確な観察を行なうことができる。
【００１８】
図１１は、本発明の更に他の一実施例を示す。この実施例は、画像の重ね合わせによって、従来正確な観察等ができなかった高階調被写体等を確実に観察可能にするものである。即ち、図１０の装置を使用して白熱電球を撮影した場合のモニタ１２の画面を示す。
撮像素子駆動器５’によりシャッター速度が１／１０，０００秒から１／６０秒まで１／６０秒間隔で連続的に変化させて撮像された映像が、記録装置１１に記録されるとともに観察用パソコン１７に表示される。
このように表示した場合、例えば、図１１(Ａ)は、レンズ絞りＦ４で、シャッター速度１／１０，０００秒の状態では、電球のバルブや灯具は全く映像にはならないが、フィラメント像のみが明確に撮影されていることを示している。
また、図１１(Ｂ)は、更にシャッター速度が変化し、１／２５０秒（レンズ絞りはＦ４一定）の状態で撮影された映像であって、フィラメントは潰れて全く見えないが、電球のバルブや灯具は明確に撮影できていることを示している。
従って、画面抽出器１５の指定によって、記録装置１１に記録されている映像のうち、上述した１／１０，０００秒と１／２５０秒の映像をそれぞれ取り出し、１／６０秒毎に交互にモニタ１２上に表示すれば、モニタのブラウン管の残像や人の目の残像によって図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）の映像が重なって、図１１(Ｃ)に示すように、明るいフィラメントも、また、電球のバルブや灯具を同時に同一画面上で見ることができる。また、上記のように映像を交互に表示する代わりに、上記２つの映像をパソコン等を利用して電子的に合成して表示することもできる。
なお、必要な画面の選択は観察用パソコン上で行う方法を説明したが、対象物によっては抽出レベル指定器１４で自動的に抽出し表示することも可能である。
【００１９】
以上説明した本発明の実施例では、アーク溶接監視、ゴミ焼き炉内監視、金属の加熱圧延監視、逆光撮影などの非常に明るい部分と暗い部分が共存するような物の撮影には極めて有効である。
更に、上記した実施例では１／１０，０００秒から１／６０秒までを順次変化させる実施例について説明したが、対象物の動きあるいは明るさ等によってはあまり高速のシャッター速度やあまり低速のシャッター速度が不要な場合がある。例えば、明るい被写体を撮影する場合、１／６０秒で撮影すると残像がでるので、この場合は１／６０秒を除く。また、暗い被写体を撮影する場合、１／２，０００秒から１／１０，０００秒は暗過ぎるので除く。
【００２０】
従って、このような場合、シャッター速度は１／１００秒から１／１，０００秒の如く、必要な範囲だけを特定し、その特定範囲だけを順次変化させるだけで十分目的を達成することができる。このようにすると撮影のサイクルタイムを短くできるという効果がある。また、同時に不要な画像は取込まないという効果もあり、記録装置のメモリ−容量を有効に利用できるという利点もある。そのための構成は、例えば図３に示す撮像素子駆動器５’の変化範囲を特定の範囲に設定することによって容易に実現できる。
【００２１】
なお、以上はシャッター速度について説明したが、レンズの絞りについても、特定の範囲だけを順次操作することも同様に実施できることは言うまでもない。そのための構成は、例えば図２に示すレンズ絞り自動制御器９を特定の範囲に設定することにより行うことができる。
更にまた、上記シャッター速度あるいはレンズの絞りを順次変化させることも、あるいは飛び飛びに、例えば、図４においてＦ１６、Ｆ８、Ｆ４、Ｆ２を順次繰り返すことも、また１／５，０００秒、１／１，０００秒、１／２５０秒を順次繰り返すことも容易に行うことが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な構成の装置で、高階調の被写体の認識可能な映像が得られるので、犯罪捜査等に大きく寄与する。更に、高輝度の部分と低輝度の部分が共存するような被写体の観察が極めて容易となる。また、本発明に使用する撮像装置は、白黒用でも、また、カラ−用であっても全く同様に動作しうることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオートアイリス方式の一実施例を説明するための図である。
【図２】従来の撮影方式を説明するための構成図である。
【図３】本発明のオート電子シャッター方式の一実施例を説明するための図である。
【図４】本発明をオートアイリス方式に適用した場合の、撮影レンズ絞り値の経時変化を説明する模式図である。
【図５】本発明をオート電子シャッター方式に適用した場合の、シャッター速度の経時変化を説明する模式図である。
【図６】本発明をオート電子シャッター方式に適用した場合の、シャッター速度の変化に伴う映像信号出力レベルの経時変化を説明する模式図である。
【図７】ＴＶカメラの撮影レンズ絞りの開閉と入射光量の変化に伴う、同カメラの階調表現概念の説明図である。
【図８】本発明の装置を用いて被写体を撮影した例を示す図である。
【図９】本発明の動作を説明するための波形図である。
【図１０】本発明の他の一実施例を示す図である。
【図１１】本発明の更に他の一実施例を説明するための画像を示す図である。
【符号の説明】
２  車両
２ａ  ナンバープレート
２ａ’  照明灯
３  撮影レンズ
４  テレビカメラの撮像素子
５  撮像素子駆動器
５'  シャッターの経時的変速を伴う撮像素子駆動器
６  同期信号発生器
７  映像増幅器
８  映像同期複合信号
９  レンズ絞り自動制御器
１１  記録装置
１２  ビデオモニタ
１３  レンズ絞り制御用関数発生器
１４  抽出レベル指定器
１５  画面抽出器
１６  スイッチ
１７  視認用パソコン
【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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【図１１】
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