JP2021165746A - テラヘルツ波検出装置、テラヘルツ波検出方法、及び情報処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 テラヘルツ波を発信する発信器、及び分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信する受信器を含むテラヘルツ波送受信器と、ディスプレイと、情報処理装置と、を備え、発信器は、分析対象物を含む2次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、情報処理装置は、反射テラヘルツ波に基づいて分析対象物の濃度を解析し、背景反射物の画像に分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成し、ディスプレイに表示する。
【選択図】図3
Description
第一実施形態は、THz波検出装置100がガスの可視化装置に適用された例について説明する。図1Aは、第一実施形態に係るTHz波検出装置の正面図である。図1Bは、第一実施形態に係るTHz波検出装置の側方断面図である。図2は、第一実施形態に係るTHz波検出装置のハードウェア構成図である。
図8から図10を参照して、第二実施形態について説明する。第二実施形態は、ウェアラブル端末300にTHz波送受信器1を装着して、THz波検出装置100aを構成する例である。ウェアラブル端末300にTHz波送受信器1を一体化して構成しても良い。THz波検出装置100aの利用者は、身体にTHz波検出装置100aを取り付けた状態でTHz波検出装置100aを利用可能でき、両手を自由にさせることできる。
図11A、図11B、及び図12を参照して、第三実施形態について説明する。第三実施形態は、特にガスまでの距離を計測する機能について特徴がある。
図13A〜図15を用いて、第四実施形態について説明する。図13Aは、分析対象ガス6の濃度の分布の時間変化を表す特徴量を説明する図である。図13Aは、分析対象ガス6の2次元領域の分布を表しており、濃度のピーク値を有する点を基準とし、X+とX−軸、Y+とY−軸、V+とV−軸、U+とU−軸の4つの方向で、濃度分布を評価する。
図16、図17を用いて、第五実施形態について説明する。図16Aは、第五実施形態によるTHz波検出装置100cの正面図である。図16Bは、第五実施形態によるTHz波検出装置100cでの側断面図である。
2 :解析部
3 :カメラ
4 :可視化部
5 :背景反射物
6 :分析対象ガス
7 :コントローラ
10 :スマートフォン
11 :発信器
12 :受信器
13 :発信制御部
14 :アンテナ
15a :送信波
15b :反射テラヘルツ波
45a :タッチパネル付ディスプレイ
Claims (12)
- テラヘルツ波を発信する発信器、及び分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信する受信器を含むテラヘルツ波送受信器と、
ディスプレイと、
前記テラヘルツ波送受信器、及び前記ディスプレイの其々に接続された情報処理装置と、を備え、
前記発信器は、前記分析対象物を含む2次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、
前記情報処理装置は、
前記反射テラヘルツ波に基づいて、前記分析対象物の濃度を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果に基づいて、前記背景反射物が撮像された背景画像に前記分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示する可視化部と、を含む、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置において、
前記発信器は、周波数をスイープさせた送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、
前記解析部は、
前記発信器が発信したテラヘルツ波の周波数と、前記受信器が受信した前記反射テラヘルツ波の周波数との周波数差を検知する周波数差検知部と、
前記周波数差に基づいて、前記テラヘルツ波送受信器から前記背景反射物までの反射距離を算出する反射距離算出部と、
前記発信器から発した前記テラヘルツ波の強度、前記発信器から照射されたテラヘルツ波に対する前記反射テラヘルツ波の減衰量、及び前記反射距離に基づいて、距離で正規化された前記分析対象物の正規化濃度を算出する正規化濃度算出部と、
前記反射テラヘルツ波において減衰した周波数に基づいて、前記分析対象物の種類を特定する対象物識別部と、を含み、
前記可視化部は、
前記正規化濃度に応じて表示態様を異ならせた濃度画像を生成する濃度画像生成部と、
前記分析対象物の種類を示すグラフィック画像を生成するグラフィック画像生成部と、
前記背景画像に前記濃度画像及び前記グラフィック画像を合成して合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示させる画像合成部と、を含む、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項2に記載のテラヘルツ波検出装置において、
前記可視化部は、
前記反射距離に応じて表示態様を異ならせた奥行画像を生成する奥行画像生成部を更に含み、
前記画像合成部は、前記背景画像として前記奥行画像を用い、前記奥行画像に前記濃度画像を合成して前記合成画像を生成する、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項2に記載のテラヘルツ波検出装置において、
前記情報処理装置は、可視光を撮像してカメラ画像を生成するカメラに接続され、
前記画像合成部は、前記背景画像として前記カメラ画像を用い、前記カメラ画像に前記濃度画像を合成して前記合成画像を生成する、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項2に記載のテラヘルツ波検出装置において、
前記正規化濃度算出部は、前記分析対象物による吸収がない平坦部の信号強度をR、前記分析対象物が前記テラヘルツ波を吸収することにより減衰した周波数の信号強度をS、及び前記反射距離をdとした際に、下式(1)により前記正規化濃度を算出する、
正規化濃度=R/S/d・・・(1)
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置において、
前記分析対象物は不可視のガスであり、
前記濃度画像は、前記ガスの濃度分布を図示した画像であり、
前記合成画像は、前記背景画像に前記ガスの濃度分布を図示した画像を重畳した画像である、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項2に記載のテラヘルツ波検出装置において、
前記テラヘルツ波検出装置は、当該テラヘルツ波検出装置を支持する支持台、及び当該支持台に連結された伸縮棒を含む伸縮装置に取り付けられ、
前記テラヘルツ波検出装置により前記伸縮棒の伸縮量を異ならせて前記分析対象物を複数回測定させ、
前記正規化濃度算出部は、各回の測定において前記テラヘルツ波検出装置から前記分析対象物の幅方向端部を計測した際の最大角度をθ1、θ2を算出し、前記複数回の測定間における前記伸縮量の差からなる分析距離差をlとした際に、下式(2)により前記テラヘルツ波検出装置から前記分析対象物までの距離Lgを算出し、
前記分析対象物による吸収がない平坦部の信号強度をR、前記分析対象物が前記テラヘルツ波を吸収することにより減衰した周波数の信号強度をS、及び前記距離Lgとした際に、下式(3)により前記正規化濃度を算出し、
Lg=ltanθ1/(tanθ2−tanθ1)・・・(2)
正規化濃度=R/S/Lg・・・(3)
前記濃度画像生成部は、前記正規化濃度を更新した新たな濃度画像を生成する、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置において、
前記可視化部は、
時系列に沿って生成された複数の濃度画像の其々について、複数の軸で濃度分布を取得し、当該濃度分布の中心、及び当該濃度分布の広がりに対応した評価パラメータを求め、前記評価パラメータの時系列変化を示すグラフィック画像データを生成するグラフィック画像生成部と、
前記背景画像に前記グラフィック画像データを合成して合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示させる画像合成部と、を含む、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項8に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記グラフィック画像生成部は、前記評価パラメータの時系列変化に基づいて、前記濃度分布の位置の時系列に沿った変化方向とは異なる方向に向かう経路を示すグラフィック画像を更に生成し、前記背景画像に合成して前記合成画像を生成する、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項4に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記分析対象物は、匂い成分であって、
前記対象物識別部は、前記反射テラヘルツ波に基づいて匂い成分を特定し、
前記グラフィック画像生成部は、前記特定された匂い成分の種類を示すグラフィック画像を生成し、
前記画像合成部は、前記カメラ画像において前記匂い成分が検知された実空間が撮像された領域を特定し、当該領域上に前記特定された匂い成分の種類を示すグラフィック画像を重畳した合成画像を生成する、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 分析対象物を含む2次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射するステップと、
前記分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信するステップと、
前記反射テラヘルツ波に基づいて、前記分析対象物の濃度を解析するステップと、
前記分析対象物の濃度を解析した結果に基づいて、前記背景反射物の画像に前記分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成するステップと、
ディスプレイに前記合成画像を表示するステップと、を含む、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出方法。 - テラヘルツ波を発信する発信器、及び分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信する受信器を含むテラヘルツ波送受信器と、
ディスプレイを有するウェアラブル端末と、
前記テラヘルツ波送受信器、及び前記ウェアラブル端末の其々に接続された情報処理装置と、を備え、
前記テラヘルツ波送受信器は、前記分析対象物を含む2次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、
前記情報処理装置は、
前記反射テラヘルツ波に基づいて、前記分析対象物の濃度を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果に基づいて、前記背景反射物の画像に前記分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成し、前記ウェアラブル端末に出力する可視化部と、を含む、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出システム。
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