テレセントリックレンズに関する詳細な技術説明

テレセントリックレンズに関する詳細な説明

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映像情報インダストリアル　安藤幸司氏

http://www.anfoworld.com/LensMF.html

■特殊なレンズ光学系

▲テレセントリック光学系（Telecentric Optics）

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オルソ・スキャナ まとめ

［　アイメジャー株式会社　オルソ・スキャナ　について　］

□製品ページ：
正射投影イメージスキャナ　OrthoScan-IMAGER

http://www.imeasure.co.jp/ortho/

□デジタルギャラリー：
http://www.imeasure.co.jp/ortho/gallery.html
地図：（79.5 x 108 cm , 800ppi）
http://www.imeasure.co.jp/ortho/gallery/gallery7.html
昆虫標本： (41.8 x 52 cm 高さ 6cm , 800ppi)
http://www.imeasure.co.jp/ortho/gallery/gallery8.html
浮世絵：（36 x 24 cm ,1200ppi）
http://www.imeasure.co.jp/ortho/gallery/gallery2.html

○主な特徴：
（１）非接触で６億画素（800ppi時）のフルカラー画像を自動的に撮影します。

60cmx100cmの範囲を高い光学解像度（800dpi、または1200dpi）で撮影します。撮影時間は、５分（400ppi)、10分（800ppi時）、15分（1200ppi時）。非接触なのに高解像度。非接触撮影可能なカメラ方式と高解像度で撮影できるイメージスキャナ方式の双方の長所を兼ね備えています。

（２）得られた画像の寸法精度は、JIS規格の定規相当の精度です。

アーカイブ画像として残した場合、画像を使って被写体の寸法を計測することができます。基本性能は、±0.3mm/１ｍ。これは定規のJIS2級に相当します。さらに、弊社オリジナルソフトウェアによる校正処理を行うことで、±0.1mm以下/１ｍ を実現しました（実力値は、0.06mm未満です）。この寸法精度は、カメラ方式では実現不可能(*1)で、従来型のイメージスキャナ方式でも達成することは不可能な寸法精度です。

（３）階調再現性、色再現性に優れた画像を得ることができます。

カメラ方式と異なるイメージスキャナ方式ですので、被写体の反射率に準じた値を得ることを目的に自動キャリブレーション（校正）機能を搭載しています。その結果、ICCプロファイルと組み合わせることで、色差（Lab）の無いレプリカの作成が可能です。

（４）照明装置を任意に配置するカスマイズが可能です。

被写体の凹凸を強調し、テクスチャー感豊かな画像を得たり、金箔などを含む文化財の撮影などにも対応可能です。

（５）更に大きな被写体は複数回に分けて分割スキャンし、極短時間に美しい非常に寸法正確な画像に仕上がります。

　従来手法のレンズを用いたカメラ方式や、イメージスキャナの場合、撮影したデジタル画像には必ず無視できない歪みが含まれています。そのため、例えば、４分割撮影した４枚の400ppi（相当の）画像を接合するために、専用の画像処理アプリケーションソフトを使って、 ディスプレイ画面上を目視で確認しながら、画像の繋ぎ目に沿って画像接合する作業を行います。例えば、４分割画像であれば、この画像接合作業のためにオペレータが半日もの間ディスプレイと睨めっこして画像編集作業に専念することも希では有りません。４分割撮影であれば、３回もの接合作業が発生します。結果的に実際に行っている作業は、画像を歪ませて、見た目のズレを目立たなくさせる処理を行わざるを得ません。

　一方、オルソ・スキャナは、特殊なレンズ（テレセントリックレンズ）を使用しているため分割して得た画像はそれぞれが非常に寸法精度の高い画像です。そのため寸法正確なまま簡単に画像接合ができます。具体的には、まず、スキャン後の画像の回転角度を調整し向きを正確に揃えます（弊社専用アプリにより最小回転角度θ=1/30000 ラジアンに対応します）。 次に、合成したい画像を専用ソフトに放り込み、自動合成します。寸法精度と画像向きが揃っているため人為的編集作業は不要で、一発で画像が結合します。人的エラー要因の入り込む余地が無く、かつ寸法精度の高い画像が合成されます。

　また、この簡単な自動画像接合プロセスは、400ppiの画像はもちろんのこと、800ppiのスキャン画像であっても全く同様に行う事が可能です。高精細で、大きな被写体を撮影でき、しかも、極短時間に仕上がる画像は、美しい非常に寸法正確な画像です。

地図のサンプル画像：（79.5 x 108 cm , 800ppi）　をぜひご覧下さい。

もし、現物を裸眼にて直視できたとしても、ここまで高解像度に見分けることは困難です。新世代のデジタルアーカイブ画像は、光学解像度、800ppi以上であることを弊社では推奨しています。そして、貴重な原本は、一度スキャンしたら厳重に保管します。一般閲覧者や研究者に対して、必要十分な子細画像情報を提供することが可能となります。

（６）立体物(高さ125mmまで、オプションで350mm)であっても、800ppi(もしくは1200ppi)もの光学解像度で高さ方向全域にピントの合った画像を得ることができます。

昆虫標本のサンプル画像は、60mmの高さがあるため、5mm毎の高さピッチで１３回スキャンし画像を自動合成しています。

□動画：
YouTube 動画 (日本語)：　https://youtu.be/gaIb6egcmIs　（３分５１秒）

昆虫標本をオルソスキャナで800ppiスキャンして200%拡大ポスターを作ってみた

【写真：奧の小さいのが、オリジナルの昆虫標本（本物）、手前の大きいのが、オルソスキャナでスキャンした800ppi画像を200%拡大印刷してパネルに貼ったポスター。】

４２ｘ５１ｃｍの昆虫標本（奥行き６ｃｍ）を　２００％拡大した　ポスターを作ってみました。

なんと３日で手元に届きます。

オンデマンド印刷（恐らくインクジェット）で、パネルに貼って送料込みで６０００円でした。

哀しかな、
・ネットで送付可能なファイル容量上限：150MB
・印刷解像度：250ppi
でしたので、圧縮率の高いJPEG画像です。

ちなみに、元データは、約　１.3万画素　ｘ　１．6万画素　＝　２億画素
なので、 200 M pixel * 24bit Color = 600MB です。
ネット上で閲覧可能な元画像（をタイルJPEGにした画像）は、これです。
http://www.imeasure.co.jp/ortho/viewer/viewer.html?img=dzi/ageha&reso=800

ディスプレイで見えている高解像度な画像データを全てこの印刷物に乗せるためには、３２０％拡大印刷にする必要があります。
(計算： 800ppi / 250ppi  = 3.2 )
ただ、２００％拡大でも、８４ｘ１００ｃｍなので、持ち運びしやすいパネルサイズとして、展示会用にはこれでヨシとします。
もし、３２０％拡大印刷するとなると、１．３ｘ１．６ｍとなり、畳一枚くらいになるので、それはロール紙にして展示会の壁紙用にしようと想います。

＃昆虫標本　＃オルソスキャナ

BK-7 直径3mmのガラス玉で iPhone 顕微鏡を作ってみた。

さっそく手元のあれこれを撮ってみる。

■Photo1：　諭吉。

■Photo2:　シソの葉の匂いの元の球体。（だそうです）

■Photo3:　おなじみの巨大細胞　タマネギの皮。

■Photo4:　プラスチック定規の　1mmの目盛部分。

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何故、BK-7　かというと、

光学ガラス材料としてポピュラーで、

直径３ｍｍなどと指定すれば、

それなりに、光学部品（レンズ）として販売されていて、

品質が安定しているためです。

［　BK-7　ガラス球　］　など、ネットで検索すると一般の人も１ケ単位で購入可能です。

送料入れると数千円になるので、ちょっと勇気入りますが、

子どもの夏休みの一研究のための、ネタ探しには、良いかもしれません。

おとおさんがんばって。

Ａ３サイズ光学解像度2400ppiのイメージスキャナの画像ファイルサイズは？

Ａ３サイズ光学解像度2400ppiのイメージスキャナの画像ファイルサイズは？

もともと　ｄｐｉという単位がインチ（25.4mm）を使っているので、
インチで統一して計算すると判りやすいですね。

（余談：

このBLOGで使う、ｐｐｉ　は、　pixel per inch の意味です。光学解像度を表す時はこちらが使われるように成って来ています。ただ、解像度という言葉は、ディスプレイの解像度と言う時は、表示可能な画素数の意味となってしまい混乱します。そんな時は、画素密度（pixel density )と呼ぶようですね。スマートフォンの液晶画面の画素密度については、iPhoneのディスプレイの画素密度を計測した実験記事を読んでください。）

例えば、エプソンのA3スキャナは、
310mm→　１２．２インチ
437mm→　１７．２インチ

2400pixel／インチなので、それぞれ、
12.2 * 2400 →　２９２８０　ピクセル
17.2 * 2400 →　４１２８０　ピクセル

つまり、今販売されいる、　４Ｋテレビの画面( 3840 x 2160) が、横に１０個、縦に、１３個、合計１３０個入る計算です。

総画素数を計算すると、

29280 x 41280 = １．２Ｇpixel　、つまり、１２億画素となります。
現在、主流のフルサイズC-MOSセンサで２４２０万画素ですので、約５０倍の画素数があります。

・・・

そう考えて、Ａ３スキャナを購入して、実際にフルサイズでスキャンをしようとすると、
意外なことに、スキャンが出来ないことに気付きます。

スキャナ駆動ソフトウェア（EPSONScan）は、アラートを出し、解像度を下げるか、スキャンサイズを小さくするか、どっちかを選べ、と要求してきます。

「　EPSON Scan

画像サイズが大きすぎます。

幅21000,高さ30000ピクセル以内になるように、解像度を下げるか、取り込み領域を小さくしてください。 」

つまり、なんと、「１２億画素のスキャンは不可能」なのです。


・・・

そこで、少し計算をしてみます。

１画素あたりのデータ量は、
24bit Color ( Red/Green/Blue各色256階調、8bitつまり、１Byte）は、3Byteの容量。
よって、1.2Gpixelでは、
1.2 x 3 = 3.6G Byte

じつは、デジタル画像を保存するフォーマットとして普及している、TIFF画像のファイル仕様は、４GBを上限としています。

ですので、ぎりぎり、3.6GBは保存ができるはずです。

（※　ちなみに48bitColorでスキャンした場合は、1.2G ｘ　6Byte=　7.2GBとなって、技術的に、TIFF保存ができません。）

・・・

さて困りました。

そんな方のために、造ったのが、弊社のスキャナ駆動ソフトウェアです。

iMeasureScan_Pro.exe

A3、2400ppi、24bitカラーでのスキャンに対応します。

また、昨年９月に発売された、新しいＡ３サイズの

カラーイメージスキャナ　DS-G20000　にも対応しました。

iMeasureScan_Pro.exe

詳しくは、お問い合せください。

info@imeasure.co.jp

ガラスケースに入った昆虫標本の写真撮影

写真撮影の中でも昆虫標本は、難易度の高いターゲットです。

特に複数の標本がガラスケースに納められている場合、全体を一望することのできる画像を撮影するのは至難の業です。

何故でしょうか、いくつかその要因を上げてみます。

（１）昆虫の表面の模様は、非常に微細であるため、ベイヤー配列の通常の一眼レフカメラでは、疑似色が発生する場合が有る。

これは、カラスアゲハの画像です。
黒い羽に、鮮やかな緑色の斑点が有ります。
ガラスケース全体を撮影しようとして、倍率を下げ過ぎた場合、この緑のドットがどのベイヤー配列センサのフィルタ上に来るかで色再現できなくなるため、実質的には、有効画素数を１／４未満で撮影することになります。
例えば、２４００万画素の一眼レフのC-MOSカラーセンサであれば、１／４の画素数の６００万画素相当（3000x2000pixel）としてみなして、撮影する必要があります。例えば、画素密度を300ppiで撮影したいのであれば、10インチ(25.4cm)よりも大きなサイズは狙わない。よって、一度に撮影できるガラスケースの寸法は、最大でもＡ４サイズが限界となります。標本を納めたガラスケースのサイズはまちまちですが、A4サイズよりも大きい場合が多いのではないでしょうか。さて困りました。

（２）標本に、説明紙片が付いている場合がある。標本と紙片の両方にピントを合わせたいが、そうすると今度は、倍率を上げられない。

もし、標本に解説の紙片が付いている場合、通常、昆虫は虫ピンで宙に浮いていますが、解説の紙片は、標本ケースの底に貼ってあります。紙片と昆虫と同時にピントを合わせようとすると、被写界深度(１枚の画像でピントの合う前後の距離) を稼ぐ必要が有り、あまり標本に近寄って撮影することができなくなります 。

．

（３）標本がガラスケースに入っている場合、望遠レンズで引いて撮る必要がある。

もし標本がガラスケースに入っていてガラスを外せない場合は、照明方法が難しくなります。当然ですが、ガラスケースに入った標本を写真撮影する場合、カメラに付属している内蔵ストロボは使うことはできません。ガラス表面で反射した光がそのままレンズに入射し、肝心の標本は真っ暗になります。外部照明を標本の周辺に設置したとしても、その配置が大変です。広角レンズで撮影すると、ガラス周辺部でその外部照明が写り込んでしまいます。


これを避けるには、標本から距離を離す必要があります。（望遠レンズで引いて撮る。）

以上から、
ａ．使用しているカメラの画素数の１／４程度を目安に撮影サイズを計算する。
ｂ．ポートレート用、もしくは望遠レンズを使って、標本から離れて撮影する。
ｃ．リング照明などの斜めから均一に照明する照明装置をあらかじめ用意する。
という方針となります。

それでも、ガラスケースがＡ４サイズを超える場合、複数回撮影した画像を合成することになりますが、パースによる歪みの問題が発生します。

P1とP2の二回に分けて撮影したデジタルカメラの画像は、被写体が立体物の場合、その画像接合は困難になります。（Figure2の被写体B参照。） 地図などの平面図であれば接合は可能ですが（それでも局所倍率歪みにより簡単ではありません。）、相手が立体物の場合、現実的には滑らかな画像接合は画像編集無しに接合することは不可能と考えて良いでしょう。

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そこで、オルソスキャナの提案です。
オルソスキャナの特徴は、
[1]　高い解像度(800ppi) で、標本丸ごと、ガラスケースごとスキャンできます。

[2]　120mm程度の高低差があっても、全域にピントが合います。
[3]　イメージスキャナ方式ですので、照明装置が内蔵されていて、正反射（テカリ）が発生しません。
[4]　３板式のカラーラインセンサですので、１画素について、リアルに　赤、緑、青の独立した色情報が含まれます。

ぜひ、リアル２億画素の800ppi（３２μｍ）の昆虫標本画像をご覧下さい。

４１．８ｃｍｘ５１ｃｍ高さ６ｃｍのガラスケース入りの標本を丸ごとスキャンしました。

http://www.imeasure.co.jp/ortho/viewer/viewer.html?img=dzi/ageha&reso=800