一ノ瀬： O plus E,vo.22,No.12,pp1563-1567(1999)
瀬：赤外線イメージスキャナ
アイメジャー有限会社
一ノ瀬修一
１．
はじめに．は（Noise）が乗る。もし像にコントラストが有ったとしても、ノイズの値がコントラストの差異とほぼ等
赤外線イメージスキャナを開発し、製品化を行っ しい、もしくは更に大きいときは、像はノイズに埋たので報告する。そもそも「目に見えない像が見え もれてしまい識別は困難となる。コントラストを生る」とは、どういった原理なのか。奇麗な画像、解 む信号強度の差異、がノイズに埋もれていないこ析に耐えうる画像とはどういった画像なのか。そう と。これが「ものが見やすい」条件である。
定量化指標として使用されるＳ／Ｎ比は、イメー
いった原理的な観点から、赤外線イメージスキャナの特長を説明する。また、従来の赤外線カメラとど ジスキャナにおいては、階調性と呼ばれている。例
えば、イメージセンサの定格出力が１Ｖ、ノイズ成こが違うのか。その長所や短所を解説する。
分が１ｍＶとした時、このセンサのＳ／Ｎ比は、1000:1。1000 階調となる。きれいな画像、解析に耐２．
ものが見える条件．ものが見える条件
え得る画像とは、すなわちＳ／Ｎ比が高いこと、十分な階調性を有することが重要である。また、ノイ
光の無い暗闇では、私たちは何も見ることはできズ（Noise）の絶対値は、測定した信号（Signal）のない。ものを見るためには、光が必要であり、また、値が、有為であるか、有為でないかの判断基準となその光を反射する物体と、物体からの反射光を結像る。すなわちノイズ（Noise）の値は、信号（Signal）する光学系であるレンズ、及び結像の強弱を信号にの値の信頼精度（誤差）を決める。例えば、２人の変換するセンサが必要である。肉眼でものを見てい体重を比べるのに使用する体重計の最小目盛が１ｋる場合、次の要因が関係している。
ｇの時、５００グラム程度の違いの議論は無意味で
１．光：太陽光、ランプある。
２．物体：見る対象以上をまとめると、ものをくっきりと見分けるた
３．結像系：水晶体
めには、１）コントラストがあること。２）コント
４．光信号変換：網膜、視神経及び脳内の画像認
ラストがノイズに埋もれていないこと。の２点が重識能力。
要である。
以上の４つの要因は、ものが見えるための必要条件
であり、十分条件ではない。カメレオンを例に出すものを見る手法とものを無視．ものを見る手法とものを無視までもなく、「地」の色と同系色のものは見えない。 ４ ．
もしくは見えにくい。何故か？それは「コントラス す る 手 法
ト」が無いためである。コントラストが有る像とは、見ようとする部分の信号と、無視したい部分の信号
いよいよこれで私たちは、ものが見える条件、もとの間に差異がある状態を指す言葉である。ものがのが見やすい条件を手にした。では、実際に応用を見えるためには、コントラストが必要である。
して行こう。手法は、次の通りである。
１）見ようとする部分の特性を知る
３．
ものが見やすい条件．ものが見やすい条件
２）無視したい部分の特性を知る
３）見ようとする部分と無視したい部分を最も分既に得た画像であっても、後処理として画像処理 け隔てる特性値を求める。
４）求めた特性値を像の信号として使用する。
を行えば、容易に画像のコントラストを上げることができる。しかし、後処理では乗り超えられない「ものの見やすさ」を制限する要因がある。それは、Ｓ／Ｎ比である。信号（Signal）には、必ずノイズ− 1 −(C) 2000 ICHINOSE Shuichi & iMeasure Inc. All Rights Reserved. 2000-10-23

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瀬：５．
赤ペンと黒インキ．赤ペンと黒インキ
例えば今手元に、赤ペンで日付、出典新聞名、アンダーランなどの書き込みをしてしまった新聞記事が有る。図１−ａ）。これら、赤ペンの落書きを消して、記事だけの最初のきれいな状態に戻したい。さあ、どうするか。通常は画像を取り込んだ後、赤ペンの部分だけを丁寧に消して行く。でも、記事と赤ペンが重なってしまった部分はとても大変である。
また、背景が単純な白色でなく、図１−ａ）の様に新聞としてのテクスチャーを持つ場合、修正は困難を極める。この問題を解決するため、まず上述した手法から始めよう。
・見ようとする部分＝新聞文字・無視したい部分＝赤ペン、及び紙。
赤ペンとは、図２に示すとおり次に述べる分光特性１）を持つ。即ち、400-600nm(青〜緑）の分光反射率は殆ど０％に近く、600nmを超えるあたりで反射率は100%に近づく。新聞文字に使用する黒インキは、（図示しないが）全ての可視光領域において、分光反射率は０％に近い。媒体となる紙は全域で反射率が高い（〜 100%)。よって、「赤ペンを消す＝媒体となる紙に対するコントラストを無くす」ためには、600nm を超える領域の光で取り込みを行えば良い。
その結果、黒インキに対して高いコントラストを維持できると同時に、赤インクは媒体となる紙とのコントラストを無くし、埋没する。このことをドロップアウト(drop out color) と呼び、消えた色の事をドロップアウトカラーと呼ぶ。
図１−ｂ）は、赤色をドロップアウトカラーに設定した画像である。赤いペンで書いた情報のみが奇麗に消えているしていることがお分かりになるだろう。
ちなみに現在流通しているカラーイメージスキャ
ナによって、赤色をドロップアウトする具体的な方法は次の通りである。
(1)２４ビットフルカラーで取り込む。
( 2 ) 画像処理アプリケーションソフト（A d o b e
Photoshop など)により、「赤チャンネル」のみの画像を取り出す。(COPY する)(3)白黒データとして保存しなおす。
(PASTE する)

６．
黒ボールペンと黒インキ．黒ボールペンと黒インキ
それでは、次に赤いペンではなくて、黒ボールペンの場合はどうだろうか。これも、赤ペンの時と同様に手法に沿って考察する。

図１−ａ） 赤ペンで書き込みをした新聞記事を通常のイメージスキャナで取り込んだ例。
日本経済新聞 2000-10-17 より。

図１−ｂ） 赤ペンで書き込みをした新聞記事を赤色をドロップアウトカラーにして取り込んだ例。
日本経済新聞 2000-10-17 より。

・見ようとする部分＝新聞文字・無視したい部分＝黒ボールペン、紙黒ボールペンの分光反射率特性を図３に示す。これを見ると近赤外線領域（λ >780nm）において反射率は１００％に近づくことが解る。つまり黒ボール
ペンの色は、近赤外線領域にて「ドロップアウトカラー」となる。

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瀬：
黒ボールペンにて書き込みした書籍を通常のイメージスキャナで取り込んだ画像を図４−ａ）に示す。また、同じ書籍を赤外線イメージスキャナで取り込んだ画像を、図４−ｂ）に示す。黒ボールペンで書き込みしたサイドラインが見事に消えていることが解るだろう。

７．
染料と墨．染
カラー液晶表示装置などの色フィルターにも使わ２）れる染料の分光特性を図５に示す。これを見てお分かりのように、近赤外線領域において、染料はその透過率は100%に近い。つまり、無色透明である。すなわち、紙や布の地（反射率〜 100%）に対して、染料は、コントラストが無くなる。

さてここで、実際の赤外線いめーじすきゃなの開発、設計について説明する。従来のイメージスキャ
ナをベースに、近赤外線を発する光源を内蔵する。
センサは既存のセンサを流用する。一般的なCCDリ
３）ニアイメージセンサの分光感度を図６に示す。肉眼の分光感度域は、380〜780nmと考えられているから、780nm 〜 1100nm の「赤外線」領域の光は、イメージスキャナとしては不要光となる。通常はこの領域の光は、色再現性劣化やコントラスト低下を惹き起こすため、センサにたどりつかないように分光

図３ 黒ボールペンと鉛筆のの分光反射率特性学的に遮断する。今回、イメージスキャナを構成する光学要素部品において、近赤外線(中心波長：λ=850nm）を発するＬＥＤを利用し、センサの近赤外線感度領域を使うことで、赤外線イメージスキャナを構成することに成功した。
1)

図２ 赤色の分光反射率特性９．
イメージスキャナ型の長所．イメージスキャナ型の長所

図７を見て頂きたい。上が通常の銀塩式カメラを使って４枚の位牌を撮影した画像（ａ）、下は同じ位牌を赤外線イメージスキャナを使って取り込んだ画像（ｂ）である。上の画像にて文字が隠れる原因は、まだ未解明であるが、位牌が線香により燻されたために、黒ずんだものと推測している。植物性の燻製であれば、可視光では光を吸収するものの、赤外光では透過するものと推測される。墨は可視光においても、近赤外線においても一様に光を吸収する。そのため、近赤外線においては、燻製を透けて、奥の墨によるコントラストが現れていると考えられる。

８．
赤外線イメージスキャナ．赤外線イメージスキャナ

従来から有るカメラ型の画像入力装置に対するイ
メージスキャナ型の長所をまとめると次の５点に集４）約される。
１）テカリを排した光源を内蔵した接写専用暗箱である。
照明装置のレイアウトを気にする必要が無い。
２）Ａ４サイズのデジタイザである。定規など、モノサシを一緒に映し込む必要がない。寸法校正用の解像度情報が画像ファイル保存時に自動的に組み込まれる。
３）Ａ４サイズの反射率測定器である。グレースケールを映し込む必要がない。所定の条件で取り込みを行うと、反射率に相当する値に換算可能。
４）画素数が圧倒的に多い。Ａ４サイズにて３千６百万画素以上。
５）デジタル画像入力装置である。USB インターフェースを備え、パーソナルコンビュータと整合す− 3 −(C) 2000 ICHINOSE Shuichi & iMeasure Inc. All Rights Reserved. 2000-10-23

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瀬：る。保存した画像ファイルはそのまま、Web サイトへ掲載、サーバーへデータ保存、CD-ROMメディア等に複製し、安全に保存管理できる。

１０．
イメージスキャナ型の短所．イメージスキャナ型の短所ａ）リアルタイム性が無い）リアルタイム性が無いａ）

ｂ）

図４ 黒ボールペンにて書き込みした書籍を通常のイメージスキャナで取り込んだ画像（ａ）、赤外線イメージスキャナで取り込んだ画像 （ｂ）

2)

図５ 液晶カラーフィルタ（染料系）の分光特性スキャニング時間がかかるため、どうしてもリアルタイム（実時間）での解析的な使い方には向かな
い。しかし実際に解析作業を行う時には、注目に値するものが見えた時に、そのものをよりくっきりと見るために、カメラ型であってもコントラスト、倍率などを調整するのが常である。使用するパーソナ
ルコンピュータの処理能力やメモリ、ハードディスクを初めとするストレージの大容量化、高速化により、現在デジタル画像にさえなっていれば、自在に画像処理を行うことで対象とする「注目に値するもの」のコントラストを上げることができる。倍率は、事前にイメージスキャナの最大解像度でスキャンを行っておき、デジタル画像を保存し、後から任意に表示倍率を変えながら観察・解析する、という新しい作業方法が成立する。つまり、従来であれば研究者が１人で、装置を独占して行う作業に対して、次のような新しい作業方法（work flow）を提案できる。
・従来の方法：研究者が装置を操作。操作する時間と解析する時間は渾然一体。
・新しい方法：支援スタッフが装置を操作。
最大解像度にて、資料をスキャン。保存。研究者は、必要に応じて、デジタル画像を解析。解析資料のある場所に、解析を行う人物が物理的に移動しなくても、解析による知見を得ることができる。即ち、新しい作業方法は、資料の遠隔解析を可能にする。これは、通信回線の大容量化により、遠隔医療技術が発達する根拠と全く同じメリットを生むはずである。
ｂ）
被写体の大きさに制限がある）被写体の大きさに制限がある
カメラ型の場合は、被写体までの距離や、レンズの交換、ズーム変更などにより、どんな被写体サイズにも対応できる。その点、イメージスキャナは、原稿台の大きさに最大サイズが制限される（例えば、Ａ４サイズ）。ただし、複数回に分けて、分割取り込

3)

図6

CCD リニアイメージセンサの分光感度− 4 −(C) 2000 ICHINOSE Shuichi & iMeasure Inc. All Rights Reserved. 2000-10-23

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瀬：図７−ａ） 通常の銀塩式カメラを使って撮影した位牌の画像

図７−ｂ） 赤外線イメージスキャナを用いて取り込みを行った位牌の画像− 5 −(C) 2000 ICHINOSE Shuichi & iMeasure Inc. All Rights Reserved. 2000-10-23

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瀬：みを行い、後で、画像を繋ぎ合わせる（スティッチ 引 用 文 献ング）ことで、最大寸法を超える被写体をスキャンすることも可能である。実際、分割取り込みをする
１）大田：色彩工学の基礎 ,p-130(1997)
時には、同じことをカメラ型で行うよりも、イメー
２）東京大学出版会：色彩科学ハンドブック ,p-766
ジスキャナ型の方が、明らかに長所がある。イメー(1998)
ジスキャナ型は「デジタイザ」であるため、画像歪３）東芝：CCD リニアイメージセンサ TCD シリー
みが非常に少ない。このため周辺部分を繋ぎ合わせズデータブック ,p-329(1993)る時、その寸法整合性が良い。更にイメージスキャ
４）一ノ瀬、宮原：赤外線イメージスキャナの開発
ナ型は、「反射率測定器」であるため、原稿の反射率, 画像ラボ ,vo.11,no.5,pp7-12(1999)を忠実に反映する。このため周辺部分を繋ぎ合わせる時、濃淡の整合性が良い。繋ぎ合わせたときに濃度段差が出にくい。
【著者紹介】
以上の理由から、分割取り込みをした画像を繋ぎ合わせる（スティッチング）作業が非常に楽である。
一ノ瀬 修一（１９５９年生・埼玉県出身）
１１．
さいごに．さアイメジャー有限会社 代表取締役〒 399-0023 長野県松本市内田 2941-4
今後も引き続き、イメージスキャナを核とした TEL:0263-85-0051
ハードウェアの開発を行いたいと考えている。赤外 FAX:0263-85-0052
線イメージスキャナは、赤外線を照射しその反射光 E-Mail:info@imeasure.co.jpを（赤外線）センサにて像を得た。他に、紫外線イ URL: http://www.imeasure.co.jp/
メージスキャナや、蛍光イメージスキャナ、さらには、マルチスペクトルイメージスキャナ等も考えら < 主なる業務歴および資格 >れ、言わば机上のリモートセンシングマシンとし 1985 年、筑波大学理工学研究科物質工学修士課程了。
同年、エプソン株式会社へ入社。て、発展させたいと願っている。
また、用途に応じた計測や、解析を中心とする安 1986、カラーイメージスキャナの設計、要素開発に従事。
価なソフトウェア群を提供していきたいと考えてい 1999 年、セイコーエプソン株式会社退社。
同年、アイメジャー有限会社を設立。
る。本稿をご覧になり、新しい用途や提案があれば、ぜひ著者までコンタクトを願いたい。
今回、貴重な位牌の画像を提供して頂いた広島県の甲山町教育委員会の林光輝様、広島県甲山町の坂本弘様、新市町歴史民族資料館の尾多賀晴悟様、ならびに(株)埋蔵文化財サポートシステムの武広正純氏、有限会社ダットの小川紋弘氏に感謝します。また、赤外線イメージスキャナの開発と用途に貴重なアドバイスを頂いた財団法人京都市埋蔵文化財研究所の宮原健吾氏に心から感謝致します。

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