JP2011211387A - 撮像装置および監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度の高い遠赤外領域の画像を得ることができる撮像装置および監視装置を提供すること。
【解決手段】可視領域または近赤外領域で被写体を撮像する近赤外線カメラ１０と、遠赤外波長領域で被写体を撮像する遠赤外線カメラ２０とを備え、遠赤外センサモジュール２３は、温度範囲と分解能との関係を示す複数の補正テーブルからなる補正テーブル群２４を有し、該複数の補正テーブルの中から選択された補正テーブルをもとに温度範囲に対する分解能を補正した高解像度の画像を生成出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠赤外波長領域で被写体を撮像する撮像部を備えた撮像装置およびこれを用いて監視対象の画像を取得する監視装置に関するものである。

従来から、遠赤外線カメラは、熱線としての性質をもつ遠赤外線を検出して撮像しているため、照明がなく、暗い場所であっても、照明があるところと同様な画像を取得することができる。しかし、温度差をもちいて画像を取得するため、可視領域あるいは近赤外線領域を撮像するカメラに比して解像度が低い。一方、可視領域あるいは近赤外領域を撮像するカメラは、日中など反射光量の多い場合、解像度の高い画像を得ることができる。

特開２００９−１７４８５４号公報 特開２００７−２０１４３２号公報

ところで、遠赤外線カメラを用いて監視対象を撮像し、レーザ測距装置などを用いて監視対象の位置を測定する場合、環境温度によっては撮像した画像内の監視対象の解像度が劣化し、監視対象の検知が困難な場合が発生するという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、解像度の高い遠赤外領域の画像を得ることができる撮像装置および監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、遠赤外波長領域で被写体を撮像する撮像部を備え、前記撮像部は、温度範囲と分解能との関係を示す複数の補正テーブルを有し、該複数の補正テーブルの中から選択された補正テーブルをもとに温度範囲に対する分解能を補正した画像を生成出力することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、複数の補正テーブルの中から選択される１つの補正テーブルを選択指示するテーブル指示部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、温度を検出する温度センサと、前記温度センサが取得した温度分布をもとに複数の補正テーブルの中から選択される１つの補正テーブルを選択する選択処理部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記撮像部の光軸に平行な光軸を有し、前記撮像部に隣接配置され、可視領域から近赤外波長までの領域で被写体を撮像する近赤外撮像部と、前記撮像部あるいは前記近赤外撮像部が撮像した画像を少なくとも切替出力する出力制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる監視装置は、上記の発明の撮像装置と、前記光軸に平行な光軸を有して前記撮像装置に隣接配置されて監視対象までの距離を測定するレーザ測距装置と、現在位置を測定するＧＰＳ装置と、現在位置から監視対象への方位を測定する方位計と、前記レーザ測距装置が測定した距離と前記ＧＰＳ装置が測定した現在位置と前記方位計が測定した現在位置から監視対象への方位をもとに、監視対象の位置を測定する測定部と、を備え、前記撮像装置の出力部画面に出力された画像内の所定位置に監視対象が存在する状態で、前記測定部によって前記監視対象の位置を測定させることを特徴とする。

本発明によれば、撮像部が、温度範囲と分解能との関係を示す複数の補正テーブルを有し、該複数の補正テーブルの中から選択された補正テーブルをもとに温度範囲に対する分解能を補正した画像を生成出力するようにしているので、周囲温度に対応した解像度の高い遠赤外領域の画像を得ることができる。

図１は、この発明の実施の形態１である撮像装置の構成を示すブロック図である。 図２は、標準撮像モード時の補正テーブルの一例を示す図である。 図３は、広範囲撮像モード時の補正テーブルの一例を示す図である。 図４は、高分解能撮像モード時の補正テーブルの一例を示す図である。 図５は、この発明の実施の形態２である撮像装置の構成を示すブロック図である。 図６は、選択処理部が取得する画素値のヒストグラムと選択温度範囲とを示す説明図である。 図７は、この発明の実施の形態３である監視装置の構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる撮像装置および監視装置の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、この撮像装置１は、大きく、可視領域あるいは近赤外領域で撮像する近赤外線カメラ１０と、遠赤外領域で撮像する遠赤外線カメラ２０と、近赤外線カメラ１０および遠赤外線カメラ２０に接続され、これらの撮像の制御を行う撮像制御モジュール３０とを有する。なお、撮像制御モジュール３０には、撮像のための操作入力を行う撮像操作部４０および撮像結果を出力する出力部５０が接続される。

近赤外線カメラ１０は、近赤外撮像光学系１１と、この近赤外撮像光学系１１を介して入力される可視領域あるいは近赤外領域の光を受光して撮像するＣＣＤやＣ−ＭＯＳなどの近赤外固体撮像素子１２と、この近赤外固体撮像素子１２に対する撮像処理を駆動させて画像を出力する近赤外センサモジュール１３とを有する。なお、近赤外撮像光学系１１と近赤外固体撮像素子１２との間には、近赤外カットフィルタ１６が挿脱可能となっている。近赤外カットフィルタ１６が挿入されている場合には、可視領域の光のみが近赤外固体撮像素子１２に入力されて可視画像を取得することができる。一方、近赤外カットフィルタ１６が抜かれている場合には、可視領域と近赤外領域とを合わせた領域の光が近赤外固体撮像素子１２に入力されて可視領域と近赤外領域とを含んだ近赤外画像を取得することができる。

遠赤外線カメラ２０は、遠赤外撮像光学系２１と、この遠赤外撮像光学系２１を介して入力される遠赤外領域の光を受光して撮像するボロメータ型の撮像素子である遠赤外固体撮像素子２２と、この遠赤外固体撮像素子２２に対する撮像処理を駆動させて画像を出力する遠赤外センサモジュール２３とを有する。なお、この撮像装置１は、可搬型であり、近赤外線カメラ１０および遠赤外線カメラ２０のいずれも、機械的動作不良を少なくするため、シャッタレスで撮像処理を行っているが、これに限らない。また、シャッタレスの場合、メカシャッタ開閉時の画像静止がないため、被写体の見逃しをなくすことができるため、好ましい。

撮像操作部４０は、ズーミングを行うためのボタンや、レリーズボタンなどを有するとともに、近赤外線カメラ１０によって撮像された近赤外画像と遠赤外線カメラ２０によって撮像された遠赤外画像とのいずれか一方のみの出力、あるいは双方の重ね合わせ画像あるいは合成画像の出力を指示するボタンも有する。もちろん、電源スイッチも有する。

出力部５０は、撮像制御モジュール３０から出力される画像を出力するものであり、たとえば電子ビューファインダなどによって実現される。なお、液晶パネルなどによって直接表示出力してもよいし、無線あるいは有線によって外部出力してもよい。この撮像装置は、可搬型であることが好ましく、可搬型で監視対象に知られたくない場合には、電子ビューファインダなどに出力することが好ましい。

撮像制御モジュール３０は、撮像制御部３１を有する。撮像制御部３１は、近赤外線カメラ１０および遠赤外線カメラ２０による撮像制御を行うが、特にそれぞれの光学ズーム機能および／またはデジタルズーム機能を制御し、それぞれのズームを同じにして近赤外固体撮像素子１２と遠赤外固体撮像素子２２とがそれぞれ取得する画像の視野角（画角）が同じになるように連動させる制御を行う。

したがって、撮像操作部４０から制御部３４を介してズーム指示があった場合、近赤外線カメラ１０と遠赤外線カメラ２０とのズーム倍率は常に同じとなる。しかも、この実施の形態１では、近赤外線カメラ１０の光軸Ｃ１と遠赤外線カメラ２０の光軸Ｃ２とは平行であり、近赤外線カメラ１０と遠赤外線カメラ２０とは隣接配置されるため、光軸Ｃ１，Ｃ２は、ほぼ同一の光軸を有することになる。この結果、近赤外線カメラ１０が取得する近赤外画像と遠赤外線カメラ２０が取得する遠赤外画像とは、常に同一の被写体領域をもつ画像が取得されることになる。

なお、信号処理部３２は、近赤外線カメラ１０によって取得された画像信号と遠赤外線カメラ２０によって取得された画像信号とが入力され、それぞれ増幅やノイズ除去などの各種の信号処理を行うが、これらの機能は、近赤外センサモジュール１３および遠赤外センサモジュール２３側に持たせるようにしてもよい。

また、撮像制御部３１は、撮像操作部４０のレリーズボタンの押下を受けると、近赤外線カメラ１０と遠赤外線カメラ２０との撮像を常に同時に行うように制御している。したがって、信号処理部３２には、常に近赤外線カメラ１０側と遠赤外線カメラ２０側との双方から画像信号が同時に送られてくる。

画像処理部３３は、撮像操作部４０の指示あるいは予め設定されることによって、信号処理部３２によって処理された近赤外画像と遠赤外画像とに対してエッジ処理などの所定の画像処理を施し、それぞれを重ね合わせた合成画像を生成する。

外部出力制御部３６は、撮像操作部４０からの指示によって、同時に取得された近赤外画像と遠赤外画像とを、電子ビューファインダなどの同一の出力部５０画面上に切替出力する。また、外部出力制御部３６は、撮像操作部４０からの指示によって、画像処理部３３が生成した合成画像を出力部５０画面上に出力する。なお、出力部５０は、電子ビューファインダなどの表示画面に限らず、たとえば送受信機能を有する通信部であってもよい。

なお、メモリ３５は、撮像制御モジュール３０内で用いる各種の情報を格納する。また、制御部３４は、上述した撮像制御モジュール３０内の各部を制御し、ＣＰＵなどによって実現される。

ここで、赤外センサモジュール２３は、温度範囲と分解能との関係を示す複数の補正テーブルからなる補正テーブル群２４を有し、複数の補正テーブルの中から選択された補正テーブルをもとに温度範囲に対する分解能を補正した画像を生成出力するようにしている。これは、撮像対象である監視対象の温度とこの監視対象の周囲温度との温度差が少ない場合、解像度の低い画像となって画像内の監視対象の検知が困難になるため、適切な補正テーブルを選択して解像度の高い画像を得るためである。補正テーブル群２４の複数の補正テーブルの中から１つの適切な補正テーブルの選択指示は、選択指示部としての撮像操作部４０から行われる。

図２〜図４は、この補正テーブルの具体的な内容を示す図である。図２は、標準撮像モード時の補正テーブルの一例を示している。この補正テーブル２４−１は、１０℃〜５０℃の温度範囲の解像度が高くなるようしている。遠赤外領域において検出可能な温度範囲は、たとえば−２０℃〜１０００℃程度であるが、通常の撮像時では、１０℃〜５０℃の範囲の解像度が高ければよいからである。ここで、高い解像度とは、対象温度範囲内の各画素の階調値（補正値）を多くとることを意味する。たとえば、１０２４階調の場合、図２に示すように、１０℃から５０℃の間に与える階調を１０２２階調として細かくし、小さな温度差であっても識別可能としている。この場合、温度分解能は、０．０４℃となる。すなわち、１０℃〜５０℃の温度範囲内では、約０．０４℃の解像度をもった画像を得ることができる。

また、図３は、広範囲撮像モード時の補正テーブルの一例を示している。この補正テーブル２４−２は、−２０℃〜１０００℃の広い温度範囲内に対して均一な解像度が得られるようにしている。この場合における温度分解能は、１０２４階調の場合、約０．１℃となる。

さらに、図４は、高分解能撮像モード時の補正テーブルの一例を示している。この補正テーブル２４−３は、３５℃〜４０℃という狭い温度範囲内に対して高い解像度が得られるようにしている。この場合における温度分解能は、１０２４階調の場合、約０．０１℃となる。

なお、上述した温度テーブル２４−１〜２４−３は、一例であり、監視対象や周囲温度状態によって、種々の温度テーブルを設けることが可能である。さらに、上述した温度テーブル２４−１〜２４−３は、高い解像度を得る温度範囲においてリニアな解像度としていたが、これに限らず、自由な温度依存性をもった解像度曲線としてもよい。特に、高い解像度を得ようとする温度範囲が複数範囲にわたる場合、それぞれの温度範囲の解像度が高くなるような解像度曲線とすることが好ましい。

上述した補正テーブル群２４内から適切な１つの画像テーブルの選択切替は、操作者が出力画像をもとに撮像操作部４０から選択指示するようにしている。この場合、個々の補正テーブルに対して適切な補正テーブル名を付与しておくことによって、操作者による補正テーブルの選択を補助できることが好ましい。たとえば「夏モード」、「冬モード」等の名称を付与しておく。また、補正テーブルを選択するための１以上のカテゴリーを選択指示することによって補正テーブルが自動選択されるようにしてもよい。

なお、上述した補正テーブル群２４は、遠赤外センサモジュール２３内に設けたが、これに限らず、信号処理部３２内に設け、この信号処理部３２内で補正変換するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、撮像装置１が静止画を取得することを前提として述べたが、これに限らず、動画を取得するものであってよい。

この実施の形態１では、温度範囲と分解能との関係を示す複数の補正テーブルからなる補正テーブル群２４を設け、複数の補正テーブルの中から選択された補正テーブルをもとに温度範囲に対する分解能を高くする補正を行った画像を生成出力するようにしているので、解像度の高い遠赤外領域の画像を得ることができる。

さらに、近赤外線カメラ１０の光軸Ｃ１と遠赤外線カメラ２０の光軸Ｃ２とを平行にしてそれぞれを近接配置し、撮像制御部３１が近赤外線カメラ１０と遠赤外線カメラ２０とのズーム機能を連動させて同じ視野角をもとう画像をそれぞれ同時に撮像させ、外部出力制御部３６が、同一の出力部５０画面上に切替出力、あるいは重ね合わせ出力、あるいは合成画像を出力するようにしているので、監視対象の画像を容易かつ迅速に認識することができる。

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、撮像操作部４０からの選択指示によって適切な補正テーブルを選択するようにしていたが、この実施の形態２では、撮像対象の周囲温度を検出し、この検出結果をもとに、適切な温度テーブルを自動選択するようにしている。

図５は、この発明の実施の形態２である撮像装置の構成を示すブロック図である。この撮像装置１は、遠赤外センサモジュール２３内に、遠赤外固体撮像素子２２が取得した撮像範囲内の周囲温度をもとに、最適な補正テーブルを選択設定する選択処理部２５を設けている。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。

選択処理部２５は、遠赤外固体撮像素子２２が取得した画像の全ての画素値あるいは分散した画素値をもとに、取得した撮像範囲内の周囲温度分布を求め、この求めた周囲温度をもとに、対応する最適な１つの補正テーブルを選択設定する。

たとえば、選択処理部２５は、図６に示すように、取得された画像内の画素値のヒストグラムを取得し、このヒストグラムから平均温度Ｔａを算出し、この平均温度Ｔａからの所定の標準偏差範囲である温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を取得する。そして、選択処理部２５は、この温度範囲Ｔ１〜Ｔ２の温度範囲をカバーする最小範囲の温度範囲をもつ補正テーブルを選択して設定する。

なお、選択処理部２５は、遠赤外固体撮像素子２２が取得した画素値をもとに周囲温度を求めていたが、この場合、遠赤外固体撮像素子２２の撮像出力範囲外の撮像素子が取得した画素値を用いるようにしてもよい。このようにすることで、実際の撮像に影響を与えずに、周囲温度を取得することができる。もちろん、別途、周囲温度を取得する温度センサを設け、この温度センサが取得した値をもとに、選択処理部２５が適切な１つの補正テーブルを選択設定するようにしてもよい。

この実施の形態２では、選択処理部２５によって最適な温度テーブルが自動的に選択設定されるので、操作者にかかる負担を軽減することができる。

（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。図７は、この発明の実施の形態３である監視装置の構成を示すブロック図である。図７において、この監視装置１００は、上述した実施の形態１，２の撮像装置１を組み込んだものであり、同一構成部分には同一符号を付している。なお、この監視装置１００は、可搬型の監視装置である。撮像制御モジュール３０を含む監視制御モジュール１６０には、近赤外線カメラ１０、遠赤外線カメラ２０、レーザ測距装置１１０、ＧＰＳ装置１２０、方位計１３０、出力部５０、通信部１５０、および撮像操作部４０を含む操作部１４０が接続される。なお、バッテリ１９０は、上述した各構成部分に電源供給を行うものである。

レーザ測距装置１１は、送光部１１１および受光部１１０を有し、それぞれの光軸Ｃ３，Ｃ４は、光軸Ｃ１，Ｃ２に平行であり、近赤外線カメラ１０および遠赤外線カメラ２０に隣接配置される。レーザ測距装置１１０は、送光部１１１から出射されたレーザ光が監視対象から反射して受光部１１２で受光されるまでの時間差をもとにレーザ測距装置１１０と監視対象との間の距離を測定する。

ＧＰＳ装置１２０は、衛星からの情報をもとに、自己位置（現在座標）を求める。方位計１３０は、現在位置から監視対象への方位を求める。

監視制御モジュール１７０内には、測定部１７０を有し、測定部１７０は、レーザ測距装置１１０が求めた現在位置から監視対象までの距離と、ＧＰＳ装置１２０が求めた現在位置と、方位計１３０が求めた現在位置から監視対象への方位とをもとに、監視対象の位置（絶対座標）を測定する。

操作者が、接眼レンズ５２および接眼レンズ光学系５１を介して出力部５０としての電子ビューファインダ上で監視対象を認識すると、操作者は、電子ビューファインダ内の中心にあるマーカ位置に監視対象が位置するように、監視装置１００全体を動かし、監視対象がマーカ位置に位置した時点で、操作部１４０のボタンを押下する。たとえば、取得された画像が、出力部５０である電子ビューファインダに表示された状態で、画像内の監視対象を認識した場合、監視装置１００全体を動かして、監視対象が画像内中心となるようにし、この時点で操作部１４０のボタンを押下する。

この距離測定のためのボタンの押下によって、制御部１８０は、レーザ測距装置１１０にレーザ光を出射させて監視対象の位置までの距離を測定させる。と同時に、制御部１８０は、ＧＰＳ装置１２０に監視装置１００の現在位置を求めさせ、方位計１３０に監視対象への方位を求めさせる。そして、測定部１７０は、この求められた距離、位置、方位をもとに、監視対象、たとえば犬ａ２の位置（絶対座標）を測定する。

撮像制御モジュール３０は、この距離測定のボタンの押下とは別に、近赤外画像と遠赤外画像とを撮像し表示し続けているが、このボタンの押下と同時に近赤外画像と遠赤外画像、あるいは重ね合わせ画像、合成画像などを取得して保存する。そして、制御部１８０は、測定部１７０によって測定された監視対象の位置と、この監視対象の画像とを対応付けて保存する。その後、この監視対象の位置と画像とは、通信部１５０を介し、無線あるいは有線によって外部出力する。もちろん、出力部５０で現在表示している監視対象の位置を同じ画面上に表示出力するようにしてもよい。すなわち、この監視装置１００は、ターゲットロケータとして機能する。

なお、上述した近赤外線カメラ１０および遠赤外線カメラ２０は、シャッタレスとしているため、メカシャッタの場合でのシャッタ開閉時の画像静止による監視対象の見逃しをなくし、確実に監視対象を捕捉することができる。

以上のように、本発明にかかる撮像装置および監視装置は、たとえば可視領域または近赤外領域のカメラと、遠赤外領域の遠赤外線カメラとを用いた可搬型の撮像装置に有用であり、特に可搬型のターゲットロケータに適している。また、本発明にかかる撮像装置は、画像処理による欠陥監査や異物検出にも適用することができる。さらに、本発明にかかる撮像装置および監視装置は、昼夜を問わず、投光せずに、監視対象を容易かつ迅速に認識できることができるため、防衛関係、警察治安関係、セキュリティ関係で用いる撮像装置あるいは監視装置に適用することができる。

１ 撮像装置
１０ 近赤外線カメラ
１１ 近赤外撮像光学系
１２ 近赤外固体撮像素子
１３ 近赤外センサモジュール
２０ 遠赤外線カメラ
２１ 遠赤外撮像光学系
２２ 遠赤外固体撮像素子
２３ 遠赤外センサモジュール
２４ 補正テーブル群
２４−１〜２４−３ 補正テーブル
２５ 選択処理部
３０ 撮像制御モジュール
３１ 撮像制御部
３２ 信号処理部
３３ 画像処理部
３４，１８０ 制御部
３５ メモリ
３６ 外部出力制御部
４０ 撮像操作部
５０ 出力部
５１ 接眼レンズ光学系
５２ 接眼レンズ
１００ 監視装置
１１０ レーザ測距装置
１１１ 送光部
１１２ 受光部
１２０ ＧＰＳ装置
１３０ 方位計
１４０ 操作部
１５０ 通信部
１６０ 監視制御モジュール
１７０ 測定部
１９０ バッテリ
Ｃ１〜Ｃ４ 光軸

Claims (5)

1. 遠赤外波長領域で被写体を撮像する撮像部を備え、
   前記撮像部は、温度範囲と分解能との関係を示す複数の補正テーブルを有し、該複数の補正テーブルの中から選択された補正テーブルをもとに温度範囲に対する分解能を補正した画像を生成出力することを特徴とする撮像装置。
2. 複数の補正テーブルの中から選択される１つの補正テーブルを選択指示するテーブル指示部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサが取得した温度分布をもとに複数の補正テーブルの中から選択される１つの補正テーブルを選択する選択処理部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記撮像部の光軸に平行な光軸を有し、前記撮像部に隣接配置され、可視領域から近赤外波長までの領域で被写体を撮像する近赤外撮像部と、
   前記撮像部あるいは前記近赤外撮像部が撮像した画像を少なくとも切替出力する出力制御部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の撮像装置。
5. 請求項４に記載の撮像装置と、
   前記光軸に平行な光軸を有して前記撮像装置に隣接配置されて監視対象までの距離を測定するレーザ測距装置と、
   現在位置を測定するＧＰＳ装置と、
   現在位置から監視対象への方位を測定する方位計と、
   前記レーザ測距装置が測定した距離と前記ＧＰＳ装置が測定した現在位置と前記方位計が測定した現在位置から監視対象への方位をもとに、監視対象の位置を測定する測定部と、
   を備え、前記撮像装置の出力部画面に出力された画像内の所定位置に監視対象が存在する状態で、前記測定部によって前記監視対象の位置を測定させることを特徴とする監視装置。

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