動画ハイパースペクトルカメラの価値

これまでハイパースペクトルカメラは「静止画」での撮影が主流でしたが、技術の進歩によって、ついに高解像度な「動画」の撮影が可能なりました。
「動画」で膨大な波長データを撮影できるようになったことから、マシンビジョンを始め、UAVやライフサイエンスといった「動画が活きる」用途での活躍が期待されます。

今回は「動画ハイパースペクトルカメラの価値」にフォーカスし、「動画撮影ならではの強み」や「どんな用途に適合するか」など幅広い情報をお伝えしていきます。

動画ハイパースペクトルカメラの強み

ハイパースペクトルカメラは、膨大な波長データを撮影することのできる優れたカメラです。

通常のカメラと異なり、何百という細かかな波長データを取得できます。そのため肉眼では捉えきれない色や材料などの「違い」を見分けられます。

この「違いを見分けられる」という点が、動画・静止画を問わない「ハイパースペクトルカメラの強み」ですが、動画ならではの強みもあります。

膨大なデータを一瞬で撮影できる

動画ハイパースペクトルカメラならではの強みは「膨大なデータを一瞬で撮影できる」ことです。

通常のカメラ（RGBカメラ）の撮影は、シャッターを切るだけの一瞬で完了します。
一方、ハイパースペクトルカメラの撮影は、通常の場合、数秒間掛かります。
撮影に時間を要するのは、ハイパースペクトルカメラがRGBカメラで撮影できない「何百という波長データ」を撮影できるからです。

ハイパースペクトルカメラのデータ量は、RGBカメラのデータ量を遥かに凌駕します。

「バンド」とは波長の単位です。例えば、4つの波長を撮影できる場合「4バンド」と数えます。
RGBカメラは「3バンド」、つまり「3つの波長」のみ撮影します。
対して、ハイパースペクトルカメラは「数百バンド」ですので「数百を超えるの波長」の撮影が可能です。

「3バンド」と「数百バンド」。
これは、それぞれカメラ内部に埋め込まれたセンサーが捉えられる情報量の違いです。

この通り、RGBカメラとハイパースペクトルカメラでは、そもそもセンサーが感知できる情報量に大きな差があります。
そのため、撮影されるデータ量にも差異が出ます。

	RGBカメラ	ハイパースペクトルカメラ
撮影バンド数	3バンド	数百バンド
データ量	少ない	多い

このように、そもそも撮影されるデータ量に差があることから、ハイパースペクトルカメラが「豊富な波長データ」を「高解像度」で撮影するためには、数秒間を要します。
しかし動画ハイパースペクトルカメラは「スナップショット」という撮影方式を用いているため、一瞬で撮影することができます。

「スナップショット」だからできること

ハイパースペクトルカメラには、大きく分けて2種類の撮影方式があります。
「ラインスキャン」と「スナップショット」です。

撮影方式1ラインスキャン

撮影方式2スナップショット

これまでは、ハイパースペクトルカメラは「ラインスキャン型」が主流でした。
製造ライン等と相性が良いことや、研究室での利用時の精度の高さからラインスキャンが選ばれてきたという経緯があります。もちろん、これからもラインスキャン型のハイパースペクトルカメラの有益性は変わりません。

ただし、シーンによってはワンショットで膨大な波長データを撮影できるスナップショット型のハイパースペクトルカメラが適合するケースもあります。

それが「動画」の分野です。
スナップショット型のハイパースペクトルカメラの中には「動画撮影が可能」なものがあり、大きな可能性を秘めています。

「動画」で広がる可能性

ハイパースペクトルカメラは、肉眼で捉えられる光から肉眼で捉えられない、赤外線や紫外線まで、何百もの波長を撮影できます。

もちろん、個々の製品によって、撮影できる波長は異なっています。例えば、赤外領域に特化したハイパースペクトルカメラもありますし、一方で、可視光域〜赤外線まで幅広くカバーするハイパースペクトルカメラもあります。

仕様によって撮影できる波長や、解像度が異なるなど、様々なハイパースペクトルカメラがありますが、問題は「豊富なデータによって何が実現できるのか」という点です。

ハイパースペクトルカメラで実現できること

ハイパースペクトルカメラを用いることで「人間の目には見えない違い」を見分けられます。

これによって「プラスチックの分別」が可能になります。

マシンビジョンリサイクル工場でのプラスチックの選別

このように、ハイパースペクトルカメラで撮影することで、肉眼では分からない「違い」を明確に判別できます。

ハイパースペクトルカメラは「波長の違い」を見分けることにより「違い」を見分けられます。

「材料」の他にも「イチゴの品種の違い」や「錠剤の成分分別」など、肉眼では分からない「違い」を見分けられます。
そのため、ハイパースペクトルカメラは製造ラインと相性が良く、リサイクル工場や食品工場での遺物検査など「マシンビジョン」で活用されています。
実際に世界中の工場に、ハイパースペクトルカメラが組み込まれているのです。

「リモートセンシング」や「ライフサイエンス」での活用も！

ハイパースペクトルカメラは、マシンビジョンに留まらず「リモートセンシング」や「ライフサイエンス」の分野でも活用されています。

リモートセンシング

ライフサイエンス

動画への応用

上記3つは、いずれも「静止画」の事例です。

では「動画」の場合はどうでしょうか？

動画の場合、撮影対象が動体でも問題ありません。そのため「動く対象」の波長データを連続的に取得することが可能になります。 つまり膨大な波長データを「動画」で撮影できることにより、その可能性は一気に広がるのです。

• マシンビジョン
• リモートセンシング
• ライフサイエンス

それぞれの分野で、様々な応用が考えられます。

3分野に共通して言えることは「動体を撮影できる」という動画での強みを活かせる分野であるという点です。

工場ラインに組み込む際は、素早い撮影が求められます。そうした場面では動画に対応できる「スナップショット」のハイパースペクトルカメラが有効です。また、動画で撮影できるため、リアルタイムの分析も可能になります。

他方、リモートセンシング、ライフサイエンスは「変化」を観察する必要のある分野です。
そのため、連続して波長データを取得し続けることができる動画との相性は非常に良いと言えます。

動画ハイパースペクトルカメラの今後

「動画」での波長データ取得は革新的です。

これまでハイパースペクトルカメラは科学技術の分野で幅広く活用されてきましたが、近年、一般産業での活用に対する需要の高まりもあり、これに対応できるハイパースペクトルカメラが必要とされてきました。

動画撮影が可能なハイパースペクトルカメラの主な価値は、次の2点に凝縮できます。

これまでもハイパースペクトルカメラは「とりあえず研究室に一台は置いておきたい」と言われるほどニーズが高く、農業分野から医療分野に至るまで幅広い研究に用いられてきました。

動画撮影可能なハイパースペクトルカメラの登場により、今後は、マシンビジョンを始めとする一般産業への普及を始め、様々な研究での応用が期待できます。

動画ハイパースペクトルカメラの今後