(57)【要約】【課題】高精度に絶対温度分布を測定することができる温度計測装置及び該温度計測装置を備えた車両を提供する。【解決手段】遠赤外線撮像部１１から出力された撮像画像信号を補正することで各画素の階調値を算出し、該階調値に基づいて被撮像体の温度を計測する温度計測装置に、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の関係を記憶する温度パラメータメモリ１７と、温度計測標準体に対応すべき所定画素の撮像画像信号及び温度の対応関係とを記憶するパラメータメモリ１５と、前記所定画素の撮像画像信号及び前記対応関係に基づいて、温度計測標準体の温度を算出する温度算出部１４と、温度算出部１４が算出した温度、温度パラメータメモリ１７が記憶している関係、前記所定画素の階調値、及び他の画素の階調値に基づいて、各画素の階調値を被撮像体の温度を示す階調値に変換する温度補正処理部１６とを備える。【選択図】図２
2009150842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線にて被撮像体を撮像し、撮像画像を構成する複数画素夫々の撮像画像信号を出力する赤外線撮像部を備え、該赤外線撮像部から出力された撮像画像信号の信号レベルに対応した各画素の階調値を、前記赤外線撮像部の撮像特性に基づいて補正し、補正した各画素の階調値に基づいて被撮像体の温度を計測する温度計測装置であって、
所定の赤外線放射率を有する温度計測標準体に対応すべき所定画素の撮像画像信号及び該温度計測標準体の温度の対応関係と、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の関係とを記憶する記憶手段と、
前記所定画素の撮像画像信号及び前記対応関係に基づいて、前記所定画素に対応する温度計測標準体の温度を算出する温度算出手段と、
該温度算出手段が算出した温度、前記記憶手段が記憶している関係、前記所定画素の補正後の階調値、及び他の画素の補正後の階調値に基づいて、前記所定画素以外の他の画素の階調値を該画素に対応する被撮像体部分の温度を示す階調値に変換する変換手段と
を備える温度計測装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、周囲温度に応じて異なる複数の前記関係を記憶しており、
更に、前記温度算出手段が算出した温度に基づいて、該温度に対応する前記関係を選択する選択手段を備え、
前記変換手段は、
前記選択手段が選択した前記関係に基づいて、前記他の画素の階調値を変換するようにしてある
ことを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記記憶手段が記憶している関係は、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の比例関係であり、該比例関係を規定する比例係数は前記温度算出手段が算出する温度の関数である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の温度計測装置と、
車室内に配されており、所定の赤外線放射率を有する温度計測標準体と
を備え、
前記温度計測装置は、前記所定画素と前記温度計測標準体とが対応するように配されている
ことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線にて被撮像体を撮像し、撮像して得た撮像画像の階調値に基づいて被撮像体の温度を計測する温度計測装置及び温度計測装置を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車室内の温度分布を測定する車両用温度測定装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る車両用温度測定装置は、赤外線を検知することで車室内の温度分布を測定するサーモパイルモジュールと、サーモパイルモジュールの検知範囲に配設され、所定温度で発熱する標準発熱体とを備えている。車両用温度測定装置は、外乱光の影響を除去すべく、標準発熱体から放射される赤外線をサーモパイルモジュールで検知し、その検知結果に基づいて温度分布の較正を行う。
このように構成された車両用温度測定装置にあっては、外乱光がある場合であっても、車室内の絶対温度分布を精度良く測定することができる。
一方、長波長、例えば８〜１４μｍの赤外線にて車室内の被撮像体、例えば乗員を撮像する車載撮像装置が開発されている。長波長の赤外線を用いた場合、外乱光の影響を受けることなく車室内の相対的な温度分布を測定することができる。
【特許文献１】特開２００６−１１３０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に係る車両用温度測定装置においては、ヒータの電源を入切することによって標準発熱体の温度制御を行っているため、数分周期で標準発熱体の温度が２〜３℃変動し、結果として車室内の温度分布を正確に測定することができないという問題があった。具体的には、ヒータの電源が入になったとき、標準発熱体の温度は瞬間的に高温になり、サーモパイルモジュールで検知される温度は全体的に数℃低くなる。また、ヒータの電源が切りになった場合、標準発熱体の温度はなだらかに低下し、サーモパイルモジュールで検知される温度も全体的に上昇するという不具合が生ずる。
また、ヒータへの通電を制御するためには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、温度センサ、通信回路、電源ケーブル等が必要であり、車両用温度測定装置の構成が複雑になり、コストが増大するという問題があった。
更に、ヒータへの通電及び通電制御を行う必要があるため、消費電力が増大するという問題があった。
更にまた、ヒータへの通電を制御するための通信線、電源ケーブル等を引き回し、各種回路を配置する必要があるための配置空間が必要であるという問題があった。
【０００４】
一方、従来の車載撮像装置においては、外乱光の影響を受けることなく、車室内の相対的な温度分布を測定することはできるが、被撮像体の絶対温度を測定することはできない。これは、車載撮像装置の周囲環境の変動によって、階調値のオフセットが変動し、撮像画像の階調値と温度との対応関係が変動するためである。例えば、階調値３２と２０℃とが対応していても、周囲環境が変動した場合、階調値３２と２５℃とが対応することもある。
なお、オフセットを固定することも考えられるが、車載撮像装置のオフセットを固定した場合、特定の周囲環境でしか被撮像体を撮像できなくなるという問題が生ずる。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、従来の車両用温度測定装置に比してより高精度に絶対温度分布を測定することができ、しかも標準発熱体及び温度センサが不要であり、装置を簡単且つ低コストで構成することができる温度計測装置及び該温度計測装置を備えた車両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】
第１発明に係る温度計測装置は、赤外線にて被撮像体を撮像し、撮像画像を構成する複数画素夫々の撮像画像信号を出力する赤外線撮像部を備え、該赤外線撮像部から出力された撮像画像信号の信号レベルに対応した各画素の階調値を、前記赤外線撮像部の撮像特性に基づいて補正し、補正した各画素の階調値に基づいて被撮像体の温度を計測する温度計測装置であって、所定の赤外線放射率を有する温度計測標準体に対応すべき所定画素の撮像画像信号及び該温度計測標準体の温度の対応関係と、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の関係とを記憶する記憶手段と、前記所定画素の撮像画像信号及び前記対応関係に基づいて、前記所定画素に対応する温度計測標準体の温度を算出する温度算出手段と、該温度算出手段が算出した温度、前記記憶手段が記憶している関係、前記所定画素の補正後の階調値、及び他の画素の補正後の階調値に基づいて、前記所定画素以外の他の画素の階調値を該画素に対応する被撮像体部分の温度を示す階調値に変換する変換手段とを備える。
【０００７】
第２発明に係る温度計測装置は、前記記憶手段は、周囲温度に応じて異なる複数の前記関係を記憶しており、更に、前記温度算出手段が算出した温度に基づいて、該温度に対応する前記関係を選択する選択手段を備え、前記変換手段は、前記選択手段が選択した前記関係に基づいて、前記他の画素の階調値を変換するようにしてあることを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係る温度計測装置は、前記記憶手段が記憶している関係は、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の比例関係であり、該比例関係を規定する比例係数は前記温度算出手段が算出する温度の関数であることを特徴とする。
【０００９】
第４発明に係る車両は、第１発明乃至第３発明のいずれか一つに記載の温度計測装置と、車室内に配されており、所定の赤外線放射率を有する温度計測標準体とを備え、前記温度計測装置は、前記所定画素と前記温度計測標準体とが対応するように配されていることを特徴とする。
【００１０】
第１及び第４発明にあっては、赤外線撮像部が赤外線にて被撮像体を撮像し、撮像画像を構成する複数画素夫々の撮像画像信号を出力する。撮像画像信号の信号レベルに対応した階調値は、赤外線撮像部の撮像特性に基づいて補正される。補正された階調値は、被撮像体の温度に応じた値を有しているが、該階調値は被撮像体の相対温度を示しているに過ぎない。
温度算出手段は、温度計測標準体に対応すべき所定画素の撮像画像信号と、記憶手段が記憶している対応関係とに基づいて、所定画素に対応する温度計測標準体の温度を算出する。特に第４発明によれば、赤外線撮像部は、温度計測標準体と所定画像とが対応するように車室内に配されているため、温度計測標準体に係る既知の赤外線放射率に基づいて温度計測標準体の温度と、撮像画像信号とを一対一で対応付けることができる。
変換手段は、温度算出手段が算出した温度計測標準体の温度と、所定画素の補正後の階調値と、記憶手段が記憶している関係とに基づいて、所定画素以外の他の画素の階調値を、被撮像体部分の温度と一対一対応した階調値に変換する。
温度算出手段が算出した温度と、所定画素の階調値とに基づいて、一の温度と一の階調値とを対応付けることができる。また、前記一の温度及び一の階調値を基準とし、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の関係を用いることによって、他の階調値も温度に対応付けることができる。よって、変換手段は、撮像して得た階調値を、温度に一対一対応した階調値に変換することができる。
【００１１】
第２及び第４発明にあっては、記憶手段は、周囲温度に応じて異なる複数の前記関係を記憶している。一般に各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の関係は、周囲温度によって変動することが知られている。
選択手段は、温度算出手段が算出した温度に基づいて、記憶手段が記憶している複数の関係の内、前記温度に対応する関係を選択する。従って、変換手段は、周囲温度に応じた関係に基づいて、より正確に温度と階調値とが一対一対応した階調値に変換することができる。
【００１２】
第３及び第４発明にあっては、記憶手段は、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の関係として比例関係を記憶しており、該比例関係を規定する比例係数は温度算出手段が算出する温度、つまり温度計測装置の周囲温度の関数である。一般に各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の関係は、周囲温度によって変動することが知られている。
変換手段は、温度算出手段が算出した温度に基づいて、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の変化量の比例関係を特定することができ、周囲温度に応じた比例関係に基づいて、撮像して得た階調値をより正確に温度と階調値とが一対一対応した階調値に変換することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来の車両用温度測定装置に比してより高精度に絶対温度分布を測定することができ、しかも標準発熱体及び温度センサが不要であり、装置を簡単且つ低コストで構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る温度計測システムの構成を示す模式図である。図中１は、車両Ｃに搭載された本発明に係る温度計測装置であり、温度計測装置１は被駆動部３の動作を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２に通信網を介して接続されている。通信網は、例えば専用ケーブル等の通信線、又は有線若しくは無線の車内ＬＡＮ（Local Area Network）によって構成されている。
【００１５】
図２は、本発明に係る温度計測装置１の構成を示すブロック図である。温度計測装置１は、遠赤外線にて被撮像体を撮像する遠赤外線撮像部１１を備えている。遠赤外線撮像部１１は、運転者の前方、例えば車両Ｃのハンドル、ダッシュボード等に配設され、運転者の上半身及び車両Ｃ内の天井部分４を撮像することができ、天井部分４の一部を構成する温度計測標準体４ａが所定の撮像範囲に入り、且つ遠赤外線撮像部と温度計測標準体４ａとの距離が所定距離になるような姿勢で固定されている。
本発明に係る温度計測装置１は、温度計測標準体４ａから放射される遠赤外線強度を基準にして温度を計測する構成であるため、温度計測標準体４ａとしては赤外線放射率が高い部材、例えば布、ゴムが好ましい。一般に温度計測標準体４ａの赤外線放射率が低い程、温度計測標準体４ａで反射される遠赤外線の反射エネルギーが高くなり、温度計測標準体４ａから該温度計測標準体４ａの温度に応じて放射される遠赤外線強度を測定することが困難になる。
また、温度計測標準体４ａを構成する平面状表面部の法線と、赤外線レンズ１１ａ群の光軸とのなす角が５０度以内になるように、遠赤外線撮像部１１を配設することが好ましい。
このように配置することによって、温度計測標準体４ａの温度に応じた遠赤外線を受光することが可能になる。
【００１６】
遠赤外線撮像部１１は、赤外線レンズ１１ａ及び遠赤外線撮像素子１１ｂを備えている。赤外線レンズ１１ａは、例えば硫化亜鉛原料粉末、カルコゲンガラス、ゲルマニウム、、ジンクセレン等を焼結してなる焼結体であり、８〜１４μｍ帯の遠赤外線に対して透過性を有している。
遠赤外線撮像素子１１ｂは、波長が８〜１４μｍの遠赤外線にて運転者を撮像、つまり赤外線レンズ１１ａにて結像した遠赤外線像を撮像画像信号ｖに光電変換する素子であり、例えば抵抗ボロメータ方式、強誘電方式、ＳＯＩダイオード方式、サーモパイル方式等を用いた非冷却型の撮像素子である。なお、遠赤外線撮像素子１１ｂのアスペクト比は、例えば３／２、画素数は３６０×２４０である。遠赤外線撮像部１１は、連続的又は断続的に撮像処理を行い、撮像画像を構成する複数画素（ｘ，ｙ）夫々の撮像画像信号ｖ（ｘ，ｙ）を、例えば１秒当たり３０枚のフレームレートで生成し、画像構成処理部１２及び温度算出部１４へ出力する。なお、ｘは撮像画像の水平方向における画素の座標を示しており、ｙは撮像画像の垂直方向における画素の座標を示している。
【００１７】
画像構成処理部１２は、遠赤外線撮像部１１から出力された撮像画像信号ｖの信号レベルに対応した階調値を、遠赤外線撮像部１１の撮像特性に基づいて補正することで各画素の階調値を算出し、該階調値を有する撮像画像データを温度補正処理部１６に与える。具体的には、画像構成処理部１２は、遠赤外線撮像部１１から出力されたアナログの撮像画像信号ｖ（ｘ，ｙ）をデジタルの画像データにＡＤ変換し、ＡＤ変換した画像データを画像メモリ１３に一時記憶させる。画像メモリ１３は、例えばＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリである。そして、画像構成処理部１２は、画像メモリ１３に記憶させた画像データに対して撮像画像の不均一性を補正するＮＵＣ（Non-Uniformity Correction）処理、欠陥画素の補正処理等の各種画像処理を行い、画像処理された画像データを温度補正処理部１６に与える。撮像画像を構成する各画素は、二次元に配列されており、画像データは各画素の位置（ｘ，ｙ）及び階調値Ｖ（ｘ，ｙ）として示される各画素の輝度を示すデータを含んでいる。ＮＵＣ処理で補正された階調値Ｖ（ｘ，ｙ）は、下記式（１）で表される。
Ｖｉｊ＝Ｇｉｊ・ｖｉｊ＋Ｏｉｊ…（１）
但し、Ｖｉｊは画素（ｘ，ｙ）＝（ｉ，ｊ）の補正後の階調値、ｖｉｊは画素（ｘ，ｙ）＝（ｉ，ｊ）の撮像画像信号ｖの信号レベルに対応した階調値、Ｇｉｊはゲイン補正値、Ｏｉｊはオフセット補正値であり、ｉ，ｊは、画素位置を示している。Ｇｉｊ、Ｏｉｊは、例えば黒体炉、シャッタ等の温度分布が均一の物体を撮像して得た階調値に基づいて算出したものである。
【００１８】
なお、画像構成処理部１２で得られる画像データから被撮像体の相対的な温度分布を計測することは可能であるが、各画素の階調値Ｖ（ｘ，ｙ）と温度とは一対一対応していないため、温度を計測することはできない。これは、画像構成処理部１２が、遠赤外線撮像部１１の周囲環境の変動によって階調値のオフセットを変動させるためである。オフセットが変動した場合、被撮像体の温度が同じであっても階調値Ｖ（ｘ，ｙ）が変動してしまう。
【００１９】
温度算出部１４には、温度計測の基準となる温度計測標準体４ａの温度（以下、標準体温度Ｔs という）を算出するために必要な定数を記憶したパラメータメモリ１５が設けられている。パラメータメモリ１５は、フラッシュメモリのような不揮発性メモリであり、温度計測標準体４ａの赤外線放射率εと、遠赤外線撮像素子１１ｂの感度、特に温度計測標準体４ａから放射された遠赤外線が集光する撮像素子画素の感度Ｒと、ステファンボルツマン定数σと、温度計測標準体４ａに対応する画素の位置（ｘT ，ｙT ）を記憶している（図１、図５参照）。赤外線放射率ε及び感度Ｒは、温度計測装置１の製造時に測定し、測定して得た定数をパラメータメモリ１５に記憶させておけば良い。
温度算出部１４は、遠赤外線撮像部から出力された撮像画像信号ｖと、パラメータメモリ１５が記憶している定数とに基づいて、標準体温度ＴSを算出する。
【００２０】
次に、標準体温度ＴSの算出原理を説明する。熱平衡状態にある温度計測標準体４ａから放射され、赤外線レンズ１１ａに入射する遠赤外線の放射エネルギーは下記式（２）で表される。但し、Ｕは放射エネルギー、λは温度計測標準体４ａから放射される遠赤外線の波長、Ｔs は温度計測標準体の温度、Ωは立体角、Ｂλ （Ｔs ）は、温度計測標準体４ａの温度がＴs である場合における波長λの遠赤外線の強度を示している。積分範囲は、波長８〜１４μｍ、温度計測標準体４ａが赤外線レンズ１１ａを見込む立体角の範囲である。
【００２１】
【数１】
2009150842.tif 000003
【００２２】
温度計測標準体４ａから放射された赤外線が赤外線レンズ１１ａに入射し、遠赤外線撮像素子１１ｂに集光した場合、遠赤外線撮像素子１１ｂは集光した放射エネルギーに応じた電圧レベルを有する撮像画像信号ｖ（ｘT ，ｙT ）を出力する。撮像画像信号ｖの信号レベルは下記式（３）で表される。但し、Ｒは遠赤外線撮像素子１１ｂの感度Ｒ、特に温度計測標準体４ａから放射された遠赤外線が集光する撮像素子画素の感度Ｒである。
ｖ（ｘT ，ｙT ）＝Ｒ・Ｕ…（３）
【００２３】
上記式（２）、（３）より、標準体温度ＴSは下記式（４）で表され、温度算出部１４は下記式（４）を用いて、標準体温度ＴSを算出し、算出された標準体温度ＴSを温度補正処理部１６に与える。
【００２４】
【数２】
2009150842.tif 000004
【００２５】
なお、温度を算出する際、温度計測標準体４ａから放射された遠赤外線のみを考慮したが、言うまでもなく、遠赤外線撮像部１１を構成する赤外線レンズ１１ａ、遠赤外線撮像素子１１ｂ、及び赤外線レンズ１１ａを保持する図示しない鏡筒も、周囲温度に応じた遠赤外線を放射している。また、車室内の周辺環境から反射された遠赤外線も存在する。従って、遠赤外線撮像素子１１ｂから出力される撮像画像信号ｖの信号レベルと、温度の絶対値とを対応させるためには、赤外線レンズ１１ａ、鏡筒及び遠赤外線撮像素子１１ｂ夫々の温度変動に対応する撮像画像信号ｖの信号レベルの変動に基づいて、標準体温度ＴSを補正する必要がある。例えば、温度計測標準体４ａから放射された放射エネルギーから、遠赤外線撮像部１１、その他の部材から放射される放射エネルギー分を減算する必要がある。遠赤外線撮像部１１から放射されるエネルギーと温度との関係は予め測定し、パラメータメモリ１５に記憶させておけば良い。
【００２６】
温度補正処理部１６は、例えばＭＰＵ（Microprocessor Unit）を備えたマイクロコンピュータであり、画像構成処理部１２で画像処理された画像データを、温度に一対一対応した階調値Ｗ（ｘ，ｙ）を有する画像データに変換する後述の温度補正処理を実行する。ＭＰＵには、図示しないバスを介してＭＰＵの制御に基づき実行される各種コンピュータプログラム及びデータを記録するＲＯＭ、ＲＯＭに記録されたコンピュータプログラムの実行時に一時的に発生する各種データを記録するＲＡＭ、画像データを一時的に記録するフレームメモリ、Ｉ／Ｏポート等が接続されており、ＭＰＵが前記コンピュータプログラムを実行することによって、階調値Ｗ（ｘ，ｙ）の変換処理を実行する。温度補正処理部１６は、温度補正された画像データを通信インタフェース１８に与える。通信インタフェース１８は、温度補正された画像データをＮＴＳＣ(National Television System Committee Standard)等のアナログ信号、ＩＥＥＥ１３９４、ＭＯＳＴ規格に準拠したデジタルの画像データに変換し、ＥＣＵ２に送信する。
【００２７】
また、温度計測装置１は、温度補正処理に必要な各種パラメータを記憶する温度パラメータメモリ１７を備えている。
温度パラメータメモリ１７は、フラッシュメモリのような不揮発性メモリであり、被撮像体の絶対温度分布を測定するためのゲインＤｂ、温度計測標準体４ａに対応すべき所定画素（ｘT、ｙT）の座標位置を記憶している。ゲインＤｂは、各画素に対応する被撮像体部分の温度の変化量及び各画素の階調値の時間的な変化量、つまり被撮像体の温度が単位温度１℃変化した場合の階調値の変化量を示している。ゲインＤｂは、被撮像体の温度に拘わらずほぼ一定の値であるため、温度計測装置１の製造時に測定しておき、測定して得たゲインＤｂを温度パラメータメモリ１７に記憶させておけば良い。
また、温度パラメータメモリ１７は、外部のＥＣＵ２にて絶対温度分布を認識できるように画像データの階調値を変換するためのゲインＤｘ及び測定基準温度ＴMINを記憶している。ゲインＤｘは、下記式（５）で表される定数である。
Ｄｘ＝最大階調値ＰMAX／（測定上限温度ＴMAX−測定基準温度ＴMIN）…（５）
【００２８】
ゲインＤｘは、絶対温度分布を示す画像データにおいて、単位温度１℃の変化量に対応する階調値の変化量を示している。
【００２９】
図３は、ＥＣＵ２の構成を示すブロック図である。ＥＣＵ２は、車室内の絶対温度分布を利用して空調装置、エアバッグ装置等の被駆動部３の動作を制御する制御装置である。ＥＣＵ２は制御部２１を備えており、制御部２１には、バス２７を介してＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、通信インタフェース２４、画像メモリ２５、制御インタフェース２６等が接続されている。
【００３０】
ＲＯＭ２２は、温度計測装置１から送信された画像データに基づいて、車室内の温度を算出する処理、車室内の絶対温度分布に基づいて被駆動部３の動作を制御するためのコンピュータプログラムを記憶している。また、ＲＯＭ２２は、ゲインＤｘ、測定基準温度ＴMINを記憶している。
【００３１】
ＲＡＭ２３は、制御部２１によるコンピュータプログラムの実行時に発生する各種データを記憶する揮発性メモリである。
【００３２】
通信インタフェース２４は、温度計測装置１から送信された画像データを受信し、画像メモリ２５は、通信インタフェース２４で受信した画像データを一時記憶する。制御インタフェース２６は、制御部２１の制御によって制御信号を被駆動部３へ出力し、被駆動部３の動作を制御する。
【００３３】
被駆動部３は、例えば空調装置であり、運転者の上半身部分及びその周辺の絶対温度分布を用いて、空調装置による送風温度、送風方向、送風速度等を制御することができ、より快適に車室内を空調することができる。
また、被駆動部３は、例えばエアバッグ装置であり、絶対温度分布を用いることによって、運転者の頭部、上半身、その周辺部分を判別し、運転者の有無、眼鏡装着の有無、体型、姿勢等をより正確に認識することができ、運転者の頭部の位置、眼鏡装着の有無、体格、姿勢等に応じてエアバッグの展開方法を制御することができ、車両Ｃ衝突時、安全に運転者を保護することができる。
【００３４】
図４は、温度補正処理に係る温度補正処理部１６の処理手順を示すフローチャートである。温度補正処理部１６は、画像構成処理部１２から出力された画像データを取得する（ステップＳ１１）。そして温度補正処理部１６は、温度算出部１４に所定画素（ｘT、ｙT）の撮像画像信号ｖを取得させ（ステップＳ１２）、パラメータメモリ１５から赤外線放射率ε、感度Ｒ及びボルツマン定数σを読み出させ（ステップＳ１３）、標準体温度ＴSを算出させる（ステップＳ１４）。
【００３５】
次いで、温度補正処理部１６は、温度計測標準体４ａに対応する所定画素（ｘT、ｙT）の階調値Ｚ＝Ｖ（ｘT ，ｙT ）を特定する（ステップＳ１５）。
【００３６】
図５は、撮像画像及び所定画素（ｘT、ｙT）を説明するための説明図である。横長矩形枠は撮像画像を示しており、横軸Ｘは水平ライン、縦軸Ｙは垂直ラインを示している。白丸部分は温度計測標準体４ａに対応する所定画素（ｘT、ｙT）を示している。温度補正処理部１６は、所定画素（ｘT、ｙT）の階調値Ｚと、標準体温度ＴSとから一の階調値Ｚと一の温度Ｔs とを対応付けることができる。
【００３７】
次いで、温度補正処理部１６は、ゲインＤｂ、ゲインＤｘ、及び測定基準温度ＴMINを読み出し（ステップＳ１６）、階調値Ｖ（ｘ，ｙ）を、温度を示す階調値Ｗ（ｘ，ｙ）に変換する温度補正処理を実行する（ステップＳ１７）。
【００３８】
図６は、階調値Ｖ（ｘ，ｙ）と温度ＴABS との対応関係を示すグラフである。横軸は階調値Ｖ（ｘ，ｙ）、縦軸は各画素に対応する被撮像体の温度ＴABS を示している。なお、温度ＴABSは、温度の絶対値を示している。図６に示すように、温度ＴABS は、階調値Ｖ（ｘ，ｙ）に比例しており、その比例係数は１／ゲインＤｂである。従って、温度算出部１４から取得した標準体温度ＴSと、温度計測標準体４ａを撮像して得た所定画素（ｘT、ｙT）の階調値Ｚと、ゲインＤｂとから、階調値Ｖ（ｘ，ｙ）と、温度ＴABS とを一対一で対応付けることができる。温度ＴABS は、下記式（６）で表される。
ＴABS ＝Ｖ（ｘ，ｙ）／Ｄｂ＋Ｔs −Ｚ／Ｄｂ…（６）
【００３９】
なお、上記式（６）は、階調値Ｖ（ｘ，ｙ）が温度ＴABS に比例することを前提としており、撮像画像信号ｖの信号レベルが温度の４乗に比例することと矛盾するように見えるが、室温範囲では階調値Ｖ（ｘ，ｙ）は近似的に温度ＴABS に比例することが知られている。
【００４０】
ところが、階調値Ｖ（ｘ，ｙ）を有する画像データをそのまま外部のＥＣＵ２に送信しても、ＥＣＵ２側では階調値Ｖ（ｘ，ｙ）と温度との対応が取れていないため、被撮像体の温度を算出することができない。そこで、温度補正処理部１６は、２つの要素に対して対応付けを行う。第１の要素は、オフセット、即ち測定基準温度ＴMINであり、第２の要素はゲイン、即ち温度変化量に対する階調値の変化量の比率である。ＥＣＵ２は、オフセット及びゲインとして、所定の測定基準温度ＴMIN及びゲインＤｘを記憶しているため、温度補正処理部１６は、ＥＣＵ２側で測定基準温度ＴMIN及びゲインＤｘにて温度を算出することができるように階調値Ｖ（ｘ，ｙ）を階調値Ｗ（ｘ，ｙ）に変換する。
【００４１】
図７は、階調値と温度ＴABS との対応関係を示すグラフである。横軸は階調値Ｗ（ｘ，ｙ）、縦軸は温度ＴABS を示している。ステップＳ１５で温度補正処理部１６は、図７に示すように階調値１を測定基準温度ＴMINに合わせ、単位温度１℃変化した場合の階調値の変化量がゲインＤｘになるように、階調値Ｖ（ｘ，ｙ）を階調値Ｗ（ｘ，ｙ）に変換する。
【００４２】
温度補正された階調値Ｗ（ｘ，ｙ）は、下記式（７）で表される。
Ｗ（ｘ，ｙ）＝（ＴABS −ＴMIN ）×Ｄｘ…（７）
結局、上記式（７）は下記式（８）のように式変形することができ、温度補正処理部１６は、下記式（８）にて階調値Ｗ（ｘ，ｙ）を算出する。
Ｗ（ｘ，ｙ）＝Ｄｘ／Ｄｂ×〔Ｖ−｛Ｚ−（Ｔs −ＴMIN ）×Ｄｂ｝〕…（８）
【００４３】
例えば、測定基準温度ＴMINを１６℃、ゲインＤｘを８とした場合、１６℃〜４８℃の範囲と、階調値１〜２５６とを一対一で対応付けることができる。この場合、２０℃は階調値３２に対応する。
なお、変換後の階調値Ｗ（ｘ，ｙ）が０以下又は２５６より大きな値になった場合、階調値Ｗ（ｘ，ｙ）は夫々１と、２５６とに丸められる。
【００４４】
次いで、温度補正処理部１６は、温度補正された階調値Ｗ（ｘ，ｙ）を有する画像データをＥＣＵ２へ送信する（ステップＳ１８）。
【００４５】
図８は、ＥＣＵ２の制御部２１の処理手順を示すフローチャートである。制御部２１は、温度計測装置１にて温度補正された画像データを受信する（ステップＳ２１）。次いで、制御部２１は、ＲＯＭ２２からゲインＤｘ及び測定基準温度ＴMINを読み出し（ステップＳ２２）、階調値Ｗ（ｘ，ｙ）、ゲインＤｘ及び測定基準温度ＴMINに基づいて温度ＴABS を算出し（ステップＳ２３）、処理を終える。
【００４６】
温度ＴABS は、下記式（９）によって算出することができる。
ＴABS ＝Ｗ（ｘ，ｙ）／Ｄｘ＋ＴMIN …（９）
【００４７】
このように構成された実施の形態に係る温度計測装置１及び車両Ｃにあっては、従来の車両用温度測定装置に比してより正確に被撮像体の絶対温度分布を測定することができる。
【００４８】
また、従来技術のように標準発熱体及び温度センサが不要であるため、該標準発熱体を制御する各種回路が不要になり、温度計測装置１を簡単且つ低コストで構成することができる。
【００４９】
更に、一般のサーモグラフィに比べて簡単な構成で、被撮像体の温度の絶対値を測定することができる。なお、サーモグラフィは、測定する度に測定物の赤外線放射率の値を求めて入力する必要があるが、本発明では、温度計測標準体４ａの赤外線放射率εを予めパラメータメモリ１５に記憶させているため、赤外線放射率を求めて、入力する手間を省くことができる。
【００５０】
更にまた、従来技術のようにヒータへの通電及び通電の制御を行う必要がないため、低消費電力で被撮像体の絶対温度分布を測定することができる。
【００５１】
更にまた、従来技術のようにヒータへの通電を制御するための通信線、電源ケーブル等を引き回し、各種回路を配置する必要がないため、省スペースを図ることができる。特に自動車分野ではエレクトロニクス化が進む一方で車両Ｃの小型化、車内空間の拡大が求められているため、車両Ｃ搭載用の温度計測装置１にあっては特に効果的である。
【００５２】
更にまた、温度測定装置の周囲環境に応じて画像構成処理部１２が階調値Ｖ（ｘ，ｙ）のオフセットを変更させるように構成した場合であっても、温度と一対一対応した階調値Ｗ（ｘ，ｙ）を外部装置に送信することができる。
【００５３】
図９は、第１の変形例に係る温度補正処理部１６の処理手順を示すフローチャートである。第１の変形例に係る温度パラメータメモリ１７は、周囲温度に応じて異なる複数のゲインＤｂ１、…、Ｄｂｋ、…を記憶しており、温度補正処理部１６は、周囲温度に対応したゲインＤｂｋを用いることによって、より正確な温度の測定を可能にしたものである。但し、ｋは２以上の自然数である。
【００５４】
温度補正処理部１６は、図４と同様、画像データを取得し（ステップＳ３１）、温度算出部１４に所定画素（ｘT、ｙT）の撮像画像信号ｖを取得させ（ステップＳ３２）、パラメータメモリ１５から赤外線放射率ε、感度Ｒ及びボルツマン定数σを読み出させ（ステップＳ３３）、標準体温度ＴSを算出させる（ステップＳ３４）。次いで、温度補正処理部１６は、所定画素（ｘT、ｙT）の階調値Ｚを特定する（ステップＳ３５）。そして、温度補正処理部１６は、ステップＳ３４で算出された標準体温度ＴSに基づいて、該標準体温度ＴSに対応するゲインＤｂｋを選択して読み出す（ステップＳ３６）。以下、図４と同様、ゲインＤｘ及び測定基準温度ＴMINを読み出し（ステップＳ３７）、温度補正処理を行い（ステップＳ３８）、温度補正された画像データを送信し（ステップＳ３９）、処理を終える。
【００５５】
第１の変形例に係る温度計測装置１及び車両Ｃにあっては、温度計測装置１の周囲温度に応じたゲインＤｂｋを用いることによって、周囲温度に拘わらず、被撮像体の温度を正確に計測することができる。
【００５６】
図１０は、第２の変形例に係る温度補正処理部１６の処理手順を示すフローチャートである。第２の変形例に係る温度パラメータメモリ１７は、周囲温度に応じて線形的に変化するゲインＤｂを規定する定数ａ，ｂを記憶している。定数ａ，ｂは、Ｄｂ（Ｔs ）＝ａ×Ｔs ＋ｂで表されるゲインＤｂを規定する値であり、温度計測装置１の製造時に予め測定及び算出し、温度パラメータメモリ１７に記憶させておく。温度補正処理部１６は、定数ａ，ｂ及び温度算出部１４が算出した標準体温度ＴSに基づいてゲインＤｂを算出し、算出されたゲインＤｂを用いることによって、より正確な温度の測定を可能にしたものである。
【００５７】
温度補正処理部１６は、図４と同様、画像データを取得し（ステップＳ４１）、温度算出部１４に所定画素（ｘT、ｙT）の撮像画像信号ｖを取得させ（ステップＳ４２）、パラメータメモリ１５から赤外線放射率ε、感度Ｒ及びボルツマン定数σを読み出させ（ステップＳ４３）、標準体温度ＴSを算出させる（ステップＳ４４）。次いで、温度補正処理部１６は、所定画素（ｘT、ｙT）の階調値Ｚを特定する（ステップＳ４５）。そして、温度補正処理部１６は、温度パラメータメモリ１７からゲインＤｂ算出用の定数ａ，ｂを読み出し（ステップＳ４６）、標準体温度ＴS、及び定数ａ，ｂに基づいて、ゲインＤｂ（ＴS ）＝ａ×ＴS ＋ｂを算出する（ステップＳ４７）。以下、図４と同様、ゲインＤｘ及び測定基準温度ＴMINを読み出し（ステップＳ４８）、温度補正処理を行い（ステップＳ４９）、温度補正された画像データを送信し（ステップＳ５０）、処理を終える。
【００５８】
第２の変形例に係る温度計測装置１及び車両Ｃにあっては、温度計測装置１の周囲温度に応じたゲインＤｂを算出することによって、温度計測装置１の周囲温度に拘わらず、被撮像体の温度を正確に計測することができる。
【００５９】
なお、実施の形態及び変形例にあっては、遠赤外線にて被撮像体を撮像する場合を説明したが、他の周波数帯域の赤外線にて被撮像体を撮像し、温度を測定するように構成しても良い。但し、遠赤外線撮像素子を用いた場合、車室内に入射する外光の影響を受けないため、正確に被撮像体の絶対温度分布を計測することができ、好適である。
【００６０】
また、標準体温度ＴSとして、瞬間の温度を用いる場合を説明したが、異なる時刻で複数の標準体温度ＴSを取得し、該複数の標準体温度ＴSから移動平均を算出し、該移動平均を用いて階調値を変更するように構成しても良い。同様に、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタにて標準体温度ＴSの変動を抑制するように構成しても良い。フィルタ期間は、例えば０．５〜１．５秒程度が好ましく、温度変化に追従でき、且つノイズを効果的に抑制することができる。このように構成した場合、標準体温度ＴSの短期的変動によって、測定される温度が揺らぐことを防止することができる。
更に、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度計測システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る温度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図４】温度補正処理に係る温度補正処理部の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】撮像画像及び所定画素を説明するための説明図である。
【図６】階調値と温度との対応関係を示すグラフである。
【図７】階調値と温度との対応関係を示すグラフである。
【図８】ＥＣＵの制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第１の変形例に係る温度補正処理部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第２の変形例に係る温度補正処理部の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１  温度計測装置
２  ＥＣＵ
３  被駆動部
４  天井部分
４ａ  温度計測標準体
１１  遠赤外線撮像部
１１ａ  赤外線レンズ
１１ｂ  遠赤外線撮像素子
１２  画像構成処理部
１３  画像メモリ
１４  温度算出部
１５  パラメータメモリ
１６  温度補正処理部
１７  温度パラメータメモリ
１８  通信インタフェース
【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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【図６】
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【図７】
2009150842.tif 000011
【図８】
2009150842.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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