(57)【要約】  【課題】単一系の固体撮像装置を用いて、夏の炎天下で直射日光に当たり続けて体温同等に上昇した踏切内の舗装面と踏切内に侵入した人体とを識別可能にする。【解決手段】８−１５μｍの遠赤外線用非球面レンズと８−１５μｍ用ＶＧＡ以上の画素の固体撮像素子からなる固体撮像装置と２０μｍ以下の水滴を噴射し送風する手段と侵入されない舗装面とを有し、侵入されない舗装面の温度が体温と同等付近になったら、踏切内の舗装面に前記水滴を噴射し送風し、侵入されない舗装面の温度が体温より所定高くなるか所定低くなるかすれば、前記前記水滴を噴射し送風することを中止する、踏切内の進入監視システム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠赤外線光学系と遠赤外線固体撮像素子を用いた固体撮像装置を有する移動物体の進入監視システムにおいて、気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射し送風する手段を有し、前記移動物体が進入しない領域を確保し、前記移動物体が進入しない領域の温度が前記監視対象の表面温度と所定値以内に変化したら、前記監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射し送風すること、前記移動物体が進入しない領域の温度が前記移動物体の表面温度と所定値以外に変化したら前記進入しない領域以外の監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射し送風することを中止すること、とを特徴とする監視システム。
【請求項２】
遠赤外線光学系と遠赤外線固体撮像素子とを用いた固体撮像装置を有する移動物体の進入監視システムにおいて、気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射する手段を有し、監視対象の背景の表面温度が前記移動物体の表面温度と所定値以内に変化したら前記監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射すること、前記監視対象の背景の温度が前記移動物体の表面温度と所定値以外に変化したら前記監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射することを中止すること、とを特徴とする監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
赤外線固体撮像素子を用いた撮像装置を有する監視システムの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近赤外線と中赤外線と遠赤外線との定義は、目的や業界により様々なので、以下赤外線の定量的な区別を大気中の透過性の概略波長で行う。
【０００３】
図４は従来の動作を示す模式図で可視光と赤外線の大気中の透過性の概略である。図４において、太陽光は大気の窓と称される特定波長０．４μｍ−１．３μｍ（可視光と近赤外線の短波長側）と１．５μｍ−１．８μｍ（近赤外線の中央波長）と２μｍ−２．６μｍ（近赤外線の長波長側）と３μｍ−４．２μｍと４．４μｍ−５μｍ（中赤外線）と８−１５μｍ（遠赤外線）で１．８ｋｍの大気を通過する。（非特許文献１参照）ところで８−１５μｍ（遠赤外線）では放射強度と３０℃前後の物体温度とが比例し、太陽光が低レベルである。（非特許文献２参照）
つまり、５μｍ以下の赤外線固体撮像素子を用いた撮像装置を有する監視システムでは、被写体に直接当たる状態では太陽光の影響を受け、背景と移動物体との区別が困難である。したがって、従来の撮像装置の全体構成を示すブロック図の図３の様に、８−１５μｍの固体撮像素子とカルコゲナイド(S,Se,Te,Ge,As,Sb)等８−１５μｍの遠赤外線光学系を用い、被写体の８−１５μｍの放射強度を温度で色分けして映像出力する撮像装置を用いる。
【０００４】
しかし、夏の晴天では、直射日光が当たり続けた舗装面温度が、体温以上に上昇し、人体と被写体の８−１５μｍの放射強度が同等以上になり、区別が付かない。具体的には従来の撮像装置の全体構成を示すブロック図の図３の体温と同等温度の背景の１９と、人物６との区別が付かない。２００７年には４０度以上の気温も熊谷等の複数個所で複数回記録した。そこで、体温より高温の背景の２０もありうる。
【０００５】
自然災害の監視でも同様である。具体的には、火砕流監視でも、夏の地面と常温近くまで冷えてきた先端の火砕流では区別が付かない。また、放射冷却された地面が上流の鉄砲水や土石流や雪崩等の移動体と同等以下に下降し８−１５μｍの遠赤外線放射強度が移動体と同等になり、区別が付かない。
【０００６】
そのため、侵入物体を検出するセンサ１７が、可視光のガラスレンズ１２と可視光の固体撮像素子とを用いる撮像装置１３と８−１５μｍの遠赤外線撮像装置１１とに併用されていた。
【０００７】
ところで、愛地球博のパビリオンや都心の大規模施設では、夏の日中は、微細な水の粒で人工的な霧を発生させて、水が液体から気体に変わる際に周囲から熱を奪う気化熱を利用して気温を低下させる技術が実施されている。水の粒の蒸散作用により直接空気を冷やすため、エアコンの約1/30の消費電力量で、微細な水の粒は、すぐに蒸発するため、ほとんど濡れるという感触がない。
【０００８】
具体的には、平均粒径４μｍの水で周辺の気温を2〜3℃（非特許文献３参照）または平均粒径８μｍの水で３〜６℃（非特許文献４参照）低下させる技術が実施されている。ところで、散水の方が冷却能力は高いが、濡れてしまう上に到達距離は放水到達距離に制限されるのに対し、平均粒径２０μｍの水を噴霧した空気をファンで送風すれば７０ｍの範囲で最大１０℃（非特許文献５参照）低下させる技術も実施されている。
【０００９】
赤外線カメラの視野中央に相当する部分にノズルから噴射された冷却材をパルス的に供給し、速度を検出する装置も提案されている。（特許文献１参照）
ガラス、金属、結晶の非球面研磨精度が５μｍ以下と遠赤外線波長８−１５μｍ同等以下となり、遠赤外線透過の非球面光学系が実用化された。（非特許文献６参照）マルチ成形研削盤の非球面レンズ加工も０．２μｍ以下の精度で高速化され、非球面補正レンズを用いたシュミットカセグレン天体望遠鏡の納期が１／１２に短縮された。（非特許文献７参照）その結果、遠赤外線レンズの収差とフレアとゴーストが低減し、コントラストと変調度が向上した。
【００１０】
さらに、水平６４０画素垂直４８０画素と従来のテレビジョンと同等画素の遠赤外線撮像素子も製品化された。（非特許文献８参照）
【非特許文献１】R.D.Hudson.Jr「INFRADRED SYSTEM ENGINEERINGS」(John Willey & Son.1969)
【非特許文献２】日本建築学会計画系論文集第459号
【非特許文献３】http://www.nohmi.co.jp/topics/20050819/
【非特許文献４】http://www.drymist.jp/intro2.html
【非特許文献５】株式会社いけうちNo.CLJ070811
【特許文献１】特開昭６２−７１８６３
【非特許文献６】http://www.ikuta-sk.com
【非特許文献７】http://business.nikkeibp.co.jp/article/pba/20080331/151741/
【非特許文献８】日本電気株式会社ＢＧＥ０２７−２００７−０３ＡＦ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
単一系の固体撮像装置を用いて、夏の炎天下で大気を通過した太陽光が被写体に直接当たり続けた状態でも、太陽光の影響を受けずに、踏切内の背景と移動物体と区別を付け、検出することが本発明の目的である。
【００１２】
また、単一系の固体撮像装置を用いて、夏の地面と常温近くまで冷えてきた先端の火砕流や、放射冷却された地面と上流の鉄砲水や土石流や雪崩等の移動体と区別を付け、検出することも併せて本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を達成するため、本発明では、遠赤外線光学系と遠赤外線固体撮像素子を用いた固体撮像装置を有する移動物体の進入監視システムにおいて、気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射し送風する手段を有し、前記移動物体が進入しない領域を確保し、前記移動物体が進入しない領域の温度が前記監視対象の表面温度と所定値以内に変化したら、前記監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射し送風すること、前記移動物体が進入しない領域の温度が前記移動物体の表面温度と所定値以外に変化したら前記進入しない領域以外の監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射し送風することを中止すること、とを特徴とする監視システムである。
【００１４】
また、遠赤外線光学系と遠赤外線固体撮像素子とを用いた固体撮像装置を有する移動物体の進入監視システムにおいて、気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射する手段を有し、監視対象の背景の表面温度が前記移動物体の表面温度と所定値以内に変化したら前記監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射すること、前記監視対象の背景の温度が前記移動物体の表面温度と所定値以外に変化したら前記監視対象の背景に気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射することを中止すること、を特徴とする監視システムである。
【００１５】
さらに上記において、水平６４０画素垂直４８０画素以上の８−１５μｍの遠赤外線撮像素子とカルコゲナイドの精度が１５μｍ以下の非球面レンズを用い、移動物体の進入を８−１５μｍの遠赤外線の放射で検出することを特徴とする監視システムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の監視システムでは、監視対象の背景の表面温度が監視対象の移動物体の表面温度に近似した場合は、気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の少なくとも一方を噴射し、監視対象の背景の表面温度が監視対象の移動物体の表面温度より識別可能に高いか識別可能に低い場合は、移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体の噴射を中止することにより、監視対象の背景の表面温度が移動物体と異なり、監視対象の背景の８−１５μｍの遠赤外線放射強度が移動物体８−１５μｍの遠赤外線放射強度と異なるため、移動物体の検出が容易になる。
【００１７】
また、水平６４０画素垂直４８０画素と従来のテレビジョンと同等画素であれば、精度が１５μｍと遠赤外線と同等との非球面レンズであれば、収差が無視でき、コントラストと変調度が確保され、被写体の輪郭を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず、気化温度が前記移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または気化温度が前記移動物体以下の固体の微小粒または液化温度または固化温度が移動物体以上の気体を説明してから、本発明の１実施例を説明する。
【００１９】
移動物体が恒温動物や原動機付物体や火砕流なら気化温度が移動物体以下の液体または固体の微小粒を背景に噴射するか噴射し送風する。また、移動物体が鉄砲水や土石流や雪崩なら液化温度または固化温度が移動物体以上の気体を背景に噴射するか噴射し送風する。
【００２０】
気化温度が移動物体以下の液体の微小粒または気化温度が移動物体以下の固体の微小粒を噴射する具体的な1例としては、踏切監視では個々の場所に蒸発して濡れない１０μｍ以下の水滴の噴霧や、所定エリアへの１０μｍ以下の水滴を含んだ送風すれば最大６℃冷却される。発電所や石油備蓄基地や火砕流等の濡れてもかまわない監視区域なら、平均粒径２０μｍの水を噴霧した空気をファンで送風すれば７０ｍの範囲で最大１０℃冷却される。
【００２１】
火砕流監視等の費用を掛けてもかまわない監視区域なら細粒ドライアイスまたは炭酸ガスや散水で低温を維持し監視区域の地面と常温近くまで冷えてきた先端の火砕流とが区別可能とする方法もある。
【００２２】
放射冷却された地面が上流の鉄砲水や土石流と同等以下に下降した場合は、監視区域の地面を加熱した蒸気で暖めれば、上流の鉄砲水や土石流とが区別可能となる。
【００２３】
ロシアの1部や南極では、監視区域の地面を1気圧での昇華温度が−７９℃の炭酸ガスで暖めれば、昇華温度に監視区域を維持でき、より低温の雪崩とが区別可能となる。
【００２４】
以下、代表例として、水滴の噴霧と水滴を含んだ送風で説明する。
【００２５】
次に、本発明の１実施例の監視システムの全体構成を示す図１と本発明の１実施例の動作を示すフローチャートの図２を用いて本発明を説明する。
【００２６】
本発明の１実施例の撮像装置の全体構成を示すブロック図の図１と従来の撮像装置の全体構成を示すブロック図の図３との大きな相違は、図３の侵入物体と近似温度の背景１９を防止することにより、８−１５μｍの遠赤外線透過光学系を用いる撮像装置と噴霧器の一組の検出系で、８−１５μｍの固体撮像素子と、０．４μｍ−０．７μｍの可視光の固体撮像素子とガラスレンズを用いる撮像装置と侵入物体を検出するセンサの３組の検出系の機能をさせたことである。
【００２７】
本発明の１実施例の図１と図２の（ａ）は非侵入領域の温度検出の場合であり、本発明の他の１実施例の図１と図２の（ｂ）は各噴射領域の温度検出の場合である。
【００２８】
監視システムの全体構成を示す図１において、Ｆ１〜Ｆ１２は１０μｍ以下の水滴の噴霧器であり、Ｆ１３〜Ｆ１５は１０μｍ以下の水滴を含んだ送風器であり、１はカルコゲナイド(S,Se,Te,Ge,As,Sb)等８−１５μｍの遠赤外線の光学系であり、反射光学系もあるが、代表例として、非球面レンズとする。２は集電素子または冷却遠赤外線撮像素子等を用いた８−１５μｍ検出遠赤外線撮像装置であり、３は侵入者検知や不審行動検出等の移動物体画像処理装置であり、４は映像表示装置（ピクチャモニタ）であり、５は録画装置である。
【００２９】
移動物体が進入しない領域８を確保した場合、非侵入領域の８−１５μｍの遠赤外線放射強度つまり温度を検出の場合の本発明の１実施例の動作を示すフローチャートの図２（ａ）非侵入領域の温度検出の場合のように、一定時間ごとに開始２１から動作が始まり、非侵入領域の温度は第一の所定値以下かの判定２２でＹＥＳなら終了２５で動作が終了する。ＮＯつまり非侵入領域の温度が第一の所定値以上なら、非侵入領域の温度は第二の所定値以上かの判定２３でＹＥＳなら終了２５で動作が終了する。ＮＯつまり非侵入領域の温度が第二の所定値以下つまり、体温等の移動物体の表面温度と所定値以内に変化したら、第一の所定値の温度と非侵入領域の温度の差に比例した時間１０μｍ以下の水滴を含んだ送風を行い終了２５で動作が終了する。その結果、移動物体が進入しない領域の温度が、体温等の移動物体の表面温度と第一の所定値低くなるか第二の所定値高くなるかすれば、水滴を含んだ送風は行われない。
【００３０】
監視対象の踏切内の路面を水滴の噴霧領域で分割した場合、本発明の１実施例の動作を示すフローチャートの図２（ｂ）各噴射領域の温度検出の場合のように、各噴霧領域ごとに８−１５μｍの遠赤外線放射強度つまり温度を測定し、一定時間ごとに開始２１から動作が始まり、各噴霧領域の温度は第一の所定値以下かの判定２６でＹＥＳなら終了２５で動作が終了する。ＮＯつまり非侵入領域の温度が第一の所定値以上なら、非侵入領域の温度は第二の所定値以上かの判定２７でＹＥＳなら終了２５で動作が終了する。ＮＯつまり非侵入領域の温度が第二の所定値以下つまり、体温等の移動物体の表面温度と所定値以内に変化したら、ハンチングを防止するために、各噴霧領域の前回の温度は第一の所定値以上かの判定２８でＹＥＳなら終了２５で動作が終了する。ＮＯつまり非侵入領域の温度が第一の所定値以下なら、第一の所定値の温度と非侵入領域の温度の差に比例した時間１０μｍ以下の水滴を含んだ送風を行い終了２５で動作が終了する。その結果、各噴霧領域の温度が、体温等の移動物体の表面温度と第一の所定値低くなるか第二の所定値高くなるかすれば、水滴を含んだ送風は行われない。
【００３１】
つまり、踏切の進入者監視システムにおいて、路面７を背景にした画角でも、路面の温度が体温付近に変化したら、路面に水滴を噴霧して冷却し、路面の温度が体温と異なれば、水滴の噴霧を中止すれば、夏の炎天下でも８−１５μｍの遠赤外線放射強度で、進入者監視が可能になる。
【００３２】
また、水平６４０画素垂直４８０画素と従来のテレビジョンと同等画素以上の遠遠赤外線撮像素子を用いた撮像装置２と、精度が１０μｍと遠赤外線波長と同等以下の非球面レンズ１とであれば、レンズの収差とゴーストとフレアとが無視できる程少なく、コントラストと変調度が大きく確保され、踏切の進入者の輪郭や形状を検出でき、撮像装置２の映像信号を、侵入者検知や不審行動検出等の移動物体画像処理装置３に入力して処理するだけで良く、監視システムが簡便で安定に、踏切内の進入者を特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１実施例の監視システムの全体構成を示すブロック図（(a)非侵入領域の温度検出、(b)各噴射領域の温度検出）
【図２】本発明の１実施例の温度制御動作を示すフローチャート（（a)非侵入領域の温度検出、(b)各噴射領域の温度検出）
【図３】従来の監視システムの全体構成を示すブロック図
【図４】従来の動作を示す模式図（可視光と赤外線の大気中の透過性の概略）
【符号の説明】
【００３４】
Ｆ１〜Ｆ１２：水滴の噴霧器    Ｆ１３〜Ｆ１５：水滴の噴霧付送風器
１，１０：カルコゲナイド等８−１５μｍの遠赤外線透過光学系
２，１１：集電素子等８−１５μｍ検出撮像素子を用いた遠赤外線撮像装置
３，１４：侵入者検知や不審行動検出等の移動物体画像処理装置
４，１５：映像表示装置（ピクチャモニタ）
５，１６：録画装置
６：移動物体  ７：背景  ８：非侵入領域  
１９：移動物体と同等温度の背景  ２０：移動物体より高温な背景
１２：ガラス製可視光線透過光学系  １３：可視光線撮像装置  １４：センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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