(57)【要約】  【課題】  全体を安価、小型に、かつ、赤外線イメージセンサと可視撮像装置を自由に配置し得るものでありながら、撮像対象までの距離にかかわらずパララックスに起因する熱画像への悪影響をなくし鮮明かつ視認性のよい重畳画像を表示できるようにする。  【解決手段】  可視撮像装置２及び赤外線イメージセンサ３の視野内に、赤外光・可視光透過材料レンズ５Ａ，５Ｂとその中央部に配した赤外光透過材料レンズ７との組み合わせにより光軸の一致した赤外光透過領域と可視光透過領域とを内外同心円状に形成可能なレンズ系６を配置し、このレンズ系６の赤外光透過領域を透過する赤外光による赤外画像を赤外線イメージセンサ３に結像させ、かつ、レンズ系６の可視光透過領域を透過する可視光による可視画像を可視撮像装置２に結像させるように構成している。  【選択図】      図１
2007071546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視画像を撮像する可視撮像装置と、この可視撮像装置の視野内の多点温度を非接触で計測し温度分布のある赤外画像を撮像する赤外線イメージセンサと、前記可視撮像装置による可視画像と前記赤外線イメージセンサによる赤外画像とを重畳させて表示する表示器とを備えた熱画像処理装置において、
前記可視撮像装置及び赤外線イメージセンサの視野内に、赤外光・可視光透過材料レンズとその中央部に配した赤外光または可視光透過材料レンズとの組み合わせにより光軸の一致した赤外光透過領域と可視光透過領域とを内外同心円状に形成可能なレンズ系を配置し、このレンズ系の赤外光透過領域を透過する赤外光による赤外画像を前記赤外線イメージセンサに結像させ、かつ、前記レンズ系の可視光透過領域を透過する可視光による可視画像を前記可視撮像装置に結像させるように構成したことを特徴とする熱画像処理装置。
【請求項２】
前記レンズ系が、前記赤外光・可視光透過材料レンズの中央部への赤外光または可視光透過材料レンズの貼付け、もしくは、前記レンズと同等の光波長のみを選択的に透過する光学膜のコーティングにより形成されている請求項１に記載の熱画像処理装置。
【請求項３】
前記レンズ系には、このレンズ系の内側領域を透過する赤外光または可視光の光軸を屈曲させて前記可視撮像装置と赤外線イメージセンサとの横並び配置を可能とするレンズ系が含まれている請求項１または２に記載の熱画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視ＣＣＤ撮像デバイス等の可視撮像装置と撮像対象の多点温度を計測し温度分布のある赤外画像を撮像する二次元サーモパイルアレイセンサ等の赤外線イメージセンサとを併用し、可視画像と赤外画像とを重畳させて表示させるように構成されている熱画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱画像処理装置は、撮像対象の形状、大きさ、色彩等を確認するのに十分な詳細な画像情報が得られ、セキュリティシステムや各種監視システムなどに有効に利用することができる。
ところで、同一の撮影対象に対して可視撮像装置と赤外線イメージセンサを併用する熱画像処理装置では、図４の概要図でも明らかなように、可視撮像装置と赤外線イメージセンサ間の視差（パララックス）によって熱画像処理装置２０における可視視野範囲ＶＬの中心光軸ＶＬ−Ｏと赤外視野範囲ＩＬの中心光軸ＩＬ−Ｏが、例えば２５ｍｍ程度の距離ｄを隔てて位置することになるために、図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、可視画像ＶＰと赤外画像ＩＰとに位置ずれａが生じる。このような両画像ＶＰ，ＩＰの位置ずれａは、熱画像処理装置２０から撮像対象までの距離Ｌに応じて変化するもので、距離Ｌが小さくなればなるほど両画像ＶＰ，ＩＰの位置ずれ量は大きくなり、重畳画像の表示による撮像対象の確認が的確に行えなくなるという難点がある。なお、図５中、右下がり及び左下がりの斜線を交差状態に挿入した部分は可視画像ＶＰのみの表示領域、右下がりの斜線のみを挿入した部分は可視画像ＶＰと赤外画像ＩＰとの重なり表示領域、斜線の非挿入部分は赤外画像ＩＰのみの表示領域である。
【０００３】
このような難点、即ち、パララックスに起因する熱画像への悪影響を解消する手段として、従来一般には、熱画像処理装置２０から撮像対象までの距離Ｌを、例えば無限大、１ｍ、５０ｃｍ（図４中のＬ∞，Ｌ100，Ｌ50を参照）といった複数段に人為的に設定するとともに、これら複数段の設定距離に対応した複数の補正値を予め算出して設定し、これら複数の補正値をスイッチの切り替えで選択的に使用して両画像ＶＰ，ＩＰの位置ずれａをソフト的に補正処理する方法が採られていた。
【０００４】
しかし、上記した従来一般的な位置ずれ補正処理方法では、撮像対象までの距離として前記複数段の設定距離以外を選んだ場合、両画像ＶＰ，ＩＰの位置ずれを適正に補正することができない。換言すると、撮像対象までの距離を任意自由に選定することができない。また、赤外線イメージセンサの画素数を、通常一般的な６４（８×８）画素程度から数千、数万と増加させた場合、赤外画像自体の解像度が大幅に向上するため、距離に対応した補正値の選択によっては、両画像ＶＰ，ＩＰが僅かに位置ずれるだけでも、特定部位の可視像に対する温度分布の表示が不正確、不適正となり、解像度の高いセンサを使用しながらも、鮮明かつ視認性のよい重畳画像が得られないという問題がある。
【０００５】
そこで、可視撮像装置と赤外線イメージセンサを併用する際に発生不可避なパララックスを防止するために、それらの共通視野内に、赤外線を反射しかつ可視光を透過する、もしくは、可視光を反射しかつ赤外線を透過する光学系を配置し、この光学系で分光された赤外光による赤外画像を結像させる赤外線イメージセンサと前記光学系との光軸を調整するための赤外線イメージセンサ位置調整部及び前記光学系で分光された可視光による可視画像を結像させる可視撮像装置と前記光学系との光軸を調整するための可視撮像装置位置調整部を設けた撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０９１２６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記した従来提案の撮像装置では、赤外線を反射しかつ可視光を透過する、もしくは、可視光を反射しかつ赤外線を透過するといった特殊フィルタを持つ光学系のほかに、この光学系と赤外線イメージセンサ及び可視撮像装置との光軸を一致させるための二つの位置調整部が必要となり、装置全体が高価かつ大型化するだけでなく、光軸調整に煩雑な調整作業を要するという問題がある。しかも、赤外線イメージセンサと可視撮像装置の配置位置にも自ずと制約があって、実使用時の利便性に欠けるという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、全体を安価かつ小型に構成でき、また、赤外線イメージセンサ及び可視撮像装置の配置位置の自由度を拡大することができるものでありながら、撮像対象までの距離いかんにかかわらずパララックスに起因する熱画像への悪影響をなくして鮮明かつ視認性のよい重畳画像を表示することができる熱画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱画像処理装置は、可視画像を撮像する可視撮像装置と、この可視撮像装置の視野内の多点温度を非接触で計測し温度分布のある赤外画像を撮像する赤外線イメージセンサと、前記可視撮像装置による可視画像と前記赤外線イメージセンサによる赤外画像とを重畳させて表示する表示器とを備えた熱画像処理装置において、前記可視撮像装置及び赤外線イメージセンサの視野内に、赤外光・可視光透過材料レンズとその中央部に配した赤外光または可視光透過材料レンズとの組み合わせにより光軸の一致した赤外光透過領域と可視光透過領域とを内外同心円状に形成可能なレンズ系を配置し、このレンズ系の赤外光透過領域を透過する赤外光による赤外画像を前記赤外線イメージセンサに結像させ、かつ、前記レンズ系の可視光透過領域を透過する可視光による可視画像を前記可視撮像装置に結像させるように構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の本発明によれば、可視撮像装置及び赤外線イメージセンサの視野内に、赤外光・可視光透過材料レンズと赤外光または可視光透過材料レンズの組み合わせてなる構造簡単なレンズ系を設置するだけで、光軸の一致した赤外光透過領域と可視光透過領域とを内外同心円状に形成することが可能であり、これによって、装置全体を安価かつ小型に構成でき、また、光軸調整のための特別な作業も不要としながら、可視画像と赤外画像とを、パララックスに起因する位置ずれを生じることなく、正確に重畳させて表示させることができる。しかも、前記のレンズ系によって撮像対象までの距離の大小にかかわらず光軸の一致した二つの画像を取り出すことが可能であるから、撮像対象までの距離を自由任意に選定することができ、特に、撮像対象に近い距離での撮像においても、両画像の位置ずれをなくして鮮明な重畳画像を表示させることが可能で、表示された重畳画像から撮像対象の形状、大きさ、色彩等を確認するといった熱画像処理装置本来の機能を確実かつ適正に発揮させることができるという効果を奏する。
【００１１】
本発明に係る熱画像処理装置において、前記レンズ系としては、前記赤外光・可視光透過材料レンズの中央部に孔を設け、この孔内に赤外光または可視光透過材料レンズを同心状に埋め込み固定したものであってもよいが、特に、請求項２に記載のように、前記赤外光・可視光透過材料レンズの中央部への赤外光または可視光透過材料レンズの貼付け、もしくは、前記レンズと同等の光波長のみを選択的に透過する光学膜をコーティングすることにより形成されているものが好ましい。この場合は、二つの光軸の一致した赤外光透過領域と可視光透過領域とを内外同心円状に形成可能なレンズ系の製作が非常に容易で、装置全体の製造コストの一層の低減を図ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る熱画像処理装置おいて、請求項３に記載のように、前記レンズ系に、このレンズ系の内側領域を透過する赤外光または可視光の光軸を屈曲させて前記可視撮像装置と赤外線イメージセンサとの横並び配置を可能とするレンズ系を含まれていることが好ましい。この場合は、可視撮像装置と赤外線イメージセンサの配置位置の自由度を拡大することができ、装置全体のコンパクト化及び使用の利便性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態に係る熱画像処理装置の主要部の構成を示す一部断面側面図であり、この熱画像処理装置１は、例えば可視ＣＣＤ撮像デバイスやＣＭＯＳエリアカメラなど可視画像を撮像する可視撮像装置２と、例えば８×８画素の二次元サーモパイルアレイセンサやサーモパイル素子を配列したものなどから構成され前記可視撮像装置２の視野内にある多点温度を非接触で計測し温度分布のある赤外画像を撮像する赤外線イメージセンサ３と、例えば液晶モニタやＣＲＴなど前記可視撮像装置２により撮像した可視画像を表示する表示器４（後述する）とを備えている。
【００１４】
前記可視撮像装置２及び赤外線イメージセンサ３の共通する視野内には、赤外光及び可視光透過領域を内外同心円状に形成するレンズ系６が設置されている。このレンズ系６は、例えばＢａＦ2 ，ＣｄＴｅなど赤外光、可視光共に透過する材料からなる大径レンズ５Ａの中心部分に貫設した孔５ａ内に、該大径レンズ５Ａと同一の赤外光・可視光透過材料からなる小径レンズ５Ｂを、両レンズ５Ａ，５Ｂの中心光軸Ｏが重なり一致するように埋め込み固定して形成される一体型レンズ５と、この一体型レンズ５の背部に設置されてその小径レンズ５Ｂを透過する赤外光・可視光のうち赤外光のみを透過させることが可能な赤外光透過材料レンズ７とから構成されている。
【００１５】
前記可視撮像装置２は、前記一体型レンズ５の外側領域、つまり、大径レンズ５Ａを透過する赤外光・可視光のうち可視光による可視画像を結像させるように前記中心光軸Ｏの延長線上に配置されている。また、前記一体型レンズ５の背部に設置されている赤外光透過材料レンズ７は、該レンズ７を透過する赤外光の光軸を屈曲させるような凹形状のレンズに形成されており、この凹形状の赤外光透過材料レンズ７を透過して光軸が屈曲された赤外光を前記可視撮像装置２に対して横並び配置された赤外線イメージセンサ３に入射させて赤外画像を結像させる凸形状の赤外光透過材料レンズ８が別に設置されている。
【００１６】
図２は前記熱画像処理装置１の画像処理のための概略構成を示すブロック図であり、前記赤外線イメージセンサ３は、該イメージセンサ３から出力されるアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ９とそのデジタルデータと予め設定されている基準温度とを比較して撮像対象の各部位温度を計測しその温度データを出力する比較器１０とその出力温度データに対応して予め割り振り設定されているＲ，Ｇ，Ｂ三原色の配色の色データ及びそのアドレスを記憶するグラフィックスメモリ１１を内蔵したＣＰＵ１２に接続されている。
【００１７】
一方、前記可視撮像装置２には、該撮像装置２から出力される可視画像を表わすデジタルＹＵＶ信号が入力されるオーバーレイ処理部１３が接続されており、このオーバーレイ処理部１３には、前記ＣＰＵ１２に内蔵のグラフィックスメモリ１１に記憶されている色データ及びアドレスが入力されて前記可視画像を表わすデジタルＹＵＶ信号がオーバーレイ（重畳）処理される。そして、このオーバーレイ処理部１３と前記表示器４との間には、オーバーレイ処理された信号を一定の規則に従ってコード化するエンコーダ１４が設けられている。
【００１８】
上記した第一の実施の形態による熱画像処理装置１においては、前記一体型レンズ５の大径レンズ５Ａを透過する赤外光・可視光のうち可視光が結像されて可視撮像装置２により撮像された可視画像が表示器４の画面上に一定輝度の白黒で碁盤目状に区画表示されると共に、前記一体型レンズ５の小径レンズ５Ｂを透過する赤外光・可視光のうち、赤外光のみが凹形状の赤外光透過材料レンズ６を透過してその光軸が屈曲された後、凸形状の赤外光透過材料レンズ８を通して赤外線イメージセンサ３に結像させることにより撮像された赤外画像が、該赤外線イメージセンサ３による温度計測領域各部の温度値に対応して予め設定されているＲ，Ｇ，Ｂの三原色が割り振りされた配色を基にした階調で前記表示器４の画面上の可視画像に重畳表示される。
【００１９】
このように可視撮像装置２及び赤外線イメージセンサ３の視野内に、赤外光及び可視光透過領域を内外同心円状に形成する一体型レンズ５と凹凸二種の赤外光透過材料レンズ７，８の組み合わせてなる構造簡単なレンズ系６を用いるだけで、光軸の一致した赤外光透過領域と可視光透過領域とを内外同心円状に形成することが可能であり、これによって、熱画像処理装置１全体を安価かつ小型に構成でき、また、光軸調整のための特別な作業も不要としながら、可視画像と赤外画像とを、パララックスに起因する位置ずれを生じることなく、正確に重畳させて表示させることができる。また、前記レンズ系６の存在によって撮像対象までの距離の大小にかかわらず光軸の一致した二つの画像を取り出すことが可能であるから、撮像対象までの距離を自由任意に選定することができ、特に、撮像対象に近い距離での撮像においても、両画像の位置ずれをなくして鮮明な重畳画像を表示させることが可能で、表示された重畳画像から撮像対象の形状、大きさ、色彩等を確認するといった熱画像処理装置本来の機能を確実かつ適正に発揮させることができる。
【００２０】
さらに、前記一体型レンズ５の背部に、赤外光のみを透過させ、かつ、その透過した赤外光の光軸を屈曲させる凹凸二種の赤外光透過材料レンズ７，８を設置することにより、前記可視撮像装置２と赤外線イメージセンサ３とを横並び配置するなど両者２，３の配置位置を自由に拡大することが可能となり、熱画像処理装置１全体のコンパクト化を図りやすいだけでなく、使用時の利便性向上を図ることができる。
【００２１】
図３は本発明の第二の実施の形態に係る熱画像処理装置１の主要部の構成を示す一部断面側面図であり、この第二の実施の形態では、前記可視撮像装置２及び赤外線イメージセンサ３の共通する視野内に設置する一体型レンズ５として、例えばＢａＦ2 ，ＣｄＴｅなど赤外光、可視光共に透過する材料からなる大径レンズ５Ａの中心部分の両側外面に、赤外光透過材料からなる小径レンズ５Ｂを貼付けたもの、または、前記赤外光透過材料と同等の光波長のみを選択的に透過する光学膜をコーティングすることにより小径レンズ５Ｂを形成したものを用いている。その他の構成及び画像処理のための概略構成は上記第一の実施の形態で説明したものと全く同様であるため、それらの記載を省略する。
【００２２】
上記図３に示す第二の実施の形態に係る熱画像処理装置１の場合は、二つの光軸の一致した赤外光透過領域と可視光透過領域とを内外同心円状に形成可能なレンズ系６を構成する一体型レンズ５の製作が第一の実施の形態に比べて、孔明け等の複雑かつ精巧な加工を要さず非常に容易であるため、装置全体の製造コストを一層低減することができるとともに、製品歩留まりの向上を図ることができる。
【００２３】
なお、上記第一の実施の形態では、赤外光、可視光透過材料からなる大径レンズ５Ａの中心部分に貫設した孔５ａ内に赤外光・可視光透過材料からなる小径レンズ５Ｂを埋め込み固定したもので示したが、その小径レンズ５Ｂの材料としては、可視光不透過の赤外光透過材料を用いてもよい。
【００２４】
また、上記第一及び第二の実施の形態における小径レンズ５Ｂの材料として、赤外光不透過の可視光透過材料を用いてもよい。この場合は、凹凸二種のレンズ７，８も可視光透過材料から形成し、かつ、可視撮像装置２と赤外線イメージセンサ３との横並び配置も上記第一及び第二の実施の形態と逆にすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る熱画像処理装置の主要部の構成を示す一部断面側面図である。
【図２】同上熱画像処理装置の画像処理のための概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態に係る熱画像処理装置の主要部の構成を示す一部断面側面図である。
【図４】可視撮像装置と赤外線イメージセンサを併用した従来の熱画像処理装置の概要図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来の熱画像処理装置による可視画像と赤外画像との位置ずれ状態の説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  熱画像処理装置
２  可視撮像装置
３  赤外線イメージセンサ
４  表示器
５  一体レンズ
５Ａ  赤外光・可視光透過材料大径レンズ
５Ｂ  赤外光・可視光透過材料小径レンズ
６  レンズ系
７，８  赤外光透過材料レンズ
Ｏ  中心光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007071546.tif 000005
【図４】
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【図５】
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