微粒子の明度識別方法
【課題】性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能な明度識別方法を提供する。
【解決手段】不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法において、複数の微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像した画像と、識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を透過光の撮像の場合と同様に設定して微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像した画像と、を所定の方法で対応付けることで、識別対象微粒子群中の各粒子の明度を識別する。
【解決手段】不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法において、複数の微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像した画像と、識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を透過光の撮像の場合と同様に設定して微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像した画像と、を所定の方法で対応付けることで、識別対象微粒子群中の各粒子の明度を識別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不透明な微粒子の明度を識別する微粒子の明度識別方法および明度識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種検体粒子の形状、寸法、品質等を評価する方法として、当該検体粒子を撮像装置により撮像して得られた画像に画像処理を施すことにより、検体粒子の形状、寸法、明度等を測定する方法（粒子画像処理計測）が広く採用されている。
【０００３】
このような粒子画像処理計測においては、同一の測定対象の微粒子群のサンプルを異なる撮像条件で撮像して得られた画像を用いて、個々のサンプルの特性（例えば、粒子の明度）を識別することが頻繁に行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、測定対象の微粒子群の下方から照明を照射し、微粒子群を透過した透過光を用いて撮像された画像を画像処理して得られた粒子画像（透過光画像）を得るとともに、測定対象の微粒子群の上方から照明を照射し、微粒子群で反射した反射光を用いて撮像された画像を画像処理して得られた粒子画像（反射光画像）を得た後に、透過光画像中の粒子画像と反射光画像中の粒子画像を対応付けることで、粒子に関する情報を個々の粒子について統合し、個々の粒子の品質を判定する（粒子の欠けの有無や色味が判定基準）方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８０３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、測定対象の粒子が大きく、かつ、その数も少なく、さらには、各粒子間の性状の均一性も高いので、透過光画像と反射光画像との間での粒子の対応はほぼ自明である。これは、透過光画像と反射光画像のいずれかの画像のみで欠損する粒子はほとんど発生しないので、一方の画像での特定の粒子の位置に対応するもう一方の画像上には、ほぼ常に対応する粒子が１つだけ存在する状態となる。
【０００７】
これに対して、各粒子間の性状の分布の大きな微粒子に対する粒子画像処理計測では、通常は、透過光画像と反射光画像との間で、対応する粒子が存在しなかったり、１つの粒子に複数の粒子が対応付けられたりすることが頻繁に発生し、２つの画像間の粒子が１対１に対応する状況は、例外的にしか生じない。これは、通常の微粒子では、各画像における１つの粒子内の明度の変動が激しいことや、１つの粒子に対応する画素数が少ないので、誤差の影響が大きくなるためである。このため、透過光画像と反射光画像との間で、それぞれの画像における粒子を対応付けるための工夫が必要となり、このような工夫がなければ、個々のサンプルの特性（例えば、粒子の明度）を識別することはできない、という問題があった。
【０００８】
また、このような透過光画像と反射光画像との間での粒子の対応付けの簡易な方法は、これまで提案されていなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能な明度識別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、測定対象を不透明な微粒子群に限定し、透過光を用いて微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを対応付ける新たな手法を提案することにより、測定対象の微粒子群が性状に大きな分布を有する場合であっても、粒子の明度を簡易かつ確実に識別できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｆ０を得た後、前記画像Ｆ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１を生成する第２の工程と、前記画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２を生成する第３の工程と、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３を生成する第４の工程と、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ４とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し、前記画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第５の工程と、前記画像Ｆ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｆ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ６とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し、前記画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第６の工程と、を含む明度識別方法が提供される。
【００１２】
ここで、前記明度識別方法において、前記第５の工程では、前記画像Ｆ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記明度識別方法において、前記第２の工程で、前記特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定してｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を撮像した後、前記画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）をそれぞれ、第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成し、前記第３の工程で、前記画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）を生成し、前記第４の工程で、前記画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）を生成し、前記第５の工程で、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成した後に、前記画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行って画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別するとともに、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての前記特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断し、前記第６の工程で、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった前記画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、黒色と判断してもよい。
【００１４】
また、本発明によれば、不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｄ０を得た後、前記画像Ｄ０を第３の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する第２の工程と、前記画像Ｄ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、当該画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｄ２を生成する第３の工程と、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｄ３を生成する第４の工程と、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｄ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ４とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し、前記画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第５の工程と、前記画像Ｄ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｄ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ６とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し、前記画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第６の工程と、を含む明度識別方法が提供される。
【００１５】
ここで、前記明度識別方法において、前記第５の工程では、前記画像Ｄ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、上述した明度識別方法により前記画像Ｆ５を生成して前記明色粒子を識別するとともに、上述した明度識別方法により前記画像Ｄ５を生成して前記暗色粒子を識別する第１の工程と、前記画像Ｆ５と前記画像Ｄ５とに対して論理積演算を行って画像Ｅ０を生成した後に、前記画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する第２の工程と、前記第１の工程で生成された前記画像Ｂ１と前記画像Ｅ１とに対して論理和演算を行って画像Ｅ２を生成する第３の工程と、前記画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、前記明色粒子と前記暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子として識別する第４の工程と、を含む明度識別方法が提供される。
【００１７】
また、前記明度識別方法において、前記微粒子は、例えば、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを所定の方法により対応付けることにより、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の各煤塵種における着磁性と明度との概略的な関係を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図３】同実施形態に係る画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】同実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】同実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
［本発明の概要および優位性］
本発明は、各種の産業で生成する微粒子の分析装置および分析方法に関するものである。具体的には、本発明は、不透明な微粒子が散布された透明な基板が載置されるステージと、基板に載置された微粒子を撮像する撮像装置と、ステージの下方からステージに向けて所定輝度の光を照射する透過光用照明装置と、ステージの上方からステージに向けて所定輝度の光を照射する反射光用照明装置と、を有し、微粒子の明度を識別する明度識別装置、及び、この明度識別装置を利用して微粒子の明度を識別する明度識別方法である。このような本発明の好適な実施の形態について説明する前に、まず、本発明の基本となる技術思想や本発明の優位性について説明する。
【００２２】
（分析の精度）
＜測定対象＞
本発明では、測定対象を不透明な微粒子（概ね（円相当）直径が１０μｍ以上数百μｍ以下の粒子）に限定することにより、サンプルの作成や測定作業上避けることのできない汚染物質、すなわち、基板上の有色透明の汚れや、写界内だが検査面と離れた位置に存在する汚染粒子を、測定対象の粒子と誤認識する可能性を著しく低下させることができる。特に、微粒子の撮像時に存在する汚染粒子は、化学繊維屑のような半透明の物質が多いので、これらの汚染粒子についても画像処理を施すことにより、測定対象の微粒子の候補から除去することができる。このようなことが可能となるのは、汚染物質は、透明や半透明の物質が多いことから、本発明では、測定対象を不透明な微粒子に限定し、さらに、透過光照明装置によるステージ下方からの照明（透過光）のみで撮像したときに撮像画像中で粒子（透過光粒子）として認識されるのは不透明な粒子のみであり、この粒子を測定対象の真の微粒子と判断できるためである。一方、透明または不透明の汚染物質は、透過光のみで撮像した場合には、汚染物質の撮像画像の明度が背景の明度と同一となり、粒子として認識することはできない。
【００２３】
＜透過光粒子と反射光粒子との対応付け＞
また、本発明では、透過光のみを用いて撮像した画像中で認識される粒子（透過光粒子）と、所定輝度の透過光の他にステージ上方からの照明（反射光）も用いて撮像した画像中で認識される粒子（反射光粒子）とを対応付けるロジックを規定している。従って、測定対象が、大きさや明度等に大きな分布を有する微粒子であっても、透過光粒子から得られる情報（主に、微粒子の形状や寸法等の情報）と、反射光粒子から得られる情報（主に、微粒子の明度の情報）とを組み合わせて、測定対象の微粒子の総合的な特性情報を算出することが可能となる。
【００２４】
このような透過光粒子と反射光粒子との対応付けの具体例としては、以下のようなものが挙げられる。
【００２５】
第１に、透過光粒子としては認識されず、反射光粒子としてのみ認識されるものについては、透明または半透明の物質であると考えられることから、上述したように、汚染物質等として、測定対象の微粒子の候補から除外する。
【００２６】
第２に、複数の反射光粒子に対して１つの透過光粒子が対応付けられる場合には、実際の微粒子の数は１つであり、１つの反射光粒子を除いた残りの反射光粒子は、ハイライト等であると考えられることから、透過光粒子と最も適合性の高い（詳細は後述する。）反射光粒子の代表明度を、測定対象の微粒子の明度として算出する。
【００２７】
第３に、１つの反射光粒子に対して複数の透過光粒子が対応付けられる場合には、実際の微粒子の数は透過光粒子の数と同数であり、全ての微粒子の位置が近く、明度が同程度であることから、反射光粒子としては１つの粒子として認識されているものと考えられる。従って、１つの反射光粒子の代表明度を、全ての透過光粒子に対応する微粒子の明度として算出する。
【００２８】
第４に、反射光粒子としては認識されず、透過光粒子としてのみ認識されるものについては、不透明の物質であると考えられることから、測定対象の微粒子であると判断する。また、反射光粒子として認識されないということは、反射光を用いて撮像した画像中の背景と同程度の明度であったと考えられることから、測定対象の微粒子の明度は所定明度（背景の明度と同程度の明度）であるとして、当該微粒子の明度を算出する。
【００２９】
以上のように、測定対象の微粒子を透過光のみを用いて撮像した画像（透過光画像）を処理することにより、当該微粒子の形状や寸法等に関する情報を得るとともに、測定対象の微粒子を透過光とともに反射光を用いて撮像した画像（反射光画像）を処理することにより、当該微粒子の明度に関する情報を得ることができる。また、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置では、透過光粒子と反射光粒子との対応付けのロジックを規定していることから、透過光画像と反射光画像を用いて画像処理を行うことにより、測定対象の微粒子の総合的な特性情報を算出することができるので、分析（測定）の精度を向上させることができる。
【００３０】
（対応付けの具体的な手法について）
上記のような透過光粒子と反射光粒子との対応付けの手法としては、例えば、透過光画像と反射光画像のそれぞれで粒子のラベリングを行って、個々の粒子（透過光粒子と反射光粒子）の位置と粒子の形状を認識し、認識された透過光粒子と反射光粒子との間で、１粒子ずつ、対応付けされるか否かの妥当性を吟味して（例えば、透過光粒子と反射光粒子との間で粒子の中心位置間の距離や各粒子の大きさの差の大小等を評価して）、各粒子を個別に対応付けるという方法が考えられる。
【００３１】
この対応付けの手法は、透過光粒子と反射光粒子とを確実に対応付けることができる方法であるが、対応付けの際の処理（計算）手順が複雑で任意性も高い。
【００３２】
そこで、本発明者は、簡便かつ自動的に対応付けを実施するために、同一の測定対象の微粒子群のサンプルを異なる撮像条件で撮像して得られた画像群を用いて、個々のサンプルの特性を容易に識別できる手法を検討し、本発明に想到した。
【００３３】
具体的には、本発明では、測定対象の微粒子群からの透過光を利用して撮像した透過光画像と、当該微粒子群からの反射光を利用して撮像した反射光画像とを用いて、単純な演算、例えば、二値化処理、論理演算等のみを組み合わせることによって上記の対応づけを実現する。従って、本発明によれば、複数の画像間で同一粒子の対応づけを行う際に、個々の画像において個別粒子位置を算出して画像間でこれらを照合するといった複雑な処理が不要になる。
【００３４】
一般に、粒子画像処理計測で行われる全演算中で、透過光画像や反射光画像中に存在する粒子の位置や大きさ等の算出、及び、その結果に基づいて行われる各画像間での粒子の照合処理（例えば、透過光画像中の透過光粒子と反射光画像中の反射光粒子との照合処理）で、最も処理の負荷が高くなる。これに対して、本発明では、明色または暗色に識別された粒子のみの画像を得てから、得られた画像に対して、粒子の位置・大きさ等を算出する処理を１回ずつ（明色粒子、暗色粒子（場合によっては、中間色粒子）のそれぞれに対して１回ずつ）実施すればよく、各画像間の粒子位置の照合処理も不要であるので、処理（計算）の効率が高く、分析の生産性も高い。
【００３５】
（製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種の特定への適用）
また、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置は、特に、高炉法に基づく製鉄プラントで発生する降下煤塵の煤塵種を特定する際に有用である。高炉法に基づく製鉄プラントで発生する降下煤塵は、製鉄プラント構内に乗り入れる車両を汚損する等の問題を引き起こすが、このような降下煤塵の煤塵種を特定することができれば、降下煤塵の発生源を特定することができ、降下煤塵の発生を抑制する対策を講じることが可能となる。
【００３６】
ここで、図１を参照しながら、本発明を製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種の特定に適用した場合の利点について説明する。図１は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の各煤塵種における着磁性と明度との概略的な関係を示す説明図である。
【００３７】
一般に、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵は、主に、石炭やコークス等を含む石炭系煤塵、鉄鉱石、焼結鉱、酸化鉄粉等を含む鉄系煤塵、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等を含む高炉スラグ系煤塵、及び、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ等を含む製鋼スラグ系煤塵の４種類の煤塵種に分類される。
【００３８】
これら４種類の煤塵種のうち、通常は、高炉スラグ系煤塵や製鋼スラグ系煤塵は白色系の明度の高い粒子（明色粒子）であり、石炭系煤塵や鉄系煤塵は黒色系の明度の低い粒子（暗色粒子）であることから、低倍率の光学顕微鏡を用いて撮影した画像に画像処理を施し、個々の煤塵粒子の明度の高低を識別することにより、高炉スラグ系煤塵及び製鋼スラグ系煤塵とからなる煤塵種と、石炭系煤塵及び鉄系煤塵からなる煤塵種とに判別することができる。
【００３９】
ただし、このような明色粒子と暗色粒子との分類のみでは、同程度の明度の粒子の判別、例えば、高炉スラグ系煤塵と製鋼スラグ系煤塵との判別をすることができない。すなわち、上記のように、単に撮影画像に画像処理を施して明度の高低のみによる分類では、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の４種の煤塵種（ひいては降下煤塵の発生源）のうちのいずれか１種を特定することまではできない。
【００４０】
そこで、本発明者は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵（以降、「製鉄由来降下煤塵」と称する場合がある。）の煤塵種を特定するために、煤塵粒子の明度の高低のみではなく、着磁性の有無に着目した。その結果、本発明者は、明度の高低と着磁性の有無との組み合わせにより煤塵特性を規定することができ、この煤塵特性に基づいて、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の煤塵種を特定できることを見出した。より詳細には、本発明者は、低倍率の光学顕微鏡撮影画像を単に画像処理しただけでは判別できない製鉄由来降下煤塵の煤塵種を、図１に示すように、明度の高低と着磁性の有無の組み合わせにより、石炭系煤塵、鉄系煤塵、高炉スラグ系煤塵及び製鋼スラグ系煤塵の４種類に判別することができることを見出した。
【００４１】
なお、本発明における着磁性とは、対象とする煤塵粒子に所定の磁力を付与することにより、着磁する（磁性を有するようになり、磁石に吸着される）性質を意味し、本発明では、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵を、磁力の付与により着磁する着磁性降下煤塵と、磁力を付与しても着磁しない非着磁性降下煤塵とに分類し、さらに、この着磁性降下煤塵と非着磁性降下煤塵のそれぞれを、明度の高低により明色粒子と暗色粒子とに分類している。
【００４２】
具体的には、石炭系煤塵は、明度が低く（暗色で）非着磁性の非着磁性暗色粒子、鉄系煤塵は、明度が低く（暗色で）着磁性の着磁性暗色粒子、高炉スラグ系煤塵は、明度が高く（明色で）非着磁性の非着磁性明色粒子、製鋼スラグ系煤塵は、明度が高く（明色で）着磁性の着磁性明色粒子、というように分類することができる。
【００４３】
以上のように、本発明者によって見出された知見によれば、煤塵特性に応じて、製鉄由来降下煤塵の煤塵種を特定することが可能となるが、この際、明度の高低を識別する技術として、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置を適用することができる。
【００４４】
［第１の実施形態］
（明度識別装置）
以上、本発明の概要および先行技術に対する優位性について説明したが、続いて、図２を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置の構成を模式的に示す説明図である。
【００４５】
図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置１００は、不透明な微粒子の明度を識別し、さらには、当該微粒子の位置や大きさ等を測定可能な装置であって、撮影装置１０１と画像処理装置１３０とを主に備える。また、撮影装置１０１は、ステージ１０５と、撮像装置１１０と、反射光用照明装置１２１と、透過光用照明装置１２３と、照明制御装置１２５と、を主に備える。
【００４６】
ここで、本実施形態では、撮影装置１０１を２台用意し、それぞれを、透過光画像の撮像用と反射光画像の撮像用に用いてもよい。この場合、透過光画像撮像用の撮影装置１０１には、反射光用照明装置１２１を設ける必要はなく、反射光画像撮像用の撮影装置１０１には、透過光用照明装置１２３を設ける必要はない。
【００４７】
＜ステージ１０５＞
ステージ１０５は、明度の識別対象である不透明な微粒子Ｐが散布された透明な基板１が載置されるか、あるいは、明度の識別対象の微粒子Ｐが直接散布される透明な平板である。このステージ１０５の材質としては、透明で、ある程度剛性があれば特に限定はされないが、例えば、フロートガラス板や透明アクリル板等を使用することができる。また、粒子測定の操作時に、ステージ１０５が剛性を保持し、かつ、透明性を損なわないようにするという観点から、ステージ１０５の厚みは、１ｍｍ〜１００ｍｍ程度であることが好ましい。
【００４８】
なお、本実施形態では、反射光画像（後述する画像Ｆ０）の背景の明度としては、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度（暗背景）を用いるので、透過光用照明装置１２３からの光を照射して背景の明度を調整しなくてもよい場合があり、この場合には、必ずしも透明なステージ１０５を設ける必要はない。また、同様の理由から、基板１も必ずしも透明でなくてもよい。
【００４９】
＜撮像装置１１０＞
撮像装置１１０は、ステージ１０５の上方、すなわち、ステージ１０５に対して、基板１が載置される面（以下、「基板載置面」とも記載する。）側に設けられ、微粒子Ｐを撮像する。この撮像装置１１０は、例えば、透過光用照明装置１２３から微粒子Ｐに向けて照明を照射した際の微粒子Ｐからの透過光や、反射光用照明装置１２１から微粒子Ｐに向けて照明を照射した際の微粒子Ｐからの反射光を受光し、撮像画像として、透過光画像（後述する画像Ｂ０）及び反射光画像（後述する画像Ｆ０）を生成する。
【００５０】
このような撮像装置１１０としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）式やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）式のディジタルカメラを使用することができる。また、各微粒子Ｐの明度（代表明度）は、各粒子画像の対応する個々のＣＣＤ素子のサイズ内で平均化されるので、カメラの画素数が多いことが微粒子Ｐの明度の測定精度上望ましい。具体的には、測定対象とする微粒子Ｐを少なくとも９画素以上（モノクロカメラ）で撮像できる密度の画素を有する撮像装置１１０を使用することが好ましい。微粒子Ｐの明度を正確に記録する観点からは、モノクロカメラであることが好ましい。撮像装置１１０として単板式カラーカメラ（通常、隣り合うＣＣＤ素子には異なるカラーフィルタが施されている。）を用いる場合には、少なくとも４画素分の明度を用いて補間された明度値（ＣＣＤがベイヤー配列の場合）を測定すべき明度として使用する等の測定精度上の処理が必要であることから、対象とする微粒子Ｐを少なくとも３６画素以上で撮像できる密度の画素を有する撮像装置１１０を使用することが好ましい。また、対象とする粒子の撮像に必要な画素密度を確保するために、必要であれば顕微鏡等のレンズ１１９を介して粒子を拡大して撮像してもよい。なお、本実施形態に係る撮影装置１０１では、ディジタルカメラを用いた撮像が基本であるが、銀塩フィルム式カメラで得られたアナログ画像を市販のディジタイザ等を用いてディジタル化するなどしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態に係る撮像装置１１０は、内部構成として、撮像素子１１１と、透過光画像生成部１１３と、反射光画像生成部１１５とを有する。撮像素子１１１は、例えば、上述したＣＣＤやＣＭＯＳである。
【００５２】
透過光画像生成部１１３は、透過光用照明装置１２３の輝度を０ではない所定輝度とし、かつ、反射光照明装置１２１が設けられている場合には、反射光用照明装置１２１の輝度を０とするように、照明制御装置１２５により制御された状態で微粒子Ｐを撮像して得られる透過光画像（モノクロ画像Ｂ０）を生成する。
【００５３】
反射光画像生成部１１５は、透過光用照明装置１２３が設けられている場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を１または２以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０ではない所定輝度とするように、照明制御装置１２５により制御された状態で微粒子Ｐを撮像して得られる反射光画像（モノクロ画像Ｆ０）を生成する。このとき、明度の識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係および撮像範囲を、モノクロ画像Ｂ０の撮像の際と同様に設定する。
【００５４】
上記のように、照明制御装置１２５により反射光用照明装置１２１および透過光用照明装置１２５を制御する際、透過光画像生成部１１３および反射光画像生成部１１５が、照明制御装置１２５に、所望の透過光用照明装置１２３および反射光用照明装置１２１の設定輝度を指示する信号を送信してもよいし、他の外部機器が照明制御装置１２５に設定輝度を指示する信号を送信してもよいし、照明装置１２５に設けられた入力デバイスをユーザが操作することにより、当該入力デバイスから設定輝度を指示する信号を伝送するようにしてもよい。
【００５５】
特に、本実施形態では、反射光画像生成部１１５は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度となるように、照明制御装置１２５により透過光用照明装置１２３の輝度が設定された状態、あるいは、透過光用照明装置１２３が無い状態で、反射光画像を生成する。
【００５６】
「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」は、例えば、以下のようにして算出することができる。まず、粒子の明度を「明（明度が高い）」と「暗（明度が低い）」とに識別したい測定対象の微粒子Ｐに対する境界反射率を備えた較正サンプル粒子を準備する。次に、反射光用照明装置１２１を所定輝度とし、かつ、透過光用照明装置１２３をＯＦＦ（消灯）とする条件で、あるいは、透過光用照明装置１２３がなく、反射光用照明装置１２１のみを備える撮影装置１０１を用いて、較正サンプル粒子を撮像して得られた画像を画像処理し、較正サンプル粒子に対応する画素領域に含まれる全画素の平均明度を算出する。このようにして算出した較正サンプル粒子の平均明度を、「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」として用いることができる。
【００５７】
上記粒子の明暗を区別するための明度しきい値を算出する際の境界反射率とは、この反射率（境界反射率）よりも高い反射率を有する粒子を明色と判断し、この反射率よりも低い反射率を有する粒子を暗色と判断するための反射率の境界値、すなわち、粒子の明度を明色と暗色とに区分する際の境界となる反射率のことを意味する。ここで、粒子表面における反射率は、照明条件によらない粒子固有の性質である。従って、境界反射率は、測定対象のサンプル（微粒子群）に含まれる微粒子Ｐの種類によって、適宜定めることができる。
【００５８】
また、境界反射率を備えた粒子を準備できない場合には、明色粒子と判断するための基準となる明色較正粒子と、暗色粒子と判断するための基準となる暗色較正粒子とを準備し、それぞれの粒子を撮像して得られた画像を画像処理し、明色較正粒子の平均明度と暗色較正粒子の平均明度をそれぞれ求め、さらに、求められた両者の平均明度の平均値を、粒子の明暗を区別するための明度しきい値として用いてもよい。
【００５９】
さらに、上記の較正サンプル粒子や、明色較正粒子・暗色較正粒子を準備する代わりに、境界反射率を備えた灰色の色見本紙を撮像して得られた画像を画像処理し、撮像画像二含まれる全画素の平均明度を算出し、算出された平均明度を、粒子の明暗を区別するための明度しきい値として用いてもよい。
【００６０】
また、本実施形態に係る明度識別装置では、反射光画像（画像Ｆ０）を撮像する際に、微粒子Ｐからの反射光のうち、特定波長領域の反射光のみのスペクトルを撮像して画像Ｆ０を得る。このときの「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法としては、（１）上記特定波長領域の光のスペクトルを備えた反射光用照明装置１２１を使用する方法、（２）上記特定波長領域の光にのみ反応する撮像素子（ＣＣＤ等）を備えた撮像装置１１０（カメラ）を使用する方法、および、（３）反射光用照明装置１２１として汎用の白色照明を使用し、この照明からの微粒子Ｐからの反射光の光路の途中（例えば、微粒子Ｐが散布された基板１（またはステージ１０５）と撮像素子１１１との間）に、上記特定波長領域の光のみを透過するフィルタを設ける方法などがある。
【００６１】
また、本実施形態において望ましい「特定波長範囲」は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電素子で検出可能なスペクトル範囲であり、例えば、紫外光、可視光、近赤外光、遠赤外光等を用いることができる。また、測定対象粒子での反射光の主波長範囲を予め把握している場合には、検出波長をこの範囲に設定することによって、画像データへの外乱を低減することができる。
【００６２】
なお、撮像装置１１０は、生成した透過光画像および反射光画像のデータを、画像処理装置１３０に伝送する。また、撮影装置１０１が、所定の記憶装置（図示せず。）を備える場合には、撮像装置１１０は、生成した透過光画像（以下、「画像Ｂ０」と記載する場合もある。）および反射光画像（以下、「画像Ｆ０」と記載する場合もある。）のデータを記憶装置に記録してもよい。
【００６３】
＜反射光用照明装置１２１＞
反射光用照明装置１２１は、ステージ１０５の上方、すなわち、ステージ１０５に対して、ステージ１０５の基板載置面側に設けられ、ステージ１０５に向けて所定輝度の光を照射する。この反射光用照明装置１２１としては、例えば、市販の顕微鏡用のリング状照明（ハロゲン電球）、ＬＥＤ照明、蛍光管等を用いることができる。また、適宜、拡散板、偏光フィルタ１０３等を透過して反射光用照明装置１２１から照明してよい。さらに、反射光用照明装置１２１を複数設け、ここの反射光用照明装置１２１を平面配列して、平面照明としてもよい。このような平面照明は、鏡面反射光による画像品質の劣化（ハイライト等）を避けるために有効である。なお、本実施形態に係る明度識別装置１００では、粒子画像の明度測定を行うために、微粒子Ｐの撮像時の照明条件は、撮像面上で常に一定の照度となるように設定することが好ましい。
【００６４】
なお、上述のように、撮影装置１０１を２台用意する場合には、透過光画像撮像用の撮影装置１０１には、反射光用照明装置１２１を設ける必要はない。
【００６５】
＜透過光用照明装置１２３＞
透過光用照明装置１２３は、ステージ１０５の下方、すなわち、ステージ１０５に対して、ステージ１０５の基板載置面と反対側に設けられ、ステージ１０５に向けて所定輝度の光を照射する。この反射光用照明装置１２１としては、例えば、市販のハロゲン電球（単灯式、複数灯式のいずれも可）、ＬＥＤ照明、蛍光管等を用いることができる。また、適宜、拡散板、偏光フィルタ１０３等を透過して透過光用照明装置１２３から照明してよい。さらに、透過光用照明装置１２３を複数設け、ここの透過光用照明装置１２３を平面配列して、平面照明としてもよい。このような平面照明は、鏡面反射光による画像品質の劣化（ハイライト等）を避けるために有効である。なお、本実施形態に係る明度識別装置１００では、粒子画像の明度測定を行うために、微粒子Ｐの撮像時の照明条件は、撮像面上で常に一定の照度となるように設定することが好ましい。
【００６６】
なお、上述のように、撮影装置１０１を２台用意する場合には、反射光画像撮像用の撮影装置１０１には、透過光用照明装置１２３を設ける必要はない。
【００６７】
＜照明制御装置１２５＞
照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１の輝度と透過光用照明装置１２３の輝度とをそれぞれ独立に設定するように、反射光用照明装置１２１及び透過光用照明装置１２３を制御する。この照明制御装置１２５としては、市販のものを使用できる。具体的には、照明制御装置１２５として、例えば、外部信号によって、反射光用照明装置１２１及び透過光用照明装置１２３を独立にＯＮ／ＯＦＦできるものや、さらに、反射光用照明装置１２１及び透過光用照明装置１２３の輝度をそれぞれ独立に変更できるものを使用することができる。
【００６８】
具体的には、照明制御装置１２５は、透過光用照明装置１２３から照射された光が微粒子Ｐを透過した透過光を用いて撮像される場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を０ではない所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０とするように制御する。ここで、撮影装置１０１を２台用意する場合には、透過光画像撮像用の撮影装置１０１には反射光用照明装置１２１は設けられていないため、透過光画像撮像用の撮影装置１０１に設けられる照明制御装置１２５は、透過光用照明装置１２３のみを制御できるものであればよい。
【００６９】
また、照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１から照射された光が微粒子Ｐの表面に反射した反射光を用いて撮像される場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を１または２以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０ではない所定輝度とするように制御する。ここで、撮影装置１０１を２台用意する場合には、反射光画像撮像用の撮影装置１０１には透過光用照明装置１２３は設けられていないため、反射光画像撮像用の撮影装置１０１に設けられる照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１のみを制御できるものであればよい。
【００７０】
以上のように、本実施形態に係る照明制御装置１２５は、撮影装置１０１が２台用意される場合には、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２５のいずれか一方の身を制御できるものであればよいが、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を備える１台の撮影装置１０１により、透過光画像と反射光画像の両方を撮像する場合には、照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を制御できる必要がある。この場合、後述するように、測定対象の微粒子群を２台の撮影装置１０１間で移動させる必要がないので、樹脂等により測定対象の微粒子群の位置を固定する必要がなくなる。
【００７１】
＜画像処理装置１３０＞
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係る画像処理装置１３０の詳細な構成について説明する。図３は、本実施形態に係る画像処理装置１３０の機能構成を示すブロック図である。
【００７２】
画像処理装置１３０は、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを所定の方法により対応付けることにより、明色粒子と暗色粒子とを識別する。
【００７３】
具体的には、図３に示すように、二値化処理部１３１と、刻印処理部１３３と、明色粒子識別部１３５と、暗色粒子識別部１３７と、粒子情報算出部１３９と、を主に有する。
【００７４】
〔二値化処理部１３１〕
二値化処理部１３１は、透過光画像生成部１１３により生成されたモノクロ画像Ｂ０を第１のしきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する。このときの第１のしきい値としては、透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値よりも低い明度のしきい値を用いる。「透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値」としては、例えば、予め透明または半透明の粒子（ガラス微粒子など）を撮像して得られた粒子画像を処理することにより求められた個々の粒子の代表明度のうち、最も低い明度とすればよい。このようにして決定された明度しきい値は、不透明な粒子の透過光画像上での粒子として識別される画素領域の代表明度よりも高い明度となる。
【００７５】
なお、「代表明度」とは、粒子として識別される画素領域全体を代表する明度のことであり、「代表明度」としては、例えば、当該画素領域中の各画素の明度の平均値、各画素の明度の中央値等を用いることができる。また、上記画素領域中に存在する画素の明度の異常値を除去することを目的として、最大明度の画素と最低明度の画素を除いた各画素の明度の平均値を「代表明度」として用いてもよい。さらに、粒子として識別される画素領域の周縁部では、ハイライト等により一般に明度が急変することが多いので、このような画素を除外して、このようなハイライト等の影響を取り除くことを目的として、周縁部の画素を除いた各画素の明度の平均値を「代表明度」として用いてもよい。
【００７６】
また、第１のしきい値の設定方法は、上記のような方法には限られず、透過光を用いた撮像画像中で、不透明な粒子を認識可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。
【００７７】
さらに、撮像装置１１０の視野内の全域で完全に均一な照度を得ることは実際には困難であることから、二値化の前に、記録された画素の明度に、画素の二次元位置の関数である補正値を増減して、画像内での照度のバラツキを補正してもよい。この場合の補正値算出方法としては、例えば、予め散乱光反射率値が知られている灰色のテストピースを本実施形態で使用する撮像装置１１０で撮影しておき、このとき記録された画像での全画素の平均明度値から各画素の明度を減じたものを、各画素での明度補正値として用いることができる。補正値が画素のダイナミックレンジに比べて十分小さければ、この補正方法での誤差は小さくなる。また、この補正値が小さくなるように、撮影面上での照度をできる限り均一にすることが望ましい。
【００７８】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、すなわち、透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【００７９】
また、二値化処理部１３１は、反射光画像生成部１１５により生成されたモノクロ画像Ｆ０を第２のしきい値を用いて二値化した画像Ｆ１’を生成する。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。さらに、二値化処理部１３１は、得られた画像Ｆ１’における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１を生成する。この明度反転処理は、所謂論理否定演算を行うものであり、高明度の画素を真（１）、低明度の画素を偽（０）としたときに、二値化された画像Ｆ１’中の高明度の画素（１）を低明度の画素（０）に変換し、低明度の画素（０）を高明度の画素（１）に変換する処理である。
【００８０】
〔刻印処理部１３３〕
刻印処理部１３３は、まず、二値化処理部１３１により生成された画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｆ２’を生成する。ここで、「明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する」とは、当該暗色（低明度）の画素の一部または全部に対して、上述した明度反転処理を施して明色（高明度）の画素に変換することを意味する。また、本実施形態に係る縮退処理とは、幾何学的な形状を大きく変更しないように、暗色の画素群（暗色のパターン領域）を縮小する処理のことであり、明色化する暗色の画素の選択は、暗色の画素群の幾何学的な形状を大きく変更しないように行われる。例えば、同一粒子として認識された画素群において、外周部の画素を一列分、明色化すればよい。
【００８１】
また、刻印処理部１３３は、上記のようにして得られた画像Ｆ２’に対して、上述した明度反転処理を行って画像Ｆ２を生成する。
【００８２】
さらに、刻印処理部１３３は、二値化処理部１３１により生成された画像Ｂ１と、上記のようにして生成された画像Ｆ２とに対して、論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３を生成する。このときの論理和演算では、高明度の画素を真（１）、低明度の画素を偽（０）として、画像Ｂ１中の画素の明度と画像Ｆ２中の画素の明度とが論理和される。従って、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で高明度（１）である画素の場合、および、画像Ｂ１と画像Ｆ２のいずれか一方で高明度（１）、かつ、他方で低明度（０）である画素の場合には、画像Ｆ３中では高明度（１）の画素となり（「真」同士の論理和および「真」と「偽」の論理和は「真」となる。）、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で低明度（０）である画素の場合にのみ、画像Ｆ３中では低明度（０）の画素となる（「偽」同士の論理和は「偽」となる。）。
【００８３】
なお、後述するように、画像Ｆ３中で刻印が施された透過光粒子は、明度の高い明色粒子に対応するものである。
【００８４】
〔明色粒子識別部１３５〕
明色粒子識別部１３５は、画像Ｆ３中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｆ４’を得た後に、この画像Ｆ４’全体に対して明度反転処理を行って、明色粒子以外の粒子（本実施形態では暗色粒子）に対応する画素群が明色の画素で表された画像Ｆ４を生成する。さらに、明色粒子識別部１３５は、上記のようにして生成された画像Ｆ４と、二値化処理部１３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し、この画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する。
【００８５】
なお、明色粒子識別部１３５は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部１３９に伝送する。
【００８６】
〔暗色粒子識別部１３７〕
暗色粒子識別部１３７は、明色粒子識別部１３５によって生成された画像Ｆ５に対して明度反転処理を行って画像Ｆ６を得る。さらに、暗色粒子識別部１３７は、このようにして生成された画像Ｆ６と、二値化処理部１３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し、この画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する。
【００８７】
なお、暗色粒子識別部１３７は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部１３９に伝送する。
【００８８】
〔粒子情報算出部１３９〕
粒子情報算出部１３９は、明色粒子識別部１３５および暗色粒子識別部１３７から伝送された粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出するとともに、画像Ｆ７中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出する。
【００８９】
より詳細には、粒子情報算出部１３９は、画像Ｆ５および画像Ｆ７中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部１３９は、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐの位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置１３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【００９０】
また、粒子情報算出部１３９は、微粒子Ｐに関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。さらに、粒子情報算出部１３９は、必要に応じて、適宜、粒子の明度ごとに（本実施形態では、暗色粒子と明色粒子のそれぞれについて）、粒度構成率や総体積、暗色粒子と明色粒子との総体積の比率等を算出して記録してもよい。
【００９１】
＜遮光板１２７＞
また、本実施形態に係る明度識別装置１００は、必要に応じて、遮光板１２７をさらに備えていてもよい。遮光板１２７は、例えば、ステージ１０５の下面（基板載置面と反対側）に上端が接し、かつ、透過光用照明装置１２３の周囲を覆うように配置すればよい。また、遮光板１２７の下端は、開放されていてもよく、閉塞されていてもよい。この遮光板１２７の役割は、透過光用照明装置１２３による照明を消灯したときに、透過光用照明装置１２３の周囲からの入光を防止して、ステージ１０５の背面が暗色になるようにすることである。従って、微粒子Ｐの位置、大きさ及び明度等の測定における全作業を暗室内で実施する場合には、遮光板１２７を設ける必要はない。
【００９２】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置１００について詳細に説明したが、続いて、図４および図５を参照しながら、上述した明度識別装置１００を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【００９３】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した明度識別装置１００を用いて、平坦な基板１上またはステージ１０５上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図４に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第６の工程を含む。
【００９４】
＜分析用サンプルの加工＞
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ１０１）。この際、各粒子同士がなるべく接触しないように、散布量を調整し、さらに、適宜、ヘラ等により散布された微粒子Ｐをならす。なお、基板１上に散布する微粒子Ｐの個数は特に限定されない（捕集された降下煤塵を用いる場合にはその全量を分析用サンプルとして加工する必要はない）が、試料のばらつきの影響を評価するためには、少なくとも１００個以上の微粒子Ｐを分析用サンプルとして供用することが好ましい。
【００９５】
また、検体として、製鉄プラント由来の降下煤塵を用いる場合には、降下煤塵は、通常φ１０μｍ以上の粗大な粒子であるので、降下煤塵粒子を散布する際には、降下煤塵粒子の大気中での自由落下を利用することができる。具体的には、例えば、捕集された降下煤塵を匙ですくって基板上に上方から落下させることにより、降下煤塵粒子を基板上に散布することができる。
【００９６】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第６の工程を実施する。
【００９７】
＜第１の工程＞
第１の工程では、撮影装置１０１が、複数の微粒子Ｐからなる識別対象の微粒子群からの透過光を撮像して（電気信号に変換して）モノクロ画像Ｂ０を得る（Ｓ１０３）。ここで、モノクロ画像Ｂ０の撮像条件としては、透過光用照明装置１２３の輝度を０ではない所定輝度とし、かつ、撮影装置１０１に反射光照明装置１２１が設けられている場合には、反射光用照明装置１２１の輝度を０とする。
【００９８】
次いで、画像処理装置１３０の二値化処理部１３１が、この画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化し、図５に示すような画像Ｂ１を生成する（Ｓ１０５：二値化処理）。このときの第１のしきい値としては、透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値よりも低い明度のしきい値を用いる。「透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値」としては、例えば、予め透明または半透明の粒子（ガラス微粒子など）を撮像して得られた粒子画像を処理することにより求められた個々の粒子の代表明度のうち、最も低い明度とすればよい。このようにして決定された明度しきい値は、不透明な粒子の透過光画像上での粒子として識別される画素領域の代表明度よりも高い明度となる。
【００９９】
なお、「代表明度」については、上述した通りであるので詳しい説明を省略する。また、第１のしきい値の設定方法は、上記のような方法には限られず、透過光を用いた撮像画像中で、不透明な粒子を認識可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。
【０１００】
さらに、撮像装置１１０の視野内の全域で完全に均一な照度を得ることは実際には困難であることから、二値化の前に、記録された画素の明度に、画素の二次元位置の関数である補正値を増減して、画像内での照度のバラツキを補正してもよい。この場合の補正値算出方法としては、例えば、予め散乱光反射率値が知られている灰色のテストピースを本実施形態で使用する撮像装置１１０で撮影しておき、このとき記録された画像での全画素の平均明度値から各画素の明度を減じたものを、各画素での明度補正値として用いることができる。補正値が画素のダイナミックレンジに比べて十分小さければ、この補正方法での誤差は小さくなる。また、この補正値が小さくなるように、撮影面上での照度をできる限り均一にすることが望ましい。
【０１０１】
また、二値化処理の際には、適宜、微小な（明度識別対象の微粒子の一般的な大きさよりも小さな）暗色の画素群を除去する等のノイズ除去処理を実施してもよい。
【０１０２】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、例えば、図５に示す透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【０１０３】
＜第２の工程＞
第２の工程では、撮影装置１０１が、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係及び撮像範囲を第１の工程と同様に設定し、かつ、撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、微粒子Ｐからの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のスペクトルのみを撮像してモノクロ画像Ｆ０を得る（Ｓ１０７）。ここで、モノクロ画像Ｆ０の撮像条件としては、撮影装置１０１に透過光用照明装置１２３が設けられている場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を１または２以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０ではない所定輝度とする。
【０１０４】
なお、「粒子の明暗を識別するための明度しきい値」については、上述した通りであるので、詳しい説明を省略する。
【０１０５】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、画像Ｆ０を撮像する際に、微粒子Ｐからの反射光のうち、特定波長領域の反射光のみのスペクトルを撮像して画像Ｆ０を得る。このときの「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法としては、（１）上記特定波長領域の光のスペクトルを備えた反射光用照明装置１２１を使用する方法、（２）上記特定波長領域の光にのみ反応する撮像素子（ＣＣＤ等）を備えた撮像装置１１０（カメラ）を使用する方法、および、（３）反射光用照明装置１２１として汎用の白色照明を使用し、この照明からの微粒子Ｐからの反射光の光路の途中（例えば、微粒子Ｐが散布された基板１（またはステージ１０５）と撮像素子１１１との間）に、上記特定波長領域の光のみを透過するフィルタを設ける方法などがある。
【０１０６】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、撮影装置１０１として、透過光画像撮像用の第１の撮影装置と反射光画像撮像用の第２の撮影装置の２種類を使用する場合には、同一の識別対象の微粒子群を、第１の撮影装置で撮像して画像Ｂ０を得た後に、第２の撮影装置で撮像して画像Ｆ０を得る。この場合、識別対象の微粒子群を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で移動させる必要があることから、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置と画素座標との対応が、第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で一致するように、各撮影装置における撮像条件を設定する。
【０１０７】
このように、微粒子Ｐの位置と画素座標との対応を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で一致させるためには、微粒子Ｐが散布されている基板等における微粒子Ｐの位置が固定されるように、例えば、識別対象の微粒子Ｐを液状の透明な樹脂中に分散させて沈降させた後、樹脂を固化させて各微粒子Ｐ間の位置関係を固定すればよい。このとき、各微粒子Ｐが互いに接触しないように注意する。
【０１０８】
また、撮影装置１０１として、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を備える１種類の装置を使用して、画像Ｂ０と画像Ｆ０の双方を撮像してもよく、この場合には、識別対象の微粒子群を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で移動させる必要はないことから、上記のように、識別対象の微粒子Ｐの位置を樹脂等で固定する必要はない。
【０１０９】
次に、二値化処理部１３１が、画像Ｆ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｆ１’を生成する（Ｓ１０９：二値化処理）。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点や、ノイズ除去処理を実施してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０１１０】
さらに、二値化処理部１３１が、得られた画像Ｆ１’における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行うことにより、図５に示すような画像Ｆ１を生成する（Ｓ１１１：明度反転処理）。図５では、例えば、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐに対応する反射光粒子Ｐ３ｒ、Ｐ４ｒが得られた例を示している。この明度反転処理は、上述したように、論理否定演算を行うものであり、高明度（明色）の画素を真、低明度（暗色）の画素を偽と定義したときに、二値化された画像Ｆ１’中の高明度の画素を低明度の画素に変換し、低明度の画素を高明度の画素に変換する処理である。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ１＝ｎｏｔ Ｆ１’」である。
【０１１１】
なお、画像Ｆ１を生成する際に、画素の明度を反転させるのは、画像Ｂ１（透過光画像を二値化した画像）中の微粒子Ｐに対応する粒子画像の色（暗色）と一致させるためである。
【０１１２】
＜第３の工程＞
第３の工程では、まず、刻印処理部１３３が、上述したようにして生成された画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｆ２’を生成する（Ｓ１１３：縮退処理）。ここで、「明色化」および「縮退処理」については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１１３】
ここで、第３の工程を行う前提として、画像Ｆ１（反射光画像を二値化した画像）における任意の微粒子Ｐに対応する画素群を構成する画素数が、当該微粒子Ｐに対応する画像Ｂ１（透過光画像を二値化した画像）における画素群を構成する画素数以下であることが必要である。これは、主に、（１）反射光用照明装置１２１による照明時には、撮像画像中にハイライトが存在して、微粒子Ｐに対応する有効な画素をその分減じることと、（２）反射光用照明装置１２１による照明時の粒子画像の外縁部は、透過光照明装置１２３による照明時の粒子画像の外縁部よりも明度変化がシャープではないことの２つの理由による。従って、画像Ｆ０を二値化する際の明度しきい値をやや低明度側に設定して、反射光用照明装置１２１による照明時の粒子に対応する画素群の面積を、透過光用照明装置１２３による照明の粒子に対応する画素群の面積よりも大きくならないように設定すべきである。
【０１１４】
以上のような前提から、本実施形態に係る明度識別方法では、後述する画像Ｆ３上で、明色粒子に対応する粒子画像に認識可能な刻印を施すために、反射光用照明装置１２１による照明時の粒子画像に対応する画素群の面積を、当該粒子に対応する透過光照明装置１２３による照明時の粒子画像での画素群の面積よりも確実に小さくするため、画像Ｆ１における粒子画像に対応する暗色の画素群の大きさを縮小する縮退処理を行っている。
【０１１５】
また、刻印処理部１３３が、上記のようにして得られた画像Ｆ２’に対して、明度反転処理を行って図５に示すような画像Ｆ２を生成する（Ｓ１１５：明度反転処理）。図５では、画像Ｆ２上に、反射光粒子Ｐ３ｒ、Ｐ４ｒに対応する刻印Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ（明色の画素）が生成された例を示している。このように、反射光用照明装置１２１による照明時の粒子に対応する画素群の画素を明色化することにより、画像Ｂ１における粒子に対応する暗色の画素群に、認識可能な刻印を施すことができる。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ２＝ｎｏｔ Ｆ２’」である。
【０１１６】
＜第４の工程＞
第４の工程では、刻印処理部１３３が、第１の工程で生成された画像Ｂ１と、上記のようにして生成された画像Ｆ２とに対して、論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群（Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の一部または全部（図５の例では、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）に、明色の画素群による刻印（図５の例では、Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）が施された画像Ｆ３を生成する（Ｓ１１７：刻印処理）。このときの論理和演算では、高明度（明色）の画素を真、低明度（暗色）の画素を偽と定義した場合に、画像Ｂ１中の画素の明度と画像Ｆ２中の画素の明度とが論理和される。従って、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で明色の画素の場合、および、画像Ｂ１と画像Ｆ２のいずれか一方で明色の画素、かつ、他方で暗色の画素の場合には、画像Ｆ３中では明色の画素となり（「真」同士の論理和および「真」と「偽」の論理和は「真」となる。）、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で暗色の画素の場合にのみ、画像Ｆ３中では暗色の画素となる（「偽」同士の論理和は「偽」となる。）。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ３＝Ｆ２ ｏｒ Ｂ１」である。
【０１１７】
ここで、本実施形態においては、反射光画像は、背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い低明度の背景で撮像されているので、画像Ｆ１中における反射光粒子（Ｐ３ｒ、Ｐ４ｒ）は明色粒子に対応するものである。従って、画像Ｆ２における刻印（Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）も明色粒子に対応するものとなるので、画像Ｆ３中で刻印が施された透過光粒子（Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）は、明色粒子に対応するものである。
【０１１８】
以上のように、本実施形態では、縮小させた反射光を用いて撮像された画像中における粒子（本実施形態では明色粒子）に対応する画素群を、この明色粒子に対応する透過光を用いて撮像された画像中の画素群と論理和（ＯＲ）演算することにより、明色粒子に対応する透過光粒子中の画素群の中心部が明色化するため、明色粒子には対応しない粒子（暗色粒子）の画素群から区別できる。このように、暗色の画素群の中心部に明色部（刻印）を形成することは、明色粒子であることの印を暗色の画素群に付与したことになる。
【０１１９】
刻印後の暗色の画素群の形状は、刻印（Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）の部位（画素群）が、透過光粒子（Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の周縁部に達しない場合には、リング状となる。また、刻印（Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）の部位（画素群）が、透過光粒子（Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の周縁部に達する場合には、刻印後の暗色の画素群の形状は、三日月状、棒状等となる。いずれの場合でも、刻印前の暗色の画素群の形状である略円形とは大きく異なる形状となるため、刻印が施された暗色の画素群と、刻印が施されていない暗色の画素群とを区別することができる。
【０１２０】
＜第５の工程＞
第５の工程では、明色粒子識別部１３５が、画像Ｆ３中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｆ４’を得た（Ｓ１１９）後に、この画像Ｆ４’全体に対して明度反転処理を行って画像Ｆ４を生成する（Ｓ１２１）。さらに、明色粒子識別部１３５が、上記のようにして生成された画像Ｆ４と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し（Ｓ１２３）、この画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群（図５のＰ３ｐ、Ｐ４ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する（Ｓ１２５：明色粒子識別処理）。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ５＝（ｎｏｔ Ｆ４’） ｏｒ Ｂ１」である。もし、事前にＦ４’のノイズが除去されている場合には、「Ｆ５＝ｎｏｔ（Ｆ４’ ｘｏｒ Ｂ１）」という論理演算式を利用してもよい。
【０１２１】
ここで、第５の工程のステップＳ１１９では、画像Ｆ３中の暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群（例えば、リング状の形状を有する暗色の画素群）、または、暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群（例えば、三日月状や棒状等の形状を有する暗色の画素群）を、刻印が施された暗色の画素群と判定し、当該画素群に含まれる暗色の画素の全てを明色化する。
【０１２２】
この場合、「暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群」であるか否かの判定の際の「所定数」としては、例えば、当該暗色画素数と同数以上の値を用いることができる。
【０１２３】
また、「色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である」か否かの判定は、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６２１−１９８４で規定されている「真円度」を使用して行うことができる。なお、「真円度」は、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさ、より具体的には、円形形体を２つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心円の間隔が最小となる場合の２円の半径の差で表される。上記の判定の具体的な方法としては、画像Ｆ３上に存在する暗色の画素群のそれぞれについて、当該暗色の画素群に含まれる各画素の画素座標に基づいて真円度を求め、この真円度が大きいもの（例えば、真円度が３以上）のものを、刻印が施された暗色の画素群と判定する。
【０１２４】
また、第５の工程では、必要に応じて、各明色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部１３９が、第５の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ１２７）。
【０１２５】
より詳細には、粒子情報算出部１３９が、画像Ｆ５中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部１３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（明色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置１３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１２６】
また、第５の工程では、粒子情報算出部１３９が、微粒子Ｐ（明色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１２７】
なお、明色粒子のみを識別できればよい場合には、この第５の工程で処理を終了してもよい。
【０１２８】
＜第６の工程＞
第６の工程では、暗色粒子識別部１３７が、第５の工程で得られた画像Ｆ５に対して明度反転処理を行うことにより画像Ｆ６を生成する（Ｓ１２９）。さらに、暗色粒子識別部１３７が、ステップＳ１２９で生成された画像Ｆ６と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し（Ｓ１３１）、この画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群（図５のＰ１ｐ、Ｐ２ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する（Ｓ１３３：暗色粒子識別処理）。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ７＝（ｎｏｔ Ｆ５） ｏｒ Ｂ１、または、「Ｆ７＝ｎｏｔ Ｆ４」である。もし、事前にＦ５のノイズが除去されている場合には、「Ｆ７＝ｎｏｔ（Ｆ５ ｘｏｒ Ｂ１）という論理演算式を利用してもよい。
【０１２９】
また、第６の工程では、必要に応じて、各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部１３９が、第６の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ７中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ１３５）。
【０１３０】
より詳細には、粒子情報算出部１３９が、画像Ｆ７中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部１３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（暗色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置１３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１３１】
また、第６の工程では、粒子情報算出部１３９が、微粒子Ｐ（暗色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１３２】
さらに、第６の工程では、粒子情報算出部１３９が、必要に応じて、適宜、粒子の明度ごとに（本実施形態では、暗色粒子と明色粒子のそれぞれについて）、粒度構成率や総体積、暗色粒子と明色粒子との総体積の比率等を算出して記録してもよい。
【０１３３】
なお、以上説明したような画像処理は、例えば、“ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ”のような市販の画像処理ソフトに標準的に搭載されている粒子画像処理計測機能を利用して実施することができる。
【０１３４】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置１００およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０１３５】
特に、本発明では、反射光粒子に縮退処理を行って粒子画素範囲が対応する透過光粒子範囲内に確実に収まる処置を施すことによって、刻印処理時に透過光粒子範囲からはみ出した反射光粒子画素範囲に起因する画像への外乱を回避できる。また、刻印処理された粒子ではリング状や三日月状といった特徴的な粒子形状に必ずなるため、刻印粒子を画像中の多数の粒子の中から容易に識別できるという利点がある。
【０１３６】
また、本実施形態によれば、反射光用照明装置により識別対象の微粒子Ｐの上方から照明し、この微粒子Ｐからの反射光を用いて微粒子Ｐを撮像した粒子画像に、主に、明度の低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０１３７】
明度の低い外乱の代表例としては、識別対象の微粒子Ｐが散布された基板１が載置されるか、あるいは、微粒子Ｐが直接散布される透明なステージ上の半透明な汚れがある。透明ステージ上には、しばしば油や指紋などの半透明な汚れが存在する場合があり、このような汚れが撮像されることがある。識別対象の微粒子Ｐが主に高明度であり、相対的に低明度の暗色粒子との識別のための明度しきい値を比較的高明度に設定する場合、上方からの照明を用いて撮像した画像のみの粒子の識別では、ステージ上の半透明な汚れを粒子として誤認識する可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、下方からの照明を用いて撮像した画像を二値化して画像処理する際に、このようなステージ上の汚れを粒子の測定の対象から除外するので、ステージ上の汚れを粒子として誤認識することはない。
【０１３８】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０１３９】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した第１の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０１４０】
（明度識別装置）
まず、図６を参照しながら、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。図６は、本実施形態に係る画像処理装置２３０の機能構成を示すブロック図である。
【０１４１】
本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第１の実施形態に係る明度識別装置１００と、反射光画像生成部および画像処理装置の機能が異なる。
【０１４２】
具体的には、本実施形態に係る反射光画像生成部は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が、第１の実施形態とは逆に、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度となるように、照明制御装置により透過光用照明装置の輝度が設定された状態で、反射光画像（モノクロ画像Ｄ０）を生成する。
【０１４３】
また、本実施形態に係る画像処理装置２３０は、二値化処理部２３１と、刻印処理部２３３と、暗色粒子識別部２３５と、明色粒子識別部２３７と、粒子情報算出部２３９と、を主に有する。
【０１４４】
二値化処理部２３１は、反射光画像生成部により生成されたモノクロ画像Ｄ０を第２のしきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０１４５】
ここで、本実施形態では、反射光画像（画像Ｄ０）の背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定しているため、この反射光画像を二値化して得られる画像Ｄ１で粒子として認識される画素群は、暗色の画素群となる。そのため、本実施形態では、第１の実施形態のように、反射光画像を二値化して得られた画像の明暗を反転する明度反転処理は必要ない。
【０１４６】
刻印処理部２３３の機能は、第１の実施形態に係る刻印処理部１３３の機能と同様であるが、第１の実施形態の場合と異なるのは、刻印が付された透過光粒子が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも明度の低い暗色粒子に対応するという点である。従って、本実施形態の粒子明度の識別においては、第１の実施形態と異なり、初めに暗色粒子が識別された後に、明色粒子が識別される。
【０１４７】
具体的には、暗色粒子識別部２３５は、刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）した後に、明度反転処理を行って暗色粒子以外の粒子（本実施形態では明色粒子）に対応する画素群が明色の画素で表された画像Ｄ４を生成する。さらに、暗色粒子識別部２３５は、上記のようにして生成された画像Ｄ４と、二値化処理部２３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し、この画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する。
【０１４８】
なお、暗色粒子識別部２３５は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部２３９に伝送する。
【０１４９】
また、明色粒子識別部２３７は、暗色粒子識別部２３５によって生成された画像Ｄ５に対して明度反転処理を行って画像Ｄ６を得る。さらに、明色粒子識別部２３７は、このようにして生成された画像Ｄ６と、二値化処理部２３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し、この画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する。
【０１５０】
なお、明色粒子識別部２３７は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部２３９に伝送する。
【０１５１】
粒子情報算出部２３９は、第１の実施形態に係る粒子情報算出部１３９と同様にして、暗色粒子識別部２３５および明色粒子識別部２３７から伝送された粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｄ５中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出するとともに、画像Ｄ７中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出する。
【０１５２】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明したが、続いて、図７および図８を参照しながら、上述した明度識別装置を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図７は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図８は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【０１５３】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した本実施形態に係る明度識別装置を用いて、平坦な基板上またはステージ上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図７に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第６の工程を含む。
【０１５４】
＜分析用サンプルの加工＞
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ２０１）。微粒子Ｐの散布方法の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【０１５５】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第６の工程を実施する。
【０１５６】
＜第１の工程＞
第１の工程では、第１の実施形態と同様にして、撮影装置１０１が、複数の微粒子Ｐからなる識別対象の微粒子群からの透過光を撮像して（電気信号に変換して）モノクロ画像Ｂ０を得た（Ｓ２０３）後に、画像処理装置２３０の二値化処理部２３１が、この画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化し、図８に示すような画像Ｂ１を生成する（Ｓ２０５：二値化処理）。
【０１５７】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、例えば、図８に示す透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【０１５８】
＜第２の工程＞
第２の工程では、撮影装置１０１が、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係及び撮像範囲を第１の工程と同様に設定し、かつ、撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定する条件で、微粒子Ｐからの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のスペクトルのみを撮像してモノクロ画像Ｄ０を得る（Ｓ２０７）。ここで、モノクロ画像Ｄ０の撮像条件は、第１の実施形態に係るモノクロ画像Ｆ０の撮像条件と同様であり、「粒子の明暗を識別するための明度しきい値」については、上述した通りであるので、詳しい説明を省略する。
【０１５９】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、画像Ｄ０を撮像する際に、微粒子Ｐからの反射光のうち、特定波長領域の反射光のみのスペクトルを撮像して画像Ｄ０を得る。このときの「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法としても、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１６０】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、撮影装置１０１として、透過光画像撮像用の第１の撮影装置と反射光画像撮像用の第２の撮影装置の２種類を使用する場合には、同一の識別対象の微粒子群を、第１の撮影装置で撮像して画像Ｂ０を得た後に、第２の撮影装置で撮像して画像Ｄ０を得る。この場合、識別対象の微粒子群を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で移動させる必要があることから、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置と画素座標との対応が、第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で一致するように、各撮影装置における撮像条件を設定する点や、微粒子Ｐの位置と画素座標との対応を一致させるための方法、撮影装置１０１として、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を備える１種類の装置を使用する場合等についても、第１の実施形態と同様である。
【０１６１】
次に、二値化処理部２３１が、画像Ｄ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する（Ｓ２０９：二値化処理）。このときの第２のしきい値を設定する方法や、二値化の前に画像内での照度のバラツキを補正してもよい点や、ノイズ除去処理を実施してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０１６２】
なお、本実施形態では、ステップＳ２０９の処理によって、微粒子Ｐに対応する画素群（図５の例では、透過光粒子Ｐ２ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒが存在する画素領域）として、微粒子Ｐに対応する粒子画像の色が既に暗色となっているため、第１の実施形態におけるステップＳ１１１に対応する処理は必要ない。
【０１６３】
＜第３の工程＞
第３の工程では、まず、刻印処理部２３３が、上述したようにして生成された画像Ｄ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｄ２’を生成する（Ｓ２１３：縮退処理）。ここで、「明色化」および「縮退処理」については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１６４】
また、刻印処理部２３３が、上記のようにして得られた画像Ｄ２’に対して、明度反転処理を行って図８に示すような画像Ｄ２を生成する（Ｓ２１５：明度反転処理）。図８では、画像Ｄ２上に、反射光粒子Ｐ２ｒに対応する刻印Ｐ２ｍ（明色の画素）が生成された例を示している。
【０１６５】
＜第４の工程＞
第４の工程では、刻印処理部２３３が、第１の工程で生成された画像Ｂ１と、上記のようにして生成された画像Ｄ２とに対して、論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群（Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の一部または全部（図８の例では、Ｐ２ｐ）に、明色の画素群による刻印（図８の例では、Ｐ２ｍ）が施された画像Ｄ３を生成する（Ｓ２１７：刻印処理）。
【０１６６】
ここで、本実施形態においては、反射光画像は、背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い低明度の背景で撮像されているので、画像Ｄ１中における反射光粒子（Ｐ２ｒ）は暗色粒子に対応するものである。従って、画像Ｄ２における刻印（Ｐ２ｍ）も明色粒子に対応するものとなるので、画像Ｄ３中で刻印が施された透過光粒子（Ｐ２ｐ）は、明色粒子に対応するものである。
【０１６７】
以上のように、本実施形態では、縮小させた反射光を用いて撮像された画像中における粒子（本実施形態では暗色粒子）に対応する画素群を、この暗色粒子に対応する透過光を用いて撮像された画像中の画素群と論理和（ＯＲ）演算することにより、暗色粒子に対応する透過光粒子中の画素群の中心部が明色化するため、暗色粒子には対応しない粒子（明色粒子）の画素群から区別できる。このように、暗色の画素群の中心部に明色部（刻印）を形成することは、暗色粒子であることの印を暗色の画素群に付与したことになる。
【０１６８】
＜第５の工程＞
第５の工程では、暗色粒子識別部２３５が、画像Ｄ３中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｄ４’を得た（Ｓ２１９）後に、この画像Ｄ４’全体に対して明度反転処理を行って画像Ｄ４を生成する（Ｓ２２１）。さらに、暗色粒子識別部２３５が、上記のようにして生成された画像Ｄ４と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し（Ｓ２２３）、この画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群（図８のＰ２ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する（Ｓ２２５：暗色粒子識別処理）。
【０１６９】
ここで、第５の工程のステップＳ２１９における刻印が施された暗色の画素群の判定は、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１７０】
また、第５の工程では、必要に応じて、各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部２３９が、第５の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｄ５中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ２２７）。
【０１７１】
より詳細には、粒子情報算出部２３９が、画像Ｄ５中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部２３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（暗色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置２３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１７２】
また、第５の工程では、粒子情報算出部２３９が、微粒子Ｐ（暗色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１７３】
なお、暗色粒子のみを識別できればよい場合には、この第５の工程で処理を終了してもよい。
【０１７４】
＜第６の工程＞
第６の工程では、明色粒子識別部２３７が、第５の工程で得られた画像Ｄ５に対して明度反転処理を行うことにより画像Ｄ６を生成する（Ｓ２２９）。さらに、明色粒子識別部２３７が、ステップＳ２２９で生成された画像Ｄ６と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し（Ｓ２３１）、この画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群（図８のＰ１ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する（Ｓ２３３：明色粒子識別処理）。
【０１７５】
また、第６の工程では、必要に応じて、各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部２３９が、第６の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｄ７中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ２３５）。
【０１７６】
より詳細には、粒子情報算出部２３９が、画像Ｄ７中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部２３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（明色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置２３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１７７】
また、第６の工程では、粒子情報算出部２３９が、微粒子Ｐ（明色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１７８】
さらに、第６の工程では、粒子情報算出部２３９が、必要に応じて、適宜、粒子の明度ごとに（本実施形態では、暗色粒子と明色粒子のそれぞれについて）、粒度構成率や総体積、暗色粒子と明色粒子との総体積の比率等を算出して記録してもよい。
【０１７９】
なお、以上説明したような画像処理は、例えば、“ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ”のような市販の画像処理ソフトに標準的に搭載されている粒子画像処理計測機能を利用して実施することができる。
【０１８０】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０１８１】
また、本実施形態によれば、反射光照明装置１２１により微粒子Ｐの上方から照明し、この微粒子Ｐからの反射光を用いて微粒子Ｐを撮像した粒子画像に、主に、明度の高い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０１８２】
明度の高い外乱の第１の代表例としては、上方からの照明（反射光照明装置１２１からの照明）の鏡面反射によるハイライトがある。このようなハイライトが存在する粒子画像中で、微粒子Ｐに対応する画素数に占めるハイライト部分の画素数の割合は、一般に、１０％以上５０％未満である。上方からの照明（反射光）を用いて撮像した画像のみを用いて微粒子の明度を判断する場合には、本来、明度の低い暗色の粒子であっても、ハイライト部分での明度が高いので、この暗色の粒子を明色粒子と誤認識する可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、ハイライト部分が存在しても、粒子の暗色部分のみで粒子本来の明度を判断できる。さらに、粒子の面積を下方からの照明（透過光）を用いて撮像した画像から算出しているので、上方からの照明（反射光）を用いて撮像した画像において、暗色粒子がハイライト部分の欠けた形状として粒子として認識されることによる粒子の面積の測定誤差は生じない。
【０１８３】
また、上記と同様の理由で、本実施形態によれば、粒子以外の鏡面反射（例えば、ステージ表面からの鏡面反射）による撮像物も粒子として誤認識されることはない。
【０１８４】
また、明度の高い外乱の第２の代表例としては、焦点距離範囲外に存在する識別対象外の粒子（例えば、顕微鏡レンズの汚れ）がある。ステージ１０５上に存在しない識別対象外の粒子（例えば、汚れ）であっても、撮像範囲内に存在すれば画像として記録される場合がある。このような粒子は、撮像手段（カメラ）の焦点があっていないので、ピンボケして全体が大きく、かつ、やや高い明度の画素として記録される。これは、上方からの照明（反射光）を用いて撮像した画像でも、下方からの照明（透過光）を用いて撮像した画像でも同様である。上方からの照明を用いて撮像した画像のみで、このような粒子の明度を判断した場合、単に明度の低い粒子なのか、識別対象外の粒子なのかを判断することができない。これに対して、本実施形態では、下方からの照明を用いて撮像した画像を二値化して画像処理を行う際に、このようなピンボケによる高明度の粒子を、粒子の測定の対象から除外するので（ピントの合った粒子の下方からの照明を用いて撮像した画像では、粒子に対応する画素領域は、常に所定値以下の低明度となる。）、識別対象外の粒子を誤認識することはない。
【０１８５】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０１８６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した第１の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０１８７】
（明度識別装置）
まず、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第１の実施形態に係る明度識別装置１００と、反射光画像の撮像条件および画像処理装置の機能が異なる。
【０１８８】
具体的には、本実施形態では、反射光画像を撮像する際に、撮像に用いる反射光の波長領域（特定波長領域）を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定し、本実施形態に係る反射光画像生成部は、それぞれの特定波長範囲において撮像されたｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を生成する。
【０１８９】
ここで、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定する方法としては、例えば、複数種類の異なる色フィルタ（赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ等）を用意し、それぞれの色フィルタを撮像装置（カメラ）に装着した状態で、識別対象の微粒子群を撮像する方法等が考えられるが、この方法以外でも、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定することができる方法であれば、任意の方法を利用することができる。例えば、撮像素子自体を異なる波長領域の光を受光可能な撮像素子に交換したり、反射光用照明装置を異なる波長領域の光を照射可能な照明装置に交換したりすることによっても、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定することができる。
【０１９０】
また、本実施形態に係る画像処理装置は、第１の実施形態に係る画像処理装置１３０と同様に、二値化処理部と、刻印処理部と、明色粒子識別部と、暗色粒子識別部とを有するが、これらの機能構成による具体的な処理の内容は、第１の実施形態の場合と若干異なる。
【０１９１】
本実施形態に係る二値化処理部は、反射光画像生成部により生成されたｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）のそれぞれを、第２のしきい値を用いて二値化したｎ個の画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）を生成する。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。さらに、二値化処理部は、得られた画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行うことにより、ｎ個の画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成する。
【０１９２】
本実施形態に係る刻印処理部の機能は、第１の実施形態に係る刻印処理部１３３の機能と同様であるが、第１の実施形態の場合と異なるのは、透過光粒子に刻印が付された画像を、Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）のｎ個生成するという点である。従って、本実施形態では、後述する明色粒子の識別は、これらのｎ個の画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）に対して、それぞれ行われる。
【０１９３】
本実施形態に係る明色粒子識別部は、第１の実施形態に係る明色粒子識別部１３５と同様にして、ｎ個の画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成した後に、当該画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、透過光画像生成部により生成された画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、ｎ個の画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し、これらの画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて連続して位置する暗色の画素群を明色粒子として識別する。さらに、本実施形態に係る明色粒子識別部は、ｎ個の画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断する。
【０１９４】
例えば、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定する方法として、複数種類の異なる色フィルタ（赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ）を使用したとすると、赤色フィルタを使用して撮像した場合に明色粒子として識別された微粒子が、青色フィルタを使用して撮像した場合にも明色粒子として識別された場合には、本実施形態に係る明色粒子識別部は、当該微粒子の色を、赤色フィルタを透過した反射光のスペクトルと、青色フィルタを透過した反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相であると判断する。
【０１９５】
また、本実施形態に係る暗色粒子識別部は、ｎ個の画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する微粒子Ｐの色を、黒色と判断する。
【０１９６】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明したが、続いて、図９および図１０を参照しながら、上述した明度識別装置を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図９は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図１０は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【０１９７】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した本実施形態に係る明度識別装置を用いて、平坦な基板上またはステージ上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図９に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第６の工程を含む。
【０１９８】
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ３０１）。微粒子Ｐの散布方法の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【０１９９】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第６の工程を実施する。
【０２００】
＜第１の工程＞
第１の工程では、第１の実施形態と同様にして、撮影装置１０１が、複数の微粒子Ｐからなる識別対象の微粒子群からの透過光を撮像して（電気信号に変換して）モノクロ画像Ｂ０を得た（Ｓ３０３）後に、画像処理装置の二値化処理部が、この画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化し、図１０に示すような画像Ｂ１を生成する（Ｓ３０５：二値化処理）。
【０２０１】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、例えば、図１０に示す透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【０２０２】
＜第２の工程＞
第２の工程では、撮影装置１０１が、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係及び撮像範囲を第１の工程と同様に設定し、かつ、撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、微粒子Ｐからの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のスペクトルのみを撮像してモノクロ画像を得る。この際、本実施形態では、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定してｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を撮像する（Ｓ３０７）。ここで、モノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）の撮像条件としては、特定波長領域を複数設定する以外は、第１の実施形態と同様である。
【０２０３】
ここで、「粒子の明暗を識別するための明度しきい値」や、「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法等、さらには、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定する方法については、上述した通りであるので、詳しい説明を省略する。なお、図１０には、特定波長領域を異なる３種（ｎ＝３）の範囲に設定した例を示しており、この設定方法としては、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの３種のフィルタを交換して用いる方法を採用し、これら３種のフィルタを用いて同一の識別対象微粒子群を撮影した例を示している。また、図１０の例では、画像Ｆ０（１）を赤色フィルタを用いて撮像した画像（以下、「赤色フィルタ画像」とも記載する。）、画像Ｆ０（２）を緑色フィルタを用いて撮像した画像（以下、「緑色フィルタ画像」とも記載する。）、画像Ｆ０（３）を青色フィルタを用いて撮像した画像（以下、「青色フィルタ画像」とも記載する。）とする。
【０２０４】
次に、本実施形態に係る二値化処理部が、画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）を生成する（Ｓ３０９：二値化処理）。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点や、ノイズ除去処理を実施してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０２０５】
さらに、二値化処理部が、得られた画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行うことにより、図１０に示すような画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成する（Ｓ３１１：明度反転処理）。図１０には、ｎ＝３の場合の例を示しており、画像Ｆ１（１）では、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ２ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒが得られ、画像Ｆ１（２）では、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒ、Ｐ３ｒが得られ、画像Ｆ１（３）では、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ２ｐ、Ｐ４ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒ、Ｐ４ｒが得られた例を示している。
【０２０６】
＜第３の工程＞
第３の工程では、まず、本実施形態に係る刻印処理部が、上述したようにして生成された画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｆ２’（１）〜Ｆ２’（ｎ）を生成する（Ｓ３１３：縮退処理）。ここで、「明色化」および「縮退処理」については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０２０７】
また、刻印処理部が、上記のようにして得られた画像Ｆ２’（１）〜Ｆ２’（ｎ）に対して、明度反転処理を行って画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）を生成する（Ｓ３１５：明度反転処理）。
【０２０８】
＜第４の工程＞
第４の工程では、本実施形態に係る刻印処理部が、上記のようにして生成された画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）のそれぞれに対して、第１の工程で生成された画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群（Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）を生成する（Ｓ３１７：刻印処理）。
【０２０９】
ここで、本実施形態においては、反射光画像は、背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い低明度の背景で撮像されているので、画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）中における反射光粒子は明色粒子に対応するものである。従って、画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）における刻印も明色粒子に対応するものとなるので、画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）中で刻印が施された透過光粒子は、それぞれ、明色粒子に対応するものである。
【０２１０】
以上のように、本実施形態では、縮小させた反射光を用いて撮像された画像中における粒子（本実施形態では明色粒子）に対応する画素群を、この明色粒子に対応する透過光を用いて撮像された画像中の画素群と論理和（ＯＲ）演算することにより、明色粒子に対応する透過光粒子中の画素群の中心部が明色化するため、明色粒子には対応しない粒子（暗色粒子）の画素群から区別できる。このように、暗色の画素群の中心部に明色部（刻印）を形成することは、明色粒子であることの印を暗色の画素群に付与したことになる。
【０２１１】
＜第５の工程＞
第５の工程では、本実施形態に係る明色粒子識別部が、画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｆ４’（１）〜Ｆ４’（ｎ）を得た（Ｓ３１９）後に、この画像Ｆ４’（１）〜Ｆ４’（ｎ）全体に対して明度反転処理を行うことにより、図１０に示すような画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成する（Ｓ３２１）。また、明色粒子識別部が、上記のようにして生成された画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、第１の工程で生成された画像Ｂ１と論理和演算を行って画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し（Ｓ３２３）、この画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する（Ｓ３２５：明色粒子識別処理）。さらに、本実施形態に係る明色粒子識別部は、画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断する（Ｓ３２７）。
【０２１２】
ここで、第５の工程のステップＳ３１９における刻印が施された暗色の画素群の判定は、第１の実施形態の場合と同様である。
【０２１３】
ここで、Ｆ５（ｉ）は単なる二値化画像であり、二値化に用いる２色は、どのような組み合わせであってもよい。そこで、本実施形態では、撮像時の色フィルタとの対応を考慮して、この２色を、Ｆ５（１）に関しては白−赤、Ｆ５（２）に関しては白−緑、Ｆ５（３）に関しては白−青、と、それぞれ定義した。ここで、白色はいずれも明色に対応する。このように色相別に定義された二値化画像を、それぞれＦ５’（１）、Ｆ５’（２）、Ｆ５’（３）と定義する。
【０２１４】
また、第５の工程では、必要に応じて、各明色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を、その色ごとに分類して求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第５の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）中の粒子画像の位置および大きさを、各微粒子の色ごとの位置および大きさとして算出する（Ｓ３２９）。
【０２１５】
＜第６の工程＞
第６の工程では、本実施形態に係る暗色粒子識別部が、上記第５の工程で、画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する微粒子の色を、黒色と判断する（Ｓ３３１）。
【０２１６】
より詳細には、全てのＦ５’（ｉ）を加色混合して、色相情報を有した画像Ｃ５を得る。このＣ５にカラー画像処理計測を施して粒子を識別し、各粒子の大きさと色相を認識する。次に、彩度を有した有色部を暗色に定義し白色を明色に定義した上でＣ５を二値化処理して、二値化画像Ｃ５’を得る。さらに、Ｃ５’とＢ１の排他的論理和演算を行って画像Ｆ６を得、これを反転した画像Ｆ７を用いて粒子画像処理計測を行うことにより黒色粒子を識別し、その大きさを求める。
【０２１７】
また、第６の工程では、必要に応じて、黒色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第６の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、上記のようにして生成された画像Ｆ７中の粒子画像の位置および大きさを黒色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ３３３）。
【０２１８】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０２１９】
本実施形態によれば、反射光粒子画像を用いて識別対象粒子を色相別に分類することができるとともに、透過光粒子画像を用いて個々の粒子の大きさや形状の情報を高精度で求めることができる。また、反射光粒子画像と透過光粒子画像を組み合わせて画像処理することによって、画像中の汚れといった外乱を粒子と誤認識する確立を低減できる。さらに、モノクロカメラを用いるため、単板式カラーＣＣＤカメラ等を使用した場合に比べて、粒子認識できる画素分解能が高く、より小径な粒子をより高精度に画像処理計測することができる。
【０２２０】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０２２１】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した第１の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０２２２】
（明度識別装置）
まず、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第１の実施形態に係る明度識別装置１００と、反射光画像生成部の機能および画像処理装置１３０の機能が異なる。
【０２２３】
本実施形態に係る反射光画像生成部は、上述した第１の実施形態に係る反射光画像生成部１１５と第２の実施形態に係る反射光画像生成部の双方の機能を有している。すなわち、本実施形態に係る反射光画像生成部は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定された状態で、反射光画像を生成するとともに、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定された状態で、反射光画像を生成する。
【０２２４】
また、本実施形態に係る画像処理装置は、第１の実施形態に係る画像処理装置１３０と第２の実施形態に実施形態に係る画像処理装置２３０の双方の機能を有する他に、明色粒子と暗色粒子との中間の明度を有する中間色粒子を識別する中間色粒子識別部を有する。
【０２２５】
この中間色粒子識別部は、明色粒子識別部により生成された画像Ｆ５と、暗色粒子識別部により生成された画像Ｄ５とに対して、論理積演算を行うことにより画像Ｅ０を生成した後に、この画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する。
【０２２６】
ここで、画像Ｆ５と画像Ｄ５との論理積演算は、高明度（明色）の画素を真、低明度（暗色）の画素を偽と定義した場合に、画像Ｆ５中の画素の明度と画像Ｄ５中の画素の明度とが論理積される。従って、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で明色の画素の場合にのみ画像Ｅ０中で明色の画素となり、画像Ｆ５と画像Ｄ５のいずれか一方で明色の画素、かつ、他方で暗色の画素の場合、および、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で暗色の画素の場合には、画像Ｅ０中では暗色の画素となる（「真」同士の論理積は「真」となり、「真」と「偽」の論理積、および、「偽」同士の論理積は「偽」となる。）。
【０２２７】
次いで、中間色粒子識別部は、上記のようにして生成した画像Ｅ１と、本実施形態に係る二値化処理部により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行ってＥ２を生成する。ここで、画像Ｅ０中において連続して位置する暗色の画素群は、明色粒子または暗色粒子に対応するものである。従って、この画像Ｅ０を明度反転した画像Ｅ１と、識別対象の全ての微粒子に対応する暗色の画素群を含む画像Ｂ１とを論理和した画像Ｅ２には、明色粒子と暗色粒子のいずれにも識別されない微粒子に対応する暗色の画素群のみが残ることとなる。
【０２２８】
そこで、本実施形態では、画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、明色粒子と暗色粒子のいずれにも識別されない微粒子、すなわち、明色粒子と暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子に対応するものとして識別することとし、個の識別を中間色粒子識別が行っている。
【０２２９】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明したが、続いて、図１１および図１２を参照しながら、上述した明度識別装置を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図１１は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図１２は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【０２３０】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した本実施形態に係る明度識別装置を用いて、平坦な基板上またはステージ上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図１１に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第４の工程を含む。
【０２３１】
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ４０１）。微粒子Ｐの散布方法の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【０２３２】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第４の工程を実施する。
【０２３３】
＜第１の工程＞
第１の工程では、上述した第１の実施形態に係る明度識別方法と同様にして、画像Ｂ０および画像Ｆ５を生成して明色粒子を識別する（Ｓ４０３）。また、第１の工程では、上述した第２の実施形態に係る明度識別方法と同様にして、画像Ｂ０および画像Ｄ５を生成して暗色粒子を識別する（Ｓ４０５）。これらのステップＳ４０３およびＳ４０５については、上述した第１および第２の実施形態の場合と全く同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０２３４】
また、第１の工程では、必要に応じて、各明色粒子および各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第１の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５および画像Ｄ５中の粒子画像の位置および大きさを、それぞれ、明色粒子および暗色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ４０７）。
【０２３５】
＜第２の工程＞
第２の工程では、第１の工程で生成された画像Ｆ５と画像Ｄ５とに対して論理積演算を行って画像Ｅ０を生成した（Ｓ４０９）後に、この画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する（Ｓ４１１）。ここで、画像Ｆ５と画像Ｄ５との論理積演算は、明色の画素を真、暗色の画素を偽と定義した場合に、画像Ｆ５中の画素の明度と画像Ｄ５中の画素の明度とが論理積される。従って、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で明色の画素の場合にのみ画像Ｅ０中で明色の画素となり、画像Ｆ５と画像Ｄ５のいずれか一方で明色の画素、かつ、他方で暗色の画素の場合、および、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で暗色の画素の場合には、画像Ｅ０中では暗色の画素となる。
【０２３６】
＜第３の工程＞
第３の工程では、第１の工程のステップＳ４０３またはＳ４０５の少なくともいずれか一方で生成された画像Ｂ１と、第２の工程のステップＳ４０９で生成された画像Ｅ１とに対して論理和演算を行って画像Ｅ２を生成する（Ｓ４１３）。
【０２３７】
＜第４の工程＞
第４の工程では、第３の工程で生成された画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、明色粒子と暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子として識別する（Ｓ４１５）。ここで、画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を中間色粒子と識別できるのは、以下の理由による。すなわち、画像Ｅ０中において連続して位置する暗色の画素群は、明色粒子または暗色粒子に対応するものであることから、この画像Ｅ０を明度反転した画像Ｅ１と、識別対象の全ての微粒子に対応する暗色の画素群を含む画像Ｂ１とを論理和した画像Ｅ２には、明色粒子と暗色粒子のいずれにも識別されない微粒子（中間色粒子）に対応する暗色の画素群のみが残ることとなるためである。
【０２３８】
また、第４の工程では、必要に応じて、各中間色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第４の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｅ２中の粒子画像の位置および大きさを、中間色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ４１７）。
【０２３９】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０２４０】
また、本実施形態によれば、第１に、反射光照明装置により測定対象の微粒子の上方から照明し、この微粒子からの反射光を用いて微粒子を撮像した粒子画像に、主に、上述した各実施形態で説明したように、明度の高い外乱や明度低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０２４１】
第２に、本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、測定対象の微粒子の明度を、上述した第１および第２の実施形態の場合より細かく（明色粒子、暗色粒子および中間色粒子の３種類）に識別することができる。
【０２４２】
第３に、本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、微粒子の撮像時の条件変動に関わらず、微粒子の明度の識別を精度よく行うことができる。撮像対象が均一の反射率を有する同一の微粒子であった場合でも、画素間や各回の撮影ごとに明度が変動し得る。このような明度が変動する理由としては、例えば、照明装置の輝度や撮像手段（カメラ）の撮像素子（例えば、ＣＣＤ素子）特性のドリフト等によるものや、撮影空間内において照明が不均一になったり、各ＣＣＤ素子間の特性の差によるものなどがあり、明度の変動を完全に防止することが現実的にほとんど不可能である。
【０２４３】
従って、上方からの照明（反射光）を用いて撮像した際に明度を識別する対象である微粒子の画像の平均明度が背景の明度に近い場合、撮像時の明度の変動によって、微粒子の周縁部で背景の画素との明度差が識別できなくなる画素領域が変動し得る。極端な場合、背景の明度が変動して微粒子の平均明度が背景の明度に一致してしまうと、微粒子が認識されなくなるのに対し、背景の明度が逆方向に変動して微粒子の平均明度が背景の明度との差が生じると、当該微粒子は粒子として認識され得る。すなわち、上方からの照明を用いて撮像した粒子（反射光粒子）の面積が撮像条件によって変動することとなる。
【０２４４】
ここで、一般に、下方からの照明（透過光）を用いて撮像した粒子の画像処理計測時の撮像条件の差による粒子の面積の変動は小さいので、下方から照明を用いて撮像した粒子と、上方からの照明を用いて撮像した粒子との面積比により粒子の明度の識別を行う場合には、上方からの照明を用いて撮像した粒子の面積の変動によって、同一の粒子に対する明度（明／暗）の判定も変動していまい、粒子の明度識別の誤差となる。
【０２４５】
一方、上方からの照明を用いて撮像した際に、明度の識別対象の微粒子の画像の平均明度と背景の明度との差が大きい場合、撮像時の明度の変動があっても、粒子が存在する領域がより明確であるので、粒子の面積の変動は少ない（撮像条件が多少変動しても、粒子の平均明度が背景の明度に一致することはない）。従って、撮像条件の変動に対する粒子の明度識別の誤差は小さい。
【０２４６】
しかし、この場合でも、背景の明度を１種類とした条件では、粒子の明度によっては、この１種類の背景明度に近いものが存在し得る。
【０２４７】
そこで、本実施形態では、明背景と暗背景の２種類の背景を用いて測定対象の微粒子を撮像し、暗色粒子の識別は明背景反射光画像を用いて、明色粒子の識別は暗背景反射光画像を用いて行うことにより、常に、背景と明度の識別対象の微粒子との間の明度差を大きく確保することができる。従って、どのような条件でも、常に、撮像条件の変動に対する粒子の明度識別の誤差を小さくすることができる。
【０２４８】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０２４９】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０２５０】
（明度識別装置）
まず、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第２の実施形態に係る明度識別装置と、反射光画像生成部、照明制御装置および画像処理装置の機能が異なる。
【０２５１】
具体的には、本実施形態に係る照明制御装置は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度であり、かつ、第１の明度＜第２の明度＜・・・＜第Ｎの明度（Ｎは自然数）となる第１〜第Ｎの輝度を透過光用照明装置に設定可能となっている。
【０２５２】
また、本実施形態に係る反射光画像生成部は、透過光用照明装置の輝度が第１〜第Ｎの輝度に設定された状態で、それぞれ、第１〜第Ｎの反射光画像、すなわち、画像Ｂ０（１）〜Ｂ（Ｎ）（背景の明度は、画像Ｂ０（１）＜画像Ｂ０（２）＜・・・＜画像Ｂ０（Ｎ）である。）を生成する。
【０２５３】
また、本実施形態に係る二値化処理部は、粒子の明暗を区別するための明度しきい値を用いて画像Ｂ０（１）〜Ｂ０（Ｎ）をそれぞれ二値化して得られる画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）を生成する。
【０２５４】
また、本実施形態に係る画像処理装置は、上述した第２の実施形態と同様にして、画像Ｄ４を生成し、この画像Ｄ４を、二値化処理部により生成された画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）のそれぞれと論理和演算し、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）を生成する。さらに、本実施形態に係る画像処理装置は、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）において連続して位置する暗色の画素群を暗色粒子と識別するとともに、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）で暗色粒子と識別された微粒子の明度を、それぞれ、第１〜第Ｎの明度（第１の明度＜第２の明度＜・・・＜第Ｎの明度）と識別する。一方、本実施形態に係る画像処理装置は、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のいずれにおいても暗色粒子と識別されなかった微粒子を、最も明度の高い最明色粒子として識別する。
【０２５５】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について説明したが、続いて、本実施形態に係る明度識別方法について説明する。
【０２５６】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した第２の実施形態に係る明度識別方法と、透過光画像（画像Ｂ０）をＮ種類の背景明度を用いて撮像している点が異なっている。
【０２５７】
具体的には、本実施形態に係る明度識別方法では、第１の工程において、透過光用照明装置の輝度が第１〜第Ｎの輝度に設定された状態で、それぞれ、第１〜第Ｎの反射光画像、すなわち、画像Ｂ０（１）〜Ｂ（Ｎ）（背景の明度は、第１の反射光画像＜第２の反射光画像＜・・・＜第Ｎの反射光画像である。）を撮像した後に、粒子の明暗を区別するための明度しきい値を用いて画像Ｂ０（１）〜Ｂ０（Ｎ）をそれぞれ二値化して得られる画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）を生成する。
【０２５８】
このように、透過光画像を二値化した画像が、画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）のＮ個生成されるため、暗色粒子の識別に用いられる第２実施形態の画像Ｄ５に対応する画像も、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のＮ個生成される。
【０２５９】
さらに、画像Ｂ０（１）〜Ｂ０（Ｎ）の背景の明度は、画像Ｂ０（１）＜画像Ｂ０（２）＜・・・＜画像Ｂ０（Ｎ）であることから、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のそれぞれで識別された第１〜第Ｎの暗色粒子の明度は、第１の暗色粒子＜第２の暗色粒子＜・・・＜第Ｎの暗色粒子と識別される。一方、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のいずれにおいても暗色粒子と識別されなかった微粒子は、最も明度の高い最明色粒子として識別される。
【０２６０】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、第１に、反射光照明装置により識別対象の微粒子の上方から照明し、この微粒子からの反射光を用いて微粒子を撮像した粒子画像に、主に、上述した各実施形態で説明したように、明度の高い外乱や明度低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０２６１】
第２に、本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、識別対象の微粒子を、単に明暗の２種類ではなく、他段階の明度で識別することができる。また、本実施形態では、反射光画像を二値化しているので、微粒子に対応する領域の画素にハイライトが存在しても、明度を判断するために使用される画素からは除外されるので、識別対象の微粒子本来の代表明度を比較的精度よく判定することができる。
【０２６２】
［本発明における測定対象］
上述した各実施形態を含む本発明における測定対象としては、様々な明度の微粒子を含む微粒子群であって、ここの微粒子の明度を識別することが必要なものであれば特に限定されるものではないが、代表的な例として下記のような例が挙げられる。
【０２６３】
（第１の例）
本発明に係る明度識別方法および明度識別装置における測定対象の第１の例としては、高純度アルミナ粉が挙げられる。
【０２６４】
この高純度アルミナ粉は、概ね、粒径が１０〜１０００μｍ程度で白色の粒子であるが、高純度アルミナ粉中に不純物を含む粒子（不純物粒子）は非白色となる。このような粒子の明度の違いがあることから、高純度のアルミナ粉と不純物粒子とを粒子の明度によって識別することができる。
【０２６５】
従って、高純度アルミナ粉製品中の不純物粒子の含有率を調査するために、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置を使用して、高純度アルミナ粉と不純物粒子とを粒子明度によって識別し、この識別結果に基づき、高純度アルミナ粉と不純物粒子との粒子構成率を求めることが可能である。
【０２６６】
（第２の例）
本発明に係る明度識別方法および明度識別装置における測定対象の第２の例としては、高炉法による製鉄プラント由来の降下煤塵が挙げられる。
【０２６７】
このような降下煤塵は、製鉄プラント構内に乗り入れる車両を汚損する等の問題があり、このような問題への対策が必要となる。そのためには、特定の地点で捕集された降下煤塵の発生源を特定する技術が必要であり、降下煤塵の発生源を特定するための手法として、捕集された降下煤塵の煤塵種を特定することが有力であると考えられる。
【０２６８】
ここで、降下煤塵とは、大気中を浮遊する固体粒子のうち、大気中を平均的に沈降し得る比較的大径（概ねφ１０μｍ以上）の粒子のことをいう。また、本発明における「煤塵種」とは、特に限定はされないが、上述した降下煤塵の発生源や構成成分等によって分類される煤塵の種類をいう。例えば、発生源によって分類する場合には、煤塵種は、鉄鉱石の原料ヤードから発生する鉄鉱石由来の煤塵、石炭の原料ヤードから発生する石炭由来の煤塵、高炉から発生する高炉スラグ由来の煤塵、転炉から発生する転炉スラグ由来の煤塵等に分類される。
【０２６９】
このような分類によると、高炉法による製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種としては、主として、（１）主成分が炭素で共通する石炭やコークス等の石炭系煤塵や、（２）主成分が酸化鉄で共通する鉄鉱石と焼結鉱、酸化鉄粉（例えば、製鋼ダスト）等の鉄系煤塵や、（３）主成分が酸化ケイ素及び酸化カルシウムで共通し、かつ、溶融した原料から不純物を液体または固体として分離する点で工程が共通する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ等の高炉スラグ系煤塵や、（４）主成分が酸化ケイ素、酸化カルシウム及び酸化鉄で共通し、かつ、溶融した原料から不純物を液体または固体として分離する点で工程が共通する転炉スラグや溶銑予備処理スラグ等の製鋼スラグ系煤塵がある。現代の高炉法による製鉄プラントにおける降下煤塵となり得る煤塵種は、上述した石炭系煤塵、鉄系煤塵、高炉スラグ系煤塵及び製鋼スラグ系煤塵でほぼ網羅することができる。
【０２７０】
以上のような製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種を特定するためには、異なる煤塵種ごとに分離する必要があるが、この分離の方法として、本発明の明度識別方法および明度識別装置が有効である。上述した４種類の煤塵のうち、鉄系煤塵や石炭系煤塵は、黒色系の明度の低い粒子（暗色粒子）である一方で、高炉スラグ系煤塵や製鋼スラグ系煤塵は白色系の明度の高い粒子（明色粒子）であることから、本発明の明度識別方法および明度識別装置を用いて個々の煤塵粒子の明度の高低を識別することにより、鉄系煤塵および石炭系煤塵からなる微粒子群と、高炉スラグ系煤塵および製鋼スラグ系煤塵からなる微粒子群とを識別することができる。
【０２７１】
なお、一般に、鉄系煤塵や製鋼スラグ系煤塵は、強磁性または強い常磁性（例えば、０．１Ｔ〜０．４Ｔ程度の磁束密度を有する磁石に着磁する。）を有する微粒子であり、石炭系煤塵や高炉スラグ系煤塵は、強磁性または強い常磁性を有しない微粒子であることから、これらの微粒子を所定の磁束密度を有する磁石を用いて磁力選別することにより、鉄系煤塵と石炭系煤塵との判別や、製鋼スラグ系煤塵と高炉スラグ系煤塵との判別をすることができる。
【０２７２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０２７３】
例えば、反射光粒子への外乱が少なく、識別対象の全粒子の明度が背景明度と大きく異なる場合には、画像処理において二値化処理をせず、撮影画像（反射光画像）をそのまま用いて粒子の識別を行うことができる（市販ソフトの粒子画像処理機能を用いれば可能）。このとき、透過光粒子の画素座標に対応する反射光粒子が存在する領域の画素での明度の平均値を当該透過光粒子に対応する微粒子の明度として算出することができる。
【実施例】
【０２７４】
次に、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【０２７５】
（実施例１）
＜分析サンプルの作成＞
まず、煤塵種が既知の標準試料として、鉄鉱石、石炭、高炉水砕スラグ及び転炉スラグを準備し、各々の試料５００μｇを匙ですくって、白色アルマイト処理した第１のアルミ板上に匙で散布し、ステンレス製のへらを用いて、各粒子が互いに重ならないようにアルミ板に拡げた。拡げた粒子群は、直径約１０ｍｍの範囲に存在していた。
【０２７６】
次に、直径１０ｍｍの市販の円柱状の電磁石を中心軸が鉛直方向となるように設置し、磁石の先端面（下端面）での平均磁束密度が０．３Ｔとなるように電磁石に供給する電流を調整した。この状態で、作業者が電磁石を手で保持してアルミ基板上に散布された粒子の上方から垂直に下降させ、粒子に電磁石を接触させた。この状態で１秒間静止させた後、電磁石を上方に持ち上げて、着磁した粒子を電磁石とともに移動させ、別途準備しておいた白色アルマイト処理した第２のアルミ板上に、上方から垂直に電磁石を下降させて電磁石を第２のアルミ板上に載置した。次いで、電磁石に消磁電流を与えた後、電磁石への電流の供給を止め、電磁石を上方に持ち上げて第２のアルミ板上から離隔させた。
【０２７７】
なお、使用した第１のアルミ板及び第２のアルミ板の寸法は、ともに、大きさが３０ｍｍ×３０ｍｍで、厚みが３ｍｍであった。また、電磁石の消磁方法としては、市販の電磁石用消磁コントローラを使用した。
【０２７８】
以上の操作の結果、第１のアルミ板上に残留した粒子を非着磁性降下煤塵（磁石に着磁しない降下煤塵）のサンプルとし、第２のアルミ板上に残留した粒子を着磁性降下煤塵（磁石に着磁する降下煤塵）のサンプルとした。
【０２７９】
＜微粒子の撮像＞
次に、市販の三眼式実体顕微鏡（対物レンズ倍率：０．５倍）に、市販のリング状白色ＬＥＤ照明（以下、「反射光用照明装置」と称する。）をレンズ鏡筒に装着し、また、市販の白色ＬＥＤ平面配列照明（以下、「透過光用照明装置」と称する。）をステージの下方に配置した。また、市販のモノクロディジタルカメラ（ＣＣＤ６００万画素、画素寸法は３μｍ角）をカメラ装着口に装着した。また、反射光用照明装置及びレンズとステージとの間に円偏光フィルタ板を設置するとともに、鉄板を板金加工してステージの下面に上端が接し、かつ、透過光用照明装置の周囲を覆うように、遮光板を配置した。また、反射光用照明装置と透過光用照明装置とを制御する照明制御装置としては、市販の装置で、外部信号によって、反射光用照明装置と透過光用照明装置とを独立にＯＮ／ＯＦＦできるものを用いた。次いで、透明フロートガラス板（１０ｍｍ厚）のステージ上に顕微鏡用スライドグラスを基板として配置し、当該基板上に、上記のようにして得られた非着磁性降下煤塵のサンプルと着磁性降下煤塵のサンプルとを、それぞれ散布し、照明条件を同一にするとともに、カメラの絞り及び露出を同一条件として順に撮影し、着磁性煤塵と非着磁性煤塵のそれぞれについて、透過光画像（画像Ｂ０）および反射光画像（画像Ｆ０）を得た。
【０２８０】
このときの透過光画像および反射光画像の撮像条件は以下の通りである。まず、透過光画像の撮像条件は、反射光用照明装置を消灯し、かつ、透過光用照明装置からの照明の輝度を、透過光画像上での背景の平均明度が１２０（明度２５６階調、カンマ値１．５、明度の定義は以下同様とする。）となるような輝度となるように設定して、着磁性煤塵と非着磁性煤塵のそれぞれを撮像した。また、反射光画像の撮像条件は、反射光用照明装置からの照明の輝度を、マンセル値Ｎ４．０の色見本を撮影した際の画像上での平均明度が６０となるような輝度となるに設定するとともに、透過光用照明装置からの照明の輝度を、透過光画像の撮像時と同様の条件とした。このとき、粒子の明暗を区別するための明度しきい値は７０とした。
【０２８１】
なお、顕微鏡の倍率は、測定対象の粒子の実寸法がカメラのＣＣＤ素子上で同一の寸法に結像するように調整した。また、顕微鏡で認識する対象の粒子は、降下煤塵であり粒子が粗大であることから、φ１０μｍ以上の大きさの粒子とした。なお、本実施例において、当該粒子の大きさは、ＣＣＤの９画素以上に対応するものである。
【０２８２】
＜画像処理＞
上述したようにして得られた着磁性煤塵画像と非着磁性煤塵画像に対し、市販の粒子画像処理ソフトであるＩＭＡＧＲＰＲＯ ＰＬＵＳ ＶＥＲ．５を用いて粒子画像処理計測を行った。このとき、計測の対象としては、各粒子の中心位置、各粒子の円等価直径及び各粒子の平均明度（粒子として認識される画素領域に存在する各画素の明度の平均値）とした。
【０２８３】
具体的には、上述した本発明の第１の実施形態における画像処理の手法を用いて、着磁性煤塵と非着磁性煤塵のそれぞれについて、各粒子を明色粒子と暗色粒子とに識別した。また、明度の識別結果に基づいて、各粒子の中心位置、平均明度及び円等価直径を算出し、算出結果を記録した。
【０２８４】
さらに、上述のようにして算出した各粒子の円等価直径を用いて、予め境界値を定めた粒度区分別に各粒子を分類し、粒度区分ごとの粒子構成率を明度区分（暗色粒子と明色粒子）ごとに求めた。
【０２８５】
以上の操作により求めた標準試料の煤塵特性は、以下の表１の通りである。
【０２８６】
【表１】
【０２８７】
また、表１に記載された標準試料のうち、鉄鉱石（着磁性暗色粒子）に関し、粒度区分ごとの粒子構成率を求めた例を以下に示す。
鉄鉱石：＜φ３０μｍ：２０％ ＜φ１００μｍ：７０％ ≧φ１００μｍ：１０％
【０２８８】
＜捕集された降下煤塵の分析＞
次に、高炉法による製鉄プラントの敷地内で降下煤塵を市販のデポジットゲージで１週間捕集し、１００ｍｇの降下煤塵を得た。この降下煤塵を屋内で３日間自然乾燥した後、降下煤塵の全量のうち５００μｇを用いて、上述した標準試料と同様の方法により処理して、降下煤塵粒子の煤塵特性を得た。その結果を下記の表２に示す。
【０２８９】
【表２】
【０２９０】
このようにして得られた捕集された降下煤塵試料の煤塵特性と、上記表１に示された標準試料の煤塵特性とを比較し、降下煤塵試料が主に着磁性暗色粒子で構成されていることから、捕集された降下煤塵は、同様に主に着磁性暗色粒子で構成されている鉄鉱石であったものと特定した。
【０２９１】
なお、捕集された降下煤塵試料の粒度区分ごとの粒子構成率は、以下のようであった。
降下煤塵：＜φ３０μｍ：５０％ ＜φ１００μｍ：４５％ ≧φ１００μｍ：５％
【０２９２】
この結果を見ると、上に示した鉄鉱石の粒度分布とは異なっているが、この結果から、本実施例における試料である降下煤塵が捕集された場所が、発塵源（鉄鉱石が保存されているヤード等）から遠く離れていたため、捕集場所に届くまでの間に、大径の粒子が途中で落下し、大径の粒子の構成率が減少してしまったものと推測できる。
【０２９３】
（実施例２）
本実施例では、識別対象の粒子として高純度アルミナ粉（不純物粒子を含む。）を用い、実施例１と同様の撮像装置を用いて撮像し、高純度アルミナ粉について、透過光画像（Ｂ０）および反射光画像（画像Ｄ０）を得た。
【０２９４】
このときの透過光画像および反射光画像の撮像条件は以下の通りである。まず、透過光画像の撮像条件は、反射光用照明装置を消灯し、かつ、透過光用照明装置からの照明の輝度を、透過光画像上での背景の平均明度が１２０となるような輝度となるように設定して、高純度アルミナ粉を撮像した。また、反射光画像の撮像条件は、反射光用照明装置からの照明の輝度を、マンセル値Ｎ７．０の色見本を撮影した際の画像上での平均明度が１６０となるような輝度となるに設定するとともに、透過光用照明装置からの照明を消灯して高純度アルミナ粉を撮像した。このとき、粒子の明暗を区別するための明度しきい値は１３０とした。
【０２９５】
上述したようにして得られた高純度アルミナ粉の透過光画像および反射光画像に対し、市販の粒子画像処理ソフトであるＩＭＡＧＲＰＲＯ ＰＬＵＳ ＶＥＲ．５を用いて粒子画像処理計測を行った。このとき、計測の対象としては、各粒子の中心位置、各粒子の円等価直径及び各粒子の平均明度（粒子として認識される画素領域に存在する各画素の明度の平均値）とした。
【０２９６】
具体的には、上述した本発明の第２の実施形態における画像処理の手法を用いて、高純度アルミナ粉中の各粒子を明色粒子と暗色粒子とに識別した。また、各粒子の明度の識別結果に基づいて、各粒子の中心位置、平均明度及び円等価直径を算出し、算出結果を記録した。
【０２９７】
さらに、上述のようにして算出した各粒子の円等価直径を用いて、予め境界値を定めた粒度区分別に各粒子を分類し、粒度区分ごとの粒子構成率を明度区分（暗色粒子と明色粒子）ごとに求めた。
【０２９８】
その結果、撮像した高純度アルミナ粉粒子の平均粒径は３０μｍ、粒径の標準偏差は８μｍで、合計で２６００個の粒子の明度を識別した。これらの粒子のうち、個数比率で０．５％の粒子が暗色粒子として識別された。このことから、実施例２において使用した高純度アルミナ粉中には、個数比率で０．５％の不純物が含まれていることがわかった。
【０２９９】
（実施例３）
本実施例３では、実施例２と同一の試料を用い、明色粒子の識別方法は、実施例２と同様の方法とした。暗色粒子の識別方法として、撮像に関しては、マンセル値Ｎ７．０の色見本を撮影した際の平均明度が２００となるような輝度となるように設定して明背景画像を得た。明度しきい値を９０として実施形態１と同様の方法で、暗色粒子を識別した。その際用いた、透過光粒子と反射光粒子との中心位置間限界距離や限界面積比率範囲については、実施例２と同様にした。また、粒子の対応づけの方法には、実施形態３の方法を用いた。
【０３００】
その結果、個数比率で０．２％の暗色粒子と０．３％の中間色粒子を識別した（残りは明色粒子）。この結果から、不純物にも明度の異なる複数種類が含まれていることがわかった。
【０３０１】
（実施例４）
本実施例４では、実施例３と同様の試料と同様の撮影を行い、粒子識別のみ実施形態４の方法を用いて、粒子識別を行った。明度しきい値として、暗背景画像に対しては明度９０を、明背景画像に対しては明度１６０を用いた。その結果、個数比率で０．２％の暗色粒子と０．３％の中間色粒子を識別した（残りは明色粒子）。
【符号の説明】
【０３０２】
１ 基板
１００ 明度識別装置
１０１ 撮影装置
１０５ ステージ
１１０ 撮像装置
１１１ 撮像素子
１１３ 透過光画像生成部
１１５ 反射光画像生成部
１１９ レンズ
１２１ 反射光用照明装置
１２３ 透過光用照明装置
１２５ 照明制御装置
１２７ 遮光板
１３０、２３０ 画像処理装置
１３１、２３１ 二値化処理部
１３３、２３３ 刻印処理部部
１３５、２３７ 明色粒子識別部
１３７、２３５ 暗色粒子識別部
１３９、２３９ 粒子情報算出部
Ｐ 識別対象の微粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不透明な微粒子の明度を識別する微粒子の明度識別方法および明度識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種検体粒子の形状、寸法、品質等を評価する方法として、当該検体粒子を撮像装置により撮像して得られた画像に画像処理を施すことにより、検体粒子の形状、寸法、明度等を測定する方法（粒子画像処理計測）が広く採用されている。
【０００３】
このような粒子画像処理計測においては、同一の測定対象の微粒子群のサンプルを異なる撮像条件で撮像して得られた画像を用いて、個々のサンプルの特性（例えば、粒子の明度）を識別することが頻繁に行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、測定対象の微粒子群の下方から照明を照射し、微粒子群を透過した透過光を用いて撮像された画像を画像処理して得られた粒子画像（透過光画像）を得るとともに、測定対象の微粒子群の上方から照明を照射し、微粒子群で反射した反射光を用いて撮像された画像を画像処理して得られた粒子画像（反射光画像）を得た後に、透過光画像中の粒子画像と反射光画像中の粒子画像を対応付けることで、粒子に関する情報を個々の粒子について統合し、個々の粒子の品質を判定する（粒子の欠けの有無や色味が判定基準）方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８０３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、測定対象の粒子が大きく、かつ、その数も少なく、さらには、各粒子間の性状の均一性も高いので、透過光画像と反射光画像との間での粒子の対応はほぼ自明である。これは、透過光画像と反射光画像のいずれかの画像のみで欠損する粒子はほとんど発生しないので、一方の画像での特定の粒子の位置に対応するもう一方の画像上には、ほぼ常に対応する粒子が１つだけ存在する状態となる。
【０００７】
これに対して、各粒子間の性状の分布の大きな微粒子に対する粒子画像処理計測では、通常は、透過光画像と反射光画像との間で、対応する粒子が存在しなかったり、１つの粒子に複数の粒子が対応付けられたりすることが頻繁に発生し、２つの画像間の粒子が１対１に対応する状況は、例外的にしか生じない。これは、通常の微粒子では、各画像における１つの粒子内の明度の変動が激しいことや、１つの粒子に対応する画素数が少ないので、誤差の影響が大きくなるためである。このため、透過光画像と反射光画像との間で、それぞれの画像における粒子を対応付けるための工夫が必要となり、このような工夫がなければ、個々のサンプルの特性（例えば、粒子の明度）を識別することはできない、という問題があった。
【０００８】
また、このような透過光画像と反射光画像との間での粒子の対応付けの簡易な方法は、これまで提案されていなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能な明度識別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、測定対象を不透明な微粒子群に限定し、透過光を用いて微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを対応付ける新たな手法を提案することにより、測定対象の微粒子群が性状に大きな分布を有する場合であっても、粒子の明度を簡易かつ確実に識別できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｆ０を得た後、前記画像Ｆ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１を生成する第２の工程と、前記画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２を生成する第３の工程と、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３を生成する第４の工程と、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ４とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し、前記画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第５の工程と、前記画像Ｆ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｆ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ６とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し、前記画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第６の工程と、を含む明度識別方法が提供される。
【００１２】
ここで、前記明度識別方法において、前記第５の工程では、前記画像Ｆ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記明度識別方法において、前記第２の工程で、前記特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定してｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を撮像した後、前記画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）をそれぞれ、第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成し、前記第３の工程で、前記画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）を生成し、前記第４の工程で、前記画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）を生成し、前記第５の工程で、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成した後に、前記画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行って画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別するとともに、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての前記特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断し、前記第６の工程で、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった前記画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、黒色と判断してもよい。
【００１４】
また、本発明によれば、不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｄ０を得た後、前記画像Ｄ０を第３の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する第２の工程と、前記画像Ｄ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、当該画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｄ２を生成する第３の工程と、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｄ３を生成する第４の工程と、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｄ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ４とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し、前記画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第５の工程と、前記画像Ｄ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｄ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ６とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し、前記画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第６の工程と、を含む明度識別方法が提供される。
【００１５】
ここで、前記明度識別方法において、前記第５の工程では、前記画像Ｄ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、上述した明度識別方法により前記画像Ｆ５を生成して前記明色粒子を識別するとともに、上述した明度識別方法により前記画像Ｄ５を生成して前記暗色粒子を識別する第１の工程と、前記画像Ｆ５と前記画像Ｄ５とに対して論理積演算を行って画像Ｅ０を生成した後に、前記画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する第２の工程と、前記第１の工程で生成された前記画像Ｂ１と前記画像Ｅ１とに対して論理和演算を行って画像Ｅ２を生成する第３の工程と、前記画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、前記明色粒子と前記暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子として識別する第４の工程と、を含む明度識別方法が提供される。
【００１７】
また、前記明度識別方法において、前記微粒子は、例えば、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを所定の方法により対応付けることにより、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の各煤塵種における着磁性と明度との概略的な関係を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図３】同実施形態に係る画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】同実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】同実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】同実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
［本発明の概要および優位性］
本発明は、各種の産業で生成する微粒子の分析装置および分析方法に関するものである。具体的には、本発明は、不透明な微粒子が散布された透明な基板が載置されるステージと、基板に載置された微粒子を撮像する撮像装置と、ステージの下方からステージに向けて所定輝度の光を照射する透過光用照明装置と、ステージの上方からステージに向けて所定輝度の光を照射する反射光用照明装置と、を有し、微粒子の明度を識別する明度識別装置、及び、この明度識別装置を利用して微粒子の明度を識別する明度識別方法である。このような本発明の好適な実施の形態について説明する前に、まず、本発明の基本となる技術思想や本発明の優位性について説明する。
【００２２】
（分析の精度）
＜測定対象＞
本発明では、測定対象を不透明な微粒子（概ね（円相当）直径が１０μｍ以上数百μｍ以下の粒子）に限定することにより、サンプルの作成や測定作業上避けることのできない汚染物質、すなわち、基板上の有色透明の汚れや、写界内だが検査面と離れた位置に存在する汚染粒子を、測定対象の粒子と誤認識する可能性を著しく低下させることができる。特に、微粒子の撮像時に存在する汚染粒子は、化学繊維屑のような半透明の物質が多いので、これらの汚染粒子についても画像処理を施すことにより、測定対象の微粒子の候補から除去することができる。このようなことが可能となるのは、汚染物質は、透明や半透明の物質が多いことから、本発明では、測定対象を不透明な微粒子に限定し、さらに、透過光照明装置によるステージ下方からの照明（透過光）のみで撮像したときに撮像画像中で粒子（透過光粒子）として認識されるのは不透明な粒子のみであり、この粒子を測定対象の真の微粒子と判断できるためである。一方、透明または不透明の汚染物質は、透過光のみで撮像した場合には、汚染物質の撮像画像の明度が背景の明度と同一となり、粒子として認識することはできない。
【００２３】
＜透過光粒子と反射光粒子との対応付け＞
また、本発明では、透過光のみを用いて撮像した画像中で認識される粒子（透過光粒子）と、所定輝度の透過光の他にステージ上方からの照明（反射光）も用いて撮像した画像中で認識される粒子（反射光粒子）とを対応付けるロジックを規定している。従って、測定対象が、大きさや明度等に大きな分布を有する微粒子であっても、透過光粒子から得られる情報（主に、微粒子の形状や寸法等の情報）と、反射光粒子から得られる情報（主に、微粒子の明度の情報）とを組み合わせて、測定対象の微粒子の総合的な特性情報を算出することが可能となる。
【００２４】
このような透過光粒子と反射光粒子との対応付けの具体例としては、以下のようなものが挙げられる。
【００２５】
第１に、透過光粒子としては認識されず、反射光粒子としてのみ認識されるものについては、透明または半透明の物質であると考えられることから、上述したように、汚染物質等として、測定対象の微粒子の候補から除外する。
【００２６】
第２に、複数の反射光粒子に対して１つの透過光粒子が対応付けられる場合には、実際の微粒子の数は１つであり、１つの反射光粒子を除いた残りの反射光粒子は、ハイライト等であると考えられることから、透過光粒子と最も適合性の高い（詳細は後述する。）反射光粒子の代表明度を、測定対象の微粒子の明度として算出する。
【００２７】
第３に、１つの反射光粒子に対して複数の透過光粒子が対応付けられる場合には、実際の微粒子の数は透過光粒子の数と同数であり、全ての微粒子の位置が近く、明度が同程度であることから、反射光粒子としては１つの粒子として認識されているものと考えられる。従って、１つの反射光粒子の代表明度を、全ての透過光粒子に対応する微粒子の明度として算出する。
【００２８】
第４に、反射光粒子としては認識されず、透過光粒子としてのみ認識されるものについては、不透明の物質であると考えられることから、測定対象の微粒子であると判断する。また、反射光粒子として認識されないということは、反射光を用いて撮像した画像中の背景と同程度の明度であったと考えられることから、測定対象の微粒子の明度は所定明度（背景の明度と同程度の明度）であるとして、当該微粒子の明度を算出する。
【００２９】
以上のように、測定対象の微粒子を透過光のみを用いて撮像した画像（透過光画像）を処理することにより、当該微粒子の形状や寸法等に関する情報を得るとともに、測定対象の微粒子を透過光とともに反射光を用いて撮像した画像（反射光画像）を処理することにより、当該微粒子の明度に関する情報を得ることができる。また、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置では、透過光粒子と反射光粒子との対応付けのロジックを規定していることから、透過光画像と反射光画像を用いて画像処理を行うことにより、測定対象の微粒子の総合的な特性情報を算出することができるので、分析（測定）の精度を向上させることができる。
【００３０】
（対応付けの具体的な手法について）
上記のような透過光粒子と反射光粒子との対応付けの手法としては、例えば、透過光画像と反射光画像のそれぞれで粒子のラベリングを行って、個々の粒子（透過光粒子と反射光粒子）の位置と粒子の形状を認識し、認識された透過光粒子と反射光粒子との間で、１粒子ずつ、対応付けされるか否かの妥当性を吟味して（例えば、透過光粒子と反射光粒子との間で粒子の中心位置間の距離や各粒子の大きさの差の大小等を評価して）、各粒子を個別に対応付けるという方法が考えられる。
【００３１】
この対応付けの手法は、透過光粒子と反射光粒子とを確実に対応付けることができる方法であるが、対応付けの際の処理（計算）手順が複雑で任意性も高い。
【００３２】
そこで、本発明者は、簡便かつ自動的に対応付けを実施するために、同一の測定対象の微粒子群のサンプルを異なる撮像条件で撮像して得られた画像群を用いて、個々のサンプルの特性を容易に識別できる手法を検討し、本発明に想到した。
【００３３】
具体的には、本発明では、測定対象の微粒子群からの透過光を利用して撮像した透過光画像と、当該微粒子群からの反射光を利用して撮像した反射光画像とを用いて、単純な演算、例えば、二値化処理、論理演算等のみを組み合わせることによって上記の対応づけを実現する。従って、本発明によれば、複数の画像間で同一粒子の対応づけを行う際に、個々の画像において個別粒子位置を算出して画像間でこれらを照合するといった複雑な処理が不要になる。
【００３４】
一般に、粒子画像処理計測で行われる全演算中で、透過光画像や反射光画像中に存在する粒子の位置や大きさ等の算出、及び、その結果に基づいて行われる各画像間での粒子の照合処理（例えば、透過光画像中の透過光粒子と反射光画像中の反射光粒子との照合処理）で、最も処理の負荷が高くなる。これに対して、本発明では、明色または暗色に識別された粒子のみの画像を得てから、得られた画像に対して、粒子の位置・大きさ等を算出する処理を１回ずつ（明色粒子、暗色粒子（場合によっては、中間色粒子）のそれぞれに対して１回ずつ）実施すればよく、各画像間の粒子位置の照合処理も不要であるので、処理（計算）の効率が高く、分析の生産性も高い。
【００３５】
（製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種の特定への適用）
また、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置は、特に、高炉法に基づく製鉄プラントで発生する降下煤塵の煤塵種を特定する際に有用である。高炉法に基づく製鉄プラントで発生する降下煤塵は、製鉄プラント構内に乗り入れる車両を汚損する等の問題を引き起こすが、このような降下煤塵の煤塵種を特定することができれば、降下煤塵の発生源を特定することができ、降下煤塵の発生を抑制する対策を講じることが可能となる。
【００３６】
ここで、図１を参照しながら、本発明を製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種の特定に適用した場合の利点について説明する。図１は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の各煤塵種における着磁性と明度との概略的な関係を示す説明図である。
【００３７】
一般に、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵は、主に、石炭やコークス等を含む石炭系煤塵、鉄鉱石、焼結鉱、酸化鉄粉等を含む鉄系煤塵、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等を含む高炉スラグ系煤塵、及び、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ等を含む製鋼スラグ系煤塵の４種類の煤塵種に分類される。
【００３８】
これら４種類の煤塵種のうち、通常は、高炉スラグ系煤塵や製鋼スラグ系煤塵は白色系の明度の高い粒子（明色粒子）であり、石炭系煤塵や鉄系煤塵は黒色系の明度の低い粒子（暗色粒子）であることから、低倍率の光学顕微鏡を用いて撮影した画像に画像処理を施し、個々の煤塵粒子の明度の高低を識別することにより、高炉スラグ系煤塵及び製鋼スラグ系煤塵とからなる煤塵種と、石炭系煤塵及び鉄系煤塵からなる煤塵種とに判別することができる。
【００３９】
ただし、このような明色粒子と暗色粒子との分類のみでは、同程度の明度の粒子の判別、例えば、高炉スラグ系煤塵と製鋼スラグ系煤塵との判別をすることができない。すなわち、上記のように、単に撮影画像に画像処理を施して明度の高低のみによる分類では、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の４種の煤塵種（ひいては降下煤塵の発生源）のうちのいずれか１種を特定することまではできない。
【００４０】
そこで、本発明者は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵（以降、「製鉄由来降下煤塵」と称する場合がある。）の煤塵種を特定するために、煤塵粒子の明度の高低のみではなく、着磁性の有無に着目した。その結果、本発明者は、明度の高低と着磁性の有無との組み合わせにより煤塵特性を規定することができ、この煤塵特性に基づいて、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の煤塵種を特定できることを見出した。より詳細には、本発明者は、低倍率の光学顕微鏡撮影画像を単に画像処理しただけでは判別できない製鉄由来降下煤塵の煤塵種を、図１に示すように、明度の高低と着磁性の有無の組み合わせにより、石炭系煤塵、鉄系煤塵、高炉スラグ系煤塵及び製鋼スラグ系煤塵の４種類に判別することができることを見出した。
【００４１】
なお、本発明における着磁性とは、対象とする煤塵粒子に所定の磁力を付与することにより、着磁する（磁性を有するようになり、磁石に吸着される）性質を意味し、本発明では、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵を、磁力の付与により着磁する着磁性降下煤塵と、磁力を付与しても着磁しない非着磁性降下煤塵とに分類し、さらに、この着磁性降下煤塵と非着磁性降下煤塵のそれぞれを、明度の高低により明色粒子と暗色粒子とに分類している。
【００４２】
具体的には、石炭系煤塵は、明度が低く（暗色で）非着磁性の非着磁性暗色粒子、鉄系煤塵は、明度が低く（暗色で）着磁性の着磁性暗色粒子、高炉スラグ系煤塵は、明度が高く（明色で）非着磁性の非着磁性明色粒子、製鋼スラグ系煤塵は、明度が高く（明色で）着磁性の着磁性明色粒子、というように分類することができる。
【００４３】
以上のように、本発明者によって見出された知見によれば、煤塵特性に応じて、製鉄由来降下煤塵の煤塵種を特定することが可能となるが、この際、明度の高低を識別する技術として、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置を適用することができる。
【００４４】
［第１の実施形態］
（明度識別装置）
以上、本発明の概要および先行技術に対する優位性について説明したが、続いて、図２を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置の構成を模式的に示す説明図である。
【００４５】
図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る明度識別装置１００は、不透明な微粒子の明度を識別し、さらには、当該微粒子の位置や大きさ等を測定可能な装置であって、撮影装置１０１と画像処理装置１３０とを主に備える。また、撮影装置１０１は、ステージ１０５と、撮像装置１１０と、反射光用照明装置１２１と、透過光用照明装置１２３と、照明制御装置１２５と、を主に備える。
【００４６】
ここで、本実施形態では、撮影装置１０１を２台用意し、それぞれを、透過光画像の撮像用と反射光画像の撮像用に用いてもよい。この場合、透過光画像撮像用の撮影装置１０１には、反射光用照明装置１２１を設ける必要はなく、反射光画像撮像用の撮影装置１０１には、透過光用照明装置１２３を設ける必要はない。
【００４７】
＜ステージ１０５＞
ステージ１０５は、明度の識別対象である不透明な微粒子Ｐが散布された透明な基板１が載置されるか、あるいは、明度の識別対象の微粒子Ｐが直接散布される透明な平板である。このステージ１０５の材質としては、透明で、ある程度剛性があれば特に限定はされないが、例えば、フロートガラス板や透明アクリル板等を使用することができる。また、粒子測定の操作時に、ステージ１０５が剛性を保持し、かつ、透明性を損なわないようにするという観点から、ステージ１０５の厚みは、１ｍｍ〜１００ｍｍ程度であることが好ましい。
【００４８】
なお、本実施形態では、反射光画像（後述する画像Ｆ０）の背景の明度としては、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度（暗背景）を用いるので、透過光用照明装置１２３からの光を照射して背景の明度を調整しなくてもよい場合があり、この場合には、必ずしも透明なステージ１０５を設ける必要はない。また、同様の理由から、基板１も必ずしも透明でなくてもよい。
【００４９】
＜撮像装置１１０＞
撮像装置１１０は、ステージ１０５の上方、すなわち、ステージ１０５に対して、基板１が載置される面（以下、「基板載置面」とも記載する。）側に設けられ、微粒子Ｐを撮像する。この撮像装置１１０は、例えば、透過光用照明装置１２３から微粒子Ｐに向けて照明を照射した際の微粒子Ｐからの透過光や、反射光用照明装置１２１から微粒子Ｐに向けて照明を照射した際の微粒子Ｐからの反射光を受光し、撮像画像として、透過光画像（後述する画像Ｂ０）及び反射光画像（後述する画像Ｆ０）を生成する。
【００５０】
このような撮像装置１１０としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）式やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）式のディジタルカメラを使用することができる。また、各微粒子Ｐの明度（代表明度）は、各粒子画像の対応する個々のＣＣＤ素子のサイズ内で平均化されるので、カメラの画素数が多いことが微粒子Ｐの明度の測定精度上望ましい。具体的には、測定対象とする微粒子Ｐを少なくとも９画素以上（モノクロカメラ）で撮像できる密度の画素を有する撮像装置１１０を使用することが好ましい。微粒子Ｐの明度を正確に記録する観点からは、モノクロカメラであることが好ましい。撮像装置１１０として単板式カラーカメラ（通常、隣り合うＣＣＤ素子には異なるカラーフィルタが施されている。）を用いる場合には、少なくとも４画素分の明度を用いて補間された明度値（ＣＣＤがベイヤー配列の場合）を測定すべき明度として使用する等の測定精度上の処理が必要であることから、対象とする微粒子Ｐを少なくとも３６画素以上で撮像できる密度の画素を有する撮像装置１１０を使用することが好ましい。また、対象とする粒子の撮像に必要な画素密度を確保するために、必要であれば顕微鏡等のレンズ１１９を介して粒子を拡大して撮像してもよい。なお、本実施形態に係る撮影装置１０１では、ディジタルカメラを用いた撮像が基本であるが、銀塩フィルム式カメラで得られたアナログ画像を市販のディジタイザ等を用いてディジタル化するなどしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態に係る撮像装置１１０は、内部構成として、撮像素子１１１と、透過光画像生成部１１３と、反射光画像生成部１１５とを有する。撮像素子１１１は、例えば、上述したＣＣＤやＣＭＯＳである。
【００５２】
透過光画像生成部１１３は、透過光用照明装置１２３の輝度を０ではない所定輝度とし、かつ、反射光照明装置１２１が設けられている場合には、反射光用照明装置１２１の輝度を０とするように、照明制御装置１２５により制御された状態で微粒子Ｐを撮像して得られる透過光画像（モノクロ画像Ｂ０）を生成する。
【００５３】
反射光画像生成部１１５は、透過光用照明装置１２３が設けられている場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を１または２以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０ではない所定輝度とするように、照明制御装置１２５により制御された状態で微粒子Ｐを撮像して得られる反射光画像（モノクロ画像Ｆ０）を生成する。このとき、明度の識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係および撮像範囲を、モノクロ画像Ｂ０の撮像の際と同様に設定する。
【００５４】
上記のように、照明制御装置１２５により反射光用照明装置１２１および透過光用照明装置１２５を制御する際、透過光画像生成部１１３および反射光画像生成部１１５が、照明制御装置１２５に、所望の透過光用照明装置１２３および反射光用照明装置１２１の設定輝度を指示する信号を送信してもよいし、他の外部機器が照明制御装置１２５に設定輝度を指示する信号を送信してもよいし、照明装置１２５に設けられた入力デバイスをユーザが操作することにより、当該入力デバイスから設定輝度を指示する信号を伝送するようにしてもよい。
【００５５】
特に、本実施形態では、反射光画像生成部１１５は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度となるように、照明制御装置１２５により透過光用照明装置１２３の輝度が設定された状態、あるいは、透過光用照明装置１２３が無い状態で、反射光画像を生成する。
【００５６】
「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」は、例えば、以下のようにして算出することができる。まず、粒子の明度を「明（明度が高い）」と「暗（明度が低い）」とに識別したい測定対象の微粒子Ｐに対する境界反射率を備えた較正サンプル粒子を準備する。次に、反射光用照明装置１２１を所定輝度とし、かつ、透過光用照明装置１２３をＯＦＦ（消灯）とする条件で、あるいは、透過光用照明装置１２３がなく、反射光用照明装置１２１のみを備える撮影装置１０１を用いて、較正サンプル粒子を撮像して得られた画像を画像処理し、較正サンプル粒子に対応する画素領域に含まれる全画素の平均明度を算出する。このようにして算出した較正サンプル粒子の平均明度を、「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」として用いることができる。
【００５７】
上記粒子の明暗を区別するための明度しきい値を算出する際の境界反射率とは、この反射率（境界反射率）よりも高い反射率を有する粒子を明色と判断し、この反射率よりも低い反射率を有する粒子を暗色と判断するための反射率の境界値、すなわち、粒子の明度を明色と暗色とに区分する際の境界となる反射率のことを意味する。ここで、粒子表面における反射率は、照明条件によらない粒子固有の性質である。従って、境界反射率は、測定対象のサンプル（微粒子群）に含まれる微粒子Ｐの種類によって、適宜定めることができる。
【００５８】
また、境界反射率を備えた粒子を準備できない場合には、明色粒子と判断するための基準となる明色較正粒子と、暗色粒子と判断するための基準となる暗色較正粒子とを準備し、それぞれの粒子を撮像して得られた画像を画像処理し、明色較正粒子の平均明度と暗色較正粒子の平均明度をそれぞれ求め、さらに、求められた両者の平均明度の平均値を、粒子の明暗を区別するための明度しきい値として用いてもよい。
【００５９】
さらに、上記の較正サンプル粒子や、明色較正粒子・暗色較正粒子を準備する代わりに、境界反射率を備えた灰色の色見本紙を撮像して得られた画像を画像処理し、撮像画像二含まれる全画素の平均明度を算出し、算出された平均明度を、粒子の明暗を区別するための明度しきい値として用いてもよい。
【００６０】
また、本実施形態に係る明度識別装置では、反射光画像（画像Ｆ０）を撮像する際に、微粒子Ｐからの反射光のうち、特定波長領域の反射光のみのスペクトルを撮像して画像Ｆ０を得る。このときの「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法としては、（１）上記特定波長領域の光のスペクトルを備えた反射光用照明装置１２１を使用する方法、（２）上記特定波長領域の光にのみ反応する撮像素子（ＣＣＤ等）を備えた撮像装置１１０（カメラ）を使用する方法、および、（３）反射光用照明装置１２１として汎用の白色照明を使用し、この照明からの微粒子Ｐからの反射光の光路の途中（例えば、微粒子Ｐが散布された基板１（またはステージ１０５）と撮像素子１１１との間）に、上記特定波長領域の光のみを透過するフィルタを設ける方法などがある。
【００６１】
また、本実施形態において望ましい「特定波長範囲」は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電素子で検出可能なスペクトル範囲であり、例えば、紫外光、可視光、近赤外光、遠赤外光等を用いることができる。また、測定対象粒子での反射光の主波長範囲を予め把握している場合には、検出波長をこの範囲に設定することによって、画像データへの外乱を低減することができる。
【００６２】
なお、撮像装置１１０は、生成した透過光画像および反射光画像のデータを、画像処理装置１３０に伝送する。また、撮影装置１０１が、所定の記憶装置（図示せず。）を備える場合には、撮像装置１１０は、生成した透過光画像（以下、「画像Ｂ０」と記載する場合もある。）および反射光画像（以下、「画像Ｆ０」と記載する場合もある。）のデータを記憶装置に記録してもよい。
【００６３】
＜反射光用照明装置１２１＞
反射光用照明装置１２１は、ステージ１０５の上方、すなわち、ステージ１０５に対して、ステージ１０５の基板載置面側に設けられ、ステージ１０５に向けて所定輝度の光を照射する。この反射光用照明装置１２１としては、例えば、市販の顕微鏡用のリング状照明（ハロゲン電球）、ＬＥＤ照明、蛍光管等を用いることができる。また、適宜、拡散板、偏光フィルタ１０３等を透過して反射光用照明装置１２１から照明してよい。さらに、反射光用照明装置１２１を複数設け、ここの反射光用照明装置１２１を平面配列して、平面照明としてもよい。このような平面照明は、鏡面反射光による画像品質の劣化（ハイライト等）を避けるために有効である。なお、本実施形態に係る明度識別装置１００では、粒子画像の明度測定を行うために、微粒子Ｐの撮像時の照明条件は、撮像面上で常に一定の照度となるように設定することが好ましい。
【００６４】
なお、上述のように、撮影装置１０１を２台用意する場合には、透過光画像撮像用の撮影装置１０１には、反射光用照明装置１２１を設ける必要はない。
【００６５】
＜透過光用照明装置１２３＞
透過光用照明装置１２３は、ステージ１０５の下方、すなわち、ステージ１０５に対して、ステージ１０５の基板載置面と反対側に設けられ、ステージ１０５に向けて所定輝度の光を照射する。この反射光用照明装置１２１としては、例えば、市販のハロゲン電球（単灯式、複数灯式のいずれも可）、ＬＥＤ照明、蛍光管等を用いることができる。また、適宜、拡散板、偏光フィルタ１０３等を透過して透過光用照明装置１２３から照明してよい。さらに、透過光用照明装置１２３を複数設け、ここの透過光用照明装置１２３を平面配列して、平面照明としてもよい。このような平面照明は、鏡面反射光による画像品質の劣化（ハイライト等）を避けるために有効である。なお、本実施形態に係る明度識別装置１００では、粒子画像の明度測定を行うために、微粒子Ｐの撮像時の照明条件は、撮像面上で常に一定の照度となるように設定することが好ましい。
【００６６】
なお、上述のように、撮影装置１０１を２台用意する場合には、反射光画像撮像用の撮影装置１０１には、透過光用照明装置１２３を設ける必要はない。
【００６７】
＜照明制御装置１２５＞
照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１の輝度と透過光用照明装置１２３の輝度とをそれぞれ独立に設定するように、反射光用照明装置１２１及び透過光用照明装置１２３を制御する。この照明制御装置１２５としては、市販のものを使用できる。具体的には、照明制御装置１２５として、例えば、外部信号によって、反射光用照明装置１２１及び透過光用照明装置１２３を独立にＯＮ／ＯＦＦできるものや、さらに、反射光用照明装置１２１及び透過光用照明装置１２３の輝度をそれぞれ独立に変更できるものを使用することができる。
【００６８】
具体的には、照明制御装置１２５は、透過光用照明装置１２３から照射された光が微粒子Ｐを透過した透過光を用いて撮像される場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を０ではない所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０とするように制御する。ここで、撮影装置１０１を２台用意する場合には、透過光画像撮像用の撮影装置１０１には反射光用照明装置１２１は設けられていないため、透過光画像撮像用の撮影装置１０１に設けられる照明制御装置１２５は、透過光用照明装置１２３のみを制御できるものであればよい。
【００６９】
また、照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１から照射された光が微粒子Ｐの表面に反射した反射光を用いて撮像される場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を１または２以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０ではない所定輝度とするように制御する。ここで、撮影装置１０１を２台用意する場合には、反射光画像撮像用の撮影装置１０１には透過光用照明装置１２３は設けられていないため、反射光画像撮像用の撮影装置１０１に設けられる照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１のみを制御できるものであればよい。
【００７０】
以上のように、本実施形態に係る照明制御装置１２５は、撮影装置１０１が２台用意される場合には、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２５のいずれか一方の身を制御できるものであればよいが、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を備える１台の撮影装置１０１により、透過光画像と反射光画像の両方を撮像する場合には、照明制御装置１２５は、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を制御できる必要がある。この場合、後述するように、測定対象の微粒子群を２台の撮影装置１０１間で移動させる必要がないので、樹脂等により測定対象の微粒子群の位置を固定する必要がなくなる。
【００７１】
＜画像処理装置１３０＞
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係る画像処理装置１３０の詳細な構成について説明する。図３は、本実施形態に係る画像処理装置１３０の機能構成を示すブロック図である。
【００７２】
画像処理装置１３０は、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを所定の方法により対応付けることにより、明色粒子と暗色粒子とを識別する。
【００７３】
具体的には、図３に示すように、二値化処理部１３１と、刻印処理部１３３と、明色粒子識別部１３５と、暗色粒子識別部１３７と、粒子情報算出部１３９と、を主に有する。
【００７４】
〔二値化処理部１３１〕
二値化処理部１３１は、透過光画像生成部１１３により生成されたモノクロ画像Ｂ０を第１のしきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する。このときの第１のしきい値としては、透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値よりも低い明度のしきい値を用いる。「透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値」としては、例えば、予め透明または半透明の粒子（ガラス微粒子など）を撮像して得られた粒子画像を処理することにより求められた個々の粒子の代表明度のうち、最も低い明度とすればよい。このようにして決定された明度しきい値は、不透明な粒子の透過光画像上での粒子として識別される画素領域の代表明度よりも高い明度となる。
【００７５】
なお、「代表明度」とは、粒子として識別される画素領域全体を代表する明度のことであり、「代表明度」としては、例えば、当該画素領域中の各画素の明度の平均値、各画素の明度の中央値等を用いることができる。また、上記画素領域中に存在する画素の明度の異常値を除去することを目的として、最大明度の画素と最低明度の画素を除いた各画素の明度の平均値を「代表明度」として用いてもよい。さらに、粒子として識別される画素領域の周縁部では、ハイライト等により一般に明度が急変することが多いので、このような画素を除外して、このようなハイライト等の影響を取り除くことを目的として、周縁部の画素を除いた各画素の明度の平均値を「代表明度」として用いてもよい。
【００７６】
また、第１のしきい値の設定方法は、上記のような方法には限られず、透過光を用いた撮像画像中で、不透明な粒子を認識可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。
【００７７】
さらに、撮像装置１１０の視野内の全域で完全に均一な照度を得ることは実際には困難であることから、二値化の前に、記録された画素の明度に、画素の二次元位置の関数である補正値を増減して、画像内での照度のバラツキを補正してもよい。この場合の補正値算出方法としては、例えば、予め散乱光反射率値が知られている灰色のテストピースを本実施形態で使用する撮像装置１１０で撮影しておき、このとき記録された画像での全画素の平均明度値から各画素の明度を減じたものを、各画素での明度補正値として用いることができる。補正値が画素のダイナミックレンジに比べて十分小さければ、この補正方法での誤差は小さくなる。また、この補正値が小さくなるように、撮影面上での照度をできる限り均一にすることが望ましい。
【００７８】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、すなわち、透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【００７９】
また、二値化処理部１３１は、反射光画像生成部１１５により生成されたモノクロ画像Ｆ０を第２のしきい値を用いて二値化した画像Ｆ１’を生成する。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。さらに、二値化処理部１３１は、得られた画像Ｆ１’における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１を生成する。この明度反転処理は、所謂論理否定演算を行うものであり、高明度の画素を真（１）、低明度の画素を偽（０）としたときに、二値化された画像Ｆ１’中の高明度の画素（１）を低明度の画素（０）に変換し、低明度の画素（０）を高明度の画素（１）に変換する処理である。
【００８０】
〔刻印処理部１３３〕
刻印処理部１３３は、まず、二値化処理部１３１により生成された画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｆ２’を生成する。ここで、「明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する」とは、当該暗色（低明度）の画素の一部または全部に対して、上述した明度反転処理を施して明色（高明度）の画素に変換することを意味する。また、本実施形態に係る縮退処理とは、幾何学的な形状を大きく変更しないように、暗色の画素群（暗色のパターン領域）を縮小する処理のことであり、明色化する暗色の画素の選択は、暗色の画素群の幾何学的な形状を大きく変更しないように行われる。例えば、同一粒子として認識された画素群において、外周部の画素を一列分、明色化すればよい。
【００８１】
また、刻印処理部１３３は、上記のようにして得られた画像Ｆ２’に対して、上述した明度反転処理を行って画像Ｆ２を生成する。
【００８２】
さらに、刻印処理部１３３は、二値化処理部１３１により生成された画像Ｂ１と、上記のようにして生成された画像Ｆ２とに対して、論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３を生成する。このときの論理和演算では、高明度の画素を真（１）、低明度の画素を偽（０）として、画像Ｂ１中の画素の明度と画像Ｆ２中の画素の明度とが論理和される。従って、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で高明度（１）である画素の場合、および、画像Ｂ１と画像Ｆ２のいずれか一方で高明度（１）、かつ、他方で低明度（０）である画素の場合には、画像Ｆ３中では高明度（１）の画素となり（「真」同士の論理和および「真」と「偽」の論理和は「真」となる。）、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で低明度（０）である画素の場合にのみ、画像Ｆ３中では低明度（０）の画素となる（「偽」同士の論理和は「偽」となる。）。
【００８３】
なお、後述するように、画像Ｆ３中で刻印が施された透過光粒子は、明度の高い明色粒子に対応するものである。
【００８４】
〔明色粒子識別部１３５〕
明色粒子識別部１３５は、画像Ｆ３中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｆ４’を得た後に、この画像Ｆ４’全体に対して明度反転処理を行って、明色粒子以外の粒子（本実施形態では暗色粒子）に対応する画素群が明色の画素で表された画像Ｆ４を生成する。さらに、明色粒子識別部１３５は、上記のようにして生成された画像Ｆ４と、二値化処理部１３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し、この画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する。
【００８５】
なお、明色粒子識別部１３５は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部１３９に伝送する。
【００８６】
〔暗色粒子識別部１３７〕
暗色粒子識別部１３７は、明色粒子識別部１３５によって生成された画像Ｆ５に対して明度反転処理を行って画像Ｆ６を得る。さらに、暗色粒子識別部１３７は、このようにして生成された画像Ｆ６と、二値化処理部１３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し、この画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する。
【００８７】
なお、暗色粒子識別部１３７は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部１３９に伝送する。
【００８８】
〔粒子情報算出部１３９〕
粒子情報算出部１３９は、明色粒子識別部１３５および暗色粒子識別部１３７から伝送された粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出するとともに、画像Ｆ７中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出する。
【００８９】
より詳細には、粒子情報算出部１３９は、画像Ｆ５および画像Ｆ７中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部１３９は、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐの位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置１３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【００９０】
また、粒子情報算出部１３９は、微粒子Ｐに関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。さらに、粒子情報算出部１３９は、必要に応じて、適宜、粒子の明度ごとに（本実施形態では、暗色粒子と明色粒子のそれぞれについて）、粒度構成率や総体積、暗色粒子と明色粒子との総体積の比率等を算出して記録してもよい。
【００９１】
＜遮光板１２７＞
また、本実施形態に係る明度識別装置１００は、必要に応じて、遮光板１２７をさらに備えていてもよい。遮光板１２７は、例えば、ステージ１０５の下面（基板載置面と反対側）に上端が接し、かつ、透過光用照明装置１２３の周囲を覆うように配置すればよい。また、遮光板１２７の下端は、開放されていてもよく、閉塞されていてもよい。この遮光板１２７の役割は、透過光用照明装置１２３による照明を消灯したときに、透過光用照明装置１２３の周囲からの入光を防止して、ステージ１０５の背面が暗色になるようにすることである。従って、微粒子Ｐの位置、大きさ及び明度等の測定における全作業を暗室内で実施する場合には、遮光板１２７を設ける必要はない。
【００９２】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置１００について詳細に説明したが、続いて、図４および図５を参照しながら、上述した明度識別装置１００を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【００９３】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した明度識別装置１００を用いて、平坦な基板１上またはステージ１０５上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図４に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第６の工程を含む。
【００９４】
＜分析用サンプルの加工＞
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ１０１）。この際、各粒子同士がなるべく接触しないように、散布量を調整し、さらに、適宜、ヘラ等により散布された微粒子Ｐをならす。なお、基板１上に散布する微粒子Ｐの個数は特に限定されない（捕集された降下煤塵を用いる場合にはその全量を分析用サンプルとして加工する必要はない）が、試料のばらつきの影響を評価するためには、少なくとも１００個以上の微粒子Ｐを分析用サンプルとして供用することが好ましい。
【００９５】
また、検体として、製鉄プラント由来の降下煤塵を用いる場合には、降下煤塵は、通常φ１０μｍ以上の粗大な粒子であるので、降下煤塵粒子を散布する際には、降下煤塵粒子の大気中での自由落下を利用することができる。具体的には、例えば、捕集された降下煤塵を匙ですくって基板上に上方から落下させることにより、降下煤塵粒子を基板上に散布することができる。
【００９６】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第６の工程を実施する。
【００９７】
＜第１の工程＞
第１の工程では、撮影装置１０１が、複数の微粒子Ｐからなる識別対象の微粒子群からの透過光を撮像して（電気信号に変換して）モノクロ画像Ｂ０を得る（Ｓ１０３）。ここで、モノクロ画像Ｂ０の撮像条件としては、透過光用照明装置１２３の輝度を０ではない所定輝度とし、かつ、撮影装置１０１に反射光照明装置１２１が設けられている場合には、反射光用照明装置１２１の輝度を０とする。
【００９８】
次いで、画像処理装置１３０の二値化処理部１３１が、この画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化し、図５に示すような画像Ｂ１を生成する（Ｓ１０５：二値化処理）。このときの第１のしきい値としては、透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値よりも低い明度のしきい値を用いる。「透過光照明装置１２３による照明時に透明な粒子を透過する光の明度に相当する明度しきい値」としては、例えば、予め透明または半透明の粒子（ガラス微粒子など）を撮像して得られた粒子画像を処理することにより求められた個々の粒子の代表明度のうち、最も低い明度とすればよい。このようにして決定された明度しきい値は、不透明な粒子の透過光画像上での粒子として識別される画素領域の代表明度よりも高い明度となる。
【００９９】
なお、「代表明度」については、上述した通りであるので詳しい説明を省略する。また、第１のしきい値の設定方法は、上記のような方法には限られず、透過光を用いた撮像画像中で、不透明な粒子を認識可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。
【０１００】
さらに、撮像装置１１０の視野内の全域で完全に均一な照度を得ることは実際には困難であることから、二値化の前に、記録された画素の明度に、画素の二次元位置の関数である補正値を増減して、画像内での照度のバラツキを補正してもよい。この場合の補正値算出方法としては、例えば、予め散乱光反射率値が知られている灰色のテストピースを本実施形態で使用する撮像装置１１０で撮影しておき、このとき記録された画像での全画素の平均明度値から各画素の明度を減じたものを、各画素での明度補正値として用いることができる。補正値が画素のダイナミックレンジに比べて十分小さければ、この補正方法での誤差は小さくなる。また、この補正値が小さくなるように、撮影面上での照度をできる限り均一にすることが望ましい。
【０１０１】
また、二値化処理の際には、適宜、微小な（明度識別対象の微粒子の一般的な大きさよりも小さな）暗色の画素群を除去する等のノイズ除去処理を実施してもよい。
【０１０２】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、例えば、図５に示す透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【０１０３】
＜第２の工程＞
第２の工程では、撮影装置１０１が、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係及び撮像範囲を第１の工程と同様に設定し、かつ、撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、微粒子Ｐからの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のスペクトルのみを撮像してモノクロ画像Ｆ０を得る（Ｓ１０７）。ここで、モノクロ画像Ｆ０の撮像条件としては、撮影装置１０１に透過光用照明装置１２３が設けられている場合には、透過光用照明装置１２３の輝度を１または２以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置１２１の輝度を０ではない所定輝度とする。
【０１０４】
なお、「粒子の明暗を識別するための明度しきい値」については、上述した通りであるので、詳しい説明を省略する。
【０１０５】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、画像Ｆ０を撮像する際に、微粒子Ｐからの反射光のうち、特定波長領域の反射光のみのスペクトルを撮像して画像Ｆ０を得る。このときの「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法としては、（１）上記特定波長領域の光のスペクトルを備えた反射光用照明装置１２１を使用する方法、（２）上記特定波長領域の光にのみ反応する撮像素子（ＣＣＤ等）を備えた撮像装置１１０（カメラ）を使用する方法、および、（３）反射光用照明装置１２１として汎用の白色照明を使用し、この照明からの微粒子Ｐからの反射光の光路の途中（例えば、微粒子Ｐが散布された基板１（またはステージ１０５）と撮像素子１１１との間）に、上記特定波長領域の光のみを透過するフィルタを設ける方法などがある。
【０１０６】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、撮影装置１０１として、透過光画像撮像用の第１の撮影装置と反射光画像撮像用の第２の撮影装置の２種類を使用する場合には、同一の識別対象の微粒子群を、第１の撮影装置で撮像して画像Ｂ０を得た後に、第２の撮影装置で撮像して画像Ｆ０を得る。この場合、識別対象の微粒子群を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で移動させる必要があることから、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置と画素座標との対応が、第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で一致するように、各撮影装置における撮像条件を設定する。
【０１０７】
このように、微粒子Ｐの位置と画素座標との対応を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で一致させるためには、微粒子Ｐが散布されている基板等における微粒子Ｐの位置が固定されるように、例えば、識別対象の微粒子Ｐを液状の透明な樹脂中に分散させて沈降させた後、樹脂を固化させて各微粒子Ｐ間の位置関係を固定すればよい。このとき、各微粒子Ｐが互いに接触しないように注意する。
【０１０８】
また、撮影装置１０１として、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を備える１種類の装置を使用して、画像Ｂ０と画像Ｆ０の双方を撮像してもよく、この場合には、識別対象の微粒子群を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で移動させる必要はないことから、上記のように、識別対象の微粒子Ｐの位置を樹脂等で固定する必要はない。
【０１０９】
次に、二値化処理部１３１が、画像Ｆ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｆ１’を生成する（Ｓ１０９：二値化処理）。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点や、ノイズ除去処理を実施してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０１１０】
さらに、二値化処理部１３１が、得られた画像Ｆ１’における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行うことにより、図５に示すような画像Ｆ１を生成する（Ｓ１１１：明度反転処理）。図５では、例えば、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐに対応する反射光粒子Ｐ３ｒ、Ｐ４ｒが得られた例を示している。この明度反転処理は、上述したように、論理否定演算を行うものであり、高明度（明色）の画素を真、低明度（暗色）の画素を偽と定義したときに、二値化された画像Ｆ１’中の高明度の画素を低明度の画素に変換し、低明度の画素を高明度の画素に変換する処理である。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ１＝ｎｏｔ Ｆ１’」である。
【０１１１】
なお、画像Ｆ１を生成する際に、画素の明度を反転させるのは、画像Ｂ１（透過光画像を二値化した画像）中の微粒子Ｐに対応する粒子画像の色（暗色）と一致させるためである。
【０１１２】
＜第３の工程＞
第３の工程では、まず、刻印処理部１３３が、上述したようにして生成された画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｆ２’を生成する（Ｓ１１３：縮退処理）。ここで、「明色化」および「縮退処理」については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１１３】
ここで、第３の工程を行う前提として、画像Ｆ１（反射光画像を二値化した画像）における任意の微粒子Ｐに対応する画素群を構成する画素数が、当該微粒子Ｐに対応する画像Ｂ１（透過光画像を二値化した画像）における画素群を構成する画素数以下であることが必要である。これは、主に、（１）反射光用照明装置１２１による照明時には、撮像画像中にハイライトが存在して、微粒子Ｐに対応する有効な画素をその分減じることと、（２）反射光用照明装置１２１による照明時の粒子画像の外縁部は、透過光照明装置１２３による照明時の粒子画像の外縁部よりも明度変化がシャープではないことの２つの理由による。従って、画像Ｆ０を二値化する際の明度しきい値をやや低明度側に設定して、反射光用照明装置１２１による照明時の粒子に対応する画素群の面積を、透過光用照明装置１２３による照明の粒子に対応する画素群の面積よりも大きくならないように設定すべきである。
【０１１４】
以上のような前提から、本実施形態に係る明度識別方法では、後述する画像Ｆ３上で、明色粒子に対応する粒子画像に認識可能な刻印を施すために、反射光用照明装置１２１による照明時の粒子画像に対応する画素群の面積を、当該粒子に対応する透過光照明装置１２３による照明時の粒子画像での画素群の面積よりも確実に小さくするため、画像Ｆ１における粒子画像に対応する暗色の画素群の大きさを縮小する縮退処理を行っている。
【０１１５】
また、刻印処理部１３３が、上記のようにして得られた画像Ｆ２’に対して、明度反転処理を行って図５に示すような画像Ｆ２を生成する（Ｓ１１５：明度反転処理）。図５では、画像Ｆ２上に、反射光粒子Ｐ３ｒ、Ｐ４ｒに対応する刻印Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ（明色の画素）が生成された例を示している。このように、反射光用照明装置１２１による照明時の粒子に対応する画素群の画素を明色化することにより、画像Ｂ１における粒子に対応する暗色の画素群に、認識可能な刻印を施すことができる。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ２＝ｎｏｔ Ｆ２’」である。
【０１１６】
＜第４の工程＞
第４の工程では、刻印処理部１３３が、第１の工程で生成された画像Ｂ１と、上記のようにして生成された画像Ｆ２とに対して、論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群（Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の一部または全部（図５の例では、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）に、明色の画素群による刻印（図５の例では、Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）が施された画像Ｆ３を生成する（Ｓ１１７：刻印処理）。このときの論理和演算では、高明度（明色）の画素を真、低明度（暗色）の画素を偽と定義した場合に、画像Ｂ１中の画素の明度と画像Ｆ２中の画素の明度とが論理和される。従って、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で明色の画素の場合、および、画像Ｂ１と画像Ｆ２のいずれか一方で明色の画素、かつ、他方で暗色の画素の場合には、画像Ｆ３中では明色の画素となり（「真」同士の論理和および「真」と「偽」の論理和は「真」となる。）、画像Ｂ１と画像Ｆ２の双方で暗色の画素の場合にのみ、画像Ｆ３中では暗色の画素となる（「偽」同士の論理和は「偽」となる。）。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ３＝Ｆ２ ｏｒ Ｂ１」である。
【０１１７】
ここで、本実施形態においては、反射光画像は、背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い低明度の背景で撮像されているので、画像Ｆ１中における反射光粒子（Ｐ３ｒ、Ｐ４ｒ）は明色粒子に対応するものである。従って、画像Ｆ２における刻印（Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）も明色粒子に対応するものとなるので、画像Ｆ３中で刻印が施された透過光粒子（Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）は、明色粒子に対応するものである。
【０１１８】
以上のように、本実施形態では、縮小させた反射光を用いて撮像された画像中における粒子（本実施形態では明色粒子）に対応する画素群を、この明色粒子に対応する透過光を用いて撮像された画像中の画素群と論理和（ＯＲ）演算することにより、明色粒子に対応する透過光粒子中の画素群の中心部が明色化するため、明色粒子には対応しない粒子（暗色粒子）の画素群から区別できる。このように、暗色の画素群の中心部に明色部（刻印）を形成することは、明色粒子であることの印を暗色の画素群に付与したことになる。
【０１１９】
刻印後の暗色の画素群の形状は、刻印（Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）の部位（画素群）が、透過光粒子（Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の周縁部に達しない場合には、リング状となる。また、刻印（Ｐ３ｍ、Ｐ４ｍ）の部位（画素群）が、透過光粒子（Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の周縁部に達する場合には、刻印後の暗色の画素群の形状は、三日月状、棒状等となる。いずれの場合でも、刻印前の暗色の画素群の形状である略円形とは大きく異なる形状となるため、刻印が施された暗色の画素群と、刻印が施されていない暗色の画素群とを区別することができる。
【０１２０】
＜第５の工程＞
第５の工程では、明色粒子識別部１３５が、画像Ｆ３中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｆ４’を得た（Ｓ１１９）後に、この画像Ｆ４’全体に対して明度反転処理を行って画像Ｆ４を生成する（Ｓ１２１）。さらに、明色粒子識別部１３５が、上記のようにして生成された画像Ｆ４と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し（Ｓ１２３）、この画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群（図５のＰ３ｐ、Ｐ４ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する（Ｓ１２５：明色粒子識別処理）。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ５＝（ｎｏｔ Ｆ４’） ｏｒ Ｂ１」である。もし、事前にＦ４’のノイズが除去されている場合には、「Ｆ５＝ｎｏｔ（Ｆ４’ ｘｏｒ Ｂ１）」という論理演算式を利用してもよい。
【０１２１】
ここで、第５の工程のステップＳ１１９では、画像Ｆ３中の暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群（例えば、リング状の形状を有する暗色の画素群）、または、暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群（例えば、三日月状や棒状等の形状を有する暗色の画素群）を、刻印が施された暗色の画素群と判定し、当該画素群に含まれる暗色の画素の全てを明色化する。
【０１２２】
この場合、「暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群」であるか否かの判定の際の「所定数」としては、例えば、当該暗色画素数と同数以上の値を用いることができる。
【０１２３】
また、「色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である」か否かの判定は、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６２１−１９８４で規定されている「真円度」を使用して行うことができる。なお、「真円度」は、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさ、より具体的には、円形形体を２つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心円の間隔が最小となる場合の２円の半径の差で表される。上記の判定の具体的な方法としては、画像Ｆ３上に存在する暗色の画素群のそれぞれについて、当該暗色の画素群に含まれる各画素の画素座標に基づいて真円度を求め、この真円度が大きいもの（例えば、真円度が３以上）のものを、刻印が施された暗色の画素群と判定する。
【０１２４】
また、第５の工程では、必要に応じて、各明色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部１３９が、第５の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ１２７）。
【０１２５】
より詳細には、粒子情報算出部１３９が、画像Ｆ５中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部１３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（明色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置１３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１２６】
また、第５の工程では、粒子情報算出部１３９が、微粒子Ｐ（明色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１２７】
なお、明色粒子のみを識別できればよい場合には、この第５の工程で処理を終了してもよい。
【０１２８】
＜第６の工程＞
第６の工程では、暗色粒子識別部１３７が、第５の工程で得られた画像Ｆ５に対して明度反転処理を行うことにより画像Ｆ６を生成する（Ｓ１２９）。さらに、暗色粒子識別部１３７が、ステップＳ１２９で生成された画像Ｆ６と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し（Ｓ１３１）、この画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群（図５のＰ１ｐ、Ｐ２ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する（Ｓ１３３：暗色粒子識別処理）。かかる処理の論理演算式は、「Ｆ７＝（ｎｏｔ Ｆ５） ｏｒ Ｂ１、または、「Ｆ７＝ｎｏｔ Ｆ４」である。もし、事前にＦ５のノイズが除去されている場合には、「Ｆ７＝ｎｏｔ（Ｆ５ ｘｏｒ Ｂ１）という論理演算式を利用してもよい。
【０１２９】
また、第６の工程では、必要に応じて、各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部１３９が、第６の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ７中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ１３５）。
【０１３０】
より詳細には、粒子情報算出部１３９が、画像Ｆ７中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部１３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（暗色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置１３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１３１】
また、第６の工程では、粒子情報算出部１３９が、微粒子Ｐ（暗色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１３２】
さらに、第６の工程では、粒子情報算出部１３９が、必要に応じて、適宜、粒子の明度ごとに（本実施形態では、暗色粒子と明色粒子のそれぞれについて）、粒度構成率や総体積、暗色粒子と明色粒子との総体積の比率等を算出して記録してもよい。
【０１３３】
なお、以上説明したような画像処理は、例えば、“ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ”のような市販の画像処理ソフトに標準的に搭載されている粒子画像処理計測機能を利用して実施することができる。
【０１３４】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置１００およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０１３５】
特に、本発明では、反射光粒子に縮退処理を行って粒子画素範囲が対応する透過光粒子範囲内に確実に収まる処置を施すことによって、刻印処理時に透過光粒子範囲からはみ出した反射光粒子画素範囲に起因する画像への外乱を回避できる。また、刻印処理された粒子ではリング状や三日月状といった特徴的な粒子形状に必ずなるため、刻印粒子を画像中の多数の粒子の中から容易に識別できるという利点がある。
【０１３６】
また、本実施形態によれば、反射光用照明装置により識別対象の微粒子Ｐの上方から照明し、この微粒子Ｐからの反射光を用いて微粒子Ｐを撮像した粒子画像に、主に、明度の低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０１３７】
明度の低い外乱の代表例としては、識別対象の微粒子Ｐが散布された基板１が載置されるか、あるいは、微粒子Ｐが直接散布される透明なステージ上の半透明な汚れがある。透明ステージ上には、しばしば油や指紋などの半透明な汚れが存在する場合があり、このような汚れが撮像されることがある。識別対象の微粒子Ｐが主に高明度であり、相対的に低明度の暗色粒子との識別のための明度しきい値を比較的高明度に設定する場合、上方からの照明を用いて撮像した画像のみの粒子の識別では、ステージ上の半透明な汚れを粒子として誤認識する可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、下方からの照明を用いて撮像した画像を二値化して画像処理する際に、このようなステージ上の汚れを粒子の測定の対象から除外するので、ステージ上の汚れを粒子として誤認識することはない。
【０１３８】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０１３９】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した第１の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０１４０】
（明度識別装置）
まず、図６を参照しながら、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。図６は、本実施形態に係る画像処理装置２３０の機能構成を示すブロック図である。
【０１４１】
本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第１の実施形態に係る明度識別装置１００と、反射光画像生成部および画像処理装置の機能が異なる。
【０１４２】
具体的には、本実施形態に係る反射光画像生成部は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が、第１の実施形態とは逆に、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度となるように、照明制御装置により透過光用照明装置の輝度が設定された状態で、反射光画像（モノクロ画像Ｄ０）を生成する。
【０１４３】
また、本実施形態に係る画像処理装置２３０は、二値化処理部２３１と、刻印処理部２３３と、暗色粒子識別部２３５と、明色粒子識別部２３７と、粒子情報算出部２３９と、を主に有する。
【０１４４】
二値化処理部２３１は、反射光画像生成部により生成されたモノクロ画像Ｄ０を第２のしきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０１４５】
ここで、本実施形態では、反射光画像（画像Ｄ０）の背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定しているため、この反射光画像を二値化して得られる画像Ｄ１で粒子として認識される画素群は、暗色の画素群となる。そのため、本実施形態では、第１の実施形態のように、反射光画像を二値化して得られた画像の明暗を反転する明度反転処理は必要ない。
【０１４６】
刻印処理部２３３の機能は、第１の実施形態に係る刻印処理部１３３の機能と同様であるが、第１の実施形態の場合と異なるのは、刻印が付された透過光粒子が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも明度の低い暗色粒子に対応するという点である。従って、本実施形態の粒子明度の識別においては、第１の実施形態と異なり、初めに暗色粒子が識別された後に、明色粒子が識別される。
【０１４７】
具体的には、暗色粒子識別部２３５は、刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）した後に、明度反転処理を行って暗色粒子以外の粒子（本実施形態では明色粒子）に対応する画素群が明色の画素で表された画像Ｄ４を生成する。さらに、暗色粒子識別部２３５は、上記のようにして生成された画像Ｄ４と、二値化処理部２３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し、この画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する。
【０１４８】
なお、暗色粒子識別部２３５は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部２３９に伝送する。
【０１４９】
また、明色粒子識別部２３７は、暗色粒子識別部２３５によって生成された画像Ｄ５に対して明度反転処理を行って画像Ｄ６を得る。さらに、明色粒子識別部２３７は、このようにして生成された画像Ｄ６と、二値化処理部２３１により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し、この画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する。
【０１５０】
なお、明色粒子識別部２３７は、粒子明度の識別結果を粒子情報算出部２３９に伝送する。
【０１５１】
粒子情報算出部２３９は、第１の実施形態に係る粒子情報算出部１３９と同様にして、暗色粒子識別部２３５および明色粒子識別部２３７から伝送された粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｄ５中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出するとともに、画像Ｄ７中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出する。
【０１５２】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明したが、続いて、図７および図８を参照しながら、上述した明度識別装置を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図７は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図８は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【０１５３】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した本実施形態に係る明度識別装置を用いて、平坦な基板上またはステージ上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図７に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第６の工程を含む。
【０１５４】
＜分析用サンプルの加工＞
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ２０１）。微粒子Ｐの散布方法の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【０１５５】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第６の工程を実施する。
【０１５６】
＜第１の工程＞
第１の工程では、第１の実施形態と同様にして、撮影装置１０１が、複数の微粒子Ｐからなる識別対象の微粒子群からの透過光を撮像して（電気信号に変換して）モノクロ画像Ｂ０を得た（Ｓ２０３）後に、画像処理装置２３０の二値化処理部２３１が、この画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化し、図８に示すような画像Ｂ１を生成する（Ｓ２０５：二値化処理）。
【０１５７】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、例えば、図８に示す透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【０１５８】
＜第２の工程＞
第２の工程では、撮影装置１０１が、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係及び撮像範囲を第１の工程と同様に設定し、かつ、撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定する条件で、微粒子Ｐからの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のスペクトルのみを撮像してモノクロ画像Ｄ０を得る（Ｓ２０７）。ここで、モノクロ画像Ｄ０の撮像条件は、第１の実施形態に係るモノクロ画像Ｆ０の撮像条件と同様であり、「粒子の明暗を識別するための明度しきい値」については、上述した通りであるので、詳しい説明を省略する。
【０１５９】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、画像Ｄ０を撮像する際に、微粒子Ｐからの反射光のうち、特定波長領域の反射光のみのスペクトルを撮像して画像Ｄ０を得る。このときの「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法としても、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１６０】
また、本実施形態に係る明度識別方法では、撮影装置１０１として、透過光画像撮像用の第１の撮影装置と反射光画像撮像用の第２の撮影装置の２種類を使用する場合には、同一の識別対象の微粒子群を、第１の撮影装置で撮像して画像Ｂ０を得た後に、第２の撮影装置で撮像して画像Ｄ０を得る。この場合、識別対象の微粒子群を第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で移動させる必要があることから、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置と画素座標との対応が、第１の撮影装置と第２の撮影装置との間で一致するように、各撮影装置における撮像条件を設定する点や、微粒子Ｐの位置と画素座標との対応を一致させるための方法、撮影装置１０１として、反射光用照明装置１２１と透過光用照明装置１２３の双方を備える１種類の装置を使用する場合等についても、第１の実施形態と同様である。
【０１６１】
次に、二値化処理部２３１が、画像Ｄ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する（Ｓ２０９：二値化処理）。このときの第２のしきい値を設定する方法や、二値化の前に画像内での照度のバラツキを補正してもよい点や、ノイズ除去処理を実施してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０１６２】
なお、本実施形態では、ステップＳ２０９の処理によって、微粒子Ｐに対応する画素群（図５の例では、透過光粒子Ｐ２ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒが存在する画素領域）として、微粒子Ｐに対応する粒子画像の色が既に暗色となっているため、第１の実施形態におけるステップＳ１１１に対応する処理は必要ない。
【０１６３】
＜第３の工程＞
第３の工程では、まず、刻印処理部２３３が、上述したようにして生成された画像Ｄ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｄ２’を生成する（Ｓ２１３：縮退処理）。ここで、「明色化」および「縮退処理」については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１６４】
また、刻印処理部２３３が、上記のようにして得られた画像Ｄ２’に対して、明度反転処理を行って図８に示すような画像Ｄ２を生成する（Ｓ２１５：明度反転処理）。図８では、画像Ｄ２上に、反射光粒子Ｐ２ｒに対応する刻印Ｐ２ｍ（明色の画素）が生成された例を示している。
【０１６５】
＜第４の工程＞
第４の工程では、刻印処理部２３３が、第１の工程で生成された画像Ｂ１と、上記のようにして生成された画像Ｄ２とに対して、論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群（Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の一部または全部（図８の例では、Ｐ２ｐ）に、明色の画素群による刻印（図８の例では、Ｐ２ｍ）が施された画像Ｄ３を生成する（Ｓ２１７：刻印処理）。
【０１６６】
ここで、本実施形態においては、反射光画像は、背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い低明度の背景で撮像されているので、画像Ｄ１中における反射光粒子（Ｐ２ｒ）は暗色粒子に対応するものである。従って、画像Ｄ２における刻印（Ｐ２ｍ）も明色粒子に対応するものとなるので、画像Ｄ３中で刻印が施された透過光粒子（Ｐ２ｐ）は、明色粒子に対応するものである。
【０１６７】
以上のように、本実施形態では、縮小させた反射光を用いて撮像された画像中における粒子（本実施形態では暗色粒子）に対応する画素群を、この暗色粒子に対応する透過光を用いて撮像された画像中の画素群と論理和（ＯＲ）演算することにより、暗色粒子に対応する透過光粒子中の画素群の中心部が明色化するため、暗色粒子には対応しない粒子（明色粒子）の画素群から区別できる。このように、暗色の画素群の中心部に明色部（刻印）を形成することは、暗色粒子であることの印を暗色の画素群に付与したことになる。
【０１６８】
＜第５の工程＞
第５の工程では、暗色粒子識別部２３５が、画像Ｄ３中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｄ４’を得た（Ｓ２１９）後に、この画像Ｄ４’全体に対して明度反転処理を行って画像Ｄ４を生成する（Ｓ２２１）。さらに、暗色粒子識別部２３５が、上記のようにして生成された画像Ｄ４と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し（Ｓ２２３）、この画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群（図８のＰ２ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する（Ｓ２２５：暗色粒子識別処理）。
【０１６９】
ここで、第５の工程のステップＳ２１９における刻印が施された暗色の画素群の判定は、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１７０】
また、第５の工程では、必要に応じて、各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部２３９が、第５の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｄ５中の粒子画像の位置および大きさを暗色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ２２７）。
【０１７１】
より詳細には、粒子情報算出部２３９が、画像Ｄ５中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部２３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（暗色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置２３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１７２】
また、第５の工程では、粒子情報算出部２３９が、微粒子Ｐ（暗色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１７３】
なお、暗色粒子のみを識別できればよい場合には、この第５の工程で処理を終了してもよい。
【０１７４】
＜第６の工程＞
第６の工程では、明色粒子識別部２３７が、第５の工程で得られた画像Ｄ５に対して明度反転処理を行うことにより画像Ｄ６を生成する（Ｓ２２９）。さらに、明色粒子識別部２３７が、ステップＳ２２９で生成された画像Ｄ６と、第１の工程で生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し（Ｓ２３１）、この画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群（図８のＰ１ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する（Ｓ２３３：明色粒子識別処理）。
【０１７５】
また、第６の工程では、必要に応じて、各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、粒子情報算出部２３９が、第６の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｄ７中の粒子画像の位置および大きさを明色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ２３５）。
【０１７６】
より詳細には、粒子情報算出部２３９が、画像Ｄ７中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域を微粒子Ｐが存在する領域として特定する。さらに、粒子情報算出部２３９が、特定された微粒子Ｐの存在領域内の画素の位置座標を検出し、この位置座標に基づいて、微粒子Ｐ（明色粒子）の位置（例えば、中心位置）および大きさ（例えば、面積や直径）を算出し、必要に応じて、画像処理装置２３０に設けられている記憶部（図示せず。）に記録する。
【０１７７】
また、第６の工程では、粒子情報算出部２３９が、微粒子Ｐ（明色粒子）に関する情報として、微粒子Ｐを球と仮定した場合の体積を予め求めておいた微粒子Ｐの粒径から算出して記録してもよい。
【０１７８】
さらに、第６の工程では、粒子情報算出部２３９が、必要に応じて、適宜、粒子の明度ごとに（本実施形態では、暗色粒子と明色粒子のそれぞれについて）、粒度構成率や総体積、暗色粒子と明色粒子との総体積の比率等を算出して記録してもよい。
【０１７９】
なお、以上説明したような画像処理は、例えば、“ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ”のような市販の画像処理ソフトに標準的に搭載されている粒子画像処理計測機能を利用して実施することができる。
【０１８０】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０１８１】
また、本実施形態によれば、反射光照明装置１２１により微粒子Ｐの上方から照明し、この微粒子Ｐからの反射光を用いて微粒子Ｐを撮像した粒子画像に、主に、明度の高い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０１８２】
明度の高い外乱の第１の代表例としては、上方からの照明（反射光照明装置１２１からの照明）の鏡面反射によるハイライトがある。このようなハイライトが存在する粒子画像中で、微粒子Ｐに対応する画素数に占めるハイライト部分の画素数の割合は、一般に、１０％以上５０％未満である。上方からの照明（反射光）を用いて撮像した画像のみを用いて微粒子の明度を判断する場合には、本来、明度の低い暗色の粒子であっても、ハイライト部分での明度が高いので、この暗色の粒子を明色粒子と誤認識する可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、ハイライト部分が存在しても、粒子の暗色部分のみで粒子本来の明度を判断できる。さらに、粒子の面積を下方からの照明（透過光）を用いて撮像した画像から算出しているので、上方からの照明（反射光）を用いて撮像した画像において、暗色粒子がハイライト部分の欠けた形状として粒子として認識されることによる粒子の面積の測定誤差は生じない。
【０１８３】
また、上記と同様の理由で、本実施形態によれば、粒子以外の鏡面反射（例えば、ステージ表面からの鏡面反射）による撮像物も粒子として誤認識されることはない。
【０１８４】
また、明度の高い外乱の第２の代表例としては、焦点距離範囲外に存在する識別対象外の粒子（例えば、顕微鏡レンズの汚れ）がある。ステージ１０５上に存在しない識別対象外の粒子（例えば、汚れ）であっても、撮像範囲内に存在すれば画像として記録される場合がある。このような粒子は、撮像手段（カメラ）の焦点があっていないので、ピンボケして全体が大きく、かつ、やや高い明度の画素として記録される。これは、上方からの照明（反射光）を用いて撮像した画像でも、下方からの照明（透過光）を用いて撮像した画像でも同様である。上方からの照明を用いて撮像した画像のみで、このような粒子の明度を判断した場合、単に明度の低い粒子なのか、識別対象外の粒子なのかを判断することができない。これに対して、本実施形態では、下方からの照明を用いて撮像した画像を二値化して画像処理を行う際に、このようなピンボケによる高明度の粒子を、粒子の測定の対象から除外するので（ピントの合った粒子の下方からの照明を用いて撮像した画像では、粒子に対応する画素領域は、常に所定値以下の低明度となる。）、識別対象外の粒子を誤認識することはない。
【０１８５】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０１８６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した第１の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０１８７】
（明度識別装置）
まず、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第１の実施形態に係る明度識別装置１００と、反射光画像の撮像条件および画像処理装置の機能が異なる。
【０１８８】
具体的には、本実施形態では、反射光画像を撮像する際に、撮像に用いる反射光の波長領域（特定波長領域）を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定し、本実施形態に係る反射光画像生成部は、それぞれの特定波長範囲において撮像されたｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を生成する。
【０１８９】
ここで、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定する方法としては、例えば、複数種類の異なる色フィルタ（赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ等）を用意し、それぞれの色フィルタを撮像装置（カメラ）に装着した状態で、識別対象の微粒子群を撮像する方法等が考えられるが、この方法以外でも、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定することができる方法であれば、任意の方法を利用することができる。例えば、撮像素子自体を異なる波長領域の光を受光可能な撮像素子に交換したり、反射光用照明装置を異なる波長領域の光を照射可能な照明装置に交換したりすることによっても、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定することができる。
【０１９０】
また、本実施形態に係る画像処理装置は、第１の実施形態に係る画像処理装置１３０と同様に、二値化処理部と、刻印処理部と、明色粒子識別部と、暗色粒子識別部とを有するが、これらの機能構成による具体的な処理の内容は、第１の実施形態の場合と若干異なる。
【０１９１】
本実施形態に係る二値化処理部は、反射光画像生成部により生成されたｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）のそれぞれを、第２のしきい値を用いて二値化したｎ個の画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）を生成する。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。さらに、二値化処理部は、得られた画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行うことにより、ｎ個の画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成する。
【０１９２】
本実施形態に係る刻印処理部の機能は、第１の実施形態に係る刻印処理部１３３の機能と同様であるが、第１の実施形態の場合と異なるのは、透過光粒子に刻印が付された画像を、Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）のｎ個生成するという点である。従って、本実施形態では、後述する明色粒子の識別は、これらのｎ個の画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）に対して、それぞれ行われる。
【０１９３】
本実施形態に係る明色粒子識別部は、第１の実施形態に係る明色粒子識別部１３５と同様にして、ｎ個の画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成した後に、当該画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、透過光画像生成部により生成された画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、ｎ個の画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し、これらの画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて連続して位置する暗色の画素群を明色粒子として識別する。さらに、本実施形態に係る明色粒子識別部は、ｎ個の画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断する。
【０１９４】
例えば、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定する方法として、複数種類の異なる色フィルタ（赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ）を使用したとすると、赤色フィルタを使用して撮像した場合に明色粒子として識別された微粒子が、青色フィルタを使用して撮像した場合にも明色粒子として識別された場合には、本実施形態に係る明色粒子識別部は、当該微粒子の色を、赤色フィルタを透過した反射光のスペクトルと、青色フィルタを透過した反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相であると判断する。
【０１９５】
また、本実施形態に係る暗色粒子識別部は、ｎ個の画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する微粒子Ｐの色を、黒色と判断する。
【０１９６】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明したが、続いて、図９および図１０を参照しながら、上述した明度識別装置を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図９は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図１０は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【０１９７】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した本実施形態に係る明度識別装置を用いて、平坦な基板上またはステージ上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図９に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第６の工程を含む。
【０１９８】
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ３０１）。微粒子Ｐの散布方法の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【０１９９】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第６の工程を実施する。
【０２００】
＜第１の工程＞
第１の工程では、第１の実施形態と同様にして、撮影装置１０１が、複数の微粒子Ｐからなる識別対象の微粒子群からの透過光を撮像して（電気信号に変換して）モノクロ画像Ｂ０を得た（Ｓ３０３）後に、画像処理装置の二値化処理部が、この画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化し、図１０に示すような画像Ｂ１を生成する（Ｓ３０５：二値化処理）。
【０２０１】
以上のようにして得られた画像Ｂ１は、高明度（白色の領域として図示）の画素と低明度（斜線の領域として図示）の画素とからなり、この画像Ｂ１中では、粒子が存在している領域が低明度の画素として認識される。従って、画像Ｂ１中における隣り合う画素の二値化明度の接続関係から、同一の二値化明度の画素（本実施形態では、低明度の画素）が連続し、かつ、他の領域（本実施形態では高明度の画素が存在する領域）と独立した領域が微粒子Ｐが存在する領域、例えば、図１０に示す透過光粒子Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐが存在する領域）として特定される。
【０２０２】
＜第２の工程＞
第２の工程では、撮影装置１０１が、識別対象の微粒子群中の各微粒子Ｐの位置関係及び撮像範囲を第１の工程と同様に設定し、かつ、撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、微粒子Ｐからの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のスペクトルのみを撮像してモノクロ画像を得る。この際、本実施形態では、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定してｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を撮像する（Ｓ３０７）。ここで、モノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）の撮像条件としては、特定波長領域を複数設定する以外は、第１の実施形態と同様である。
【０２０３】
ここで、「粒子の明暗を識別するための明度しきい値」や、「特定波長領域の反射光のみのスペクトル」を得る方法等、さらには、特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定する方法については、上述した通りであるので、詳しい説明を省略する。なお、図１０には、特定波長領域を異なる３種（ｎ＝３）の範囲に設定した例を示しており、この設定方法としては、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの３種のフィルタを交換して用いる方法を採用し、これら３種のフィルタを用いて同一の識別対象微粒子群を撮影した例を示している。また、図１０の例では、画像Ｆ０（１）を赤色フィルタを用いて撮像した画像（以下、「赤色フィルタ画像」とも記載する。）、画像Ｆ０（２）を緑色フィルタを用いて撮像した画像（以下、「緑色フィルタ画像」とも記載する。）、画像Ｆ０（３）を青色フィルタを用いて撮像した画像（以下、「青色フィルタ画像」とも記載する。）とする。
【０２０４】
次に、本実施形態に係る二値化処理部が、画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）を生成する（Ｓ３０９：二値化処理）。このときの第２のしきい値としては、例えば、上述した「粒子の明暗を区別するための明度しきい値」を用いることができる。また、二値化の前に、画像内での照度のバラツキを補正してもよい点や、ノイズ除去処理を実施してもよい点については、画像Ｂ０の二値化の場合と同様である。
【０２０５】
さらに、二値化処理部が、得られた画像Ｆ１’（１）〜Ｆ１’（ｎ）における高明度の画素と低明度の画素の明暗を反転させる明度反転処理を行うことにより、図１０に示すような画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成する（Ｓ３１１：明度反転処理）。図１０には、ｎ＝３の場合の例を示しており、画像Ｆ１（１）では、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ２ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒが得られ、画像Ｆ１（２）では、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒ、Ｐ３ｒが得られ、画像Ｆ１（３）では、微粒子Ｐに対応する画素群として、透過光粒子Ｐ２ｐ、Ｐ４ｐに対応する反射光粒子Ｐ２ｒ、Ｐ４ｒが得られた例を示している。
【０２０６】
＜第３の工程＞
第３の工程では、まず、本実施形態に係る刻印処理部が、上述したようにして生成された画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って画像Ｆ２’（１）〜Ｆ２’（ｎ）を生成する（Ｓ３１３：縮退処理）。ここで、「明色化」および「縮退処理」については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０２０７】
また、刻印処理部が、上記のようにして得られた画像Ｆ２’（１）〜Ｆ２’（ｎ）に対して、明度反転処理を行って画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）を生成する（Ｓ３１５：明度反転処理）。
【０２０８】
＜第４の工程＞
第４の工程では、本実施形態に係る刻印処理部が、上記のようにして生成された画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）のそれぞれに対して、第１の工程で生成された画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群（Ｐ１ｐ、Ｐ２ｐ、Ｐ３ｐ、Ｐ４ｐ）の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）を生成する（Ｓ３１７：刻印処理）。
【０２０９】
ここで、本実施形態においては、反射光画像は、背景を粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い低明度の背景で撮像されているので、画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）中における反射光粒子は明色粒子に対応するものである。従って、画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）における刻印も明色粒子に対応するものとなるので、画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）中で刻印が施された透過光粒子は、それぞれ、明色粒子に対応するものである。
【０２１０】
以上のように、本実施形態では、縮小させた反射光を用いて撮像された画像中における粒子（本実施形態では明色粒子）に対応する画素群を、この明色粒子に対応する透過光を用いて撮像された画像中の画素群と論理和（ＯＲ）演算することにより、明色粒子に対応する透過光粒子中の画素群の中心部が明色化するため、明色粒子には対応しない粒子（暗色粒子）の画素群から区別できる。このように、暗色の画素群の中心部に明色部（刻印）を形成することは、明色粒子であることの印を暗色の画素群に付与したことになる。
【０２１１】
＜第５の工程＞
第５の工程では、本実施形態に係る明色粒子識別部が、画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）中において刻印が施された暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化（暗色の画素を明色の画素に変換）することにより画像Ｆ４’（１）〜Ｆ４’（ｎ）を得た（Ｓ３１９）後に、この画像Ｆ４’（１）〜Ｆ４’（ｎ）全体に対して明度反転処理を行うことにより、図１０に示すような画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成する（Ｓ３２１）。また、明色粒子識別部が、上記のようにして生成された画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、第１の工程で生成された画像Ｂ１と論理和演算を行って画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し（Ｓ３２３）、この画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する（Ｓ３２５：明色粒子識別処理）。さらに、本実施形態に係る明色粒子識別部は、画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断する（Ｓ３２７）。
【０２１２】
ここで、第５の工程のステップＳ３１９における刻印が施された暗色の画素群の判定は、第１の実施形態の場合と同様である。
【０２１３】
ここで、Ｆ５（ｉ）は単なる二値化画像であり、二値化に用いる２色は、どのような組み合わせであってもよい。そこで、本実施形態では、撮像時の色フィルタとの対応を考慮して、この２色を、Ｆ５（１）に関しては白−赤、Ｆ５（２）に関しては白−緑、Ｆ５（３）に関しては白−青、と、それぞれ定義した。ここで、白色はいずれも明色に対応する。このように色相別に定義された二値化画像を、それぞれＦ５’（１）、Ｆ５’（２）、Ｆ５’（３）と定義する。
【０２１４】
また、第５の工程では、必要に応じて、各明色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を、その色ごとに分類して求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第５の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）中の粒子画像の位置および大きさを、各微粒子の色ごとの位置および大きさとして算出する（Ｓ３２９）。
【０２１５】
＜第６の工程＞
第６の工程では、本実施形態に係る暗色粒子識別部が、上記第５の工程で、画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する微粒子の色を、黒色と判断する（Ｓ３３１）。
【０２１６】
より詳細には、全てのＦ５’（ｉ）を加色混合して、色相情報を有した画像Ｃ５を得る。このＣ５にカラー画像処理計測を施して粒子を識別し、各粒子の大きさと色相を認識する。次に、彩度を有した有色部を暗色に定義し白色を明色に定義した上でＣ５を二値化処理して、二値化画像Ｃ５’を得る。さらに、Ｃ５’とＢ１の排他的論理和演算を行って画像Ｆ６を得、これを反転した画像Ｆ７を用いて粒子画像処理計測を行うことにより黒色粒子を識別し、その大きさを求める。
【０２１７】
また、第６の工程では、必要に応じて、黒色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第６の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、上記のようにして生成された画像Ｆ７中の粒子画像の位置および大きさを黒色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ３３３）。
【０２１８】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０２１９】
本実施形態によれば、反射光粒子画像を用いて識別対象粒子を色相別に分類することができるとともに、透過光粒子画像を用いて個々の粒子の大きさや形状の情報を高精度で求めることができる。また、反射光粒子画像と透過光粒子画像を組み合わせて画像処理することによって、画像中の汚れといった外乱を粒子と誤認識する確立を低減できる。さらに、モノクロカメラを用いるため、単板式カラーＣＣＤカメラ等を使用した場合に比べて、粒子認識できる画素分解能が高く、より小径な粒子をより高精度に画像処理計測することができる。
【０２２０】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０２２１】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した第１の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０２２２】
（明度識別装置）
まず、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第１の実施形態に係る明度識別装置１００と、反射光画像生成部の機能および画像処理装置１３０の機能が異なる。
【０２２３】
本実施形態に係る反射光画像生成部は、上述した第１の実施形態に係る反射光画像生成部１１５と第２の実施形態に係る反射光画像生成部の双方の機能を有している。すなわち、本実施形態に係る反射光画像生成部は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定された状態で、反射光画像を生成するとともに、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定された状態で、反射光画像を生成する。
【０２２４】
また、本実施形態に係る画像処理装置は、第１の実施形態に係る画像処理装置１３０と第２の実施形態に実施形態に係る画像処理装置２３０の双方の機能を有する他に、明色粒子と暗色粒子との中間の明度を有する中間色粒子を識別する中間色粒子識別部を有する。
【０２２５】
この中間色粒子識別部は、明色粒子識別部により生成された画像Ｆ５と、暗色粒子識別部により生成された画像Ｄ５とに対して、論理積演算を行うことにより画像Ｅ０を生成した後に、この画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する。
【０２２６】
ここで、画像Ｆ５と画像Ｄ５との論理積演算は、高明度（明色）の画素を真、低明度（暗色）の画素を偽と定義した場合に、画像Ｆ５中の画素の明度と画像Ｄ５中の画素の明度とが論理積される。従って、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で明色の画素の場合にのみ画像Ｅ０中で明色の画素となり、画像Ｆ５と画像Ｄ５のいずれか一方で明色の画素、かつ、他方で暗色の画素の場合、および、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で暗色の画素の場合には、画像Ｅ０中では暗色の画素となる（「真」同士の論理積は「真」となり、「真」と「偽」の論理積、および、「偽」同士の論理積は「偽」となる。）。
【０２２７】
次いで、中間色粒子識別部は、上記のようにして生成した画像Ｅ１と、本実施形態に係る二値化処理部により生成された画像Ｂ１とに対して論理和演算を行ってＥ２を生成する。ここで、画像Ｅ０中において連続して位置する暗色の画素群は、明色粒子または暗色粒子に対応するものである。従って、この画像Ｅ０を明度反転した画像Ｅ１と、識別対象の全ての微粒子に対応する暗色の画素群を含む画像Ｂ１とを論理和した画像Ｅ２には、明色粒子と暗色粒子のいずれにも識別されない微粒子に対応する暗色の画素群のみが残ることとなる。
【０２２８】
そこで、本実施形態では、画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、明色粒子と暗色粒子のいずれにも識別されない微粒子、すなわち、明色粒子と暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子に対応するものとして識別することとし、個の識別を中間色粒子識別が行っている。
【０２２９】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について詳細に説明したが、続いて、図１１および図１２を参照しながら、上述した明度識別装置を用いた本実施形態に係る明度識別方法について詳細に説明する。図１１は、本実施形態に係る明度識別方法における処理の流れを示すフローチャートである。図１２は、本実施形態に係る明度識別方法の各処理における処理画像を示す説明図である。
【０２３０】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した本実施形態に係る明度識別装置を用いて、平坦な基板上またはステージ上に散布された微粒子Ｐの明度を識別する方法であり、図１１に示すように、主に、分析用サンプルを加工した後に、以下に説明する第１〜第４の工程を含む。
【０２３１】
まず、分析（粒子測定）用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子Ｐ（例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子）を基板１上に散布して、この基板１をステージ１０５上に載置するか、または、微粒子Ｐをステージ１０５上に直接散布する（Ｓ４０１）。微粒子Ｐの散布方法の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【０２３２】
以上のようにして作成された分析用サンプルを用いて以下の第１〜第４の工程を実施する。
【０２３３】
＜第１の工程＞
第１の工程では、上述した第１の実施形態に係る明度識別方法と同様にして、画像Ｂ０および画像Ｆ５を生成して明色粒子を識別する（Ｓ４０３）。また、第１の工程では、上述した第２の実施形態に係る明度識別方法と同様にして、画像Ｂ０および画像Ｄ５を生成して暗色粒子を識別する（Ｓ４０５）。これらのステップＳ４０３およびＳ４０５については、上述した第１および第２の実施形態の場合と全く同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０２３４】
また、第１の工程では、必要に応じて、各明色粒子および各暗色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第１の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｆ５および画像Ｄ５中の粒子画像の位置および大きさを、それぞれ、明色粒子および暗色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ４０７）。
【０２３５】
＜第２の工程＞
第２の工程では、第１の工程で生成された画像Ｆ５と画像Ｄ５とに対して論理積演算を行って画像Ｅ０を生成した（Ｓ４０９）後に、この画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する（Ｓ４１１）。ここで、画像Ｆ５と画像Ｄ５との論理積演算は、明色の画素を真、暗色の画素を偽と定義した場合に、画像Ｆ５中の画素の明度と画像Ｄ５中の画素の明度とが論理積される。従って、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で明色の画素の場合にのみ画像Ｅ０中で明色の画素となり、画像Ｆ５と画像Ｄ５のいずれか一方で明色の画素、かつ、他方で暗色の画素の場合、および、画像Ｆ５と画像Ｄ５の双方で暗色の画素の場合には、画像Ｅ０中では暗色の画素となる。
【０２３６】
＜第３の工程＞
第３の工程では、第１の工程のステップＳ４０３またはＳ４０５の少なくともいずれか一方で生成された画像Ｂ１と、第２の工程のステップＳ４０９で生成された画像Ｅ１とに対して論理和演算を行って画像Ｅ２を生成する（Ｓ４１３）。
【０２３７】
＜第４の工程＞
第４の工程では、第３の工程で生成された画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、明色粒子と暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子として識別する（Ｓ４１５）。ここで、画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を中間色粒子と識別できるのは、以下の理由による。すなわち、画像Ｅ０中において連続して位置する暗色の画素群は、明色粒子または暗色粒子に対応するものであることから、この画像Ｅ０を明度反転した画像Ｅ１と、識別対象の全ての微粒子に対応する暗色の画素群を含む画像Ｂ１とを論理和した画像Ｅ２には、明色粒子と暗色粒子のいずれにも識別されない微粒子（中間色粒子）に対応する暗色の画素群のみが残ることとなるためである。
【０２３８】
また、第４の工程では、必要に応じて、各中間色粒子の粒子諸特性（位置、面積、円相当径等）を求めてもよい。具体的には、本実施形態に係る粒子情報算出部が、第４の工程で得られた粒子明度の識別結果に基づいて、画像Ｅ２中の粒子画像の位置および大きさを、中間色粒子の位置および大きさとして算出する（Ｓ４１７）。
【０２３９】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、透過光を用いて不透明な微粒子群を撮像した透過光画像と、反射光を用いて不透明な微粒子群を撮像した反射光画像とに基づき、透過光画像中に存在する透過光粒子と反射光画像中に存在する反射光粒子とを、上述した二値化処理、刻印処理、明色粒子識別処理および暗色粒子識別処理により対応付けることで、性状に大きな分布を有する微粒子群を測定対象とした場合に、微粒子群中の個々の粒子の各種特性特に、粒子の明度を簡易かつ確実に識別することが可能となる。
【０２４０】
また、本実施形態によれば、第１に、反射光照明装置により測定対象の微粒子の上方から照明し、この微粒子からの反射光を用いて微粒子を撮像した粒子画像に、主に、上述した各実施形態で説明したように、明度の高い外乱や明度低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０２４１】
第２に、本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、測定対象の微粒子の明度を、上述した第１および第２の実施形態の場合より細かく（明色粒子、暗色粒子および中間色粒子の３種類）に識別することができる。
【０２４２】
第３に、本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、微粒子の撮像時の条件変動に関わらず、微粒子の明度の識別を精度よく行うことができる。撮像対象が均一の反射率を有する同一の微粒子であった場合でも、画素間や各回の撮影ごとに明度が変動し得る。このような明度が変動する理由としては、例えば、照明装置の輝度や撮像手段（カメラ）の撮像素子（例えば、ＣＣＤ素子）特性のドリフト等によるものや、撮影空間内において照明が不均一になったり、各ＣＣＤ素子間の特性の差によるものなどがあり、明度の変動を完全に防止することが現実的にほとんど不可能である。
【０２４３】
従って、上方からの照明（反射光）を用いて撮像した際に明度を識別する対象である微粒子の画像の平均明度が背景の明度に近い場合、撮像時の明度の変動によって、微粒子の周縁部で背景の画素との明度差が識別できなくなる画素領域が変動し得る。極端な場合、背景の明度が変動して微粒子の平均明度が背景の明度に一致してしまうと、微粒子が認識されなくなるのに対し、背景の明度が逆方向に変動して微粒子の平均明度が背景の明度との差が生じると、当該微粒子は粒子として認識され得る。すなわち、上方からの照明を用いて撮像した粒子（反射光粒子）の面積が撮像条件によって変動することとなる。
【０２４４】
ここで、一般に、下方からの照明（透過光）を用いて撮像した粒子の画像処理計測時の撮像条件の差による粒子の面積の変動は小さいので、下方から照明を用いて撮像した粒子と、上方からの照明を用いて撮像した粒子との面積比により粒子の明度の識別を行う場合には、上方からの照明を用いて撮像した粒子の面積の変動によって、同一の粒子に対する明度（明／暗）の判定も変動していまい、粒子の明度識別の誤差となる。
【０２４５】
一方、上方からの照明を用いて撮像した際に、明度の識別対象の微粒子の画像の平均明度と背景の明度との差が大きい場合、撮像時の明度の変動があっても、粒子が存在する領域がより明確であるので、粒子の面積の変動は少ない（撮像条件が多少変動しても、粒子の平均明度が背景の明度に一致することはない）。従って、撮像条件の変動に対する粒子の明度識別の誤差は小さい。
【０２４６】
しかし、この場合でも、背景の明度を１種類とした条件では、粒子の明度によっては、この１種類の背景明度に近いものが存在し得る。
【０２４７】
そこで、本実施形態では、明背景と暗背景の２種類の背景を用いて測定対象の微粒子を撮像し、暗色粒子の識別は明背景反射光画像を用いて、明色粒子の識別は暗背景反射光画像を用いて行うことにより、常に、背景と明度の識別対象の微粒子との間の明度差を大きく確保することができる。従って、どのような条件でも、常に、撮像条件の変動に対する粒子の明度識別の誤差を小さくすることができる。
【０２４８】
以上述べた実施形態は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記に記載した各論理演算式と等価、または、実質的に等価な処理と部分的に交換したものであってもよい。例えば、実質的に等価な処理の例として、上記の実施形態では粒子を暗色と定義して処理を行うが、明度反転処理を前提として、粒子を明色と定義し、以下、上記実施例と同様の考え方で処理を行う場合が含まれる。また、本実施形態において、明色画素群を粒子と認識するものとして、Ｆ６を用いて、直接、明色粒子識別を行う場合も含まれる。さらに、Ｆ１での粒子の縮退を行う代わりに、Ｂ１で粒子の膨張処理を行った上でＦ１の明度反転画像との論理和演算を行うことによって刻印処理を行う場合も含まれる。
【０２４９】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法について説明するが、主に、上述した実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
【０２５０】
（明度識別装置）
まず、本実施形態に係る明度識別装置について説明する。本実施形態に係る明度識別装置は、上述した第２の実施形態に係る明度識別装置と、反射光画像生成部、照明制御装置および画像処理装置の機能が異なる。
【０２５１】
具体的には、本実施形態に係る照明制御装置は、反射光画像上における反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度であり、かつ、第１の明度＜第２の明度＜・・・＜第Ｎの明度（Ｎは自然数）となる第１〜第Ｎの輝度を透過光用照明装置に設定可能となっている。
【０２５２】
また、本実施形態に係る反射光画像生成部は、透過光用照明装置の輝度が第１〜第Ｎの輝度に設定された状態で、それぞれ、第１〜第Ｎの反射光画像、すなわち、画像Ｂ０（１）〜Ｂ（Ｎ）（背景の明度は、画像Ｂ０（１）＜画像Ｂ０（２）＜・・・＜画像Ｂ０（Ｎ）である。）を生成する。
【０２５３】
また、本実施形態に係る二値化処理部は、粒子の明暗を区別するための明度しきい値を用いて画像Ｂ０（１）〜Ｂ０（Ｎ）をそれぞれ二値化して得られる画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）を生成する。
【０２５４】
また、本実施形態に係る画像処理装置は、上述した第２の実施形態と同様にして、画像Ｄ４を生成し、この画像Ｄ４を、二値化処理部により生成された画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）のそれぞれと論理和演算し、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）を生成する。さらに、本実施形態に係る画像処理装置は、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）において連続して位置する暗色の画素群を暗色粒子と識別するとともに、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）で暗色粒子と識別された微粒子の明度を、それぞれ、第１〜第Ｎの明度（第１の明度＜第２の明度＜・・・＜第Ｎの明度）と識別する。一方、本実施形態に係る画像処理装置は、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のいずれにおいても暗色粒子と識別されなかった微粒子を、最も明度の高い最明色粒子として識別する。
【０２５５】
（明度識別方法）
以上、本実施形態に係る明度識別装置について説明したが、続いて、本実施形態に係る明度識別方法について説明する。
【０２５６】
本実施形態に係る明度識別方法は、上述した第２の実施形態に係る明度識別方法と、透過光画像（画像Ｂ０）をＮ種類の背景明度を用いて撮像している点が異なっている。
【０２５７】
具体的には、本実施形態に係る明度識別方法では、第１の工程において、透過光用照明装置の輝度が第１〜第Ｎの輝度に設定された状態で、それぞれ、第１〜第Ｎの反射光画像、すなわち、画像Ｂ０（１）〜Ｂ（Ｎ）（背景の明度は、第１の反射光画像＜第２の反射光画像＜・・・＜第Ｎの反射光画像である。）を撮像した後に、粒子の明暗を区別するための明度しきい値を用いて画像Ｂ０（１）〜Ｂ０（Ｎ）をそれぞれ二値化して得られる画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）を生成する。
【０２５８】
このように、透過光画像を二値化した画像が、画像Ｂ１（１）〜Ｂ１（Ｎ）のＮ個生成されるため、暗色粒子の識別に用いられる第２実施形態の画像Ｄ５に対応する画像も、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のＮ個生成される。
【０２５９】
さらに、画像Ｂ０（１）〜Ｂ０（Ｎ）の背景の明度は、画像Ｂ０（１）＜画像Ｂ０（２）＜・・・＜画像Ｂ０（Ｎ）であることから、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のそれぞれで識別された第１〜第Ｎの暗色粒子の明度は、第１の暗色粒子＜第２の暗色粒子＜・・・＜第Ｎの暗色粒子と識別される。一方、画像Ｄ５（１）〜Ｄ５（Ｎ）のいずれにおいても暗色粒子と識別されなかった微粒子は、最も明度の高い最明色粒子として識別される。
【０２６０】
（本実施形態に係る明度識別装置および明度識別方法の利点）
以上説明した本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、第１に、反射光照明装置により識別対象の微粒子の上方から照明し、この微粒子からの反射光を用いて微粒子を撮像した粒子画像に、主に、上述した各実施形態で説明したように、明度の高い外乱や明度低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
【０２６１】
第２に、本実施形態に係る明度識別装置およびこれを用いた明度識別方法によれば、識別対象の微粒子を、単に明暗の２種類ではなく、他段階の明度で識別することができる。また、本実施形態では、反射光画像を二値化しているので、微粒子に対応する領域の画素にハイライトが存在しても、明度を判断するために使用される画素からは除外されるので、識別対象の微粒子本来の代表明度を比較的精度よく判定することができる。
【０２６２】
［本発明における測定対象］
上述した各実施形態を含む本発明における測定対象としては、様々な明度の微粒子を含む微粒子群であって、ここの微粒子の明度を識別することが必要なものであれば特に限定されるものではないが、代表的な例として下記のような例が挙げられる。
【０２６３】
（第１の例）
本発明に係る明度識別方法および明度識別装置における測定対象の第１の例としては、高純度アルミナ粉が挙げられる。
【０２６４】
この高純度アルミナ粉は、概ね、粒径が１０〜１０００μｍ程度で白色の粒子であるが、高純度アルミナ粉中に不純物を含む粒子（不純物粒子）は非白色となる。このような粒子の明度の違いがあることから、高純度のアルミナ粉と不純物粒子とを粒子の明度によって識別することができる。
【０２６５】
従って、高純度アルミナ粉製品中の不純物粒子の含有率を調査するために、本発明に係る明度識別方法および明度識別装置を使用して、高純度アルミナ粉と不純物粒子とを粒子明度によって識別し、この識別結果に基づき、高純度アルミナ粉と不純物粒子との粒子構成率を求めることが可能である。
【０２６６】
（第２の例）
本発明に係る明度識別方法および明度識別装置における測定対象の第２の例としては、高炉法による製鉄プラント由来の降下煤塵が挙げられる。
【０２６７】
このような降下煤塵は、製鉄プラント構内に乗り入れる車両を汚損する等の問題があり、このような問題への対策が必要となる。そのためには、特定の地点で捕集された降下煤塵の発生源を特定する技術が必要であり、降下煤塵の発生源を特定するための手法として、捕集された降下煤塵の煤塵種を特定することが有力であると考えられる。
【０２６８】
ここで、降下煤塵とは、大気中を浮遊する固体粒子のうち、大気中を平均的に沈降し得る比較的大径（概ねφ１０μｍ以上）の粒子のことをいう。また、本発明における「煤塵種」とは、特に限定はされないが、上述した降下煤塵の発生源や構成成分等によって分類される煤塵の種類をいう。例えば、発生源によって分類する場合には、煤塵種は、鉄鉱石の原料ヤードから発生する鉄鉱石由来の煤塵、石炭の原料ヤードから発生する石炭由来の煤塵、高炉から発生する高炉スラグ由来の煤塵、転炉から発生する転炉スラグ由来の煤塵等に分類される。
【０２６９】
このような分類によると、高炉法による製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種としては、主として、（１）主成分が炭素で共通する石炭やコークス等の石炭系煤塵や、（２）主成分が酸化鉄で共通する鉄鉱石と焼結鉱、酸化鉄粉（例えば、製鋼ダスト）等の鉄系煤塵や、（３）主成分が酸化ケイ素及び酸化カルシウムで共通し、かつ、溶融した原料から不純物を液体または固体として分離する点で工程が共通する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ等の高炉スラグ系煤塵や、（４）主成分が酸化ケイ素、酸化カルシウム及び酸化鉄で共通し、かつ、溶融した原料から不純物を液体または固体として分離する点で工程が共通する転炉スラグや溶銑予備処理スラグ等の製鋼スラグ系煤塵がある。現代の高炉法による製鉄プラントにおける降下煤塵となり得る煤塵種は、上述した石炭系煤塵、鉄系煤塵、高炉スラグ系煤塵及び製鋼スラグ系煤塵でほぼ網羅することができる。
【０２７０】
以上のような製鉄プラント由来の降下煤塵の煤塵種を特定するためには、異なる煤塵種ごとに分離する必要があるが、この分離の方法として、本発明の明度識別方法および明度識別装置が有効である。上述した４種類の煤塵のうち、鉄系煤塵や石炭系煤塵は、黒色系の明度の低い粒子（暗色粒子）である一方で、高炉スラグ系煤塵や製鋼スラグ系煤塵は白色系の明度の高い粒子（明色粒子）であることから、本発明の明度識別方法および明度識別装置を用いて個々の煤塵粒子の明度の高低を識別することにより、鉄系煤塵および石炭系煤塵からなる微粒子群と、高炉スラグ系煤塵および製鋼スラグ系煤塵からなる微粒子群とを識別することができる。
【０２７１】
なお、一般に、鉄系煤塵や製鋼スラグ系煤塵は、強磁性または強い常磁性（例えば、０．１Ｔ〜０．４Ｔ程度の磁束密度を有する磁石に着磁する。）を有する微粒子であり、石炭系煤塵や高炉スラグ系煤塵は、強磁性または強い常磁性を有しない微粒子であることから、これらの微粒子を所定の磁束密度を有する磁石を用いて磁力選別することにより、鉄系煤塵と石炭系煤塵との判別や、製鋼スラグ系煤塵と高炉スラグ系煤塵との判別をすることができる。
【０２７２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０２７３】
例えば、反射光粒子への外乱が少なく、識別対象の全粒子の明度が背景明度と大きく異なる場合には、画像処理において二値化処理をせず、撮影画像（反射光画像）をそのまま用いて粒子の識別を行うことができる（市販ソフトの粒子画像処理機能を用いれば可能）。このとき、透過光粒子の画素座標に対応する反射光粒子が存在する領域の画素での明度の平均値を当該透過光粒子に対応する微粒子の明度として算出することができる。
【実施例】
【０２７４】
次に、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【０２７５】
（実施例１）
＜分析サンプルの作成＞
まず、煤塵種が既知の標準試料として、鉄鉱石、石炭、高炉水砕スラグ及び転炉スラグを準備し、各々の試料５００μｇを匙ですくって、白色アルマイト処理した第１のアルミ板上に匙で散布し、ステンレス製のへらを用いて、各粒子が互いに重ならないようにアルミ板に拡げた。拡げた粒子群は、直径約１０ｍｍの範囲に存在していた。
【０２７６】
次に、直径１０ｍｍの市販の円柱状の電磁石を中心軸が鉛直方向となるように設置し、磁石の先端面（下端面）での平均磁束密度が０．３Ｔとなるように電磁石に供給する電流を調整した。この状態で、作業者が電磁石を手で保持してアルミ基板上に散布された粒子の上方から垂直に下降させ、粒子に電磁石を接触させた。この状態で１秒間静止させた後、電磁石を上方に持ち上げて、着磁した粒子を電磁石とともに移動させ、別途準備しておいた白色アルマイト処理した第２のアルミ板上に、上方から垂直に電磁石を下降させて電磁石を第２のアルミ板上に載置した。次いで、電磁石に消磁電流を与えた後、電磁石への電流の供給を止め、電磁石を上方に持ち上げて第２のアルミ板上から離隔させた。
【０２７７】
なお、使用した第１のアルミ板及び第２のアルミ板の寸法は、ともに、大きさが３０ｍｍ×３０ｍｍで、厚みが３ｍｍであった。また、電磁石の消磁方法としては、市販の電磁石用消磁コントローラを使用した。
【０２７８】
以上の操作の結果、第１のアルミ板上に残留した粒子を非着磁性降下煤塵（磁石に着磁しない降下煤塵）のサンプルとし、第２のアルミ板上に残留した粒子を着磁性降下煤塵（磁石に着磁する降下煤塵）のサンプルとした。
【０２７９】
＜微粒子の撮像＞
次に、市販の三眼式実体顕微鏡（対物レンズ倍率：０．５倍）に、市販のリング状白色ＬＥＤ照明（以下、「反射光用照明装置」と称する。）をレンズ鏡筒に装着し、また、市販の白色ＬＥＤ平面配列照明（以下、「透過光用照明装置」と称する。）をステージの下方に配置した。また、市販のモノクロディジタルカメラ（ＣＣＤ６００万画素、画素寸法は３μｍ角）をカメラ装着口に装着した。また、反射光用照明装置及びレンズとステージとの間に円偏光フィルタ板を設置するとともに、鉄板を板金加工してステージの下面に上端が接し、かつ、透過光用照明装置の周囲を覆うように、遮光板を配置した。また、反射光用照明装置と透過光用照明装置とを制御する照明制御装置としては、市販の装置で、外部信号によって、反射光用照明装置と透過光用照明装置とを独立にＯＮ／ＯＦＦできるものを用いた。次いで、透明フロートガラス板（１０ｍｍ厚）のステージ上に顕微鏡用スライドグラスを基板として配置し、当該基板上に、上記のようにして得られた非着磁性降下煤塵のサンプルと着磁性降下煤塵のサンプルとを、それぞれ散布し、照明条件を同一にするとともに、カメラの絞り及び露出を同一条件として順に撮影し、着磁性煤塵と非着磁性煤塵のそれぞれについて、透過光画像（画像Ｂ０）および反射光画像（画像Ｆ０）を得た。
【０２８０】
このときの透過光画像および反射光画像の撮像条件は以下の通りである。まず、透過光画像の撮像条件は、反射光用照明装置を消灯し、かつ、透過光用照明装置からの照明の輝度を、透過光画像上での背景の平均明度が１２０（明度２５６階調、カンマ値１．５、明度の定義は以下同様とする。）となるような輝度となるように設定して、着磁性煤塵と非着磁性煤塵のそれぞれを撮像した。また、反射光画像の撮像条件は、反射光用照明装置からの照明の輝度を、マンセル値Ｎ４．０の色見本を撮影した際の画像上での平均明度が６０となるような輝度となるに設定するとともに、透過光用照明装置からの照明の輝度を、透過光画像の撮像時と同様の条件とした。このとき、粒子の明暗を区別するための明度しきい値は７０とした。
【０２８１】
なお、顕微鏡の倍率は、測定対象の粒子の実寸法がカメラのＣＣＤ素子上で同一の寸法に結像するように調整した。また、顕微鏡で認識する対象の粒子は、降下煤塵であり粒子が粗大であることから、φ１０μｍ以上の大きさの粒子とした。なお、本実施例において、当該粒子の大きさは、ＣＣＤの９画素以上に対応するものである。
【０２８２】
＜画像処理＞
上述したようにして得られた着磁性煤塵画像と非着磁性煤塵画像に対し、市販の粒子画像処理ソフトであるＩＭＡＧＲＰＲＯ ＰＬＵＳ ＶＥＲ．５を用いて粒子画像処理計測を行った。このとき、計測の対象としては、各粒子の中心位置、各粒子の円等価直径及び各粒子の平均明度（粒子として認識される画素領域に存在する各画素の明度の平均値）とした。
【０２８３】
具体的には、上述した本発明の第１の実施形態における画像処理の手法を用いて、着磁性煤塵と非着磁性煤塵のそれぞれについて、各粒子を明色粒子と暗色粒子とに識別した。また、明度の識別結果に基づいて、各粒子の中心位置、平均明度及び円等価直径を算出し、算出結果を記録した。
【０２８４】
さらに、上述のようにして算出した各粒子の円等価直径を用いて、予め境界値を定めた粒度区分別に各粒子を分類し、粒度区分ごとの粒子構成率を明度区分（暗色粒子と明色粒子）ごとに求めた。
【０２８５】
以上の操作により求めた標準試料の煤塵特性は、以下の表１の通りである。
【０２８６】
【表１】
【０２８７】
また、表１に記載された標準試料のうち、鉄鉱石（着磁性暗色粒子）に関し、粒度区分ごとの粒子構成率を求めた例を以下に示す。
鉄鉱石：＜φ３０μｍ：２０％ ＜φ１００μｍ：７０％ ≧φ１００μｍ：１０％
【０２８８】
＜捕集された降下煤塵の分析＞
次に、高炉法による製鉄プラントの敷地内で降下煤塵を市販のデポジットゲージで１週間捕集し、１００ｍｇの降下煤塵を得た。この降下煤塵を屋内で３日間自然乾燥した後、降下煤塵の全量のうち５００μｇを用いて、上述した標準試料と同様の方法により処理して、降下煤塵粒子の煤塵特性を得た。その結果を下記の表２に示す。
【０２８９】
【表２】
【０２９０】
このようにして得られた捕集された降下煤塵試料の煤塵特性と、上記表１に示された標準試料の煤塵特性とを比較し、降下煤塵試料が主に着磁性暗色粒子で構成されていることから、捕集された降下煤塵は、同様に主に着磁性暗色粒子で構成されている鉄鉱石であったものと特定した。
【０２９１】
なお、捕集された降下煤塵試料の粒度区分ごとの粒子構成率は、以下のようであった。
降下煤塵：＜φ３０μｍ：５０％ ＜φ１００μｍ：４５％ ≧φ１００μｍ：５％
【０２９２】
この結果を見ると、上に示した鉄鉱石の粒度分布とは異なっているが、この結果から、本実施例における試料である降下煤塵が捕集された場所が、発塵源（鉄鉱石が保存されているヤード等）から遠く離れていたため、捕集場所に届くまでの間に、大径の粒子が途中で落下し、大径の粒子の構成率が減少してしまったものと推測できる。
【０２９３】
（実施例２）
本実施例では、識別対象の粒子として高純度アルミナ粉（不純物粒子を含む。）を用い、実施例１と同様の撮像装置を用いて撮像し、高純度アルミナ粉について、透過光画像（Ｂ０）および反射光画像（画像Ｄ０）を得た。
【０２９４】
このときの透過光画像および反射光画像の撮像条件は以下の通りである。まず、透過光画像の撮像条件は、反射光用照明装置を消灯し、かつ、透過光用照明装置からの照明の輝度を、透過光画像上での背景の平均明度が１２０となるような輝度となるように設定して、高純度アルミナ粉を撮像した。また、反射光画像の撮像条件は、反射光用照明装置からの照明の輝度を、マンセル値Ｎ７．０の色見本を撮影した際の画像上での平均明度が１６０となるような輝度となるに設定するとともに、透過光用照明装置からの照明を消灯して高純度アルミナ粉を撮像した。このとき、粒子の明暗を区別するための明度しきい値は１３０とした。
【０２９５】
上述したようにして得られた高純度アルミナ粉の透過光画像および反射光画像に対し、市販の粒子画像処理ソフトであるＩＭＡＧＲＰＲＯ ＰＬＵＳ ＶＥＲ．５を用いて粒子画像処理計測を行った。このとき、計測の対象としては、各粒子の中心位置、各粒子の円等価直径及び各粒子の平均明度（粒子として認識される画素領域に存在する各画素の明度の平均値）とした。
【０２９６】
具体的には、上述した本発明の第２の実施形態における画像処理の手法を用いて、高純度アルミナ粉中の各粒子を明色粒子と暗色粒子とに識別した。また、各粒子の明度の識別結果に基づいて、各粒子の中心位置、平均明度及び円等価直径を算出し、算出結果を記録した。
【０２９７】
さらに、上述のようにして算出した各粒子の円等価直径を用いて、予め境界値を定めた粒度区分別に各粒子を分類し、粒度区分ごとの粒子構成率を明度区分（暗色粒子と明色粒子）ごとに求めた。
【０２９８】
その結果、撮像した高純度アルミナ粉粒子の平均粒径は３０μｍ、粒径の標準偏差は８μｍで、合計で２６００個の粒子の明度を識別した。これらの粒子のうち、個数比率で０．５％の粒子が暗色粒子として識別された。このことから、実施例２において使用した高純度アルミナ粉中には、個数比率で０．５％の不純物が含まれていることがわかった。
【０２９９】
（実施例３）
本実施例３では、実施例２と同一の試料を用い、明色粒子の識別方法は、実施例２と同様の方法とした。暗色粒子の識別方法として、撮像に関しては、マンセル値Ｎ７．０の色見本を撮影した際の平均明度が２００となるような輝度となるように設定して明背景画像を得た。明度しきい値を９０として実施形態１と同様の方法で、暗色粒子を識別した。その際用いた、透過光粒子と反射光粒子との中心位置間限界距離や限界面積比率範囲については、実施例２と同様にした。また、粒子の対応づけの方法には、実施形態３の方法を用いた。
【０３００】
その結果、個数比率で０．２％の暗色粒子と０．３％の中間色粒子を識別した（残りは明色粒子）。この結果から、不純物にも明度の異なる複数種類が含まれていることがわかった。
【０３０１】
（実施例４）
本実施例４では、実施例３と同様の試料と同様の撮影を行い、粒子識別のみ実施形態４の方法を用いて、粒子識別を行った。明度しきい値として、暗背景画像に対しては明度９０を、明背景画像に対しては明度１６０を用いた。その結果、個数比率で０．２％の暗色粒子と０．３％の中間色粒子を識別した（残りは明色粒子）。
【符号の説明】
【０３０２】
１ 基板
１００ 明度識別装置
１０１ 撮影装置
１０５ ステージ
１１０ 撮像装置
１１１ 撮像素子
１１３ 透過光画像生成部
１１５ 反射光画像生成部
１１９ レンズ
１２１ 反射光用照明装置
１２３ 透過光用照明装置
１２５ 照明制御装置
１２７ 遮光板
１３０、２３０ 画像処理装置
１３１、２３１ 二値化処理部
１３３、２３３ 刻印処理部部
１３５、２３７ 明色粒子識別部
１３７、２３５ 暗色粒子識別部
１３９、２３９ 粒子情報算出部
Ｐ 識別対象の微粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、
複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、
前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｆ０を得た後、前記画像Ｆ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１を生成する第２の工程と、
前記画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２を生成する第３の工程と、
前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３を生成する第４の工程と、
前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ４とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し、前記画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第５の工程と、
前記画像Ｆ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｆ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ６とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し、前記画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第６の工程と、
を含むことを特徴とする、明度識別方法。
【請求項２】
前記第５の工程では、前記画像Ｆ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定することを特徴とする、請求項１に記載の明度識別方法。
【請求項３】
前記第２の工程で、前記特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定してｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を撮像した後、前記画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）をそれぞれ、第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成し、
前記第３の工程で、前記画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）を生成し、
前記第４の工程で、前記画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）を生成し、
前記第５の工程で、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成した後に、前記画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行って画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別するとともに、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての前記特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断し、
前記第６の工程で、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった前記画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、黒色と判断することを特徴とする、請求項１または２に記載の明度識別方法。
【請求項４】
不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、
複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、
前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｄ０を得た後、前記画像Ｄ０を第３の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する第２の工程と、
前記画像Ｄ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、当該画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｄ２を生成する第３の工程と、
前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｄ３を生成する第４の工程と、
前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｄ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ４とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し、前記画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第５の工程と、
前記画像Ｄ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｄ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ６とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し、前記画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第６の工程と、
を含むことを特徴とする、明度識別方法。
【請求項５】
前記第５の工程では、前記画像Ｄ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定することを特徴とする、請求項４に記載の明度識別方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の明度識別方法により前記画像Ｆ５を生成して前記明色粒子を識別するとともに、請求項３または４に記載の明度識別方法により前記画像Ｄ５を生成して前記暗色粒子を識別する第１の工程と、
前記画像Ｆ５と前記画像Ｄ５とに対して論理積演算を行って画像Ｅ０を生成した後に、前記画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する第２の工程と、
前記第１の工程で生成された前記画像Ｂ１と前記画像Ｅ１とに対して論理和演算を行って画像Ｅ２を生成する第３の工程と、
前記画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、前記明色粒子と前記暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子として識別する第４の工程と、
を含むことを特徴とする、明度識別方法。
【請求項７】
前記微粒子は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の明度識別方法。
【請求項１】
不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、
複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、
前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｆ０を得た後、前記画像Ｆ０を第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１を生成する第２の工程と、
前記画像Ｆ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２を生成する第３の工程と、
前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３を生成する第４の工程と、
前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ４とに対して論理和演算を行って画像Ｆ５を生成し、前記画像Ｆ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第５の工程と、
前記画像Ｆ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｆ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｆ６とに対して論理和演算を行って画像Ｆ７を生成し、前記画像Ｆ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第６の工程と、
を含むことを特徴とする、明度識別方法。
【請求項２】
前記第５の工程では、前記画像Ｆ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定することを特徴とする、請求項１に記載の明度識別方法。
【請求項３】
前記第２の工程で、前記特定波長領域を異なるｎ種（ｎは２以上）の範囲に設定してｎ個のモノクロ画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）を撮像した後、前記画像Ｆ０（１）〜Ｆ０（ｎ）をそれぞれ、第２の明度しきい値を用いて二値化した画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）を生成し、
前記第３の工程で、前記画像Ｆ１（１）〜Ｆ１（ｎ）のそれぞれにおいて、連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）を生成し、
前記第４の工程で、前記画像Ｆ２（１）〜Ｆ２（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｆ３（１）〜Ｆ３（ｎ）を生成し、
前記第５の工程で、前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）を生成した後に、前記画像Ｆ４（１）〜Ｆ４（ｎ）のそれぞれに対して、前記画像Ｂ１と論理和演算を行って画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）を生成し、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のそれぞれにおいて連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別するとともに、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれかで明色粒子と識別された暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、当該微粒子について明色粒子と識別された際の全ての前記特定波長領域内の反射光のスペクトルを合成したスペクトルに対応する色相と判断し、
前記第６の工程で、前記画像Ｆ５（１）〜Ｆ５（ｎ）のいずれにおいても明色粒子として識別されなかった前記画像Ｂ１中の暗色の画素群に対応する前記微粒子の色を、黒色と判断することを特徴とする、請求項１または２に記載の明度識別方法。
【請求項４】
不透明な微粒子の明度を識別する明度識別方法であって、
複数の前記微粒子からなる識別対象微粒子群からの透過光を撮像してモノクロ画像Ｂ０を得た後、前記画像Ｂ０を第１の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｂ１を生成する第１の工程と、
前記識別対象微粒子群中の各粒子の位置関係及び撮像範囲を前記第１の工程と同様に設定し、かつ、前記撮像範囲内の背景の明度を、粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度となるように設定する条件で、前記微粒子からの反射光のうちで特定波長領域内の反射光のみを撮像してモノクロ画像Ｄ０を得た後、前記画像Ｄ０を第３の明度しきい値を用いて二値化した画像Ｄ１を生成する第２の工程と、
前記画像Ｄ１において連続して位置する暗色の画素群のうち、明色の画素との境界に位置する暗色の画素の一部または全部を明色化する縮退処理を行って得られた画像に、当該画像の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｄ２を生成する第３の工程と、
前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ２とに対して論理和演算を行うことにより、前記画像Ｂ１中に存在する１または２以上の暗色の画素群の一部または全部に、明色の画素群による刻印が施された画像Ｄ３を生成する第４の工程と、
前記刻印が施された前記暗色の画素群に含まれる画素の全てを明色化して得られた画像に、前記明度反転処理を行って画像Ｄ４を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ４とに対して論理和演算を行って画像Ｄ５を生成し、前記画像Ｄ５中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも低い明度を有する微粒子である暗色粒子として識別する第５の工程と、
前記画像Ｄ５に前記明度反転処理を行って得られた画像Ｄ６を生成した後に、前記画像Ｂ１と前記画像Ｄ６とに対して論理和演算を行って画像Ｄ７を生成し、前記画像Ｄ７中において連続して位置する暗色の画素群を、前記粒子の明暗を識別するための明度しきい値よりも高い明度を有する微粒子である明色粒子として識別する第６の工程と、
を含むことを特徴とする、明度識別方法。
【請求項５】
前記第５の工程では、前記画像Ｄ３中の前記暗色の画素群のうち、暗色の画素に囲まれた閉領域内に所定数以上の明色の画素を含む画素群、または、前記暗色の画素群の外周を連結して得られる閉曲線の形状特性値と円形の形状特性値との差が所定量以上である画素群を、前記刻印が施された前記暗色の画素群と判定することを特徴とする、請求項４に記載の明度識別方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の明度識別方法により前記画像Ｆ５を生成して前記明色粒子を識別するとともに、請求項３または４に記載の明度識別方法により前記画像Ｄ５を生成して前記暗色粒子を識別する第１の工程と、
前記画像Ｆ５と前記画像Ｄ５とに対して論理積演算を行って画像Ｅ０を生成した後に、前記画像Ｅ０の明暗を反転させる明度反転処理を行って画像Ｅ１を生成する第２の工程と、
前記第１の工程で生成された前記画像Ｂ１と前記画像Ｅ１とに対して論理和演算を行って画像Ｅ２を生成する第３の工程と、
前記画像Ｅ２中において連続して位置する暗色の画素群を、前記明色粒子と前記暗色粒子との中間の明度を有する微粒子である中間色粒子として識別する第４の工程と、
を含むことを特徴とする、明度識別方法。
【請求項７】
前記微粒子は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の明度識別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２０３１１８（Ｐ２０１１−２０３１１８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０８０９（Ｐ２０１０−７０８０９）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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