撮像装置、撮像方法
【課題】ロックイン撮像により取得された画像の信号雑音比を上げること。
【解決手段】本発明は、光源と、自身と光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置に適用される。本発明の撮像装置は、光源のＯＮ期間中にカメラで撮像された複数のフレーム画像から、光源のＯＦＦ期間中にカメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える。
【解決手段】本発明は、光源と、自身と光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置に適用される。本発明の撮像装置は、光源のＯＮ期間中にカメラで撮像された複数のフレーム画像から、光源のＯＦＦ期間中にカメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源およびカメラを備え、両者の間の光路中に測定対象を置く撮像装置に関し、特に、光源のＯＮ／ＯＦＦと同期させて測定対象の撮像を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源およびカメラを備え、両者の間の光路中に測定対象を置く撮像装置がある。この撮像装置において、光源のＯＮ／ＯＦＦに同期させて測定対象の撮像（所謂、ロックイン撮像）を行うことにより、光源以外の輻射による画像を除去することができると共に、１／ｆノイズのような低周波ノイズを相殺することができる。
【０００３】
例えば、非特許文献１に記載されているように、赤外線領域からＴＨｚ（テラヘルツ）領域に感度があるカメラに対し、周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すＴＨｚ光源からのＴＨｚ波を入射させた場合、カメラでは、赤外線と周期的なＴＨｚ波とが重畳された電磁波が検出され画像化される。ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像データとＯＦＦ期間中の画像データとの差を取ることにより、赤外画像を相殺してＴＨｚ画像だけを取得することができる。それにより、赤外線を遮断しＴＨｚ波だけを透過させるフィルターが不要になる。
【０００４】
上述の撮像装置の具体的な配置を図８に示す。
【０００５】
図８に示すように、冷凍機１０１に取り付けたＱＣＬ（Quantum Cascade Laser：量子カスケードレーザ）１０２から出射された４．３ＴＨｚ（波長７０μｍ）のＴＨｚ波は、軸外し放物面鏡１０３により平行光線になり、次の軸外し放物面鏡１０４により封筒（測定対象）１０５に照射される。封筒１０５を透過したＴＨｚ波は、Ｓｉレンズ１０６によりマイクロボロメータカメラ（フレームレート６０Ｈｚ）１０７中の３２０ｘ２４０画素のマイクロボロメータアレイセンサ１０８に集光され画像化される。
【０００６】
図８に示した撮像装置において、ロックイン撮像を行う方法を図９に示す。
【０００７】
図９に示すように、Ｆｒａｍｅ１でＱＣＬ１０２をＯＮ、Ｆｒａｍｅ２とＦｒａｍｅ３でＱＣＬ１０２をＯＦＦにする。
【０００８】
Ｆｒａｍｅ１では、赤外線とＱＣＬ１０２からのＴＨｚ波とがマイクロボロメータアレイセンサ１０８に集光されて画像化され、Ｆｒａｍｅ２とＦｒａｍｅ３では、赤外線だけがマイクロボロメータアレイセンサ１０８に集光されて画像化される。
【０００９】
そこで、Ｆｒａｍｅ１の画像データとＦｒａｍｅ３の画像データとの差を取ることにより、ＱＣＬ１０２からのＴＨｚ波だけを画像化したＴＨｚ画像を取得することができる。
【００１０】
なお、Ｆｒａｍｅ２を使わない理由は、Ｆｒａｍｅ１が切り替わってから、マイクロボロメータアレイセンサ１０８の熱時定数である約１３ｍｓｅｃよりも十分長い時間を置くことにより、Ｆｒａｍｅ１との間の画像データの差を大きくするためである。
【００１１】
図９に示した方法により、鉛筆で“ＭＩＴ”という文字を書いた紙１０９を入れた封筒１０５を、フレームレート２０Ｈｚで撮像したＴＨｚ画像１１０を図１０に示す。このように、封筒１０５を開封せずに“ＭＩＴ”の文字を確認することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】A. W. M. Lee等、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS、第18巻、2006年、1415〜1417頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した撮像装置においては、光源のＯＮ期間中の１枚の画像データとＯＦＦ期間中の１枚の画像データとの差を取るだけなので、信号雑音比が思ったほど上がらないという課題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決することができる撮像装置、撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の撮像装置は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える。
【００１６】
本発明の第２の撮像装置は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する制御部を備える。
【００１７】
本発明の第１の撮像方法は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、
その差画像を積分する。
【００１８】
本発明の第２の撮像方法は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、
その差画像を取得する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の撮像装置および第１の撮像方法によれば、光源のＯＮ期間中の複数のフレーム画像から、光源のＯＦＦ期間中の同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する。
【００２０】
本発明の第２の撮像装置および第２の撮像方法によれば、光源のＯＮ期間中の複数のフレーム画像の積分画像から、光源のＯＦＦ期間中の同数のフレーム画像の積分画像を差し引き、その差画像を取得する。
【００２１】
したがって、本発明は、光源のＯＮ期間中の１枚の画像と光源のＯＦＦ期間中の１枚の画像との差を取って差画像を取得する関連技術と比較して、信号雑音比を高めることが可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の撮像装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態の撮像装置において用いられるパルス列を説明する図である。
【図３Ａ】本実施形態の撮像装置において、画像データの位相を補償するための機能を説明する図である。
【図３Ｂ】本実施形態の撮像装置において、撮影タイミング信号、外部ＩＦ出力タイミング信号および画像取り込みタイミング信号の関係を説明する図である。
【図４Ａ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第１の方法を説明する図である。
【図４Ｂ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第２の方法を説明する図である。
【図４Ｃ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第３の方法を説明する図である。
【図４Ｄ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第４の方法を説明する図である。
【図４Ｅ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第５の方法を説明する図である。
【図４Ｆ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像およびＯＦＦ期間中の画像を格納する方法を説明する図である。
【図５】本実施形態の撮像装置で用いたサンプルを説明する図である。
【図６】本実施形態の撮像装置において、図５のサンプルに対し、ＴＨｚ光源ＯＮ期間中の複数の画像の積分画像からＯＦＦ期間中の複数の画像の積分画像を差し引いた差画像を示す図である。
【図７】本実施形態の撮像装置において、図５のサンプルに対し、ＴＨｚ光源ＯＮ期間中の１枚の画像からＯＦＦ期間中の１枚の画像を差し引いた差画像を示す図である。
【図８】関連する撮像装置の構成を示す図である。
【図９】関連する撮像装置において、差画像を取得する方法を説明する図である。
【図１０】関連する撮像装置を用いて取得したＴＨｚ透過画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１に、本実施形態の撮像装置の構成を示す。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の撮像装置は、ＴＨｚ光源１と、ＴＨｚカメラ４と、１／ｎ逓倍回路６と、高圧パルス電源８と、論理積回路１０と、駆動回路１２と、画像データ取得装置１３と、を有している。また、画像データ取得装置１３は、ＣＰＵ１４と、バッファ１５と、位相補償回路１６と、を有している。
【００２６】
なお、図１において、ＣＰＵ１４は制御部の一例であり、高圧パルス電源８は第１のパルス回路の一例であり、１／ｎ逓倍回路６は第２のパルス回路の一例である。
【００２７】
ＴＨｚ光源１からのＴＨｚ波２は、サンプル（測定対象）３に照射され、反射波または透過波としてＴＨｚカメラ４で検出され画像化される。本実施形態では、ＴＨｚ波２が反射波として検出されるものとする。
【００２８】
ＴＨｚカメラ４の撮影タイミングを表すＳｙｎｃ信号（撮影タイミング信号）５は、ＴＨｚカメラ４から１／ｎ逓倍回路６に入力され、１／ｎ逓倍回路６は、Ｓｙｎｃ信号５を１／ｎに逓倍してパルス列７（第２のパルス列）を生成する。
【００２９】
パルス列７は、高圧パルス電源８からのパルス列９（第１のパルス列）と共に論理積回路１０に入力され、論理積回路１０は、パルス列７とパルス列９を基に新しいパルス列１１（第３のパルス列）を生成する。
【００３０】
パルス列１１は、駆動回路１２に入力され、駆動回路１２は、パルス列１１に従ってＴＨｚ光源１を発振（駆動）させる。
【００３１】
このように、ＴＨｚカメラ４は、ＴＨｚ光源１のＯＮ／ＯＦＦの周期とＴＨｚカメラ４の撮影タイミングとの同期を取ることによってサンプル３のロックイン撮像を行う。ＴＨｚカメラ４で撮像されたフレーム画像（以下、フレーム画像を単に「画像」と呼ぶことにする）の画像データは、画像データ取得装置１３に記録される。
【００３２】
ここで、本実施形態の撮像装置の具体的な実施例について述べる。
【００３３】
ＴＨｚ光源１としては、周波数３．１ＴＨｚの輝線を放射するＱＣＬ（量子カスケードレーザ）を用いる。
【００３４】
高圧パルス電源８からのパルス列９は、パルス幅３００ｎｓｅｃであり、繰返し周波数１ｋＨｚである。
【００３５】
ＴＨｚカメラ４からのＳｙｎｃ信号５は、６０Ｈｚの矩形波である。
【００３６】
１／ｎ逓倍回路６は、ｎの値が任意に設定可能であり、設定されたｎの値でＳｙｎｃ信号５を１／ｎに逓倍して、例えば、１５Ｈｚ、７．５Ｈｚおよび３．７５Ｈｚの矩形のパルス列７を生成する。なお、パルス列７の周波数をロックイン周波数と呼ぶ。
【００３７】
パルス列７は、パルス列９と共に論理積回路１０に入力され、図２に示すように、論理積回路１０は、パルス列７とパルス列９とのＡＮＤを演算してパルス列１１を生成する。駆動回路１２は、パルス列１１に従ってＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１を発振させる。図２は、ロックイン周波数が３．７５Ｈｚの場合の例である。
【００３８】
図２に示すように、パルス列７が３．７５Ｈｚの場合、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間１３３．３ｍｓｅｃに、フレームレート６０Ｈｚの８枚の画像がＴＨｚカメラ４により画像化され、その画像データが画像データ取得装置１３に記録され、積分等の画像処理が行われる。以下では、ロックイン周波数が３．７５Ｈｚであるものとして説明する。
【００３９】
ここで、画像データ取得装置１３の内部に設けられた位相補償回路１６の機能について、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。
【００４０】
図３Ａに示すように、ＴＨｚカメラ４は、ＴＨｚアレイセンサ１７と、読出回路１８と、補正回路１９と、バッファ２０と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の外部ＩＦ（インターフェース）２１と、を有している。
【００４１】
ＴＨｚカメラ４の内部では、ＴＨｚアレイセンサ１７の一部である読出回路１８は、Ｓｙｎｃ信号５に同期して、ＴＨｚアレイセンサ１７で画像化された画像データを取得する。これにより、画像データが更新される（以下、この画像データを内部画像データと呼ぶことにする）。
【００４２】
また、ＴＨｚカメラ４の内部では、ＴＨｚアレイセンサ１７のセンサ素子毎の感度ばらつきや環境温度変化に伴うセンサ素子の感度変動等、様々な外乱の影響を軽減するために、補正回路１９により画像データの補正処理が行われる。
【００４３】
ＴＨｚカメラ４の外部には、補正回路１９による補正処理後の画像データが出力（以下、この画像データを外部出力画像データと呼ぶことにする）されることになる。そのため、外部出力画像データの更新タイミングと内部画像データの更新タイミングは異なることになる。また、外部出力画像データは、データの欠落を防ぐために、通常、ＴＨｚカメラ４の内部に設けられたバッファ２０を経由して外部ＩＦ２１に出力されるので、さらに更新タイミングがずれることになる。例えば、データ更新用の書き込みバッファと外部ＩＦ出力用の読み出しバッファの２つのバッファを用いて処理を行う場合には、補正回路１９での補正処理による遅延に加えて、１フレーム分更新タイミングがずれる。
【００４４】
図３Ｂは、Ｓｙｎｃ信号５と外部ＩＦ出力タイミング信号２２とのずれの一例を示している。ここで、図３Ｂの外部ＩＦ出力タイミング信号２２とは、外部出力画像データの更新タイミングを表す信号である。このずれのため、Ｓｙｎｃ信号５と同期してＴＨｚカメラ４の外部出力画像データをＣＰＵ１４に取り込むと、フレームを跨いだ画像やフレームが遅延した画像の画像データが取得されてしまい、画像データ取得装置１３で正確な画像処理を行うことができなくなるという問題がある。
【００４５】
この問題を解決するために、本実施形態では、位相補償回路１６は、Ｓｙｎｃ信号５の位相と外部出力画像データの位相の位相差を補償する。具体的には、位相補償回路１６は、Ｓｙｎｃ信号５を所定時間（補正回路１９の補正処理時間＋バッファ２０の更新時間）だけ遅延させて画像取り込みタイミング信号２３を生成し、ＣＰＵ１４は、画像取り込みタイミング信号２３に基づいて、ＴＨｚカメラ４から外部出力画像データを取り込む。
【００４６】
次に、画像データ取得装置１３内のＣＰＵ１４がバッファ１５に、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の画像データ、ＯＦＦ期間中の画像データ、およびこれらの差画像の画像データを格納する方法の例について、図４Ａ〜図４Ｅを参照して説明する。
【００４７】
図４Ａに示す第１の方法では、３種類のバッファＸ，Ｙ，Ｚを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、それらの差画像の画像データを、バッファＺを構成する８個のバッファメモリＺ1〜Ｚ8に格納する。
【００４８】
図４Ｂに示す第２の方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、それらの差画像の画像データを、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8に再び格納する。
【００４９】
図４Ｃに示す第３の方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、それらの差画像の画像データを、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8に再び格納する。
【００５０】
図４Ｄに示す第４の方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。ただし、一方のバッファＸのバッファメモリの数は、上記の第２および第３の方法と同様に８個であるが、他方のバッファＹのバッファメモリの数は、上記の第２および第３の方法とは異なり、２個である。つまり、まず、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸｉ（ｉ＝１，２，…，８）にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納する。次に、バッファＹを構成する１番目のバッファメモリＹ1にＯＦＦ期間中の１枚目の画像データを格納し、ＯＮ期間中の１枚目の画像データとの差を演算し、その差画像の画像データを、バッファＸを構成する１番目のバッファメモリＸ1に格納する。この演算と格納を行っている間にバッファＹを構成する２番目のバッファメモリＹ2にＯＦＦ期間中の２枚目の画像データを格納し、ＯＮ期間中の２枚目の画像データとの差を演算し、その差画像の画像データを、バッファＸを構成する２番目のバッファメモリＸ2に格納する。この演算と格納の手順を、バッファＹを構成する２個のバッファメモリＹ1,Ｙ2を交互に利用して実施する。これにより、Ｘ2n+1−Ｙ1（ｎ＝０，１，２，３）の演算結果はＸ2n+1に格納され、Ｘ2n−Ｙ2（ｎ＝１，２，３，４）の演算結果はＸ2nに格納される。
【００５１】
図４Ｅに示す第５の方法では、ＴＨｚ光源１のＯＮ期間とＯＦＦ期間の各々８枚の画像データをバッファ１に格納し、それらの差画像の画像データをバッファ２に格納する。
【００５２】
ＣＰＵ１４は、上記のようにして得られた差画像の画像データを積分し、差画像の積分画像データを表示する。
【００５３】
なお、ＣＰＵ１４は、上述のように、差画像の画像データを得た後に積分を行う方法以外に、差画像の画像データを得る前に積分を行う方法も実施可能である。
【００５４】
すなわち、ＣＰＵ１４は、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の複数の画像データを積分し、ＯＦＦ期間中の複数の画像データを積分し、ＯＮ期間中の複数の画像データの積分画像データとＯＦＦ期間中の複数の画像データの積分画像データとの差を取り、その差画像の積分画像データを表示することも可能である。
【００５５】
この場合に、画像データ取得装置１３内のバッファ１５に、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の画像データおよびＯＦＦ期間中の画像データを格納する例について、図４Ｆを参照して説明する。
【００５６】
ただし、ＣＰＵ１４は、差画像の画像データを得た後に積分を行う方法と、差画像の画像データを得る前に積分を行う方法と、を同時に行うことはできない。そのため、ＣＰＵ１４には予めいずれかの方法を設定しておくことになる。
【００５７】
図４Ｆに示す方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納する。
【００５８】
次に、上記のようにして差画像の積分画像データを求めることにより、信号雑音比が関連技術に比べて２〜３倍向上した例について、図５、図６および図７を参照して説明する。以下では、差画像の画像データを得る前に積分を行うものとする。
【００５９】
図５に示すように、サンプル３として、Ａｌテープを貼った反射板２４の上に黒い布テープ２５を貼った物を用意する。そして、液体窒素で冷却したＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１からの周波数３．１ＴＨｚの輝線を反射板２４の一部の領域２６に照射し、その輝線が反射板２４で反射した反射画像を、画素数３２０ｘ２４０で画素ピッチ２３．５μｍであるＴＨｚアレイセンサ１７を搭載したＴＨｚカメラ４で撮像した。
【００６０】
図６は、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１からの輝線が反射板２４で反射した反射画像である（中央付近の細長い部分）。細長い形状をしているのは、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１の内部に用いられている軸外し放物面鏡（図示していない）に収差があるためである。布テープ２５は反射率が低いため、細長い形状の中央付近で低輝度の部分２７が認められる。低輝度の部分２７は布テープ２５の位置２８に対応する。
【００６１】
図６は、ロックイン周波数として３．７５Ｈｚを選択し、ＴＨｚ光源１のＯＮ期間中の２枚目〜８枚目までの７枚の画像データの積分画像とＯＦＦ期間中の２枚目〜８枚目までの７枚の画像データの積分画像との差を取った差画像である。ここで最初の１枚目の画像データを使わなかった理由は、ＴＨｚアレイセンサ１７の時定数が１６ｍｓｅｃであるため、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中とＯＦＦ期間中の最初のフレームの信号が十分に立ち上がっていない又は信号が十分落ち切っていないことを考慮したためである。また、バッファ１５への画像データの格納方法として、上記の図４Ｆの方法を用いた。また、信号雑音比を更に高めるため、２４×２４画素の画像データを積分した。なお、図６のＱＣＬの画像のうち右側の高輝度部２９の信号雑音比は約４００である。
【００６２】
一方、関連技術に比べて本発明が信号雑音比をどのくらい向上させたかを確かめるために、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の１枚の画像データとＯＦＦ期間中の１枚の画像データとの差を取った差画像を図７に示す。この差画像は、関連技術の撮像装置の機能を再現して取得した画像に対応する。サンプル３は図６の画像取得時と同じ物である。また、図７の画像も図６と同じ形状をしている。ロックイン周波数も３．７５Ｈｚである。図７のＱＣＬの画像のうち右側の高輝度部２９の信号雑音比は約１３５である。
【００６３】
このように、本発明（図６）においては、関連技術（図７）に比べて、信号雑音比を約２〜３倍向上できることが分かった。
【００６４】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００６５】
例えば、本実施形態では、ＴＨｚ光源１のＯＮ／ＯＦＦ期間中の全８枚の画像データのうち、連続する７枚の画像データを用いたが、ＴＨｚアレイセンサ１７の時定数が早ければ、全８枚の画像データを用いても構わないし、１枚目〜７枚目までの７枚の画像データを用いても構わない。すなわち、本発明は、ＴＨｚ光源１のＯＮ／ＯＦＦ期間中の全ての画像データのうち任意の連続した複数の画像データを選択して用いて構わない。
【００６６】
また、本実施形態では、サンプル３で反射した反射画像を取得したが、サンプル３を透過した透過画像を取得する構成でも構わない。
【００６７】
また、本実施形態では、ＴＨｚ周波数帯の電磁波を対象にしたが、本発明はこの周波数帯に限った技術ではなく、他の周波数帯の電磁波に対しても適用することができる。
【００６８】
上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える撮像装置。
（付記２）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第２のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第２のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第３のバッファに格納し、
前記第３のバッファに格納された差画像を積分する、付記１に記載の撮像装置。
（付記３）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択する、付記２に記載の撮像装置。
（付記４）
前記制御部は、
前記第３のバッファとして、前記第１のバッファまたは前記第２のバッファを使用する、付記２または３に記載の撮像装置。
（付記５）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像と前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第１のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第２のバッファに格納し、
前記第２のバッファに格納された差画像を積分する、付記１に記載の撮像装置。
（付記６）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する制御部を備える撮像装置。
（付記７）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択して積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択して積分する、付記６に記載の撮像装置。
（付記８）
第１のパルス列を発生する第１のパルス回路と、
前記カメラの撮影タイミングを表す撮影タイミング信号を基にして該撮影タイミング信号の周波数よりも低い周波数の第２のパルス列を発生する第２のパルス回路と、
前記第１のパルス列と前記第２のパルス列との論理積を演算する論理積回路と、
前記論理積回路の論理積の演算結果である第３のパルス列にしたがって前記光源を駆動する駆動回路と、を備える、付記１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記９）
前記第２のパルス回路は、
前記撮影タイミング信号の周波数よりも低い任意の周波数が設定可能であり、設定された周波数の前記第２のパルス列を発生する、付記８に記載の撮像装置。
（付記１０）
前記撮影タイミング信号を所定時間だけ遅延させた画像取り込み信号を生成する位相補償回路を備え、
前記制御部は、
前記画像取り込み信号にしたがって、前記カメラで撮像されたフレーム画像を取り込む、付記８または９に記載の撮像装置。
（付記１１）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する、撮像方法。
（付記１２）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する、撮像方法。
【符号の説明】
【００６９】
１ ＴＨｚ光源
２ ＴＨｚ波
３ サンプル
４ ＴＨｚカメラ
５ Ｓｙｎｃ信号（撮影タイミング信号）
６ １／ｎ逓倍回路
７ パルス列
８ 高圧パルス電源
９ パルス列
１０ 論理積回路
１１ パルス列
１２ 駆動回路
１３ 画像データ取得装置
１４ ＣＰＵ
１５ バッファ
１６ 位相補償回路
１７ ＴＨｚアレイセンサ
１８ 読出回路
１９ 補正回路
２０ バッファ
２１ 外部ＩＦ（インターフェース）
２２ 外部ＩＦ出力タイミング信号
２３ 画像取り込みタイミング信号
２４ 反射板
２５ 黒い布テープ
２６ ＴＨｚ光源の照射領域
２７ ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）の画像の低輝度部
２８ 黒い布テープの位置
２９ ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）の画像の高輝度部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源およびカメラを備え、両者の間の光路中に測定対象を置く撮像装置に関し、特に、光源のＯＮ／ＯＦＦと同期させて測定対象の撮像を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源およびカメラを備え、両者の間の光路中に測定対象を置く撮像装置がある。この撮像装置において、光源のＯＮ／ＯＦＦに同期させて測定対象の撮像（所謂、ロックイン撮像）を行うことにより、光源以外の輻射による画像を除去することができると共に、１／ｆノイズのような低周波ノイズを相殺することができる。
【０００３】
例えば、非特許文献１に記載されているように、赤外線領域からＴＨｚ（テラヘルツ）領域に感度があるカメラに対し、周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すＴＨｚ光源からのＴＨｚ波を入射させた場合、カメラでは、赤外線と周期的なＴＨｚ波とが重畳された電磁波が検出され画像化される。ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像データとＯＦＦ期間中の画像データとの差を取ることにより、赤外画像を相殺してＴＨｚ画像だけを取得することができる。それにより、赤外線を遮断しＴＨｚ波だけを透過させるフィルターが不要になる。
【０００４】
上述の撮像装置の具体的な配置を図８に示す。
【０００５】
図８に示すように、冷凍機１０１に取り付けたＱＣＬ（Quantum Cascade Laser：量子カスケードレーザ）１０２から出射された４．３ＴＨｚ（波長７０μｍ）のＴＨｚ波は、軸外し放物面鏡１０３により平行光線になり、次の軸外し放物面鏡１０４により封筒（測定対象）１０５に照射される。封筒１０５を透過したＴＨｚ波は、Ｓｉレンズ１０６によりマイクロボロメータカメラ（フレームレート６０Ｈｚ）１０７中の３２０ｘ２４０画素のマイクロボロメータアレイセンサ１０８に集光され画像化される。
【０００６】
図８に示した撮像装置において、ロックイン撮像を行う方法を図９に示す。
【０００７】
図９に示すように、Ｆｒａｍｅ１でＱＣＬ１０２をＯＮ、Ｆｒａｍｅ２とＦｒａｍｅ３でＱＣＬ１０２をＯＦＦにする。
【０００８】
Ｆｒａｍｅ１では、赤外線とＱＣＬ１０２からのＴＨｚ波とがマイクロボロメータアレイセンサ１０８に集光されて画像化され、Ｆｒａｍｅ２とＦｒａｍｅ３では、赤外線だけがマイクロボロメータアレイセンサ１０８に集光されて画像化される。
【０００９】
そこで、Ｆｒａｍｅ１の画像データとＦｒａｍｅ３の画像データとの差を取ることにより、ＱＣＬ１０２からのＴＨｚ波だけを画像化したＴＨｚ画像を取得することができる。
【００１０】
なお、Ｆｒａｍｅ２を使わない理由は、Ｆｒａｍｅ１が切り替わってから、マイクロボロメータアレイセンサ１０８の熱時定数である約１３ｍｓｅｃよりも十分長い時間を置くことにより、Ｆｒａｍｅ１との間の画像データの差を大きくするためである。
【００１１】
図９に示した方法により、鉛筆で“ＭＩＴ”という文字を書いた紙１０９を入れた封筒１０５を、フレームレート２０Ｈｚで撮像したＴＨｚ画像１１０を図１０に示す。このように、封筒１０５を開封せずに“ＭＩＴ”の文字を確認することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】A. W. M. Lee等、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS、第18巻、2006年、1415〜1417頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した撮像装置においては、光源のＯＮ期間中の１枚の画像データとＯＦＦ期間中の１枚の画像データとの差を取るだけなので、信号雑音比が思ったほど上がらないという課題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決することができる撮像装置、撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の撮像装置は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える。
【００１６】
本発明の第２の撮像装置は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する制御部を備える。
【００１７】
本発明の第１の撮像方法は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、
その差画像を積分する。
【００１８】
本発明の第２の撮像方法は、
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、
その差画像を取得する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の撮像装置および第１の撮像方法によれば、光源のＯＮ期間中の複数のフレーム画像から、光源のＯＦＦ期間中の同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する。
【００２０】
本発明の第２の撮像装置および第２の撮像方法によれば、光源のＯＮ期間中の複数のフレーム画像の積分画像から、光源のＯＦＦ期間中の同数のフレーム画像の積分画像を差し引き、その差画像を取得する。
【００２１】
したがって、本発明は、光源のＯＮ期間中の１枚の画像と光源のＯＦＦ期間中の１枚の画像との差を取って差画像を取得する関連技術と比較して、信号雑音比を高めることが可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の撮像装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態の撮像装置において用いられるパルス列を説明する図である。
【図３Ａ】本実施形態の撮像装置において、画像データの位相を補償するための機能を説明する図である。
【図３Ｂ】本実施形態の撮像装置において、撮影タイミング信号、外部ＩＦ出力タイミング信号および画像取り込みタイミング信号の関係を説明する図である。
【図４Ａ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第１の方法を説明する図である。
【図４Ｂ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第２の方法を説明する図である。
【図４Ｃ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第３の方法を説明する図である。
【図４Ｄ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第４の方法を説明する図である。
【図４Ｅ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像、ＯＦＦ期間中の画像およびこれらの差画像を格納する第５の方法を説明する図である。
【図４Ｆ】本実施形態の撮像装置において、ＴＨｚ光源のＯＮ期間中の画像およびＯＦＦ期間中の画像を格納する方法を説明する図である。
【図５】本実施形態の撮像装置で用いたサンプルを説明する図である。
【図６】本実施形態の撮像装置において、図５のサンプルに対し、ＴＨｚ光源ＯＮ期間中の複数の画像の積分画像からＯＦＦ期間中の複数の画像の積分画像を差し引いた差画像を示す図である。
【図７】本実施形態の撮像装置において、図５のサンプルに対し、ＴＨｚ光源ＯＮ期間中の１枚の画像からＯＦＦ期間中の１枚の画像を差し引いた差画像を示す図である。
【図８】関連する撮像装置の構成を示す図である。
【図９】関連する撮像装置において、差画像を取得する方法を説明する図である。
【図１０】関連する撮像装置を用いて取得したＴＨｚ透過画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１に、本実施形態の撮像装置の構成を示す。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の撮像装置は、ＴＨｚ光源１と、ＴＨｚカメラ４と、１／ｎ逓倍回路６と、高圧パルス電源８と、論理積回路１０と、駆動回路１２と、画像データ取得装置１３と、を有している。また、画像データ取得装置１３は、ＣＰＵ１４と、バッファ１５と、位相補償回路１６と、を有している。
【００２６】
なお、図１において、ＣＰＵ１４は制御部の一例であり、高圧パルス電源８は第１のパルス回路の一例であり、１／ｎ逓倍回路６は第２のパルス回路の一例である。
【００２７】
ＴＨｚ光源１からのＴＨｚ波２は、サンプル（測定対象）３に照射され、反射波または透過波としてＴＨｚカメラ４で検出され画像化される。本実施形態では、ＴＨｚ波２が反射波として検出されるものとする。
【００２８】
ＴＨｚカメラ４の撮影タイミングを表すＳｙｎｃ信号（撮影タイミング信号）５は、ＴＨｚカメラ４から１／ｎ逓倍回路６に入力され、１／ｎ逓倍回路６は、Ｓｙｎｃ信号５を１／ｎに逓倍してパルス列７（第２のパルス列）を生成する。
【００２９】
パルス列７は、高圧パルス電源８からのパルス列９（第１のパルス列）と共に論理積回路１０に入力され、論理積回路１０は、パルス列７とパルス列９を基に新しいパルス列１１（第３のパルス列）を生成する。
【００３０】
パルス列１１は、駆動回路１２に入力され、駆動回路１２は、パルス列１１に従ってＴＨｚ光源１を発振（駆動）させる。
【００３１】
このように、ＴＨｚカメラ４は、ＴＨｚ光源１のＯＮ／ＯＦＦの周期とＴＨｚカメラ４の撮影タイミングとの同期を取ることによってサンプル３のロックイン撮像を行う。ＴＨｚカメラ４で撮像されたフレーム画像（以下、フレーム画像を単に「画像」と呼ぶことにする）の画像データは、画像データ取得装置１３に記録される。
【００３２】
ここで、本実施形態の撮像装置の具体的な実施例について述べる。
【００３３】
ＴＨｚ光源１としては、周波数３．１ＴＨｚの輝線を放射するＱＣＬ（量子カスケードレーザ）を用いる。
【００３４】
高圧パルス電源８からのパルス列９は、パルス幅３００ｎｓｅｃであり、繰返し周波数１ｋＨｚである。
【００３５】
ＴＨｚカメラ４からのＳｙｎｃ信号５は、６０Ｈｚの矩形波である。
【００３６】
１／ｎ逓倍回路６は、ｎの値が任意に設定可能であり、設定されたｎの値でＳｙｎｃ信号５を１／ｎに逓倍して、例えば、１５Ｈｚ、７．５Ｈｚおよび３．７５Ｈｚの矩形のパルス列７を生成する。なお、パルス列７の周波数をロックイン周波数と呼ぶ。
【００３７】
パルス列７は、パルス列９と共に論理積回路１０に入力され、図２に示すように、論理積回路１０は、パルス列７とパルス列９とのＡＮＤを演算してパルス列１１を生成する。駆動回路１２は、パルス列１１に従ってＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１を発振させる。図２は、ロックイン周波数が３．７５Ｈｚの場合の例である。
【００３８】
図２に示すように、パルス列７が３．７５Ｈｚの場合、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間１３３．３ｍｓｅｃに、フレームレート６０Ｈｚの８枚の画像がＴＨｚカメラ４により画像化され、その画像データが画像データ取得装置１３に記録され、積分等の画像処理が行われる。以下では、ロックイン周波数が３．７５Ｈｚであるものとして説明する。
【００３９】
ここで、画像データ取得装置１３の内部に設けられた位相補償回路１６の機能について、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。
【００４０】
図３Ａに示すように、ＴＨｚカメラ４は、ＴＨｚアレイセンサ１７と、読出回路１８と、補正回路１９と、バッファ２０と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の外部ＩＦ（インターフェース）２１と、を有している。
【００４１】
ＴＨｚカメラ４の内部では、ＴＨｚアレイセンサ１７の一部である読出回路１８は、Ｓｙｎｃ信号５に同期して、ＴＨｚアレイセンサ１７で画像化された画像データを取得する。これにより、画像データが更新される（以下、この画像データを内部画像データと呼ぶことにする）。
【００４２】
また、ＴＨｚカメラ４の内部では、ＴＨｚアレイセンサ１７のセンサ素子毎の感度ばらつきや環境温度変化に伴うセンサ素子の感度変動等、様々な外乱の影響を軽減するために、補正回路１９により画像データの補正処理が行われる。
【００４３】
ＴＨｚカメラ４の外部には、補正回路１９による補正処理後の画像データが出力（以下、この画像データを外部出力画像データと呼ぶことにする）されることになる。そのため、外部出力画像データの更新タイミングと内部画像データの更新タイミングは異なることになる。また、外部出力画像データは、データの欠落を防ぐために、通常、ＴＨｚカメラ４の内部に設けられたバッファ２０を経由して外部ＩＦ２１に出力されるので、さらに更新タイミングがずれることになる。例えば、データ更新用の書き込みバッファと外部ＩＦ出力用の読み出しバッファの２つのバッファを用いて処理を行う場合には、補正回路１９での補正処理による遅延に加えて、１フレーム分更新タイミングがずれる。
【００４４】
図３Ｂは、Ｓｙｎｃ信号５と外部ＩＦ出力タイミング信号２２とのずれの一例を示している。ここで、図３Ｂの外部ＩＦ出力タイミング信号２２とは、外部出力画像データの更新タイミングを表す信号である。このずれのため、Ｓｙｎｃ信号５と同期してＴＨｚカメラ４の外部出力画像データをＣＰＵ１４に取り込むと、フレームを跨いだ画像やフレームが遅延した画像の画像データが取得されてしまい、画像データ取得装置１３で正確な画像処理を行うことができなくなるという問題がある。
【００４５】
この問題を解決するために、本実施形態では、位相補償回路１６は、Ｓｙｎｃ信号５の位相と外部出力画像データの位相の位相差を補償する。具体的には、位相補償回路１６は、Ｓｙｎｃ信号５を所定時間（補正回路１９の補正処理時間＋バッファ２０の更新時間）だけ遅延させて画像取り込みタイミング信号２３を生成し、ＣＰＵ１４は、画像取り込みタイミング信号２３に基づいて、ＴＨｚカメラ４から外部出力画像データを取り込む。
【００４６】
次に、画像データ取得装置１３内のＣＰＵ１４がバッファ１５に、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の画像データ、ＯＦＦ期間中の画像データ、およびこれらの差画像の画像データを格納する方法の例について、図４Ａ〜図４Ｅを参照して説明する。
【００４７】
図４Ａに示す第１の方法では、３種類のバッファＸ，Ｙ，Ｚを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、それらの差画像の画像データを、バッファＺを構成する８個のバッファメモリＺ1〜Ｚ8に格納する。
【００４８】
図４Ｂに示す第２の方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、それらの差画像の画像データを、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8に再び格納する。
【００４９】
図４Ｃに示す第３の方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、それらの差画像の画像データを、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8に再び格納する。
【００５０】
図４Ｄに示す第４の方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。ただし、一方のバッファＸのバッファメモリの数は、上記の第２および第３の方法と同様に８個であるが、他方のバッファＹのバッファメモリの数は、上記の第２および第３の方法とは異なり、２個である。つまり、まず、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸｉ（ｉ＝１，２，…，８）にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納する。次に、バッファＹを構成する１番目のバッファメモリＹ1にＯＦＦ期間中の１枚目の画像データを格納し、ＯＮ期間中の１枚目の画像データとの差を演算し、その差画像の画像データを、バッファＸを構成する１番目のバッファメモリＸ1に格納する。この演算と格納を行っている間にバッファＹを構成する２番目のバッファメモリＹ2にＯＦＦ期間中の２枚目の画像データを格納し、ＯＮ期間中の２枚目の画像データとの差を演算し、その差画像の画像データを、バッファＸを構成する２番目のバッファメモリＸ2に格納する。この演算と格納の手順を、バッファＹを構成する２個のバッファメモリＹ1,Ｙ2を交互に利用して実施する。これにより、Ｘ2n+1−Ｙ1（ｎ＝０，１，２，３）の演算結果はＸ2n+1に格納され、Ｘ2n−Ｙ2（ｎ＝１，２，３，４）の演算結果はＸ2nに格納される。
【００５１】
図４Ｅに示す第５の方法では、ＴＨｚ光源１のＯＮ期間とＯＦＦ期間の各々８枚の画像データをバッファ１に格納し、それらの差画像の画像データをバッファ２に格納する。
【００５２】
ＣＰＵ１４は、上記のようにして得られた差画像の画像データを積分し、差画像の積分画像データを表示する。
【００５３】
なお、ＣＰＵ１４は、上述のように、差画像の画像データを得た後に積分を行う方法以外に、差画像の画像データを得る前に積分を行う方法も実施可能である。
【００５４】
すなわち、ＣＰＵ１４は、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の複数の画像データを積分し、ＯＦＦ期間中の複数の画像データを積分し、ＯＮ期間中の複数の画像データの積分画像データとＯＦＦ期間中の複数の画像データの積分画像データとの差を取り、その差画像の積分画像データを表示することも可能である。
【００５５】
この場合に、画像データ取得装置１３内のバッファ１５に、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の画像データおよびＯＦＦ期間中の画像データを格納する例について、図４Ｆを参照して説明する。
【００５６】
ただし、ＣＰＵ１４は、差画像の画像データを得た後に積分を行う方法と、差画像の画像データを得る前に積分を行う方法と、を同時に行うことはできない。そのため、ＣＰＵ１４には予めいずれかの方法を設定しておくことになる。
【００５７】
図４Ｆに示す方法では、２種類のバッファＸ，Ｙを用意する。そして、バッファＸを構成する８個のバッファメモリＸ1〜Ｘ8にＴＨｚ光源１のＯＮ期間中に取得した８枚の画像データを格納し、バッファＹを構成する８個のバッファメモリＹ1〜Ｙ8にＯＦＦ期間中に取得した８枚の画像データを格納する。
【００５８】
次に、上記のようにして差画像の積分画像データを求めることにより、信号雑音比が関連技術に比べて２〜３倍向上した例について、図５、図６および図７を参照して説明する。以下では、差画像の画像データを得る前に積分を行うものとする。
【００５９】
図５に示すように、サンプル３として、Ａｌテープを貼った反射板２４の上に黒い布テープ２５を貼った物を用意する。そして、液体窒素で冷却したＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１からの周波数３．１ＴＨｚの輝線を反射板２４の一部の領域２６に照射し、その輝線が反射板２４で反射した反射画像を、画素数３２０ｘ２４０で画素ピッチ２３．５μｍであるＴＨｚアレイセンサ１７を搭載したＴＨｚカメラ４で撮像した。
【００６０】
図６は、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１からの輝線が反射板２４で反射した反射画像である（中央付近の細長い部分）。細長い形状をしているのは、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１の内部に用いられている軸外し放物面鏡（図示していない）に収差があるためである。布テープ２５は反射率が低いため、細長い形状の中央付近で低輝度の部分２７が認められる。低輝度の部分２７は布テープ２５の位置２８に対応する。
【００６１】
図６は、ロックイン周波数として３．７５Ｈｚを選択し、ＴＨｚ光源１のＯＮ期間中の２枚目〜８枚目までの７枚の画像データの積分画像とＯＦＦ期間中の２枚目〜８枚目までの７枚の画像データの積分画像との差を取った差画像である。ここで最初の１枚目の画像データを使わなかった理由は、ＴＨｚアレイセンサ１７の時定数が１６ｍｓｅｃであるため、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中とＯＦＦ期間中の最初のフレームの信号が十分に立ち上がっていない又は信号が十分落ち切っていないことを考慮したためである。また、バッファ１５への画像データの格納方法として、上記の図４Ｆの方法を用いた。また、信号雑音比を更に高めるため、２４×２４画素の画像データを積分した。なお、図６のＱＣＬの画像のうち右側の高輝度部２９の信号雑音比は約４００である。
【００６２】
一方、関連技術に比べて本発明が信号雑音比をどのくらい向上させたかを確かめるために、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１のＯＮ期間中の１枚の画像データとＯＦＦ期間中の１枚の画像データとの差を取った差画像を図７に示す。この差画像は、関連技術の撮像装置の機能を再現して取得した画像に対応する。サンプル３は図６の画像取得時と同じ物である。また、図７の画像も図６と同じ形状をしている。ロックイン周波数も３．７５Ｈｚである。図７のＱＣＬの画像のうち右側の高輝度部２９の信号雑音比は約１３５である。
【００６３】
このように、本発明（図６）においては、関連技術（図７）に比べて、信号雑音比を約２〜３倍向上できることが分かった。
【００６４】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００６５】
例えば、本実施形態では、ＴＨｚ光源１のＯＮ／ＯＦＦ期間中の全８枚の画像データのうち、連続する７枚の画像データを用いたが、ＴＨｚアレイセンサ１７の時定数が早ければ、全８枚の画像データを用いても構わないし、１枚目〜７枚目までの７枚の画像データを用いても構わない。すなわち、本発明は、ＴＨｚ光源１のＯＮ／ＯＦＦ期間中の全ての画像データのうち任意の連続した複数の画像データを選択して用いて構わない。
【００６６】
また、本実施形態では、サンプル３で反射した反射画像を取得したが、サンプル３を透過した透過画像を取得する構成でも構わない。
【００６７】
また、本実施形態では、ＴＨｚ周波数帯の電磁波を対象にしたが、本発明はこの周波数帯に限った技術ではなく、他の周波数帯の電磁波に対しても適用することができる。
【００６８】
上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える撮像装置。
（付記２）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第２のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第２のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第３のバッファに格納し、
前記第３のバッファに格納された差画像を積分する、付記１に記載の撮像装置。
（付記３）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択する、付記２に記載の撮像装置。
（付記４）
前記制御部は、
前記第３のバッファとして、前記第１のバッファまたは前記第２のバッファを使用する、付記２または３に記載の撮像装置。
（付記５）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像と前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第１のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第２のバッファに格納し、
前記第２のバッファに格納された差画像を積分する、付記１に記載の撮像装置。
（付記６）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する制御部を備える撮像装置。
（付記７）
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択して積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択して積分する、付記６に記載の撮像装置。
（付記８）
第１のパルス列を発生する第１のパルス回路と、
前記カメラの撮影タイミングを表す撮影タイミング信号を基にして該撮影タイミング信号の周波数よりも低い周波数の第２のパルス列を発生する第２のパルス回路と、
前記第１のパルス列と前記第２のパルス列との論理積を演算する論理積回路と、
前記論理積回路の論理積の演算結果である第３のパルス列にしたがって前記光源を駆動する駆動回路と、を備える、付記１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
（付記９）
前記第２のパルス回路は、
前記撮影タイミング信号の周波数よりも低い任意の周波数が設定可能であり、設定された周波数の前記第２のパルス列を発生する、付記８に記載の撮像装置。
（付記１０）
前記撮影タイミング信号を所定時間だけ遅延させた画像取り込み信号を生成する位相補償回路を備え、
前記制御部は、
前記画像取り込み信号にしたがって、前記カメラで撮像されたフレーム画像を取り込む、付記８または９に記載の撮像装置。
（付記１１）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する、撮像方法。
（付記１２）
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する、撮像方法。
【符号の説明】
【００６９】
１ ＴＨｚ光源
２ ＴＨｚ波
３ サンプル
４ ＴＨｚカメラ
５ Ｓｙｎｃ信号（撮影タイミング信号）
６ １／ｎ逓倍回路
７ パルス列
８ 高圧パルス電源
９ パルス列
１０ 論理積回路
１１ パルス列
１２ 駆動回路
１３ 画像データ取得装置
１４ ＣＰＵ
１５ バッファ
１６ 位相補償回路
１７ ＴＨｚアレイセンサ
１８ 読出回路
１９ 補正回路
２０ バッファ
２１ 外部ＩＦ（インターフェース）
２２ 外部ＩＦ出力タイミング信号
２３ 画像取り込みタイミング信号
２４ 反射板
２５ 黒い布テープ
２６ ＴＨｚ光源の照射領域
２７ ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）の画像の低輝度部
２８ 黒い布テープの位置
２９ ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）の画像の高輝度部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第２のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第２のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第３のバッファに格納し、
前記第３のバッファに格納された差画像を積分する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択する、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第３のバッファとして、前記第１のバッファまたは前記第２のバッファを使用する、請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像と前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第１のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第２のバッファに格納し、
前記第２のバッファに格納された差画像を積分する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する制御部を備える撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択して積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択して積分する、請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
第１のパルス列を発生する第１のパルス回路と、
前記カメラの撮影タイミングを表す撮影タイミング信号を基にして該撮影タイミング信号の周波数よりも低い周波数の第２のパルス列を発生する第２のパルス回路と、
前記第１のパルス列と前記第２のパルス列との論理積を演算する論理積回路と、
前記論理積回路の論理積の演算結果である第３のパルス列にしたがって前記光源を駆動する駆動回路と、を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、
その差画像を積分する、撮像方法。
【請求項１０】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、
その差画像を取得する、撮像方法。
【請求項１】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を積分する制御部を備える撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第２のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第２のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第３のバッファに格納し、
前記第３のバッファに格納された差画像を積分する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択する、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第３のバッファとして、前記第１のバッファまたは前記第２のバッファを使用する、請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像と前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を第１のバッファに格納し、
前記第１のバッファに格納された複数のフレーム画像から、前記第１のバッファに格納された同数のフレーム画像を差し引き、その差画像を第２のバッファに格納し、
前記第２のバッファに格納された差画像を積分する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、その差画像を取得する制御部を備える撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうち任意の連続した複数のフレーム画像を選択して積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された全フレーム画像のうちＯＮ期間中の複数のフレーム画像に対応する連続した同数のフレーム画像を選択して積分する、請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
第１のパルス列を発生する第１のパルス回路と、
前記カメラの撮影タイミングを表す撮影タイミング信号を基にして該撮影タイミング信号の周波数よりも低い周波数の第２のパルス列を発生する第２のパルス回路と、
前記第１のパルス列と前記第２のパルス列との論理積を演算する論理積回路と、
前記論理積回路の論理積の演算結果である第３のパルス列にしたがって前記光源を駆動する駆動回路と、を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像から、前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を差し引き、
その差画像を積分する、撮像方法。
【請求項１０】
光源と、自身と前記光源との間の光路中に置かれた測定対象を撮像するカメラと、を備える撮像装置による撮像方法であって、
前記光源のＯＮ期間中に前記カメラで撮像された複数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＦＦ期間中に前記カメラで撮像された同数のフレーム画像を積分し、
前記光源のＯＮ期間中の積分画像から前記光源のＯＦＦ期間中の積分画像を差し引き、
その差画像を取得する、撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２０５２１７（Ｐ２０１２−２０５２１７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７００５８（Ｐ２０１１−７００５８）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／ＩＣＴによる安全・安心を実現するためのテラヘルツ波技術の研究開発」の委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【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２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／ＩＣＴによる安全・安心を実現するためのテラヘルツ波技術の研究開発」の委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【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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