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ザ・産業用カメラ ケーススタディ

事例4:通常のカメラでは見えないデータを可視化 ~偏光カメラの世界~

偏光カメラの世界

SonyのPolarsens 5.1 MPグローバルシャッターCMOSイメージセンサ(IMX250MZR/ IMX250MYR)は、通常のイメージングセンサでは捉えられない物理的な特性を可視化することが可能です。偏光イメージセンサには4方向の偏光子(0°、45°、90°、135°)が搭載されており、ワンショットで4方向の偏光画像を取得できます。これにより、偏光方向(光の振動方向)と偏光度(偏光の度合い)を算出することが可能となります。
センサの詳細については、こちらをご覧ください。

The Imaging Source社が提供しているソフトウェアでは、各ピクセルが異なる偏光方向を持つ2×2ピクセル配列から偏光角度と偏光度を計算し、物体の物理的特性を詳細に分析することができます。

以下に、具体的なアプリケーション事例を紹介します。

反射光がカメラや人間の目に入ると、物体の本来の色や形状が正確に視認できなくなることがあります。特に左側の画像のような光沢のある車両の塗装やフロントガラスのような透明な物体では、表面反射が強く、物体の内部構造や本来の色が見えにくくなります。
しかし、偏光カメラは反射光と非反射光を区別し、反射光の偏光成分を除去すると、右側の画像のように物体の内部構造や本来の色をより正確に視覚化することが可能になります。さらに、偏光カメラは、物体の表面からの反射だけでなく、複数の平面での反射も除去することが可能です。


可視カメラで撮影
車のフロントガラスの反射により車内が見えにくい

偏光カメラで撮影
フロントガラスの反射が減少し、車内がはっきりと見える

透明で視認しにくい材質、例えばガラスやプラスチックの傷を視覚化するために、偏光カメラのDoLP(Degree of Linear Polarization)画像データを活用します。DoLPは光の偏光度を示し、光の振動が特定の方向にどれだけ集中しているかを明暗で表現します。可視カメラで撮影した左側の画像ではコントラストが低く傷が見えにくいですが、偏光カメラDZK33UX250を使用してDoLP処理を行った右側の画像では傷が明確に見えます。


可視カメラで撮影
色が同じなので、傷が見つけにくい

偏光カメラで撮影
DoLPを用いると傷が確認できる

透明で視認しにくい材質、例えばガラスやプラスチックの傷を視覚化するために、偏光カメラのDoLP(Degree of Linear Polarization)画像データを活用します。DoLPは光の偏光度を示し、光の振動が特定の方向にどれだけ集中しているかを明暗で表現します。可視カメラで撮影した左側の画像ではコントラストが低く傷が見えにくいですが、偏光カメラDZK33UX250を使用してDoLP処理を行った右側の画像では傷が明確に見えます。


可視カメラで撮影
反射によって薬が入っているか判別にしにくい

偏光カメラで撮影
DoLPにより薬の有無がはっきりとわかる

透明プラスチックの内部に生じる応力は、成形や加工過程で発生します。高い応力が残る部分は物質の物理的性質を変え、変形しやすくなったり、割れやすくなったりします。これらの応力は、左側の画像のような通常の視覚的検査では見つけるのが難しいです。
しかし、偏光カメラを用いると、高い応力が光を異なる方向に屈折させるため、透明なプラスチックでは色や模様の変化として視覚的に現れます。偏光カメラは光の振動方向(偏光)を検出し、プラスチック内部の応力を視覚的に表現します。そして、各ピクセルの偏光角度(AoLP)データをHSVカラーマッピングと組み合わせることで、偏光の方向を色で表現することができます。
例えば、左側の画像の可視カメラで撮影した画像と比較してみると、右側の画像では偏光カメラDZK33UX250を使用した偏光データのAoLP処理とHSVカラーマッピングにより、通常の可視カメラでは見つけられないプラスチックの残留応力を視覚化することができることがわかります。


可視カメラで撮影
残留応力は分からない

偏光カメラで撮影
AoLPとHSVカラーマッピングで残留応力を視覚化

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