JP2014002073A - 湿度推定装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】湿度計を設置することなく、また測定対象の材質によらず、測定対象の部位ごとの湿度を推定可能にする。
【解決手段】測定対象物ＴＧに対しマイクロ波ＭＷ１を照射して加熱するマイクロ波照射装置１を設け、加熱前の赤外線画像データと加熱後の赤外線画像データをそれぞれ遠赤外線カメラ２により得てその差分を制御装置３で検出し、この検出された赤外線画像の差分データをもとに湿度の推定データを生成するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、対象物又はその周辺空間の湿度を推定する湿度推定装置、方法及びプログラムに関する。

例えば、人等の対象物やこの対象物が存在する空間の湿度を測定する場合、測定対象位置に湿度計を配置し、この湿度計の測定値を計測者が定期的に読み取って記録するか、湿度計に無線通信用アダプタを接続して計測値データをこのアダプタから管理装置に送信し、管理装置が記録することが一般的である。また、例えば有機ＥＬ素子の保護膜の透湿度を測定する場合に光の透過量を利用する技術も提案されている。

特開２００８−２８６７０２号公報

ところが、湿度計を配置するものは測定対象場所ごとに湿度計を設置しなければならず、測定対象の場所が多いと湿度計の設置台数が増加し、システムが大掛かりになる。また、保護膜の透湿度を測定する技術は、事前に測定用の水蒸気を発生させる必要があり自然状態の湿度の計測には適用できず、また光透過性を有する測定対象物にしか適用できない。さらに、測定対象物又はその空間全体の湿度は測定可能であるが、測定対象物又はその周辺空間の部位ごとの湿度を測定することができない。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、湿度計を設置することなく、また測定対象の材質によらず、測定対象の部位ごとの湿度を推定可能にした湿度推定装置、方法及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一観点は、測定対象に対しマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記測定対象から発する赤外線を検出して、当該測定対象の温度分布を表す二次元画像信号を出力する赤外線カメラと、前記マイクロ波照射装置及び赤外線カメラに接続された制御装置とを具備し、この制御装置が、マイクロ波を照射する前の状態で前記赤外線カメラから出力される第１の二次元画像信号を取得し記憶すると共に、この第１の二次元画像信号を取得したのち前記マイクロ波照射装置を駆動して当該マイクロ波照射装置から前記測定対象物に対しマイクロ波を照射して、このマイクロ波の照射後の状態で前記赤外線カメラから出力される第２の二次元画像信号を取得して記憶する。そして、上記記憶された第１の二次元画像と第２の二次元画像との間で温度分布の差を算出し、この算出された温度分布の差をもとに前記測定対象の湿度分布を推定するようにしたものである。

すなわち、一般に測定対象に対しマイクロ波を照射すると、測定対象の水分を多く含む部位ほど温度が高くなる。換言すれば、マイクロ波の照射により測定対象の湿度が高い部位ほど温度上昇幅が大きくなる。この発明の一観点はこのような原理に着目してなされたもので、マイクロ波を照射する前の測定対象の赤外線画像と、マイクロ波照射後の測定対象の赤外線画像をそれぞれ取得し、これらの画像から温度分布の差分を算出してその差分データをもとに測定対象の湿度分布を推定するようにしたものである。

したがって、測定対象に対向してマイクロ波照射装置及び赤外線カメラをそれぞれ配置するだけで測定対象の湿度分布を推定することが可能となる。すなわち、測定対象の部位ごとの湿度を、多数の湿度計を設置することなく比較的簡単な構成で推定することが可能となる。また、マイクロ波照射による温度変化を二次元画像として検出するので、測定対象の材質の範囲が広い。

すなわちこの発明の一観点によれば、湿度計を設置することなく、また測定対象の材質によらず、測定対象の部位ごとの湿度を推定可能にした湿度推定装置、方法及びプログラムを提供することができる。

この発明の一実施形態に係る湿度推定装置の全体構成を示す図。 図１に記した湿度推定装置の主要部であるが像処理装置の機能構成を示すブロック図。 図２に示した画像処理装置による湿度推定処理の手順と処理内容を示すフローチャート。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［一実施形態］
図１は、この発明の一実施形態に係る湿度推定装置の全体構成を示す図である。この湿度推定装置は、測定対象物ＴＧに対向してマイクロ波照射装置１及び遠赤外線カメラ２を配置し、これらのマイクロ波照射装置１及び遠赤外線カメラ２を制御装置３に接続したものである。

マイクロ波照射装置１は、制御装置３の指示の下で測定対象物ＴＧに対しマイクロ波ＭＷ１を照射する。マイクロ波ＭＷ１の出力電力は、測定対象物ＴＧが人だった場合に、人がマイクロ波ＭＷ１による悪影響を受けない程度の比較的小さい値に設定される。遠赤外線カメラ２は、測定対象物ＴＧとその周辺を含む所定の範囲を撮像範囲とし、この撮像範囲から発生される遠赤外線ＭＷ２を検出して、上記測定対象物ＴＧとその周辺の温度分布を表す二次元の赤外線画像信号を出力する。

制御装置３は例えばパーソナル・コンピュータからなり、通信ネットワークＮＷを介してサーバ装置ＳＶとの間で通信が可能となっている。図２はこの制御装置３の機能構成を示すブロック図である。

同図に示すように制御装置３は、制御ユニット３１と、記憶ユニット３２と、通信ユニット３３を備える。通信ユニット３３は、制御ユニット３１の制御の下で通信ネットワークＮＷを介してサーバ装置ＳＶとの間でデータ通信を行う機能を有する。

記憶ユニット３２は、例えばＨＤＤ或いはＳＳＤ等の随時書込み及び読出しが可能な不揮発性メモリを記憶媒体とするもので、この実施形態を実現するために必要な記憶領域として画像データ記憶部３２１及び検出データ記憶部３２２を有している。画像データ記憶部３２１は、遠赤外線カメラ２により得られた赤外線画像データを記憶するために使用される。検出データ記憶部３２２は、後述する温度差検出部３１３により算出された赤外線画像の温度差検出データを記憶するために使用される。

制御ユニット３１は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）を備え、この実施形態を実現する上で必要な制御機能として、マイクロ波照射制御部３１１と、画像データ取得制御部３１２と、温度差検出部３１３と、検出データ送信制御部３１４を有している。これらの制御機能は何れも、図示しないプログラム・メモリに格納されたアプリケーション・プログラムを上記ＣＰＵに実行させることにより実現される。

マイクロ波照射制御部３１１は、測定対象物ＴＧに対し予め設定した時間だけマイクロ波ＭＷ１を照射するようにマイクロ波照射装置１を駆動制御する機能を有する。このとき、マイクロ波ＭＷ１の照射時間は、マイクロ波照射装置１が発生するマイクロ波の出力電力と、当該マイクロ波照射装置１と測定対象物ＴＧとの間の距離と、一般的な水分粒子の発熱特性等に応じて、予め設定される。

画像データ取得制御部３１２は以下の機能を有する。
(1) 上記マイクロ波照射装置１が測定対象物ＴＧに対しマイクロ波を照射する前に、遠赤外線カメラ２から出力された上記測定対象物ＴＧの赤外線画像、つまり加熱前の赤外線画像を取り込み、この赤外線画像のディジタルデータを画像データ記憶部３２１に格納する処理。
(2) 上記マイクロ波照射装置１が測定対象物ＴＧに対しマイクロ波を照射した後に、遠赤外線カメラ２から出力された上記測定対象物ＴＧの赤外線画像、つまり加熱後の赤外線画像を取り込み、この赤外線画像のディジタルデータを画像データ記憶部３２１に格納する処理。

温度差検出部３１３は、上記画像データ記憶部３２１から加熱前の赤外線画像と加熱後の赤外線画像をそれぞれ読み出し、この読み出された加熱前の赤外線画像と加熱後の赤外線画像間の差分を対応する画素同士で計算する。そして、この計算された画像の差分データを、測定対象物ＴＧの温度分布の差を表すデータとして検出データ記憶部３２２に格納する処理を行う。

検出データ送信制御部３１４は、定期的又は任意のタイミングで上記検出データ記憶部３２２から測定対象物ＴＧの温度分布の差を表すデータを読み出し、この読み出された温度分布の差を表すデータをもとに測定対象物ＴＧの湿度分布の推定データを生成する。そして、この生成された測定対象物ＴＧの湿度分布の推定データを通信ユニット３３からサーバ装置ＳＶへ向け送信する処理を行う。

（動作）
次に、以上のように構成された湿度推定装置による湿度推定動作を、制御装置３の制御手順に従い説明する。図３はこの制御装置３の制御手順と制御内容を示すフローチャートである。
制御装置３は、先ずステップＳ１１において画像データ取得制御部３１２が、遠赤外線カメラ２から加熱前の赤外線画像信号を取り込む。この取り込まれた加熱前の赤外線画像信号は、ステップＳ１２においてディジタル化されたのち、記憶ユニット３２内の画像データ記憶部３２１に設けられた第１の記憶領域に格納される。

上記過熱前の赤外線データの取得及び格納処理が終了したことがステップＳ１３で検出されると、制御装置３は次にステップＳ１４においてマイクロ波照射装置１を起動させ、計測対象物ＴＧに対しマイクロ波ＭＷ１の照射を開始させる。そして、照射時間が予め設定された一定時間を経過すると、ステップＳ１５からステップＳ１６に移行し、ここで画像データ取得制御部３１２により、遠赤外線カメラ２から加熱後の赤外線画像信号ＭＷ２を取り込む。この取り込まれた加熱後の赤外線画像信号ＭＷ２は、ステップＳ１７によりディジタル化されたのち、記憶ユニット３２内の画像データ記憶部３２１に設けられた第２の記憶領域に格納される。

なお、この加熱後の赤外線画像データの格納処理が終了すると、ステップＳ１８によりマイクロ波照射制御部３１１がマイクロ波照射装置１に対し停止信号を出力する。この結果、測定対象物ＴＧに対するマイクロ波ＭＷ１の照射は終了する。

さて、画像データ記憶部３２１に加熱前の赤外線画像データと加熱後の赤外線画像データが格納されると、制御装置３はステップＳ１９により温度差検出部３１３を起動する。そして、この温度差検出部３１３の制御の下で、上記画像データ記憶部３２１から加熱前の赤外線画像データと加熱後の赤外線画像データを読み出し、これらの赤外線画像データ間の画素同士で輝度レベル又は色の差分を算出する。そして、この算出された赤外線画像の差分データを、ステップＳ２０により検出データ記憶部３２２に格納する。
以上のステップＳ１１〜Ｓ２０による処理は、例えば一定の時間間隔で繰り返し実行され、各処理により得られた赤外線画像の差分データは計測時刻を表す情報と関連付けられて検出データ記憶部３２２に順次蓄積される。

また、上記検出データ記憶部３２２に所定時間分のデータが格納されると、ステップＳ２１により検出データ送信制御部３１４が起動され、この検出データ送信制御部３１４の制御の下で、上記検出データ記憶部３２２から蓄積された赤外線画像の差分データが読み出される。

ここで、測定対象物ＴＧにマイクロ波を照射した場合、測定対象物ＴＧに含まれる湿度と温度との間には、湿度が高いほど温度上昇幅が大きくなるという定性的な関係がある。そこで、上記赤外線画像の差分データは測定対象物ＴＧの加熱前と加熱後の温度分布の差を表すものであるから、この温度の差と、上記湿度と温度上昇幅との定性的な関係性を考慮して、湿度を推定することが可能である。

検出データ送信制御部３１４は、上記赤外線画像の差分データをもとに推定された測定対象物ＴＧの湿度分布を表すデータを、通信ユニット３３からサーバ装置ＳＶへ向け送信する。なお、この湿度の推定データの送信処理は、必ずしも定期的に実行する必要はなく、例えば温度の差分値が予め設定した値以上の場合に、換言すれば湿度が所定値を超えていると推定される場合に実行するようにしてもよく、また前回送信した時点から温度の差分値が所定量以上変化した場合、つまり湿度の推定値が所定量以上変化した場合に実行するようにしてもよい。さらに、サーバ装置ＳＶから送信要求が送られた場合に実行するようにしてもよい。

サーバ装置ＳＶは、上記湿度推定装置から測定対象物ＴＧの湿度の推定データを受信すると、このデータをもとに例えば測定対象物ＴＧの近辺の不快指数や天候等を予測する。そして、当該測定対象物ＴＧのエリアに存在する人、又は当該エリアに向かおうとしている人に対し上記予測結果やそれに応じた商品情報を通知するといった、レコメンドサービスを行うことが可能となる。

（効果）
以上詳述したように一実施形態では、測定対象物ＴＧに対しマイクロ波ＭＷ１を照射して加熱するマイクロ波照射装置１を設け、加熱前の赤外線画像データと加熱後の赤外線画像データをそれぞれ遠赤外線カメラ２により得てその差分を検出し、この検出された赤外線画像の差分データをもとに湿度の推定データを生成するようにしている。

したがって、測定対象物ＴＧに対向してマイクロ波照射装置１及び遠赤外線カメラ２をそれぞれ配置するだけで測定対象物ＴＧの湿度分布を推定することが可能となる。すなわち、測定対象物ＴＧの部位ごとの湿度を、多数の湿度計を設置することなく比較的簡単な構成で推定することが可能となる。また、マイクロ波照射による温度変化を二次元画像として検出するので測定対象物ＴＧの材質を問わない。

［他の実施形態］
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、測定対象は物体以外に空間であってもよい。その他、マイクロ波の照射時間や赤外線画像データの処理方法、湿度の具体的な推定方法等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＴＧ…測定対象物、ＳＶ…サーバ装置、ＮＷ…通信ネットワーク、ＭＷ１…照射マイクロ波、ＭＷ２…遠赤外線、１…マイクロ波照射装置、２…遠赤外線カメラ、３…制御装置、３１…制御ユニット、３２…記憶ユニット、３３…通信ユニット、３１１…マイクロ波照射制御部、３１２…画像データ取得制御部、３１３…温度差検出部、３１４…検出データ送信制御部、３２１…画像データ記憶部、３２２…検出データ記憶部。

Claims (3)

1. 測定対象に対しマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
   前記測定対象から発する赤外線を検出して、当該測定対象の温度分布を表す二次元画像信号を出力する赤外線カメラと、
   前記マイクロ波照射装置及び赤外線カメラに接続された制御装置と
   を具備し、
   前記制御装置は、
   マイクロ波を照射する前に前記赤外線カメラから出力される第１の二次元画像信号と、前記マイクロ波の照射後に前記赤外線カメラから出力される第２の二次元画像信号をそれぞれ取得して記憶する手段と、
   前記記憶された第１の二次元画像と第２の二次元画像との間で温度分布の差を算出し、この算出された温度分布の差をもとに前記測定対象の湿度分布を推定する手段と
   を備えることを特徴とする湿度推定装置。
2. 測定対象に対しマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記測定対象から発する赤外線を検出して、当該測定対象の温度分布を表す二次元画像信号を出力する赤外線カメラと、前記マイクロ波照射装置及び赤外線カメラに接続された制御装置とを用いた湿度推定方法であって、
   前記制御装置が、マイクロ波を照射する前の状態で前記赤外線カメラから出力される第１の二次元画像信号を取得し記憶する過程と、
   前記第１の二次元画像信号を取得したのち、前記マイクロ波照射装置が前記測定対象物に対しマイクロ波を照射する過程と、
   前記制御装置が、前記マイクロ波の照射後の状態で前記赤外線カメラから出力される第２の二次元画像信号を取得して記憶する過程と、
   前記制御装置が、前記記憶された第１の二次元画像と第２の二次元画像との間で温度分布の差を算出し、この算出された温度分布の差をもとに前記測定対象の湿度分布を推定する過程と
   を具備することを特徴とする湿度推定方法。
3. 測定対象に対しマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記測定対象から発する赤外線を検出して、当該測定対象の温度分布を表す二次元画像信号を出力する赤外線カメラと、前記マイクロ波照射装置及び赤外線カメラに接続されたコンピュータ装置とを具備とを具備する湿度推定装置で使用されるプログラムであって、
   マイクロ波を照射する前の状態で前記赤外線カメラから出力される第１の二次元画像信号を取得し記憶する処理と、
   前記第１の二次元画像信号を取得したのち、前記マイクロ波照射装置を駆動して当該マイクロ波照射装置から前記測定対象物に対しマイクロ波を照射させる処理と、
   前記マイクロ波の照射後の状態で前記赤外線カメラから出力される第２の二次元画像信号を取得して記憶する処理と、
   前記記憶された第１の二次元画像と第２の二次元画像との間で温度分布の差を算出し、この算出された温度分布の差をもとに前記測定対象の湿度分布を推定する処理と
   を、前記コンピュータ装置に実行させるプログラム。

Images