JP2010008273A - ミリ波撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のミリ波センサを用いて２次元画像を撮像するミリ波撮像装置において、ミリ波センサ毎の温度特性のばらつきによって撮像画像が不鮮明になるのを防止する。
【解決手段】ミリ波撮像装置１０においては、画像処理装置２０で実行される被写体検査処理にて、ミリ波センサアレー１４を構成するミリ波センサ３０からの出力に基づき、被写体２の撮像画像を表す画像データを生成する際には、温度センサ１８を用いてミリ波センサアレー１４の温度を検出し、その検出した温度と、記憶部２４に記憶されたミリ波センサ３０毎の温度特性データとに基づき、画像データの画素毎に補正係数を求め、その補正係数を、対応する画素値（各ミリ波センサ３０の検波電圧）に乗じることで、画像データを補正する。この結果、ミリ波センサ３０間の温度特性のばらつきに影響されることなく、常時鮮明な撮像画像を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体などの被写体から放射されるミリ波を受信することにより被写体を撮像するミリ波撮像装置に関する。

従来より、人体などの被写体から放射されるミリ波を受信することによって、被写体を撮像し、その撮像画像から、被写体に隠された金属・非金属類の武器や、密輸品を検知することが提案されている（例えば、特許文献１、２等参照）。

また、この提案で用いられるミリ波撮像装置は、通常、複数のミリ波センサを同一平面上に配置したミリ波センサアレーと、このミリ波センサアレーのミリ波入力面上に、人体などの被写体から放射されたミリ波を集束してミリ波画像を結像させるレンズとを備え、ミリ波センサアレーを構成する各ミリ波センサからの受信信号の信号レベルを、被写体像の画素値として取り込むことで、被写体像を撮像するようにされている。
特開２００６−２５８４９６号公報 特許第２７８８５１９号公報

ところで、上記のように複数のミリ波センサからなるミリ波センサアレーを利用して被写体のミリ波画像を生成するミリ波撮像装置では、ミリ波センサの温度特性のばらつきにより、鮮明な撮像画像が得られず、撮像画像から検査対象物を検出する際の精度が低下することがあった。

つまり、ミリ波センサには、ミリ波アンテナや、ミリ波アンテナからの受信信号を処理する信号処理回路（増幅回路、フィルタ回路、検波回路等）が設けられることから、これらミリ波アンテナや信号処理回路固有の温度特性によって、各ミリ波センサからの出力がばらつき、そのばらつきにより、最終的に得られる画像が不鮮明になって、検査対象物の検出精度が低下するのである。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、複数のミリ波センサを用いて被写体の２次元画像を撮像するミリ波撮像装置において、ミリ波センサ毎の温度特性のばらつきによって撮像画像が不鮮明になるのを防止することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載のミリ波撮像装置は、被写体から放射されたミリ波を受信して、その信号レベルを検出する複数のミリ波センサを、平面状に配置してなる撮像手段と、該撮像手段を構成する各ミリ波センサからの出力に基づき、前記被写体の画像データを生成する画像データ生成手段と、を備えたミリ波撮像装置において、
前記撮像手段の温度を検出する温度センサと、前記撮像手段を構成するミリ波センサ毎に、前記温度センサにて検出される温度と前記ミリ波センサからの出力との関係を表す温度特性データが記憶された記憶手段と、を備え、
前記画像データ生成手段は、前記温度センサにて検出された温度と前記記憶手段に記憶された温度特性データとに基づき、前記各ミリ波センサからの出力の基準温度特性からのずれを求め、該ずれに基づき前記各ミリ波センサからの出力を補正して、前記画像データを生成することを特徴とする。

請求項１に記載のミリ波撮像装置には、撮像手段の温度を検出する温度センサと、この温度センサにて検出される温度とミリ波センサからの出力との関係を表す温度特性データが記憶された記憶手段とが設けられており、画像データ生成手段は、温度センサにて検出された温度と記憶手段に記憶された温度特性データとに基づき、各ミリ波センサからの出力の基準温度特性からのずれを求め、該ずれに基づき前記各ミリ波センサからの出力を補正して、画像データを生成する。

このため、本発明のミリ波撮像装置によれば、被写体から放射されるミリ波を利用して被写体像を撮像できるだけでなく、その撮像に用いる複数のミリ波センサの温度特性にばらつきがあっても、ミリ波センサ毎にそのばらつきを補正して画像データを生成することができる。従って、本発明のミリ波撮像装置によれば、被写体を常時鮮明に撮像することができるようになり、その撮像画像から、被写体に隠された検査対象物を精度よく検出することが可能となる。

以下に本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明が適用されたミリ波撮像装置１０の構成を表すブロック図である。
本実施形態のミリ波撮像装置１０は、空港などで乗客が危険物（検査対象物４）を隠し持っていないかどうかをチェックするのに使用されるものであり、被写体２から放射されたミリ波を装置内に取り込み、ミリ波からなる被写体像を結像させるレンズアンテナ１２と、このレンズアンテナ１２による被写体像の結像位置に配置され、ミリ波を受信することにより被写体像を撮像するミリ波センサアレー１４と、ミリ波センサアレー１４からの出力をＡ／Ｄ変換器等からなる入力部１６を介して取り込み被写体２の画像データを生成する画像処理装置２０と、を備える。

ミリ波センサアレー１４は、図２に示すように構成されたミリ波センサ３０を、撮像画像一画素分の撮像素子として複数備え、その複数のミリ波センサ３０を平面状に配置することにより、縦×横、所定画素分の二次元画像を撮像できるように構成されている。

また、ミリ波センサアレー１４には、その温度を検出するための温度センサ１８も設けられており、画像処理装置２０には、この温度センサ１８からの検出信号も入力部１６を介して入力される。

一方、ミリ波センサ３０は、図２に示すように、ミリ波を受信するための受信アンテナ３２と、受信アンテナ３２からの受信信号を増幅するローノイズアンプ（ＬＮＡ）３４と、ＬＮＡ３４にて増幅された受信信号の中から、検査対象物４の検出に適した所定周波数帯（例えば７５ＧＨｚ帯）の受信信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３６と、ＢＰＦ３６を通過した受信信号を検波し、その信号レベルを検出する検波回路３８と、から構成されている。

このため、ミリ波センサアレー１４を構成する各ミリ波センサ３０からは、各々の受信点で受信したミリ波の信号レベルに応じた検波電圧が出力され、画像処理装置２０は、入力部１６を介して、これら各ミリ波センサ３０からの検波電圧を順次取り込むことで、画像データを生成する。

また、画像処理装置２０は、画像処理機能を有するコンピュータにて構成されており、マウスやキーボードからなる操作部２２、ハードディスク等からなる記憶部２４、表示装置２８に被写体２の撮像画像等を表示するための表示制御部２６、が接続されている。

そして、画像処理装置２０は、撮像した被写体２の画像を表示装置２８に表示するだけでなく、画像データを処理することで被写体２の中に検査対象物４が隠れているか否かを判定して、検査対象物４が隠れていれば、その位置や検査対象物４の種類を表示装置２８に表示する。

ところで、画像処理装置２０において、被写体２の撮像画像を表示装置２８に表示したり、その撮像画像から検査対象物４を検出する際、ミリ波センサアレー１４を構成する複数のミリ波センサ３０間で特性のばらつきがあると、画像データを構成する各画素値にもばらつきが生じ、表示装置２８に表示される撮像画像が不鮮明になるとか、検査対象物４の検出精度が低下する、という問題が生じる。

そこで、本実施形態では、ミリ波センサアレー１４を構成するミリ波センサ３０毎に、一定電力のミリ波を入力したときに出力される検波電圧の温度特性を測定することで、図３に例示する温度特性データを作成し、その作成した温度特性データを記憶部２４に格納するようにされている。

そして、画像処理装置２０において、被写体２を撮像する際には、記憶部２４に記憶されたミリ波センサ３０毎の温度特性データと、ミリ波センサアレー１４の温度とに基づき、各ミリ波センサ３０からの検波電圧に対する補正係数を求め、その補正係数を、各ミリ波センサ３０からの出力によって得られた画像データの画素値（換言すれば各ミリ波センサ３０の検波電圧）に乗じることで、画像データを補正する。

なお、本実施形態において、検波電圧のばらつきを補正するのに用いられる温度特性データは、ミリ波センサ３０へのミリ波の入力電力を一定にしたときの温度と検波電圧との関係を測定したものであるが、これは、ミリ波センサ３０の使用領域が、ミリ波の入力電力と検波電圧とが比例関係となる線形領域（図４参照）に設定されているためである。

つまり、被写体２を撮像する際のミリ波センサ３０の使用領域を、図４に示す線形領域から外れた領域に設定すると、撮像時の感度が鈍くなり、検査対象物４の検出精度が低下することから、ミリ波センサ３０の使用領域は、通常、検波電圧がＶ１からＶ２へと変化する線形領域（図４参照）に設定される。

そこで、本実施形態では、ミリ波センサ３０へのミリ波の入力電力をその使用領域内の一定電力にしたときの検波電圧の温度特性データを予め設定しておき、その温度特性データを使って、ミリ波センサ３０の使用温度条件下で生じる電波電圧のずれ（具体的には検波電圧の基準電圧に対する比率）を求め、そのずれがなくなるように（換言すれば比率が１になるように）、ミリ波センサ３０から得られた検波電圧を補正するである。

以下、このように画像データを生成して、検査対象物４を検出するために、画像処理装置２０において実行される被写体検査処理を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。

図５に示すように、被写体検査処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、入力部１６を介して、ミリ波センサアレー１４を構成する各ミリ波センサ３０から順次検波電圧を取り込み、その取り込んだ各検波電圧を撮像画像の各画素の画素値とする、補正前の画像データを生成する。

次に、Ｓ１２０では、入力部１６を介して、温度センサ１８からミリ波センサアレー１４の温度（センサ温度）を読み込む。そして、続くＳ１３０では、その読み込んだセンサ温度と、記憶部２４に予め記憶されているミリ波センサ３０毎の温度特性データとに基づき、各ミリ波センサ３０からの検波電圧（換言すれば補正前の画像データの各画素値）を補正するための検波電圧補正値を算出する。

なお、この検波電圧補正値は、上述したように、温度特性データを用いて現在のセンサ温度に対応した検波電圧Ｖｓを求め、その検波電圧Ｖｓと、基準温度特性データを用いて得られる基準検波電圧Ｖｏとの比率（Ｖｓ／Ｖｏ）を算出し、この比率を検波電圧補正値とする、といった手順で、ミリ波センサ３０毎に算出される。

そして、Ｓ１３０にて、ミリ波センサアレー１４を構成する全てのミリ波センサ３０に対する検波電圧補正値が算出されると、Ｓ１４０に移行し、Ｓ１１０にて生成した画像データの各画素を構成する画素値（つまり各ミリ波センサ３０から取り込んだ検波電圧）に、対応するミリ波センサ３０の検波電圧補正値を乗じることで、画像データを補正する。

次に、Ｓ１４０にて、画像データが補正されると、Ｓ１５０に移行し、その補正後の画像データに基づき、表示制御部２６を介して、被写体２の撮像画像を表示装置２８に表示する。

また次に、続くＳ１６０では、予め記憶部２４に記憶されている検査対象物４の形状データに基づき、撮像画像データを検索することにより、撮像画像中に検査対象物４と略同形状の画像が存在するか否かを判断する。

そして、続くＳ１７０では、Ｓ１６０の判定処理にて、撮像画像中に検査対象物４の画像が存在することが認識されたか否かを判断し、検査対象物４の画像が認識されていなければ、当該処理を一旦終了して、再度Ｓ１１０に移行し、逆に、検査対象物４の画像が認識されていれば、その認識した検査対象物４を模式的に表すシンボルマークを、表示装置２８に表示している撮像画像上に重ねて表示し、再度Ｓ１１０に移行する。

以上説明したように、本実施形態のミリ波撮像装置１０においては、画像処理装置２０で実行される被写体検査処理にて、ミリ波センサアレー１４を構成するミリ波センサ３０からの出力に基づき、被写体２の撮像画像を表す画像データを生成する際には、記憶部２４に記憶されたミリ波センサ３０毎の温度特性データと、ミリ波センサアレー１４の温度とに基づき、画像データの画素毎に補正係数を求め、その補正係数を対応する画素値（換言すれば各ミリ波センサ３０の検波電圧）に乗じることで、画像データを補正するようにされている。

従って、本実施形態のミリ波撮像装置１０によれば、被写体２から放射されるミリ波を利用して被写体２を撮像できるだけでなく、撮像に用いる複数のミリ波センサ３０間に温度特性のばらつきがあっても、そのばらつきの影響を受けることなく、常時鮮明な撮像画像を得ることができるようになる。よって、本実施形態のミリ波撮像装置１０を用いて、被写体２の画像を撮像すれば、その撮像画像から、被写体２に隠された検査対象物を精度よく検出することが可能となる。

また特に、本実施形態のミリ波撮像装置１０では、画像処理装置２０が、被写体２の撮像画像を表す画像データと、予め記憶部２４に記憶されている検査対象物４の形状データとを比較することで、被写体２に隠れた検査対象物４を検出し、その検出結果（検査対象物のシンボルマーク）を、被写体画像と共に表示装置２８に表示することから、検査者は、表示装置２８の表示画像を見ながら、被写体２に隠された検査対象物を容易に特定できることになり、その特定した検査対象物の種類に応じて、最適なセキュリティ対策を講ずることが可能となる。

なお、本実施形態においては、ミリ波センサアレー１４が、本発明の撮像手段に相当し、画像処理装置２０が、本発明の画像データ生成手段に相当し、記憶部２４が、本発明の記憶手段に相当する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、ミリ波撮像装置１０は、空港などで乗客が危険物を隠し持っていないかどうかをチェックするためのものであり、被写体２は乗客であるとして説明したが、本発明のミリ波撮像装置は、人体以外の被写体、例えば、荷物や梱包物等を撮像して、その撮像画像から、荷物や梱包物に隠された検査対象物の有無を判定するのにも使用することができる。

実施形態のミリ波撮像装置全体の構成を表すブロック図である。 ミリ波センサの構成を表す説明図である。 記憶部に記憶された温度特性データを説明する説明図である。 ミリ波センサの入出力特性と撮像用の線形領域を説明する説明図である。 画像処理装置にて実行される被写体検査処理を表すフローチャートである。

符号の説明

２…被写体、４…検査対象物、１０…ミリ波撮像装置、１２…レンズアンテナ、１４…ミリ波センサアレー、１６…入力部、１８…温度センサ、２０…画像処理装置、２２…操作部、２４…記憶部、２６…表示制御部、２８…表示装置、３０…ミリ波センサ、３２…受信アンテナ、３４…ＬＮＡ（ローノイズアンプ）、３６…ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、３８…検波回路。

Claims (1)

1. 被写体から放射されたミリ波を受信して、その信号レベルを検出する複数のミリ波センサを、平面状に配置してなる撮像手段と、
   該撮像手段を構成する各ミリ波センサからの出力に基づき、前記被写体の画像データを生成する画像データ生成手段と、
   を備えたミリ波撮像装置において、
   前記撮像手段の温度を検出する温度センサと、
   前記撮像手段を構成するミリ波センサ毎に、前記温度センサにて検出される温度と前記ミリ波センサからの出力との関係を表す温度特性データが記憶された記憶手段と、
   を備え、前記画像データ生成手段は、前記温度センサにて検出された温度と前記記憶手段に記憶された温度特性データとに基づき、前記各ミリ波センサからの出力の基準温度特性からのずれを求め、該ずれに基づき前記各ミリ波センサからの出力を補正して、前記画像データを生成することを特徴とするミリ波撮像装置。

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