「見えないものを可視化する」－FUJIFILM GFX100 II IRを用いた、確立されたマルチスペクトル撮像手法*に基づくマルチバンド画像データセットの構築
マルチスペクトルイメージング – 新たな知見への鍵
マルチスペクトルイメージングは、様々な分野において重要性を増しています。これは、人間の目や従来の写真技術では捉えられない情報を取得することを可能にし、材料、構造、表面特性の詳細な特性評価を支援します。得られた知見の増加は、非接触かつ非侵襲的な手法によって実現されており、繊細または希少な対象物の検査に特に適しています。これにより、基礎研究および応用科学の両分野で幅広い応用が可能となります。
代表的な応用分野としては、美術分析が挙げられます。下絵の発見、修正箇所の特定、顔料の識別が可能です。法科学分野では、マルチスペクトルイメージングにより、潜在指紋の可視化、文書改ざんの検出、微量証拠の分析が実現します。材料試験においては、微細な亀裂、コーティング欠陥、不均一な構造を精密に検出できる利点があります。考古学分野では、この手法により、繊細な遺物や写本に物理的に接触することなく調査することができます。これらの応用はすべて、紫外線および赤外線のスペクトル領域における材料の固有の吸収特性、反射特性、発光特性に基づいています。これにより、従来の写真技術では不可能な、より精密な識別と分析が可能となります。
専門家
アネット・T・ケラーは、マルチスペクトルイメージングおよび分析手法の専門家であり、25年以上にわたり美術品の記録保存と診断に携わってきました。さらに、法科学分析の分野でも7年以上の豊富な経験があります。2000年以降、世界中の機関や美術館と緊密に連携し、国際的に重要な美術作品の研究に従事してきました。この豊富な専門知識により、FUJIFILM GFX100 II IRの性能について確かな評価を行うことが可能となりました。
FUJIFILM GFX100 II IR – 拡張スペクトル感度によるイメージング
FUJIFILM GFX100 II IRは、この目的に最適な強力なツールを提供します。1億200万画素のラージフォーマットセンサーを搭載したカメラであり、可視光域だけでなく、近紫外線および赤外線のスペクトル領域においても卓越した画質を実現します。14ストップ以上のダイナミックレンジと16ビットの色深度を備え、明るさや色の微妙なグラデーションさえも正確に捉えることが可能です。精密なオートフォーカス、多彩な撮影モード、コンピューターテザリングによる直接制御など、標準版GFX100 IIの全機能が利用できます。さらに、ソフトウェア開発キット（SDK）による産業用統合をサポートし、分析システムや自動化システムへの柔軟な組み込みが可能です。イメージング用途では、厳選されたフジノンGFレンズを使用でき、近紫外線や赤外線のスペクトル領域を含む広範な焦点距離範囲において最適化された撮像性能を保証します。
背景と目的
実地試験の一環として、FUJIFILM GFX100 II IRの性能を実使用環境下で評価しました。各種スペクトル範囲において個々の画像を撮影し、それぞれの用途における有用性について評価・分析を行いました。この試験は、科学・文化分野におけるマルチスペクトル記録と分析への適性を専門的に評価するために、アネット・T・ケラーの専門的な監修のもとで行われました。
試験装置の設置と画像取得プロセス
FUJIFILM GFX100 II IRを用いた実地試験は、明確に構造化された設定に基づいて実施されました。
• CHARISMAマニュアルに基づくマルチバンドスタック作成のための定められたワークフロー（異なるスペクトル範囲からの記録で構成される体系的な画像シリーズで、比較的かつ包括的な解析を可能にします）*
• 異なる波長帯および撮影モダリティに対応するための、多様な光源および光学フィルターの使用
• カメラおよびレンズの拡張スペクトル感度の体系的な検査
結果と考察
FUJIFILM GFX100 II IRはテスト中にマルチスペクトル・マルチバンドイメージングへの適性を実証しました。GFXシステムはこれらの要件に適した幅広い焦点距離をカバーするレンズ群を提供しており、マクロ用途にも対応しています。
反射および発光におけるさまざまな撮影モダリティが、異なる照明設定およびスペクトルフィルタリングを用いて実施され、広範な波長帯域で有意義な結果をもたらしました。使用した適応レンズは以下の通りです：
GF45mmF2.8 R WR、GF63mmF2.8 R WR、GF80mmF1.7 R WR、GF120mmF4 R LM OIS WR Macro
• 可視反射率（VIS-R）：基準となる可視スペクトル領域での記録
• 紫外線反射率（UV-R）：肉眼では確認できない表面関連の材質特性や状態の観察
• 赤外線反射率（IR-R）：可視域では類似して見える下絵や材質の差異などの可視化
• 可視域発光（UV励起）：蛍光特性に基づくニスや接着剤などの材質の観察
• 赤外発光（可視光または紫外線励起）：可視光または紫外線で励起された際に赤外領域で発光する顔料や層の識別・判別
各画像に含まれる情報は極めて多次元的なため、従来の単一画像法のみの場合と比べて、素材、状態、絵画技法、そして場面全体の「可読性」に関する関連性の高い知見を大幅に得ることができます。
異なる画像モダリティを用いて作成されたスタックの各画像（© artIMAGING アネット・T・ケラーおよび FUJIFILM レナーテ ランゲ）：
可視反射率 (VIS-R_vis):
可視画像は、非可視スペクトル領域で他の撮影手法により観測された現象の位置を特定し、解釈するための基準として機能します。
紫外線反射率 (UV-R_uv):
紫外線スペクトル領域における反射率の観測により、異なる白色顔料を区別することができます。チタン白と亜鉛白は紫外線領域での強い吸収特性によって識別できますが、鉛白はより高い反射率を示すため、除外することができます。
紫外線偽色画像 (UVFC):
紫外線偽色画像は、可視光画像と紫外線反射率チャンネルを組み合わせることで生成され、人工的な色調を用いて結果が表示されます。チタン白や亜鉛白などの現代の白色顔料は黄色系の色調で表示されるため、鉛白（白色として表示される）を確実に除外することができます。
赤外反射率(IR-R_ir):
赤外線反射イメージングにより、赤外線透過性顔料を用いた下絵や、後世の修正箇所（ペンティメンティ）が明らかになります。例えば、手の部分や左下の署名などが該当します。この例では、右上の深い青色のプルシアンブルー顔料が赤外線を遮断しています。その化学組成のため、これらの領域では赤外線がキャンバスまで到達せず、下層の絵具や下絵が可視化されない状態となっています。
赤外線偽色画像 (IRFC):
赤外偽色画像は、可視画像と赤外反射率チャンネルを組み合わせることで生成されます。青色顔料の反射率と吸収特性の差異が、明確な人工色調に変換されることで、青色顔料を識別することができます。例えば、プルシアンブルー（右上で濃い紫色として表現）は、強い赤色またはピンク色調で現れるウルトラマリンと明確に区別できます。
紫外線励起下における可視域発光 (VIS-L_uv365):
この紫外線励起による発光は、しばしば紫外線蛍光と呼ばれます。多くの赤色顔料はほぼすべての紫外線を吸収するため、蛍光を示しません。この場合、発光の存在が観察され、茜湖（マダーレイク）の存在を示しています。
紫外線励起下における赤外発光 (IR-L_uv365):
画像が紫外線で励起されると、カドミウム系顔料などの特定の色素が赤外蛍光を発します。これにより、現代のカドミウム系顔料の分布を可視化することが可能になります。
可視光励起下における赤外発光 (IR-L_vis):
赤外発光は可視光励起下でも使用でき、顔料の分布を可視化できます。この例では、カドミウム系顔料（赤色および黄色）の分布が明らかになります。
この手法は、エジプトブルーやハンブルーといった非常に古い顔料の明確な同定にも有効です。
アネット・T・ケラーは、マルチバンド手法が、材料の同定と解釈を支えるために、十分に堅牢で信頼性の高い画像ベースの証拠を提供しなければならないと明示的に強調しています。これは、この基盤に基づいてさらなる定量的・測定ベースの分析手法を適用する前に必要とされるものです。この手法は特に、赤外線透過性顔料の場合に、材料・修正・下絵の分布を可視化するのに極めて適しています。直接的な定量的評価には十分なデータが得られないため、定性的アプローチと考えるべきです。しかし、得られた情報は対象物の理解を深める上で極めて重要であり、包括的な調査計画において推奨される最初のステップとなります。
アネット・T・ケラーによる評価
アネット・T・ケラーは、この結果をFUJIFILM GFX100 II IRの性能を示す実証として評価しました。同氏はその評価を次のようにまとめています：
「試験済みのカメラとレンズの組み合わせは、適切なフィルター、光源、基準資料と併用することで、マルチバンド撮影に非常に適しています。対象物に関する有益な情報を提供することで、デジタル化と記録の可能性が広がります。マルチバンドスタックに含まれる全画像情報が、すべてのユーザーにとって関連性があるとは限りませんが、完全な情報を活用して対象物ごとに結果を確認した上で、関連する手法を選択することをお勧めします。目に見えない特徴は、完全なスタックを作成して初めて十分に評価できます。実際、これまでの経験上、このプロセスによって、可読性や材質分類が明らかに向上するだけでなく、さらなる解明や調査を必要とする新たな疑問点が明らかになることも少なくありません。」
実地試験により、FUJIFILM GFX100 II IRがマルチスペクトルイメージング用途に完全に適していることが実証されました。1億200万画素、拡張された紫外線および赤外線の感度、そして柔軟な操作性を兼ね備えた本機は、研究、文化財保護、応用科学分野における非接触分析のための貴重なツールとなります。
*CHARISMA手法（英国博物館のジョアン・ダイアー氏およびジョヴァンニ・ヴェッリ氏の主導のもと、欧州研究プロジェクト内で開発された「地域的・統合的分光マルチモーダル評価のための文化遺産分析」）に基づく複合マルチバンドスタックにより、個々の分光記録の精密な比較が可能となり、可視域を超えた包括的な情報拡張が実現されます。さらに、電子的に生成された赤外偽色画像（IRFC）および紫外線偽色画像（UVFC）の使用をお勧めします。これらは視覚的に表現力豊かな層を加え、肉眼では識別できない個々の顔料や表面特性の差異を明確に区別することで、材質分類を支援します。このように、美術史的解釈と科学的解釈の両方にとって貴重な関連情報を提供します。
Link : https://artimaging.de/
製品名：FUJIFILM GFX100II IR
