特開 2024-173781 測定システムおよび測定プログラム

(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】P2024173781

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】測定システムおよび測定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20241205BHJP

   G01N 21/45 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01N21/17 A

G01N21/45 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024086648

(22)【出願日】2024-05-28

(31)【優先権主張番号】P 2023090962

(32)【優先日】2023-06-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】512094410

【氏名又は名称】西華デジタルイメージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097102

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 敬夫

(74)【代理人】

【識別番号】100098796

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 全

(74)【代理人】

【識別番号】100121647

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 和孝

(74)【代理人】

【識別番号】100187377

【弁理士】

【氏名又は名称】芳野 理之

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 勉

(72)【発明者】

【氏名】町井 潤

(72)【発明者】

【氏名】中村 健一

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059EE04

2G059FF01

2G059KK04

2G059MM01

2G059MM09

(57)【要約】

【課題】測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる測定システムおよび測定プログラムを提供すること。
【解決手段】測定システムは、測定対象物を撮像する条件が入力される入力部３と、入力部３に入力された条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する第１画像生成部４１１と、第１画像生成部４１１により生成された背景画像を表示する表示部５と、表示部５により表示された背景画像と測定対象物とを条件で撮像する撮像部６と、撮像部６により撮像された撮像画像に基づいて密度勾配を示す密度勾配画像を生成する第２画像生成部４１２と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物の密度勾配を可視化する測定システムであって、
前記測定対象物を撮像する条件が入力される入力部と、
前記入力部に入力された前記条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する第１画像生成部と、
前記第１画像生成部により生成された前記背景画像を表示する表示部と、
前記表示部により表示された前記背景画像と前記測定対象物とを前記条件で撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて前記密度勾配を示す密度勾配画像を生成する第２画像生成部と、
を備えたことを特徴とする測定システム。

【請求項2】

前記パターンは、規則性を有することを特徴とする請求項１に記載の測定システム。

【請求項3】

前記撮像部は、撮像素子を有し、
前記パターンは、前記撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向に配列された明部および暗部を有する縞模様であることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。

【請求項4】

前記縞模様は、白黒２値の縞模様であることを特徴とする請求項３に記載の測定システム。

【請求項5】

前記明部および前記暗部のそれぞれは、前記撮像素子において２画素以上、１０画素以下の幅を有することを特徴とする請求項３に記載の測定システム。

【請求項6】

前記明部および前記暗部が前記配列方向に対して傾斜した方向の角度は、２５度以上、６５度以下であることを特徴とする請求項３に記載の測定システム。

【請求項7】

前記明部および前記暗部が前記配列方向に対して傾斜した方向の角度は、４５度であることを特徴とする請求項３に記載の測定システム。

【請求項8】

前記表示部は、可視光線を射出または反射することにより前記背景画像を表示し、
前記測定対象物は、前記可視光線を透過させる膜または板であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の測定システム。

【請求項9】

前記表示部は、不可視光線を射出または反射することにより前記背景画像を表示し、
前記測定対象物は、可視光線を透過させず前記不可視光線を透過させることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の測定システム。

【請求項10】

測定対象物の密度勾配を可視化する測定システムであって、
パターンを有する背景画像を表示する表示部と、
前記表示部により表示された前記背景画像と前記測定対象物としての膜または板とを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて前記密度勾配を示す密度勾配画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする測定システム。

【請求項11】

測定対象物の密度勾配を可視化する測定システムのコンピュータによって実行される測定プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記測定対象物を撮像する条件を取得するステップと、
取得した前記条件に応じてパターンを有する背景画像を生成するステップと、
生成された前記背景画像を表示させるステップと、
表示された前記背景画像と前記測定対象物とを前記条件で撮像させるステップと、
撮像された撮像画像に基づいて前記密度勾配を示す密度勾配画像を生成するステップと、
を実行させることを特徴とする測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物の密度勾配を可視化する測定システムおよび測定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、背景指向型シュリーレン法（Background Oriented Schlieren法、以下「ＢＯＳ法」とも称する）を用いた流体の密度勾配検知システムが開示されている。特許文献１には、汎用カメラまたは既設のカメラにおいて高感度に気流の密度勾配を可視化する点が記載されている。

【0003】

しかし、汎用カメラおよび既設のカメラなどの撮像部が背景画像を撮像する条件あるいは背景画像のパターンあるいは測定対象物の形状等によっては、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上したり、密度勾配を示す画像に現れるノイズを低減したりすることが困難な場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１８４１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる測定システムおよび測定プログラム。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題は、測定対象物の密度勾配を可視化する測定システムであって、前記測定対象物を撮像する条件が入力される入力部と、前記入力部に入力された前記条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する第１画像生成部と、前記第１画像生成部により生成された前記背景画像を表示する表示部と、前記表示部により表示された前記背景画像と前記測定対象物とを前記条件で撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて前記密度勾配を示す密度勾配画像を生成する第２画像生成部と、を備えたことを特徴とする本発明に係る測定システムにより解決される。

【0007】

本発明に係る測定システムによれば、第１画像生成部は、入力部に入力された撮像条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する。そのため、第１画像生成部は、入力部に入力された撮像条件に応じてより適切なパターンを有する背景画像を生成することができる。また、撮像部は、第１画像生成部により生成されより適切なパターンを有する背景画像と測定対象物とを、入力部に入力された撮像条件で撮像する。そして、第２画像生成部は、撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、測定対象物の密度勾配を示す密度勾配画像を生成する。これにより、本発明に係る測定システムは、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【0008】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記パターンは、規則性を有することを特徴とする。

【0009】

本発明に係る測定システムによれば、ランダムパターンを有する背景画像が表示される場合と比較して、ランダムパターンの影響による測定感度の不均一性を抑え、密度勾配の測定感度を全方向において略均一に向上させることができる。

【0010】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記撮像部は、撮像素子を有し、前記パターンは、前記撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向に配列された明部および暗部を有する縞模様であることを特徴とする。

【0011】

本発明に係る測定システムによれば、測定対象物の密度勾配の方向に依らず、全方向の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【0012】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記縞模様は、白黒２値の縞模様であることを特徴とする。

【0013】

本発明に係る測定システムによれば、背景画像の縞模様の明部と暗部とのコントラストを高めることにより、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【0014】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記明部および前記暗部のそれぞれは、前記撮像素子において２画素以上、１０画素以下の幅を有することを特徴とする。

【0015】

本発明に係る測定システムによれば、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができるとともにノイズを低減することができる。

【0016】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記明部および前記暗部が前記配列方向に対して傾斜した方向の角度は、２５度以上、６５度以下であることを特徴とする。

【0017】

本発明に係る測定システムによれば、測定対象物の密度勾配の方向に依らず、全方向の密度勾配の測定感度をより一層向上させることができる。

【0018】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記明部および前記暗部が前記配列方向に対して傾斜した方向の角度は、４５度であることを特徴とする。

【0019】

本発明に係る測定システムによれば、測定対象物の密度勾配の方向に依らず、全方向の密度勾配の測定感度をより一層向上させることができる。

【0020】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記表示部は、可視光線を射出または反射することにより前記背景画像を表示し、前記測定対象物は、前記可視光線を透過させる膜または板であることを特徴とする。

【0021】

本発明に係る測定システムによれば、可視光線を透過させるフィルムなどの膜およびガラス板などの板の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【0022】

本発明に係る測定システムにおいて、好ましくは、前記表示部は、不可視光線を射出または反射することにより前記背景画像を表示し、前記測定対象物は、可視光線を透過させず前記不可視光線を透過させることを特徴とする。

【0023】

本発明に係る測定システムによれば、測定対象物が可視光線を透過させない場合であっても、表示部が不可視光線を射出または反射して背景画像を表示することにより、不可視光線を透過させる測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【0024】

前記課題は、測定対象物の密度勾配を可視化する測定システムであって、パターンを有する背景画像を表示する表示部と、前記表示部により表示された前記背景画像と前記測定対象物としての膜または板とを撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて前記密度勾配を示す密度勾配画像を生成する画像生成部と、を備えたことを特徴とする本発明に係る測定システムにより解決される。

【0025】

本発明に係る測定システムによれば、測定対象物が比較的薄い厚さを有する膜および板であっても、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができるとともにノイズを低減することができる。

【0026】

前記課題は、測定対象物の密度勾配を可視化する測定システムのコンピュータによって実行される測定プログラムであって、前記コンピュータに、前記測定対象物を撮像する条件を取得するステップと、取得した前記条件に応じてパターンを有する背景画像を生成するステップと、生成された前記背景画像を表示させるステップと、表示された前記背景画像と前記測定対象物とを前記条件で撮像させるステップと、撮像された撮像画像に基づいて前記密度勾配を示す密度勾配画像を生成するステップと、を実行させることを特徴とする本発明に係る測定プログラムにより解決される。

【0027】

本発明に係る測定プログラムによれば、取得した撮像条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する。そのため、取得した撮像条件に応じてより適切なパターンを有する背景画像を生成することができる。また、生成されより適切なパターンを有する背景画像と測定対象物とを、取得した撮像条件で撮像させる。そして、撮像された撮像画像に基づいて、測定対象物の密度勾配を示す密度勾配画像を生成する。これにより、本発明に係る測定プログラムは、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる測定システムおよび測定プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の実施形態に係る測定システムを表す模式図である。

【図2】本実施形態の測定システムが備えるコンピュータを表すブロック図である。

【図3】本実施形態に係る測定システムが実行する処理の具体例を表すフローチャートである。

【図4】本実施形態の背景画像のパターンの第１具体例である。

【図5】本実施形態の背景画像のパターンの第２具体例である。

【図6】背景画像のパターンが図４に例示した縞模様である場合に生成された密度勾配画像の一例を表す図である。

【図7】背景画像のパターンが図４に例示した縞模様である場合に生成された密度勾配画像の一例を表す図である。

【図8】背景画像のパターンが図５に例示した市松模様である場合に生成された密度勾配画像の一例を表す図である。

【図9】背景画像のパターンがランダムパターンである場合に生成された密度勾配画像の一例を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0031】

図１は、本発明の実施形態に係る測定システムを表す模式図である。
図２は、本実施形態の測定システムが備えるコンピュータを表すブロック図である。

【0032】

本実施形態に係る測定システム２は、背景指向型シュリーレン法（Background Oriented Schlieren法、以下「ＢＯＳ法」とも称する）を用いて測定対象物９の密度勾配を可視化するシステムである。測定対象物９は、流体（すなわち気体および液体）には限定されず、固体であってもよい。また、測定対象物９は、可視光線を透過させる物であってもよく、可視光線を透過させず不可視光線を透過させる物であってもよい。測定対象物９としては、例えば、可視光線を透過させる膜または板が挙げられる。また、測定対象物９としては、例えば、可視光線を透過させず不可視光線を透過させる膜または板が挙げられる。さらに、測定対象物９としては、例えば、可視光線を透過させず不可視光線を透過させるコーヒーまたは醤油などが挙げられる。但し、測定対象物９は、これらの物に限定されるわけではない。

【0033】

図１に表したように、本実施形態の測定システム２は、入力部３と、コンピュータ４と、第１表示部５と、撮像部６と、を備える。測定システム２は、第２表示部７をさらに備えていてもよい。

【0034】

入力部３には、測定対象物９を撮像する条件（以下、説明の便宜上「撮像条件」と称する）が入力される。撮像条件としては、例えば、撮像部６の撮像素子（すなわちイメージセンサ）の画素サイズ（すなわちピクセルサイズ）、画素数（すなわちピクセル数）、撮像部６のレンズの焦点距離、撮像部６のレンズの画角、および撮像部６と第１表示部５との間の距離Ｄなどが挙げられる。また、入力部３としては、例えばキーボードおよびマウスなどが挙げられる。

【0035】

入力部３は、第２表示部７と一体的に設けられていてもよい。すなわち、入力部３は、例えば測定者の指の接触等を検出可能なタッチパネルを含むディスプレイとして第２表示部７と一体的に設けられていてもよい。この場合には、例えば測定者は、入力部３と一体的に設けられた第２表示部７を操作することにより撮像条件を入力することができる。入力部３に入力された撮像条件は、コンピュータ４に送信される。

【0036】

図２に表したように、コンピュータ４は、制御部４１と、送受信部４２と、記憶部４３と、を有し、入力部３に入力された撮像条件を送受信部４２を介して受信する。また、コンピュータ４は、記憶部４３に記憶されたプログラム４３１を読み出して種々の演算や処理を実行する。ここでいう「コンピュータ」とは、パソコンには限定されず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

【0037】

本実施形態のプログラム４３１は、本発明の「測定プログラム」の一例である。プログラム４３１は、画像を認識するための画像認識プログラム、画像を生成するための画像生成プログラム、および第１表示部５により表示された画像と測定対象物９とを所定の撮像条件（すなわち入力部３から送受信部４２を介して受信した撮像条件）で撮像部６に撮像させるためのシーケンスプログラムなどを含む。なお、プログラム４３１は、記憶部４３に格納されていることには限定されず、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に予め格納され頒布されてもよく、あるいはネットワークを介してコンピュータ４にダウンロードされてもよい。

【0038】

制御部４１は、例えばＣＰＵ（central processing unit）などであり、記憶部４３に記憶されたプログラム４３１を読み出して種々の演算や処理を実行する。制御部４１は、第１画像生成部４１１と、第２画像生成部４１２と、を有する。第１画像生成部４１１および第２画像生成部４１２は、記憶部４３に格納されているプログラム４３１をコンピュータ４が実行することにより実現される。なお、第１画像生成部４１１および第２画像生成部４１２は、ハードウェアによって実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。

【0039】

第１画像生成部４１１は、入力部３に入力された撮像条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する。例えば、第１画像生成部４１１により生成された背景画像は、送受信部４２を介して第１表示部５に送信され表示される。この場合、第１表示部５は、例えば液晶パネルおよび有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルなどのディスプレイであり、コンピュータ４から受信した背景画像を表示する。

【0040】

あるいは、第１表示部５は、スクリーンおよび壁などであり、プロジェクタにより投射された背景画像を表示する。この場合、第１画像生成部４１１により生成された背景画像は、送受信部４２を介してプロジェクタに送信される。あるいは、第１画像生成部４１１により生成された背景画像は、持ち運び可能な記憶媒体に格納され、記憶媒体によりプロジェクタに入力されてもよい。第１表示部５がプロジェクタにより投射された背景画像を表示する場合、第１表示部５は、プロジェクタにより投射された背景画像を表示する媒体（スクリーンおよび壁など）と、背景画像を投射する機器（プロジェクタなど）と、を含む。

【0041】

あるいは、第１表示部５は、背景画像を投射する機器（プロジェクタなど）であってもよい。すなわち、第１表示部５は、プロジェクタにより投射された背景画像を表示する媒体（スクリーンおよび壁など）を必ずしも有していなくともよく、背景画像を投射する機器のみであってもよい。この場合、例えば、プロジェクタなどの機器により投射された背景画像の結像位置と撮像部６の焦点位置とを合致させることにより、撮像部６は、第１表示部５により表示された背景画像を撮像できる。

【0042】

また、例えば、第１画像生成部４１１により生成された背景画像は、紙などの持ち運び可能な媒体に印刷される。この場合、第１表示部５は、スクリーンおよび壁などであり、背景画像が印刷された媒体が貼り付けられることにより背景画像を表示する。第１表示部５が紙などの媒体に印刷された背景画像を表示する場合、第１表示部５は、背景画像が印刷された媒体（例えば紙）と、背景画像が印刷された媒体が貼り付けられるスクリーンおよび壁などと、を含む。

【0043】

また、例えば、第１画像生成部４１１により生成された背景画像は、ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）シート（すなわちトレンスペアレンシー）などの持ち運び可能な媒体に印刷される。この場合、第１表示部５は、スクリーンおよび壁などであり、ＯＨＰにより投射された背景画像を表示する。第１表示部５がＯＨＰにより投射された背景画像を表示する場合、第１表示部５は、背景画像が印刷された媒体（例えばトレンスペアレンシー）と、ＯＨＰと、ＯＨＰにより投射された背景画像を表示する媒体（スクリーンおよび壁など）と、を含む。

【0044】

あるいは、第１表示部５は、ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）シート（すなわちトレンスペアレンシー）およびＯＨＰであってもよい。すなわち、第１表示部５は、ＯＨＰにより投射された背景画像を表示する媒体（スクリーンおよび壁など）を必ずしも有していなくともよく、背景画像が印刷されたＯＨＰシートおよびＯＨＰのみであってもよい。この場合、例えば、ＯＨＰにより投射された背景画像の結像位置と撮像部６の焦点位置とを合致させることにより、撮像部６は、第１表示部５により表示された背景画像を撮像できる。

【0045】

このように、第１表示部５は、光線を射出または反射することにより、第１画像生成部４１１により生成された背景画像を表示する。本願明細書において「光線を射出する」とは、前述したように、例えば液晶パネルおよび有機ＥＬパネルなどのディスプレイが光線を射出することだけではなく、ＯＨＰが光線を射出して光線がＯＨＰシートを透過することを含む。また、本願明細書において「光線を反射する」とは、前述したように、スクリーンおよび壁などの媒体が光線を反射することだけではなく、背景画像が印刷された紙などの媒体が光線を反射することを含む。

【0046】

第１表示部５は、可視光線を射出または反射することにより、第１画像生成部４１１により生成された背景画像を表示してもよく、不可視光線を射出または反射することにより、第１画像生成部４１１により生成された背景画像を表示してもよい。第１表示部５が可視光線を射出または反射することにより背景画像を表示する場合には、測定対象物９は、可視光線を透過させる物、例えば可視光線を透過させる膜および板などである。また、第１表示部５が不可視光線を射出または反射することにより背景画像を表示する場合には、測定対象物９は、可視光線を透過させず不可視光線を透過させる物、例えば可視光線を透過させず不可視光線を透過させる膜および板などである。あるいは、第１表示部５が不可視光線を射出または反射することにより背景画像を表示する場合には、測定対象物９は、例えば、可視光線を透過させず不可視光線を透過させるコーヒーおよび醤油などである。
なお、第１画像生成部４１１により生成される背景画像のパターンの例については、後述する。

【0047】

第２画像生成部４１２は、撮像部６により撮像された撮像画像に基づいて、測定対象物９の密度勾配を示す密度勾配画像を生成する。第２画像生成部４１２は、密度勾配画像を生成する際、既知の解析アルゴリズムを使用する。第２画像生成部４１２により使用される解析アルゴリズムは、記憶部４３に記憶されている。また、第２画像生成部４１２は、生成した密度勾配画像を送受信部４２を介して第２表示部７に送信し、密度勾配画像を第２表示部７に表示させる処理を実行する。

【0048】

記憶部４３は、第１画像生成部４１１により生成された背景画像と、撮像部６により撮像された撮像画像と、第２画像生成部４１２により生成された密度勾配画像と、コンピュータ４によって実行されるプログラム４３１と、第２画像生成部４１２により使用される解析アルゴリズムと、を格納する。記憶部４３としては、コンピュータ４に内蔵された半導体メモリやハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）などが挙げられる。あるいは、記憶部４３としては、コンピュータ４に接続可能なＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＲＡＭ（Random access memory）、ＲＯＭ（Read only memory）、ハードディスク、メモリカードなどの種々の記憶媒体および記憶装置が挙げられる。

【0049】

撮像部６は、コンピュータ４に電気的に接続されている。撮像部６は、コンピュータ４から受信した制御信号に基づいて、第１表示部５により表示された背景画像と、測定対象物９と、を入力部３に入力された撮像条件で撮像する。撮像部６は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などのイメージセンサを有するカメラであり、撮像した画像データを送受信部４２を介してコンピュータ４に送信する。撮像部６により撮像されコンピュータ４に送信された画像データ（すなわち撮像画像）は、記憶部４３に格納される。

【0050】

第２表示部７は、第２画像生成部４１２により生成された密度勾配画像を解析結果として表示する。第２表示部７としては、例えば液晶パネルおよび有機ＥＬパネルなどのディスプレイが挙げられる。前述したように、第２表示部７は、例えば測定者の指の接触等を検出可能なタッチパネルを含むディスプレイとして入力部３と一体的に設けられていてもよい。

【0051】

ここで、撮像部が背景画像を撮像する条件あるいは背景画像のパターンによっては、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上したり、密度勾配画像に現れるノイズを低減したりすることが困難な場合がある。

【0052】

これに対して、本実施形態に係る測定システム２では、第１画像生成部４１１は、入力部３に入力された撮像条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する。そのため、第１画像生成部４１１は、入力部３に入力された撮像条件に応じてより適切なパターンを有する背景画像を生成することができる。また、撮像部６は、第１画像生成部４１１により生成されより適切なパターンを有する背景画像と測定対象物９とを、入力部３に入力された撮像条件で撮像する。そして、第２画像生成部４１２は、撮像部６により撮像された撮像画像に基づいて、測定対象物９の密度勾配を示す密度勾配画像を生成する。これにより、本実施形態に係る測定システム２は、測定対象物９の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【0053】

次に、本実施形態に係る測定システム２が実行する処理の具体例を、図面を参照して説明する。以下に説明する処理の具体例は、本実施形態に係る測定プログラムがコンピュータ４に実行させる処理の一例である。

【0054】

図３は、本実施形態に係る測定システムが実行する処理の具体例を表すフローチャートである。
図４は、本実施形態の背景画像のパターンの第１具体例である。
図５は、本実施形態の背景画像のパターンの第２具体例である。

【0055】

まず、ステップＳ１において、測定対象物９を撮像する条件（すなわち撮像条件）が入力部３に入力される。例えば、測定者が、入力部３を操作することにより撮像条件を入力する。図１および図２に関して前述したように、入力部３に入力される撮像条件としては、例えば、撮像部６の撮像素子の画素サイズ、画素数、撮像部６のレンズの焦点距離、撮像部６のレンズの画角、および撮像部６と第１表示部５との間の距離Ｄ（図１参照）などが挙げられる。

【0056】

続いて、ステップＳ２において、第１画像生成部４１１が、入力部３に入力された撮像条件に応じてパターンを有する背景画像を生成する。図４に表したように、第１画像生成部４１１により生成された背景画像のパターンは、例えば規則性を有する斜め線である。具体的には、図４に表した背景画像のパターンは、撮像部６の撮像素子（すなわちイメージセンサ）の画素の配列方向に対して傾斜した方向に配列された明部４４および暗部４５を有する縞模様である。例えば、明部４４が白であり、暗部４５が黒である。この場合、図４に表した背景画像のパターンは、白黒２値の縞模様である。

【0057】

第１画像生成部４１１により生成された背景画像のパターンすなわち縞模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において２画素以上、１０画素以下の幅を有する。背景画像の縞模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において２画素以上、６画素以下の幅を有することがより好ましい。図４に表した１つの目盛は、撮像部６の撮像素子における１画素を表している。すなわち、図４に表した例では、縞模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において４画素の幅を有する。

【0058】

第１画像生成部４１１により生成された背景画像のパターンすなわち縞模様における明部４４および暗部４５が撮像部６の撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向の角度は、２５度以上、６５度以下である。図４に表した例では、第１画像生成部４１１により生成された背景画像のパターンすなわち縞模様における明部４４および暗部４５が撮像部６の撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向の角度は、４５度である。

【0059】

あるいは、図５に表したように、第１画像生成部４１１により生成された背景画像のパターンは、例えば規則性を有する市松模様である。本願明細書において「市松模様」は、撮像部６の撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向に配列された明部４４および暗部４５を有する縞模様に含まれる。例えば、明部４４が白であり、暗部４５が黒である。この場合、図５に表した背景画像のパターンは、白黒２値の縞模様である。

【0060】

第１画像生成部４１１により生成された背景画像のパターンすなわち市松模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において２画素以上、１０画素以下の幅を有する。背景画像の市松模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において２画素以上、６画素以下の幅を有することがより好ましい。図５に表した１つの目盛は、撮像部６の撮像素子における１画素を表している。すなわち、図５に表した例では、市松模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において４画素の幅を有する。

【0061】

図５に表した例では、第１画像生成部４１１により生成された背景画像のパターンすなわち市松模様における明部４４および暗部４５が撮像部６の撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向の角度は、４５度である。

【0062】

図４に表した縞模様では、撮像部６の撮像素子の画素の第１配列方向（例えば縦方向および横方向のいずれか一方）に沿ってみたとき、第２配列方向（例えば縦方向および横方向のいずれか他方）に１画像以上ずれた明部４４同士および暗部４５同士が存在する。一方で、図５に表した市松模様では、撮像部６の撮像素子の画素の第１配列方向に沿ってみたとき、第２配列方向に１画像以上ずれた明部４４同士および暗部４５同士が存在しない。すなわち、図５に表した市松模様では、撮像部６の撮像素子の画素の第１配列方向に沿ってみたとき、明部４４同士および暗部４５同士の画素は、第２配列方向において合致している。

【0063】

ステップＳ２に続くステップＳ３において、第１表示部５が、第１画像生成部４１１により生成された背景画像を表示する。第１表示部５が背景画像を表示する形態は、図１および図２に関して前述した通りである。続いて、ステップＳ４において、撮像部６が、コンピュータ４から受信した制御信号に基づいて、第１表示部５により表示された背景画像と、測定対象物９と、を入力部３に入力された撮像条件で撮像する。

【0064】

続いて、ステップＳ５において、第２画像生成部４１２が、撮像部６により撮像された撮像画像に基づいて、測定対象物９の密度勾配を示す密度勾配画像を生成する。第２画像生成部４１２は、密度勾配画像を生成する際、既知の解析アルゴリズムを使用する。続いて、ステップＳ６において、第２表示部７は、第２画像生成部４１２により生成された密度勾配画像（すなわち測定対象物９の密度勾配を示す画像）を解析結果として表示する。

【0065】

本具体例によれば、図４および図５に表したように、背景画像のパターンが規則性を有するため、ランダムパターンを有する背景画像が第１表示部５により表示される場合と比較して、ランダムパターンの影響による測定感度の不均一性を抑え、密度勾配の測定感度を全方向において略均一に向上させることができる。

【0066】

また、背景画像のパターンが、撮像部６の撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向に配列された明部４４および暗部４５を有する縞模様である。そのため、測定対象物の密度勾配の方向に依らず、全方向の密度勾配の測定感度を向上させることができる。また、背景画像のパターンが白黒２値の縞模様である場合には、縞模様の明部４４と暗部４５とのコントラストを高めることにより、測定対象物の密度勾配の測定感度を向上させることができる。

【0067】

また、縞模様の明部４４および暗部４５のそれぞれが撮像部６の撮像素子において２画素以上、１０画素以下の幅を有するため、測定対象物９の密度勾配の測定感度を向上させることができるとともにノイズを低減することができる。この詳細については、図６～図９を参照して後述する。

【0068】

また、背景画像のパターンにおける明部４４および暗部４５が撮像部６の撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向の角度が、２５度以上、６５度以下（図４および図５の例では４５度）であるため、測定対象物９の密度勾配の方向に依らず、全方向の密度勾配の測定感度をより一層向上させることができる。この詳細についても、図６～図９を参照して後述する。

【0069】

次に、本発明者が本実施形態に係る測定システム２および測定プログラムを使用して取得した密度勾配画像の例を、図面を参照して説明する。
図６および図７は、背景画像のパターンが図４に例示した縞模様である場合に生成された密度勾配画像の一例を表す図である。
図８は、背景画像のパターンが図５に例示した市松模様である場合に生成された密度勾配画像の一例を表す図である。
図９は、背景画像のパターンがランダムパターンである場合に生成された密度勾配画像の一例を表す図である。

【0070】

なお、図６（ａ）および図７（ａ）は、撮像部６が、第１表示部５により表示された背景画像のみを撮像したときに、第２画像生成部４１２により生成された密度勾配画像の一例を表す図である。図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８および図９は、撮像部６が、第１表示部５により表示された背景画像と、測定対象物９としての「人の手の周りの空気」と、を撮像したときに、第２画像生成部４１２により生成された密度勾配画像の一例を表す図である。

【0071】

本発明者は、本実施形態に係る測定システム２および測定プログラムを使用して密度勾配画像を取得した。本発明者により入力部３に入力された撮像条件は、次の通りである。すなわち、撮像部６は、高解像ＣＭＯＳカメラである。撮像部６の撮像素子の画素数は、５００万である。撮像部６のフレームレートは、３０ｆｐｓである。第１表示部５は、液晶パネルである。すなわち、第１表示部５としての液晶パネルが、第１画像生成部４１１により生成された背景画像を表示する。

【0072】

図９に表したように、第１表示部５により表示された背景画像のパターンがランダムパターンである場合、ノイズ９１が密度勾配画像における人の手の周りの空気（すなわち測定対象物９）に現れている。また、測定対象物９（すなわち人の手の周りの空気）の密度勾配の測定感度が、比較的低い。図９に表した密度勾配画像において、背景画像のランダムパターンは、明部（白）の画素と暗部（黒）の画素とのそれぞれの比率が５０％になるように、第１画像生成部４１１が明部（白）および暗部（黒）の画素を無作為に選択したパターンである。そのため、明部の存在範囲および暗部の存在範囲が背景画像において均一ではなく、図９に表したように、測定対象物９の密度勾配の測定感度が不均一である。

【0073】

これに対して、図６（ａ）および図７（ａ）に表したように、第１表示部５により表示された背景画像のパターンが図４に例示した縞模様である場合、ノイズは、密度勾配画像には現れていない。また、図６（ｂ）および図７（ｂ）に表したように、第１表示部５により表示された背景画像のパターンが図４に例示した縞模様である場合、ノイズは、密度勾配画像における人の手の周りの空気（すなわち測定対象物９）には現れていない。さらに、図６（ｂ）および図７（ｂ）に表したように、第１表示部５により表示された背景画像のパターンが図４に例示した縞模様である場合、測定対象物９（すなわち人の手の周りの空気）の密度勾配の測定感度が、比較的高い。

【0074】

図６（ａ）～図７（ｂ）に表した密度勾配画像において、第１表示部５により表示された背景画像のパターンは、白黒２値の縞模様である。また、縞模様における明部４４および暗部４５が撮像部６の撮像素子の画素の配列方向に対して傾斜した方向の角度は、４５度である。図６（ａ）～図６（ｂ）に表した密度勾配画像において、背景画像の縞模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において５画素の幅を有している。また、図７（ａ）～図７（ｂ）に表した密度勾配画像において、背景画像の縞模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において３画素の幅を有している。

【0075】

また、図８に表したように、第１表示部５により表示された背景画像のパターンが図５に例示した市松模様である場合、ノイズは、密度勾配画像における人の手の周りの空気（すなわち測定対象物９）には現れていない。さらに、図８に表したように、第１表示部５により表示された背景画像のパターンが図５に例示した市松模様である場合、測定対象物９（すなわち人の手の周りの空気）の密度勾配の測定感度が、比較的高い。

【0076】

図８に表した密度勾配画像において、第１表示部５により表示された背景画像のパターンは、白黒２値の市松模様である。図８に表した密度勾配画像において、背景画像の市松模様における明部４４および暗部４５のそれぞれは、撮像部６の撮像素子において４画素の幅を有している。

【0077】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

【符号の説明】

【0078】

２：測定システム、 ３：入力部、 ４：コンピュータ、 ５：第１表示部、 ６：撮像部、 ７：第２表示部、 ９：測定対象物、 ４１：制御部、 ４２：送受信部、 ４３：記憶部、 ４４：明部、 ４５：暗部、 ９１：ノイズ、 ４１１：第１画像生成部、 ４１２：第２画像生成部、 ４３１：プログラム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】