JPH1040367A - 熱画像の歪み補正方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 対象物を正面以外の方向から赤外線カメラで
撮像した場合の熱画像の歪みを補正する方法及びその装
置を提供する。 【解決手段】 任意の方向から赤外線カメラにより対象
物を撮像し，この熱画像を記憶装置に記憶し，撮像した
時の赤外線カメラの測定位置角度を測定し，これを記憶
装置に記憶し，この記憶装置から熱画像を読出して，熱
画像の歪み補正領域を設定し，対象物を正面に見た位置
からこの対象物を撮像した時の赤外線カメラの位置を基
準位置角度とし，この角度を原点とする座標系を設定
し，赤外線カメラの測定位置角度が，座標系のうち第１
象限に属する時は，その測定位置角度に（＋，＋），第
２象限に属する時は（−，＋），第３象限に属する時は
（−，−），第４象限に属する時は（＋，−）の符号を
付してこの測定位置角度の座標値を読み込み，これによ
り対象物の歪み補正領域の歪みを補正演算処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，対象物を正面以
外の方向から赤外線カメラで撮像した場合の熱画像の歪
みを補正する方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に，対象物表面から放射される赤外
線を検出して，その温度分布を可視像として表示する赤
外線熱画像装置がある。この赤外線熱画像装置において
対象物を撮像するために赤外線カメラが使用される。そ
して，対象物の表面から放射される赤外線が赤外線カメ
ラにより検出され，この検出された赤外線は，電気信号
に変換されて熱画像として表示装置に表示される。

【０００３】この際，赤外線カメラが対象物の正面に設
置されている場合，即ち，対象物を正面からとらえる位
置に赤外線カメラが設置されている場合には，撮像され
た熱画像は正確に対象物の映像をとらえることが出来る
が，撮像場所等の条件によっては，赤外線カメラを対象
物に対して正面に設置することができない場合がある。
このような場合には，赤外線カメラのカメラヘッドは，
対象物を傾いた方向から撮像することになり，このよう
な状態で撮像された対象物の熱画像は，図７に示すよう
に，実際の対象物の形状（点線で示されている）に対し
て，実線で示すように，歪んだ形状に対する熱画像が得
られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように，赤外線カ
メラで対象物を撮像する場合，対象物は赤外線カメラに
より正面から撮像された場合しか考慮されていない。そ
のため，赤外線カメラが対象物を正面から撮像できない
場合，その撮像された熱画像は，実際の熱画像とは異な
った形状の熱画像が得られる。

【０００５】例えば，図７に点線で示すように，対象物
が矩形の場合には，これを正面以外の方向から撮像する
と，実線で示すように，台形等の形状に変形した熱画像
となる。このように，対象物を赤外線カメラが正面から
撮像出来ない場合，対象物の熱画像は実際のものより小
さくなったり，変形されてしまうという問題がある。そ
のため，この対象物の形状，位置等が正確に特定出来な
い等の問題がある。

【０００６】この発明は，上記したような従来の問題点
を除去することを目的としてなされたもので，対象物を
撮像する赤外線カメラの位置による熱画像の歪みを補正
するようにした熱画像の歪み補正方法とその装置を提供
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は，任意の方
向から赤外線カメラにより対象物を撮像し，この熱画像
を記憶装置に記憶し，任意の方向から対象物を撮像した
時の赤外線カメラの測定位置角度を測定するとともに，
これを記憶装置に記憶し，この記憶装置から熱画像を読
出すとともに，熱画像の歪み補正領域を設定し，対象物
を正面に見た位置からこの対象物を撮像した時の赤外線
カメラの位置を基準位置角度とするとともに，この基準
位置角度を原点とする座標系を設定し，赤外線カメラの
測定位置角度が，座標系のうち第１象限に属する時は，
その測定位置角度に（＋，＋），第２象限に属する時は
測定位置角度に（−，＋），第３象限に属する時は測定
位置角度に（−，−），第４象限に属する時は測定位置
角度に（＋，−）の符号を付してこの測定位置角度の座
標値を読み込み，この読み込まれた測定位置角度により
対象物の歪み補正領域の歪みを補正演算処理するように
したものである。

【０００８】第２の発明は，任意の方向からこの赤外線
カメラにより対象物を撮像して熱画像とするとともに，
この熱画像を赤外線カメラに内蔵されたプロセッサによ
り，あるいはコンピュータにより補間処理した後，歪み
補正演算するようにしたものである。

【０００９】第３の発明は，対象物の熱画像を撮像する
赤外線カメラと，この対象物を撮像した時の赤外線カメ
ラの基準位置角度からの測定位置角度を測定する手段
と，赤外線カメラが撮像した対象物の熱画像と，この対
象物の撮像時における測定位置角度とを記憶する記憶装
置と，赤外線カメラの測定位置角度および原熱画像を読
み込み記憶するとともに，補正された熱画像を記憶する
メモリと，このメモリに記憶されている原熱画像と基準
位置角度を原点とする座標系における測定位置角度とか
ら，座標系における測定位置角度の座標値（Ｘ，Ｙ）を
求める演算機能と，この座標値（Ｘ，Ｙ）における赤外
線カメラの視野平面を求める演算機能と，座標系におけ
る原点と対象物上の点とを結ぶ直線を求める演算機能
と，この直線と視野平面との交点の座標を求める演算機
能とを有する歪み補正演算部とを備えたコンピュータを
備えるようにしたものである。

【００１０】第４の発明は，任意の方向から赤外線カメ
ラにより対象物を撮像して得られた熱画像を，赤外線カ
メラに内蔵されたプロセッサにより，あるいはコンピュ
ータにより補間処理する機能を備えるようにしたもので
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の実施例を，図１〜図６
に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明の実施例を
示すフローチャート図，図２はこの発明の実施例を示す
構成図，図３は測定位置角度の入力方法を示す説明図，
図４〜図６は赤外線カメラ２で撮像した熱画像を補間処
理して，１９９（Ｖ）×２５６（Ｈ）の画素数にするた
めの説明図である。

【００１２】図１〜図２において，１は対象物，２は赤
外線カメラで，この実施例の場合には内部にプロセッサ
（図示せず）を内蔵している。２ａは赤外線カメラ２の
カメラヘッド，３は赤外線カメラ２の撮像位置を測定す
るための位置角度測定部で，図３に示すように，赤外線
カメラ２のカメラヘッド２ａが対象物１を正面に見た位
置からこの対象物１を撮像した時を基準位置角度０と
し，この基準位置角度を原点として実際にカメラヘッド
２ａが対象物１をとらえた時の位置角度が測定される。
なお，実際に赤外線カメラ２のカメラヘッド２ａの測定
位置角度は，分度計や角度計等で測定される。

【００１３】そして，基準位置角度を原点とする座標系
が設定され，この座標系の原点（基準位置角度０）から
赤外線カメラ２のカメラヘッド２ａが，実際に対象物１
を撮像した時に測定された位置角度（以下，測定位置角
度と記す）の座標値が求められる。そして，赤外線カメ
ラ２が座標系の第１象限に属する場合には，（＋，
＋），第２象限に属する場合には，（−，＋），第３象
限に属する場合には，（−，−），第４象限に属する場
合には，（＋，−）の符号が測定位置角度に付される。

【００１４】４はＡ／Ｄ変換器，５はＦＤや磁気テープ
等の記憶装置で，赤外線カメラ２で撮像された熱画像及
び赤外線カメラ２の測定位置角度が記録される。

【００１５】６はコンピュータで，赤外線カメラ２の測
定位置角度および原熱画像を記憶するメモリ６ａと歪み
補正演算部６ｂとを有している。歪み補正演算部６ｂ
は，メモリ６ａに記憶されている原熱画像と座標系の原
点（基準位置角度）と測定位置角度とから，実際に設置
されている赤外線カメラ２の座標系における座標値
（Ｘ，Ｙ）を求める演算機能と，座標値（Ｘ，Ｙ）にお
ける赤外線カメラ２の視野平面を求める演算機能と，座
標系における原点と対象物１上の点とを結ぶ直線を求め
る演算機能と，この直線と視野平面との交点の座標を求
める演算機能とを有している。

【００１６】なお，対象物１が赤外線カメラ２の視野よ
り大きい場合には，補正領域設定部７により補正領域が
設定され，この補正領域内の熱画像に対して補正され
る。８は表示装置，９は補正された熱画像を画像処理す
るためのプロセッサである。

【００１７】次に，作用動作について説明する。まず，
図１に示すように，赤外線カメラ２で対象物１が撮像さ
れ，歪み補正が開始される（ステップ２０）。この熱画
像はＦＤ等の記憶装置５に記憶されるとともに（ステッ
プ２３），位置角度測定部３により撮像した時に測定さ
れた赤外線カメラ２のカメラヘッド２ａの測定位置角度
が，メッセージとして入力されるステップ２１ａ）。こ
の測定位置角度は，熱画像と同様に赤外線カメラ２の記
憶装置５に入力され記憶される（ステップ２３）。ある
いは，測定位置角度はメッセージとして入力される代わ
りに，角度情報として，記憶装置５に入力されてもよい
（ステップ２１ｂ）。

【００１８】次に，赤外線カメラ２で撮像され，記憶装
置５に記録されている原熱画像（この実施例では，１２
ビットの熱画像値（０〜４０９５）である）は，図４に
示すように，水平方向および垂直方向の画素数は，それ
ぞれ１００（Ｖ）×２５６（Ｈ）であるが，赤外線カメ
ラ２に内蔵されているプロセッサ（図示せず）により，
図５に示すように，１９９（Ｖ）×２５６（Ｈ）の画素
数となるように補間処理される。

【００１９】補間処理方法としては，図６に示すよう
に，最初から存在している画素部分をＡ，Ｂ，Ｃ・・
・，補間される画素部分を１Ｐ，２Ｐ，３Ｐ・・・とす
ると，例えば，画素２Ｐについては，Ｘ方向，Ｙ方向に
４個の最も近い隣接点（隣接画素）があり，又，対角方
向に次に近い隣接点が４個あり，合計８個の隣接点が存
在する。

【００２０】従って，画素１Ｐ，２Ｐ，３Ｐ・・・・
は，それぞれ以下のように表すことが出来る。 １Ｐ＝（２Ａ＋Ｂ＋２Ｄ＋Ｅ）／６・・・・・・（１） ２Ｐ＝（Ａ＋２Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋２Ｅ＋Ｆ）／８・・（２） ３Ｐ＝（２Ｄ＋Ｅ＋２Ｇ＋Ｈ）／６・・・・・・（３） ４Ｐ＝（Ｄ＋２Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋２Ｈ＋Ｉ）／８・・（４） このようにして，Ａ，Ｂ，Ｃ・・・の間に，１Ｐ，２
Ｐ，３Ｐ・・・・が補間されて，熱画像は，１９９
（Ｖ）×２５６（Ｈ）の画素数になる。

【００２１】図５は，このようにして補間処理した後の
熱画像を表示しており，補間処理された熱画像値から，
温度を求めることが出来る。なお，赤外線カメラ２がプ
ロセッサを内蔵していない場合には，この熱画像の補間
処理は，コンピュータ６において同様な処理方法で行わ
れる。

【００２２】記憶装置５に記憶されている熱画像および
測定位置角度に関するデータは，コンピュータ６のメモ
リ６ａに一時記憶される。メモリ６ａから読み出された
熱画像に対して（ステップ２４），歪みを補正する補正
領域の設定が行われる（ステップ２５）。

【００２３】次いで，ステップ２１ａで入力した赤外線
カメラ２の測定位置角度が，この測定位置角度に対する
座標系における符号が付されて読み込まれ（ステップ２
６），歪み補正演算部６ｂにおいて，歪みを補正するた
めの演算処理が開始される（ステップ２７）。補正演算
処理した後，測定位置角度が正しいか否かの判断がなさ
れ（ステップ２８），正しくない場合には，再度補正演
算処理がなされる（ステップ２７）。

【００２４】以下，この歪み補正演算処理について説明
する。まず，各熱画像値は，０〜２５５の表示画像値に
変換される。この変換は，赤外線カメラ２の熱画像から
得られる表示下限温度から表示上限温度までの間の表示
温度を，２５６分割することにより行われ，その変換式
は， 温度＝測定下限温度＋（測定上限温度−測定下限温度）×熱画像値／４０９５ ・・・・・（５） 表示画像値＝（温度−表示下限値）／（表示上限温度−表示下限温度） ×２５６・・・・・（６） 但し，温度≦表示下限温度のとき，表示画像値＝０ 温度≧表示上限温度のとき，表示画像値＝２５５ となる。

【００２５】次いで，歪み補正演算処理において，ま
ず，前提条件として，（イ）測定する対象物１は平面と
みなす。（ロ）赤外線カメラ２から測定する対象物１に
下ろした垂線を軸とする回転はないものと仮定する。

【００２６】この前提条件のもとで，対象物１を赤外線
カメラ２である角度から撮像すると，基準位置角度０か
ら撮像した場合とくらべ対象物１の熱画像が歪み，小さ
くなる。そこで，この熱画像を基準位置角度０，即ち座
標系の原点で撮像した場合に変換して，もとの熱画像に
補正しなければならない。

【００２７】そこで，上記したように，位置角度測定部
３において，任意の方向から対象物１を撮像した時の赤
外線カメラ２の左右方向および上下方向の測定位置角度
が測定されている。なお，赤外線カメラ２から対象物１
までの距離は，対象物１の絶対的な大きさが問題となる
場合以外は，求める必要はない。

【００２８】次いで，上記したように，赤外線カメラ２
が対象物１を正面からとらえた時の赤外線カメラ２の基
準位置角度を原点とし，対象物１に対して水平方向をＸ
軸，垂直方向をＹ軸，鉛直方向をＺ軸とする座標系を設
定する。そして，座標値は１画素分を１とし，赤外線カ
メラ２から対象物１までの距離を１００００と仮定す
る。

【００２９】赤外線カメラ２を左右上下方向に回転させ
ることにより，赤外線カメラ２のカメラヘッド２ａから
対象物１までの距離は，１００００より長くなるが，赤
外線カメラ２を対象物１方向に回転した後の対象物１ま
でのＹ座標を補正して対象物１までの距離としている。

【００３０】対象物１を赤外線カメラ２で撮像する場
合，赤外線カメラ２のカメラヘッド２ａを左右上下方向
に回転させた後の視野平面の各点を結ぶ直線上に，各画
素がとらえた対象物１が存在することになる。従って，
反対に，測定する対象物１の上に測定領域を設定し，そ
の測定領域に対応した視野平面上の各点を求めることが
出来る。即ち，対象物１の各点に対応した画素が求まる
から，対象物１の測定領域における熱画像を求めること
が出来る。なお，実務上は，マウスで包囲した領域とな
る。

【００３１】そこで，この測定領域のある点を（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）とすると，この点は，カメラヘッド２ａを回転
した後の視野平面の中心座標を（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）と
すると，測定した対等物１上では，（Ｘ₀ ＋Ｘ，Ｙ₀ ，
Ｚ₀ ＋Ｚ）であると認定することが出来る。

【００３２】座標の回転方向（符号）は，座標系の原点
を中心として時計回りを正とする。左右方向（Ｚ軸回
り）の回転の場合，回転前の座標値を（ｘ，ｙ），回転
後の座標値を（Ｘ，Ｙ）とし，回転角をａとすると， Ｘ＝ｘｃｏｓ（ａ）＋ｙｓｉｎ（ａ）・・・・・（７） Ｙ＝−ｘｓｉｎ（ａ）＋ｙｃｏｓ（ａ）・・・・（８） で表される。上記式（７）および（８）を行列式で表す
と，

【００３３】

【数１】

【００３４】となる。なお，上下方向（Ｘ軸回り）の回
転に対しても同様な交換式および行列式が成立する。

【００３５】次に，測定した視野平面は，中心（０，１
００００，０），左上角（１２７．５，１００００，９
９），右上角（−１２７．５，１００００，９９）の３
点を左右方向の角度および上下方向の角度回転し，回転
後の座標値から視野平面の方程式として， （ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝１）・・・（１０） が決定される。この演算は，コンピュータ６においてな
され，ａ，ｂ，ｃを未知数とする連立方程式の解が求め
られる。

【００３６】次に，座標系における原点と測定する対象
物１上を結ぶ直線が求められる。一般に，（ｘ₁ ，ｙ
₁ ，ｚ₁ ）と（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ）とを結ぶ直線の式
は， （ｘ−ｘ₁ ）／（ｘ₂ −ｘ₁ ）＝（ｙ−ｙ₁ ）／（ｙ₂ −ｙ₁ ） ＝（ｚ−ｚ₁ ）／（ｚ₂ −ｚ₁ ）・・・・・（１１） と表されるから，（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）を原点とする
と，上記式（１１）は， ｘ／ｘ₂ ＝ｙ／ｙ₂ ＝ｚ／ｚ₂ ・・・・・（１２） と表される。

【００３７】従って，原点（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）と測定
した対象物１上の点（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ）とを結ぶ直線
と視野平面との交点（ｘ，ｙ，ｚ）は，上記平面の式
（１１）と直線の式（１２）とから求めることが出来
る。

【００３８】次いで，このようにして求められた原点と
対象物１までの距離が求められる。ここで，赤外線カメ
ラ２の画素数は，上記したように，補間処理された後
は，画素数は，１９９（Ｖ）×２５６（Ｈ）であるか
ら，１画素当りの長さを求めることが出来る。

【００３９】一方，原点と対象物１までの間の距離を基
準にして測定位置角度の時の赤外線カメラ２と対象物１
との間の距離が求められる。従って，この求められた測
定位置角度の時の距離と１画素当りの長さとから，補正
した熱画像が得られる。

【００４０】このようにして補正された熱画像は，再度
メモリ６ａに記憶され（ステップ２９），熱画像の補正
処理が終了する（ステップ３０）。次いで，補正された
熱画像は，読み出されてプロセッサ９により画像処理さ
れる。

【００４１】

【発明の効果】第１の発明は，任意の方向から赤外線カ
メラにより対象物を撮像し，この熱画像を記憶装置に記
憶し，任意の方向から対象物を撮像した時の赤外線カメ
ラの測定位置角度を測定するとともに，これを記憶装置
に記憶し，この記憶装置から熱画像を読出すとともに，
熱画像の歪み補正領域を設定し，対象物を正面に見た位
置からこの対象物を撮像した時の赤外線カメラの位置を
基準位置角度とするとともに，この基準位置角度を原点
とする座標系を設定し，赤外線カメラの測定位置角度
が，座標系のうち第１象限に属する時は，その測定位置
角度に（＋，＋），第２象限に属する時は測定位置角度
に（−，＋），第３象限に属する時は測定位置角度に
（−，−），第４象限に属する時は測定位置角度に
（＋，−）の符号を付してこの測定位置角度の座標値を
読み込み，この読み込まれた測定位置角度により対象物
の歪み補正領域の歪みを補正演算処理するようにしたの
で，いかなる場所から対象物を撮像しても対象物の正確
な熱画像を得ることが出来る。従って，赤外線カメラで
撮像された対象物の形状，位置等を正確に特定すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すフローチャート図であ
る。

【図２】この発明の実施例を示す要部構成図である。

【図３】この発明の実施例を示すもので，測定位置角度
の入力方法を示す説明図である。

【図４】この発明の実施例を示すもので，赤外線カメラ
２で撮像した熱画像を補間処理するための説明図であ
る。

【図５】この発明の実施例を示すもので，赤外線カメラ
２で撮像した熱画像を補間処理するための説明図であ
る。

【図６】この発明の実施例を示すもので，図５に示すＡ
部分の拡大図で，赤外線カメラ２で撮像した熱画像を補
間処理するための説明図である。

【図７】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 対象物 ２ 赤外線カメラ ３ 位置角度測定部 ５ 記憶装置 ６ コンピュータ ６ａ メモリ ６ｂ 歪み補正演算部 ７ 補正領域設定 ９ プロセッサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の方向から赤外線カメラにより対象
   物を撮像し，この熱画像を記憶装置に記憶し，前記任意
   の方向から前記対象物を撮像した時の前記赤外線カメラ
   の測定位置角度を測定するとともに，これを前記記憶装
   置に記憶し，この記憶装置から前記熱画像を読出すとと
   もに，前記熱画像の歪み補正領域を設定し，前記対象物
   を正面に見た位置からこの対象物を撮像した時の前記赤
   外線カメラの位置を基準位置角度とするとともに，この
   基準位置角度を原点とする座標系を設定し，前記赤外線
   カメラの前記測定位置角度が，前記座標系のうち第１象
   限に属する時は，その測定位置角度に（＋，＋），第２
   象限に属する時は前記測定位置角度に（−，＋），第３
   象限に属する時は前記測定位置角度に（−，−），第４
   象限に属する時は前記測定位置角度に（＋，−）の符号
   を付してこの測定位置角度の座標値を読み込み，この読
   み込まれた前記測定位置角度により前記対象物の前記歪
   み補正領域の歪みを補正演算処理することを特徴とする
   熱画像の歪み補正方法。
2. 【請求項２】 前記任意の方向からこの赤外線カメラに
   より前記対象物を撮像して前記熱画像とするとともに，
   この熱画像を前記赤外線カメラに内蔵されたプロセッサ
   により，あるいはコンピュータにより補間処理すること
   を特徴とする請求項１に記載の熱画像の歪み補正方法。
3. 【請求項３】 対象物の熱画像を撮像する赤外線カメラ
   と，前記対象物を撮像した時の前記赤外線カメラの基準
   位置角度からの測定位置角度を測定する手段と，前記赤
   外線カメラが撮像した前記対象物の熱画像と，この対象
   物の撮像時における測定位置角度とを記憶する記憶装置
   と，前記赤外線カメラの前記測定位置角度および前記熱
   画像を読み込み記憶するとともに，補正された熱画像を
   記憶するメモリと，このメモリに記憶されている前記熱
   画像と前記基準位置角度を原点とする座標系における前
   記測定位置角度とから，前記座標系における前記測定位
   置角度の座標値（Ｘ，Ｙ）を求める演算機能と，この座
   標値（Ｘ，Ｙ）における前記赤外線カメラの視野平面を
   求める演算機能と，前記座標系における前記原点と前記
   対象物上の点とを結ぶ直線を求める演算機能と，この直
   線と前記視野平面との交点の座標を求める演算機能とを
   有する歪み補正演算部とを備えたコンピュータと，を備
   えたことを特徴とする熱画像の歪み補正装置。
4. 【請求項４】 任意の方向から赤外線カメラにより対象
   物を撮像して得られた熱画像を，前記赤外線カメラに内
   蔵されたプロセッサにより，あるいは前記コンピュータ
   により補間処理する機能を備えたことを特徴とする請求
   項３に記載の熱画像の歪み補正装置。