(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する試料ホルダと、
紫外域から近赤外域にわたる波長域の光であって、段階的に波長が異なる複数種の光を検査光として前記試料に順次照射する照射手段と、
前記試料の試料面を中心波長が異なる複数の撮像可能波長帯域で撮像して各々の波長帯域に対応する画像を取得する撮像装置とを有し、
前記撮像画像から前記試料の光学的な特徴を抽出し、複数の画像の代表画像を得る特徴抽出装置であって、
前記撮像装置は互いに撮像可能波長帯域が異なり、且つそれぞれ固有の光感受特性を有するとともに、１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部が他の１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部と重複して波長重複領域となった複数のカメラからなり、
前記試料ホルダの撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点と暗さレベルを示す黒基準点を設けるとともに、
前記波長重複領域内で、その波長重複領域を有する両カメラで撮像した前記白基準点の白レベル値と前記黒基準点の黒レベル値の明るさ及び両基準点間の濃度勾配が所定レベル以上の近似度となるように前記撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算しつつ順次カメラ画像データを得る演算撮像手段を具備したことを特徴とする特徴抽出装置。
【請求項２】
前記試料面の特徴撮影に際して所定の撮影条件で先行撮影を行ってこの撮像画像を表示する先行撮像画像表示手段と、
該先行撮像画像表示手段に表示された画像に白基準点の座標と黒基準点の座標を設定する基準点座標の設定入力手段を備え、
前記設定入力手段により座標を設定された白黒両基準点の明るさ及び両基準点間の濃度勾配をこの後に得られる撮像画像濃淡値の同率拡縮補正演算の指標とすることを特徴とする請求項１に記載の特徴抽出装置。
【請求項３】
前記演算撮像手段に関し、試料面から得られる撮像画像につき白黒両基準点の白黒両レベル値の差を求めるとともにこの差値が予め設定された値以下の場合、白黒両レベル値に所定の設定値を加減演算して得た第２の所定レベル値に対し拡縮補正演算を行うこととして、濃淡レベル値が微小な撮像画像の過大な階調演算補正を防止することを特徴とする請求項１に記載の特徴抽出装置。
【請求項４】
試料を保持する試料ホルダと、
紫外域から近赤外域にわたる波長域の光であって、段階的に波長が異なる複数種の光を検査光として前記試料に順次照射する照射手段と、
前記試料の試料面を中心波長が異なる複数の撮像可能波長帯域で撮像して各々の波長帯域に対応する画像を取得する撮像装置とを有し、
前記撮像画像から前記試料の光学的な特徴を抽出し、複数の画像の代表画像を得る特徴抽出システムであって、
前記試料ホルダ、前記照射手段と前記撮像装置を備え、前記撮像装置は互いに撮像可能波長帯域が異なり、且つそれぞれ固有の光感受特性を有するとともに、１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部が他の１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部と重複して波長重複領域となった複数のカメラからなり、前記試料ホルダの撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点と暗さレベルを示す黒基準点を設けている本体部と、
前記波長重複領域内で、その波長重複領域を有する両カメラで撮像した前記白基準点の白レベル値と前記黒基準点の黒レベル値の明るさ及び両基準点間の濃度勾配が所定レベル以上の近似度となるように前記撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算しつつ順次カメラ画像データを得る演算装置と、
前記本体部と前記演算装置を接続し、前記本体部で得られた撮像画像を前記演算装置に集める通信回線と、
を有することを特徴とする特徴抽出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は検査すべき試料、とりわけ紙面に文字や絵柄模様等が印刷された紙葉類の紙面を光学的に特性分析して特徴を抽出し且つ分類する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙幣、有価証券、切手等、紙葉を媒体として交換価値を体現させたものにあっては、その真贋鑑別が常に大きな問題となる。真贋あるいは同異を鑑別するにあたっては、その紙葉類の特徴が何であるかを適正に把握しておく必要がある。
【０００３】
近年ではカラーコピー機、カラープリンタ、スキャナ等の性能向上と価格低下が進み、紙葉類の偽造を誘発しやすくなっている。そのため、市販のカラーコピー用トナーやプリンタインクには含まれない物質、例えば蛍光物質その他の機能性材料を用いて、通常の照明条件下では、且つ肉眼では見えないマーキングを施すといったことも行われる。これらのマーキングは当然に紙葉類の特徴を構成する。
【０００４】
特開２００１−５２２３２号公報に記載された紙葉類真偽識別装置では、被識別紙の特定部位に紫外線を照射し、この紫外線照射部位からの透過光または反射光を波長選択フィルタにかけて特定の波長帯域の光のみフォトセンサアレイに受光させ、フォトセンサアレイの光出力信号に基づき被識別紙の紙質の真偽を識別し、また、紫外線照射によって蛍光を発生する蛍光体の真偽を識別し、両識別結果がいずれも真のとき、被識別紙を真としている。
【０００５】
上記紙葉類真偽識別装置はフォトセンサの光出力信号により紙葉類に使われている紙が本物であるかどうかを識別する。ただしこの装置はすでに認知されている光学特性を確認するものであり、その紙の上の印刷図形までチェックするものではないため、紙葉類の真贋鑑別手法として万全であるとは言い難い。
【０００６】
特開平４−２８８６９７号公報に記載された書類検査装置では、波長の異なった少なくとも２つの光部分を書類の共通区域上に向け、反射光または透過光を直線状検出器で検出する。
【０００７】
上記書類検査装置は印刷図形を検査基準とすることができる。また複数個の検出器で反射光または透過光を検出し、検出器から来る信号を単独で、または適切な組合わせで評価するものであり、多面的な検査が可能である。しかしながら、複数個の検出器により得たデータをどのように関連づけて処理し、検査装置の機能を向上させるかについては、技術面での追求が十分になされているとは言い難い。
【０００８】
また分光光度計等、広波長帯域で試料の光学特性を計測する装置は周知であるが、スポット状の計測エリアが設定されているのみであり、紙面全域の特性計測は難しい。また、単に測定時点の測定条件下での計測値を示すのみである。ＣＣＤカメラ等で試料紙面の光学画像を複数の波長で撮像する装置もあるが、検索波長帯域が狭い（４００〜１０００ｎｍ）。また試料面撮像画像を得るのみであり、各検索波長に対応する画像からの特徴抽出を行うものではない。
【０００９】
従って、広波長帯域にわたる試料紙面の光学特性の検索と特徴抽出には、撮像波長帯域の異なる複数種のカメラからなる撮像装置と、これら複数種のカメラから各波長別に得られる多数枚の撮像画像を対象として特徴を抽出し更にはこれらの特徴を分類する演算装置が必要になる。例えば広い波長帯域の中から約１００万画素の画像を７２００枚撮像し、その全画像の特徴を抽出するとなると、膨大な労力と時間を要する。更には、これらの撮像画像が各々明るさや濃度勾配等のカメラ特性を異にしていた場合、特徴抽出は困難をきわめる。また、多数の試料から得た基準試料と新しい試料との光学特性の同異判定を行おうとしても、このような状況下では比較判定の作業自体が困難であり、十分に満足できる結果は得られなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、可視光領域にとどまらない広い波長帯域で試料の光学的特徴を抽出でき、しかも得られたデータの一元的な処理が可能で且つ演算装置のシステムリソースを効率的に活用できる特徴抽出装置及び特徴抽出システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明特徴抽出装置は、試料を保持する試料ホルダと、紫外域から近赤外域にわたる波長域の光であって、段階的に波長が異なる複数種の光を検査光として前記試料に順次照射する照射手段と、前記試料の試料面を中心波長が異なる複数の撮像可能波長帯域で撮像して各々の波長帯域に対応する画像を取得する撮像装置とを有し、前記撮像画像から前記試料の光学的な特徴を抽出し、複数の画像の代表画像を得る特徴抽出装置であって、前記撮像装置は互いに撮像可能波長帯域が異なり、且つそれぞれ固有の光感受特性を有するとともに、１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部が他の１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部と重複して波長重複領域となった複数のカメラからなり、前記試料ホルダの撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点と暗さレベルを示す黒基準点を設けるとともに、前記波長重複領域内で、その波長重複領域を有する両カメラで撮像した前記白基準点の白レベル値と前記黒基準点の黒レベル値の明るさ及び両基準点間の濃度勾配が所定レベル以上の近似度となるように前記撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算しつつ順次カメラ画像データを得る演算撮像手段を具備したことを特徴としている。
【００１２】
この構成によれば、複数のカメラによる広い波長帯域での光学特性の検索が可能となる。また、一方のカメラから他方のカメラへ切り替わっても画像の違いは小さく、同一の画像処理手法でこれら画像の光学的特徴が抽出できる。従ってカメラが複数であっても画像処理ソフトウェアとデータ蓄積部を一元化し、システムリソースの節約と処理のスピードアップを図ることができる。
【００１３】
試料を試料ホルダに保持し、この試料に検査光発生装置の発生する検査光を照射し、この試料面を、前記撮像装置が所定の異なる波長帯域で撮像し、これら各波長帯域に対応する画像を取得するから、試料の光学的な特徴を抽出するのに必要な各波長帯域別の画像を確実に取得することができる。
【００１４】
前記試料ホルダの撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点と暗さレベルを示す黒基準点とを設けるとともに、前記波長重複領域内で、その波長重複領域を有する両カメラで撮像した前記白基準点の白レベル値と前記黒基準点の黒レベル値の明るさ及び両基準点間の濃度勾配が所定レベル以上の近似度となるように当該撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算しつつ順次カメラ画像データを得るようにしたから、各撮像画像のダイナミックレンジが揃うこととなり、撮像手段の感度のバラツキ（明るさと濃度勾配において）をなくすことができる。
【００１５】
また本発明では、上記構成の特徴抽出装置において、前記試料面の特徴撮影に際して所定の撮影条件で先行撮影を行ってこの撮像画像を表示する先行撮像画像表示手段と、該先行撮像画像表示手段に表示された画像に白基準点の座標と黒基準点の座標を設定する基準点座標の設定入力手段を備え、前記設定入力手段により座標を設定された白黒両基準点の明るさ及び両基準点間の濃度勾配をこの後に得られる撮像画像濃淡値の同率拡縮補正演算の指標とすることを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、先行撮影画像を確認しつつその画像内の適切な座標位置に白基準点と黒基準点を設定できるから、この後に得られる撮像画像の濃淡値の同率拡縮補正演算の指標として適切な明るさ及び両基準点間の濃度勾配を有する白黒両基準点を設定することができる。
【００１７】
また本発明では、上記構成の特徴抽出装置において、前記演算撮像手段に関し、試料面から得られる撮像画像につき白黒両基準点の白黒両レベル値の差を求めるとともに、この差が予め設定された値以下の場合、白黒両レベル値に所定の設定値を加減演算して得た第２の所定レベル値に対し拡縮補正演算を行うこととして、濃淡レベル値が微小な撮像画像の過大な階調演算補正を防止するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
この構成によれば、濃淡レベル差の微小な画像、すなわち殆ど全面白又は黒といった画像が得られた場合、微小な濃淡特性が異常に拡大補正されることをなくし、異常に補正された画像の混入による無意味な特徴抽出及び／又はこれらの特徴の同類分類演算がなされることを防止できる。
【００１９】
本発明特徴抽出システムは、試料を保持する試料ホルダと、紫外域から近赤外域にわたる波長域の光であって、段階的に波長が異なる複数種の光を検査光として前記試料に順次照射する照射手段と、前記試料の試料面を中心波長が異なる複数の撮像可能波長帯域で撮像して各々の波長帯域に対応する画像を取得する撮像装置とを有し、前記撮像画像から前記試料の光学的な特徴を抽出し、複数の画像の代表画像を得る特徴抽出システムであって、
前記試料ホルダ、前記照射手段と前記撮像装置を備え、前記撮像装置は互いに撮像可能波長帯域が異なり、且つそれぞれ固有の光感受特性を有するとともに、１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部が他の１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部と重複して波長重複領域となった複数のカメラからなり、前記試料ホルダの撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点と暗さレベルを示す黒基準点を設けている本体部と、前記波長重複領域内で、その波長重複領域を有する両カメラで撮像した前記白基準点の白レベル値と前記黒基準点の黒レベル値の明るさ及び両基準点間の濃度勾配が所定レベル以上の近似度となるように前記撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算しつつ順次カメラ画像データを得る演算装置と、前記本体部と前記演算装置を接続し、前記本体部で得られた撮像画像を前記演算装置に集める通信回線と、を有することを特徴としている。
【００２０】
この構成によれば、演算装置を本体部から離れた任意の箇所に設置することが可能になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図に基づき本発明の一実施形態を説明する。最初に、図１〜７により構造の説明を行う。
【００２８】
特徴抽出装置１は本体部２と演算装置３を備える。本体部２はハウジング１０を有し、その内部の構成要素はブロック構成で見ると図７に示すように光学セクション１１と制御セクション１２に区分される。図１〜６には専ら光学セクション１１に含まれる構成要素を図示する。
【００２９】
本体部２のハウジング１０は複数個のキャスタ２１により床面上に移動可能に支持されている。ハウジング１０の一部には扉２２があり、この扉２２を開けて試料ホルダ２３を出し入れする。扉２２を閉めればハウジング１０の内部は暗室状態になる。試料ホルダ２３は紙幣、有価証券、切手等の紙葉類の試料をその被検査面が垂直になるように保持する。この被検査面に検査光を照射し、反射光（蛍光物質の励起光があれば、その励起光も含む）を撮像する。続いて、段階的に波長が異なる複数種の光を検査光として試料に照射する照射手段として機能する検査光発生装置３０及び、試料面を異なる波長帯域で撮像して各々の波長帯域に対応する画像を取得する撮像手段として機能する撮像装置５０の構成を説明する。
【００３０】
検査光発生装置３０の光源部３１は２５０〜２，０００ｎｍの波長域の光を発する。このような広い帯域の光を単一のランプで発生させることはできないので、キセノンランプ３２とハロゲンランプ３３の２種類のランプを使用する（図４、５参照）。キセノンランプ３２は２５０〜３８０ｎｍの検査光を得るのに用い、ハロゲンランプ３３は３８１〜２，０００ｎｍの検査光を得るのに用いる。
【００３１】
キセノンランプ３２とハロゲンランプ３３はランプハウス３４の中に向かい合わせに配置されている。電源投入後ランプが所定のスペクトルの光を放つようになるまでには時間がかかるので、ランプの切り替えの度にランプを点灯したり消灯したりするのでなく、装置稼働中は両ランプとも連続点灯させておき、必要な側の光をその都度可動ミラーで反射させて取り出すようにしている。３５がその可動ミラーであって、反射面をキセノンランプ３２に向け４５゜の角度に置く図４の位置と、反射面をハロゲンランプ３３に向け４５゜の角度に置く図５の位置とに、図示しないモータ又はソレノイドにより切り替えられる。可動ミラー３５に当たった光は直角に向きを変え、ランプハウス３４の一側面の出射窓３６を通ってレンズハウス３７に入る。
【００３２】
レンズハウス３７の中のレンズ群により発散角度を整えられた光は分光器３８に入る。分光器３８は収差補正型の零分散ダブルモノクロメータであって、駆動波長域は２５０〜２，０００ｎｍ、半値幅は３０ｎｍ又は６０ｎｍ、分解能は１５〜３０ｎｍに設定されるが、必要時には「光源の全波長域を含む白色光」に設定することもできる。分光器３８から出射される所定の波長帯域の光が検査光となる。
【００３３】
分光器３８の出射窓にはレンズハウス３９が連結される。レンズハウス３９の中に配置されるレンズ（図示せず）は検査光の発散角度を調整するためのものであって、試料ホルダ２３において１８０ｍｍ×１８０ｍｍのエリアを照射するときと、同じく５０ｍｍ×５０ｍｍのエリアを照射するときとで発散角度を切り替える。
【００３４】
レンズハウス３９を出た検査光は固定ミラー４０、４１で反射を繰り返しながら空間内を進み、試料ホルダ２３に保持された試料を照射する。試料の被検査面で反射・吸収された光が撮像装置５０に入る。
【００３５】
前述のとおり検査光の帯域は２５０〜２，０００ｎｍにわたるが、ここまで広い感受域を備えた撮像手段は存在しないので、２種類のカメラをもって撮像装置５０を構成する。その一方はＣＣＤカメラ５１であり、図２、３に見られるように試料ホルダ２３の真正面に配置される。他方は赤外線カメラ５２で、試料ホルダ２３の真正面から水平方向にずれた位置に、ＣＣＤカメラ５１と平行に並ぶ形で配置される。
【００３６】
シリコン撮像素子等からなるＣＣＤカメラ５１は波長２５０〜１，０００ｎｍの反射光を撮像するのに用いる。白金インジウム又はインジウムアンチモン等からなる撮像素子を有する赤外線カメラ５２は１，０００〜２，０００ｎｍの反射光を撮像するのに用いる。これらのカメラは約６５，０００（≒２５６×２５６）ピクセルから約１００万（≒１０２４×１０２４）ピクセル、あるいはそれ以上の画素数を有し、分析すべき試料面を２５６階調以上の濃淡細密画像として撮像入力する。
【００３７】
カメラの切り替えは図２、３に示す可動ミラー５３により行う。可動ミラー５３は図示しない駆動機構により水平方向に移動するものであり、図２の位置にくると試料ホルダ２３からの反射光は真っ直ぐＣＣＤカメラ５１に届く。可動ミラー５３が図３の位置にくると反射光は可動ミラー５３により直角に曲げられ、固定ミラー５４でもう一度直角に曲げられて赤外線カメラ５２に届く。
【００３８】
５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂは図示しない駆動機構により試料ホルダ２３とＣＣＤカメラ５１、及び固定ミラー５４と赤外線カメラ５２との間の各光路に出没する収束レンズである。収束レンズ５５ａ、５６ａは照射エリアが１８０ｍｍ×１８０ｍｍであった場合の反射光を収束するときに用い、収束レンズ５５ｂ、５６ｂは照射エリアが５０ｍｍ×５０ｍｍであった場合の反射光を収束するときに用いる。
【００３９】
なお図１、２、３において収束レンズ５５ａと５５ｂの組み合わせが同時に、又は収束レンズ５６ａと５６ｂの組み合わせが同時に、光路中に存在するように描かれているが、これは単に図示の都合によるものであって、実際には各々組み合わせの一方のみが光路中に進出し、他の一方は光路外に退避している。
【００４０】
収束レンズ５５ａ、５６ａを使用したときと収束レンズ５５ｂ、５６ｂを使用したときとでＣＣＤ又は赤外線撮像素子上の受光面積及び／又は結像位置が若干変化するため、図示しない駆動機構によりこれらカメラ５１、５２を光軸に沿って移動させ、前記変化に対応した補償を行うようにしている。なおカメラを移動させる代わりにズームレンズ機構を使用してもよい。
【００４１】
撮像する光を所定の波長域に絞り込むため、ＣＣＤカメラ５１には分光器（紫外可視イメージ分光器）５７が組み合わせられ、赤外線カメラ５２にはバンドパスフィルタ（近赤外バンドパスフィルタ）５８が組み合わせられる。分光器５７は半値幅３０ｎｍ、分解能１５ｎｍである。バンドパスフィルタ５８は半値幅３０〜６０ｎｍ、分解能３０ｎｍである。なお、これら分光器５７及びバンドパスフィルタ５８は光源側の分光器３８と同様に全波長域光を選択する機能も有する。
【００４２】
図６にバンドパスフィルタ５８の構造例を示す。これは、各々図示しないモータによりインデックス回転せしめられる３台のタレット５９ａ、５９ｂ、５９ｃを組み合わせたものである。各々のタレット５９ａ、５９ｂ、５９ｃは１３枚ずつのフィルタホルダ６０を放射状に保持し、各１枚のフィルタホルダ６０を光路に一致させる。図６においてハッチングを施した円（円はフィルタを表す）が光路の位置を示す。
【００４３】
タレット５９ａ、５９ｂ、５９ｃの保持する１３枚ずつのフィルタホルダ６０のうち、１２枚には通過波長の帯域を少しずつ異ならせたフィルタ６１を取り付け、残り１枚は全波長域用として素通しとする。タレット５９ｂ及び５９ｃで素通しのフィルタホルダ６０を選択すれば、タレット５９ａのフィルタ１２種を単独使用できる。タレット５９ａ及び５９ｃで素通しのフィルタホルダ６０を選択すれば、タレット５９ｂのフィルタ１２種を同様に単独使用できる。タレット５９ａ及び５９ｂで素通しのフィルタホルダ６０を選択すれば、タレット５９ｃのフィルタ１２種を同様に単独使用できる。またタレット５９ａ、５９ｂ、５９ｃのすべてで素通しのフィルタホルダ６０を選択すれば全波長域光が選択される。
【００４４】
次に図７に基づき特徴抽出装置１のブロック構成を説明する。
【００４５】
本体部１０の制御セクション１２はランプ制御部７０、ミラー制御部７１、レンズ制御部７２、照射側分光器制御部７３、撮像側分光器制御部７４、及びカメラ制御部７５を備える。ランプ制御部７０はキセノンランプ３２とハロゲンランプ３３の点消灯を制御する。ミラー制御部７１は可動ミラー３５、５３の動作を制御する。レンズ制御部７２はレンズハウス３９の中のレンズと収束レンズ５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂの動作を制御する。照射側分光器制御部７３は分光器３８の動作を制御する。撮像側分光器制御部７４は分光器５７とバンドパスフィルタ５８の動作を制御する。カメラ制御部７５はＣＣＤカメラ５１と赤外線カメラ５２の露出時間その他の撮影条件の設定及び撮像を制御する。
【００４６】
演算装置３のブロック構成は次のようになっている。８０は中央処理部で、マイクロプロセッサと記憶装置を備え、演算装置３を制御するとともに、プログラムによってデータを処理し出力する。８１は操作部で、これはキーボード等の入力手段、及び演算装置３の本体筐体に設けられた各種スイッチにより構成される。８２は表示部で、ＣＲＴや液晶等のモニタと、演算装置３の本体筐体に設けられた発光ダイオード等の表示手段により構成される。演算装置３と本体部２とは図示しないケーブルで接続され、互いに信号を交換する。
【００４７】
８３〜８８は中央処理部８０のシステムリソースをそのまま利用して、あるいは中央処理部８０のシステムリソースにハードウェア要素を付加して構成されるデータ処理ブロック群である。８３はＡ／Ｄ変換部で、これは撮像装置５０から伝達された画像のアナログデータをデジタルデータに変換するものである。８４はＣＣＤカメラ５１及び赤外線カメラ５２を適正に制御するとともにＣＣＤカメラ５１で得た画像データと赤外線カメラ５２で得た画像データを一元化し、併せて別途選択設定される必要サイズの入力画像として切り出すとともに、画像サイズを圧縮する補正演算部である。８５は補正演算部８４で演算を行うための補正係数等のパラメータを記憶する補正データ記憶部である。８６は上記必要サイズに切り出された画像、圧縮された画像、及び画像の特徴抽出のために加工演算される一時的な中間画像を保持するイメージバッファ部である。８７は特徴の抽出を行うための画像解析部、８８は特徴が明確であるとして選択された代表画像及び関連データを格納する代表データ格納部である。
【００４８】
次に特徴抽出装置１の操作につき説明する。まず本体部２の扉２２を開けて試料ホルダ２３を取り出し、紙葉類の試料を取り付ける。試料を取り付けた試料ホルダ２３をハウジング１０内の所定の位置にセットし、扉２２を閉める。それから、試料を検査光で照射し、そこから反射した光を撮像装置５０で撮像する。
【００４９】
検査光発生装置３０は２５０〜２，０００ｎｍという、紫外域から近赤外域にわたる広い波長域の光を、全波長光（白色光）又は所定ピッチで中心波長をずらしつつ所定帯域の検査光として選択的に順次発生する。試料面は検査光に応じた見え方をする。例えば紙を構成する物質の中に、あるいは印刷インクの中に蛍光物質が含まれていた場合、その蛍光物質は特定波長の検査光に反応して励起光を発する。この励起光と反射光を合わせた光画像を分光器５７又はバンドパスフィルタ５８に通し、特定波長光の濃淡画像としてＣＣＤカメラ５１又は赤外線カメラ５２で撮像する。
【００５０】
図８は照射する検査光の波長域をずらしつつカメラ側の分光器及びバンドパスフィルタを素通しで、すなわち全波長域光として撮像したときの紙葉類の画像の変遷を例示する。（ａ）では紙葉類本来のパターンは全く見えず、蛍光物質の励起によるパターンが右下に見えているのみである。（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）と検査光の波長が長くなるにつれ、紙葉類本来の目視可視光パターンが徐々に見え出し、励起光パターンは消える。（ｇ）で紙葉類本来のパターンが最も鮮明で明るい像が得られる。以後、（ｈ）→（ｉ）→（ｊ）→（ｋ）と検査光の波長が長くなるにつれ、画像は鮮明さと明るさを失う。（ｌ）では近赤外線にのみ感応するパターンが見えるだけとなる。
【００５１】
図８はあくまでも説明用に単純化した作図例であって、現実の画像がこれと同じような変遷をたどる訳ではない。実際の紙葉類を２５０ｎｍから２，０００ｎｍの波長にわたり撮像した画像群はこれよりはるかに複雑な変化を示す。
【００５２】
前述のとおり、検査光発生装置３０は段階的に波長が異なり且つ帯域の狭い複数種の光を順次検査光として、又は全波長光（白色光）を検査光として、照射する。検査光の中心波長を２５０〜２，０００ｎｍの間に８６段階（その内１段階は全波長光）設定し、撮像側でも分光器５７とバンドパスフィルタ５８とを通算して８６段階（その内１段階は全波長光）の通過波長帯域が設定されるものとすると、８６×８６＝７，３９６通りの画像が撮像されることになる。
【００５３】
さて、特徴抽出装置１により撮像波長帯域の異なる多数の画像を取得することが可能であるが、例えば画素数が約１００万で、各画素の濃淡階調が数万といった細密画像データの全てを当該紙葉類の特徴として扱うとなると膨大なメモリが必要となるうえ、後で同種の紙葉類の真贋あるいは同異を鑑別するに際してもこのように沢山のデータを特徴として格納していたのでは照合に時間がかかりすぎることになる。第一、同一種の試料同士であっても印刷には位置ずれやかすれがつきものであり、全く同じ印刷状態であるとは限らない。また、使用すれば色褪せが生じたり皮脂等の汚れ成分が付着したりし、撮像した画像に相違が生じるということが十分にあり得、同一種の試料でも偽造券として排除することにもなりかねない。従って、特別に微細な高精度の特徴検索を行うとき以外は、抽出すべき特徴は細密微細な光学的特性を保持しつつも画像サイズ及び／又は濃淡階調度を圧縮してある程度大ぐくりなものにし、許容範囲を持たせた方がよい。
【００５４】
そこで演算装置３は、必要なサイズに切り出されてイメージバッファ部８６に入力された多数の切り出し画像及び／又は圧縮画像につき所定のルールに従い、特徴抽出に基づく同類分類演算を行い、当該紙葉類の特徴を特に明確に現している画像を代表画像として代表データ格納部８８に格納する。以下、自動的に特徴を抽出する演算方法につき説明する。
【００５５】
特徴抽出及び同類分類のため、画像間の差分を用いる。図９に差分による分析の概念を示す。すなわち、ある画像と他の画像との間のデータの差異に着目する。第１の画像が「ＡＢＣＤＥＦ」のデータを持ち、第２の画像が「ＡＢＤＥＦ」のデータしか持っていないとすれば、両者の差分は「Ｃ」となる。この差分「Ｃ」を材料として分析を行うものである。
【００５６】
差分のデータとしては各画像の対応する画素別の「明るさ」についての差値（差分値）とこれら各差分値の度数（各差分値別のデータ数）を求める。本実施形態では「明るさ」が「明るい」とは、撮像した波長帯域において反射光の量が多いということを意味する。つまりその撮像波長帯域で現れるべき特徴的なパターンがより明確に表れているということである。「明るい」を「濃い」と言い換えることもできる。また「度数」は、その差分値を備えた画素の数を示す。
【００５７】
以後の演算は実際の画素における明るさをデジタル値に変換した２５６階調のＡＤ値により行う。従って、２画像間の「明るさ」の差分値は図１０に示すように−２５５〜＋２５５のＡＤ値のいずれかに置き換えられる。
【００５８】
演算においては各差分値のＡＤ値と度数との積を求めたうえで積の総和を求めるのであるが、このとき、ＡＤ値に正負の符号を付したまま積を求める場合（図１０に示した例がこれに該当する）と、ＡＤ値の絶対値である「指数」に関する積を求める場合（図１１に示した例がこれに該当する）とがある。ここでは、前者の場合の積の総和を「積和」、後者の場合の積の総和を「指数和」と称する。
【００５９】
指数を用いて演算を行う場合、演算を容易にするため、差分の差がさらに強調されるようにする。図１１にその手法の一例を示す。図１１では差分値の絶対値を求めたうえで、そこからさらに一定の値を減じたものを「差分値指数」としている。マイナスの値が出る場合は差分値指数を「ゼロ」とする。
【００６０】
図１１では「一定の値」を「３０」に別途に設定しており、これにより、差分値において−３０から＋３０までの区間はノイズ成分として差分値指数においてはすべて「ゼロ」となる。すなわち差分値が−３０から＋３０までの画素（ピクセル）はすべて許容誤差域内の同一画素として取り扱われる。従って、近似画像間におけるノイズの影響が排除され、差分値が±３０以上となる真に差を持った画素のみが別画像として認識される要素となる。差分値と差分値指数の関係をグラフ化したものを図１２に示す。
【００６１】
差分値に基づき特徴を抽出し、特徴を特に明確に表している画像を代表画像として選定する手法を図１３により説明する。図１３には８枚の画像が示されている。これらの画像は、所定ピッチで中心波長を異ならせた波長帯域毎に撮像を行い、波長順に並べたものである。画像Ｐi-4は明るさが暗く、そこからＰi-3、Ｐi-2とＰiに近づくにつれ次第に明るさが増し、画像Ｐiでピークを迎える。画像Ｐiを過ぎると、画像Ｐi+3まで順次明るさが減少して行く。すなわち、黒画像から人物像が徐々に浮かび上がり、その後徐々にフェードアウトして黒画像に戻る様子を例示している。画像の明暗が反転していた場合でも動作は上記同様となるものであり、詳細説明は略す。
【００６２】
隣接画像間の差分値と各差分値指数別の度数の積の総和（積和）をＤiで表す。「明るさ小」から「明るさ大」への変化は「プラス」、その逆は「マイナス」と表される。積和Ｄiは対比した両画像の相違量を示すものである。
【００６３】
以下に説明するのは、前述の積和が別途定められたしきい値より小さく、同類画像と判定される場合の代表画像の選定処理手順である。
【００６４】
画像Ｐi-4とＰi-3、Ｐi-3とＰi-2、Ｐi-2とＰi-1、Ｐi-1とＰiの間の積和Ｄiはいずれも「プラス」すなわち人物像の浮かび上がりの領域にある。ところがＰiとＰi+1の間になるとＤiが「マイナス」すなわち人物像のフェードアウトの領域に転じ、Ｐi+1とＰi+2、Ｐi+2とＰi+3の間も「マイナス」を維持する。「明るさ小」から「明るさ大」へと移ってきた趨勢が画像Ｐiと画像Ｐi+1の間で逆転したためにこのような結果になったものであり、画像ＰiとＰi+1の間が変化点ということになる。
【００６５】
変化点の直前に位置する画像Ｐiは前後の画像群の中で最も明るくくっきりしている。すなわちこの画像群に共通する特徴が最も識別しやすい形で表れたものであるから、これを代表画像として採用するとともにＰi-4、Ｐi-3…Ｐi+4を同類画像として代表データ格納部８８に格納登録する。
【００６６】
次に説明するのは、前述の指数和が別途定められたしきい値より大きく、同類画像でないと判定された場合の代表画像の選定処理手順である。
【００６７】
図１４は「明るさ小」から「明るさ大」へと変化してきたグループ１の画像群が画像Ｐiと画像Ｐi+1の間で突如同類でないグループ２の画像群に転換してしまった場合を示す。この場合上記指数和は別途定められたしきい値より大きくなる。このときは前述のようにグループ１の画像群のうち最後の画像Ｐiが代表画像として登録される。画像Ｐi-4、Ｐi-3、Ｐi-2、Ｐi-1は同類画像として画像データ以外の情報のみが代表データ格納部８８に格納登録される。
【００６８】
上記作業を繰り返し、２５０〜２，０００ｎｍの波長域にわたって取得した多数の画像群から何種類かの代表画像とその同類画像を抽出して同類画像情報と共に代表データ格納部８８に格納登録する。
【００６９】
このようにして１枚の試料から光学的な特徴が自動的に抽出され、その特徴を良く表した画像を代表画像として仕分け格納することになるが、この一連の画像解析は図１５のフローチャートに従って遂行される。
【００７０】
図１５のステップＳ１０１では「今回の画像」と「前回の画像」との各画素毎の差分値を全画素にわたり求める。「今回の画像」は現在解析を行おうとしている解析画像（解析の対象とする画像）、「前回の画像」は直前に解析を行った解析画像のことである。「前回の画像」は既にいずれかの代表画像と同類であることが見いだされているものとする。ステップＳ１０２では図１１の手法により求めた差分値の値を強調した差分値指数と各差分値指数別の度数との積の絶対値総和を指数和として求める。ステップＳ１０３ではその指数和が所定のしきい値以上であるかどうかを判定する。予め定められたしきい値に達していなければ、今回の画像と前回の画像と類似であるとしてステップＳ１０４に進む。
【００７１】
ステップＳ１０４では今回の画像が前回の画像よりも「明るい」かどうかを判定する。前述のとおり、「明るい」とは撮像した波長帯域において反射光の量が多いということを意味する。つまりその撮像波長帯域で現れるべき特徴的なパターンがより明確に表れているということである。「明るさ」比較においては指数和でなく、正負の符号を付した差分値と度数との積の総和（図１０の積和）を用いる（ステップＳ１０５、ステップＳ１０６においても同様）。
【００７２】
今回の画像が前回の画像よりも明るければステップＳ１０５に進む。ここでは前回の画像と同類関係にある代表画像と今回の画像との各画素毎の差分値を全画素にわたり求め、明暗を比較する。その結果、ステップＳ１０６で今回の画像の方が代表画像よりも所定値以上に明るいと判定されればステップＳ１０７へと進む。
【００７３】
ステップＳ１０７では当該類似グループの代表画像を更新し、今回の画像を新たな代表画像とし、これまで代表画像であった画像を新しい代表画像に同類登録する。
【００７４】
ステップＳ１０４において今回の画像が前回の画像より明るくなかった場合はステップＳ１０８に進む。そして前回の代表画像と同類であると登録される。
【００７５】
ステップＳ１０６において、今回の画像が代表画像よりも所定値以上に明るい訳ではないと判定された場合にもステップＳ１０８に進む。そして前回の代表画像と同類であると登録される。
【００７６】
ステップＳ１０３で、指数和が所定のしきい値以上であると判定されれば今回の画像と前回の画像とは非類似ということになり、ステップＳ１０９に進む。
【００７７】
ステップＳ１０９では当該試料に関してこれまで及び／又は今回の特徴抽出工程で登録した全代表画像と今回の画像とを積和でもって照合し、最小差分代表画像を最近似画像として探し、ステップＳ１１０に進む。
【００７８】
ステップＳ１１０では最近似の代表画像を今回の画像の代表画像に仮設定するとともに、この仮設定代表画像と今回の画像との各画素毎の差分値を全画素にわたり求める。ステップＳ１１１では図１１の手法により求めた差分値の値を強調した差分値指数と各指数別の度数との積の総和を指数和として求める。ステップＳ１１２ではその指数和が所定の判定値以上であるかどうかを判定する。予め定められた判定値に達していなければ、仮代表とした最小差分代表画像と今回の画像が類似であるとしてステップＳ１０８に進み、前記同様の処理が実行される。
【００７９】
ステップＳ１１２で指数和が所定の判定値以上であれば、仮代表とした最小差分代表画像と今回の画像が非類似であるとしてステップＳ１１３に進む。そして今回の画像は新たな代表画像として登録される。
【００８０】
画像データは、代表画像については特徴抽出演算に用いた詳細な画像の全データを残す。また、代表画像以外の画像については、各々代表画像との照合データ（光学特性の特徴抽出条件等の類分け情報）のみ残し、画像データそのものは消去し得るようにする。これにより１枚の試料に費やすメモリの量を節約可能とする。
【００８１】
特徴抽出装置１では、代表画像に対応するカメラからの読み出し画像を代表実画像として併せて記憶保持する。前後画像の差分値算出及びその他の分類仕分け演算を別途設定した圧縮画像データに基づき簡易に高速処理するにしても、詳細なカメラ画像データがそのまま代表実画像として保持されているので、更に別の演算仕様で再仕分け演算することとなった場合、各々の代表実画像データと照合データから精度の高い特徴抽出を行うことが可能となる。
【００８２】
特徴抽出装置１では、新たな試料につき抽出特徴を用いて同異識別する必要が生じたときは、所定ピッチで投光する光及び／又は受光する光の中心波を異ならせつつ、各々の波長帯域毎に新試料の紙面の光学特性を強調した撮像を行う。そして基準となる標本試料の代表画像を取得し、この代表画像に所定の波長域で近似する画像を取得できたかどうかをチェックする。更には各々の代表画像の同類画像の発現帯域を必要箇所で同異チェックし、照合判別を行う。また、特異な特徴を有する多数枚の同類試料を散発的に分割して検査する場合にも、前述のとおり、広い波長帯域にわたる試料の特徴が一元的に抽出分類されているので、各検査時の特性の一致照合が容易であり、短時間で正確に照合判定を行うことが可能である。
【００８３】
ここで、図２５の撮像ログ事例を用いて照合データの説明を行う。撮像ログは検索仕様部と撮像データのインデックス部とで構成されている。「検索番号」は試料毎又は、検索単位毎に割り当てられる番号である。「試料サイズ」は撮像する試料の大きさを示し、本例では５０ｍｍ×５０ｍｍとなっている。「照射波長」の記載は波長範囲が２５０〜９７０ｎｍであり、３０ｎｍピッチで変化することを示している。「カメラ」はＣＣＤカメラと赤外線カメラのうち、ＣＣＤカメラを使ったことを示す。「ＣＣＤ画像サイズ＝４×４（２５６×２５６）」は４画素×４画素を１単位として縦横２５６画素の領域として取り扱うことを示している。「ＣＣＤ露光時間」は３０ｍＳである。「ＣＣＤ露光時間自動調整＝０」とあるのは自動調整がオフであることを示す。「ＣＣＤ検波波長」にはスウィープ開始波長、スウィープ終了波長及び撮像波長ピッチの数値が入るが、本例では全て０となっている。これは全波長（白色光）の設定であることを示す。
【００８４】
「ＭＥＭＯ」の欄には任意の文字を入力し、後で参照することができる。「画像枚数」は上記照射波長等の設定内容で算出される撮像枚数で、本例では撮像画像枚数が２５枚あり、測定条件を違えたものが２５種存在することを示している。「ＣＣＤクーラー温度＝−３９」とあるのはＣＣＤ撮像素子の冷却温度が−３９゜Ｃであることを、「ＩＲクーラー温度＝０」とあるのはＩＲ撮像素子を使用しないことを、それぞれ示す。「切出位置」は撮像画像の有効領域内の座標を示し、本例では「１０、３３、２２９、２３３」と設定されている。「白基準位置」は白基準の画像域を示し、本例では「１１９、３９、１２７、４７」で表される矩形領域となっている。同様に「黒基準位置」は「１２３、２３８、１３１、２４６」で表される矩形領域となっている。「ｆｏｌｄｅｒ」は撮像画像データを格納するハードディスク内のフォルダ名で、検索番号を使用している。
【００８５】
後半の撮像データのインデックス部では「検索開始」から「検索終了」までの各画像に連続番号を付し、撮像条件を記録している。例えば０００００００３番の行を説明すると次のようになる。「１７：２８：５０」は撮像時刻で、１７時２８分５０秒に撮像したことを示す。「Ｆ＝ＭＣＸ０２５０−００００．ＢＭＰ」は、ＢＭＰ形式の画像ファイルであることを意味し、このファイル名で実画像データが格納されており、撮像手段はＣＣＤ撮像素子、ランプはキセノンランプ、照射光の波長は２５０ｎｍ、受光側は全波長領域光を通過させていることを示す。
【００８６】
ファイル名に続くデータの読み方は次のとおりである。「Ｔ＝３０．０」は露光時間が３０．０ｍＳであることを示す。「Ｗ＝６３６」は上述の条件における白基準位置の白基準の読み取り値が６３６ＡＤ値であることを示す。「Ｂ＝６２１」は同じく黒基準位置の黒基準の読み取り値が６２１ＡＤ値であることを示す。「Ｓ＝７３５＞＞６０１」は補正すべき有効ダイナミックレンジの値である。補正されると７３５ＡＤから６０１ＡＤ値の間で２５６階調にダイナミックレンジをとることになる。末尾の「ＯＫ」は正常撮像画像であることを示す。
【００８７】
図２５に示すデータの中で、光学特性の特徴抽出条件の照合データとしてファイル名データ及びそれに付属する撮像条件のデータのみ残し、実際の画像データを消去することにより、メモリを節約することができる。
【００８８】
さて、ＣＣＤカメラ５１と赤外線カメラ５２はそれぞれ固有の光感受特性を有する。それを観念的に示したのが図１６である。図１６は波長帯を横軸にとり、感度を縦軸にとっている。両カメラの撮像可能波長帯域は１，０００ｎｍ近辺で重複し、その中の１，０００ｎｍを切り替え点として両カメラを切り替え使用する。ところがそのままでは切り替え点において、画像の明るさと濃度勾配は、ＣＣＤカメラ５１で撮像した画像と赤外線カメラ５２で撮像した画像とでは全く異なったものとなる。このままでは同一条件で２種類の画像データがあるということになり、画像処理ソフトウェアとデータ蓄積部が二元化し、演算装置３のシステムリソースを余分に費消する。
【００８９】
そこで本発明では、切り替え点におけるＣＣＤカメラ５１と赤外線カメラ５２の撮像画像の近似度が所定レベル以上になるよう、すなわち、あたかも単一のカメラをもって切り替え点をまたぐ撮像が行われたかのように一方又は双方のカメラを補正する。具体的にはカメラの露光時間を調整して画像の明るさを補正し、また感度とゲインを調整して濃度勾配を補正する。明るさと濃度勾配は一方だけ補正してもよく、両方補正してもよい。切り替え点を離れても撮像特性はフラットな方が望ましいので、各波長帯で補正を行う。この補正後の感度特性を観念的に示したのが図１７である。
【００９０】
画像の明るさや濃度勾配を補正するには、撮像面の一部に予め明るい方（白）の基準点と暗い方（黒）の基準点を定め、両方のカメラの読み取り値が明るい方は明るい方、暗い方は暗い方で同一レベルになるように補正する必要がある。基準点を定めるにあたっては、次の２手法のうちいずれかを用いる。
【００９１】
図１８に示す手法では、試料の特徴撮影に際して予め設定された撮影条件で先行撮影を行ってこの撮像画像を表示せしめ、この試料の画像面の中に基準点の座標を設定する。演算装置３の表示部８２が先行撮影の撮像画像を表示する先行撮像画像表示手段となる。操作部８１に含まれるキーボード等の入力手段が基準点の座標を設定する設定入力手段となる。
【００９２】
９０が試料の画像であって、その中の明るい部分に白基準点９１を、暗い部分に黒基準点９２を、それぞれ設定する。ＣＣＤカメラ５１で撮像した画像の白黒基準点９１、９２と赤外線カメラ５２で撮像した画像の白黒基準点９１、９２とを比較した場合、両カメラによる両基準点の明るさ及び基準点９１、９２間の濃度勾配（濃淡階調差）が所定レベル以上の近似度となるようにカメラ制御値の補正を行う。
【００９３】
図１９に示す手法では試料面外の所定位置に位置するよう試料ホルダ２３に別途配置された白黒基準マーカを用いる。すなわち白基準マーカ９３と黒基準マーカ９４が撮像エリアにあり且つ紙葉類の試料によって覆い隠されない場所に取り付けられており、試料の画像とともに白黒基準マーカ９３、９４の画像も取り込まれる。この白黒基準マーカ９３、９４の画像に基づき上記と同様にカメラ制御値の補正を行う。
【００９４】
カメラ制御値の補正については、各カメラの各々の撮像画像間でも同様の補正で所定の近似度が得られる。また、カメラの各波長帯域別の感度差及び／又は光源ランプを切り替えた場合にも同様に近似画像が得られる。
【００９５】
光蓄積時間調整はいわゆる時間可変のシャッター機能を備えたＣＣＤを利用することにより実現できる。図２０及び図２１を用いて本実施形態におけるＣＣＤ、赤外線両カメラの露光時間自動設定の手順を説明する。本実施形態では図２１に示すとおり、別途設定された許容最大露光時間（Ｔｍ）内で、得られる画像の白レベル値（ｗｎ）が目標として別途設定された基準画像の白レベル値（Ｗ）の所定許容値（基準白レベル値±３０％）に収まるよう露光時間が自動的に選択設定される。
【００９６】
まず所定露光時間（Ｔ１）での撮影の白レベル値（ｗ１）を得て（ステップＳ２０１）、目標とする基準白レベル値（Ｗ）と比較する（ステップＳ２０２）。この比較において、両レベルの差が前記所定許容値内であればこの画像は適正画像であるとされて露光時間自動設定は終了する（ステップＳ２０３）。他方、許容値外であれば、比較における両レベルの差の各値別に予め設定された予測適正露光時間テーブルから対応する適正露光時間（Ｔｆ）が予測設定され（ステップＳ２０４）、この撮影の白レベル値（ｗｆ）を得る（ステップＳ２０５）。なお、前記適正露光時間（Ｔｆ）は後述の数式を用いて決定することもできる。
【００９７】
次に、この新たな白レベル値（ｗｆ）と前記の基準白レベル値（Ｗ）とが再度比較され（ステップＳ２０６）、前記許容値内の場合は適正画像とされて露光時間自動設定は終了する（ステップＳ２０７）。本実施形態では、露光時間（Ｔｆ）での撮像画像の白レベル値（ｗｆ）が適正でない場合は、前記同様に更に適正な露光時間（Ｔｅ）を再予測して撮影し（ステップＳ２０８）、これを最終的な露光時間とし、これ以上には同様の露光時間適正化は行わない。すなわち、照射光源光、光学光路、及び／又はカメラの不良によりもたらされた撮像画像濃淡値の異常変動等により、露光時間の適正化再予測撮影が無限に続くことを防止している。本実施形態ではこの最終的な露光時間（Ｔｅ）での撮像画像の白レベル値（ｗｅ）と目標とした基準白レベル値（Ｗ）との差値が別途設定した所定近似値以下かどうかで確認を行っている（ステップＳ２０９〜Ｓ２１２）。
【００９８】
また、露光時間を変更しても各撮像画像の白レベル値にそれに見合う変化が得られない場合にもこれを検知してアラームを作動させるようにしている。更に、前記の予測適正露光時間が許容最大露光時間（Ｔｍ）をオーバーした場合もこれを検知してアラームを作動させるが、詳細説明は省く。
【００９９】
なお、適正露光時間（Ｔｆ）は次式から算出できる。
Ｔｆ＝Ｔ１×（Ｗ−ｗ０）／（ｗ１−ｗ０）
Ｔｆ＜Ｔｍ
ここでは露光時間と撮像白レベルが直接比例すると仮定する。図２１はカメラ露光時間「０」での撮像画像白レベル値を（ｗ０）として近似的に算出した例を示す。
【０１００】
更に特徴抽出装置１では、選択操作により撮影露光時間を任意の設定値に固定した状態での撮像画像の取得と、これらの画像からの特徴抽出と分類演算も可能とした。これらの撮像画像値から、試料の各撮影条件下での照射光の吸収・反射率の確認と対比を行うことも可能である。
【０１０１】
また、撮像画像の白レベル値の変更調整については、ＣＣＤカメラ等の前に硝子板表面に遷移金属酸化物等（ＩｒＯｘ、Ｔａ2Ｏ5・ＷＯ3等）の膜を形成した物性素子を置き、この物性素子に電圧を印加することにより膜の光透過率又は光透過量を調整するようにしてもよい。この調整にあたっては、前記同様に予め撮像波長毎に使用する印加電圧或いは、シャッター開時間の設定テーブル等を用意しておく。
【０１０２】
図２３を参照しつつ前述の白黒基準補正を用いた濃度勾配の補正方法の事例を説明する。ここでは、演算装置３と撮像装置５０が組合わさった「演算撮像手段」を想定する。図２３の例では、１６，３８４階調で約１００万画素のカメラ撮影画像に白黒両基準部を設定する。白基準部の白レベル値Ｗは２５６階調のカメラ画像データにおいて白部ｗが階調値２００を有することとなるように設定する。黒基準部の黒レベル値Ｂは同じく２５６階調のカメラ画像データにおいて黒部ｂが階調値３０を有することとなるように設定する。
【０１０３】
上記設定の濃淡画像になるように全画素の濃淡値を同率（ここでは比率α＝（Ｗ−Ｂ）／（ｗ−ｂ）と定義する）をもって拡縮補正演算を行い、順次カメラ画像データを得る。これにより、測定環境の変動等でオフセット（明暗レベル）値及び／又は白黒基準値が拡縮変動したカメラ撮影画像からも、測定すべき試料の特徴が所定の濃淡階調で表現されたカメラ画像データが得られる。
【０１０４】
また本実施形態では、前記拡縮補正演算の過程で過大な拡大演算が行われないようにする拡大演算防止策が講じられている。それを図２２のフローチャートにより説明する。図２３に示す１６，３８４階調から２５６階調のスケールに変換するにあたり、同図にＭＡＸ〜ＭＩＮで示す変換領域を決定する。１６，３８４階調における白基準光量レベルＷと黒基準光量レベルＢとの差が極端に小さい場合には、２５６階調のｗとｂに変換すると極端に拡大されることになってしまうので、それを防ぐために許容範囲ＤＷとＤＢを設定することとした。最終決定された１６，３８４階調のＭＡＸ〜ＭＩＮ間が２５６階調の２５５〜０のスケールに変換される。
【０１０５】
図２２のフローでは、まず撮像を行い（ステップＳ３０１）、カメラ撮像画像の白黒両基準部の白レベル値Ｗと黒レベル値Ｂの差値（Ｗ−Ｂ）が別途設定した下限値Ｘ（１５４）以上か否かを調べ（ステップＳ３０２）、下限値Ｘ以上の場合はＭＡＸ値をＷ＋α＊（２５５−ｗ）＝Ｗ＋５５αとする（ステップｓ３０３）。他方、下限値Ｘ未満の場合に過大な拡大演算が行われないよう、ＭＡＸ値をＷ＋ＤＷ＝Ｗ＋５０とする（ステップＳ３０４）。
【０１０６】
次に下限のＭＩＮを決定する。白レベル値Ｗと黒レベル値Ｂの差値（Ｗ−Ｂ）が別途設定の下限値Ｙ（１１３）以上か否かを調べ（ステップＳ３０５）、下限値Ｙ以上の場合はＭＩＮ値をＷ＋α（０−ｗ）＝Ｗ−２００αとする（ステップＳ３０６）。他方、下限値Ｙ未満の場合には過大な拡大演算が行われないよう、ＭＩＮ値をＢ−ＤＢ＝Ｂ−２０とする（ステップＳ３０７）。
【０１０７】
１６，３８４階調におけるＭＡＸ〜ＭＩＮ値の範囲が２５６階調の０〜２５５になるように、ＣＣＤカメラで撮像した試料の各画素値を変換する。
【０１０８】
このように、白レベル値Ｗと黒レベル値Ｂの差値が予め設定された値以下の場合には、この白レベル値Ｗと黒レベル値Ｂをそのまま拡縮演算するのでなく、白黒両レベル値に設定値を加減演算して第２の所定レベル値を求め、この第２の所定レベル値に対し拡縮補正演算を行うことにより、濃淡レベル差が微少な撮像画面、言い換えれば白黒両基準部のレベル値がほぼ同一の画像が、その差が過大に階調補正演算された濃淡画像に変換されることを防止している。
【０１０９】
上記の説明に用いた下限値（Ｘ，Ｙ）や演算定数（ＤＷ，ＤＢ）の値は単なる例示であり、これに限定されるものではない。また、カメラ撮影画像の白黒両基準部の白黒両レベル値（Ｗ，Ｂ）を用いて演算を行うものとしたが、試料画像中の最大と最小の濃淡値を用いても同様の拡縮補正演算を行うことができる。
【０１１０】
また本実施形態では、図２４に示すような赤外線カメラ等による微少濃淡画像の撮像を目的として、次の機能が備えられている。図２４ではカメラ撮像素子（画素と同意）の番号を横軸６５，５３５（＝２５６×２５６）にとり、縦軸には受光量レベルを１６，３８４階調をとり、各素子別の白黒両基準値を設定してこれら撮像素子別の濃淡階調補正演算も可能としている。この場合、図２４の上の方の図のように光源照射光を遮光した状態でのカメラ撮像素子の各々の画像値を各々の黒基準値として、同図の下の方の図のように白基準となる基準紙に光源光を照射した状態でのカメラ撮像素子の各々の画像値を各々の白基準値として、それぞれ記憶させる。このように記憶された撮像素子別の白黒各基準値が別途に設定される所定の白黒各レベル値、例えば２５６階調の画像で白部ｗが階調値２００となり、黒部ｂが階調値３０となるように、試料のカメラ撮像画像値を撮像素子別に補正演算することにより、前述と同様に撮像素子の拡縮補正演算が実行でき、詳細且つ精密に特徴を把握できる。
【０１１１】
また、光源照射光及び／又は各投受光波長帯域に対応した複数の白黒基準値を設定することにより、それぞれの測定条件下での適正な補正が可能となる。
【０１１２】
このようにカメラ制御値の補正を行うことにより、画像処理ソフトウェアとデータ蓄積部を一元化し、システムリソースの節約と処理のスピードアップを図ることができる。また、必要に応じて明るさ、及び／又は濃度勾配を演算処理で更に別精度に追加補正する場合にも、元の撮像画像同士が近似しているため正確な演算処理が可能で、画像特徴の明確化が可能となる。これらの補正演算を行うためのデータは補正データ記憶部８５に記憶させておく。
【０１１３】
なお、カメラ同士の画素数（ピクセルサイズ）が異なる場合は画像の圧縮補正その他で整合処理を可能とした（詳細な説明は省く）。
【０１１４】
図２６に本発明の第２実施形態である特徴抽出システムを示す。このシステムでは、特徴抽出装置１Ａから画像解析機能を分離し、画像解析は通信回線４００を介して特徴抽出装置１Ａに接続する演算装置５００で行うこととした。
【０１１５】
特徴抽出装置１Ａの本体部２の構成は第１実施形態の特徴抽出装置１の本体部２の構成と変わらない。すなわち光学セクション１１は、図２６には示さないが、試料ホルダ２３、検査光発生装置３０、及び撮像装置５０を備えるものである。今度の場合も試料ホルダ２３は紙幣、有価証券、切手等の紙葉類の試料を保持する。検査光発生装置３０は複数種の光を検査光として前記試料に選択的に照射する照射手段として機能する。撮像装置５０は該試料からの反射光（蛍光物質の励起光があれば、その励起光も含む）を異なる波長帯域で撮像して各々の波長帯域に対応する画像を取得する撮像手段として機能する。
【０１１６】
本体部２の制御セクション１２の構成も第１実施形態の特徴抽出装置１のそれと変わらない。ただし演算装置３の構成は第１実施形態の場合と異なっている。すなわち第１実施形態の演算装置３から画像解析部８７と代表データ格納部８８が消え、代わりに通信部８９が設けられている。通信部８９は通信回線４００に接続する。通信回線４００は形態を問わない。専用回線でも、インターネットでもよい。
【０１１７】
通信回線４００には演算装置５００が接続する。演算装置５００は特徴抽出装置１とは別個のものであり、例えばデータセンターのような施設に設置することができる。
【０１１８】
演算装置５００のブロック構成は次のようになっている。５０１は中央処理部で、マイクロプロセッサと記憶装置を備え、演算装置５００を制御するとともに、プログラムによってデータを処理し出力する。５０２は操作部で、これはキーボード等の入力手段、及び演算装置５００の本体筐体に設けられた各種スイッチにより構成される。５０３は表示部で、ＣＲＴや液晶等のモニタと、演算装置５００の本体筐体に設けられた発光ダイオード等の表示手段により構成される。５０４は通信部で、特徴抽出装置１Ａの通信部８９とデータのやりとりを行う。通信部８９、５０４はモデム等の通信インターフェースにより構成することができる。
【０１１９】
５０５は画像解析部で、特徴抽出装置１Ａから送信された画像データにつき所定のルールで演算を行って特徴を抽出する。５０６は特徴が明確であるとして選択された代表画像及び関連データを格納する代表データ格納部である。画像解析部５０５及び代表データ格納部５０６は中央処理部５０１のシステムリソースをそのまま利用して、あるいは中央処理部５０１のシステムリソースにハードウェア要素を付加して構成される。画像解析部５０５及び代表データ格納部５０６は第１実施形態の画像解析部８７及び代表データ格納部８８と同等の処理を行うが、より大量のデータを扱えるようになっている。
【０１２０】
上記のように、試料を扱う現場に設置する特徴抽出装置１Ａと、遠隔地のデータセンターに設置され、通信回線４００を介して特徴抽出装置１Ａに接続した演算装置５００とにより特徴抽出システムを構成した場合、複数の特徴抽出装置１Ａで採取した画像データをデータセンターの演算装置５００に集め、特徴の抽出と集約、及び基準試料との特徴照合を一括して処理することができる。
【０１２１】
これにより、広い波長帯域に及ぶ一元的な特徴データを、データセンターといった大規模なデータ処理環境に、試料別に集約して一括管理できる。同一の特徴抽出装置１Ａに同一試料を再検査させ、その結果得られた検査データが前回のデータと一致するかどうか照合することにより、当該特徴抽出装置１Ａの検査能力が環境の変化や経年変動で変化していないかどうか、再現性に問題はないか等を診断するのも容易である。
【０１２２】
また、初出の試料につき特性検査を行うに際しては、同種の試料に関する従前の検査例の検査光波長帯域や各種カメラの制御設定値、補正の際の各種演算定数等を読み出し、それらの値と同じ値に設定できる。従って、同種の試料と同一条件下での特徴抽出や照合判定処理を容易に行うことができる。
【０１２３】
更には、別途選択された複数枚の試料に関し、前述の一元的特徴データの一環をなすべく特徴抽出され且つ分類された、各試料に対応する複数の特徴データと、これらの特徴データのバラツキ、及び平均特性を検索し表示することができる。また、初出試料の特徴データが得られた場合、この特徴データと前記選択された複数枚の試料とのユークリッド距離に基づく同異判定演算が可能である。
【０１２４】
また、１台の演算装置５００に複数台の特徴抽出装置１Ａを接続した場合、個々の特徴抽出装置１Ａのバラツキを考慮しつつも上述の一つの制御演算方式を用いて個別制御あるいは統合制御することが可能であるが、詳細な説明は略す。
【０１２５】
以上、本発明の各種実施形態につき説明を行ったが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変更を加えて実施することができる。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明により、次に掲げるような効果が奏される。
【０１２７】
試料の画像につき所定のルールで演算を行って特徴を抽出すべく試料の画像を撮像するにあたり、試料の画像を撮像する撮像装置は撮像可能波長帯域の異なる複数のカメラを波長重複領域中の所定波長で切り替え使用するものであり、その切り替え点における両カメラの撮像画像の近似度が所定レベル以上になるように、前記波長重複領域内で、その波長重複領域を有する両カメラで撮像した前記白基準点の白レベル値と前記黒基準点の黒レベル値の明るさ及び両基準点間の濃度勾配が所定レベル以上の近似度となるように前記撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算するから、複数のカメラによる広い波長帯域での検索が可能となる。また、一方のカメラから他方のカメラへ切り替わっても画像の違いは小さく、同一の画像処理手法でこれらの画像の光学的特徴を抽出できる。従ってカメラが複数であっても画像処理ソフトウェアとデータ蓄積部を一元化し、システムリソースの節約と処理のスピードアップを図ることができる。
【０１２８】
切り替え点における両カメラの撮像画像も併せて全ての撮像画像の明るさ及び／又は濃淡ゲインの近似度が所定レベル以上になるようにカメラ及び／又は入力画像の補正を行うこととすることにより、感度帯域の異なる複数のカメラによって広い波長帯域をカバーしつつ、画像データを一元化し、データ処理を容易に行うことができる。
【０１２９】
試料を試料ホルダに保持し、この試料に検査光発生装置の発生する検査光を照射し、この試料面を、前記撮像装置が所定の異なる波長帯域で撮像し、これら各波長帯域に対応する画像を取得することとしたから、試料の光学的な特徴を抽出するのに必要な各波長帯域別の画像を確実に取得することができる。
【０１３０】
段階的に波長が異なる複数種の光を検査光として前記試料に照射することとしたから、これら複数種の照射光の各々に対応する試料面の光学的な特性を精密に検索分析し、特徴を正確に把握することが可能となる。
【０１３１】
撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点を設け、順次得られる撮像画像の当該基準点の濃淡レベル値が、予め設定された白レベル値に所定の許容誤差値内で一致する明るさに制御される撮像手段を備えるものとしたから、カメラの感度のバラツキを補償し、カメラの感度のバラツキによる弊害をなくすことができる。また、複数のカメラによる幅広い波長帯域での光学特性の検索が可能になる。加えて、一方のカメラから他方のカメラに切り替わっても画像の違いは小さく、同一の画像処理手法で光学的特徴が抽出できる。従ってカメラが複数であっても画像処理ソフトウェアとデータ蓄積部を一元化し、システムリソースの節約と処理のスピードアップを図ることができる。
【０１３２】
白黒両基準点の白レベル値と黒レベル値の各々が所定の濃淡階調レベル値となるように当該撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算しつつ順次カメラ画像を得るようにしたから、各撮像画像のダイナミックレンジが揃うこととなり、撮像手段の感度のバラツキ（明るさと濃度勾配において）をなくすことができる。
【０１３３】
カメラの露光時間の補正等、明るさレベルの補正では補正し得ぬ精密な一致補正が必要な場合も、撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点と暗さレベルを示す黒基準点とを設けて撮像画像の均一化補正の指標とするようにし、これら白黒両基準点の白黒両レベル値の各々が所定の濃淡階調レベル値になるように撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算することにより、各々の画像同士がほぼ同等レベルになるよう近似補正することができる。このため、演算処理における特徴の明確化補正をより容易且つ正確に遂行できる。
【０１３４】
画像特徴をより明確にするために、撮像手段で得られた白黒両基準点の白黒両レベルが予め設定された白黒各レベル（濃淡階調値）となるように当該画像の濃淡値を拡縮補正演算しつつカメラ画像データとして得ることとすることにより、撮像手段、光源光量、及び／又はその他の測定環境の変動に対しても、撮像信号レベルの明るさ及び／又は濃淡ゲインが一定レベルに修正統一され、これら撮像画像データの特徴と正確に把握することが可能となる。
【０１３５】
また、白黒両基準点をそれぞれ、互いに近接した複数のピクセルで構成し、これらピクセルの平均値を各基準値として、宇宙線ノイズその他の点ノイズにより不適正となった基準値による誤演算を防止している。さらに、補正された画像の白黒両基準点濃淡値はカメラ画像データの最低値を下回ったり最高値を上回ったりすることのないよう、それらより所定幅をもって内側に留まるよう設定されている。これにより、白黒両基準点より多少オーバー気味又はアンダー気味となる画像特徴もオーバーカレント又はアンダーカレントとなることなく、正確に補正表示することが可能となる。
【０１３６】
撮像エリア内に別途に白基準マーカと黒基準マーカを配設してこれらの座標を入力することによっても、正確な一元的目標レベルの補正を行うことができる。
【０１３７】
カメラの撮像画像内に設ける白黒基準点を、試料面の撮像画像中の任意の位置に設定することもでき、また試料面外の所定位置に設けておいた白黒基準マーカに設定することもできるようにすることにより、試料面の濃淡の特徴を明確化するように補正することができ、また、白黒基準マーカを基準として撮像画像間の特徴を明確化することも可能になる。
【０１３８】
前記試料面の特徴撮影に際して所定の撮影条件で先行撮影を行ってこの撮像画像を表示する先行撮像画像表示手段と、該先行撮像画像表示手段に表示された画像に白基準点の座標と黒基準点の座標を設定する基準点座標の設定入力手段を備え、前記設定入力手段により座標を設定された白黒両基準点の明るさ及び両基準点間の濃度勾配をこの後に得られる撮像画像濃淡値の同率拡縮補正演算の指標とすることとしたから、先行撮影画像を確認しつつその画像内の適切な座標位置に白基準点と黒基準点を設定でき、この後に得られる撮像画像の濃淡値の同率拡縮補正演算の指標として適切なレベル値を有する白黒両基準点を設定することができる。
【０１３９】
前記演算撮像手段に関し、試料面から得られる撮像画像につき上記の白黒両基準点の白黒両レベル値の差を求めるとともにこの差値が予め設定された値以下の場合、白黒両レベル値に所定の設定値を加減演算して得た第２の所定レベル値に対し拡縮補正演算を行うこととして、濃淡レベル値が微小な撮像画像の過大な階調演算補正を防止するようにしたから、濃淡レベル差の微小な画像、すなわち殆ど全面白又は黒といった画像が得られた場合、微小な濃淡特性が異常に拡大補正されることをなくし、異常に補正された、紛らわしい補正画像の混入による無意味な特徴抽出及び／又はこれらの特徴の同類分類演算がなされることを防止できる。
【０１４０】
前記のような殆ど全面白又は黒といった画像の場合、白黒の最大及び／又は最小値が白黒基準点の信号レベルに遠い値に設定され、他の画像と異なる特異画像として補正され且つ表示されるようにすることにより、無意味な特徴抽出及び／又はこれら特徴の同類分類演算がなされることを確実に防止できる。
【０１４１】
濃淡レベルの差の微少な画像を撮像するにあたり、カメラ受光面の撮像素子に個別に白黒基準値を設定して撮像素子毎に濃淡階調補正を選択できるようにし、光源照射光をなくした時のカメラ画像値を各画素別の黒基準値とし、他方、別途設けた白基準紙に光源光を照射した時のカメラ画像値を各画素別の白基準値とし、これらの白黒基準値の画像値が所定の濃淡階調値となるように拡縮補正演算することにより、微少な濃淡レベル画像の特徴を正確に把握できる。また、測定すべき光源光及び／又は投受光の波長帯に対応した複数の白黒基準値を設定し、これらを測定条件別に選択使用して補正することも可能である。
【０１４２】
カメラの撮像した画像の各々を、各画像を撮像したカメラの種類、その露光時間、白黒両基準点の各座標値と基準値、光源ランプの種類、照射波長及び撮像波長、補正された白黒両基準値、及び取得画像の画素サイズ（分解能）等の測定条件と併せて記憶させることにより、異なった撮像条件で得た撮像画像、例えば異なった白黒基準値で補正した画像での特徴抽出やこれら画像の対比、補正前の画像の再現確認等が可能となる。
【０１４３】
試料を保持する試料ホルダと、紫外域から近赤外域にわたる波長域の光であって、段階的に波長が異なる複数種の光を検査光として前記試料に順次照射する照射手段と、前記試料の試料面を中心波長が異なる複数の撮像可能波長帯域で撮像して各々の波長帯域に対応する画像を取得する撮像装置とを有し、前記撮像画像から前記試料の光学的な特徴を抽出し、複数の画像の代表画像を得る特徴抽出システムであって、前記試料ホルダ、前記照射手段と前記撮像装置を備え、前記撮像装置は互いに撮像可能波長帯域が異なり、且つそれぞれ固有の光感受特性を有するとともに、１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部が他の１台のカメラの撮像可能波長帯域の一部と重複して波長重複領域となった複数のカメラからなり、前記試料ホルダの撮像画像内に明るさレベルを示す白基準点と暗さレベルを示す黒基準点を設けている本体部と、前記波長重複領域内で、その波長重複領域を有する両カメラで撮像した前記白基準点の白レベル値と前記黒基準点の黒レベル値の明るさ及び両基準点間の濃度勾配が所定レベル以上の近似度となるように前記撮像画像の濃淡値を同率に拡縮補正演算しつつ順次カメラ画像データを得る演算装置とを通信回線で接続して、前記本体部で得られた撮像画像を前記演算装置に集めて特徴の抽出を行うようにしたから、演算装置を本体部から離れた任意の箇所に設置することが可能になる。
【０１４４】
演算装置を本体部と物理的なつながりなく設置できるので、演算部をデータセンターと位置づけて大きなデータ処理能力を与え、それによりハードウェアが大型化したとしても、それを受け入れられる環境を与えることが可能である。これにより、試料より膨大な特徴データが得られたとしても、そのデータを試料別に集約して一括管理できる。
【０１４５】
同一試料を再検査し、以前の検査データとの一致度を照合し確認することにより、本体部の検査能力を診断することができる。また、同類に属する多数枚の試料の検査データの一致度を照合確認することにより、これらの試料間の特性のバラツキを把握できる。また、多数枚の試料の平均特性を得ることができるので、新たな試料の特徴抽出と同異判定が必要となった場合、特徴の照合判定を一層正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る特徴抽出装置の構成図にして、光学機構部分を断面図としたもの
【図２】  特徴抽出装置本体部の水平断面図
【図３】  図２と同様の水平断面図にして、異なる状態を示すもの
【図４】  光源部の水平断面図
【図５】  図４と同様の水平断面図にして、異なる状態を示すもの
【図６】  バンドパスフィルタの正面図
【図７】  特徴抽出装置のブロック構成図
【図８】  波長をずらしつつ撮像したときの画像の変遷を示す図
【図９】  特徴抽出方法を説明する図にして、画像の差分のイメージを示すもの
【図１０】  画像の差分値をデジタル値として表現するＡＤ値の表
【図１１】  差分値の絶対値である指数の表
【図１２】  指数のグラフ
【図１３】  差分値に基づき代表画像を選定する方法の第１の説明図
【図１４】  差分値に基づき代表画像を選定する方法の第２の説明図
【図１５】  画像分類作業のフローチャート
【図１６】  複数のカメラの撮像画像を補正を加えないまま使用する状況を観念的に示す図
【図１７】  複数のカメラの撮像画像を補正を加えて使用する状況を観念的に示す図
【図１８】  カメラ補正用の白黒基準点を試料画像中に設定する状況を示す図
【図１９】  カメラ補正用の白黒基準マーカの図
【図２０】  露光時間設定のフローチャート
【図２１】  露光時間の自動設定を説明するグラフ
【図２２】  白黒基準拡縮補正のフローチャート
【図２３】  白黒基準拡縮補正を説明する図
【図２４】  撮像素子別の濃淡階調補正をした例を示す図
【図２５】  撮像ログの例を示す図
【図２６】  本発明の第２実施形態に係る特徴抽出システムの構成図
【符号の説明】
１    特徴抽出装置
２    本体部
３    演算装置
１０  ハウジング
１１  光学セクション
１２  制御セクション
２３  試料ホルダ
３０  検査光発生装置
３１  光源部
３８  分光器
５０  撮像装置
５１  ＣＣＤカメラ
５２  赤外線カメラ
５７  分光器
５８  バンドパスフィルタ
８７  画像解析部
９１  白基準点
９２  黒基準点
９３  白基準マーカ
９４  黒基準マーカ
１Ａ  特徴抽出装置
４００  通信回線
５００  演算装置
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004247362.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0004247362.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0004247362.tif 000020
【図２０】
0004247362.tif 000021
【図２１】
0004247362.tif 000022
【図２２】
0004247362.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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