画像処理システムの基礎

誰でも新鮮で美味しそうに見える食べ物を好みます。食べ物の品質保証の工程では画像処理システムがよく使用されており、新鮮で高品質なもののみが出荷されるようになっています。このような判別作業を正しく行うためには、画像情報が必要不可欠なのです。

では、このようなシステムは一体どのようにして開発されているのでしょうか？開発に必要な工程や考慮すべきポイント、考えられる選択肢にはどのようなものがあるのでしょうか？

カメラ、レンズ、照明、コンピューターハードウェアとソフトウェアの選定、画質の評価、各構成機器の設定など、効果的な画像処理システムを構築するにはこれらすべての工程が重要になります。

例えば、リンゴの生産者がリンゴを検査するためのマシンビジョンシステムの開発を依頼したとします。生産者は同じ品質のリンゴを出荷したいと考えているため、品質の悪いリンゴを高速で選別する能力を必要とするでしょう。このような場合には、以下の項目を明確にしておかなければなりません。

• システムの具体的な要件
• 必要な解像度とセンサー
• カラーカメラを使用するか、モノクロカメラを使用するか
• 必要なカメラ機能と求められる画質
• カメラの目となるレンズの性能と倍率
• 使用する照明
• 必要なコンピューターハードウェア
• 必要なソフトウェア

用途に応じて適切なカメラを選ぶにはどうすればいいのでしょうか？センサーサイズや解像度は、検査の要件に基づいて決定しなければなりません。

しかし、まずは解像度の本当の意味を知る必要があります。従来のカメラの場合、解像度とは画像の中で判別可能な2つの実在する点または線の間の距離を指します。

しかし、デジタルカメラの世界では「2メガピクセルの解像度」というような言い方をよくします。これは全く違う意味で、センサー上にあるピクセルの総数を指し、厳密に言うと解像度のことではありません。本当の意味での解像度は、カメラ、レンズ、光学特性（撮影範囲や視野角など）のすべてが定まった後でなければ知ることはできません。ただし、ピクセル数が全く関係ないというわけではなく、解像度を向上させるには多くのピクセルが必要になります。実質的な意味でのピクセル数とは、最適な条件における最高解像度を示したものなのです。

解像度を向上させたい場合や検査範囲を広げたい場合には、非常に多くのピクセル数を持つカメラが必要になります。高解像度で広範囲の検査を行う場合には、複数のカメラを設置する場合もあります。実際のところ、全範囲をカバーできる高価で特殊なレンズを搭載したカメラを1台使用するよりも、標準的なレンズを搭載したカメラを複数台使用するほうが多くの場合でコストを抑えられます。

センサーサイズと視野角は倍率を左右し、後続のレンズ選びで重要になります。

良いカメラとはピクセル数だけで決まるものではありません。画質やカメラ機能についても考慮に入れる必要があります。

デジタルカメラの画質を評価する際には、解像度のほかにも以下の要素が重要になります。

• 光感度
• ダイナミックレンジ
• SN比

カメラ機能については、一般的にフレームレート（fps）で表される速度が最も重要で、これは1秒間当たりに撮影可能な最大フレーム数を示しています。

どのようなハードウェアが必要かは、実際の作業や求められる処理速度によって異なります。

簡単な作業であれば標準的なコンピューターや画像処理パッケージで処理できますが、高速かつ複雑な画像処理作業には専用のハードウェアが必要になる場合もあります。

画像にアクセスするためには、ソフトウェアが必要です。ほとんどのカメラには画像の表示やカメラの設定を行うソフトウェアが付属しており、カメラを使用するには十分ですが、特殊な用途や画像処理作業の場合は、専用のソフトウェアを購入するか、カスタムメイドで開発する必要があります。