愛媛県総合科学博物館研究報告，

５，３
９−４
９，
（２
０
０
０）

画像処理技術の学術資料への応用
篠

原

功

治＊

Application of Technology of Image Processing to Materials for Study
Koji ShinoharaThis paper is organized by the descriptions on two methods of the image processing and ten images as result and theconsiderations. An author describes the process of making the image called an All-Focused Image and a Digital Photo
Collage, which is composed by only partial images without a blur after multiple pictures changing the focal distancefrom the same subject to a lens are taken in case of the picture-taking of a material for the insect and convert digitalones and is clearer than each taken picture and remind of genuine article materials and awaken the interest of science,and how to repair broken points and get rid of adhered dusts and eliminate a fixed insect pin. These results, which are

Phanaeus palaeno, Eupholus sp. Cyclommatus elaphus, Phalacrognathus muelleri, Rhactulus dideri and an obscurity,
are showen with explanations according to each feature. The use of them and the efficacy in the museum as well as theeducative effect produced by this way are considered and the validity to apply technologys of the image processing tomaterials for insects is found out.
は

じ

め

に

補修や付着した塵埃の除去，固定された昆虫針の削除の処理法を示し，次に，この画像の博物館での利用とその博物館活動において，実物資料の二次資料化は，情報創出の重要な要素を含んでおり，収蔵資料のデータベー

効力及び，昆虫資料によるこの画像作成法がもたらす教
育的効果についての考察を行った．

スの構築や，企画展の解説書・解説パネル，教育普及活
昆虫資料撮影方法

動のテキストなどへと利用され，実際の実物資料による展示が持たらす社会教育効果をよりよく支援する役割がある．

博物館が収蔵する昆虫資料の撮影とデジタル化は，原１９９６年に東京大学総合研究博物館で開催された「デジ則として Apple 社の Power Macintosh G３で条件設定をタルミュージアム」展では，現在も発展途上であるデジ行い，FUJIX DIGITAS CAMERA DS‐
５
６５により撮影を行タル技術が，博物館の学術資料に対して，どのような可った．レンズは，Nikon AF NIKKOR ３５‐１
０５mm を使用能性を持ち合わせているのかが提案された．資料をデジし，カメラとレンズの接続部は，Nikon ベローズアタッ

タル化し，記録することで，半永久的に劣化のない保存チメントを用いることで，小さな被写体である昆虫資料を可能とすることができるデジタルアーカイブでは，資の撮影を可能とした．照明は，Nikon マクロスピードラ

料の特徴に合わせて，デジタル化が行われ，データベー

イトを連動させ，凹凸が激しく，奥行きがあり，更に体スにデータ群を収蔵することができる（坂村健，１
９
９
６）
．

長が小さな昆虫資料の場合は，フラッシュを加えた．焦本論文では，収蔵資料である昆虫資料を撮影する際に，点距離を変更する作業は，Nikon ベローズアタッチメン

同一の被写体からレンズとの焦点距離を変えて複数枚のトによって固定されたカメラとレンズの距離を変更する

写真を撮影し，デジタル化した後に，ぼけを含まない画方法と距離は一定の状態で，レンズのズームを変更する

像部分のみを合成することで，より鮮明で，そして実物方法を用いた（Fig．
１）．１
２枚の写真撮影終了後，Power

資料を彷彿させ，科学心を喚起させる全焦点画像やデジ

Macintosh

タル・フォト・コラージュと呼ばれる画像の作成法やイルに保存する．Fig．
２では，複数枚撮影した写真の中（以降，全焦点画像と記す．児島和也ほか，
１
９
９
７；小檜

の２枚であり，昆虫資料の前方部と後方部にそれぞれ焦

山賢二，
１
９
９
７，
１
９
９
８）
，それに伴い，昆虫資料の劣化部の点が合っていることが確認できる．Fig．
３では，Fig．
２にG３に入力し，ディスプレイで確認し，ファおける濃淡によるヒストグラムを示す．１つの全焦点画＊愛媛県総合科学博物館 学芸課 科学技術研究科
Dept. of Science and Technology Ehime Pref. Science Museum

像の作成にこのサイクルを３回〜６回行う．撮影を始め−３
９−

画像処理技術の学術資料への応用

る前には，テスト撮影を行い，視点・シャッター速度・
絞り・放射輝度を調整しながら決定する．

Fig．
４ The model of a camera composed by a convex lens and a subject.

cos４θ現象では，明度低下は，凸レンズと被写体で構成されるカメラモデルの撮影過程から光学的に導くことができ，レンズの半径を ｌ ，入射光源がレンズの光軸とFig．
１ The instrument for a shot and locations changing a focal distance.

なす角度をθ，レンズから CCD までの距離を ZZOOM，
被写体表面へ放射輝度を LMST とすると，CCD での放射４）．
照度 ECCD，次式で表される（Fig．

LMSLπl ２cos ４ θ
ECCD = ───────
Z ２ ZOOM
このことより，放射輝度 LMSL が一定であると仮定した場合でも，レンズの半径ｌつまり，レンズへの光の入る量を調整する絞りに関係なく，撮影された画像は，中

（b）
rear

（a）
front

心から離れるに従って，cos４θの割合で放射照度は，低Fig．
２ The image focused（a）
front and（b）rear of the Subject.

下する．cos４θは，θが大きくなるに従って急激に値が低下する関数である（天野晃ほか，１９９７）．
また，昆虫資料は，３次元の実物資料であり，被写体前方部と後方部の撮影時を考える場合，レンズからCCDまでの距離 ZZOOM が異なる．後方部の撮影時の CCD までの
距離 Zt，
前方部の撮影時の CCD までの距離 Zt，とすれば，
Zt＞Zw であり，
式より，画像上の後方部の放射照度 Et は，前方部の放射照度 Ew に比べて，△Z の要因で低下する．
口径蝕現象では，複数枚のレンズが円筒状の構成する
場合に，光軸に対して傾きをもった入射光が前面のレンズを通過した後，後面のレンズの縁によってさえぎられることによって生じる．これらの３要素の関係を Fig．
５

Fig．
３ The comparison of the brightness histogram（a）with（b）
in Fig．
２．

で表す．

デジタル画像処理
１

レンズによる明度低下現象について
レンズを用いた撮影では，放射輝度が一様な被写体を撮影しても，画像中心から，離れるに従って明度が低下することが知られている．この原因として，単一レンズを用いての撮影過程で生じる cos４θ現象と，幾枚数のレンズが，筒状の光路を構成することで生じる口径蝕現象
がある（天野晃ほか，１
９
９
７）
．
Fig．
５ The relation of a change of the intensity caused by Zzoom and Zoom and Iris.

−４
０−

篠

２

原

功

治

レンズによるぼけについて
f で表される像は，ある面αからβへ光により伝搬された場合，回折により，面βでは，g で表される．つまり，回折により f から g へ光学変換が行われたとみなすことができる．この変換は，フラウンホーファ回折によるフーリエ変換とフレネル回折によるフレネル変換が分けられている．面αから面βの距離が大きい場合がフラウンホーファ回折に対応する．

Fig．
６ The sphere of a blur on the tone curve.
Fig．
７ The outline of the process to making an All-Focused lmage

レンズを媒質として光が伝搬する場合，回折を考慮し，レンズを伝搬後の結像特性を考えることで，点拡がり関数を説明することができる．点物体とその像の関係である点広がり関数 h（x）
は，原画像 f と劣化画像 g の関係を示すものであり，劣化関数とも呼ばれ，ぼけを表すものであり，周波数領域では，フィルタ H
（ξ）
となる（篠
原功治，１
９
９
８）
．Fig．
６では，２値画像の明度と濃淡のトーンカーブにおけるぼけの領域を示す．
３（a）before.

幾何補正について画像の幾何補正とは，幾何歪みを除去することであり，ここでは，ぼけを含む画像から，そのぼけを除去し，ぼけを含まない画像つまり，全焦点画像へ変換することをいう．主にリモートセンシング画像を対象として行われている．幾何補正の方法は，理論的補正式を用いて行う
系統的補正法と基準点を用いて決定する補正式による非（b）after.
Fig．
８ The elimination of partial image with a blur by the geometric correction.
（a）before.
（b）after.

系統的補正法，これらを組み合わせた併用補正法がある．
この併用補正法として，隣接する画像をつなぎ合わせる
モザイクと呼ばれる手法は，画像の重複部分の画像を利４

濃度補正について用して，位置合わせと色合わせを行った後，隣接する画

重複部分の画像を各画像ごとに異なる明度と濃淡を一像を接合することによって幾何補正が行われる．（高木致させる．主にヒストグラム一致法と，線形濃度変換法，

幹雄ほか，１９９５）．

平均濃度差補正法がある．まず，トーンカーブによる線

ここでは，併用補正法を用いる．１枚の Base 画像を形濃度変換法を用いる．レンズによる明度低下現象を補ランダムに選定する．次に，撮影された複数枚の画像か正するためには，幾何補正の後に，Base 画像のぼけをらぼけを含まない画像部分を選定する．その各画像に対含まない画像部分の明度に，撮影により Fig．
５の要因にして，Base 画像に対応する位置を合わせる．Fig．
７では，よって明度低下を伴った複数枚の画像から選定したぼけ

全焦点画像作成過程を示し，Fig．
８では，幾何補正によを含まない画像部分の明度を，トーンカーブを調整させ

るぼけを含む画像部分の除去を示す．

ることで一致させる．
−４１−

画像処理技術の学術資料への応用

Fig．
９では，トーンカーブによる明度低下の補正を示す．次に，重複した画像を統合し，被写体以外の背景部

次にデータラベルを刺す（森本桂ほか，１９９４・馬場金太
郎ほか，１
９
９
１）
．

分を同一色にする．この後，Base 画像上の幾何補正し画像処理技術の昆虫資料へ応用

たぼけを含まない画像部分を境界の濃度差を平均的濃度
差として補正する．Fig．
１０では，平均濃度差補正法による境界の補正を示す．この後に，画像全体をトーンカー
ブによって補正する．（平野邦彦ほか，
１
９
９
８）
．

昆虫資料を写真撮影し，生じたぼけを視覚的に認識する場合について考える．昆虫資料では，一般に体長が小さく，拡大するために接写する場合が多くなる．接写では，被写体全体に焦点を合わせることが困難となる．また，不確定要素として付着した塵埃の占める面積の割合も大きくなり，標本として固定する場合も，昆虫針の占める面積の割合が大きくなる．そのため，画像複元（篠
原功治，１
９
９
８）を用いて，これらの塵埃・昆虫針の除去（a）beforeすることは他の学術資料への応用に比べ，より有効であ

（b）
after

ると考えられる．Fig．
１
１に昆虫針の除去を示す．

Fig．
９ The correction of a thicdness by tone curve.（a）before,（b）after.

（a）before（a）before

（b）
after

（b）
after

Fig．
１１ The elimination of a insect pin from a material for the insect in the emage,Fig．
１０ The correction of a boundary by to how to average difference of a thickness.

（a）before,（b）after.

（a）before,（b）after.

Table１に，作成した全焦点画像に使用した画像枚数
博物館における昆虫資料

等のデータを示す．Fig．
１
２〜Fig．
２
１に解説と作成した全焦点画像を示す．

研究に際して，乾燥標本・液浸標本・プレパラート標本等を作成し，形態を観察する．これが，分類する上での第一歩である．博物館は，教育と研究の場であり，展示教育はいうまでもなく標本を通して行われる．標本の持つ教育的価値は，計り知れないほど大きなものがある．
昆虫標本作成において一般的な標本である乾燥標本では，原型を最もよく保存でき，取り扱いが最も容易である．通常標本は，背面から胸部へ昆虫針を刺し通したものであるが，種類によっては，腹面または，翅の下面を見る都合上，腹面から背面に刺し通して，逆向きの標本とする場合もある．昆虫の大きさに応じて色々な太さや長さの異なる昆虫針が用いられる．体に直接昆虫針を刺すことができない様な微小昆虫の場合，ケント紙を細長い三角形に切って，尖った先端に腹面を下にして糊付けし，その三角台紙に昆虫針を刺す．臆面を露出させておきたい小型のものは，先端を少し曲げて糊を付け，体側部を糊付けする．いずれの場合も昆虫を最上段に刺し，
−４
２−

篠

原

功

治

Table 1．
The date of All-Focused Images（A size of an image is３．
６
７MB）

no.
scientific name１ Phanaeus palaeno
２ Eupholus sp.
３ An obscurity
４ An obscurity
５ Cyelommatus elaphus
６ Cyclommatus elaphus
７ Phalacrognathus muelleri
８ Phalacrognathus muelleri
９ Rhaetulus didieri
１０ Rhaetulus didieri

考



lengh
（ ） direction
１７
front
２３
diagonal front
１６
front of top
１６
front of bottom
８３
front of top
８３
side
３９
all
３９
front of side
８２
diagonal back
８２
diagonal front

taken picture
４
８
５
２
３
９
４
９
３
８
７
０
２４
４
０
３８
４
１

察

partial image
８４
７７
３９
６０
６２
７５
２８
４０
３８
４１

shutter speed
１／１５
１／１０
１／１５
１／１５
１／１５
１／７５
１／１０
１／１０
１／１０
１／２０

iris
f１１
f１３．f２２．f２７
f１１
f１６
f１６
f２２
f８
f１１
f３２
f２２

系レンズでは不可能である微細構造の観察を克明に行うことができるが，２値画像である．作成した全焦点画像

１

博物館での利用とその効力について

は，ぼけを含んでおらず，昆虫資料が人を魅了する重要Shepard.R.N.（１９６７）によれば，写真によって人間が１回の刺激提示から記憶保持しうる情報量は，単音節語５な要因の１つではないかと考えられる色や光沢について
も２
５６階調以上の１６万色で表現している．

個以上であり，単語や文章に比べて記憶が保たれる率が優れることが実証されている．Goldstein.A.G.ら（１９７０）

このことより，全焦点画像の作成の全過程には，昆虫資料を通した学術資料がもたらす教育的効果がある．

によれば，画像記憶は，言語媒体によって促進されず，等質の画像刺激を用いれば，画像再認は低下し，Nelson,

３フィルタ H（ξ）の推定について

T.O.ら（１９７４）により，画像の細部が画像をよりよく再ズームの変更によって撮影されたぼけを含んだ画像と認する決定因ではないと報告されている．これらの報告作成した全焦点画像から使用したレンズである Nikonと筆者の見解をまとめると，画像がもたらす効果は，第AF NIKKOR ３
５‐
１
０
５ のフィルタ H（ξ）の推定を Fig．
２
２

一印象では，文字による解決よりも多くの情報を記憶さ

に示す．



せ，保持させる効果がある．さらに，同質の画像のみで

Fig．
２
２では，低濃淡領域と高濃淡領域の H（ξ）
が大きは，その効果は，少なくなる．また，画像処理により，く，ズーム３５mm から１０５mm への変化に伴い中濃淡領

被写体の特徴のみを強調し情報量を減らした方が再認す

域の増加率が増幅している．このことより，低濃淡成分

る率が高くなる．本研究で作成された全焦点画像は，現と高濃淡成分を遮断し，中濃淡成分を取り出す帯域フィ

時点では作成に多くの時間を必要とする．しかし，ぼけルタの特性がある（画像電子学会，
１９８４）．ズームが増大を含まない画像であるため，通常，肉眼で実物資料を観するのに伴い低濃淡領域が低濃淡化している．これは，察した場合に，網膜から大脳の空間奥行視で認知する情Fig．
５で示した明度低下現象に対応し明度を均等にする

報と異なる．（樋渡絹二，１９９３）．この画像を，ぼけを含特性によるものではないかと考えられる．

んだ画像の中に混合させることで新鮮な驚きを与え，画像再認を向上させ，画像によって，博物館利用者が昆虫に興味を持つ一手法となることが考えられる．
２

学術資料がもたらす教育的効果について
全焦点画像の作成において，撮影から画像処理に至るまですべての過程で異なった視野から昆虫資料に接することができる．著者は，撮影時に被写体の位置を変更する作業に並行して，先に記した博物館における昆虫資料を学ぶことができ，幾何補正処理や濃度補正処理中は，平行して常に昆虫資料の接写のため拡大された画像をPower Macintosh G３で観察し，微細構造を観察できた．
この観察は，実物資料をルーペや電子顕微鏡で拡大して観察することとは少し異なる．肉眼でルーペを通して観察する画像は，ぼけを含む上，作業は容易であるが，ルーペを持つ手と目が疲れる．電子顕微鏡の画像は，光学−４３−画像処理技術の学術資料への応用（a）The image with dusts after the geometric correction.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１２ The image of a front view of the insect which is Phanaeus palaeno.（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
The brighrness on green system which the insect owns severely changes for positions of lights and a radiance but does not change for an imadiance bylighting at upside in the naked eye. An elimination of dusts and a correction of gairs are effective. This All-Focused Image is constituted by 84's
partial images which is the biggest number in results.

（a）The image before the correction of a thickness for allof one.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１３ The image of a diagonal front view of the insect which is Eupholus sp.（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
Though this insect is tried to take pictures changing the iris, it in the image can not get any colors of which it has the genuene article material, but isable to obtain approximate colors by a correction of thickness. The minuter structure of surface by magnifying is observed on Power Macintosh G 3.

−４
４−

篠

原

功

治

（a）The image after the geometric correction.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１４ The image of a front view of top of top of the insect which is an obscuriey.（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
The rugged part of the upside is expressed by the change of contract. It is hard that an elimination of an insect pin holding the large area at the subject
in the image.

（a）The damaged part of the genuine article
material.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１５ The image of a front view of bottom of the insect which is an obscurity.（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
An elimination of an insect pin in Fig.11 is as hard as Fig.14. As the damaged part of the genuine article matereal is found. it is repaired in the image.

−４５−

画像処理技術の学術資料への応用（a）An insect pin in the image.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１６ The image of a front view of top of the insect which es Cyclommatus elaphus,（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
The brightness on green system which the insect owns changes nicely according to the varieties of positions of lights and a radiance from various
kinds of directions. This image has used on a guede of the planning exhibition in 1999, which name is THE WONDERLAND OF INSECTS.

（a）
The image under the geometric correction.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１７ The image of a side view of the insect shich is Cyclommatus elaphus,（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
70's pictures is the biggest number in results are taken. The different mathod on the geometric correction is used. after a subject is divided into four
equal parts, the picures are taken first. The four All-Focused Images are made next. They are corrected last. A size of an All-Focused Image is 41.5
MB which is the biggest copacity in reslts.

−４
６−

篠

原

功

治

（a）An insect pin in the image.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１８ The image of an all view of the insect which is Phalacrognathus muelleri,（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
Because the insect in the image of Fig.7 can not get any colors of which it has the genuine article material, the pictures are taken by means of opening
the iris and it is able to obtain approximate colors by the correction of a thicdness.

（a）The image before the correction of hairs.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
１９ The image of a front view of side of the insect which is Phalacrognathus muelleri.（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
The characteristic head is photographed. Many hairs of the surface are corrected. This image has used on a guide of the planning exhibition in 1999,
which name is THE WONDERLAND OF INSECTS.

−４７−

画像処理技術の学術資料への応用（a）The disorder of the brightness on the CCD.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
２０ The image of a view of diagonal bacd of the insect which is Rhaetulus didieri,（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
The characteristic mandible is photographed. The disorder of the brightness appear at partial images of the blacd on the CCD. This image has used ona guide of the planning exhibition in 1999, which name es THE WONDERLAND OF INSECTS.

（a）The image before the correction of thicdness.

（b）An All-Focused Image.

Fig．
２１ The emage of a view of diagonal front of the insect which is Rhaetrlrs didiere,（a）explanation,（b）an All-Focused Image.
After pictures are taken by intensifying a radiance the partial images of blacd and white are enhanced. for removing some of disorders of Fig.20（a）

−４
８−

篠

原

功

治

学博物館，愛媛．
１
０
９p-１
１
４p.
高木幹雄・下田陽久（１９９５）：画像解析ハンドブック．
東京大学出版会，東京．
４
２
３p-４
３
０p，
４
６
２p-４
６
７p.
平野邦彦・佐野桜太・宮道壽一（１９９８）：多段階露出画像の統合による画像のディテール強調．電子情報通信学会論文誌情報・システム

-情報処理 VoL.J８０-D-

NO．
９．
電子情報通信学会情報・システムソサイエティ
ー，東京．
２
０
９
７p-２
１
０
３p.
森本桂・林長閑（１９９４）：原色日本甲虫図鑑（
社，東京．
３
３p.

）．保育

馬場金太郎・平嶋義宏（１９９１）：昆虫採集学［第２版］．
九州大学出版会．
４
２
７p-４
３
９p，
５
２
８p-５
２
９p，
５
４
５p-５
５
２p，
５
５
５p
-５
５
９p.
Shepard,R.N．（１９６７）：Recognition memory for Words,

Fig．
２
２H
（ξ）
of lens esimated at a 35 mm,50 mm,70 mm,105 mm.

sentence,and pictures. Journal of Verbal Leaning & Verbal
１
５
６p-１
６
３p.
Behavior ６．
謝辞Goldstein, A. G. & Chance, J. E．
（１
９
７
０）
：Visual recognition
memoryforcomplexconfigurations

Perception

&

２
３
７p-２
４
１p.
Psychophysics ９．

本研究を遂行するにあたり，デジタルミュージアムについて御教示頂いた東京大学総合研究博物館 坂村健 教

Nelson, T. O., Metzler, J. & Reed, D. A.
（１
９
７
４）
：Role of

授，日立製作所 情報システム事業部 神内俊郎 試作開発

details in the long-term recognition of pictures and verbal

センター長ならびに，昆虫資料撮影方法と昆虫標本作製

２．
descriptions. Journal of Experimental Psychology １０

方法について大変多くの御助言を頂いた愛媛県総合科学

１
８
４p-１
８
６p.

博物館 自然研究科 大西剛学芸員に深く感謝の意を表し

樋渡絹二（１９９３）：画像工学ハンドブック．朝倉書店．
東京．
３
０p.

ます．

画像電子学会（１
９
８
４）：新版
引用文献

コロナ社，東京．
３
４p.

坂村健（１
９
９
６）：Ouroboros．東京大学総合研究博物館，
東京．
児島和也・相澤清晴・羽鳥光俊（１９９７）：複数画面からの全焦点画像の再構成，電子情報通信学芸論文誌，情報・シ ス テ ム

・情 報 処 理，VoL.J 80-D-NO．９．電子情報通信学会情報・システムソサイエティー，東京．
２
２
９
８p-２
３
０
７p.
小檜山賢二（１９９７〜１９９８）：虫をめぐりデジタルな冒険，
ナショナルジオグラフィック日本版１
９９
７年５月号〜１
９
９
８年６月号．日経ナショナルジオグラフィック社，東京．
小檜山賢二・デジタル・フォト・コラージュ
http : //www.wnn-x/kohiyama/index.html
天野晃・浅田尚紀・馬場雅志（１９９７）：ズームレンズの
光学的ひずみの解析と補正・可変円筒モデルを用いた
口径蝕現象の解析と画像周辺部明度低下の補正．電子
情 報 通 信 学 会 論 文 誌 情 報・シ ス テ ム

−情 報 処 理

VoL.J８０-D- NO．
６．
電子情報通信学会情報・システム
ソサイエティー，東京．
１
４
５
８p-１
４
６
５p.
篠原功治（１９９８）：画像処理技術の学術資料への応用．
愛媛県総合科学博物館研究報告第３号．愛媛県総合科−４
９−

画像電子ハンドブック，