JP2009130709A - 近赤外線カメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】光源から近赤外線を投射し、その反射光をカメラで受光するカメラシステムを、対向する相手も同様に備えている場合であっても、その影響による弊害を防止する。
【解決手段】近赤外線を出射する近赤外線光源２０と、出射した近赤外線Ｌ０の偏光方向を特定の方向に制限する第１の偏光フィルタ３０と、２次元画像を撮像する近赤外線イメージセンサ７０と、第１の偏光フィルタ３０により偏光方向が特定の方向に制限された後の近赤外線Ｌ１が障害物３００で反射し、その反射による像を担持した近赤外線Ｌ２の偏光方向を第１の偏光フィルタ３０による偏光方向の近赤外線Ｌ３に制限する第２の偏光フィルタ８０と、近赤外線Ｌ３の反射像を可視画像として表示する表示装置１１０とを備え、近赤外線光源２０から見た第１の偏光フィルタ３０の偏光方向とイメージセンサ７０から見た第２の偏光フィルタ８０の偏光方向とが揃えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、近赤外線カメラシステムに関し、詳細には、カメラに入射する近赤外線の状態の改良に関する。

交通の安全確保は重要な社会の要請であり、運転者への安全意識向上とともに車両装置による安全確保の技術開発が日々行われている。

その一つとして、赤外線カメラシステムがある。これには、物が放射する熱線を検知することで、対象物を映像化する遠赤外線カメラシステムや、検知対象空間に近赤外線を照射して、その反射光を映像化する近赤外線カメラシステムとの２種類がある。

ここで、近赤外線カメラシステムでは、近赤外線を光源から照射することとなるが、近赤外線は人の可視領域よりも長波長であるため、近赤外線を照射された人にその照射を気づかせることはない。

そして、その人等からの反射光を、近赤外線領域まで受光感度を有するＣＣＤやＣＭＯＳ等のカメラで受光することで、照射された人に影響を与えることなく、反射光の映像を得ることができる。

また、太陽光に含まれる近赤外線のスペクトル成分の割合は、可視光スペクトルに比べて小さく、しかも、可視光よりも長波長側であるため散乱しにくい性質を有しているため、近赤外線の反射光による映像は、昼夜や天候に依存することなく安定したものとなる。

近赤外線カメラシステムは、このような特性を有するため、例えば車両に搭載することで、歩行者や対向車ドライバに眩しさを感じさせることなく、通常の前照灯を下向きに切り替えた際でも、近赤外線光源については上向きのままで遠方への近赤外線照射が可能であり、夜間等であっても、カメラ映像によって遠方までの障害物（歩行者を含む）を迅速に発見することが可能となる（特許文献１）。
特開２００４−１５３４２５号公報

しかしながら、対向車にも自車と同様な近赤外線カメラシステムが装備されており、自車のカメラ撮影領域内に、対向車の近赤外線光源が発する近赤外線が入射した場合、可視光用のカメラの撮影領域内に対向車のヘッドライトが入射した場合と同様に、画像飽和（ハレーションやスミアなど）が発生し、適正な近赤外線映像を得ることができない、という問題がある。

このような問題は、車載の近赤外線カメラシステムに特有の問題ではなく、例えば、近赤外線カメラシステムを監視用に用いた、例えば自走する警備ロボットなどに搭載したシステム（複数の警備ロボット同士が対向した場合など）においても同様に発生しうる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、光源から近赤外線を投射し、その反射光をカメラで受光するというカメラシステムを、対向する相手も同様に備えている場合であっても、その影響による弊害を低減することができる近赤外線カメラシステムを提供することを目的とする。

本発明に係る近赤外線カメラシステムは、対象物に照射する近赤外線の偏光面の方向を制限するとともに、対象物からの反射光の偏光面の方向を照射した近赤外線の偏光面の方向に制限することで、自己側のシステムからの照射光（近赤外線）は、対向する相手側のシステムのカメラ映像に影響を与えず、相手側のシステムからの照射光は、対向する自己側のシステムのカメラ映像に影響を与えないようにしたものである。

すなわち、本発明に係る近赤外線カメラシステムは、近赤外線を出射する近赤外線光源と、前記近赤外線光源から前記近赤外線が出射する方向に配置され、前記近赤外線の偏光方向を鉛直方向と水平方向とを除いた特定の方向に制限する偏光子と、入射した近赤外線の反射像を撮像するカメラと、前記カメラに前記近赤外線の反射像が入射する方向に配置され、前記カメラに入射する前記近赤外線の偏光方向を前記偏光子による偏光方向に制限する検光子と、を備え、前記偏光子の偏光方向と前記検光子の偏光方向とが揃えられていることを特徴とする。

ここで、「偏光子の偏光方向と検光子の偏光方向とが揃えられている」とは、偏光子を通過する近赤外線の偏波面（偏光方向）と、検光子を通過する近赤外線の偏波面とが一致していることを意味する。

このように構成された本発明に係る近赤外線カメラシステムによれば、近赤外線光源から出射された近赤外線は、あらゆる方向に偏波面（偏光方向）を有するものとなるが、近赤外線光源から近赤外線が出射する方向に配置された偏光子（偏光フィルタなど）を通過することによって、近赤外線は、鉛直方向と水平方向とを除いた特定の方向にのみ偏波面を有するものとなり、この特定の方向にのみ偏波面を有する近赤外線が、照射対象領域に照射され、その照射対象領域に存在する物体で反射した近赤外線（反射近赤外線）の偏波面も、偏光子の偏光方向に一致したものとなり、反射近赤外線のうちカメラに向かう反射近赤外線は、偏光方向が偏光子のものと揃えられた検光子を通過し、カメラに入射する。

一方、本発明に係る近赤外線カメラシステムがもう一つ対向して配置された状態の場合、例えば自車両と、これに対向する他車両とに、それぞれ本発明の近赤外線カメラシステムが搭載されている場合、他車両に搭載された近赤外線カメラシステムにおける近赤外線光源から出射した近赤外線はあらゆる方向に偏波面を有するものとなっているが、偏光子を通過した後の近赤外線は、自車両に搭載された近赤外線カメラシステムと同様に、鉛直方向と水平方向とを除いた特定の方向にのみ偏波面を有するものとなる。

しかし、この他車両は自車両に対向した状態にあるため、他車両に搭載された近赤外線カメラシステムにおける偏光子の偏光方向と、自車両に搭載された近赤外線カメラシステムにおける検光子の偏光方向とは、自車両側から見ると鉛直軸または水平軸に対して対称（軸対称）となり、両偏光方向は揃っていない状態、すなわち偏波面が一致しない配置となる。

この結果、対向する他車両に搭載された近赤外線カメラシステムの光源から出射され、偏光子を通過して自車両を照射する近赤外線は、自車両に搭載された近赤外線カメラシステムの検光子によって通過を遮られ、自車両のカメラに到達することがない。

したがって、対向する相手も同じ近赤外線カメラシステムを備えている場合であっても、その相手側の近赤外線カメラシステムが投射する近赤外線によって、自己側の近赤外線カメラシステムのカメラが飽和することがなく、このカメラで得られた画像の表示の際にハレーションやスミアを生じることがなく、対向する相手側の近赤外線カメラシステムの影響による弊害を防止乃至低減することができる。

なお、偏光子および偏光子の偏光方向が鉛直方向に揃っているものや水平方向に揃っているものでは、自己側の検光子と相手側の偏光子とが対向した状態となって両者の偏光方向が軸対称の配置となっても、偏光方向は当然に揃うことになり、上述した効果を得ることができないため、偏光子の偏光方向と検光子の偏光方向とは、鉛直方向以外かつ水平方向以外であることが必須条件となる。

本発明に係る近赤外線カメラシステムによれば、対向する相手も同じ近赤外線カメラシステムを備えている場合であっても、その対向する相手側の近赤外線カメラシステムの影響による弊害を防止または低減することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る近赤外線カメラシステムの実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る近赤外線カメラシステム１００の構成を示すブロック図、図２は、図１に示した近赤外線カメラシステム１００を車両２００に搭載した車載の近赤外線カメラシステムを示す模式図、図３は、図２に示した近赤外線カメラシステム１００における赤外灯装置（（ａ）図）およびカメラ装置（（ｂ）図）の具体的な詳細構成を示す模式的な断面を示す図である。

図１に示す赤外線カメラシステム１００は、近赤外線を出射する近赤外線光源２０と、近赤外線光源２０から近赤外線Ｌ０が出射する方向に配置され、近赤外線Ｌ０の偏光方向を鉛直方向と水平方向とを除いた特定の方向に制限する第１の偏光フィルタ３０（偏光子）と、近赤外線の波長領域まで受光感度を有し、近赤外線による２次元画像を撮像する近赤外線イメージセンサ７０（カメラ）と、第１の偏光フィルタ３０によって偏光方向が特定の方向に制限された後の近赤外線Ｌ１が、検知対象空間に存在する物（障害物）３００で反射し、その障害物３００の反射像を担持した近赤外線Ｌ２のうち、偏光方向を第１の偏光フィルタ３０による偏光方向の近赤外線Ｌ３に制限する第２の偏光フィルタ８０（検光子）と、イメージセンサ７０によって得られた近赤外線Ｌ３を可視画像として表示する表示装置１１０とを備え、近赤外線光源２０から見た第１の偏光フィルタ３０の偏光方向とイメージセンサ７０から見た第２の偏光フィルタ８０の偏光方向とが揃えられている構成である。

ここで、第２の偏光フィルタ８０は、イメージセンサ７０に近赤外線Ｌ３が入射する方向（向き）に配置されている。

また、近赤外線光源２０および第１の偏光フィルタ３０は、赤外灯装置１０としてモジュール化されており、またイメージセンサ７０および第２の偏光フィルタ８０は、カメラ装置６０としてモジュール化されている。

表示装置１１０は、イメージセンサ７０によって得られた近赤外線Ｌ３の像に対して種々の信号処理を施す画像処理装置１２０と、この画像処理装置１２０によって得られた信号処理済みの像を可視画像として表示するディスプレイ１３０とを有する構成である。

本実施形態におけるイメージセンサ７０は、光電変換素子が２次元配列されたＣＣＤやＣＭＯＳであるが、これらＣＣＤやＣＭＯＳに限定されるものではなく、近赤外線波長領域の像を撮像可能なものであれば、イメージインテンシファイアなどであってもよい。また１次元のラインセンサを副走査することで２次元のイメージを再構成するものを排除するものでもない。

図２に示した車載の近赤外線カメラシステム１００においては、偏光方向が制限された近赤外線Ｌ１を車両２００の前方に投射するように、近赤外線カメラシステム１００の赤外灯装置１０は車両２００の前部位置に２つ設置され、車両２００の前方から近赤外線Ｌ２が入射するように、カメラ装置６０も車両２００の前部位置（例えば、フロントバンパの上方など）に設置され、運転者から良好に視認できるように、表示装置１０は車室内に設置されている。

ここで、２つの赤外灯装置１０は、車両２００の左右２つの前照灯２１０にそれぞれ一体的に組み込まれていて、車両２００の前方に向けて近赤外線を投射する。なお、赤外灯装置２０は、前照灯２１０の点消灯とは独立して近赤外線の点灯・消灯を切替えができるように、この点灯・消灯を切り替えるスイッチ（図示省略）が備えられている。

ただし、前照灯２１０の点灯に連動して赤外灯装置１０を自動的に点灯させるように、電気回路を構成してもよい。すなわち、前照灯２１０を点灯する状況というのは、太陽光等の環境光だけでは肉眼での良好な視界を得ることができないと運転者が判断した場合であり、したがって、前照灯２１０の点灯によって可視光領域での肉眼による視界を改善しつつも前照灯２１０の点灯だけでは視界を良好にカバーし切れないが、赤外灯装置１０を自動的に点灯させることで、可視光領域での肉眼での視界に加えて、可視光よりも非散乱性に優れた近赤外線での映像を得る（表示装置１１０に表示する）ことができ、前照灯２１０の点灯直後から良好な視界に改善することができる。

また、カメラ装置６０の設置位置として、上述したフロントバンパの上方など車室外の部分が選択されているのは、近赤外線の障害物３００とカメラ装置６０との間に介在物が存在するのを回避して、照射対象物体３００からの反射近赤外線をカメラ装置６０に良好に入射させる目的のためであり、例えば車両２００のウィンドシールド（フロントガラス）が、近赤外線に対して極めて良好な透過性を有するものであるときは、このウィンドシールドを通過することによる近赤外線の減衰を極めて低く抑えることができるため、障害物３００との間にウィンドシールドを介在させることとなる車室内に、カメラ装置６０を設置してもよい。

この場合、ルームミラーの背面側の部分に設置すれば、運転者の視界を狭めることがなく、しかも、鉛直方向の、より高い位置からの映像となるため、見通しのよい映像を得ることができる。

もちろん、カメラ装置６０を車室内に設置する場合であっても、上述したルームミラーの背面側の部分に限定されるものではなく、ダッシュボードの上面など適切な位置に設置することができる。

この具体的な構成における赤外灯装置１０は、図３（ａ）に示すように、近赤外線光源（ランプ）２０と、光源２０の固定および動作を制御する電気回路を有する回路基板２１と、第１の偏光フィルタ３０と、光源２０および第１の偏光フィルタ３０を埃や傷などから保護するために第１の偏光フィルタ３０の前方（第１の偏光フィルタ３０から見て光源２０とは反対の向き）に設置された、近赤外線領域の波長の電磁波を透過させる（近赤外線に対して透明な）保護板４１と、これら光源２０、第１の偏光フィルタ３０、回路基板２１および保護板４１を固定・保護する筐体（外枠）４０と、を有している。

また、この具体的な構成におけるカメラ装置６０は、図３（ｂ）に示すように、イメージセンサ７０と、イメージセンサ７０の固定および動作を制御する電気回路を有する回路基板７１と、イメージセンサ７０と第２の偏光フィルタ８０との間に設置されて第２の偏光フィルタ８０を通過した電磁波のうち可視光の波長帯域の電磁波の通過を阻止するバンドパスフィルタ（またはローパスフィルタ）７２と、第２の偏光フィルタ８０の前方（第２の偏光フィルタ８０から見てイメージセンサ７０とは反対の向き）に設置されて、入射した近赤外線を２次元の像としてイメージセンサ７０上に結像させる結像光学系７３と、これらイメージセンサ７０、バンドパスフィルタ７２、第２の偏光フィルタ８０および結像光学系７３を埃や傷などから保護するために結像光学系７３の前方（第２の偏光フィルタ８０から見てイメージセンサ７０とは反対の向き）に設置された、近赤外線領域の波長の電磁波を透過させる（近赤外線に対して透明な）保護板９１と、これらイメージセンサ７０、第２の偏光フィルタ８０、回路基板７１、バンドパスフィルタ７２，結像光学系７３および保護板９１を固定・保護する筐体（外枠）９０と、を有している。

なお、結像光学系７３，第２の偏光フィルタ８０およびバンドパスフィルタ７２の配置順序については、上述した順序に限定されるものではない。

ここで、本実施形態の車載近赤外線カメラシステム１００が、イメージセンサ７０に可視光領域の波長の電磁波が入射するのをバンドパスフィルタ７２によって阻止する理由は、以下の理由による。

すなわち、可視光は近赤外線よりも波長が短いため、近赤外線よりも散乱しやすく、したがって近赤外線による映像よりも鮮鋭度が低下する。そこで、イメージセンサ７０には、近赤外線だけを入射させ、可視光を入射させないようにすることで、イメージセンサ７０によって得られる像の鮮鋭度を向上させることができる。

また、第１の偏光フィルタ３０は、図４に示すように、近赤外線光源２０から出射した近赤外線Ｌ０の偏光方向を、近赤外線光源２０から見たとき水平方向に対して時計回り方向（右下がり）４５度の角度の方向に制限するように形成されており、一方、第２の偏光フィルタ８０も、図４に示すように、イメージセンサ７０から見たとき水平方向に対して時計回り方向（右下がり）４５度の角度の方向に制限するように形成されている。

以上のように構成された本実施形態に係る近赤外線カメラシステム１００によれば、赤外灯装置１０の近赤外線光源２０から出射された近赤外線Ｌ０は、図４に示すように、あらゆる方向に偏波面（偏光方向）を有するものとなっているが、第１の偏光フィルタ３０を通過することによって、近赤外線Ｌ０は、水平方向に対して右下がり４５度の角度方向にのみ偏波面を有する近赤外線Ｌ１となり、この特定の方向にのみ偏波面を有する近赤外線Ｌ１が、車両２００前方の検知対象空間に照射され、その検知対象空間に存在する障害物３００で反射し、車両２００に向かって戻る近赤外線（反射近赤外線）Ｌ２の偏波面も、第１の偏光フィルタ３０の偏光方向に一致したものとなる。

そして、車両２００のカメラ装置６０に向かった反射近赤外線Ｌ２は、その偏光方向が第１の偏光フィルタ３０のものに揃えられた第２の偏光フィルタ８０を通過することができ、カメラ装置６０の結像光学系７３、第２の偏光フィルタ８０およびバンドパスフィルタ７２を通過した近赤外線Ｌ３として、このカメラ装置６０のイメージセンサ７０に入射し、イメージセンサ７０上に近赤外線Ｌ３が担持する障害物３００を表す反射像（障害物３００の近赤外線像）を結像させる。

イメージセンサ７０に結像された障害物３００の近赤外線像は、車室内に設置された表示装置１１０の画像処理装置１２０によって適切な信号処理が施された後、可視画像（映像）として、ディスプレイ１３０に表示され、運転者に対する車両２００前方の映像として提供される。

これにより、車両２００の前方に存在する人等やその他の障害物３００等を、それら近赤外線を照射された人等に影響を与えることなく、反射近赤外線Ｌ３の映像を得ることができる。

一方、自車両２００に搭載されている近赤外線カメラシステム１００と同一の近赤外線カメラシステム１００′が、自車両２００に対向する他車両にも搭載されている場合、図５に示すように、他車両に搭載された近赤外線カメラシステム１００′における赤外灯装置１０′の近赤外線光源から出射した近赤外線Ｌ０′はあらゆる方向に偏波面を有するものとなっているが、赤外灯装置１０′の第１の偏光フィルタ２０′を通過した後の近赤外線Ｌ１′は、自車両２００に搭載された近赤外線カメラシステム１００と同様に、鉛直方向と水平方向とを除いた特定の方向にのみ偏波面を有するものとなる。

しかし、この他車両は自車両２００に対向した状態にあるため、他車両に搭載された近赤外線カメラシステム１００′における第１の偏光フィルタの偏光方向（自車両２００から見たとき、水平方向に対して反時計回り（右上がり）４５度の角度方向）と、自車両２００に搭載された近赤外線カメラシステム１００におけるカメラ装置６０の第２の偏光フィルタ８０の偏光方向（水平方向に対して時計回り（右下がり）４５度の角度方向）とは、鉛直軸または水平軸に対して対称となり、両偏光方向は揃っていない状態、すなわち偏波面が一致しない配置となる。

この結果、対向する他車両に搭載された近赤外線カメラシステム１００′の赤外灯装置１０′から出射され、自車両２００を照射する近赤外線Ｌ１′は、自車両２００に搭載された近赤外線カメラシステム１００のカメラ装置６０の第２の偏光フィルタ８０によって通過を遮られ、自車両２００のイメージセンサ７０に到達しない。

したがって、対向する相手（他車両）も同じ近赤外線カメラシステム１００′を備えている場合であっても、その相手側の近赤外線カメラシステム１００′が投射する近赤外線Ｌ１′によって、自己側の近赤外線カメラシステム１００のイメージセンサが飽和することがなく、したがって自車両２００のディスプレイ１３０がハレーションやスミアを生じることがなく、対向する相手側の近赤外線カメラシステム１００′の影響による弊害を防止することができる。

なお、上述した実施形態における第１の偏光フィルタ３０の偏光方向および第２の偏光フィルタ８０の偏光方向は、上述した右下がり４５度のものに限定されるものではなく、鉛直方向以外および水平方向以外の範囲の角度範囲であれば、任意の角度を適用することができる。

ただし、光源２０から投射される近赤外線Ｌ０の強度や、イメージセンサ７０の受感性能によっては、対向車が搭載する同一の近赤外線カメラシステム１００′から投射された近赤外線Ｌ１′の一部が、自車両２００が搭載する近赤外線カメラシステム１００のイメージセンサ７０によって、予期せずに受感される虞もあるため、そのような不測の事態を回避する観点から、例えば水平方向に対して時計回り方向（右下がり）または反時計回り（左下がり）の４０度から５０度の角度範囲に設定されていることが好ましい。

上述した実施形態の近赤外線カメラシステム１００，１００′は、車両２００に搭載されたものとして説明したが、本発明に係る近赤外線カメラシステムは、この車載型のものに限定されるものではなく、例えば自走式の警備ロボットに搭載する近赤外線カメラシステムに適用することもできる。

さらに、自走式ではない固定式の警備システム等の監視システムにも適用することができる。固定式のものでは、そもそも赤外灯装置１０の向きやカメラ装置６０の向きを予め調整することで、カメラ装置６０に、他の赤外灯装置から出射された近赤外線が入射しないように設定することはできるが、この場合、近赤外線の照射範囲およびイメージセンサの撮像対象範囲が重なり合わないように調整する必要があり、監視範囲に漏れが生じる虞もある。

しかし、本発明に係る近赤外線カメラシステムによれば、近赤外線の照射範囲およびイメージセンサの撮像対象範囲を重複して設定しても、カメラ装置６０のイメージセンサ７０には、他の赤外灯装置から出射された近赤外線が入射しないため、監視範囲の漏れをなくすことができる。

本発明の実施形態に係る近赤外線カメラシステムの構成を示すブロック図である。 図１に示した近赤外線カメラシステムを車両に搭載した車載の近赤外線カメラシステムを示す模式図である。 図２に示した近赤外線カメラシステムにおける赤外灯装置（（ａ）図）およびカメラ装置（（ｂ）図）の具体的な詳細構成を示す模式的な断面を示す図である。 自車両に搭載された近赤外線カメラシステムによって障害物を検出する作用を説明する図である。 対向車に搭載された近赤外線カメラシステムによって自車両に搭載された近赤外線カメラシステムが影響を受けない作用を説明する図である。

符号の説明

１０ 赤外灯装置
２０ 近赤外線光源
３０ 第１の偏光フィルタ（偏光子）
６０ カメラ装置
７０ イメージセンサ（カメラ）
８０ 第２の偏光フィルタ（検光子）
１００ 近赤外線カメラシステム
１１０ 表示装置
３００ 障害物（照射対象物）

Claims (6)

1. 近赤外線を出射する近赤外線光源と、前記近赤外線光源から前記近赤外線が出射する方向に配置され、前記近赤外線の偏光方向を鉛直方向と水平方向とを除いた特定の方向に制限する偏光子と、入射した近赤外線の反射像を撮像するカメラと、前記カメラに前記近赤外線の反射像が入射する方向に配置され、前記カメラに入射する前記近赤外線の偏光方向を前記偏光子による偏光方向に制限する検光子と、を備え、前記偏光子の偏光方向と前記検光子の偏光方向とが揃えられていることを特徴とする近赤外線カメラシステム。
2. 前記偏光子および前記検光子は、その制限する偏光方向が前記水平方向に対して４０度から５０度までの角度のうちいずれかの角度だけ傾斜している方向であることを特徴とする請求項１に記載の近赤外線カメラシステム。
3. 前記偏光子および前記検光子は、その制限する偏光方向が前記水平方向に対して４５度傾斜している方向であることを特徴とする請求項１に記載の近赤外線カメラシステム。
4. 前記カメラによって得られた前記反射像を表示する表示装置を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の近赤外線カメラシステム。
5. 前記近赤外線光源および前記偏光子は、前記偏光方向が制限された近赤外線を車両の前方に投射するように前記車両の前部位置に設置され、前記カメラおよび前記検光子は、前記車両の前方から前記近赤外線の反射像が入射するように前記車両に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の近赤外線カメラシステム。
6. 前記近赤外線光源および前記偏光子は、前記車両の前照灯に一体的に組み込まれていることを特徴とする請求項５に記載の近赤外線カメラシステム。

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