ULTRISシリーズは、ライトフィールド技術をハイパースペクトルカメラに応用した革新的な製品です。
リニアに波長が変化するバンドパスフィルタとマイクロレンズアレイの組合せで、リアルタイムに高解像度の分光画像が取得できるようになりました。
一般的なライトフィールドカメラは、イメージセンサの前にマイクロレンズアレイを配置しており、少しずつ角度の異なる画像を生成し、その角度の違いから光の方向を計算することができます。 一方、ライトフィールド・ハイパースペクトルカメラでは、更にフィルタを加えることによってカメラに波長という別次元の情報を付与した。
これにより、画像毎に異なる波長が記録され、解像度を犠牲にせずに分光情報として利用することができます。

FireflEYE V185 は、2012年の発売当時、ワンショットの撮影でハイパースペクトルデータキューブ（x、y、λ）を取得できる世界で初めてのハイパースペクトルカメラでした。プリズムを用いたセンサー技術により、最大70％の光効率を実現しており、125バンド（450-950nm）を分光画像解像度50×50ピクセルで記録することが可能です。50×50ピクセルの解像度では、撮影対象物の細部を確認するためには十分でなく、１バンド（パンクロマチック）のみの２つ目のイメージセンサーを組み込み、1000×1000ピクセルの同軸画像を取得することで、分光画像のパンシャープン処理に対応しました。最終的には最大1000×1000ピクセル×125バンドのサイズに解像度を向上させることができます。

新たに開発されたCubert社のULTRISシリーズは、他にはないライトフィールド技術に基づくHIS（ハイパースペクトルイメージング）カメラです。ULTRIS X20 は、20MP（2000万画素）のUltra HD CMOSセンサーを搭載し、2021年の発売当時、世界最大の解像度を持つイメージングスペクトロメーターとなりました。撮影の際、対象物は中心波長の異なる複数の画像として記録されます。

ULTRISシリーズはモデルによって、レンズレットアレイとモザイクバンドパスフィルター（ULTRIS X20）または連続可変バンドパスフィルター（ULTRIS S5）を組み合わせによって構成されています。ULTRIS X20 は解像度410×410ピクセル、164バンド、350nmから1000nmの波長域を連続的にカバーしており、従来にない168,000スペクトル/枚の同時取得を実現しています。ULTRIS S5 は、解像度290×275ピクセル、51バンドで450nmから850nmの波長域をカバーしています。12ビットセンサーを使用しているため、ノイズレベルを非常に低く抑えながら、波長の微小な差も検出することができます。GigEインターフェースによって、それぞれ最大８Hzと15Hzのフレームレートで撮影可能です。

３つのモデル（FireflEYE V185 , ULTRIS X20 , ULTRIS S5）を同じセットアップに設置し、画像比較を行いました。露光時間は、ホワイトリファレンスを使用して、レンジを最大限利用できるように最適化しました。照明にはタングステン光源（100W）を使用しており、露光時間はそれぞれ12ms（FireflEYE V185）、３ms（ULTRIS X20）、47ms（ULTRIS S5）となりました。サンプルの反射率は、取得画像から暗電流画像を差し引き、 反射率95 %の校正済み白色基準（Zenith Lite）の画像で割ることによって算出しました。暗電流測定と白色リファレンスは、ノイズの少ないデータとなるよう20枚を平均化処理しています。

測定画像は、データを直接比較するため、平均化や後処理を行わずに取得しています。また、各モデルのスペクトル品質を比較するため、シャープニングや平滑化などの後処理は行わずにそのままのデータを表示しています。

右の比較表は、各モデルのハイパースペクトルデータキューブから得られた画像です。最初と２番目は、典型的なRGB（トゥルーカラー）とCIR（カラー赤外）を示しており、下段は植生解析に使用される代表的な指標を示しています。各画像のピクセル毎に、スペクトルカーブの情報を持っています。

FireflEYE V185 では、空間分解能の低さが明らかです。一方、色表現は非常に明瞭で、これは植生指標のノイズがない画像でも確認することができます。ULTRIS S5は空間分解能が比較的低く、バンド数も少ないですが、同等の分光品質と小型・軽量化を実現しています。ULTRIS X20は、高い空間解像度と色のばらつきの少なさ（低い標準偏差）を併せ持っています。画質と分光特性の両方が優れており、画像ノイズについては、FireflEYE V185と比較しても引けを取りません。

ハイパースペクトルイメージングカメラ３つのモデル（FireflEYE V185 , ULTRIS X20 , ULTRIS S5）のスペクトル品質の比較データです。各カメラで取得した、赤、緑、黄のサンプルのスペクトルと、エラーバーによってバラつき（ノイズ）が示されています。

ULTRIS X20では紫外線域にも対応しており、特定のアプリケーションで活用することができます。今回の比較ではハロゲン光源のみを使用したため、ULTRIS X20のプロットでは紫外域をグレーアウトしています。

グラフは、３色の紙をサンプルとして各カメラで取得したスペクトルの特徴を示しています。均一な色を持つ設定エリアにおいて、全画素のスペクトルを平均化しています。標準偏差はセンサーのノイズ量を表しており、波長バンド毎にエラーバーとして表示しています。この結果から、ULTRIS X20は空間分解能が圧倒的に高いにもかかわらず、FireflEYE V185と同等のスペクトル品質を持っていることが明らかになりました。

洋上風力発電タービンは、再生可能エネルギー分野で重要な役割を果たしています。最大4,000時間に渡る長期間稼働を想定して設計されていますが、他の構造物同様、定期的な保守点検が必要となります。これまで点検はダイバーによって人の手で行われており、コストと時間がかかり、危険を伴うものでした。遠隔操作水中探査機（ROV）の利用が広がってきていますが、ほとんどはRGBベースの映像かソナーを使用しており、損傷の定量化には限界があります。

新しいセンサーキャリアであるMISO（Multi Input Single Output）インスペクターは、この点検業務の改善を目的として開発されました。複数の検査結果を基に多変量解析を行うシステムであり、既存のセンサー技術に加え、新しい水中用センサー技術を試験・提案します。MISOインスペクターはROVに搭載され、水上および水中で検査作業を行うことができます。

搭載されているセンサーにはスナップショットのハイパースペクトルカメラが含まれており、錆やその他の損傷と海洋生物の付着や汚染などとを区別することが難しいRGBカメラに代わり、ハイパースペクトルカメラの活用が期待されています。

海洋の構造物に使われる材料（腐食のない鋼管、および、腐食やアルミコーティング、塗装のある鋼管）が試験対象として使用されました。まずは、水深1mのテスト用水槽で評価が行われ、測定には水深60m対応の防水ハウジングに収納したスナップショットVNIRハイパースペクトルカメラとLEDやハロゲンランプなど複数の光源照明が使用されました。

テスト用水槽では、関連する材料の識別性や光源による影響、水中環境での反射率校正の実用性を調査が調査されました。反射率測定のために、白色ターゲットが使用されました。調査の結果では、LED光源とハロゲン光源の両方で、素材の識別が可能であることが分かりました。

以下の画像が、Cubert Cuvisソフトウェアで撮影された鋼管のトゥルーカラー画像とスペクトルです。画像の左下に写っている白い円は反射率校正に使用した白色ターゲットです。右の画像は、テスト対象物（腐食のない鋼管、および、腐食やアルミコーティング、塗装のある鋼管）と背景の未補正のスペクトルを示しています。スペクトルは、左の画像に描かれている特定の色の長方形内を平均化した値となっています。エラーバーは各波長の標準偏差を示しています。水中では赤外波長域に強い吸収があり、使用したLED照明はこの波長域を含んでいないため、780nmを超える波長域は比較には使用していません。

テスト水槽での試験が成功した後、分光カメラはROVを使用したMISOインスペクターに搭載され海水での試験が行われました。海水や深海の厳しい条件に対応するため、ハイパースペクトルカメラはSubConn水中ケーブルを装備し、MISOインスペクターに接続されました。試験はドイツ北部のロストック港で、検査対象物を搭載したパイプを港に沈めて行われました。

最終試験は、実際の海洋構造物で行われました。以下は、風力発電所、試験施設、MISOインスペクターを搭載したROVの放水現場の写真です。試験では、検査がいかに天候に左右されるかが示されましたが、MISOインスペクターによる計測は成功し、分析のステップへ進むことができました。

水深30mの水中で撮影された画像は、塗装や有機物、明瞭に識別できない明るい部分（アルミニウムまたは有機物由来によるものと思われる）などの海洋構造物の様々な材料を示しています。アルミニウム部分は、海洋構造物が損傷している可能性を示す指標となっており、表面の識別が極めて重要となりますが、RGB画像や白黒画像だけでは判別ができません。ハイパースペクトル画像は、これらの材料の識別を可能にします。取得したスペクトル情報を分析することで、対象物がアルミニウムであることが確認できます。取得した情報を海洋構造物に関する情報と組み合わせることで、状況をより正確に評価し、より信頼性の高い情報で対策を決定していくことができます。

MISOインスペクターは海水試験にも合格し、最終目的地である北海とバルト海の洋上風力発電所でさらなる評価を受けています。このプロジェクトでは、スナップショット・ハイパースペクトルカメラが、水中の金属構造物の損傷検出・可視化などの新しいアプリケーションへの可能性を示しました。今後さらに多くの水中アプリケーションが登場することに期待しています。