JP3979713B2 - 撮像装置および監視装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特定帯域の赤外線を用いて被検出物を撮像する撮像装置、およびこの撮像装置を用いて監視を行い、その監視領域内の例えば火災や侵入者等の異常を検知する監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤外線による監視装置は１素子もしくは数十素子で広範囲を監視しているもの、１素子もしくは数十素子をスキャンして広範囲の温度分布を取っているものに大別される。そして、通常、赤外線による火災検出においては二酸化炭素の共鳴発光帯である波長4.3μmを含む3〜5μm帯を使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来装置の場合、 特に１素子もしくは数十素子で広域を監視しているものは、強い赤外線放射エネルギーのみを取るため、監視距離で１０ｍ以上離れた所の人間や、数十ｍ離れた所の火災を検出するのは難かしいという問題点があった。
また、スキャンして広い範囲の温度分布を取るタイプは、その点を改良するため、素子を冷却して感度を上げて１００ｍ先の火災を検出することを可能としているが、素子間・スキャン間隔間に死角ができたり、スキャンスピード以上の速い変化を見逃してしまうという問題点があった。
【０００４】
また、素子感度を上げるための冷却は、電子冷却・スターリングクーラー等工夫はされているが、寿命・耐久性に問題があり、連日２４時間の監視用途への展開は困難であった。
さらに、素子感度・レベル設定等は監視装置を組み上げた後に素子感度・レベル設定等を調整する機能を付加することは時間がかかり、30℃付近の人間に的を絞ってある監視装置を火災も同時に検出する必要から温度ダイナミックレンジを例えば１５０℃等の高温域まで広げるためには、信号処理部分の設定値変更・部品の入れ換え等時間と手間がかかり、また回路を理解する必要があるため、設計にかかわった人以外は不可能であった。
【０００５】
また、監視視野角についても、赤外線領域は透過率が一般に低く、材料が限られるためレンズ系を組むのに時間がかかり、さらに高価格になるという問題点があった。
また、これまで赤外線による火災検出において使用されてきた赤外線の波長が3〜5μm帯領域は、4.2〜4.4ｍｍの二酸化炭素による強い吸収領域が存在すること、色の違いにより放射率が大きくなり、反射の影響を強く受けること、黒体放射はプランクの法則に従うが、温度１度毎のエネルギー差が3〜5μm帯領域が大きく、かつ増分が均一でないため、温度ダイナミックレンジを広く取りにくく、常温の物体と炎のように、温度差の大きいものを一度に輝度を飽和させることなく捕らえることができないこと、火災以外の回転灯、水銀灯等を火災と同様に検出してしまうこと等の問題があり、火災を誤報なく検出したり、火災と人を同時に検出することが非常に困難であるという問題点があった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、監視距離が遠くても被検出物を確実に捕らえることができる構成簡単にして寿命、耐久性に優れかつ組み立てや調整が容易で安価な撮像装置および監視装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる監視装置は、被検出物が放射する赤外線を検出して、被検出物が放射する波長が８〜１４μｍ帯域の赤外線を検出して、赤外線映像信号に変換する、誘電体素子、起電圧素子または導電型素子のいずれかである非冷却型の二次元赤外線検出素子および該二次元赤外線検出素子の前方に設けられ、上記赤外線に対する温度ダイナミックレンジを拡大する、厚さ０．５ｍｍまたは１．０ｍｍのポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリブタジエンのポリマーからなるフィルタを有する撮像装置と、該撮像装置が監視領域内を走査するように、該撮像装置を回動可能に制御する制御手段と、上記撮像装置の出力信号に基づいて異常状態を判別すると共に上記制御手段を駆動する画像処理装置とを備えた監視装置であって、上記画像処理装置は、上記撮像装置が上記監視領域内を走査して出力する上記赤外線映像信号を取り込み、上記赤外線映像信号に含まれる赤外線エネルギーが所定の設定値よりも大きいかどうかを判別し、上記赤外線エネルギーが所定の設定値より大きい場合は、上記撮像装置が上記赤外線エネルギーの高い点を画像の中心近くに位置させるように、上記制御手段を駆動し、このとき入力される上記赤外線映像信号に基づいて異常か否かを判別する。
【０００８】
この発明に係わる監視装置は、上記画像処理装置の出力信号に基づいて警報装置を駆動すると共に、異常が発生した時の時刻、場所または異常と判断した状況の画面を記録装置に記録する中央処理装置を備えた。
【０００９】
この発明に係わる監視装置は、上記監視領域から省く場所を記憶し、該記憶された場所を上記撮像装置が走査しないようにした。
【００１０】
この発明に係わる監視装置は、複数台の上記撮像装置を備え、該複数台の上記撮像装置に同一の監視領域を走査させ、その出力信号に基づいて同一の場所であるか否かを判別する。
【００１１】
この発明に係わる監視装置は、火災判別と侵入者判別とが可能なである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
図において、１は所定の監視領域に設置された撮像装置であって、その前面に設けられたフィルタ１１と、このフィルタ１１の背後に設けられた窓材１２と、フィルタ１１を通して外部より入射される赤外線放射エネルギーを電気信号（赤外線映像信号）に変換する検出素子１４と、この検出素子１４の出力を増幅するアンプ１５とを備える。
尚、レンズ１３は、検出素子１４に当該赤外線放射エネルギーを集めるためのものである。また、図では、レンズ１３の前方にフィルタ１１を設けるようにしたが、レンズ１３の後方にフィルタ１１を設けるようにしてもよい。
【００２０】
２はモータ等を有し、撮像装置１が回動可能に載置される雲台、３は雲台２の動きを制御する雲台制御装置、４はアンプ１５からの出力信号を画像処理して例えば火災や侵入者の発生等の異常状態を判別する画像処理装置である。これら雲台制御装置３と画像処理装置４は、撮像装置１等と共に監視領域側に設けられる。
なお、画像処理装置４は、図示せずも検出素子１４が出力する映像信号をデジタル画像データに変換するビデオインターフェースと、このビデオインターフェースが出力する画像データを任意の間隔で複数画面記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された画像データの解析処理を行うプロセッサとを有するものである。
【００２１】
５は撮像装置１とは別の所定の監視領域に設置された撮像装置であって、撮像装置１と同様の構成をなし、その前面に設けられたフィルタ５１と、このフィルタ５１の背後に設けられた窓材５２と、フィルタ５１を通して外部より入射される赤外線放射エネルギーを電気信号（赤外線映像信号）に変換する検出素子５４と、この検出素子５４の出力を増幅するアンプ５５とを備える。
６はモータ等を有し、撮像装置５が回動可能に載置される雲台、７は雲台６の動きを制御する雲台制御装置、８はアンプ５５からの出力信号を画像処理して例えば火災や侵入者の発生等の異常状態を判別する画像処理装置である。これら雲台制御装置７と画像処理装置８も、撮像装置５等と共に監視領域側に設けられる。
なお、画像処理装置８も画像処理装置４と同様に、図示せずも検出素子５４が出力する映像信号をデジタル画像データに変換するビデオインターフェースと、このビデオインターフェースが出力する画像データを任意の間隔で複数画面記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された画像データの解析処理を行うプロセッサとを有するものである。
【００２２】
１０は監視領域より遠隔の例えば監視センタに設けられた監視盤等の中央処理装置であって、画像処理装置４および８の出力信号を受け、必要に応じてその出力側に接続された火災警報装置２０や侵入警報装置３０を駆動して警報を発生させ、或いは必要に応じてその出力側に接続された記録装置４０にその情報を記憶させる。
なお、ここでは一例として、構成要素１〜４と構成要素５〜８の２組の監視手段を設置した場合であるが、その数は任意に設置され得るもので、この２組以外の例えば１組でもよいし、或いは３組以上でもよい。また、雲台２と雲台制御装置４および雲台６と雲台制御装置７はそれぞれ制御手段を構成する。
【００２３】
ここで、本実施の形態で用いられる検出素子１４および５４に付いて詳細に説明する。
本実施の形態では、検出素子１４および５４として、例えば数mSecから数時間といった任意の時間間隔で一度に監視範囲中の詳細な温度分布の形状を取り込むことができる多数の素子例えば10000素子以上、例えば２５６×２５６約６５０００画素、５１２×５１２約２６万画素、１０２４×１０２４約１００万画素の二次元赤外線検出素子を用いる。これにより、その二次元赤外線強度情報とその時間変化情報から特定の場合のみを異常と判断することで死角・スピードの速い変化およびスピードの遅い変化の見落としをなくすことができる。
また、上記の二次元赤外線検出素子としては、ここでは、特定の非冷却型素子を用いるものとする。この非冷却型素子としては例えば下記の材質の誘電体素子、起電圧素子および導電型素子が考えられる。
【００２４】
即ち、誘電体素子の材質としては、例えばリチウムタンタル酸（LiTaO3）、チタン酸鉛（PbTiO3）、トリフッ化エチレンフッ化ビニリデン共重合体（Poly(TriFE/VF)）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、チタン酸バリウムとチタン酸ストロンチウムの混晶（BaxSryTiO3）、Lアラニンドープグリシン硫酸塩重水素置換（ATGS）、チタン酸鉛とチタン酸ジルコニウムの混晶（PZT）、チタン酸鉛とチタン酸ジルコニウムの混晶の鉛イオンの一部をランタノイドで置換したもの（PLZT）、チタン酸鉛とチタン酸ジルコニウムの混晶の鉛イオンの一部をランタノイド，リチウムで置換したもの（PLLZT），リチウムニオブ（LiNb3）が挙げられる。
【００２５】
また、誘電体素子の材質としては、その他周期律表の略号で示す以下の物質が挙げられる。（PbZrNbTiO3），（PbMnNiLa）、（PbMoNiLa）、（PbMgNiLa）、（PbScTiO3）、（PbCrTiO3）、（PbCaTiO3）、（PbCoWO3）、（ZrTiO2）、（MgTi4O9）、（MgTi4O9）、（CaTiO3）、（MgCaTiO3）、（BaMnTiO3）、（PbZrO3）、（PbLaTiO3）、（PbTiO3）、（PbZrO3）、（PbTiO3）、（SrTiO3）、（Pb(Hg/Zr/Ti)O3）、（Pb(Hf/Zr/Ti)O3）、（NaLaTiO3）、（PbNaTiO3）、（Pb(Zn/Nb/W)O3）。
【００２６】
また、起電圧素子の材質としてはビスマスアンチモン（BiSb）、ビスマステルル（Bi2Te3）, 酸化バナジウム（VOx）が挙げられ、導電型素子の材質としてはニッケル（Ni）, ケルマニウム（Ge）, 金（Au）, 白金（Pt）, チタン（Ti）が挙げられる。これらの材質の非冷却型素子を検出素子として用いることにより、冷却をしなくても良好な赤外線放射エネルギー感度を得られる。
【００２７】
また、上述のごとく、従来赤外線による火災検出においては二酸化炭素の共鳴発光帯である波長4.3μmを含む3〜5μm帯を使用しているが、本実施の形態では、特定帯域の赤外線領域、例えば波長が8〜14μmの赤外線領域を使用する。
因に、実験において、赤外線の波長に3〜5μm帯を用いた場合は、例えば車の形の判別、ライト類の反射の影響、炎の反射の影響、炎と回転灯の区別、炎とヘッドライトの区別および炎と水銀灯の区別等は画像で見た場合いずれもその判別や区別が困難で好ましくなく、これを改善するために、最も影響の強い３μm帯の領域の光をカットする高価なバンドパスフィルタを使用したりしているが、それでも太陽光、ライトの反射光の影響を受けやすかったが、赤外線の波長に8〜14μm帯を用いた場合は、上記項目に関して画像で見た場合いずれもその判別や区別が容易で非常に好ましく、温度ダイナミックレンジの広い、大気中のガス成分の影響や、反射・照り返しの影響の少ない温度に忠実な画像が得られた。
【００２８】
これは、いわゆる黒体温度と赤外線エネルギーとの関係を見ると、赤外線の波長が3〜5μm帯の場合には、温度の変化に対して赤外線エネルギーのレベルは指数関数の関係で大きく上昇して行くが、赤外線の波長が8〜14μm帯の場合には、温度の変化に対して赤外線エネルギーのレベルはそれ程変化せず、緩慢な上昇であることに基づく。
【００２９】
また、本実施の形態では、フィルタ１１および５１として、例えばGe、ZnSe、ポリエチレン、ポリプロピレンポリブラジエン等のポリマー、BaF2、CaF2製フィルタを用いる。これにより、温度ダイナミックレンジを広域化することができる。
【００３０】
図４はフィルタ１１または５１を装着する前と装着した後の温度輝度曲線を示すもので、図において、曲線ａはフィルタがない場合、曲線ｂは厚さ0.3ｍｍで材質がポリエチレンのフィルタを用いた場合、曲線ｃは厚さ0.5ｍｍで材質がポリエチレンのフィルタを用いた場合である。この図４より、フィルタがない場合に比べてフィルタがある場合は温度ダイナミックレンジが広くなり、しかも、厚みの異なるフィルタを装着することで、温度ダイナミックレンジを任意に選択可能であることが分かる。尚、このときに用いた素子の材質は、BaxSryTiO3である。また、検出素子の材質として、これ以外のものを検出素子として用いても、アンプ等の増幅率を適宜調整することにより、温度輝度曲線ａを得ることができる。このとき、上記各フィルタを用いることにより、温度輝度曲線ｂ、ｃを得ることができ、温度ダイナミックレンジを広域化することができる。
【００３１】
図５Ａは、フィルタ１１および５１として波長別に各種フィルタを装着した時の検出下限上限を示したものである。
この図５Ａにおいて、材質がポリエチレンで厚さ0.5ｍｍのものは、上述の図４の曲線ｃのフィルタに相当するものである。この図５Ａから同じ材質でもその厚さにより温度ダイナミックレンジが変化し、また、材質もポリエチレンだけでなくポリプロピレン等のポリマーでもよく、或いはゲルマニウム（Ge）、ジンクセレン（ZnSe）、フッ化バリウム（BaF2）およびフッ化カルシウム（CaF2）にコーティング材や反射防止材を塗布したものでもよいことがわかる。これにより、監視領域の温度等の環境条件に応じて上述の材質や厚さのフィルタを任意に選択して広い温度ダイナミックレンジを確保できることが分かる。
【００３２】
なお、フィルタ１１および５１は、薄膜形状をフレネル状にしてもよい。これにより、二次元赤外線検出素子の視野角を任意に変化させることができる。
図５Ｂは、フィルタ１１または５１をポリマーの中から例えば材質としてポリエチレンとポリプロピレンを用い、これらをフレネル状に加工した時の視野角を示したものである。この図５Ｂにおいて、ｆ値は焦点距離（単位はmmである。）であり、例えばｆ値が５０のポリエチレンは実質的に凸レンズに相当し、−５０のポリエチレンは凹レンズに相当する。ｆ値は材質にフレネル状に加工する溝の深さや形状により変化する。この図５Ｂから監視領域の広さや設置位置等に応じてフィルタの材質および厚みを選択することにより水平視野角を任意に設定できることができることが分かる。
また、フィルタ１１または５１の背後に設けられる窓材１２および５２の材質として、例えばゲルマニウムやジンクセレンを用いることにより赤外線の波長８μｍ以下をカットするようにしてもよい。
【００３３】
次に動作について、図２および図３を参照しながら説明する。
先ず、図２を参照して監視対象として火災の場合について代表的に撮像装置１側の動作に付いて説明する。
最初に、雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の位置を監視領域に合わせ（ステップＳ１）、次いで同じく雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の走査を開始し、必要であれば監視領域内において任意の水平方向0〜360度・垂直方向0〜360度に走査を行い（ステップＳ２）、そのとき外部よりフィルタ１１を通して入射した赤外線を検出素子１４で電気信号（赤外線映像信号）に変換し、アンプ１５で増幅した後画像処理装置４に取り込んでその入射した赤外線に対応する電気信号に含まれる赤外線放射エネルギーが火災判別のための所定の設定値より大きいかどうかを判別する（ステップＳ３）。
【００３４】
そして、ステップＳ３で赤外線放射エネルギーが設定値より小さい場合は、何も異常な場所はないということでステップＳ２に戻って、通常の走査を繰り返し、つまり監視状態を持続する。
一方、ステップＳ３で赤外線放射エネルギーが設定値より大きい場合は、何か異常な場所があるということで改めて雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１をその異常の場所に合わせ込む、つまり、赤外線放射エネルギーの高い点を画像の中心近くに位置させるように雲台２を操作する（ステップＳ４）。
次いで、このとき画像処理装置４に入力されている信号に基づいて火災か否かを判別し（ステップＳ５）、火災でなければステップＳ２に戻って上述の動作を繰り返し、火災であれば、ステップＳ６に進み、ここで、火災信号とその監視領域に対応したアドレスを中央処理装置１０に送出する。
【００３５】
中央処理装置１０では入力された火災信号とアドレスに基づいて火災警報装置２０を駆動してそのアドレスに対応した監視領域に火災が発生したことを報知させる。
また、必要に応じて、火災が発生した時の時刻、場所或いは火災と判断した状況の画面を記録装置４０に記録する。
また、撮像装置５側の動作に付いても、上述した撮像装置１側の動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３６】
次に、図３を参照して監視対象として侵入者の場合について代表的に撮像装置１側の動作に付いて説明する。
最初に、雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の位置を監視領域に合わせ（ステップＳ１１）、次いで同じく雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の走査を開始し、必要であれば監視領域内において任意の水平方向0〜360度・垂直方向0〜360度に走査を行い（ステップＳ１２）、そのとき外部よりフィルタ１１を通して入射した赤外線を検出素子１４で電気信号（赤外線映像信号）に変換し、アンプ１５で増幅した後画像処理装置４に取り込んでその入射した赤外線に対応する電気信号に含まれる赤外線放射エネルギーが侵入者の有無の判別のための所定の設定値より大きいかどうかを判別する（ステップＳ１３）。
【００３７】
そして、ステップＳ１３で赤外線放射エネルギーが設定値より小さい場合は、何も異常な場所はないということでステップＳ１２に戻って、通常の走査を繰り返し、つまり監視状態を持続する。
一方、ステップＳ１３で赤外線放射エネルギーが設定値より大きい場合は、何か異常な場所があるということで改めて雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１をその異常な場所に合わせ込む、つまり、赤外線放射エネルギーの高い点を画像の中心近くに位置させるように雲台２を操作する（ステップＳ１４）。
次いで、このとき画像処理装置４に入力されている信号に基づいて侵入者か否かを判別し（ステップＳ１５）、侵入者でなければステップＳ１２に戻って上述の動作を繰り返し、侵入者であれば、ステップＳ１６に進み、ここで、侵入者があることを表す侵入信号とその監視領域に対応したアドレスを中央処理装置１０に送出する。
【００３８】
中央処理装置１０では入力された侵入信号とアドレスに基づいて侵入警報装置３０を駆動してそのアドレスに対応した監視領域に侵入者が発生したことを報知させる。
また、必要に応じて、侵入者が発生した時の時刻、場所或いは侵入者と判断した状況の画面を記録装置４０に記録する。なお、この場合、侵入監視領域は火災監視領域と違えるようにしてもよい。
また、この場合も撮像装置５側の動作に付いては、上述した撮像装置１側の動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３９】
なお、上述において、煙突等赤外線放射エネルギーが高くなる可能性のある場所を予め指定して画像処理装置や中央処理装置等に記憶させてその指定した場所は監視領域から省くようにしてもよい。これにより、無駄な走査時間がなくなり、それだけ監視時間を短縮できる。また、複数台の撮像装置即ちこの場合撮像装置１と撮像装置５を同一の監視領域を走査させ、その出力信号に基づいて同一の場所であるかどうかを判別するようにしてもよい。これにより、火災の判断の精度および信頼性を更に向上できる。
また、画像処理装置４または８の出力信号を直接火災警報装置２０や侵入警報装置３０に供給して警報を発生させるようにしてもよい。
また、上述においては、監視対象が火災発生の場合と侵入者発生の場合とを分けて説明したが、火災発生と侵入者発生を１つのプログラムで規定されるようにしてよいことは勿論である。即ち、ステップＳ３（図２）でＮＯの場合には、ステップＳ１３（図３）に移行するようにしてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
図６はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図であり、図において、図６Ａはその断面図、図６Ｂはその上面図である。
図において、６０は上述した検出素子１４および５４に相当する検出素子、６１は上述したアンプ１５および５５等の電気回路が搭載された基板、６２はこの基板６１のほぼ中央部に設けられ、検出素子６０が取り付けられる支柱である。
【００４１】
このように、検出素子６０を基板６１より浮かした構成とすることにより、検出素子６０から基板６１を通して放逸される赤外線放射エネルギーが低減され、検出素子６０の感度を実質的に上げることができ、また、一定の感度を得るのにはその赤外線放射エネルギーの低減により感度が上がった分だけチップ面積を小さくすることができる。
従って、支柱６２は基板６１を保持する最低限の強度を確保できる範囲で、なるべく細い方が好ましい。
【００４２】
実施の形態３．
図７はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図であり、図において、図７Ａはその断面図、図７Ｂはその上面図である。図７において、図６に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、６２Ａ，６２Ｂは基板６１の両端にそれぞれ設けられ、検出素子６０が取り付けられる支柱、６３は検出素子６０、基板６１および支柱６２Ａ，６２Ｂで形成される空間ある。
【００４３】
この場合も、検出素子６０を基板６１より浮かした構成とすることにより、検出素子６０から基板６１を通して放逸される赤外線放射エネルギーが低減され、検出素子６０の感度を実質的に上げるることができ、また、一定の感度を得るのにはその赤外線放射エネルギーの低減により感度が上がった分だけチップ面積を小さくすることができる。また、この場合、基板の両端を２本の支柱でそれぞれ保持しているので、強度の点で図６の場合より有利である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る撮像装置によれば、被検出物が放射する赤外線を検出して、赤外線映像信号に変換する非冷却型の二次元赤外線検出素子と、この二次元赤外線検出素子の前方に設けられ、赤外線に対する温度ダイナミックレンジを拡大するフィルタとを備えたので、被検出物に対する距離が遠くてもその被検出物を確実に捕らえることができ、構成簡単にして寿命、耐久性に優れかつ組み立てや調整が容易で安価な撮像装置が得られるという効果がある。
【００４５】
また、非冷却型の二次元赤外線検出素子として、特定の材質の誘電体素子、起電圧素子または導電型素子を用い、波長が８〜１４μｍ帯域の赤外線を検出するようにしたので、冷却をしなくても良好な赤外線放射エネルギー感度を得られ、温度ダイナミックレンジの広い、大気中のガス成分の影響や、反射・照り返しの影響の少ない温度に忠実な画像が得られ、しかも、その二次元赤外線強度情報と時間変化情報から特定の場合のみを異常と判断することで死角・スピードの速い変化およびスピードの遅い変化の見落としをなくすことができるという効果がある。
【００４６】
また、フィルタとして、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリマーまたはGe・ZnSe・ BaF2・CaF2に反射防止材やコーティング材を塗布したものを用いるので、温度ダイナミックレンジを広域化することができ、更に、フィルタの薄膜形状をフレネル状にすることで、二次元赤外線検出素子の視野角を任意に変化させることができるという効果がある。
【００４７】
また、二次元赤外線検出素子は、基板に支柱を介して取り付けられるので、基板を通して放逸される赤外線放射エネルギーが低減され、検出感度を実質的に上げることができ、また、感度を一定とするとその赤外線放射エネルギーの低減により感度が上がった分だけチップ面積を小さくすることができるという効果がある。
【００４８】
この発明に係る監視装置によれば、上記の撮像装置と、この撮像装置を回動可能に制御する制御手段と、撮像装置の出力信号に基づいて異常状態を判別すると共に制御手段を駆動する画像処理装置とを備え、画像処理装置が、二次元赤外線検出素子が出力する赤外線映像信号をデジタル画像データに変換するビデオインターフェースと、このビデオインターフェースが出力する画像データを任意の間隔で複数画面記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された画像データの解析処理を行うプロセッサとを備えるので、監視距離が遠くても被検出物を確実に捕らえることができ、構成簡単にして寿命、耐久性に優れかつ組み立てや調整が容易で安価な監視装置が得られるという効果がある。
【００４９】
また、画像処理装置の出力信号に基づいて警報装置を駆動する中央処理装置を備えたので、異常時確実且つ迅速に警報を発生できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１におけるフィルタの装着前後の温度輝度特性を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１におけるフィルタに関するもので、そのＡはに波長別各種フィルターを装着した時の検出下限上限を示し、そのＢは各々の材質でフレネル状に加工した時の視野角を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２を示す構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態３を示す構成図である。
【符号の説明】
１，５ 撮像装置、２，６ 雲台、３，７ 雲台制御装置、４，８ 画像処理装置、１０、中央処理装置、１１，５１ フィルタ、１２，５２ 窓材、１３，５３ レンズ、１４，５４ 検出素子、２０ 火災警報装置、３０ 侵入警報装置、４０ 記録装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、特定帯域の赤外線を用いて被検出物を撮像する撮像装置、およびこの撮像装置を用いて監視を行い、その監視領域内の例えば火災や侵入者等の異常を検知する監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤外線による監視装置は１素子もしくは数十素子で広範囲を監視しているもの、１素子もしくは数十素子をスキャンして広範囲の温度分布を取っているものに大別される。そして、通常、赤外線による火災検出においては二酸化炭素の共鳴発光帯である波長4.3μmを含む3〜5μm帯を使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来装置の場合、 特に１素子もしくは数十素子で広域を監視しているものは、強い赤外線放射エネルギーのみを取るため、監視距離で１０ｍ以上離れた所の人間や、数十ｍ離れた所の火災を検出するのは難かしいという問題点があった。
また、スキャンして広い範囲の温度分布を取るタイプは、その点を改良するため、素子を冷却して感度を上げて１００ｍ先の火災を検出することを可能としているが、素子間・スキャン間隔間に死角ができたり、スキャンスピード以上の速い変化を見逃してしまうという問題点があった。
【０００４】
また、素子感度を上げるための冷却は、電子冷却・スターリングクーラー等工夫はされているが、寿命・耐久性に問題があり、連日２４時間の監視用途への展開は困難であった。
さらに、素子感度・レベル設定等は監視装置を組み上げた後に素子感度・レベル設定等を調整する機能を付加することは時間がかかり、30℃付近の人間に的を絞ってある監視装置を火災も同時に検出する必要から温度ダイナミックレンジを例えば１５０℃等の高温域まで広げるためには、信号処理部分の設定値変更・部品の入れ換え等時間と手間がかかり、また回路を理解する必要があるため、設計にかかわった人以外は不可能であった。
【０００５】
また、監視視野角についても、赤外線領域は透過率が一般に低く、材料が限られるためレンズ系を組むのに時間がかかり、さらに高価格になるという問題点があった。
また、これまで赤外線による火災検出において使用されてきた赤外線の波長が3〜5μm帯領域は、4.2〜4.4ｍｍの二酸化炭素による強い吸収領域が存在すること、色の違いにより放射率が大きくなり、反射の影響を強く受けること、黒体放射はプランクの法則に従うが、温度１度毎のエネルギー差が3〜5μm帯領域が大きく、かつ増分が均一でないため、温度ダイナミックレンジを広く取りにくく、常温の物体と炎のように、温度差の大きいものを一度に輝度を飽和させることなく捕らえることができないこと、火災以外の回転灯、水銀灯等を火災と同様に検出してしまうこと等の問題があり、火災を誤報なく検出したり、火災と人を同時に検出することが非常に困難であるという問題点があった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、監視距離が遠くても被検出物を確実に捕らえることができる構成簡単にして寿命、耐久性に優れかつ組み立てや調整が容易で安価な撮像装置および監視装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる監視装置は、被検出物が放射する赤外線を検出して、被検出物が放射する波長が８〜１４μｍ帯域の赤外線を検出して、赤外線映像信号に変換する、誘電体素子、起電圧素子または導電型素子のいずれかである非冷却型の二次元赤外線検出素子および該二次元赤外線検出素子の前方に設けられ、上記赤外線に対する温度ダイナミックレンジを拡大する、厚さ０．５ｍｍまたは１．０ｍｍのポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリブタジエンのポリマーからなるフィルタを有する撮像装置と、該撮像装置が監視領域内を走査するように、該撮像装置を回動可能に制御する制御手段と、上記撮像装置の出力信号に基づいて異常状態を判別すると共に上記制御手段を駆動する画像処理装置とを備えた監視装置であって、上記画像処理装置は、上記撮像装置が上記監視領域内を走査して出力する上記赤外線映像信号を取り込み、上記赤外線映像信号に含まれる赤外線エネルギーが所定の設定値よりも大きいかどうかを判別し、上記赤外線エネルギーが所定の設定値より大きい場合は、上記撮像装置が上記赤外線エネルギーの高い点を画像の中心近くに位置させるように、上記制御手段を駆動し、このとき入力される上記赤外線映像信号に基づいて異常か否かを判別する。
【０００８】
この発明に係わる監視装置は、上記画像処理装置の出力信号に基づいて警報装置を駆動すると共に、異常が発生した時の時刻、場所または異常と判断した状況の画面を記録装置に記録する中央処理装置を備えた。
【０００９】
この発明に係わる監視装置は、上記監視領域から省く場所を記憶し、該記憶された場所を上記撮像装置が走査しないようにした。
【００１０】
この発明に係わる監視装置は、複数台の上記撮像装置を備え、該複数台の上記撮像装置に同一の監視領域を走査させ、その出力信号に基づいて同一の場所であるか否かを判別する。
【００１１】
この発明に係わる監視装置は、火災判別と侵入者判別とが可能なである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
図において、１は所定の監視領域に設置された撮像装置であって、その前面に設けられたフィルタ１１と、このフィルタ１１の背後に設けられた窓材１２と、フィルタ１１を通して外部より入射される赤外線放射エネルギーを電気信号（赤外線映像信号）に変換する検出素子１４と、この検出素子１４の出力を増幅するアンプ１５とを備える。
尚、レンズ１３は、検出素子１４に当該赤外線放射エネルギーを集めるためのものである。また、図では、レンズ１３の前方にフィルタ１１を設けるようにしたが、レンズ１３の後方にフィルタ１１を設けるようにしてもよい。
【００２０】
２はモータ等を有し、撮像装置１が回動可能に載置される雲台、３は雲台２の動きを制御する雲台制御装置、４はアンプ１５からの出力信号を画像処理して例えば火災や侵入者の発生等の異常状態を判別する画像処理装置である。これら雲台制御装置３と画像処理装置４は、撮像装置１等と共に監視領域側に設けられる。
なお、画像処理装置４は、図示せずも検出素子１４が出力する映像信号をデジタル画像データに変換するビデオインターフェースと、このビデオインターフェースが出力する画像データを任意の間隔で複数画面記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された画像データの解析処理を行うプロセッサとを有するものである。
【００２１】
５は撮像装置１とは別の所定の監視領域に設置された撮像装置であって、撮像装置１と同様の構成をなし、その前面に設けられたフィルタ５１と、このフィルタ５１の背後に設けられた窓材５２と、フィルタ５１を通して外部より入射される赤外線放射エネルギーを電気信号（赤外線映像信号）に変換する検出素子５４と、この検出素子５４の出力を増幅するアンプ５５とを備える。
６はモータ等を有し、撮像装置５が回動可能に載置される雲台、７は雲台６の動きを制御する雲台制御装置、８はアンプ５５からの出力信号を画像処理して例えば火災や侵入者の発生等の異常状態を判別する画像処理装置である。これら雲台制御装置７と画像処理装置８も、撮像装置５等と共に監視領域側に設けられる。
なお、画像処理装置８も画像処理装置４と同様に、図示せずも検出素子５４が出力する映像信号をデジタル画像データに変換するビデオインターフェースと、このビデオインターフェースが出力する画像データを任意の間隔で複数画面記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された画像データの解析処理を行うプロセッサとを有するものである。
【００２２】
１０は監視領域より遠隔の例えば監視センタに設けられた監視盤等の中央処理装置であって、画像処理装置４および８の出力信号を受け、必要に応じてその出力側に接続された火災警報装置２０や侵入警報装置３０を駆動して警報を発生させ、或いは必要に応じてその出力側に接続された記録装置４０にその情報を記憶させる。
なお、ここでは一例として、構成要素１〜４と構成要素５〜８の２組の監視手段を設置した場合であるが、その数は任意に設置され得るもので、この２組以外の例えば１組でもよいし、或いは３組以上でもよい。また、雲台２と雲台制御装置４および雲台６と雲台制御装置７はそれぞれ制御手段を構成する。
【００２３】
ここで、本実施の形態で用いられる検出素子１４および５４に付いて詳細に説明する。
本実施の形態では、検出素子１４および５４として、例えば数mSecから数時間といった任意の時間間隔で一度に監視範囲中の詳細な温度分布の形状を取り込むことができる多数の素子例えば10000素子以上、例えば２５６×２５６約６５０００画素、５１２×５１２約２６万画素、１０２４×１０２４約１００万画素の二次元赤外線検出素子を用いる。これにより、その二次元赤外線強度情報とその時間変化情報から特定の場合のみを異常と判断することで死角・スピードの速い変化およびスピードの遅い変化の見落としをなくすことができる。
また、上記の二次元赤外線検出素子としては、ここでは、特定の非冷却型素子を用いるものとする。この非冷却型素子としては例えば下記の材質の誘電体素子、起電圧素子および導電型素子が考えられる。
【００２４】
即ち、誘電体素子の材質としては、例えばリチウムタンタル酸（LiTaO3）、チタン酸鉛（PbTiO3）、トリフッ化エチレンフッ化ビニリデン共重合体（Poly(TriFE/VF)）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、チタン酸バリウムとチタン酸ストロンチウムの混晶（BaxSryTiO3）、Lアラニンドープグリシン硫酸塩重水素置換（ATGS）、チタン酸鉛とチタン酸ジルコニウムの混晶（PZT）、チタン酸鉛とチタン酸ジルコニウムの混晶の鉛イオンの一部をランタノイドで置換したもの（PLZT）、チタン酸鉛とチタン酸ジルコニウムの混晶の鉛イオンの一部をランタノイド，リチウムで置換したもの（PLLZT），リチウムニオブ（LiNb3）が挙げられる。
【００２５】
また、誘電体素子の材質としては、その他周期律表の略号で示す以下の物質が挙げられる。（PbZrNbTiO3），（PbMnNiLa）、（PbMoNiLa）、（PbMgNiLa）、（PbScTiO3）、（PbCrTiO3）、（PbCaTiO3）、（PbCoWO3）、（ZrTiO2）、（MgTi4O9）、（MgTi4O9）、（CaTiO3）、（MgCaTiO3）、（BaMnTiO3）、（PbZrO3）、（PbLaTiO3）、（PbTiO3）、（PbZrO3）、（PbTiO3）、（SrTiO3）、（Pb(Hg/Zr/Ti)O3）、（Pb(Hf/Zr/Ti)O3）、（NaLaTiO3）、（PbNaTiO3）、（Pb(Zn/Nb/W)O3）。
【００２６】
また、起電圧素子の材質としてはビスマスアンチモン（BiSb）、ビスマステルル（Bi2Te3）, 酸化バナジウム（VOx）が挙げられ、導電型素子の材質としてはニッケル（Ni）, ケルマニウム（Ge）, 金（Au）, 白金（Pt）, チタン（Ti）が挙げられる。これらの材質の非冷却型素子を検出素子として用いることにより、冷却をしなくても良好な赤外線放射エネルギー感度を得られる。
【００２７】
また、上述のごとく、従来赤外線による火災検出においては二酸化炭素の共鳴発光帯である波長4.3μmを含む3〜5μm帯を使用しているが、本実施の形態では、特定帯域の赤外線領域、例えば波長が8〜14μmの赤外線領域を使用する。
因に、実験において、赤外線の波長に3〜5μm帯を用いた場合は、例えば車の形の判別、ライト類の反射の影響、炎の反射の影響、炎と回転灯の区別、炎とヘッドライトの区別および炎と水銀灯の区別等は画像で見た場合いずれもその判別や区別が困難で好ましくなく、これを改善するために、最も影響の強い３μm帯の領域の光をカットする高価なバンドパスフィルタを使用したりしているが、それでも太陽光、ライトの反射光の影響を受けやすかったが、赤外線の波長に8〜14μm帯を用いた場合は、上記項目に関して画像で見た場合いずれもその判別や区別が容易で非常に好ましく、温度ダイナミックレンジの広い、大気中のガス成分の影響や、反射・照り返しの影響の少ない温度に忠実な画像が得られた。
【００２８】
これは、いわゆる黒体温度と赤外線エネルギーとの関係を見ると、赤外線の波長が3〜5μm帯の場合には、温度の変化に対して赤外線エネルギーのレベルは指数関数の関係で大きく上昇して行くが、赤外線の波長が8〜14μm帯の場合には、温度の変化に対して赤外線エネルギーのレベルはそれ程変化せず、緩慢な上昇であることに基づく。
【００２９】
また、本実施の形態では、フィルタ１１および５１として、例えばGe、ZnSe、ポリエチレン、ポリプロピレンポリブラジエン等のポリマー、BaF2、CaF2製フィルタを用いる。これにより、温度ダイナミックレンジを広域化することができる。
【００３０】
図４はフィルタ１１または５１を装着する前と装着した後の温度輝度曲線を示すもので、図において、曲線ａはフィルタがない場合、曲線ｂは厚さ0.3ｍｍで材質がポリエチレンのフィルタを用いた場合、曲線ｃは厚さ0.5ｍｍで材質がポリエチレンのフィルタを用いた場合である。この図４より、フィルタがない場合に比べてフィルタがある場合は温度ダイナミックレンジが広くなり、しかも、厚みの異なるフィルタを装着することで、温度ダイナミックレンジを任意に選択可能であることが分かる。尚、このときに用いた素子の材質は、BaxSryTiO3である。また、検出素子の材質として、これ以外のものを検出素子として用いても、アンプ等の増幅率を適宜調整することにより、温度輝度曲線ａを得ることができる。このとき、上記各フィルタを用いることにより、温度輝度曲線ｂ、ｃを得ることができ、温度ダイナミックレンジを広域化することができる。
【００３１】
図５Ａは、フィルタ１１および５１として波長別に各種フィルタを装着した時の検出下限上限を示したものである。
この図５Ａにおいて、材質がポリエチレンで厚さ0.5ｍｍのものは、上述の図４の曲線ｃのフィルタに相当するものである。この図５Ａから同じ材質でもその厚さにより温度ダイナミックレンジが変化し、また、材質もポリエチレンだけでなくポリプロピレン等のポリマーでもよく、或いはゲルマニウム（Ge）、ジンクセレン（ZnSe）、フッ化バリウム（BaF2）およびフッ化カルシウム（CaF2）にコーティング材や反射防止材を塗布したものでもよいことがわかる。これにより、監視領域の温度等の環境条件に応じて上述の材質や厚さのフィルタを任意に選択して広い温度ダイナミックレンジを確保できることが分かる。
【００３２】
なお、フィルタ１１および５１は、薄膜形状をフレネル状にしてもよい。これにより、二次元赤外線検出素子の視野角を任意に変化させることができる。
図５Ｂは、フィルタ１１または５１をポリマーの中から例えば材質としてポリエチレンとポリプロピレンを用い、これらをフレネル状に加工した時の視野角を示したものである。この図５Ｂにおいて、ｆ値は焦点距離（単位はmmである。）であり、例えばｆ値が５０のポリエチレンは実質的に凸レンズに相当し、−５０のポリエチレンは凹レンズに相当する。ｆ値は材質にフレネル状に加工する溝の深さや形状により変化する。この図５Ｂから監視領域の広さや設置位置等に応じてフィルタの材質および厚みを選択することにより水平視野角を任意に設定できることができることが分かる。
また、フィルタ１１または５１の背後に設けられる窓材１２および５２の材質として、例えばゲルマニウムやジンクセレンを用いることにより赤外線の波長８μｍ以下をカットするようにしてもよい。
【００３３】
次に動作について、図２および図３を参照しながら説明する。
先ず、図２を参照して監視対象として火災の場合について代表的に撮像装置１側の動作に付いて説明する。
最初に、雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の位置を監視領域に合わせ（ステップＳ１）、次いで同じく雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の走査を開始し、必要であれば監視領域内において任意の水平方向0〜360度・垂直方向0〜360度に走査を行い（ステップＳ２）、そのとき外部よりフィルタ１１を通して入射した赤外線を検出素子１４で電気信号（赤外線映像信号）に変換し、アンプ１５で増幅した後画像処理装置４に取り込んでその入射した赤外線に対応する電気信号に含まれる赤外線放射エネルギーが火災判別のための所定の設定値より大きいかどうかを判別する（ステップＳ３）。
【００３４】
そして、ステップＳ３で赤外線放射エネルギーが設定値より小さい場合は、何も異常な場所はないということでステップＳ２に戻って、通常の走査を繰り返し、つまり監視状態を持続する。
一方、ステップＳ３で赤外線放射エネルギーが設定値より大きい場合は、何か異常な場所があるということで改めて雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１をその異常の場所に合わせ込む、つまり、赤外線放射エネルギーの高い点を画像の中心近くに位置させるように雲台２を操作する（ステップＳ４）。
次いで、このとき画像処理装置４に入力されている信号に基づいて火災か否かを判別し（ステップＳ５）、火災でなければステップＳ２に戻って上述の動作を繰り返し、火災であれば、ステップＳ６に進み、ここで、火災信号とその監視領域に対応したアドレスを中央処理装置１０に送出する。
【００３５】
中央処理装置１０では入力された火災信号とアドレスに基づいて火災警報装置２０を駆動してそのアドレスに対応した監視領域に火災が発生したことを報知させる。
また、必要に応じて、火災が発生した時の時刻、場所或いは火災と判断した状況の画面を記録装置４０に記録する。
また、撮像装置５側の動作に付いても、上述した撮像装置１側の動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３６】
次に、図３を参照して監視対象として侵入者の場合について代表的に撮像装置１側の動作に付いて説明する。
最初に、雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の位置を監視領域に合わせ（ステップＳ１１）、次いで同じく雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１の走査を開始し、必要であれば監視領域内において任意の水平方向0〜360度・垂直方向0〜360度に走査を行い（ステップＳ１２）、そのとき外部よりフィルタ１１を通して入射した赤外線を検出素子１４で電気信号（赤外線映像信号）に変換し、アンプ１５で増幅した後画像処理装置４に取り込んでその入射した赤外線に対応する電気信号に含まれる赤外線放射エネルギーが侵入者の有無の判別のための所定の設定値より大きいかどうかを判別する（ステップＳ１３）。
【００３７】
そして、ステップＳ１３で赤外線放射エネルギーが設定値より小さい場合は、何も異常な場所はないということでステップＳ１２に戻って、通常の走査を繰り返し、つまり監視状態を持続する。
一方、ステップＳ１３で赤外線放射エネルギーが設定値より大きい場合は、何か異常な場所があるということで改めて雲台制御装置３からの制御信号により雲台２を駆動し撮像装置１をその異常な場所に合わせ込む、つまり、赤外線放射エネルギーの高い点を画像の中心近くに位置させるように雲台２を操作する（ステップＳ１４）。
次いで、このとき画像処理装置４に入力されている信号に基づいて侵入者か否かを判別し（ステップＳ１５）、侵入者でなければステップＳ１２に戻って上述の動作を繰り返し、侵入者であれば、ステップＳ１６に進み、ここで、侵入者があることを表す侵入信号とその監視領域に対応したアドレスを中央処理装置１０に送出する。
【００３８】
中央処理装置１０では入力された侵入信号とアドレスに基づいて侵入警報装置３０を駆動してそのアドレスに対応した監視領域に侵入者が発生したことを報知させる。
また、必要に応じて、侵入者が発生した時の時刻、場所或いは侵入者と判断した状況の画面を記録装置４０に記録する。なお、この場合、侵入監視領域は火災監視領域と違えるようにしてもよい。
また、この場合も撮像装置５側の動作に付いては、上述した撮像装置１側の動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３９】
なお、上述において、煙突等赤外線放射エネルギーが高くなる可能性のある場所を予め指定して画像処理装置や中央処理装置等に記憶させてその指定した場所は監視領域から省くようにしてもよい。これにより、無駄な走査時間がなくなり、それだけ監視時間を短縮できる。また、複数台の撮像装置即ちこの場合撮像装置１と撮像装置５を同一の監視領域を走査させ、その出力信号に基づいて同一の場所であるかどうかを判別するようにしてもよい。これにより、火災の判断の精度および信頼性を更に向上できる。
また、画像処理装置４または８の出力信号を直接火災警報装置２０や侵入警報装置３０に供給して警報を発生させるようにしてもよい。
また、上述においては、監視対象が火災発生の場合と侵入者発生の場合とを分けて説明したが、火災発生と侵入者発生を１つのプログラムで規定されるようにしてよいことは勿論である。即ち、ステップＳ３（図２）でＮＯの場合には、ステップＳ１３（図３）に移行するようにしてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
図６はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図であり、図において、図６Ａはその断面図、図６Ｂはその上面図である。
図において、６０は上述した検出素子１４および５４に相当する検出素子、６１は上述したアンプ１５および５５等の電気回路が搭載された基板、６２はこの基板６１のほぼ中央部に設けられ、検出素子６０が取り付けられる支柱である。
【００４１】
このように、検出素子６０を基板６１より浮かした構成とすることにより、検出素子６０から基板６１を通して放逸される赤外線放射エネルギーが低減され、検出素子６０の感度を実質的に上げることができ、また、一定の感度を得るのにはその赤外線放射エネルギーの低減により感度が上がった分だけチップ面積を小さくすることができる。
従って、支柱６２は基板６１を保持する最低限の強度を確保できる範囲で、なるべく細い方が好ましい。
【００４２】
実施の形態３．
図７はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図であり、図において、図７Ａはその断面図、図７Ｂはその上面図である。図７において、図６に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、６２Ａ，６２Ｂは基板６１の両端にそれぞれ設けられ、検出素子６０が取り付けられる支柱、６３は検出素子６０、基板６１および支柱６２Ａ，６２Ｂで形成される空間ある。
【００４３】
この場合も、検出素子６０を基板６１より浮かした構成とすることにより、検出素子６０から基板６１を通して放逸される赤外線放射エネルギーが低減され、検出素子６０の感度を実質的に上げるることができ、また、一定の感度を得るのにはその赤外線放射エネルギーの低減により感度が上がった分だけチップ面積を小さくすることができる。また、この場合、基板の両端を２本の支柱でそれぞれ保持しているので、強度の点で図６の場合より有利である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る撮像装置によれば、被検出物が放射する赤外線を検出して、赤外線映像信号に変換する非冷却型の二次元赤外線検出素子と、この二次元赤外線検出素子の前方に設けられ、赤外線に対する温度ダイナミックレンジを拡大するフィルタとを備えたので、被検出物に対する距離が遠くてもその被検出物を確実に捕らえることができ、構成簡単にして寿命、耐久性に優れかつ組み立てや調整が容易で安価な撮像装置が得られるという効果がある。
【００４５】
また、非冷却型の二次元赤外線検出素子として、特定の材質の誘電体素子、起電圧素子または導電型素子を用い、波長が８〜１４μｍ帯域の赤外線を検出するようにしたので、冷却をしなくても良好な赤外線放射エネルギー感度を得られ、温度ダイナミックレンジの広い、大気中のガス成分の影響や、反射・照り返しの影響の少ない温度に忠実な画像が得られ、しかも、その二次元赤外線強度情報と時間変化情報から特定の場合のみを異常と判断することで死角・スピードの速い変化およびスピードの遅い変化の見落としをなくすことができるという効果がある。
【００４６】
また、フィルタとして、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリマーまたはGe・ZnSe・ BaF2・CaF2に反射防止材やコーティング材を塗布したものを用いるので、温度ダイナミックレンジを広域化することができ、更に、フィルタの薄膜形状をフレネル状にすることで、二次元赤外線検出素子の視野角を任意に変化させることができるという効果がある。
【００４７】
また、二次元赤外線検出素子は、基板に支柱を介して取り付けられるので、基板を通して放逸される赤外線放射エネルギーが低減され、検出感度を実質的に上げることができ、また、感度を一定とするとその赤外線放射エネルギーの低減により感度が上がった分だけチップ面積を小さくすることができるという効果がある。
【００４８】
この発明に係る監視装置によれば、上記の撮像装置と、この撮像装置を回動可能に制御する制御手段と、撮像装置の出力信号に基づいて異常状態を判別すると共に制御手段を駆動する画像処理装置とを備え、画像処理装置が、二次元赤外線検出素子が出力する赤外線映像信号をデジタル画像データに変換するビデオインターフェースと、このビデオインターフェースが出力する画像データを任意の間隔で複数画面記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された画像データの解析処理を行うプロセッサとを備えるので、監視距離が遠くても被検出物を確実に捕らえることができ、構成簡単にして寿命、耐久性に優れかつ組み立てや調整が容易で安価な監視装置が得られるという効果がある。
【００４９】
また、画像処理装置の出力信号に基づいて警報装置を駆動する中央処理装置を備えたので、異常時確実且つ迅速に警報を発生できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１におけるフィルタの装着前後の温度輝度特性を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１におけるフィルタに関するもので、そのＡはに波長別各種フィルターを装着した時の検出下限上限を示し、そのＢは各々の材質でフレネル状に加工した時の視野角を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２を示す構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態３を示す構成図である。
【符号の説明】
１，５ 撮像装置、２，６ 雲台、３，７ 雲台制御装置、４，８ 画像処理装置、１０、中央処理装置、１１，５１ フィルタ、１２，５２ 窓材、１３，５３ レンズ、１４，５４ 検出素子、２０ 火災警報装置、３０ 侵入警報装置、４０ 記録装置。
Claims (5)
- 被検出物が放射する波長が８〜１４μｍ帯域の赤外線を検出して、赤外線映像信号に変換する、誘電体素子、起電圧素子または導電型素子のいずれかである非冷却型の二次元赤外線検出素子および該二次元赤外線検出素子の前方に設けられ、上記赤外線に対する温度ダイナミックレンジを拡大する、厚さ０．５ｍｍまたは１．０ｍｍのポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリブタジエンのポリマーからなるフィルタを有する撮像装置と、
該撮像装置が監視領域内を走査するように、該撮像装置を回動可能に制御する制御手段と、
上記撮像装置の出力信号に基づいて異常状態を判別すると共に上記制御手段を駆動する画像処理装置とを備えた監視装置であって、
上記画像処理装置は、上記撮像装置が上記監視領域内を走査して出力する上記赤外線映像信号を取り込み、上記赤外線映像信号に含まれる赤外線エネルギーが所定の設定値よりも大きいかどうかを判別し、
上記赤外線エネルギーが所定の設定値より大きい場合は、上記撮像装置が上記赤外線エネルギーの高い点を画像の中心近くに位置させるように、上記制御手段を駆動し、このとき入力される上記赤外線映像信号に基づいて異常か否かを判別することを特徴とする監視装置。 - 上記画像処理装置の出力信号に基づいて警報装置を駆動すると共に、異常が発生した時の時刻、場所または異常と判断した状況の画面を記録装置に記録する中央処理装置を備えたことを特徴とする請求項１の監視装置。
- 上記監視領域から省く場所を記憶し、該記憶された場所を上記撮像装置が走査しないようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の監視装置。
- 複数台の上記撮像装置を備え、該複数台の上記撮像装置に同一の監視領域を走査させ、その出力信号に基づいて同一の場所であるか否かを判別することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の監視装置。
- 火災判別と侵入者判別とが可能なことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の監視装置。
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