JPH11503237A

JPH11503237A - ガス画像化装置

Info

Publication number: JPH11503237A
Application number: JP8530327A
Authority: JP
Inventors: ムーア，ジェラルド; ハーパー，ブライアン，エム; ブラッドリー，ウィリアム，シー; ホーリー，ジェイムズ，ジー
Original assignee: バカラック・インコーポレイテッド
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1999-03-23
Also published as: DE29680236U1; EP0819244A1; US5656813A; EP0819244A4; WO1996031766A1; CA2217217A1

Abstract

(57)【要約】リアルタイムで雲を遠隔的に可視化検出するための装置。特殊フィルタ（２８）を備えた二帯域熱画像化赤外線ビデオカメラ（３０）が、ガス雲を可視化する。画像処理を利用して、表示のために前記ガス雲情報を発生および彩色化する。前記ガス画像は、同じ場所に設置された可視光ビデオカメラによって提供されるバックグラウンド画像に重ね合せられる。

Description

【発明の詳細な説明】ガス画像化装置発明の背景１．発明の分野本発明は赤外線放射検出、より詳しくは、ビデオ・ディスプレー上にガス雲を可視化するための赤外線ビデオカメラとこれに関連づけられた処理システムに関する。２．背景技術現場作業者と一般人の安全と健康を確保するために、連続的モニタリングを必要とする化学工程とシステムは、文字通り何千も存在する。化学物質は、一般に、製造工程またはそのバルク流通(bulk distribution)中において、長期間保存されたり、１つの地域の周りを移動されたり、コンテナからコンテナへと移送されたり、あるいは、長いパイプラインで輸送されたりする。残念ながら、化学物質が、劣化するタンク又はパイプ中で保存されたり輸送されたりすることは、珍しいことではない。化学物質が流出したり、周辺環境に事故によって放出される可能性は、日ごとに高まっている。初期検出と、それに続く事故的流出および漏出の追跡を行う一連のモニタ技術のみならず、化学プラント及び保管領域の日常的モニタリングに対する明白な必要性が存在する。現在のモニタリング技術は、ガスに関する限り、それが大半のガスの最初の検出地点を超えて見えないまま遠隔地まで移動する能力があるため、不適当なものとなる。風だけでも、ガス放出路の追跡を推測的な作業にし、更に、その発生地点を疑わしいものとしてしまう可能性がある。必要なのは、漏出するガスを可視化し、人間の視覚のより優れた能力を用いて、位置と一般的移動の測定を可能にする方法である。一旦、人間の目に見えるものにされると、次に、モニタリング及び検出プロセスに役立つように、ガス画像を機械映像などの自動処理にかける。過去これまで、一般に熱画像化のガス検出への応用に多大な努力がなされてきた。ガス又は蒸気による赤外線放射の吸収または放出に基づく光学技術が、多年にわたって開発されてきた。今日では、レーザ及び非レーザシステムを使用して、ビーム路に沿った正確な濃度測定を行うことが可能である。しかしながら、ガス雲の画像、従って、ガス雲の動的挙動のリアルタイム表示を得るための実用的なシステムは、ほとんど存在しない。ガス測定用の現在の技術の１つは、後方散乱ガス画像化として知られているもので、これは、情景のラスタ走査と照明のために、レーザと共に赤外線ビデオカメラを使用する。レーザビームは、入射放射線に対して逆方向にカメラの光学系を通過し、ガス雲の背後のバックグラウンド（地形、建物など）からの後方散乱放射線が、カメラによって検出される。ガスは、その吸収によってバックグラウンドに対して検出される。これらのシステムは、良好な感度と信号対ノイズ比とを提供するものではある。しかしながら、それらはコンプレッサ、液化冷媒のボトル、あるいは熱−電気冷却装置などの作動を必要とする別の冷却源を必要とする冷却式赤外線ビデオカメラを使用する。冷却式カメラは、システムのコストをかなり高騰させるのみならず、システムのメンテナンスを増大させ、かつ、システムの可搬性を低下させる。更に、前記システムの活性要素であるレーザの使用には様々な制限が課せられ、これによって、これらシステムの全体的な有用性が大幅に制限される。レーザに一致する吸収特性を有するガス（たとえば、ＣＯ₂、Ｈｅ−Ｎｅ等）しか検出することができないのである。必須のレーザによって、更に、システムのコストと複雑性が増す。現在、これらのシステムの応用範囲は非常に広いものではなく、そして、恐らく、すべての中で最大の欠点は、これらのシステムは、天空のバックグラウンドに対する画像化ができない、ということである。米国特許第４，５５５，６２７号は、後方散乱ガス画像化システムの一構成を示している。ガス、化学物質、その他を検出するためのその他のシステムは、たとえば、米国特許第３，５６３，６５８号、第３，６６２，１７１号、第３，７１５，４９７号、第４，２２７，２１０号、第４，３９０，７８５号、第４，５４３，４８１号、第４，６７０，６５３号、第４，７２５，７３３号、第４，９３７，４７７号、第４，９６３，７４２号、第４，９６３，７４４号、第４，９６５，４４７号及び第４，９６７，２７６号に示されている。所望の信号を高め、かつ、不要なノイズを除去するために、前記赤外線ビデオカメラによって発生された出力信号を処理することは、珍しいことではない。従来技術の処理は、一般に、赤外線ビデオカメラに本質的に存在する高いノイズレベルを制限する積分法および減法技術に限られていた。信号に存在するランダムなノイズの量を減らすには、従来、積分法が使用されてきた。しかしながら、積分法の主な欠点は、これによって所望の信号のより迅速でより過渡的な特徴を可視化することも、妨げられてしまうことにある。例えば、ガス雲の縁部と風に晒された領域は、前記信号から効果的に積分することができる。ガス雲は移動するのに対して、バックグラウンドは移動しないという前提を使用して、画像における移動部分を静止部分から分離するために、連続する複数フレームの相互減算も使用されてきた。減法の主たる制限は、ガス雲が、しばしばあまりにもゆっくりと移動して、バックグラウンドに加えてガス雲も除去されてしまうことにある。そのフレームからフレームへの変化能力において、ノイズがガスに類似する場合には、減法のみではノイズの減少に何の役にも立たない。従来技術の主たる問題は、これらが、ガス画像化システムにおいて、ノイズから信号を分離するには不適当であることである。処理後において、ガス雲の不明瞭な画像が可視化されるかもしれないが、しかし、これは正確で信頼性の高い検出、特に、自動化方法による検出を可能にするには不十分である。従って、本発明の課題は、より良好な信号対ノイズ比とより精度の高い、移動するガス雲の画像とを提供する、赤外線ビデオカメラ等の出力に基づく改善された処理技術を提供することにある。本発明の別の課題は、移動するガス雲を正確かつ低コストで画像化するための、パッシブタイプで、レーザに基づかない、好ましくは冷却式でない、赤外線ビデオカメラ検出システムを提供することにある。発明の要旨従って、われわれは、バックグラウンド情景に対してガス雲の可視画像を発生するための装置を開発した。この装置は、実質的に同じ情景を観察する、可視光ビデオカメラと、パイロ電気ビデオカメラ等の赤外線ビデオカメラとを有することが好ましい。前記赤外線カメラにはチョッパ・フィルタ（ｃｈｏｐｐｉｎｇｆｉｌｔｅｒ）が取り付けられ、これは、前記赤外線ビデオカメラに対して２つの異なる赤外線波長の放射線を通過させる第１及び第２バンドパスフィルタを交互に提供する。前記第１バンドパスフィルタは、所定のガスに対して、測定用または強吸収性赤外線波長の赤外放射線を通過させる。前記第２バンドパスフィルタは、前記所定のガスに対して参照（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）もしくは弱吸収性赤外線波長の赤外放射線を通過させる。前記装置は、更に、前記赤外線ビデオカメラの出力に応答して、ノイズを低減し、かつ、検出されたガス雲によって発生された情報信号を高めるための画像プロセッサを有する。オーバレイ手段は、前記可視光ビデオカメラからの出力を前記画像プロセッサからの出力と組み合わせ、前記バックグラウンドの可視画像に重ね合わされた前記ガス雲の画像を表わす信号を発生する。最後に、前記装置は、前記オーバレイ手段によって発生された前記信号を表示するための、モニタ等の表示手段を有する。前記第２バンドパスフィルタの前記参照波長は、前記第１バンドパスフィルタの前記測定用波長に近いことが望ましい。前記チョッパ・フィルタは、前記バンドパスフィルタ領域を形成するため、その表面に物質を堆積させた薄い円形ウェハ等の、互いに分離した第１及び第２バンドパス領域を有する回転ディスクとすることができる。前記バンドパス領域は、約１８０°の角度で互いに分離され、入れ子状にされた、外側に傾斜されたアルキメデス渦巻き線として形成できる。一好適実施形態において、前記チョッパ・フィルタは、以下の式、Ｎ_B（λ_M）＝Ｎ_B（λ_R）を満たし、ここで、Ｎ_Bは前記バックグラウンドのスペクトル放射輝度、λ_Mは前記測定用波長、λ_Rは前記参照波長である。この条件は、製造中において前記フィルタ領域の密度を制御することによって達成できる。好適な画像プロセッサは、前記赤外線ビデオカメラの少なくとも１つの先行出力フレームを記憶するための記憶手段を有する。前記画像プロセッサは、更に、前記赤外線ビデオカメラの現出力フレームを、前記記憶手段の先行フレームと比較し、これら現フレームと先行フレームとの間の差信号を発生する比較手段を有する。前記画像プロセッサは、更に、前記比較手段からの前記差信号に応答して、特定の画素が、この特定画素を含む包囲画素マトリクスにおける活性化画素の空間関係に基づき、更に、活性化されるべきか否かを、各画素毎に決定する重畳（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）手段を有する。最後に、前記画像プロセッサは、前記重畳手段によって発生された出力に応答して、画素が現在、フレームにおいて活性化されており、かつ、所定の数の連続する先行フレームにおいて活性化されていた場合にのみ、その画素を活性化する時間手段を有する。前記画像プロセッサには、更に、前記比較手段からの前記差信号に応答して、前記重畳手段に対して、特定のスレショルド・レベルを超える差信号のみを供給するスレショルド手段を備えさせることができる。前記画像プロセッサには、更に、前記赤外線ビデオカメラの出力に応答して、前記記憶手段に記憶すべき前記フレームを供給する前で、かつ、前記現フレームを前記比較手段に供給する前に、前記赤外線ビデオカメラの少なくとも２つのフレームを積分する積分手段を備えさせることができる。更に、前記画像プロセッサに、前記時間手段からの出力に応答して、フレーム中のそれぞれの活性化画素を、前記フレームの持続時間を超える所定の時間維持するための保持手段を備えさせることができる。前記画像プロセッサは、更に、以下を設定するための制御手段を備えさせることができる。即ち、（１）前記積分手段のフレーム積分速度、（２）前記記憶手段のフレーム記憶速度、（３）前記スレショルド手段のスレショルド・レベル、（４）前記重畳手段において使用される空間的フィルタ処理法、（５）前記時間手段において考慮される連続する先行フレームの数、そして（６）前記保持手段の時間。一好適実施形態において、前記重畳手段は、考慮対象の前記特定画素を含む、たとえば、３ｘ３アレイの画素等のｎｘｎアレイの画素の空間関係を調べる。この好適実施形態において、フレーム中の前記特定画素は、前記画素アレイの内の左側のコラムにおける３つの画素がそれぞれ活性化されている場合にのみ活性化される。前記画像プロセッサは、更に、前記赤外線ビデオカメラ出力から前記赤外線ビデオカメラまでのフィードバック・ループにおいて、前記赤外線ビデオカメラのベースライン輝度レベルをモニタする全体映像平均化装置を備えることができる。前記ベースライン輝度レベルからのなんらかのドリフトに応じて、前記全体映像平均化装置は、前記赤外線ビデオカメラの全体の輝度レベルをほぼ一定レベルに維持するため、前記カメラの黒色レベルコントロールを調節する。好ましくは、前記ベースライン輝度レベルは、単数または複数のフレームにおけるすべての画素の振幅値を加算し、その和を利用したフレーム数で除算することによって発生される。図面の簡単な説明図１は本発明に利用される空間的画像化原理を示す概略図、図２はパイロ電気ビディコン・カメラを備えた、本発明によるチョッパ・フィルタを使用した原理を示す概略図、図３は本発明による好適なチョッパ・フィルタの平面図、図４は図３に示したチョッパ・フィルタのプランク放射作用を示すグラフ、図５は本発明に使用される前記好適画像プロセッサの概略図、図６Ａ及び図６Ｂは、図５の重畳ブロックにおいて行われる信号処理を示す概略図、そして図７は本発明による完全なガス画像化システムを示す概略図である。好適実施形態の説明本発明は、好ましくは、観察対象のガス雲の赤外線放射特性を検出するためにパイロ電気赤外線ビデオカメラを使用する。前記パイロ電気ビデオカメラは、冷媒を必要としないパッシブ・タイプで、比較的安価であり、ほとんどメンテナンスを必要とせず、多種多様な環境において長期間作動することができる。パイロ電気ビデオカメラは、その面板上の検出素子であるパイロ電気結晶によって吸収される光の強さ（ｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒ）の変化によって作動する。前記パイロ電気ビデオカメラは、ラスタ走査される１つの大きなパイロ電気素子を有するビディコン式のもの、あるいは、２５６ｘ２５６アレイの別々のパイロ電気素子を有する最近開発されたアレイ式のものとして提供可能である。このアレイ式のものが、好適であるかもしれない。パイロ電気物質中の経時的温度変化が、パイロ電気効果により、表面電荷の変化を引き起こす。この電荷をサンプリングすることにより、前記物質の温度変化を測定できる。一次近似では、前記電荷信号は前記物質の温度変化率に比例する。パイロ電気赤外線ビデオカメラの出力信号は、前記ビディコン式では、前記標的物質を電子ビーム読み出しによってテレビジョン・ラスタで走査することにより発生し、前記アレイ式のものでは、それぞれ別個の素子が別々の画素信号を発生するＣＣＤ読み出しにより発生する。すべてのパイロ電気カメラは、大半の他のカメラと異なる１つ共通の特徴を有する。その検出素子、即ち、前記パイロ電気物質への安定した流量の入射放射線によって、前記検出素子が熱平衡に達する。このような条件下において、電荷がなくなるまで、即ち、出力信号がゼロになるまで、変位電流を通じた電荷の再分布が起こる。一定の出力信号を提供するためには、前記放射線流量を調節しなければならない。いくつかのパイロ電気カメラにおいては、カメラへの放射線を交互に通過させて、カメラへ放射線が伝わることを停止させる回転チョッパを使用することが一般的である。他のものでは、調節を提供するために情景を走査する必要がある。ここに開示される構成においては、特別に設計された回転チョッパ・フィルタが使用される。このチョッパ・フィルタは、前記パイロ電気検出素子の固有の特徴を利用したものであり、以下、これについて詳述する。本発明によれば、前記チョッパ・フィルタは、前記パイロ電気赤外線ビデオカメラと専用画像プロセッサとの協働により、ガス雲の画像を提供する。この画像は、通常の可視光ビデオ画像と組み合わされて、ガス雲の実際のリアルタイム画像を提供する。前記ガス雲がプラント又はその他の設備を通ってドリフトしている状態を見ることができる。このビデオ画像を、ビデオカセットレコーダにとって後日、検討し、分析することができる。本発明によって、ガスがフィルタ付きビデオカメラを使用して検出される原理が、図１に示されている。ガス雲１０は、天空、建物などとすることができる背景物体１２に対抗して見られる。背景温度Ｔ_Bとガス雲温度Ｔ_Gとの間に有効な温度差が存在する限り、前記ガス雲による放射線の吸収または放出があり、ガス雲は固有のスペクトル特性を有する。前記ガス雲は、放射線のある特性波長を吸収するが他の波長を吸収しないため、スペクトルの不均衡状態を形成し、これを、前記ガスの温度に関連する放射線と置換する。もしもカメラ１４に、特定のガスの強い吸収性波長に一致するフィルタ１６を備えさせれば、もしもガスが存在すると急激なエネルギー変化が観察されるであろう。有効Ｔ_B＝Ｔ_Gである極端な場合においてのみ、差信号が存在せず、ガスの画像化が妨げられる。しかし実際には、特に工業用途においては、かなりの温度差がほとんど必ず存在する。十分なシステムにおいては、前記ガス画像化赤外線カメラ、可視光ビデオカメラと組み合わせられ、好ましくはこれらの両方がカメラ１４に組み込まれて、両方のビデオ信号が画像プロセッサ１８に供給される。前記可視光ビデオカメラへ伝わる放射線は、フィルタ１６によって代表される特殊フィルタ処理を受けない。後に詳述するように、前記赤外線ビデオカメラの出力信号はノイズを減らし、それによって検出された画像を高める（ｅｎｈａｎｃｅ）ように処理される。前記プロセッサ１８は、その出力信号をモニタ２０等に供給し、このモニタ２０等は、前記ガス雲を、前記可視光ビデオカメラからの白黒画像２４に重ね合わされた明るく彩色されたオーバレイ２２として表示する。この要素の最終表示によって、前記ガス雲またはその漏出の位置、サイズ、方向および規模が、それが発生したバックグラウンドを直接背景にして同定される。この正確な位置の同定によって、前記漏出源が正確に位置特定されるとともに、前記ガス雲の拡散程度が示される。図２は、本システムの作動原則をより詳細に示す。前記ガス雲１０によって放射された赤外線エネルギは、レンズ２６と、回転チョッパ・フィルタ２８を通過し、前記パイロ電気カメラ内のパイロ電気検出器３０（ビディコン管または検出素子アレイ）に到達する。前記フィルタ２８は、前記パイロ電気カメラ用のハウジング内に収納されたモータ３２によって制御された状態で回転される。この構成の１つの利点は、標準的なパイロ電気赤外線ビデオカメラに備えられたｏｎ−ｏｆｆチョッパ・フィルタを容易に取り外し、これを本発明の前記チョッパ・フィルタ２８と交換することができることにある。前記パイロ電気検出器３０によって発生される信号は、その全体を参照番号３４によって示す、標準式の同期、増幅および差信号処理を受け、前記パイロ電気カメラからの前記出力ビデオ信号を発生させる。一般的提案として、前記チョッパ・フィルタ２８は、従来技術のチョッパと同じ機能を提供するが、更にこれに加えて、波長特異性またはスペクトルフィルタ処理を提供する。前記チョッパ・フィルタ２８は、測定用波長と参照波長における交互の走査を提供する２つの別々のフィルタ領域を有する。但し、交互のフィールドの反転からくるフリッカ処理の必要を含む、その他のチョッピングに対するすべての考慮も払われる。前記チョッパ・フィルタ２８は、特定のガスに対して特異的に構成される。前記測定用波長としては、問題のガスに対する強吸収性赤外線波長が選択される。前記参照波長としては、問題のガスに対する弱吸収性赤外線波長で、かつ、好ましくは、前記測定用波長に近いものが選択される。更に、前記フィルタ２８には、前記測定用および参照波長に対して同調された交互バンドパスフィルタ領域が設けられる。前記２つの異なる波長での放射線の透過によって、前記パイロ電気カメラの作動に必要な差信号が作り出される。前記測定用波長と参照波長との間の好適な近似性によって、問題のガスとは無関係の、環境からの大きな温度差を有する対象物からの画像化を最小限にすることができる。前記チョッパ・フィルタ２８の前記２つの異なるフィルタ領域が、図２において領域Ａ、Ｂとして示されている。前記チョッパ・フィルタの一好適構成が、図３に示されている。このフィルタは、シリコン又はその他の半導体物質からなる、薄い円形のウェハ又は基板で、約１８０°の角度で互いに分離された一対の入れ子状にされた、外側に傾斜したアルキメデス渦巻き線とも称される、陰陽形状の２つの別々のフィルタ部を有する。これらのフィルタは、特定の厚みのある種の材料からなる複数の層を、基板上に蒸着させて所望の波長のバンドパスフィルタを形成する公知の蒸着技術によって構成される。一方のフィルタ領域は、前記測定用波長の放射線を通過させるように構成されており、他方のフィルタ領域は、前記参照波長の放射線を通過させるように構成されている。前記ツイン螺旋形状は、前記パイロ電気赤外線カメラの熱画像化材を横切る所望の上端および下端部のワイピング（ｗｉｐｉｎｇ）を容易にするのに有利である。（前記フィルタに対する検出器の位置は、図３中において、参照番号３６によって示されている）。このワイピング作用は、前記管に情報の変化を誘発するのと同じ理由によって、標準式チョッパのそれと同じである。このチョッパ・フィルタ２８の形状は、パイロ電気ビディコン・カメラ式における電子走査ビームは、先ず１つの波長を追跡し、次に別の波長を追跡する必要があることからも、好ましい。前記チョッパ・フィルタ２８の回転周波数は、前記パイロ電気カメラの走査速度によって決まる。各フィールド走査に対して、電子ビームは１つの波長による信号を読み取らなければならない。前記フィルタ２８の形状は、確実にこれらの条件が満たされるようにするものである。上述したチョッパ・フィルタ２８をパイロ電気カメラに取り付けると、このカメラは、それが特定の波長における変化に対してのみ反応する点において、分光光度計として機能する。この波長感度は、選択されたガスを検出する本発明の能力の中心部をなす。前記パイロ電気カメラは、赤外線領域における前記差吸収または放出を測定することによって、特定のガスの存在を検出する。最初の一方のフィルタ画像が前記撮像管に対して露出され、次に他方の画像が露出される。このプロセスは、前記ガス画像を、通常のビデオモニタ上で見ることが可能な、リアルタイムのビデオ画像として伝送するのに十分に早い速度で繰り返される。もしも前記２つのフィルタが適切にマッチングされ、バックグラウンドに放射率差または熱差が無い場合には、何も見えない。これは、２つのフィルタ情景間に全く変化が無く、従って差信号が無いためである。どの特定の波長が各ガスに対して特徴的なものであるかを知ることによって、２つのフィルタ領域を、一方が前記ガスのピーク吸収波長で、他方が影響されない波長となるように容易に構成することができる。前記チョッパ・フィルタ２８は、物理的および光学的に厳密な許容誤差で製造されるべきである。その機械的バランスは、振動を最小限にするために、可能な限り完全に近いものでなければならない。前記両フィルタ領域の光学密度は、ガスが存在しない時にエネルギが相殺され、前記検出器からの出力がネットでゼロとなるように設定される。これは重要である、というのは、これら２つのフィルタ領域の波長は、図４に示されるように、黒体曲線上において異なった位置にあり、互いに同じエネルギであることができないためである。前記黒体曲線の効果を最小限にするため、１つの領域の密度を他方の領域の密度に対して注意深く調節すべきである。前記チョッパ・フィルタ２８の作動と要件とは、数学的にも記載することができる。温度Ｔ_Gのガスと温度Ｔ_Bのバックグラウンドの両方を含む前記情景のスペクトル放射輝度は、次式によって与えられる。 (1) N(λ，T)＝N_G(1-e^- ^αCL)＋N_B e^- ^αCL ここに、Ｎは前記バックグラウンドのスペクトル放射輝度であり、Ｇ及びＢはそれぞれ前記ガスとバックグラウンドとを指し、αは吸収係数、Ｃはガス濃度、そしてＬはガス雲の長さである。上記式（１）において、大気の吸収は無視されている。前記式（１）の第１項は、バックグラウンドから吸収された量を再放射するガスのスペクトル放射輝度である。式（１）の第２項は、前記ガスによる吸収後のバックグラウンドのスペクトル放射輝度である。上述したように、前記チョッパ・フィルタ２８のフィルタ領域の透過は、それぞれ、前記ガスによって吸収される測定用波長と、前記ガスによって吸収されない参照波長とにピークを形成する。前記赤外線カメラは、スペクトル放射輝度における差に反応するため、次の関連式が導かれる、即ち、 (2) ΔN＝N_G(λ_M)-N_B(λ_B)＋［N_B(λ_M)-N_G(λ_R)］e^- ^αCL ここに、λ_Mは前記特定のチョッパ・フィルタの前記測定用波長、λ_Rは前記参照波長である。コントラストは、前記標的放射輝度とバックグラウンド放射輝度との差を、これら両放射輝度の和で除したものである。本発明のチョッパ・フィルタにおいて、前記コントラストＲは次によって与えられる、前記ガスとバックグラウンドとの間の有効温度差がゼロであるとき、即ち、Ｎ_G （λ_M）＝Ｎ_B（λ_M）とＮ_G（λ_M）＝Ｎ_B（λ_R）であるとき、Ｒ＝０である。高ガス濃度の場合には、ｅ^- ^αCL＝０のとき、コントラストは次によって与えられる、このコントラストは、Ｎ_B（λ_M）＝Ｎ_B（λ_R）とすることによって最大化される。この効果は、再び図４を参照して、前記フィルタ領域の透過を前記２つの波長におけるプランク関数による差を許容するように調節することによって達成可能である。これは、特定の温度に関してのみ正確に達成することが可能であるが、前記温度依存は、放射輝度における有効な同等性が、中程度範囲の温度にわたって達成可能であるようになっている。図１に示すビデオ画像プロセッサ１８は、前記赤外線ビデオカメラの出力画像を高めて、かつ、前記システムにおいて発生する不可避的ノイズを抑えるために使用される。本発明のシステムのような、すべての検出器および増幅器は、そのような高感度作動に必要な高利得で作動されたとき、かなりのノイズを示す。目標は、信号とノイズとの間の差を特徴づけて、特に不要なノイズが１，０００又はそれ以上の倍率で所望の信号を超えるときに、その所望の信号を取り出すことにある。この取り出しプロセスは、ノイズに関して何が一定で、信号に関して何が一定であるかを識別することによって達成される。信号の固有で既知の属性を、信号からノイズを篩い分けるための識別子として使用する。ガスの存在下で画像化する際、赤外線ビデオカメラからの信号は、カメラの出力信号からノイズを取り除くのに利用可能な、そのようないくつかの属性を有する。前記画像プロセッサにおけるコンピュータ化処理によって、非常に劣悪な信号対ノイズ比条件下においても、鮮明でくっきりとした画像を作り出すことができる。本システムに使用される第１の識別子は、ガス雲の不常時変化または常時移動であり、その境界は常時、流動状態にある。この常時変化は、複数の画像フレームを互いに減算することによって検出することができる。フレームを互いに減算すると、変化していないものは何も残らず、変化のみが余る。この操作は、これによって、画像中におけるバックグラウンド物体によるすべての固定パターンノイズ又は差信号が除去されるため、画像処理において非常に有用である。前記赤外線ビデオカメラの目的は、ガス雲のみを画像化することにあるので、すべてのバックグラウンド物体はノイズとみなされる。この処理工程の後、ガス雲とランダムなノイズのみが映像中に残る。これは、後の工程において処理すべき情報の大幅な削減である。流動ガスのもう１つの特徴は、それがグループ化または「小塊性（ｂｌｏｂｂｙｎａｔｕｒｅ）」的特徴、あるいは、一旦可視化されると、「雲状」と称することが可能な外観を有していることである。このことは、本質的に、ガス雲の境界は常時変化しているものの、その内部は比較的一定であるということを意味する。従って、それは内部領域において連続的であり、この特徴によって検出することができる。他方、ランダムノイズは、非連続的挙動の性質を有し、ある瞬間から次の瞬間にランダムに変化する。複数の処理工程は、ガスのこのような雲的性質を利用する。本システムにおいて使用される前記好適画像プロセッサの詳細が、図５に示されている。上述したように、白黒ビデオカメラ４０等の従来式可視光ビデオカメラが、赤外線ビデオカメラ４２と、同じ位置、又はその近傍に配置されていることが好ましい。これらのビデオカメラ４０，４２の物理的構成、例えば、２つのビデオカメラ４０，４２が実質的に同じ情景を映し出す限り、これらのカメラを互いに分離したり、これらのカメラがレンズとビーム・スプリット構成を共用したりすることを含む構成が可能である。前記情景の可視画像を表わす、前記白黒ビデオカメラ４０によって発生された出力信号は、前記赤外線カメラ出力信号が、後述するように、処理された後、前記白黒ビデオカメラ４０の出力信号を赤外線カメラ４２の出力信号と組み合わせる画像オーバーレイ４４に直接供給される。前記白黒カメラ４０と前記赤外線カメラ４２とからの組み合わせ出力信号は、次に、前記両カメラによって観察されたバックグラウンド情景上に重ね合わせられた、前記ガス雲の所望の画像を提供するカラービデオモニタ４６に供給される。一好適実施形態において、前記ガス雲は、白黒バックグラウンド画像上に重ね合わせられた赤色または明色のカラー画像として示される。この構成は、ガス雲の位置、サイズ、及び移動を容易に検出するための、鮮明でくっきりとした画像を前記モニタ４６上に提供する。前記プロセッサは、好ましくは、高速デジタル・コンピュータと協働で作動するプリント配線基板上に含まれているので、前記赤外線カメラ４２によって発生される出力信号は、先ず、Ａ／Ｄコンバータ４８によってデジタル化される。このコンバータ４８の出力は、デジタル化２５６ｘ２５６画素のアレイである。高感度ガス・カメラを非常に高い利得で作動させ、その結果得られる映像を経時的に比較する結果、非常にわずかなドリフトによっても大きく誤った結果となる可能性がある。これらのドリフトは、前記赤外線カメラ４２が晒される温度範囲と時間とにわたって避けることはほとんど不可能である。この問題を解決するために、本システムは、前記カメラを時間にわたって安定化させる一種の自動補正を備えている。図５に示すように、前記Ａ／Ｄコンバータ４８の出力は、全体映像平均化ブロック５０を介して赤外線カメラ４２にフィードバックされている。この全体映像平均化ブロック５０は、ベースラインが測定可能となるように、全体映像平均を算出するように機能する。前記カメラの安定性は、前記赤外線カメラ４２に黒レベル制御入力を使用することによって、リアルタイムで維持される。基本的に、前記全体映像平均化ブロック５０は、全体の映像輝度レベルをモニタする手段として機能する。それは、各ビデオフィールド内のすべての画素の振幅値を加算して、この和を、この和を得るのに使用したフィールドの数で除することによって作用する。前記全体映像平均化ブロック５０は、本発明において、ガスの存在により、このガスの導入以前の値よりも前記和が高い又は低い値となる点において有用である。前記全体映像平均化ブロック５０は、前記赤外線カメラ４２を詳細に経時的に制御する、赤外線カメラ４２の黒レベルのサーボ・ループでのコンピュータ化制御であると定義できる。黒レベルに何らかのドリフトがあった場合、これは、前記全体映像平均化ブロック５０中の積分回路によって即座に検出され、その出力が前記赤外線カメラ４２の黒レベル制御回路にフィードバックされたＤ／Ａコンバータによって修正される。赤外線カメラ４２の黒色レベルの制御の重要性は、以前に採取された１つの画像から複数の画像フレームを減じることが可能なことにある。この操作により、連続する複数フレームの相互減算によって完全に失われてしまう最もゆっくりした特徴に対しても、極めて高い感度を得ることが可能となる。もしも赤外線カメラ４２の自然ドリフトがチェックされないまま残ったならば、ガス雲に関する重要な情報が見過ごされしまうかもしれない。というのは、過去の画像と現在の画像との間の差は、常に、前記カメラドリフト自身からのものである場合にのみ重要であるからである。前記アナログーデジタル・コンバータ４８の出力信号は、次に、更なる処理が行われる前に、２つ又はそれ以上の連続するフレームを積分する積分器５２に供給される。ノイズはランダムな事象であるので、積分によってこれを減少させる。前記積分器５２の出力は、後続の入力フレームが比較される１つの選択された過去のリファレンスフレームを保持するデュアル・フレーム記憶装置５４に供給される。上述したように、本発明の１つの基本コンセプトは、フレームの減算によってガス雲の必要な移動データが得られることである。図５に示すように、前記積分器５２の出力は、更に、差ブロック５６にも供給され、前記デュアル・フレーム記憶装置５４の出力は、前記差ブロック５６に供給される。前記差ブロック５６は、各フレーム毎に、前記積分器５２から供給された現在の検出信号を、前記デュアル・フレーム記憶装置５２中の記憶された過去の参照信号から減算する機能を有する。前記差ブロック５６の出力は、この差ブロック５６の出力をプリセットされたスレショルド（閾値）レベルと比較するスレショルド検出器５８に供給される。このスレショルド検出器５８は、どの大きさの差検出が重要で、その後の処理の為の有効なガス雲信号とみなされるべきかを決定する。前記画像プロセッサが分離しようと試みている、前記ガス雲を表わす信号は、この信号に伴うノイズが有していないある種の一貫性によって表わされる。これらの一貫性は、空間と時間との両方に関して存在する。これらの一貫性に同調するプロセッサを構成することにより、所望の信号を、この信号をほとんど損失することなく、ノイズからほとんど完全に分離することができる。ガス雲のこれらの一貫性を利用するために、前記スレショルド検出器５８の出力は、前記信号に対して空間的フィルター処理を行う重畳ブロック６０に供給される。次に、この重畳ブロック６０の出力は、前記信号の時間処理のための時間連続（ｔｅｍｐｏｒａｌｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）ブロック６２に供給される。重畳ブロック６０で行われる前記空間的フィルター処理は、ガスが、通常、１つのグループ又はブロック状態に集合している、という原理に基づくものであり、これによって、高い空間密度の領域にフィルタ処理をすることが可能となる。本発明においてこれを達成するために、グループ化された領域およびある種の空間形状のグループを検出するために、各フレームにおいて画像のすべての領域にわたって、３ｘ３画素の領域を掃引（スイープ）する。所望の空間特性を検出するのに利用可能な方法には、様々なものがある。１つの方法は、この９画素領域中の活性化またはファイア（ｆｉｒｅｄ）された画素の数を数える方法である。例えば、９個の画素内ファィアされた画素が５又は６である高いカウント値は、小塊またはガス雲を示す。別の技術においては、単にファイアされた画素のカウント値に頼るのではなく、前記３ｘ３画素領域内における特定の形状を求める。例えば、縦コラムを示す前記ブロック中の３つの画素を求めることができる。この技術によれば、前記フレームの生成に伴うラスタ走査において、おおむね水平方向の現象であるノイズに対する感度を低くしながら、高い感度でより低いカウント値とすることが可能になる。ノイズが発生したとき、これは、リンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ）やその他の透過ラインタイプの効果によって、互いに隣接する１つのライン上の複数の画素が関係している可能性が高い。このタイプのノイズ産物（ｎｏｉｓｅａｒｔｉｆａｃｔ）は、ライン間の時間間隔が長いため、近接するラスタ・ラインで現れることは決してない。前記重畳ブロック６０での空間的フィルタ処理を行う好適方法が、図６Ａ及び６Ｂに示されている。図６Ａ及び６Ｂにおいて、小さな白丸は前記画素アレイ中のファイアされていない画素を表わし、黒丸は前記プロセッサの前の工程を満たす活性化またはファイアされた画素を表わしている。実線の正方形が、３ｘ３アレイの画素の周囲に描かれている。このブロック中の画素の１つ、例えば、上左隅の画素をファイアすべきか否かを決定するために、前記重畳ブロック６０は、包囲破線矩形によって示す、左端のコラムを調べる。本発明において設定される判定基準では、前記３ｘ３画素アレイの最左側コラム内の３つの縦方向の画素がすべて活性またはファイアされた状態である場合のみ、重大な、又はガスに関連する事象が発生したものとみなされる。図６Ａに示すように、前記左端縦コラム内の画素の１つだけがファィアされている。これによって、前記ブロックの上左隅画素は、前記重畳プロセッサ６０における空間的フィルタ処理後において、ファィア又は活性化されないままである。この例では、前記３ｘ３画素アレイの前記上左隅画素は見てないけれども、このアレイ中の画素のいずれかのファイアリングの判定は、前記左端縦コラムによって使用可能である。前記３ｘ３アレイ内の同じ画素が、後続のすべての評価に使用されることだけが重要である。図６Ａに示す３ｘ３画素アレイにおいて、前記左端コラムは、その画素の３つ全部が活性化またはファィアされている。これによって、この３ｘ３アレイの上左端画素がファィアされる。前記時間連続ブロック６２において行われる時間的処理は、それが、時間的ではなく、空間的な画素のグループ化に応答する点を除いて、前記空間的処理と類似している。その基礎となる理論は、ガス雲に関連する画素が、それらがもし真のガス信号であるならば、一定時間連続して存在するはずであり、もしもノイズから発生したものであればそうでない、ということである。前記時間連続ブロック６２での処理によって、もしも前の処理工程がある数の先行フレームにおいて事象が発生したと判断した場合にのみ、特定のフレームにおける特定の画素をファィアする。もしも前記所望の数のフレームにおいて事象が発生した場合にのみ、前記特定の画素が更なる処理のためにファイアされる。前記時間連続ブロック６２からの出力は、次に、それぞれの画素を特定時間ファイア状態または活性化状態に維持する保持装置６４に供給される。ファイア信号は、一旦検出されると、ときに、連続的でスムースな表示を提供しないことが分かった。その代わりに、ディスプレーはまばらでしみだらけの出力を示した。この視覚的欠点は、表示を複数の連続するビデオ・フレーム間隔にわたって効果的に延長する前記保持装置６４を追加することによって解決される。この特徴は、前記ディスプレーの外観の改善の目的のみで使用され、前の処理工程で発生した信号の取り出しには影響しない。前記時間連続ブロック６２の出力は、「事象」の発生、または、前記処理要件のすべてを満たすファイア画素を記録する事象カウンタ６６にも供給される。基本的に、前記赤外線カメラ４２からの出力信号の処理の最終結果である、前記保持装置６４の出力は、前記画像オバーレイ４４に直接供給される。前述したように、前記画像オバーレイ４４は、前記赤外線カメラ４２からの処理済み出力を、前記白黒カメラ４０からの出力信号と組み合わせ、この組み合わせ信号を前記モニタ４６に供給する。前記積分器５２、デュアル・フレーム記憶装置５４、スレショルド検出器５８、重畳ブロック６０、時間連続ブロック６２、そして前記保持装置６４のそれぞれ制御は、遠隔または近接コントロールパネル６８等上において互い関連づけられている。積分コントロール７０は、１フレームから９フレーム又はそれ以上に設定可能である。但し、適切な処理のためには、より少ないフレームが必要であることが判っている。速度コントロール７２は、どのような頻度でリファレンス・フレームを前記デュアル・フレーム記憶装置５４に記憶するかを設定するのに使用される。この速度は、毎フレームにつき１回といった高い頻度に設定することが可能である。但し、そのような急速な設定ではドリフト等のより長期的な効果が除外されてしまう。前記速度をより遅い速度に設定すれば、より長い間隔での更新のためには、長期的変化が除外されず、わずかな量のゆっくりと形成されるガスでも検出可能となることから、前記システムは極めて高感度となる。一旦処理が始まると、操作者は前記スレショルド・レベルを、前記スレショルド・ブロック５８に対してある信号レベルを供給するポテンショメータとすることができる、スレショルド・コントロール７４によって調節することができる。前記スレショルド・コントロール７４によって設定されるスレショルド・レベルは、前記差画像データが重要なものとして認識可能となる値を表わし、これは、映像を飽和させない範囲において、可能な限り低く設定されるべきである。前記システムの画素振幅解像度は２５６ビットであり、これが類似の解像度の画素から減算されて差値が発生される。前記スレショルド・コントロール７４の値をより低い数に設定することにより、対応する画素間のほとんどどのような差でも検出することができる。同様に、前記積分コントロール７０は、画像におけるノイズを減らすために作動中に設定可能である。前記コントロールパネル６８上の核コントロール７６は、信号に対して行うべき処理を様々な所定の空間的フィルタ処理から選択するのに使用される。これら種々のオプションのいくつかについては既に上述しており、好適な空間的フィルタ処理は、３ｘ３画素アレイの左端縦コラムの３つのファイア画素の存在であった。この３ｘ３アレイは、これがガス雲の検出において良好な結果を達成しながら、コンピュータの処理速度とメモリとに無理な要求をしないために選択された。４ｘ４，５ｘ５等のより大きな画素アレイも使用可能であり、更に、ファイア画素の他のパターンおよび／又は組み合わせも使用可能である。これらの様々な選択されたオプションは、コンピュータにプログラムされて、前記核コントロール７６によって選択される。同様に、重要な事象を示すために前記時間連続ブロック６２において使用されるフレーム数も、前記走査コントロール７８によって設定可能である。１つの短い、あるいは１６又はそれ以上の長い画素列のファイア画素に対して応答することができる。約８個の連続したフレームにわたって行われる時間連続テストが、ガス雲の検出にとって満足すべきものであることが判っている。１６の画素の列よりも長い期間にわたって発生する応答に基づいて決定を下すことも可能ではあるが、この方法は、その他の点においては有効な信号において、ホール又は非ファイア画素が発生される極端なノイズ状況においてのみ有用であるかもしれない。最後に、前記保持装置６４の期間を設定するのに崩壊コントロール８０が使用される。本発明は、図７に示す完全なシステムに容易に組み込むことができる。前記白黒カメラ４０と赤外線カメラ４２とによって発生されたビデオ信号は、図５を参照して上述したように、コンピュータ化ビデオ・プロセッサ９０に直接供給される。更に、フィールド操作コントロールパネル９２を使用して、前記ビデオ・プロセッサ９０に対するパラメータを設定するとともに、それに対してデータ及びその他の情報を供給することができる。前記コンピュータ化ビデオ・プロセッサ９０によって発生された出力信号は、更なる分析のために検出された信号を記録するための、ビデオカセットレコーダ等をも取り付け、又はそれと関連づけることが可能な表示モニタ９４に直接供給される。更に、前記ビデオ・プロセッサ９０の出力信号は、特に無人モニタが使用される場合、データの記憶と後の分析のために遠隔コントロール・コンピュータ９６に直接供給することができる。前記システムは、又、ある種の状態が検出されたとき、はっきりと示すための自動アラーム等を備えさせることも可能である。上述したシステムは、通常の労働環境における有毒ガスやその他のガスの放出を画像化することが可能なパッシブ式カメラ・システムである。現在、前記システムは、５０ｐｐｍ−メータの範囲の感度で、約５℃の温度差に対して画像化する能力を達成している。加熱または冷却されたバックグラウンド物体に対しては、１ｐｐｍ−メータの感度が達成されている。上述したシステムは、不可視ガスを画像化するのに好適な構成ではあるが、前述したビデオ画像プロセッサは、赤外線ビデオカメラ無しで、前記プロセッサとともに白黒ビデオカメラを使用することによって、蒸気、煙などの可視ガスの雲を画像化するのにも使用可能である。更に、前記画像プロセッサは、その入力アパチャーにわたって固定されたフィルタを有する、冷却式赤外線ビデオカメラと組み合わせることができる。そのようなシステムにおいても、上述した処理のすべての利点を利用することができるであろう。全体として、このシステムにおいては、非冷却式のパイロ電気赤外線ビデオカメラを、前記特殊設計されたチョッパ・フィルタと使用することが好ましいが、本発明のプロセッサの利点は、それを、他の赤外線ビデオカメラと使用することによっても得られるであろう。更に、前記チョッパ・フィルタは、光子検出アレイ等の非パイロ電気赤外線カメラとも使用可能であるが、本システムは、差信号を発生するために、異なるフィルタ領域によって発生された信号を減算する必要があるであろう。この差信号の発生または波帯域の比較は、パイロ電気赤外線ビデオカメラにおいて自動的に行われる。更に、本発明は、パイロ電気赤外線ビデオカメラとチョッパ・フィルタのみならず、その他のいかなるビデオ・プロセッサとの組み合わせ使用も予期するものである。以上、本発明の現在における好適実施形態について記載したが、本発明は添付の請求の範囲内においてその他の方法でも実施可能であると理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ブラッドリー，ウィリアム，シーアメリカ合衆国ノース・カロライナ 28056 ガストニアアイリス・ドライブ 1014 (72)発明者ホーリー，ジェイムズ，ジーアメリカ合衆国カリフォルニア 95129 サン・ホセドニントン・ドライブ 1218

Claims

【特許請求の範囲】１．バックグラウンド情景に対してガス雲の可視画像を発生する装置であって、前記装置は以下を有する、ａ．情景の可視光ビデオ画像を得るための可視光ビデオカメラ手段、ｂ．この可視光ビデオカメラ手段と実質的に同じ情景の赤外線ビデオ画像を得るための赤外線ビデオカメラ手段、ｃ．この赤外線ビデオカメラ手段と関連づけられて、この赤外線ビデオカメラ手段に対して２つの異なる赤外線波長の放射線を通過させるバンドパスフィルタを交互に提供するチョッパ・フィルタであって、前記バンドパスフィルタの第１のものは、特定のガスに対して強吸収性赤外線波長の放射線を通過させ、前記バンドパスフィルタの第２のものは、前記特定ガスに対して弱吸収性赤外線波長の放射線を通過させる、ｄ．前記赤外線ビデオカメラ手段からの出力に応答して、その中に本来的に存在するノイズを低減するとともに、検出されたガス雲によって、その内部で発生された情報信号を高める画像プロセッサ手段であって、前記画像プロセッサ手段は以下を有する、ｉ．前記赤外線ビデオカメラ手段の少なくとも１つの先行出力フレームを記憶する記憶手段、ｉｉ．前記赤外線ビデオカメラ手段の現出力フレームを、前記記憶手段内の先行フレームと比較し、前記現フレームと前記先行フレームとの間の差信号を発生する比較手段、ｉｉｉ．この比較手段からの前記差信号に応答して、各フレームに対して各画素単位で、特定の画素を、この特定画素を含む、画素の包囲マトリクス中における活性化画素の空間的関係に基づき、更に活性化させるか否かを決定する重畳手段、そしてｉｖ．この重畳手段によって発生される出力に応答して、もしその画素が前記現フレーム中において活性化されており、かつ、前記画素が特定の数の連続する先行フレーム中において活性化されていた場合にのみ、前記画素を活性化させる時間手段、ｅ．前記可視光ビデオカメラ手段からの出力を前記画像プロセッサ手段からの出力と合成して、前記バックグラウンド情景の画像上に重ね合わされたガス雲の画像を表わす信号を発生するオーバーレイ手段、そしてｆ．このオーバーレイ手段によって発生された前記信号を表示するディスプレー手段。２．前記赤外線ビデオカメラ手段は、パイロ電気赤外線ビデオカメラである請求項１の装置。３．前記第２バンドパスフィルタは、前記第１バンドパスフィルタの前記波長に近い波長の赤外線放射線を通過させる請求項１の装置。４．前記チョッパ・フィルタは、別々の第１及び第２バンドパス領域を備える回転ディスクである請求項３の装置。５．前記チョッパ・フィルタは、前記強弱吸収性赤外線波長の前記第１及び第２バンドパス領域を形成するため、その表面に物質の層を積層した半導体基板からなる薄い円形のウェハである請求項４の装置。６．前記チョッパ・フィルタの前記バンドパス領域は、約１８０°の角度で互いに分離された入れ子状の外側に傾斜されたアルキメデス渦巻き線として形成されている請求項５の装置。７．前記チョッパ・フィルタは、下記式、Ｎ_B（λ_M）＝Ｎ_B（λ_R）を満たし、ここに、Ｎ_Bは前記バックグラウンドのスペクトル放射輝度、λ_Mは前記第１バンドパスフィルタの波長特性、そしてλ_Rは前記第２バンドパスフィルタの波長特性である請求項１の装置。８．更に、前記比較手段からの前記差信号に応答して、前記重畳手段に対して、特定のスレショルド・レベルを超える前記差信号のみを供給するスレショルド手段を有する請求項１の装置。９．更に、前記赤外線ビデオカメラ手段の前記出力に応答して、前記記憶手段に記憶用のフレームを供給する前で、かつ、前記比較手段に現フレームを供給する前に、前記赤外線ビデオカメラ手段出力の少なくとも２つのフレームを積分する積分手段を有している請求項８の装置。１０．更に、前記時間手段からの出力に応答して、１つのフレーム中のそれぞれの活性化画素を、前記フレームの持続時間を超える特定の時間活性化状態に維持する保持手段を有する請求項１の装置。１１．更に、前記積分手段のフレーム積分の速度と、前記記憶手段におけるフレームの記憶速度と、前記スレショルド手段のスレショルド・レベルと、前記重畳手段において使用される前記空間的フィルタ処理法と、前記時間手段において考慮される連続する先行フレームの数と、前記保持手段の時間とを設定するためのコントロール手段とを有する請求項１０の装置。１２．前記重畳手段は、考慮対象の前記特定画素を含む、ｎｘｎアレイの画素の空間関係を調べ、ここにｎは１以上の整数である請求項１の装置。１３．前記重畳手段は、考慮対象の前記特定画素を含む、３ｘ３アレイの画素を調べる請求項１の装置。１４．フレーム中の前記特定画素は、前記画素アレイの左側コラム中の３つの画素がそれぞれ活性化されている場合にのみ活性化される請求項１３の装置。１５．更に、前記赤外線ビデオカメラ手段の出力から前記赤外線ビデオカメラ手段へのフィードバック・ループ中において、前記赤外線ビデオカメラ手段のベースライン輝度レベルをモニタし、かつ、前記ベースライン輝度レベルにおけるドリフトに応答して、前記赤外線ビデオカメラ手段における全体輝度レベルを、実質的に一定のレベルに維持するため、前記赤外線ビデオカメラ手段の黒レベルを調節する全体映像平均化装置を有する請求項１の装置。１６．前記ベースライン輝度レベルは、単数又は複数のフレーム中のすべての画素の振幅値を加算し、その和を使用したフレームの数で除算することによって発生される請求項１５の装置。１７．ビデオカメラによって出力された多画素出力を、この出力中に含まれる不要なノイズを低減し、かつ、基調情報信号を高めるべく処理するための装置であって、この装置は以下を有する、ａ．前記ビデオカメラの少なくとも１つの先行出力フレームを記憶する記憶手段、ｂ．前記ビデオカメラの現出力フレームを、前記記憶手段内の先行フレームと比較し、前記現フレームと前記先行フレームとの間の差信号を発生する比較手段、ｃ．この比較手段からの前記差信号に応答して、各フレームに対して各画素単位で、特定の画素を、この特定画素を含む、画素の包囲マトリクス中における活性化画素の空間的関係に基づき、更に活性化させるか否かを決定する重畳手段、そしてｄ．この重畳手段によって発生される出力に応答して、もしその画素が前記現フレーム中において活性化されており、かつ、前記画素が特定の数の連続する先行フレーム中において活性化されていた場合にのみ、前記画素を活性化させる時間手段。１８．更に、前記比較手段からの差信号に応答して、前記重畳手段に対して、特定のスレショルド・レベルを超える前記差信号のみを供給するスレショルド手段を有する請求項１７の装置。１９．更に、前記ビデオカメラの前記出力に応答して、前記記憶手段に記憶用のフレームを供給する前で、かつ、前記比較手段に現フレームを供給する前に、前記ビデオカメラ出力の少なくとも２つのフレームを積分する積分手段を有している請求項１８の装置。２０．更に、前記時間手段からの出力に応答して、１つのフレーム中のそれぞれの活性化画素を、前記フレームの持続時間を超える特定の時間、活性化状態に維持する保持手段を有する請求項１７の装置。２１．更に、前記積分手段のフレーム積分の速度と、前記記憶手段におけるフレームの記憶速度と、前記スレショルド手段のスレショルド・レベルと、前記重畳手段において使用される前記空間的フィルタ処理法と、前記時間手段において考慮される連続する先行フレームの数と、前記保持手段の時間とを設定するためのコントロール手段とを有する請求項２０の装置。２２．前記重畳手段は、考慮対象の前記特定画素を含む、ｎｘｎアレイの画素の空間関係を調べ、ここにｎは１以上の整数である請求項１７の装置。２３．前記重畳手段は、考慮対象の前記特定画素を含む、３ｘ３アレイの画素を調べる請求項１７の装置。２４．フレーム中の前記特定画素は、前記画素アレイの左側コラム中の３つの画素がそれぞれ活性化されている場合にのみ活性化される請求項２３の装置。２５．更に、前記赤外線ビデオカメラ手段出力から前記赤外線ビデオカメラ手段へのフィードバック・ループ中において、前記赤外線ビデオカメラ手段のベースライン輝度レベルをモニタし、かつ、前記ベースライン輝度レベルにおけるドリフトに応答して、前記赤外線ビデオカメラ手段における全体輝度レベルを、実質的に一定のレベルに維持するため、前記赤外線ビデオカメラ手段の黒レベルを調節する全体映像平均化装置を有する請求項１７の装置。２６．前記ベースライン輝度レベルは、単数または複数のフレーム中のすべての画素の振幅値を加算し、その和を使用したフレームの数で除算することによって発生される請求項２５の装置。２７．ガス雲の可視画像を発生する装置であって、以下を有する、ａ．ビデオカメラ、ｂ．このビデオカメラによって出力された多画素出力を、この出力中に含まれる不要なノイズを低減し、かつ、前記ガス雲を表わす基調情報信号を高めるべく処理するための画像プロセッサ手段であって、この画像プロセッサ手段は以下を有する、ｉ．前記ビデオカメラの少なくとも１つの先行出力フレームを記憶する記憶手段、ｉｉ．前記ビデオカメラの現出力フレームを、前記記憶手段内の先行フレームと比較し、前記現フレームと前記先行フレームとの間の差信号を発生する比較手段、ｉｉｉ．この比較手段からの前記差信号に応答して、各フレームに対して各画素単位で、特定の画素を、この特定画素を含む、画素の包囲マトリクス中における活性化画素の空間的関係に基づき、更に活性化させるか否かを決定する重畳手段、そしてｉｖ．この重畳手段によって発生される出力に応答して、もしその画素が前記現フレーム中において活性化されており、かつ、前記画素が特定の数の連続する先行フレーム中において活性化されていた場合にのみ、前記画素を活性化させる時間手段。２８．前記ビデオカメラは、赤外線ビデオカメラである請求項２７の装置。２９．前記ビデオカメラは、パイロ電気赤外線ビデオカメラである請求項２７の装置。３０．前記ビデオカメラは、可視光ビデオカメラである請求項２７の装置。３１．更に、前記比較手段からの前記差信号に応答して、前記重畳手段に対して、特定のスレショルド・レベルを超える前記差信号のみを供給するスレショルド手段を有する請求項２７の装置。３２．更に、前記ビデオカメラの前記出力に応答して、前記記憶手段に記憶用のフレームを供給する前で、かつ、前記比較手段に現フレームを供給する前に、前記ビデオカメラ出力の少なくとも２つのフレームを積分する積分手段を有している請求項３１の装置。３３．更に、前記時間手段からの出力に応答して、１つのフレーム中のそれぞれの活性化画素を、前記フレームの持続時間を超える特定の時間活性化状態に維持する保持手段を有する請求項２７の装置。３４．更に、前記積分手段のフレーム積分の速度と、前記記憶手段におけるフレームの記憶速度と、前記スレショルド手段のスレショルド・レベルと、前記重畳手段において使用される前記空間的フィルタ処理法と、前記時間手段において考慮される連続する先行フレームの数と、前記保持手段の時間とを設定するためのコントロール手段とを有する請求項３３の装置。３５．前記重畳手段は、考慮対象の前記特定画素を含む、ｎｘｎアレイの画素の空間関係を調べ、ここにｎは１以上の整数である請求項２７の装置。３６．前記重畳手段は、考慮対象の前記特定画素を含む、３ｘ３アレイの画素を調べる請求項２７の装置。３７．フレーム中の前記特定画素は、前記画素アレイの左側コラム中の３つの画素がそれぞれ活性化されている場合にのみ活性化される請求項３６の装置。３８．更に、前記ビデオカメラ出力から前記ビデオカメラへのフィードバック・ループ中において、前記ビデオカメラのベースライン輝度レベルをモニタし、かつ、前記ベースライン輝度レベルにおけるドリフトに応答して、前記ビデオカメラにおける全体輝度レベルを、実質的に一定のレベルに維持するため、前記ビデオカメラの黒レベルを調節する全体映像平均化装置を有する請求項２７の装置。３９．前記ベースライン輝度レベルは、単数または複数のフレーム中のすべての画素の振幅値を加算し、その和を使用したフレームの数で除算することによって発生される請求項３８の装置。