(57)【要約】  【課題】夏の炎天下では、舗装面温度が、体温以上に上昇し、人体と被写体の８−１５μｍの放射強度が同等になり、区別が付かない。また、晴天で大気を通過した太陽光が被写体に直接当たる状態でも、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ることが本発明の目的である。【解決手段】ガラス製赤外線レンズを用い、ガラスが透過する水蒸気の吸収帯の赤外線１．４μｍまたは１．９μｍの帯域通過光学フィルタと１．４μｍまたは１．９μｍに感度を有する固体撮像素子とを有し、ガラスが透過する水蒸気の吸収帯のレーザーダイオードを並べた照明を用い、撮像し、降雨時は帯域通過光学フィルタを外しハロゲンランプ照明で近距離から撮像する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製赤外線光学系とガラスが透過する水蒸気の吸収帯の約１．４μｍと約１．９μｍの少なくとも一方の赤外線の帯域通過光学フィルタと上記赤外線に感度を有する固体撮像素子とからなる固体撮像装置と、上記赤外線を発生する照明とを有し、上記赤外線で１００ｍ以内の被写体を撮像することを特徴とする監視システム。
【請求項２】
請求項１の監視システムにおいて、大気を通過する赤外線の照明を有し、降雨や霧や他の空中水蒸気が飽和水蒸気に近い場合は、水蒸気の吸収帯の赤外線の帯域通過光学フィルタを外し、ガラスが透過する水蒸気の吸収帯の約１．４μｍと約１．９μｍの発生を停止し、約１μｍから約２μｍの赤外線の照明を用い、約１μｍから約２μｍの赤外線で３０ｍ以内の被写体を撮像するこ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。１．４μｍと１．９μｍは水蒸気に吸収され、湿度で大きく変化するがおおよそ１００ｍ以内で半減する。（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の遠赤外線透過光学系を用い、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もある。
【０００５】
そのため、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。
【０００６】
ところで、1400nm以上の赤外線は眼の硝子体の液体によって伝達されないため、その出力が網膜に送られる可能性は低く、角膜の表面が損傷する可能性はあっても、目の焦点合わせ機能によって出力密度が拡大されることはない。したがって、非常に大きな出力でない限り、損傷が発生することはない。そのため、新しいIEC 60825-1修正2基準に基づいた、クラス1およびクラス1Mレーザー・システムの出力レベル制限は、IEC/CDRH Class 1 で近赤外線の850nmは0.78mWで、近赤外線の1550nmは10 mWとなっている。（非特許文献３参照）
ＣＯ２による吸収の少い波長についてのエネルギー強度と、ＣＯ２吸収帯波長のエネルギー強度とを計測し、計測対象物からの放射エネルギーを求め事も行われていた。（特許文献１参照）
【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】IEC 60825-1
【特許文献１】特開平５−３０６９５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するため、本発明では、ガラス製赤外線光学系とガラスが透過する水蒸気の吸収帯の約１．４μｍと約１．９μｍの少なくとも一方の赤外線の帯域通過光学フィルタと上記赤外線に感度を有する固体撮像素子とからなる固体撮像装置と、（並列レーザーダイオードまたはＬＥＤまたはハロゲンランプ他の）上記赤外線を発生する照明とを有し、上記赤外線で１００ｍ以内の被写体を撮像することを特徴とする監視システムである。
【０００９】
また上記において、（ＬＥＤまたはハロゲンランプ他の）大気を通過する赤外線の照明を有し、降雨や霧や他の空中水蒸気が飽和水蒸気に近い場合は、水蒸気の吸収帯の赤外線の帯域通過光学フィルタを外し、ガラスが透過する水蒸気の吸収帯の約１．４μｍと約１．９μｍの発生を停止し、約１μｍから約２μｍの赤外線の照明を用い、約１μｍから約２μｍの赤外線で３０ｍ以内の被写体を撮像することを特徴とする監視システムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の監視システムでは、太陽光が直接被写体に当たる場合は、太陽光が１．８ｋｍの大気を通過しない水蒸気の吸収帯の、約１．４μｍと約１．９μｍで照明し撮影するので、太陽光の影響を受けずに、１．４μｍと１．９μｍは湿度で大きく変化するがおおよそ１００ｍ以内で半減するので、おおよそ１００ｍ以内の背景と移動物体と区別し、移動物体の検出が容易になる。
【００１１】
また、降雨や霧や他の空中水蒸気が飽和水蒸気に近い場合は１．４μｍと１．９μｍの減衰が激しいが、太陽光が直接被写体に当たらないので、水蒸気の吸収帯の赤外線の帯域通過光学フィルタを外し、ガラスが透過する水蒸気の吸収帯の約１．４μｍと約１．９μｍの発生を停止し、大気を通過する約１μｍから約２μｍの赤外線の照明を用い、大気を通過する中赤外線で３０ｍ以内の被写体を撮像することにより、水蒸気の影響を受けずに、近距離の背景と移動物体と区別し、移動物体の検出が容易になる。
【００１２】
その結果、侵入物体を検出するセンサや、８−１５μｍの遠赤外線撮像装置が不要になる。
【００１３】
また、可視光と同様のガラスの光学系を使用できるので、フレアやゴーストが少なくコントラストや変調度の高い画像が取得でき、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も不要になる。
【００１４】
以上により、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る状態でも、太陽光の影響を受けずに、近距離の背景と移動物体と区別を付けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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と本発明の１実施例の動作を示す模式図の図２とを用いて本発明の１実施例を説明する。
【００１６】
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、１．４μｍまたは１．９μｍの並列レーザーダイオードまたはＬＥＤとハロゲンランプと撮像装置の一組の検出系で、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の遠赤外線透過光学系を用いる撮像装置と、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。
【００１７】
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において、１はガラス製２μｍ以下の近赤外線透過光学系、２はＩｎＧａＡｓやＳｉ等１−２μｍ検出撮像素子を用いた近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、４は映像表示装置（ピクチャモニタ）、５は録画装置であり、６は人物等の移動物体、７は踏切の路面等の背景であり、８は１．４μｍまたは１．９μｍのレーザーダイオードまたはＬＥＤ照明、９は１．４μｍまたは１．９μｍの少なくとも一方の近赤外線のみを透過する光学帯域通過フィルタ（Band Pass Filter:BPF）である。また、１８はハロゲンランプやＬＥＤ等の大気を通過する近赤外線の照明である。８は１．４μｍまたは１．９μｍの少なくとも一方の近赤外線のみを透過する光学BPF付きハロゲンランプでもかまわない。
【００１８】
本発明の１実施例の動作を示す模式図の図２において、(a)は可視光と赤外線の大気中の透過性の概略、(b)は赤外線用ガラス中の透過性の概略、(c)は個体撮像素子の近赤外線分光感度の概略である。
【００１９】
本発明の１実施例の動作を示す模式図の図２(a)は従来の動作を示す模式図の図４の５μｍ以下を拡大したものである。本発明の１実施例の動作を示す模式図の図２(a)と（ｂ）とを比較して見れば、ガラス製２μｍ以下の近赤外線透過光学系は、１．４μｍおよび１．９μｍの近赤外線の透過に余裕があることが判る。
【００２０】
本発明の１実施例の動作を示す模式図の図２の(c)は個体撮像素子の近赤外線分光感度の概略で、鎖線はＳｉシリコン製の深くフォトダイオードを形成した撮像素子の分光感度例で、実線はＩｎＧａＡｓインジウムガリウム砒素製の撮像素子の１．７μｍを重視した分光感度例で、点線はＩｎＧａＡｓ製の撮像素子の２．２μｍを重視した分光感度例である。ここで、１．４μｍはＳｉ製の撮像素子でもフレームトランスファーＣＣＤや横型オーバーフロードレインＣＣＤで深くフォトダイオードを形成した撮像素子なら撮像可能である。深いフォトダイオードで発生しやすい暗電流のばらつきと経時劣化とを低減するため、ＣＣＤ撮像素子の結晶欠陥を低減し、電界集中を低減し、ＣＣＤ撮像素子を冷却するのが好ましい。
【００２１】
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と本発明の１実施例の動作を示す模式図の図２において、湿度で大きく変化するが１．８ｋｍの大気を全く透過しないでおおよそ１００ｍ以内で半減する１．４μｍまたは１．９μｍを用いているので、太陽の影響を全く受けないで安定におおよそ１００ｍ以内の踏切の路面等の背景と区別して人物等の移動物体が検出できる。
【００２２】
ところで、１．４μｍ以上の光は眼の硝子体の液体によって伝達されないため、その出力が網膜に送られる可能性は低く、角膜の表面が損傷する可能性はあっても、目の焦点合わせ機能によって出力密度が拡大されることはない。したがって、非常に大きな出力でない限り、損傷が発生することはない。しかし指向性の低い拡散させたレーザーダイオードまたはＬＥＤを多数並列させた照明が好ましい。
【００２３】
また、降雨や霧や他の空中水蒸気が飽和水蒸気に近い場合は１．４μｍと１．９μｍの減衰が激しいが、太陽光が直接被写体に当たらないので、水蒸気の吸収帯の赤外線の１．４μｍまたは１．９μｍ透過フィルタの９を外し、１．４μｍまたは１．９μｍの照明８の発光を停止し、大気を通過する約１μｍから約２μｍのハロゲンランプやＬＥＤ等の赤外線の照明１８を用い、大気を通過する近赤外線で３０ｍ以内を撮像することにより、水蒸気の影響を受けずに、近距離の踏切内の路面等の背景と人物等の移動物体と区別し、人物等の移動物体の検出が容易になる。
【００２４】
その結果、侵入物体を検出するセンサや、８−１５μｍの遠赤外線撮像装置が不要になる。
【００２５】
また、可視光と同様のガラスの光学系を使用できるので、フレアやゴーストが少なくコントラストや変調度の高い画像が取得でき、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も不要になる。
【００２６】
以上により、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る状態でも、太陽光の影響を受けずに、近距離の踏切内の路面等の背景と人物等の移動物体と区別を付けることが可能となる。
【００２７】
そのため、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は、侵入物体を検出するセンサや、８−１５μｍの遠赤外線撮像装置の情報を参考にすることなく、ＩｎＧａＡｓやＳｉ等１−２μｍ検出撮像素子を用いた近赤外線撮像装置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となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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
【図２】本発明の１実施例の動作を示す模式図（(a)  可視光と赤外線の大気中の透過性の概略  (b)  赤外線用ガラス中の透過性の概略  (c)  個体撮像素子の近赤外線分光感度の概略）
【図３】従来の撮像装置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
【符号の説明】
【００２９】
１：ガラス製２μｍ以下の近赤外線透過光学系
２：ＩｎＧａＡｓ等１−２μｍ検出撮像素子を用いた近赤外線撮像装置
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  
１９：体温と同等温度の背景  ２０：体温より高温の背景
８：１．４μｍまたは１．９μｍの少なくとも一方の近赤外線照明
９：１．４μｍまたは１．９μｍの少なくとも一方の近赤外線のみを透過する光学帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）
１０：カルコゲナイド等８−１５μｍの遠赤外線透過光学系
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
１２：ガラス製可視光線透過光学系
１３：可視光線撮像装置
１７：センサ
１８：ハロゲンランプやＬＥＤ等の大気を通過する近赤外線の照明
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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