JP2022061405A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモグラフィ装置による温度の測定結果を改善する。【解決手段】本願に係るサーモグラフィ装置（１００）は、測定対象から放射された電磁波を測定する撮像素子（５１）を用いた測定結果であって、当該撮像素子（５１）の熱時定数（τ）よりも短い測定期間（ｔ）で測定された測定結果を取得する取得部（４１）と、前記撮像素子（５１）が異なる測定期間（ｔ）で測定した複数の測定結果を用いて、前記測定対象（ＩＴ）の温度を算出する算出部（４３）とを有する。【選択図】図６

Description

本発明は、サーモグラフィ装置等、測定対象の温度を測定する測定装置および測定方法に関する。

従来、サーモグラフィ装置等、撮像対象の熱分布を示す熱画像を撮像する技術が知られている。このような技術の一例として、赤外線センサを用いて熱画像を撮影する際に、所定の画素の撮影結果と、所定の画素に隣接する画素の撮影結果との差分に基づいて、所定の画素の撮影結果を補正することで、撮影対象が動いた場合や、サーモグラフィ装置が動いた場合に生じる像流れを防ぐ技術が提案されている。

特許第３３８６０１２号公報

しかしながら、上述した従来技術では、撮影対象の温度を適切に測定しているとは言えない。

例えば、上述した従来技術では、赤外線センサの応答特性に基づいて、所定の画素の測定結果と、所定の画素に隣接する画素の測定結果との差に基づき、所定の画素の測定結果を補正している。このため、上述した従来技術では、撮影対象や撮影装置が動いた場合に生じる像のブレ、すなわち、像流れを防ぐことができるものの、撮影対象の温度を適切に測定しているとは言えない。

一方で、サーモグラフィ装置は、撮影対象の温度に基づいた各種の検査に用いられる場合がある。例えば、サーモグラフィ装置を用いて撮像された熱画像に基づいて、ホットメルトの温度、量、位置、飛び散り若しくは伸びを判定し、判定結果に基づいて、ホットメルトの接着状態を判定するものが知られている。しかしながら、上述した従来技術では、ホットメルトの温度を適切に測定することができないので、検査を適切に行うことができなくなる恐れがある。

また、撮影対象やサーモグラフィ装置が動く場合だけではなく、例えば、温度が急激に変化する撮影対象の検索を行いたいといった要望が考えられる。しかしながら、上述した従来技術では、隣接する画素の情報を用いて、像流れを防いでいるにすぎないため、赤外線の応答特性が温度の変化に追従できない場合、適切に温度の測定を行うことができない。

本願はこのような課題を解決するためのものであり、サーモグラフィ装置による温度の測定結果を改善することを目的としている。

本願に係る測定装置は、測定対象から放射された電磁波を測定する撮像素子を用いた測定結果であって、当該撮像素子の熱時定数よりも短い測定期間で測定された測定結果を取得する取得部と、前記撮像素子が異なる測定期間で測定した複数の測定結果を用いて、前記測定対象の温度を算出する算出部とを有する。

また、上述した測定装置において、算出部は、複数の測定結果の変化量に基づいて、測定対象の温度を算出してもよい。

また、上述した測定装置において、算出部は、第１測定期間で測定された第１測定結果と、第１測定期間よりも前の第２測定期間で測定された第２測定結果とを用いて、測定対象の温度を算出してもよい。

また、上述した測定装置において、算出部は、第１測定結果の直前に測定された測定結果を第２測定結果としてもよい。

また、上述した測定装置において、算出部は、ネイピア数を底とし測定期間を熱時定数で除算した値の負値を冪指数とする所定の係数に第１測定結果を積算した値を第２測定結果から減算した値を、１から所定の係数を減算した値で除算した値に基づいて、測定対象の温度を算出してもよい。

また、上述した測定装置において、算出部は、第１測定結果と、第１測定期間よりも前に測定された複数の測定結果とを用いて、測定対象の温度を算出してもよい。

また、上述した測定装置において、取得部は、撮像素子が有する画素ごとに測定結果を取得し、算出部は、画素ごとに、測定対象のうち当該画素が測定した電磁波の出射元となる領域の温度を算出してもよい。

また、上述した測定装置において、取得部は、測定結果として、撮像素子による電磁波の測定結果に基づいて測定された撮影対象の温度を取得し、算出部は、異なる測定期間の測定結果に基づいた複数の温度に基づいて、測定対象の温度を算出してもよい。

また、上述した測定装置において、取得部は、非冷却型の撮像素子を用いた測定結果を取得してもよい。

また、上述した測定装置において、取得部は、測定対象から放射された赤外線を測定する撮像素子を用いた測定結果を取得してもよい。

また、上述した測定装置において、取得部は、測定対象から放射された赤外線の放射輝度を測定する撮像素子を用いた測定結果を取得してもよい。

また、上述した測定装置において、取得部は、撮像素子を有する撮像装置から測定結果を取得してもよい。

また、上述した測定装置は、撮像素子を有する撮像部を有していてもよい。

上述した測定装置は、撮像素子が撮影対象の温度を適切に測定することができる時間間隔である熱時定数よりも短い測定期間で測定された複数の測定結果、すなわち、時系列的に異なるタイミングで測定された複数の測定結果を取得する。そして、測定装置は、取得した複数の測定結果を用いて、測定対象の温度を算出する。すなわち、測定装置は、同じタイミングで測定された隣接する画素の情報を用いるのではなく、異なるタイミングで測定された測定結果を用いて、測定対象の温度を算出する。

例えば、撮像素子が赤外線の放射輝度を測定する非冷却型の撮像素子である場合、撮像素子の測定結果に基づく温度は、撮影の開始とともに急激に変化し、その後徐々に測定対象の温度へと近づく指数関数となりえる。このため、測定装置は、測定結果に基づく温度が十分に測定対象の温度に近づく期間（すなわち、熱時定数）よりも短い時間間隔で測定を行うと、適切な温度を測定することができない。

そこで、測定装置は、熱時定数よりも短い時間間隔で測定対象を測定した複数の測定結果を取得する。そして、測定装置は、例えば、撮像素子が有する画素ごとに、タイミングＴ１での撮影結果と、タイミングＴ１の次に撮影されたタイミングＴ２での撮影結果との変化量に基づいて、実際に測定対象の温度が何度であったかを推定する。すなわち、測定装置は、撮像素子の測定結果に基づく温度と撮影期間との関係を示す関数において、少なくともいずれか２点での測定結果に基づく温度の変化量から、最終的に測定されたであろう温度を推定する。

このような処理の結果、測定装置は、熱時定数よりも短い時間間隔で測定対象を撮影した場合であっても、撮影対象の温度を適切に測定することができる。この結果、測定装置は、例えば、測定対象や測定装置が動く場合や、測定対象の温度が急激に変化する場合であっても、測定対象の温度を適切に測定することができる。

図１は、実施形態におけるサーモグラフィ装置の概要を示す図である。 図２は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が測定する温度と撮影時間との関係性の一例を示す図である。 図３は、測定対象の熱画像の一例を示す第１の図である。 図４は、測定対象の熱画像の一例を示す第２の図である。 図５は、測定対象の熱画像の一例を示す第３の図である。 図６は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が有する機能構成の一例を示す図である。 図７は、実施形態に係るコントローラが実行する測定処理の一例を示すフローチャートである。

次に、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

［サーモグラフィ装置の概要について］
まず、図１を用いて、サーモグラフィ装置の概要について説明する。図１は、実施形態におけるサーモグラフィ装置の概要を示す図である。図１に示す例では、サーモグラフィ装置１００は、コントローラ１０と、赤外線カメラ５０とを有する。また、コントローラ１０は、端末装置２００と接続されている。

このようなサーモグラフィ装置１００は、赤外線カメラ５０が有する撮像素子を用いて、測定対象から発生された赤外線の放射輝度を測定し、測定した放射輝度に応じて、測定対象の温度を測定する。例えば、サーモグラフィ装置１００は、黒体炉の温度を変更させながら黒体炉から生じた赤外線の放射輝度を測定することで、放射輝度と温度との対応を示す校正情報を校正する。そして、サーモグラフィ装置は、測定対象から生じた放射輝度から、校正された校正情報（以下、「校正情報」と記載する。）に基づいて、測定対象の温度を算出する。

また、サーモグラフィ装置１００は、工場などのワーク等の温度を測定する測定時においては、測定対象との距離を校正時における測定距離に合わせる。そして、サーモグラフィ装置１００は、校正情報を用いて、測定した赤外線の放射輝度から測定対象の温度を算出する。

例えば、赤外線カメラ５０は、撮像素子として、複数のサーモパイルから構成されたサーモパイルアレイセンサ等のＦＰＡ（Focal Plane Array）を用いて、検査ラインＩＬ１を流れる測定対象ＩＴから発せられた赤外線の放射輝度を測定し、測定結果をコントローラ１０に送信する。なお、赤外線カメラ５０は、マイクロボロメータや焦電センサ等、各種の熱型赤外線センサを用いるものであってもよく、各種の量子型赤外線センサを用いるものであってもよい。

このような場合、コントローラ１０は、測定結果に基づいて、測定対象ＩＴの温度を測定する。より具体的には、コントローラ１０は、測定対象ＩＴの表面における各領域の温度を測定することで、測定対象ＩＴの表面における温度分布を測定する。そして、コントローラ１０は、測定した温度分布を示す熱画像を生成する。例えば、コントローラ１０は、画素ごとに測定された赤外線量や温度を示す信号値を対応付けるデータを熱画像として生成する。そして、コントローラ１０は、生成した熱画像を端末装置２００へと提供する。

なお、コントローラ１０は、例えば、測定した温度分布に基づいた測定対象ＩＴの検査結果を提供してもよい。例えば、コントローラ１０は、熱画像に基づいて、測定対象ＩＴのうち、温度が所定の温度以上となる範囲の広さを算出する。そして、コントローラ１０は、算出された広さが所定の閾値を超える場合、測定対象ＩＴの検査結果が適切である旨を出力してもよい。これ以外にも、例えば、コントローラ１０は、温度が所定の温度以上となる範囲の形状や温度分布等が所定の条件を満たすか否かに応じた、各種検査結果を出力してもよい。

ここで、工場等の検査ラインでワーク等の検査対象を流しながら検査するには、量子型赤外線センサ等、応答性の高いセンサが求められる。しかし、冷却型検出器を用いたサーマルカメラは高価であり、容易に採用できない。例えば、量子型赤外線センサは、撮像素子を冷却する必要があるため、熱型赤外線センサと比較して高額となる傾向があり、メンテナンスも手間がかかる場合がある。また、赤外線カメラ５０にシャッターを取り付けた場合、シャッターが閉じた際の測定結果から、シャッターが開いた際の測定結果を補正することができるため、測定結果の精度を向上させることができるものの、部品数が多くなるため、コストやメンテナンスの手間が増大する。さらに、赤外線カメラ５０がシャッターを閉じている際には、撮影対象の画像を撮影することができなくなるため、検査対象を流しながら検査を行うインライン検査には、不適切であると考えられる。このため、コストやメンテナンス性、インライン検査の態様を考慮すると、シャッターを有さず、熱型赤外線センサを用いた赤外線カメラ５０が望まれると考えられる。

しかしながら、このような熱型赤外線センサを用いて温度を測定した場合、温度の測定結果と測定時間との関係は、時間の経過とともに温度が指数関数的に変化し、その後、測定対象の温度へと徐々に近づく特性を有することとなる。このため、熱型赤外線センサを用いて測定対象ＩＴの温度を適切に測定するには、所定の測定期間（すなわち、熱時定数）よりも長い期間の間、測定対象ＩＴを撮影する必要がある。

例えば、図２は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が測定する温度と撮影時間との関係性の一例を示す図である。なお、図２に示す例では、赤外線センサの各画素が測定対象ＩＴの撮影を開始してから経過した時間を横軸とし、各タイミングにおいて各画素の出力に基づく温度を縦軸として、温度と経過時間との関係性の一例を示すグラフを示した。

例えば、ある画素がタイミングＴ０から測定対象ＩＴの撮影を開始した場合、その画素における測定結果として出力される温度は、時間の経過とともに指数関数的に上昇する。そして、測定結果として出力される温度は、撮像素子である赤外線センサの特性に応じたタイミングＴＸにおいて、測定対象と同じ温度となる。その後、タイミングＴＹで測定対象ＩＴが撮影範囲外へと移動した場合は、測定結果として出力される温度は、室温へと指数関数的に低下する。

このように、サーモグラフィ装置１００が測定結果とする温度は、測定開始から経過する時間により変化してしまう。このため、測定対象の温度を適切に測定するには、赤外線センサの特定に応じた熱時定数（例えば、タイミングＴ０からＴＸまでの期間）よりも長い期間の間、測定対象の温度を測定する必要がある。

しかしながら、測定対象ＩＴが高速で移動している場合は、赤外線センサの熱時定数よりも短い期間の間に測定対象ＩＴが移動してしまい、測定対象ＩＴのうち各画素が測定する領域が変化してしまう。この結果、測定対象ＩＴが高速で移動している場合は、測定対象ＩＴの各領域における温度を適切に測定することができなくなる。

例えば、図３は、測定対象の熱画像の一例を示す第１の図である。図３に示す例では、温度が高くなるにつれて、黒色から白色となるように、測定対象ＩＴの温度を示す熱画像の一例を示す。また、図３に示す例では、測定対象ＩＴを停止させた状態で、赤外線センサの熱時定数よりも長い期間、測定対象ＩＴの温度を測定した場合の測定結果を示す熱画像の一例を示す。

図３に示すように、測定対象ＩＴを赤外線センサの熱時定数よりも長い期間撮影した場合は、測定対象ＩＴの外延を含む外延領域ＥＡにおいて像流れが生じていない明瞭な熱画像を得ることができる。また、図３に示すように、測定対象ＩＴを赤外線センサの熱時定数よりも長い期間撮影した場合は、測定対象ＩＴの中心部分を含む内縁領域ＥＡにおいて、適切な温度を示す熱画像を得ることができる。

一方、図４は、測定対象の熱画像の一例を示す第２の図である。図４に示す例では、測定対象ＩＴを赤外線センサの熱時定数よりも短い測定期間で、移動している測定対象ＩＴの温度を測定した場合の測定結果を示す熱画像の一例を示す。なお、図４に示す例では、図面左側から右側へと測定対象ＩＴを移動させた際の測定結果を示す熱画像の一例を示した。図４に示す例では、測定対象ＩＴを高速で移動させた結果、赤外線センサの熱時定数よりも短い期間で赤外線センサの各画素が測定する赤外線の放射輝度が変化してしまい、像流れが生じている。

より具体的には、測定対象ＩＴのうち移動方向の外延を含む前方外延領域ＦＥＡ１においては、熱時定数よりも短い期間の間に測定対象ＩＴが無い状態から測定対象ＩＴがある状態へと変化してしまうため、像流れとともに、温度が段階的に変化する領域が生じてしまっている。また、測定対象ＩＴのうち移動方向とは逆の外延を含む後方外延領域ＢＥＡ１においては、熱時定数よりも短い期間の間に測定対象ＩＴが有る状態から測定対象ＩＴが無い状態へと変化してしまうため、像流れとともに、温度が段階的に変化する領域が生じてしまっている。さらに、測定対象ＩＴの中心部分を含む内縁領域ＩＡ１においては、熱時定数よりも短い期間の間に、測定対象ＩＴのうち温度が異なる領域が各画素と対応する領域を通過するため、実際よりも低い温度が測定結果として出力されてしまう。

このような問題は、測定対象ＩＴが高速で移動している場合以外にも、例えば、赤外線カメラ５０が高速で向きを変えている場合にも生じうる。また、測定対象ＩＴの表面温度が急激に変化する場合、赤外線センサが有する各画素の測定結果が十分に測定対象ＩＴの温度となる前に測定対象ＩＴの温度が変化してしまい、適切な熱画像を得ることができなくなる。

そこで、サーモグラフィ装置１００は、赤外線カメラ５０が熱時定数よりも短い測定期間で測定された測定結果を取得し、異なるタイミングで測定した複数の測定結果を用いて、測定対象ＩＴの温度を算出する。以下、サーモグラフィ装置１００が実行する処理の概要について説明する。

［原理の概要］
例えば、図２に示すように、タイミングＴ０からタイミングＴＸまでの期間である熱時定数は、赤外線カメラ５０が有する赤外線センサの特性による。そこで、サーモグラフィ装置１００は、あらかじめ赤外線センサの熱時定数τを測定する。なお、このような熱時定数τは、例えば、赤外線センサの設計や材質等に応じて算出される値であってもよく、実際に測定された値であってもよい。また、このような熱時定数τは、サーモグラフィ装置１００の出荷時においてあらかじめ登録されていてもよい。

続いて、サーモグラフィ装置１００は、熱時定数τよりも短い期間で、複数回、測定対象ＩＴの温度を測定する。例えば、サーモグラフィ装置１００は、図２に示すタイミングＴ１およびタイミングＴ２で測定対象ＩＴの温度を測定する。そして、サーモグラフィ装置１００は、タイミングＴ１およびタイミングＴ２における測定結果の変化量に基づいて、熱時定数τの間測定を行った場合に測定されたであろう温度（図２の実線部分の温度）を推定する。

例えば、タイミングＴ１における測定結果をＩ１、タイミングＴ２における測定結果をＩ２、タイミングＴ１とタイミングＴ２との差（すなわち、赤外線カメラ５０を動作させる１フレームの期間）をｔとすると、サーモグラフィ装置１００は、画素ごとに以下の式（１）を用いて、熱時定数τの間測定を行った場合に測定されたであろう測定結果Ｉを算出する。

この結果、サーモグラフィ装置１００は、熱時定数よりも短い期間で測定対象ＩＴの温度を測定した場合にも、適切に温度の測定を行うことができる。例えば、図５は、測定対象の熱画像の一例を示す第３の図である。図５に示す例では、上述した式（１）を用いて、測定対象ＩＴの温度を算出した場合に得られる熱画像の一例を示す。

より具体的には、図５に示す例では、測定対象ＩＴのうち移動方向の外延を含む前方外延領域ＦＥＡ２および、進行方向とは逆の外延を含む後方外延領域ＢＥＡ２においては、ある程度温度が段階的に変化しているものの、図４に示す前方外延領域ＦＥＡ１および後方外延領域ＢＥＡ２と比較して、温度が変化している領域が狭くなっている。また、図５に示す例では、測定対象ＩＴのうち中心部分を含む内縁領域ＩＡ１においては、図４よりもより適切な温度（すなわち、図３に示す温度に近い温度）が測定されている。

このように、サーモグラフィ装置１００は、熱時定数τよりも短い時間間隔で、測定対象ＩＴの温度を測定し、異なるタイミングで測定された測定結果の変化量に基づいて、測定対象ＩＴの温度を算出する。このような処理の結果、サーモグラフィ装置１００は、測定対象の温度を適切に測定することができる。換言すると、サーモグラフィ装置１００は、測定対象ＩＴの移動速度に対応するため、フレームレートを向上させた場合であっても、測定対象ＩＴの温度を適切に測定することができる。

［実施形態］
以下、実施形態の一例について説明する。まず、図６を用いて、サーモグラフィ装置１００のコントローラ１０および赤外線カメラ５０が有する機能構成の一例について説明する。図６は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が有する機能構成の一例を示す図である。なお、以下の説明では、赤外線カメラ５０が有する機能構成について説明し、その後、コントローラ１０が有する機能構成について説明する。

サーモグラフィ装置１００が有する赤外線カメラ５０は、筐体内に撮像素子５１およびレンズ５２を有する。撮像素子５１は、例えば、測定対象から発せられた赤外線の放射輝度を測定する素子であり、各画素が測定した放射輝度を示す値をコントローラ１０へと提供する。また、レンズ５２は、測定対象から赤外線を撮像素子５１上に集光するレンズである。

ここで、赤外線カメラ５０は、ボロメータ等、非冷却型の撮像素子５１により測定対象ＩＴの温度を特定し、特定した温度を示す熱画像を生成することとなる。また、赤外線カメラ５０は、メンテナンス性やコストの面、インライン検査の態様から、シャッターを有さないものが望ましい。

一方サーモグラフィ装置１００が有するコントローラ１０は、通信部２０、記憶部３０、および制御部４０を有する。

通信部２０は、撮像対象の熱分布を示す熱画像を得る赤外線カメラ５０や端末装置２００との間の通信を制御する。例えば、通信部２０は、ＮＩＣ（Network Interface Card）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート等により実現され、赤外線カメラ５０や端末装置２００との間の通信を制御する。

記憶部３０は、各種の情報を記憶する記憶装置であり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory)、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。例えば、記憶部３０には、キャリブレーションデータ３１、補正式３２、およびフレームデータ３３が登録される。

キャリブレーションデータ３１は、測定対象ＩＴから発せられた赤外線の放射輝度から測定対象の温度を算出するための情報であり、例えば、赤外線の放射輝度を変数として、温度を算出するための温度算出式である。なお、以下の説明では、キャリブレーションデータ３１は、熱時定数よりも長い期間の間、黒体炉から発せされた赤外線の放射輝度から、黒体炉の温度を算出するように各係数が設定された温度算出式であるものとする。

補正式３２は、異なるタイミングで測定された複数の測定対象から温度を算出するための補正式であり、例えば、式（１）である。例えば、記憶部３０には、撮像素子５１が有する特定に応じた熱時定数を反映させた補正式３２があらかじめ登録される。このような補正式３２は、例えば、サーモグラフィ装置１００の工場出荷時において設定、登録されたものであってもよく、任意のタイミングで設定、登録されたものであってもよい。

フレームデータ３３は、赤外線カメラ５０が各タイミングで撮影した熱画像である。例えば、フレームデータ３３は、撮像素子５１の熱時定数よりも短い時間間隔で赤外線カメラ５０が撮影した測定対象ＩＴの熱画像である。

制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサによって、サーモグラフィ装置１００内部の記憶装置に記憶されている各種プログラムがＲＡＭ等を作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部４０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。

図６に示すように、制御部４０は、取得部４１、生成部４２、算出部４３、補正部４４、および提供部４５を有する。

取得部４１は、測定対象ＩＴから放射された電磁波を測定する撮像素子を用いた測定結果であって、撮像素子の熱時定数よりも短い測定期間で測定された測定結果を取得する。例えば、取得部４１は、赤外線カメラ５０を制御し、撮像素子５１の熱時定数よりも短い時間間隔で、測定対象ＩＴから放射された赤外線の放射輝度を測定させる。より具体的には、取得部４１は、熱時定数よりも短い測定期間ｔの間、撮像素子５１の各画素に赤外線の放射輝度を測定させる。そして、取得部４１は、撮像素子５１が有する各画素が、各タイミングで測定した放射輝度の値を取得する。

生成部４２は、取得部４１が取得した放射輝度の値を用いて、各タイミングにおける熱画像を生成する。例えば、生成部４２は、あるタイミングで撮像素子５１の各画素が測定した赤外線の放射輝度の値を取得部４１から受け付ける。この場合、生成部４２は、キャリブレーションデータ３１を用いて、受け付けた放射輝度の値から、各画素が測定した温度を算出し、各画素と対応する位置に、各画素が測定した温度と対応する色彩を付した熱画像を生成する。そして、生成部４２は、生成した熱画像をフレームデータ３３として記憶部３０に登録する。

ここで、生成部４２により生成されたフレームデータ３３は、撮像素子５１の熱時定数よりも短い時間間隔で測定された放射輝度に基づく情報、いわゆる生データを用いた情報となる。このため、フレームデータ３３として登録された熱画像は、適切な温度を示す熱画像ではない可能性が高い。そこで、算出部４３は、撮像素子５１が異なる測定期間で測定した複数の測定結果を用いて、測定対象ＩＴの温度を算出する。例えば、算出部４３は、複数の測定結果の変化量に基づいて、測定対象ＩＴの温度を算出する。

例えば、算出部４３は、記憶部３０から、複数のフレームデータ３３を読み出す。より具体的には、算出部４３は、連続するタイミングで測定された放射輝度に基づく複数のフレームデータ３３を読み出す。例えば、算出部４３は、タイミングＴ１で撮影された放射輝度に基づくフレームデータＦＤ１と、タイミングＴ１の後の撮影タイミングであるタイミングＴ２で撮影された放射輝度に基づくフレームデータＦＤ２とを読み出す。

そして、算出部４３は、フレームデータＦＤ１とフレームデータＦＤ２とを用いて、画素ごとに、温度の変化量に基づいて、タイミングＴ２における測定対象ＩＴの温度を算出する。例えば、算出部４３は、撮像素子５１から処理対象となる画素がタイミングＴ１において測定した放射輝度に基づく温度Ｉ１をフレームデータＦＤ１から特定し、処理対象となる画素がタイミングＴ１において測定した放射輝度に基づく温度Ｉ２をフレームデータＦＤ２から特定する。そして、算出部４３は、ネイピア数を底とし測定期間ｔを熱時定数τで除算した値の負値を冪指数とする所定の係数に温度Ｉ１を積算した値を温度Ｉ２から減算した値を、１から所定の係数を減算した値で除算した値に基づいて、測定対象ＩＴのうち、処理対象となる画素と対応する位置の温度であって、タイミングＴ２における温度を算出する。すなわち、算出部４３は、タイミングＴ１における測定結果と、タイミングＴ２における測定結果とを用いて、タイミングＴ２における温度を式（１）を用いて画素ごとに算出する。

補正部４４は、温度を補正した熱画像を生成する。例えば、補正部４４は、算出部４３が画素ごとに算出した温度を取得する。そして、補正部４４は、取得した各画素の温度を示す熱画像を生成する。

提供部４５は、補正部４４により生成された熱画像をオペレータＯＰに提供する。例えば、提供部４５は、撮像領域の各画素における画像上の画素に対し、算出された温度に応じた色彩を付与した熱画像を端末装置２００に提供し、表示させる。

［実施形態における動作の一例］
次に、図面を参照して、実施形態に係るコントローラ１０の動作タイミングの一例について説明する。図７は、実施形態に係るコントローラが実行する測定処理の一例を示すフローチャートである。

例えば、コントローラ１０は、赤外線カメラ５０が熱時定数τよりも短い測定時間で測定した測定結果を取得したか否かを判定し（ステップＳ１０１）、取得していない場合は（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、待機する。そして、コントローラ１０は、測定結果を取得した場合は（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、前回測定された際の温度と、今回測定された際の温度との変化量に基づいて、測定対象の温度を算出する（ステップＳ１０２）。そして、コントローラ１０は、算出した温度を示す熱画像を生成し（ステップＳ１０３）、生成した熱画像を提供して（ステップＳ１０４）、処理を終了する。

［実施形態の拡張］
上記では、サーモグラフィ装置１００が実行する測定処理の一例について記載した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。以下、サーモグラフィ装置１００が実行する処理のバリエーションや、測定処理および生成処理のバリエーションについて説明する。

（１．算出に用いる情報について）
上述した例では、サーモグラフィ装置１００は、タイミングＴ１における測定結果と、タイミングＴ１に続くタイミングＴ２における測定結果とを用いて、タイミングＴ２における測定対象ＩＴの温度を算出した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。

例えば、サーモグラフィ装置１００は、３点以上の測定結果を用いて、測定対象ＩＴの温度を算出してもよい。例えば、サーモグラフィ装置１００は、撮像素子５１が有する各画素を用いて、タイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３のそれぞれにおいて、熱時定数τよりも短い測定期間ｔで測定された温度を取得する。そして、サーモグラフィ装置１００は、画素ごとに、タイミングＴ１で測定された温度と、タイミングＴ２で測定された温度と、タイミングＴ３で測定された温度とから、タイミングＴ３における測定対象ＩＴの温度を算出してもよい。すなわち、サーモグラフィ装置１００は、タイミングＴ３よりも前の複数のタイミングで測定された測定結果を用いて、タイミングＴ３における測定対象ＩＴの温度を算出してもよい。

例えば、サーモグラフィ装置１００は、図２に示す曲線のうち、連続する３点のタイミングに基づいて、測定対象ＩＴの温度を推定してもよい。また、サーモグラフィ装置１００は、タイミングＴ１およびタイミングＴ２から算出した温度と、タイミングＴ１およびタイミングＴ３から算出した温度と、タイミングＴ２およびタイミングＴ３から算出した温度の平均値を、判定対象の温度としてもよい。また、このような処理以外にも、サーモグラフィ装置１００は、異なるタイミングで測定された複数の測定結果を用いるのであれば、任意の数の測定結果に基づいて、任意の算出手法により、測定対象ＩＴの温度を算出してよい。

また、サーモグラフィ装置１００は、連続するタイミングで測定された測定結果を用いてもよく、用いずともよい。例えば、サーモグラフィ装置１００は、タイミングＴ１の測定結果と、タイミングＴ３の測定結果とから、測定対象ＩＴの温度を算出してもよい。また、サーモグラフィ装置１００は、例えば、タイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３で測定された測定結果を用いて、タイミングＴ２における判定対象ＩＴの温度を算出してもよい。すなわち、サーモグラフィ装置１００は、あるタイミングにおける判定対象ＩＴの温度を、過去のタイミングにおける測定結果と、未来のタイミングにおける測定結果とから算出してもよい。

（２．数式について）
また、上述した例では、サーモグラフィ装置１００は、式（１）を用いて、測定対象ＩＴの温度を測定した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、サーモグラフィ装置１００は、式（１）以外にも、任意の式を用いて、測定対象ＩＴの温度を算出してもよい。

また、撮像素子５１における測定結果の温度と測定期間ｔとの特性がｎ次の数式で近似される場合、サーモグラフィ装置１００は、ｎ点以上の異なるタイミングで測定された測定結果に基づいて、測定対象ＩＴの温度を算出すればよい。すなわち、サーモグラフィ装置１００は、撮像素子５１が有する特性に応じた数の測定対象に基づいて、測定対象ＩＴの温度を算出すればよい。

（３．温度算出の流れについて）
上述した例では、サーモグラフィ装置１００は、タイミングＴ１における温度Ｉ１と、タイミングＴ２における温度Ｉ２とを用いて、測定対象ＩＴの温度を算出した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。

例えば、サーモグラフィ装置１００は、撮像素子５１の各画素が測定した赤外線の放射輝度であって、異なるタイミングで測定された放射輝度の値の変化量から、測定対象ＩＴの温度を算出してもよい。例えば、サーモグラフィ装置１００は、図２に示すような温度と測定期間ｔとの関係性に変えて、測定される放射輝度と測定期間ｔとの関係性から、熱時定数τよりも長い時間間隔で撮影した際に測定されたと推定される放射輝度の値を算出し、算出した放射輝度の値から、測定対象ＩＴの温度を測定してもよい。

（４．撮像素子について）
上述した説明では、サーモグラフィ装置１００は、熱型の赤外線センサである撮像素子５１を用いて、測定対象ＩＴの温度を測定した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、サーモグラフィ装置１００は、冷却型の赤外線センサである撮像素子５１を用いてもよく、また、シャッターを有していてもよい。このようなサーモグラフィ装置１００であっても、撮像素子５１が適切に判定対象の温度を測定するための熱時定数τが存在する。そこで、サーモグラフィ装置１００は、冷却型の赤外線センサ等を用いて、熱時定数τよりも短い測定期間ｔの間、判定対象ＩＴの測定を行い、複数の測定結果から、判定対象ＩＴの温度を算出してもよい。

（５．その他の補正について）
また、サーモグラフィ装置１００は、上述した処理によって複数の測定結果から算出された温度を、さらに各種の技術を用いて補正してもよい。例えば、サーモグラフィ装置１００は、複数の測定結果から画素ごとに温度を算出し、隣接する画素間の温度差に基づいて、さらに温度の補正を行ってもよい。例えば、サーモグラフィ装置１００は、周辺画素における温度の平均化を行うことで、ばらつきの軽減を図ってもよい。また、サーモグラフィ装置１００は、撮像素子５１が有する全画素、もしくはその一部に対して温度補正を行ってもよい。また、サーモグラフィ装置１００は、熱時定数τと、測定期間ｔとに応じた温度補正を行ってもよい。例えば、サーモグラフィ装置１００は、熱時定数τと測定期間ｔとの差が大きいほど、より大きな補正を適用してもよい。

（６．赤外線について）
上述した例では、サーモグラフィ装置１００は、測定対象から発せられた赤外線の放射輝度に基づいて、算出温度の算出を行った。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、サーモグラフィ装置１００は、各種任意の波長を有する電磁波の放射輝度等に基づいて、測定対象の温度を算出してもよい。例えば、測定対象が赤熱する物質等、温度により発せられる可視光が変化するものである場合、サーモグラフィ装置１００に対応する測定装置（例えば、カメラ等）は、測定した色彩に基づいて、測定対象の温度を算出してもよい。

（７．実行主体について）
上述した例では、サーモグラフィ装置１００が有するコントローラ１０が、測定部として動作する撮像装置、すなわち、赤外線カメラ５０による測定結果から、上述した測定処理を行った。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、サーモグラフィ装置１００は、上述したコントローラ１０と同様の機能を発揮可能な赤外線カメラ５０を有していてもよい。例えば、このような赤外線カメラ５０は、あらかじめ複数の校正領域ごとに生成した校正情報を用いて、温度の算出を行うこととなる。

また、例えば、上述した測定処理は、端末装置２００等の各種情報処理装置により実現されてもよい。

［実施形態における効果］
このように、サーモグラフィ装置１００は、熱時定数τよりも短い測定期間ｔで測定対象から放射された電磁波を測定する。そして、サーモグラフィ装置１００は、複数の測定結果を用いて、測定対象ＩＴの温度を算出する。例えば、サーモグラフィ装置１００は、タイミングＴ１における測定結果と、タイミングＴ１の次に測定されたタイミングＴ２における測定結果とを用いて、測定対象ＩＴの温度を算出する。より具体的には、サーモグラフィ装置１００は、測定結果となる温度が時間の経過とともに指数関数的に測定対象ＩＴの実際の温度へと近づくという撮像素子５１の特性に基づいて、タイミングＴ１における測定結果とタイミングＴ２における測定結果とから、判定対象ＩＴの実際の温度を推定する。

このような処理の結果、サーモグラフィ装置１００は、撮像素子５１の熱時定数τよりも短い測定期間ｔで測定対象ＩＴの測定を行うことができる。この結果、サーモグラフィ装置１００は、タイクトタイムを改善するために測定対象ＩＴを高速で移動させる場合であっても、像流れを防ぎつつ、測定対象ＩＴの温度を適切に測定することができる。このため、サーモグラフィ装置１００は、例えば、工場等におけるワークの移動速度を向上させた場合であっても、ワークの温度を適切に測定することができるので、温度に基づいた検査の精度が低下することを防ぐことができる。例えば、サーモグラフィ装置１００は、所定の温度以上となる範囲が所定の面積以上となるかといった検査の精度が低下することを防ぐことができる。

また、サーモグラフィ装置１００は、サーモグラフィ装置１００が移動する場合、もしくは、測定対象ＩＴの温度が急激に変化する場合であっても、測定対象ＩＴの温度を適切に測定することができるので、例えば、温度に基づいた検査の精度が低下することを防ぐことができる。

また、サーモグラフィ装置１００は、シャッターや、比較的効果な冷却型の赤外線センサを有さずとも、測定対象ＩＴの温度を適切に測定することができる。このため、サーモグラフィ装置１００は、コストやメンテナンス性を改善し、例えば、温度に基づいた検査のための導入障壁を軽減することができる。

以上、実施形態の一例を説明したが、これらは例示であり、本実施形態は上記した説明に限定されるものではない。発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、実施形態の構成や詳細は、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で実施することができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１０ コントローラ
２０ 通信部
３０ 記憶部
３１ キャリブレーションデータ
３２ 補正式
３３ フレームデータ
４０ 制御部
４１ 取得部
４２ 生成部
４３ 算出部
４４ 補正部
４５ 提供部
５０ 赤外線カメラ
５１ 撮像素子
５２ レンズ
１００ サーモグラフィ装置
２００ 端末装置
ＩＴ 測定対象
ＩＬ１ 検査ライン
τ 熱時定数
ｔ 測定期間

Claims (14)

1. 測定対象から放射された電磁波を測定する撮像素子を用いた測定結果であって、当該撮像素子の熱時定数よりも短い測定期間で測定された測定結果を取得する取得部と、
   前記撮像素子が異なる測定期間で測定した複数の測定結果を用いて、前記測定対象の温度を算出する算出部と
   を有することを特徴とする測定装置。
2. 前記算出部は、前記複数の測定結果の変化量に基づいて、前記測定対象の温度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記算出部は、第１測定期間で測定された第１測定結果と、第１測定期間よりも前の第２測定期間で測定された第２測定結果とを用いて、前記測定対象の温度を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記算出部は、前記第１測定結果の直前に測定された測定結果を前記第２測定結果とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記算出部は、ネイピア数を底とし前記測定期間を熱時定数で除算した値の負値を冪指数とする所定の係数に第１測定結果を積算した値を第２測定結果から減算した値を、１から前記所定の係数を減算した値で除算した値に基づいて、前記測定対象の温度を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 前記算出部は、前記第１測定結果と、第１測定期間よりも前に測定された複数の測定結果とを用いて、前記測定対象の温度を算出する
   ことを特徴とする請求項３～５のうちいずれか１つに記載の測定装置。
7. 前記取得部は、前記撮像素子が有する画素ごとに前記測定結果を取得し、
   前記算出部は、前記画素ごとに、前記測定対象のうち当該画素が測定した電磁波の出射元となる領域の温度を算出する
   ことを特徴とする請求項１～６のうちいずれか１つに記載の測定装置。
8. 前記取得部は、前記測定結果として、前記撮像素子による電磁波の測定結果に基づいて測定された撮影対象の温度を取得し、
   前記算出部は、異なる測定期間の測定結果に基づいた複数の温度に基づいて、前記測定対象の温度を算出する
   ことを特徴とする請求項１～７のうちいずれか１つに記載の測定装置。
9. 前記取得部は、非冷却型の撮像素子を用いた測定結果を取得する
   ことを特徴とする請求項１～８のうちいずれか１つに記載の測定装置。
10. 前記取得部は、前記測定対象から放射された赤外線を測定する撮像素子を用いた測定結果を取得する
    ことを特徴とする請求項１～９のうちいずれか１つに記載の測定装置。
11. 前記取得部は、前記測定対象から放射された赤外線の放射輝度を測定する撮像素子を用いた測定結果を取得する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
12. 前記取得部は、前記撮像素子を有する撮像装置から前記測定結果を取得する
    ことを特徴とする請求項１～１１のうちいずれか１つに記載の測定装置。
13. 前記撮像素子を有する撮像部
    を有することを特徴とする請求項１～１１のうちいずれか１つに記載の測定装置。
14. 測定装置が実行する測定方法であって、
    測定対象から放射された電磁波を測定する撮像素子を用いた測定結果であって、当該撮像素子の熱時定数よりも短い測定期間で測定された測定結果を取得する取得ステップと、
    前記撮像素子が異なる測定期間で測定した複数の測定結果を用いて、前記測定対象の温度を算出する算出ステップと
    を含むことを特徴とする測定方法。

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