JP2018138888A - 撮像装置及び火災判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】火災が発生した場合に、その発生場所の高精度な特定を支援することができ、長期間に亘って利用可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１０は、イメージセンサ１４０と、イメージセンサ１４０の受光面側に配置された第１フィルタ１１０及び第２フィルタ１２０とを備え、第１フィルタ１１０は、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外領域の光で励起されて可視光領域の光を発する波長変換材料を含み、第２フィルタ１２０は、可視光を透過し、紫外領域の光の透過を抑制するフィルタ領域１２２を含み、第１フィルタ１１０の少なくとも一部は、平面視において、フィルタ領域１２２に重複しない。【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置及び火災判定装置に関する。

従来、監視カメラなどによって撮影された画像から火災の発生を検知する装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。例えば、特許文献１には、紫外光用のカメラと可視光用のカメラとを備える火災可視化装置が開示されている。特許文献１に記載の火災可視化装置は、紫外光用のカメラを利用することで、ガス火災などの肉眼で見えない火災を検知することができる。

特開２００６−２６７０９７号公報

しかしながら、上記従来の火災可視化装置では、２台のカメラを利用するので、紫外光用のカメラから得られた画像と、可視光用のカメラから得られた画像との間で視差が生じる。このため、２枚の画像を合わせて火災の発生場所を特定する場合に、特定精度が低下する。また、紫外光を受光するイメージセンサは、寿命が短いという問題がある。

そこで、本発明は、火災が発生した場合に、その発生場所の高精度な特定を支援することができ、長期間に亘って利用可能な撮像装置及び火災判定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、本発明の一態様に係る撮像装置は、イメージセンサと、前記イメージセンサの受光面側に配置された第１フィルタ及び第２フィルタとを備え、前記第１フィルタは、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外領域の光で励起されて可視光領域の光を発する波長変換材料を含み、前記第２フィルタは、可視光を透過し、前記紫外領域の光の透過を抑制する第１領域を含み、前記第１フィルタの少なくとも一部である第２領域は、平面視において、前記第１領域に重複しない。

また、本発明の一態様に係る火災判定装置は、前記撮像装置の前記イメージセンサによって受光された光の強度に基づいて火災を判定する火災判定部を備え、前記火災判定部は、補正輝度情報が示す受光強度が所定の閾値以上となる単位画素である判定対象画素が、前記複数の単位画素に２つ以上含まれ、かつ、少なくとも２つの判定対象画素が隣接している場合に、火災が発生したと判定する。

本発明によれば、火災が発生した場合に、その発生場所の高精度な特定を支援することができ、長期間に亘って利用可能な撮像装置及び火災判定装置を提供することができる。

実施の形態に係る火災判定システムの概略構成を示す概略図である。 実施の形態に係る火災判定システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す模式図である。 実施の形態に係る撮像装置のフィルタ群とイメージセンサとの位置関係を模式的に示す斜視図である。 実施の形態に係る第１フィルタに含まれる波長変換材料の励起スペクトル及び蛍光スペクトルを示す図である。 火災及び太陽光の強度スペクトルを示す図である。 実施の形態に係る第２フィルタの透過特性の一例を示す図である。 実施の形態に係る撮像装置に入射した光がイメージセンサに到達する様子を説明するための模式図である。 実施の形態に係る火災判定装置による出力画像の生成方法を示す図である。 実施の形態に係る火災判定装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態の変形例に係る撮像装置の構成と、当該撮像装置に入射した光がイメージセンサに到達する様子を説明するための模式図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る撮像装置及び火災判定装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
［火災判定システム］
まず、本実施の形態に係る火災判定システムの概要について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る火災判定システム１の概略構成を示す概略図である。

図１に示すように、火災判定システム１は、撮像装置１０と、火災判定装置２０と、表示装置３０とを備える。図１には、一例として、火災判定システム１がスタジアムなどの屋外で発生する火災９０を判定する例を模式化して示している。

撮像装置１０は、例えば、スタジアムなどの監視対象物を撮影する監視カメラなどである。撮像装置１０の撮影対象（監視対象物）は、スタジアムに限らず、空港、駅、道路、学校、病院などの各種公共施設、又は、マンション若しくは一戸建てなどの住宅などでもよい。また、本実施の形態では、撮像装置１０は、屋外を撮影するが、屋内を撮影してもよい。

火災判定装置２０は、撮像装置１０が撮影することにより取得した画像又は映像（動画像）に基づいて火災を判定する。火災判定装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えるコンピュータ機器であるが、これに限らない。火災判定装置２０は、撮像装置１０と有線又は無線で接続されており、撮像装置１０と通信を行う。火災判定装置２０は、有線通信又は無線通信により、撮像装置１０が取得した画像を取得する。

表示装置３０は、撮像装置１０が撮影した画像と、火災判定装置２０による火災の判定結果とを表示する。表示装置３０は、例えば、液晶表示装置であるが、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置などでもよい。

以下では、火災判定システム１の撮像装置１０及び火災判定装置２０の詳細な構成について説明する。

［撮像装置］
まず、撮像装置１０について図２〜図４を用いて説明する。

図２は、本実施の形態に係る火災判定システム１の構成を示すブロック図である。図３は、本実施の形態に係る撮像装置１０の概略構成を示す模式図である。図４は、本実施の形態に係る撮像装置１０のフィルタ群１００とイメージセンサ１４０との位置関係を模式的に示す斜視図である。

図２及び図３に示すように、撮像装置１０は、フィルタ群１００と、イメージセンサ１４０と、レンズ群１５０とを備える。フィルタ群１００は、第１フィルタ１１０と、第２フィルタ１２０と、第３フィルタ１３０とを含む。また、図２に示すように、撮像装置１０は、さらに、補正部１６０を備える。

図３に示すように、撮像装置１０では、レンズ群１５０が入射光をイメージセンサ１４０に集光する。入射光には、可視光及び紫外光が含まれている。なお、図３において、レンズ群１５０を通過するドットの網掛けが付された領域は、入射光が通過する領域を示している。レンズ群１５０によって集光された入射光がフィルタ群１００を通過することで、イメージセンサ１４０にはフィルタ群１００の領域毎の透過特性に応じた光が入射する。

なお、図３に示す例では、レンズ群１５０には、２つのレンズ１５１及び１５２が含まれており、２段階で集光している。レンズ１５１は、例えば、凸レンズなどの集光レンズである。レンズ１５２は、例えば、コリメートレンズなどの入射光を平行光にして出射するレンズである。なお、レンズ群１５０の構成は一例に過ぎず、これらに限定されない。撮像装置１０は、レンズ群１５０を備えていなくてもよい。

以下では、フィルタ群１００に含まれる各フィルタ、イメージセンサ１４０及び補正部１６０の詳細について説明する。

［第１フィルタ］
第１フィルタ１１０は、イメージセンサ１４０の受光面側に配置されている。例えば、第１フィルタ１１０は、イメージセンサ１４０の受光面上に接触して配置されている。本実施の形態では、第１フィルタ１１０は、イメージセンサ１４０の受光面の全面を覆っている。

第１フィルタ１１０は、例えば、平板状の透光フィルタである。第１フィルタ１１０は、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外領域の光で励起されて可視光領域の光を発する波長変換材料を含んでいる。波長変換材料は、第１フィルタ１１０の全体に分散されて含有されている。

図５は、本実施の形態に係る第１フィルタ１１０に含まれる波長変換材料の励起スペクトル及び蛍光スペクトルを示す図である。波長変換材料は、例えば、図５に示すように３５０ｎｍ以下の波長成分を含む光（励起光）を受けた場合に、励起光によって励起される蛍光体材料である。波長変換材料は、励起光の波長を変換することで、可視光領域の光を出射する。

波長変換材料が出射する可視光領域の光は、例えば、図５に示すように、約５４０ｎｍにピークを有する緑色光であるが、これに限らない。可視光領域の光は、青色光又は赤色光などでもよい。波長変換材料としては、例えば、ＬＡＰ（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋）蛍光体、又は、ＹＰＶ（Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ^３＋）蛍光体などの蛍光体粒子を利用することができる。

波長変換材料の励起光の波長帯域である２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外領域は、図６に示すように、火災によって発生する紫外光に含まれる波長帯域であり、太陽光には含まれない波長帯域である。なお、図６は、火災及び太陽光の強度スペクトルを示す図である。

第１フィルタ１１０では、火災９０から放射される紫外光が入射した場合に、波長変換材料が当該紫外光によって励起されて可視光を発する。つまり、第１フィルタ１１０の波長変換材料が発する可視光（蛍光）を検出することで、火災９０の有無が判定可能になる。

第１フィルタ１１０の少なくとも一部は、平面視において、第２フィルタ１２０のフィルタ領域１２２に重複しない。すなわち、第１フィルタ１１０は、平面視において、フィルタ領域１２２に重複せずに、全透過領域１２３に重複する領域（第２領域）を有する。当該領域には、例えば、火災９０から放射された紫外光が入射されるので、当該領域に含まれる波長変換材料が励起され、入射した紫外光の強度に応じた可視光領域の光を出射する。詳細については、図８を用いて後で説明する。

第１フィルタ１１０は、例えば、複数の蛍光体粒子が分散された透光性の樹脂層である。あるいは、第１フィルタ１１０は、複数の蛍光体粒子が内部に分散された透明ガラス基板などでもよい。あるいは、第１フィルタ１１０は、複数の蛍光体粒子が分散された板状のセラミック焼結体でもよい。あるいは、第１フィルタ１１０は、蛍光体材料が真空成膜などによって表面に形成された透明ガラス基板などでもよい。

［第２フィルタ］
第２フィルタ１２０は、イメージセンサ１４０の受光面側に配置されている。本実施の形態では、第２フィルタ１２０は、イメージセンサ１４０の受光面との間に第１フィルタ１１０を挟むように配置されている。

第２フィルタ１２０は、例えば平板状の透光フィルタアレイであり、領域毎に異なる波長成分の光を透過させる。具体的には、第２フィルタ１２０は、図４に示すように、行列状に配置された複数の単位領域１２１を有する。複数の単位領域１２１の各々は、イメージセンサ１４０の複数の単位画素１４１の各々に対応している。具体的には、単位領域１２１と単位画素１４１とは、一対一に対応しており、平面視した場合に、単位領域１２１と単位画素１４１とが略同じ大きさ及び略同じ形状で重複している。

なお、平面視とは、イメージセンサ１４０の受光面を正面から見た場合を意味する。イメージセンサ１４０の受光面と、第２フィルタ１２０の光入射面及び光出射面とは略平行に配置されている。

図４に示すように、複数の単位領域１２１の各々は、フィルタ領域１２２と、全透過領域１２３とを含んでいる。さらに、フィルタ領域１２２は、赤色光を透過する赤色領域１２２ｒと、緑色光を透過する緑色領域１２２ｇと、青色光を透過する青色領域１２２ｂとを含んでいる。なお、図４では、赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ及び青色領域１２２ｂの各々にドットの網掛けを付して示している。

フィルタ領域１２２と全透過領域１２３とは、受光面に沿った方向に並んで配置されている。具体的には、赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ、青色領域１２２ｂ及び全透過領域１２３は、行列状に互いに隣接して配置されている。複数の単位領域１２１の各々は、２行２列の領域から構成される。本実施の形態では、赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ、青色領域１２２ｂ及び全透過領域１２３は、互いに同じ大きさ及び同じ形状である。具体的には、赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ、青色領域１２２ｂ及び全透過領域１２３は、互いに同じ大きさの正方形の領域である。

フィルタ領域１２２は、可視光を透過し、紫外領域の光の透過を抑制する第１領域の一例である。具体的には、フィルタ領域１２２は、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外領域の光の透過を実質的に遮断する。なお、本明細書において、実質的に遮断とは、完全に遮断することだけでなく、実質的に無視できる程度（例えば１０％以下）の光を透過することも意味する。

フィルタ領域１２２が通過させる可視光は、例えば、４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲であるが、これに限らない。本実施の形態では、フィルタ領域１２２は、赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ及び青色領域１２２ｂのそれぞれで、異なる波長の光を透過させる。

赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ及び青色領域１２２ｂにはそれぞれ、樹脂材料を用いた所定の波長帯域を透過させるカラーフィルタが形成される。赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ及び青色領域１２２ｂの各々の透過帯域は、例えば、図７に示す通りである。図７は、本実施の形態に係る第２フィルタ１２０の透過特性の一例を示す図である。

図７に示すように、赤色領域１２２ｒは、例えば、約６２０ｎｍに透光ピークを有する。緑色領域１２２ｇは、例えば、約５３０ｎｍに透光ピークを有する。青色領域１２２ｂは、例えば、約４６０ｎｍに透光ピークを有する。なお、第２フィルタ１２０の透過特性は、図７に示す例に限らない。

例えば、赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ及び青色領域１２２ｂはそれぞれ、多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタが形成されていてもよい。多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタによって、透過帯域と遮断帯域とを境界を明確にすることができるので、各領域のＳＮ比を向上させることができる。

本実施の形態では、全透過領域１２３は、平面視において、フィルタ領域１２２が設けられていない領域である。全透過領域１２３は、例えば、第２フィルタ１２０に設けられた正方形状の貫通孔（空洞）である。なお、全透過領域１２３は、第２フィルタ１２０の一部であって、透明樹脂又は透明ガラスなどの透光性部材から形成されていてもよい。

全透過領域１２３は、火災９０から放射される紫外光を透過させる。なお、火災９０から放射される紫外光は、フィルタ領域１２２を透過しない。このため、全透過領域１２３を通過した光に含まれる紫外光成分を検出することで、火災９０の判定が可能となる。

［第３フィルタ］
第３フィルタ１３０は、イメージセンサ１４０の受光面との間に第１フィルタ１１０を挟むように配置されている。本実施の形態では、第３フィルタ１３０は、第２フィルタ１２０の光入射側（すなわち、イメージセンサ１４０とは反対側）に配置されている。なお、第３フィルタ１３０は、第１フィルタ１１０と第２フィルタ１２０との間に配置されていてもよい。

第３フィルタ１３０は、２８０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の光の透過を抑制する。図６に示すように、太陽光は、２８０ｎｍ以上の波長成分を含んでいる。つまり、第３フィルタ１３０は、太陽光の紫外光成分の透過を抑制する。具体的には、第３フィルタ１３０は、第２フィルタ１２０のフィルタ領域１２２が透過させる可視光を透過させつつ、２８０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の光の透過を実質的に遮断する。

第３フィルタ１３０は、例えば、平板状の透光フィルタである。例えば、第３フィルタ１３０は、多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタである。多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタは、３層以上の薄膜が積層された多層構造を有する薄膜干渉フィルタである。多層構造を構成する３層以上の薄膜の膜厚、屈折率及び積層数を適切に設計することで、所望の波長帯域に光の透過帯域を有するバンドパスフィルタが実現される。薄膜は、例えば、誘電体材料を用いた無機膜であり、具体的には、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）膜、及び、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯ_ｘ）膜などである。

［イメージセンサ］
イメージセンサ１４０は、図４に示すように、複数の単位画素１４１が行列状に配置された受光面を有する。イメージセンサ１４０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサなどである。

複数の単位画素１４１の各々は、第１サブ画素１４２と、第２サブ画素１４３とを含んでいる。第１サブ画素１４２と、第２サブ画素１４３とは、受光面内で並んで配置されている。さらに、第１サブ画素１４２は、赤色領域１２２ｒを通過した光を受光する赤色画素１４２ｒと、緑色領域１２２ｇを通過した光を受光する緑色画素１４２ｇと、青色領域１２２ｂを通過した光を受光する青色画素１４２ｂとを含んでいる。

本実施の形態では、赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ、青色画素１４２ｂ及び第２サブ画素１４３は、行列状に互いに隣接して配置されている。複数の単位画素１４１の各々は、２行２列の領域から構成される。例えば、赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ、青色画素１４２ｂ及び第２サブ画素１４３は、互いに同じ大きさ及び同じ形状である。具体的には、赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ及び青色画素１４２ｂは、互いに同じ大きさの正方形の領域である。

赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ、青色画素１４２ｂ及び第２サブ画素１４３はそれぞれ、受光した光を光電変換するフォトダイオードなどを有し、受光した光の強度に応じた画素信号を生成して出力する。

第１サブ画素１４２は、フィルタ領域１２２を通過した光を受光して光電変換することで、受光強度に応じた第１輝度情報を生成する。第１サブ画素１４２は、第１輝度情報を示す画素信号を出力する。フィルタ領域１２２が可視光領域の光を透過するので、第１サブ画素１４２から出力される画素信号は、入射光の可視光成分の強度に相当する信号（以下、可視光信号と記載する）になる。可視光信号は、火災判定装置２０に出力される。本実施の形態では、可視光信号には、赤色信号、緑色信号及び青色信号が含まれる。

具体的には、赤色画素１４２ｒは、赤色領域１２２ｒを通過した赤色光を受光して光電変換することにより、赤色信号を生成して出力する。緑色画素１４２ｇは、緑色領域１２２ｇを通過した緑色光を受光して光電変換することにより、緑色信号を生成して出力する。青色画素１４２ｂは、青色領域１２２ｂを通過した青色光を受光して、光電変換することにより青色信号を生成して出力する。これにより、ＲＧＢの各々の画素値（輝度値）が得られるので、カラー画像を生成することができる。

第２サブ画素１４３は、全透過領域１２３に平面視において重複する第１フィルタ１１０の領域（すなわち、第２領域）を通過した光を受光して光電変換することで、受光強度に応じた第２輝度情報を生成する。第２サブ画素１４３は、第２輝度情報を示す画素信号を出力する。第１フィルタ１１０が、当該領域に入射する紫外領域の光によって励起されて、入射した紫外光の強度に応じた可視光領域の光を発するので、第２サブ画素１４３から出力される画素信号は、入射光の紫外光成分の強度に相当する信号（以下、紫外光信号と記載する）になる。紫外光信号は、火災判定装置２０に出力される。

本実施の形態では、第３フィルタ１３０によって太陽光に含まれる紫外光成分が遮断されているので、全透過領域１２３を通過する光に含まれる紫外光成分は、火災９０から放射される紫外光とみなすことができる。つまり、紫外光信号が示す輝度が大きい場合には、火災９０からの紫外光が含まれ、紫外光信号が示す輝度が小さい場合には、火災９０が発生していないと判定することができる。

赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ、青色画素１４２ｂ及び第２サブ画素１４３の各々は、受光感度が異なっていてもよい。例えば、赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ及び青色画素１４２ｂはそれぞれ、赤色光、緑色光及び青色光に対する受光感度が高く、他の波長帯域に対する受光感度が低くてもよい。また、第２サブ画素１４３は、波長変換材料による変換後の可視光に対する受光感度が高く、他の波長帯域に対する受光感度が低くてもよい。図５に示す蛍光スペクトルを有する波長変換材料を用いた場合には、第２サブ画素１４３は、約５４０ｎｍの緑色光に対する受光感度が高くてもよい。

［補正部］
補正部１６０は、第２サブ画素１４３によって生成される第２輝度情報の補正処理を行う。本実施の形態では、第２輝度情報には、入射光に含まれる紫外光に基づく蛍光以外の波長成分の光の強度も含まれるため、補正処理を行うことで蛍光以外の波長成分を除去する。以下では、まず、第２サブ画素１４３に入射する光について、図８を用いて説明する。

図８は、本実施の形態に係る撮像装置１０に入射した光がイメージセンサに到達する様子を説明するための模式図である。図８に示すように、第２フィルタ１２０の各領域には、紫外光ＵＶと、可視光、具体的には、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂとが入射する。

赤色領域１２２ｒは、赤色光Ｒを透過させ、紫外光ＵＶ、青色光Ｂ及び緑色光Ｇの透過を抑制する。第１フィルタ１１０は、可視光領域の光を透過させるので、赤色光Ｒは、そのまま第１フィルタ１１０を透過する。このため、イメージセンサ１４０の赤色画素１４２ｒには、赤色光Ｒのみが入射する。赤色画素１４２ｒは、赤色光Ｒを光電変換することで、赤色光Ｒの受光強度を示す赤色輝度情報を示す赤色信号を出力する。

緑色領域１２２ｇは、緑色光Ｇを透過させ、紫外光ＵＶ、赤色光Ｒ及び青色光Ｂの透過を抑制する。このため、イメージセンサ１４０の緑色画素１４２ｇには、緑色光Ｇのみが入射する。緑色画素１４２ｇは、緑色光Ｇを光電変換することで、緑色光Ｇの受光強度を示す緑色輝度情報を示す緑色信号を出力する。

青色領域１２２ｂは、青色光Ｂを透過させ、紫外光ＵＶ、赤色光Ｒ及び緑色光Ｇの透過を抑制する。このため、イメージセンサ１４０の青色画素１４２ｂには、青色光Ｂのみが入射する。青色画素１４２ｂは、青色光Ｂを光電変換することで、青色光Ｂの受光強度を示す青色輝度情報を示す青色信号を出力する。

一方で、全透過領域１２３は、紫外光ＵＶ、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの全てを透過する。紫外光ＵＶは、第１フィルタ１１０の波長変換材料を励起して、可視光領域の蛍光Ｆを出射する。また、第１フィルタ１１０は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂをそのまま透過する。このため、第２サブ画素１４３には、波長変換材料によって発せられた蛍光Ｆと、入射光に含まれる赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂとが含まれる。

補正部１６０は、第２サブ画素１４３に入射する光から蛍光Ｆのみを抽出するための補正処理を行う。具体的には、補正部１６０は、第２サブ画素１４３によって生成される第２輝度情報から、第１サブ画素１４２によって生成される第１輝度情報を減算することで、補正輝度情報を生成する。より具体的には、補正部１６０は、赤色画素１４２ｒで生成される赤色輝度情報、緑色画素１４２ｇで生成される緑色輝度情報及び青色画素１４２ｂで生成される青色輝度情報を、第２輝度情報から減算する。

第２輝度情報は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂと蛍光Ｆとを合わせた受光強度を示している。赤色輝度情報、緑色輝度情報及び青色輝度情報はそれぞれ、入射光に含まれる赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの受光強度を示している。このため、補正部１６０によって生成される補正輝度情報は、蛍光Ｆの受光強度、すなわち、紫外光ＵＶの強度に相当する。

補正部１６０は、例えば、専用の電子回路で実現されるが、これに限らない。補正部１６０が行う動作は、信号処理プログラムなどのソフトウェアで実現され、プロセッサなどによって実行されてもよい。

［火災判定装置］
次に、火災判定装置２０について図２を用いて説明する。図２に示すように、火災判定装置２０は、火災判定部２１０と、画像生成部２２０とを備える。

火災判定部２１０は、撮像装置１０のイメージセンサ１４０によって受光された光の強度に基づいて火災を判定する。具体的には、火災判定部２１０は、補正部１６０によって生成された補正輝度情報に基づいて火災を判定する。判定の具体的な処理は、図１０を用いて後で説明する。

画像生成部２２０は、複数の単位画素１４１の各々に対応する表示画素から構成される画像を生成する。具体的には、画像生成部２２０は、図９に示す紫外光画像４０及び可視光画像５０を生成する。なお、図９は、本実施の形態に係る火災判定装置２０による出力画像６０の生成方法を示す図である。紫外光画像４０及び可視光画像５０の各々を構成する表示画素は、例えば、単位画素１４１に一対一に対応している。

紫外光画像４０は、補正輝度情報に基づいて生成される画像である。紫外光画像４０を構成する複数の表示画素は、対応する単位画素１４１の第２サブ画素１４３に対応している。具体的には、紫外光画像４０を構成する複数の表示画素は、対応する第２サブ画素１４３が受光した光のうちの蛍光成分（紫外光成分に相当する）の受光強度、すなわち、補正輝度情報が示す画素値を有する。

図１に示すように、撮影範囲に火災９０が含まれる場合、火災９０から放射される紫外光を受けた単位画素１４１の第２サブ画素１４３の輝度値が大きくなる。このため、図９に示すように、紫外光画像４０には、火災領域４１が含まれる。火災領域４１は、例えば、補正輝度情報が示す画素値（輝度値）が所定の閾値以上になる判定対象画素に対応する表示画素の集合である。

なお、画像生成部２２０は、紫外光画像４０を２値化してもよい。例えば、画像生成部２２０は、火災領域４１以外の領域の画素値を０にしてもよい。

可視光画像５０は、可視光信号に基づいて生成される画像である。可視光画像５０を構成する複数の表示画素は、対応する単位画素１４１の第１サブ画素１４２に対応している。具体的には、可視光画像５０を構成する複数の表示画素は、対応する第１サブ画素１４２が受光した光の強度、すなわち、可視光信号に基づいた画素値を有する。可視光画像５０には、図９に示すように、人間の肉眼で確認できるスタジアムなどが含まれる。本実施の形態では、第１サブ画素１４２が赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ及び青色画素１４２ｂを含むので、可視光画像５０はカラー画像になる。

本実施の形態では、画像生成部２２０は、紫外光画像４０と可視光画像５０とを合成することで、図９に示す出力画像６０を生成する。具体的には、画像生成部２２０は、可視光画像５０を構成する複数の表示画素のうち、判定対象画素に対応する表示画素の画素値を予め定められた色の画素値に設定する。つまり、画像生成部２２０は、紫外光画像４０に含まれる火災領域４１を、可視光画像５０の同じ場所に重畳して表示する。このとき、画像生成部２２０は、火災領域４１に相当する着色領域６１を所定の色の画素値に設定する。つまり、出力画像６０は、背景画像として可視光画像５０を含み、火災領域４１に相当する着色領域６１が、例えば赤色又は黄色などの単色で塗り潰された画像になる。なお、着色領域６１は、単色に限らず、二色のストライプ又はドット模様に塗られていてもよく、虹色などの三色以上の色を含んでもよい。

火災判定部２１０及び画像生成部２２０は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。なお、火災判定部２１０及び画像生成部２２０はそれぞれ、専用のハードウェア資源で実現されてもよく、ハードウェア資源を共用してもよい。

［動作］
ここで、本実施の形態に係る火災判定装置２０の動作について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係る火災判定装置２０の動作を示すフローチャートである。

図１０に示すように、まず、火災判定部２１０は、撮像装置１０のイメージセンサ１４０から画像信号を取得する（Ｓ１０）。具体的には、火災判定部２１０は、複数の第１サブ画素１４２から可視光信号（赤色信号、緑色信号及び青色信号）を取得し、複数の第２サブ画素１４３から補正部１６０を介して補正輝度情報を取得する。

次に、火災判定部２１０は、補正輝度情報が示す受光強度が所定の閾値以上となる単位画素１４１である判定対象画素が、イメージセンサ１４０を構成する複数の単位画素１４１に２つ以上含まれるか否かを判定する（Ｓ２０）。判定対象画素は、具体的には、火災領域４１に相当する単位画素である。

判定対象画素が２つ以上含まれる場合（Ｓ２０でＹｅｓ）、火災判定部２１０は、少なくとも２つの判定対象画素が隣接しているか否かを判定する（Ｓ３０）。少なくとも２つの判定対象画素が隣接している場合（Ｓ３０でＹｅｓ）、火災判定部２１０は、撮影範囲内に火災が発生したと判定する（Ｓ４０）。次に、画像生成部２２０は、図９で示したように、着色領域６１を含む出力画像６０を生成する（Ｓ５０）。

判定対象画素が２つ以上含まれない場合（Ｓ２０でＮｏ）、又は、少なくとも２つの判定対象画素が隣接していない場合（Ｓ３０でＮｏ）、火災判定部２１０は火災が発生していないと判定し、画像生成部２２０は、可視光画像５０を出力する（Ｓ５０）。

このように、火災判定部２１０は、判定対象画素が、ある程度の大きさの塊として存在し、火災として十分な大きさを形成しているか否かを判定している。これにより、検出誤差などの影響を抑制することができる。このときの判定対象画素の隣接数の閾値は、２つに限らず、３以上の所定の値でもよい。このとき、一方向への隣接数として判定してもよく、行列状の領域（例えば２行２列又は３行３列など）として判定してもよい。

また、火災判定装置２０は、管理者などに報知する報知部を備えてもよい。例えば、報知部は、警報などを発する。あるいは、報知部は、警察、消防などに知らせてもよい。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る撮像装置１０は、イメージセンサ１４０と、イメージセンサ１４０の受光面側に配置された第１フィルタ１１０及び第２フィルタ１２０とを備える。第１フィルタ１１０は、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外領域の光で励起されて可視光領域の光を発する波長変換材料を含む。第２フィルタ１２０は、可視光を透過し、紫外領域の光の透過を抑制するフィルタ領域１２２を含む。第１フィルタ１１０の少なくとも一部である第２領域は、平面視において、フィルタ領域１２２に重複しない。

これにより、撮像装置１０が波長変換材料を含む第１フィルタ１１０を備えることで、火災が生じた場合に放射される紫外光を可視光に変換し、変換後の可視光（具体的には、蛍光Ｆ）をイメージセンサ１４０で受光することができる。このため、蛍光Ｆの強度に基づいて、火災の判定を行うことができる。蛍光Ｆは紫外光に基づく光であるため、ガス火災などの肉眼によっては見えない火災も検知することができる。

なお、肉眼で見える炎が出る火災であれば、可視光信号からも火災の判定を行うことはできる。しかしながら、この場合、火災が小さい場合、昼間などの明るい時間帯では肉眼で判定することが難しくなる。これに対しても、撮像装置１０によれば、太陽光の成分を除いた紫外光信号を利用することで、火災からの紫外光を受けた領域を検出することができるので、小さい火災を精度良く検出することができる。

また、イメージセンサ１４０は、紫外光を受光しなくてもよいので、紫外領域に感度を有さない安価で汎用性の高く、かつ、長寿命なイメージセンサを利用することができる。このため、紫外光によるイメージセンサ１４０の劣化が抑制され、長期間に亘って火災の検知を行うことができる。

このように、本実施の形態に係る撮像装置１０によれば、火災が発生した場合に、その発生場所の高精度な特定を支援することができる。なお、撮像装置１０は、１つのイメージセンサ１４０を備えればよく、複数台のカメラを必要としないので、構成を簡略化することができ、低コスト化も実現することができる。

また、例えば、イメージセンサ１４０の受光面には、複数の単位画素１４１が行列状に配置されている。第２フィルタ１２０は、複数の単位画素１４１の各々に対応し、行列状に配置された複数の単位領域１２１であって、各々がフィルタ領域１２２を含む複数の単位領域１２１を有する。フィルタ領域１２２は、平面視において、赤色光を透過する赤色領域１２２ｒと、緑色光を透過する緑色領域１２２ｇと、青色光を透過する青色領域１２２ｂとを含んでいる。

これにより、カラー画像を生成することができるので、目視による確認がより行いやすくなる。また、第１サブ画素１４２と第２サブ画素１４３とは、１つのイメージセンサ１４０の受光面に行列状に並べられているので、各々に入射する光の視差の影響が十分に小さくなる。このため、紫外光信号に基づいて生成される紫外光画像４０と、可視光信号に基づいて生成される可視光画像５０とは、実質的に同じ撮影範囲を撮影した画像になる。したがって、火災領域４１を可視光画像５０内に精度良く重畳させることができるので、火災の発生場所の特定精度を高めることができる。

また、例えば、撮像装置１０は、さらに、イメージセンサ１４０の受光面との間に第１フィルタ１１０を挟むように配置され、２８０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の光の透過を抑制する第３フィルタ１３０を備える。

これにより、太陽光に含まれる紫外光成分の影響を抑えることができる。このため、火災による紫外光の検出精度を高めることができ、火災の判定精度を高めることができる。

また、例えば、第３フィルタ１３０は、多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタである。

これにより、所望の波長領域のみを通過させるフィルタを簡単に作成することができる。

また、例えば、第２フィルタ１２０は、イメージセンサ１４０の受光面との間に第１フィルタ１１０を挟むように配置されている。

これにより、第１フィルタ１１０と第２フィルタ１２０とをそれぞれ別部材として形成することができるので、各々のフィルタ精度を高めることができる。このため、火災の判定精度を高めることができる。

また、例えば、第１フィルタ１１０は、イメージセンサ１４０の受光面の全面を覆っている。

これにより、イメージセンサ１４０の面内でのばらつきを抑制することができるので、火災の判定精度を高めることができる。

また、例えば、イメージセンサ１４０の受光面には、複数の単位画素１４１が行列状に配置されている。複数の単位画素１４１の各々は、フィルタ領域１２２を透過した光を受光して光電変換することで、受光強度に応じた第１輝度情報を生成する第１サブ画素１４２と、全透過領域１２３に重複する第２領域を透過した光を受光して光電変換することで、受光強度に応じた第２輝度情報を生成する第２サブ画素１４３とを含む。撮像装置１０は、さらに、第２輝度情報から第１輝度情報を減算することで、補正輝度情報を生成する補正部１６０を備える。

これにより、第２サブ画素１４３に入射する蛍光Ｆ以外の可視光成分を信号処理により取り除くことができるので、紫外光に基づく蛍光Ｆの受光強度をより精度良く検出することができる。したがって、火災の判定精度を高めることができる。

また、本実施の形態に係る火災判定装置２０は、例えば、撮像装置１０のイメージセンサ１４０によって受光された光の強度に基づいて火災を判定する火災判定部２１０を備える。火災判定部２１０は、補正輝度情報が示す受光強度が所定の閾値以上となる単位画素である判定対象画素が、複数の単位画素１４１に２つ以上含まれ、かつ、少なくとも２つの判定対象画素が隣接している場合に、火災が発生したと判定する。

これにより、イメージセンサ１４０からの可視光信号及び補正部１６０からの補正輝度情報を利用することで、火災の発生場所を高精度に特定することができる。また、判定対象画素が１つのみである場合、及び、２つ以上の判定対象が隣接していない場合などの検出誤差による場合には、火災と判定しないので、火災の判定精度を高めることができる。

また、例えば、火災判定装置２０は、さらに、複数の単位画素１４１の各々に対応する表示画素から構成される画像であって、各々の表示画素が、対応する単位画素１４１の第１輝度情報に基づいた画素値を有する画像を生成する画像生成部２２０を備える。画像生成部２２０は、画像を構成する複数の表示画素のうち、判定対象画素に対応する表示画素の画素値を予め定められた色の画素値に設定する。

これにより、可視光画像５０に火災領域４１を重畳し、かつ、所定色で塗り潰すことができるので、目視によって簡単に火災の発生場所を特定することができる。

（変形例）
以下では、上述した実施の形態に係る撮像装置１０の変形例について、図１１を用いて説明する。図１１は、本変形例に係る撮像装置の構成と、当該撮像装置に入射した光がイメージセンサ１４０に到達する様子を説明するための模式図である。

上記の実施の形態では、第１フィルタ１１０から発せられる蛍光Ｆの出射方向は、第２サブ画素１４３に向かう方向だけには限らない。例えば、図８に示したように、蛍光Ｆの一部は、第２サブ画素１４３に隣接する青色画素１４２ｂに入射する可能性がある。このため、青色画素１４２ｂが生成する青色輝度情報には、蛍光Ｆの成分が含まれる。

そこで、図１１に示すように、本変形例に係る撮像装置は、イメージセンサ１４０と第１フィルタ１１０との間に配置された光学部材１７０を備える。光学部材１７０は、波長変換材料が発する可視光領域の光を集光する。光学部材１７０は、例えば、凸レンズであるが、凹レンズでもよい。

これにより、蛍光Ｆを効率良く第２サブ画素１４３に入射させることができるので、弱い紫外光に基づく弱い蛍光Ｆであっても第２サブ画素１４３で検出することができる。したがって、検出精度が高められ、火災の判定精度も高めることができる。また、隣接する青色画素１４２ｂへの蛍光Ｆの入射も抑制することができるので、青色輝度情報の信頼性が良くなり、補正輝度情報の信頼性も高められる。このため、火災の判定精度が高められる。

あるいは、補正部１６０は、さらに、青色輝度情報から蛍光Ｆの成分を除去する補正をしてもよい。例えば、補正部１６０は、青色輝度情報から補正輝度情報の所定割合を減算することで、青色画素１４２ｂに入射する蛍光Ｆの成分を除去することができる。

なお、火災の判定を目的とする場合は、火災判定装置２０によって火災領域４１に相当する表示画素は、所定の色で塗り潰される。このため、青色輝度情報に蛍光Ｆの一部が含まれたとしても、青色画素１４２ｂを含む単位画素１４１が火災領域４１に含まれるために出力画像６０に与える影響はほとんどない。このため、補正部１６０は、青色輝度情報の補正を行わなくてもよい。

（その他）
以上、本発明に係る撮像装置及び火災判定装置について、上記の実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施の形態では、撮像装置１０が補正部１６０を備え、信号処理によって第２サブ画素１４３に入射する可視光成分を除去する例について示したが、撮像装置１０は、補正部１６０を備えなくてもよい。例えば、第２フィルタ１２０は、全透過領域１２３の代わりに、紫外領域の光のみを透過し、可視光領域の光の透過を抑制する紫外線透過フィルタ領域を有してもよい。これにより、紫外線透過フィルタ領域に重複する、第１フィルタ１１０の領域（第２領域）には、入射光に含まれる可視光成分がほとんど入射されないので、補正処理を行わなくてもよい。

また、例えば、補正部１６０は、補正処理を行う場合に、減算処理だけではなく、処理対象とするサブ画素の数を考慮に入れてもよい。あるいは、補正部１６０は、赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ及び青色画素１４２ｂの各々の分光透過率の積分値を考慮に入れてもよい。

また、例えば、第１フィルタ１１０は、イメージセンサ１４０の受光面の全面を覆っていなくてもよい。第１フィルタ１１０は、平面視において全透過領域１２３に重複する部分のみに設けられていてもよい。このとき、第１フィルタ１１０は、第２フィルタ１２０と同層に設けられていてもよい。すなわち、第１フィルタ１１０と第２フィルタ１２０とは、同一の平板状に形成されていてもよい。あるいは、第１フィルタ１１０は、平面視において全透過領域１２３に重複する部分のみに波長変換材料を含有していてもよい。

また、例えば、第２フィルタ１２０のフィルタ領域１２２は、赤色領域１２２ｒ、緑色領域１２２ｇ及び青色領域１２２ｂを含んでいなくてもよい。フィルタ領域１２２は、可視光領域（例えば、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲）の光を透過し、紫外領域の光の透過を抑制してもよい。このとき、イメージセンサ１４０の第１サブ画素１４２も、赤色画素１４２ｒ、緑色画素１４２ｇ及び青色画素１４２ｂを含んでいなくてもよい。この場合、可視光画像５０は、グレースケールの画像として生成される。

また、例えば、撮像装置１０は、第２フィルタ１２０の各領域に光を集光するためのマイクロレンズアレイなどの光学部材を備えてもよい。例えば、光学部材は、第２フィルタ１２０の光入射側に配置されてもよい。

なお、上記の実施の形態に係る撮像装置１０は、火災の判定以外の用途に用いることができる。例えば、撮像装置１０は、紫外光を発する光源の探索に利用することができる。

また、上記の各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

なお、本発明は、火災判定装置として実現できるだけでなく、火災判定装置の各構成要素が行う処理をステップとして含むプログラム、及び、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体として実現することもできる。

つまり、上述した包括的又は具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１０ 撮像装置
２０ 火災判定装置
９０ 火災
１１０ 第１フィルタ
１２０ 第２フィルタ
１２１ 単位領域
１２２ フィルタ領域（第１領域）
１２２ｂ 青色領域
１２２ｇ 緑色領域
１２２ｒ 赤色領域
１３０ 第３フィルタ
１４０ イメージセンサ
１４１ 単位画素
１４２ 第１サブ画素
１４３ 第２サブ画素
１６０ 補正部
１７０ 光学部材
２１０ 火災判定部
２２０ 画像生成部

Claims (10)

1. イメージセンサと、
   前記イメージセンサの受光面側に配置された第１フィルタ及び第２フィルタとを備え、
   前記第１フィルタは、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外領域の光で励起されて可視光領域の光を発する波長変換材料を含み、
   前記第２フィルタは、可視光を透過し、前記紫外領域の光の透過を抑制する第１領域を含み、
   前記第１フィルタの少なくとも一部である第２領域は、平面視において、前記第１領域に重複しない
   撮像装置。
2. 前記イメージセンサの前記受光面には、複数の単位画素が行列状に配置されており、
   前記第２フィルタは、前記複数の単位画素の各々に対応し、行列状に配置された複数の単位領域であって、各々が前記第１領域を含む複数の単位領域を有し、
   前記第１領域は、平面視において、
   赤色光を透過する赤色領域と、
   緑色光を透過する緑色領域と、
   青色光を透過する青色領域とを含んでいる
   請求項１に記載の撮像装置。
3. さらに、
   前記受光面との間に前記第１フィルタを挟むように配置され、２８０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の光の透過を抑制する第３フィルタを備える
   請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記第３フィルタは、多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタである
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第２フィルタは、前記受光面との間に前記第１フィルタを挟むように配置されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. さらに、
   前記イメージセンサと前記第１フィルタとの間に配置され、前記波長変換材料が発する可視光領域の光を集光する光学部材を備える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記第１フィルタは、前記イメージセンサの受光面の全面を覆っている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記イメージセンサの前記受光面には、複数の単位画素が行列状に配置されており、
   前記複数の単位画素の各々は、
   前記第１領域を透過した光を受光して光電変換することで、受光強度に応じた第１輝度情報を生成する第１サブ画素と、
   前記第２領域を透過した光を受光して光電変換することで、受光強度に応じた第２輝度情報を生成する第２サブ画素とを含み、
   前記撮像装置は、さらに、
   前記第２輝度情報から前記第１輝度情報を減算することで、補正輝度情報を生成する補正部を備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置の前記イメージセンサによって受光された光の強度に基づいて火災を判定する火災判定部を備え、
   前記火災判定部は、
   前記補正輝度情報が示す受光強度が所定の閾値以上となる単位画素である判定対象画素が、前記複数の単位画素に２つ以上含まれ、かつ、少なくとも２つの判定対象画素が隣接している場合に、火災が発生したと判定する
   火災判定装置。
10. さらに、
    前記複数の単位画素の各々に対応する表示画素から構成される画像であって、各々の表示画素が、対応する単位画素の第１輝度情報に基づいた画素値を有する画像を生成する画像生成部を備え、
    前記画像生成部は、前記画像を構成する複数の表示画素のうち、前記判定対象画素に対応する表示画素の画素値を予め定められた色の画素値に設定する
    請求項９に記載の火災判定装置。

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