JP2018191072A - 赤外線撮影装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば製鉄所では、レールにぶら下げられ、溶融した鉄が充填されている取鍋の表面温度を遠距離から非接触で計測することで、コンクリートの内鍋の削れ具合を監視する。
また、建造物の外壁を赤外線撮影装置で撮影し、外壁の温度上昇のムラが生じている箇所から、建造物の外壁の剥離箇所を推測することが行われている。
フォーカス制御部は、赤外線撮像素子をフォーカス方向に所定の距離を高速で駆動した後、赤外線撮像素子を所定の整定時間が経過するまで一時停止をすべくフォーカス駆動部を駆動制御する粗シークを実行する。その後、コントラスト算出部からコントラスト値を取得し、現在のコントラスト値が直前の粗シークの時点におけるコントラスト値より小さくなった時点で粗シークを終了する。そして、粗シークを終了させた後、赤外線撮像素子をフォーカス方向に所定の距離にて低速で駆動すべくフォーカス駆動部を駆動制御する微シークを実行しながらコントラスト算出部からコントラスト値を取得し、現在のコントラスト値が直前の微シークにおけるコントラスト値より小さく、かつ、粗シークの終了時点におけるコントラスト値より大きい場合に微シークを終了する。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、本発明の実施形態の例である、赤外線撮影装置101のハードウェア構成を示すブロック図である。
本発明の実施形態に係る赤外線撮影装置101は、可視光カメラや従来の赤外線撮影装置とは異なり、レンズ102を固定し、赤外線撮像素子103をステッピングモータ104とリードスクリュー105でフォーカス方向に駆動する。従来の赤外線撮影装置ではレンズ102を駆動していたが、赤外線撮像素子103の方がレンズ102に比べて軽いので、高速な駆動制御が可能となる。また、フォーカス駆動機構を構成する、ステッピングモータ104やリードスクリュー105等の機械部品の負担を軽減し、部品の長寿命化を実現することが可能になる。
駆動対象となる構成物は、プリント基板上に固定された赤外線撮像素子103のみとすることも、また、赤外線撮像素子103の出力を増幅するバッファアンプ107や周波数帯域を制限する図示しないローパスフィルタ、アナログ出力をデジタル出力に変換するA/D変換器108を含むアナログフロントエンドを含めた構成とすることも可能である。
なお、フォーカス駆動範囲を規制する手段は、フォトインタラプタ109a、109bに限られない。例えばマイクロスイッチ等の他のセンサを用いる他、フォーカス駆動機構のメカストップをステッピングモータ104に流れる電流の変化で検出する等が考えられる。
ステッピングモータ104とリードスクリュー105は、赤外線撮像素子103が載置されているキャリッジ111をフォーカス方向に駆動するフォーカス駆動部と総称することができる。
制御部110には、ステッピングモータ104を駆動するモータドライバ112が接続されている。
制御部110は、外部から制御指示情報の一種であるフォーカス制御命令を受信すると、FPGA106にて算出された画像コントラスト値を参照するとともに、モータドライバ112を通じてステッピングモータ104を制御することで、フォーカス制御を実現する。
図2は、制御部110のソフトウェア機能を示すブロック図である。
A/D変換器108から出力される赤外線撮像データは、FPGA106に含まれている温度データ変換処理部207によって、赤外線画像データに変換される。コントラスト算出部202は、赤外線画像データを読み込み、1フレーム分の赤外線画像データにおけるコントラスト値を算出する。
フォーカス制御部201は、コントラスト算出部202が算出した1フレーム分の赤外線画像データにおけるコントラスト値を、FPGA106から読み出す。例えば、1フレーム分の赤外線画像データを読み込むと、コントラスト算出部202では、予め指定された領域に相当するデータについて、微分値の絶対値(ある画素の出力値と2つ離れた画素の出力値との差を計算し、負の値であれば正の値へ転換する)を算出する。そして、微分値の絶対値の積算値を取得して、これをコントラスト値とする。なお、このコントラスト値算出処理は制御部110で行っても良い。指定する領域の一例として、画面中心の横1ラインの場合や、画面中央のn×n画素領域(nは20〜200程度の整数)がある。
フォトインタラプタ109a、109bの出力信号は、赤外線撮像素子位置の校正及び、あるいはシーク範囲の制限に使用される。赤外線撮像素子の原点位置は例えば、フォトインタラプタ109aの出力が変化した(例えば、論理信号レベルのHighからLow)位置に基づいて決定され、フォトインタラプタ109bの出力が変化した位置を、これ以上シークを行わないシークの強制終了位置とする。
図3は、フォーカス制御部201が実行するフォーカス制御の、処理の流れを示すフローチャートである。
フォーカス制御部201は、外部からの指示を受けてフォーカス制御処理を開始すると(S301)、先ず赤外線撮像素子103が載置されているキャリッジ111を現在の位置から近い側のシーク端へシークする(S302)。次に、フォーカス制御部201はコントラスト算出部202から現在のコントラスト値を取得する。そして、得られたコントラスト値を直前コントラスト値メモリ204に保存する(S303)。
フォーカス制御部201は、ステップS303を終了した時点から、粗シークモードになる。
キャリッジ111の粗シークにおける一時停止は、赤外線撮像素子103出力の正確な計測に必要な整定時間である。フォーカス駆動時に入力する赤外線光量は赤外線撮像素子103の位置変化に応じて瞬間的に変化するものの、赤外線撮像素子103の応答時間が10msec程度と長いため、赤外線の受光量を正確に計測することができない。各々の停止位置における赤外線の受光量を赤外線撮像素子103が正しく計測するために、2フレーム分の整定時間を設けている。赤外線撮像素子のフレーム周期は通常16.7msec程度であるため、2フレーム分の時間を設定しておけば前述の応答時間より十分に長い時間が確保できる。
<1>ステップS305で取得した現在のコントラスト値(以下「現在コントラスト値」と略す)が閾値205より大きく、かつ
<2>直前コントラスト値メモリ204に保存されているコントラスト値(以下「直前コントラスト値」と略す)が閾値205より大きく、かつ
<3>現在コントラスト値が直前コントラスト値より小さい。
なお、図3のステップS306の「&&」は論理積の「かつ」を意味している。
フォーカス位置の探索動作は、粗シークを継続するに連れて徐々に上昇するコントラスト値が、直前コントラスト値より現在コントラスト値が下回った時点で粗シークを停止する。これが上記の条件<3>である。
フォーカス制御部201は、ステップS308を終了した時点から、微シークモードになる。
<4>ステップS310で取得した現在コントラスト値が直前コントラスト値より小さく、かつ
<5>現在コントラスト値が粗シークコントラスト値より大きい。
そこで、現在コントラスト値が必ず閾値205より大きい値である粗シークコントラスト値より大きければ、現在コントラスト値がノイズの影響で小さくなったのではないと判断できる。これが上記の条件<5>である。
ステップS311において、<4>または<5>の何れかまたは両方を満たさなかった場合には(S311のNO)、フォーカス制御部201は次に、現在コントラスト値が閾値205より大きいか、確認する(S312)。現在コントラスト値が閾値205より大きいならば(S312のYES)、現在コントラスト値はノイズではないので、ステップS310でコントラスト算出部202から取得した現在コントラスト値を直前コントラスト値メモリ204に保存する(S313)。そして、ステップS309から再度微シークを継続する。
図4Bは、微シークにおける赤外線撮像素子103の位置とコントラスト値の対応関係を示す模式的なグラフである。図4Aの頂点部分を拡大したものである。
なお、図4A及び図4Bと、後述する図4Cにおいて、フォーカス最適位置をP401として示す。
赤外線撮像素子103がグラフの左側から右側へ、粗シーク移動と2フレーム分の一時停止を繰り返しながら移動すると、コントラスト値が徐々に上昇する。
m−1回目(mは自然数)の粗シーク動作において、m−1回目P402のコントラスト値はm−2回目P403のコントラスト値よりも大きい。よって、この時点では粗シークを継続する(S306のNO)。
m回目P404の粗シーク動作において、m回目P404のコントラスト値はm−1回目P402のコントラスト値よりも小さい。よって、この時点では粗シークを終了する(S306のYES)。
粗シークでは赤外線撮像素子103がグラフの左側から右側へ移動していた。そして、最後の粗シークで赤外線撮像素子103はフォーカス最適位置を通り過ぎている(P404)。そこで、微シークは粗シークの逆方向、つまりグラフの右側から左側へ移動する。その際、粗シークの最後の位置のコントラスト値を粗シークコントラスト値メモリ206に記憶しておく。
赤外線撮像素子103がグラフの右側から左側へ、微シーク移動すると、コントラスト値が徐々に上昇する。
n=2回目の粗シーク動作において、n=2回目P405のコントラスト値はn=1回目P404のコントラスト値よりも大きい。よって、この時点では微シークを継続する(S311のNO)。
現在コントラスト値より直前コントラスト値が小さくなった地点が、フォーカス最適位置P401を僅かに通り過ぎた地点となる。
図5Aは、粗シークにおける赤外線撮像素子103の位置とコントラスト値の対応関係を示す模式的なグラフである。横軸は赤外線撮像素子103の位置であり、縦軸はコントラスト値である。
図5Bは、微シークにおける赤外線撮像素子103の位置とコントラスト値の対応関係を示す模式的なグラフである。図5Aの頂点部分を拡大したものである。
図4A及び図4Bと、図5A及び図5Bの異なる点は、フォーカス最適位置の場所である。
図4A及び図4Bでは、フォーカス最適位置P401は、m−1回目P402とm回目P404との間にある。つまり、m回目の粗シークの段階で、フォーカス位置はフォーカス最適位置P401を通過している。
一方、図5A及び図5Bでは、フォーカス最適位置P501は、m−1回目P502とm−2回目P503との間にある。つまり、m−1回目の粗シークの段階で、既にフォーカス位置はフォーカス最適位置P401を通過している。
しかし、何れの場合でも、図3のステップS309からS311における微シークでフォーカス最適位置P401を捉えることができる。
赤外線撮影装置101におけるフォーカス探索を、赤外線撮像素子103を高速に駆動して一時停止を行う粗シークと、赤外線撮像素子103を低速に駆動する微シークの組み合わせで実現した。可視光カメラとは異なり、赤外線撮像素子103は温度変化に対する追従性に劣るので、高速駆動には一時停止と待機時間を設けた。また、粗シークの駆動距離を焦点深度の2倍以上4倍以下に規定することで、適切な高速フォーカス駆動が実現できる。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Claims (2)
- 赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子に赤外線を集光するレンズと、
前記レンズに対して前記赤外線撮像素子をフォーカス方向に駆動するフォーカス駆動部と、
前記赤外線撮像素子から出力される信号に基づいて生成された赤外線撮像データを対象物の温度を示す温度データの集合体である赤外線画像データに変換する温度データ変換処理部と、
前記温度データ変換処理部から得られる前記赤外線画像データからコントラスト値を算出するコントラスト算出部と、
前記コントラスト算出部から前記コントラスト値を取得しながら前記フォーカス駆動部を駆動制御するフォーカス制御部と
を具備する赤外線撮影装置であり、
前記フォーカス制御部は、
前記赤外線撮像素子をフォーカス方向に所定の距離を高速で駆動した後、前記赤外線撮像素子を所定の整定時間が経過するまで一時停止をすべく前記フォーカス駆動部を駆動制御する粗シークを実行した後に、前記コントラスト算出部から前記コントラスト値を取得し、
現在のコントラスト値が直前の前記粗シークの時点におけるコントラスト値より小さくなった時点で前記粗シークを終了し、
前記粗シークを終了させた後、前記赤外線撮像素子をフォーカス方向に所定の距離にて低速で駆動すべく前記フォーカス駆動部を駆動制御する微シークを実行しながら前記コントラスト算出部から前記コントラスト値を取得し、
現在のコントラスト値が直前の前記微シークにおけるコントラスト値より小さく、かつ、前記粗シークの終了時点におけるコントラスト値より大きい場合に前記微シークを終了する、
赤外線撮影装置。 - 前記フォーカス制御部は、前記粗シークにおいて、前記赤外線撮像素子を焦点深度の2倍以上4倍以下の距離で高速駆動する、
請求項1に記載の赤外線撮影装置。
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JP2003241074A (ja) * | 2002-02-20 | 2003-08-27 | Canon Inc | 自動焦点調節装置及びカメラシステム |
JP2010107866A (ja) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Olympus Imaging Corp | デジタルカメラ及び光学機器 |
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