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偏光カメラ

リコーは、被写体がもつ偏光情報をリアルタイムに取得できる偏光カメラを開発しました。

偏光情報のリアルタイム取得を実現したリコーの偏光カメラ

偏光カメラは、被写体がもつ偏光情報を取得できるカメラです。光には、振幅(明るさ)、波長(色)、偏光の情報が含まれています。人間は明るさや可視光の色を感知することができますが、偏光情報を感知することはできません。複眼をもつ昆虫の仲間には偏光を感知する能力があり、人間とは異なる世界を感知しているといわれています。

一般的なカメラで偏光情報を取得しようとすると、偏光フィルタをカメラの前で回して輝度変化を見るしかありませんが、リコーは偏光フィルタの調整などを行わずに、リアルタイムで偏光画像を取得できる偏光カメラを開発しました。偏光カメラを用いると、これまで見分けにくかった黒色体の面方位の情報や、透明体の存在有無などが見やすくなります。FA(ファクトリーオートメーション)はもちろん、セキュリティ、医薬、食品など幅広い応用が可能です。

リコーの偏光カメラは、領域分割型のSWS(Sub-Wavelength Structure)偏光フィルタをCMOSセンサ上に高精度実装することで、従来のカメラでは撮影困難とされていた偏光情報の取得をリアルタイムで実現しました。

偏光カメラの適用例

利用シーン 1.黒色の被写体の撮影

これまで、黒色の被写体は、撮影した画像ではその形状の判別が困難なケースがありました。これに対して、偏光カメラを用いると、黒色の被写体の面方位の違いが検知しやすくなります。これは、被写体からの光の偏光状態が、被写体の面方向に応じて異なるためです。この違いを、偏光カメラでは偏光画像として撮影することができます。製造ラインを流れる黒色体の物体認識などに適用できます。

画像:黒色の被写体撮影での利用シーンの例
図1: 黒色の被写体撮影での利用シーンの例

画像:一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)の比較
図2: 一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)の比較
偏光カメラでは黒色体の形状判別が可能となる


利用シーン 2.透明な被写体の撮影

これまで、透明な被写体は、撮影した画像からはその存在有無が識別困難なケースがありました。これに対して、偏光カメラを用いると、透明な被写体の有無が検知しやすくなります。これは、透明な被写体を光が通過するとき、光の偏光状態に応じて透過率が変化するためです。この違いを、偏光カメラは偏光画像として撮影することができます。製造ラインを流れる透明な被写体の物体認識などに適用できます。

画像:透明な被写体撮影での利用シーンの例
図3: 透明な被写体撮影での利用シーンの例

例えば、図4のように、ガラス平板の有無が検知しやすくなります。また、図5のように、ガラス瓶の中にプラスチック包装紙が混入しているような場合の、異物有無が検知しやすくなります。偏光カメラでは、ガラス瓶のみを透過した光と、プラスチック包装紙の部分も透過した光とでの偏光状態の差異を撮影できるためです。他にも、錠剤の、アルミなどの薄い金属上にプラスチックが積層された包装において、図6のようにプラスチック上の刻印が検知しやすくなります。

画像:輝度画像一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)の比較
図4: 一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)の比較
一般のカメラでは判別困難な透明なガラス基板が、偏光カメラでは判別が可能となる

画像:輝度画像一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)の比較
図5: 一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)*の比較
一般のカメラでは判別困難な透明なガラス瓶の中のプラスチック包装紙が、偏光カメラでは判別が可能となる
(* 分かりやすいように偏光画像に色づけしています。)

画像:輝度画像一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)の比較
図6: 一般のカメラでの撮影(左)と偏光カメラでの撮影(右)の比較
一般のカメラでは判別困難な錠剤の包装上の刻印が、偏光カメラでは判別が可能となる