1999-04-21[n年前へ]
■画像計測データを整理したい 
画像ブラウザーを作る
日立SEM-4500という種類の電子顕微鏡を使っている。このSEMは計測画像をTIFF形式で保存できる。その計測データの整理用に画像データブラウザーをつくった。SEM-4500のユーザーは重宝すると思う。そんなユーザーが多くいるとも思えないが、もしユーザーの方がいれば、使ってみるのもいいと思う。それ以外の人でもデジカメで画像を頻繁に撮影する人にも便利かもしれない。
まずは、作成した画像データブラウザーの画面を下に示す。
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エクスプローラによく似た画面構成である。使い勝手もほぼ同じである。ここでは、デジカメで撮影した画像データを例にしてある。プレビューアイコン表示や、ファイル形式変換などができる。
ここまででは、よくある画像ブラウザーと変わらない。そこで、日立SEM-4500で計測した計測画像を詳細表示したものが以下である。
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ドキュメント部分に注目してほしい。文字が読めるように拡大してみる。
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計測日、倍率、加速電圧、ワークディスタンスなどが表示されているのが読めるだろう。
さまざまな、色々な種類の画像読み取りにはたけちん氏のSusieプラグインに対応することで対処している。そのため、まず
- Susieの部屋( http://www.digitalpad.co.jp/~takechin/)
- kana's Home Page( http://www2f.biglobe.ne.jp/~kana/index.html )
計測日、倍率、加速電圧、ワークディスタンスなどの情報はどのように格納されているのか。実は、TIFF画像にはドキュメントを内蔵することができる。その中に色々な情報が書かれているのである。日立SEM-4500の場合、そのままでは内容がよくわからない形式に書かれているので、それをわかる形式に書きなおしてある。また、TIFF画像を読み込むSusieプラグインも内臓ドキュメントには対応していなかったので、内蔵ドキュメントは独自に読み込むルーチンを付け加えてある。もちろん、日立SEM-4500計測画像以外のTIFF画像の内部ドキュメント表示も可能である。また、日立の同じようなシリーズでももしかしたら使えるかもしれない。
今回作成したアプリケーションはここに置いておく。
realize.lzh LHA形式 541kB
また、保存可能なフォーマットを挙げる。
| 名称 | 拡張子 | 詳細 |
| Windows BITMAP | BMP | 非圧縮 |
| Graphics Interchange Format | GIF | GIF87a |
| Joint Photographic Experts Group | JPG(JPEG) | JFIF(JPEG File Interchange Format) |
| Tag Image File Format | TIF(TIFF) | 非圧縮 |
| PACKBITS圧縮 | ||
| LZW圧縮 | ||
| CCITTRLE圧縮 | ||
| GROUP3-1D圧縮 | ||
| GROUP4圧縮 |
アルファ版なのでバグや不足な機能は多々あると思うが、大きな問題は見つかっていないので悪さはしないと思う。自分に必要な機能が出来上がると作るのを止めてしまうのが悪い癖だ。実は、このソフトは1年程前の作成のものである。この後、エクスプローラとの間のドラッグドロップなどに対応したものも作成したのだが、機能を増やしすぎ開発が遅々として進まないのである。
1999-06-19[n年前へ]
■画像センシング展と光ナノテクフェアのどちらが面白いか?
なぜ、光ナノテクフェアはつまらないのか?
今日は、パシフィコ横浜で開催されていた画像センシング展と光ナノテクフェアへ行った。そこで考えたことを書いておく。今年に限らず、画像センシング展と光ナノテクフェアが同じ場所で開催されるようになってから、毎年思うことである。特に結論があるわけではないので、徒然なるままに書いてみたものである。もしかしたら、今回の文章はしばらくしたら削除するかもしれない。
まずは、下の会場写真を見て欲しい。
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画像センシング展と光ナノテクフェアでは趣がかなり異なる。光ナノテクフェアは大きな会社の大きくきれいなブースがメインである。それに対して、画像センシング展は屋台のような展示がひしめいている。見学者の数は比較にならない程に画像センシング展の方が多い。写真からでもわかると思う。
確か5,6年前までは、画像センシング展は浜松町の辺りでやっていたように思うが(もしかしたらそれは国際画像機器展の方だったか?)、その頃から画像センシング展の屋台のような雰囲気は変わっていない。
説明員の雰囲気も画像センシング展の方では活気(やる気といった方が良いか)があるが、光ナノテクフェアでは活気がない(はっきり言えばやる気がない。ニコンは別だが。)。本当に売ろうという気があるのか、疑わしいところすらある。かといって、儲かっていない分野というわけではなく、画像センシング展の屋台系よりもむしろ儲かっているだろう。もしかしたら、自動的に売れるようなものを扱っているせいで、あんなだれた雰囲気になっているのだろうか?
光ナノテクフェアは微小計測器の展示が主である。業務分野によっては仕事の上でどうしても必要になる器具も多い。だから、それほど売りこむ必要がないのだろう。また、買いに来る客のほうも、何か新しい用途を求めて来ているわけでもないように思われる。
しかし、画像センシング展の方は、これを使えば新しい何かができる、とか、これまで苦労していたことを簡単にできる、というような「提案・模索型」の展示が多いように思う。客のほうも、何かこれを使って面白いことができないか、と考えているように思える(勘違いかもしれないが)。こういった違いが画像センシング展と光ナノテクフェアの雰囲気の違いを生んでいるような気がするのだが、気のせいかもしれない。
というわけで、こういったことを、毎年考えてしまうのである。
このWEBサイトに来る方は計測関係が好きな方が多いようなので、画像センシング展で一番よく見かける類の計測器の写真も貼り付けておく。
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感温液晶でNotePCの発熱分布を可視化する-熱いところで感じてみたい St.Valentine 記念 - (1999.02.14)
でやったような方法を使うのが普通だろう。
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1999-07-08[n年前へ]
■走査線の狭間
1/60秒の世界を目指せ
あぁ、今回は(今回も)めちゃくちゃマニアックな話である。トップページには「身近な疑問を調べる」、と書いてあるが、他の人にはぜんぜん身近ではないだろう。最近、妙に忙しいので、身近な疑問がおろそかにされているのだ。身近な疑問の解決は結構難しいのである。そのため小難しい話が続くのだ。困ったことだ。
さて、今回やったことを結論から言えば(*)、AVIファイルをフィールド毎に分解してBitmapファイルに落とすプログラムを作ったのだ。「このソフトはとても便利だ」と言ってくれる人がいたならば、感謝感激雨あられだ。とりあえず、私には欠かすのことのできないソフトである。なぜ、このソフトがそんなに便利なのかを、これから手短に(**)語りたい。
* 「結論から言えば」、とか、「要するに」という人は必ず結論を言わなかったり、全く要約されていない話をするのはなぜだろうか?
** 同じく、「手短に」ときたら、必ず話は長くなる。
一般的なTVで使われている信号はNTSCと呼ばれる。1秒あたり約30フレームからなり、1フレームは2フィールドにわけられる。というと、複雑に聞こえるが実はとても単純だ(***)。単に1フレームが奇数フィールドと偶数フィールドに分かれているだけである。フィールドというとわかりにくいので走査線と考えればわかりやすい、と思う。
*** 当然のごとく、単純ではない。
NTSCの信号を時系列で追うとこのような画像の集合になっている。例えば、こういう具合だ。
1フレーム目の奇数フィールド(走査線)
1フレーム目の偶数フィールド(走査線)
2フレーム目の奇数フィールド(走査線)
2フレーム目の偶数フィールド(走査線)
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.
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29フレーム目の奇数フィールド(走査線)
29フレーム目の偶数フィールド(走査線)
30フレーム目の奇数フィールド(走査線)
30フレーム目の偶数フィールド(走査線)
30フレームで約1秒であるから、1枚の画像(フレーム)は約1/30秒である。だから、普通のビデオカメラで撮影した画像は1/30分の1秒毎の画像を示しているのである。しかし、もっと高速度撮影したいと思うときがある。ウン百万出せば、1万分の1秒の撮影でも可能な高速度カメラが買えるが、個人ではとても買えない。また、そもそもやりたい用途向けの高速度撮影用のカメラが存在しない場合というのもままあるのだ。そういった場合には、時間軸に対しては1/30秒までの撮影にしか使うことはできない、と思えるだろう。
しかし、NTSCの信号もフィールド毎に分解すれば、1/30秒の半分、すなわち1/60秒毎の画像を示しているのである。たかだか2倍ではあるが、されど2倍である。1/30秒では見えていなくても、1/60秒では見える世界というのもあるのだ。
画像例を用いて説明しよう。左の1/30秒間の画像を奇数フィールドと偶数フィールドに分解したのが右の画像(a),(b)だ。(a),(b)を比べると、黒い矩形が左から右に移動しているのがわかるだろう。今回のソフトウェアはそういった計測には非常に便利なのだ。このソフトウェアを使えば、普通のビデオカメラの性能を2倍にすることができるのだ。スポーツをやる方などは自分のフォームをチェックするのに使うといいだろう(画像解析までしてフォームチェックはしないか、普通...)。これで、フォームチェックはプロ級だ。
| 1/30のままの例 | 1/60のフィールドに分解した例 |
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1/30と1/60がたかだか2倍でも結構違うという良い例は、1/30秒のシャッタースピードではブレた写真になってしまう人でも、1/60秒なら大丈夫、とか、ゲームを作る際に1/60秒以内に人間からの入力に対して反応を返してやれば、プレーヤーはスムーズに感じるが、1/30秒ではダメだ、とかいう話がある。
というわけで(****)、AVIで記録された動画ファイルを1/60毎の画像に分解するプログラムが今回作成したものである。
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奇数フィールドと偶数フィールドを分けることにより2枚の画像に分解し、それぞれの画像内で失われたフィールドを単純補間により復元することができる。奇数フィールドが先頭か、あるいは、偶数フィールドが先頭かは選ぶことができるし(奇数フィールドと偶数フィールドのどちらが先か選べるということでもわかるように、どちらが先であるか必ずしも決まっているわけではないらしい。そこらへんは、各映像機器によって変えなければならない。)、インターレースでなくノンインターレースの場合、つまり、単にAVIファイルの各画像を静止画におとすことだけもできる。
**** 「というわけで」は話を強引に次へつなげるときに使う。
このプログラムを使ったあとはScion ImagePCを使うのがお勧めだ。Macintoshの世界で一般的なNH-imageのWindows版である。今回のプログラムで作成した静止画群をスタック化して使うのがいいと思う。そうそう、Scion ImagePCに読む込むときには静止画を8bit(gray)画像へと前処理しておくことがお勧めだ。
1999-07-25[n年前へ]
■君はトナーを見たか?
6umの高速飛行物体
今回の話はミステリー小説のように、「嘘を意識して書きはしないが、本当のことも意識的に書かない」部分がある。お読みの際は注意が必要である。
先日、大手町で開催されていた「JapanHardCopy'99」を見ていた。ちなみに「JapanHardCopy」というのは電子写真装置(複写機やレーザービームプリンター)やインクジェットプリンターなど画像を印字する機械に関する学会である「日本画像学会」が主催するシンポジウムである。その中でも、一番よく「覚えている」発表を考察を含めながら紹介したいと思う。とても「できるかな?」と共通の匂いがするのだ? それに15分の発表がまるまるビデオ(を液晶プロジェクターに表示したもの)によるものというのも珍しいと思う(画面上に時々タイミングを知らせるマーキングが出てはいたが、発表者は喋る長さ調整に苦労していたと思う)。
それは、
現像プロセスにおけるトナー粒子の挙動測定
という発表だ。
この発表は電子写真式の装置の現像装置でトナーが現像される様子を計測した結果の報告である。以前、
ゼロックス写真とセンチメンタルな写真 -コピー機による画像表現について考える - (99.06.06)
の時に電子写真プロセスについて紹介した。今回もその簡単な構成を示しておく。このような機構がコピー機やLBPの内部には入っているのだ。(ドラム表面の画としてはRicohのWEBがわかりやすい。)
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上の概略図で現像装置は右の薄紫の円である。感光ドラムが中央の大きな円だ。この発表は、現像装置と感光ドラムの近接部(画面中央のの赤丸で囲まれた部分)で何が起きているかを測定しているのだ。
しかし、全ての現像装置ではなく現像装置と感光ドラムが非接触のタイプのものに関する報告である。現像装置から感光ドラムへトナーを現像させてやるわけだが、両者が非接触であるということはトナー粒子を現像装置から飛ばしてやることにより現像させるわけである。高電界を印加して電気的な力によりトナー粒子を飛翔させるのだ。そのような場合にトナー粒子がどのような挙動を示しているかを計測しているのである。
現像装置と感光ドラムの間の距離というのは通常300um程度である。また、最近のトナーの粒径は6um程度である。300umのギャップ中を6um程度の飛行物体が数多く飛びまくるのである。数多くといってもピンとこないかもしれないので、数値的な考察をしてみる。1cm^2(1平方センチメートル)の黒い四角を印刷するのにトナー粒子はどのていど必要だろうか。もしトナー1個が10um角の領域を完全に覆えるならトナーが1000x1000個あれば1cm^2の区画を完全に覆えるだろう。しかし、現実問題として1層だけでは覆えるわけがないので仮に5層必要だとすると、5x10^6個のトナーが1cm^2(1平方センチメートル)の黒い四角を印刷するのに使われていることになる。500万個である。
その数多いトナー粒子が飛行しているものの中から1個単位のトナー粒子を計測しどのような飛行をしているかを調べているのだ。数100um角の領域中で数百万個のトナーが飛行する中から1個のトナー粒子を調べるのである。まるで、大都会で一人の人の追跡取材し、その人にライトをあてるような作業ではないか。ロマンチックとは思えないだろうか?
それでは、どのように飛行しているかを予稿集の図から抜き出してみよう。
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この写真中では画面上のドラムと現像装置は500um離れている。また、上と下の写真ではトナーを飛行させるための電界の波形が異なる。上が単純な矩形波であり、下が矩形波の正と負の電界がかかる時間長さが異なるものである。まるでトナー粒子の動きが物理的なオシロスコープのようである。
これはほぼ1/15秒間の軌跡であり、予稿集の写真から推定するに、その間に7cm程度は移動している。ということはトナー粒子は1秒間に1m程度は移動していることになる。秒速1mである。しかも方向を鋭く変えながらであるから、加速度としては凄いものがあるし、瞬間の最大速度もはるかにこれより速いだろう。
普段LBPなどで出力をすることも多いと思うが、その出力画像を形成しているトナー粒子たちがこんなに高速でアクロバット飛行してきたとは知らなかった人も多いだろう。この写真自体は今回の発表の導入部分に過ぎなく、本題がこの後に続くのだが、結構面白い写真ではないだろうか。トナー粒子の動きが一目瞭然である。
ところで、ここまできても「おまえの考察が少なすぎるぞ。」と言われる方はいらっしゃらないですよね。「これ、おまえの発表じゃないか。自作自演じゃないか。」とおっしゃる方はいるでしょうけど。
1999-09-01[n年前へ]
■画像に関する場の理論
ポイントは画像形成の物理性だ!?
今回は、
夏目漱石は温泉がお好き? - 文章構造を可視化するソフトをつくる- (1999.07.14)
の回と同じく、「可視化情報シンポジウム'99」から話は始まる。まずは、「可視化情報シンポジウム'99」の中の
ウェーブレット変換法と微積分方程式によるカラー画像の圧縮および再現性について
という予稿の冒頭部分を抜き出してみる。「コンピュータグラフィックスを構成する画素データをスカラーポテンシャルあるいはベクトルポテンシャルの1成分とみなし、ベクトルの概念を導入することで古典物理学の集大成である場の理論が適用可能であることを提案している」というフレーズがある。
着目点は面白いし、この文章自体もファンタジーで私のツボに近い。しかしながら、肝心の内容が私の趣向とは少し違った。何しろ「以上により本研究では、古典物理学の場の理論で用いられるラプラシアン演算を用いることで、画像のエッジ抽出が行えることがわかった。」というようなフレーズが出てくるのである。うーん。
私と同様の印象を受けた人も他にいたようで(当然いると思うが)、「エッジ強調・抽出のために画像のラプラシアンをとるのはごく普通に行われていることだと思うのですが、何か新しい事項などあるのでしょうか?」という質問をしていた人もいた。
また、話の後半では、画像圧縮のために、ラプラシアンをかけたデータに積分方程式や有限要素法などを用いて解くことにより、画像圧縮復元をしようと試みていたが、これも精度、圧縮率、計算コストを考えるといま一つであると思う(私としては)。
画像とポテンシャルを結びつけて考えることは多い。例えば、「できるかな?」の中からでも抜き出してみると、
- 分数階微分に基づく画像特性を考えてみたい- 同じ年齢でも大違い - (1999.02.28)
- ゼロックス写真とセンチメンタルな写真 - コピー機による画像表現について考える- (99.06.06)
- コピー機と微分演算子-電子写真プロセスを分数階微分で解いてみよう-(1999.06.10)
現実問題として、実世界において画像形成をを行うには物理学的な現象を介して行う以外にはありえない。「いや、そんなことはない。心理学的に、誰かがオレの脳みそに画像を飛ばしてくる。」というブラックなことを仰る方もいるだろうが、それはちょっと別にしておきたい。
「できるかな?」に登場している画像を形成装置には、
コピー機と微分演算子-電子写真プロセスを分数階微分で解いてみよう-(1999.06.10)
ゼロックス写真とセンチメンタルな写真- コピー機による画像表現について考える - (99.06.06)
で扱ったコピー機などの電子写真装置や、
宇宙人はどこにいる? - 画像復元を勉強してみたいその1-(1999.01.10)
で扱ったカメラ。望遠鏡などの光学系や、
ヒトは電磁波の振動方向を見ることができるか？- はい。ハイディンガーのブラシをご覧下さい - (1999.02.26)
で扱った液晶ディスプレイなどがある。そのいずれもが、純物理学的な現象を用いた画像形成の装置である。
例えば、プラズマディスプレイなどはプラズマアドレス部分に放電を生じさせて、電荷を液晶背面に付着させて、その電荷により発生する電界によって液晶の配向方向を変化させて、透過率を変化させることにより、画像を形成するのである。
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また、逆問題のようであるが電界・電荷分布測定などを目的として液晶のボッケルス効果を用いることも多い。液晶を用いて得られる画像から、電界分布や電荷分布を計測するわけである。これなども画像と場の理論が直に結びついている一例である。
参考に、SHARPのプラズマアドレスディスプレイを示しておく。
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また、電子写真装置などは感光体表面に電荷分布を形成し、その電位像をトナーという電荷粒子で可視化するのであるから、電磁場を用いて画像形成をしているわけである。だから、場の理論を持ちこむのは至極当然であり、有用性も非常に高いだろう。そういった視点で考察してみたのが、
である。 同様に、画像圧縮に関しても、画像形成の物理性に着目することで実現できる場合も多いと思うのであるが、それは次回にしておく。
」など。