(57)【要約】【課題】光源オン時のフレームの画像データと光源オフ時のフレームの画像データとを、短時間かつ確実に判別すること。【解決手段】カメラは、光源を制御する光源制御信号を発生して、光源をオン、オフし、光源のオン時およびオフ時に、それぞれ、被測定波を撮像して得られる複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを取得し、その取得した複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを、フレーム毎に、画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号を付して、デジタルデータとして外部記憶処理装置へ転送する。外部記憶処理装置は、識別番号に基づいて、デジタルデータの各フレームが、第１画像データであるか第２画像データであるかを判別し、その判別して得られた複数の第１画像データから、判別して得られた複数の第２画像データを差し引いて、差分画像データを出力する。【選択図】図１
2013164310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放射する光源と、前記電磁波が照射される測定対象を透過又は反射した被測定波を撮像して画像データを取得するカメラと、該カメラに接続された外部記憶処理装置と、を備えた撮像システムにおいて、
前記カメラは、
前記光源を制御する光源制御信号を発生して、前記光源をオン、オフする光源制御手段と、
前記光源のオン時およびオフ時に、それぞれ、前記被測定波を撮像して得られる複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを取得する画像取得手段と、
該取得した複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを、フレーム毎に、画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号を付して、デジタルデータとして前記外部記憶処理装置へ転送するデータ転送手段と、を備え、
前記外部記憶処理装置は、
前記識別番号に基づいて、前記デジタルデータの各フレームが、前記第１画像データであるか前記第２画像データであるかを判別するデータ判別手段と、
該判別して得られた複数の第１画像データから、前記判別して得られた複数の第２画像データを差し引いて、差分画像データを出力する減算手段と、を備え
ることを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記識別番号は所定の周期で巡回的に変化することを特徴とする、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記識別番号の最大値および最小値を、それぞれ、ＮｍａｘおよびＮｍｉｎとし、前記カメラの同期信号の周波数をＦＳとし、前記光源制御信号の周波数をＦＬとしたとき、次式を満足する
１  ≦  （Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）  ≦  （ＦＳ／ＦＬ）
ことを特徴とする、請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記データ転送手段は、フレーム毎のデジタルデータを転送するに先立って、対応するフレームを識別する識別番号を２度以上転送し、
前記データ判別手段は、１フレーム内で前記識別番号を２度以上読んで、前記識別番号を確定する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の撮像システム。
【請求項５】
前記電磁波がＴＨｚ波から成る、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の撮像システム。
【請求項６】
電磁波を放射する光源と、前記電磁波が照射される測定対象を透過又は反射した被測定波を撮像して画像データを取得するカメラと、該カメラに接続された外部記憶処理装置と、を備えた撮像システムにおける撮像方法であって、
前記カメラが、前記光源を制御する光源制御信号を発生して、前記光源をオン、オフする光源制御ステップと、
前記カメラが、前記光源のオン時およびオフ時に、それぞれ、前記被測定波を撮像して得られる複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを取得する画像取得ステップと、
前記カメラが、前記取得した複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを、フレーム毎に、画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号を付して、デジタルデータとして前記外部記憶処理装置へ転送するデータ転送ステップと、
前記外部記憶処理装置が、前記識別番号に基づいて、前記デジタルデータの各フレームが、前記第１画像データであるか前記第２画像データであるかを判別するデータ判別ステップと、
前記外部記憶処理装置が、前記判別して得られた複数の第１画像データから、前記判別して得られた複数の第２画像データを差し引いて、差分画像データを出力する減算ステップと、
を含む撮像方法。
【請求項７】
前記識別番号は所定の周期で巡回的に変化することを特徴とする、請求項６に記載の撮像方法。
【請求項８】
前記識別番号の最大値および最小値を、それぞれ、ＮｍａｘおよびＮｍｉｎとし、前記カメラの同期信号の周波数をＦＳとし、前記光源制御信号の周波数をＦＬとしたとき、次式を満足する
１  ≦  （Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）  ≦  （ＦＳ／ＦＬ）
ことを特徴とする、請求項７に記載の撮像方法。
【請求項９】
前記データ転送ステップは、フレーム毎のデジタルデータを転送するに先立って、対応するフレームを識別する識別番号を２度以上転送し、
前記データ判別ステップは、１フレーム内で前記識別番号を２度以上読んで、前記識別番号を確定する、ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１つに記載の撮像方法。
【請求項１０】
前記電磁波がＴＨｚ波から成る、請求項６乃至９のいずれか１つに記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源、カメラおよび両者の光路の間に測定対象を置く撮像システムに関し、特に光源のオン／オフの周期とカメラのフレームの同期を取って画像化するロックイン撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像システムとして、テラヘルツ（ＴＨｚ）周波数範囲におけるＴＨｚ撮像システムが知られている。
【０００３】
テラヘルツ波（ＴＨｚ波）とは、周波数０．１〜１０ＴＨｚ（波長３０００〜３０μｍ）付近の電磁波を指す。すなわち、テラヘルツ波（ＴＨｚ波）は、波長がマイクロ波と赤外光との間に位置づけられ、サブミリメートル波とも呼ばれる。テラヘルツ波（ＴＨｚ波）は、紙（紙製品）、プラスチック、布（衣服）、ビニール、セラミック、木材、骨、歯、脂肪、粉体、乾燥食品、壁などの非導電性（非金属）材料や無極性材料を容易に透過することが知られている。そのため、例えば、テラヘルツ波（ＴＨｚ波）は、現在Ｘ線が空港のセキュリティに使用されているのとほぼ同様の仕方で、隠匿がされた金属製および非金属製の武器を見つけるために使用することができる。
【０００４】
また、前述したように、テラヘルツ波（ＴＨｚ波）は、紙（紙製品）を容易に透過するので、例えば、封筒を開封することなく、当該封筒内の内容物を検出するために応用可能である。
【０００５】
図８を参照して、従来のテラヘルツ撮像システムについて説明する。従来のテラヘルツ撮像システムは、冷凍機１０１と、量子カスケードレーザ１０２と、第１の軸外し放物面鏡１０３と、第２の軸外し放物面鏡１０４と、対象物（測定対象）１０５と、Ｓｉレンズ１０６と、（３２０×２４０）画素マイクロボロメータアレイセンサ１０８を内蔵するマイクロボロメータカメラ１０７と、を備えている。図示の例では、対象物（測定対象）１０５が封筒である場合を示している。
【０００６】
量子カスケードレーザ１０２は、冷凍機１０１に内蔵されている。量子カスケードレーザ１０２は、ＴＨｚ光源として動作し、周波数３．１ＴＨｚの輝線（ＴＨｚ波）を放射する。量子カスケードレーザ１０２から放射された輝線（ＴＨｚ波）は、第１の軸外し放物面鏡１０３および第２の軸外し放物面鏡１０４で反射された後、対象物（封筒）１０５を透過する。対象物（封筒）１０５を透過したＴＨｚ波は、Ｓｉレンズ１０６で平行ＴＨｚ波にされた後、マイクロボロメータカメラ１０７で撮像され、ＴＨｚ透過画像が得られる。
【０００７】
図９は、図８に示した従来のテラヘルツ撮像システムにおいて、差画像の取得方法を示す図である。
【０００８】
図１０は、図８に示した従来のテラヘルツ撮像システムを用いて取得したＴＨｚ透過画像である。図１０において、１０９は、鉛筆でＭＩＴと文字を書いた紙を示し、１１０は、この紙１０９を封筒１０５に入れて撮ったＴＨｚ透過画像である。
【０００９】
本発明に関連する先行技術文献が種々知られている。
【００１０】
例えば、特開平０７−１３４８００号公報（特許文献１）は、外来光の影響を除外するために、（外来光＋ＬＥＤオンの画像）から（外来光による画像）を引いて、赤外線ＬＥＤ照明光のみによる顔画像を得るようにした「運転者撮像装置」を開示している。
【００１１】
また、特開２００３−２０８５９９号公報（特許文献２）は、照明を点灯した場合と消灯した場合の画像を比較し、その違いから照明のみによる情報を抽出し、一定の範囲の照明条件の元で撮影したものに相当する画像を作るようにした「物体認識装置」を開示している。
【００１２】
さらに、特開２００２−２３２９０７号公報（特許文献３）は、フラッシュが点灯したときに得られる第１画像データから、フラッシュが点灯していないときに得られる第２画像データを減算して差分画像データを求め、第１画像データ、第２画像データ、差分画像データおよびフラッシュ分光データに基づいて被写体への照明環境が画像に与える影響を示すデータが照明成分データとして求められるようにした「デジタル撮像装置」を開示している。また、特許文献３では、第１画像および第２画像をシャッタスピードや絞り値等の露出条件を変更しつつ複数組取得することにより、さらに適切な照明成分データおよび物体色成分データを求めることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０７−１３４８００号公報（［００４９］）
【特許文献２】特開２００３−２０８５９９号公報（［００６５］）
【特許文献３】特開２００２−２３２９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１〜３に開示されているような従来例では、光源のオン時の1フレーム画像と光源のオフ時の1フレーム画像との差画像を取るだけなので、画質（信号雑音比）が思ったほど上がらないという問題がある。その理由は、差画像を取ることで固定的なバックグランドノイズは除去されるが、ランダム性のノイズを除去することができないからである。
【００１５】
画質をさらに改善するには、特許文献３に記載されているように、光源がオン時の画像データと、光源がオフ時の画像データとを複数フレーム取得し、複数の画像データ間で平均化処理を行ってランダム性の雑音を低減する方法が有効である。しかしながら、複数フレームの画像データをパソコン等の外部記憶処理装置に取りこんで演算処理を行う場合、取り込みに失敗して画像データが欠落する場合がある。
【００１６】
この場合、図２に示すように、光源オン時のフレームの画像データが誤って光源オフ時のフレームの画像データとして使用されたり、あるいは、光源オフ時のフレームの画像データが誤って光源オン時の画像データとして使用されることになるため、平均化処理を行っても画質が改善されないという問題が生じてしまう。
【００１７】
画像データを外部記憶処理装置に全て取りこんだ後、取得された画像データが光源オン時のフレームに相当するか、あるいは、光源オフ時のフレームに相当するかを推定して平均化処理を行う、という方法も考えられる。しかしながら、この方法では、データ処理に時間がかかってしまうという問題が生じるとともに、画質が低い場合には推定精度が低くなり、画質が改善されないという問題が生じてしまう。
【００１８】
さらに、カメラに内蔵されているセンサの時定数が大きい場合には、光源のオフからオンへの切り替わり、あるいは、光源のオンからオフへの切り替わり直後のフレームでは安定な画像データを取得することができない。そのため、これらのフレームに相当する画像データを除外して平均化演算を行わないと画質を改善することはできない。しかしながら、画像データを取りこんだ後に、これらの画像データが光源のオン／オフ切り替わり直後のフレームに相当するかどうかを精度良く推定することは困難である。
【００１９】
［発明の目的］
本発明の目的は、複数フレームの画像データに対して、光源オン時のフレームの画像データと光源オフ時のフレームの画像データとを、短時間かつ確実に判別し、ロックイン演算と平均化演算とを行って画質を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明による撮像システムは、電磁波を放射する光源と、電磁波が照射される測定対象を透過又は反射した被測定波を撮像して画像データを取得するカメラと、このカメラに接続された外部記憶処理装置と、を備えた撮像システムであって、カメラは、光源を制御する光源制御信号を発生して、光源をオン、オフする光源制御手段と、光源のオン時およびオフ時に、それぞれ、被測定波を撮像して得られる複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを取得する画像取得手段と、取得した複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを、フレーム毎に、画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号を付して、デジタルデータとして外部記憶処理装置へ転送するデータ転送手段と、を備え、外部記憶処理装置は、識別番号に基づいて、デジタルデータの各フレームが、第１画像データであるか第２画像データであるかを判別するデータ判別手段と、判別して得られた複数の第１画像データから、判別して得られた複数の第２画像データを差し引いて、差分画像データを出力する減算手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、複数フレームの画像データに対して、光源オン時のフレームの画像データと光源オフ時のフレームの画像データとを、短時間かつ確実に判別し、ロックイン演算と平均化演算とを行って画質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロックイン撮像システムの構成の一例を示す図である。
【図２】外部記憶処理装置に転送されたデジタルデータの一部が欠落した状況を説明する図である。
【図３】図１に示したロックイン撮像システムにおいて用いられる、センサ同期信号、その分周信号、デジタルデータに含まれるフレーム識別番号との関係を説明する図である。
【図４】図１に示したロックイン撮像システムにおいて使用される、外部記憶処理装置に転送されるデジタルデータの構造の一例を説明する図である。
【図５】本発明の一実施例に係るロックイン撮像システムで用いたサンプル（測定対象）を説明する図である。
【図６】本発明の一実施例に係るロックイン撮像システムにおいて、図５のサンプルに対し、ＴＨｚ光源オン期間中のフレーム積分画像からＴＨｚ光源オフ期間中のフレーム積分画像を差し引いた差画像を示す図である。
【図７】本発明の一実施例に係るロックイン撮像システムを用いて、図５のサンプルに対し、ＴＨｚ光源オン期間中の１枚のフレーム画像からＴＨｚ光源オフ期間中の１枚のフレーム画像を差し引いた差画像であって、従来のロックイン撮像システムの機能を再現した画像に対応する差画像を示す図である。
【図８】従来のテラヘルツ撮像システムの構成を示す図である。
【図９】従来のテラヘルツ撮像システムにおいて、差画像の取得方法を示す図である。
【図１０】従来のテラヘルツ撮像システムを用いて、被写体（鉛筆でＭＩＴという文字を書いた紙を入れた封筒）から取得したＴＨｚ透過画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
最初に、本発明の概要について説明する。
【００２４】
本発明の第１の態様による撮像システムは、光源、カメラ及び両者の間に測定対象を置く撮像システムである。カメラは、光源を制御する光源制御信号を発生する機能と、外部記憶処理装置にデジタルデータを転送する機能とを有する。デジタルデータには、カメラにより撮影された画像データと、該画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号とが含まれる。識別番号は、所定の周期で巡回的に変化する。識別番号の最大値をＮｍａｘ、最小値をＮｍｉｎ、カメラの同期信号の周波数をＦＳ、光源制御信号の周波数をＦＬとして、１≦（Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）≦（ＦＳ／ＦＬ）を満足する。
【００２５】
また本発明の第２の態様による撮像システムは、光源、カメラ及び両者の間に測定対象を置く撮像システムである。カメラは、光源を制御する光源制御信号を発生する機能と、外部記憶処理装置にデジタルデータを転送する機能とを有する。デジタルデータには、カメラにより撮影された画像データと、この画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号とが含まれる。カメラは、外部記憶処理装置に対して該画像データに先立って該識別番号を少なくとも２度以上転送する。
【００２６】
本発明の第３の態様によるロックイン撮像装置は、光源、カメラ、光源とカメラの間に配置された測定対象、外部記憶処理装置からなる。カメラは、所定の周期で巡回的に変化する識別番号と画像データとを外部記憶処理装置に転送する機能と、光源を制御するための光源制御信号を生成する機能とを有する。外部記憶処理装置は、識別番号に基づいて、画像データが、光源がオンのフレームに取得されたデータであるか、あるいは、光源がオフのフレームに取得されたデータであるかを識別して、光源がオンのフレームに取得された画像データから光源がオフのフレームに取得された画像データを差し引く演算機能を有する。識別番号の最大値をＮｍａｘ、最小値をＮｍｉｎ、カメラの同期信号の周波数をＦＳ、光源制御信号の周波数をＦＬとして、１≦（Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）≦（ＦＳ／ＦＬ）を満足する。
【００２７】
さらに、本発明の第４の態様によるロックイン撮像装置は、光源、カメラ、光源とカメラの間に配置された測定対象、外部記憶処理装置からなる。カメラは、光源を制御するための光源制御信号を生成する機能と、外部記憶処理装置にデジタルデータを転送する機能とを有する。デジタルデータには、カメラにより撮影された画像データと、該画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号とが含まれる。カメラは、外部記憶処理装置に対して該画像データに先立って該識別番号を少なくとも２度以上転送する機能を有する。外部記憶処理装置は、該識別番号に基づいて、光源がオンのフレームに取得された画像データから、光源がオフのフレームに取得された画像データを差し引く演算機能を有する。外部記憶処理装置は、１フレーム内で前記識別番号を２度以上読んで識別番号を確定する。
【００２８】
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１を参照すると、本発明の実施の形態に係る撮像システムは、電磁波としてＴＨｚ波２を放射するＴＨｚ光源１と、測定対象３と、ＴＨｚカメラ４と、外部記憶処理装置９とからなる。測定対象３は、ＴＨｚ光源１とＴＨｚカメラ４との間の光路に置かれている。
【００３０】
ＴＨｚ光源１から発光（放射）されたＴＨｚ波２は、測定対象３に照射され、反射波または透過波としてＴＨｚカメラ４で検出（撮像）される。ここでは、反射波および透過波を総称して、被測定波と呼ぶことにする。尚、本実施の形態では、以下、反射の配置として説明する。
【００３１】
ＴＨｚカメラ４は、図示しないが、ＴＨｚセンサと、分周器とを内蔵している。ＴＨｚカメラ４は、内蔵されているＴＨｚセンサの同期信号５（図３参照）を分周器でｎ分周して得られる光源制御信号６を、ＴＨｚ光源１に供給する。したがって、ＴＨｚカメラ４は、ＴＨｚ光源１を制御する光源制御信号６を発生して、ＴＨｚ光源１をオン、オフする光源制御手段を備えている。
【００３２】
ＴＨｚ光源１がＤＣ発光困難である場合には、光源制御信号６とパルス制御信号７との論理積を取った制御信号が、ＴＨｚ光源１に供給される。パルス制御信号７の繰り返し周波数は、例えば１ｋＨｚとＴＨｚセンサの時定数（１６ｍｓｅｃ程度）に比べて十分に速いので、光源制御信号６がオン (Ｈレベル）の間、平均パワーのＤＣ光が照射されていると見なすことができる。
【００３３】
ＴＨｚカメラ４で取得された画像データは、当該画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号とともに、デジタルデータ８として外部記憶処理装置９に取りこまれる。
【００３４】
したがって、ＴＨｚカメラ４は、ＴＨｚ光源１のオン時およびオフ時に、それぞれ、被測定波を撮像して得られる複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを取得する画像取得手段と、その取得した複数の第１画像データおよび複数の第２画像データを、フレーム毎に、画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号を付して、デジタルデータ８として外部記憶処理装置９へ転送するデータ転送手段と、を備えている。
【００３５】
本発明の実施形態における識別番号は、画像データが、ＴＨｚ光源１がオンのフレームにおいて取得されたものであるか、あるいはＴＨｚ光源１がオフのフレームにおいて取得されたものであるかを判別することを主たる目的としている。そのため、ＴＨｚセンサのセンサ同期信号５（図３参照）の周波数ＦＳと光源制御信号６の周波数ＦＬとの比（ＦＳ／ＦＬ）である分周比をｎとした場合、ＴＨｚカメラ４は、ｎを上限として巡回的に変化する識別番号を、外部記憶処理装置９に転送している。
【００３６】
換言すれば、識別番号の最大値および最小値を、それぞれ、ＮｍａｘおよびＮｍｉｎとしたとき、次式を満足する。
１  ≦  （Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）  ≦  （ＦＳ／ＦＬ）
【００３７】
図３は、撮影開始から単純に増加カウントした場合のフレーム番号、本発明の実施形態においてデジタルデータ８として外部記憶処理装置９に転送されるフレームの識別番号、センサ同期信号５、光源制御信号６との関係の一例を（ｎ＝４の場合）に示す。この例の場合、識別番号は、０から３まで１ずつ増加し、次のフレームで０に戻るという変化を繰り返す。
【００３８】
識別番号が０、１の間は光源制御信号６をオン（Ｈレベル）、識別番号が２、３の間は光源制御信号６をオフ（Ｌレベル）とした光源制御信号６を、ＴＨｚカメラ４からＴＨｚ光源１に供給する。
【００３９】
この場合、識別番号が０、１の第１画像データは、ＴＨｚ光源１がオンのフレームにおいて取得されることになり、識別番号が２、３の第２画像データは、ＴＨｚ光源１がオフのフレームにおいて取得されたものとなる。したがって、外部記憶処理装置９にてデータの処理を行う際、識別番号を識別することで、複数フレームの画像データ（デジタルデータ）８に対して、ＴＨｚ光源１がオン時のフレームの第１画像データと、ＴＨｚ光源１がオフ時のフレームの第２画像データとを確実に判別し、画質を改善することが可能となる。
【００４０】
すなわち、外部記憶処理装置９は、識別番号に基づいて、デジタルデータ８の各フレームが、第１画像データであるか第２画像データであるかを判別するデータ判別手段を備えている。
【００４１】
なお、ここでは、識別番号０、１をＴＨｚ光源１がオン、識別番号２、３をＴＨｚ光源１がオフとして説明したが、ＴＨｚカメラ４は、識別番号０、１がＴＨｚ光源１のオフ、識別番号２、３がＴＨｚ光源１のオンに対応するように、光源制御信号６を生成しても良い。
【００４２】
また、ＴＨｚカメラ４は、識別番号１、２がＴＨｚ光源１のオンや識別番号２、３がＴＨｚ光源１のオン、等のような規則で、光源制御信号６を生成しても良いが、識別番号０、１と識別番号２、３とを、それぞれ同一極性（オンあるいはオフ）に割り当てるのが好適である。何故なら、識別番号の最上位ビット信号をそのまま（あるいは単純な反転）出力することにより、ＴＨｚカメラ４は光源制御信号６を生成できるからである。
【００４３】
また、ｎ＝４の場合、識別番号を０〜３ではなく、１〜４として割り当てても良いが、０〜３として割り当てるのが好適である。何故なら、識別番号の最上位ビット信号をそのまま（あるいは単純な反転）出力することにより、ＴＨｚカメラ４は光源制御信号６を生成できるからである。
【００４４】
フレームの識別番号は、単純なカウントアップで割り当てるのが一般的である。この場合、カメラ起動時の内部タイミングで識別番号が０にリセットされたタイミングから識別番号が割り振られることとなる。しかしながら、ＴＨｚカメラ４から安定した画像データを取得できるようになるには一定の時間がかかってしまうため、識別番号のみからでは、ＴＨｚ光源１がオン時のフレームの画像データと、ＴＨｚ光源１がオフ時のフレームの画像データとを確実に判別することができない。
【００４５】
これに対して、本発明の実施形態では、識別番号が巡回的に変化しており、その番号とＴＨｚ光源１のオン／オフとが一義的に対応づけられている。そのため、カメラ起動後に一定の時間が経過した場合であっても、識別番号に基づいて、ＴＨｚ光源１がオン時のフレームの画像データと、ＴＨｚ光源１がオフ時のフレームの画像データとを確実に判別し、画質を改善することが可能となる。
【００４６】
次に、外部記憶処理装置９へ転送するデジタルデータ８の構造について説明する。識別番号は、画像データより先に外部記憶処理装置９に転送される構造とするのが望ましい。その理由は、ノイズ等の何らかの外乱によりデジタルデータが正しく転送されない事態が生じ得るが、本発明の実施形態では、使用される識別番号が予め分かっているので、これ以外の識別番号が読み出された場合には、そのフレームの画像データを処理から除外するという対応を取ることができるからである。それに対して、フレームの識別番号を単純なカウントアップで割り当てている場合には、識別番号は限定されないので、このような対応を取ることはできない。
【００４７】
また、ノイズ対策の観点では、識別番号を一度だけではなく、複数回転送することで、識別番号読み出しの信頼性を向上させることが望ましい。例えば、カメラの画素数が（３２０×２４０）の場合、図４に示すように、データ構造を（３２０×２４１）とし、最初の１行全てに識別番号を付加しても良い。このような構造は識別番号読み出しの信頼性向上のみならず、見かけ上１行分画素が増えただけの構造となるので、外部記憶処理装置９でのデータ処理にも都合が良い。さらに、この場合には、識別番号の認識率（３２０回中何回同じ識別番号が読み出された割合）に基づいて、外部記憶処理装置９に転送されているデジタルデータ８の信頼性を確認することが可能である。認識率１００％、悪くても、３１９／３２０程度の認識率が得られるのが正常な状態である。
【００４８】
外部記憶処理装置９は、判別して得られた複数の第１画像データから、判別して得られた複数の第２画像データを差し引いて、差分画像データを出力する減算手段を備えている。
【００４９】
次に、本発明の実施形態の効果について説明する。
【００５０】
第１の効果は、複数フレームの画像データに対して、ＴＨｚ光源１がオン時のフレームの画像データと、ＴＨｚ光源１がオフ時のフレームの画像データとを確実に判別し、画質を改善することができることである。
【００５１】
その理由は、 光源制御信号６をＴＨｚカメラ４自身が生成するとともに、ＴＨｚカメラ４から外部記憶処理装置９に転送されるデジタルデータ８には、画像データのみならずフレームの識別番号が付与されるとともに、識別番号は、センサの同期信号５の周波数ＦＳと光源制御信号６の周波数ＦＬとの比（ＦＳ／ＦＬ）に基づいて、巡回的に変化するからである。
【００５２】
第２の効果は、ＴＨｚ光源１のオンからオフへの切り替わりあるいはＴＨｚ光源１のオフからオンへの切り替わり直後のフレームに相当する画像データを平均化演算から確実に除外し、画質を改善することができることである。
【００５３】
その理由は、第１の効果と同様に、光源制御信号６をＴＨｚカメラ４自身が生成するとともに、ＴＨｚカメラ４から外部記憶処理装置９に転送されるデジタルデータ８には画像データのみならずフレームの識別番号が付与されるとともに、識別番号は、センサの同期信号５の周波数ＦＳと光源制御信号６の周波数ＦＬとの比（ＦＳ／ＦＬ）に基づいて、巡回的に変化するからである。
【００５４】
第３の効果は、フレームの識別番号を誤ることなく確実に取得することができることである。
【００５５】
その理由は、外部記憶処理装置９にデジタルデータ８を転送する際に、デジタルデータ８には、ＴＨｚカメラ４により撮影された画像データと、該画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号とが含まれ、外部記憶処理装置９に対して該画像データに先立って該識別番号が少なくとも２度以上転送されるからである。
【実施例１】
【００５６】
次に、本発明の第１の実施例について説明する。
【００５７】
図１を参照して、本発明の第１の実施例によるロックイン撮像システムでは、ＴＨｚ光源１として、周波数３．１ＴＨｚの輝線（ＴＨｚ波）２を放射する量子カスケードレーザ（ＱＣＬ：Quantum Cascade Laser）を用いた。パルス制御信号７のパルス幅は３００ｎｓｅｃ、繰返し周波数は１ｋＨｚとした。ＴＨｚカメラ４の同期信号５（図３参照）の周波数は６０Ｈｚであり、同期信号５を１６分周した周波数３．７５Ｈｚ、ｄｕｔｙ＝５０％の光源制御信号６とパルス制御信号７との論理積を取った信号を、ＱＣＬ１の発光駆動回路に入力して実験を行った。
【００５８】
本実施例では、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１がオンの期間（１３３．３ｍｓｅｃ）にフレームレート６０Ｈｚの８つの第１画像データがＴＨｚカメラ４により取得され、また、ＴＨｚ光源（ＱＣＬ）１がオフの期間（１３３．３ｍｓｅｃ）に、フレームレート６０Ｈｚの８つの第２画像データがＴＨｚカメラ４により取得される。
【００５９】
ＴＨｚカメラ４は、それら第１および第２画像データ及びそれら第１および第２画像データが取得されたフレームを識別するための識別番号（０〜１５）が付加されたデジタルデータ８を外部記憶処理装置９に転送し、外部記憶処理装置９にてロックイン演算を行った。識別番号ｍ（ｍ＝０、１、・・・１５）が付加された画像データを（画像データ）_ｍとすると、ロックイン演算は、下記の数１で定義される。
【００６０】
【数１】
2013164310.tif 000003
【００６１】
ここで、ｍ＝０，８の画像データを除外したのは、ＴＨｚアレイセンサの時定数が１６ｍｓｅｃであるため、ＴＨｚ光源１のオン期間中とオフ期間中の最初のフレームの信号が十分立ち上がっていない又は信号が十分落ち切っていないことを考慮したためである。
【００６２】
図５、図６および図７を参照して、本発明の第１の実施例を適用することにより、信号雑音比が従来技術に比べて２〜３倍向上した例を説明する。
【００６３】
図５に示すように、測定対象（サンプル）３としてＡｌテープを貼った反射板２４の上に黒い布テープ２５を貼った物を用意し、液体窒素冷却のＱＣＬ（ＴＨＨｚ光源）１から周波数３．１ＴＨｚの輝線（ＴＨｚ波）２を反射板２４の一部の領域２６に照射し、画素数（３２０×２４０）で画素ピッチ２３．５μmのTHzアレイセンサを搭載したＴＨｚカメラ４で反射画像を撮像した。
【００６４】
図６は、同反射板２４によるＱＣＬ１の輝線（ＴＨｚ波）２の反射画像である（中央付近の細長い部分）を示す図である。細長い形状をしているのは、ＴＨｚ光源１の中に用いられている軸外し放物面鏡（図示していない）の収差のためである。前記布テープ２５の低い反射率のため、図６（ａ）に示されるように、細長い形状の中央付近で低輝度の部分２７が認められる。同低輝度部は、図６（ｂ）に示されるように、前記布テープ２５の位置２８に対応する。
【００６５】
図６の画像は、上記数１に基づいた演算を行い、信号雑音比を更に高めるため（２４×２４）画素のデータを積分して表示したものである。図６（ａ）のＱＣＬの画像のうち右側の高輝度部２９の信号雑音比は約３８０である。
【００６６】
図７は、従来技術に比べて本発明の実施例が信号雑音比をどのくらい向上させたかを確かめるため、ＴＨｚ光源オン期間中の画像データ1枚とオフ期間中の画像データ1枚を用いて差画像を取ったものを示す図である。サンプルは、図６の画像取得時と同じ物である。
【００６７】
図７のＱＣＬ１からの画像も図６と同じ形状をしている。図７の画像も、（２４×２４）の画素積分を行った結果を表示している。図７のＱＣＬ１の画像のうち右側の高輝度部２９の信号雑音比は約１３０である。このように、本発明の実施例を用いることにより、従来技術に比べて信号雑音比を約２〜３倍向上できることが分かった。
【００６８】
以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００６９】
例えば、本実施例では７つの画像データを用いたが、ＴＨｚアレイセンサの時定数が早ければ、全ての画像データを用いても構わない（数１において、ｍ＝０の画像を使っても良い）。また本実施例では、反射の配置でサンプル（測定対象）３の画像を取得したが、透過の配置でも構わない。本実施例では、ＴＨｚ周波数帯の電磁波を対象にしたが、本発明はこの周波数帯に限った技術ではなく、赤外のような他の周波数帯の電磁波に対しても適用することができる。
【００７０】
さらに、識別番号１周期をフェーズと呼ぶことにすると、複数フェーズの画像データを取得しロックイン演算を行って、さらに画質改善を試みても良い。ｉ番目のフェーズで、識別番号ｍの画像データを（画像データ）_ｉ，ｍと定義すると、複数フェーズに対するロックイン演算は、下記の数２で定義される。
【００７１】
【数２】
2013164310.tif 000004
【００７２】
数２において、ｋは任意の自然数を取ることが可能である。ｋの上限値は、画像データのノイズ特性（ランダム性ノイズが支配的かどうか）や外部記憶処理装置９が取り扱えるデータ容量に依存して変化するが、１００〜１，０００程度を目安に設定すれば十分である。
【符号の説明】
【００７３】
１  ＴＨｚ光源
２  THz波
３  測定対象
４  ＴＨｚカメラ
６  光源制御信号
７  パルス制御信号
８  デジタルデータ
９  外部記憶処理装置
２４  反射板
２５  黒い布テープ
２６  ＴＨｚ光源の照射領域
２７  ＴＨｚ光源(QCL)の画像の低輝度部
２８  黒い布テープの位置
２９  THz光源(QCL）の画像の高輝度部
１０１  冷凍機
１０２  量子カスケードレーザ
１０３  軸外し放物面鏡
１０４  軸外し放物面鏡
１０５  対象物（ここでは封筒）
１０６  Ｓｉレンズ
１０７  マイクロボロメータカメラ
１０８  （３２０×２４０）画素マイクロボロメータアレイセンサ
１０９  鉛筆でＭＩＴという文字を書いた紙
１１０  紙１０９を封筒１０５に入れて撮ったＴＨｚ透過画像
【図１】
2013164310.tif 000005
【図２】
2013164310.tif 000006
【図３】
2013164310.tif 000007
【図４】
2013164310.tif 000008
【図５】
2013164310.tif 000009
【図８】
2013164310.tif 000010
【図９】
2013164310.tif 000011
【図６】
2013164310.tif 000012
【図７】
2013164310.tif 000013
【図１０】
2013164310.tif 000014