(57)【要約】【課題】  この発明は、フィルタの切替を必要とせずに、１回の露光で可視画像を得るとともに、水分含有量を測定できる含水量測定装置を提供することを課題とする。【解決手段】  この発明は、近赤外領域まで感度を有するＣＣＤカメラ１と、ＣＣＤカメラのＣＣＤ撮像素子の有効画素領域に設けられた近赤外光カットフィルタと、ＣＣＤカメラ１のＣＣＤ撮像素子の有効外画素領域に設けられた可視光カットフィルタと、備え、ＣＣＤカメラ１で撮像した有効画素領域の画像を表示装置４で表示するとともに、コントローラ３で有効外領域の撮像素子からの出力に基づいて含水量を算出し、その結果を表示装置４で表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外領域まで感度を有するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのＣＣＤ撮像素子の有効外画素領域に設けられた近赤外光の波長域に通過帯域を有するとともに可視光の波長域に通過阻止帯域を有するフィルタと、前記有効外領域の撮像素子からの出力に基づいて含水量を算出する演算処理手段と、を備えたことを特徴とする含水量測定装置。
【請求項２】
前記ＣＣＤカメラのＣＣＤ撮像素子の有効画素領域に、近赤外光の波長域に通過阻止帯域を有するとともに可視光の波長域に通過帯域を有する第２のフィルタを設け、ＣＣＤカメラで撮像した有効画素領域の画像を表示装置で表示するとともに、前記演算手段で有効外領域の撮像素子からの出力に基づいて含水量を算出し、その結果を表示装置で表示することを特徴とする請求項１に記載の含水量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、皮膚などが含有する含水量を測定する含水量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化粧品や医薬品を選定するに際し、皮膚が含有する含水量を把握することは重要なファクタである。そこで、皮膚の水分含有量を測定するために、従来は、高周波インピーダンスを測定する方法、マイクロ波の伝導性を計る方法などが知られている。
【０００３】
しかしながら、上記した測定方法は、電極などを皮膚に接触させて測定する必要があり、その測定作業に手間がかかるなどの難点があった。
【０００４】
また、化粧品の販売時など、皮膚の含水量を測定する場合には、皮膚の状態と共に、その部分の皮膚の含水量が表示することができれば、ユーザにとってその状態が確認できて便利である。
【０００５】
この出願者等は、既に、ＣＣＤカメラと、可視光透過フィルタと、赤外光透過フィルタとを備え、ＣＣＤカメラのレンズが可視光透過フィルタで覆われた第１状態でＣＣＤカメラによって撮影された可視光画像の画像データとＣＣＤカメラのレンズが赤外光透過フィルタで覆われた第２の状態でＣＣＤカメラによって撮影された赤外光画像の画像データとに基づいて、測定エリアの含水量の分布を算出する含水量測定装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００６】
そして、上記含水量測定装置を用いて、この装置をＣＲＴディスプレイに接続して、測定エリアの含水量の分布をユーザに認識させるように構成できる。
【特許文献１】特開２００２−９８６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した特許文献１に記載した装置においては、可視光透過フィルタと赤外線透過フィルタとを切り替えるための機構部が必要であるとともに、可視光画像と近赤外線画像をフィルタを切り替えて撮像するために、少なくとも２回の露光が必要となり、リアルタイムに状態を表示することは困難であった。
【０００８】
この発明は、フィルタの切替を必要とせずに、１回の露光で可視画像を得るとともに、水分含有量を測定できる含水量測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、近赤外領域まで感度を有するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのＣＣＤ撮像素子の有効外画素領域に設けられた近赤外光の波長域に通過帯域を有するとともに可視光の波長域に通過阻止帯域を有するフィルタと、前記有効外領域の撮像素子からの出力に基づいて含水量を算出する演算処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明は、前記ＣＣＤカメラのＣＣＤ撮像素子の有効画素領域に、近赤外光の波長域に通過阻止帯域を有するとともに可視光の波長域に通過帯域を有する第２のフィルタを設け、ＣＣＤカメラで撮像した有効画素領域の画像を表示装置で表示するとともに、前記演算手段で有効外領域の撮像素子からの出力に基づいて含水量を算出し、その結果を表示装置で表示するように構成できる。
【発明の効果】
【００１１】
上記したこの発明によれば、ＣＣＤカメラの画素領域の画素配分を上手く利用し、画像データを含水量測定用と表示用に使い分けることができ、１回の露光で可視画像の撮影と含水量の検出が行え、リアルタイムの表示と含水量の検出が容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態にかかる含水量測定装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
この発明にかかる含水量測定装置は、近赤外線領域まで感度を有する高感度ＣＣＤカメラ１を備える。このＣＣＤカメラ１は、図５の感度特性図に示すように、従来のＣＣＤカメラに比べて近赤外線領域まで感度を有するものであり、９００ｎｍ〜１２００ｎｍといった水の吸収波長周辺帯域まで感度を有する。この帯域の光量変化を検出することで含水量を検出することができる。図４は、反射率（％）と入射波長（ｎｍ）との関係を示す図である。この図４から、水の吸収波長は１．４５μｍと１．９５μｍであるが、含水量増加に伴い周辺波長帯域も変化していることが分かる。よって、近赤外線領域まで感度を有するＣＣＤカメラ１を用いれば、含水量が検出できる。
【００１４】
このＣＣＤカメラ１は、図２に示すように、ＣＣＤ撮像素子は、複数の受光素子がエリア状に配列されて、画素領域１０を形成する。各画素は、上記のように、９００ｎｍ〜１２００ｎｍといった水の吸収波長周辺帯域まで感度を有する高感度ＣＣＤで構成されている。
【００１５】
通常、ＣＣＤカメラ１は、ＣＣＤ素子で撮像した全ての情報を画像として用いるのではなく、一部の周辺画素データは表示装置などに用いる画像データとしては用いない。このため、ＣＣＤカメラ１の画素領域１０は、有効画素領域１２とその周囲の有効外画素領域１１とで構成され、両画素領域の各画素は同じ感度を有するセンサで構成されている。この発明の含水量測定装置は、このＣＣＤカメラ１の画素領域１０の画素配分を上手く利用し、画像データを含水量測定用と表示用に使い分けるものである。
【００１６】
このため、表示用の画像データとして用いる有効画素領域１２上には、近赤外光の波長域に通過阻止帯域を有するとともに可視光の波長域に通過帯域を有す近赤外線カットフィルタが設けられ、含水量測定用のデータとして用いる有効外画素領域１１上には、近赤外光の波長域に通過帯域を有するとともに可視光の波長域に通過阻止帯域を有する可視光カットフィルタが設けられている。肌含水量のように、画像と含水量をリアルタイムに計測する必要がある場合には、上記のように、高感度ＣＣＤカメラ１のＣＣＤの受光部の前面に透過特性の異なる光学フィルタ、すなわち、有効画素領域１２上に、近赤外線カットフィルタを設け、有効外画素領域１１上に、可視光カットフィルタを設ければ、中央の有効画素領域１２で画像を撮像し、そして、周辺画素で含水量を検出することができる。
【００１７】
ＣＣＤカメラ１は、太陽光などの自然光による撮像も可能であるが、この実施形態では、含水量測定の正確性を図るために、ＣＣＤカメラ１に光源を備えている。この光源は可視光領域から近赤外線領域まで広帯域な分光特性を有する電球を用いている。図６に、光源として用いることができるハロゲン電球の発光スペクトルの例を示す。図６は、電球の電力を一定にした場合の分光特性である。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、手のひらの一部（図中四角で囲む領域）をＣＣＤカメラ１で１回の露光で撮影する。この露光の際、自然光などのノイズを少なくするために、なるべく手のひらにＣＣＤカメラ１のレンズを近づけて撮影する。このとき、手のひらには、ＣＣＤカメラ１に設けたランプからの光が照射され、その反射光がＣＣＤカメラ１内の画素領域１０に導かれる。そして、同図（ｂ）に示すように、画素領域１０には、有効画素領域１２に近赤外線カットフィルタを透過した可視光による表示用画像データが与えられ、有効外画素領域１１には、可視光カットフィルタを透過した含水量検出用の画像データが与えられる。
【００１９】
ＣＣＤカメラ１で撮像した有効外画素領域１１、有効画素領域１２のすべての画像データはメモリ２に与えられ格納される。このメモリ２に格納された画像データがコントローラ３の制御のもと、コントローラ３内に取り込まれ、所定の処理が行われる。コントローラ３は、マイクロプロセッサ等で構成され、内部に動作を制御するためのプログラムが書き込まれたメモリ、画像データを取り込み処理するためワークメモリなどを備える。これらメモリは、コントローラ３内部に設けても外部に設けてもよく、必要に応じて適宜選択される。
【００２０】
コントローラ３は、含水量検出のためにＣＣＤカメラ１で撮像した画像データのうち、可視光カットフィルタで可視光領域の波長がカットされ、近赤外線領域の波長を受光した有効外画素領域１１の画像データを取り込み、その画像データに基づき後述するように、含水量を算出する。
【００２１】
また、コントローラ３は、ＣＲＴ、液晶表示装置などで構成される表示装置４に撮像した画像を表示するために、有効画素領域１２が受光した近赤外線カットフィルタを透過した可視光の画像データを取り込み、表示装置４に与える。表示装置４には、ＣＣＤカメラ１で撮像した有効画素領域１２の画像が表示される。また、表示装置４には、測定した含水量をスーパインポーズまたは表示装置４の画像領域を分割して表示するように構成している。
【００２２】
次に、含水量の算出方法の一例について説明する。この発明のおいては、測定対象に応じた含水量算出式を用いて、コントローラ３が含水量を算出する。このため、コントローラ３には、後述するような算出式データが格納される。
【００２３】
上記のように、測定対象に応じた含水量算出式を用いるので、測定対象物ごとに、教指データを測定し、測定データから重回帰によって含水量算出式を得る。一般的に、多波長帯域の近赤外光を用いた定量分析では、重回帰式を用いて下記のように表すことができる。
【００２４】
Ｃ＝Ｋ0＋Ｋ1×ｌｏｇ（１／Ｒ1）
＋Ｋ2×ｌｏｇ（１／Ｒ2）
＋Ｋ3×ｌｏｇ（１／Ｒ3）
＋・・・
＋Ｋn×ｌｏｇ（１／Ｒn）
ここで、Ｃは含水量、Ｋnは重回帰により求められる定数、ｌｏｇ（１／Ｒn）は測定波長帯域の吸光度、Ｒnは測定波長帯域の反射率である。
【００２５】
この発明では、用いる波長帯域は、９００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度の一つの帯域のみなので、上記の式は以下のようになる。
【００２６】
Ｃ＝Ｋ0＋Ｋ1×ｌｏｇ（１／Ｒ1）
ここで、Ｃは含水量、Ｋ0、Ｋ1は重回帰により求められる定数、ｌｏｇ（１／Ｒ1）は９００ｎｍ〜１２００ｎｍ帯域の吸光度、Ｒ1は９００ｎｍ〜１２００ｎｍ帯域の反射率である。
【００２７】
含水量既知の教指データ測定時の反射率から吸光度を算出し、含水量と吸光度の関係から重回帰的に定数を決定し、含水量算出式を求めておき、この算出式データをコントローラ３内に格納する。
【００２８】
なお、反射率の算出方法は、予め既知の反射率を有する標準反射板を測定しておくことで、実際の測定値から簡単な式により反射率を導くことができる。たとえば、反射率９５％と５％の標準反射板を用いて実測値の反射率を求める場合には、次の式により得られる。
【００２９】
Ｒ＝０．０５＋（０．９５−０．０５）×（Ｄａｔａ−ＤＢ）／（ＤＷ−ＤＢ）
ここで、Ｒは対象物の反射率、Ｄａｔａは対象物測定データ、ＤＢは反射率５％の標準反射板測定データ、ＤＷは反射率９５％の標準反射板の測定データである。
【００３０】
このようにして算出した反射率から、先の重回帰式にあてはめることにより、含水量を算出することができる。
【００３１】
この発明では、含水量算出式が簡単な一次式で表すことができるから、測定対象物によっては、対象物測定データと含水量の変換テーブルを作成しておき、そのテーブルをメモリに格納することで、容易に含水量を測定するように構成することもできる。
【００３２】
次に、この発明にかかる含水量測定装置を用いて、肌の含水量を測定する方法につき図７および図８を参照して説明する。図７、図８に示す例は、測定した肌の代表含水量を表示する場合を示している。
【００３３】
図７、図８に示すように、手のひらの一部（図中四角で囲む領域）をＣＣＤカメラ１で１回の露光で撮影する（図７（ａ）参照）。この露光の際、自然光などのノイズを少なくするために、なるべく手のひらにＣＣＤカメラ１のレンズを近づけて撮影する。このとき、手のひらには、ＣＣＤカメラ１に設けたランプからの光が照射され、その反射光がＣＣＤカメラ１内の画素領域１０に導かれる。そして、図７（ｂ）に示すように、画素領域１０には、有効画素領域１２に近赤外線カットフィルタを透過した可視光による表示用画像データが与えられ、有効外画素領域１１には、可視光カットフィルタを透過した含水量検出用の画像データが与えられ、有効、有効外を含めすべての画像データをメモリ２に格納する（ステップＳ１）。そして、コントローラ３は、メモリ２から可視光カットフィルタを透過した有効外画素領域１１から近赤外光受光画素データを抽出する（ステップＳ２）。また、コントローラ３は、表示装置４に、有効画素領域１２に画像データに基づく画像、すなわち、手のひら部分の映像を表示させるように制御する。
【００３４】
続いて、コントローラ３は、予め算出して格納していた反射率並びに上記した算出式に基づき、近赤外光受光画素データごとの含水量を算出する（ステップＳ３）。そして、コントローラ３は、算出した画素ごとの含水量データから平均値等の統計値を算出する（ステップＳ４）。この例においては、すべての画素データの平均値から平均含水量を求めるとともに、最も含水量の多い最大値データ、最も含水量の含水量の少ない最小値データを求める。そして、図７（ｃ）に示すように、表示装置４の表示画面４０に、可視画像と含水量統計値の各データを併せて表示させ（ステップＳ５）、含水量の測定動作を終了するか否か判断され（ステップＳ６）、終了しない場合には、ステップＳ１に戻り、前述の動作を繰り返す。
【００３５】
次に、この発明にかかる含水量測定装置を用いて、肌の含水量を測定する他の方法につき図９および図１０を参照して説明する。図９、図１０に示す例は、測定した肌の含水量の分布を算出して表示する場合を示している。
【００３６】
図９、図１０に示すように、手のひらの一部（図中四角で囲む領域）をＣＣＤカメラ１で１回の露光で撮影する（図９（ａ）参照）。この露光の際、自然光などのノイズを少なくするために、なるべく手のひらにＣＣＤカメラ１のレンズを近づけて撮影する。このとき、手のひらには、ＣＣＤカメラ１に設けたランプからの光が照射され、その反射光がＣＣＤカメラ１内の画素領域１０に導かれる。そして、図９（ｂ）に示すように、画素領域１０には、有効画素領域１２に近赤外線カットフィルタを透過した可視光による表示用画像データが与えられ、有効外画素領域１１には、可視光カットフィルタを透過した含水量検出用の画像データが与えられ、有効、有効外を含めすべての画像データをメモリ２に格納する（ステップＳ１１）。そして、コントローラ３は、メモリ２から可視光カットフィルタを透過した有効外画素領域１１から近赤外光受光画素データを抽出する（ステップＳ１２）。また、コントローラ３は、表示装置４に、有効画素領域１２に画像データに基づく画像、すなわち、手のひら部分の映像を表示させるように制御する。
【００３７】
続いて、コントローラ３は、予め算出して格納していた反射率並びに上記した算出式に基づき、近赤外光受光画素データごとの含水量を算出する（ステップＳ１３）。そして、コントローラ３は、算出した画素ごとの含水量データから最も含水量の多い最大値データ、最も含水量の含水量の少ない最小値データを求めるともに、その画素位置も求める（ステップＳ１４）。
【００３８】
肌などの場合は、撮影範囲が狭いために、含水量分布傾斜方向は一方向と見なしても問題はない。図９（ｃ）に示すように、右上の画素部分が含水量が最大値、それより左斜め下に位置する画素部分が含水量が最小の場合には、図に示すように、斜め方向に含水量が変化していると見なすことができる。そこで、コントローラ３は、最大含水量画素と最小含水量画素の位置から含水量分布傾斜方向を決定する（ステップＳ１５）。続いて、可視画像周辺の含水量データを用い、含水量分布傾斜方向に線形補間で可視画像に対応する含水量を算出する（ステップＳ１６）。
【００３９】
その後、算出した可視画像画素に対応した含水量から含水量分布図を作成する（ステップＳ１７）。そして、作成した含水量分布図と可視画像と併せて表示させ（ステップＳ１８）、含水量の測定動作を終了するか否か判断され（ステップＳ１９）、終了しない場合には、ステップＳ１１に戻り、前述の動作を繰り返す。なお、含水量分布図とともに、代表的な位置の含水量を表示させるように構成してもよい。
【００４０】
上記のように、この発明の含水量測定装置は、フィルタの切り替えを行うことなく、通常除かれる有効外画素データ部分に可視光カットフィルタを設け、かかる領域の画素データを用いて水分計測を行うことができるので、１度の撮影で、可視画像と水分計測を行うことができ、表示装置でモニターしながら、リアルタイムな水分計測が行える。
【００４１】
なお、上記した実施形態においては、肌の含水量を測定する場合につき説明したが、この発明は肌の含水量に限らず、地表の含水量などＣＣＤカメラで撮像できるものであれば、その対象物の含水量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施形態にかかる含水量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明に用いられるＣＣＤカメラの撮像素子部分の画素領域を示す模式図である。
【図３】この発明の実施形態にかかる含水量測定装置の撮影とＣＣＤカメラの画素領域との関係を示す式図である。
【図４】反射率（％）と入射波長（ｎｍ）との関係を示す特性図である。
【図５】ＣＣＤカメラの感度特性を示す図である。
【図６】光源として用いることができるハロゲン電球の発光スペクトルの例を示す特性図である。
【図７】肌の含水量を測定して肌の代表含水量を表示する場合を示す模式図である。
【図８】肌の含水量を測定して肌の代表含水量を表示する場合の動作を示すフローチャートである。
【図９】肌の含水量を測定して肌の分布含水量を表示する場合を示す模式図である。
【図１０】肌の含水量を測定して肌の分布含水量を表示する場合の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１  ＣＣＤカメラ
２  メモリ
３  コントローラ
４  表示装置
【図１】
2006098095.tif 000003
【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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