(57)【要約】  関心物質の存在を検出するためのシステム及び道具が提供される。本システムは、ハイパースペクトル画像カメラを使用して乗物のような囲まれた領域の画像を取得する。乗物は、自動車、トラック、列車又は船艇を含む。本システムはまた、演算処理装置と記憶装置とを有する。演算処理装置は、ハイパースペクトル画像カメラによって撮られた画像を受ける。次いで、演算処理装置は、かかる画像が或る物質を含んでいるか否かを判定する。これら物質には、アルコール、一酸化炭素、違法物質及び危険な化学物質が含まれる。記憶装置は、演算処理装置に電気的に結合され、検出事象、検出物質及び検出時刻のようなデータ情報を記憶するのに使用される。かかる情報は、遠隔地のラップトップへインターネットを通じて送られ、又はライブでストリーミングされる。本実施形態は、法執行者によって対象車両を監視するために使用され、公共の安全の重要な一部となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物内の関心物質を検出するためのハイパースペクトル画像カメラであって、
スペクトル画像を捕捉する電子イメージセンサと、
前記電子イメージセンサに電気的に結合して、前記スペクトル画像を受けかつ前記乗物内の空気が少なくとも一つの関心物質を含むか否かを判断する演算処理装置と、を有する、ことを特徴とする道具。
【請求項２】
前記処理装置に結合した画像マルチプレクサを更に有する、請求項１記載の道具。
【請求項３】
前記画像マルチプレクサは、前記カメラの近くのより広い領域を観察するために、ミラー及びレンズを回転させる回転自在なスイベル上のペリスコープを更に有する、請求項２記載の道具。
【請求項４】
乗物は、自動車、トラック、列車又は船艇のような、輸送手段である、請求項１記載の道具。
【請求項５】
前記画像カメラは、通過する乗物を捕捉することができる、請求項１記載の道具。
【請求項６】
前記イメージセンサは、移動する物体から画像を獲得する、請求項１記載の道具。
【請求項７】
前記演算処理装置は、前記画像を、ある電磁スペクトルにわたって複数の帯域に分解する、請求項１記載の道具。
【請求項８】
前記関心物質は、アルコール、一酸化炭素、非合法物質、及び危険な化学物質である、請求項１記載の道具。
【請求項９】
前記画像カメラは、塩素ガス、プロパンガス又は他の有害なガスのような、危険な積荷の漏出を調べるのに使用される、請求項１記載の道具。
【請求項１０】
前記演算処理装置は、捕捉した画像から、物質を判断し、認識する、請求項１記載の道具。
【請求項１１】
前記演算処理装置は、前記関心物質についての情報を遠隔地に送る、請求項１記載の道具。
【請求項１２】
前記演算処理装置は、情報を遠隔地にライブでストリーミングされる、請求項１記載の道具。
【請求項１３】
乗物内の関心物質を監視するためのシステムであって、
画像を獲得するハイパースペクトル画像カメラと、
前記画像カメラと電気的に結合した演算処理装置であって、前記演算処理装置は、前記画像を受けて、前記画像が、関心物質を含むか否かを判断する演算処理装置と、
前記演算処理装置と電気的に結合した記憶装置と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記乗物は、自動車、トラック、列車又は船艇のような、輸送手段である、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記画像カメラは、通過する乗物を監視するように設置される、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記画像カメラは、移動する物体から画像を獲得する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記演算処理装置は、前記画像を、ある電磁スペクトルにわたって複数の帯域に分解する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
前記画像カメラは、前記カメラの近くのより広い領域を観察するために、ミラー及びレンズを回転させる回転自在なスイベル上のペリスコープのような、画像マルチプレクサを有する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１９】
前記関心物質は、アルコール、一酸化炭素、非合法物質、及び有害化学物質である、請求項１３記載のシステム。
【請求項２０】
前記画像カメラは、塩素ガス、プロパンガス又は他の有害なガスのような、危険な積荷の漏出を調べるのに使用される、請求項１３記載のシステム。
【請求項２１】
前記演算処理装置は、捕捉した画像から、物質を判断し、認識する、請求項１３記載のシステム。
【請求項２２】
前記演算処理装置は、前記関心物質についての情報を遠隔地に送る、請求項１３記載のシステム。
【請求項２３】
前記演算処理装置は、情報を遠隔地にライブでストリーミングされる、請求項１３記載のシステム。
【請求項２４】
前記記憶装置は、検出事象、検出物質、及び検出時刻のような、情報を記憶する、請求項１３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
違法な物質又危険な物質を監視することは、政府及び法の執行機関にとって常に重要なことである。アルコール、違法な薬物、爆薬、一酸化炭素又は他の危険な又は禁止された物質が、関心物質であってもよい。これらの物質を監視する一つの方法は、特に交戦地帯における検問所及び／又は道路上の防塞で、かかる監視を実施することである。例えば、飲酒運転（Driving While Intoxicated：ＤＷＩ）の検問所が、法の執行機関によって選択された道路又は高速道路に設定され、飲酒運転の容疑者を止めて拘束する。境界交差又は農業チェックのために設置された道路上の防塞と同様に、警察官は、いつ車両を止めて運転者の飲酒をチェックするのかを決定するのに、中立的な方針を使用する。運転者が（不明瞭な話しぶりやうつろな目などで）明らかに飲酒していれば、警察官は、運転者に車両を出るよう要求し、フィールド飲酒テストを実施するであろう。運転者が酔っていると思われれば、適正な拘留ということになるであろう。しかしながら、交通量の多い環境では、かかる監視は時として困難である。そのうえ、多くの危険物質及び禁止物質を、普通の人間の間隔で検出することは困難である。
【０００２】
以下の詳細な説明が添付の図面とともに考慮されるとき、種々の開示されたシステム及び方法の実施形態のより良い理解が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本検出システムが採用され得る例示の環境を示す。
【図２】例示のハイパーカメラシステムを示す。
【図３】ハイパーカメラによって捕捉された例示の画像の側面図である。
【図４】例示の関心物質のスペクトル図である。
【図５】監視物質を検出するための例示の方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
背景技術において特定された問題は、禁止された物質又は危険な物質を検出するための本システム及び道具によって、少なくとも部分的に扱われる。開示の道具の少なくとも一つの実施形態は、乗物内の関心物質の存在を検出するためのハイパースペクトル画像カメラである。カメラは、スペクトル画像を捕捉する電子イメージセンサを有し、演算処理装置がイメージセンサに電気的に結合されている。演算処理装置は、スペクトル画像を受けて、乗物内の空気又は乗物表面が少なくとも一つの関心物質を含むか否かを判定する。例示の関心物質は、アルコール及び一酸化炭素、並びに爆薬、違法な薬物、及び他のあらゆる登録された又は危険な化学物質を含む。カメラによって撮像される乗物には、自動車、トラック、列車、船艇、又はその他の輸送手段が含まれ得る。
【０００５】
本システム及び方法の理解を更に助けるために、我々は、それらの使用及び操作に関して適切な環境を説明する。したがって、図１は、例示の検出環境を示す。車両１０２が、料金所のブース１０４のすぐ横の料金所のレーンを通過している。車両１０２が通過する際に、ハイパースペクトルカメラ１０６が、車両の風防ガラス又はサイドウインドウ越しの光景を含む画像を捕捉する。カメラ１０６は、車両の運転者が位置している領域をカバーするように向けられるのがよい。運転室及び／又は客室の空気中の蒸気、又は、客室表面又は客室内の、内外の人又は他のものの上の残留物は、スペクトル画像の一部として捕捉され得るスペクトル信号を示す。カメラは、プログラム可能なコンピュータ１１０の演算処理装置のようなものによってアクセスされ得る情報記憶装置１０８に画像イメージを伝える。演算処理装置は、カメラ１０６によって撮られたスペクトル画像を取得して、車両内の空気が少なくとも一つの関心物質を含んでいるか否かを判定する。演算処理装置の分析の結果は、スクリーンに表示され、通信ネットワークを通じて遠隔地へ送られ、及び／又は、将来の照会のために局地的に記憶される。
【０００６】
演算処理装置の分析結果を受ける人の中に、料金所のブースの近くの警察官がいるとよい。分析結果に基づき、警察官は、車両を引き留めて、乗員に、禁止物質又は危険物質の存在容疑を通告することができる。或る場合には、警察官は、状況の取り調べを更に行い、正当な理由があれば、乗員を拘留し、かつ／また、車両を押収することができる。
【０００７】
或るシステムの実施形態は、分析結果を車両の乗員に報知する自動化された信号を有する。かかる報知は、一酸化炭素のような危険物質に対して特に有用であると思われる。信号は、甚だしく遅延することなく、乗員の車両の安全性を評価させるように彼らに促すメッセージと共に、乗員が更なる情報を獲得するために、電話番号を含んでもよい。
【０００８】
図２は、レベリオン・フォトニクス（Rebellion Photonics）製のカメラを代表するハイパースペクトルカメラ１０６についての例示の構成を示す。物体からの入射光２０２は、水晶、サファイア、又は他の高光学帯域幅材料の窓又はレンズ系を有する入口開口部２０４を通過する。多くのかかるシステムは、可変開口寸法、可変焦点距離、及び可変倍率（ズーム）を提供できることが知られている。集光ミラー２０６は、開口部からの光を、一度に画像から一つの「線」を通過させるスリットを有する像平面２０８上に集光させる。スリットは、対象に動かされて、画像を横切って走査する。現在画像の「線」は、第２ミラー２１０によって平行にされ、第２ミラー２１０は、平行光を向けて回折格子２１２に通す。現在画像の線の各点について、回折格子は、光を線の配向に垂直な方向にスペクトルに分解し、それによって、線の各点についてのスペクトル情報を、（ＣＣＤセンサのような）検出器に利用可能にする。演算処理装置は、各画像線からのこのスペクトル情報を統合して、二次元画像における各点についてスペクトル情報を獲得し、それによって、光景のハイパースペクトルのスナップショットを形成する。スリット２０８が画像を横切って走査する際に光を検出器に整列させるために、補足的な光学系２１４を含んでもよい。
【０００９】
ハイパースペクトル画像カメラは、ディジタル画像処理及び分光法の力を使用する。画像中の各画素は、（放射輝度又は反射率で）連続スペクトルを有し、高い精度及び詳細で、光景中の物体を特定するのに使用することができる。画像中の各画素について、ハイパースペクトルカメラは、多数の連続スペクトル帯域について光強度（ラジアンス）を取得する。
【００１０】
ハイパースペクトル画像は、普通のカメラよりも、光景について遙かに多くの詳細な情報を提供する。普通のカメラは、赤、緑及び青の視覚の三原色に対応する三つの異なるスペクトル周波数帯域を獲得するだけである。ハイパースペクトル画像は、光景の中の物体を、それらのスペクトルの特性に基づいて分類する非常に向上した能力をもたらす。図３は、ハイパースペクトルカメラ３０２により捕捉された画像を表す例示の略図を示す。図３の略図は、乗物３０４の側面図を示し、そこでは、人物３０６が、検問所を通過して運転している。図３の略図はまた、乗物３０４内部の空気中に、人物３０６の口領域の近くに、アルコール化学物質３０８を示す。演算処理装置は画像を収集し、電磁スペクトルにわたる情報を処理する。ハイパースペクトルセンサは、電磁スペクトルの赤外線（infrared：ＩＲ）帯を含む何百もの帯域から反射による情報を提供する。光景が光源によって照明され、そして、反射光がハイパースペクトルセンサによって捕捉される。光源は、太陽、又は、チェックポイントに設けられた人工照明を含むことができる。レーザ、好ましくは、特定の関心物質の存在に対するカメラの感度を励起して高める、特定の関心物質のピーク応答周波数に変えられたレーザが、乗物の内部空間の中に投射されうる。複数のレーザ及び／又はレーザ波長を、自動車の内部の走査を向上させるために利用することができる。かかるレーザは、乗物の乗員を傷つけないように低い出力であっても、走査される関心物質の好ましい応答又は増幅度を得るのに十分な強度を有する。演算処理装置は、種々の赤外線及び／又は近赤外線波長での反射光を収集して、測定されたスペクトルと記憶されたテンプレートと比較し、捕捉した画像中に関心物質が存在するか否かを判定する。
【００１１】
図４は、エタノールの例示のスペクトル反射テンプレートのグラフである。エタノールは、アルコール飲料の本質構成成分であり、エタノールを法執行のために関心物質にする。光が物質から反射されるとき、光はその物質の化学組成に固有の特定のスペクトル信号を生成する。カメラは、その視野内の各画素のスペクトル信号を捕捉する。その信号が、既知の物質についてのスペクトル情報のデータベース内にあるものであれば、単一の画素が、物質を特定するのに十分な情報を提供することができる。特定された物質の両及び濃度は、画像処理を使用して個々の面積又は体積（例えば、乗物の閉じた客室を表す画像のこれらの面積）を推定することができ、そのスペクトル信号に属する光の強度によって表されるように、関連する画像からの情報を組み合わせて、平均濃度を測定することができる。反射特性に加えて、或る実施形態では、吸収光が測定される物質の捕捉された画像を含むことができる。この実施形態は、カメラの反対側に配置された光源で画像を捕捉する。かくして、捕捉された画像は、カメラと光源との間に置かれる。或る実施形態は、光源なしで、画像を捕捉することができるカメラを有することができる。別の実施形態は、放出された光の使用により画像を捕捉することができる。この特別な実施形態は、蛍光プロセス、又は、赤熱光又は赤外光のような、放射された光による光の放射を使用する。
【００１２】
なかでも、カメラ１０６は、エチルアルコール（Ｃ2Ｏ5ＯＨ）、（マリファナの煙、又は皮膚表面に残留しているコカインのような）違法な薬物、爆薬、又は、硝酸塩又は電離放射線によって生成されたイオン化気体のような他の関連した化学物質のような、乗物１０２内の禁止物質又は危険物質のガス又は粒子に関して調べることができる。法の執行に関連する多くの化学物質種があるから、分光イメージングは有用である。例えば、マリファナは、４００を超える異なる化学物質を含有することがあるが、効果を生じる主な化学物質は、テトラハイドロカナビノール（Tetrahydrocannabinol：ＴＨＣ）又はドロナビノール（dronabinol）である。ハイパースペクトルカメラ１０６は、これらの全ての化学物質について調べることができる。塩素ガス、プロパンガス、又は他の有害なガス又は物質のような、他の化学物質は、危険な積荷漏出によることがある。
【００１３】
図５は、関心物質を検出するために使用した本方法の例示の流れ図である。ブロック５０２では、ハイパースペクトルカメラによって、対象領域が走査されて、画像が撮られる。対象領域は、自動車、トラック、列車、船艇等の場合がある乗物であるのがよい。次に、ブロック５０４では、演算処理装置によって、スペクトルイメージが取得され、そして、関心物質について分析される。図ロック５０６参照。ブロック５０８では、ハイパースペクトルカメラによって撮られた画像が関心物質の一つを含んでいるか否かが判定される。画像が関心物質を含んでいれば、判定情報が、遠隔地に送られ、又は、その情報が後の監視のために記憶される。現行の画像から関心物質が検出されなければ、本方法は、他の対象又は乗物について繰り返される。
【００１４】
別の実施形態は、手で持つことができ、又は乗物に取り付けることができるレーダーガンのような移動式装置の形で機能することができる。警察官が、レーダーガンと全く同じように、その移動式装置を採用して、その移動式装置を選択した乗物に向けて、関心物質についての遠隔検査を実施し、その検査結果を使用して、その選択した乗物を更なる検査のために拘留するか否かを判定するのがよい。建設用地、工業用地、軍用地の管理者は、同様に、その移動式装置を最小して、その用地に出入りする乗物を監視して、安全を確保し、及び／又は、その用地に関する規則遵守を実証する。近距離版は、赤外ランプ又はＵＶランプを有するとよく、遠距離版は、レーザ光源を有するとよい。
【００１５】
禁止された物質又は危険物質を検出するためのシステム及び道具に関する別の実施形態が提供される。少なくとも一つの実施形態は、乗物内の関心物質の存在を検出するためのハイパースペクトル画像カメラを有する。カメラは、スペクトル画像を捕捉する電子イメージセンサと、ハイパースペクトルイメージセンサに結合した演算処理装置とを有する。演算処理装置は、スペクトル画像を受け、乗物内の空気が関心物質の少なくとも一つを含んでいるか否かを判定する。関心物質（対象物質）には、アルコール、一酸化炭素、違法な物質、又は危険な薬品が含まれることがある。演算処理装置はまた、情報をインターネットを通じてライブで遠隔地へストリーミングすることができる。或る実施形態は、イメージマルチプレクサに結合した処理を有する。イメージマルチプレクサは、カメラの近くのより広い領域を観察するために、ミラー及びレンズを回転させる回転自在なスイベル上のペリスコープを有する。別の実施形態は、乗物内部の関心物質を監視するためのシステムを有する。このシステムの実施形態は、画像を獲得するハイパースペクトル画像カメラと、演算処理装置と、記憶装置とを有する。演算処理装置は、スペクトル画像を受け、それらの画像が関心物質を含むか否かを判定する。記憶装置は、カメラ及び演算処理装置によって得られた事象を記憶することができる。記憶装置は、検出事象、検出された物質、及び検出時刻のような情報を記憶することができる。記憶装置は、分析、記憶、及び検索のために、乗物内に配置され、又は、別の場所に電波又は他の通信手段を介して伝えられる。
【００１６】
一旦上記の開示が感善意認識されると、これらの及び他の変形及び変更は、当業者に明らかになるであろう。添付の特許請求の範囲は、かかる全ての変形及び変更を包含するように解釈されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月18日(2014.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物内の関心物質を検出するためのハイパースペクトル画像カメラであって、
スペクトル画像を捕捉する電子イメージセンサと、
前記電子イメージセンサに電気的に結合して、前記スペクトル画像を受けかつ前記乗物内の空気が少なくとも一つの関心物質を含むか否かを判断する演算処理装置と、を有する、ことを特徴とするカメラ。
【請求項２】
前記処理装置に結合した画像マルチプレクサを更に有する、請求項１記載のカメラ。
【請求項３】
前記画像マルチプレクサは、前記カメラの近くのより広い領域を観察するために、ミラー及びレンズを回転させる回転自在なスイベル上のペリスコープを更に有する、請求項２記載のカメラ。
【請求項４】
乗物は、自動車、トラック、列車又は船艇のような、輸送手段である、請求項１記載のカメラ。
【請求項５】
前記画像カメラは、通過する乗物を捕捉することができる、請求項１記載のカメラ。
【請求項６】
前記イメージセンサは、移動する物体から画像を獲得する、請求項１記載のカメラ。
【請求項７】
前記演算処理装置は、前記画像を、ある電磁スペクトルにわたって複数の帯域に分解する、請求項１記載のカメラ。
【請求項８】
前記関心物質は、アルコール、一酸化炭素、非合法物質、及び危険な化学物質である、請求項１記載のカメラ。
【請求項９】
前記画像カメラは、塩素ガス、プロパンガス又は他の有害なガスのような、危険な積荷の漏出を調べるのに使用される、請求項１記載のカメラ。
【請求項１０】
前記演算処理装置は、捕捉した画像から、物質を判断し、認識する、請求項１記載のカメラ。
【請求項１１】
前記演算処理装置は、前記関心物質についての情報を遠隔地に送る、請求項１記載のカメラ。
【請求項１２】
前記演算処理装置は、情報を遠隔地にライブでストリーミングされる、請求項１記載のカメラ。
【請求項１３】
乗物内の関心物質を監視するためのシステムであって、
前記乗物内の画像を獲得するハイパースペクトル画像カメラと、
前記画像カメラと電気的に結合した演算処理装置であって、前記演算処理装置は、前記画像を受けて、前記画像が、関心物質を含むか否かを判断する演算処理装置と、
前記演算処理装置と電気的に結合した記憶装置と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記乗物は、自動車、トラック、列車又は船艇のような、輸送手段である、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記画像カメラは、通過する乗物を監視するように設置される、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記画像カメラは、移動する物体から画像を獲得する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記演算処理装置は、前記画像を、ある電磁スペクトルにわたって複数の帯域に分解する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
前記画像カメラは、前記カメラの近くのより広い領域を観察するために、ミラー及びレンズを回転させる回転自在なスイベル上のペリスコープのような、画像マルチプレクサを有する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１９】
前記関心物質は、アルコール、一酸化炭素、非合法物質、及び有害化学物質である、請求項１３記載のシステム。
【請求項２０】
前記画像カメラは、塩素ガス、プロパンガス又は他の有害なガスのような、危険な積荷の漏出を調べるのに使用される、請求項１３記載のシステム。
【請求項２１】
前記演算処理装置は、捕捉した画像から、物質を判断し、認識する、請求項１３記載のシステム。
【請求項２２】
前記演算処理装置は、前記関心物質についての情報を遠隔地に送る、請求項１３記載のシステム。
【請求項２３】
前記演算処理装置は、情報を遠隔地にライブでストリーミングされる、請求項１３記載のシステム。
【請求項２４】
前記記憶装置は、検出事象、検出物質、及び検出時刻のような、情報を記憶する、請求項１３記載のシステム。
【国際調査報告】
2014529735.tif 000008