特開 2023-156133 赤外線カメラ、画像処理方法、及び画像処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156133

(43)【公開日】2023-10-24

(54)【発明の名称】赤外線カメラ、画像処理方法、及び画像処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/33 20230101AFI20231017BHJP

   G01J 5/48 20220101ALI20231017BHJP

   G01J 1/42 20060101ALI20231017BHJP

   H04N 25/60 20230101ALI20231017BHJP

   H04N 23/55 20230101ALI20231017BHJP

   H04N 23/60 20230101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

H04N5/33

G01J5/48 E

G01J1/42 B

H04N5/357

H04N5/225 400

H04N5/232 290

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022065817

(22)【出願日】2022-04-12

(71)【出願人】

【識別番号】501497264

【氏名又は名称】西日本高速道路エンジニアリング四国株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 和明

(72)【発明者】

【氏名】林 詳悟

【テーマコード（参考）】

2G065

2G066

5C024

5C122

【Ｆターム（参考）】

2G065AA11

2G065AB02

2G065BA12

2G065BA34

2G065BC11

2G065CA07

2G065CA12

2G065DA01

2G065DA18

2G066AA04

2G066AC02

2G066AC09

2G066BA09

2G066BB02

2G066BB07

2G066BC11

2G066CA02

2G066CA04

5C024AX06

5C024CX04

5C024CX31

5C024EX15

5C024EX51

5C024GY31

5C024GZ36

5C024HX29

5C122DA12

5C122DA16

5C122EA22

5C122FB02

5C122FB17

5C122FH23

5C122HB01

(57)【要約】

【課題】撮像画像のノイズを低減することができる。
【解決手段】赤外線カメラ１０は、撮像画像に対して画像処理を実行するための実行部３２を備え、実行部３２は、撮像画像、及び黒体部で覆われた部分が撮像された撮像画像から抽出されたノイズの成分を取得する取得部３２２と、撮像画像の全体からノイズの成分を除去する除去部３２４と、を備えている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した撮像画像に対して画像処理を実行するための実行部と、を備え、
前記撮像部は、
前記被写体から放射される赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出部と、
前記赤外線検出部の一部を覆う黒体部と、を備え、
前記実行部は、
前記撮像画像、及び前記黒体部で覆われた部分が撮像された前記撮像画像から抽出されたノイズの成分を取得する取得部と、
前記撮像画像の全体から前記ノイズの成分を除去する除去部と、を備えている、赤外線カメラ。

【請求項2】

前記黒体部は、前記赤外線検出部のうち、前記ノイズが発生する方向に交差する方向に延長させた部分を覆う、
請求項１に記載の赤外線カメラ。

【請求項3】

前記黒体部は、前記赤外線検出部のうち、前記ノイズが発生する方向と直交する方向を全て覆い、前記ノイズが発生する方向と平行である方向は一部のみ覆う、
請求項２に記載の赤外線カメラ。

【請求項4】

偏光子と、前記偏光子を回転させるための駆動部と、を更に備え、
前記実行部は、回転部及び推定部を更に備え、
前記回転部は、前記駆動部を制御することで前記偏光子を１８０度以上回転させ、
前記取得部は、前記偏光子の回転中に、同一の前記被写体を撮像した複数の前記撮像画像を取得し、
前記推定部は、前記複数の撮像画像から検出された前記被写体の検出温度、及び当該検出温度を検出した場合における前記偏光子の回転角度に基づいて、前記被写体の温度を推定する余弦関数で表された温度推定モデルを推定し、前記被写体に反射した前記赤外線を最も除去した状態における前記検出温度を、前記温度推定モデルに基づいて推定する、
請求項１に記載の赤外線カメラ。

【請求項5】

前記回転部は、前記偏光子を一定の速度で回転させる、
請求項４に記載の赤外線カメラ。

【請求項6】

前記推定部は、前記被写体に反射した前記赤外線を全て除去した状態における前記検出温度を、前記温度推定モデルに基づいて推定する、
請求項４に記載の赤外線カメラ。

【請求項7】

前記推定部は、前記温度推定モデルにおけるオフセットから振幅の絶対値の差分をとった値を、前記被写体に反射した前記赤外線を最も除去した状態における前記検出温度として推定する、
請求項４に記載の赤外線カメラ。

【請求項8】

赤外線カメラに備えられた撮像部が撮像した撮像画像と、前記撮像部に備えられ、かつ被写体から放射される赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出部のうち、黒体部によって覆われた部分が撮像された前記撮像画像から抽出されたノイズの成分と、を取得し、
前記撮像画像の全体から前記ノイズの成分を除去する、
処理をコンピュータが実行する画像処理方法。

【請求項9】

赤外線カメラに備えられた撮像部が撮像した撮像画像と、前記撮像部に備えられ、かつ被写体から放射される赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出部のうち、黒体部によって覆われた部分が撮像された前記撮像画像から抽出されたノイズの成分と、を取得し、
前記撮像画像の全体から前記ノイズの成分を除去する、
処理をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤外線カメラ、画像処理方法、及び画像処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、赤外線カメラによって構造物の表面を撮影し、撮影した構造物表面の温度分布に基づいて構造物内部の損傷状態を調査するようにした赤外線カメラによる構造物調査方法が開示されている。この構造物調査方法においては、構造物内部の損傷部の深さおよび形状を異ならせた複数の損傷パターンを定め、複数の損傷パターン毎に、構造物表面の所定軸方向の温度分布形状を予め対応づけておき、赤外線カメラによって構造物の表面を撮影する。そして、この構造物調査方法においては、撮影結果から構造物表面の所定軸方向の温度分布を求め、求められた温度分布に一致する温度分布形状を判定し、この判定された温度分布形状に対応する損傷パターンが実際の構造物の損傷状態であると判断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１５１８０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

赤外線サーモグラフィ法によるコンクリート構造物の内部損傷に起因して発生する温度差は相対的に小さい。また、マイクロボロメータを検出素子として搭載する非冷却型の赤外線検出部を有する赤外線カメラ（以下、「非冷却型カメラ」ともいう。）は、冷却型の赤外線検出部を有する赤外線カメラ（以下、「冷却型カメラ」ともいう。）と比較して、感度が低く、撮像画像にノイズが多く発生する。したがって、非冷却型カメラは、コンクリート構造物の内部損傷を検出できない場合がある。

【0005】

本開示は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、従来と比較して撮像画像のノイズを低減することができる非冷却型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】

【0006】

上記目的を達成するために、第１態様に係る赤外線カメラは、被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した撮像画像に対して画像処理を実行するための実行部と、を備え、前記撮像部は、前記被写体から放射される赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出部と、前記赤外線検出部の一部を覆う黒体部と、を備え、前記実行部は、前記撮像画像、及び前記黒体部で覆われた部分が撮像された前記撮像画像から抽出されたノイズの成分を取得する取得部と、前記撮像画像の全体から前記ノイズの成分を除去する除去部と、を備えている。

【0007】

また、第２態様に係る赤外線カメラは、第１態様に係る赤外線カメラにおいて、前記黒体部は、前記赤外線検出部のうち、前記ノイズが発生する方向に交差する方向に延長させた部分を覆う。

【0008】

また、第３態様に係る赤外線カメラは、第２態様に係る赤外線カメラにおいて、前記黒体部は、前記赤外線検出部のうち、前記ノイズが発生する方向と直交する方向を全て覆い、前記ノイズが発生する方向と平行である方向は一部のみ覆う。

【0009】

また、第４態様に係る赤外線カメラは、第１態様から第３態様のうち何れか１態様に係る赤外線カメラにおいて、偏光子と、前記偏光子を回転させるための駆動部と、を更に備え、前記実行部は、回転部及び推定部を更に備え、前記回転部は、前記駆動部を制御することで前記偏光子を１８０度以上回転させ、前記取得部は、前記偏光子の回転中に、同一の前記被写体を撮像した複数の前記撮像画像を取得し、前記推定部は、前記複数の撮像画像から検出された前記被写体の検出温度、及び当該検出温度を検出した場合における前記偏光子の回転角度に基づいて、前記被写体の温度を推定する余弦関数で表された温度推定モデルを推定し、前記被写体に反射した前記赤外線を最も除去した状態における前記検出温度を、前記温度推定モデルに基づいて推定する。

【0010】

また、第５態様に係る赤外線カメラは、第４態様に係る赤外線カメラにおいて、前記回転部は、前記偏光子を一定の速度で回転させる。

【0011】

また、第６態様に係る赤外線カメラは、第４態様又は第５態様に係る赤外線カメラにおいて、前記推定部は、前記被写体に反射した前記赤外線を全て除去した状態における前記検出温度を、前記温度推定モデルに基づいて推定する。

【0012】

また、第７態様に係る赤外線カメラは、第４態様から第６態様のうち何れか１態様に係る赤外線カメラにおいて、前記推定部は、前記温度推定モデルにおけるオフセットから振幅の絶対値の差分をとった値を、前記被写体に反射した前記赤外線を最も除去した状態における前記検出温度として推定する。

【0013】

また、第８態様に係る画像処理方法は、赤外線カメラに備えられた撮像部が撮像した撮像画像と、前記撮像部に備えられ、かつ被写体から放射される赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出部のうち、黒体部によって覆われた部分が撮像された前記撮像画像から抽出されたノイズの成分と、を取得し、前記撮像画像の全体から前記ノイズの成分を除去する、処理をコンピュータが実行する。

【0014】

また、第９態様に係る画像処理プログラムは、赤外線カメラに備えられた撮像部が撮像した撮像画像と、前記撮像部に備えられ、かつ被写体から放射される赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出部のうち、黒体部によって覆われた部分が撮像された前記撮像画像から抽出されたノイズの成分と、を取得し、前記撮像画像の全体から前記ノイズの成分を除去する、処理をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、従来と比較して撮像画像のノイズを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１の実施形態に係る赤外線カメラの構成の一例を示す模式図である。

【図2】第１の実施形態に係る赤外線カメラの電気系の要部構成の一例を示すブロック図である。

【図3】実施形態に係る赤外線検出部の構成の一例を示す模式図である。

【図4】実施形態に係る実行部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図5】第１の実施形態に係る実行部の一例を示す機能ブロック図である。

【図6】第１の実施形態に係る画像処理の一例を示すフローチャートである。

【図7】第１の実施形態に係る画像処理の一例を説明する模式図である。

【図8】第１の実施形態に係る赤外線カメラにおいて画像処理を実行せずに露光時間のみを変更して取得した撮像画像の一例である。

【図9】冷却型カメラと、第１の実施形態に係る赤外線カメラと、を用いて、一定の温度の被写体を撮像した場合における検出温度の一例を示すグラフである。

【図10】平均化枚数に対する、評価領域の標準偏差の一例を示すグラフである。

【図11】冷却型カメラと、第１の実施形態に係る赤外線カメラと、を用いて、一定の温度の被写体を撮像した場合における検出温度の一例を示すグラフである。

【図12】冷却型カメラと、第１の実施形態に係る赤外線カメラと、を用いて、撮像した撮像画像の一例である。

【図13】第２の実施形態に係る赤外線カメラの構成の一例を示す模式図である。

【図14】第２の実施形態に係る赤外線カメラの電気系の要部構成の一例を示すブロック図である。

【図15】第２の実施形態に係る偏光子を回転させた状態の一例を示す模式図である。

【図16】第２の実施形態に係る偏光子の機能を説明するための模式図の一例である。

【図17】第２の実施形態に係る偏光子の回転角度に対する被写体の検出温度の一例を示すグラフである。

【図18】第２の実施形態に係る実行部の一例を示す機能ブロック図である。

【図19】第２の実施形態に係る画像処理の一例を示すフローチャートである。

【図20】第２の実施形態に係る供試体が内蔵された構造物の一例を示す模式図である。

【図21】冷却型カメラと、第２の実施形態に係る赤外線カメラと、を用いて、撮像した撮像画像の一例である。

【図22】第１の実施形態に係る赤外線カメラと第２の実施形態に係る赤外線カメラと、を用いて、反射光を含む被写体を撮像した撮像画像の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第１の実施形態］
以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0018】

図１に示されるように、本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、赤外線を赤外線カメラ１０に入射するための入射口１４、レンズ１６、赤外線検出部１８、及び黒体部１８Ａを備えている。なお、本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、固定式の赤外線カメラである。しかし、この例に限られない。赤外線カメラ１０は、固定式でない赤外線カメラであってもよい。

【0019】

赤外線検出部１８は、被写体から放射される赤外線を検出する。本実施形態に係る赤外線検出部１８は、非冷却型であってマイクロボロメータにより構成されている。なお、赤外線とは、光の一種であり、人間が見ることができる可視光（例えば、波長が３６０ｎｍから８３０ｎｍ）よりも長い波長域に区分される。本実施形態に係る赤外線カメラ１０が検出する波長は、８μｍから１４μｍまでの波長である。赤外線カメラ１０が検出する波長が３μｍから５μｍまでの波長の場合、反射光の影響を受けづらいという長所があるものの、太陽光の影響を受けるため、昼間の調査に適用しづらいという欠点があるためである。

【0020】

黒体部１８Ａは、赤外線検出部１８の一部を覆う。

【0021】

次に、本実施形態に係る赤外線カメラ１０の電気系の要部構成について説明する。図２に示されるように、本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、撮像部３０、実行部３２、表示部３５、及び記録部３６の各構成を有する。

【0022】

撮像部３０は赤外線検出部１８を備えている。撮像部３０は、赤外線検出部１８で検出された熱画像である撮像画像のデータを、実行部３２に入力する。

【0023】

実行部３２は、撮像部３０が撮像した撮像画像に対して画像処理を実行するための構成である。具体的に、実行部３２は、後述する画像処理プログラム３００を読み出し、後述する画像処理を実行する。

【0024】

表示部３５は、実行部３２から画像信号が入力されることで、撮像部３０で撮像する画像、及び後述する画像処理が実行された撮像画像などを表示する。記録部３６は、実行部３２から画像信号が入力されることで、撮像部３０で撮像する画像、及び後述する画像処理が実行された撮像画像などを記録する。

【0025】

次に、赤外線検出部１８の構成について説明する。非冷却型の赤外線検出部１８は、撮像画像に縦方向のノイズを発生させる傾向がある。そこで、図３に示すように、本実施形態に係る赤外線検出部１８は、ノイズが発生する方向（縦方向）に交差する方向に延長させた部分である上端部及び下端部に黒体部１８Ａを備えている。具体的に、本実施形態に係る黒体部１８Ａは、赤外線検出部１８のうち、ノイズが発生する方向と直交する方向を全て覆い、ノイズが発生する方向と平行である方向は一部のみ覆っている。これにより、上端部及び下端部から赤外線検出部１８に赤外線が入射することを防ぐことができるため、赤外線カメラ１０は縦方向のノイズの成分を抽出できる。

【0026】

しかし、この例に限られない。例えば、赤外線検出部１８は、上端部のみ、又は下端部のみに黒体部１８Ａを備えていてもよい。または、赤外線検出部１８は、上端部及び下端部に加えて、複数の黒体部１８Ａを備えていてもよい。また、赤外線検出部１８が撮像画像に横方向のノイズを発生させる傾向がある場合は、左端部及び右端部のうち少なくとも一方に黒体部１８Ａを備えることで、赤外線カメラ１０は横方向のノイズの成分を抽出できる。

【0027】

次に、実行部３２のハードウェア構成について説明する。図４に示すように、実行部３２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３２Ｃ、及び通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）３２Ｄを有する。各構成は、バス３２Ｅを介して相互に通信可能に接続されている。

【0028】

ＣＰＵ３２Ａは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ３２Ａは、ＲＯＭ３２Ｂからプログラムを読み出し、ＲＡＭ３２Ｃを作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ３２Ａは、ＲＯＭ３２Ｂに記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ３２Ｂには、画像処理プログラム３００が格納されている。

【0029】

ＲＯＭ３２Ｂは、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ３２Ｃは、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。

【0030】

通信Ｉ／Ｆ３２Ｄは、撮像部３０、表示部３５、及び記録部３６等の他の構成と通信するためのインタフェースである。

【0031】

次に、実行部３２の機能構成について説明する。

【0032】

図５に示すように、実行部３２は、機能構成として、取得部３２２、除去部３２４、及び表示部３２８を有する。各機能構成は、ＣＰＵ３２ＡがＲＯＭ３２Ｂに記憶された画像処理プログラム３００を読み出し、実行することにより実現される。

【0033】

取得部３２２は、撮像部３０から撮像画像を取得する。また、取得部３２２は、黒体部１８Ａが撮像された上記撮像画像からノイズの成分（以下、「ノイズ成分」という。）を取得する。具体的に、取得部３２２は、黒体部１８Ａの検出温度から黒体部１８Ａの平均検出温度を減算した値をノイズ成分として取得する。

【0034】

除去部３２４は、取得部３２２が取得した撮像画像の全体から、取得部３２２が取得したノイズ成分を除去する。

【0035】

表示部３２８は、除去部３２４がノイズ成分を除去した撮像画像を表示部３５に表示する。

【0036】

次に、実行部３２の作用について説明する。

【0037】

図６は、本実施形態に係る実行部３２による画像処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ３２ＡがＲＯＭ３２Ｂから画像処理プログラム３００を読み出して、ＲＡＭ３２Ｃに展開して実行することにより、画像処理が行なわれる。

【0038】

図６のステップＳ１００において、ＣＰＵ３２Ａは、撮像部３０から撮像画像を取得する。以下では、ステップＳ１００において、ＣＰＵ３２Ａが取得した撮像画像を取得画像という。

【0039】

ステップＳ１０２において、ＣＰＵ３２Ａは、黒体部１８Ａで覆われた部分が撮像された取得画像からノイズ成分を取得する。以下では、ＣＰＵ３２Ａが取得したノイズ成分を取得ノイズという。

【0040】

ステップＳ１０４において、ＣＰＵ３２Ａは、取得画像の全体から取得ノイズを除去する。

【0041】

ステップＳ１０６において、ＣＰＵ３２Ａは、ステップＳ１０４において取得ノイズを除去した取得画像であるノイズ除去画像を表示部３５に表示し、本画像処理を終了する。

【0042】

図７は、本実施形態に係る画像処理を説明する模式図である。図７において、左図が取得画像、中央の図が取得ノイズ、右図がノイズ除去画像の一例を示す。ＣＰＵ３２Ａは、取得画像のうち、黒体部１８Ａで覆われた部分におけるノイズを抽出する。本実施形態では、ノイズは縦方向に延びて表れるため、黒体部１８Ａで覆われた部分から抽出したノイズを延長（補完）することにより、取得画像全体におけるノイズが取得できる。これが取得ノイズである。ＣＰＵ３２Ａは、取得画像から、取得ノイズを除去することで差分処理を実行し、ノイズ除去画像を表示部３５に表示する。図７の右図は、図７の左図と比較して、縦方向のノイズが低減している。

【0043】

次に、画像処理以外の、撮像画像に発生するノイズを低減するための処理について説明する。

【0044】

まず、露光時間を延長する処理について説明する。図８に、本実施形態に係る赤外線カメラ１０において画像処理を実行せずに露光時間のみを変更して取得した撮像画像を示す。図８（Ａ）に露光時間を標準的な４３μｍにして取得した撮像画像を示し、図８（Ｂ）に露光時間を１００μｍにして取得した撮像画像を示す。図８（Ｂ）に示す撮像画像は、図８（Ａ）に示す撮像画像と比較して、縦方向のノイズが低減している。また、図８の白い線で示された評価ラインにおける検出温度の標準偏差は、図８（Ａ）では０．３１２、図８（Ｂ）では０．０９６であった。したがって、露光時間の延長は、ノイズの低減に効果がある。

【0045】

図９に、冷却型カメラと、本実施形態に係る赤外線カメラ１０と、を用いて、一定の温度の被写体を撮像した場合における検出温度を示す。冷却型カメラは、非冷却型カメラと比較して温度分解能が高いためノイズを低減できるものの、非冷却型カメラと比較して価格が高い、という課題がある。図９の最上段のグラフは、冷却型カメラが撮像した場合の検出温度である。また、図９の上から２番目のグラフは、露光時間が１００μｍで画像処理を実行せずに本実施形態に係る赤外線カメラ１０が撮像した場合の検出温度である。また、図９の最下段のグラフは、露光時間が４３μｍで画像処理を実行せずに本実施形態に係る赤外線カメラ１０が撮像した場合の検出温度を示す。図９より、画像処理を実行していない本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、露光時間を延長しても、冷却型カメラと同程度にノイズを低減できないことがわかる。

【0046】

次に、複数の撮像画像を平均化する処理（以下、「平均化処理」という。）について説明する。図１０に、本実施形態に係る赤外線カメラ１０において画像処理を実行せずに平均化処理を行った撮像画像の枚数（以下、「平均化枚数」という。）に対する、評価ラインにおける検出温度の標準偏差（以下、「評価領域の標準偏差」という。）を示す。図１０において、露光時間が４３μｍの場合の評価領域の標準偏差が丸印で、露光時間が１００μｍの場合の評価領域の標準偏差が三角形でプロットされている。また、図１０において、露光時間が１５０μｍの場合の評価領域の標準偏差が四角形で、露光時間が２００μｍの場合の評価領域の標準偏差がバツ印でプロットされている。図１０より、露光時間に関係なく、平均化枚数が増えるほど、評価領域の標準偏差は低減する。しかし、平均化枚数が１０枚以上の場合、平均化枚数を１枚増加することにより低減する評価領域の標準偏差は、平均化枚数が１０枚未満の場合と比較して小さい。したがって、平均化枚数を１０枚以上にしても、ノイズの低減効果は平均化枚数が１０枚の場合と変わらないことがわかる。

【0047】

次に、画像処理及び平均化処理の実行によるノイズ低減の効果について説明する。図１１に、冷却型カメラと、本実施形態に係る赤外線カメラ１０とを用いて、一定の温度の被写体を撮像した場合における検出温度を示す。図１１の最上段のグラフは、冷却型カメラが撮像した場合の検出温度である。また、図１１の上から２番目のグラフは、露光時間が１００μｍの本実施形態に係る赤外線カメラ１０において画像処理及び平均化処理を実行した場合の検出温度を示す。また、図１１の最下段のグラフは、露光時間が１００μｍの本実施形態に係る赤外線カメラ１０において平均化処理のみを実行した場合の検出温度を示す。図１１より、本実施形態に係る赤外線カメラ１０（すなわち、非冷却型の赤外線検出部を有する赤外線カメラ）において露光時間を延長し、かつ画像処理及び平均化処理を実行しても、冷却型カメラと同程度に検出温度の標準偏差を低減できないことがわかる。

【0048】

図１２に、冷却型カメラと、本実施形態に係る赤外線カメラ１０とを用いて、撮像した撮像画像を示す。図１２（Ａ）に、本実施形態に係る赤外線カメラ１０で露光時間を１００μｍにして平均化処理のみを実行した場合の撮像画像を示す。また、図１２（Ｂ）に、本実施形態に係る赤外線カメラ１０で露光時間を１００μｍにして画像処理及び平均化処理を実行した場合の撮像画像を示す。また、図１２（Ｃ）に、冷却型カメラを使用して撮像した撮像画像を示す。図１２の白い線で示された評価ラインにおける検出温度の標準偏差は、図１２（Ａ）では０．０４７、図１２（Ｂ）では０．０４５、図１２（Ｃ）では０．０２８であった。したがって、本実施形態に係る赤外線カメラ１０において露光時間を延長し、かつ画像処理及び平均化処理を実行しても、冷却型カメラと同程度に検出温度の標準偏差を低減できないことがわかる。一方、図１２（Ｂ）に示す撮像画像は図１２（Ａ）に示す撮像画像と比較して、縦方向のノイズが低減している。また、図１２（Ｂ）に示す撮像画像は図１２（Ｃ）に示す撮像画像と比較して、縦方向のノイズが変わらない。したがって、本実施形態に係る赤外線カメラ１０において露光時間を延長し、かつ画像処理及び平均化処理を実行すれば、外見上は、冷却型カメラと同程度にノイズを低減できることがわかる。

【0049】

以上説明したように、第１の実施の形態に係る赤外線カメラ１０は、被写体を撮像する撮像部３０と、撮像画像に対して画像処理を実行するための実行部３２と、を備えている。撮像部３０は、被写体から放射される赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出部１８と、赤外線検出部１８の一部を覆う黒体部１８Ａと、を備えている。また、実行部３２は、撮像画像、及び黒体部１８Ａで覆われた部分が撮像された撮像画像から抽出されたノイズの成分を取得する取得部３２２と、撮像画像の全体からノイズの成分を除去する除去部３２４と、を備えている。これにより、冷却型カメラと比較して安価な非冷却型カメラは、従来と比較して撮像画像のノイズを低減することができる。

【0050】

また、本実施形態に係る赤外線カメラ１０が検出する波長は、８μｍから１４μｍまでの波長であるため、昼夜を問わずに赤外線カメラ１０を使用することができる。

【0051】

なお、第１の実施形態に係る赤外線カメラ１０は、赤外線検出部１８の一部を覆う黒体部１８Ａを備えていた。しかし、この例に限られない。第１の実施形態に係る赤外線カメラ１０は、黒体部１８Ａを備えていなくてもよい。この場合、取得部３２２は、平均化フィルタにより撮像画像からボケ画像を作成し、当該撮像画像からボケ画像を差分することで、ノイズ成分を取得する。そして、除去部３２４は、撮像画像の全体から取得したノイズの成分を除去する。

【0052】

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、赤外線カメラ１０が偏光子を備えていなかった。本実施形態では、偏光子を回転させて温度を測定すると余弦波（コサイン波）に近似することを用いて、赤外線カメラ１０が、被写体に反射した赤外線（以下、「反射光」という）を除去する。以下、第１の実施形態との相違点について説明する。

【0053】

図１３に示すように、本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、偏光子２０、支持板２２、及びモータ２４を有する点が第１の実施形態と異なる。

【0054】

偏光子２０は、一方向のみに振動する光だけを透過し、当該一方向以外の方向に振動する光を遮断する性質を持つ光学素子である。偏光子２０は、図１５に示すように、所定の方向に沿って配置された細かな縦筋状のワイヤグリッド２０Ａを備えている。複数のワイヤグリッド２０Ａは、平行に配置されている。

【0055】

支持板２２は、例えば円盤状とされており、偏光子２０を支持した状態で回転する。

【0056】

駆動部としてのモータ２４は、円盤状の支持板２２の外周を駆動することで、偏光子２０を回転させる。

【0057】

なお、本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、第１の実施形態に係る赤外線カメラ１０と異なり、非冷却型カメラに限定されない。すなわち、本実施形態に係る赤外線カメラ１０として、冷却型カメラを適用してもよい。

【0058】

次に、本実施形態に係る赤外線カメラ１０の電気系の要部構成について説明する。図１４に示すように、本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、モータ２４を有する点が第１の実施形態と異なる。

【0059】

実行部３２は、モータ２４を制御することで、支持板２２に支持された偏光子２０を回転させる。

【0060】

図１５に、偏光子２０を回転させた状態を示す。図１５（Ａ）は、偏光子２０の回転角度が０度の状態であり、この偏光子２０の位置が基準位置となる。図１５（Ｂ）は、基準位置に対する偏光子２０の回転角度が４５度の状態である。図１５（Ｃ）は、基準位置に対する偏光子２０の回転角度が９０度の状態である。図１５（Ｄ）は、基準位置に対する偏光子２０の回転角度が１３５度の状態である。回転角度が０度の場合、反射光の振幅方向（以下、「反射振幅方向」という）がワイヤグリッド２０Ａの方向と直交するため、偏光子２０は反射光を透過する。一方、回転角度が９０度の場合、反射振幅方向はワイヤグリッド２０Ａの方向と平行であるため、偏光子２０は反射光を除去する。

【0061】

図１６は、偏光子２０の機能を説明するための模式図である。図１６において、偏光子２０の回転角度は０度である。図１６に示されるように、反射振幅方向がワイヤグリッド２０Ａの方向と直交するため、偏光子２０は反射光Ｗを透過している。

【0062】

図１７に、偏光子２０の回転角度に対する被写体の検出温度の一例を示す。図１７における丸印が、偏光子２０を３６０度回転して撮像した複数の撮像画像から検出された検出温度を示す。そして、図１７における余弦波（コサイン波）が検出温度を推定する温度推定モデルを示す。温度推定モデルは、式（１）で表された余弦関数である。式（１）において、Ｙｎが検出温度、Ａが振幅、δが位相差、θが偏光子２０の回転角度、ｎが周波数、Ｂがオフセットを示す。

【0063】

【数1】

【0064】

図１７より、回転角度が０度、１８０度、及び３６０度の場合に、偏光子２０が反射光を最も透過しているため最も検出温度が高く、回転角度が９０度及び２７０度の場合に、偏光子２０が反射光を除去しているため最も検出温度が低いことがわかる。そこで本実施形態に係る赤外線カメラ１０は、温度推定モデルにおけるオフセットＢから、振幅Ａの絶対値の差分をとることで、回転角度が９０度及び２７０度の場合、すなわち反射光を最も除去した状態における検出温度を推定する。なお、赤外線カメラ１０は、温度推定モデルにおけるθに９０度又は２７０度を代入して、反射光を最も除去した状態における検出温度を推定してもよい。以下では、反射光を最も除去した状態における検出温度の推定値を「推定温度」という。なお、偏光子２０が全ての反射光を除去可能な場合、検出温度は、反射光を全て除去した状態における検出温度となる。

【0065】

次に、実行部３２の機能構成について説明する。

【0066】

図１８に示すように、実行部３２は、回転部３２０及び推定部３２６を備えている点が第１の実施形態と異なる。

【0067】

回転部３２０は、モータ２４を制御することで、支持板２２に支持された偏光子２０を１８０度以上回転させる。本実施形態では、回転部３２０は、偏光子２０が一定速度で周方向に回転するようにモータ２４を制御する。

【0068】

取得部３２２は、偏光子２０の回転中に、同一の被写体を撮像した複数の撮像画像を取得する点が第１の実施形態と異なる。本実施形態では、取得部３２２は、偏光子２０が所定の角度（例えば、４０度）回転する度に撮像画像を取得する。しかし、この例に限られない。例えば、偏光子２０が一定速度で回転していれば、取得部３２２は、偏光子２０の角度に関係なく所定の時間（例えば、０．１秒）が経過する度に撮像画像を取得してもよい。

【0069】

また、取得部３２２は、複数の撮像画像から、被写体の検出温度、及び当該検出温度を検出した場合における偏光子２０の回転角度を画素毎に取得する点が第１の実施形態と異なる。

【0070】

推定部３２６は、取得部３２２が取得した被写体の検出温度、及び当該検出温度を検出した場合における偏光子２０の回転角度に基づいて温度推定モデルを推定し、温度推定モデルに基づいて推定温度を推定する。

【0071】

次に、実行部３２の作用について説明する。

【0072】

図１９は、本実施形態に係る実行部３２による画像処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ３２ＡがＲＯＭ３２Ｂから画像処理プログラム３００を読み出して、ＲＡＭ３２Ｃに展開して実行することにより、画像処理が行なわれる。

【0073】

図１９のステップＳ２００において、ＣＰＵ３２Ａは、モータ２４を制御することで偏光子２０を１８０度以上回転させる。

【0074】

ステップＳ２０２において、ＣＰＵ３２Ａは、偏光子２０の回転中に、同一の被写体が撮像された複数の撮像画像を取得する。以下では、ステップＳ２０２において、ＣＰＵ３２Ａが取得した撮像画像を回転画像という。

【0075】

ステップＳ２０４において、ＣＰＵ３２Ａは、黒体部１８Ａで覆われた部分が撮像された回転画像から取得ノイズを取得する。

【0076】

ステップＳ２０６において、ＣＰＵ３２Ａは、全ての回転画像の全体から取得ノイズを除去する。

【0077】

ステップＳ２０８において、ＣＰＵ３２Ａは、取得した全ての回転画像から、画素毎の検出温度、及び当該検出温度を検出した場合の偏光子２０の回転角度を取得する。

【0078】

ステップＳ２１０において、ＣＰＵ３２Ａは、ステップＳ２０８において取得した検出温度、及び偏光子２０の回転角度に基づいて非線形回帰を行うことにより、温度推定モデルを推定する。

【0079】

ステップＳ２１２において、ＣＰＵ３２Ａは、ステップＳ２１０において推定した温度推定モデルにおけるオフセットＢから、振幅Ａの絶対値の差分をとることで、推定温度を推定する。

【0080】

ステップＳ２１４において、ＣＰＵ３２Ａは、回転画像の全ての画素における推定温度を推定したか否かを判定する。ＣＰＵ３２Ａは、回転画像の全ての画素における推定温度を推定した場合（ステップＳ２１４：ＹＥＳ）、ステップＳ２１６に移行する。一方、ＣＰＵ３２Ａは、回転画像の全ての画素における推定温度を推定していない場合（ステップＳ２１４：ＮＯ）、ステップＳ２１０に戻る。

【0081】

ステップＳ２１６において、ＣＰＵ３２Ａは、推定した推定温度の熱画像を、撮像部３０が撮像した撮像画像として表示部３５に表示し、本画像処理を終了する。

【0082】

次に、本実施形態に係る画像処理の実行によるノイズの低減効果について説明する。図２０に、供試体Ｔが内蔵された構造物Ｓを示す。図２０において点線で供試体Ｔを、実線で構造物Ｓを示す。図２０（Ａ）にかぶり厚が２ｃｍの位置に、図２０（Ｂ）にかぶり厚が３ｃｍの位置に、図２０（Ｃ）にかぶり厚が４ｃｍの位置に、それぞれ供試体Ｔが内蔵されている状態を示す。なお、供試体Ｔの幅及び高さは１５０ｍｍである。

【0083】

図２１に、冷却型カメラ及び本実施形態に係る赤外線カメラ１０を用いて、図２０に示した構造物Ｓを撮像した場合における撮像画像を示す。図２１（Ａ）に赤外線カメラ１０において本実施形態に係る画像処理を実行せずに撮像した撮像画像を示す。また、図２１（Ｂ）に赤外線カメラ１０において本実施形態に係る画像処理を実行して撮像した撮像画像を示す。なお、画像処理において推定される温度推定モデルの初期値は、周波数ｎを偏光子２０の回転数を２倍にした値、位相差δを０、振幅Ａを検出温度Ｙｎの較差、オフセットＢを検出温度の平均値として設定している。また、図２１（Ｃ）に冷却型カメラで撮像した撮像画像を示す。

【0084】

図２１（Ａ）に示された撮像画像は、図２１（Ｂ）及び図２１（Ｃ）に示された撮像画像と比較してノイズが多い。また、図２１（Ａ）の左図において、かぶり厚が４ｃｍの位置に内蔵された供試体Ｔと、構造物Ｓとの温度差は約０．１℃として検出されている。すなわち、本実施形態に係る画像処理を実行しない非冷却型カメラは、ノイズが多いために、かぶり厚が４ｃｍの位置に内蔵された供試体Ｔを検出することができない。

【0085】

一方、図２１（Ｂ）に示された撮像画像は、図２１（Ａ）に示された撮像画像と比較してノイズが少なく、図２１（Ｃ）に示された撮像画像と同程度のノイズしか発生していない。また、図２１（Ｂ）及び図２１（Ｃ）において、かぶり厚が４ｃｍの位置に内蔵された供試体Ｔと、構造物Ｓとの温度差は約３．０℃として検出されている。したがって、非冷却型カメラであっても、本実施形態に係る画像処理を実行すれば、冷却型カメラと同様にノイズを除去できることがわかる。

【0086】

また、図２２に、第１の実施形態に係る赤外線カメラと、第２の実施形態に係る赤外線カメラと、を用いて、橋梁内の内部構造であるボイドを撮像した撮像画像を示す。図２２（Ａ）に第１の実施形態に係る赤外線カメラにおいてノイズを除去した撮像画像を示す。また、図２２（Ｂ）に本実施形態に係る赤外線カメラ１０においてノイズを除去し、かつ偏光子２０の回転により反射光を除去する処理を実行した撮像画像を示す。すなわち、図２２（Ａ）と図２２（Ｂ）とでは、偏光子２０の回転による反射光を除去する処理の実行有無が異なる。また、図２２において白い点線で囲まれた部分は、ボイドがある部分（以下、「ボイド部」という）である。図２１（Ａ）におけるボイド部は反射光と重なっており、ボイドにより生じた温度差を確認することができない。一方、図２２（Ｂ）におけるボイド部では反射光を除去できているため、ボイドにより生じた温度差を確認することができる。したがって、本実施形態に係る赤外線カメラ１０において画像処理を実行すれば、反射光が発生する場合においても、橋梁内部の構造や損傷の温度差を検出することが可能になる。

【0087】

以上説明したように、第２の実施の形態に係る赤外線カメラ１０は、偏光子２０と、偏光子２０を回転させるためのモータ２４と、を更に備えている。また、第２の実施の形態に係る実行部３２は、回転部３２０及び推定部３２６を更に備えている。回転部３２０は、モータ２４を制御することで偏光子２０を１８０度以上回転させる。また、取得部３２２は、偏光子２０の回転中に、同一の被写体を撮像した複数の回転画像を取得する。また、推定部３２６は、複数の回転画像から検出された被写体の検出温度、及び当該検出温度を検出した場合における偏光子２０の回転角度に基づいて推定モデルを推定し、推定温度を、温度推定モデルに基づいて推定する。これにより、従来と比較して反射光を低減することができる。したがって、例えば、コンクリート構造物の損傷調査、及びビルの外壁診断等において、調査対象の周辺の熱環境からの反射光が赤外線カメラ１０に映りこみ、当該反射光による温度差が内部損傷として誤検出される可能性を低減することができる。また、反射光の映り込みが内部損傷と重なることで、内部損傷を見逃してしまう可能性を低減することができる。

【0088】

なお、本開示は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【0089】

例えば、上記各実施形態の実行部３２は、赤外線カメラ１０に内蔵されていた。しかし、この例に限られない。例えば、実行部３２は、赤外線カメラ１０と別体で構成されていてもよい。

【0090】

また、上記各実施形態では、黒体部１８Ａは、赤外線検出部１８のうち、ノイズが発生する方向（縦方向）に交差する方向に延長させた部分である上端部及び下端部の２箇所を覆うように設けられている。しかし、これに限定されない。黒体部１８Ａは、赤外線検出部１８を、１箇所又は３箇所以上で覆うように設けられてもよい。また、黒体部１８Ａは、必ずしも赤外線検出部１８の端を覆わなくてもよい。ノイズが発生する方向に交差する方向に延長されていれば、端から離れた場所において赤外線検出部１８を覆うように設けられてもよい。また、上記実施形態では、ノイズが図面の縦方向に延びる場合について説明したが、ノイズが横方向に延びる場合、ノイズが伸方向に交差する方向、すなわち、縦方向に延びるように、黒体部１８Ａが設けられうる。

【0091】

また、上記各実施形態でＣＰＵ３２Ａがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した各種処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、上記各種処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

【0092】

また、上記各実施形態では、画像処理プログラム３００がＲＯＭ３２Ｂに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【0093】

また、上記各実施形態で説明した処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

【0094】

その他、上記各実施形態で説明した赤外線カメラ１０の各々の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。

【符号の説明】

【0095】

１０ 赤外線カメラ
１８ 赤外線検出部
１８Ａ 黒体部
２０ 偏光子
２０Ａ ワイヤグリッド
２４ モータ
３０ 撮像部
３２ 実行部
３００ 画像処理プログラム
３２０ 回転部
３２２ 取得部
３２４ 除去部
３２６ 推定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】