JP4764295B2

JP4764295B2 - 赤外線計測表示装置

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Publication number: JP4764295B2
Application number: JP2006243999A
Authority: JP
Inventors: 稔菊池
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: JP2008064655A

Description

本発明は、赤外線撮像装置により撮像した画像およびこの画像の面積を計測した輝度分布を表示する赤外線計測表示装置に関する。

従来、赤外線により移動する目標物を撮像しこれを画像として表示し、あるいはこの画像の輝度分布をもとめて目標物を検知する赤外線計測表示装置においては、入力画像を安定させるために、画面全体の信号強度の平均等を基準値に近づけるように感光時間を制御する。ここで感光時間の制御とは、検知器に対する露光時間の制御をいう。

このような赤外線画像表示装置に用いられる赤外線撮像装置としては、目標物から光学系を介して入射する赤外線を検知する赤外線検知器を備え、この赤外線検知器の出力信号の暗電流を補正する暗電流補正回路あるいはゲイン補正を行うゲイン補正回路を備える撮像装置が知られている（特許文献１参照）。

また、１系統の光学系と、１フレーム毎に赤外線検知器への入射赤外線の波長域が切り換わるフレーム同期波長分割器と、赤外線を感知する赤外線検知器と、駆動タイミング発生回路と、画像信号調整回路と、画像信号補正回路を備える赤外線撮像装置も知られている（特許文献２参照）。

しかしこのような従来の赤外線撮像装置を用いた画像表示装置においては、目標が近づいた場合目標領域が広がり信号が強くなるため、その平均値に基づいて感光時間を減少させるが、検知器側のダイナミックレンジがせまく目標領域内の温度分布をカバーできないため、多くの領域が信号飽和レベルとなり、温度差を区別できなくなってしまう。

また、目標面積等を一定に保つ方法では、高温部のみを抽出し目標周辺部等の低温領域を抽出できず、目標領域を高精度に検出できないという課題がある。
特開2001-268440号公報特開平10-262178号公報

本発明の課題は、赤外線検知器のダイナミックレンジを拡大して目標物の赤外線画像の必要な部分を適正に表示可能な赤外線計測表示装置を提供することにある。

本発明の一実施形態による赤外線計測表示装置は、目標物から放射される赤外線を集光する光学部と、この光学部により集光された赤外線が結像され、これを光電変換する赤外線感知器と、この赤外線感知器により光電変換された赤外線画像信号から２値画像信号を得る画像処理部と、この画像処理部により得られた２値画像信号を通常画像信号として出力するとともに、この通常画像信号から目標画像の面積を計測する通常画像信号出力部と、この通常画像信号出力部により計測された目標画像の画像面積に対して所定の率で低減された目標画像面積を有する２値画像信号を低減画像信号として出力する低減画像信号出力部と、この低減画像信号出力部および前記通常画像信号出力部から得られた画像信号を表示する画像表示部と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の他の実施形態による赤外線計測表示装置は、目標物から放射される赤外線を集光する光学部と、この光学部により集光された赤外線が結像され、これを光電変換する赤外線感知器と、この赤外線感知器により光電変換された赤外線画像信号から２値画像信号を得る画像処理部と、この画像処理部により得られた２値画像信号を通常画像信号として出力するとともに、この通常画像信号から目標画像の面積を計測する通常画像信号出力部と、この通常画像信号出力部により計測された目標画像の画像面積に対して第１の低減率で低減された目標画像面積を有する２値画像信号を低減画像信号として出力するとともに、この目標画像の面積を計測する第１の低減画像信号出力部と、前記通常画像信号出力部により計測された目標画像の画像面積に対して前記第１の低減率より大きな第２の低減率で低減された目標画像面積を有する２値画像信号を低
減画像信号として出力するとともに、この目標画像の面積を計測する第２の低減画像信号出力部と、前記通常画像信号出力部、前記第１の低減画像信号出力部および前記第２の低減画像信号出力部から得られた画像信号を表示する画像表示部と、を有することを特徴とするものである。

このように構成した本発明の一実施形態にかかる赤外線計測表示装置においては、赤外線検知器感光時間を段階的に切り替えて撮像し、異なる目標画像面積の複数の画像を得ることにより、ダイナミックレンジの広い赤外線画像を得ることができる。これにより、従来技術による赤外線撮像表示装置では信号が飽和し区別できなかった目標領域を、温度差ごとに抽出し区別できるようになり、目標領域を高精度に検出することが可能になる。

以下に、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に本発明の一実施形態による赤外線計測表示装置の全体構成を示す。この赤外線計測表示装置は、光学部１１は目標物からの赤外線を集光し、赤外線検知器１２に結像する。この赤外線検知器１２は結像された赤外線像を光電変換する。赤外線検知器駆動回路１３は赤外線検知器１２の動作に必要な感光時間制御信号を含む各種の制御信号を赤外線検知器１２に供給しこれを駆動制御する。赤外線検知器１２は結像された赤外線像を２次元配列された画素に分解して各画素毎に光電変換し画素の濃淡に応じた電気信号を出力する。この赤外線検知器駆動回路１３の出力信号は画像処理部１４に供給され、ここで各画素信号を２値信号に変換する。画像処理部１４の出力信号は切替えスイッチ１５を介して取り出される。この切替えスイッチ１５は、入力端子１５−１に供給された画像処理部１４の出力信号を３個の出力端子１５−２、１５−３、１５−４に切替え出力する。切替えスイッチ１５の３個の出力端子１５−２、１５−３、１５−４には、それぞれ、通常画像出力部１６と、第１の低減画像出力部１７と、第２の低減画像出力部１８が接続されている。

切替えスイッチ１５の入力端子１５−１が出力端子１５−２に接続されている状態においては、出力が通常画像出力部１６には画像処理部１４の２値化画像出力信号がそのままの状態で供給される。通常画像出力部１６は、入力された１フレームに含まれる２値化画像信号から目標物の画像面積を測定しその結果を面積値信号として出力する。目標物は通常温度が高いためその赤外線撮像画像は目標物の周囲部分に比較して明るい画像となる。このため目標物の画像面積は、２値化信号のハイレベルを取る画素数を計数することにより求められる。この面積値信号は感光時間制御部１９に供給される。感光時間制御部１９は、所望の温度範囲に分布する目標物の画像面積が得られるように、赤外線検知器１２の感光時間を設定し、これを赤外線検知器駆動回路１３に供給する。赤外線検知器駆動回路１３は赤外線検知器１２に対して設定された感光時間で目標画像を撮像するようにシャッター開放時間を制御する。この結果赤外線検知器駆動回路１３で撮像された目標像は光電変換され、画像処理部１４に送られて２値化され、切替えスイッチ１５を介して通常画像出力部１６に送られる。したがって、赤外線検知器１２の感光時間の制御は赤外線検知器１２、画像処理部１４、通常画像出力部１６、感光時間制御部１９を含む閉回路により、フィードバック制御が行われ、通常画像出力部１６には、所望の温度範囲に分布する目標物の画像出力が得られる。そしてこのフィードバック制御は、通常画像出力部１６により出力される１フレーム分の画像の平均輝度が所定の値に近づくように制御する。

このような通常画像を得る赤外線撮像動作を以下では通常モードという。また、この通常モードにおける赤外線検知器１２の感光時間を以下では通常モード感光時間という。

切替えスイッチ１５が、その入力端子１５−１が出力端子１５−３に接続されるように切替えられた状態においては、第１の低減画像出力部１７には、通常モード画像出力部１６により計測された目標画像面積よりも低減された目標画像面積の画像信号が得られる。この低減率ＲＡは通常画像出力部１６により得られる目標画像面積のたとえば１／２とする。第１の低減画像出力部１７も、通常画像出力部１６と同様に、その出力画像信号から、目標画像の面積を計数し、結果を、感光時間制御部１９に与える。そして感光時間制御部１９は第１の低減画像出力部１７に低減された目標画像の面積が得られる感光時間を設定し、これを赤外線検知器１２に与える。この感光時間は、通常モードにおける感光時間より低減された感光時間が設定される。このような撮像動作を以下では第１の低減モードあるいはＡモードという。また低減された感光時間を以下では第１の低減感光時間またはＡモード感光時間という。ここで、通常モードの目標画像面積に対するＡモードの目標画像面積の比である前述の低減率ＲＡは、所望の計測温度幅全体をカバーできるように、通常モードでの計測温度範囲と第１の低減モードでの計測温度範囲がオーバーラップするように設定する。

Ａモード感光時間は、赤外線検知器駆動回路１３を介して赤外線検知器１２に与えられ、そのシャッター開放時間を制御する。この結果赤外線検知器１２の出力として得られるアナログ画像信号は画像処理部１４で２値化され、切替えスイッチ１５を介して第１の低減画像出力部１７に送られる。赤外線検知器１２の感光時間に対しては赤外線検知器１２、画像処理部１４、第１の低減画像出力部１７および感光時間制御部１９を含む閉回路により、フィードバック制御が行われ、第１の低減画像出力部１７には常に、所定の平均輝度を有する低減された目標面積を有する画像出力が得られる。

切替えスイッチ１５が、その入力端子１５−１が出力端子１５−４に接続されるように切替えられた状態においては、第２の低減画像出力部１８には、第１の低減画像出力部１７により計測された目標画像面積よりもさらに低減された目標画像面積の画像信号が得られる。この場合の画像面積の低減率は、第１の低減画像出力部１７により得られる目標画像面積のたとえば１／２、したがって、通常モード画像出力部１６により得られる目標画像面積の１／４とする。この低減率は、計測温度幅をカバーできるように、第１の低減モードでの計測温度範囲と第２の低減モードでの計測温度範囲がオーバーラップするように設定する。

第２の低減画像出力部１８も、通常モード画像出力部１６あるいは第１の低減画像出力部１７と同様に、その出力画像信号から、目標画像の面積を計数し、その計数結果を表す出力信号を、感光時間制御部１９に与える。感光時間制御部１９は与えられた目標画像の面積から、この画像面積が得られるような感光時間を設定し、これを赤外線検知器１２に与える。この感光時間は、第１の低減画像出力部１７に供給される画像信号を得る場合の感光時間よりさらに低減された感光時間が設定される。このような撮像動作を以下では第２の低減モードあるいはＢモードという。またこのさらに低減された感光時間を以下では第２の低減感光時間あるいはＢモード感光時間という。ここで、通常モードの目標画像面積に対するＢモードの目標画像面積の比である低減率ＲＢは、所望の計測温度幅全体をカバーできるように、Ａモードでの計測温度範囲とＢモードでの計測温度範囲がオーバーラップするように設定する。

Ｂモード感光時間は、赤外線検知器駆動回路１３を介して赤外線検知器１２に与えられ、そのシャッター開放時間を制御する。この結果赤外線検知器１２の出力として得られるアナログ画像信号は画像処理部１４で２値化され、切替えスイッチ１５を介して第２の低減画像出力部１８に送られる。赤外線検知器１２の感光時間は第２の低減画像出力部１８、感光時間制御部１９を含む閉回路により、フィードバック制御が行われ、第２の低減画像出力部１８には常に、所定の平均輝度を有する低減された目標面積を有する画像出力が得られる。

感光時間制御部１９の制御出力信号は、前述したように、赤外線検知器駆動回路１３に供給されるとともに、切替えスイッチ１５にも供給され、通常モード感光時間、Ａモード感光時間およびＢモード感光時間の切替えタイミングに同期して切替えスイッチ１５を切り替えるように制御する。

図２は上述した通常モード感光時間、Ａモード感光時間およびＢモード感光時間の関係を示すグラフで、縦軸は感光時間、横軸は時間である。同図において、棒グラフ「ＴＯ」は通常モード感光時間を、「ＴＡ」はＡモード感光時間を、そして「ＴＢ」はＢモード感光時間をそれぞれ示している。これらの感光時間ＴＯ、ＴＡ、ＴＢは時間と共に順次切替えられ、赤外線検知器１２の画像出力の１フレーム期間ごとに繰り返される。すなわち、感光時間ＴＯ、ＴＡ、ＴＢは１フレーム期間内で順次切替えられ、１フレーム期間ごとに繰り返される。

通常モード画像出力部１６、第１の低減画像出力部１７および第２の低減画像出力部１８の各画像出力信号は、画像合成部２０および輝度分布計算部２１に供給される。また、通常画像出力部１６、第１の低減画像出力部１７および第２の低減画像出力部１８の各面積値信号出力は、輝度分布計算部２１に供給される。画像合成部２０は通常モード画像出力部１６、第１の低減画像出力部１７および第２の低減画像出力部１８の各画像出力信号を個別に切替えあるいは合成して表示部２２に送り画像として表示する。

図３は各画像出力信号を個別に表示した画像であり、同図（ａ）は通常モード画像、（ｂ）は第１の低減画像、そして（ｃ）は第２の低減画像を示している。ここで、同図（ａ）は目標画像のほぼ全体を表示し、温度範囲は目標物体の最も低い温度から最も高い温度範囲の部分までカバーして表示している。また、同図（ｂ）は目標物体の中程度の温度範囲の部分を表示し、同図（ｃ）は目標物体の最も高い温度部分を表示している。

図４はこれらの各画像を合成した画像で、図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）に対応する部分は温度に応じて異なる色で表示する。

図５は輝度分布計算部２１により計算された目標画像を形成する画素毎の輝度分布を表すヒストグラムである。すなわち、同図の横軸は温度であり、縦軸は各温度に対応する度数、すなわち画素数である。輝度分布計算部２１は、通常モード画像出力部１６、第１の低減画像出力部１７および第２の低減画像出力部１８の各画像出力信号および各面積値信号出力とから、各温度についての対応する輝度を有する画素数を計数し、ヒストグラムを作成する。

図６は、以上のように構成された本発明の一実施形態による赤外線計測表示装置の動作を説明するためのフローチャートである。

赤外線計測表示装置の動作がスタートすると、ステップS１で光学部１１により目標物からの赤外線光が集光され、赤外線検知器１２に結像される。

ステップS２で赤外線検知器１２は赤外線検知器駆動回路１３の駆動制御の下で目標物の赤外線画像を光電変換して画像信号を出力する。この出力画像信号は画像処理部１４で２値化画像信号に変換され、スイッチ１５を経て通常画像出力部１６に供給される。

ステップS３では、通常画像出力部１６で得られたフレーム画像から目標物の画像面積を計算する。

ステップＳ４では、Ａモードにおける目標物の面積を得るための低減率ＲＡを設定する。ステップＳ５では、Ｂモードにおける目標物の面積を得るための低減率ＲＢを設定する。

ステップＳ６では、感光時間制御部２０により、通常モードにおける感光時間ＴＯを設定し、赤外線検知器１２はこの感光時間ＴＯにより目標物を撮像する。この時、切替えスイッチ１５は通常画像出力部１６に切り替えられる。

ステップＳ７では、感光時間制御部１９によりモードＡに対する感光時間ＴＡが設定され、赤外線検知器１２はこの感光時間ＴＡにより目標物を撮像する。この時、切替えスイッチ１５はＡモード画像出力部１７に切り替えられる。

ステップＳ８では、感光時間制御部１９によりモードＢに対する感光時間ＴＢが設定され、赤外線検知器１２はこの感光時間ＴＢにより目標物を撮像する。この時、切替えスイッチ１５はＢモード画像出力部１８に切り替えられる。

ステップＳ９では、通常画像出力部１６、Ａモード画像出力部１７およびＢモード画像出力部１８の出力画像信号は、それぞれ、画像合成部２０あるいは面積出力信号とともに輝度分布計算部２１に供給され、表示部２２に個別あるいは合成された目標画像あるいは輝度分布ヒストグラムとして表示される。

以上説明したように、上記実施例にかかる赤外線計測表示装置によれば、その撮像モードを１フレーム期間内で通常モード／Ａモード／Ｂモードと順次切り替えることにより、異なる設定温度に対応する目標物の領域を抽出表示することができ、赤外線検知器のダイナミックレンジを実質的に拡大することができる。

本発明の一実施形態に係る赤外線計測表示装置の構成を示すブロック図である。図１に示す赤外線計測表示装置の通常モード、Ａモード、Ｂモードにおける感光時間の関係を示すグラフである。同じく図１に示す赤外線計測表示装置の通常モード、Ａモード、Ｂモードにより撮像された目標物の出力画像を示す図である。同じく図１に示す赤外線計測表示装置の通常モード、Ａモード、Ｂモードにより撮像された各目標物画像を合成した画像を示す図である。同じく図１に示す赤外線計測表示装置により撮像された目標物画像の輝度分布を表すヒストグラムである。同じく図１に示す赤外線計測表示装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１１：光学部、１２：赤外線検知器、１３：赤外線検知器駆動回路、１４：画像処理部、１５：切替えスイッチ、１６：通常画像出力部、１７：Ａモード画像出力部、１８：Ｂモード画像出力部、１９：感光時間制御部、２０：画像合成部、２１：輝度分布計算部、２２：表示部、

Claims

目標物から放射される赤外線を集光する光学部と、この光学部により集光された赤外線が結像され、これを光電変換する赤外線感知器と、この赤外線感知器により光電変換された赤外線画像信号から２値画像信号を得る画像処理部と、この画像処理部により得られた２値画像信号を通常画像信号として出力するとともに、この通常画像信号から目標画像の面積を計測する通常画像信号出力部と、この通常画像信号出力部により計測された目標画像の画像面積に対して所定の率で低減された目標画像面積を有する２値画像信号を低減画像信号として出力する低減画像信号出力部と、この低減画像信号出力部および前記通常画像信号出力部から得られた画像信号を表示する画像表示部と、を有することを特徴とする赤外線計測表示装置。
前記赤外線感知器に接続され、この赤外線感知器の感光時間の制御を行う赤外線感知器駆動部と、この赤外線感知器駆動部に出力信号が供給され、前記通常画像信号出力部および低減画像信号出力部の出力信号が入力信号として供給される感光時間算定部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外線計測表示装置。
前記感光時間算定部は、前記所定の率で低減された目標画像面積を算定し、これによって前記赤外線感知器の感光時間を制御することを特徴とする請求項２記載の赤外線計測表示装置。
目標物から放射される赤外線を集光する光学部と、この光学部により集光された赤外線が結像され、これを光電変換する赤外線感知器と、この赤外線感知器により光電変換された赤外線画像信号から２値画像信号を得る画像処理部と、この画像処理部により得られた２値画像信号を通常画像信号として出力するとともに、この通常画像信号から目標画像の面積を計測する通常画像信号出力部と、この通常画像信号出力部により計測された目標画像の画像面積に対して第１の低減率で低減された目標画像面積を有する２値画像信号を低減画像信号として出力するとともに、この目標画像の面積を計測する第１の低減画像信号出力部と、前記通常画像信号出力部により計測された目標画像の画像面積に対して前記第１の低減率より大きな第２の低減率で低減された目標画像面積を有する２値画像信号を低
減画像信号として出力するとともに、この目標画像の面積を計測する第２の低減画像信号出力部と、前記通常画像信号出力部、前記第１の低減画像信号出力部および前記第２の低減画像信号出力部から得られた画像信号を表示する画像表示部と、を有することを特徴とする赤外線計測表示装置。