(57)【要約】【課題】ハイパースペクトル画像データの単位時間当たりの撮像枚数を増加させて動画撮影を実現することがハイパースペクトル撮像装置及びハイパースペクトル撮像方法を提供すること。【解決手段】被写体からの光を第一の方向に平行な線状の光にして透過させるスリット１０４Ａを形成し、第二の方向に一端側から他端側にスリットの位置を部材内で移動する可変スリット部材１０４と、スリットを透過した光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する分光光学素子１０６と、分光光学素子で分光された波長領域ごとの光を受光する撮像素子１１０と、電気信号に基づいて波長領域ごとの光の強度を算出し、スリットの位置と、撮像素子で受光された波長領域ごとの光の撮像素子における位置との関係に基づいて、スリットが一端側から他端側に一回移動したとき、一つの２次元画像を波長領域ごとに生成する画像生成部１１２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を第一の方向に平行な線状の光にして透過させるスリットを形成し、前記第一の方向に対して垂直な第二の方向に一端側から他端側に前記スリットの位置を部材内で移動する可変スリット部材と、
前記スリットを透過した光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する分光光学素子と、
前記分光光学素子で分光された前記波長領域ごとの光を受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、
前記電気信号に基づいて前記波長領域ごとの光の強度を算出し、前記スリットの前記可変スリット部材における位置と、前記撮像素子で受光された前記波長領域ごとの光の前記撮像素子における位置との関係に基づいて、前記スリットが前記一端側から前記他端側に一回移動したとき、一つの２次元画像を前記波長領域ごとに生成する画像生成部と
を備えることを特徴とする、ハイパースペクトル撮像装置。
【請求項２】
前記可変スリット部材は、電圧の印加に応じた液晶による光の透過及び遮断によって、前記スリットを形成し、前記スリットの位置を電気的に移動することを特徴とする、ハイパースペクトル撮像装置。
【請求項３】
前記分光光学素子で分光された前記波長領域ごとの光の強度を増幅させ、増幅した光を前記撮像素子に照射する光増幅部を更に備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のハイパースペクトル撮像装置。
【請求項４】
前記可変スリット部材、前記分光光学素子及び前記撮像素子に向けて光を照射する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードが照射する光のピーク波長を通過させるバンドパスフィルタと、
を有する波長校正光源を更に備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイパースペクトル撮像装置。
【請求項５】
前記波長校正光源の前記バンドパスフィルタを通過した光を拡散し透過させる拡散板を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載のハイパースペクトル撮像装置。
【請求項６】
可変スリット部材が、被写体からの光を第一の方向に平行な線状の光にして透過させるスリットを形成し、前記第一の方向に対して垂直な第二の方向に一端側から他端側に前記スリットの位置を部材内で移動するステップと、
分光光学素子が、前記スリットを透過した光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光するステップと、
撮像素子が、前記分光光学素子で分光された前記波長領域ごとの光を受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有するステップと、
画像生成部が、前記電気信号に基づいて前記波長領域ごとの光の強度を算出し、前記スリットの前記可変スリット部材における位置と、前記撮像素子で受光された前記波長領域ごとの光の前記撮像素子における位置との関係に基づいて、前記スリットが前記一端側から前記他端側に一回移動したとき、一つの２次元画像を前記波長領域ごとに生成するステップと
を備えることを特徴とする、ハイパースペクトル撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイパースペクトル撮像装置及びハイパースペクトル撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイパースペクトルカメラは、被写体からの光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光して、波長領域ごとの画像を取得する撮像装置である。ハイパースペクトルセンサーは、衛星及び航空機に搭載されて農業分野、環境分野などに使用されてきた。また、将来的にも医療分野、食品分野などでの活用が期待されている。
【０００３】
ハイパースペクトル技術によれば、従来の色の概念をスペクトル領域に拡張でき、人間の目には見えない現象を可視化することができる。特許文献１では、ハイパースペクトル技術を内視鏡システムに応用した技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３９２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイパースペクトルカメラによって取得される画像を使用できる技術分野は、上述した分野に限定されない。例えば、移動する物体や、形状が時間と共に変化する物体などを被写体として撮影し、ハイパースペクトル技術を用いてこれらの物体を計測することで従来にない物体認識や特性解析が可能となる可能性がある。
【０００６】
ところで、従来のハイパースペクトルカメラは、波長領域ごとの２次元空間で表される画像を取得できたが、静止画像のみしか取得できなかった。例えば、従来のハイパースペクトルカメラは、１組のスペクトル画像データを取得するのに１０数秒〜数十秒、又は数分のオーダーの時間がかかった。従って、移動する物体や、形状が時間と共に変化する物体などを認識したり解析したりするためには、時間軸方向の画像（動画像）の取得が要求されるが、従来のハイパースペクトルカメラではリアルタイム性のある動画像を取得することが困難だった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ハイパースペクトル画像データの単位時間当たりの撮像枚数を増加させることができ、ハイパースペクトル画像データの動画撮影を実現することが可能な、新規かつ改良されたハイパースペクトル撮像装置及びハイパースペクトル撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体からの光を第一の方向に平行な線状の光にして透過させるスリットを形成し、第一の方向に対して垂直な第二の方向に一端側から他端側にスリットの位置を部材内で移動する可変スリット部材と、スリットを透過した光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する分光光学素子と、分光光学素子で分光された波長領域ごとの光を受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、電気信号に基づいて波長領域ごとの光の強度を算出し、スリットの可変スリット部材における位置と、撮像素子で受光された波長領域ごとの光の撮像素子における位置との関係に基づいて、スリットが一端側から他端側に一回移動したとき、一つの２次元画像を波長領域ごとに生成する画像生成部とを備えることを特徴とするハイパースペクトル撮像装置が提供される。
【０００９】
上記可変スリット部材は、電圧の印加に応じた液晶による光の透過及び遮断によって、スリットを形成し、スリットの位置を電気的に移動してもよい。
【００１０】
上記分光光学素子で分光された波長領域ごとの光の強度を増幅させ、増幅した光を撮像素子に照射する光増幅部を更に備えてもよい。
【００１１】
上記可変スリット部材、分光光学素子及び撮像素子に向けて光を照射する発光ダイオードと、発光ダイオードが照射する光のピーク波長を通過させるバンドパスフィルタと、
を有する波長校正光源を更に備えてもよい。
【００１２】
上記波長校正光源のバンドパスフィルタを通過した光を拡散し透過させる拡散板を更に備えてもよい。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、可変スリット部材が、被写体からの光を第一の方向に平行な線状の光にして透過させるスリットを形成し、第一の方向に対して垂直な第二の方向に一端側から他端側にスリットの位置を部材内で移動するステップと、分光光学素子が、スリットを透過した光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光するステップと、撮像素子が、分光光学素子で分光された波長領域ごとの光を受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有するステップと、画像生成部が、電気信号に基づいて波長領域ごとの光の強度を算出し、スリットの可変スリット部材における位置と、撮像素子で受光された波長領域ごとの光の撮像素子における位置との関係に基づいて、スリットが一端側から他端側に一回移動したとき、一つの２次元画像を波長領域ごとに生成するステップとを備えることを特徴とするハイパースペクトル撮像方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ハイパースペクトル画像データの単位時間当たりの撮像枚数を増加させることができ、ハイパースペクトル画像データの動画撮影を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の構成及び動作を示す説明図である。
【図２】同実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の光学系を示す説明図である。
【図４】同実施形態に係る電子スリット１０４を示す説明図である。
【図５】同実施形態に係るイメージインテンシファイア１０８を示す説明図である。
【図６】同実施形態に係る波長校正部１１６を示す説明図である。
【図７】同実施形態に係る波長校正光源１７０を示す説明図である。
【図８】図８（Ａ）は、ＬＥＤ１７４の発光強度と波長の関係を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、ＢＰＦ１７６の透過率と波長の関係を示すグラフであり、図８（Ｃ）は、ＬＥＤ１７４の発光強度と波長の関係を示すグラフである。
【図９】同実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の動作を示すフローチャートである。
【図１０】ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【図１１】ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【図１２】従来のハイパースペクトルカメラ１０を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
［１．一実施形態の構成］
まず、本発明の一実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の構成及び動作を示す説明図である。図２は、本実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の光学系を示す説明図である。
【００１８】
本実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００は、ハイパースペクトル撮像装置の一例であり、ハイパースペクトルで定義される複数の波長領域ごとの画像を動画として取得できる撮像装置である。
【００１９】
ハイパースペクトルカメラ１００は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１４０等の情報処理装置やビデオモニタ１５０等に画像データを送信でき、撮像した画像をＰＣ１４０で処理したり、ビデオ出力変換回路１５２を介してビデオモニタ１５０で表示したりできる。ハイパースペクトルカメラ１００と、ＰＣ１４０やビデオモニタ１５０等は、Camera  Link規格等によって接続され、Ｉ／Ｆ回路１３０を介してデータの送受信が行われる。
【００２０】
ハイパースペクトルカメラ１００は、例えば受光レンズ１０２と、レンズ１０３と、電子スリット１０４と、電子スリット駆動回路１０５と、回折格子１０６と、イメージインテンシファイア１０８と、制御回路１０９と、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０と、ＦＰＧＡ１１２と、ＲＡＭ１１４と、波長校正部１１６と、感度校正光源１１８と、ＣＰＵ１２０と、Ｉ／Ｆ回路１３０と、照度センサ１６０などからなる。
【００２１】
受光レンズ１０２は、被写体からの光が入射され、入射された光を電子スリット１０４に照射する。受光レンズ１０２は、例えばフォーカス駆動部によって駆動され、被写体像をＣＭＯＳイメージセンサ１１０のセンサ本体部１１３上に合焦させることができる。なお、受光レンズ１０２はフレネルレンズに置き換えてもよい。
【００２２】
電子スリット１０４は、例えば透過型モノクロ液晶からなり、印加される電圧に応じて液晶の方向が変化し、図４（Ａ）に示すようにスリット１０４Ａを形成する。図４は、本実施形態に係る電子スリット１０４を示す説明図である。電子スリット１０４は、スリット１０４Ａが形成された部分において受光レンズ１０２を経由した被写体からの光を透過させることができる。一方、電子スリット１０４は、スリット１０４Ａが形成された部分以外の遮光部分１０４Ｂにおいて被写体からの光を遮断する。電子スリット１０４に形成されるスリット１０４Ａは、微細な幅を有する開口である。
【００２３】
スリット１０４Ａは、電子スリット１０４の平面をＸＹ座標で表したとき、例えばＸ軸方向（第一の方向）に平行な開口であり、被写体からの光をＸ軸方向に平行な線状の光に絞って透過させる。そして、スリット１０４Ａは、図４（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向（第二の方向）に一端側から他端側に向けて位置を移動する。スリット１０４Ａの移動は液晶の方向の変化によるもので電気的に制御される。
【００２４】
電子スリット１０４の動作例を説明すると、まず、起動時に液晶に電圧を印加し電子スリット１０４の全ピクセルを黒色に反転させる。その後、任意ラインのピクセルを透明にしてスリット１０４Ａを形成する。そして、画像取得後、スリット１０４Ａが形成されていた部分を黒に反転し、１ピクセル上のラインのピクセルを透明にする。このように、スリット１０４Ａの位置を可変させることによって、被写体（対象物体）のスキャンニングを行う。本実施形態による電気的なスキャン方式は、速度に限界がある従来の機械的スキャン方式に比べて、高速化が可能である。また、振動が生じる環境にも影響を受けにくいという利点がある。
【００２５】
電子スリット１０４を透過した光は、回折格子１０６に照射される。電子スリット１０４は、例えば強誘電性液晶（ferroelectric  liquid  crystal）によって構成される。これにより、スリット位置の高速な切り替えによる被写体の高速スキャンを実現できる。また、単位時間当たりに取得できる１組のハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）の数は、電子スリット１０４の応答速度が速くなるほど多くなり、撮影された対象物体をより滑らかな動きで再生できるようになる。なお、ハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）は、２次元画像の各ピクセルに分光スペクトル強度の情報を持った３次元データセットである。
【００２６】
電子スリット１０４は、可変スリット部材の一例である。なお、本発明では、可変スリット部材は電子スリット１０４に限定されない。可変スリット部材は、例えばボイスコイルによる駆動によって、スリットを磁力で１次元方向に移動させる構成を有するものでもよい。また、可変スリット部材のスリットの移動は、超音波リニアアクチュエータ又は超小型リニアモーターによる駆動でもよいし、回転ミラーを用いた構成によるものでもよい。
【００２７】
電子スリット駆動回路１０５は、駆動信号を電子スリット１０４に出力して、電子スリット１０４を駆動する。
【００２８】
回折格子１０６は、例えば多数の溝が平行に等間隔で形成された基板であり、電子スリット１０４を通過したＸ軸方向に平行な線状の光を複数の波長領域に分光する。本実施形態では、例えば、４００〜８００ｎｍの可視光から近赤外までの領域を適用範囲とし、回折格子１０６がその領域を複数のバンド（波長領域）に分光する。回折格子１０６は、分光光学素子の一例である。回折格子１０６は、例えば、透過型回折格子を用いることができる。なお、回折格子は、機械刻線回折格子やホログラフィック回折格子などの反射型回折格子を用いてもよい。なお、本実施形態では、分光光学素子が回折格子１０６であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。分光光学素子は、例えば、入射した光をスペクトル分解することができるプリズムや光音響素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic  Modulator）でもよい。
【００２９】
リレーレンズ１０７は、複数のレンズから構成される光学系部材であり、回折格子１０６で分光された光が入射される。リレーレンズ１０７は、例えばイメージインテンシファイア１０８の前段及び後段に設けられる。リレーレンズ１０７は、分光された光をＣＭＯＳイメージセンサ１１０のセンサ本体部１１３に照射し、センサ本体部１１３の撮像面に被写体からの分光された光を結像させる。なお、リレーレンズ１０７はフレネルレンズを組み合わせて構成してもよい。
【００３０】
イメージインテンシファイア（I.I:  image  intensifier）１０８は、映像増強管であり、受光した光を増幅させる。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０は、増幅された光を受光でき、明暗に対する感度帯域幅を広げることができる。イメージインテンシファイア１０８は、光を例えば数千倍のオーダーで増倍できる。イメージインテンシファイア１０８は、光増幅部の一例である。イメージインテンシファイア１０８は、高圧電源から電力の供給を受ける。
【００３１】
制御回路１０９は、制御信号をイメージインテンシファイア１０８に出力する。制御信号は、イメージインテンシファイア１０８の動作を制御する。イメージインテンシファイア１０８は、制御信号によって例えばゲート（光シャッター）の開放又は遮断といった動作をする。
【００３２】
ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサ１１０は、センサ本体部１１３を有し、センサ本体部１１３はリレーレンズ１０７を通過し撮像面に結像された光を光電変換によって電気信号に変換する複数の画素を有する。ＣＭＯＳイメージセンサ１１０は、撮像素子の一例である。ＣＭＯＳイメージセンサ１１０は、生成された電気信号を例えばＦＰＧＡ１１２に出力する。ＣＭＯＳイメージセンサ１１０の撮像面には、回折格子１０６で分光された光が結像される。ＣＭＯＳイメージセンサ１１０は駆動回路１１１を有し、駆動回路１１１はデータの読み出しなどを行う。
【００３３】
ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）１１２は、プログラミング可能なＬＳＩ（集積回路）であり、取得された画像に関するデータ処理を行う。ＦＰＧＡ１１２は、ＲＡＭ１１４にデータを書き込んだりＲＡＭ１１４からデータを読み出したりする。ＦＰＧＡ１１２は、複数存在するＲＡＭ１１４のうちどのＲＡＭ１１４に対してデータ処理をするかという選択も行う。ＦＰＧＡ１１２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０で生成された電気信号を受信し、ハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）としてＲＡＭ１１４に被写体のスペクトルデータを記録させる。
【００３４】
ＲＡＭ１１４は、取得された画像に関するデータを一時的に記憶する。ＲＡＭ１１４は、被写体のスペクトルデータをＨＳＤとして記録する。ＨＳＤは、例えば、６４０×８００ピクセルの画像領域を有しており、それぞれのピクセルごとに複数のバンド（波長領域）のスペクトル情報が含まれている。即ち、各ピクセルは（ｘ，ｙ，λ）の３次元のデータセットを有する。ここで、ｘ、ｙは画像平面の位置を表し、λは波長を表す。そして、ピクセルごとのスペクトル情報は、個々に読み出しが可能である。
【００３５】
ＦＰＧＡ１１２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０から出力された電気信号に基づいて各ピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）を算出する。また、ＦＰＧＡ１１２は、ピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）と、波長λとの対応付けを行う。なお、スリット１０４ＡがＹ軸方向に移動するにつれて、波長λの位置も撮像面上でＹ軸方向に移動するため、ピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）と、波長λとの対応付けは、電子スリット１０４におけるスリット１０４Ａの位置情報と関連付けて行う。
【００３６】
ＦＰＧＡ１１２は、各ピクセルの（ｘ，ｙ，λ）の３次元のデータセットに基づいて、複数の波長領域ごとに画像平面上の物理量の分布を算出する。そして、ＦＰＧＡ１１２は、波長λのピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）と、電子スリット１０４におけるスリット１０４Ａの位置に基づいて、複数の波長領域ごとに動画像を生成する。ＦＰＧＡ１１２は画像生成部の一例である。
【００３７】
波長校正部１１６は、波長校正用の光を出力して、その光を上述した受光レンズ１０２と、電子スリット１０４などの光学系に照射する。
【００３８】
ＣＰＵ１２０は、波長校正部１１６が出力した光を用いて取得される校正用スペクトルデータと、予め記憶された参照用スペクトルデータを比較し、比較結果に基づいて、撮影時に得られるスペクトルデータを補正する。波長校正部１１６を用いることによって、振動や各素子の経時変化によって生じる波長のずれを補正できる。
【００３９】
波長校正部１１６の光源は、例えば、波長分布がシャープな基準波長を含む離散スペクトル光源であり、本実施形態ではＬＥＤ１７４を使用する。なお、波長校正は、吸収スペクトルを基準にした校正をしてもよい。
【００４０】
感度校正光源１１８は、ハロゲンランプ等の連続スペクトル光源である。感度校正をする際、感度校正光源１１８は、感度校正用の光を出力して、その光を上述した受光レンズ１０２と、電子スリット１０４などの光学系に照射する。ＣＭＯＳイメージセンサ１１０は、付着する汚れ、素子の経時変化、温度変化のため感度が変化する。感度校正をすることによって、特性のずれを補正できる。
【００４１】
ＣＰＵ１２０（Central  Processing  Unit）は、プログラムによって演算処理装置及び制御装置として機能し、ハイパースペクトルカメラ１００内に設けられた各構成要素の処理を制御することができる。
【００４２】
Ｉ／Ｆ回路１３０は、例えばCamera  Link、Gigabit  Ethernet（登録商標）等の規格によってデータの送受信を行う。
【００４３】
照度センサ１６０は、周辺環境の光を受光する。受光量に基づいて、ハイパースペクトルカメラ１００の観測環境のフィードバックを行い、イメージインテンシファイア１０８の増倍率を調整する。ＣＭＯＳイメージセンサ１１０を用いた系統とは別に環境光を受光する系統を設けることによって、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０における長時間露光が不要となり、劣化を防止できる。
【００４４】
ビデオモニタ１５０は、ＦＰＧＡ１１２で算出された結果を視覚的に表示することができる。ビデオモニタ１５０は、複数の波長領域ごとに画像平面上の物理量（光の強度）の分布などを表示することができる。
【００４５】
次に、イメージインテンシファイア１０８について説明する。図５は、本実施形態に係るイメージインテンシファイア１０８を示す説明図である。イメージインテンシファイア１０８は、極微弱な光を検知し、増倍してコントラストのある像として可視化することができる。イメージインテンシファイア１０８は、端部に光が入射する入射窓１８１と光が出射する出力窓１８５をそれぞれ備える。
【００４６】
イメージインテンシファイア１０８において、光電面１８２上に結像された光は電子に変換される。そして、電子は光電面１８２とＭＣＰ（Micro  Channel  Plate）１８３と間の電圧によって加速され、ＭＣＰ１８３の各チャンネルに入射する。入射した電子は、ＭＣＰ１８３の両端の電圧勾配によって数十回の衝突を繰り返すことで、２次電子が増加し、ＭＣＰ１８３の出力端から多数の電子が放出される。更に、ＭＣＰ１８３の出力面と蛍光面１８４との間の電圧によって、電子が加速され蛍光面１８４に衝突する。最終的に、イメージインテンシファイア１０８によれば、入射した光学像に対して約１〜１０００万倍（ＭＣＰ１８３の段数による）に増強された出力像を得ることができる。
【００４７】
次に波長校正部１１６について説明する。
波長校正部１１６は、図６に示すように、異なる波長を出力する複数の波長校正光源１７０と拡散板１７２などを有する。波長校正光源１７０は、図７に示すように、例えばＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）１７４と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１７６と、レンズ１７８などからなる。図６は、本実施形態に係る波長校正部１１６を示す説明図である。図７は、本実施形態に係る波長校正光源１７０を示す説明図である。波長校正光源１７０のＬＥＤ１７４から出力された光はＢＰＦ１７６を通過し、レンズ１７８を介して外部に照射される。拡散板１７２は波長校正光源１７０から出力された光を拡散しながら透過させる板部材である。
【００４８】
ＬＥＤ１７４は、温度に応じて発光する波長が変化する。図８（Ａ）は、ＬＥＤ１７４の発光強度と波長の関係を示すグラフであり、温度変化によってＬＥＤ１７４の波長分布が変化する様子を示している。図８（Ｂ）は、ＢＰＦ１７６の透過率と波長の関係を示すグラフである。ＢＰＦ１７６は、ＬＥＤ１７４の基準波長（例えばピーク波長）を透過させ、基準波長（例えばピーク波長）の低域側と高域側の波長分布をカットする特性を有する。波長校正光源１７０において、ＬＥＤ１７４とＢＰＦ１７６を組み合わせることで、図８（Ｃ）に示すように、温度変化によって波長分布が変化した場合でも、一定の波長領域の光を出力させることができる。図８（Ｃ）は、ＬＥＤ１７４の発光強度と波長の関係を示すグラフである。その結果、本実施形態では、ＬＥＤ１７４の温度特性を抑制して波長変化の少ないスペクトル光源を実現できる。
【００４９】
ハイパースペクトルカメラ１００が、管理者やユーザーによる定期的なメンテナンスが不可能な車載センサなど組み込み型である場合は、波長校正部１１６による校正が自動的に行われるようにするとよい。ハイパースペクトルカメラ１００が、管理者やユーザーによる定期的なメンテナンスが可能な計測器として使用される場合は、管理者やユーザーによる校正操作が可能な構成を有する。
【００５０】
［２．一実施形態の動作］
次に、本発明の一実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の動作について説明する。図９は、本実施形態に係るハイパースペクトルカメラ１００の動作を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、電子スリット１０４のスリット１０４Ａを、最下端Ｙ＝ｙ０にセットする（ステップＳ１１）。そして、スリット１０４Ａがｙ０にあるときのＣＭＯＳイメージセンサ１１０上の画像データを取得する（ステップＳ１２）。スリット１０４Ａのｘ方向の線状の光は、回折格子１０６によってｙ方向に分光され、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０の撮像面上に２次元的に結像する。この結像した画像の画像データを取得できる。
【００５２】
次に、波長テーブルを使用して、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０上のｙ方向の座標を波長λに変換する（ステップＳ１３）。ある指定されたスリット１０４Ａの位置に対し、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０には、ｙ方向に波長方向の分光スペクトル強度が投影される。波長テーブルはｙ方向のピクセル位置と、投影される波長との対応関係を示す表であり、スリット１０４Ａの位置ごとにテーブルデータを有する。
【００５３】
従来は、撮像素子に対してスリット位置が固定されていたため、波長テーブルは一つであった。一方、本実施形態のハイパースペクトルカメラ１００では、スリット１０４Ａを電子的に移動させることから、各スリット位置に対して一つずつ波長テーブルを対応させる。
【００５４】
そして、スリット１０４Ａがｙ０にあるときの分光スペクトルによるハイパースペクトルデータ（ｘ，ｙ０，ｌ（λ））を取得する（ステップＳ１４）。ハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）は、２次元画像の各ピクセルに分光スペクトル強度の情報を持った３次元データセット（ｘ，ｙ０，ｌ（λ））である。
【００５５】
次に、スリット１０４Ａの位置をｙ軸方向にΔｙ分移動させる（ステップＳ１５）。そして、上述したステップＳ１２からステップＳ１５を繰り返して、スリット１０４Ａの位置がＹ＝ｙｍａｘまでのＨＳＤ（ｘ，ｙｎ，ｌ（λ））のデータセットとして蓄積していく。ここでｎは０からｍａｘまでの整数である。
【００５６】
そして、蓄積されたＨＳＤ（ｘ，ｙｎ，ｌ（λ））を用いることで、各λに対応する（ｘ，ｙ）画像を再構成することができる。例えば、図１０では、Ｘ軸方向とＹ軸方向に配列される画素を示し、各画素において波長領域と光の強度の関係からなるスペクトル情報が含まれることを示している。また、図１１に示すように、各波長領域λにおける光の強度の平面上の分布を表示することができる。図１１では、波長領域λが４００ｎｍから８００ｎｍの間の任意の波長領域に対応する平面分布を示している。また、図５では、任意の波長領域の平面分布を合成できることを説明している。任意の波長領域の平面分布を合成することで、ＰＣ１４０やビデオモニタ１５０に確度の高い表示を行うことが可能となる。なお、図１０及び図１１は、ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【００５７】
以上の通り、本実施形態によれば、電子スリット１０４においてスリット１０４Ａの位置を高速にスキャンすることができるため、１組のＨＳＤを短時間で取得することができる。その結果、単位時間当たりに取得できる１組のＨＳＤを増加させることができるため、ハイパースペクトル画像を動画像として得ることができる。
【００５８】
従来、ハイパースペクトルカメラ１０は、図１２に示すようにスリット４とＣＣＤ１１が同一のステージに搭載されたスキャン機構２０を有する。そして、スキャン機構２０が、デジタルサーボモータによって一の方向に移動されることによって、２次元画像を取得していた。図１２は、従来のハイパースペクトルカメラ１０を示す構成図である。ハイパースペクトルカメラ１０は、受光レンズ２と、スリット４と、回折格子６と、リレーレンズ７と、ＣＣＤセンサ１１と、スキャン機構２０と、デジタルサーボモータ２２などからなる。そして、ハイパースペクトルカメラ１０から画像データがＰＣ４０などに出力される。
【００５９】
従来のハイパースペクトルカメラ１０は、機械的なスキャン方式であったため、１組のハイパースペクトルデータを得るのに時間がかかり、単位時間当たりに取得できるハイパースペクトルデータの数に限界があった。例えば、従来のハイパースペクトルカメラ１０は、１組のハイパースペクトルデータを取得するのに１０数秒〜数十秒、又は数分のオーダーの時間がかかった。一方、本実施形態によれば、上述した通り、電子スリット１０４を用いることで、ハイパースペクトルデータは２次元空間、波長情報という立体的情報に加え、時間情報を含むことになり、動画像として再生可能なハイパースペクトルデータを得ることができる。
【００６０】
その結果、従来、ハイパースペクトルカメラ１０は限られた分野に使用されていたが、本実施形態のハイパースペクトルカメラ１００によれば、活用できる分野を広げることができる。即ち、移動する物体や、形状が時間と共に変化する物体などを被写体として撮影し、ハイパースペクトル技術を用いてこれらの物体を計測することで従来にない物体認識や特性解析が可能となる。例えば、移動物体の空間的形状とスペクトル計測による物体認識、火炎等のスペクトル計測とその分布変化の観測、細菌の特性とその広がりの可視化などに適用できる。
【００６１】
また、ハイパースペクトルカメラ１００は、自動車産業における安全運行支援用センサや運転手の体調モニタリング、航空宇宙分野におけるハイパースペクトルリモートセンシング、惑星探査用スペクトルセンサーとして使用できる。更に、ハイパースペクトルカメラ１００は、バイオ分野における蛍光たんぱく質の識別、医療分野におけるスペクトル内視鏡や癌の可視化、セキュリティシステムにおける人物認証に使用できる。また更に、軍事産業において、ハイパースペクトルカメラ１００は兵士向け対象物識別用特殊カメラ、ミサイル搭載センサ、無人偵察用センサに使用できる。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６３】
なお、上述した一実施形態のハイパースペクトルカメラ１００では、可変スリット部材として電子スリット１０４を用いるとしたが、本実施形態では可変スリット部材としてＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical  systems）スリットを用いてもよい。ＭＥＭＳスリットを設置する場合、ハイパースペクトルカメラ２００にはＭＥＭＳスリットと連動するＭＥＭＳミラーが更に設けられる。
【符号の説明】
【００６４】
１００、２００      ハイパースペクトルカメラ
１０２      受光レンズ
１０３，１７８      レンズ
１０４      電子スリット
１０４Ａ      スリット
１０４Ｂ      遮光部分
１０５      電子スリット駆動回路
１０６      回折格子
１０７      リレーレンズ
１０８      イメージインテンシファイア
１０９      制御回路
１１０      ＣＭＯＳイメージセンサ
１１１      駆動回路
１１２      ＦＰＧＡ
１１３      センサ本体部
１１４      ＲＡＭ
１１６      波長校正部
１１８      感度校正光源
１２０      ＣＰＵ
１３０      Ｉ／Ｆ回路
１４０      ＰＣ
１５０      ビデオモニタ
１５２      ビデオ出力変換回路
１６０      照度センサ
１７０      波長校正光源
１７２      拡散板
１７４      ＬＥＤ
１７６      ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
１８１      入射窓
１８２      光電面
１８３      ＭＣＰ（Micro  Channel  Plate）
１８４      蛍光面
１８５      出力窓
【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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【図１２】
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