特許 6989330 温度検出用赤外線カメラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6989330

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】温度検出用赤外線カメラ

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/48 20220101AFI20211220BHJP

   G01J 1/42 20060101ALI20211220BHJP

   G01J 1/44 20060101ALI20211220BHJP

   H04N 5/33 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   G01J5/48 A

   G01J1/42 B

   G01J1/44 P

   G01J5/48 D

   H04N5/33

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-188034(P2017-188034)

(22)【出願日】2017年9月28日

(65)【公開番号】特開2019-60830(P2019-60830A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2020年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227836

【氏名又は名称】日本アビオニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 琢哉

【審査官】 越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２００６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１５０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１３８００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ ５／００ − Ｇ０１Ｊ ５／６２

Ｇ０１Ｊ １／００ − Ｇ０１Ｊ １／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の画素数の熱画像を撮像する赤外センサと、
前記赤外センサが撮像した熱画像について、所定の画素数のブロック単位で最大値及び最小値を代表値として算出する代表値算出部と、
前記代表値算出部が画素数を減じた第２の画素数の熱画像を出力する出力部と、を備え、
前記代表値算出部が処理する第１のブロックは、ブロック内の最大値を代表値とし、前記代表値算出部が処理する第２のブロックは、ブロック内の最小値を代表値とする
温度検出用赤外線カメラ。

【請求項2】

さらに、前記代表値算出部は、最大値を代表値とする処理を行ったブロックと、最小値を代表値とするブロック以外のブロックに対して、最大値と最小値とは異なる代表値算出処理で代表値を算出する
請求項１に記載の温度検出用赤外線カメラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度検出を行うための熱画像を得る温度検出用赤外線カメラに関する。

【背景技術】

【0002】

物体から放射された赤外線を検出して熱画像を得る赤外線カメラが、従来から各種熱解析に利用されている。赤外線カメラには非接触で瞬時に温度分布が測定できるという優れた特徴があるため、その応用範囲が広がってきている。

【0003】

従来の赤外線カメラが撮像する熱画像は、例えば１フレームがＱＶＧＡ（Quarter Video Graphics Array）規格と称される水平３２０画素×垂直２４０画素で構成される。

【0004】

特許文献１には、赤外線カメラが撮像する熱画像を使って、施設の温度管理（ごみ処理場の温度管理）を行う例についての記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−１１３３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、可視光を撮像するカメラは、撮像画像の高画素化が進んでおり、温度検出用赤外線カメラで得られる熱画像についても、画素数の増加が要求されている。熱画像の画素数が増えると、それだけ監視対象の熱分布をそれだけ高い精度で検出できるようになる。例えば、画素数の増加で、従来は見逃していたような僅かな温度変化も検出できる可能性がある。

【0007】

しかしながら、温度検出用赤外線カメラが出力する熱画像を受信して解析を行う受信端末側では、熱画像の画素数が増えると、それだけ熱画像を解析処理する演算処理量が増えてしまう。例えば、熱画像をＱＶＧＡ規格（水平３２０画素×垂直２４０画素）からＶＧＡ規格（水平６４０画素×垂直４８０画素）に変更したとき、１フレームの熱画像の画素数は４倍になり、演算処理量が４倍に増加してしまう。このように演算処理量が増えると、演算処理を行う受信端末（コンピュータ）として、情報処理量の大きな高性能なものが要求され、従来の端末では能力が十分でないケースが想定される。

【0008】

また、赤外線カメラから受信端末に熱画像信号を伝送する伝送路についても、ＱＶＧＡ規格からＶＧＡ規格への変更で、４倍の情報量の伝送に対応する必要がある。したがって、赤外線カメラの高画質化は、伝送路についても転送レートを高くする対処が必要になる。

【0009】

伝送路の転送レートが十分でない場合には、例えば赤外線カメラが熱画像データを圧縮して受信端末に伝送することが考えられる。しかしながら、データを受信側で元通りに復元可能な可逆圧縮方式の場合には、圧縮率がそれほど高くなく、あまり効果がない。また、受信側での復元性が低い非可逆圧縮方式を適用する場合には、高い圧縮率が得られるが、受信側で復元したデータは誤差を含むため、受信端末で誤った温度が検出されて、誤警報の出力や警報漏れの可能性が生じてしまう。さらには、赤外線カメラに熱画像データ圧縮機能を、受信端末に熱画像データ復元機能を搭載する必要があり、機器コスト増、演算負荷増、処理遅延増の観点から不利になる。

【0010】

また、伝送路の転送レートが十分でない場合の別の対処として、温度検出用赤外線カメラで熱画像の一部の範囲のみを伝送する、あるいは、熱画像のフレームレートを下げる等の対処も考えられるが、いずれの場合にも、温度検出用赤外線カメラが持つ能力を生かしていないことになり、好ましくない。

【0011】

本発明は、高解像度の熱画像が得られると共に、その高解像度の熱画像を取得して処理する端末での負担や伝送時の負担を軽減することができる温度検出用赤外線カメラを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の温度検出用赤外線カメラは、第１の画素数の熱画像を撮像する赤外センサと、その赤外センサが撮像した熱画像について、所定の画素数のブロック単位で最大値及び最小値を代表値として算出する代表値算出部と、代表値算出部が画素数を減じた第２の画素数の熱画像を出力する出力部とを備える。
ここで、代表値算出部が処理する第１のブロックは、ブロック内の最大値を代表値とし、代表値算出部が処理する第２のブロックは、ブロック内の最小値を代表値とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、赤外センサが撮像する熱画像の解像度の高さを生かした上で、画素数を減じた熱画像が出力されるようになる。したがって、熱画像を解析処理する端末や伝送路の負担を軽減した上で、解像度の高い熱画像による監視が可能なシステムを構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施の形態例による赤外線カメラの構成例を示すブロック図である。

【図2】本発明の一実施の形態例による赤外線カメラの画素構成例（Ａ：撮像画素の構成例、Ｂ：代表値算出後の画素の構成例）を示す図である。

【図3】本発明の一実施の形態例による処理例（最大値又は最小値を出力する例）を示すフローチャートである。

【図4】本発明の一実施の形態例による処理例（最大値と最小値の差を出力する例）を示すフローチャートである。

【図5】本発明の一実施の形態例による熱画像の例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施の形態例（以下、「本例」と称する）を、添付図面を参照して説明する。

【0016】

［１．温度検出用赤外線カメラの構成］
図１は、本例の温度検出用赤外線カメラ１０の構成例を示す。
本例の温度検出用赤外線カメラ１０は、赤外センサ１１、赤外補正処理部１２、代表値算出部１３、出力部１４、及び制御部１５を備える。

【0017】

赤外センサ１１は、ＶＧＡ規格の画素配列（水平６４０画素×垂直４８０画素）で熱画像を取得する赤外用イメージセンサである。赤外センサ１１で取得された熱画像データは、赤外補正処理部１２に供給される。ここで、赤外センサ１１で取得する熱画像データのそれぞれの画素は、例えば１６ビットのデータとし、赤外センサ１１は毎秒３０フレームの熱画像データを得る。
赤外補正処理部１２は、赤外センサ１１から供給される熱画像データを、適正な温度情報が得られる熱画像データとするための補正処理を行う。赤外補正処理部１２で補正処理された熱画像データは、代表値算出部１３に供給される。

【0018】

代表値算出部１３は、ＶＧＡ規格の画素配列の熱画像データの画素数を減じて、ＱＶＧＡ規格の画素配列（水平３２０画素×垂直２４０画素）の熱画像データに変換する。代表値算出部１３での代表値算出処理の詳細は後述する。代表値算出部１３で画素数を減じたＱＶＧＡ規格の熱画像データは、出力部１３に供給される。

【0019】

出力部１３は、温度検出用赤外線カメラ１０の外部にＱＶＧＡ規格の熱画像データを出力する。図１の例では、出力部１３と受信端末２０とをケーブルで接続し、出力部１３から受信端末２０にＱＶＧＡ規格の熱画像データを伝送する。赤外センサ１１が毎秒３０フレームの熱画像データを得る場合、出力部１３も、毎秒３０フレームの熱画像データを出力（伝送）する。

【0020】

なお、出力部１３と受信端末２０との間を、ＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワークで接続した場合には、出力部１３はそのネットワークに適合した通信インターフェースになる。１画素が１６ビットで構成されたＱＶＧＡ規格の熱画像データを、毎秒３０フレームで受信端末２０に伝送する場合、３２０×２４０×１６ビット×３０＝約３７Ｍｂｐｓの転送レートになる。これは、例えばＬＡＮの場合、１００ＢＡＳＥと称される最大１００Ｍｂｐｓの転送が可能な規格の機器を使って伝送可能である。ＶＧＡ規格の熱画像をそのまま転送する場合には、４倍の１４７Ｍｂｐｓの転送レートが必要であり、１００ＢＡＳＥの規格のＬＡＮでは転送することができない。

【0021】

赤外補正処理部１２での補正処理と、代表値算出部１３での代表値算出処理と、出力部１４での出力処理は、制御部１５による制御で実行される。例えば、代表値算出部１３での代表値算出処理として、複数の処理モードを有し、制御部１５からの指令で、代表値算出部１３がいずれのモードで代表値算出処理を行うのかを確定する。

【0022】

受信端末２０は、温度検出用赤外線カメラ１０から伝送された熱画像データを受信し、熱画像の解析や監視を行う。

【0023】

［２．代表値算出処理の例］
次に、代表値算出部１３が行う代表値算出処理の詳細を説明する。
図２Ａは、代表値算出処理前の画素配列を示し、図２Ｂは、代表値算出処理後の画素配列を示す。図２Ａ，Ｂは、横軸が水平方向の座標であるＸ座標を示し、縦軸が垂直方向の座標であるＹ座標を示す。各マス目の中の数字が、画素番号を示す。画素番号は、［．］の左側の数字がＸ座標を示し、［．］の右側の数字がＹ座標を示す。

【0024】

赤外センサ１１で取得する画素配列である代表値算出処理前の画素配列としては、図２Ａに示すように、第１水平ライン（一番上の水平ライン）が、［１．１］の画素、［２．１］の画素、［３．１］の画素、・・・と構成され、次の水平ライン（２番目の水平ライン）が、［１．２］の画素、［２．２］の画素、［３．２］の画素、・・・と構成され、以下同様に各水平ラインの画素のデータが配置される。

【0025】

ここで、本例においては、隣接する４の画素を１つのブロックとして扱い、その１ブロックごとに代表値となる１つの画素データを算出する処理を行う。すなわち、図２Ａに各画素を太い線で囲って示すように、（Ｘ方向の２画素）×（Ｙ方向の２画素）の４画素で１つのブロックを形成し、代表値算出部１３は、１つのブロックごとに１つの画素データのみを出力するように代表値算出処理を行う。
例えば図２Ｂに示すように、代表値算出部１３が代表値算出処理した熱画像データの［１．１］の画素は、図２Ａに示す４つの画素［１．１］、［２．１］、［１．２］、［２．２］から代表値として１つの画素データを出力するようにしたものである。
このようなブロック単位での代表値算出処理を行って、ＶＧＡ規格の熱画像データをＱＶＧＡ規格の熱画像データに変換する。

【0026】

次に、各ブロックで代表値算出処理を行う際に、代表値算出後に出力される画素のデータの生成処理について説明する。
図３のフローチャートは、第１の処理モードとしたときの処理例を示す。
まず、代表値算出部１３は、１ブロックの４画素のデータを取得する（ステップＳ１１）。そして、代表値算出部１３は、取得した４画素のデータの中で、画素値（温度）が最大となる画素の判定を行う（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２で最大値を判定すると、代表値算出部１３は、代表値算出後のブロックの画素の出力値を、判定した最大値とする（ステップＳ１３）。１ブロックの出力画素値がステップＳ１３で確定すると、代表値算出部１３は、ステップＳ１１の処理に戻り、次のブロックの処理に移る。

【0027】

このように第１の処理モードとしたとき、代表値算出部１３は、ブロックごとに最大値（最大温度）となる画素のデータを選択して、その選択した画素データを出力する。
なお、図３の例では、１ブロックごとに最大値を判定して出力するようにしたが、１ブロックごとに最小値を判定して、その最小値（最小温度）となる画素のデータを出力するようにしてもよい。

【0028】

この第１の処理モードとしたとき、温度検出用赤外線カメラ１０は、赤外センサ１１で取得される熱画像の高解像度を生かした上で、出力される熱画像の画素数を効果的に減らすことができる。すなわち、熱画像の解像度は赤外センサ１１の画素数で決まるため、ＶＧＡ規格の熱画像が得られるようにすることで、解像度の高い熱画像が得られる。例えば、非常に小さな１つの範囲の温度だけが非常に高温になったとき、その高温を正確に熱画像で検知できる。

【0029】

そして、代表値算出部１３が代表値算出処理を行う際には、ブロックごとに最大値の画素を選ぶようにしたので、赤外センサ１１が検出した高温をそのまま出力することになる。低解像度の熱画像の１画素は、高解像度の熱画像の複数画素を平均化したものと考えることができる。したがって、ブロックごとの最大値を代表値として採用したときには、高解像度の熱画像を用いた場合と同様に、微小な高温部分が平均化されることなく出力される。したがって、受信端末２０では、ＱＶＧＡ規格の熱画像を使って監視を行うことになるが、監視場所の温度監視を、ＶＧＡ規格の熱画像で監視した場合と同様の解像度の高い最大温度の監視ができる。

【0030】

このように第１の処理モードとすることで、熱画像データを伝送する伝送路や受信端末２０として従来の能力のものをそのまま使って、解像度の高い温度監視ができるようになる。例えば伝送路としては、上述したように１画素が１６ビットで構成されたＱＶＧＡ規格の熱画像データを、毎秒３０フレームで受信端末２０に伝送する場合、約３７Ｍｂｐｓの転送レートになり、一般的に使用される伝送システムである、１００ＢＡＳＥの規格のＬＡＮのネットワークで転送が可能になる。また、受信端末２０についても、ＱＶＧＡ規格の熱画像を監視する能力で、実質的にＶＧＡ規格の熱画像を監視する能力を有することになり、熱画像を監視する能力の向上を図ることができる。
なお、温度検出用赤外線カメラ１０で温度を監視する場所が、低温となることを監視する場合には、第２の処理モードとして、代表値算出部１３が代表値算出処理を行う際には、ブロックごとに最小値の画素を選ぶようにすればよい。

【0031】

次に、図４のフローチャートに示す第３の処理モードとしたときの処理例について説明する。
まず、代表値算出部１３は、１ブロックの４画素のデータを取得する（ステップＳ２１）。そして、代表値算出部１３は、取得した４画素のデータの中で、画素値（温度）が最大となる画素と、画素値（温度）が最小となる画素の判定を行う（ステップＳ２２）。
次に、代表値算出部１３は、ステップＳ２２で判定した最大値と最小値との差を算出する（ステップＳ２３）。そして、代表値算出部１３は、代表値算出処理後のブロックの画素の出力値を、ステップＳ２３で算出した差の値とする（ステップＳ２４）。１ブロックの出力画素値がステップＳ２４で確定すると、代表値算出部１３は、ステップＳ２１の処理に戻り、次のブロックの処理に移る。

【0032】

このように第３の処理モードとしたとき、代表値算出部１３は、ブロックごとに最大値と最小値の差のデータを選択し、その選択した差の値の画素データを出力する。

【0033】

この第３の処理モードとしたときには、温度検出用赤外線カメラ１０が出力する熱画像データは、各ブロックの最大の温度差を示すようになるので、受信端末２０では、ブロックごと（出力画素ごと）の温度差の監視が高い解像度で良好にできるようになる。
図５は、第３の処理モードを適用した場合の、監視状態の一例を示す。ここでは、熱画像Ｐ１の中に、高温箇所Ｈが存在し、受信端末２０では、高温箇所Ｈのエッジ部分（輪郭）を正確に検出して、どの座標位置までが高温箇所Ｈであるかを監視するものである。

【0034】

このような用途で監視を行う際に、第３の処理モードとすることで、図５に示すように、例えばブロックｂ１の代表値画素、ブロックｂ２の代表値画素、・・・と、順に画素が得られるとき、高温箇所Ｈのエッジ部分の熱を検知したブロックｂ３が、最大の温度差になる。
したがって、画素数を減じた熱画像データを受信する受信端末２０では、高温箇所Ｈのエッジ部分が、温度検出用赤外線カメラ１０で得られる元の熱画像の解像度で検知できるようになる。

【0035】

［３．変形例］
なお、上述した実施の形態例では、温度検出用赤外線カメラ１０で得る熱画像をＶＧＡ規格の画素数とし、代表値算出処理して出力する熱画像をＱＶＧＡ規格の画素数とするのは一例であり、その他の画素数の熱画像を温度検出用赤外線カメラ１０が得るようにしてもよい。画素数を１／４に減ずるようにする点についても、一例であり、その他の画素数に減ずるようにしてもよい。

【0036】

１ブロックの画素数についても変化してもよい。上述した実施の形態例では、代表値算出処理を行う際の１ブロックの画素数として、４画素（水平２画素×垂直２画素）とした。この２画素を１ブロックとするのは一例であり、その他の画素数で１ブロックを構成して、より大きなブロックに対して代表値算出処理を行うようにしてもよい。
具体的には、代表値算出処理の単位のブロックとして、Ｎ画素×Ｍ画素（Ｎ、Ｍは任意の整数）で構成されるブロックとして一般化することができる。なお、１ブロックをＮ画素×Ｍ画素で構成したとき、そのブロックで割り切れない画素については切り捨てることなく、独立の微小領域とすればよい。

【0037】

また、上述した実施の形態例で示した毎秒３０フレームのフレームレートについても一例であり、その他のレートで熱画像を得る場合に適用が可能である。
さらに、上述した実施の形態例では、すべてのブロックに対して同一の代表値算出処理を行うものとしたが、ブロックごとに異なる代表値算出処理を行っても良い。すなわち、例えば、ある熱画像のあるブロックでは最大値を選択し、別のブロックでは最小値を選択し、さらに別のブロックでは最大値と最小値の差を選択することを可能としても良い。
また、画像内の一部領域（少なくとも一つのブロックを含む領域）について最大値、又は最小値、又は最大値と最小値の差を代表値とする代表値算出処理を行っていれば、その領域以外の部分では他の代表値算出処理を適用してもかまわない。他の代表値算出処理としては、ブロック内の固定位置の画素値や、平均値、中央値などがありうる。すなわち、例えば、ある熱画像のあるブロックでは最大値を選択し、別のブロックでは最小値を選択し、さらに別のブロックでは最大値、最小値、最大値と最小値の差とは異なる代表値を選択することを可能としても良い。
各ブロックでの代表値算出処理の選択を制御部１５に設定することによって変更できるように構築しても良い。

【符号の説明】

【0038】

１０…温度検出用赤外線カメラ、１１…赤外センサ、１２…赤外補正処理部、１３…代表値算出部、１４…出力部、１５…制御部、２０…受信端末、Ｐ１…熱画像、Ｈ…高温箇所

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】