光を意識して異常を捕捉しよう 第1話

こんにちは！アダコテックの井上です。
弊社では、製造業向けの異常検知AIソフトウェアを提供しています。

第0話では、井上がもつ光への意識を共有させていただきました。
今回以降は以下のいくつかを含めた記事を書いていこうと考えています！

① 身近にある異常箇所を観察し、捕捉しやすい条件を探してみる。
② ①で捕捉した異常を検知するための画像処理を作ってみる。
③ ライティングにおける豆知識。
④ (番外編) プライベートやお仕事での井上について。

 身近にあるモノを観察してみよう！

それでは、我が家にあるテーブルを観察しようと思います。
(文面だけ見るとやべーやつですね)
画像の真ん中に凹みがあるのですが、見えますか？

このときの光源は室内のシーリングライトとなっています。凹みに対して、シーリングライトの光が上方から照射されているような条件です。ちなみに、撮影した画像の上下に影ができていますが、下側はスマートフォンをもつ私の手の影、上側は机の反対側から覗き込んでいる娘の影です（笑）

シーリングライトからは様々な方向の光が照射されています。内部には光を発しているLED照明があり、それをフタする形で白色のカバーが取り付けられています。このカバーによって、LEDの光が拡散されます。(これを一般には拡散光と言います！) この拡散光によって、室内全体を一様な明るさで照らすことが可能となります。
女優ミラー（鏡にライトがいくつか付いているやつ）も同様で、お顔に向かって拡散光が照射されています。様々な方向から光が照射されるので、お顔の陰影が抑制されて美しい肌を見ることができるのです。
ということは、テーブル上の凹みに対しても光が様々な方向から照射されているので、上記の画像のように凹みが捕捉しにくくなっています。

「それじゃぁ、真横から見たらどうなるの？」

凹みの縁が何となく見えて、先ほどよりは欠陥を捕捉しやすくなりましたね。物体から反射してきた光が、私たちの目（今回はカメラ）に届き、物体の形状や色味を認識することができます。真横から見たときに、凹みの縁の部分と面の部分において、私たちの目に届く反射光の差によって、違和感が生じています。物体からの反射云々に関する内容は、また今度お話しするので、今回は「ふぅーん」くらいの理解でお願いします！

本当にこれで良いのか？

視点を変えれば凹みを捕捉することが確認できました。
しかし、真横から見ると手前側や奥側のピントが合わず、ボケてしまうとい欠点があります。検査対象面の全体に対してピントが合っている状態が異常検知(を自動で行うためのシステム)において好ましい条件です。なので、最初に戻って、凹みを捕捉しやすい条件を構築しましょう。

「凹んでいる！」と思える条件って色々なものがあると思いますが、上で述べた女優ミラーは陰影を抑制する、みたいなことを言いました。
そうです、陰影が生じる条件を作り出してしまえば、わざわざ真横から見なくとも凹みを捕捉することができるのです！
陰影が出ている有名な？凹みといえば、月のクレーターがあります。

地球、月、太陽の距離感やサイズ感は適当ですが、以下のような条件で月が太陽の光で照らされて、クレーターに陰影が生じています。これと同じように、凹みに対して横方向から光を照射するような条件を構築してみましょう。ちなみに、太陽の光は平行光と言われています。これについても、今後どこかでお話ししたいと思います。

ということで、凹みに対して横方向から光を照射してみましょう。もし、お手元に平行な光を出力するような光源があれば、それを配置してみてください。私は太陽の光をそのまま使ってみました！
完全に真横ではないですが、横方向から太陽光（平行光）を照射している条件を構築しました。

この条件で凹みを観察してみると・・・凹み捕捉できました！！

画像の上側から光が照射されているので、凹みの上側の面では影が生じ、下側の面では光がよく当たっています。
今回のような凹みに陰影を生じさせるには、「なるべく平行な光を横方向から照射する」ことがコツとなります。ただし、凹みを捕捉するための手法はこれ以外にもあります！これについても、また今度（笑）

まとめ

凹みを捕捉するためには
・平行光を利用して、横方向から照射しよう。
・拡散光は、陰影を抑制してしまうので不適切・・・かも。（凹みが深いときや材質によっては拡散光でも捕捉できることがあります。）

太陽が見えている日に、自分の影を撮影した画像を貼って今回は終わりにします。平行な光だと、こんなにクッキリと影が出るんです。すごい。

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