研 究 ノ ー ト
Research Notes

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法―アイヌの繊維資料を前提とした分析方法の検証―

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera―Verification of the Analysis Method for Ainu Textile Materials―

赤田昌倫（AKADA Masanori, Dr.）

国立アイヌ民族博物館 研究員（Research & Curatorial Fellow, National Ainu Museum）

要旨
国立アイヌ民族博物館ではアイヌの繊維資料に用いられた染料の調査を検討しており、ハイパースペクト
ルカメラを導入した。染料分析に適した分析条件を策定するため、試料と装置の距離と分析範囲に着目し、機器の精度に関する検証を行った。その結果、複数の条件で染料分析に有効な結果が得られた。また、この結果を基にアイヌ文化に特徴的な染色試料について分析を行った結果、イチイ染めの試料については特徴的なスペクトルを得ることができた。
キーワード：ハイパースペクトルカメラ、染色、可視分光分析、オヒョウニレ、シナノキ、イチイ、ハンノキ

Abstract
Since its opening in 2020, the National Ainu Museum has investigated dyes used in Ainu textile
materials and has installed a hyperspectral camera. In order to formulate suitable analysis conditions
for dye analysis, the author conducted a verification on the accuracy of the device, with a focus on the
distance between the sample and the device, and the analysis range. As a result, effective results for dye
analysis were obtained under several conditions. Based on these results, an analysis of dyed samples
typical within Ainu culture was conducted, and characteristic spectra were obtained for yew-dyed
samples.
Key Words： Hyperspectral Camera, Dyeing, Visible Spectroscopic Analysis, Manchurian Elm, Japanese Lime,
Japanese Yew, Japanese Alder

文化を知るための研究が行われている。国立アイヌ民族博物館においても収蔵品である近世近代のアイヌのはじめに時代や地域におけるアイヌの文化を知るためには、繊維資料について繊維や染料の調査を行い、材質に係る情報を付与することが重要であると考えられている。

人々の日常生活に密着したものについて深く追究し明

材質に係る情報の中で、繊維や染料の材質情報は、収らかにすることが重要である。衣服などの繊維資料は蔵品の復元や修理時の材料や技法の選択、収蔵品の展

その代表的なものであり、繊維や染料などの材質に係示方法や保管環境といった資料管理の判断根拠に役立

る調査、織りや編みなどの構造調査、模様やデザイン

ち、さらには時代ごと地域ごとの材料または技法にに係る調査など多角的なアプローチから当時のアイヌよって製作したものかを明らかにするための足掛かり

132

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

行う上で無数にある天然染料の中から絞り込んで比較することができ、様々な研究の進展が見込めると考えた。そして文献や聞き込み
調査等の先行研究で示された染料を分析によって確認することは、先行研究に対するクロスチェックとなり、極めて重要な調査になるといえる。
本館ではこのような背景のもと、当館の収蔵品である近世近代のアイヌの繊維
資 料 に つ い て、 ハ イ パ ース ペ ク ト ル カ メ ラ（ 以 後、HSC）による染色の有無や、染料の種類の判別といった染料分析を行うことを検討
し て い る。HSC は 面 分 析が可能であるという点か
ら、壁画の顔料分析などへの応用が進められている
図1

が、染料分析の報告例は研究フローチャート

ほとんどなく染料分析にとなりうる。このことはアイヌの繊維資料の価値の明

必要な精度などの検証もほとんどなされていない（小確化に繋がり、当時のアイヌ文化の理解に大きく役立

原 1999:230-234; 末森 2021）。そこで本稿では、実つと考えられる。

際にアイヌの繊維資料について染料分析を行う前段階

近世近代のアイヌの繊維資料の材質に関する先行研として、染料分析に適した HSC の分析条件の策定を究は複数あるが、代表的なものとして以下の報告があ行った。またその結果を基にアイヌ文化で多く使用さる。河野広道氏は文献資料の活用や聞き取り調査を行れるイチイとハンノキの染色試料について染料分析を

い、染料とその染色方法について地域ごとに詳細にま行ったので報告する。【図 1】に装置特性の研究からとめている（河野 1971）。齋藤玲子氏はハンノキを

アイヌの繊維資料の染料分析を行い、その結果に関す

中心にアイヌを含む複数の北方民族における染料のる展示活用までを図示した研究フローチャートを示す。

使用例などを信仰や色の意味と合わせて報告している（齋藤 1992:134-148）。大坂拓氏はアイヌの繊維資料について繊維種や織構造の調査を行い、資料の年代

２．分析手法と使用機器観の推測と合わせて報告している（大坂 2019:25-60）。

2.1.

著者は、上記の研究などに染料の材質情報が加わるこ

可視分光分析法

染料分析が可能な分析装置や分析手法は複数あるが、とによって、当時使用されていた染料が明らかになる

当館では HSC による可視分光分析を行うことを検討だけでなく、調査結果の蓄積によって時代による染料している。可視分光分析とは、測定対象である物質にの変遷や染色方法といった研究への派生が期待できる

ついて波長ごとの光を吸収または反射するかを調べると考えた。また複数の先行研究において、近世近代の手法である。例として、りんごは青色や緑色にあたる

染色材料が示されていることから、実際の染料分析を

光を吸収し赤色の光を反射することから、人の目には133

国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
N a t i o n a l A i n u M u s e u m J o u r n a l Vo l . 1 ( 2 0 2 2 )赤色として映る。どの光を吸収または反射するかは物

2.2.

ハイパースペクトルカメラ

質によって異なるという特性をもつため、この特性を

HSC とは、前述の可視分光分析が可能な装置の一調べることで色料の判別を行うことができる。ただし、つである。デジタルカメラ（RGB カメラ）と同じく、染料は様々な原因で劣化し変退色していることが多レンズに入ってきた資料からの反射光を捉え、そのく、得られるデータ（スペクトル）もピークや変曲点データをデジタル画像（以後、ハイパースペクトルイが不明瞭であり、染料の判別が困難になることがあるメージ）とする装置である。【図 2】に RGB カメラ（佐々木 2007:172-182）。

と HSC の波長の分離性能のイメージ図を示す。RGB

可視分光分析の装置には HSC 以外に、光ファイカメラと異なる点は、RGB カメラは赤、緑、青を中バーを用いるものもある。これは分光器本体に取り付心とする 3 つの波長で画像を構成するが、HSC は紫けた光ファイバーを伸ばし、分析位置の数ミリから数から赤までの 400 以上の波長に分けて画像を構成す

センチ離した状態で測定を行う。試料採取の必要がなることができるため、RGB カメラよりも色の正確性

い非破壊非接触式の分析手法であり、一か所の分析がや再現性が高い。

短時間で済むという特徴があるため染料分析では普遍

ハイパースペクトルイメージはカメラに映った範囲的に用いられている（吉田 2011:207-215; 大下 2017:

全てが分析対象となることから、資料全体が入るよ17-25）。測定範囲は円形で光ファイバーの直径に依うな画像を得ることで調査を完結することが可能と存し、複数の調査ポイントがある場合は、その都度装なる（ケイエルブイ㈱ 2019:71-73）。画像に写る範囲

置本体に付属する光ファイバーを移動させ、位置調整

は、カメラと同じくレンズから資料までの距離が長する必要がある。また複数の色の染糸を用いた織物や

いと広範囲のデータとなり、距離が短いと狭い範囲

編み物に対して染料分析を行う場合、光ファイバーののデータとなる。ハイパースペクトルイメージには 1

直径によっては測定範囲の中に複数の色の染糸が入っ

ピクセルごとにスペクトルデータが含まれていることてしまう可能性がある。特に緻密な織りや編みでは糸から、ピクセルを多く選択すればスペクトルは平均化の太さは 1 ミリに満たないこともあり、測定対象のされ、ノイズと色むらの影響が少ない正確な色情報を染糸と隣接する染糸が異なる色である場合、測定し得含んだデータを得ることができる。一方でピクセル数られたスペクトルが測定対象のみのデータであるかのを多くするために資料とレンズの距離を近付けると分判断が困難となる。これはアイヌの繊維資料において析範囲が小さくなり調査時間は増大する。

も同様であり、着物や編袋、刀掛け帯などを中心にハイパースペクトルイメージからスペクトルを算出

様々な繊維資料について、経糸と緯糸で異なる染糸がするにあたって、任意の範囲と形状のピクセルを選択用いられていることがある（北海道教育庁社会教育部

することが可能である。前述のような 1mm に満たな

文化課編 1986）。このような繊維資料の染料分析でい糸に対しても糸の形状に沿って調査範囲を選択する

は、糸の太さによってはそれぞれの糸における染料判ことができるなど、これまでの可視分光分析装置には別は困難になることが考えられた。

ない特徴を持つ。
当館では、このような装置特性は絵画や染織品と

図2

134

RGB カメラと HSC の波長の分離性能

図3

HSC の装置外観

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

いった多数の色が点在するような資料に対して特に有可視スペクトルでも西洋茜染めによる染着は認め効であると考え、ハイパースペクトルカメラの運用をられなかった。木綿布試料⑧のような色の濃い試料検討している。【図 3】にハイパースペクトルカメラ

は HSC では問題なく分析できることと、木綿布試（以後、HSC）の装置外観と分析の様子を示す。今回

料②のような極端に淡い色の試料の判別は不可能の調査では RESONON 社製「Pika XC2」を使用した。

であることから、以後の検証にはこれらを除外し、色の濃淡による比較には木綿布試料③と木綿布試料⑦（染色時間 90 秒）を選択した。

3．調査方法
3.1.

試料作製

3.1.（1）装置特性検証用試料

3.1.（2）アイヌの染色材料への適用調査用試料【図 6】にアイヌの染色材料への適用調査の画像

装置の検証用試料は天然染料の中で色の濃淡のを、【表 2】に試料一覧を示す。本研究で使用した差が現れやすく、天然染料として様々な研究や検オヒョウニレとシナノキの繊維は、内皮を繊維化す証で用いられているものが適していると考え、西るために樹皮を沸騰した水に木灰を入れ数時間か

洋茜で染色した木綿の染色試験布を使用した（柏けて軟化させ、ぬめりをとる作業などの精練がなさ

木 1971:43-47）。染料としての西洋茜は繊維の種類

れているものであるが、一部の繊維についてはそによって鮮やかな赤色から紫がかった赤色に染着の精練方法は不明であり、色調が一定ではなくオする。古代よりヨーロッパから西アジアにかけて

ヒョウニレ未染色試料③のように褐色に近いものの広い地域で用いられており、染着性が良いといもあった。そのため実際のアイヌの繊維資料の色調

う特徴がある。染色試験布は㈱田中直染料店の綿観察だけでは、繊維が褐色であっても、これが染色ファイン未晒で、幅 50mm、長さ 100mm で裁断されたものなのか、未染色で繊維自体の色であるのし試料とした。【図 4】に装置特性の検証に使用しかの判別が困難であることが考えられた。そこで、た試料の画像を、【表 1】に試料一覧を示す。染色

繊維については色調が異なるものを複数準備し、そ方法については、布の 1 枚の重量は約 1.6g であっの中で最も淡い色調の繊維について染色を行った。

たため、水 490g と西洋茜の粉末 0.16g から染液をなお繊維によって大きさにばらつきがあるため一作製した（柏木 1971:43-47）。染色作業は、水温が定の幅の試料を作製することが困難であった。その80℃まで上昇した後に西洋茜の粉末を入れ、30 分

ため、試料は幅 5mm 以上、長さ 20mm 以上とした。

間温度を維持させた後、60℃まで温度を下げ染色

上記の繊維を西洋茜、イチイ、ケヤマハンノキ（以試験布を浸漬させた。なお、先行して HSC におけ

後、ハンノキ）で染色し、染色材料調査用試料とる色の濃淡の差による可視スペクトルの検出限界

した。西洋茜による染色は上記の木綿布と同じであについて予備調査を行っており、調査用試料としる。イチイやハンノキは、先行研究から熱水で色素て染色時間を 3 秒（木綿布試料②）、10 秒（木綿布を抽出し染色を行ったとされている（河野 1971）。

試料③）、20 秒（木綿布試料④）、30 秒（木綿布試

そこで、イチイとハンノキは樹皮片 10g に対して

料⑤）
、60 秒（木綿布試料⑥）、90 秒（木綿布試料

水 1000g とし、樹皮片投入後 15 分で約 90℃まで⑦）とした試料と、15 分間の染色を行った後、一加温した。蓋をしてこの温度を維持しつつ 165 分

度乾燥させ再度 15 分間の染色を行った試料（木経過後に繊維を投入した。60 分後に保温をやめ、綿布試料⑧）を作製した（花田 2014: 27-36; 花田

さらに 60 分漬け置きした。

2015: 33-41; 黄川田 2016: 74-81）。これらの試料の中で、最も色の濃い木綿布試料⑧は肉眼でも鮮や3.2.

染料分析に適した分析条件の検証

かな赤色が見られ、可視スペクトルも西洋茜の特徴

HSC は、ハイパースペクトルイメージ内で選択しが明確に見られた。一方で最も色の淡い木綿布試料た範囲内にどれだけのピクセル数が含まれているか②は染色時間が 3 秒と非常に短かかったため、【図によってスペクトルの精度が大きく変化する。また

5】の西洋茜染め木綿布の可視スペクトル（レンズ1mm2 あたりのピクセルの大きさとピクセル数はレンとの距離 400mm、スキャンスピード 0.01578mm/

ズと試料との距離（以後、WD）やスキャンスピード

s、ピクセル数 19000）で示したように、肉眼でもによって変化する。そのため、調査が必要な範囲や資135

国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
N a t i o n a l A i n u M u s e u m J o u r n a l Vo l . 1 ( 2 0 2 2 )

表1

図4

装置特性検証用試料の一覧

装置特性検証用試料

図5

西洋茜染め木綿布試料の可視スペクトル(a) 木綿布試料①、(b) 木綿布試料②、(c) 木綿布試料③、(d) 木綿布試料④(e) 木綿布試料⑤、(f) 木綿布試料⑥、(g) 木綿布試料⑦、(h) 木綿布試料⑧

表2

図6

136

アイヌの染料材料への適用調査資料

染料調査用試料の一覧

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

料の色の濃淡に応じた最適な分析条件の策定が必要では可視スペクトルに対して二次微分の計算を行っある。そこで、ピクセル数とスペクトルの相関性と、た。二次微分スペクトルの微分値は、もととなるス

WD ごとのピクセル数の相関性を調査項目とし、各ペクトルの半値幅の逆数の二乗に比例する（尾崎種パラメータを変えて検証を行った。試料は西洋茜で2005:9-12）。微分によりピークの存在が強調される

染色した木綿布を用いた。なお、HSC にはステップことで、ノイズとピークとの判別を効果的に行うこモードと非ステップモードを選択することができる。

とができ、ピークの判別が難しい微小ピークやショ

ステップモードはモーションブラーなどのブレの要素

ルダーピークの判別といったピークサーチに有効がなく、1mm 以下の微小な部位の分析に効果的であな手法である（佐々木 2008:36-44）。なお、微分のる。予備調査から染料分析には非ステップモードの連スムージングポイントは 17 とした。

続スキャンでも十分な分析精度が得られており、ス
テップモードのパラメータの検証は行っていない。

3.2.（2）WD とピクセル数の相関性の検証

ス キ ャ ン ス ピ ー ド の 数 値 は 0.0158mm/s か ら

WD とピクセル数の相関性について検証するた

3.175mm/s まで調整でき、スキャンスピードが遅す

め、WD を 400mm（撮影幅 163mm）と 1000mm

ぎるとイメージは縦長に引き延ばされ、早すぎるとイ（撮影幅 408mm）とし、それぞれのハイパースペ

メージは圧縮されて横長になる。特に縦方向に圧縮さクトルイメージから実資料の 25mm にあたる面積

れた横長のイメージは、イメージを構成する縦方向ののピクセル数を算出した。さらに 3.2.（1）の検証

ピクセルの数が少なくなり、特定の範囲を選択するたで算出した値から、それぞれのピクセル数に必要なめに必要なピクセルの取得が困難になる。ハイパース

実資料の面積を算出した。なお試料には西洋茜で染ペクトルイメージ内で範囲選択を行う場合、実資料や色した木綿布試料③を用いた。

2

その写真を見比べながら進めることがあるためイメー
ジ内資料と実資料はアスペクト比を揃えることが望ましい。アスペクト比を揃えるためには、WD に対して適切なスキャンスピードを設定する必要がある。WD

3.3：アイヌの染色材料への適用調査
3.3.（1）未染色試料とイチイ、ハンノキ染め試料の判別調査

はレンズと試料との距離であるため数値の制限はない

近世近代のアイヌの繊維資料で多く用いられるオ

が、レンズ先端からハロゲンランプの先端までの距離

ヒョウニレとシナノキの繊維は、精練によってやが約 150mm であるため、それよりも離れた位置でハや白色に近い色にはなっているものの、苛性ソー

ロゲンランプの光が当たるように調整する必要があダ等による脱色作業を行っていないため黄褐色かる。予備調査の結果から、WD400mm ではスキャン

ら黄白色を呈しており、繊維自体の色素成分が含ま

ス ピ ー ド 0.0158mm/s が、WD1000mm で は ス キ ャれていると考えられた（眞岡 1996:641-646; 長坂

ンスピード 0.3100mm/s±0.010mm/s の分析条件で資

2000:60-62）。また近世近代のアイヌの繊維資料は料のアスペクト比を最も反映することがわかっている。

長期間の使用による染料の退色や、当時の様々な作業によって汚れの付着などがあると、現在のアイヌ3.2.（1）ピクセル数とスペクトルの相関性の検証の繊維資料の色が当時の染色によるものかの判別

1 ピクセルに割り当てられたスペクトルはノイズは困難になると考えられた（杉山 1939:427-443）。

が多く、ピークとノイズの判別が困難である。スペ

このような背景から、染色材料の調査には材料の判

クトルはピクセル数が増えるほど平均化され SN 比別とともに、染色の有無の判別が求められる。そこが良化することから、ピクセル数によるスペクト

で本稿では試験的に【図 6】と【表 2】で示した未ル変化を検証し、染料分析に有効なピクセル数の染色のオヒョウニレとシナノキ試料と、イチイと基準作成を行った。分析条件は非ステップの連続

ハンノキの樹皮で染色したオヒョウニレとシナノ

スキャンモードで WD400mm、スキャンスピード

キ試料について HSC で分析し、これらの試料に対0.0158mm/s とした。

して染料分析が適用可能かどうかの検証を行った。

スペクトルの特徴を理解するためには最も吸収のなお、分析条件は WD400mm、スキャンスピード

強い波長（吸収極大波長 λmax）または波長の変曲0.0158mm/s とした。またピクセル数はノイズが少点について求める必要がある。そこで、本報告でなく再現性が高いスペクトルであることが望まし

137

国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
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いと考え、繊維の染色部を可能な限り選択した。な515nm の 2 つのピークが明瞭になり、ピクセル数

おオヒョウニレのピクセル数は約 3000、シナノキ

が 1000 を超えると二次微分スペクトルの 430nmのピクセル数は約 2000 となった。

から 440nm 付近の微小なノイズも見られなくなった。 ま た ピ ク セ ル の 選 択 数 が 10000 を 超 え る と3.3.（2）同系色染料の判別調査

600nm から 800nm までの波長域について、ノイ

繊維資料について、その染料の種類を特定するにズが少なく良好な可視スペクトルと二次微分スペ

は比較対象となる染料とのスペクトル比較が必要

クトルが得られることがわかった。木綿布試料⑦である。しかしながら同系色の染料のスペクトルは（染色時間 90 秒）は木綿布試料③（染色時間 10 秒）

近しいものになることが多い。そこで今回はオヒョ

よりも濃く染まっていることから、ピクセル数がウニレとシナノキに対して西洋茜及びイチイで染10 の可視スペクトルでもピークを判別することが色した試料について可視スペクトルと二次微分スできた。また、ピクセル数が 100 を超えると二次ペクトルを比較し、判別が可能か検証を行った。

微分スペクトルの 480nm と 515nm の 2 つのピー
クが明瞭になり、ピクセル数が 1000 を超えると二次微分スペクトルの 430nm から 440nm 付近の微４．結果と考察

小なノイズも見られなくなった。両者の結果から、

4.1.分析条件の策定結果

600nm までのピークや変曲点の判別に必要な可視4.1.（1）ピクセル数とスペクトルの相関性の検証
結果

スペクトルを得るには 300 以上のピクセル数が必要であることがわかった。また詳細なピーク判別に【図 7】に西洋茜で染色した木綿布のハイパースはピクセル数が 1000 以上必要であることがわかっ

ペクトルイメージを示す。このイメージは【図 4】た。

で示した木綿布と比べるとやや横長になったが、装置パラメータの限界があり、これよりもスキャンス

4.1.（2）WD とピクセル数の相関性の検証結果

ピードを遅くすることができない。またイメージ内【図 12】に WD400mm と WD1000mm のピクセルで試料を拡大してみてもピクセルの重なりやピク

範囲を示す。また、【表 3】に分析条件一覧と試料にセルの潰れなどは見られていないことから検証における面積ごとのピクセル数を示す。WD400mm用いた。

のハイパースペクトルイメージ における 25mm の【図 8】と【図 9】は木綿布試料③（染色時間 10

ピクセル数は 2500、100mm で 10000 である。ま秒）、【図 10】と【図 11】に木綿布試料⑦におけた WD1000mm のハイパースペクトルイメージ にる、ピクセルごとの可視スペクトルと二次微分ス

お け る 25mm の ピ ク セ ル 数 は 289、100mm でペクトルを示す。ピクセル数は上から順番に (a)10、1225 である。再現性の高い可視スペクトルの算(b)50、(c)100、(d)300、(e)500、(f)1000、(g)5000、

出 に は 300 ピ ク セ ル が 必 要 で あ る こ と か ら、 こ(h)10000、(i)50000、(j)190000 である。なお (j) ののピクセル数を実資料の分析範囲に換算すると、ピクセル数は木綿布のほぼ全域を選択したもので

WD400mm で は 約 3mm2、WD1000mm で は 約ある。分析の結果、淡い色を呈した木綿布試料③25mm2 となることがわかった。また詳細なピーク（染色時間 10 秒）では、ピクセル数が 10 の可視ス判別を行うための二次微分スペクトルの算出にはペクトルについてノイズ量が多く、全体的なスペ1000 ピクセル以上が必要であることから、同様にクトルの強度も低いため 400nm から 600nm の小実資料の分析範囲に換算すると、WD400mm では

さなショルダーピークの判別が困難となることが

約 10mm 、WD1000mm で は 約 100mm と な り、

わかった。ピクセル数が 50 や 100 になると、このこの面積を超える範囲選択が必要であることがわ

ショルダーピークの判別は可能となるが、二次微分

かった。

2

2

2

2

2

2

スペクトルをみると、480nm と 515nm の 2 つのこ の 結 果 か ら、WD が 400mm の 時、 幅 1mm

下向きのピークについてはピークトップの波長位の染糸のような微小部について染料分析を行うに置がノイズによって不明瞭であった。ピクセル数

は糸の長さ 10mm まで分析範囲として選択するが 300 を超えると二次微分スペクトルの 480nm とと可視スペクトルと二次微分スペクトルで有効な

138

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

図7

西洋茜で染色した木綿布のハイパースペクトルイメージ

図8

木綿布試料③（染色時間 10 秒）の可視スペクトルピクセル数 (a)10、(b)50、(c)100、(d)300、(e)500、(f)1000、(g)5000、(h)10000、(i)50000、(j)190000

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国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
N a t i o n a l A i n u M u s e u m J o u r n a l Vo l . 1 ( 2 0 2 2 )

図9

木綿布試料③（染色時間 10 秒）の二次微分スペクトルピクセル数 (a)10、(b)50、(c)100、(d)300、(e)500、(f)1000、(g)5000、(h)10000、(i)50000、(j)190000

図 10

木綿布試料⑦（染色時間 90 秒）の可視スペクトルピクセル数 (a)10、(b)50、(c)100、(d)300、(e)500、(f)1000、(g)5000、(h)10000、(i)50000、(j)190000

140ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

図 11

木綿布試料⑦（染色時間 90 秒）の二次微分スペクトルピクセル数 (a)10、(b)50、(c)100、(d)300、(e)500、(f)1000、(g)5000、(h)10000、(i)50000、(j)190000

分析結果が得られることがわかった。また WD が1000mm でも 10mm 四方の範囲を選択することができれば可視スペクトルと二次微分スペクトル分析結果を得ることができると言える。
4.2.

染色材料の適応調査結果

4.2.（1）未染色試料の分析結果【図 13】と【図 14】に未染色のオヒョウニレ試料の可視スペクトルと二次微分スペクトルを、【図15】と【図 16】に未染色のシナノキ試料の可視ス
ペクトルと二次微分スペクトルを示す。未染色オ
ヒョウニレ試料①、②、③、④の可視スペクトルは高波長側に右肩上がりになる特徴が見られたが、スペクトルのばらつきが大きい。未染色オヒョウニ
レ試料③のみ、精練不足のためか褐色が顕著であり、可視スペクトルも他の未染色のオヒョウニレ
図 12WD400mm と WD1000mm のピクセル範囲（木綿布試料③）

試料とは異なるスペクトルが得られた。次に、二次微分スペクトルをみると未染色オヒョウニレ試料①、②、③では 460nm から 470nm に下向きのピークが見られ、特に未染色オヒョウニレ試料③の 465nm のピークは顕著であった。その他、未染
色オヒョウニレ試料②、③について 550nm から560nm にピークはみられず、同じようなスペクトルを示した。なお、変曲点については 650nm から

表3

分析条件一覧と面積ごとのピクセル数

680nm にあると思われるが、不明瞭であり判別で141

国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
N a t i o n a l A i n u M u s e u m J o u r n a l Vo l . 1 ( 2 0 2 2 )きなかった。

かった。次に各繊維のイチイ染め試料と未染色試料

未染色シナノキ試料⑧、⑨、⑩も高波長側に右の二次微分スペクトルを比較すると、イチイ染めに肩上がりの特徴が見られたが、直線に近い形状でよって未染色試料では見られなかったピークが現あった。これらの試料も同じようなスペクトルをれることがわかった。このことから、イチイ染めの示した。二次微分スペクトルをみると、540nm と有無については二次微分スペクトルから判別でき555nm に下向きのピークが、さらに 600nm からる可能性があると言える。

700nm にかけて 5 つの下向きのピークが見られた。
シナノキ繊維に含まれる特徴的な色素成分の可能4.2.（3）ハンノキ染め試料の分析結果性が考えられたが、不明である。また変曲点についハンノキは煮出すことによって茶褐色の染液となては 650nm 以降にあると思われるが、不明瞭である。本試験でのハンノキ染めは各繊維試料に対するり判別できなかった。

染着性が非常に悪く、未染色試料との色の差はわずかであった。

4.2.（2）イチイ染め試料の分析結果

ハンノキ染めオヒョウニレ試料⑦、ハンノキ染め【図 17】と【図 18】に未染色オヒョウニレ試料

シナノキ試料⑬の可視スペクトルからは、ハンノキとイチイ染めオヒョウニレ試料の可視スペクトル

染による特徴的なピークや変曲点については確認と二次微分スペクトルを示す。イチイは煮出すことできなかった。また、ハンノキ染めオヒョウニレ試によって赤褐色から茶褐色の染液となる。未染色の料⑦は未染色試料②と近いスペクトル形状を、ハン

オヒョウニレ試料をイチイ染めした結果、繊維は茶

ノキ染めシナノキ試料⑬は未染色試料⑧と近いス

褐色に呈色した。イチイ染めオヒョウニレ試料⑥のペクトル形状を示した。二次微分スペクトルも未染

可視スペクトルからは 520nm に赤色成分の増加に色試料と近いスペクトル形状を示し、ハンノキ染め

よるスペクトルの変曲点が見られた。二次微分スに由来する特徴的なピークは確認できなかった。

ペクトルからは、485nm と 550nm に下向きのピー

ハンノキ染めによる繊維の染着性の悪さについてクが見られた。

は、ハンノキから抽出した染液の濃度不足や各繊維【図 19】と【図 20】に未染色シナノキ試料とイ

試料の染着性の向上のための前処理が不足していチイ染めシナノキ繊維の可視スペクトルと二次微たことが考えられた。しかし、今回使用した繊維試

分スペクトルを示す。未染色のシナノキ試料をイチ

料は他の染料でも染色を行っており問題なく染色イ染めした結果、繊維は茶褐色から赤褐色に近い色できていることから、繊維試料の前処理方法よりもに呈色した。イチイ染めシナノキ試料⑫の可視ス染色に用いるハンノキの樹皮の量や色素成分抽出

ペクトルからはイチイ染めオヒョウニレ試料⑥とのための加熱時間不足などに問題があると思われ

同じく 520nm に赤色成分の増加によるスペクトルた。また、染色方法については他の赤色系の天然染の変曲点が見られた。二次微分スペクトルからは、料の染色方法を参考に行ったが、それらの方法では490nm と 553nm に下向きのピークが見られたが、ハンノキ染料に対しては不十分であった可能性が未染色シナノキ試料⑨などからも近い波長位置に考えられた（花田 2014: 27-36）。

ピークが出現するためイチイ染めによるものかどうかは判断できなかった。

4.2.（4）同系色染料の判別調査結果

各繊維のイチイ染め試料は赤褐色から茶褐色に呈【図 21】に茜染めオヒョウニレ試料⑤とイチイ染色したが、オヒョウニレ試料の方がシナノキ試料よめオヒョウニレ試料⑥のスペクトルを、【図 22】にりも濃く染まる結果が得られた。各繊維の染色方法

茜染めシナノキ試料⑪とイチイ染めシナノキ繊維

は同じであることや、色調に大きな差がないことか⑫のスペクトルを示す。また【表 4】にピークの波

ら、色の差は繊維の染着性の違いによるものと考え長一覧を示す。可視スペクトルと二次微分スペクトられる。各繊維のイチイ染め試料と未染色試料（未ルから、茜染めオヒョウニレ試料⑤からは変曲点

染色オヒョウニレ試料①～④、未染色シナノキ試料が 543nm 前後に、また 483nm、520nm に明瞭な⑧～⑩）の可視スペクトルを比較すると、可視ス

下向きのピーク、560nm には小さい下向きのピー

ペクトルは比較的似たスペクトルを示すことがわ

ク、590nm には幅広で下向きのピークが見られた。

142

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

図 13

未染色オヒョウニレ試料の可視スペクトル

未染色オヒョウニレ試料①、未染色オヒョウニレ試料②、未染色オヒョウニレ試料③、未染色オヒョウニレ試料④

図 14

未染色オヒョウニレ試料の二次微分スペクトル

未染色オヒョウニレ試料①、未染色オヒョウニレ試料②、未染色オヒョウニレ試料③、未染色オヒョウニレ試料④143

国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
N a t i o n a l A i n u M u s e u m J o u r n a l Vo l . 1 ( 2 0 2 2 )図 15

未染色シナノキ試料の可視スペクトル

未染色シナノキ試料⑧、未染色シナノキ試料⑨、未染色シナノキ試料⑩

図 16

未染色シナノキ試料の二次微分スペクトル

未染色シナノキ試料⑧、未染色シナノキ試料⑨、未染色シナノキ試料⑩144

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

図 17

未染色オヒョウニレ試料とイチイ染めオヒョウニレ試料の可視スペクトル

未染色オヒョウニレ試料①、未染色オヒョウニレ試料②、未染色オヒョウニレ試料③、
未染色オヒョウニレ試料④、イチイ染めオヒョウニレ試料⑥

図 18

未染色オヒョウニレ試料とイチイ染めオヒョウニレ試料の二次微分スペクトル

未染色オヒョウニレ試料①、未染色オヒョウニレ試料②、未染色オヒョウニレ試料③、
未染色オヒョウニレ試料④、イチイ染めオヒョウニレ試料⑥145

国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
N a t i o n a l A i n u M u s e u m J o u r n a l Vo l . 1 ( 2 0 2 2 )図 19

未染色のシナノキ試料とイチイ染めシナノキ試料の可視スペクトル

未染色シナノキ試料⑧、未染色シナノキ試料⑨、未染色シナノキ試料⑩、イチイ染めシナノキ試料⑫

図 20

未染色のシナノキ試料とイチイ染めシナノキ試料の可視スペクトル

未染色シナノキ試料⑧、未染色シナノキ試料⑨、未染色シナノキ試料⑩、イチイ染めシナノキ試料⑫146

ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

図 21

西洋茜染めとイチイ染めのオヒョウニレ繊維のスペクトル(a) 茜染めオヒョウニレ繊維⑤の可視スペクトル、(b) イチイ染めオヒョウニレ試料⑥の可視スペクトル(c) 茜染めオヒョウニレ繊維⑤の二次微分スペクトル、(d) イチイ染めオヒョウニレ試料⑥の二次微分スペクトル

図 22

西洋茜染めとイチイ染めのシナノキ繊維のスペクトル(a) 西洋茜染めシナノキ繊維⑪の可視スペクトル、(b) イチイ染めシナノキ繊維⑫の可視スペクトル(c) 西洋茜染めシナノキ繊維⑪の二次微分スペクトル、(d) イチイ染めシナノキ繊維⑫の二次微分スペクトル147

国 立 ア イ ヌ 民 族 博 物 館 研 究 紀 要 第 1 号 (2022）
N a t i o n a l A i n u M u s e u m J o u r n a l Vo l . 1 ( 2 0 2 2 )表4

変曲点及びピーク位置一覧

タに対して同じピクセル数を選択しても、実際の資料において選択された範囲は異なる。そこで、可視スペクトルと二次微分スペクトルに必要なピクセル
数を 300 ピクセル、1000 ピクセルと定め、それぞれのピクセル数に対応する実資料の面積範囲を算出した。その結果、ハイパースペクトルイメージの 300
ピ ク セ ル は、WD400mm で 約 3mm 、WD1000mm
2

で は 約 25mm の 面 積 と な る こ と が わ か っ た。 ま2た、ハイパースペクトルイメージの 1000 ピクセル
は、WD400mm では約 10mm 、WD1000mm では約2

また茜染めシナノキ試料⑪では 537nm に変曲点が、100mm の面積となることがわかった。この結果から、490nm、525nm、550nm に幅広な下向きのピーク

WD が 400mm であれば、幅 1mm の染糸のような微を確認した。

小部について染料分析を行うには糸の長さ 10mm ま2

西洋茜染め試料とイチイ染め試料は同色の結果でで分析範囲として選択すると有効な分析結果が得られあることから、可視スペクトルは比較的近いスペク

ることがわかった。また WD が 1000mm でも 10mm

トルパターンとなるが、西洋茜染め試料はイチイ染

四方の範囲を選択することができれば有効な分析結果

め試料より変曲点が約 15nm 高波長側に現れるこが得られることがわかった。WD1000mm は着物のよとと、二次微分スペクトルから各ピーク位置に大きうな比較的広範囲に同じ染料が用いられていると考えな違いが見られたこと。これはオヒョウニレ試料もられる資料の調査で特に有効であると言える。このこ

シナノキ試料も同様の傾向であり、繊維を問わず西とから、HSC による調査は、調査時間に応じてでき

洋茜染めとイチイ染めは区別化が可能であること

るだけ広い範囲が分析できるような距離を基本としつがわかった。

つ、細かく分析したい部位のピクセル数が 300 以上になるように WD を調整することが重要となることがわかった。

５．まとめ

この結果をもとに、近世近代のアイヌ文化に用いら

HSC による染料分析の有効性についての検証をれるイチイ染めとハンノキ染めについて調査を行った。

行った。具体的には染料調査に適した分析条件の策定

ハンノキ染めは濃度不足のため判別が困難であったが、を行い、染料分析に最適なパラメータを得た。WD は、

イチイ染めの有無の判別には選択するピクセル数を増

WD400mm ではスキャンスピード 0.015mm/s 前後

やすことで二次微分スペクトルから判別できることがが、WD1000mm ではスキャンスピード 0.31mm/s 前わかった。また、同系色染料との区別についてはサン

後の分析条件で試料のアスペクト比を最も反映するハ

プル数が少ないものの、西洋茜染めとイチイ染め試料

イパースペクトルイメージが得られることがわかった。

は可視スペクトルと二次微分スペクトルを比較するこ

染料分析に必要な再現性のある可視スペクトルの取得とで区別化が可能であることがわかった。

には 300 以上のピクセル数が、二次微分スペクトルファイバー式の可視分光分析装置による染料分析の取得には 1000 以上のピクセル数が必要であること

では、分析範囲はファイバー径に依存してしまうたを明らかにした。また、ピクセルの選択数が 10000

め、ファイバー径よりも細かな部位を狙って分析を行を超えると全体的にノイズが少なく良好な可視スペク

うと分析対象周辺の色を含むデータになってしまう。

トルと二次微分スペクトルが得られることがわかった。

HSC では、WD を調整しこのような微小部を含む範特に可視スペクトルは 600nm 以降の波長域について

囲について面分析を行うことで、ハイパースペクトルもノイズが軽減され良好なスペクトルが得られることイメージにおいて特定の細かな部位のみのピクセルをがわかった。

多く選択することができ、可視スペクトルと二次微分

次に WD ごとのピクセル数の変化について検証をスペクトルを算出することができる。このことは可視行った。ハイパースペクトルイメージは WD が変わ

分光分析による染料分析の可能性が広がったと言える。

ると撮影範囲も変化することから、WD が異なるデー

148ハイパースペクトルカメラによる染料分析の測定方法

Measurement Method of Dye Analysis by Hyperspectral Camera

当館の展示や資料管理に活用することにつなげていき

６．おわりにたい。

本研究は近世近代におけるアイヌの染織品に対して科学分析を行い、当時の染料利用を明らかにするだけ
でなく、博物館資料に材質情報を付与することで資料

引用文献の活用を図ることを目的としている。本稿ではその河野広道 1971「北方文化論研究のとりかかりとして、使用する分析装置である

版企画センター。
齋藤玲子 1992「北方地域における植物性染料、特にハンノキの利

HSC の染料分析への有効性の検証を行った。HSC の導入は、調査漏れや追加調査、調査による文化財の破損汚損リスクの軽減や調査時間の短縮につながり、限られた時間で分析による成果を出す必要がある文化財
調査において大いに役立つと考えられてきた。本稿では分析によって得られた各種スペクトルから、HSC
は数ミリ程度の微小部の分析にも有効性があることを明らかにした。このことから実際のアイヌの染織品を調査する時に資料の大きさに応じたパラメータの設定ができるようになるなど、基本的な分析計画などが立てられるようになった。このように HSC の活用によって、これまで以上に文化財の材料分析の精度上昇につながり、より詳細で正確性のある成果がもたらされることが期待できることから、当館でも積極的な活用を検討している。
また、HSC の検証結果を基に近世近代のアイヌ文化において多く使用されるイチイとハンノキの染料分析を行ったが、試料点数も少ないことから試験的な意
味合いが強い。また染色方法の精査も十分であるとは言えず、さらなる検証が必要である。現在、イチイやハンノキ以外のハマナスといった当時のアイヌ文化で使用されていたと考えられる染料についても試料を作製し各スペクトルの蓄積とデータベース化を進めている。なお、延喜染鑑（上村 1986）などの市販されている 100 点を超える染色試験布の染料分析とデータベース化は完了しており、実際のアイヌの繊維資料の分析時にこれらのデータとの比較を行う予定である。
その他、染料データとの比較についての新たな試み
として、分析対象のスペクトルと比較対象となる基準のスペクトルをベクトル間角度から類似性を検証する
スペクトルアングルマッパー法や主成分分析法などの多変量解析について試行している。これによって可河野広道著作集 11931」北海道出用と信仰について」『北海道立北方民族博物館研究紀要』1 :pp.134-148。

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末森薫、川口拓哉、森田吉嵩、安室喜弘 2021「光源選択式輝度変
換プログラムを用いたハイパースペクトル画像彩色情報の可視化―敦煌莫高窟再現壁画が有する視覚情報の検証―」：日本文化財科学会第 38 回大会
佐々木望、長縄美香、眞鍋佳嗣、千原國宏 2007「染織物の分光反射率計測に基づく退色過程のモデル化と原色推定」『日本色彩学会誌』31(3)：pp.172-182。
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視スペクトルや二次微分スペクトルの比較に客観性を持たせ、染料分析の精度を上げることが期待できる（ZHU Chunmao 2020:1-9; 横矢 2014:357-365）。
今後はこのような分析や解析によって得られた結果についても精査し、アイヌの染色文化の解明に役立て、

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