JP2013152194A - 赤外線カメラ及び赤外線放射源の温度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可視光カメラで汎用されている可視光センサを採用して、赤外線放射源の温度を検出する。
【解決手段】赤外線カメラ（スマートフォン）１００では、ＣＭＯＳセンサ４のＲＧＢ信号がＹＣｂＣｒ信号に変換され、そして第１、第２の色差Ｃｂ、Ｃｒの比が演算される。この比に基づいてマップ１４が参照され、このマップ１４から、撮像した赤外線放射源の温度が検出される。この温度は、必要に応じてＹ値に基づいて補正される。
【選択図】図２

Description

本発明は赤外線カメラ及び対象物の温度検出方法に関する。本発明は、より詳しくは可視光カメラで汎用されている可視光センサを使った赤外線カメラ及び対象物の温度検出方法に関する。

対象物から離れた所から対象物の温度を検出するのに重宝な手段として赤外線カメラが使われている。赤外線カメラの用途として、建物の壁面（コンクリート、タイル）の非破壊調査（特許文献１）、防犯カメラ、ゴミ収集場の自然発火の監視、自動車の夜間前方監視、医療診断、物体検知、人体検知が既に知れているが、２０１１年３月の東日本大地震（津波）に伴う瓦礫の山の監視（自然発火の未然防止）に赤外線カメラを採用することが検討されている。

赤外線カメラは、特許文献２にも明記されているように赤外線センサが採用されている。赤外線センサは赤外線（０.７８〜１０００μmの波長の光）を検知するのに特化した受光素子である。

特開２００８−１５１８０９号公報 特開平６−５１９２１号公報

赤外線カメラの主要部品である赤外線センサは赤外線カメラの性能向上に大きく貢献することから、赤外線センサの性能向上のための開発活動が継続的に行われている。また、赤外線カメラは特定の用途に限定されるため、一般ユーザを対象とする可視光カメラに比べて、その需要は限定的である。このこともあり、赤外線センサは比較的高価であり、これに伴って赤外線カメラも比較的高価である。

ところで、赤外線放射源が発する赤外線スペクトルは波長に対して連続的に分布する熱放射を含み、各波長での放射の強さ（放射輝度）は赤外線放射源の温度に依存することが知られている（図１）。

図１を参照して、赤外線放射源の絶対温度が高くなるほど比較的短い波長の赤外線を発生する。換言すると、赤外線放射源の温度が低くなるほど波長は長くなる（可視光の波長に近づく）。

引き続き図１を参照して、絶対温度６００Ｋよりも低い温度帯域の赤外線放射源が発する赤外線の波長は疎であり、例えば９００Ｋの波長（約０.６μm）と８００Ｋの波長（約０．７μm）との差は約０．１μmであるのに対して、４００Ｋの波長（約２.２μm）と３００Ｋの波長（約３.３μm）と差は約１μmである。

本願発明者は、図１の絶対温度６００Ｋよりも低い温度領域での赤外線放射源が発する赤外線の特性を念頭に入れたときに、可視光カメラで汎用されている可視光センサを赤外線カメラの受光部として採用できるのではと思い付き、本願発明を案出するに至ったものである。

本発明の目的は、可視光カメラで汎用されている可視光センサを採用することのできる赤外線カメラ及び赤外線放射源の温度検出方法を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサと、
当該可視光センサが出力するＲＧＢ信号と、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出部とを有することを特徴とする赤外線カメラを提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサと、
当該可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導したパラメータを求めるパラメータ演算部と、
当該パラメータ演算部で求めたパラメータと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出部とを有することを特徴とする赤外線カメラを提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の第３の観点によれば、
赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサと、
当該可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導した複数のパラメータのバランスを求めるパラメータバランス演算部と、
当該パラメータバランス演算部で求めたパラメータバランスと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出部とを有することを特徴とする赤外線カメラを提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の第４の観点によれば、
赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサを備えた赤外線カメラを用意し、
前記可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導したパラメータを求めるパラメータ演算工程と、
当該パラメータ演算工程で求めた前記パラメータと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出工程とを有することを特徴とする赤外線放射源の温度検出方法を提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の第５の観点によれば、
赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサを備えた赤外線カメラを用意し、
前記可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導した複数のパラメータを求めるパラメータ演算工程と、
当該パラメータ演算工程で求めた前記複数のパラメータのバランスと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出工程とを有することを特徴とする赤外線放射源の温度検出方法を提供することにより達成される。

本発明の他の目的及び作用効果は、後に説明する本発明の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになろう。

赤外線放射源の温度と照射輝度との相関関係図である。 実施例の全体概要を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図２は、実施例の赤外線カメラ１００を示す。赤外線カメラ１００は、現在入手可能なカメラ付き携帯端末、具体的にはスマートフォンに手を加えることで作られている。赤外線カメラ１００は、自動焦点機能付きのレンズユニット２とＣＭＯＳセンサ４とを有し、レンズユニット２を通じて入力した光はＣＭＯＳセンサ４で受光され、ＣＭＯＳセンサ４はＲＧＢ信号を出力する。可視光センサとして、ＣＭＯＳセンサ４の代わりにＣＣＤセンサであってもよい。ＣＭＯＳセンサ４及びＣＣＤセンサは既知のように広く普及しており、可視光カメラでは汎用品である。

赤外線カメラ１００は、ＣＭＯＳセンサ４から出力されるＲＧＢ信号を処理して赤外線放射源の温度を検出し、これを赤外線カメラ１００のディスプレイ（図示せず）に表示する機能を有している。具体的に説明すると、赤外線カメラ１００は、各画素毎にＣＭＯＳセンサ４のＲＧＢ信号をＹＣｂＣｒ信号に変換するＹＣｂＣｒ変換部１０と、次に、第１色差Ｃｂと第２色差Ｃｒとの比を求めるＣｂＣｒ比演算部１２と有している。

赤外線カメラ１００は内蔵メモリ又は抜き差し可能な記録媒体に記憶されたマップ１４を有し、このマップ１４には、実測した赤外線放射源の温度と、各温度に対応した第１色差Ｃｂと第２色差Ｃｒとの比がマップ化されている。

図２を更に参照して、赤外線カメラ１００はマップ参照部１６を更に有し、このマップ参照部１６では、各画素毎にマップ１４の参照が実行され、そして、次の放射源温度抽出部１８で、上記のＣｂＣｒ比演算部１２で算出した第１色差Ｃｂと第２色差Ｃｒとの比に対応する温度がマップ１４から抽出され、抽出した温度は赤外線カメラ１００のディスプレイ（図示せず）に表示される。なお、ＣｂＣｒ比−温度のマップ１４から抽出した赤外線放射源の温度を必要に応じて輝度Ｙで補正してもよい。

この温度の表示は数値表示であってもよいし色表示であってもよい。色表示の例を説明すると、例えば０〜５０℃の範囲の温度領域を緑色で表示し、５０〜７０℃の範囲の温度領域をオレンジ色で表示し、７０〜１００℃を比較的赤色で表示し、１００℃以上を濃い赤で表示するなど、ある程度の幅を持った温度帯に対して識別可能な色を設定すればよい。また、色表示と共にアラーム表示及び/又は警告音を鳴らしてもよい。

図１を参照して前述したように、赤外線は可視光に比べて長い波長の電磁波であり、比較的低い温度の赤外線放射源は比較的長い波長の電磁波を発し、比較的高い温度の赤外線放射源は比較的短い波長の電磁波を発する。また、絶対温度６００Ｋよりも低い温度帯域の赤外線放射源が発する赤外線の波長は疎であり、例えば９００Ｋの波長（約０.６μm）と８００Ｋの波長（約０．７μm）との差は約０．１μmであるのに対して、４００Ｋの波長（約２.２μm）と３００Ｋの波長（約３.３μm）と差は約１μmである。この特性は、赤外線放射源が放射する電磁波に関して可視光に近接した赤外線帯域であれば可視光センサでピックアップすることで赤外線放射源の温度の近似値を検出できることを意味している。つまり、赤外線カメラ１００の構成要素として採用した可視光センサが感応する赤外線帯域であれば、赤外線放射源の温度の近似値を求めることができる。

また、可視光センサはＲＧＢ信号を出力するが、このＲＧＢ信号に基づいて又はこのＲＧＢ信号から誘導したパラメータ（上記の例で説明すれば、第１の色差Ｃｂ、第２の色差Ｃｒ）を導き出し、このパラメータを、予め実測して蓄積した実データと対比することで、撮像した赤外線放射源の温度の近似値を得ることできる。更に、必要に応じて、ＲＧＢ信号から誘導した複数のパラメータの比つまりバランスに基づいて、対象とする赤外線放射源の温度の近似値を得ることで、撮像した赤外線放射源の温度の検出を最適化することができる。

なお、上記の例ではマップ１４という手法を使って複数のパラメータの比から、撮像した赤外線放射源の温度を検出するようにしたが、予め実測して蓄積した実データから近似式を導き出して、この近似式に基づいて演算により、撮像した赤外線放射源の温度を検出するようにしてもよい。

上述した実施例では、市販のスマートフォンに手を加えて赤外線カメラ１００を作り、この赤外線カメラ１００で内部処理して、対象とする赤外線照射源の温度を検出及びディスプレイに表示するようにしたが、赤外線カメラ１００の機能を、ＲＧＢ信号を出力する機能に限定してもよい。そして、ＲＧＢ信号の出力に限定した変形例の赤外線カメラにパーソナルコンピュータを接続して、このパーソナルコンピュータでＲＧＢ信号に基づいて又はこのＲＧＢ信号から導き出した信号（上記の例ではＹＣｂＣｒ信号）に変換する等のその後の処理を行うようにしてもよい。

上記の実施例では、第１、第２の色差つまりＣｂ、Ｃｒから、撮像した赤外線放射源の温度を検出するようにしたが、ＣｂＣｒに限定されないし、可視光センサが出力するＲＧＢ信号に基づいて、撮像した赤外線放射源の温度を検出するようにしてもよいし、単一のパラメータ、つまりＣｂ又はＣｒに基づいて撮像した赤外線放射源の温度を検出するようにしてもよい。可視光センサが出力するＲＧＢ信号から導き出すことができる信号には、「Ｒ’Ｇ’Ｂ’」「ＹＣ１Ｃ２」「ＹＵＶ」「ＹＩＱ」「Ｇray」「ＸＹＺ」「Ｌuv」「Ｌab」「ＨＬＳ」「ＨＳＶ」「ＣＭＹ」「ＣＭＹＫ」「ＤＫＬ色空間」などがある。

本発明の赤外線カメラ及び赤外線放射源の温度検出方法は、工業生産及び販売が可能であり、本赤外線カメラ及び温度検出方法を用いて、業務及び個人用として、温度差判定の必要な分野での利用が可能である。

１００ 赤外線カメラ
２ レンズユニット
４ ＣＭＯＳセンサ
１０ ＹＣｂＣｒ変換部
１２ ＣｂＣｒ比演算部
１４ ＣｂＣｒ比−温度のマップ
１６ マップ参照部
１８ 放射源温度抽出部

Claims (8)

1. 赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサと、
   当該可視光センサが出力するＲＧＢ信号と、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出部とを有することを特徴とする赤外線カメラ。
2. 赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサと、
   当該可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導したパラメータを求めるパラメータ演算部と、
   当該パラメータ演算部で求めたパラメータと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出部とを有することを特徴とする赤外線カメラ。
3. 赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサと、
   当該可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導した複数のパラメータのバランスを求めるパラメータバランス演算部と、
   当該パラメータバランス演算部で求めたパラメータバランスと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出部とを有することを特徴とする赤外線カメラ。
4. 前記パラメータが、前記ＲＧＢ信号を変換して求めたＣｂＣｒである、請求項２又は３に記載の赤外線カメラ。
5. 前記ＲＧＢ信号を変換して求めたＹＣｂＣｒのＹ値に基づいて、前記温度検出部で導き出した前記赤外線放射源の温度を補正する温度補正部を更に有する、請求項４に記載の赤外線カメラ。
6. 前記予め用意した実測値がマップ化されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線カメラ。
7. 赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサを備えた赤外線カメラを用意し、
   前記可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導したパラメータを求めるパラメータ演算工程と、
   当該パラメータ演算工程で求めた前記パラメータと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出工程とを有することを特徴とする赤外線放射源の温度検出方法。
8. 赤外線放射源が放射する電磁波を、レンズを通じて受け取ってＲＧＢ信号を出力する可視光センサを備えた赤外線カメラを用意し、
   前記可視光センサが出力するＲＧＢ信号から誘導した複数のパラメータを求めるパラメータ演算工程と、
   当該パラメータ演算工程で求めた前記複数のパラメータのバランスと、予め用意した実測値又はこれから導いた式とに基づいて前記赤外線放射源の温度を導き出す温度検出工程とを有することを特徴とする赤外線放射源の温度検出方法。

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