サーモグラフィー装置、画像処理方法、及びプログラム
【課題】温度レンジが広い対象物の温度分布を撮像する場合に、連続して対象物の画像データを出力する。
【解決手段】センサ制御部１１は、第１又は第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、赤外線センサ４に、切り替えた第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給する。信号処理部１２は、第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、画像信号を所定期間で加算平均する。書き込み部１８は、第１又は第２の温度レンジ毎に、処理後の画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む。温度レンジ検知部１７は、画像データより、対象物の温度レンジを検知し、対象物の温度レンジに合わせて第１又は第２の温度レンジを選択する。そして、読み出し部１９は、温度レンジ検知部１７が選択した第１又は第２の温度レンジに合わせて、画像記憶部から第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して出力する。
【解決手段】センサ制御部１１は、第１又は第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、赤外線センサ４に、切り替えた第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給する。信号処理部１２は、第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、画像信号を所定期間で加算平均する。書き込み部１８は、第１又は第２の温度レンジ毎に、処理後の画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む。温度レンジ検知部１７は、画像データより、対象物の温度レンジを検知し、対象物の温度レンジに合わせて第１又は第２の温度レンジを選択する。そして、読み出し部１９は、温度レンジ検知部１７が選択した第１又は第２の温度レンジに合わせて、画像記憶部から第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、温度の増減が大きい対象物を撮像して、熱画像として出力する場合に適用して好適なサーモグラフィー装置、画像処理方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の温度分布を色分けした熱画像として表示装置に表示可能なサーモグラフィー装置が用いられている。サーモグラフィー装置は、対象物から放射される赤外線光の強度に応じて、例えば、高い温度は白色、低い温度は青色のように色分けした熱画像として表示される画像データを表示装置に出力する。
【０００３】
サーモグラフィー装置では、温度測定が可能な温度範囲を表す温度レンジが多くの場合２つ予め用意されている。そして、サーモグラフィー装置が対象物の温度を測定するとき、対象物の最高温度に応じて温度レンジを変更する。温度レンジとしては、例えば、第１の温度レンジが摂氏０度〜１２０度、第２の温度レンジが摂氏０度〜３００度、第３の温度レンジが摂氏２００度〜１５００度といった具合に予め設定されている。サーモグラフィー装置は、温度レンジを切り替える温度レンジ変更装置を備え、温度レンジ変更装置は、センサの感度を変化させるため蓄積時間を変更する処理機能を有し、カメラ部が備える光学系の絞り及びフィルタを該光学系の光軸に挿入するか挿入しないかを制御する機構を備える。この温度レンジ変更装置が、センサの蓄積時間を変更したり、絞り及びフィルタを動かし、カメラ部の光学系から赤外線検知素子に導かれる赤外線量を制御したりすることによって温度レンジを変更することができる。
【０００４】
図５は、対象物の温度と赤外線検知素子が出力する値との関係を温度レンジごとに示す。
特性線ａは、第１の温度レンジが選択されたときの対象物の温度と赤外線検知素子に入射する赤外線のエネルギーとの関係を示す。
特性線ｂは、第２の温度レンジが選択されたときの対象物の温度と赤外線検知素子に入射する赤外線のエネルギーとの関係を示す。
特性線ｃは、第３の温度レンジが選択されたときの対象物の温度と赤外線検知素子に入射する赤外線のエネルギーとの関係を示す。
【０００５】
図５より、サーモグラフィー装置は、予め、各温度レンジにおける赤外線検知素子の出力と温度との関係を温度テーブルとして記憶する。そして、赤外線検知素子で赤外線の受光エネルギーを検知すると、対象物の最高温度に応じて温度レンジを変更し、各温度レンジの温度テーブルに赤外線検知素子の出力を参照して温度データを得る。このようにして、サーモグラフィー装置は、対象物の温度を正確に測定することが可能となる。そして、サーモグラフィー装置は、変更された温度レンジの範囲内であれば、熱画像として適切に色分けをして表示装置に表示させることができる。
【０００６】
ここで、対象物の温度が−２０℃〜４００℃の範囲で増減する場合を想定する。このとき、第１の温度レンジとしたままでは、対象物の最高温度が３００℃〜４００℃まで増加しても白色が表示されるのみであり、ユーザは温度の増加を知ることができない。このため、ユーザは、第１の温度レンジから第２の温度レンジに変更する操作を行う。この操作により、対象物の最高温度が３００℃〜４００℃まで増加すると新たに異なる色で表示され、ユーザは温度の上昇を知ることができる。
【０００７】
また、対象物の最高温度に合わせて適切な温度レンジが設定されていなければ、別の不具合が発生する。例えば、対象物の温度が３０℃〜８０℃の範囲で増減するのであれば、第２の温度レンジに設定されたままでは表示される熱画像にノイズが重畳しやすくなり、熱画像の視認性が低下する。このため、対象物の温度によって、適切な温度レンジに変えることで視認性を高める必要がある。
【０００８】
特許文献１には、対象物により、蓄積時間を調整する技術が開示されており、特許文献２には、対象温度により自動的に温度レンジを変更する技術が開示されている。そして、特許文献３には、対象温度により、センサ外部回路がゲイン等を調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２６９３６号公報
【特許文献２】特開平９−１０１２０７号公報
【特許文献３】特開平８−２２３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、温度レンジを手動又は自動で変更すると、変更された温度レンジで熱画像が更新表示されるまでに数秒程度の時間を要していた。
ここで、第１及び第２の温度レンジは、画像信号を出力する赤外線センサのダイナミックレンジに相当する。そして、赤外線センサが出力する画像信号を一定時間溜めておく時間を示す積分時間が長くなるとダイナミックレンジが狭くなり、積分時間が短くなるとダイナミックレンジが広くなることが知られている。
【００１１】
そして、サーモグラフィー装置の設定を、第１又は第２の温度レンジのいずれかに変更すると、変更した温度レンジに合わせて赤外線センサの積分時間を変更しなければならない。また、赤外線センサには、変更された温度レンジに適したセンサオフセットデータ（以下、単に「オフセットデータ」と呼ぶ。）が設定される。オフセットデータは、温度レンジが変更されると、赤外線センサを初期値に設定するデータであり、赤外線センサが備える複数の素子が１素子毎に出力する画像信号のレベルのバラつきを平坦化し、画像信号のノイズを除くために用いられる。そして、積分時間とオフセットデータの設定が完了するまでに数秒程度の時間がかかるため、熱画像の表示が途切れ、ユーザは対象物の温度変化を連続して把握できなかった。
【００１２】
例えば、第２の温度レンジ（０℃〜５００℃）で対象物の温度を測定した場合を想定する。このとき、対象物の最高温度が１００℃以下になると、第１の温度レンジ（−４０℃〜１２０℃）に変更して、対象物の温度変化を詳細に観察すると共に、熱画像に重畳されるノイズを減らしたいという要求がある。しかし、第２の温度レンジから第１の温度レンジに変更すると、オフセットデータを赤外線センサに設定するため、画像が数秒間途切れていた。
【００１３】
また、特許文献１に示した技術では、赤外線センサにおける画像信号の積分時間に相当する蓄積時間を変更した後の安定化時間を考慮しておらず、画像データを常に取得できない。このため、温度レンジを切り替えると、熱画像を更新するために多くの時間を要する。
【００１４】
また、特許文献２に示した技術では、対象温度により自動的に温度レンジを変更しようとしても、オフセットデータをセットしなければならず、すぐに温度レンジを切り替えて画像を更新できない。
また、特許文献３に示した技術を用いると、例えば、プリアンプのゲインを２倍に調整すると、２倍のノイズが発生するため、ノイズを除去する機構が新たに必要となり、装置を小型化することが困難であった。
【００１５】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、最高温度の増減が大きい対象物を撮像して熱画像を得る場合に、温度レンジの切替えを伴っても、連続して対象物の熱画像として表示部に表示される画像データを出力することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給する。
次に、所定のタイミングで切り替えて供給される第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、赤外線センサが出力する画像信号を所定期間で加算平均する。
次に、所定のタイミングで切り替えられた第１又は第２の温度レンジ毎に、処理後の画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む。
次に、画像データより、対象物の温度レンジを検知し、対象物の温度レンジに合わせて第１又は第２の温度レンジを選択し、選択した第１又は第２の温度レンジに合わせて、画像記憶部から第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して出力するものである。
【００１７】
このようにしたことで、第１又は第２の温度レンジを切替えても、連続して対象物の熱画像として表示部に表示される画像データを出力することが可能となった。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、所定のタイミングで切り替えられる第１又は第２の温度レンジによって赤外線センサが出力する画像信号を処理し、この画像信号から得られる画像データを常に画像記憶部に記憶させておく。そして、対象物の最高温度に合わせて、画像記憶部から第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して出力する。このため、温度レンジの変更に要する時間を短くすることができ、連続性を保って画像データを出力できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態における赤外線撮像装置の例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるサーモグラフィー装置の画像データを取得する処理例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態における書き込み部が第１及び第２の画像記憶部に画像データを書き込むまでの処理例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態における読み出し部が第１及び第２の画像記憶部から画像データを読み出す処理例を示すフローチャートである。
【図５】従来の対象物の温度と赤外線検知素子が出力する値との関係を温度レンジごとに示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態では、自動的に温度レンジを変更して対象物２の赤外線光を撮像し、熱画像として表示装置５に表示される画像データを出力するサーモグラフィー装置１に適用した例について説明する。
【００２１】
図１は、本例のサーモグラフィー装置１の内部構成例を示す。
サーモグラフィー装置１は、対象物２が放射する赤外線を透過させ、所定の位置に赤外線を収束するレンズ３と、レンズ３によって収束される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサ４と、画像信号に所定の処理を施す画像処理部１０と、画像処理部１０から出力された画像データに基づいて、対象物２の温度分布に応じて色分けした熱画像を表示する表示装置５と、を備える。
【００２２】
画像処理部１０は、ボロメータ型の赤外線センサ４の動作を制御するセンサ制御部１１と、赤外線センサ４から入力する画像信号に所定の処理を施す信号処理部１２と、信号処理部１２が処理を施した画像信号から得られる画像データを一時的に保存する第１の画像記憶部２０ａ，第２の画像記憶部２０ｂを備える。また、信号処理部１２は、画像信号を加算し、平均化する加算／平均部１２ａを備える。また、画像処理部１０は、第１の画像記憶部２０ａ，第２の画像記憶部２０ｂに画像データを書き込む書き込み部１８と、第１の画像記憶部２０ａ，第２の画像記憶部２０ｂから画像データを読み出す読み出し部１９を備える。
【００２３】
また、画像処理部１０は、信号処理部１２から出力される画像データを受け取って、対象物２の最高温度を検出して、熱画像の表示に適した温度レンジを検知する温度レンジ検知部１７を備える。温度レンジ検知部１７は、読み出し部１９に画像データの読み出しを指示し、読み出し部１９は、第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂから読み出された画像データを表示装置５に出力する。表示装置５は、読み出し部１９から受け取った画像データに基づいて、対象物２の熱画像を表示する。
【００２４】
また、画像処理部１０は、センサ制御部１１に所定のクロックを供給するクロック出力部１３と、第１の積分時間を記憶する第１の積分時間記憶部１４ａと、第１のオフセットデータを記憶する第１のオフセットデータ記憶部１５ａを備える。同様に、画像処理部１０は、第２の積分時間を記憶する第２の積分時間記憶部１４ｂと、第２のオフセットデータを記憶する第２のオフセットデータ記憶部１５ｂを備える。第１及び第２の積分時間と、第１及び第２のオフセットデータは、センサ制御部１１が第１又は第２の赤外線センサ４にセットされるデータである。サーモグラフィー装置１が行う撮像プロセスの開始前に予め取得し、第１のオフセットデータ記憶部１５ａと第２のオフセットデータ記憶部１５ｂにそれぞれ格納しておく。
【００２５】
本例では、第１の温度レンジは、対象物２の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、対象物２の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される。第２の温度レンジは、対象物２の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される温度レンジであり、第１の温度レンジとは異なる。本例では、第１の温度レンジとして、−４０℃〜１２０℃が設定され、第２の温度レンジとして、０℃〜５００℃が設定される（図５参照）。
【００２６】
次に、サーモグラフィー装置１の動作例を説明する。
センサ制御部１１は、クロック出力部１３から供給される切替えクロックを用いて、所定の切替えタイミングで第１又は第２の温度レンジのいずれかに切り替え、切り替えた第１又は第２の温度レンジに関する情報として、この温度レンジに対応する積分時間とオフセットデータを赤外線センサ４と信号処理部１２に供給する。
【００２７】
対象物２の赤外線光がレンズ３を介して赤外線センサ４に入力すると、赤外線センサ４は、信号処理部１２に画像信号を出力する。本例の赤外線センサ４は、センサ制御部１１から供給される積分時間により、赤外線光から画像信号を出力する際のダイナミックレンジが変えられる。
【００２８】
タイミング１６ａは、第１の積分時間記憶部１４ａから読み出される第１の積分時間と、第１のオフセットデータ記憶部１５ａから読み出される第１のオフセットデータは、同一のクロックでセンサ制御部１１に入力することを示す。同様に、タイミング１６ｂは、第２の積分時間記憶部１４ｂから読み出される第２の積分時間と、第２のオフセットデータ記憶部１５ｂから読み出される第２のオフセットデータは、同一のクロックでセンサ制御部１１に入力することを示す。このように、センサ制御部１１は、所定のタイミングで一組の積分時間とオフセットデータを得て、この積分時間とオフセットデータを赤外線センサ４に入力することで第１又は第２の温度レンジに切り替えている。
【００２９】
そして、第１及び第２の積分時間と第１及び第２のオフセットデータは、センサ制御部１１によって、信号処理部１２に同時に入力される。このため、信号処理部１２は、赤外線センサ４がどの温度レンジで画像信号を出力したのかを知ることができる。
【００３０】
信号処理部１２が備える加算・平均部１２ａは、センサ制御部１１から所定のタイミングで切り替えて供給される第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、赤外線センサ４から入力した画像信号に対して所定の期間（本例では、フレーム数）で加算処理と平均化処理を行う。そして、加算・平均部１２ａは、処理後の画像信号を書き込み部１８に出力する。
【００３１】
信号処理部１２は、センサ制御部１１から受け取る第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、赤外線センサ４が第１又は第２の温度レンジのいずれの温度レンジで画像信号を出力したのかを判別する。そして、信号処理部１２が画像信号を出力する際には、第１又は第２の温度レンジに関する情報を画像信号から得られる画像データに付す。
【００３２】
第１又は第２の温度レンジに関する情報には、画像信号がどの温度レンジで出力されるかを示す情報が含まれる。また、第１の温度レンジに関する情報には、画像信号を積分する第１の積分時間と第１のオフセットデータが含まれ、第２の温度レンジに関する情報には、画像信号を積分する第２の積分時間と第２のオフセットデータが含まれる。
【００３３】
書き込み部１８は、信号処理部１２から画像データを受け取ると、画像データに付された温度レンジに関する情報に従って、センサ制御部１１によって切り替えられた第１又は第２の温度レンジ毎に、第１の画像記憶部２０ａと第２の画像記憶部２０ｂへ画像データを書き込む。本例では、赤外線センサ４が第１の温度レンジに設定された場合に、書き込み部１８は、第１の温度レンジで出力された画像信号から得られる画像データを第１の画像記憶部２０ａに書き込む。一方、赤外線センサ４が第２の温度レンジに設定された場合に、書き込み部１８は、第２の温度レンジで出力された画像信号から得られる画像データを第２の画像記憶部２０ｂに書き込む。
【００３４】
そして、画像データが第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂに書き込まれるのと同じタイミングで、この画像データが温度レンジ検知部１７に供給される。温度レンジ検知部１７は、取得した画像データから対象物２の温度レンジを検知し、対象物２の温度レンジに合わせて第１又は第２の温度レンジを選択し、適切な温度レンジの熱画像として表示できる画像データの読み出し指示を読み出し部１９に行う。
【００３５】
具体的に説明すると、温度レンジ検知部１７は、信号処理部１２から画像データを受けると、画像データに含まれる温度データから、１フレームの熱画像における温度の最も大きい値のデータを最高温度として検出する。その温度データは、１２ビットで表されており、１６進数表記で０００〜ＦＦＦまで変化する。温度レンジ検知部１７は、最高温度を８フレーム分の熱画像信号に関し受けると、その８フレーム分の画像データから得た８個の最高温度を平均し、平均最高温度を生成する。ここで、１フレーム分だけの熱画像に関する最高温度ではノイズにより、対象物の真の最高温度を過って検出するおそれがある。このため、温度レンジ検知部１７は、８フレーム分の熱画像に関する最高温度を平均し、平均最高温度を求め、その平均最高温度を対象物の真の最高温度として、第１又は第２の温度レンジのいずれかに切り換える際の判断基準に利用する。
【００３６】
読み出し部１９は、温度レンジ検知部１７からの読み出し指示に基づいて、第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂのいずれかから第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して、表示装置５に出力する。表示装置５は、この画像データと、画像データに付された温度レンジに関する情報に基づいて対象物２の熱画像を表示する。
【００３７】
本例のサーモグラフィー装置１で用いる画像表示アルゴリズムは、以下の２条件によって、表示装置５に表示する熱画像を異ならせる。
第１の条件：対象物２の最高温度が閾値（例えば、１２０℃）未満である場合、第１の画像記憶部２０ａから読み出した画像データに基づく熱画像を表示装置５に表示する。
第２の条件：対象物２の最高温度が閾値（例えば、１２０℃）以上である場合、第２の画像記憶部２０ｂから読み出した画像データに基づく熱画像を表示装置５に表示する。
そして、画像処理部１０は、表示装置５に表示する熱画像を２Ｈｚで更新する。
【００３８】
図２は、赤外線撮像装置と信号処理部１２が行う画像データを取得する処理例を示す。
始めに、センサ制御部１は、第１の積分時間記憶部１４ａから読み出した第１の積分時間と、第１のオフセットデータ記憶部１５ａから読み出した第１のオフセットデータを、赤外線センサ４にセットする（ステップＳ１）。
【００３９】
次に、赤外線センサ４は、セットされた第１の積分時間が安定化するまで待機する（ステップＳ２〜Ｓ４）。ステップＳ２における待機時間は１フレーム分の時間に相当し、以降のステップＳ２〜Ｓ４についても同様である。そして、赤外線センサ４は、合計１０フレーム分の時間（１６７ミリ秒）だけ画像信号の出力を行うことなく待機する。
【００４０】
次に、赤外線センサ４は、レンズ３を介して入力した赤外線光より第１の積分時間で対象物２の画像信号を出力し、信号処理部１２は、画像信号を取得する（ステップＳ５〜Ｓ７）。ここで、信号処理部１２が画像信号を取得するためには、３フレーム分の時間（５０ミリ秒）を要する。
【００４１】
そして、信号処理部１２は、取得した画像信号を加算平均し、書き込み部１８は、画像信号から得られる画像データを、第１の画像記憶部２０ａに書き込む（ステップＳ８）。ただし、信号処理部１２は、加算平均を行うことなく、得られた画像信号をそのまま出力し、書き込み部１８は、この画像信号から得られる画像データを第１の画像記憶部２０ａに書き込んでもよい。
【００４２】
次に、センサ制御部１は、第２の積分時間記憶部１４ｂから読み出した第２の積分時間と、第２のオフセットデータ記憶部１５ｂから読み出した第２のオフセットデータを、赤外線センサ４にセットする（ステップＳ１０）。
【００４３】
次に、赤外線センサ４は、セットされた第２の積分時間が安定化するまで待機する（ステップＳ１１〜Ｓ１２）。ステップＳ１１における待機時間は１フレーム分の時間に相当し、以降のステップＳ１２〜Ｓ１３についても同様である。そして、赤外線センサ４は、合計１０フレーム分の時間（１６７ミリ秒）だけ画像信号の出力を行うことなく待機する。
【００４４】
次に、赤外線センサ４は、レンズ３を介して入力した赤外線光より第２の積分時間で対象物２の画像信号を出力し、信号処理部１２は、画像信号を取得する（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。ここで、信号処理部１２が画像信号を取得するためには、３フレーム分の時間（５０ミリ秒）を要する。
【００４５】
そして、信号処理部１２は、取得した画像信号を加算平均し、書き込み部１８は、画像信号から得られる画像データを、第２の画像記憶部２０ｂに書き込む（ステップＳ１７）。ただし、信号処理部１２は、加算平均を行うことなく、得られた画像信号をそのまま出力し、書き込み部１８は、この画像信号から得られる画像データを第２の画像記憶部２０ｂに書き込んでもよい。
【００４６】
なお、ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ１１〜Ｓ１３における待機時間は、１０フレーム（１６７ミリ秒）に限らず、第１のオフセットデータを第１のオフセットデータ記憶部１５ａにセット後、安定化する時間だけ待てばよい。また、ステップＳ５〜Ｓ７、Ｓ１４〜Ｓ１６における画像を取得するための時間は、３フレーム（５０ミリ秒）に限らず、１フレームでも１０フレームでもよい。
【００４７】
図３は、書き込み部１８が第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂに画像データを書き込むまでの処理例を示す。
【００４８】
始めに、センサ制御部１１は、赤外線センサ４に第１の積分時間と第１のオフセットデータをセットする（ステップＳ２１，Ｓ２２）。次に、赤外線センサ４から出力された画像信号を信号処理部１２が処理を行った後、書き込み部１８は、第１の画像記憶部２０ａに画像データを書き込む（ステップＳ２３）。
【００４９】
次に、センサ制御部１１は、赤外線センサ４に第２の積分時間と第２のオフセットデータをセットする（ステップＳ２４，Ｓ２５）。次に、赤外線センサ４から出力された画像信号を信号処理部１２が処理を行った後、書き込み部１８は、第２の画像記憶部２０ｂに画像データを書き込む（ステップＳ２６）。
【００５０】
図４は、読み出し部１９が第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂから画像データを読み出す処理例を示す。
【００５１】
始めに、温度レンジ検知部１７は、信号処理部１２から出力される画像信号より得られる画像データに基づいて、対象物２の温度レンジを検知する（ステップＳ３１）。次に、温度レンジ検知部１７は、画像データから対象物２の最高温度を検出し、最高温度と閾値を比較して、熱画像の表示に適した温度レンジが、第１又は第２の温度レンジのいずれであるかを判断する（ステップＳ３２）。
【００５２】
第１の温度レンジが適切であると判断した場合、上述した第１の条件に合致するため、温度レンジ検知部１７は、読み出し部１９に第１の画像記憶部２０ａから画像データを読み出すよう指示を与える（ステップＳ３３）。一方、第２の温度レンジが適切であると判断した場合、上述した第２の条件に合致するため、温度レンジ検知部１７は、読み出し部１９に第２の画像記憶部２０ｂから画像データを読み出すよう指示を与える（ステップＳ３４）。
【００５３】
そして、読み出し部１９は、指示された第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂのいずれかから画像データを読み出して、表示装置５に出力する（ステップＳ３５）。
【００５４】
以上説明した本実施の形態に係るサーモグラフィー装置１によれば、常に、２種類の温度レンジで対象物２の画像データを交互に記憶している。このため、対象物２の最高温度が変わり、温度レンジの変更が必要となった場合であっても、数十ミリ秒程度の遅れで表示装置５に表示させる熱画像を切替えることが可能である。そして、温度レンジを瞬時に切替えることで、ＮＥＴＤ（Noise Equivalent Temperature Difference：雑音等価温度差（温度分解能））のより良い熱画像を表示装置５に良好に表示できるという効果がある。
【００５５】
また、２種類の積分時間を切替えて赤外線センサ４から画像データを取得するため、赤外線センサ４のゲイン等を変更するよりも、ＮＥＴＤが向上するという効果がある。
【００５６】
また、第１の温度レンジに関する情報として、第１の積分時間と第１のオフセットデータを含ませ、第２の温度レンジに関する情報として、第２の積分時間と第２のオフセットデータを含ませている。そして、赤外線センサ４が第１又は第２の温度レンジに関する情報を受け取ると、赤外線センサ４は、この情報に合わせて画像信号を出力できる。このため、赤外線センサ４は、センサ制御部１１が設定した第１又は第２の温度レンジに合わせて、適切な画像信号を出力することができるという効果がある。
【００５７】
また、赤外線センサ４は、セットされた第１又は第２の積分時間が安定するまで待機するため、出力される画像信号のレベルが安定する。また、信号処理部１２は、画像信号を所定のフレーム数毎に加算平均するため、得られる画像データのノイズが均一化されるという効果がある。
【００５８】
＜変形例＞
積分時間を変更できる赤外線センサ４の代わりに、バイアス電圧やゲインを変更する赤外線センサを用いてもよい。この場合、センサ制御部１１は、バイアス電圧の変更指示を赤外線センサに与えるだけで、表示装置５に表示する熱画像の温度レンジを変更することができる。
【００５９】
また、用いる温度レンジは２種類に限らず、３種類以上の温度レンジを用いてもよい。これにより、きめ細かく温度レンジを変更し、対象物２の温度変化に追従した熱画像を表示することができる。また、第１又は第２の温度レンジの切替えは装置内部で自動的に行わず、ユーザの手動操作により第１又は第２の温度レンジを切り替えてもよい。
【００６０】
また、各記憶部を別個のブロックとして示したが、一つのメモリを用意し、このメモリの領域を所定の大きさに論理分割することで、各記憶部の機能を実現しても良い。このようにメモリを構成すると、画像処理部１０に搭載する部品を減らすことができ、耐故障性を高めることができるという効果がある。
【００６１】
また、表示装置５の代わりに警報装置を設けても良い。この警報装置は、対象物の最高温度が所定の閾値未満又は所定の閾値以上となる場合に、読み出し部１９から出力される画像データに基づいて警報を発する。例えば、対象物２の最高温度が第１又は第２の温度レンジのいずれかに該当する場合に、警報装置が音声等による警報を行うようにしてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給してもよい。また、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ等の制御装置）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、機能が実現されることは言うまでもない。
【００６４】
この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【００６５】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態の機能が実現される。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００６６】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６７】
１…サーモグラフィー装置、２…対象物、３…レンズ、４…赤外線センサ、５…表示装置、１０…画像処理部、１１…センサ制御部、１２…信号処理部、１２ａ……加算・平均部、１３…クロック出力部、１４ａ…第１の積分時間記憶部、１４ｂ…第２の積分時間記憶部、１５ａ…第１のオフセットデータ記憶部、１５ｂ…第２のオフセットデータ記憶部、１６ａ，１６ｂ…タイミング、１７…温度レンジ検知部、１８…書き込み部、１９…読み出し部、２０ａ…第１の画像記憶部、２０ｂ…第２の画像記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、温度の増減が大きい対象物を撮像して、熱画像として出力する場合に適用して好適なサーモグラフィー装置、画像処理方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の温度分布を色分けした熱画像として表示装置に表示可能なサーモグラフィー装置が用いられている。サーモグラフィー装置は、対象物から放射される赤外線光の強度に応じて、例えば、高い温度は白色、低い温度は青色のように色分けした熱画像として表示される画像データを表示装置に出力する。
【０００３】
サーモグラフィー装置では、温度測定が可能な温度範囲を表す温度レンジが多くの場合２つ予め用意されている。そして、サーモグラフィー装置が対象物の温度を測定するとき、対象物の最高温度に応じて温度レンジを変更する。温度レンジとしては、例えば、第１の温度レンジが摂氏０度〜１２０度、第２の温度レンジが摂氏０度〜３００度、第３の温度レンジが摂氏２００度〜１５００度といった具合に予め設定されている。サーモグラフィー装置は、温度レンジを切り替える温度レンジ変更装置を備え、温度レンジ変更装置は、センサの感度を変化させるため蓄積時間を変更する処理機能を有し、カメラ部が備える光学系の絞り及びフィルタを該光学系の光軸に挿入するか挿入しないかを制御する機構を備える。この温度レンジ変更装置が、センサの蓄積時間を変更したり、絞り及びフィルタを動かし、カメラ部の光学系から赤外線検知素子に導かれる赤外線量を制御したりすることによって温度レンジを変更することができる。
【０００４】
図５は、対象物の温度と赤外線検知素子が出力する値との関係を温度レンジごとに示す。
特性線ａは、第１の温度レンジが選択されたときの対象物の温度と赤外線検知素子に入射する赤外線のエネルギーとの関係を示す。
特性線ｂは、第２の温度レンジが選択されたときの対象物の温度と赤外線検知素子に入射する赤外線のエネルギーとの関係を示す。
特性線ｃは、第３の温度レンジが選択されたときの対象物の温度と赤外線検知素子に入射する赤外線のエネルギーとの関係を示す。
【０００５】
図５より、サーモグラフィー装置は、予め、各温度レンジにおける赤外線検知素子の出力と温度との関係を温度テーブルとして記憶する。そして、赤外線検知素子で赤外線の受光エネルギーを検知すると、対象物の最高温度に応じて温度レンジを変更し、各温度レンジの温度テーブルに赤外線検知素子の出力を参照して温度データを得る。このようにして、サーモグラフィー装置は、対象物の温度を正確に測定することが可能となる。そして、サーモグラフィー装置は、変更された温度レンジの範囲内であれば、熱画像として適切に色分けをして表示装置に表示させることができる。
【０００６】
ここで、対象物の温度が−２０℃〜４００℃の範囲で増減する場合を想定する。このとき、第１の温度レンジとしたままでは、対象物の最高温度が３００℃〜４００℃まで増加しても白色が表示されるのみであり、ユーザは温度の増加を知ることができない。このため、ユーザは、第１の温度レンジから第２の温度レンジに変更する操作を行う。この操作により、対象物の最高温度が３００℃〜４００℃まで増加すると新たに異なる色で表示され、ユーザは温度の上昇を知ることができる。
【０００７】
また、対象物の最高温度に合わせて適切な温度レンジが設定されていなければ、別の不具合が発生する。例えば、対象物の温度が３０℃〜８０℃の範囲で増減するのであれば、第２の温度レンジに設定されたままでは表示される熱画像にノイズが重畳しやすくなり、熱画像の視認性が低下する。このため、対象物の温度によって、適切な温度レンジに変えることで視認性を高める必要がある。
【０００８】
特許文献１には、対象物により、蓄積時間を調整する技術が開示されており、特許文献２には、対象温度により自動的に温度レンジを変更する技術が開示されている。そして、特許文献３には、対象温度により、センサ外部回路がゲイン等を調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２６９３６号公報
【特許文献２】特開平９−１０１２０７号公報
【特許文献３】特開平８−２２３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、温度レンジを手動又は自動で変更すると、変更された温度レンジで熱画像が更新表示されるまでに数秒程度の時間を要していた。
ここで、第１及び第２の温度レンジは、画像信号を出力する赤外線センサのダイナミックレンジに相当する。そして、赤外線センサが出力する画像信号を一定時間溜めておく時間を示す積分時間が長くなるとダイナミックレンジが狭くなり、積分時間が短くなるとダイナミックレンジが広くなることが知られている。
【００１１】
そして、サーモグラフィー装置の設定を、第１又は第２の温度レンジのいずれかに変更すると、変更した温度レンジに合わせて赤外線センサの積分時間を変更しなければならない。また、赤外線センサには、変更された温度レンジに適したセンサオフセットデータ（以下、単に「オフセットデータ」と呼ぶ。）が設定される。オフセットデータは、温度レンジが変更されると、赤外線センサを初期値に設定するデータであり、赤外線センサが備える複数の素子が１素子毎に出力する画像信号のレベルのバラつきを平坦化し、画像信号のノイズを除くために用いられる。そして、積分時間とオフセットデータの設定が完了するまでに数秒程度の時間がかかるため、熱画像の表示が途切れ、ユーザは対象物の温度変化を連続して把握できなかった。
【００１２】
例えば、第２の温度レンジ（０℃〜５００℃）で対象物の温度を測定した場合を想定する。このとき、対象物の最高温度が１００℃以下になると、第１の温度レンジ（−４０℃〜１２０℃）に変更して、対象物の温度変化を詳細に観察すると共に、熱画像に重畳されるノイズを減らしたいという要求がある。しかし、第２の温度レンジから第１の温度レンジに変更すると、オフセットデータを赤外線センサに設定するため、画像が数秒間途切れていた。
【００１３】
また、特許文献１に示した技術では、赤外線センサにおける画像信号の積分時間に相当する蓄積時間を変更した後の安定化時間を考慮しておらず、画像データを常に取得できない。このため、温度レンジを切り替えると、熱画像を更新するために多くの時間を要する。
【００１４】
また、特許文献２に示した技術では、対象温度により自動的に温度レンジを変更しようとしても、オフセットデータをセットしなければならず、すぐに温度レンジを切り替えて画像を更新できない。
また、特許文献３に示した技術を用いると、例えば、プリアンプのゲインを２倍に調整すると、２倍のノイズが発生するため、ノイズを除去する機構が新たに必要となり、装置を小型化することが困難であった。
【００１５】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、最高温度の増減が大きい対象物を撮像して熱画像を得る場合に、温度レンジの切替えを伴っても、連続して対象物の熱画像として表示部に表示される画像データを出力することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給する。
次に、所定のタイミングで切り替えて供給される第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、赤外線センサが出力する画像信号を所定期間で加算平均する。
次に、所定のタイミングで切り替えられた第１又は第２の温度レンジ毎に、処理後の画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む。
次に、画像データより、対象物の温度レンジを検知し、対象物の温度レンジに合わせて第１又は第２の温度レンジを選択し、選択した第１又は第２の温度レンジに合わせて、画像記憶部から第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して出力するものである。
【００１７】
このようにしたことで、第１又は第２の温度レンジを切替えても、連続して対象物の熱画像として表示部に表示される画像データを出力することが可能となった。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、所定のタイミングで切り替えられる第１又は第２の温度レンジによって赤外線センサが出力する画像信号を処理し、この画像信号から得られる画像データを常に画像記憶部に記憶させておく。そして、対象物の最高温度に合わせて、画像記憶部から第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して出力する。このため、温度レンジの変更に要する時間を短くすることができ、連続性を保って画像データを出力できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態における赤外線撮像装置の例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるサーモグラフィー装置の画像データを取得する処理例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態における書き込み部が第１及び第２の画像記憶部に画像データを書き込むまでの処理例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態における読み出し部が第１及び第２の画像記憶部から画像データを読み出す処理例を示すフローチャートである。
【図５】従来の対象物の温度と赤外線検知素子が出力する値との関係を温度レンジごとに示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態では、自動的に温度レンジを変更して対象物２の赤外線光を撮像し、熱画像として表示装置５に表示される画像データを出力するサーモグラフィー装置１に適用した例について説明する。
【００２１】
図１は、本例のサーモグラフィー装置１の内部構成例を示す。
サーモグラフィー装置１は、対象物２が放射する赤外線を透過させ、所定の位置に赤外線を収束するレンズ３と、レンズ３によって収束される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサ４と、画像信号に所定の処理を施す画像処理部１０と、画像処理部１０から出力された画像データに基づいて、対象物２の温度分布に応じて色分けした熱画像を表示する表示装置５と、を備える。
【００２２】
画像処理部１０は、ボロメータ型の赤外線センサ４の動作を制御するセンサ制御部１１と、赤外線センサ４から入力する画像信号に所定の処理を施す信号処理部１２と、信号処理部１２が処理を施した画像信号から得られる画像データを一時的に保存する第１の画像記憶部２０ａ，第２の画像記憶部２０ｂを備える。また、信号処理部１２は、画像信号を加算し、平均化する加算／平均部１２ａを備える。また、画像処理部１０は、第１の画像記憶部２０ａ，第２の画像記憶部２０ｂに画像データを書き込む書き込み部１８と、第１の画像記憶部２０ａ，第２の画像記憶部２０ｂから画像データを読み出す読み出し部１９を備える。
【００２３】
また、画像処理部１０は、信号処理部１２から出力される画像データを受け取って、対象物２の最高温度を検出して、熱画像の表示に適した温度レンジを検知する温度レンジ検知部１７を備える。温度レンジ検知部１７は、読み出し部１９に画像データの読み出しを指示し、読み出し部１９は、第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂから読み出された画像データを表示装置５に出力する。表示装置５は、読み出し部１９から受け取った画像データに基づいて、対象物２の熱画像を表示する。
【００２４】
また、画像処理部１０は、センサ制御部１１に所定のクロックを供給するクロック出力部１３と、第１の積分時間を記憶する第１の積分時間記憶部１４ａと、第１のオフセットデータを記憶する第１のオフセットデータ記憶部１５ａを備える。同様に、画像処理部１０は、第２の積分時間を記憶する第２の積分時間記憶部１４ｂと、第２のオフセットデータを記憶する第２のオフセットデータ記憶部１５ｂを備える。第１及び第２の積分時間と、第１及び第２のオフセットデータは、センサ制御部１１が第１又は第２の赤外線センサ４にセットされるデータである。サーモグラフィー装置１が行う撮像プロセスの開始前に予め取得し、第１のオフセットデータ記憶部１５ａと第２のオフセットデータ記憶部１５ｂにそれぞれ格納しておく。
【００２５】
本例では、第１の温度レンジは、対象物２の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、対象物２の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される。第２の温度レンジは、対象物２の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される温度レンジであり、第１の温度レンジとは異なる。本例では、第１の温度レンジとして、−４０℃〜１２０℃が設定され、第２の温度レンジとして、０℃〜５００℃が設定される（図５参照）。
【００２６】
次に、サーモグラフィー装置１の動作例を説明する。
センサ制御部１１は、クロック出力部１３から供給される切替えクロックを用いて、所定の切替えタイミングで第１又は第２の温度レンジのいずれかに切り替え、切り替えた第１又は第２の温度レンジに関する情報として、この温度レンジに対応する積分時間とオフセットデータを赤外線センサ４と信号処理部１２に供給する。
【００２７】
対象物２の赤外線光がレンズ３を介して赤外線センサ４に入力すると、赤外線センサ４は、信号処理部１２に画像信号を出力する。本例の赤外線センサ４は、センサ制御部１１から供給される積分時間により、赤外線光から画像信号を出力する際のダイナミックレンジが変えられる。
【００２８】
タイミング１６ａは、第１の積分時間記憶部１４ａから読み出される第１の積分時間と、第１のオフセットデータ記憶部１５ａから読み出される第１のオフセットデータは、同一のクロックでセンサ制御部１１に入力することを示す。同様に、タイミング１６ｂは、第２の積分時間記憶部１４ｂから読み出される第２の積分時間と、第２のオフセットデータ記憶部１５ｂから読み出される第２のオフセットデータは、同一のクロックでセンサ制御部１１に入力することを示す。このように、センサ制御部１１は、所定のタイミングで一組の積分時間とオフセットデータを得て、この積分時間とオフセットデータを赤外線センサ４に入力することで第１又は第２の温度レンジに切り替えている。
【００２９】
そして、第１及び第２の積分時間と第１及び第２のオフセットデータは、センサ制御部１１によって、信号処理部１２に同時に入力される。このため、信号処理部１２は、赤外線センサ４がどの温度レンジで画像信号を出力したのかを知ることができる。
【００３０】
信号処理部１２が備える加算・平均部１２ａは、センサ制御部１１から所定のタイミングで切り替えて供給される第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、赤外線センサ４から入力した画像信号に対して所定の期間（本例では、フレーム数）で加算処理と平均化処理を行う。そして、加算・平均部１２ａは、処理後の画像信号を書き込み部１８に出力する。
【００３１】
信号処理部１２は、センサ制御部１１から受け取る第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、赤外線センサ４が第１又は第２の温度レンジのいずれの温度レンジで画像信号を出力したのかを判別する。そして、信号処理部１２が画像信号を出力する際には、第１又は第２の温度レンジに関する情報を画像信号から得られる画像データに付す。
【００３２】
第１又は第２の温度レンジに関する情報には、画像信号がどの温度レンジで出力されるかを示す情報が含まれる。また、第１の温度レンジに関する情報には、画像信号を積分する第１の積分時間と第１のオフセットデータが含まれ、第２の温度レンジに関する情報には、画像信号を積分する第２の積分時間と第２のオフセットデータが含まれる。
【００３３】
書き込み部１８は、信号処理部１２から画像データを受け取ると、画像データに付された温度レンジに関する情報に従って、センサ制御部１１によって切り替えられた第１又は第２の温度レンジ毎に、第１の画像記憶部２０ａと第２の画像記憶部２０ｂへ画像データを書き込む。本例では、赤外線センサ４が第１の温度レンジに設定された場合に、書き込み部１８は、第１の温度レンジで出力された画像信号から得られる画像データを第１の画像記憶部２０ａに書き込む。一方、赤外線センサ４が第２の温度レンジに設定された場合に、書き込み部１８は、第２の温度レンジで出力された画像信号から得られる画像データを第２の画像記憶部２０ｂに書き込む。
【００３４】
そして、画像データが第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂに書き込まれるのと同じタイミングで、この画像データが温度レンジ検知部１７に供給される。温度レンジ検知部１７は、取得した画像データから対象物２の温度レンジを検知し、対象物２の温度レンジに合わせて第１又は第２の温度レンジを選択し、適切な温度レンジの熱画像として表示できる画像データの読み出し指示を読み出し部１９に行う。
【００３５】
具体的に説明すると、温度レンジ検知部１７は、信号処理部１２から画像データを受けると、画像データに含まれる温度データから、１フレームの熱画像における温度の最も大きい値のデータを最高温度として検出する。その温度データは、１２ビットで表されており、１６進数表記で０００〜ＦＦＦまで変化する。温度レンジ検知部１７は、最高温度を８フレーム分の熱画像信号に関し受けると、その８フレーム分の画像データから得た８個の最高温度を平均し、平均最高温度を生成する。ここで、１フレーム分だけの熱画像に関する最高温度ではノイズにより、対象物の真の最高温度を過って検出するおそれがある。このため、温度レンジ検知部１７は、８フレーム分の熱画像に関する最高温度を平均し、平均最高温度を求め、その平均最高温度を対象物の真の最高温度として、第１又は第２の温度レンジのいずれかに切り換える際の判断基準に利用する。
【００３６】
読み出し部１９は、温度レンジ検知部１７からの読み出し指示に基づいて、第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂのいずれかから第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた画像データを読み出して、表示装置５に出力する。表示装置５は、この画像データと、画像データに付された温度レンジに関する情報に基づいて対象物２の熱画像を表示する。
【００３７】
本例のサーモグラフィー装置１で用いる画像表示アルゴリズムは、以下の２条件によって、表示装置５に表示する熱画像を異ならせる。
第１の条件：対象物２の最高温度が閾値（例えば、１２０℃）未満である場合、第１の画像記憶部２０ａから読み出した画像データに基づく熱画像を表示装置５に表示する。
第２の条件：対象物２の最高温度が閾値（例えば、１２０℃）以上である場合、第２の画像記憶部２０ｂから読み出した画像データに基づく熱画像を表示装置５に表示する。
そして、画像処理部１０は、表示装置５に表示する熱画像を２Ｈｚで更新する。
【００３８】
図２は、赤外線撮像装置と信号処理部１２が行う画像データを取得する処理例を示す。
始めに、センサ制御部１は、第１の積分時間記憶部１４ａから読み出した第１の積分時間と、第１のオフセットデータ記憶部１５ａから読み出した第１のオフセットデータを、赤外線センサ４にセットする（ステップＳ１）。
【００３９】
次に、赤外線センサ４は、セットされた第１の積分時間が安定化するまで待機する（ステップＳ２〜Ｓ４）。ステップＳ２における待機時間は１フレーム分の時間に相当し、以降のステップＳ２〜Ｓ４についても同様である。そして、赤外線センサ４は、合計１０フレーム分の時間（１６７ミリ秒）だけ画像信号の出力を行うことなく待機する。
【００４０】
次に、赤外線センサ４は、レンズ３を介して入力した赤外線光より第１の積分時間で対象物２の画像信号を出力し、信号処理部１２は、画像信号を取得する（ステップＳ５〜Ｓ７）。ここで、信号処理部１２が画像信号を取得するためには、３フレーム分の時間（５０ミリ秒）を要する。
【００４１】
そして、信号処理部１２は、取得した画像信号を加算平均し、書き込み部１８は、画像信号から得られる画像データを、第１の画像記憶部２０ａに書き込む（ステップＳ８）。ただし、信号処理部１２は、加算平均を行うことなく、得られた画像信号をそのまま出力し、書き込み部１８は、この画像信号から得られる画像データを第１の画像記憶部２０ａに書き込んでもよい。
【００４２】
次に、センサ制御部１は、第２の積分時間記憶部１４ｂから読み出した第２の積分時間と、第２のオフセットデータ記憶部１５ｂから読み出した第２のオフセットデータを、赤外線センサ４にセットする（ステップＳ１０）。
【００４３】
次に、赤外線センサ４は、セットされた第２の積分時間が安定化するまで待機する（ステップＳ１１〜Ｓ１２）。ステップＳ１１における待機時間は１フレーム分の時間に相当し、以降のステップＳ１２〜Ｓ１３についても同様である。そして、赤外線センサ４は、合計１０フレーム分の時間（１６７ミリ秒）だけ画像信号の出力を行うことなく待機する。
【００４４】
次に、赤外線センサ４は、レンズ３を介して入力した赤外線光より第２の積分時間で対象物２の画像信号を出力し、信号処理部１２は、画像信号を取得する（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。ここで、信号処理部１２が画像信号を取得するためには、３フレーム分の時間（５０ミリ秒）を要する。
【００４５】
そして、信号処理部１２は、取得した画像信号を加算平均し、書き込み部１８は、画像信号から得られる画像データを、第２の画像記憶部２０ｂに書き込む（ステップＳ１７）。ただし、信号処理部１２は、加算平均を行うことなく、得られた画像信号をそのまま出力し、書き込み部１８は、この画像信号から得られる画像データを第２の画像記憶部２０ｂに書き込んでもよい。
【００４６】
なお、ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ１１〜Ｓ１３における待機時間は、１０フレーム（１６７ミリ秒）に限らず、第１のオフセットデータを第１のオフセットデータ記憶部１５ａにセット後、安定化する時間だけ待てばよい。また、ステップＳ５〜Ｓ７、Ｓ１４〜Ｓ１６における画像を取得するための時間は、３フレーム（５０ミリ秒）に限らず、１フレームでも１０フレームでもよい。
【００４７】
図３は、書き込み部１８が第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂに画像データを書き込むまでの処理例を示す。
【００４８】
始めに、センサ制御部１１は、赤外線センサ４に第１の積分時間と第１のオフセットデータをセットする（ステップＳ２１，Ｓ２２）。次に、赤外線センサ４から出力された画像信号を信号処理部１２が処理を行った後、書き込み部１８は、第１の画像記憶部２０ａに画像データを書き込む（ステップＳ２３）。
【００４９】
次に、センサ制御部１１は、赤外線センサ４に第２の積分時間と第２のオフセットデータをセットする（ステップＳ２４，Ｓ２５）。次に、赤外線センサ４から出力された画像信号を信号処理部１２が処理を行った後、書き込み部１８は、第２の画像記憶部２０ｂに画像データを書き込む（ステップＳ２６）。
【００５０】
図４は、読み出し部１９が第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂから画像データを読み出す処理例を示す。
【００５１】
始めに、温度レンジ検知部１７は、信号処理部１２から出力される画像信号より得られる画像データに基づいて、対象物２の温度レンジを検知する（ステップＳ３１）。次に、温度レンジ検知部１７は、画像データから対象物２の最高温度を検出し、最高温度と閾値を比較して、熱画像の表示に適した温度レンジが、第１又は第２の温度レンジのいずれであるかを判断する（ステップＳ３２）。
【００５２】
第１の温度レンジが適切であると判断した場合、上述した第１の条件に合致するため、温度レンジ検知部１７は、読み出し部１９に第１の画像記憶部２０ａから画像データを読み出すよう指示を与える（ステップＳ３３）。一方、第２の温度レンジが適切であると判断した場合、上述した第２の条件に合致するため、温度レンジ検知部１７は、読み出し部１９に第２の画像記憶部２０ｂから画像データを読み出すよう指示を与える（ステップＳ３４）。
【００５３】
そして、読み出し部１９は、指示された第１の画像記憶部２０ａ又は第２の画像記憶部２０ｂのいずれかから画像データを読み出して、表示装置５に出力する（ステップＳ３５）。
【００５４】
以上説明した本実施の形態に係るサーモグラフィー装置１によれば、常に、２種類の温度レンジで対象物２の画像データを交互に記憶している。このため、対象物２の最高温度が変わり、温度レンジの変更が必要となった場合であっても、数十ミリ秒程度の遅れで表示装置５に表示させる熱画像を切替えることが可能である。そして、温度レンジを瞬時に切替えることで、ＮＥＴＤ（Noise Equivalent Temperature Difference：雑音等価温度差（温度分解能））のより良い熱画像を表示装置５に良好に表示できるという効果がある。
【００５５】
また、２種類の積分時間を切替えて赤外線センサ４から画像データを取得するため、赤外線センサ４のゲイン等を変更するよりも、ＮＥＴＤが向上するという効果がある。
【００５６】
また、第１の温度レンジに関する情報として、第１の積分時間と第１のオフセットデータを含ませ、第２の温度レンジに関する情報として、第２の積分時間と第２のオフセットデータを含ませている。そして、赤外線センサ４が第１又は第２の温度レンジに関する情報を受け取ると、赤外線センサ４は、この情報に合わせて画像信号を出力できる。このため、赤外線センサ４は、センサ制御部１１が設定した第１又は第２の温度レンジに合わせて、適切な画像信号を出力することができるという効果がある。
【００５７】
また、赤外線センサ４は、セットされた第１又は第２の積分時間が安定するまで待機するため、出力される画像信号のレベルが安定する。また、信号処理部１２は、画像信号を所定のフレーム数毎に加算平均するため、得られる画像データのノイズが均一化されるという効果がある。
【００５８】
＜変形例＞
積分時間を変更できる赤外線センサ４の代わりに、バイアス電圧やゲインを変更する赤外線センサを用いてもよい。この場合、センサ制御部１１は、バイアス電圧の変更指示を赤外線センサに与えるだけで、表示装置５に表示する熱画像の温度レンジを変更することができる。
【００５９】
また、用いる温度レンジは２種類に限らず、３種類以上の温度レンジを用いてもよい。これにより、きめ細かく温度レンジを変更し、対象物２の温度変化に追従した熱画像を表示することができる。また、第１又は第２の温度レンジの切替えは装置内部で自動的に行わず、ユーザの手動操作により第１又は第２の温度レンジを切り替えてもよい。
【００６０】
また、各記憶部を別個のブロックとして示したが、一つのメモリを用意し、このメモリの領域を所定の大きさに論理分割することで、各記憶部の機能を実現しても良い。このようにメモリを構成すると、画像処理部１０に搭載する部品を減らすことができ、耐故障性を高めることができるという効果がある。
【００６１】
また、表示装置５の代わりに警報装置を設けても良い。この警報装置は、対象物の最高温度が所定の閾値未満又は所定の閾値以上となる場合に、読み出し部１９から出力される画像データに基づいて警報を発する。例えば、対象物２の最高温度が第１又は第２の温度レンジのいずれかに該当する場合に、警報装置が音声等による警報を行うようにしてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給してもよい。また、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ等の制御装置）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、機能が実現されることは言うまでもない。
【００６４】
この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【００６５】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態の機能が実現される。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００６６】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６７】
１…サーモグラフィー装置、２…対象物、３…レンズ、４…赤外線センサ、５…表示装置、１０…画像処理部、１１…センサ制御部、１２…信号処理部、１２ａ……加算・平均部、１３…クロック出力部、１４ａ…第１の積分時間記憶部、１４ｂ…第２の積分時間記憶部、１５ａ…第１のオフセットデータ記憶部、１５ｂ…第２のオフセットデータ記憶部、１６ａ，１６ｂ…タイミング、１７…温度レンジ検知部、１８…書き込み部、１９…読み出し部、２０ａ…第１の画像記憶部、２０ｂ…第２の画像記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、前記対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、前記対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、前記第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、前記対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた前記第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給するセンサ制御部と、
前記センサ制御部から前記所定のタイミングで切り替えて供給される前記第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定期間で加算平均する信号処理部と、
前記センサ制御部によって切り替えられた前記第１又は第２の温度レンジ毎に、前記信号処理部から出力される処理後の画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む書き込み部と、
前記画像データより、前記対象物の温度レンジを検知し、前記対象物の温度レンジに合わせて前記第１又は第２の温度レンジを選択する温度レンジ検知部と、
前記温度レンジ検知部が選択した前記第１又は第２の温度レンジに合わせて、前記画像記憶部から前記第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた前記画像データを読み出して出力する読み出し部と、を備える
サーモグラフィー装置。
【請求項２】
前記第１の温度レンジに関する情報には、前記画像信号を積分する第１の積分時間と、前記第１の積分時間と対で用いられ、前記赤外線センサを前記第１の積分時間に合わせてオフセットする第１のオフセットデータが含まれ、
前記第２の温度レンジに関する情報には、前記画像信号を積分する第２の積分時間と、前記第２の積分時間と対で用いられ、前記赤外線センサを前記第２の積分時間に合わせてオフセットする第２のオフセットデータが含まれる
請求項１記載のサーモグラフィー装置。
【請求項３】
前記センサ制御部は、前記赤外線センサに前記第１又は第２の積分時間をセットし、安定化するまで待機させ、
前記信号処理部は、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定のフレーム数毎に加算平均する
請求項１又は２に記載のサーモグラフィー装置。
【請求項４】
さらに、前記読み出し部から受け取った前記画像データに基づいて、前記対象物の熱画像を表示する表示部を備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーモグラフィー装置。
【請求項５】
さらに、前記対象物の温度レンジが前記所定の閾値未満又は前記所定の閾値以上となる場合に、前記読み出し部から出力される前記画像データに基づいて警報を発する警報部を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーモグラフィー装置。
【請求項６】
対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、前記対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、前記対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、前記第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、前記対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた前記第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給するステップと、
前記所定のタイミングで切り替えて供給される前記第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定期間で加算平均するステップと、
前記所定のタイミングで切り替えられた前記第１又は第２の温度レンジ毎に、加算平均された前記画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込むステップと、
前記画像データより、前記対象物の温度レンジを検知し、前記対象物の温度レンジに合わせて前記第１又は第２の温度レンジを選択するステップと、
選択した前記第１又は第２の温度レンジに合わせて、前記画像記憶部から前記第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた前記画像データを読み出して出力するステップと、を含む
画像処理方法。
【請求項７】
対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、前記対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、前記対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、前記第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、前記対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた前記第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給する手順、
前記所定のタイミングで切り替えて供給される前記第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定期間で加算平均する手順、
前記所定のタイミングで切り替えられた前記第１又は第２の温度レンジ毎に、加算平均された前記画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む手順、
前記画像データより、前記対象物の温度レンジを検知し、前記対象物の温度レンジに合わせて前記第１又は第２の温度レンジを選択する手順、
選択した前記第１又は第２の温度レンジに合わせて、前記画像記憶部から前記第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた前記画像データを読み出して出力する手順と、を
コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、前記対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、前記対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、前記第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、前記対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた前記第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給するセンサ制御部と、
前記センサ制御部から前記所定のタイミングで切り替えて供給される前記第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定期間で加算平均する信号処理部と、
前記センサ制御部によって切り替えられた前記第１又は第２の温度レンジ毎に、前記信号処理部から出力される処理後の画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む書き込み部と、
前記画像データより、前記対象物の温度レンジを検知し、前記対象物の温度レンジに合わせて前記第１又は第２の温度レンジを選択する温度レンジ検知部と、
前記温度レンジ検知部が選択した前記第１又は第２の温度レンジに合わせて、前記画像記憶部から前記第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた前記画像データを読み出して出力する読み出し部と、を備える
サーモグラフィー装置。
【請求項２】
前記第１の温度レンジに関する情報には、前記画像信号を積分する第１の積分時間と、前記第１の積分時間と対で用いられ、前記赤外線センサを前記第１の積分時間に合わせてオフセットする第１のオフセットデータが含まれ、
前記第２の温度レンジに関する情報には、前記画像信号を積分する第２の積分時間と、前記第２の積分時間と対で用いられ、前記赤外線センサを前記第２の積分時間に合わせてオフセットする第２のオフセットデータが含まれる
請求項１記載のサーモグラフィー装置。
【請求項３】
前記センサ制御部は、前記赤外線センサに前記第１又は第２の積分時間をセットし、安定化するまで待機させ、
前記信号処理部は、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定のフレーム数毎に加算平均する
請求項１又は２に記載のサーモグラフィー装置。
【請求項４】
さらに、前記読み出し部から受け取った前記画像データに基づいて、前記対象物の熱画像を表示する表示部を備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーモグラフィー装置。
【請求項５】
さらに、前記対象物の温度レンジが前記所定の閾値未満又は前記所定の閾値以上となる場合に、前記読み出し部から出力される前記画像データに基づいて警報を発する警報部を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーモグラフィー装置。
【請求項６】
対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、前記対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、前記対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、前記第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、前記対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた前記第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給するステップと、
前記所定のタイミングで切り替えて供給される前記第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定期間で加算平均するステップと、
前記所定のタイミングで切り替えられた前記第１又は第２の温度レンジ毎に、加算平均された前記画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込むステップと、
前記画像データより、前記対象物の温度レンジを検知し、前記対象物の温度レンジに合わせて前記第１又は第２の温度レンジを選択するステップと、
選択した前記第１又は第２の温度レンジに合わせて、前記画像記憶部から前記第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた前記画像データを読み出して出力するステップと、を含む
画像処理方法。
【請求項７】
対象物の最低温度から最高温度までの温度範囲を含む温度レンジのうち、前記対象物の最高温度が所定の閾値未満である場合に設定される、第１の温度レンジと、前記対象物の最高温度が所定の閾値以上である場合に設定される、前記第１の温度レンジと異なる第２の温度レンジのいずれかに所定のタイミングで切り替え、前記対象物から放射される赤外線光の強度に応じた画像信号を出力する赤外線センサに、切り替えた前記第１又は第２の温度レンジに関する情報を供給する手順、
前記所定のタイミングで切り替えて供給される前記第１又は第２の温度レンジに関する情報に基づいて、前記赤外線センサが出力する前記画像信号を所定期間で加算平均する手順、
前記所定のタイミングで切り替えられた前記第１又は第２の温度レンジ毎に、加算平均された前記画像信号から得られる画像データを画像記憶部に書き込む手順、
前記画像データより、前記対象物の温度レンジを検知し、前記対象物の温度レンジに合わせて前記第１又は第２の温度レンジを選択する手順、
選択した前記第１又は第２の温度レンジに合わせて、前記画像記憶部から前記第１又は第２の温度レンジのいずれかで書き込まれた前記画像データを読み出して出力する手順と、を
コンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１０６８８５（Ｐ２０１１−１０６８８５Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０３５４（Ｐ２００９−２６０３５４）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９６１１８６００）ＮＥＣ Ａｖｉｏ赤外線テクノロジー株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９６１１８６００）ＮＥＣ Ａｖｉｏ赤外線テクノロジー株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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