シニアアプリケーションスペシャリストによる「技術トレンド情報」（第18回）
ハイパースペクトルイメージング　その1 [2020.03.27]

最初に、食品異物混入検査の例をご紹介します。チーズ加工で扱う手袋のラテックスゴムの混入を検知するもので、左の画像は、一般的なカラーカメラで撮像したもので、チーズとラテックスゴムは、共に薄い黄色で、形状も不定形であるため、違いはわかりづらいものとなります。一方、右のハイパースペクトルイメージング画像では、チーズとゴムが明らかに違った色合いで表現されていることがわかります（図1）。

ハイパースペクトルイメージング技術は、２つの技術で構成されています。１つは、紫外から赤外領域までの広域波長領域を高波長分解能で撮像するハイパースペクトルカメラ技術で、もう１つは、光の特性を利用し分類や測定を行うソフトウェア技術になります（図2）。

一般的なカラーカメラでは、可視光波長領域を数百nmの波長幅ごとに、RGB３つの画像データで撮像されます。ハイパースペクトルカメラは、数nmの波長幅ごとに、数十から数百の画像データとして撮像します。RGBの３データの変化量では差異が見られないものでも、波長ごとにデータを取ることで、どこかの波長に変化がある場合や、いくつかの波長の組み合わせで変化がある場合など、関連する波長を強調することで差異が明確な画像を得ることができます。ハイパースペクトルカメラで得られる画像データは、波長ごとの画像を重ねた立体構造で管理されるため、キューブデータと呼ばれています（図3）。

撮像方式には、主に、ラインプッシュブルーム方式と、チューナブルフィルタ方式の２通りがあります。ラインプッシュブルーム方式は、１ラインごとに分光を行い、各波長情報を格納していくもので、ラインスキャンカメラのように、カメラまたは、対象ワークを移動させながら撮像します。対象ワークが移動している状態をリアルタイムに撮像することができるため、オンラインでの検査などで活用できます。
チューナブルフィルタ方式は、指定の波長領域を通すフィルタを切り替えながら、撮像する方式で、１つの指定波長領域については、１ショットで撮像できますが、複数の波長領域を撮像する間は、対象ワークとカメラは静止させておく必要があります（図4）。
こちらは、構造的にシンプルですので、ハイパースペクトルカメラのほか、特定波長に絞って撮像するマルチスペクトルカメラで利用されています。マルチスペクトルカメラは、RGBカラーカメラのベイヤー配列素子のように、素子ごとに特定波長を撮影できる構造で、例えば、５ｘ５の配列素子を用いる場合であれば、２５枚の異なる波長を１ショットで撮像できます。いずれの撮像方式でも、データ構造は、キューブデータとなるため、ソフトウェア側では、データキューブ構造のデータを取り扱う必要があります。