JPH1073412A - 遠赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】遠赤外線画像と他画像とを適切に結合させるこ
とにより、画像の視認性が高い遠赤外線撮像装置を実現
する。 【解決手段】被検体を遠赤外線で撮る第１カメラ部６
と、撮影画像についてデータ処理を行う画像処理部７０
とを具備した遠赤外線撮像装置５０において、被検体を
非遠赤外線で撮る第２カメラ部９を備え、画像処理部７
０は、第１カメラ部６による撮影画像に対し所定の特徴
・特質を強調又は抑制する第１処理を行う（７１）とと
もに、第２カメラ部９による撮影画像に対し所定の特徴
・特質を逆に抑制又は強調する第２処理を行い（７
２）、かつ、これら両画像を重ね合わせて合成画像を生
成しこの合成画像を出力する（７３）ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、遠赤外線撮像装
置に関し、詳しくは、大気温・外気温・室温等の常温又
はこれに準じた温度状態の物体を撮影対象としこれを照
明の反射光線でなく放射遠赤外線で撮影した画像に基づ
いて表示や特徴検出・工業計測など所定の画像処理を行
う遠赤外線撮像装置（遠赤外線撮像応用装置）に関す
る。なお、本明細書において、遠赤外線は、主として８
〜１２μｍの波長域を含んだ赤外線を意味する。

【０００２】

【従来の技術】図３に示した撮像装置３は、一般的な撮
像装置である。これは、可視光で撮影した画像に基づい
て表示等の処理を行うものであり、照明灯１や太陽光等
で被検体２を照明して被検体２によって反射された光を
可視光カメラ９等で検出等することで、被検体２の画像
を得るようになっている（アクティブ法）。なお、特開
平３−２５０１０３号公報や特開平７−２００６４号公
報に記載のものは、可視光線に代えて赤外線を用いてい
るが、照明による反射光を直接撮るものであり、本質的
に同じ構造である。

【０００３】これに対し、図４に示した遠赤外線撮像装
置５は、被検体４の発した放射赤外線を遠赤外線カメラ
６で撮り、その画像データを画像処理部７で処理して所
定の映像信号等に変換してから、表示部８へ送って表示
させるものである。このような赤外線撮像装置は、これ
を用いると被検体（被写体）を照明しなくても撮影が可
能なので（パッシブ法）、暗視カメラやミサイル追尾装
置などに向いている。特に８〜１２μｍ波長域の遠赤外
線は、常温にある黒体から多く放射（輻射）され、しか
も人間や恒温動物の皮膚の放射率（輻射率）も高いこと
から、遠赤外線撮像装置５は、人間等をターゲットとし
た暗視カメラや、常温状態での温度測定などに応用され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の遠赤外線撮像装置は、自然光や照射光よりも
エネルギーの小さな熱放射（熱輻射）に基づいて概ね常
温の被検体を撮影するので、画像データの信号レベルが
低く且つダイナミックレンジも狭くて、鮮明な画像がな
かなか得難いものである。熱雑音によるゆらぎや放射率
のばらつき等によっても、画像が乱されるので、移動し
ている常温の物体等は特に判別し難い。このため、遠赤
外線撮像装置の実用的な利用は、照射等が困難なときに
人間等を見るために用いられる暗視カメラや、予め放射
率（輻射率）が正確に判明しているものについての温度
計測など、あまり多くはない。なお、近赤外線に関して
は、特開昭６０−１７９６３８号公報記載の如くアクテ
ィブ法とパッシブ法とを組み合わせたものも知られてい
るが、これとて、ノイズ成分の相殺を期待するにとどま
り、画像の視認性にまで積極的に踏み込んではいない。

【０００５】そこで、遠赤外線撮像装置の適用分野を広
げてその利用促進を図るためには、画像の鮮明化を達成
することはもちろんのこと、画像の視認性を高めるよう
に、撮像方法や画像の処理方法を工夫することが課題と
なる。この発明は、このような課題を解決するためにな
されたものであり、遠赤外線画像と他画像とを適切に結
合させることにより、画像の視認性が高い遠赤外線撮像
装置を実現することを目的とする。また、この発明は、
移動体を撮っても鮮明な画像が得られる遠赤外線撮像装
置を実現することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１乃至第３の解決手段について、
その構成および作用効果を以下に説明する。

【０００７】［第１の解決手段］第１の解決手段の遠赤
外線撮像装置は（、出願当初の請求項１に記載の如
く）、（直接撮るための反射光を得る遠赤外線照明を具
備することなく、）被検体を遠赤外線で撮る第１カメラ
部と、撮影画像について（強調処理・特徴検出・工業計
測などの）データ処理を行う画像処理部とを具備した遠
赤外線撮像装置において、前記被検体を（可視光線，紫
外線などの）非遠赤外線で撮る第２カメラ部を備え、前
記画像処理部は、第１カメラ部による撮影画像に対し所
定の特徴・特質を強調又は抑制する（カラー化，多値
化，精細化，積分，加算，濃淡細分化などの）第１処理
を行うとともに、第２カメラ部による撮影画像に対し前
記所定の特徴・特質を逆に抑制又は強調する（白黒化，
二値化，単純化，微分，差分，線画化などの）第２処理
を行い、かつ、これら両画像を重ね合わせて合成画像を
生成しこの合成画像を（表示部，記録部などに）出力す
るものであることを特徴とする。

【０００８】このような第１の解決手段の遠赤外線撮像
装置にあっては、不鮮明になりがちな常温での遠赤外線
撮影画像に対し第１処理によって所定の特徴・特質を強
調等することが行われて、画像の鮮明化が、ある程度な
される。しかも、これに加えて、第２処理によってその
特徴・特質が逆向きに抑制等された非遠赤外線撮影画像
が、遠赤外線撮影画像に合成される。一般に非遠赤外線
撮影画像には遠赤外線撮影画像には含まれない多くの情
報が含まれており、これを単純に遠赤外線撮影画像と重
ね合わせたのでは遠赤外線撮影画像の情報が埋もれてし
まうが、逆向きの処理が施された両画像を重ねた場合
は、相補的に作用しあって、それぞれに固有の特徴がい
ずれも強調される。これにより、遠赤外線撮影画像が一
層鮮明に見えるようになる。

【０００９】このように逆向きの強調・抑制処理を施し
てから遠赤外線画像と非遠赤外線画像とを合成結合させ
ることにより、表示画像における特徴パターンがさらに
明瞭となる。したがって、この発明によれば、画像の視
認性が高い遠赤外線撮像装置を実現することができる。

【００１０】［第２の解決手段］第２の解決手段の遠赤
外線撮像装置は（、出願当初の請求項２に記載の如
く）、（ベルトコンベア搬送物やレールなどの略一定方
向へ相対移動する）被検体を遠赤外線で撮るカメラ部
と、撮影画像について（強調処理・特徴検出・工業計測
などの）データ処理を行う画像処理部とを具備した遠赤
外線撮像装置において、前記画像処理部は、前記カメラ
部から前後して得た複数の撮影画像を前記被検体の移動
方向に対応した画像方向にずらして重畳させる処理を行
うものであることを特徴とする。

【００１１】このような第２の解決手段の遠赤外線撮像
装置にあっては、被検体が相対移動するに連れて一連の
遠赤外線画像も対応方向に一部づつずれてくるが、画像
処理部の処理によってこれらの画像がその対応方向にず
らして重畳させられる。そこで、重畳部分には、被検体
の同じところを撮った画像データが、複数・多数、重ね
合わせられることとなる。

【００１２】これにより、被検体が移動するため高速撮
影しなければならないので生の各撮影画像が不鮮明であ
っても、画像データの信号レベルが増大する一方で、ゆ
らぎやばらつき等のノイズ成分が相殺しあうので、重畳
処理後の画像はＳ／Ｎ比が向上する。したがって、この
発明によれば、移動体を撮っても鮮明な画像が得られる
遠赤外線撮像装置を実現することができる。

【００１３】［第３の解決手段］第３の解決手段の遠赤
外線撮像装置は（、出願当初の請求項３に記載の如
く）、第２の解決手段の遠赤外線撮像装置であって、カ
メラ部による撮像動作と同期して断続的に前記被検体の
表面を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】このような第３の解決手段の遠赤外線撮像
装置にあっては、加熱手段によって被検体の表面が断続
的に加熱される。表面加熱は熱量が小さいので、加熱を
断つと被検体内部への熱伝導によって速やかに表面温度
が戻ることから、昇温／降温の各サイクルで概ね同じ状
態変化が繰り替えされることとなる。そして、このサイ
クルがカメラ部による撮像動作と同期して行われること
から、各撮影画像は、重畳部分に関する限り、ほぼ同一
のものが繰り返し得られる。

【００１５】これにより、プラスチックにメッキした量
産品を対象として表面加熱によるメッキ不良の検出を行
うような場合など、被検体を順次移送させながらこれを
撮影することで、その撮影画像の同一部分が複数回・多
数回重ねられてＳ／Ｎ比が向上する。したがって、この
発明によれば、移動体を表面加熱して撮っても鮮明な遠
赤外線画像を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】このような解決手段で達成された
本発明の遠赤外線撮像装置について、これを実施するた
めの形態を説明する。

【００１７】［第１の実施の形態］本発明の第１の実施
形態は、上述の遠赤外線撮像装置であって、被検体を遠
赤外線で撮る第１カメラ部と、撮影画像についてデータ
処理を行う画像処理部とを具備した遠赤外線撮像装置に
おいて、前記被検体を非遠赤外線で撮る第２カメラ部
と、少なくとも第１カメラ部による撮像動作と同期して
断続的に前記被検体の表面を加熱する加熱手段とを備
え、前記画像処理部は、第１カメラ部から前後して得た
複数の撮影画像を前記被検体の移動方向に対応した画像
方向にずらして重畳させる鮮明化処理を行うとともに、
これで得た画像に対し所定の特徴・特質を強調又は抑制
する第１処理を行い、第２カメラ部による撮影画像に対
し前記所定の特徴・特質を逆に抑制又は強調する第２処
理を行い、かつ、これら両画像を重ね合わせて合成画像
を生成しこの合成画像を出力することを特徴とする。こ
れにより、上記の第１乃至第３の解決手段の総ての作用
効果を奏することができる。

【００１８】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
形態は、上述の遠赤外線撮像装置であって、前記被検体
についての集光を分光して又は切替えて第１，第２カメ
ラ部双方の撮影対象とする手段を備えたことを特徴とす
る。これにより、完璧に適合して重なり合う遠赤外線画
像および非遠赤外線画像を得ることができる。

【００１９】

【実施例】

［第１実施例］本発明の遠赤外線撮像装置の第１実施例
について、その具体的な構成を、図面を引用して説明す
る。図１は、その全体ブロック図であり、図２は、その
画像表示例である。

【００２０】この遠赤外線撮像装置５０は、光学系５１
等（集光・分光手段）と、遠赤外線像を撮る遠赤外線カ
メラ６（第１カメラ部）と、可視光線像を撮る可視光カ
メラ９（第２カメラ部）と、デジタルデータ処理を行う
画像処理部７０と、表示部８とを備えたものである。

【００２１】光学系は、集光レンズ５１，プリズム５
２，ミラー５３，ミラー５４などが組み上げられたもの
であり、同一視線での異種複数画像を撮るために、集光
レンズ５１が被検体からの発光・反射光等の放射光を集
光し、これをプリズム５２が遠赤外線と可視光とに分光
し、そのうちの遠赤外線をミラー５３が遠赤外線カメラ
６へ反射して送り込むとともに、可視光をミラー５４が
可視光カメラ９へ反射して送り込むようになっている。

【００２２】遠赤外線カメラ６は、撮像素子の前に１０
μｍ波長域の遠赤外線を集める集光レンズや縦横に集光
点を面走査させる走査境などが設けられていて、所定周
期ごとに１画面分を撮影してその画像データを画像処理
部７０へ送出する。可視光カメラ９も、遠赤外線カメラ
６と同じ周期で可視光による面画像を撮りそのデータを
画像処理部７０へ送出するようになっている。

【００２３】画像処理部７０は、画像データ処理用のマ
イクロプロセッサ（ＭＰＵ）やビデオＲＡＭ（ＶＲＡ
Ｍ）を用いて一体的に又は各処理別に具現化されてい
る。すなわち、遠赤外線の映像を強調するために各値に
寒色・暖色等のうちの何れかの色彩を施す処理を行う疑
似カラー化演算回路７１と、遠赤外線の映像を引き立て
ながら基準の大物だけを表示するために可視光線画像を
白黒二値化してその色彩および微細変化を抑制する処理
を行う白黒映像信号処理回路７２と、疑似カラー化演算
回路７１からのカラー画像と白黒映像信号処理回路７２
からの白黒画像とを重ね合わせて合成画像を生成する映
像信号合成回路７３とで構成されている。この合成画像
は表示部８へ送出されて表示されるようになっている。

【００２４】このような第１実施例の遠赤外線撮像装置
について、その使用態様および動作を説明する。室内に
おける空調の有効性等を探るために遠赤外線撮像装置５
０を用いた場合を説明する。室内壁面上に設けられた空
調機４１から吹き出された冷気４２等は周りの空気を巻
き込みながら広がるとともに室温に漸近していく。

【００２５】この様子を遠赤外線撮像装置５０で撮影す
ると、集光レンズ５１やミラー５３を介して遠赤外線カ
メラ６によって遠赤外線画像が得られる。この遠赤外線
画像は、そのままでは冷気４２あたりに雲がかかったよ
うにぼんやりしているが（図２（ａ）参照）、これに対
しては疑似カラー化演算回路７１によって着色処理が施
され、その結果、遠赤外線画像は鮮やかなものとなる。

【００２６】一方、これと並行して、集光レンズ５１や
ミラー５４を介して可視光カメラ９によって可視光線画
像が得られる。この可視光線画像には、冷気４２等の室
内空気が映らないで、後方の壁を背景に空調機４１が映
る。この映像に対しては、白黒映像信号処理回路７２に
よる白黒化の処理が施される。そうすると、空調機４１
および壁境界など一部の物を残して他のところは消去さ
れる。

【００２７】そして、これらの画像が映像信号合成回路
７３によって合成され、合成画像が表示部８に表示され
る。この表示画像には、鮮やかな冷気４２等の表示に加
えて、同一視線に基づく空調機４１や壁面境界が含まれ
ているので（図２（ｂ）参照）、これを画像位置関係等
の目印・判断基準として利用することができる。こうし
て、遠赤外線撮像装置を用いた特徴抽出や監視が容易に
なる。

【００２８】［第２実施例］図３に全体ブロックを示し
た本発明の遠赤外線撮像装置の第２実施例について説明
する。

【００２９】この遠赤外線撮像装置５００は、ベルトコ
ンベア２０で次々に移送される被検体２などの移動体を
継続監視するに際して鮮明な画像が得られるようにする
ために、上述の遠赤外線撮像装置５０における画像処理
部７０を画像処理部７００で置換するとともに、照明灯
１０を付加したものである。

【００３０】照明灯１０は、被検体２の表面を加熱する
ためのものであり、被検体２へ向けて光エネルギーを放
射するハロゲンランプと、被検体２等からの反射光を集
光して再び被検体２側へ戻すために金メッキしたパラボ
ラ反射板とからなる。そして、遠赤外線カメラ６の撮像
中は消灯する一方、遠赤外線カメラ６の撮像の合間に点
灯することで、カメラ６，９による撮像動作と同期して
断続的に被検体２の表面を加熱するものとなっている。

【００３１】画像処理部７００は、遠赤外線カメラ６か
らの遠赤外線画像のデータを２面分記憶可能なメモリ７
１１と、これに対してシフト処理および加算処理を施す
演算回路７１２と、可視光カメラ９からの可視光線画像
のデータを２面分記憶可能なメモリ７２１と、これに対
してシフト処理およびエッジ検出処理を施す演算回路７
２２と、メモリ７１１及びメモリ７２１からの両画像を
重ね合わせて合成画像を生成する映像信号合成回路７３
とからなるものである。

【００３２】メモリ７１１は、１回の撮像における遠赤
外線カメラ６からの画像データがＭ行×Ｎ列であること
に対応して、Ｍ行×２Ｎ列のバイトデータの記憶容量を
持つ。また、演算回路７１２は、被検体２の図中上から
下への移動に伴って被検体２の映像がメモリ７１１につ
いての図中の左側の列から右側の列へ移ることに対応し
て、各撮像ごとに、メモリ７１１のＭ行×２Ｎ列のデー
タを１列右側にシフトするとともに、左端の列をクリア
しておいてから、左半分のＭ行×Ｎ列の部分に対して遠
赤外線カメラ６からのＭ行×Ｎ列の画像データを該当要
素ごとに足し込む。これにより、メモリ７１１の右半分
のＭ行×Ｎ列の部分に、Ｎ回の撮影画像が重畳されてＮ
倍に濃淡レベルの細分化した画像データが順次連続して
得られる。そして、この濃淡画像がメモリ７１１から読
み出されて映像信号合成回路７３へ送出されるようにな
っている。

【００３３】メモリ７２１も、同様にＭ行×２Ｎ列のデ
ータの記憶容量を持つ。演算回路７２２も、各撮像ごと
に、メモリ７２１のＭ行×２Ｎ列のデータを１列右側に
シフトする。ただし、可視光カメラ９から受けたＭ行×
Ｎ列の画像データはメモリ７２１の左半分のところにそ
のまま書き込むようになっている。そして、メモリ７１
１の右半分のところへシフトしてきた画像データに対
し、微分や細線化などの処理を施してエッジを検出す
る。これにより、被検体２のエッジに対応した線画のデ
ータが順次連続して得られる。この線画もメモリ７２１
から読み出されて映像信号合成回路７３へ送出されるよ
うになっている。

【００３４】このような構成の遠赤外線撮像装置５００
を用いて、被検体２のメッキ状態を監視するために、ベ
ルトコンベア２０で次々に移送される被検体２を撮影す
ると、被検体２の表面温度分布に対応した濃淡画像が動
的に表示されるとともに、その表示画像には同一視線に
基づく被検体２の線画も濃淡画像を損なうことなくこれ
に重ねて示される。そこで、この線画を基準として監視
することで、被検体２の映像が画面内を動いていても容
易に且つ継続して、被検体２の映像を監視することがで
きる。こうして、被検体２の表面直下に隠れたメッキ不
良等が存在している場合などには、そのところに発現す
る遠赤外線画像の異常濃淡に基づいて、そのことを確実
に検知することができる。

【００３５】［他の実施例］なお、遠赤外線カメラ６の
撮像部には、単一素子に代えて撮像素子が一列に並べて
配置されたラインセンサを採用してもよい。さらに、２
次元アレイ素子による面走査型の素子を用いてもよい。
この場合、機械的なライン走査に代えて、電子的に、ラ
イン走査が行われる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段の遠赤外線撮像装置にあっては、逆向
きの強調・抑制処理を施してから遠赤外線画像と非遠赤
外線画像とを合成結合させて表示画像における特徴パタ
ーンが明瞭となるようにしたことにより、画像の視認性
が高い遠赤外線撮像装置を実現することができたという
有利な効果が有る。

【００３７】また、本発明の第２の解決手段の遠赤外線
撮像装置にあっては、移動方向に対応して画像をずらし
て重畳させることで画像のＳ／Ｎ比が向上するようにし
たことにより、移動体を撮っても鮮明な画像を得ること
ができたという有利な効果を奏する。

【００３８】さらに、本発明の第３の解決手段の遠赤外
線撮像装置にあっては、ほぼ同一の加熱サイクル及び撮
像サイクルを繰り返して複数回重畳が可能なようにした
ことにより、移動体を表面加熱して撮っても鮮明な遠赤
外線画像を得ることができるようになったという有利な
効果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の遠赤外線撮像装置の第１実施例のブ
ロック図である。

【図２】 その画像表示例である。

【図３】 本発明の遠赤外線撮像装置の第２実施例のブ
ロック図である。

【図４】 従来の可視光による撮像装置である。

【図５】 従来の遠赤外線撮像装置である。

【符号の説明】

１ 照明灯 ２ 被検体 ３ 撮像装置 ４ 被検体 ５ 遠赤外線撮像装置 ６ 遠赤外線カメラ ７ 画像処理部 ８ 表示部 ９ 可視光カメラ９（ＣＣＤカメラ；非遠赤外線カメ
ラ） １０ 照明灯 ２０ ベルトコンベア ４１ 空調機 ４２ 冷気 ５０ 遠赤外線撮像装置 ５１ 集光レンズ ５２ プリズム ５３，５４ ミラー ７０ 画像処理部 ７１ 疑似カラー化演算回路 ７２ 白黒映像信号処理回路 ７３ 映像信号合成回路 ５００ 遠赤外線撮像装置 ７００ 画像処理部 ７１１ メモリ（遠赤外線画像記憶部） ７１２ 演算回路（遠赤外線画像演算部；シフト及び加
算処理部） ７２１ メモリ（可視光線画像記憶部） ７２２ 演算回路（可視光線画像演算部；シフト及びエ
ッジ検出処理部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 哲朗 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 山口 仁志 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体を遠赤外線で撮る第１カメラ部と、
   撮影画像についてデータ処理を行う画像処理部とを具備
   した遠赤外線撮像装置において、前記被検体を非遠赤外
   線で撮る第２カメラ部を備え、前記画像処理部は、第１
   カメラ部による撮影画像に対し所定の特徴・特質を強調
   又は抑制する第１処理を行うとともに、第２カメラ部に
   よる撮影画像に対し前記所定の特徴・特質を逆に抑制又
   は強調する第２処理を行い、かつ、これら両画像を重ね
   合わせて合成画像を生成しこの合成画像を出力すること
   を特徴とする遠赤外線撮像装置。
2. 【請求項２】被検体を遠赤外線で撮るカメラ部と、撮影
   画像についてデータ処理を行う画像処理部とを具備した
   遠赤外線撮像装置において、前記画像処理部は、前記カ
   メラ部から前後して得た複数の撮影画像を前記被検体の
   移動方向に対応した画像方向にずらして重畳させる処理
   を行うものであることを特徴とする遠赤外線撮像装置。
3. 【請求項３】カメラ部による撮像動作と同期して断続的
   に前記被検体の表面を加熱する加熱手段を備えたことを
   特徴とする請求項２記載の遠赤外線撮像装置。