(57)【要約】【課題】アスペクト比を適切に調整したハイパースペクトル画像を取得可能な分光測定装置を提供する。【解決手段】分光測定装置１００によれば、分析部３０により、測定対象物３の搬送速度、ハイパースペクトルカメラにおける撮像部２０のフレームレート、及び、撮像部２０の視野幅の少なくとも１つを制御することで、視野幅方向分解能と搬送方向分解能とを一致させることができる。これにより、アスペクト比を適切に調整したハイパースペクトル画像を取得することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段による搬送方向に対して垂直な方向に延びる視野領域ごとに、前記搬送手段上の前記測定対象物のハイパースペクトル画像を取得するライン型のハイパースペクトルカメラと、
前記ハイパースペクトルカメラの視野幅を調整する視野幅調整手段と、
前記ハイパースペクトルカメラで取得された前記ハイパースペクトル画像における視野幅方向分解能と搬送方向分解能とが一致するように、前記搬送手段による前記測定対象物の搬送速度、前記ハイパースペクトルカメラのフレームレート、及び、前記ハイパースペクトルカメラの視野幅の少なくとも１つを制御する制御手段と、
を備える分光測定装置。
【請求項２】
前記ハイパースペクトル画像を補正する補正手段を更に備え、
前記補正手段は、前記制御手段によって視野幅方向分解能と搬送方向分解能とを一致することができない場合に、
前記測定対象物の搬送速度、前記ハイパースペクトルカメラのフレームレート、及び、前記ハイパースペクトルカメラの視野幅に基づいて算出された視野幅方向分解能及び搬送方向分解能に基づいて、視野幅方向と搬送方向とのアスペクト比が１：１となるように、隣接するフレームに係る画像情報の平均化又は挿入により前記ハイパースペクトル画像を補正する請求項１記載の分光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物のハイパースペクトル画像を取得し、測定対象物に係る分析を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８９３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハイパースペクトル画像のアスペクト比が崩れると、本来の測定対象物の形状に応じたハイパースペクトル画像を取得できない場合がある。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、アスペクト比を適切に調整したハイパースペクトル画像を取得可能な分光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、
（１）測定対象物を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段による搬送方向に対して垂直な方向に延びる視野領域ごとに、前記搬送手段上の前記測定対象物のハイパースペクトル画像を取得するライン型のハイパースペクトルカメラと、
前記ハイパースペクトルカメラの視野幅を調整する視野幅調整手段と、
前記ハイパースペクトルカメラで取得された前記ハイパースペクトル画像における視野幅方向分解能と前記測定対象物の搬送方向分解能と、が一致するように、前記搬送手段による前記測定対象物の搬送速度、前記ハイパースペクトルカメラのフレームレート、及び、前記ハイパースペクトルカメラの視野幅の少なくとも１つを制御する制御手段と、
を備える分光測定装置
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アスペクト比を適切に調整したハイパースペクトル画像を取得可能な分光測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る分光測定装置の概略構成図である。
【図２】ハイパースペクトル画像について説明する図である。
【図３】アスペクト比の調整について説明する図である。
【図４】視野幅の調整について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
【００１０】
本願の分光測定装置は、（１）測定対象物を搬送する搬送手段と、前記搬送手段による搬送方向に対して垂直な方向に延びる視野領域ごとに、前記搬送手段上の前記測定対象物のハイパースペクトル画像を取得するライン型のハイパースペクトルカメラと、前記ハイパースペクトルカメラの視野幅を調整する視野幅調整手段と、前記ハイパースペクトルカメラで取得された前記ハイパースペクトル画像における視野幅方向分解能と搬送方向分解能と、が一致するように、前記搬送手段による前記測定対象物の搬送速度、前記ハイパースペクトルカメラのフレームレート、及び、前記ハイパースペクトルカメラの視野幅の少なくとも１つを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記の分光測定装置によれば、制御手段により、搬送手段による測定対象物の搬送速度、ハイパースペクトルカメラのフレームレート、及び、ハイパースペクトルカメラの視野幅の少なくとも１つを制御することで、視野幅方向分解能と搬送方向分解能とを一致させることができる。これにより、アスペクト比を適切に調整したハイパースペクトル画像を取得することができる。なお、搬送方向分解能とは、測定対象物の搬送方向における分解能のことを指す。
【００１２】
また、（２）上記（１）記載の分光測定装置において、前記ハイパースペクトル画像を補正する補正手段を更に備え、前記補正手段は、前記制御手段によって視野幅方向分解能と搬送方向分解能とを一致することができない場合に、前記測定対象物の搬送速度、前記ハイパースペクトルカメラのフレームレート、及び、前記ハイパースペクトルカメラの視野幅に基づいて算出された視野幅方向分解能及び搬送方向分解能に基づいて、視野幅方向と搬送方向とのアスペクト比が１：１となるように、隣接するフレームに係る画像情報の平均化又は挿入により前記ハイパースペクトル画像を補正する構成とすることもできる。
【００１３】
上記の構成によれば、測定対象物の搬送速度、ハイパースペクトルカメラのフレームレート、及び、ハイパースペクトルカメラの視野幅を調整することだけでは視野幅方向分解能と搬送方向分解能とを一致させることができない場合であっても、補正をすることにより、アスペクト比が１：１に調整したハイパースペクトル画像を取得することができる。
【００１４】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る分光測定装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１５】
本実施形態に係る分光測定装置１００について図１を用いて説明する。分光測定装置１００は、測定台２上に載置された測定対象物３の特性等を評価する装置とすることができる。分光測定装置１００の測定対象物３は特に限定されない。
【００１６】
分光測定装置１００は、近赤外光である測定光を測定対象物３に対して照射することにより得られる拡散反射光のスペクトルを測定し、そのスペクトルに基づいて測定対象物３の分光測定を行う。このため、分光測定装置１００は、光源部１０、撮像部２０（撮像手段）、分析部３０（制御手段）、及び、視野幅調整部４０（視野幅調整手段）を備える。なお、以下の実施形態では近赤外光を分光測定に使用する場合について説明するが、他の波長範囲の光を測定に用いてもよい。また、拡散反射光のスペクトルに替えて透過光のスペクトルを測定してもよい。
【００１７】
本実施形態で説明する分光測定装置１００では、測定台２が例えばコンベア、シューター、リフト等の搬送手段により構成され、測定台２上の測定対象物３が搬送方向（ｙ軸方向）に移動する場合に、搬送方向に対して垂直な方向（ｘ軸方向）に視野領域２０ｓを有する撮像部２０により、撮像を行う。なお、搬送手段による搬送速度（測定対象物３の移動速度）は、分析部３０からの指示に基づいて変更可能であるとする。
【００１８】
光源部１０は、近赤外光である測定光を、測定台２上における所定の照射領域Ａ１へ向けて照射する。光源部１０が照射する測定光の波長範囲は、測定対象物３によって適宜選択される。測定光としては、具体的には、波長範囲が８００ｎｍ〜２５００ｎｍの光が好適に用いられ、特に１０００ｎｍ〜２３００ｎｍの光が好適に用いられる。なお、本実施形態では、ハロゲンランプからなる光源１１を含む光源部１０について説明する。
【００１９】
照射領域Ａ１とは、測定対象物３を載置する測定台２の表面の一部の領域である。この照射領域Ａ１は、測定台２の一の方向（図１のｘ軸方向）に広がるライン状に延びる領域である。
【００２０】
光源部１０は、光源１１と、照射部１２と、光源１１と照射部１２とを接続する光ファイバ１３と、を備える。光源１１は、近赤外光を発生させる。
【００２１】
光源１１により発生された近赤外光は、光ファイバ１３の一方の端面へ入射される。この近赤外光は、光ファイバ１３のコア領域を導波し、もう一方の端面から照射部１２に対して出射される。
【００２２】
照射部１２は、光ファイバ１３の端面から出射される近赤外光を測定対象物３が載置される照射領域Ａ１に対して照射する。照射部１２は、光ファイバ１３から出射される近赤外光を入射して、照射領域Ａ１に対応した１次元のライン状に出射するため、照射部１２としてシリンドリカルレンズが好適に用いられる。このように照射部１２においてライン状に整形された近赤外光Ｌ１が、照射部１２から照射領域Ａ１に対して照射される。
【００２３】
光源部１０から出力された近赤外光Ｌ１は、照射領域Ａ１上に載置された測定対象物３により拡散反射される。そして、その一部が、拡散反射光Ｌ２として撮像部２０に入射する。
【００２４】
撮像部２０は、２次元に配置されたセンサによってハイパースペクトル画像を取得する所謂ハイパースペクトルセンサとしての機能を有する。ここで、本実施形態におけるハイパースペクトル画像について図２を用いて説明する。図２は、ハイパースペクトル画像についてその概略を説明する図である。図２に示すように、ハイパースペクトル画像とは、Ｎ個の画素Ｐ１〜ＰＮにより構成されている画像である。図２ではそのうちの一例として２個の画素Ｐｎ及びＰｍについて具体的に示している。画素Ｐｎ及びＰｍには、それぞれ複数の強度データからなるスペクトル情報Ｓｎ及びＳｍが含まれている。この強度データとは、特定の波長（又は波長帯域）におけるスペクトル強度を示すデータであり、図２では、１５個の強度データがスペクトル情報Ｓｎ及びＳｍとして保持されていて、これらを重ね合わせた状態で示している。このように、ハイパースペクトル画像Ｈは、画像を構成する画素毎に、それぞれ複数の強度データを持つという特徴から、画像としての二次元的要素と、スペクトルデータとしての要素をあわせ持った三次元的構成のデータである。なお、本実施形態では、ハイパースペクトル画像Ｈとは、１画素あたり少なくとも５つの波長帯域における強度データを保有している画像のことをいう。
【００２５】
図２では測定対象物３もあわせて示している。すなわち、図２においてＰｎは測定対象物３を撮像した測定対象物上の画素であり、Ｐｍは背景（例えば、測定台２）上の画素である。このように、撮像部２０では、測定対象物３だけでなく背景を撮像した画像も取得される。
【００２６】
図１に戻り、本実施形態に係る撮像部２０は、カメラレンズ２４と、スリット２１と、分光器２２と、受光部２３と、を備える。この撮像部２０は、その視野領域２０ｓ（撮像領域）は、測定台２上で照射領域Ａ１と同じ方向（ｘ軸方向）が長手方向となるように延びている。視野領域２０ｓは、測定台２上の照射領域Ａ１に含まれるライン状の領域であって、ここからの拡散反射光Ｌ２は、スリット２１を通過して受光部２３上に像を結ぶ。視野領域２０ｓの長さは、視野幅である。
【００２７】
スリット２１は、照射領域Ａ１の延在方向（ｘ軸方向）と平行な方向に開口が設けられる。撮像部２０のスリット２１に入射した拡散反射光Ｌ２は、分光器２２へ入射する。
【００２８】
分光器２２は、スリット２１の長手方向、すなわち照射領域Ａ１の延在方向に垂直な方向（ｙ軸方向）に拡散反射光Ｌ２を分光する。分光器２２により分光された光は、受光部２３によって受光される。
【００２９】
受光部２３は、複数の受光素子が２次元に配列された受光面を備え、各受光素子が光を受光する。これにより、受光部２３が測定台２上の照射領域Ａ１の延在方向（ｘ軸方向）に沿った各画素で反射した拡散反射光Ｌ２の各波長の光をそれぞれ受光することとなる。このように、撮像部２０は所謂ライン型のハイパースペクトルカメラにおける撮像手段として機能する。
【００３０】
各受光素子は、受光した光の強度に応じた信号を位置と波長とからなる二次元平面状の一点に関する情報として出力する。この受光部２３の受光素子から出力される信号が、ハイパースペクトル画像に係る画素毎のスペクトルデータとして、撮像部２０から分析部３０に送られる。
【００３１】
なお、撮像部２０における撮像間隔（フレームレート）は、可変であることが好ましい。すなわち、ハイパースペクトルセンサとして、複数種類のフレームレートから選択して設定するものを用いることが好ましい。
【００３２】
分析部３０は、画素毎のスペクトルデータを取得して、ハイパースペクトル画像Ｈを形成して出力する機能を有する。すなわち、ハイパースペクトルカメラにおける画像形成手段として機能する。また、拡散反射光Ｌ２のスペクトルを得て、この得られた画素毎のスペクトルデータを用いて、測定対象物３の測定を行う機能を有していてもよい。
【００３３】
さらに、分析部３０は、撮像部２０で取得された信号に基づいて、出力される画像のアスペクト比を調整する機能を有する。すなわち、分析部３０は、制御手段として機能する。また、アスペクト比の調整を行うために、撮像部２０における視野幅（視野領域２０ｓ）の調整が必要な場合は、視野幅調整部４０を制御して、撮像部２０の視野幅の調整を行う機能も有する。
【００３４】
この分析部３０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）、撮像部２０等の他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、分析部３０としての機能が発揮される。
【００３５】
視野幅調整部４０は、分析部３０からの指示に基づいて、撮像部２０の視野幅を調整する機能を有する。具体的には、撮像部２０自体を上下方向に移動させて、測定台２上の視野領域２０ｓ（視野幅）を変化させる機能を有する。
【００３６】
上記の分光測定装置１００は、一度の撮像によって（１フレームごとに）、視野領域２０ｓの延在方向（ｘ軸方向）に沿って所謂１次元のスペクトル画像を取得することができる。撮像した画像１フレームには、視野幅方向の位置情報に加えて、分光器２２により各位置の分光スペクトルが格納される。そして、測定対象物３を搬送方向（ｙ軸方向）に移動させつつ繰り返し撮像することで、縦横の位置情報とスペクトル情報が格納されたハイパースペクトル画像Ｈが取得される。
【００３７】
ここで、分析部３０によるアスペクト比の調整について、具体的に説明する。撮像部２０において取得されるハイパースペクトル画像Ｈは、そのアスペクト比が１：１ではない場合がある。アスペクト比は、撮像部２０における撮像の繰り返し速度（フレームレート）、撮像部２０の視野幅（視野領域２０ｓの長さ）、及び、搬送手段による測定対象物３の搬送速度によって定まる。したがって、ハイパースペクトル画像Ｈは、縦横の位置情報が含まれるので、測定対象物３に対応したハイパースペクトル画像Ｈを得るためには、視野幅方向（ｘ軸方向）と測定対象物３の搬送方向（ｙ軸方向）とのアスペクト比が１：１である必要がある。しかし、上記の３つの要件により、アスペクト比が崩れる場合がある。
【００３８】
例えば、図３（Ａ）では、ｘ軸方向に対してｙ軸方向の長さが大きくなった画像Ｈ１を示している。このような事象は、例えば、フレームレートが一定である場合に、測定対象物３の搬送速度が低速である場合に生じる。搬送速度が低速である場合には、測定対象物３が１画素分移動していない状態で次の撮像が行われるため、隣接する画素間で重複して撮像が行われる領域が発生する。その結果、ｙ軸方向に延びた画像Ｈ１が得られる。
【００３９】
また、図３（Ｂ）では、ｘ軸方向に対してｙ軸方向の長さが小さくなった画像Ｈ２を示している。このような事象は、例えば、フレームレートが一定である場合に、測定対象物３の搬送速度が高速である場合に生じる。搬送速度が高速である場合には、測定対象物３が１画素分以上移動した状態で次の撮像が行われるため、隣接する画素のどちらにも撮像されていない領域が発生する。その結果、ｙ軸方向に縮んだ画像Ｈ２が得られる。
【００４０】
特に画像Ｈ２のように、測定対象物３がｙ軸方向に短く見える場合には、上述したように、測定対象物３に係る情報を十分に取得できていない状態となる。スペクトル情報は、画素毎に取得される。したがって、例えば、スペクトル強度を抽出して計算した値などを用いた定性検査、定量検査にハイパースペクトル画像Ｈを使用する場合において、測定対象物３がｙ軸方向に短く見えるＨ２では、測定対象物３の適切な部位からのスペクトル抽出が困難となる。そのため、分析結果が当初想定していたものと異なってくる可能性がある。
【００４１】
これに対して、本実施形態に係る分光測定装置１００では、ハイパースペクトル画像Ｈのアスペクト比を１：１とし、測定対象物３の形状に対応したハイパースペクトル画像Ｈ０を取得することを実現する。この点について、以下具体的に、説明する。
【００４２】
撮像部２０の視野幅方向（ｘ軸方向）と測定対象物３の搬送方向（ｙ軸方向）とのアスペクト比を１：１とするためには、空間分解能を１：１とすればよい。ここで、視野幅方向（ｘ軸方向）の分解能は、視野幅の長さ（視野領域２０ｓの長さ）及び撮像部２０における視野幅方向（ｘ軸方向）の画素数によって、以下の数式（１）のように求められる。
視野幅方向分解能＝視野幅／視野幅方向の画素数  …（１）
【００４３】
一方、測定対象物３の搬送方向（ｙ軸方向）の分解能は、以下の数式（２）のように求められる。
搬送方向分解能＝測定対象物３の搬送速度／撮像部２０のフレームレート  …（２）
【００４４】
したがって、視野幅方向と搬送方向の分解能が等しくなるには、以下の数式（３）を満たさなければならない。
視野幅／視野幅方向の画素数＝測定対象物３の搬送速度／撮像部２０のフレームレート  …（３）
【００４５】
ここで、撮像部２０における視野幅方向（ｘ軸方向）の画素数は、一般的に容易に変更することは困難であるので、画素数を定数と考えると、上記の数式（３）は、３変数の方程式ということもできる。
【００４６】
そこで、本実施形態に係る分光測定装置１００では、上記の数式（３）に含まれる視野幅、測定対象物３の搬送速度、及び撮像部２０のフレームレートを分析部３０によって制御することで、視野幅方向分解能と搬送方向分解能との比を１：１とする。これにより、アスペクト比が１：１のハイパースペクトル画像Ｈを得ることが可能とする。
【００４７】
本実施形態に係る分光測定装置１００では、視野幅調整手段４により、測定台２に対する撮像部２０の高さ位置を変更可能とする。視野幅調整手段４により、撮像部２０の高さ位置を移動することで、図４に示すように、測定台２と撮像部２０との距離を変更することができる。したがって、視野領域２０ｓを変えることができる。また、分光測定装置１００では、測定台２における測定対象物３の搬送速度、すなわち、測定対象物３の搬送速度を変更可能とする。また、撮像部２０におけるフレームレート設定値をいくつかの選択肢から変更・設定可能とする。これにより、上記の数式（３）に含まれる視野幅、測定対象物３の搬送速度、及び撮像部２０のフレームレートが変更可能となる。
【００４８】
分析部３０において、これらの数値を制御する方法の例を以下に説明する。具体的には、例えば、分光測定装置１００の測定対象物３に合わせて、装置のユーザが視野幅（又はこれに対応する視野幅方向分解能）を入力すると、分析部３０からの指示に基づいて、視野幅調整手段４により撮像部２０の高さ位置が調整される。同時に、撮像部２０で設定可能なフレームレートを選択して、視野幅及びフレームレートに基づいて、測定対象物３の移動速度（搬送手段による搬送速度）を決定する。これにより、出力されるハイパースペクトル画像Ｈのアスペクト比が１：１となるように制御することが可能となる。なお、フレームレートの選択肢が複数存在する場合は、露光時間及び信号強度を考慮して、ユーザがフレームレートを選択する構成としてもよい。
【００４９】
また、上記の方法を用いてアスペクト比を１：１に補正することができない場合、１画素分の視野幅方向分解能及び搬送方向分解能を算出して、出力するハイパースペクトル画像Ｈのアスペクト比を計算し、アスペクト比を１：１に補正するための処理を行う機能を補正手段として備えていてもよい。アスペクト比が１：１ではない場合には、一方向側の画素情報を補うことによりアスペクト比を調整することができる。そこで、例えば、隣接するフレーム間の画像情報を平均化することで画像情報を減らす、又は、隣接するフレームと同一の画像情報を挿入することで画像情報を増やす、等の方法で、ハイパースペクトル画像Ｈのアスペクト比の過不足を調整する構成としてもよい。この構成を備えている場合、視野幅、測定対象物３の搬送速度、及び撮像部２０のフレームレートを調整することで、視野幅方向分解能と搬送方向分解能とを一致させることができない場合であっても、アスペクト比を１：１に調整したハイパースペクトル画像Ｈを取得することができる。
【００５０】
ただし、フレームレートが低い場合に、過剰に速い搬送速度を適用すると、補正材料として用いる各フレーム画像情報が欠損し、補正後のハイパースペクトル画像Ｈを構成するスペクトルデータの品質が劣化する。これは、本来得られるはずであった数画素分のスペクトルデータが１画素分のデータに圧縮されてしまい、分離不可能となることを意味する。したがって、出力画像から本来の位置情報に基づくスペクトルを抽出することが出来なくなるため、分析の結果が悪化することが考えらえる。したがって、補正が必要となる場合であっても、補正前のハイパースペクトル画像は、視野幅方向分解能と搬送方向分解能とが大きく異なるものではなく、できるだけ近付けた（調整した）画像であるものが好ましい。
【００５１】
なお、本発明に係る分光測定装置は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のように分光測定装置が光源部１０、撮像部２０及び分析部３０を備えている構成には限定されず、少なくとも撮像部２０と分析部３０とを備えていればよい。また、撮像部２０と分析部３０とは、一体型であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、近赤外光を用いた測定について説明したが、例えば可視光領域等他の波長帯域の光を用いた測定にも適用することができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、分光測定装置１００において、視野幅、測定対象物の搬送速度、及び撮像部２０のフレームレートが調整可能な場合について説明したが、この構成には限定されない。例えば、視野幅が固定されている場合であっても、測定対象物の搬送速度、及び撮像部２０のフレームレートを調整することにより、視野幅方向分解能と搬送方向分解能とを一致させることは可能である。したがって、視野幅、測定対象物の搬送速度、及び撮像部２０のフレームレートの一部のみが調整可能な装置であってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、視野幅調整部４０として、撮像部２０の高さ位置を変更する構成について説明したが、撮像部２０の高さ位置を変更する方法とは別の方法で視野幅を変更する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１００…分光測定装置、３…測定対象物、１０…光源部、２０…撮像部、２１…スリット、２２…分光器、２３…受光部、３０…分析部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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