JP2022063623A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022063623000001
【課題】サーモグラフィ装置の校正にかかる手間を削減する。
【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)のうち所定の撮像領域を用いて測定された電磁波の測定結果を取得する取得部(41)と、撮像素子(51)のうち一部の校正領域を用いて測定された電磁波の測定結果と、その電磁波が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報であって、校正領域ごとに生成された複数の校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から測定対象の温度を算出する算出部(43)とを備える。
【選択図】図4

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、撮像対象の熱分布を示す熱画像を撮像するサーモグラフィ装置を用いて、各種工程や製品の検査を行う技術が知られている。このような技術の一例として、サーモグラフィ装置を用いて、ホットメルトによる接着状態の検査を行う技術が知られている。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。
特開2015-034778号公報
このようなサーモグラフィ装置は、測定対象から発せられる赤外線の放射輝度を撮像素子で測定し、あらかじめ校正された放射輝度と温度との対応を示す校正情報を用いて、測定された放射輝度から、測定対象の温度を測定する。
ここで、測定対象が移動している場合、撮像素子のフレームレートが低いと適切な測定対象を得ることができない。しかしながら、撮像素子が単位時間当たりに出力可能な情報量に上限が存在するため、撮像素子全体のフレームレートには、上限が存在する。
そこで、撮像素子の一部のみを用いて放射輝度を測定することで、単位時間当たりに出力する情報量を削減し、フレームレートを向上させる手法が考えられる。このような場合、サーモグラフィ装置は、撮像素子のうちあらかじめ設定された所定領域を用いて放射輝度を測定するとともに、あらかじめ所定領域を用いて校正された校正情報を用いて、測定対象の温度を測定することとなる。
しかしながら、このように撮像素子の一部のみを用いた場合、測定対象が撮像可能な範囲から外れる可能性が高くなる。ここで、サーモグラフィ装置の設置位置や向きを調整しようとすると、測定対象とサーモグラフィ装置との距離が変化するため、放射輝度と温度との関係性が変化し、再度校正を行う手間がかかる。また、仮にサーモグラフィ装置の設置位置や向きの調整が微小で済む場合であっても、サーモグラフィ装置が固定用の器具に固定されている場合、サーモグラフィ装置を物理的に移動させるのは、手間がかかる。また、撮像素子のうち使用する領域を変更する場合、変更後の領域について校正情報を再度校正する必要がある。
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の校正にかかる手間を削減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のうち所定の撮像領域を用いて測定された電磁波の測定結果を取得する取得部と、撮像素子のうち一部の校正領域を用いて測定された電磁波の測定結果と、その電磁波が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報であって、校正領域ごとに生成された複数の校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から測定対象の温度を算出する算出部とを備える。
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のうち、所定の撮像領域を用いて測定された赤外線の測定結果を取得し、算出部は、校正情報として、校正領域を用いて測定された赤外線の測定結果と測定対象の温度とを対応付ける校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、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、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のうち、所定の撮像領域を用いて測定された赤外線の放射輝度を取得し、算出部は、校正情報として、校正領域を用いて測定された赤外線の放射輝度と測定対象の温度とを対応付ける校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、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、校正情報のうち、撮像領域と重複する校正領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から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、撮像領域と重複する複数の校正領域と対応する校正情報を平準化した平準化情報を用いて、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、校正情報のうち、撮像領域と同じ広さの校正領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から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、所定のフレームレートで測定された電磁波の測定結果を取得し、算出部は、校正情報のうち、所定のフレームレートで測定された電磁波の測定結果と、その電磁波が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報を用いて、測定結果から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、撮像領域を用いて所定のフレームレートで測定された電磁波の測定結果を取得し、算出部は、校正領域の広さとフレームレートとの組み合わせごとに生成された校正情報のうち、撮像領域の広さと所定のフレームレートとの組み合わせと対応する校正情報を用いて、測定結果から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、撮像素子全体を分割した複数の校正領域ごとに生成された校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から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、撮像素子の一部を分割した複数の校正領域ごとに生成された校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から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、一部が重複する複数の校正領域ごとに生成された校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から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さらに有していてもよい。
上述した測定装置は、撮像素子のうち一部の校正領域を用いて測定された赤外線の放射輝度の値と、その放射輝度が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報であって、校正領域ごとに生成された複数の校正情報をあらかじめ保持する。そして、測定装置は、測定時において用いる撮像領域と対応する校正領域の校正情報を用いて、測定結果から測定対象の温度を算出する。
例えば、基準となるフレームレート(以下、「基準フレームレート」と記載する。)で動作可能な撮像素子のうち、1/4の広さを有する撮像領域を用いて放射輝度の測定を行う場合、測定装置は、基準フレームレートの4倍のフレームレートで測定を行うことができる。そこで、測定装置は、撮像素子の1/4の広さを有する校正領域をあらかじめ複数設定し、設定した校正領域ごとに放射輝度の値を温度に変換する校正情報を生成しておく。そして、測定装置は、測定時に用いる撮像領域と対応する校正情報を用いて、放射輝度から温度を算出する。
このような処理の結果、測定装置は、利用者が撮像領域を変更する場合、変更後の撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から温度を算出すればよい。このため、測定装置は、再度の校正の手間を省き、即時に測定を開始することができる。
図1は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が用いる校正情報の一例を示す図である。 図2は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が温度を算出する処理の一例を説明する図である。 図3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4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5は、実施形態に係るキャリブレーションデータの一例を示す図である。 図6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。 図7は、実施形態に係る校正領域の一例を示す図である。 図8は、実施形態における平準化情報の生成処理の一例を示す図である。 図9は、実施形態に係るフレームレートと校正領域との関係性の一例を示す図である。
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。
[原理]
サーモグラフィ装置は、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。
例えば、校正情報の校正を行う場合、サーモグラフィ装置は、測定距離を一定に保ちつつ、黒体炉から発せられた赤外線の放射輝度を測定する。また、サーモグラフィ装置は、オペレータから、黒体炉の温度を取得する。このような処理を繰り返すことで、サーモグラフィ装置は、複数の温度と、黒体炉がその温度であった際に取得した複数の放射輝度との組を得る。そして、サーモグラフィ装置は、各組の放射輝度の値を対応する温度へと変換する式(以下、「温度算出式」と記載する場合がある。)を校正情報として生成する。
また、サーモグラフィ装置は、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。
一方、測定対象が移動している場合、サーモグラフィ装置が赤外線の放射輝度を測定するフレームレートが低い場合は、測定対象の像がぶれてしまい、適切な測定結果を提供することができなくなる。一方、赤外線の放射輝度を測定する撮像素子は、単位時間値に出力可能な情報量に上限が存在するため、フレームレートを向上させることが困難である。
そこで、撮像素子のうち、一部の領域のみを用いてフレームレートを向上させる手法が考えられる。例えば、撮像素子のうち半分の領域のみを用いて測定を行った場合、撮像素子の全体を用いた場合と比較して、単位時間値に生じる情報量が半分に抑えられるため、フレームレートを2倍まで向上させることができる。また、例えば、撮像素子のうち1/4の領域のみを用いて測定を行った場合、撮像素子の全体を用いた場合と比較して、単位時間値に生じる情報量が1/4に抑えられるため、フレームレートを4倍まで向上させることができる。
一方、フレームレートを変化させた場合、撮像素子における積算時間が変わり、撮像素子が出力する放射輝度の値が変化してしまう。このため、校正時と測定時とでフレームレートが異なる場合には、構成済みの校正情報を用いることができない。そこで、サーモグラフィ装置は、あらかじめフレームレートごとに生成した校正情報を用いて、測定対象の温度を測定することとなる。
例えば、サーモグラフィ装置は、撮像素子全体を用いる場合、所定のフレームレート「f」で黒体炉から発せられた赤外線の放射輝度を測定し、測定した放射輝度を用いて、フレームレート「f」と対応する第1校正情報を生成する。また、サーモグラフィ装置は、撮像素子のうち半分の領域をあらかじめ選択し、選択した領域を用いて、所定のフレームレート「f」の2倍のフレームレート「2f」で黒体炉から発生された赤外線の放射輝度を測定する。そして、サーモグラフィ装置は、測定した放射輝度を用いてフレームレート「2f」と対応する第2校正情報を生成する。
一方、サーモグラフィ装置は、フレームレート「2f」で測定対象の温度を測定する場合、撮像素子のうち校正時に選択した領域と同じ領域を用いて、レームレート「2f」で放射輝度を測定する。そして、サーモグラフィ装置は、第2校正情報を用いて、放射輝度から測定対象の温度を算出する。
しかしながら、撮像素子のうち利用する領域を限定した場合、測定対象が撮像可能な範囲から外れてしまう可能性が高くなる。このように測定対象が撮像可能な範囲から外れた場合、サーモグラフィ装置の位置や向きを変更することが考えられるが、このようにサーモグラフィ装置の位置や向きを変更すると、測定対象までの距離が変化してしまう。このように、測定対象までの距離が変化した場合、放射輝度と温度との関係性が変化し、再度校正を行う手間がかかる。さらに、サーモグラフィ装置の設置位置や向きの調整が微小で済む場合であっても、サーモグラフィ装置が固定用の器具に固定されている場合、サーモグラフィ装置を物理的に移動させるのは、手間がかかる。
そこで、本実施形態に係るサーモグラフィ装置は、測定対象から放射された電磁波を測定する撮像素子のうち所定の撮像領域を用いて測定された電磁波の測定結果を取得する。そして、サーモグラフィ装置は、撮像素子のうち一部の校正領域を用いて測定された電磁波の測定結果と、電磁波が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報であって、校正領域ごとに生成された複数の校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から測定対象の温度を算出する。
例えば、サーモグラフィ装置は、撮像素子のうち一部の領域であって、それぞれ同じ広さの校正領域を複数設定し、各校正領域ごとに、同じフレームレートで校正情報を生成しておく。そして、サーモグラフィ装置は、測定時において、撮像素子のうちいずれかの領域を撮像領域として選択した際に、選択した撮像領域と対応する校正領域を選択し、選択した校正領域についての校正情報を用いて、測定対象の温度を測定する。
以下、サーモグラフィ装置が実行する処理について、図を用いて説明する。図1は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が用いる校正情報の一例を示す図である。図1に示す例では、校正情報を生成する校正時の処理を概念的に記載した。なお、以下の説明では、撮像素子全体を用いて測定を行う際のフレームレートを基準フレームレートとし、値を「f」で示すものとする。
例えば、サーモグラフィ装置は、撮像素子全体を基準フレームレート「f」で動作させることで、黒体炉から発せられた赤外線の放射輝度を測定する。そして、サーモグラフィ装置は、測定結果に基づいて、放射輝度を温度へと変換する校正情報を基準校正情報として生成する。このような基準校正情報は、撮像素子全体(以下「基準領域」と記載する場合がある。)と、基準フレームレートとの組と対応する校正情報となる。
また、サーモグラフィ装置は、撮像素子の一部の領域であって、それぞれ面積が同じ複数の領域を選択する。例えば、サーモグラフィ装置は、撮像素子全体を4分割することで、それぞれ面積が同じ第1校正領域から第4校正領域の4つの領域を設定する。このような第1校正領域から第4校正領域を用いた場合、フレームレートを基準フレームレートの四倍である「4f」で測定を行うことができる。
そこで、サーモグラフィ装置は、フレームレートを「4f」として、各校正領域を動作させ、校正領域ごとに、対応する校正情報の生成を行う。例えば、サーモグラフィ装置は、第1校正領域をフレームレート「4f」で動作させることで得られた測定情報から、第1校正領域と対応する第1校正情報を生成する。同様に、サーモグラフィ装置は、第2校正領域と対応する第2校正情報、第3校正領域と対応する第3校正情報、および第4校正領域と対応する第4校正情報を生成する。そして、サーモグラフィ装置は、測定時においては、撮像素子のうち測定に用いた領域(以下、「撮像領域」と記載する。)と対応する校正領域について生成した校正情報を用いて、測定結果から温度の算出を行う。
例えば、図2は、実施形態に係るサーモグラフィ装置が温度を算出する処理の一例を説明する図である。例えば、図2に示す例では、サーモグラフィ装置は、撮像素子を四分割した領域のうち左上の領域である第1撮像領域を用いて、フレームレート「4f」で対象情報から発せられた赤外線の放射輝度を測定する。ここで、第1撮像領域は、図1に示す第1校正領域と一致する領域である。そこで、サーモグラフィ装置は、第1校正領域と対応する第1校正情報を用いて、測定結果から温度の算出を行う。
ここで、オペレータOPは、第1撮像範囲で撮像可能な範囲から測定対象が外れた場合は、他の撮像範囲を選択する。例えば、オペレータOPは、第2撮像領域を新たに選択する。このような場合、サーモグラフィ装置は、第2撮像領域と対応する第4校正領域を特定する。そして、サーモグラフィ装置は、特定した第4校正領域と対応する第4校正情報を用いて、第2撮像領域を用いた測定結果から、測定対象の温度を算出する。
ここで、オペレータOPが図2に示すように、複数の校正領域をまたぐ第3撮像領域を選択したものとする。このような場合、サーモグラフィ装置は、第3撮像領域と対応する校正領域として、第3撮像領域と重畳するすべての校正領域を特定し、特定した各領域と対応する校正情報を平準化した平準化情報を生成する。例えば、サーモグラフィ装置は、第3撮像領域と重畳する第1校正領域から第4校正領域までのすべての領域を特定する。
そして、サーモグラフィ装置は、各校正領域と対応する第1校正情報から第4校正情報を平準化した平準化情報を生成する。例えば、サーモグラフィ装置は、第1校正情報として生成した温度算出式の各係数と、第2校正情報として生成した温度算出式の係数と、第3校正情報として生成した温度算出式の係数と、第4校正情報として生成した温度算出式の係数との平均値を算出し、算出した平均値を係数とする温度算出式を平準化情報としてもよい。
また、サーモグラフィ装置は、第3撮像領域と各校正領域とが重畳する面積に応じた重みづけを考慮して、平準化情報を生成してもよい。例えば、サーモグラフィ装置は、第3撮像領域と重畳する面積が大きい程、値が大きくなる重みを設定し、各校正情報から平準化情報を生成してもよい。
例えば、校正情報となる温度算出式は、放射輝度の値xに関するn次方程式で近似することができる。このような場合、第1校正情報となる温度算出式のn次の項の係数をa1、第2校正情報となる温度算出式のn次の項の係数をa2、第3校正情報となる温度算出式のn次の項の係数をa3、第4校正情報となる温度算出式のn次の項の係数をa4とする。また、第3撮像領域のうち第1校正領域と重畳する割合をy1、第3撮像領域のうち第2校正領域と重畳する割合をy2、第3撮像領域のうち第3校正領域と重畳する割合をy3、および第3撮像領域のうち第4校正領域と重畳する割合をy4とする。このような場合、サーモグラフィ装置は、平準化情報としての温度算出式のうち、n次の項の係数Anを以下の式(1)で算出してもよい。
(数1)
An=a1×y1+a2×y2+a3×y3+a4×y4・・・(1)
このように、サーモグラフィ装置は、撮像素子の一部の領域であって、それぞれ異なる複数の校正領域について、それぞれ個別の校正情報をあらかじめ生成する。そして、サーモグラフィ装置は、測定時において赤外線の放射輝度を測定した撮像領域と対応する校正領域を特定し、特定した校正領域についてあらかじめ生成した校正情報から、測定対象の温度を算出する。このような処理の結果、サーモグラフィ装置は、撮像装置の一部を撮像領域として用いる際に、撮像領域を変更する必要がある場合にも、再校正を不要とし、即時の測定を実現することができる。
[実施形態]
以下、実施形態の概要について、図3を用いて説明する。図3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3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。
赤外線カメラ50は、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を流れる検査対象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、検査対象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。
ここでオペレータOPは、測定対象が移動する速度が速く、適切な熱画像が得られない場合は、撮像領域の指定を行うとともに、フレームレートの指定を行う。例えば、オペレータOPは、図1に示す第1校正領域から第4校正領域のうち、第1校正領域と一致する領域を撮像領域として指定するとともに、フレームレートを基準の4倍となる「4f」に設定する。
このような場合、赤外線カメラ50は、撮像素子のうち、指定された領域を撮像領域とし、フレームレート「4f」で測定対象ITから発せられた赤外線の放射輝度を測定する。そしてコントローラ10は、測定された放射輝度を、撮像領域と対応する校正情報、すなわち、第1校正領域と対応する第1校正情報を用いて、算出温度を算出し、算出温度を示す熱画像を生成する。
また、オペレータOPは、測定対象が撮像可能な範囲から外れた場合には、赤外線カメラ50の位置や向きを変更することなく、撮像範囲を変更することで、測定対象を撮像可能な範囲に収める。例えば、オペレータOPは、測定対象が撮像領域の右側に外れた場合は、新たな撮像領域として、第2校正領域と一致する領域を撮像領域として新たに指定する。このような場合、赤外線カメラ50は、撮像素子のうち、指定された領域を撮像領域として、測定対象ITから発せられた赤外線の放射輝度を測定する。そしてコントローラ10は、測定された放射輝度を、撮像領域と対応する校正情報、すなわち、第2校正領域と対応する第2校正情報を用いて、算出温度を算出し、算出温度を示す熱画像を生成する。
[実施形態における機能構成の一例]
続いて、図4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4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が有する機能校正について説明する。
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。
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60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および補正データ32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、校正情報としてあらかじめ生成された温度算出式である。また、実施形態に係るサーモグラフィ装置4が記憶するキャリブレーションデータ31には、校正領域ごとに生成された校正情報が登録される。
例えば、図5は、実施形態に係るキャリブレーションデータの一例を示す図である。図5に示す例では、キャリブレーションデータ31には、「校正情報ID(Identifier)」、「校正領域」、「比率」、「フレームレート」、および「校正情報」といった項目を有する情報が登録される。
「校正情報ID」とは、校正情報を識別するための識別子である。また、「校正領域」とは、撮像素子51のうち校正領域とする範囲を示す情報であり、例えば、撮像素子51のうち校正領域の左上の点を示す基準点、基準点からの横幅、および基準点からの縦幅を示す情報である。また、「比率」とは、撮像素子51全体に対する校正領域の広さの比率である。また、「フレームレート」とは、校正情報を生成した際のフレームレート、すなわち、校正情報と対応するフレームレートを示す情報である。また、「校正情報」とは、対応付けられた校正領域およびフレームレートの組に対応する校正情報であり、例えば、測定結果から温度を算出するための温度算出式である。
例えば、図5に示す例では、校正情報ID「PID1」が示す校正情報として「校正情報#1」が登録されており、この「校正情報#1」と対応する校正領域が「校正領域#1」が示す校正領域である旨が登録されている。また、図5に示す例では、撮像素子51全体に対する「校正領域#1」の広さの割合が「1」であり(すなわち、撮像素子51全体)であり、「校正情報#1」を生成した際のフレームレートが「f」である旨が登録されている。
また、例えば、図5に示す例では、校正情報ID「PID2」が示す校正情報として「校正情報#2」が登録されており、この「校正情報#1」と対応する校正領域が「校正領域#2」が示す校正領域である旨が登録されている。また、図5に示す例では、撮像素子51全体に対する「校正領域#2」の広さの割合が「1/2」であり(すなわち、撮像素子51の半分)であり、「校正情報#2」を生成した際のフレームレートが「2f」である旨が登録されている。
図4に戻り、説明を続ける。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60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4に示すように、制御部40は、取得部41、特定部42、算出部43、提供部44、および生成部45を有する。
取得部41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のうち所定の撮像領域を用いて測定された電磁波の測定結果を取得する。例えば、取得部41は、端末装置200を介して、オペレータOPが指定した撮像領域とフレームレートとの情報を受け付ける。このような場合、取得部41は、赤外線カメラ50を制御し、指定された撮像領域を指定されたフレームレートで動作させる。そして、取得部41は、撮像領域の各画素が測定した赤外線の放射輝度の値を測定結果として取得する。
例えば、取得部41は、撮像素子51の全体を撮像領域とし、フレームレート「f」で測定を行う旨の指定を受け付けた場合は、撮像素子51全体をフレームレート「f」で動作させた測定結果を得る。また、取得部41は、撮像素子51のうち半分の領域を撮像領域とし、フレームレート「2f」で測定を行う旨の指定を受け付けた場合は、撮像素子51をフレームレート「2f」で動作させるとともに、指定された撮像領域に含まれる各画素が測定した測定結果のみを撮像素子51に出力させる。
特定部42は、校正情報のうち、撮像領域と重複する校正領域を特定する。例えば、特定部42は、キャリブレーションデータ31を参照し、指定された撮像領域と同じ広さの校正領域であって、指定された撮像領域と重畳する撮像領域を特定する。例えば、特定部42は、撮像素子51全体が撮像領域として指定されていた場合、比率が「1」となる校正領域「校正領域#1」を特定する。また、例えば、特定部42は、撮像素子51の半分が撮像領域として指定されていた場合、比率が「1/2」となる校正領域「校正領域#2」および「校正領域#3」のうち、撮像領域と重畳する校正領域を特定する。
また、特定部42は、特定した校正領域と対応付けられた校正情報のうち、指定されたフレームレートと対応付けられた校正情報を選択する。そして、特定部42は、選択した校正情報を算出部43に通知する。
ここで、撮像領域が複数の校正領域と重畳する場合、特定部42は、各校正領域の校正情報を平準化した平準化情報を生成する。例えば、特定部42は、撮像領域が「校正領域#2」および「校正領域#3」と重畳する場合、上述した処理により「校正情報#2」と「校正情報#3」とを平準化した平準化情報を生成する。なお、特定部42は、例えば、撮像領域と「校正領域#2」とが重畳する割合が所定の範囲を超える場合は、「校正情報#3」を用いず、「校正情報#2」を平準化情報として採用してもよい。
算出部43は、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から測定対象の温度を算出する。より具体的には、算出部43は、特定部42により特定された校正情報や、特定部42が生成した平準化情報を用いて、取得部41が取得した測定結果から測定対象の温度を測定する。例えば、算出部43は、撮像領域に含まれる画素ごとに、校正情報となる温度算出式に測定結果となる赤外線の放射輝度を入力し、温度の値を算出する。
すなわち、算出部43は、撮像素子51のうち一部の校正領域を用いて測定された電磁波の測定結果と、その電磁波が測定された際における測定対象(例えば、校正時に用いた黒体炉)の温度とを対応付ける校正情報であって、校正領域ごとに生成された複数の校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報であって、測定時におけるフレームレートと同じフレームレートで生成された校正情報を用いて、測定結果から測定対象の温度を算出することとなる。
提供部44は、算出部43が画素ごとに算出した温度を用いて、熱画像を生成し、生成した熱画像をオペレータOPに提供する。例えば、提供部44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画像を熱画像として生成する。そして、提供部44は、生成した熱画像を端末装置200に提供し、表示させる。
生成部45は、キャリブレーションデータ31としての温度算出式を生成する。なお、このような温度算出式の生成は、サーモグラフィ装置100の校正時においてあらかじめ行われることとなる。
例えば、生成部45は、撮像素子51の全体もしくはその一部を校正領域とし、校正領域を所定のフレームレートで動作させる。そして、生成部45は、黒体炉の温度を変更させながら、黒体炉から発せられた赤外線の放射輝度を測定する。そして、生成部45は、測定した放射輝度の値から黒体炉の温度を算出する温度算出式を生成し、生成した温度算出式を校正情報としてキャリブレーションデータ31に登録する。
例えば、生成部45は、黒体炉の各温度の値と、黒体炉がその温度であった際に測定された放射輝度の値とに基づいて、放射輝度の値をパラメータとする多次方程式の係数を設定する。そして、生成部45は、係数を設定した多次方程式をキャリブレーションデータ31として、記憶部30に登録する。この際、生成部45は、校正領域の位置や範囲を示す情報や校正領域の撮像素子51に対する面積の比率、およびフレームレートを対応付けて登録することとなる。
また、生成部45は、校正領域の位置や広さ、フレームレートを適宜変更しながら校正情報を生成する。この結果、生成部45は、複数の校正領域ごとに、異なる校正情報を生成することとなる。
[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6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が所定の撮像領域を用いて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、撮像結果を取得した場合は(ステップS101:Yes)、撮像領域と対応する校正領域を特定し(ステップS102)、特定した校正領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から測定対象の温度を算出する(ステップS103)。そして、コントローラ10は、算出した温度を示す熱画像等の提供情報を提供し(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.平準化情報について)
上述した例では、サーモグラフィ装置100は、撮像領域と同じ広さの校正領域であって、撮像領域と重畳する校正領域が複数存在する場合は、これらの校正領域と対応する校正情報を平準化した平準化情報を用いて、測定結果から温度を算出した。ここで、サーモグラフィ装置100は、上述した処理以外にも、任意の平準化処理により、校正情報を平準化してよい。
例えば、サーモグラフィ装置100は、撮像領域と重畳する校正領域のうち、重畳する割合が所定の閾値を超える校正領域の校正情報のみを平準化の対象としてもよい。また、サーモグラフィ装置100は、例えば、撮像領域の画素や撮像領域に含まれる領域ごとに、重畳する校正領域の校正情報を用いて、温度の算出を行ってもよい。また、サーモグラフィ装置100は、上述した平均化や重みづけ平均化以外にも、各種任意の算出手法により、校正情報を平準化した平準化情報を用いてもよい。
(2.撮像領域の指定について)
また、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51のうち任意の形状の任意の領域を撮像領域とする指定を受け付けてもよい。このような場合であっても、サーモグラフィ装置100は、撮像領域と重畳する校正領域の校正情報を用いて、温度の算出を行ってもよい。
一方、各校正領域の校正情報は、校正領域ごとに生成されるため、それぞれ生成されたタイミングが異なることとなる。このように、生成されたタイミングが異なる複数の校正情報を同時に用いた場合、温度の測定精度が低下する恐れがある。
そこで、サーモグラフィ装置100は、あらかじめ校正情報が生成された校正領域を撮像領域の候補としてオペレータOPに提示し、提示した候補のうちオペレータOPが選択した校正領域と同じ撮像領域を用いて、測定対象の温度を測定してもよい。このように、撮像領域と校正領域とを一致させた場合、サーモグラフィ装置100は、温度の測定精度を担保することができる。
(3.校正領域について)
上述した例では、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51の全体もしくは撮像素子51を当分割した各領域を校正領域とし、校正情報をあらかじめ生成した。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のうち一部の領域を分割した校正領域について、校正情報の生成を行ってもよい。例えば、図7は、実施形態に係る校正領域の一例を示す図である。例えば、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51のうち、一部の領域を第5校正領域と第6校正領域とに分割し、第5校正領域および第6校正領域ごとに、校正情報の生成を行ってもよい。このような場合、サーモグラフィ装置100は、基準フレームレートよりも高いフレームレートで測定対象の温度を測定する際、第5校正領域と第6校正領域とが構成する範囲内から、第5校正領域および第6校正領域と同じ広さの撮像領域を選択して測定を行うこととなる。
また、サーモグラフィ装置100は、相互に重畳する校正領域を設定し、校正領域ごとに校正情報を生成してもよい。例えば、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51の1/4の広さの校正領域であって、それぞれ1画素ずつ位置をずらした複数の校正領域を設定し、校正領域ごとに校正情報を校正してもよい。このような場合、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51のうち、任意の位置に設定された撮像領域を用いて、基準フレームレートの4倍で温度の測定を実現することができる。なお、サーモグラフィ装置100は、任意の態様で重畳した校正領域について、校正情報の生成を行ってもよい。
なお、このように重畳する校正領域を設定した場合、重畳する範囲については、平均化された校正情報をあらかじめ生成することで、領域の境界において生じる影響を抑えてもよい。例えば、図8は、実施形態における平準化情報の生成処理の一例を示す図である。例えば、図8に示す例では、撮像素子51のうち、一部の領域を覆うように、同じ広さの第7校正領域と第8校正領域が設定されている。また、図8に示す例では、第7校正領域と第8校正領域との一部は、相互に重畳する重畳領域SAとなっている。
このような第7校正領域および第8校正領域について、サーモグラフィ装置100は、重畳領域SAに応じた平準化を適用した校正情報を生成する。例えば、サーモグラフィ装置100は、第7校正領域を用いて第7校正情報を生成するとともに、第8校正領域を用いて第8校正情報を生成する。そして、サーモグラフィ装置100は、第7校正領域および第8校正領域のうち、重畳領域SAに含まれる画素については、第7校正情報と第8校正情報とを平準化した校正情報を設定する。このような処理の結果、サーモグラフィ装置100は、領域境界における影響を削減することができる。なお、サーモグラフィ装置100は、3つ以上の校正領域が重畳するように設定された場合であっても、同様の処理を行うことで、校正情報の生成を行ってよい。
また、サーモグラフィ装置100は、校正領域に粗密を設定してもよい。例えば、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51のうち中央付近については、より多くの校正領域が重畳するように複数の校正領域を設定し、撮像素子51のうち外延部分については、比較的少ない数の校正領域が重畳するように校正領域を設定してもよい。すなわち、サーモグラフィ装置100は、必要であると推定される領域については、重点的に校正領域を設定してもよい。
(4.フレームレートについて)
上述した例では、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51の全体を校正領域もしくは撮像領域とする場合は、基準フレームレートで、撮像素子51の半分の広さの領域を校正領域もしくは撮像領域とする場合は、基準フレームレートの2倍のフレームレートで、撮像素子51の1/4の広さの領域を校正領域もしくは撮像領域とする場合は、基準フレームレートの4倍のフレームレートで、放射輝度の測定を行った。すなわち、サーモグラフィ装置100は、撮像素子51の1/nの広さの領域を校正領域もしくは撮像領域とする場合は、基準フレームレートのn倍のフレームレートで放射輝度の測定を行った。
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、撮像素子51の半分の広さの領域を校正領域もしくは撮像領域とする場合、基準フレームレートの2倍のフレームレートは、測定におけるフレームレートの上限となる。そこで、サーモグラフィ装置100は、校正領域ごとに、異なるフレームレートで動作させた校正情報を生成し、測定時に指定された撮像領域とフレームレートとの組に対応する校正情報を用いて、温度の測定を行ってもよい。
例えば、図9は、実施形態に係るフレームレートと校正領域との関係性の一例を示す図である。図9に示す例では、撮像素子51全体と同じ広さの第10校正領域、撮像素子51の半分の広さの第11校正領域、および撮像素子51の三分の一の広さの第12校正領域について生成される校正情報の一例について示した。
例えば、第10校正領域を用いる場合、フレームレートは基準フレームレートよりも高くすることができない。そこで、サーモグラフィ装置100は、フレームレートを基準フレームレート「f」とした第10校正情報を生成する。一方、第11校正領域を用いる場合、フレームレートは最大で基準フレームレートの倍である「2f」となる。そこで、サーモグラフィ装置100は、第11校正領域を基準フレームレート「f」で動作させた場合の第11-1校正情報とともに、第11校正領域を基準フレームレート「2f」で動作させた場合の第11-2校正情報を生成する。
また、第12校正領域を用いる場合、フレームレートは最大で基準フレームレートの3倍である「3f」となる。そこで、サーモグラフィ装置100は、第12校正領域を基準フレームレート「f」で動作させた場合の第12-1校正情報と、第12校正領域を基準フレームレート「2f」で動作させた場合の第12-2校正情報と、第12校正領域を基準フレームレート「3f」で動作させた場合の第12-3校正情報と、を生成する。
このような場合、サーモグラフィ装置100は、例えば、第11校正領域と同じ領域を撮像領域とし、フレームレートを「f」とした測定を行う場合は、第11-1校正情報を用いて、温度の算出を行う。また、サーモグラフィ装置100は、第11校正領域と同じ領域を撮像領域とし、フレームレートを「2f」とした測定を行う場合は、第11-2校正情報を用いて、温度の算出を行う。なお、サーモグラフィ装置100は、撮像領域が複数の校正領域と重畳する場合、これらの校正領域について生成された校正情報であって、測定時におけるフレームレートと対応する校正情報を平準化した平準化情報を用いればよい。
このような処理の結果、サーモグラフィ装置100は、オペレータOPが所望する様々な態様での測定を実現することができる。例えば、サーモグラフィ装置100は、オペレータOPが所望する任意の撮像領域で任意のフレームレートでの測定を実現することができる。
なお、サーモグラフィ装置100は、基準フレームレートよりも遅いフレームレートについて、校正情報を設定してもよい。例えば、サーモグラフィ装置100は、第10校正領域について、基準フレームレート「f」と対応する校正情報以外にも、例えば、基準フレームレートの1/2のフレームレートである「f/2」で校正情報の生成を行ってもよい。
(5.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。
(6.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、測定対象から放射された電磁波を測定する撮像素子のうち所定の撮像領域を用いて測定された赤外線の放射輝度を取得する。そして、サーモグラフィ装置100は、撮像素子のうち一部の校正領域を用いて測定された放射輝度の測定結果と、その放射輝度が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報であって、校正領域ごとに生成された複数の校正情報のうち、撮像領域と対応する校正情報を用いて、測定結果から前記測定対象の温度を算出する。
このような処理の結果、サーモグラフィ装置100は、フレームレートを向上させる場合や、撮像領域を変更する場合であっても、再度のキャリブレーションの手間を不要とし、迅速な測定の開始を行うことができる。また、サーモグラフィ装置100は、フレームレートを向上させた際に、測定対象が撮像範囲から外れた場合であっても、赤外線カメラ50の向きや設置位置の変更を行わずに、撮像範囲の再設定のみで測定を継続することができる。
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
40 制御部
41 取得部
42 特定部
43 算出部
44 提供部
45 生成部
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

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のうち所定の撮像領域を用いて測定された電磁波の測定結果を取得する取得部と、
    前記撮像素子のうち一部の校正領域を用いて測定された電磁波の測定結果と、当該電磁波が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報であって、前記校正領域ごとに生成された複数の校正情報のうち、前記撮像領域と対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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のうち、所定の撮像領域を用いて測定された赤外線の測定結果を取得し、
    前記算出部は、前記校正情報として、前記校正領域を用いて測定された赤外線の測定結果と前記測定対象の温度とを対応付ける校正情報のうち、前記撮像領域と対応する校正情報を用いて、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に記載の測定装置。
  3. 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のうち、所定の撮像領域を用いて測定された赤外線の放射輝度を取得し、
    前記算出部は、前記校正情報として、前記校正領域を用いて測定された赤外線の放射輝度と前記測定対象の温度とを対応付ける校正情報のうち、前記撮像領域と対応する校正情報を用いて、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2に記載の測定装置。
  4. 前記算出部は、前記校正情報のうち、前記撮像領域と重複する校正領域と対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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1~3のうちいずれか1つに記載の測定装置。
  5. 前記算出部は、前記撮像領域と重複する複数の校正領域と対応する校正情報を平準化した平準化情報を用いて、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4に記載の測定装置。
  6. 前記算出部は、前記校正情報のうち、前記撮像領域と同じ広さの校正領域と対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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1~5のうちいずれか1つに記載の測定装置。
  7. 前記取得部は、所定のフレームレートで測定された電磁波の測定結果を取得し、
    前記算出部は、前記校正情報のうち、前記所定のフレームレートで測定された電磁波の測定結果と、当該電磁波が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報を用いて、前記測定結果から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1~6のうちいずれか1つに記載の測定装置。
  8. 前記取得部は、前記撮像領域を用いて所定のフレームレートで測定された電磁波の測定結果を取得し、
    前記算出部は、校正領域の広さとフレームレートとの組み合わせごとに生成された校正情報のうち、前記撮像領域の広さと前記所定のフレームレートとの組み合わせと対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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. 前記算出部は、前記撮像素子全体を分割した複数の校正領域ごとに生成された校正情報のうち、前記撮像領域と対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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1~8のうちいずれか1つに記載の測定装置。
  10. 前記算出部は、前記撮像素子の一部を分割した複数の校正領域ごとに生成された校正情報のうち、前記撮像領域と対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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1~8のうちいずれか1つに記載の測定装置。
  11. 前記算出部は、一部が重複する複数の校正領域ごとに生成された校正情報のうち、前記撮像領域と対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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1~10のうちいずれか1つに記載の測定装置。
  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のうち所定の撮像領域を用いて測定された電磁波の測定結果を取得する取得ステップと、
    前記撮像素子のうち一部の校正領域を用いて測定された電磁波の測定結果と、当該電磁波が測定された際における測定対象の温度とを対応付ける校正情報であって、前記校正領域ごとに生成された複数の校正情報のうち、前記撮像領域と対応する校正情報を用いて、前記測定結果から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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