JPH1073415A - 遠赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検体の特質を利用した画像パターンの処理に
基づいて工業計測を行う遠赤外線撮像装置を実現する。 【解決手段】被検体４０を遠赤外線で撮るカメラ部６０
と、撮影画像についてのデータ処理を行う画像処理部７
０とを具備した遠赤外線撮像装置５０において、画像処
理部７０は、被検体４０の光沢面部分及び非光沢面部分
の分布状態に基づくパターン処理を行って被検体４０に
ついての物理情報を得るものである。

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
光電検出器等で検出することで、被検体２の画像を得る
ようになっている。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、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】もっとも、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。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。画像処理に基づくパターンマッチングや特
定パターンの検出あるいは形状変形等の工業計測には、
可視光による撮像装置の方が適していると考えられてい
た。

【０００５】しかしながら、応用分野によっては、且つ
適用の形態によっては、可視光照射が可能であっても、
可視光で撮影した画像に基づいて特徴検出や工業計測な
ど所定の画像処理を行うことが容易・有利とは限らな
い。室外での可視光による撮像では昼夜・晴曇状態や反
射状態等の変動が不所望に大きな影響をもたらすことも
あるのである。そこで、かかる応用分野では、自然光や
反射光による影響を回避して、簡便な画像処理で正確な
工業計測を行うことが課題となる。

【０００６】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、被検体の特質を利用した画像
パターンの処理に基づいて工業計測を行う遠赤外線撮像
装置を実現することを目的とする。

【０００７】

【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４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。

【０００８】［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カメラ部
と、撮影画像について（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、前記被検体の光沢面部
分及び非光沢面部分の分布状態に基づくパターン処理を
行って前記被検体についての物理情報を得るものである
ことを特徴とするものである。

【０００９】ここで、上記の「光沢面」とは、照射され
た可視光を乱反射でなく整然と反射する面をいい、金属
のきれいな表面や、鏡面仕上げした物の表面などが挙げ
られる。

【００１０】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、光沢面を持った被検体を撮影し、その
撮影画像から被検体像や特徴的パターンを抽出したり抽
出パターンについての物理量を計測・表示したりする等
のデータ処理を行うが、このデータ処理に際して、被検
体の光沢面部分及び非光沢面部分の分布状態に基づいた
パターン処理がなされる。一般に光沢面と非光沢面とで
は反射率が異なり延いては放射率も異なるものが多いこ
とから、例え被検体が同一材からなり等温度状態であっ
たとしても、そのときの撮影画像には、光沢面の分布状
態に応じた濃淡のパターンが現れる。

【００１１】ところで、可視光によって撮影する場合、
画像を得るには被検体に何等かの自然光や照明光を当て
ることが必要であるが、被検体に光沢面が有ると、そこ
に太陽や照明灯の光源が映り込んでしまう。しかも、局
部の強い反射によって、しばしばハレーションをも伴
う。このため、１つの光沢面の画像であっても、光源の
映ったところと他のところでは、光沢面と非光沢面との
一般的な濃淡の差を大きく上回る濃淡差が現れることと
なる。

【００１２】これに対し、放射遠赤外線によって撮影す
る場合、直接撮るための反射光を得る照明を設ける必要
がなく、しかも、被検体に光沢面があっても太陽光等の
映り込みがほとんど無いので、光沢面の分布状態に応じ
た濃淡のパターンが安定して得られる。そこで、遠赤外
線による撮影と光沢面分布状態によるパターン処理とを
結合させることにより、概ね常温の被検体に光沢面があ
っても容易に自然光や反射光による影響を回避して、簡
便な画像処理で正確な計測結果が得られることとなる。

【００１３】したがって、この発明によれば、光沢面を
有する被検体の特質を利用した簡便な画像パターンの処
理に基づいて正確な工業計測を行う遠赤外線撮像装置を
実現することができる。

【００１４】［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）、第１の解決手段の遠赤外線撮像装置であって、前
記画像処理部は、（鉄道の並行したレールやモノレール
等の）レールについてのパターン処理を行うものであ
り、前記カメラ部は、前後輪を有するレール走行車又は
台車に対してその前後輪の中央部に装着されたものであ
ることを特徴とするものである。

【００１５】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、レールを撮影対象とするが、レール
は、上面が、車輪との接触によって光沢を持つようにな
った部分と、錆びて光沢のない辺縁部とからなる。しか
も、このパターンがレールの縦方向すなわち長手方向に
連続している。そこで、横方向の光沢面部分及び非光沢
面部分の分布状態に基づくパターン処理を繰り返すこと
で容易に、レールについての物理情報を連続して得るこ
とができる。

【００１６】また、一連のレールとレールとの間にはレ
ール遊間が有ってレール走行車等は車輪がレール遊間を
通過する度に上下動するが、この遠赤外線撮像装置にあ
っては、カメラが前後輪の中央部に装着されているの
で、揺れが比較的少なくて済み、安定した画像が得られ
る。したがって、この発明によれば、レールの特質を利
用した簡便な画像パターンの処理に基づいてレール状態
の計測を正確に且つ連続して行うことができる。

【００１７】［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、前
記画像処理部は、レール上面の傷，（磨耗等による）レ
ール形状の変形，及びレール遊間のうち何れか１つにつ
いて検出処理を行うものであることを特徴とするもので
ある。

【００１８】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、レール上面の傷などを検出するが、こ
れらの物理情報は光沢面・非光沢面の分布状態ひいては
放射率の分布状態を変えるものであるから、光沢面部分
及び非光沢面部分の分布状態に基づくパターン処理によ
って確実に検出結果を得ることができる。したがって、
この発明によれば、レールの試験・異常検出を確実に行
うことができる。

【００１９】［第４の解決手段］第４の解決手段の遠赤
外線撮像装置は（、出願当初の請求項４に記載の如
く）、第３の解決手段の遠赤外線撮像装置であって、前
記カメラ部は、前記レール走行車の速度に応じて撮影量
を変えるものであり、前記画像処理部は、画像処理の負
担量に応じて値が変化する速度制限信号を生成する信号
生成手段と、この信号を前記レール走行車の速度制御手
段へ送出するための信号送出手段とを備えたことを特徴
とするものである。

【００２０】このような第４の解決手段の遠赤外線撮像
装置にあっては、画像処理の負担が重くなると、そのこ
とが速度制限信号によってレール走行車の速度制御手段
へ送出されるので、走行速度が落ちてレール画像の撮影
量も減り、過負荷になる前に画像処理の負担が軽減され
る。一方、画像処理の負担が軽くなると、そのことが速
度制限信号によってレール走行車の速度制御手段へ送出
されるので、走行速度が上がってレール画像の撮影量も
増え、効率良く処理がなされる。

【００２１】これにより、高速撮影の難しい遠赤外線に
よる撮影であっても、処理の効率と確実とを両立させる
ことができる。また、撮影画像のパターンによって処理
速度が影響を受けやすい汎用のマイクロプロセッサやデ
ジタルシグナルプロセッサなどを用いて安価に画像処理
部を構成した場合でも、確実に計測を行うことができ
る。

【００２２】したがって、この発明によれば、レールの
試験・異常検出を効率よく且つ確実に行う遠赤外線撮像
装置を安価に実現することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】このような解決手段で達成された
遠赤外線撮像装置についての具体的な実施形態は、列車
等の車輪との接触状態に応じた光沢面部分及び非光沢面
部分を持った金属レール上を走行するレール走行車（レ
ール試験車）に搭載されて連続的・継続的にそのレール
の異常検出を行うために、前記レール走行車又はその台
車に設けられた前後輪の中央部で前記走行車に対して装
着されその下方のレールを遠赤外線で撮るカメラ部と、
レールの撮影画像について特徴パターン検出・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
線撮像装置であって、前記カメラ部は、前記レール走行
車の速度に応じて撮影量を変えるものであり、前記画像
処理部は、前記レールの光沢面部分及び非光沢面部分の
分布状態に基づいてその物理情報としての前記レール上
面の傷，磨耗等によるレール形状の変形，及びレール遊
間の総てを検出するためのパターン処理を行うパターン
処理手段と、画像処理の負担量に応じて値が変化する速
度制限信号を生成する信号生成手段と、この速度制限信
号を前記レール走行車の速度制御手段へ送出するための
信号送出手段とを備えたものである。

【００２４】

【実施例】本発明の遠赤外線撮像装置の一実施例につい
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、その画像処
理部のブロック図である。

【００２５】この遠赤外線撮像装置５０は、遠赤外線カ
メラ６０と画像処理部７０と表示部８とを備えたもので
あり、鉄製レール４０の異常検出等を連続的に行うため
にレール試験車９０に搭載されるようになっている。レ
ール試験車９０は、台車や駆動機構等の詳細な図示は割
愛したが、速度制御装置９１によって前後の車輪９２の
回転状態を制御することで、走行速度を可変制御するも
のである。その速度制御装置９１は、速度制限信号Ａを
受けその信号値に応じて速度上限を変更するとともに、
実際の走行速度を信号Ｂとして外部に出力するようにな
っている。

【００２６】遠赤外線カメラ６０は、レール試験車９０
の車体の下面に対して下向きに取り付けられて、前後の
車輪９２の中央部からレール４０の上面４１を撮影しう
るようになっている。遠赤外線カメラ６０の撮像素子の
前には、１０μｍ波長域の遠赤外線を集める集光レンズ
の他、レール４０の長手方向に対して直交する方向すな
わち横方向に集光点を走査させる走査境などが設けられ
ていて、走査同期パルスを受ける度に１ラインだけ撮影
してその画像データを画像処理部７０へ送出するものと
なっている。また、走査同期パルスは速度制御装置９１
の出力信号Ｂを電圧−周波数変換して生成されるように
なっているので、遠赤外線カメラ６０は、レール試験車
９０の走行速度に比例した頻度でライン走査を行う。こ
れにより、レール試験車９０の走行速度に拘わらず縦方
向に一定間隔でライン走査した画像データを画像処理部
７０に送出することができるようになっている。

【００２７】画像処理部７０は、マイクロプロセッサ
（ＭＰＵ）７１と、プログラムを記憶したＲＯＭ７２，
７３と、画像データを記憶するためのＲＡＭ７４，７５
と、図示しないインターフェイス等からなるデジタル回
路である。これらは、バス結合されており、プログラム
に従ってレール４０の撮影画像についてのデータ処理を
行うものとなっている。

【００２８】ＲＡＭからなるリングバッファ７４は、遠
赤外線カメラ６０から受けた各ラインデータが順次記憶
される一方、記憶済みのラインデータが画像データの処
理の進み具合に応じて古い順に順次読み出されてフレー
ムメモリ７５へ送られるようになっている。また、ＲＯ
Ｍ７３のプログラムの処理（信号生成手段）によって、
リングバッファ７４に記憶中のデータ量に応じて速度制
限信号Ａの値が設定される。具体的には、データ量が記
憶容量の半分以下のときは速度制限信号Ａが最小値を採
り、データ量が記憶容量の９割以上のときは速度制限信
号Ａが最大値を採る。そして、この速度制限信号Ａは図
示しないドライブ回路等（信号送出手段）を介して速度
制御装置９１へ送られるようになっている。

【００２９】ＲＡＭからなるフレームメモリ７５は、数
１０ライン分すなわち１フレーム分の画像データを保持
可能なものとなっており、このフレームデータに対し
て、ＲＯＭ７２のプログラムの処理によるデータ処理が
施される。具体的には、レールのエッジ検出の容易化等
のために前処理として空間微分・差分等のパターン処理
が行われた後、レール上面４１の傷、磨耗によるレール
幅減少や片減り等の変形、さらにレール遊間４２におけ
る距離が順に検出される。このとき、レールの光沢面部
分と非光沢面部分との境界部分は単なる濃淡差だけで傷
と判定されないようにマスクパターンが用いられる。ま
た、光沢面部分と非光沢面部分との境界部分がエッジに
対して傾斜していたり曲がっている場合は片減り状態が
検知される。このようにして、レールの光沢面部分及び
非光沢面部分の分布状態に基づいたパターン処理や検出
・判定処理がなされるようになっている。

【００３０】この実施例の遠赤外線撮像装置についての
使用態様及び動作を説明する。

【００３１】遠赤外線撮像装置５０を作動させておい
て、レール試験車９０の走行を開始させると、レール４
０が遠赤外線カメラ６０によって撮られ、その画像デー
タがラインごとにリングバッファ７４に一旦止め置かれ
てからフレームメモリ７５へ送られる。１フレームの画
像データが得られると、ＲＯＭ７２のプログラムの処理
によって傷などが検出され、さらに検出パターンを強調
するパターン処理も施されて、その結果が表示部８に表
示される。こうして、レール上面４１における傷等が容
易に発見される。遠赤外線による撮影に対する太陽光の
影響は小さいので、レール探傷作業は昼夜の別に拘わら
ず行うことができる。また、金属製のレールは熱伝導が
良くて、日向と日陰との境界部における温度変化が穏や
かになることも、好都合である。

【００３２】そして、レール試験車９０が加速されてそ
の速度が上がってくると、それに連れて遠赤外線カメラ
６０からリングバッファ７４へのデータ転送レートも高
まってくる。あるいは、レール上面４１に傷が沢山有っ
たり、レールが短くてレール遊間４２が頻繁に撮影され
たりすると、データ処理のスループットが低下してく
る。いずれの場合も、リングバッファ７４の空きが減少
する。そうすると、ＲＯＭ７３のプログラムの処理によ
って速度制限信号Ａの値が変更され、これに速度制御装
置９１が応じることで、レール試験車９０の走行速度が
調整される。こうして、画像の撮影量とそのデータ処理
の負担量とのバランスがとられて、最も効率良くレール
試験が行われる。

【００３３】なお、遠赤外線カメラ６０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。

【００３４】

【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、遠赤
外線による撮影と光沢面分布状態によるパターン処理と
を結合させたことにより、被検体に光沢面があっても容
易に自然光や反射光による影響を回避して、簡便な画像
処理で正確な計測結果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。

【００３５】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、レールの特質を利用することによ
り、簡便な画像パターンの処理でレール状態の計測を正
確に且つ連続して行うことができるようになったという
有利な効果を奏する。

【００３６】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、光沢面の分布状態を変えるレー
ル上面の傷などを検出するようにしたことにより、レー
ルの試験・異常検出を確実に行うことができるという有
利な効果が有る。

【００３７】また、本発明の第４の解決手段の遠赤外線
撮像装置にあっては、走行速度と画像撮影量と画像処理
負担量とを連立させるようにしたことにより、レールの
試験・異常検出を効率よく且つ確実に行う遠赤外線撮像
装置を安価に実現することができたという有利な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の遠赤外線撮像装置の全体ブロック図
である。

【図２】 その画像処理部のブロック図である。

【図３】 従来の可視光による撮像装置である。

【図４】 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 ４０ レール ４１ レール上面（レール頭頂面） ４２ レール遊間 ５０ 遠赤外線撮像装置 ６０ 遠赤外線カメラ ７０ 画像処理部 ７１ ＭＰＵ（マイクロプロセッサ） ７２ ＲＯＭ（プログラム記憶領域） ７３ ＲＯＭ（プログラム記憶領域） ７４ リングバッファ（ＦＩＦＯ；ＲＡＭ） ７５ フレームメモリ（ＶＲＡＭ；ＲＡＭ） ９０ レール試験車 ９１ 速度制御装置 ９２ 車輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大月 俊明 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体を遠赤外線で撮るカメラ部と、撮影
   画像について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
   被検体の光沢面部分及び非光沢面部分の分布状態に基づ
   くパターン処理を行って前記被検体についての物理情報
   を得るものであることを特徴とする遠赤外線撮像装置。
2. 【請求項２】前記画像処理部は、レールについてのパタ
   ーン処理を行うものであり、前記カメラ部は、前後輪を
   有するレール走行車又は台車に対してその前後輪の中央
   部に装着されたものであることを特徴とする請求項１記
   載の遠赤外線撮像装置。
3. 【請求項３】前記画像処理部は、レール上面の傷，レー
   ル形状の変形，及びレール遊間のうち何れか１つについ
   て検出処理を行うものであることを特徴とする請求項２
   記載の遠赤外線撮像装置。
4. 【請求項４】前記カメラ部は、前記レール走行車の速度
   に応じて撮影量を変えるものであり、前記画像処理部
   は、画像処理の負担量に応じて値が変化する速度制限信
   号を生成する手段と、この速度制限信号を前記レール走
   行車の速度制御手段へ送出するための信号送出手段とを
   備えたものであることを特徴とする請求項３記載の遠赤
   外線撮像装置。