Technology 1

高波長分解能で対象を撮像する
ハイパースペクトルカメラの技術

まず撮像する部分が一般的な画像処理と違います。ハイパースペクトルカメラ（多バンド）と、従来のモノクロカメラ（１バンド）やカラーカメラ（３バンド）の違いは、撮像波長範囲の広さではありません。
撮像する波長を細かく刻んで、それぞれの波長ごとの輝度値を２次元画像データとして取れることと、それが連続性を持てるくらい多くのバンド数を持つことがポイントです。例えば、1,280 x 1,024ピクセルの画角を400nm～950nmを2nm刻みで撮像できるハイパースペクトルカメラで撮像すると、275枚の2次元画像が出力されます。
このデータは「1,280(横) x 1,024(縦) x 275(波長)」の３次元構造をしているため、データキューブと呼ばれます。

※ 一般的な撮像範囲。１台のハイパースペクトルカメラでは全撮像範囲はカバー不可

Technology 2

光の特性を利用して
「データを解析するソフトウェア」の技術

２つ目の構成技術は光の特性を利用して「データを解析するソフトウェア」の技術です。光の反射、吸収、干渉を活用し、素材の分類や定量化、薄膜の厚さ測定などが可能です。反射・吸収を用いた手法は、データキューブから機械学習や光学的な演算を用いて特徴量を取り出し、多波長での強度変化を数値化することで、物質の分類ができます。従来より、衛星による地球観測やリモートセンシング等で活用されています。
一方、干渉を用いた手法では、薄膜の厚みを面で測定することができます。
産業界での活用が進みつつある、シリコンウエハーに膜付けされた薄膜の厚みやフィルム素材の厚み、自動車のなどの透明コーティングの厚みを調べるのに役立ちます。

• 反射・吸収

  

• 干渉

  

撮像方式

まず、撮像するためのハイパースペクトルカメラには、
3種類の撮像方式があります。イメージセンサ前のフィルタ（Filter）を変化させ透過する波長を変更（Tune）しながら撮像するチューナブルバンドパスフィルタ（Tunable Bandpass Filter）方式は、対象物が静止した状態でしか撮像できませんが、とても高感度です。
ラインスリットを通った光を分光器で分光・撮像するプッシュブルーム方式は、分光によって光量が落ちますが、コンベアなどの搬送物のリアルタイム撮像が可能なため、インライン実装（自動検査ライン）に最適です。イメージセンサの画素１つ１つにバンドパスフィルターを付けることで、感度とリアルタイム撮像を両立させることを狙ったのが、スナップショットモザイク方式です。
ただし、バンド数が増えるほど画素数が減ります。例えば、25Mピクセルのイメージセンサに25波長分のバンドパスフィルタを付けた場合、出力される画像は1Mピクセルです。いずれのカメラでも最終的には、多くの二次元画像データからなる３次元データ（データキューブ）を生成して活用します。