PDFファイル - 江前敏晴のホームページ

応 用 製 紙 科 学 特 論2009 年 12 月 2 日 、16 日2010 年 1 月 13 日 、20 日 、27 日製 紙 科 学 研 究 室江 前 敏 晴えのまえ としはる講 義 の 進 め 方• 毎 回 、 最 初 の30 分 程 度 は 江 前 が 画 像 処 理 に 関 する 講義 を 行 います。• その 後 は、 各 人 が、• 顕 微 鏡 画 像 など 実 験 ・ 研 究 の 中 で 得 られた 画 像 を 用 意し、どのようにして 撮 影 したかなどの 状 況 を 説 明• その 画 像 からどのようなことを 知 りたいかを 説 明• どのような 画 像 処 理 を 行 ってその 知 りたいことを 測 定 できたか、 又 はできそうかを 説 明講 義 の 進 め 方• 発 表 ・ 討 論 形 式 で 行 う。12/16から 発 表 を 始 める。採 点 は、 出 席 、 発 表 の 有 無 、 質 問 の 回 数 によって 決 定 する。• 発 表 者•12 月 16 日•1 月 13 日•1 月 20 日•1 月 27 日画 像 処 理 の 目 的• 見 やすさ、 美 観 を 目 的 とするフォトレタッチ• 計 測 を 目 的 とする 画 像 解 析• 顕 微 鏡 画 像 などから 定 量 的 な 測 定 データを 得 る 画 像 解 析 法 を 扱 う。カラー・濃 淡 画 像画 像 処 理2 値 化 など 図 形 の 特 徴 抽 出明 るさ 調 整認 識 しやすさ定 量 的 データ定 性 的 データ▲ 原 画 像画 像 解 析 の 例◄2 値 化 画 像 2 値 化 画 像処 理 結 果特 徴ドット# Area Length抽 出1 5612 35358853874 5473 346◄ 明 るさ・コントラストを 調 整 した 画 像( 顕 微 鏡 写 真 からインクジェット 印 字 のドットの 面 積 と 周 囲 長 を 測 定 )235670364画 像 処 理 の 一 般 的 な 方 法• Scion Image Beta 4.02( http://www.scioncorp.com/)• ImageJ (http://rsb.info.nih.gov/ij/)• 粒 子 解 析 のやり 方1

ビットマップファイル(*.bmp)の 構 造• 画 像 ファイル(512 pixel×512pixelのカラー 画像 )の 先 頭 から 順 に1バイトずつ 読 み 込 む42 4D|36 00 0C 00|00 00 00 00|36 00 00 00|28 0000 00|00 02 00 00|00 02 00 00|01 00|18 00|00 0000 00|00 00 0C 00|C4 0E 00 00|C4 0E 00 00|00 0000 00|00 00 00 00|5F83 89|5B82 8A|5B82 8A|5C…ビットマップファイル(*.bmp)の 構 造1 ファイルヘッダ (bmpファイルであることやファイルサイズなどのファイルの 情 報 )バイト 数通 算1311サイズ244データ42 4D36 000C 0036 0000 00意 味このコードを 文 字 に 変 換 すると"BM"ファイルサイズ。バイトごとに 逆 順 にして00 0C 00 36=C0036(16進 数 )を10 進 数 にすると786486バイトとなる。何 バイト 目 からbitmapの 画 像 情 報 が 始 まるか。 同 じく 逆 順 にして36(16 進 数 )を10 進 数 にすると54バイト。54バイト 以 外 もある。2 情 報 ヘッダ ( 画 像 サイズなどの 画 像 情 報 )3 パレットデータ ( 色 の 割 り 付 け、24ビットカラーでは省 略 される)4 画 像 データ ( 実 際 の 各 座 標 の 色 )ビットマップファイル(*.bmp)の 構 造2 情 報 ヘッダ ( 画 像 サイズなどの 画 像 情 報 )バイト 数 データ通 算 サイズ19232935400 00 0C 00意 味15 4 28 00 00 00 画 像 情 報 ヘッダのサイズ、28(16 進 数 )=4044200 02 00 0000 02 00 0018 00画 像 の 横 pixel 数 、200(16 進 数 )=?(いくつか)画 像 の 縦 pixel 数 、200(16 進 数 )=?(いくつか)使 用 色 ビット 数 18(16 進 数 )を10 進 数 にすると24ビット。RGB 各 色 8ビットのカラー。画 像 のバイト 数 。C0000(16 進 数 )を10 進 数 にすると786432バイト。bfOffBits(11バイト 目 からの4バイト)の54バイトを 足すとファイルサイズの786486バイトとなる。3 パレットデータ4 画 像 データ ( 実 際 の 各 座 標 の 色 )ビットマップファイル(*.bmp)の 構 造3 パレットデータ (カラー 画 像 では 省 略 される)4 画 像 データ ( 実 際 の 各 座 標 の 色 )バイト 数通 算5861:786484サイズ3データ?? ?? ??座 標 (511, 0)意 味55 3 5F 83 89 青 輝 度 B 95 / 緑 輝 度 G 131 / 赤 輝 度 R 137座 標 (0, 511 )33:5B 82 8A座 標 (1, 511)5B 82 8A座 標 (2, 511):青 輝 度 B 91 / 緑 輝 度 G 130 / 赤 輝 度 R 138青 輝 度 B 91 / 緑 輝 度 G 130 / 赤 輝 度 R 138青 輝 度 B 91 / 緑 輝 度 G 130 / 赤 輝 度 R 138:画 像 ファイルの 座 標• 左 上 が 原 点• bmpファイルは 上 下 反転 してデータを 格 納• Scion Image Beta 4.02では、Infoウインドウにカーソル 位 置 座 標のRGBの 輝 度 が 表 示される。Y 座 標X 座 標0 1 2 3 4 511012511bmpファイルからの 情 報 取 得• サーモグラフィ( 熱 画 像 法 )• 画 像 の 同 じ 領 域 の 温 度 の 時 間 変 化 を 調 べる▲ 熱 画 像 の 例 ( 塗 工 カラーを 紙 に 塗 布 後 、 熱 風 乾 燥 中の 紙 表 面 の 画 像 )◄ 熱 画 像 用 ビデオカメラ2

mpファイルからの 情 報 取 得• 塗 布 直 後 からの 表 面 の 温 度 変 化炭 酸 カルシウム+SBラテックス+水 溶 性 高 分 子を 水 に 分 散 し、紙 に 塗 布 。ヘアドライヤー 数 本 で乾 燥 させた。Temperature (℃)6055504540353025PVAStarchNoneCMC200 10 20 30 40 50 60Drying time (sec)Fig. Temperature of coating surfaces during drying画 像 の 類 似 性 - 画 像 の 相 関• 画 像 は 各 座 標 の 輝 度 を 要 素 とするベクトル32×32ピクセルの 画 像 では 要 素 が1024 個 ある。f = (129, 128, 128, 129, … , 152, 129, 128, … , 153)129129126125:128128128127126:130128128129128:131129128127128:133............152153画 像 の 類 似 性 - 相 関 係 数• 画 像 間 の 相 関 係 数2つのベクトルの 類 似 性 はθの 大 きさで 決 める。a bθcosθ =a ⋅ba ⋅ b画 像 の 類 似 性 - 相 関 係 数• ピアソンの 相 関 係 数 の 計 算 例 (Scion Imageの 輝 度 のテキスト 出 力 からExcelで 計 算 する)R=0.845画 像 では、 平 均 輝 度 を 差 し 引 いたベクトルで 考 えるとよい。• ピアソンの 相 関 係 数∑∑ f ( x,y) − f ( x,y)R ={( ) × ( g( x,y) − g( x,y))}22∑∑( f ( x,y) − f ( x,y)) × ∑∑( g( x,y) − g( x,y))xxyyxy画 像 の 類 似 性 - 相 関 係 数• 印 刷 前 の 紙 表 面 と 印 刷 後 の 同 じ 位 置 での 紙 表 面 の形 状 ( 三 次 元 的 な 形 状 )のピアソンの 相 関 係 数R=0.88画 像 相 関 法 による 移 動 計 測• 画 像 の 相 関 を 利 用 し、 動 画 のある 画 像 の1 部 分 がその 後 どこに 移 動 したかを 計 測 することが 可 能• パターンマッチング• 類 似 度 は、 正 規 化 内 積 S fg で 判 定∫∫∫∫f ( x,y)g(x,y)dxdyS fg=22f ( x,y)dxdy g(x,y)dxdy∫∫• 又 はピアソンの 相 関 係 数 など3

画 像 相 関 法 による 移 動 計 測画 像 相 関 法 による 移 動 計 測Before tensile deformationUnder tension左 画 像 内 の 赤 枠 のブロックが、 右 画 像 内 のどこに移 動 したかをブロック 画 像 の 類 似 度 から 捜 し 出 すWithout interpolationWith interpolation左 の 原 画 像 の1 pixelを 右 のように10 分 割 して 補間 すると、 移 動 の 距 離 と 方 向 の 分 解 能 が10 倍 向 上画 像 相 関 法 による 移 動 計 測 の 応 用 - 不 織 布 の 引 張 変 形湿 式 ウェブ 形 成 ウェブ 結 合 ( 繊 維 の 交 絡 ) ウェブ 乾 燥WJ 法Water supplyWater jet nozzles0.1 mm1 mmWJ1WJ2High pressurewater supplyNozzle plate anglePress partHemp(マニラ 麻 ) 100 %マニラ 麻 100% hemp100MD_5MDForming partSuctionboxes• 速 度 5.0 m/min• 水 圧 0.98 MPa @ WJ1 及 び WJ2(レーヨン 使 用 時 はもっと 高 い)MD1 mmHemp 100 %time=0Time=0 sHemp 100 %time=1Time=5 sMDMDVectors 5 times actual deformation4

Hemp 100 %time=1Time= 10 sHemp (マニラ 麻 ) 25 % + Rayon 75 %マニラ 麻 25% hemp025MD_1MDMDVectors 5 times actual deformation1 mmHemp 25 % + Rayon 75 %time=0Time=0 sHemp 25 % + Rayon 75 %time=1Time=5 sMDMDVectors 5 times actual deformationHemp 25 % + Rayon 75 %time=1Time= 10 s画 像 相 関 法 による 移 動 計 測MD•この 計 測 のためのソフトウェアは配 布 可 能 ( 無 料 )です。• 希 望 者 は 江 前 敏 晴 までどうぞ。Vectors 5 times actual deformation5

二 次 元 フーリエ 変 換• N X N 画 素 の 大 きさの 画 像 f(x, y) について、フーリエ 変 換 F(k x , k y ) は 次 式で 表 される. なお、 f は 座 標 (x, y)における 輝 度 である.F(k , kx( kxyy=N −1x 1⎧ 2) = ∑= N∑−πf ( x,y)exp⎨−i ( kxx+ ky=0 x=0 ⎩ N= 0,1, L…, N −1ky= 0,1, L…, N −1)y⎫y)⎬⎭y00N-1二 次 元 フーリエ 変 換左 の 画 像 のフーリエ 変 換 (パワースペクトル)が 右 図xN-1N/2-1k0y0 N/2-1-N/2-N/2k x二 次 元 フーリエ 変 換原 点 からスポットまでの 方 向 と 距 離 に 関 係 がある。512k = 6. 10512y 84.67777284.635 2= + 0 35k x0º 方 向二 次 元 フーリエ 変 換スポットの 強 度 は 規 則 性 の 強 さba非 常 に 強 いピーク 次 に 強 いピーク その 次 に 強 いピークa. (15, 12)→129° 方 向 で27ピクセル 間 隔b. (-15, 12)→39° 方 向 で27ピクセル 間 隔c. (3, 27)→174° 方 向 で19ピクセル 間 隔d. (-27, 3)→84° 方 向 で19ピクセル 間 隔cd512スポットに 対 応 した 規 則 性 が 存 在する。二 次 元 フーリエ 変 換ab二 次 元 フーリエ 変 換 の 応 用和 紙 のワイヤーマーク( 簀 の 目 )の 間 隔 を 調 べる(1)acd0 511a. (0, 37)→0° 方 向 で14ピクセル 間 隔 (12.8 本 / 寸 )6

二 次 元 フーリエ 変 換 の 応 用和 紙 のワイヤーマーク( 簀 の 目 )の 間 隔 を 調 べる(2)b二 次 元 フーリエ 変 換 の 応 用 (2)• 紙 の 中 での 繊 維 配 向 ( 繊 維 の 向き)を 調 べる。• 向 きや 流 れが 見 えるすべての 画 像 に 適 用 できる。0 511b. (-1, 56)→90° 方 向 で9ピクセル 間 隔 (19.3 本 / 寸 )二 次 元 フーリエ 変 換 の 応 用 (2)紙 の 中 での 繊 維 配 向 ( 繊 維 の 向 き)を 調 べる。• 実 際 の 計 算 例配 向 角 度 と 配 向 強 度• デジタル 顕 微 鏡 による 紙表 面 の 写 真 撮 影• フーリエ 変 換 画 像 処 理• 繊 維 の 配 向 角 度 と 強 度の 決 定0.5 mm0.5 mm動 的 閾 値 での 二 値 化高 速 フーリエ 変 換(a)(b)(c)紙 表 面 の 光 学 顕 微 鏡 写 真 (a) a), 二 値 化 画 像 (b)及 びパワースペクトル (c)y23…10繊 維 配 向 の 角 度 分 布 の 計 算• 全 放 射 方向 における平 均 振 幅r=0,r=1,r=2,…0 1 2 3 …x90°振 幅平 均 振 幅 の 角 度 分 布 の 計 算θ 0°• 実 際 の 計 算 例配 向 角 度 と 配 向 強 度配 向 角 度 = 短 軸 角 度aαb配 向 強 度 = 長 軸 長 さ / 短 軸 長 さabα7

屈 曲 した 繊 維 モデルの 配 向 図二 次 元 フーリエ 変 換 の 応 用 (2)種 々の 紙 の 表 面 にある 繊 維 の 向 きOrientation intensity= 1.3• 各 繊 維 の 向 きを 計 算 するのではなく、 繊 維 内 の 各セグメントの 長 さと 角 度 に 応 じた 配 向 を 示 す. すラボ 手 すき 紙 コピー 用 紙 手 すき 和 紙 中 質 紙二 次 元 フーリエ 変 換 の 応 用 (2)地 層 の 向 き二 次 元 フーリエ 変 換 の 応 用 (2)板 の 向 きOrientation angle (degree) 9.7Orientation intensity 1.74Orientation angle (degree) 100.5Orientation intensity 1.768