(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影動作によって得られた光像を各波長域毎の光像にして特定の波長の被写体画像を抽出することで海水面または淡水面上の油膜を検出する波長選択型カメラ装置において、
前記撮影動作によって得られた光像を透過／反射して、２つの光像を生成する光学系と、
互いに異なる透過波長領域を持ち、前記光学系によって生成された各光像から各波長域の光像を抽出する２つの光学的バンドパスフィルタと、
各光学的バンドパスフィルタによって抽出された各波長域毎の光像を光電変換して各波長域の映像信号を生成する２つの撮像素子と、
各撮像素子から出力される各波長域の各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ各画素毎に信号レベル差を計算し、この差の絶対値に基づき、映像信号を生成する画像演算部とを備え、
前記２つの光学的バンドパスフィルタの中心波長間の差が、
・短波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のときは３０ｎｍ未満、
・短波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が５００ｎｍを超えて６００ｎｍ以下のときは６０ｎｍ未満、
・短波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が６００ｎｍを超えて１３００ｎｍ以下のときは１１０ｎｍ未満、
となるように、長波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が決定されている、
ことを特徴とする波長選択型カメラ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波長選択型カメラ装置において、
前記画像演算部は、
各撮像素子から出力される各映像信号を取り込んで、各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標もしくはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ２つの画素を選択し、これらのレベル差を計算する差分回路と、
この差分回路から出力されるレベル差の絶対値を計算する絶対値回路と、
を有することを特徴とする波長選択型カメラ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の波長選択型カメラ装置において、
前記各光学的バンドパスフィルタは、中心波長が短くなるほど、各光学的バンドパスフィルタの中心波長の差の絶対値が小さくなることを特徴とする波長選択型カメラ装置。
【請求項４】
撮影動作によって得られた光像を各波長域毎の光像にして、特定の波長の被写体画像を抽出することで海水面または淡水面上の油膜を検出する波長選択型カメラ装置において、
撮影動作によって得られた光像を透過／反射して、３つの光像を生成する光学系と、
互いに異なる透過波長領域を持ち、前記光学系によって生成された各光像から各波長域の光像を抽出する３つの光学的バンドパスフィルタと、
各光学的バンドパスフィルタによって抽出された各波長域毎の光像を光電変換して各波長域の映像信号を生成する３つの撮像素子と、
各撮像素子から出力される各波長域の各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ各画素毎に信号レベル差を計算し、この差の絶対値に基づき、映像信号を生成する画像演算部とを備え、
前記３つの光学的バンドパスフィルタの中心波長をλ１、λ３、λ２（λ１＜λ３＜λ２）（単位ｎｍ）としたとき、
・λ１が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のとき、λ３−λ１が３０ｎｍ未満、
・λ１が５００ｎｍを超えて６００ｎｍ以下のとき、λ３−λ１が６０ｎｍ未満、
・λ１が６００ｎｍを超えて１３００ｎｍ以下のとき、λ３−λ１が１１０ｎｍ未満、
となるようにλ３が決定されているとともに、
λ３−λ１＜λ２−λ３であって、
・λ３が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のとき、λ２−λ３が３０ｎｍ未満、
・λ３が５００ｎｍを超えて６００ｎｍ以下のとき、λ２−λ３が６０ｎｍ未満、
・λ３が６００ｎｍを超えて１３００ｎｍ以下のとき、λ２−λ３が１１０ｎｍ未満、
となるようにλ２が決定されている、
ことを特徴とする波長選択型カメラ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の波長選択型カメラ装置において、
前記画像演算部は、
各撮像素子から出力される各映像信号を取り込んで、各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標もしくはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ２つの画素を選択し、これらのレベル差を計算する２つ以上の差分回路と、
各差分回路から出力されるレベル差の絶対値を計算する絶対値回路と、
を有することを特徴とする波長選択型カメラ装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の波長選択型カメラ装置において、
前記各光学的バンドパスフィルタは、中心波長が短くなるほど、隣接した２つの光学的バンドパスフィルタの中心波長の差の絶対値が小さくなることを特徴とする波長選択型カメラ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の波長選択型カメラ装置において、
波長選択型カメラ装置の前に、光シャッタを配置し、この光シャッタを動作させて、前記波長選択型カメラ装置に間欠的に光像を供給する、
ことを特徴とする波長選択型カメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的バンドパスフィルタと、撮像素子とを組み合わせて、特定の波長の被写体画像を抽出する波長選択型カメラ装置に係わり、特に海面上に浮いている油膜などの画像を抽出して映像化する波長選択型カメラ装置に関する。
【０００２】
［発明の概要］
本発明は、光学的バンドパスフィルタと、撮像素子とを組み合わせて、特定の画像を抽出する波長選択型カメラ装置に関するもので、光電変換機能を有する複数の撮像素子と、これらの撮像素子に同じ光学画像を分配するレンズを含む光学系と、各撮像素子とレンズの間に設けられた互いに異なる透過波長帯域を持つ複数の光学的バンドパスフィルタと、波長の異なる複数の画像について、同じ空間座標もしくはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標をもつ画素毎に、信号レベル差を計算し、かつ、その絶対値に比例した値を出力する画像演算部とによって波長選択型カメラ装置を構成することにより、従来、検出することが困難であった海面や水面などに浮かんだ油膜や有機膜などの薄膜を高コントラストの画像として映像化するものである。
【０００３】
【従来の技術】
波長選択型のカメラ装置の１つとして、従来、図２２に示すフルカラーカメラ装置が知られている。
【０００４】
この図に示すフルカラーカメラ装置２００では、レンズ２０１と撮像素子２０２、２０３、２０４との間に、ダイクロイックプリズム２０５を設けて、被写体側からの白色光２０６を３原色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分解している。この場合、撮像素子２０２、２０３、２０４としては、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)、ＣＰＤ(Charge Priming Device)、ＳＩＴ(Static Induction Transistor)、ＣＭＤ(Charge Modulation Device)、ＡＭＩ(Amplified Mos Intelligent Imager)など、従来から良く用いられている個体撮像素子が用いられる。その他、プランビコン、サチコン、ビジコン、カルニコン、ハーピコンなどの撮像管なども使われる。
【０００５】
そして、各撮像素子２０２〜２０４によって生成された各映像信号が各ヘッドアンプ回路２０７、２０８、２０９に供給されて各々、増幅されるとともに、各映像処理回路２１０、２１１、２１２によって各種の補償処理が行われた後、エンコーダ回路２１３によって、合成されて、カラーテレビ信号に変換され、次段装置に供給される。
【０００６】
なお、ここでは、フルカラーカメラ装置２００では、入射光量を減衰するアイリスやＮＤ(Neutral Density)フィルタ、赤外線を遮断するＩＲ(Infrared)フィルタ、駆動回路や画像処理回路にパルス信号を送るパルス発生器、映像の輪郭を強調する輪郭補償回路、電源などもが使用されるが、各要素部品については、このフルカラーカメラ装置２００の本質に関わらないため、省略している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、淡水や海水に浮かんだ油膜や有機膜などの膜は水に近い屈折率を持つため、光吸収率が小さい場合、光（特に可視光以上の長波長光）をほとんど吸収せず、目視では水やガラスなどの透明物質と区別することが難しいという特性を持っている。また、吸収率が大きくても膜厚が薄い場合でも、殆どの光が薄膜を通過してしまい、目視では水やガラスなどの透明物質と区別することが難しい。例えば、水の吸収率（緑色光に対して約２．３×１０-4ｃｍ-1）の３万倍以上の大きな吸収率を持つ原油（緑色光に対しての吸収率は約８ｃｍ-1：文献［１］Ｖ．Ｍ．ＺＯＬＯＴＡＲＥＶ，Ｉ．Ａ．ＫＩＴＵＳＨＩＮＡ，and  Ｓ．Ｍ．ＳＵＴＯＶＳＫＩＹ，Optical Characteristics of Oils in the 0.4-15μm Band,Oceanology Vol.17,No.6,pp.736-739(1977).）でも、厚さが１μｍの場合には、高々１％の光が吸収されるに過ぎない。
【０００８】
このため、従来から知られている一般的な波長選択型カメラ装置では、海面の映像と、油膜などの映像とを明確に区別することが難しく、淡水や海水に浮かんだ油膜や有機膜など検出することが困難である。
【０００９】
同様に、図２２に示すフルカラーカメラ装置２００でも、人間の視覚特性にできるだけ近い画像を撮影することを目的としているため、前述した水面に浮かんだ油膜や有機膜など、目視観察では容易に検出できない被写体を撮影しても、これらを高コントラストな画像として検出することができない。
【００１０】
また、このようなフルカラーカメラ装置２００以外の波長選択型カメラ装置として、フルカラーカメラ装置のレンズの前後に、特定の波長領域の光を透過させ、それ以外の領域の光を吸収させる色フィルタを設置した波長選択型カメラ装置もある。
【００１１】
しかしながら、この波長選択型カメラ装置は、フルカラーカメラ装置の波長選択領域を狭めただけであり、撮像の原理については、図２２のフルカラーカメラ装置２００と何ら変わらないことから、図２２に示すフルカラーカメラ装置２００と同様に、水面に浮かんだ油膜や有機膜などを高コントラストな画像にすることが困難である。
【００１２】
以下、海面に浮かんだ油膜を例に取り、図面を参照しながら、その理由を以下に詳細に述べる。
【００１３】
まず、海面に油膜が浮いている場合には、図２３に示すように、上層（一般に空気）２１５、中層（液体の油膜あるいは有機膜）２１６、下層（淡水や海水などの液体）２１７の３層構造と見なすことができることから、上層２１５側から中層２１６に光２１８が入射したとき、中層２１６を構成する薄膜の内部で何度も反射を繰り返しながら、上層２１５側から光２１９が放射されるとともに、下層２１７側から光２２０が放射される。これらの多数の光２１９（または、光２２０）は互いに干渉するため、薄膜で反射された光２１９および薄膜を透過した光２２０の強度は弱い波長依存性を持つ。このことから、水面に浮かんだ油膜は、性能の悪い一種の反射増加膜あるいは反射防止膜と見なすことができる。
【００１４】
ここで、上層２１５、中層２１６、下層２１７の各屈折率をそれぞれｎ1、ｎ2、ｎ3とし、中層２１６の吸収率と厚さをそれぞれをａ、Ｌとすると、中層２１６からの反射光の強度Ｉは、次の（１）式で与えられる。
【００１５】
【数１】
0003772016.tif 000002
ここで、ψは図２３に示すように、隣接する反射光線（光２１９）の間の位相差であり、入射する光２１８の真空中における波長をλとすると、次の（２）式で表すことができる。
【００１６】
【数２】
ψ＝（４πｎ2ｄ）［１−（ｎ1／ｎ2）2］ｓｉｎ2φ1］0.5／λ    …（２）ただし、この（２）式では、上層２１５から中層２１６に入射する光２１８の入射角度をφ1とした。また、ｄは図２３に示すように、中層２１６を一度だけ、横切るときの光路長であり、次の（３）式で表される。
【００１７】
【数３】
ｄ＝Ｌ／［１−（１−ｎ1／ｎ2）2ｓｉｎ2φ1］0.5              …（３）
さらに、ｒ1は上層２１５と中層２１６との界面における振幅反射率、ｒ2は中層２１６と下層２１７との界面における振幅反射率であり、入射する光２１８がＰ波光であるとき、次の（４）式で与えられる。
【００１８】
【数４】
ｒ1＝ｔａｎ（φ1−φ2）／ｔａｎ（φ1＋φ2）
ｒ2＝ｔａｎ（φ3−φ2）／ｔａｎ（φ3＋φ2）…（４）
ここで、φ2、φ3は以下の（５）式で表される。
【００１９】
【数５】
φ2＝ｓｉｎ-1［（ｎ1／ｎ2）ｓｉｎφ1］
φ3＝ｓｉｎ-1［（ｎ1／ｎ3）ｓｉｎφ1］…（５）
また、入射する光２１８がＳ波光である場合、ｒ1、ｒ2は以下の（６）式で与えられる。
【００２０】
【数６】
ｒ1＝−ｓｉｎ（φ1−φ2）／ｓｉｎ（φ1＋φ2）
ｒ2＝−ｓｉｎ（φ3−φ2）／ｓｉｎ（φ3＋φ2）…（６）
そして、（１）〜（６）式より、中層２１６からの反射光（光２１９）と波長との関係を求めることができる。例えば、上層２１５を空気（ｎ1＝１）、下層２１７を海水（ｎ3＝１．３３）、中層２１６である膜の屈折率をｎ2＝１．５、その吸収率をａ＝０ｃｍ-1とすると、Ｓ波光の規格化された反射強度（以後、中層２１６の反射率と呼ぶ）とスペクトルの関係は、図２４（ａ）〜（ｅ）、図２５（ａ）〜（ｅ）で表される。ただし、図２４（ａ）〜（ｅ）は中層２１６の厚さＬがＬ＝１μｍ、図２５（ａ）〜（ｅ）は中層２１６の厚さＬがＬ＝１０μｍの場合であり、各層の屈折率分散を無視している。ここで、波長依存性のない直線（波線）は、膜のない海面の反射率である。
【００２１】
これらの図から明らかなように、海面が空間的、時間的に一定で、かつ膜に入射する光２１８の強度が一定の場合には、膜からの反射光強度および膜がない海面からの反射光強度の差を測定することにより、原理的には、両者を区別する事が可能である。
【００２２】
しかしながら、実際には、時間的にも、空間的にも、海面の高さ形状などが大きく変化し、さらに天候状態や撮影方向により、膜に入射する光２１８の強度も大きく変動するため、入射角度φ1が小さく、膜からの反射光強度および膜がない海面からの反射光強度の差が非常に小さい場合のみならず、入射角度φ1が大きい場合でも、膜の反射率と海面の反射率との差を検出するだけでは、膜の存在位置を定めることはきわめて困難である。
【００２３】
さらに、実際の測定では、反射率を直接、測定することができず、反射光強度を測定し、この測定結果に基づき、反射率を計算しなければならないことから、前述のようなさまざまな要因によって、反射光強度が変化しているとき、人間が判定に介在しない限り、海面上に油膜などが浮いていても、これを認識することができない。したがって、従来の油膜検出方法では、測定の自動化を図ることは事実上不可能であるのみならず、油膜と潮目を間違えるなど、信頼性にも問題があることが指摘されている。
【００２４】
また、上述した説明では、膜の吸収が無視できることを条件にして計算を行なって、図２４（ａ）〜（ｅ）、図２５（ａ）〜（ｅ）に示すように、Ｓ波光の反射率を求めているが、吸収を考慮した場合、例えば膜の吸収率ａをａ＝８ｃｍ-1とした場合にも、図２６（ａ）〜（ｅ）、図２７（ａ）〜（ｅ）に示すように、中層２１６の反射率が波長依存性を持つ。ただし、図２６は中層２１６の厚さＬがＬ＝１μｍ、図２７は中層２１６の厚さＬがＬ＝１０μｍの場合であり、各層の屈折率分散を無視している。ここで、波長依存性のない直線（波線）は、膜のない海面の反射率である。
【００２５】
これらの図から明らかなように、膜の吸収率が大きい場合でも、膜の反射率の依存性がやや小さくなるだけで、図２４（ａ）〜（ｅ）、図２５（ａ）〜（ｅ）と本質的な差は違わないことから、従来の波長選択型カメラ装置のように、光学的バンドパスフィルタを用いて波長領域を狭め、撮像素子で単純に光電変換して画像化するだけでは、海面上に浮いている油膜などのように、元来、目視観察が困難もしくは不可能な非常にコントラストの低い画像をコントラストの高い見やすい画像に変換することはできない。
【００２６】
このため、海面に浮かんだ油膜や有機膜を正確にかつ迅速に検出しなければならない場合、例えば遭難した航空機や船舶の探索あるいは、タンカーからの原油流出状況の的確な把握などを行なうときなどでも、油膜などを映像化することがでず、このような映像を得ることができる波長選択型カメラ装置の開発が強く望まれていた。
【００２７】
本発明は上記の事情に鑑み、請求項１〜３では、海面からの反射光が強い場合でも、海面上などに浮いている油膜を高いコントラストで映像化することができ、これによって遭難現場などを確実に見つけ出すことができる波長選択型カメラ装置を提供することを目的としている。
【００２８】
また、請求項４〜６では、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜を高いコントラストで映像化することができ、これによって遭難現場などを確実に見つけ出すことができる波長選択型カメラ装置を提供することを目的としている。
【００２９】
また、請求項７では、ヘリコプタや航空機などで、探索範囲の上空を高速で飛行しながら、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜を高いコントラストで映像化することができ、これによって遭難現場などを迅速に、かつ確実に見つけ出すことができる波長選択型カメラ装置を提供することを目的としている。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、撮影動作によって得られた光像を各波長域毎の光像にして特定の波長の被写体画像を抽出することで海水面または淡水面上の油膜を検出する波長選択型カメラ装置において、前記撮影動作によって得られた光像を透過／反射して、２つの光像を生成する光学系と、互いに異なる透過波長領域を持ち、前記光学系によって生成された各光像から各波長域の光像を抽出する２つの光学的バンドパスフィルタと、各光学的バンドパスフィルタによって抽出された各波長域毎の光像を光電変換して各波長域の映像信号を生成する２つの撮像素子と、各撮像素子から出力される各波長域の各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ各画素毎に信号レベル差を計算し、この差の絶対値に基づき、映像信号を生成する画像演算部とを備え、
前記２つの光学的バンドパスフィルタの中心波長間の差が、
・短波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のときは３０ｎｍ未満、
・短波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が５００ｎｍを超えて６００ｎｍ以下のときは６０ｎｍ未満、
・短波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が６００ｎｍを超えて１３００ｎｍ以下のときは１１０ｎｍ未満、
となるように、長波長側の光学的バンドパスフィルタの中心波長が決定されている、
ことを特徴としている。
【００３１】
また、請求項２では、請求項１に記載の波長選択型カメラ装置において、前記画像演算部は、各撮像素子から出力される各映像信号を取り込んで、各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標もしくはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ２つの画素を選択し、これらのレベル差を計算する差分回路と、この差分回路から出力されるレベル差の絶対値を計算する絶対値回路とを有することを特徴としている。
【００３６】
また、請求項３では、請求項１または２に記載の波長選択型カメラ装置において、前記各光学的バンドパスフィルタは、中心波長が短くなるほど、各光学的バンドパスフィルタの中心波長の差の絶対値が小さくなることを特徴としている。
【００３８】
また、請求項４では、撮影動作によって得られた光像を各波長域毎の光像にして、特定の波長の被写体画像を抽出することで海水面または淡水面上の油膜を検出する波長選択型カメラ装置において、撮影動作によって得られた光像を透過／反射して、３つの光像を生成する光学系と、互いに異なる透過波長領域を持ち、前記光学系によって生成された各光像から各波長域の光像を抽出する３つの光学的バンドパスフィルタと、各光学的バンドパスフィルタによって抽出された各波長域毎の光像を光電変換して各波長域の映像信号を生成する３つの撮像素子と、各撮像素子から出力される各波長域の各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ各画素毎に信号レベル差を計算し、この差の絶対値に基づき、映像信号を生成する画像演算部とを備え、
前記３つの光学的バンドパスフィルタの中心波長をλ１、λ３、λ２（λ１＜λ３＜λ２）（単位ｎｍ）としたとき、
・λ１が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のとき、λ３−λ１が３０ｎｍ未満、
・λ１が５００ｎｍを超えて６００ｎｍ以下のとき、λ３−λ１が６０ｎｍ未満、
・λ１が６００ｎｍを超えて１３００ｎｍ以下のとき、λ３−λ１が１１０ｎｍ未満、
となるようにλ３が決定されているとともに、
λ３−λ１＜λ２−λ３であって、
・λ３が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のとき、λ２−λ３が３０ｎｍ未満、
・λ３が５００ｎｍを超えて６００ｎｍ以下のとき、λ２−λ３が６０ｎｍ未満、
・λ３が６００ｎｍを超えて１３００ｎｍ以下のとき、λ２−λ３が１１０ｎｍ未満、
となるようにλ２が決定されている、
ことを特徴としている。
【００３９】
また、請求項５では、請求項４に記載の波長選択型カメラ装置において、前記画像演算部は、各撮像素子から出力される各映像信号を取り込んで、各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標もしくはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ２つの画素を選択し、これらのレベル差を計算する２つ以上の差分回路と、各差分回路から出力されるレベル差の絶対値を計算する絶対値回路とを有することを特徴としている。
【００４４】
また、請求項６では、請求項４または５に記載の波長選択型カメラ装置において、前記各光学的バンドパスフィルタは、中心波長が短くなるほど、隣接した２つの光学的バンドパスフィルタの中心波長の差の絶対値が小さくなることを特徴としている。
【００４６】
また、請求項７では、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の波長選択型カメラ装置において、波長選択型カメラ装置の前に、光シャッタを配置し、この光シャッタを動作させて、前記波長選択型カメラ装置に間欠的に光像を供給することを特徴としている。
【００４８】
上記の構成において、請求項１では、光学系によって、撮影動作で得られた光像を透過／反射して、２つの光像を生成する。互いに異なる透過波長領域を持つ２つの光学的バンドパスフィルタは、前記光学系で生成された各光像から各波長域の光像を抽出する。２つの撮像素子は、前記各光学的バンドパスフィルタで抽出された各波長域毎の光像を光電変換して各波長域の映像信号を生成する。そして、画像演算部は、各撮像素子から出力される各波長域の各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ各画素毎に信号レベル差を計算し、この差の絶対値に基づき、映像信号を生成する。これにより、海面からの反射光が強い場合でも、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化し、遭難現場などを確実に見つけ出す。
【００４９】
また、請求項２では、画像演算部として、各撮像素子から出力される各映像信号を取り込んで、各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標もしくはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ２つの画素を選択し、これらのレベル差を計算する差分回路と、この差分回路から出力されるレベル差の絶対値を計算する絶対値回路とを有する画像演算部を使用することにより、海面からの反射光が強い場合でも、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化し、遭難現場などを確実に見つけ出す。
【００５４】
また、請求項３では、各光学的バンドパスフィルタとして、中心波長が短くなるほど、各光学的バンドパスフィルタの中心波長の差の絶対値が小さくなる光学的バンドパスフィルタを使用することにより、海面からの反射光が強い場合でも、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化し、遭難現場などを確実に見つけ出す。
【００５６】
また、請求項４では、光学系によって、撮影動作で得られた光像を透過／反射して、３つ以上の光像を生成しながら、互いに異なる透過波長領域を持つ３つ以上の光学的バンドパスフィルタによって、前記光学系で生成された各光像から各波長域の光像を抽出する。３つ以上の撮像素子は、各光学的バンドパスフィルタで抽出された各波長域毎の光像を光電変換して各波長域の映像信号を生成する。そして、画像演算部は、各撮像素子から出力される各波長域の各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ各画素毎に信号レベル差を計算し、この差の絶対値に基づき、映像信号を生成する。これにより、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化し、遭難現場などを確実に見つけ出す。
【００５７】
また、請求項５では、画像演算部として、各撮像素子から出力される各映像信号を取り込んで、各映像信号を構成する各画素について、同じ空間座標もしくはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さの空間座標を持つ２つの画素を選択し、これらのレベル差を計算する２つ以上の差分回路と、各差分回路から出力されるレベル差の絶対値を計算する絶対値回路とを有する画像演算部を使用することにより、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化し、遭難現場などを確実に見つけ出す。
【００６２】
また、請求項６では、各光学的バンドパスフィルタとして、中心波長が短くなるほど、隣接した２つの光学的バンドパスフィルタの中心波長の差の絶対値が小さくなる光学的バンドパスフィルタを使用することにより、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化し、遭難現場などを確実に見つけ出す。
【００６４】
また、請求項７では、波長選択型カメラ装置の前に、光シャッタを配置し、この光シャッタを動作させて、前記波長選択型カメラ装置に間欠的に光像を供給することにより、ヘリコプタや航空機などで、探索範囲の上空を高速で飛行しながら、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化し、遭難現場などを迅速に、かつ確実に見つけ出す。
【００６６】
【発明の実施の形態】
《第１の実施の形態の説明》
＜第１の実施の形態の基本説明＞
図１は本発明による波長選択型カメラ装置の実施の形態のうち、請求項１、２、３に対応する波長選択型カメラ装置の一例を示すブロック図である。なお、この図においては、説明を簡単にするために、本発明の説明に係わらない部分、例えば入射光量を減衰させるアイリスやＮＤフィルタなど、カメラ装置を構成するのに必要な部品、駆動回路、映像処理回路などにパルス信号を送るパルス発生回路、映像の輪郭を強調する輪郭補償回路、電源回路などを省略してある。
【００６７】
この図に示す波長選択型カメラ装置１は、被写体からの光像２を取り込んで、これを波長毎に光電変換して、短波長域の映像信号と長波長域の映像信号とを生成する波長選択光学系３と、この波長選択光学系３から出力される短波長域の映像信号を画像処理して、デジタル化した短波長域の映像信号を生成する短波長側映像処理部４と、前記波長選択光学系３から出力される長波長域の映像信号を画像処理してデジタル化した長波長域の映像信号を生成する長波長側映像処理部５と、この長波長側映像処理部５から出力される長波長域の映像信号と短波長側映像処理部４から出力される短波長域の映像信号との差に基づき、海面や水面などに浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成する差映像抽出部６とを備えており、波長選択光学系３によって、油膜が浮かんだ海面などを撮影して、短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成しながら、短波長側映像処理部４によって短波長域の映像信号を画像処理して、デジタル化した短波長域の映像信号を生成するとともに、長波長側映像処理部５によって長波長側の映像信号を画像処理して、デジタル化した長波長域の映像信号を生成した後、差映像抽出部６によって短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号との差を抽出して、水面などに浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成し、これを次段装置（図示は省略する）に供給する。
【００６８】
波長選択光学系３は、被写体からの光像（白色の光像）２を取り込んで、所定距離だけ後方に結像させるレンズ７と、図２に示すように、入射面８に入射されたレンズ７からの光像２の半分を反射透過面９で２等分し、この等分処理で得られた一方の光像（反射透過面９を透過した光像）２ａを直進させて第２出射面１１から出射させるとともに、反射透過面９で４５度の角度で反射された他方の光像（光像２ａと左右が反転していない光像）２ｂを全反射面１２で全反射させて第１出射面１０から出射させるビームスプリッタ１３と、波長λ1を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性で、ビームスプリッタ１３の第１出射面１０から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１４と、ＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ、ＳＩＴ、ＡＭＩなど、シリコンを用いた固体撮像素子またはＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなど赤外線領域で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、または非晶質セレンなど、紫外線や短波長可視光で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、あるいはプランビコン、サチコン、ビジコン、カルニコン、ハーピコンなどの撮像管のいずれかによって構成され、レンズ７との間の光路長が所定距離となる位置に配置されて、光学的バンドパスフィルタ１４から出射される光像を光電変換し、映像信号を生成する撮像素子１５とを備えている。
【００６９】
さらに、波長選択光学系３は、波長λ2を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性で、ビームスプリッタ１３の第２出射面１１から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１６と、ＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ、ＳＩＴ、ＡＭＩなど、シリコンを用いた固体撮像素子またはＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなど赤外線領域で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、または非晶質セレンなど、紫外線や短波長可視光で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、あるいはプランビコン、サチコン、ビジコン、カルニコン、ハーピコンなどの撮像管のいずれかによって構成され、レンズ７との間の光路長が所定距離（レンズ７と撮像素子１５との距離と同じ距離）となる位置に配置されて、光学的バンドパスフィルタ１６から出射される光像を光電変換し、映像信号を生成する撮像素子１７とを備えている。
【００７０】
この場合、被写体の上層側が空気（屈折率ｎ1＝１）、下層が表１（理科年表から引用した表）に示すような屈折率分散を持つ淡水であれば、淡水からの反射率の差が１％以下になるように、表２に示す如く各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過波長領域が短波長域側にシフトするほど、光学的バンドパスフィルタ１４の中心波長λ1と、光学的バンドパスフィルタ１６の中心波長λ2と差の絶対値｜λ1−λ2｜が小さくなるように、光学的バンドパスフィルタ１４の中心波長λ1の値と、光学的バンドパスフィルタ１６の中心波長λ2の値とが決められる。なお、表２に示す値はあくまでも目安であり、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の中心波長λ1、λ2が各数値から多少、外れていても良い。
【００７１】
【表１】
0003772016.tif 000003
【表２】
0003772016.tif 000004
【００７２】
そして、ビームスプリッタ１３によって、被写体からの光像２を取り込んで、これを２等分し、一方の光学的バンドパスフィルタ１４によってビームスプリッタ１３から出射される一方の光像２ｂをバンドパスフィルタリングして、短波長域の光像（波長λ1を中心とする波長範囲の光像）を抽出するとともに、一方の撮像素子１５によって光学的バンドパスフィルタ１４から出射される光像を光電変換し、これによって得られた映像信号を短波長側映像処理部４に供給し、さらに他方の光学的バンドパスフィルタ１６によってビームスプリッタ１３から出射される他方の光像２ａをバンドパスフィルタリングして、長波長域の光像（波長λ2を中心とする波長範囲の光像）を抽出するとともに、他方の撮像素子１７によって光学的バンドパスフィルタ１６から出射される光像を光電変換し、これによって得られた映像信号を長波長側映像処理部５に供給する。
【００７３】
短波長側映像処理部４は、波長選択光学系３から出力される短波長域の映像信号を一定の増幅率で増幅するヘッドアンプ回路１８と、このヘッドアンプ回路１８から出力される映像信号に対し、予め設定されている画像処理、例えば各撮像素子感度のバラツキ補償、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過領域補償、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過率補償などを行なう映像処理回路１９と、この映像処理回路１９から出力される映像信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル化された映像信号を生成するＡ／Ｄ変換回路２０とを備えており、波長選択光学系３から出力される短波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過率補償処理などを行ない、これによって得られた映像信号をデジタル化して、差映像抽出部６に供給する。
【００７４】
また、長波長側映像処理部５は、波長選択光学系３から出力される長波長域の映像信号を一定の増幅率で増幅するヘッドアンプ回路２１と、このヘッドアンプ回路２１から出力される映像信号に対し、予め設定されている画像処理、例えば各撮像素子感度のバラツキ補償、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過領域補償、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過率補償などを行なう映像処理回路２２と、この映像処理回路２２から出力される映像信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル化された映像信号を生成するＡ／Ｄ変換回路２３とを備えており、波長選択光学系３から出力される長波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過率補償処理などを行ない、これによって得られた映像信号をデジタル化して、差映像抽出部６に供給する。
【００７５】
この場合、短波長側映像処理部４を構成する映像処理回路１９と、長波長側映像処理部５を構成する映像処理回路２２とを調整する方法として、例えば白紙など、反射率が一定した被写体を撮影した状態で、一方のＡ／Ｄ変換回路２０から出力される映像信号と、他方のＡ／Ｄ変換回路２３から出力される映像信号とが等しくなるように、各映像処理回路１９、２２の補償定数などが調整される。
【００７６】
差映像抽出部６は、短波長側映像処理部４から出力されるデジタル化された映像信号と長波長側映像処理部５から出力されるデジタル化された映像信号とを取り込んで、各映像信号に含まれている各画素のうち、同じ空間座標の各画素またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さを持つ空間座標となる各画素同士のレベル差を演算して各映像信号の差を示す映像信号を生成する差分回路２４と、この差分回路２４から出力される映像信号の絶対値を演算する絶対値回路２５と、この絶対値回路２５から出力されるデジタル信号形式の映像信号をアナログ信号形式の映像信号に変換するＤ／Ａ変換回路２６と、このＤ／Ａ変換回路２６から出力される映像信号を増幅する増幅回路２７とを備えており、長波長側映像処理部５から出力される長波長域の映像信号と、短波長側映像処理部４から出力される短波長域の映像信号とを取り込んで、各画素単位でレベル差を演算し、水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成し、これを次段装置に供給する。
【００７７】
次に、図１に示すブロック図および図３に示すグラフを参照しながら、この実施の形態の動作について説明する。
【００７８】
まず、波長選択型カメラ装置１によって、油膜が浮かんだ海面などを撮影すると、波長選択型カメラ装置１内に設けられている波長選択光学系３のビームスプリッタ１３によって、被写体からの光像２が２等分された後、一方の光学的バンドパスフィルタ１４によってビームスプリッタ１３から出射される一方の光像２ｂがバンドパスフィルタリングされて、短波長域の光像（波長λ1を中心とする波長範囲の光像）が抽出されるとともに、一方の撮像素子１５によって光学的バンドパスフィルタ１４から出射される光像が光電変換され、これによって得られた映像信号が短波長側映像処理部４に供給される。
【００７９】
そして、この短波長側映像処理部４によって、波長選択光学系３から出力される短波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過率補償処理などが行なわれ、これによって得られた映像信号がデジタル化されて、差映像抽出部６に供給される。
【００８０】
また、この動作と並行し、他方の光学的バンドパスフィルタ１６によって、ビームスプリッタ１３から出射される他方の光像２ａがバンドパスフィルタリングされて、長波長域の光像（波長λ2を中心とする波長範囲の光像）が抽出されるとともに、一方の撮像素子１７によって光学的バンドパスフィルタ１６から出射される光像が光電変換され、これによって得られた映像信号が長波長側映像処理部５に供給され、この長波長側映像処理部５によって、波長選択光学系３から出力される長波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６の透過率補償処理などが行なわれ、これによって得られた映像信号がデジタル化されて、差映像抽出部６に供給される。
【００８１】
そして、この差映像抽出部６によって、長波長側映像処理部５から出力される長波長域の映像信号と、短波長側映像処理部４から出力される短波長域の映像信号とが取り込まれて、各画素単位でレベル差が演算され、これによって水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号が生成され、次段装置に供給される。
【００８２】
この際、厳密には、海水の屈折率分散により反射率が変化するもの、表１に示すような水の屈折率分散例から分かるように、その変化量が非常に小さいことから、表２の上段に示す波長領域のとき、水の屈折率分散を無視しても良く、また図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、油面の無い海面の反射率が波長依存性を殆ど持たないことから、図３（ｆ）に示すように、最下段に記載された２つの光学的バンドパスフィルタ（両者の中心波長λ1、λ2の差が５０ｎｍであり、表２の条件を満足する）１４、１６を用いて、油面が無い海水面を撮影したとき、短波長側映像処理部４から出力される映像信号と、長波長側映像処理部５から出力される映像信号とが画素単位で同じレベルになって、差映像抽出部６からゼロを示す映像信号が出力される。
【００８３】
一方、図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、油膜がある海水では、入射角度がどのような角度でも、波長に応じて油膜の反射率が大きく変化するものの、２つの光学的バンドパスフィルタ１４、１６の中心波長λ1、λ2の透過率（最大透過率）に対し、１／ｅ以上の透過率を持つ波長領域（図３のＡ〜Ｂの領域、Ｂ〜Ｃの領域）に限ぎると、一方の光学的バンドパスフィルタ１４の波長領域（図３のＡ〜Ｂの領域）の反射率と、他方の光学的バンドパスフィルタ１６の波長領域（図３のＢ〜Ｃの領域）の反射率とが異なっていることから、油面がある海水面を撮影したとき、短波長側映像処理部４から出力される映像信号と、長波長側映像処理部５から出力される映像信号とが異なるレベルになって、差映像抽出部６から油膜を示す映像信号が出力される。
【００８４】
また、極めて稀に、油膜がある海面を撮影したとき、特定の入射角度からの光が入射されて、短波長側映像処理部４から出力される映像信号と、長波長側映像処理部５から出力される映像信号とが一致することも考えられるが、このような場合でも、波や風などによって海面が常に変動し、海面が鏡面状態のときの入射角度よりも、多様な入射角度からの光像が波長選択型カメラ装置１に取り込まれることから、特定の入射角度で反射率が同じレベルになっても、他の入射角度で反射率が異なるレベルになることから、差映像抽出部６から油膜を示す映像信号が出力される。
【００８５】
このように、この実施の形態では、波長選択光学系３によって、油膜が浮かんだ海面などを撮影して、短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成しながら、短波長側映像処理部４によって短波長域の映像信号を画像処理して、デジタル化した短波長域の映像信号を生成するとともに、長波長側映像処理部５によって短波長域の映像信号を画像処理して、デジタル化した長波長域の映像信号を生成した後、差映像抽出部６によって短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号との差を抽出して、水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成し、これを次段装置に供給するようにしているので、従来、検出が困難であった水面上の油膜や有機膜などを高いコントラストで画像として、検出することができる。
【００８６】
これによって、従来、ヘリコプタや航空機などから目視観察で遭難現場などの探索が困難な場合、例えば海からの反射光が強い場合（逆光状態）、雨天の場合、波浪が高い場合などでも、海面の状態に関わらず、遭難した航空機や船舶などの油膜が海面上に浮いているとき、これを確実に検出して、遭難現場などを見つけ出すことができる。
【００８７】
また、この実施の形態では、撮影した海面などに油膜や有機膜などがあるときにのみ、差映像抽出部６から出力される映像信号がゼロ以外の値になるようにしているので、差映像抽出部６から出力される映像信号を次段装置などに設けられた判定回路に導き、予め設定されているしきい値を越えているかどうかを判定させるだけで、遭難現場の探索を容易に自動化することができる。これによって、ヘリコプタや航空機などに、図１に示す波長選択型カメラ装置１を複数、搭載し、各波長選択型カメラ装置１によって、全方位を同時に探索させて、油膜などの有無を自動判定させれば、従来の目視による場合に比べて、格段に探索効率を向上させて、迅速な災害救助を行なうことができる。
【００８８】
また、図１に示す波長選択型カメラ装置１と、ＧＰＳ(Global Positioning System)装置とを組み合わせることにより、油膜の位置を瞬時に決定することができ、これによって遭難現場などの発見を一層、迅速化させることができるとともに、タンカーなどの原油流出状況をリアルタイムで、容易に地図化することができる。
【００８９】
＜第１の実施の形態の第１変形例の説明＞
また、図１に示す波長選択型カメラ装置１では、レンズ７からの光像２をビームスプリッタ１３の反射透過面９で２等分し、一方の光像（反射透過面９を透過した光像）２ａを直進させて第２出射面１１から出射させるとともに、反射透過面９で４５度の角度で反射され、全反射面１２によってさらに４５度の角度で全反射された他方の光像（光像２ａと左右が反転していない光像）２ｂを第１出射面１０から出射させて、被写体からの光像２を２等分するようにしているが、このようなビームスプリッタ１３に代えて、図４に示すようなビームスプリッタ２８を使用するようにしても良い。
【００９０】
この図に示すビームスプリッタ２８は、入射面２９に入射されたレンズ７からの光像２を４５度より小さい入射角度αで反射透過面３０に入射させ、この反射透過面３０を透過した光像２ｃを直進させて第２出射面３２から出射させるとともに、反射透過面３０で反射された光像２ｄを４５度の角度より大きな入射角度βで全反射面８６に入射させ、全反射された光像（光像２ｃと左右が反転していない光像）２ｄを第１出射面３１から出射させる。
【００９１】
このように、このビームスプリッタ２８を使用しても、レンズ７からの光像を左右が反転されていない２つの光像２ｃ、２ｄに２等分して、各光学的バンドパスフィルタ１４、１６に各々、入射させ、各撮像素子１５、１７上に結像させることができる。
【００９２】
勿論、このビームスプリッタ２８でも、レンズ７と一方の撮像素子１５との間の光路長と、レンズ７と他方の撮像素子１７との間の光路長とが同じくなるように、ビームスプリッタ２８内の各光路長が設定される。
【００９３】
＜第１の実施の形態の第２変形例の説明＞
また、図１に示す波長選択型カメラ装置１では、１つのビームスプリッタ１３と、２つの光学的バンドパスフィルタ１４、１６と、２つの撮像素子１５、１７によって構成される波長選択光学系３を使用するようにしているが、図５に示すように、プリズム型バンドパスフィルタ３３と、２つの撮像素子３４、３５とによって構成される波長選択光学系３６を使用するようにしても良い（請求項５、６の内容）。
【００９４】
この場合、プリズム型バンドパスフィルタ３６は、前面３７側が４５度にカットされたプリズム３８と、前面３９（後面４０）と斜面４１、４２とのなす角度が４５度、１３５度になるようにカットされた並行四辺形型のプリズム４３と、このプリズム４３の斜面４２とプリズム３８の前面３７との接合面に配置され、図６、図７に示すようなローパス特性で、入射した光像２を構成する長波長の光を透過させるとともに、短波長の光を反射させる光学的ローパスフィルタ４４と、プリズム３８の出射面４５に接合され、図６に示すように、光学的ローパスフィルタ４４の透過波長特性のカットオフ波長λ44（但し、ここでは、光学的ローパスフィルタ４４の透過率が最大透過率の５０％になる波長をカットオフ波長と定義する）より長波長側にシフトしたカットオフ波長特性を持ち、光学的ローパスフィルタ４４を透過した長波長光のうち、カットオフ波長λ46より短い波長の光（斜線部分の光）を透過させる光学的ハイパスフィルタ４６と、プリズム４３の出射面４７（後面４０）に接合され、図７に示すように、光学的ローパスフィルタ４４の反射波長特性のカットオフ波長λ44より短波長側にシフトしたカットオフ波長λ48を持ち、光学的ローパスフィルタ４４で反射された短波長光のうち、カットオフ波長λ48より長い波長の光（斜線部分の光）を透過させる光学的ローパスフィルタ４８とを備えている。
【００９５】
勿論、このプリズム型バンドパスフィルタ３３でも、レンズ７と一方の撮像素子３４との間の光路長と、レンズ７と他方の撮像素子３５との間の光路長とが同じくなるように、プリズム型バンドパスフィルタ３３内の各光路長が設定される。
【００９６】
そして、レンズ７からの光像２が入射面４９（前面３９）に入射したとき、光学的ローパスフィルタ４４のフィルタリング動作、光学的ハイパスフィルタ４６のフィルタリング動作によって、光像２を構成する各波長のうち、図６に示すように、波長λbを中心とする長波長領域の光像を選択して、これを一方の撮像素子３５に入射させ、長波長域の映像信号を生成させるとともに、光学的ローパスフィルタ４４のフィルタリング動作、光学的ローパスフィルタ４８のフィルタリング動作によって、光像２を構成する各波長のうち、図７に示すように、波長λa（但し、｜λa−λb｜は表２を満たす値）を中心とする短波長領域の光像を選択して、これを他方の撮像素子３４に入射させ、短波長域の映像信号を生成させる。
【００９７】
このように、プリズム型バンドパスフィルタ３３と、２つの撮像素子３４、３５とによって構成される波長選択光学系３６を使用しても、レンズ７からの光像２を左右が反転されていない２つの光像に２等分して、長波長域の映像信号と、短波長域の映像信号とを生成することができる。
【００９８】
＜第１の実施の形態の第３変形例の説明＞
また、図５に示す変形例では、プリズム型バンドパスフィルタ３３と、２つの撮像素子３４、３５とによって波長選択光学系３６を構成するようにしているが、図８に示すように、プリズム型ローパスフィルタ５０と、光学的ローパスフィルタ５１と、光学的ハイパスフィルタ５２と、２つの撮像素子５３、５４とによって波長選択光学系５５を構成し、この波長選択光学系５５を使用して光像２を波長弁別して、短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成するようにしても良い（請求項５の内容）。
【００９９】
この場合、プリズム型ローパスフィルタ５０は、前面５６側が４５度にカットされたプリズム５７と、前面５８（後面５９）と斜面６０、６１とのなす角度が４５度、１３５度になるようにカットされた並行四辺形型のプリズム６２と、このプリズム６２の斜面６１とプリズム５７の前面５６との接合面に配置され、図５に示す光学的ローパスフィルタ４４と同じローパス特性で、入射した光像２を構成する長波長の光を透過させるとともに、短波長の光を反射させる光学的ローパスフィルタ６３とを備えており、入射面６４にレンズ７からの光像２が入射したとき、光学的ローパスフィルタ６３のフィルタリング動作によって、光像２中の長波長の光を透過させ、これを出射面６５から出射させて、光学的ハイパスフィルタ５２に入射させるとともに、光学的ローパスフィルタ６３によって光像２中の短波長の光を反射させた後、これを全反射面６６で反射させて、出射面６７から出射させ、光学的ローパスフィルタ５１に入射させる。
【０１００】
光学的ローパスフィルタ５１は、図５に示す光学的ローパスフィルタ４８と同様なローパス特性（図７に示すローパス特性）を持つフィルタ板によって構成されており、プリズム型ローパスフィルタ５０の出射面６７から出射される短波長域の光像を構成する各波長のうち、図７に示すように、波長λaを中心とする短波長領域の光像を選択して、これを一方の撮像素子５３に入射させ、短波長域の映像信号を生成させる。
【０１０１】
また、光学的ハイパスフィルタ５２は、図５に示す光学的ハイパスフィルタ４６と同様なハイパス特性（図６に示すハイパス特性）を持つフィルタ板によって構成されており、プリズム型ローパスフィルタ５０の出射面６５から出射される長波長域の光像を構成する各波長のうち、図６に示すように、波長λbを中心とする長波長領域の光像を選択して、これを他方の撮像素子５４に入射させ、長波長域の映像信号を生成させる。
【０１０２】
このように、プリズム型ローパスフィルタ５０と、光学的ローパスフィルタ５１と、光学的ハイパスフィルタ５２と、２つの撮像素子５３、５４とによって構成される波長選択光学系５５を使用しても、レンズ７からの光像２を波長弁別して、短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成することができる。
【０１０３】
＜第１の実施の形態の第４変形例の説明＞
また、図８に示す変形例では、プリズム型ローパスフィルタ５０と、光学的ローパスフィルタ５１と、光学的ハイパスフィルタ５２と、２つの撮像素子５３、５４とによって波長選択光学系５５を構成するようにしているが、図９に示すように、プリズム型ローパスフィルタ６８と、２つの光学的バンドパスフィルタ６９、７０と、２つの撮像素子７１、７２とによって波長選択光学系７３を構成し、この波長選択光学系７３を使用して、光像２を波長弁別して、短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成するようにしても良い（請求項５の内容）。
【０１０４】
この場合、プリズム型ローパスフィルタ６８は、前面７４側が４５度にカットされたプリズム７５と、前面７６（後面７７）と斜面７８、７９とのなす角度が４５度、１３５度になるようにカットされた並行四辺形型のプリズム８０と、このプリズム８０の斜面７９とプリズム７５の前面７４との接合面に配置され、図８に示す光学的ローパスフィルタ６３と同じローパス特性で、入射した光像２を構成する長波長の光を透過させるとともに、短波長の光を反射させる光学的ローパスフィルタ８１とを備えており、入射面８２にレンズ７からの光像２が入射したとき、光学的ローパスフィルタ８１のフィルタリング動作によって、光像２中の長波長の光を透過させ、これを出射面８３から出射させて、一方の光学的バンドパスフィルタ７０に入射させるとともに、光学的ローパスフィルタ８１によって光像２中の短波長の光を反射させた後、これを全反射面８４で反射させて、出射面８５から出射させ、他方の光学的バンドパスフィルタ６９に入射させる。
【０１０５】
また、光学的バンドパスフィルタ７０は、図１０に示すように、光学的ローパスフィルタ８１のローパスフィルタリング特性によって選択された長波長域の光像中から波長λdを中心として、所定領域に含まれる長波長の光を抽出するバンドパス特性を持つフィルタ板によって構成されており、プリズム型ローパスフィルタ６８の出射面８３から出射される長波長域の光像を構成する各波長のうち、図１０に示すように、波長λdを中心とする所定波長領域の光像を選択して、これを一方の撮像素子７２に入射させ、長波長域の映像信号を生成させる。
【０１０６】
また、光学的バンドパスフィルタ６９は、図１１に示すように、光学的ローパスフィルタ８１のローパスフィルタリング特性によって選択された短波長域の光像中から波長λcを中心として、所定領域に含まれる短波長の光を抽出するバンドパス特性を持つフィルタ板によって構成されており、プリズム型ローパスフィルタ６８の出射面８５から出射される短波長域の光像を構成する各波長のうち、図１１に示すように、波長λcを中心とする所定波長領域の光像を選択して、これを他方の撮像素子７１に入射させ、短波長域の映像信号を生成させる。
【０１０７】
このように、プリズム型ローパスフィルタ６８と、２つの光学的バンドパスフィルタ６９、７０と、２つの撮像素子７１、７２とによって波長選択光学系７３を構成し、この波長選択光学系７３を使用しても、光像２を波長弁別して、短波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成することができる。
【０１０８】
《発明の第２の実施の形態の説明》
＜第２の実施の形態の基本説明＞
図１２は本発明による波長選択型カメラ装置の一実施の形態のうち、請求項４、５、６に対応する波長選択型カメラ装置の一例を示すブロック図である。なお、この図においては、説明を簡単にするために、本発明の説明に係わらない部分、例えば入射光量を減衰させるアイリスやＮＤフィルタなど、カメラ装置を構成するのに必要な部品、駆動回路、映像処理回路などにパルス信号を送るパルス発生回路、映像の輪郭を強調する輪郭補償回路、電源回路などを省略してある。
【０１０９】
この図に示す波長選択型カメラ装置１００は、被写体からの光像１０１を取り込んで、これを波長毎に光電変換して、短波長域の映像信号と中波長域の映像信号と長波長域の映像信号とを生成する波長選択光学系１０２と、この波長選択光学系１０２から出力される短波長域の映像信号を画像処理して、デジタル化した短波長域の映像信号を生成する短波長側映像処理部１０３と、波長選択光学系１０２から出力される中波長域の映像信号を画像処理して、デジタル化した中波長域の映像信号を生成する中波長側映像処理部１０４と、波長選択光学系１０２から出力される長波長域の映像信号を画像処理してデジタル化した長波長域の映像信号を生成する長波長側映像処理部１０５と、中波長側映像処理部１０４から出力される中波長域の映像信号を基準として、長波長側映像処理部１０５から出力される長波長域の映像信号と短波長側映像処理部１０３から出力される短波長域の映像信号との差を演算して、水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成する差映像抽出部１０６とを備えている。
【０１１０】
そして、波長選択光学系１０２によって、油膜が浮かんだ海面などを撮影して、短波長域の映像信号と、中波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成ししながら、短波長側映像処理部１０３、中波長側映像処理部１０４、長波長側映像処理部１０５によって短波長域の映像信号、中波長域の映像信号、短波長域の映像信号を各々、デジタル化した後、差映像抽出部１０６によって短波長域の映像信号と、中波長域の映像信号、長波長域の映像信号との間の差を抽出して、水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成し、これを次段装置（図示は省略する）に供給する。
【０１１１】
波長選択光学系１０２は、被写体からの光像（白色の光像）１０１を取り込んで、所定距離だけ後方に結像させるレンズ１０７と、１つの入射面１０８と２つの全反射面１０９、１１０と第１出射面１１１、第２出射面１１２および第３出射面１１３とを有するプリズム１１４、このプリズム１１４内に配置され、図１３に示すように、入射面１０８に入射された光像１０１を構成する長波長域の光、中波長域の光を透過させ、それ以外の光（短波長域の光）を反射させる光学的ローパスフィルタ１１５、プリズム１１４内に配置され、光学的ローパスフィルタ１１５を透過した長波長域の光、中波長域の光のうち、長波長域の光（長波長域の光）を透過させるとともに、それ以外の光（中波長域の光）を反射させる光学的ローパスフィルタ１１６によって構成され、第１出射面１１１、第２出射面１１２、第３出射面１１３から短波長域の光像、長波長域の光像、中波長域の光像を各々、出射させる分岐素子１２３と、図１４に示すように、波長λ1（この波長λ1は、光学的ローパスフィルタ１１５のカットオフ波長より短波長側にある波長）を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性で分岐素子１２３の第１出射面１１１から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１１７と、ＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ、ＳＩＴ、ＡＭＩなど、シリコンを用いた固体撮像素子またはＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなど赤外線領域で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、または非晶質セレンなど、紫外線や短波長可視光で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、あるいはプランビコン、サチコン、ビジコン、カルニコン、ハーピコンなどの撮像管などのいずれかによって構成され、レンズ１０７との間の光路長が所定距離となる位置に配置されて、光学的バンドパスフィルタ１１７から出射される光像を光電変換し、映像信号を生成する撮像素子１２０とを備えている。
【０１１２】
さらに、波長選択光学系１０２は、図１５に示すように、波長λ2（この波長λ2は、光学的ローパスフィルタ１１６のカットオフ波長より長波長側にある波長）を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性で分岐素子１２３の第２出射面１１２から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１１８と、ＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ、ＳＩＴ、ＡＭＩなど、シリコンを用いた固体撮像素子またはＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなど赤外線領域で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、または非晶質セレンなど、紫外線や短波長可視光で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、あるいはプランビコン、サチコン、ビジコン、カルニコン、ハーピコンなどの撮像管などのいずれかによって構成され、レンズ１０７との間の光路長が所定距離（レンズ１０７と撮像素子１２０との距離と同じ距離）となる位置に配置されて、光学的バンドパスフィルタ１１６から出射される光像を光電変換し、映像信号を生成する撮像素子１２１と、図１６に示すように、波長λ3（この波長λ3は、光学的ローパスフィルタ１１６のカットオフ波長より短波長側にある波長）を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性で分岐素子１２３の第３出射面１１３から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１１９と、ＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ、ＳＩＴ、ＡＭＩなど、シリコンを用いた固体撮像素子またはＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなど赤外線領域で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、または非晶質セレンなど、紫外線や短波長可視光で高い感度を示す材料を用いた固体撮像素子、あるいはプランビコン、サチコン、ビジコン、カルニコン、ハーピコンなどの撮像管などのいずれかによって構成され、レンズ１０７との間の光路長が所定距離（レンズ１０７と撮像素子１２０との距離と同じ距離）となる位置に配置されて、光学的バンドパスフィルタ１１９から出射される光像を光電変換し、映像信号を生成する撮像素子１２２とを備えている。
【０１１３】
この場合、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の各中心波長λ1、λ2、λ3の間に、λ1＜λ3＜λ2が成り立つように、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の各中心波長λ1、λ2、λ3の数値が決定される。さらに、被写体の上層側が空気（屈折率ｎ1＝１）、下層が表１に示すような屈折率分散を持つ淡水であれば、下層の屈折率分散の影響を小さくして、淡水からの反射率の差が小さくなるように、光学的バンドパスフィルタ１１７の中心波長λ1と光学的バンドパスフィルタ１１９の中心波長λ3と差の絶対値｜λ1−λ3｜と、光学的バンドパスフィルタ１１９の中心波長λ3と光学的バンドパスフィルタ１１８の中心波長λ2と差の絶対値｜λ3−λ2｜とが｜λ1−λ3｜＜｜λ3−λ2｜となるように、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過中心波長λ1、λ2、λ3の各数値が決められる。なお、各波長λ1、λ2、λ3の値はあくまでも目安であり、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の中心波長λ1、λ2、λ3が各数値から多少、外れていても良い。
【０１１４】
そして、分岐素子１２３によって、被写体からの光像１０１を取り込んで、短波長域の光像と、中波長域の光像と、長波長域の光像とに分離した後、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９によって、短波長域の光像、中波長域の光像、長波長域の光像に各々、含まれている波長λ1を中心波長とする所定波長範囲の光像、波長λ2を中心波長とする所定波長範囲の光像、波長λ3を中心波長とする所定波長範囲の光像を抽出するとともに、各撮像素子１２０、１２１、１２２によって各光像を各々、光電変換し、これによって得られた短波長域の映像信号、中波長域の映像信号、長波長域の映像信号を短波長側映像処理部１０３と、中波長側映像処理部１０４と、長波長側映像処理部１０５とに各々、供給する。
【０１１５】
短波長側映像処理部１０３は、波長選択光学系１０２から出力される短波長域の映像信号を一定の増幅率で増幅するヘッドアンプ回路１２４と、このヘッドアンプ回路１２４から出力される映像信号に対し、予め設定されている画像処理、例えば各撮像素子感度のバラツキ補償、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過領域補償、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過率補償などを行なう映像処理回路１２５と、この映像処理回路１２５から出力される映像信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル化された映像信号を生成するＡ／Ｄ変換回路１２６とを備えており、波長選択光学系１０２から出力される短波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過率補償処理などを行ない、これによって得られた映像信号をデジタル化して、差映像抽出部１０６に供給する。
【０１１６】
また、中波長側映像処理部１０４は、波長選択光学系１０２から出力される中波長域の映像信号を一定の増幅率で増幅するヘッドアンプ回路１２７と、このヘッドアンプ回路１２７から出力される映像信号に対し、予め設定されている画像処理、例えば各撮像素子感度のバラツキ補償、各光学的バンドパスフィルタ１７、１１８、１１９の透過領域補償、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過率補償などを行なう映像処理回路１２８と、この映像処理回路１２８から出力される映像信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル化された映像信号を生成するＡ／Ｄ変換回路１２９とを備えており、波長選択光学系１０２から出力される中波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過率補償処理などを行ない、これによって得られた映像信号をデジタル化して、差映像抽出部１０６に供給する。
【０１１７】
また、長波長側映像処理部１０５は、波長選択光学系１０２から出力される長波長域の映像信号を一定の増幅率で増幅するヘッドアンプ回路１３０と、このヘッドアンプ回路１３０から出力される映像信号に対し、予め設定されている画像処理、例えば各撮像素子感度のバラツキ補償、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過領域補償、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過率補償などを行なう映像処理回路１３１と、この映像処理回路１３１から出力される映像信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル化された映像信号を生成するＡ／Ｄ変換回路１３２とを備えており、波長選択光学系１０２から出力される長波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過率補償処理などを行ない、これによって得られた映像信号をデジタル化して、差映像抽出部１０６に供給する。
【０１１８】
この場合、短波長側映像処理部１０３を構成する映像処理回路１２５と、中波長側映像処理部１０４を構成する映像処理回路１２８と、長波長側映像処理部１０５を構成する映像処理回路１３１とを調整する方法として、例えば白紙など、反射率が一定した被写体を撮影した状態で、各Ａ／Ｄ変換回路１２６、１２９、１３２から出力される映像信号が等しくなるように、各映像処理回路１２５、１２８、１３１の補償定数などが調整される。
【０１１９】
差映像抽出部１０６は、中波長側映像処理部１０４から出力されるデジタル化された映像信号と短波長側映像処理部１０３から出力されるデジタル化された映像信号とを取り込んで、各映像信号に含まれている各画素のうち、同じ空間座標の各画素またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さを持つ空間座標となる各画素同士のレベル差を演算して各映像信号の差を示す映像信号を生成する短波長側差分回路１３３と、この短波長側差分回路１３３から出力される映像信号の絶対値を演算する短波長側絶対値回路１３４と、中波長側映像処理部１０４から出力されるデジタル化された映像信号と長波長側映像処理部１０５から出力されるデジタル化された映像信号とを取り込んで、各映像信号に含まれている各画素のうち、同じ空間座標の各画素またはレジストレーション調整後の誤差範囲内の近さを持つ空間座標となる各画素同士のレベル差を演算して各映像信号の差を示す映像信号を生成する長波長側差分回路１３５と、この長波長側差分回路１３５から出力される映像信号の絶対値を演算する長波長側絶対値回路１３６と、この長波長側絶対値回路１３６から出力されるデジタル信号形式の映像信号と短波長側絶対値回路１３４から出力されるデジタル信号形式の映像信号とを加算して、１つの映像信号を生成する加算回路１３７と、この加算回路１３７から出力されるデジタル信号形式の映像信号をアナログ信号形式の映像信号に変換するＤ／Ａ変換回路１３８と、このＤ／Ａ変換回路１３８から出力される映像信号を増幅する増幅回路１３９とを備えている。
【０１２０】
そして、短波長側映像処理部１０３から出力される短波長域の映像信号と、中波長側映像処理部１０４から出力れさる中波長域の映像信号と、長波長側映像処理部１０５から出力される長波長域の映像信号とを取り込んで、中波長域の映像信号の各画素と、短波長域の映像信号の各画素とのレベル差を演算するとともに、中波長域の映像信号の各画素と、長波長域の映像信号の各画素とのレベル差を演算した後、各レベル差を加算して、水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成し、これを次段装置に供給する。
【０１２１】
次に、図１２に示すブロック図を参照しながら、この実施の形態の動作について説明する。
【０１２２】
まず、波長選択型カメラ装置１００によって、油膜が浮かんだ海面などを撮影すると、波長選択型カメラ装置１００内に設けられている波長選択光学系１０２の分岐素子１２３によって、被写体からの光像１０１が取り込まれて、短波長域の光像と、中波長域の光像と、長波長域の光像とに分離された後、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９によって、短波長域の光像、中波長域の光像、長波長域の光像に各々、含まれている波長λ1を中心波長とする所定波長範囲の光像、波長λ2を中心波長とする所定波長範囲の光像、波長λ3を中心波長とする所定波長範囲の光像が抽出されるとともに、各撮像素子１２０、１２１、１２２によって各光像が各々、光電変換され、これによって得られた短波長域の映像信号、中波長域の映像信号、長波長域の映像信号が短波長側映像処理部１０３と、中波長側映像処理部１０４と、長波長側映像処理部１０５とに各々、供給される。
【０１２３】
そして、この短波長側映像処理部１０３、中波長側映像処理部１０４、長波長側映像処理部１０５によって波長選択光学系１０２から出力される短波長域の映像信号、中波長域の映像信号、長波長域の映像信号に対し、前置増幅処理、各撮像素子感度のバラツキ補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過領域補償処理、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の透過率補償処理などが行なわれ、これによって得られた短波長域の映像信号、中波長域の映像信号、長波長域の映像信号が各々、デジタル化されて、差映像抽出部１０６に供給される。
【０１２４】
次いで、この差映像抽出部１０６によって、短波長側映像処理部１０３から出力される短波長域の映像信号と、中波長側映像処理部１０４から出力れさる中波長域の映像信号と、長波長側映像処理部１０５から出力される長波長域の映像信号とが取り込まれ、中波長域の映像信号の各画素と、短波長域の映像信号の各画素とのレベル差が演算されるとともに、中波長域の映像信号の各画素と、長波長域の映像信号の各画素とのレベル差が演算された後、各レベル差が加算されて、水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号が生成され、これが次段装置に供給される。
【０１２５】
この際、厳密には、海水の屈折率分散により反射率が変化するもの、表１に示す水の屈折率分散例から分かるように、その変化量が非常に小さいことから、波長領域のとき、水の屈折率分散を無視しても良く、また油面の無い海面の反射率が波長依存性を殆ど持たないことから、３つの光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９を用いて、油面が無い海水面を撮影したとき、短波長側映像処理部１０３から出力される映像信号と、中波長側映像処理部１０４から出力される映像信号と、長波長側映像処理部１０５から出力される映像信号とが同じレベルになって、差映像抽出部１０６からゼロを示す映像信号が出力される。
【０１２６】
一方、油膜がある海水では、入射角度がどのような角度でも、波長応じて油膜の反射率が大きく変化するものの、３つの光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の中心波長λ1、λ2、λ3の透過率（最大透過率）の１／ｅ以上の透過率を持つ波長領域に限ぎると、各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９の波長領域のうち、少なくとも２つの波長領域の光強度が異なることから、油面がある海水面を撮影したとき、短波長側映像処理部１０３から出力される映像信号、中波長側映像処理部１０４から出力される映像信号、長波長側映像処理部１０５から出力される映像信号のうち、２つの映像信号が異なるレベルになって、差映像抽出部１０６から油膜を示す映像信号が出力される。
【０１２７】
また、極めて稀に、油膜がある海面を撮影したとき、特定の入射角度からの光が入射されて、短波長側映像処理部１０３から出力される映像信号と、中波長側映像処理部１０４から出力される映像信号と、長波長側映像処理部１０５から出力される映像信号とが一致することも考えられるが、このような場合でも、図１７に示すように、波や風などによって海面１４０が常に変動し、海面１０４が鏡面状態のときの入射角度よりも、多様な入射角度からの光像１０１が波長選択型カメラ装置１００に取り込まれていることから、特定の入射角度で反射率が同じレベルになっても、他の入射角度で反射率が異なるレベルとなり、差映像抽出部１０６から油膜を示す映像信号が出力される。
【０１２８】
このように、この実施の形態では、波長選択光学系１０２によって、油膜が浮かんだ海面１４０などを撮影して、短波長域の映像信号と、中波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成しながら、短波長側映像処理部１０３、中波長側映像処理部１０４、長波長側映像処理部１０５によって短波長域の映像信号、中波長域の映像信号、短波長域の映像信号を各々、デジタル化した後、差映像抽出部１０６によって短波長域の映像信号と、中波長域の映像信号、長波長域の映像信号との間の差を抽出して、水面に浮かんだ油膜の映像や有機膜の映像などのコントラストを高くした映像信号を生成し、これを次段装置に供給するようにしているので、水面の状態がどのような状態であっても、水面上の油膜や有機膜などを高いコントラストで画像として、検出することができる。
【０１２９】
これによって、従来、ヘリコプタ１４１や航空機などから目視観察で遭難現場など探索が困難な場合、例えば海面１４０からの反射光が強い場合（逆光状態）、雨天の場合、波浪が高い場合などでも、海面１４０の状態に関わらず、遭難した航空機や船舶などの油膜が海面上に浮いているとき、これを確実に検出して、遭難現場などを見つけ出すことができる。
【０１３０】
また、この実施の形態では、撮影した海面１４０などに油膜や有機膜などがあるときにのみ、差映像抽出部１０６から出力される映像信号がゼロ以外の値になるようにしているので、差映像抽出部１０６から出力される映像信号を次段装置などに設けられた判定回路に導き、予め設定されているしきい値を越えているかどうかを判定させるだけで、遭難現場の探索を容易に自動化することができる。これによって、ヘリコプタ１４１や航空機などに、図１２に示す波長選択型カメラ装置１００を複数、搭載し、各波長選択型カメラ装置１００によって、全方位を同時に探索させ、油膜などの有無を自動判定させれば、従来の目視による場合に比べて、格段に探索効率を向上させて、迅速な災害救助を行なうことができる。
【０１３１】
また、図１２に示す波長選択型カメラ装置１００と、ＧＰＳ(Global Positioning System)装置とを組み合わせることにより、油膜の位置を瞬時に決定することができ、これによって遭難現場などの発見を一層、迅速化させることができるとともに、タンカーなどの原油流出状況をリアルタイムで、容易に地図化することができる。
【０１３２】
＜第２の実施の形態の第１変形例の説明＞
また、図１２に示す波長選択型カメラ装置１００では、１つの入射面１０８と２つの全反射面１０９、１１０と第１出射面１１１、第２出射面１１２および第３出射面１１３とを有するプリズム１１４、このプリズム１１４内に配置され、図１３に示すように、入射面１０８に入射された光像１０１を構成する長波長域の光、中波長域の光を透過させ、それ以外の光（短波長域の光）を反射させる光学的ローパスフィルタ１１５、プリズム１１４内に配置され、光学的ローパスフィルタ１１５を透過した長波長域の光、中波長域の光のうち、長波長域の光を透過させるとともに、それ以外の光（中波長域の光）を反射させる光学的ローパスフィルタ１１６によって構成され、第１出射面１１１、第２出射面１１２、第３出射面１１３から短波長域の光像、長波長域の光像、中波長域の光像を各々、出射させる分岐素子１２３を使用して、被写体からの光像１０１を短波長域の光像と、中波長域の光像と、長波長域の光像とに分離するようにしているが、このような分岐素子１２３に代えて、図１８に示すような分岐素子１４２を使用するようにしても良い。
【０１３３】
この図に示す分岐素子１４２は、１つの入射面１４３と２つの全反射面１４４、１４５と第１〜第３出射面１４６、１４７、１４８とを有するプリズム１４９と、このプリズム１４９内に形成され、入射面１４３に入射された光像１０１の半分を反射させた後、全反射面１４４で全反射させて、第１出射面１４６から出射させるとともに、残り半分を透過させる第１反射透過面１５０と、プリズム１４９内に形成され、第１反射透過面１５０を透過した光像１０１の半分を透過させて、第２出射面１４７から出射させるとともに、残り半分を反射させた後、全反射面１４５で全反射させて、第３出射面１４８から出射させる第２反射透過面１５１とを備えており、入射面１４３にレンズ１０７からの光像が入射されたとき、第１、第２反射透過面１５０、１５１で、光像１０１の半分を透過させるとともに、半分を反射させて、第１出射面１４６、第２出射面１４７、第３出射面１４８から出射させる。
【０１３４】
勿論、この分岐素子１４２でも、レンズ１０７と、各撮像素子１２０、１２１、１２２との間の各光路長とが同じくなるように、分岐素子１４２内の各光路長が設定される。
【０１３５】
このように、レンズ１０７から出射される光像１０１を単純に、３分割する分岐素子１４２を使用しても、この分岐素子１４２の第１出射面１４６、第２出射面１４７、第３出射面１４８から各々、出射される光像を各光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９によって、バンドパスフィルタリングして、短波長域の光像と、中波長域の光像と、短波長域の光像とを抽出し、これらを各撮像素子１２０、１２１、１２２に各々、入射させて、短波長域の映像信号と、中波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを出力させることができる。
【０１３６】
＜第２の実施の形態の第２変形例の説明＞
また、図１２に示す波長選択型カメラ装置１００では、１つの分岐素子１２３と、３つの光学的バンドパスフィルタ１１７、１１８、１１９と、３つの撮像素子１２０、１２１、１２２によって構成される波長選択光学系１０２を使用して、被写体からの光像１０１を短波長域の光像と、中波長域の光像と、長波長域の光像とに分離するようにしているが、図１９に示すように、プリズム型バンドパスフィルタ１５２と、３つの撮像素子１５３、１５４、１５５とによって構成される波長選択光学系１５６を使用して、被写体からの光像１０１を短波長域の映像信号と、中波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成するようにしても良い（請求項１４の内容）。
【０１３７】
この場合、プリズム型バンドパスフィルタ１５２は、１つの入射面１５７と２つの全反射面１５８、１５９と第１出射面１６０、第２出射面１６１および第３出射面１６２とを有するプリズム１６３と、このプリズム１６３内に配置され、図１３に示すように、入射面１５７に入射された光像１０１を構成する長波長域の光、中波長域の光を透過させ、それ以外の光（短波長域の光）を反射させる光学的ローパスフィルタ１６４と、プリズム１６３内に配置され、光学的ローパスフィルタ１６４を透過した長波長域の光、中波長域の光のうち、長波長域の光を透過させるとともに、それ以外の光（中波長域の光）を反射させる光学的ローパスフィルタ１６５と、プリズム１６３の第１出射面１６０に接合され、波長λ1（この波長λ1は、光学的ローパスフィルタ１６４のカットオフ波長より短波長側にある波長）を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性でプリズム１６３の第１出射面１６０から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１６６と、プリズム１６３の第２出射面１６１に接合され、波長λ2（この波長λ2は、光学的ローパスフィルタ１６５のカットオフ波長より長波長側にある波長）を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性でプリズム１６３の第２出射面１６１から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１６７と、プリズム１６３の第３出射面１６２に接合され、波長λ3（この波長λ3は、光学的ローパスフィルタ１６５のカットオフ波長より短波長側にある波長）を中心波長とするバンドパスフィルタリング特性でプリズム１６３の第３出射面１６２から出射される光像をバンドパスフィルタリングする光学的バンドパスフィルタ１６８とを備えている。
【０１３８】
そして、プリズム１６３の各光学的ローパスフィルタ１６４、１６５によって、被写体からの光像１０１を取り込んで、短波長域の光像と、中波長域の光像と、長波長域の光像とに分離した後、各光学的バンドパスフィルタ１６６、１６７、１６８によって、短波長域の光像、中波長域の光像、長波長域の光像に各々、含まれている波長λ1を中心波長とする所定波長範囲の光像、波長λ2を中心波長とする所定波長範囲の光像、波長λ3を中心波長とする所定波長範囲の光像を抽出するとともに、各撮像素子１５３、１５４、１５５によって各光像を各々、光電変換し、これによって得られた短波長域の映像信号、中波長域の映像信号、長波長域の映像信号を短波長側映像処理部１０３と、中波長側映像処理部１０４と、長波長側映像処理部１０５とに各々、供給する。
【０１３９】
このように、プリズム型バンドパスフィルタ１５２と、３つの撮像素子１５３、１５４、１５５とによって構成される波長選択光学系１５６を使用しても、被写体からの光像１０１を短波長域の光像と、中波長域の光像と、長波長域の光像とに分離して、長波長域の映像信号と、中波長域の映像信号と、長波長域の映像信号とを生成することができる。
【０１４０】
《第３の実施の形態の説明》
次に、上述した各波長選択型カメラ装置１、１００を使用して、海面上に浮いている油膜を検出する際における各撮像素子１５、１７などの分解能と、油膜検出感度の関係について説明する（請求項１７の内容）。
【０１４１】
＜静止状態での探査能力＞
まず、上述した各波長選択型カメラ装置１、１００、例えば図１に示す波長選択型カメラ装置１で使用されている撮像素子１５、１７の最小検出単位である各画素（ピクセル）が大きい場合や撮影距離が短い場合には、１つのピクセルに対し、入射角度φ1が異なる複数の光線が入射し、各ピクセルの出力が各光線の輝度を加算した値になる。
【０１４２】
この際、各光線毎の入射角度φ1が異なり、その角度差が大きいと、反射率から求めた輝度の波長依存性が緩和されて、油膜検出感度が低下する恐れがあることから、この点について詳細に説明する。
【０１４３】
今、波長選択型カメラ装置１で使用される撮像素子１５、１７として、垂直画素数が“４５０”、水平画素数が“６００”程度の画素数に設定され、かつピクセルの受光部が正方形に形成される撮像素子を使用するものと仮定し、図２０に示すように、ヘリコプタ１７０に波長選択型カメラ装置１を取り付けて、波長選択型カメラ装置１の画像取込み角度（波長選択型カメラ装置１の光軸１７１と被写体からの光線とがなす最大角度）を所定の値、例えば“±２５”になるようにレンズ７を調整するとともに、波長選択型カメラ装置１の光軸１７１が海面１７２と直交するように、波長選択型カメラ装置１の撮影方向を調整した状態で、海面１７２からの高さが３００〜８００ｍとなるようにヘリコプタ１７０を飛ばして、海面１７２上に浮かんでいる油膜を探査する場合を考える。
【０１４４】
この場合、ヘリコプタ１７０が、例えば海面から３００〜８００ｍ上空、例えば８００ｍ上空を飛びながら、波長選択型カメラ装置１によって海面１７２を撮影すると、図２１に示すように波長選択型カメラ装置１の撮像素子１５、１７の撮影動作によって、１フレーム間に、海面１７２上で、直径“７４６ｍ”の円に内接する長方形の領域ＡＢＣＤ（約５９７ｍ×約４４８ｍ）を探査することができることから、海面１７２上の“約１ｍ2”の部分からの光線が撮像素子１５、１７を構成する１つのピクセルに入射される。
【０１４５】
この面積は、波やうなりなどによる海面１７２の揺らぎと比較すると、十分に小さな値であることから、本発明による波長選択型カメラ装置１を使用するだけで、十分な検出感度で、海面１７２に浮いている油膜を検出することができる。また、ハイビジョンテレビカメラ装置などの高解像度テレビカメラ装置で使用されている撮像素子を用いれば、分解できる最小面積Ｓを“０．２ｍ2”にすることができることから、探査能力をさらに向上させることができる。
【０１４６】
＜移動状態での探査能力、探査範囲＞
また、探査範囲を広げるために、ヘリコプタ１７０を移動させながら、海面１７２上に浮いている油膜を探査する場合には、上述した分解可能な最小面積Ｓまで、検出するには、ヘリコプタ１７０の飛行速度Ｖ（Ｋｍ／ｈ）を以下に示す値にすることが望ましい。
【０１４７】
【数７】
Ｓ0.5≦（Ｖ×１０3）／（３．６×１０3×３０）    …（７）
このように、ヘリコプタ１７０の飛行速度Ｖ（Ｋｍ／ｈ）を規制しても、ヘリコプタ１７０の飛行速度Ｖが約１０８ｋｍ／ｈのとき、撮像素子１５、１７を構成する１ピクセル当たりの探査面積ＳをＳ≒１ｍ2にすることができ、これによって油膜検出時における十分な分解能を確保しながら、１時間当たり、“６４．８Ｋｍ2（１０８×０．６Ｋｍ2）”の広い範囲を探索することができる。
【０１４８】
＜高速移動状態での探査能力、探査範囲＞
また、このように、移動しながら探査する方法では、撮影方法として、連続撮影方法を使用することから、隣接したテレビフレーム間では、上下２画素列しか画像が変化しないようにすることができ、目視で映像信号の画像を観察して油膜などを検出する際には、これで十分であるが、本発明による波長選択型カメラ装置１では、次段装置内に判定回路を設けることにより、ＣＣＤなどの撮像素子１５、１７が持つ垂直画素数に匹敵する距離毎に撮影を行うようにすれば、探査を行なうヘリコプタ１７０などの飛行速度をさらに速くすることができ、これによってさらに広い範囲を捜索することができる。
【０１４９】
但し、このような方法で、撮影を行なう場合には、撮像素子１５、１７の前に光シャッタを設け、この光シャッタを動作させて、各ピクセルに空間分解能以下の海面面積からの光を入れることが必要であることから、光シャッタの開口時間ｔと、探査を行なうヘリコプタ１７０などの飛行速度Ｖ（Ｋｍ／ｈ）とが次式を満たすようにすることが望ましい。
【０１５０】
【数８】
Ｓ0.5≦（Ｖ×１０3×ｔ）／（３．６×１０3×３０）  …（８）
これにより、ヘリコプタ１７０に搭載した波長選択型カメラ装置１に設けた光シャッタの開口時間ｔを“ｔ＝５（ミリ秒）”にしたとき、“Ｖ≦７２０（Ｋｍ／ｈ）”にすることができ、先の例に比べて、およそ６．７倍（７２０×０．６＝４３２Ｋｍ2）に拡大することができる。
【０１５１】
さらに、１台のヘリコプタ１７０や航空機などに、波長選択型カメラ装置１を複数台、搭載し、各波長選択型カメラ装置１の撮影方向を互いに異ならせて、異なる方向を探査すれば、さらに探査範囲を拡大することができる。
【０１５２】
例えば、３台の波長選択型カメラ装置１を使用して、左右および真下を同時に監視すれば、１時間当たりの探査範囲を約１３００Ｋｍ2にすることができ、これによって１時間以内で、東京湾全域を隈無く探索することができる。
【０１５３】
＜光シャッタの選択＞
また、上述した光シャッタとしては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶などの材料を使用することができる。この場合、光シャッタとして、９０度ねじれネマチック液晶を使用すれば、白色光を変調することができ、これによって広い波長範囲で利用することができ、またスメクチック液晶の一種である強誘電性液晶や反強誘電性液晶を使用すれば、１ミリ秒以下の高速度で、光画像をピックアップすることができる（請求項１８の内容）。
【０１５４】
また、光シャッタとして、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＰＺＴ、ＧａＡｓなどの電気材料を用いることもできる。但し、各電気材料の特性として、非常に高速で光像の透過／不透過を制御することができるものの、駆動する際、大きな印加電圧が必要である。
【０１５５】
これらのことから、光シャッタとして、強誘電性液晶や反強誘電性液晶を使用することが望ましい。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、請求項１〜３の波長選択型カメラ装置では、海面からの反射光が強い場合でも、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化することができ、これによって遭難現場などを確実に見つけ出すことができる。
【０１５７】
また、請求項４〜６の波長選択型カメラ装置では、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化することができ、これによって遭難現場などを確実に見つけ出すことができる。
【０１５８】
また、請求項７の波長選択型カメラ装置では、ヘリコプタや航空機などで、探索範囲の上空を高速で飛行しながら、海面からの反射光が強い場合でも、また海面がどのような状態であっても、海面上などに浮いている油膜や有機膜などを高いコントラストで映像化することができ、これによって遭難現場などを迅速に、かつ確実に見つけ出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による波長選択型カメラ装置の一実施の形態のうち、請求項１〜３に対応する波長選択型カメラ装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す波長選択光学系の詳細な構成例を示す上面図である。
【図３】図１に示す波長選択型カメラ装置の波長選択動作例を示すグラフである。
【図４】図１に示す波長選択光学系と同等な機能を持つ波長選択光学系の第１例を示す上面図である。
【図５】図１に示す波長選択光学系と同等な機能を持つ波長選択光学系の第２例を示す上面図である。
【図６】図５に示す光学的ローパスフィルタ、一方の光学的ハイパスフィルタの波長選択例を示すグラフである。
【図７】図５に示す光学的ローパスフィルタ、他方の光学的ローパスフィルタの波長選択例を示すグラフである。
【図８】図１に示す波長選択光学系と同等な機能を持つ波長選択光学系の第３例を示す上面図である。
【図９】図１に示す波長選択光学系と同等な機能を持つ波長選択光学系の第４例を示す上面図である。
【図１０】図９に示す光学的ローパスフィルタ、一方の光学的バンドパスフィルタの波長選択例を示すグラフである。
【図１１】図９に示す光学的ローパスフィルタ、他方の光学的バンドパスフィルタの波長選択例を示すグラフである。
【図１２】  本発明による波長選択型カメラ装置の一実施の形態のうち、請求項４〜６に対応する波長選択型カメラ装置の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示す波長選択光学系を構成する各光学的ローパスフィルタの波長選択特性例を示すグラフである。
【図１４】図１２に示す波長選択光学系を構成する短波長域用光学的バンドパスフィルタの波長選択特性例を示すグラフである。
【図１５】図１２に示す波長選択光学系を構成する長波長域用光学的バンドパスフィルタの波長選択特性例を示すグラフである。
【図１６】図１２に示す波長選択光学系を構成する中波長域用光学的バンドパスフィルタの波長選択特性例を示すグラフである。
【図１７】図１２に示す波長選択型カメラ装置の使用例を示す概略構成図である。
【図１８】図１２に示す波長選択光学系と同等な機能を持つ波長選択光学系の第１例を示す上面図である。
【図１９】図１２に示す波長選択光学系と同等な機能を持つ波長選択光学系の第２例を示す上面図である。
【図２０】本発明による波長選択型カメラ装置を使用して、海面上に浮いている油膜を検出する際の検出範囲を説明する正面図である。
【図２１】本発明による波長選択型カメラ装置を使用して、海面上に浮いている油膜を検出する際の検出範囲を説明する模式図である。
【図２２】従来から知られている一般的なフルカラーカメラ装置の一例を示すブロック図である。
【図２３】海面上に浮いている油膜をモデル化した断面図である。
【図２４】図２３に示す中層が厚さ１μｍで、かつ光を吸収しないときにおける反射率と波長との関係を示すグラフである。
【図２５】図２３に示す中層が厚さ１０μｍで、かつ光を吸収しないときにおける反射率と波長との関係を示すグラフである。
【図２６】図２３に示す中層が厚さ１μｍで、かつ光を吸収するときにおける反射率と波長との関係を示すグラフである。
【図２７】図２３に示す中層が厚さ１０μｍで、かつ光を吸収するときにおける反射率と波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：波長選択型カメラ装置
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、１０１：光像
３：波長選択光学系
４：短波長側映像処理部（画像演算部）
５：長波長側映像処理部（画像演算部）
６：差映像抽出部（画像演算部）
７：レンズ
８、２９：入射面
９：反射透過面
１０、３１、１１１、１４６、１６０：第１出射面
１１、３２、１１２、１４７、１６１：第２出射面
１２、１４４、１４５、１５８、１５９：全反射面
１３、２８：ビームスプリッタ（光学系）
１４、１６、６９、１１７、１１８、１１９、７０、１６６、１６７、１６８：光学的バンドパスフィルタ
１５、１７、３４、３５、５３、５４、７１、７２、１２０、１２１、１２２、１５３、１５４、１５５：撮像素子
１８、２１、１２４、１２７、１３０：ヘッドアンプ回路
１９、２２：映像処理回路
２０、２３：Ａ／Ｄ変換回路
２４：差分回路
２５：絶対値回路
２６：Ｄ／Ａ変換回路
２７：増幅回路
３０：反射透過面
３３：プリズム型バンドパスフィルタ（光学系）
３６：波長選択光学系
３７、３９、５６、５８、７４、７６：前面
３８、４３、５７、６２、７５、８０、１１４、１４９、１６３：プリズム（光学系）
４０、５９、７７：後面
４１、４２、６０、６１、７８、７９：斜面
４４、４８、６３、８１、１１５、１１６、１６４、１６５：光学的ローパスフィルタ
４５、４７、６５、６７、８３、８５：出射面
４６、５１、５２：光学的ハイパスフィルタ
４９、６４、８２、１０８：入射面
５０：プリズム型ローパスフィルタ（光学系）
５５：波長選択光学系
６６、８４、８６、１０９、１１０：全反射面
６８、：プリズム型ローパスフィルタ（光学系）
７３、１０２：波長選択光学系
１００：波長選択型カメラ装置
１０３：短波長側映像処理部（画像演算部）
１０４：中波長側映像処理部（画像演算部）
１０５：長波長側映像処理部（画像演算部）
１０６：差映像抽出部（画像演算部）
１０７：レンズ
１１３、１４８、１６２：第３出射面
１２３：分岐素子（光学系）
１２５、１２８、１３１：映像処理回路
１２６、１２９、１３２：Ａ／Ｄ変換回路
１３３：短波長側差分回路
１３４：短波長側絶対値回路
１３５：長波長側差分回路
１３６：長波長側絶対値回路
１３７：加算回路
１３８：Ｄ／Ａ変換回路
１３９：増幅回路
１４０、１７２：海面
１４１、１７０：ヘリコプタ
１４２：分岐素子
１４３、１５７：入射面
１５０：第１反射透過面
１５１：第２反射透過面
１５６：波長選択光学系
１５２：プリズム型バンドパスフィルタ（光学系）
１７１：光軸
【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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