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マシンビジョンライティング―画像処理 照明技術―
基礎編 改訂版
マシンビジョンライティング株式会社 増村茂樹 著
定価(本体3,800円+税) A5版 260頁 【2018年7月7日発行(改訂版 第1刷)】
マシンビジョンという言葉が、ここ数年大いにもてはやされている。マシンビジョンシステムとは、今まで人間が機械を繰っていたところを、機械に視覚機能を持たせることによってこれを肩代わりさせ、更に高機能化と高性能化を図るためのシステムである。これは、今まで機械を繰っていた人間が、主に視覚によって得られた情報を中心にしていることから、おおいに期待が持てる分野であることは間違いない。しかし、視覚機能とは、実は目と頭だけで成り立っているものではなく、元々高度な精神活動の一部であって、意志や経験、知識、推測等の中で、視覚情報が有効に機能しているものと考えられる。

したがって、マシンビジョンシステムをどのように機能させるか、そのためにどのような視覚情報に着目し、それをどのようにして正確に抽出するかといったことが、マシンビジョンシステムの成否を大きく左右することになる。その最初の重要なキーを握っているのが、マシンビジョンライティングといわれる、マシンビジョン画像処理用途向けのライティング技術なのである。(著者「はじめに」より)

1. 視覚機能とマシンビジョンとライティング
 1.1   「見える」ということ
 1.1.1  照明技術の変遷
 1.1.2  照明の新分野
 1.2   視覚認識とライティング
 1.2.1  心の機能としての視覚
 1.2.2  カラー処理とマシンビジョン
 1.3   照明とライティング技術
 1.3.1  機械の目のための照明
 1.3.2  機械の目の最適化
 1.4   ビジョンシステムとライティング技術
 1.4.1  ライティングとシステムの性能
 1.4.2  照明と全体のコストバランス
2. ライティング技術概論
 2.1   ライティング技術とFA向けマシンビジョン
 2.1.1  FA向け画像システムの特異性
 2.1.2  FA用途でのライティング技術
 2.2   ライティングの基本方式
 2.2.1  直接光と散乱光
 2.2.2  明視野と暗視野
 2.3   ライティングの諸要件
 2.3.1  適用するアプリケーション
 2.3.2  対象ワーク
 2.3.3  撮像・光学系/動作機構
 2.3.4  その他の条件
 2.4   ライティング技術と照明器具
 2.4.1  ライティング技術への関心
 2.4.2  ライティング技術の分化
3. ライティング技術の要点
 3.1   物体認識のメカニズム
 3.1.1  色の感覚
 3.1.2  色の識別
 3.2   ライティング技術の応用
 3.2.1  明・暗視野の濃淡差の基本
 3.2.2  明・暗視野の濃淡差の制御
 3.3   照射光の平行度
 3.3.1  LED照明の配光特性
 3.3.2  LED照明の照射構造
 3.4   照明法と照射光の平行度
 3.4.1  暗視野における照射光の平行度
 3.4.2  明視野における照射光の平行度
 3.5   透過型照明と平行度の最適化
 3.5.1  透過型照明と照射光の平行度
 3.5.2  平行度の最適化と応用例
 3.6   照射光の波長
 3.6.1  照射波長による分光反射率の差異
 3.6.2  照射波長による散乱率の差異
 3.7   照射波長の最適化
 3.7.1  金属の分光特性による濃淡
 3.7.2  散乱率の差異による濃淡
 3.8   機械のものの見え方
 3.8.1  高輝度LEDスポット照明
 3.8.2  高輝度LED導光型照明
 3.8.3  その他のLED照明
4. ライティングの意味と必要性
 4.1   一般照明とマシンビジョンライティング
 4.1.1  マシンビジョンと照明の関わり
 4.1.2  マシンビジョンライティングの特異性
 4.2   ライティング技術の必要性
 4.2.1  人間の視覚(Human Vision)
 4.2.2  機械の視覚(Machine Vision)
 4.3   FA現場で何が起こっているか
 4.3.1  FA化とライティング技術
 4.3.2  マシンビジョンライティング
 4.4   物体からの明暗情報と視覚
 4.4.1  歌麿とルノアール
 4.4.2  光の変化と物体の明暗
 4.5   人間と機械の視覚機能比較
 3.5.1  立体形状の認識と光の明暗
 3.5.2  光の明暗と情報抽出のライティング
5. 物体認識とライティング
 3.5   光による物体認識について
 5.1.1  光と物体と目の関係
 5.1.2  光による物体認識
 5.2   光の変化と視覚
 5.2.1  光で見えるもの
 5.2.2  光の変化量と視覚情報
 5.3   視覚での物体認識
 5.3.1  光と物体の相互作用
 5.3.2  相互作用の科学
 5.4   光の反射・吸収・透過
 5.4.1  光の波と光の粒子
 5.4.2  分光反射率
 5.5   色の情報の本質
 5.5.1  光の色と物体の色
 5.5.2  光の三原色と色の三原色
 5.6   色の濃淡画像
 5.6.1  白色光と単色光
 5.6.2  光の濃淡
 5.7   ライティングとビジョンシステム
 5.7.1  照明とカスタマイズの必要性
 5.7.2  ライティングの要件とLED照明
 5.8   ライティング設計へのアプローチ
 5.8.1  ライティングシステムの設計
 5.8.2  最適化設計へのアプローチ
6. ライティングの基礎と照明法
 6.1   光の明暗と画像の濃淡
 6.1.1  光の明暗と色
 6.1.2  色と画像の濃淡差
 6.2   画像の濃淡差を求めて
 6.2.1  照射光とコントラスト
 6.2.2  照射光と特徴点の抽出
 6.3   光の明暗の起源
 6.3.1  電磁波の要素と物体認識
 6.3.2  物質界面での反射・散乱
 6.4   直接光と散乱光の光学特性
 6.4.1  直接光と散乱光の伝搬形態
 6.4.2  直接光と散乱光の明暗
 6.5   照明法の原点
 6.5.1  物体界面での光の変化を捉える
 6.5.2  照明法の基礎
 6.6   ライティングの極意
 6.6.1  白い紙を黒く撮像する
 6.6.2  黒い紙を白く撮像する
7. 直接光照明法と散乱光照明法
 7.1   色即是空
 7.1.1  色の濃淡画像と表面状態
 7.1.2  色と映り込みの区別
 7.2   直接光照明と散乱光照明の本質
 7.2.1  直接光照明の特徴
 7.2.2  散乱光照明の特徴
 7.3   反射率と散乱率による濃淡
 7.3.1  明視野と暗視野の明暗
 7.3.2  直接光の分散反射
 7.4   照明法と照射光
 7.4.1  金属と紙の物体光
 7.4.2  明視野の応用
8. ライティングによるS/Nの制御
 8.1   S/N制御の考え方
 8.1.1  ライティング設計の考え方
 8.1.2  均一な照明とは何か
 8.2   S/Nの考え方とマージン
 8.2.1  濃淡の階調
 8.2.2  画像情報とS/N
 8.3   画像情報におけるS/N
 8.3.1  S/Nの決定要因
 8.3.2  画像の濃淡の元なるもの
 8.4   ダイナミックレンジと階調
 8.4.1  ダイナミックレンジと感度特性
 8.4.2  階調のマジック
 8.5   光物性とライティング設計
 8.5.1  ライティング設計の本質
 8.5.2  「光物性」との関わり
 8.6   ライティング設計とS/N制御
 8.6.1  ライティング設計の実際
 8.6.2  S/N制御のための設計要件
 8.7   色とS/N制御
 8.7.1  ヒューマンビジョンにおける色
 8.7.2  色の本当の意味
 8.8   マシンビジョンにおける色
 8.8.1  色と濃淡差
 8.8.2  照射光と濃淡差
 8.9   物体による光の変化と認識
 8.9.1  物体認識と境界面
 8.9.2  境界面での光の変化と濃淡
 8.10   照射光の平行度とS/N
 8.10.1  光の照射方向による濃淡変化
 8.10.2  照射光の平行度が濃淡差を決める
9. 直接光・散乱光による濃淡の最適化
 9.1   ライティングの最適化パラメータ
 9.1.1  最適化条件の元なるもの
 9.1.2  主な最適化パラメータ
 9.2   最適化パラメータとS/N
 9.2.1  照射光と物体界面
 9.2.2  光の変化とS/N
 9.3   反射・散乱のメカニズム
 9.3.1  大きな鏡での反射
 9.3.2  小さな鏡での反射
 9.4   反射・散乱と物体の明るさ
 9.4.1  直接光と散乱光の原点
 9.4.2  再び物体の明るさを考える
 9.5   光の伝搬方向の変化と濃淡
 9.5.1  反射・散乱による濃淡変化
 9.5.2  物体面の傾きによる濃淡変化
 9.6   照射光の平行度と濃淡の最適化
 9.6.1  直接光の濃淡の最適化
 9.6.2  散乱光の濃淡の最適化
10. 物体の濃淡と観察光学系
 10.1   輝度と物体像の明るさ
 10.1.1  輝度と光度の関係
 10.1.2  輝度と物体との距離
 10.2   輝度と物体像の濃淡
 10.2.1  輝度と濃淡
 10.2.2  直接光と散乱光の輝度
 10.3   光と物質空間をつなぐもの
 10.3.1  照度と明るさ
 10.3.2  輝度と明るさ
 10.4   照度と輝度
 10.4.1  結像と明るさ
 10.4.2  照度と輝度の関係
11. 直接光と散乱光の特性
 11.1   照明と物体照度
 11.1.1  照度と物体の明るさ
 11.1.2  照射光束と照度の関係
 11.2   照明と物体輝度
 11.2.1  照射光束と観察光学系との関係
 11.2.2  照明の輝度と物体の輝度
 11.3   物体輝度変化の元なるもの
 11.3.1  物体からの光
 11.3.2  光の粒子性と波動性
 11.4   物体輝度の濃淡変化
 11.4.1  紙と鏡の撮像実験
 11.4.2  紙と鏡の輝度変化
12. 分散直接光の特性
 12.1   梨地面の見え方
 12.1.1  梨地面での光の反射
 12.1.2  梨地面からの反射光分布
 12.2   梨地面の明るさの特性
 12.2.1  光源と梨地面の明るさ
 12.2.2  梨地面での輝度変化メカニズム
 12.3   伝搬方向の変化を捉える
 12.3.1  照射光と観察光学系の関係
 12.3.2  伝搬方向の変化と見かけの明るさ
 12.4   照射光の平行度と観察光
 12.4.1  凹凸面における光の分散反射
 12.4.2  照射光の平行度と凹凸表面
13. 偏光の特性
 13.1   波動としての光の姿
 13.1.1  波の式表現
 13.1.2  電磁波としての光
 13.2   偏光の概念
 13.2.1  偏光を考える意味
 13.2.2  偏光の式表現へのアプローチ
 13.3   偏光の式表現
 13.3.1  直線偏光の式表現
 13.3.2  円偏光の式表現
 13.4   偏光の数式を通した姿
 13.4.1  直線偏光の振動の様子
 13.4.2  円偏光の振動の様子
 13.5   光の波動伝搬と物質
 13.5.1  光学的異方体と光伝搬
 13.5.2  偏光子と直線偏光
 13.6   偏光による物体観察
 13.6.1  偏光の可視化
 13.6.2  偏光と物体の作用
14. 偏光の応用
 14.1   偏光視とは何か
 14.1.1  偏光とハイディンガーブラッシュ
 14.1.2  偏光フィルタによる偏光視
 14.2   偏波面の変化と偏光視
 14.2.1  偏波面の変化のメカニズム
 14.2.2  位相差と偏波面の変化
 14.3   光学活性と偏光視
 14.3.1  旋光現象と光学的異方体
 14.3.2  砂糖水の偏光視
 14.4   旋光特性と濃淡差
 14.4.1  マリュスの法則と濃淡画像
 14.4.2  マリュスの法則と旋光角
 14.5   直接光と散乱光の偏光特性
 14.5.1  直接光の偏光特性
 14.5.2  散乱光の偏光特性
 14.6   直接光と散乱光の選択的分離
 14.6.1  直接光と散乱光の考え方
 14.6.2  偏光による直接光と散乱光の分離
おわりに/初出一覧/索引
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