JPWO2009123068A1 - 判別フィルタリング装置、対象物の判別方法、および判別フィルタリング装置のフィルタの設計方法 - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、分析部は、2種類以上の物質を種類別に識別する。
好ましくは、分析部は、物質の表面あるいは内部の含水量を評価および識別する。
さらに好ましくは、検出部は、波源が出力し、かつ、対象物を透過した電磁波を検出する。
好ましくは、検出部は、各々、電磁波を電気信号に変換する複数の素子を含み、複数の素子は、1次元的に並んでいる。
(1.概要)
図2を参照して、本実施の形態に係る判別フィルタリング装置10について概略的に説明する。図2は、本実施の形態に係る判別フィルタリング装置10の構成をブロック図形式で示す図である。
本実施の形態に係るカメラ100の構成について、図4Aおよび図4Bを参照して説明する。図4Aおよび図4Bは、本実施の形態に係るカメラ100の構成を説明するための図である。
(3.フィルタの設計方法について)
ここで、フィルタの設計方法について、図7を参照して説明する。図7は、本実施の形態に係るフィルタの設計の処理の流れを示すフローチャートである。
T1(λ)=1(x1 (0)≦λ<y1 (0)),0(otherwise) (1)
T2(λ)=1(x1 (0)≦λ<y1 (0)),0(otherwise) (2)
なお、長波長側エッジおよび透過幅を、フィルタの透過特性を表わすパラメータとして用いるものとする。ただし、長波長側エッジおよび透過幅以外のパラメータを用いてフィルタの透過特性を表わしてもよい。また、ここでは、設計されるフィルタの形状は、バンドパスフィルタであるとしているが、他の種類のフィルタの設計も可能である。
Ri=∫Ti(λ)S(λ)dλ (3)
なお、厳密には、Riを求めるにあたっては、撮像素子の特性も考慮する必要がある。ただし、撮像素子の特性は、Ti(λ)の式に含めることができるので、ここに示す方法に沿えば、撮像素子の特性を含めて扱うこともできる。
f(A)=(μa−μb)´Σ-1(A−(μa+μb)/2) (4)
ここで、Σは、群の分散共分散行列である。ただし、両群の分散共分散、母集団中の存在比率は等しいと仮定している。
f(A)=P´A+P´((μa+μb)/2)
=P1logR1+P2logR2+P´((μa+μb)/2) (5)
つまり、判別関数を、カメラ出力に対する線形変換として記述することができる。この式から分かるように、Pは、カメラ出力に対して係る係数である。
e=p(f(A*)<0|a)×Na/(Na+Nb)
+p(f(A*)<0|b)×Nb/(Na+Nb) (6)
ここで、Na、Nbは、それぞれ、群a,群bに属する教師サンプルの個数である。p(f(A*)<0|a)は、群aに属する教師サンプルが、群bに分類される確率である。p(f(A*)<0|b)は、群bに属する教師サンプルが、群aに分類される確率である。
ここで、上述のフィルタ設計方法により設計されるフィルタの具体例、および、設計されたフィルタを用いた試料の判別結果について説明する。
上では、920nm〜1060nmの分光スペクトルを用いてフィルタを設計する実施例について説明した。しかし、用いる分光スペクトルの波長域はこれに限られるわけではない。ここでは、さらに長波長域も含む分光スペクトルを用いたフィルタの設計について説明する。このように、より広い波長域のスペクトルを用いてフィルタを設計することで、判別精度を向上することができる。
本実施の形態に係る判別フィルタリングカメラは、測定結果に基づいて、物質の表面あるいは内部の含水量を評価することもできる。
(1.概要)
第2の実施の形態では、ポイントセンサを用いた判別フィルタリング装置について説明する。第2の実施の形態に係る判別フィルタリング装置は、光源を有する。また、第2の実施の形態に係る判別フィルタリング装置は、光源が出力し、物体を透過した光を利用して、物体の判別を行なう。第2の実施の形態に係る判別フィルタリング装置は、光を透過する試料、特に、液体などの流体の検査に利用できる。
本実施の形態に係る判別フィルタリング装置の構成について図20Aおよび図20Bを参照して説明する。図20Aおよび図20Bは、判別フィルタリング装置1600の構成を示す図である。
判別フィルタリング装置の構成は、上で説明したものに限られるわけではない。ここからは、第1の変形例に係る判別フィルタリング装置1600#の構成について説明する。
判別フィルタリング装置1600および判別フィルタリング装置1600#のフィルタ1620は、LED1630と試料が配置される位置との間にある。しかしながら、フィルタ1620の位置はこれに限られない。フィルタ1620は、LED1630と受光素子1610との間にあればよい。
以上で説明した判別フィルタリング装置1600(あるいは判別フィルタリング装置1600#、判別フィルタリング装置2400)において、複数のフィルタ1620を、複数のフィルタを有するフィルタアレイに置き換えてもよい。また、複数の受光素子1610を、複数の受光素子を有する受光素子アレイに置き換えてもよい。
これまでは、1台の判別フィルタリング装置が、試料への光の照射、試料を透過した光の検出、光検出結果に基づく試料の判別、および、判別結果の出力を行なう例について説明してきた。しかしながら、複数の装置を組み合わせてこれらの動作を実現してもよい。
判別フィルタリング装置1600が試料の判別の際に行なう処理の流れについて、図27を参照して説明する。図27は、判別フィルタリング装置1600が行なう処理の流れをフローチャート形式で示す図である。
上で説明した処理の流れでは、判別フィルタリング装置1600は、試料判別の間、すべてのLED1630.1〜1630.Nを点灯していた。しかしながら、判別フィルタリング装置1600は、LED1630.1〜1630.Nを順次、1つずつ点灯してもよい。この場合に、判別フィルタリング装置1600が行なう処理の流れを図28を参照して説明する。図28は、判別フィルタリング装置が行なう変形例に係る処理の流れをフローチャート形式で示す図である。
各実施の形態あるいは実施の形態の変形例を適宜組み合わせた構成も、本発明の範囲に含まれるのは、もちろんである。
Claims (17)
- 判別フィルタリング装置(10)であって、
第1の透過帯域をもつ第1のフィルタ(20.1)と、
前記第1の透過帯域を含む第2の透過帯域をもつ第2のフィルタ(20.2)と、
対象物から出力し、かつ、前記第1のフィルタあるいは前記第2のフィルタのいずれかを通った電磁波を検出し、前記対象物からの電磁波強度に対応する第1の信号および第2の信号を出力する検出部(30)と、
前記第2の信号の積分値により正規化された前記第1の信号に基づいて、前記対象物の判別分析を行なう分析部(40)とを備える、判別フィルタリング装置。 - 前記分析部は、前記第1の信号の積分値の対数と、前記第2の信号の積分値の対数との差に基づいて、前記対象物の判別分析を行なう、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記分析部は、前記第1の透過帯域および前記第2の透過帯域に応じて定まる判別関数に、前記第1の信号および前記第2の信号を代入して得られる値に基づいて、前記対象物の判別分析を行なう、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記第1の透過帯域および前記第2の透過帯域は、近赤外領域である、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記分析部は、2種類以上の物質を種類別に識別する、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記分析部は、水とその他の物質とを識別する、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記分析部は、物質の表面あるいは内部の含水量を評価および識別する、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 電磁波を出力する波源(1630)をさらに備え、
前記検出部は、前記波源が出力した電磁波を受けた前記対象物から出力する電磁波を検出する、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。 - 前記波源は、LEDである、請求の範囲第8項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記検出部は、前記波源が出力し、かつ、前記対象物を透過した電磁波を検出する、請求の範囲第8項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記検出部は、前記波源が出力し、かつ、前記対象物により反射された電磁波を検出する、請求の範囲第8項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記検出部は、電磁波を電気信号に変換する素子を少なくとも1つ含む、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記検出部は、各々、電磁波を電気信号に変換する複数の素子を含み、前記複数の素子は、1次元的に並んでいる、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 前記検出部は、平面状に配列され、各々、電磁波を電気信号に変換する素子を有する撮像素子を含む、請求の範囲第1項に記載の判別フィルタリング装置。
- 対象物の判別方法であって、
前記対象物から出力し、かつ、第1の透過帯域をもつ第1のフィルタ(20.1)を通った電磁波を検出し、前記第1のフィルタを通った電磁波強度に対応する第1の信号を出力するステップと、
前記対象物から出力し、かつ、前記第1の透過帯域を含む第2の透過帯域をもつ第2のフィルタ(20.2)を通った電磁波を検出し、前記第2のフィルタを通った電磁波強度に対応する第2の信号を出力するステップと、
前記第2の信号の積分値により正規化された前記第1の信号に基づいて、前記対象物の判別分析を行なうステップとを備える、対象物の判別方法。 - 判別フィルタリング装置(10)のフィルタの設計方法であって、
複数のフィルタそれぞれについて透過特性を設定するステップと、
設定された前記透過特性および複数のサンプルの教師スペクトルから、対象物を前記判別フィルタリング装置により判別する際の判別関数を生成するステップと、
前記判別関数を用いた場合に前記サンプルを誤って判別する誤り率を算出するステップと、
前記透過特性を変更するステップと、
変更後の前記透過特性および前記教師スペクトルから、前記判別関数を再生成するステップと、
再生成された前記判別関数について、前記誤り率を算出するステップと、
設定された前記透過特性および変更後の前記透過特性のうち、最小の前記誤り率を与える前記透過特性を求めるステップとを備える、判別フィルタリング装置のフィルタの設計方法。 - 前記教師スペクトルは、近赤外領域のスペクトルを含み、
変更後の前記透過特性は、透過帯域が近赤外領域である透過特性を含む、請求の範囲第16項に記載の判別フィルタリング装置のフィルタの設計方法。
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