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特開2024-129653画像生成システム、画像生成方法、分析システム及び分析方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024129653
(43)【公開日】2024-09-27
(54)【発明の名称】画像生成システム、画像生成方法、分析システム及び分析方法
(51)【国際特許分類】
G01N 21/27 20060101AFI20240919BHJP
【ＦＩ】
G01N21/27 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038990
(22)【出願日】2023-03-13
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002527
【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】橋本谷 磨志
(72)【発明者】
【氏名】串田 祐輝
(72)【発明者】
【氏名】北川 雄介
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA01
2G059BB01
2G059BB04
2G059BB08
2G059EE02
2G059EE11
2G059GG01
2G059GG02
2G059GG03
2G059HH02
2G059JJ07
2G059KK04
2G059MM01
(57)【要約】
【課題】対象物に入射する光の強度分布をイメージセンサで検出することなく画像を生成し得る画像生成システム、画像生成方法、分析システム及び分析方法を提供する。
【解決手段】画像生成システム１は、第１の光源１１と第２の光源１２と光散乱部２０とイメージセンサ３０と光検出器６０と逆演算部４０と順演算部５０と画像生成部７０とを備える。光散乱部２０には光散乱体２１が分散して存在する。イメージセンサ３０は強度分布Ｉｂを含む画像データＧｄを生成する。光検出器６０は強度Ｂａを検出する。逆演算部４０は光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。順演算部５０は第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。画像生成部７０は強度Ｂａと強度分布Ｉａとから、対象物３の画像Ｇａを生成する。
【選択図】図１
【解決手段】画像生成システム１は、第１の光源１１と第２の光源１２と光散乱部２０とイメージセンサ３０と光検出器６０と逆演算部４０と順演算部５０と画像生成部７０とを備える。光散乱部２０には光散乱体２１が分散して存在する。イメージセンサ３０は強度分布Ｉｂを含む画像データＧｄを生成する。光検出器６０は強度Ｂａを検出する。逆演算部４０は光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。順演算部５０は第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。画像生成部７０は強度Ｂａと強度分布Ｉａとから、対象物３の画像Ｇａを生成する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物の画像を生成する画像生成システムであり、
第１の光源と、第２の光源と、光散乱部と、イメージセンサと、光検出器と、逆演算部と、順演算部と、画像生成部とを備え、
前記第１の光源から出射する第１の光の光路上に、前記光散乱部及び前記イメージセンサが、前記第１の光源の側から、前記光散乱部及び前記イメージセンサの順に配置されており、
前記第２の光源から出射する第２の光の光路上に、前記光散乱部及び前記光検出器が順に配置されており、前記光散乱部と前記光検出器との間の光路上に前記対象物が配置され、
前記第１の光の波長と、前記第２の光の波長とは互いに異なり、
前記第１の光は、可視光であり、
前記光散乱部には前記第１の光及び前記第２の光の各々を散乱する光散乱体が分散して存在し、
前記イメージセンサは、可視光を検出可能であり、前記第１の光の強度分布を含む画像データを生成し、
前記光検出器は、前記第２の光の強度を検出し、
前記逆演算部は、前記画像データに含まれる前記第１の光の強度分布から前記光散乱部における前記光散乱体の分布を算出し、
前記順演算部は、前記光散乱体の分布から前記第２の光が前記光散乱部で散乱された場合の前記第２の光の強度分布を算出し、
前記画像生成部は、前記光検出器で検出された前記第２の光の強度と前記順演算部で算出された前記第２の光の強度分布とから、前記対象物の画像を生成する、
画像生成システム。
第１の光源と、第２の光源と、光散乱部と、イメージセンサと、光検出器と、逆演算部と、順演算部と、画像生成部とを備え、
前記第１の光源から出射する第１の光の光路上に、前記光散乱部及び前記イメージセンサが、前記第１の光源の側から、前記光散乱部及び前記イメージセンサの順に配置されており、
前記第２の光源から出射する第２の光の光路上に、前記光散乱部及び前記光検出器が順に配置されており、前記光散乱部と前記光検出器との間の光路上に前記対象物が配置され、
前記第１の光の波長と、前記第２の光の波長とは互いに異なり、
前記第１の光は、可視光であり、
前記光散乱部には前記第１の光及び前記第２の光の各々を散乱する光散乱体が分散して存在し、
前記イメージセンサは、可視光を検出可能であり、前記第１の光の強度分布を含む画像データを生成し、
前記光検出器は、前記第２の光の強度を検出し、
前記逆演算部は、前記画像データに含まれる前記第１の光の強度分布から前記光散乱部における前記光散乱体の分布を算出し、
前記順演算部は、前記光散乱体の分布から前記第２の光が前記光散乱部で散乱された場合の前記第２の光の強度分布を算出し、
前記画像生成部は、前記光検出器で検出された前記第２の光の強度と前記順演算部で算出された前記第２の光の強度分布とから、前記対象物の画像を生成する、
画像生成システム。
【請求項2】
光路切替ミラーを更に備え、
前記光路切替ミラーは、前記第１の光及び前記第２の光のいずれか一方のみを前記光散乱部に入射させる、
請求項１に記載の画像生成システム。
前記光路切替ミラーは、前記第１の光及び前記第２の光のいずれか一方のみを前記光散乱部に入射させる、
請求項１に記載の画像生成システム。
【請求項3】
前記光散乱部から出射した前記第１の光を前記イメージセンサへ向かわせ、かつ前記光散乱部から出射した前記第２の光を前記対象物へ向かわせる２色ミラーを更に備え、
前記２色ミラーは、前記光散乱部と前記イメージセンサとの間に配置され、かつ前記光散乱部と前記対象物との間に配置されている、
請求項１に記載の画像生成システム。
前記２色ミラーは、前記光散乱部と前記イメージセンサとの間に配置され、かつ前記光散乱部と前記対象物との間に配置されている、
請求項１に記載の画像生成システム。
【請求項4】
前記第１の光の波長は３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下である、
請求項１に記載の画像生成システム。
請求項１に記載の画像生成システム。
【請求項5】
前記第２の光の光路上にあり、かつ前記対象物と前記光検出器との間に配置されている集光光学系を更に備え、
前記集光光学系は前記対象物から出射した前記第２の光を集光する、
請求項１に記載の画像生成システム。
前記集光光学系は前記対象物から出射した前記第２の光を集光する、
請求項１に記載の画像生成システム。
【請求項6】
対象物の画像を生成する画像生成方法であり、
第１の光の光路上に、光散乱部及びイメージセンサを配置した状態で、前記イメージセンサで前記第１の光の強度分布を含む画像データを生成するステップと、
前記第１の光とは波長が異なる第２の光の光路上に、前記光散乱部及び光検出器を順に配置した状態で、かつ前記光散乱部と前記光検出器との間の光路上に前記対象物を配置し、前記光検出器で前記第２の光の強度を検出するステップと、
前記画像データと、前記第２の光の強度とから、前記対象物の画像を生成するステップと、を含み、
前記光散乱部には前記第１の光及び前記第２の光の各々を散乱する光散乱体が分散して存在し、
前記対象物の画像を生成するステップは、
前記画像データに含まれる前記第１の光の強度分布から前記光散乱部における前記光散乱体の分布を算出するステップ、
前記光散乱体の分布から前記第２の光が前記光散乱部を透過した場合の前記第２の光の強度分布を算出するステップ、及び
前記第２の光の強度と前記第２の光の強度分布とから、前記対象物の画像を生成するステップを含む、
画像生成方法。
第１の光の光路上に、光散乱部及びイメージセンサを配置した状態で、前記イメージセンサで前記第１の光の強度分布を含む画像データを生成するステップと、
前記第１の光とは波長が異なる第２の光の光路上に、前記光散乱部及び光検出器を順に配置した状態で、かつ前記光散乱部と前記光検出器との間の光路上に前記対象物を配置し、前記光検出器で前記第２の光の強度を検出するステップと、
前記画像データと、前記第２の光の強度とから、前記対象物の画像を生成するステップと、を含み、
前記光散乱部には前記第１の光及び前記第２の光の各々を散乱する光散乱体が分散して存在し、
前記対象物の画像を生成するステップは、
前記画像データに含まれる前記第１の光の強度分布から前記光散乱部における前記光散乱体の分布を算出するステップ、
前記光散乱体の分布から前記第２の光が前記光散乱部を透過した場合の前記第２の光の強度分布を算出するステップ、及び
前記第２の光の強度と前記第２の光の強度分布とから、前記対象物の画像を生成するステップを含む、
画像生成方法。
【請求項7】
請求項１に記載の画像生成システムと、
前記画像生成システムで生成された前記画像から前記対象物における物質の分布の情報と前記物質のスペクトルの情報とを生成する分析部を備える、
分析システム。
前記画像生成システムで生成された前記画像から前記対象物における物質の分布の情報と前記物質のスペクトルの情報とを生成する分析部を備える、
分析システム。
【請求項8】
請求項６に記載の画像生成方法で前記対象物の前記画像を生成し、前記画像から前記対象物における物質の分布の情報と前記物質のスペクトルの情報とを生成する、
分析方法。
分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、画像生成システム、画像生成方法、分析システム及び分析方法に関し、より詳しくは、イメージセンサを備えた画像生成システム、画像生成方法、分析システム及び分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、光源と回転すりガラスとイメージセンサと検出器とを備えるイメージングシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】中国特許１０６６４６５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示の課題は、対象物の画像を生成するにあたり、対象物に入射する光の強度分布をイメージセンサで検出することなく画像を生成し得る画像生成システム、画像生成方法、分析システム及び分析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様に係る画像生成システムは、対象物の画像を生成する画像生成システムであり、第１の光源と、第２の光源と、光散乱部と、イメージセンサと、光検出器と、逆演算部と、順演算部と、画像生成部とを備える。前記第１の光源から出射する第１の光の光路上に、前記光散乱部及び前記イメージセンサが、前記第１の光源の側から、前記光散乱部及び前記イメージセンサの順に配置されている。前記第２の光源から出射する第２の光の光路上に、前記光散乱部及び前記光検出器が順に配置されており、前記光散乱部と前記光検出器との間の光路上に前記対象物が配置される。前記第１の光の波長と、前記第２の光の波長とは互いに異なる。前記第１の光は、可視光である。前記光散乱部には、前記第１の光及び前記第２の光の各々を散乱する光散乱体が分散して存在する。前記イメージセンサは、可視光を検出可能であり、前記第１の光の強度分布を含む画像データを生成する。前記光検出器は前記第２の光の強度を検出する。前記逆演算部は前記画像データに含まれる前記第１の光の強度分布から前記光散乱部における前記光散乱体の分布を算出する。前記順演算部は前記光散乱体の分布から前記第２の光が前記光散乱部で散乱された場合の前記第２の光の強度分布を算出する。前記画像生成部は前記光検出器で検出された前記第２の光の強度と前記順演算部で算出された前記第２の光の強度分布とから、前記対象物の画像を生成する。
【0006】
本開示の一態様に係る画像生成方法は、対象物の画像を生成する画像生成方法であり、第１の光の光路上に、光散乱部及びイメージセンサを配置した状態で、前記イメージセンサで前記第１の光の強度分布を含む画像データを生成するステップと、前記第１の光とは波長が異なる第２の光の光路上に、前記光散乱部及び光検出器を順に配置した状態で、かつ前記光散乱部と前記光検出器との間の光路上に前記対象物を配置し、前記光検出器で前記第２の光の強度を検出するステップと、前記画像データと、前記第２の光の強度とから、前記対象物の画像を生成するステップと、を含む。前記光散乱部には、前記第１の光及び前記第２の光の各々を散乱する光散乱体が分散して存在する。前記対象物の画像を生成するステップは、前記画像データに含まれる前記第１の光の強度分布から前記光散乱部における前記光散乱体の分布を算出するステップ、前記光散乱体の分布から前記第２の光が前記光散乱部を透過した場合の前記第２の光の強度分布を算出するステップ、及び前記第２の光の強度と前記第２の光の強度分布とから、前記対象物の画像を生成するステップを含む。
【0007】
本開示の一態様に係る分析システムは、前記画像生成システムと、前記画像生成システムで生成された前記画像から前記対象物における物質の分布の情報と前記物質のスペクトルの情報とを生成する分析部を備える。
【0008】
本開示の一態様に係る分析方法は、前記画像生成方法で前記対象物の前記画像を生成し、前記画像から前記対象物における物質の分布の情報と前記物質のスペクトルの情報とを生成する。
【発明の効果】
【0009】
本開示の画像生成システム、画像生成方法、分析システム及び分析方法によれば、対象物の画像を生成するにあたり、対象物に入射する光の強度分布をイメージセンサで検出することなく画像を生成し得る。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
１．概要
光源と回転すりガラスとイメージセンサと検出器とを備えるイメージングシステムが知られている。イメージングシステムは、光源から出射した光に明暗のパターン（強度分布）を付与し、この明暗のパターンが付与された光をビームスプリッタで分割することにより、分割した光の一方をイメージセンサで検出することで明暗パターンを数値データ化できる。また、分割した光の他方を対象物に照射し、その対象物から反射した光を検出器で受光することによって反射した光の強度を検出することができる。そして、イメージングシステムは、回転すりガラスを回転させることで光に付与する明暗のパターンを変更することができる。このような原理により、イメージングシステムは、複数の明暗のパターンと、明暗のパターンの各々に対応する光の強度とを検出し、光の明暗のパターンと光の強度との相関関係を複数取得する。そして、イメージングシステムは、複数の相関関係に基づき、対象物の画像を生成する。
光源と回転すりガラスとイメージセンサと検出器とを備えるイメージングシステムが知られている。イメージングシステムは、光源から出射した光に明暗のパターン（強度分布）を付与し、この明暗のパターンが付与された光をビームスプリッタで分割することにより、分割した光の一方をイメージセンサで検出することで明暗パターンを数値データ化できる。また、分割した光の他方を対象物に照射し、その対象物から反射した光を検出器で受光することによって反射した光の強度を検出することができる。そして、イメージングシステムは、回転すりガラスを回転させることで光に付与する明暗のパターンを変更することができる。このような原理により、イメージングシステムは、複数の明暗のパターンと、明暗のパターンの各々に対応する光の強度とを検出し、光の明暗のパターンと光の強度との相関関係を複数取得する。そして、イメージングシステムは、複数の相関関係に基づき、対象物の画像を生成する。
【0012】
ここで、光源を１つしか備えず、イメージセンサと対象物との両方に入射する光が同じであるイメージングシステムにおいては、光源から出射する光の波長に対して感度を有するイメージセンサが必要とされる。しかし、イメージセンサが感度を有する波長の範囲が、特定の範囲に限られている場合が多い。このため、光源を１つしか備えないイメージングシステムでは、イメージセンサが感度を有しない波長の範囲を有する光に基づき、対象物の画像を生成することが難しい問題がある。
【0013】
そこで、発明者は、対象物の画像を生成するにあたり、対象物に入射する光の強度分布をイメージセンサで検出することなく画像を生成し得る画像生成システム１を提供することができるようにするべく、鋭意研究を行った結果、本開示に至った。
【0014】
２．実施形態
実施形態及び変形例について、図面を参照して説明するが、下記の実施形態及び変形例は、本開示の様々な実施形態の一部に過ぎない。また、下記の実施形態及び変形例は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。更に、変形例の構成を適宜組み合わせることも可能である。各図面に示される同一の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとするものとし、適宜重複した説明は省略する。なお、以下において参照する図は、いずれも模式的な図であり、図中の構成要素の寸法比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
実施形態及び変形例について、図面を参照して説明するが、下記の実施形態及び変形例は、本開示の様々な実施形態の一部に過ぎない。また、下記の実施形態及び変形例は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。更に、変形例の構成を適宜組み合わせることも可能である。各図面に示される同一の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとするものとし、適宜重複した説明は省略する。なお、以下において参照する図は、いずれも模式的な図であり、図中の構成要素の寸法比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【0015】
本実施形態に係る画像生成システム１は対象物３の画像Ｇａを生成するシステムである。画像生成システム１はゴーストイメージングの原理を応用して対象物３の画像Ｇａを生成する。具体的には、画像生成システム１は光を対象物３に入射し、対象物３から出射した光の強度分布（パターン）Ｉａと光との検出強度Ｂａ（以下、単に強度Ｂａともいう）との相関関係に基づき、対象物３の画像Ｇａを生成する。また、画像生成システム１が、対象物３の画像Ｇａを生成するにあたり、対象物３に入射する光に対して、複数の光の強度分布Ｉａを付与する。これによって、画像生成システム１は、対象物３に入射する光の強度分布Ｉａとそれに対応した光の検出強度Ｂａとの相関関係を複数生成することができる。そして、画像生成システム１は、複数の相関関係に基づき、対象物３の画像Ｇａを生成する。
【0016】
画像生成システム１は、第１の光源１１と、第２の光源１２と、光散乱部２０と、イメージセンサ３０と、光検出器６０と、逆演算部４０と、順演算部５０と、画像生成部７０とを備える。第１の光源１１から出射する第１の光１１１の光路上に、光散乱部２０及びイメージセンサ３０が、第１の光源１１の側から、光散乱部２０及びイメージセンサ３０の順に配置されている。第２の光源１２から出射する第２の光１２１の光路上に、光散乱部２０及び光検出器６０が順に配置されており、光散乱部２０と光検出器６０との間の光路上に対象物３が配置される。第１の光１１１の波長と、第２の光１２１の波長とは互いに異なる。第１の光１１１は、可視光である。光散乱部２０には第１の光１１１及び第２の光１２１の各々を散乱する光散乱体２１が分散して存在する。イメージセンサ３０は、可視光を検出可能であり、第１の光１１１の強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂを生成する。光検出器６０は第２の光１２１の強度Ｂａを検出する。逆演算部４０は画像データＧｂに含まれる第１の光１１１の強度分布Ｉｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。順演算部５０は光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１が光散乱部２０で散乱された場合の第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。画像生成部７０は光検出器６０で検出された第２の光１２１の強度Ｂａと順演算部５０で算出された第２の光１２１の強度分布Ｉａとから、対象物３の画像Ｇａを生成する。これによって、画像生成システム１は、対象物３の画像Ｇａを生成するにあたり、対象物３に入射する光（第２の光１２１）の強度分布Ｉａをイメージセンサ３０で検出することなく画像Ｇａを生成し得る。ここで、光の波長とは、純粋な単色光が有する単一の波長であってもよく、中心波長の周囲に一定の波長幅を持っていてもよい。
【0017】
上記に関し詳しく説明すると、画像生成システム１は、光散乱部２０で散乱した第１の光１１１をイメージセンサ３０で受光し、第１の光１１１の散乱のパターンに基づく明暗のパターン（強度分布Ｉｂ）を検出する。次いで、イメージセンサ３０は、検出した明暗のパターン（強度分布Ｉｂ）を含む画像データＧｂを生成する。続いて、画像生成システム１は、第１の光１１１から生成された画像データＧｂに含まれる強度分布Ｉｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。そして、画像生成システム１は、光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１が光散乱部２０で散乱された場合の第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。つまり、画像生成システム１は、対象物３に入射する第２の光１２１を直接イメージセンサ３０で検出することなく、第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出することができる。これによって、画像生成システム１は、対象物３に入射する光（第２の光１２１）の波長の範囲が、イメージセンサ３０により検出できない光の波長の範囲であったとしても、画像Ｇａの生成が可能となる。
【0018】
また、画像生成システム１は、第１の光１１１から生成された画像データＧｂを利用して、第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出するにあたり、複数の算出を行う。具体的には、逆演算部４０が画像データＧｂに含まれる第１の光１１１の強度分布Ｉｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。そして、順演算部５０が光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１が光散乱部２０で散乱された場合の第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。このように、上記２回の算出を行うことによって、画像生成システム１は、第１の光１１１から生成された画像データＧｂに基づいて、第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出することができる。なお、光散乱部２０における光散乱体２１とは、第１の光１１１及び第２の光１２１の各々に明暗のパターンを付与し得る要素であり、その分布Ｄａとは、光散乱体２１のランダムなパターンである。
【0019】
そして、画像生成部７０が光検出器６０で検出された第２の光１２１の強度Ｂａと順演算部５０で算出された第２の光１２１の強度分布Ｉａとから、対象物３の画像Ｇａを生成する。このようにして、画像生成システム１では、対象物３の、光（第２の光１２１）による画像Ｇａを生成するにあたり、対象物３に入射する光（第２の光１２１）の強度分布Ｉをイメージセンサ３０で検出することなく画像Ｇａを生成し得る。
【0020】
また、本実施形態では、生成した画像Ｇａから対象物３の分析が行われる。より具体的には、対象物３の画像Ｇａから対象物３に含まれる物質の分布の情報及び物質のスペクトルの情報が生成される。対象物３の分析は分析システム１００によって実行される。つまり、分析システム１００は、画像生成システム１を含む。
【0021】
分析システム１００は対象物３の形状、性状によらず適用することができる。例えば、分析システム１００は対象物３が粉体状等の固体状であっても、或いは液体状であっても適用することができる。更に、分析システム１００は対象物３が無機粒子等の無機物であっても、医薬品原薬・中間体、細胞等の有機物であっても適用することができる。
【0022】
【0023】
【0024】
画像生成システム１は、上記の通り、第１の光源１１及び第２の光源１２を備える。第１の光源１１は第１の光１１１を出射し、第２の光源１２は第２の光１２１を出射する。図１では、第１の光１１１の光路が破線矢印で示されており、第２の光１２１の光路が点線矢印で示されている。図１に示されている光路に基づけば、第１の光１１１は光散乱部２０を経由してイメージセンサ３０に入射し、第２の光１２１は光散乱部２０を経由して対象物３に入射する。
【0025】
上記の通り、画像生成システム１は、イメージセンサ３０に入射する光（第１の光１１１）と対象物３に入射する光（第２の光１２１）との二つの光を用いている。第１の光源１１及び第２の光源１２の各々は、例えばレーザー光源又は発光ダイオード等である。また、第１の光源１１と第２の光源１２の各々は、レーザー光源又は発光ダイオードに限らず、適宜の機器を使用し得る。
【0026】
本実施形態では、第１の光１１１の波長の範囲は可視光の範囲である。この場合、イメージセンサ３０が第１の光１１１を検出することができる。また、第１の光１１１の波長の範囲は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。この場合、イメージセンサ３０が特に第１の光１１１を検出しやすくなる。なお、第１の光１１１の波長の範囲が、上記の可視光の範囲内にある場合、単色光であってもよく、白色光であっても構わないが、逆演算部４０及び順演算部５０における演算のしやすさの観点から、第１の光１１１は単色光であることが好ましい。
【0027】
上記の通り、第１の光１１１の波長と、第２の光１２１の波長とは互いに異なる。これによって、画像生成システム１は、イメージセンサ３０が検出する第１の光１１１の波長の範囲とは異なる波長の範囲に基づく、画像Ｇａを生成することができる。なお、第２の光１２１の波長の範囲は、特に限定されているわけではないが、可視光外の範囲である。可視光外の光の具体的な例としては、赤外光が挙げられる。つまり、第２の光１２１は、赤外光であってもよい。
【0028】
本実施形態では、画像生成システム１は、光路切替ミラー１３を更に備える。光路切替ミラー１３は、光散乱部２０と第１の光源１１との間に配置され、かつ光散乱部２０と第２の光源１２との間に配置される。光路切替ミラー１３は、第１の光１１１及び第２の光１２１のいずれか一方のみを光散乱部２０に入射させる。言い換えれば、光路切替ミラー１３は、第１の光１１１及び第２の光１２１のうちの一方を選択的に遮断し、かつ他方を光散乱部２０に選択的に入射させる。これによって、第１の光１１１及び第２の光１２１の各々が、光散乱部２０で別個に散乱される。その結果、画像生成システム１が、対象物３の画像Ｇａを生成しやすくなる。
【0029】
また、光路切替ミラー１３は、可動式であっても構わない。具体的に説明すると、光路切替ミラー１３は、角度を変更することができ、かつ光路切替ミラー１３に入射した第１の光１１１及び第２の光１２１を反射又は通過させる。光路切替ミラー１３は、第１の光１１１及び第２の光１２１のうちの一方の光を反射することによって光散乱部２０に入射しないように遮断する。そして、光路切替ミラー１３は、第１の光１１１及び第２の光１２１のうちの他方の光を通過させることによって、光散乱部２０に入射させる。
【0030】
上記の通り、画像生成システム１は光散乱部２０を備える。第１の光源１１から出射した第１の光１１１は光散乱部２０に入射し、光散乱部２０で散乱されて光散乱部２０から出射する。また、第２の光源１２から出射した第２の光１２１は光散乱部２０に入射し、光散乱部２０で散乱されて光散乱部２０から出射する。
【0031】
本実施形態では、光散乱部２０は、ガラス製のディフューザである。光散乱部２０がガラス製のディフューザである場合、ディフューザを回転軸Ａ１１を中心にして回転させることによって分布Ｄａを変更することができる（図１参照）。
【0032】
上記の通り、光散乱部２０には、光散乱体２１が分散して存在する。例えば、光散乱部２０がガラス製のディフューザである場合、光散乱体２１はディフューザの表面の凹凸である。第１の光１１１と第２の光１２１の各々はディフューザを透過することによって散乱し得る。
【0033】
特に、画像生成システム１の光散乱部２０にディフューザが用いられた場合、光散乱部２０にＭＥＭＳアレイミラー等のＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）やＳＬＭ（空間光変調器）が用いられた場合と比較すると、画像生成システム１における空間分解能が高められる。なお、ＭＥＭＳアレイミラー等のＤＭＤとは、可動式の微小な鏡を有するデバイスである。光散乱部２０がＤＭＤであった場合、光散乱体２１は可動式の微小な鏡である。また、光散乱部２０がＳＬＭであった場合、光散乱体２１は液晶等の素子である。また、画像生成システム１が、ＤＭＤやＳＬＭの機器を備えない場合、これらの機器を駆動させるためのドライバーを設置する必要もなくなるため、画像生成システム１を小型化できる利点が生じる。
【0034】
本実施形態では、画像生成システム１は、２色ミラー８０を更に備える。２色ミラー８０は、光散乱部２０とイメージセンサ３０との間に配置され、かつ光散乱部２０と対象物３との間に配置される。２色ミラー８０は第１の光１１１をイメージセンサ３０に向かわせ、かつ第２の光１２１を対象物３に向かわせる。具体的には、２色ミラー８０は第１の光１１１を反射することによって、第１の光１１１をイメージセンサ３０に向かわせ、かつ第２の光１２１を透過することによって、第２の光１２１を対象物３に向かわせる。
【0035】
画像生成システム１は、撮像装置を備える。撮像装置はイメージセンサ３０（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ）を含む。
【0036】
上記の通り、イメージセンサ３０は、可視光を検出可能である。これによって、イメージセンサ３０は光散乱部２０を通過し、かつ可視光である第１の光１１１を受光し、第１の光１１１の強度分布Ｉｂを検出する。そして、イメージセンサ３０は、検出した強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂを生成する。また、イメージセンサ３０は、ＣＭＯＳイメージセンサに限らず、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。
【0037】
上記の通り、画像生成システム１は、光検出器６０を備える。第２の光１２１が赤外光である場合、光検出器６０は赤外検出器である。光検出器６０は対象物３に入射し、対象物３を透過した第２の光１２１を受光する。これによって、光検出器６０は、第２の光１２１の強度Ｂａを検出することができる。なお、強度Ｂａは光検出器６０に入射した第２の光１２１のエネルギーの空間的な積分値である。また、光検出器６０は１画素の光検出器であっても構わない。
【0038】
本実施形態では、対象物３と光検出器６０との間には集光光学系９０が配置されている。集光光学系９０は、対象物３から出射した第２の光１２１を集光する。これによって、対象物３から出射した第２の光１２１が効率良く光検出器６０に入射し得る。
【0039】
このように本実施形態における画像生成システム１は、第１の光源１１と、第２の光源１２と、光路切替ミラー１３と、光散乱部２０と、イメージセンサ３０と、２色ミラー８０と、集光光学系９０と、光検出器６０とを備える。第２の光源１２の光軸に平行な第一方向において、第２の光源１２、光路切替ミラー１３、２色ミラー８０、集光光学系９０及び光検出器６０が、第２の光源１２の光軸に平行な第一方向において、第２の光源１２、光路切替ミラー１３、２色ミラー８０、集光光学系９０及び光検出器６０の順に並んでいる。また、第１の光源１１の光軸が第１方向に直交する第２方向に平行であり、かつ第２方向において光路切替ミラー１３と第１の光源１１とが並んでいる。更に、第１方向に直交する第２方向において２色ミラー８０とイメージセンサ３０とが並んでいる。
【0040】
上記の通り、画像生成システム１は、逆演算部４０を備える（図２参照）。逆演算部４０は、画像データＧｂに含まれる第１の光１１１の強度分布Ｉｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。より詳しくは、逆演算部４０は、画像データＧｂに含まれる第１の光１１１の強度分布Ｉｂから逆問題を解くこと（逆問題解法）によって光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。逆問題解法に適用される方法は、特に限定されておらず、適宜の方法を採用することができる。具体的には、逆問題解法に適用される方法としては、例えば、非線形輸送方程式に基づく方法、Ｔｉｋｈｏｎｏｖ法等の正則化法、ＫｄＶ方程式に基づく方法、又は解析解法等が適用され得る。
【0041】
上記の通り、画像生成システム１は、順演算部５０を備える（図２参照）。順演算部５０は光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１が光散乱部２０を通過した場合の第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。つまり、逆演算部４０で算出した光散乱体２１の分布Ｄａに基づき、第２の光１２１が光散乱部２０を透過した場合における第２の光１２１の強度分布Ｉａを順演算部５０によって予測することができる。更に言い換えれば、対象物３に入射した光の強度分布Ｉａをイメージセンサ３０によって直接検出することなく、対象物３の画像Ｇａを生成することができるようになる。第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出するに当たり適用される方法は、特に限定されておらず、適宜の方法を採用することができる。具体的には、モンテカルロ法やｄｉｓｃｒｅｔｅ ｏｒｄｉｎａｔｅ法等の数値解法が、第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出するに当たり適用され得る。
【0042】
上記の通り、画像生成システム１は、画像生成部７０を備える（図２参照）。画像生成部７０は光検出器６０で検出された第２の光１２１の強度Ｂａと順演算部５０で算出された第２の光１２１の強度分布Ｉａとから対象物３の画像Ｇａを生成する。なお、この対象物３の画像Ｇａは第２の光１２１と同じ波長の光の透過率の分布を示す像でもある。
【0043】
画像生成部７０は、光検出器６０で検出された第２の光１２１の強度Ｂａと順演算部５０で算出された第２の光１２１の強度分布Ｉａとに基づく相関演算を行うことによって、対象物３の画像Ｇａを生成することができる。つまり、画像生成部７０は強度Ｂａと強度分布Ｉａとの相関関係に基づき対象物３の画像Ｇａを生成することができる。
【0044】
画像生成部７０は、下記式（１）に基づき相関演算を行うことによって、対象物の画像Ｇａ（Ｇａ（ｘ，ｙ））を生成する。
【0045】
【数1】
【0046】
上記式（１）において、Ｉａｒ（ｘ，ｙ）は、ｒ番目の光散乱体２１の分布Ｄａｒ（ｘ，ｙ）での強度分布である。ｂｒはｒ番目の強度分布Ｉａｒ（ｘ，ｙ）を有する第２の光１２１を光検出器６０に入射したときに得られる強度Ｂａｒの値である。上記式（１）中の（ｘ，ｙ）は光散乱体２１の分布Ｄａを二次元で表現したものである。上記式（１）中の＜Ｂａ＞は、１番目からｎ目までの相関演算には光散乱体２１の分布Ｄａ１からＤａｎに対して得られるｎ個の検出強度Ｂａ１からＢａｎまでの平均値である。
【0047】
なお、画像生成部７０が対象物３の画像Ｇａを生成するに当たり、相関演算を用いた手法のみに限定されない。例えば、画像生成部７０が、相関演算に代えて、フーリエ変換、アダマール逆変換を使用した解析的手法又は機械学習を利用したアルゴリズムによって、対象物３の画像Ｇａを生成してもよい。
【0048】
（画像生成の原理）
本実施形態の画像生成システム１の画像生成の原理について説明する。上記の通り、イメージセンサ３０は、光散乱部２０を通過することによって散乱した第１の光１１１から強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂを生成する。次いで、逆演算部４０では、この強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂから光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。更に、順演算部５０で、光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。そして、第２の光１２１の強度分布Ｉａと第２の光１２１の強度Ｂａとの相関関係に基づき、画像生成部７０で対象物３の画像Ｇａを生成する。
本実施形態の画像生成システム１の画像生成の原理について説明する。上記の通り、イメージセンサ３０は、光散乱部２０を通過することによって散乱した第１の光１１１から強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂを生成する。次いで、逆演算部４０では、この強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂから光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。更に、順演算部５０で、光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。そして、第２の光１２１の強度分布Ｉａと第２の光１２１の強度Ｂａとの相関関係に基づき、画像生成部７０で対象物３の画像Ｇａを生成する。
【0049】
本実施形態では、第１の光１１１及び第２の光１２１が光散乱部２０を通過した後に光散乱体２１の分布Ｄａが変更される。これによって、第１の光１１１及び第２の光１２１の散乱のパターンを変更することができる。その結果、異なった光散乱体２１の分布Ｄａに基づき、第１の光１１１に強度分布Ｉｂを付与することができ、第２の光１２１から強度Ｂａが検出できるようになる。つまり、本実施形態に係る画像生成システム１は、光散乱体２１の分布Ｄａを変更することによって、第２の光１２１の強度分布Ｉａと第２の光１２１強度Ｂａとの相関関係を複数生成することができる。複数の相関関係に基づいて対象物３の画像Ｇａが生成される場合、対象物３の画像Ｇａがより鮮明になり得る。これによって、分析システム１００における対象物３の分析の精度も高まり得る。
【0050】
光散乱体２１の分布Ｄａが変更されることに関し更に説明すると、例えば、ｒ番目のある光散乱体２１の分布Ｄａｒ（ｒ＝１，２，・・・ｎ）がその次のｒ＋１番目のＤａｒ＋１に変更されることをいう。本実施形態では、このように光散乱体２１の分布Ｄａを規定の回数、例えばｎ回変更することによって、分布Ｄａ１から分布Ｄａｎまでの各々に対して、第２の光１２１の強度分布Ｉａ（Ｉａ１～Ｉａｎ）と第２の光１２１強度Ｂａ（Ｂａ１～Ｂａｎ）との相関関係をそれぞれ生成し、その生成した複数の相関関係に基づき画像Ｇａを生成する。詳しく説明すると、イメージセンサ３０は強度分布Ｉｂ１からＩｂｎまでの各々を含む画像データＧｂ１からＧｂｎまでのそれぞれを生成する。次いで、逆演算部４０が、画像データＧｂ１からＧｂｎまでの各々から光散乱体２１の分布Ｄａ１からＤａｎまでのそれぞれを算出する。続いて、順演算部５０が、分布Ｄａ１からＤａｎまでの各々から強度分布Ｉａ１からＩａｎまでのそれぞれを算出する。そして、強度分布Ｉａ１からＩａｎまでの各々と、第２の光１２１の強度Ｂａ１からＢａｎまでのそれぞれとの相関関係に基づいて、画像生成部７０で画像Ｇａを生成する。
【0051】
なお、ｎの値は特に限定されないが、より鮮明な対象物３の画像Ｇａを生成する観点から、１０００以上であることが好ましい。これによって、分析システム１００における対象物３の分析の精度も高まり得る。
【0052】
また、上記の方法で画像Ｇａが生成されるためには、第１の光１１１と第２の光１２１とが同様の光散乱体２１の分布Ｄａに基づいて散乱されていることを必要とするが、例えば、光散乱部２０における第１の光１１１の入射する位置と、第２の光１２１の入射する位置とを合わせることによって、第１の光１１１と第２の光１２１とが同様の光散乱体２１の分布Ｄａに基づいて散乱される。
【0053】
（分析部）
画像生成システム１（分析システム１００）は、分析部１１０を備える（図２参照）。分析部１１０は対象物３の画像Ｇａから対象物３における物質の分布の情報と物質のスペクトルの情報とを生成する。言い換えれば、分析部１１０は画像生成部７０から画像Ｇａを受け取り、その画像Ｇａに基づいて対象物３に含まれる物質の分布の情報及び物質のスペクトルの情報を生成することができる。
画像生成システム１（分析システム１００）は、分析部１１０を備える（図２参照）。分析部１１０は対象物３の画像Ｇａから対象物３における物質の分布の情報と物質のスペクトルの情報とを生成する。言い換えれば、分析部１１０は画像生成部７０から画像Ｇａを受け取り、その画像Ｇａに基づいて対象物３に含まれる物質の分布の情報及び物質のスペクトルの情報を生成することができる。
【0054】
より具体的に説明すると、分析部１１０は、画像生成部７０から画像Ｇａに含まれる強度分布Ｉａに基づき、対象物３に含まれる複数の物質の分布の情報を生成する。これによって、画像生成システム１（分析システム１００）は、対象物３に含まれている複数の物質の位置を特定することができる。また、分析部１１０は、画像Ｇａに含まれる強度Ｂａから対象物３に含まれる物質の分布ごとにおけるスペクトルの情報を生成する。これによって、画像生成システム１（分析システム１００）は、対象物３に含まれている物質の種類を特定することができる。
【0055】
また、画像生成システム１（分析システム１００）では、対象物３のスペクトルの情報を生成する上で、第２の光１２１の波長を変更し、波長ごとに画像Ｇａを生成する。これによって、画像生成システム１（分析システム１００）は、波長ごとに生成した複数の画像Ｇａに基づき、分析を行うことができる。その結果、画像生成システム１（分析システム１００）は、複数の画像Ｇａを生成するのに選択した第２の光１２１の波長の範囲に応じた波長領域を有する分光スペクトルの情報を、対象物３に含まれる物質の分布ごとに生成することができる。分光スペクトルの情報が生成されれば、対象物３に特定の物質が含まれているか又は含まれていないかの判別のしやすさが高まり得る。また、対象物３に特定の物質が含まれている場合、対象物３に対する物質の割合を把握することもできる。更に、対象物３に含まれている物質の化学構造を特定することもできる。分光スペクトルの種類は特に制限されていない。分光スペクトルは、例えば反射スペクトル、透過スペクトル及び吸収スペクトル等よりなる群から選択される少なくとも１種を含む。なお、本実施形態では、一定の波長の幅を有する第２の光１２１を光学フィルタを通過させ、任意の波長帯の光を取り出すことによって、第２の光１２１の波長の変更を行う。
【0056】
上記のようにして、分析部１１０において画像Ｇａから対象物３の分析を行うことができるが、画像Ｇａから対象物３を分析する方法は上記のみに限られない。例えば、第２の光１２１の偏光状態又は位相を変更し、対象物３に含まれる物質の光学特性の違いによって現れる第２の光１２１の反射率、透過率、或いは吸収率の違いを画像Ｇａを通して検出することによっても、対象物３の分析を行うことができる。
【0057】
更に、分析システム１００は、画像Ｇａから生成した物質の分布の情報及び物質のスペクトルの情報を表示する機能を備えていてもよい。つまり、分析システム１００は、対象物３に含まれている物質の分布の情報及び物質のスペクトルの情報のうち少なくとも１つを、人間が認識できる方法で外部へ表示する機能を有していてもよい。分析システム１００が表示する機能を有する場合、例えば、分析システム１００は、物質の分布の情報及び物質のスペクトルの情報の結果を可視的に表示する装置を備えていてもよく、そのような装置としては、例えば液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置が挙げられる。
【0058】
（実行主体）
画像生成システム１（分析システム１００）の実行主体はコンピュータシステム２を含んでいる。コンピュータシステム２は、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステム２のメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示のおける画像生成システム１の実行主体としての機能が実現される。つまり、コンピュータシステム２は、逆演算部４０で行われる画像データＧｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａの算出を実行する。コンピュータシステム２は、順演算部５０における光散乱体２１の分布Ｄａに基づく第２の光１２１の強度分布Ｉａの算出を実行する。コンピュータシステム２は、画像生成部７０における強度分布Ｉａと強度Ｂａとの相関関係に基づく画像Ｇａの生成を実行する。コンピュータシステム２は、分析部１１０における対象物３の分析を実行する。
画像生成システム１（分析システム１００）の実行主体はコンピュータシステム２を含んでいる。コンピュータシステム２は、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステム２のメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示のおける画像生成システム１の実行主体としての機能が実現される。つまり、コンピュータシステム２は、逆演算部４０で行われる画像データＧｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａの算出を実行する。コンピュータシステム２は、順演算部５０における光散乱体２１の分布Ｄａに基づく第２の光１２１の強度分布Ｉａの算出を実行する。コンピュータシステム２は、画像生成部７０における強度分布Ｉａと強度Ｂａとの相関関係に基づく画像Ｇａの生成を実行する。コンピュータシステム２は、分析部１１０における対象物３の分析を実行する。
【0059】
また、プログラムはコンピュータシステム２のメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、プログラムはコンピュータシステム２で読み取り可能なメモリーカード、光学ディスク、ハードドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステム２のプロセッサは半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１乃至複数の電子回路で構成される。ＬＳＩの製造後にプログラムされるフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＧＰＡ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＩｎｔｅＧａａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はＬＳＩ内部の接合関係の再構築又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は１つのチップに集約されてもよいし、複数のチップに分散して配置されていてもよい。複数のチップは１つの装置に集約されていてもよく、複数の装置に分散して配置されていてもよい。
【0060】
（動作説明）
画像生成システム１（分析システム１００）が対象物３の画像Ｇａを生成し、更に対象物３の分析を行う際の動作の一例について図３を参照しながら説明する。下記の説明は、光散乱体２１の分布Ｄａをｒ番目の光散乱体２１の分布Ｄａｒ（ｒ＝１，２，・・・ｎ）と仮定して行われている。
画像生成システム１（分析システム１００）が対象物３の画像Ｇａを生成し、更に対象物３の分析を行う際の動作の一例について図３を参照しながら説明する。下記の説明は、光散乱体２１の分布Ｄａをｒ番目の光散乱体２１の分布Ｄａｒ（ｒ＝１，２，・・・ｎ）と仮定して行われている。
【0061】
まず、コンピュータシステム２が、第１の光源１１の動作を制御する。これによって、第１の光源１１が、第１の光１１１を光散乱部２０に向けて出射する（Ｓ１１）。そして、第１の光１１１が、光散乱部２０が含む光散乱体２１の分布Ｄａｒに基づき、散乱する。
【0062】
次に、コンピュータシステム２が、イメージセンサ３０の動作を制御する。これによって、イメージセンサ３０が第１の光１１１を受光し、強度分布Ｉｂｒを検出する。そして、強度分布Ｉｂｒを含む画像データＧｂｒを生成した結果を、コンピュータシステム２が取得する（Ｓ１２）。
【0063】
続いて、コンピュータシステム２が、イメージセンサ３０で検出された画像データＧｂｒに含まれる強度分布Ｉｂｒに基づき、逆演算部４０で光散乱体２１の分布Ｄａｒを算出する（Ｓ１３）。
【0064】
そして、コンピュータシステム２は、逆演算部４０で算出された光散乱体２１の分布Ｄａｒに基づき、順演算部５０で第２の光１２１の強度分布Ｉａｒを算出する（Ｓ１４）。
【0065】
コンピュータシステム２は、順演算部５０で第２の光１２１の強度分布Ｉａｒを算出した後に、第２の光源１２の動作を制御する。これによって、第２の光源１２が第２の光１２１を光散乱部２０に向けて出射する（Ｓ１５）。第２の光１２１は光散乱部２０を通過した後、対象物３に入射する。
【0066】
続いて、コンピュータシステム２は、対象物３から透過した第２の光１２１を光検出器６０が受光して検出された第２の光１２１の検出強度Ｂａｒを取得する（Ｓ１６）。
【0067】
上記のＳ１１～Ｓ１６までの動作では、ｒ番目の光散乱体２１の分布Ｄａｒに基づく第２の光１２１の強度分布Ｉａｒと第２の光１２１の検出強度Ｂａｒとの相関関係が生成されたが、１番目からｒ番目まで上記動作が繰り返し行われた場合、強度分布Ｉａ（Ｉａ１～Ｉａｒ）と強度Ｂａ（Ｂａ１～Ｂａｒ）との相関関係がｒ個生成されることになる。
【0068】
続いて、コンピュータシステム２は、画像生成部７０で、このｒ個の相関関係に基づき、対象物３の画像Ｇａを生成するが、このとき、画像Ｇａを生成するために光の強度Ｂａと強度分布Ｉａとの相関関係の個数が規定回数に達しているか否かを判断する（Ｓ１７）。コンピュータシステム２は、上記の相関関係の個数が規定回数に達していないと判断した場合は、光散乱体２１の分布Ｄａｒを分布Ｄａｒ＋１に変更する（Ｓ１８）。分布Ｄａｒから分布Ｄａｒ＋１への変更後に、コンピュータシステム２は、Ｓ１１～Ｓ１６までの動作を再度実行する。このとき、ｒ＋１番目の光散乱体２１の分布Ｄａｒ＋１に基づく第２の光１２１の強度分布Ｉａｒ＋１と第２の光１２１の検出強度Ｂａｒ＋１との相関関係が生成される。
【0069】
そして、コンピュータシステム２は、相関関係の個数が規定回数を超えたことを確認した後に画像Ｇａの生成に移行する（Ｓ１９）。
【0070】
次に、コンピュータシステム２は、画像生成部７０で生成した画像Ｇａに基づき、分析部１１０で対象物３の分析を実行する。ここで、コンピュータシステム２は、第２の光１２１が有する波長の範囲が異なる場合における画像Ｇａを生成するか否かを判断する（Ｓ２０）。例えば、対象物３に含まれる物質の分布ごとにある程度の波長範囲における分光スペクトルの情報を生成する場合、波長ごとに画像Ｇａを生成することが必要とされる。この場合、コンピュータシステム２は、第２の光源１２の動作を制御し、これによって、コンピュータシステム２は、第２の光１２１の波長の範囲を変更する（Ｓ２１）。そして、コンピュータシステム２は、Ｓ１１からＳ１９までの動作を再度実行する。
【0071】
そして、コンピュータシステム２が、物質の分布ごとに分光スペクトルの情報を生成するために、十分な個数の画像Ｇａを生成することができたことを確認できれば、１つ又は複数の画像Ｇａに基づいて対象物３の分析を実行する（Ｓ２２）。
【0072】
このような動作に従って、画像生成システム１（分析システム１００）は、対象物３の画像Ｇａを生成し、その画像Ｇａに基づき対象物３の分析を行う。なお、上記の動作説明は一例に過ぎず、使用の態様に合わせて、動作の順番が適宜入れ替えられてもよく、図３には示されていない動作が追加されても構わない。
【0073】
（まとめ）
以上述べた画像生成システム１は、対象物３の画像Ｇａを生成する画像生成システム１であり、第１の光源１１と、第２の光源１２と、光散乱部２０と、イメージセンサ３０と、光検出器６０と、逆演算部４０と、順演算部５０と、画像生成部７０とを備える。第１の光源１１から出射する第１の光１１１の光路上に、光散乱部２０及びイメージセンサ３０が、第１の光源１１の側から、光散乱部２０及びイメージセンサ３０の順に配置されている。第２の光源１２から出射する第２の光１２１の光路上に、光散乱部２０及び光検出器６０が順に配置されている。光散乱部２０と光検出器６０との間の光路上に対象物３が配置され、第１の光１１１の波長と、第２の光１２１の波長とは互いに異なる。第１の光１１１は、可視光である。光散乱部２０には、第１の光１１１及び第２の光１２１の各々を散乱する光散乱体２１が分散して存在する。イメージセンサ３０は、可視光を検出可能であり、第１の光１１１の強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂを生成する。逆演算部４０は、画像データＧｂに含まれる第１の光１１１の強度分布Ｉｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。順演算部５０は、光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１が光散乱部２０で散乱された場合の第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。光検出器６０は、第２の光１２１の強度Ｂａを検出する。画像生成部７０は、光検出器６０で検出された第２の光１２１の強度Ｂａと順演算部５０で算出された第２の光１２１の強度分布Ｉａとから、対象物３の画像Ｇａを生成する。これによって、画像生成システム１は、対象物３の画像Ｇａを生成するにあたり、対象物３に入射する光（第２の光１２１）の強度分布Ｉａをイメージセンサ３０で検出することなく画像Ｇａを生成し得る。
以上述べた画像生成システム１は、対象物３の画像Ｇａを生成する画像生成システム１であり、第１の光源１１と、第２の光源１２と、光散乱部２０と、イメージセンサ３０と、光検出器６０と、逆演算部４０と、順演算部５０と、画像生成部７０とを備える。第１の光源１１から出射する第１の光１１１の光路上に、光散乱部２０及びイメージセンサ３０が、第１の光源１１の側から、光散乱部２０及びイメージセンサ３０の順に配置されている。第２の光源１２から出射する第２の光１２１の光路上に、光散乱部２０及び光検出器６０が順に配置されている。光散乱部２０と光検出器６０との間の光路上に対象物３が配置され、第１の光１１１の波長と、第２の光１２１の波長とは互いに異なる。第１の光１１１は、可視光である。光散乱部２０には、第１の光１１１及び第２の光１２１の各々を散乱する光散乱体２１が分散して存在する。イメージセンサ３０は、可視光を検出可能であり、第１の光１１１の強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂを生成する。逆演算部４０は、画像データＧｂに含まれる第１の光１１１の強度分布Ｉｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出する。順演算部５０は、光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１が光散乱部２０で散乱された場合の第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出する。光検出器６０は、第２の光１２１の強度Ｂａを検出する。画像生成部７０は、光検出器６０で検出された第２の光１２１の強度Ｂａと順演算部５０で算出された第２の光１２１の強度分布Ｉａとから、対象物３の画像Ｇａを生成する。これによって、画像生成システム１は、対象物３の画像Ｇａを生成するにあたり、対象物３に入射する光（第２の光１２１）の強度分布Ｉａをイメージセンサ３０で検出することなく画像Ｇａを生成し得る。
【0074】
換言すれば、画像生成システム１は、下記の方法（画像生成方法）を実行していると言える。画像生成方法は、対象物３の画像Ｇａを生成する画像生成方法であり、第１の光１１１の光路上に、光散乱部２０及びイメージセンサ３０を配置した状態で、イメージセンサ３０で第１の光１１１の強度分布Ｉｂを含む画像データＧｂを生成するステップと、第１の光１１１とは波長が異なる第２の光１２１の光路上に、光散乱部２０及び光検出器６０を順に配置した状態で、かつ光散乱部２０と光検出器６０との間の光路上に対象物３を配置し、光検出器６０で第２の光１２１の強度Ｂａを検出するステップと、画像データＧｂと、第２の光１２１の強度Ｂａとから、対象物３の画像Ｇａを生成するステップと、を含む。光散乱部２０には第１の光１１１及び第２の光１２１の各々を散乱する光散乱体２１が分散して存在する。前記の対象物３の画像Ｇａを生成するステップは、画像データＧｂに含まれる第１の光１１１の強度分布Ｉｂから光散乱部２０における光散乱体２１の分布Ｄａを算出するステップ、光散乱体２１の分布Ｄａから第２の光１２１が光散乱部２０を透過した場合の第２の光１２１の強度分布Ｉａを算出するステップ、及び第２の光１２１の強度Ｂａと第２の光１２１の強度分布Ｉａとから、対象物３の画像Ｇａを生成するステップを含む。
【0075】
また、分析システム１００は、画像生成システム１と画像生成システム１で生成された画像Ｇａから対象物３における物質の分布の情報と物質のスペクトルの情報とを生成する分析部１１０を備える。これにより、対象物３の分析を行うことができる。
【0076】
換言すれば、分析システム１００は、下記の方法（分析方法）を実行していると言える。分析方法は、前記の画像生成方法で対象物３の画像Ｇａを生成し、画像Ｇａから対象物３における物質の分布の情報と物質のスペクトルの情報とを生成する。
【0077】
上記のような、分析システム１００は、例えば化学・医薬品の製造工程における品質管理、並びに農畜産物やそれらの加工品、発酵、醸造、合成食品の品質管理等よりなる群から選択される少なくとも１種に適用され得る。
【0078】
３．変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計などに応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計などに応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
【0079】
（第１変形例）
上記実施形態では、第２の光１２１の波長を変更するにあたり、第２の光１２１に対して光学フィルタを使用し、任意の波長帯の光を取り出す方法を採用していたが、これに限定されない。例えば、第２の光源１２として、波長を可変できる光源を採用すれば、第２の光１２１の波長を直接変更することができる。
上記実施形態では、第２の光１２１の波長を変更するにあたり、第２の光１２１に対して光学フィルタを使用し、任意の波長帯の光を取り出す方法を採用していたが、これに限定されない。例えば、第２の光源１２として、波長を可変できる光源を採用すれば、第２の光１２１の波長を直接変更することができる。
【0080】
また、画像生成システム１は、対象物３の種類又は取得したい対象物３の情報に応じて、第２の光１２１の波長の範囲を変更してもよい。つまり、第２の光１２１は、赤外線に限らず、遠赤外線又はＸ線であってもよい。
【0081】
（第２変形例）
上記実施形態では、画像生成システム１が、第１の光源１１から出射した第１の光１１１及び第２の光源１２から出射した第２の光１２１のいずれか一方のみを光散乱部２０に入射させる光路切替ミラー１３を備えている。これに対し、第１の光１１１及び第２の光１２１の出射を調整する方法は光路切替ミラー１３を備えることのみに限定されない。
上記実施形態では、画像生成システム１が、第１の光源１１から出射した第１の光１１１及び第２の光源１２から出射した第２の光１２１のいずれか一方のみを光散乱部２０に入射させる光路切替ミラー１３を備えている。これに対し、第１の光１１１及び第２の光１２１の出射を調整する方法は光路切替ミラー１３を備えることのみに限定されない。
【0082】
例えば、第１の光源１１自体が、第１の光１１１を出射するか又は出射しないかを制御する機能を有し、かつ第２の光源１２自体が第２の光１２１を出射するか又は出射しないかを制御する機能を有していれば、画像生成システム１は光路切替ミラー１３を備えていなくても構わない。
【0083】
（第３変形例）
上記実施形態では、第１の光１１１及び第２の光１２１の各々が、光散乱部２０を透過していたが、変形例では、これらの光は透過することに限られない。例えば、光散乱部２０に入射し、光散乱部２０から反射した第１の光１１１をイメージセンサ３０が受光してもよい。また、光散乱部２０に入射し、光散乱部２０から反射した第２の光１２１を光検出器６０が受光してもよい。
上記実施形態では、第１の光１１１及び第２の光１２１の各々が、光散乱部２０を透過していたが、変形例では、これらの光は透過することに限られない。例えば、光散乱部２０に入射し、光散乱部２０から反射した第１の光１１１をイメージセンサ３０が受光してもよい。また、光散乱部２０に入射し、光散乱部２０から反射した第２の光１２１を光検出器６０が受光してもよい。
【0084】
（第４変形例）
画像生成システム１は、１画素の光検出器６０を複数個備えていてもよい。複数の光検出器６０の各々が、それぞれ異なる波長帯に感度を有していれば、第２の光１２１の波長を変更することなく、同時に異なる波長ごとに、対象物３の画像Ｇａを複数生成することができる。この場合、画像生成システム１（分析システム１００）における分析時間を短くすることができる。
画像生成システム１は、１画素の光検出器６０を複数個備えていてもよい。複数の光検出器６０の各々が、それぞれ異なる波長帯に感度を有していれば、第２の光１２１の波長を変更することなく、同時に異なる波長ごとに、対象物３の画像Ｇａを複数生成することができる。この場合、画像生成システム１（分析システム１００）における分析時間を短くすることができる。
【0085】
また、光検出器６０は、複数の光検出面（画素）を持ち、かつそれぞれの光検出面が異なる波長に対して感度を持つようにしてもよい。この場合、複数の光検出面の各々が、第２の光１２１のうち、それぞれに対応する波長帯の光を受光することができる。このため、第２の光１２１の波長を変更することなく、同時に異なる波長ごとに、対象物３の画像Ｇａを複数生成することができる。なお、光検出面の数は、イメージセンサ３０の画素数又は生成される対象物３の画像Ｇａの解像度に比べて少なくても構わない。
【0086】
（第５変形例）
上記実施形態では、画像生成システム１は、光散乱体２１の分布Ｄａを適宜変更することによって、第１の光１１１に異なる強度分布Ｉｂを付与し、第２の光１２１から異なる強度Ｂａを検出できるようにしていた。これに対し、光散乱体２１の分布Ｄａを変更することなく、第１の光１１１及び第２の光１２１自体の散乱のパターンを変更することによって、画像生成システム１が、イメージセンサ３０で異なる強度分布Ｉｂを検出するようにし、光検出器６０で異なる強度Ｂａを検出できるようにしても構わない。この場合、画像生成システム１は、ディフューザを回転させなくてもよい。
上記実施形態では、画像生成システム１は、光散乱体２１の分布Ｄａを適宜変更することによって、第１の光１１１に異なる強度分布Ｉｂを付与し、第２の光１２１から異なる強度Ｂａを検出できるようにしていた。これに対し、光散乱体２１の分布Ｄａを変更することなく、第１の光１１１及び第２の光１２１自体の散乱のパターンを変更することによって、画像生成システム１が、イメージセンサ３０で異なる強度分布Ｉｂを検出するようにし、光検出器６０で異なる強度Ｂａを検出できるようにしても構わない。この場合、画像生成システム１は、ディフューザを回転させなくてもよい。
【0087】
また、画像生成システム１は、光散乱部２０における第１の光１１１と第２の光１２１との入射する位置を変更することによって、イメージセンサ３０で異なる強度分布Ｉｂを検出するようにし、光検出器６０で異なる強度Ｂａを検出できるようにしても構わない。この場合も、画像生成システム１は、ディフューザを回転させなくてもよい。
【0088】
（第６変形例）
上記実施形態では、光散乱部２０は、ガラス製のディフューザであったが、これに限定されない。例えば、光散乱部２０は、マイクロビーズを含有する懸濁液であっても構わない。この場合、懸濁液に含有されるマイクロビーズが光散乱体２１である。
上記実施形態では、光散乱部２０は、ガラス製のディフューザであったが、これに限定されない。例えば、光散乱部２０は、マイクロビーズを含有する懸濁液であっても構わない。この場合、懸濁液に含有されるマイクロビーズが光散乱体２１である。
【0089】
（第７変形例）
上記実施形態では、対象物３を透過した第２の光１２１を光検出器６０が受光していたが、変形例では、光検出器６０は、対象物３を透過した第２の光１２１を受光することに限られない。例えば、光検出器６０は、対象物３から反射した第２の光１２１を受光しても構わない。この場合、画像生成部７０が生成する対象物３の画像Ｇａは、第２の光１２１と同じ波長の光の反射率の分布を示す像であってもよい。
上記実施形態では、対象物３を透過した第２の光１２１を光検出器６０が受光していたが、変形例では、光検出器６０は、対象物３を透過した第２の光１２１を受光することに限られない。例えば、光検出器６０は、対象物３から反射した第２の光１２１を受光しても構わない。この場合、画像生成部７０が生成する対象物３の画像Ｇａは、第２の光１２１と同じ波長の光の反射率の分布を示す像であってもよい。
【0090】
（第８変形例）
実施形態では対象物３の分析を行うために、画像生成システム１が適用されていたが、画像生成システム１は対象物３の分析をすることのみの使用に限定されない。言い換えれば、画像生成システム１は分析システム１００に含まれることのみに限定されず、適宜のシステムに含まれてもよい。なお、画像生成システム１が、分析システム１００以外のシステムに組み込まれる場合は、分析部１１０が存在してもよく、存在していなくても構わない。
実施形態では対象物３の分析を行うために、画像生成システム１が適用されていたが、画像生成システム１は対象物３の分析をすることのみの使用に限定されない。言い換えれば、画像生成システム１は分析システム１００に含まれることのみに限定されず、適宜のシステムに含まれてもよい。なお、画像生成システム１が、分析システム１００以外のシステムに組み込まれる場合は、分析部１１０が存在してもよく、存在していなくても構わない。
【0091】
４．態様
上記の実施形態から明らかなように、本開示では、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧書き付きで付している。
上記の実施形態から明らかなように、本開示では、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧書き付きで付している。
【0092】
第１の態様は、画像生成システム（１）は、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成する画像生成システム（１）であり、第１の光源（１１）と、第２の光源（１２）と、光散乱部（２０）と、イメージセンサ（３０）と、逆演算部（４０）と、順演算部（５０）と、光検出器（６０）と、画像生成部（７０）とを備える。第１の光源（１１）から出射する第１の光（１１１）の光路上に、光散乱部（２０）及びイメージセンサ（３０）が、第１の光源（１１）の側から、光散乱部（２０）及びイメージセンサ（３０）の順に配置されている。第２の光源（１２）から出射する第２の光（１２１）の光路上に、光散乱部（２０）及び光検出器（６０）が順に配置されており、光散乱部（２０）と光検出器（６０）との間の光路上に対象物（３）が配置される。第１の光（１１１）の波長と、第２の光（１２１）の波長とは互いに異なる。第１の光（１１１）は、可視光である。光散乱部（２０）には第１の光（１１１）及び第２の光（１２１）の各々を散乱する光散乱体（２１）が分散して存在する。イメージセンサ（３０）は、可視光を検出可能であり、第１の光（１１１）の強度分布（Ｉｂ）を含む画像データ（Ｇｂ）を生成する。光検出器（６０）は第２の光（１２１）の強度（Ｉａ）を検出する。逆演算部（４０）は、画像データ（Ｇｂ）に含まれる第１の光（１１１）の強度分布（Ｉｂ）から光散乱部（２０）における光散乱体（２１）の分布（Ｄａ）を算出する。順演算部（５０）は、光散乱体（２１）の分布（Ｄａ）から第２の光（１２１）が光散乱部（２０）で散乱された場合の第２の光（１２１）の強度分布（Ｉａ）を算出する。画像生成部（７０）は光検出器（６０）で検出された第２の光（１２１）の強度（Ｂａ）と順演算部（５０）で算出された第２の光（１２１）の強度分布（Ｉａ）とから、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成する。
【0093】
この態様によれば、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成するにあたり、対象物（３）に入射する光の強度分布（Ｉａ）をイメージセンサ（３０）で検出することなく画像（Ｇａ）を生成し得る画像生成システム（１）が提供される。
【0094】
第２の態様は、第１の態様の画像生成システム（１）に基づく。第２の態様では、光路切替ミラー（１３）を更に備える。光路切替ミラー（１３）は、第１の光（１１１）及び第２の光（１２１）のいずれか一方のみを光散乱部（２０）に出射させる。
【0095】
この態様によれば、第１の光（１１１）及び第２の光（１２１）の各々が、光散乱部（２０）で別個に散乱される。その結果、画像生成システム（１）が、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成しやすくなる。
【0096】
第３の態様は、第１又は第２の態様の画像生成システム（１）に基づく。第３の態様では、光散乱部（２０）から出射した第１の光（１１１）をイメージセンサ（３０）へ向かわせ、かつ光散乱部（２０）から出射した第２の光（１２１）を対象物（３）へ向かわせる２色ミラー（８０）を更に備える。２色ミラー（８０）は、光散乱部（２０）とイメージセンサ（３０）との間に配置され、かつ光散乱部（２０）と対象物（３）との間に配置されている。
【0097】
この態様によれば、イメージセンサ（３０）が第１の光（１１１）を検出しやすくなり、かつ第２の光（１２１）が対象物（３）に入射しやすくなる。その結果、画像生成システム（１）が、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成しやすくなる。
【0098】
第４の態様は、第１から第３のいずれか一の態様の画像生成システム（１）に基づく。第４の態様では、第１の光の波長は３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下である。
【0099】
この態様によれば、イメージセンサ（３０）が第１の光（１１１）を特に検出しやすくなる。
【0100】
第５の態様は、第１から第４のいずれか一の態様の画像生成システム（１）に基づく。第５の態様では、第２の光（１２１）の光路上にあり、かつ対象物（３）と光検出器（６０）との間に配置されている集光光学系（９０）を更に備える。集光光学系（９０）は対象物（３）から出射した第２の光（１２１）を集光する。
【0101】
この態様によれば、対象物（３）を透過又は反射した第２の光（１２１）が効率良く光検出器（６０）に出射し得る。その結果、対象物（３）の画像（Ｇａ）の鮮明さが高まり得る。
【0102】
第６の態様は、画像生成方法であって、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成する。第１の光（１１１）の光路上に、光散乱部（２０）及びイメージセンサ（３０）を配置した状態で、イメージセンサ（３０）で第１の光（１１１）の強度分布（Ｉｂ）を含む画像データ（Ｇｂ）を生成するステップ、第１の光（１１１）とは波長が異なる第２の光（１２１）の光路上に、光散乱部（２０）及び光検出器（６０）を順に配置した状態で、かつ光散乱部（２０）と光検出器（６０）との間の光路上に対象物（３）を配置し、光検出器（６０）で第２の光（１２１）の強度（Ｂａ）を検出するステップ、及び画像データ（Ｇｂ）と、第２の光（１２１）の強度（Ｂａ）とから、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成するステップを含む。光散乱部（２０）は第１の光（１１１）及び第２の光（１２１）の各々を散乱する光散乱体（２１）を分散して含む。対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成するステップは、画像データ（Ｇｂ）に含まれる第１の光（１１１）の強度分布（Ｉｂ）から光散乱部（２０）における光散乱体（２１）の分布（Ｄａ）を算出するステップ、光散乱体（２１）の分布（Ｄａ）から第２の光（１２１）が光散乱部（２０）を透過した場合の第２の光（１２１）の強度分布（Ｉａ）を算出するステップ、及び第２の光（１２１）の強度（Ｂａ）と第２の光（１２１）の強度分布（Ｉａ）とから、対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成するステップを含む。
【0103】
この態様によれば、対象物（３）に入射する光の強度分布（Ｉａ）をイメージセンサ（３０）で検出することなく画像（Ｇａ）を生成し得る画像生成方法が提供される。
【0104】
第７の態様は、分析システム（１００）であって、第１から第５のいずれか一の態様の画像生成システム（１）と、画像生成システム（１）で生成された画像（Ｇａ）から対象物（３）における物質の分布の情報と物質のスペクトルの情報とを生成する分析部（１１０）を備える。
【0105】
この態様によれば、対象物（３）に基づき取得した画像（Ｇａ）を通して、対象物（３）の分析を行うことができる分析システム（１００）が提供される。
【0106】
第８の態様は、分析方法であって、第６の態様の画像生成方法で対象物（３）の画像（Ｇａ）を生成し、画像（Ｇａ）から対象物（３）における物質の分布の情報と物質のスペクトルの情報とを生成する。
【0107】
この態様では、対象物（３）に基づき取得した画像（Ｇａ）を通して、対象物（３）の分析を行うことができる分析方法が提供される。
【符号の説明】
【0108】
１ 画像生成システム
２ コンピュータシステム
３ 対象物
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 光路切替ミラー
２０ 光散乱部
２１ 光散乱体
３０ イメージセンサ
４０ 逆演算部
５０ 順演算部
６０ 光検出器
７０ 画像生成部
８０ ２色ミラー
９０ 集光光学系
１００ 分析システム
１１０ 分析部
１１１ 第１の光
１２１ 第２の光
Ｂａ 強度
Ｄａ 分布
Ｇａ 画像
Ｇｂ 画像データ
Ｉａ、Ｉｂ 強度分布
２ コンピュータシステム
３ 対象物
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 光路切替ミラー
２０ 光散乱部
２１ 光散乱体
３０ イメージセンサ
４０ 逆演算部
５０ 順演算部
６０ 光検出器
７０ 画像生成部
８０ ２色ミラー
９０ 集光光学系
１００ 分析システム
１１０ 分析部
１１１ 第１の光
１２１ 第２の光
Ｂａ 強度
Ｄａ 分布
Ｇａ 画像
Ｇｂ 画像データ
Ｉａ、Ｉｂ 強度分布
【図1】
【図2】
【図3】