JP4672470B2 - Infrared imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば道路やトンネルを撮像対象物として道路上を移動しながら路面や壁面の表面温度を赤外線により検知し、これらの赤外線熱画像を連続的に生成する赤外線撮像装置に関する。 The present invention relates to an infrared imaging device that detects the surface temperature of a road surface or a wall surface with infrared rays while moving on the road using, for example, a road or a tunnel as an imaging object, and continuously generates these infrared thermal images.
従来の赤外線撮像装置としては、比較的高速な撮影が可能な撮像装置と、比較的低速な撮影しかできない撮像装置の2種類が存在する。前者は主に軍事目的で利用されており、低温の背景(空や地面)から高温の目標物(飛行機や車両)を認識できればよく、比較的温度差の大きな対象物を認識するだけなので温度分解能を高める必要が無かった。後者は主に民間で利用されており、基準熱源を制御することにより前者に比べて温度分解能の高い撮像装置が製品化されている。しかし、基準熱源を制御するためには、温度を変化させるのに時間がかかる。前者の撮像装置で基準熱源を工夫することにより画質を改善することが、特許文献1および特許文献2に開示されている。後者の撮像装置の利用方法として特許文献3に開示されている。
しかしながら、上記従来の特許文献1および特許文献2に記載の赤外線撮像装置では、撮影対象の温度差が大きく温度分解能をそれほど高める必要がなかった。このため、各赤外線検知素子の感度バラツキを補正する基準熱源は広い温度範囲に設定されている。また、特許文献1および特許文献2には、予め想定した撮影シーンの変化に対応するための構成が開示されている。しかし、このような構成では、特許文献3に記載のような利用方法には向いていなかった。つまり、温度分解能をあげるとノイズの多い画像となってしまい、壁面の剥離を見つけられる程度の画質を得ることができなかった。
However, in the conventional infrared imaging devices described in
一方で特許文献3に記載の民間利用されている赤外線撮像装置は、2つの基準熱源を撮影対象に近づけて2つの基準熱源の温度差を小さくことにより、温度分解能を高めても鮮明な画像が撮影可能である。しかし、特許文献3に記載のような走行する車両から撮影したのでは、基準温度の制御が間に合わず、鮮明な画像を得ることができなかった。さらに、撮像センサの性能に起因する低速な撮像速度のために、車両の走行方向に画像が流れてしまっていた。したがって、特許文献3に記載のような壁面の剥離を撮影するためには、車両を停止させる必要があった。 On the other hand, the infrared imaging device used in the private sector described in Patent Document 3 brings a clear image even when the temperature resolution is increased by reducing the temperature difference between the two reference heat sources by bringing the two reference heat sources closer to the object to be imaged. Shooting is possible. However, if the image is taken from a traveling vehicle as described in Patent Document 3, the reference temperature cannot be controlled in time, and a clear image cannot be obtained. Furthermore, the image has flowed in the traveling direction of the vehicle due to the low imaging speed due to the performance of the imaging sensor. Therefore, in order to photograph the peeling of the wall surface as described in Patent Document 3, it is necessary to stop the vehicle.
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、赤外線撮像装置で検査対象を撮影する車両を停止させることなく、撮像対象物の温度に応じて各赤外線検知素子の感度バラツキを高精度に補正することができる赤外線撮像装置を提供することをその課題としている。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and the sensitivity of each infrared detection element is determined according to the temperature of the imaging object without stopping the vehicle that images the inspection object with the infrared imaging device. An object of the present invention is to provide an infrared imaging device capable of correcting variations with high accuracy.
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明によって提供される赤外線撮像装置は、連続状の撮像対象物に対して相対的に移動させられ、その際、当該撮像対象物の表面温度を複数の赤外線検知素子で検知し、これら赤外線検知素子の出力に基づいて上記撮像対象物の赤外線熱画像を連続的に生成する赤外線撮像装置であって、上記赤外線検知素子とは別に、上記撮像対象物の放射率を用いてその表面温度を放射温度として測定する放射温度測定手段と、上記放射温度に対して所定の温度差をなし、個々に異なる温度となるように可変制御される3個以上の熱源と、上記撮像対象物の赤外線を所定の光路を介して上記複数の赤外線検知素子に結像させる光学的結像手段と、上記所定の光路上において上記撮像対象物からの赤外線を遮断し、それと同時に上記熱源の赤外線を他の光路を介して上記複数の赤外線検知素子へと導く光路切り換え手段と、上記光路切り換え手段を所定の周期で動作させることにより、上記複数の赤外線検知素子から上記撮像対象物に対応する生画素信号を1フレームずつ出力させるとともに、その間に上記放射温度に対して高温側および低温側で温度差が最小となる2個の上記熱源を特定し、これら2個の熱源を1フレームおきに切り換えながらこれらに対応する高温画素信号および低温画素信号を上記生画素信号に続いて上記複数の赤外線検知素子から出力させる制御手段と、上記高温画素信号および低温画素信号に基づいて上記生画素信号を補正する補正手段とを備えていることを特徴としている。 The infrared imaging device provided by the present invention is moved relative to a continuous imaging object, and at this time, the surface temperature of the imaging object is detected by a plurality of infrared detection elements, and these infrared detections are performed. An infrared imaging device that continuously generates an infrared thermal image of the imaging object based on the output of the element, and radiates the surface temperature using the emissivity of the imaging object separately from the infrared detection element Radiation temperature measuring means for measuring as temperature, three or more heat sources variably controlled so as to have a predetermined temperature difference with respect to the radiation temperature, and individually different temperatures, and infrared rays of the imaging object are predetermined Optical imaging means for forming an image on the plurality of infrared detection elements through the optical path of the light source, and blocking infrared rays from the imaging object on the predetermined optical path, and at the same time, infrared rays of the heat source to other light By operating the optical path switching means that leads to the plurality of infrared detection elements via the optical path and the optical path switching means at a predetermined cycle, the raw pixel signals corresponding to the imaging object are obtained from the plurality of infrared detection elements. Output two frames at a time, identify the two heat sources that minimize the temperature difference between the high and low temperatures with respect to the radiation temperature, and respond to these two heat sources by switching them every other frame Control means for outputting the high-temperature pixel signal and the low-temperature pixel signal to be output from the plurality of infrared detection elements following the raw pixel signal; and a correction means for correcting the raw pixel signal based on the high-temperature pixel signal and the low-temperature pixel signal; It is characterized by having.
好ましい実施の形態としては、上記放射温度に対して低温側で温度差最小となる一方の上記熱源は、所定のフレーム数毎に当該放射温度と等しい温度となるように調節されるとともに、上記放射温度に対して高温側で温度差最小となる他方の上記熱源は、上記一方の熱源が温度調節されるのに応じて当該放射温度と一定温度差を保つように調節される。 As a preferred embodiment, one of the heat sources having a minimum temperature difference on the low temperature side with respect to the radiation temperature is adjusted to be equal to the radiation temperature every predetermined number of frames, and the radiation The other heat source having the smallest temperature difference on the high temperature side with respect to the temperature is adjusted so as to maintain a constant temperature difference from the radiation temperature in accordance with the temperature adjustment of the one heat source.
他の好ましい実施の形態としては、上記補正手段は、上記赤外線検知素子ごとに上記高温画素信号および低温画素信号に基づいて補正係数を算出し、当該補正係数に応じた信号を上記生画素信号に加えて補正画素信号を出力する。 As another preferred embodiment, the correction unit calculates a correction coefficient based on the high-temperature pixel signal and the low-temperature pixel signal for each infrared detection element, and a signal corresponding to the correction coefficient is used as the raw pixel signal. In addition, a corrected pixel signal is output.
他の好ましい実施の形態としては、上記光学的結像手段には、上記撮像対象物に対して相対的に移動する方向とは直交する方向に当該撮像対象物からの赤外線を1フレーム毎に走査しながら入力する走査ミラーが含まれている。 In another preferred embodiment, the optical imaging means scans infrared rays from the imaging target for each frame in a direction orthogonal to the direction of movement relative to the imaging target. A scanning mirror is included for input.
このような構成によれば、放射率に基づいて測定された撮像対象物の放射温度を基準として複数の熱源が互いに異なる温度となるように可変制御されるため、たとえば道路上を移動しながら路面(撮像対象物)の表面温度などを検知する場合、時々刻々と変化する路面の表面温度に対して各熱源の温度を速やかに追従させることができる。つまり、各赤外線検知素子から出力される生画素信号は、1フレームおきに得られた適正な低温画素信号および高温画素信号に基づいて補正されることとなり、撮像対象物の温度に応じて各赤外線検知素子の感度バラツキが高精度に補正される。その結果、良好な画質の赤外線熱画像を得ることができる。 According to such a configuration, since the plurality of heat sources are variably controlled so as to have different temperatures based on the radiation temperature of the imaging target measured based on the emissivity, for example, the road surface while moving on the road When detecting the surface temperature of the (imaging object), the temperature of each heat source can be quickly followed with respect to the surface temperature of the road surface that changes from moment to moment. That is, the raw pixel signal output from each infrared detection element is corrected based on the appropriate low-temperature pixel signal and high-temperature pixel signal obtained every other frame, and each infrared ray is in accordance with the temperature of the imaging object. Sensitivity variation of the sensing element is corrected with high accuracy. As a result, an infrared thermal image with good image quality can be obtained.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図1〜6は、本発明に係る赤外線撮像装置の一実施形態を示している。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 6 show an embodiment of an infrared imaging device according to the present invention.
図1に一例として示されているように、本実施形態の赤外線撮像装置Aは、トンネルTの壁面を検査するためのものであり、車両Mに搭載された状態で道路上を走行移動しながら壁面の表面温度に応じた赤外線熱画像を連続生成するものである。特に図示しないが、赤外線撮像装置Aは、車両に搭載されたGPSナビゲーションシステムやコンピュータに接続されている。赤外線撮像装置Aによる赤外線熱画像は、GPSナビゲーションシステムから得られる測位情報と対応付けてコンピュータのハードディスク装置に保存される。 As shown as an example in FIG. 1, the infrared imaging apparatus A of the present embodiment is for inspecting the wall surface of the tunnel T, and travels on the road while being mounted on the vehicle M. An infrared thermal image corresponding to the surface temperature of the wall surface is continuously generated. Although not particularly illustrated, the infrared imaging device A is connected to a GPS navigation system or a computer mounted on the vehicle. The infrared thermal image by the infrared imaging device A is stored in the hard disk device of the computer in association with the positioning information obtained from the GPS navigation system.
図2によく示されているように、赤外線撮像装置Aは、走査ミラー1、対物レンズ2,3、切り換えミラー4、集光レンズ5、赤外線検知器6、増幅アンプ7、A/Dコンバータ8、補正回路9、D/Aコンバータ10、放射温度計20、熱源制御部21、一例として6個の熱源31〜36、熱源選択ミラー37、およびシステム制御部40を有して構成されている。増幅アンプ7およびA/Dコンバータ8は、赤外線検知素子の数だけ設けられている。撮像対象物となるトンネルTの壁面からの赤外線は、走査ミラー1、対物レンズ2、および集光レンズ5(これらを総称して「光学的結像手段」と呼ぶ)を順に辿る光路L0を経て赤外線検知器6に結像する。熱源31〜36からの赤外線は、熱源選択ミラー37、対物レンズ3、切り換えミラー4、および集光レンズ5を順に辿る光路L1を経て赤外線検知器6に結像する。放射温度計20は、走査ミラー1とは別の光学系(図示略)を介してトンネルTの壁面からの赤外線を入力するように構成されている。赤外線検知器6から出力された信号は、増幅アンプ7、A/Dコンバータ8、補正回路9、およびD/Aコンバータ10を経て図外のコンピュータに出力される。システム制御部40は、走査ミラー1、切り換えミラー4、および熱源選択ミラー37を所定のタイミングで動作するように制御するとともに、熱源制御部21や補正回路9との間で各種の信号をやり取りする。
As shown well in FIG. 2, the infrared imaging apparatus A includes a
走査ミラー1は、車両Mが一定速度で走行する方向Dとは直交する方向Sに所定の角度範囲内で繰り返し走査しながら赤外線を入力するように構成されている。このような走査ミラー1によれば、たとえばトンネルTの壁面最上部付近から車両Mの走行路側となる壁面側部までの所定角度範囲が1回の走査範囲とされ、一定速度での走行中に1回の走査で1フレーム分の赤外線が入力される。
The
切り換えミラー4は、光路L0に挿入されて走査ミラー1からの赤外線を遮断し、それと同時に熱源31〜36からの赤外線を赤外線検知器6へと導く所定の挿入位置と、光路L0上から退避して走査ミラー1からの赤外線を赤外線検知器6へと導く所定の退避位置とをとり得るものであり、これら挿入位置と退避位置との間で周期的に往復動作するように構成されている。
The
赤外線検知器6は、たとえば走行方向D(副走査方向)に対応する縦列に240個、走査ミラー1の走査方向Sに対応する横列に4個の赤外線検知素子60を配列したものからなる。各赤外線検知素子60は、赤外線の強度に応じて出力される信号のレベル(感度)にバラツキがある。そのため、補正回路9で感度バラツキを補正するようになっている。
The infrared detector 6 includes, for example, 240
補正回路9は、たとえばワイヤードロジック回路からなり、極めて短い周期で高速に演算処理を実行するものである。具体的には、図4に示されているように、補正回路9は、撮像対象物の赤外線に応じて各赤外線検知素子60から出力される生画像信号diを入力信号として取り込む。その一方、補正回路9は、高温画素信号Hiおよび低温画素信号Liからゲイン係数aiおよびオフセット係数biといった補正係数を求め、これらゲイン係数aiおよびオフセット係数biのそれぞれを上記生画像信号diのレベルに乗算および加算したレベルの信号を生成する。このように基準となる高温および低温の2点の信号レベルに基づいて補正した後の信号を各赤外線検知素子60の補正画素信号Diとして出力する。上記高温画素信号Hiおよび低温画素信号Liについては後述する。
The
放射温度計20は、たとえば壁面を構成するコンクリート固有の値からなる放射率をあらかじめ設定しておき、当該放射率と壁面から入力した赤外線に基づいて壁面の表面温度を放射温度T℃として測定する。
For example, the
熱源制御部21は、6個の熱源31〜36のうち、たとえば1個の熱源31を放射温度計20で測定された放射温度T℃と等しい温度となるように調節し、その他の5個の熱源32〜36については、上記放射温度T℃に対して例えばT+2℃、T+4℃、T+6℃、T−2℃、T−4℃となるように調節する。特に、放射温度T℃と等しい温度に調節された熱源については、低温側熱源と称し、T+2℃の温度に調節された熱源については、高温側熱源と称する。
The heat
各熱源31〜36は、ペルチェ素子からなり、熱電効果によって速やかに所望とする温度に調節される。
Each of the
熱源選択ミラー37は、各熱源31〜36の方向に振り向けられ、その際に熱源31〜36からの赤外線を光路L1を介して赤外線検知器6へと導く。
The heat
システム制御部40は、一例として図3に示されるようなタイミングで各赤外線検知素子60から信号が出力されるように、走査ミラー1、切り換えミラー4、熱源選択ミラー37、放射温度計20、および熱源制御部21の動作を制御する。
As an example, the
具体的に、システム制御部40は、撮像対象物からの赤外線を取り込むために走査ミラー1を往方向に移動させるといった制御動作(フィールドシーケンスf)を実行し、これを例えば75msで行う。このとき、切り換えミラー4は、光路L0から退避した位置にある。このようなフィールドシーケンスfの実行中、システム制御部40は、放射温度計20に放射温度T℃を測定させ、たとえば1個の熱源31を低温側熱源として当該放射温度T℃と等しい温度に設定する。他の5個の熱源32〜36のうち、たとえば1個の熱源32については、T+2℃の温度に設定され、その他の熱源33〜36については、T+4℃、T+6℃、T−2℃、T−4℃の温度に設定される。
Specifically, the
フィールドシーケンスfの次に、システム制御部40は、低温側熱源からの赤外線を取り込むために、熱源選択ミラー37を当該低温側熱源の方向に振り向け、さらには切り換えミラー4を光路L0に挿入させるといった制御動作(低温基準データ取得シーケンスL)を実行し、これを例えば25msで行う。これにより、各赤外線検知素子60からは、低温側熱源の赤外線に応じた信号が低温画素信号Liとして出力される。このような低温基準データ取得シーケンスLの実行中、システム制御部40は、走査ミラー1を復方向に移動させてこれを元の位置に戻すための制御を行う。
Next to the field sequence f, the
さらに、システム制御部40は、低温基準データ取得シーケンスLに続いて再びフィールドシーケンスfを実行し、その次に高温側熱源からの赤外線を取り込むために、熱源選択ミラー37を当該高温側熱源の方向に振り向け、切り換えミラー4を光路L0に挿入させるといった制御動作(高温基準データ取得シーケンスH)を実行し、これを例えば25msで行う。これにより、各赤外線検知素子60からは、高温側熱源の赤外線に応じた信号が高温画素信号Hiとして出力される。このような高温基準データ取得シーケンスHの実行中においても、システム制御部40は、走査ミラー1を復方向に移動させてこれを元の位置に戻すための制御を行う。これらフィールドシーケンスfおよび低温基準データ取得シーケンスL、ならびにフィールドシーケンスfおよび高温基準データ取得シーケンスHからなる一連のまとまった実行単位をフレームと称する。すなわち、フレームは、100msの周期で繰り返し実行される。なお、本実施形態では、低温基準データ取得シーケンスLと高温基準データ取得シーケンスHとの間で実行されるフィールドシーケンスfにおいては、放射温度T℃が測定されないようになっているが、もちろん、全てのフィールドシーケンスfごとに放射温度T℃を測定して低温側熱源の温度を放射温度T℃と等しくなるように制御してもよい。
Further, the
次に、赤外線熱画像装置Aの動作につき、図5および図6のフローチャートを参照して説明する。 Next, the operation of the infrared thermal imaging apparatus A will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
まず、放射温度T℃については、あらかじめ初期設定しておき、この放射温度T℃と等しい温度となるように1個の熱源31を低温側熱源として設定しておく。また、他の5個の熱源32〜36のうち、1個の熱源32については、T+2℃の温度となる高温側熱源として設定しておき、その他の熱源33〜36については、T+4℃、T+6℃、T−2℃、T−4℃の温度に設定しておく。なお、初期設定しておく放射温度T℃の値としては、経験値でもよいし、あるいは仮の値として外気の温度でもよい。
First, the radiation temperature T ° C. is initially set in advance, and one
車両MがトンネルTに入ると、走査ミラー1は、往方向に動作を行う。このとき、切り換えミラー4は、光路L0から退避した位置にある(S1)。なお、車両MがトンネルTに入った否かは、GPSナビゲーションシステムによるGPS信号が途絶えたか否かに応じて判定される。
When the vehicle M enters the tunnel T, the
走査ミラー1が往方向に動作すると、当該走査ミラー1および対物レンズ2による光路L0を介してトンネルTの壁面からの赤外線が各赤外線検知素子60に入力され、各赤外線検知素子60からは、トンネルTの壁面の表面温度に応じた生画素信号diが出力される(S2)。これらの生画素信号diは、補正回路9に対して順次入力される。
When the
また、走査ミラー1が往方向に動作中、放射温度計20は、撮像面となるトンネルTの壁面の一部を測定部位とし、当該測定部位の放射温度T℃を測定する(S3)。
Further, while the
現時点での放射温度T℃が低温側熱源の設定温度と所定差以上ある場合(S4:YES)、低温側熱源の温度が放射温度T℃と等しくなるように制御される(S5)。また、他の熱源については、T+2℃(高温側熱源),T+4℃、T+6℃、T−2℃、T−4℃の温度となるように制御される(S6)。たとえば、現時点での放射温度10℃に対して低温側熱源の設定温度が5℃の場合、放射温度10℃に最も近い熱源が選択され、当該熱源が低温側熱源として新たに設定し直される。その他の熱源については、新たに12℃(高温側熱源)、14℃、16℃、8℃、6℃の温度となるように制御される。すなわち、現時点での放射温度T℃と低温側熱源の設定温度とに大きな差があるときには、6個の熱源31〜36から最も温度差の小さいものが特定され、その特定された熱源が新たに低温側熱源として設定される。
When the present radiation temperature T ° C is equal to or greater than a predetermined difference from the set temperature of the low temperature side heat source (S4: YES), the temperature of the low temperature side heat source is controlled to be equal to the radiation temperature T ° C (S5). In addition, the other heat sources are controlled to T + 2 ° C. (high temperature side heat source), T + 4 ° C., T + 6 ° C., T−2 ° C., and T−4 ° C. (S6). For example, when the set temperature of the low temperature side heat source is 5 ° C. with respect to the current radiation temperature of 10 ° C., the heat source closest to the radiation temperature of 10 ° C. is selected and the heat source is newly set as the low temperature side heat source. The other heat sources are newly controlled at 12 ° C. (high temperature side heat source), 14 ° C., 16 ° C., 8 ° C., and 6 ° C. That is, when there is a large difference between the current radiation temperature T ° C. and the set temperature of the low temperature side heat source, the one with the smallest temperature difference is identified from the six
一方、現時点での放射温度T℃が低温側熱源の設定温度と所定差以上ない場合(S4:NO)、低温側熱源および高温側熱源を含む全ての熱源31〜36の温度がそのまま維持される。たとえば、現時点での放射温度10℃に対して低温側熱源の設定温度が10℃の場合、各熱源31〜36の温度が10℃(低温側熱源)、12℃(高温側熱源)、14℃、16℃、8℃、6℃といった温度のまま維持される。なお、低温側熱源の設定温度が10℃に対し、たとえば放射温度が10.5℃などのようにそれほど温度差がない場合にも、各熱源31〜36の温度がそのまま維持されるようにしてもよい。
On the other hand, when the current radiation temperature T ° C. is not equal to or higher than the set temperature of the low temperature side heat source (S4: NO), the temperatures of all the
上記S4:YESからS5,S6のステップ、あるいはS4:NOのステップを経た後、走査ミラー1が往方向の動作を完了するまでの間、熱源選択ミラー37は、低温側熱源の赤外線を光路L1に導くように振り向けられる(S7)。これにより、フィールドシーケンスfが終了する。
After the above steps S4: YES to S5, S6, or S4: NO, until the
走査ミラー1による往方向の動作が完了した後(フィールドシーケンスfの実行終了直後)、切り換えミラー4が光路L0に挿入される。このとき、走査ミラー1は、元の位置に戻るために復方向に動作させられる(S8)。
After the forward operation by the
切り換えミラー4が光路L0に挿入されると、熱源選択ミラー37および切り換えミラー4による光路L1に切り換えられ、当該光路L1を介して低温側熱源からの赤外線が各赤外線検知素子60に入力される(S9)。
When the
これにより、各赤外線検知素子60からは、低温側熱源の温度に応じた低温画素信号Liが出力される(S10)。これらの低温画素信号Liは、補正回路9に対して順次入力される。
Thereby, from each
補正回路9は、全ての赤外線検知素子60に関し、低温画素信号Liレベルの平均値Lmを算出する(S11)。算出結果としての低温画素信号Liレベルの平均値Lmについては、たとえばアキュムレータに一時的に保持される。これにより、低温基準データ取得シーケンスが終了する。
The
このような低温基準データ取得シーケンスに続き、再び走査ミラー1が往方向に動作を行う。このときも、切り換えミラー4は、光路L0から退避した位置にある(S12)。
Following such a low temperature reference data acquisition sequence, the
走査ミラー1が往方向に動作すると、当該走査ミラー1および対物レンズ2による光路L0を介してトンネルTの壁面からの赤外線が各赤外線検知素子60に入力され、各赤外線検知素子60からは、トンネルTの壁面の表面温度に応じた生画素信号diが出力される(S13)。これらの生画素信号diは、補正回路9に対して順次入力される。たとえば、2回目のフィールドシーケンスで得られた生画素信号diは、車両Mが一定速度で走行している分だけ1回目より走行方向に位置のずれたものとなる。
When the
その後、走査ミラー1が往方向の動作を完了するまでの間、熱源選択ミラー37は、高温側熱源の赤外線を光路L1に導くように振り向けられる(S14)。これにより、2回目のフィールドシーケンスfが終了する。
Thereafter, until the
走査ミラー1による往方向の動作が完了した後(2回目のフィールドシーケンスfの実行終了直後)、切り換えミラー4が光路L0に挿入される。このときにおいても、走査ミラー1は、元の位置に戻るために復方向に動作させられる(S15)。
After the forward operation by the
切り換えミラー4が光路L0に挿入されると、熱源選択ミラー37および切り換えミラー4による光路L1に切り換えられ、当該光路L1を介して高温側熱源からの赤外線が各赤外線検知素子60に入力される(S16)。
When the
これにより、各赤外線検知素子60からは、高温側熱源の温度に応じた高温画素信号Hiが出力される(S17)。これらの高温画素信号Hiは、補正回路9に対して順次入力される。
Thereby, the high temperature pixel signal Hi according to the temperature of the high temperature side heat source is output from each infrared detecting element 60 (S17). These high-temperature pixel signals Hi are sequentially input to the
補正回路9は、全ての赤外線検知素子60に関し、高温画素信号Hiレベルの平均値Hmを算出する(S18)。算出結果としての高温画素信号Hiレベルの平均値Hmについては、たとえばアキュムレータに一時的に保持される。これにより、高温基準データ取得シーケンスが終了する。
The
その後、補正回路9は、各赤外線検知素子60から得られた2フレーム分の生画素信号diについて補正処理を行う(S19)。この補正処理では、図4に示されているように、各赤外線検知素子60の低温画素信号Liおよび高温画素信号Hiのレべル、ならびに低温画素信号Liレベルの平均値Lmおよび高温画素信号Hiレベルの平均値Hmに基づき、ゲイン係数aiおよびオフセット係数biが求められる。その後、1フレームごとに生画素信号diのレベルに対してゲイン係数aiに応じたレベルが乗算され、さらにオフセット係数biに応じたレベルが加算される。これにより、各赤外線検知素子60の感度バラツキが抑えられた補正画素信号Diが得られる。
Thereafter, the
以上のようにして補正回路9からは、2フレームごとに2フレーム分の補正画素信号Diが出力される(S20)。その後、動作としては、S1〜S20のステップが繰り返し実行される。すなわち、車両Mが一定速度で走行するのに伴い、多数のフレーム分にわたる補正画素信号Diがほとんどリアルタイムで順次出力され、その結果、トンネルTの入口から出口にわたる壁面の赤外線熱画像が連続画像として得られる。
As described above, the correction pixel signal Di for two frames is output from the
したがって、本実施形態の赤外線撮像装置Aによれば、2フレームごとに測定される放射温度T℃に対し、各熱源31〜36の温度が追従するように制御されるので、各熱源31〜36の中から温度差のできる限り小さい低温側熱源および高温側熱源を1フレームおきに速やかに選択することができる。これにより、各赤外線撮像素子60から出力される生画素信号diは、撮像対象物の温度に応じた適切な補正画素信号Diとしてコンピュータに取り込まれ、その結果、赤外線撮像素子60の感度バラツキが高精度に補正された赤外線熱画像を得ることができる。
Therefore, according to the infrared imaging device A of the present embodiment, the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
上記実施形態では、放射温度を2フレームごとに測定して当該放射温度を熱源に反映させるようにしているが、たとえば放射温度を1フレームごとに測定して熱源に反映させるようにしてもよい。これによれば、よりきめ細かく放射温度に追従するように各熱源が制御されるので、赤外線撮像素子の感度バラツキをより高精度に補正することができる。 In the above embodiment, the radiation temperature is measured every two frames and the radiation temperature is reflected on the heat source. However, for example, the radiation temperature may be measured every frame and reflected on the heat source. According to this, since each heat source is controlled so as to follow the radiation temperature more finely, the sensitivity variation of the infrared imaging element can be corrected with higher accuracy.
撮像対象物としては、トンネルの壁面に限らず、たとえば道路の路面を対象としてもよい。あるいは、製造ライン上で連続的に搬送される物の表面検査を行うものとして赤外線撮像装置を用いてもよい。 The imaging object is not limited to the wall surface of the tunnel, and may be a road surface of a road, for example. Or you may use an infrared imaging device as what inspects the surface of the thing conveyed continuously on a production line.
上記実施形態では、低温側熱源の温度が放射温度と等しくなるように制御しているが、低温側熱源の温度を放射温度から一定値差し引いた温度となるように制御してもよい。 In the above embodiment, the temperature of the low temperature side heat source is controlled to be equal to the radiation temperature. However, the temperature of the low temperature side heat source may be controlled to be a temperature obtained by subtracting a certain value from the radiation temperature.
A 赤外線撮像装置
L0,L1 光路
1 走査ミラー(光学的結像手段)
2 対物レンズ(光学的結像手段)
4 切り換えミラー(光路切り換え手段)
5 集光レンズ(光学的結像手段)
6 赤外線検知器
9 補正回路(補正手段)
20 放射温度計(放射温度測定手段)
31〜36 熱源
37 熱源選択ミラー(光路切り換え手段)
40 システム制御部(制御手段)
60 赤外線検知素子
A Infrared imaging device L0,
2 Objective lens (optical imaging means)
4 Switching mirror (light path switching means)
5 Condensing lens (optical imaging means)
6
20 Radiation thermometer (radiation temperature measurement means)
31-36
40 System control unit (control means)
60 Infrared detector
Claims (4)
上記赤外線検知素子とは別に、上記撮像対象物の放射率を用いてその表面温度を放射温度として測定する放射温度測定手段と、
上記放射温度に対して所定の温度差をなし、個々に異なる温度となるように可変制御される3個以上の熱源と、
上記撮像対象物の赤外線を所定の光路を介して上記複数の赤外線検知素子に結像させる光学的結像手段と、
上記所定の光路上において上記撮像対象物からの赤外線を周期的に遮断し、それと同時に上記熱源の赤外線を他の光路を介して上記複数の赤外線検知素子へと導く光路切り換え手段と、
上記光路切り換え手段を所定の周期で動作させることにより、上記複数の赤外線検知素子から上記撮像対象物に対応する生画素信号を1フレームずつ出力させるとともに、その間に上記放射温度に対して高温側および低温側で温度差が最小となる2個の上記熱源を特定し、これら2個の熱源を1フレームおきに切り換えながらこれらに対応する高温画素信号および低温画素信号を上記生画素信号に続いて上記複数の赤外線検知素子から出力させる制御手段と、
上記高温画素信号および低温画素信号に基づいて上記生画素信号を補正する補正手段と、
を備えていることを特徴とする、赤外線撮像装置。 In this case, the surface temperature of the imaging object is detected by a plurality of infrared detection elements, and the imaging object is detected based on the outputs of the infrared detection elements. An infrared imaging device that continuously generates infrared thermal images,
Separately from the infrared detecting element, radiation temperature measuring means for measuring the surface temperature as a radiation temperature using the emissivity of the imaging object,
Three or more heat sources that are variably controlled so as to have a predetermined temperature difference with respect to the radiation temperature and to have different temperatures individually;
Optical imaging means for imaging the infrared rays of the imaging object on the plurality of infrared detection elements via a predetermined optical path;
An optical path switching means for periodically blocking infrared rays from the imaging object on the predetermined optical path, and simultaneously guiding infrared rays of the heat source to the plurality of infrared detection elements via other optical paths;
By operating the optical path switching means at a predetermined period, the raw pixel signals corresponding to the imaging object are output frame by frame from the plurality of infrared detection elements, and during that time, Two heat sources having a minimum temperature difference on the low temperature side are specified, and the two heat sources are switched every other frame, and the corresponding high-temperature pixel signal and low-temperature pixel signal are added to the raw pixel signal after the raw pixel signal. Control means for outputting from a plurality of infrared detection elements;
Correction means for correcting the raw pixel signal based on the high temperature pixel signal and the low temperature pixel signal;
An infrared imaging device comprising:
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