JP5399738B2 - 赤外線サーモグラフィ装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線サーモグラフィ装置及び画像処理方法に関するものである。特に、携帯型の赤外線サーモグラフィ装置に関するものである。

従来より、被検者の表面温度を検出する装置として、赤外線サーモグラフィ装置が知られている。赤外線サーモグラフィ装置は、被検者が放射する赤外線エネルギーを２次元に配列された赤外線検出素子により検出し、該各赤外線検出素子が検出した赤外線エネルギーのレベルに応じて、各赤外線検出素子の位置に対応する表示部上の各領域を色分けして画像表示する装置である。一般に、赤外線エネルギーは物体の温度と比例するため、赤外線サーモグラフィ装置を用いて被検者を測定することで、被検者の体表面の温度分布を知ることができる。

特開２００４−１６７３４号公報

しかしながら、従来の赤外線サーモグラフィ装置は、被検者自体から放射される赤外線エネルギーを可視化するのみであり、その画像は可視スペクトル内の光を検知する人間の視覚とは根本的に異なっていた。このため、表示された画像から被検者の色、形等を認識することは困難であった。また、装置が高価で大掛かりなものであった。

つまり、従来の赤外線サーモグラフィ装置の場合、温度分布情報のみが画像表示され、被検体についての視覚的情報については画像表示されていなかったため、被検体の様子を詳しく知ることができないという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、赤外線サーモグラフィ装置において、携帯でき、被検者についての視覚的情報と、温度分布情報とを同時に認識できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る赤外線サーモグラフィ装置は、被検者の体表面の温度分布を検知するため電池または充電可能なバッテリで駆動される携帯型赤外線サーモグラフィ装置であって、入射された光に含まれる可視光線を検出する可視光線検出手段と、前記入射された光に含まれる赤外線エネルギーを検出する赤外線検出手段と、前記可視光線検出手段により検出された可視光線に基づいて、可視画像を生成する第１の生成手段と、前記赤外線検出手段により検出された赤外線エネルギーのレベルに応じて配色され、該赤外線検出手段に含まれる複数の赤外線検出素子の位置に対応して配列された複数の矩形領域を含むサーモグラフィ画像を生成する第２の生成手段と、前記サーモグラフィ画像に含まれるそれぞれの矩形領域の一部について、配色された色の透明度を変更することで、オーバーレイ用サーモグラフィ画像を生成する第３の生成手段と、前記オーバーレイ用サーモグラフィ画像を、前記可視画像にオーバーレイすることで、オーバーレイ画像を生成する第４の生成手段と、前記オーバーレイ画像を表示する表示手段と、環境温度検出も兼ねる基準温度検出用センサとを備え、該表示手段は、該検出された環境温度も併せて表示し、該表示手段は、前記被検者の画像の前記複数の矩形領域毎に前記体表面の温度を表示し、前記被検者の画像に含まれるそれぞれの前記矩形領域の内部に配色された前記色の透明度を使用者が任意に設定できるようにし、前記第２の生成手段は、前記矩形領域の外周部の色が、隣接する矩形領域の色に応じて、幅方向または長手方向に連続的に変化するように配色することで前記サーモグラフィ画像を生成することを特徴とする。

本発明によれば、赤外線サーモグラフィ装置において、被検者についての視覚的情報と、環境温度（外部温度）の温度分布情報とを同時に認識できるようになる。

本発明の第１の実施形態に係る赤外線サーモグラフィ装置の機能構成を示す図である。 赤外線サーモグラフィ装置１００における測定処理の流れを示すフローチャートである。 指定された矩形領域に対応する被検者の表面温度を数値で表示し、併せて外気温（環境温）も表示するように構成されたオーバーレイ画像の一例を示す図である。 オーバーレイ用サーモグラフィ画像の生成に際して、各矩形領域の内部の透明度を５０％に設定した場合のオーバーレイ画像の指定された矩形領域に対応する被検者の表面温度を数値で表示し、併せて外気温（環境温）も表示するように構成されたオーバーレイ画像の一例を示す図である。一例を示す図である。 任意に選択された矩形領域に対応する被検者の表面温度を数値で表示し、併せて外気温（環境温）も表示するように構成されたオーバーレイ画像の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するがこの実施形態に限定されるものではない。
［第１の実施形態］
１．赤外線サーモグラフィ装置の機能構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る携帯型赤外線サーモグラフィ装置１００の機能構成を示す図である。装置全体は、電池または充電可能なバッテリ等で駆動される。図１に示すように、被検者から放射された赤外線と、被検者において反射された可視光線とを含む光は、レンズ群１２１、１２４、シャッタ１２２、絞り１２３等を含む光学系１０１を通って撮像部１０３に導かれる。

シャッタ１２２はシャッタ制御回路１１５により制御され、絞り１２３は絞りモータ制御回路１１６により制御される。また、レンズ群のうちフォーカスレンズ１２４はフォーカスモータ制御回路１１７により制御される。

撮像部１０３は、２次元に配列された複数の撮像素子それぞれが、被検体において反射された光を電気信号に変換して画像信号を生成する。画像信号はＡ／Ｄ回路１０４でデジタル信号に変換され、実行されるプログラム（例えば、表示部１１３の表示形態を変更するプログラム）や各種データが格納されているＲＡＭ，ＲＯＭを含み、装置全体を制御するための処理を実行するマイクロコンピュータ等のＣＰＵ１０５に供給される。ＣＰＵ１０５では、供給されたデジタル信号を画像処理し、可視画像として画像オーバーレイ処理部１１２に供給する。なお、撮像部１０３は撮像素子駆動回路１０６により駆動制御される。

一方、光学系１０１に入射された光のうちハーフミラー１０２により分岐された光は、Ａ／Ｆ（オートフォーカス）センサ１０７に導かれる。Ａ／Ｆセンサ１０７より出力されたセンサ信号はＡ／Ｆセンサ処理回路１０８において処理され、例えば位相検出方式により被検者までの距離（被検者距離情報）が算出される。

算出された被検者距離情報はＣＰＵ１０５に供給される。ＣＰＵ１０５では被検者距離情報に基づいてフォーカスモータ制御回路１１７を介してフォーカスレンズ１２４を制御する。

更に、ハーフミラー１０２で分岐された光は、２次元に配列された複数の赤外線検出素子を含む赤外線検出部１０９に対しても入射される。赤外線検出部１０９では、分岐された光に含まれる被検者から放射された赤外線エネルギーを検出し、電気信号に変換する。

なお、赤外線検出部１０９は、例えば４×４に配列されたサーモパイル型赤外線検出素子から構成され、赤外線検出素子制御回路１０７により駆動制御される。赤外線検出部１０９を構成するそれぞれの赤外線検出素子は、可視画像の各領域に対応する被検者の各部から放射された赤外線エネルギーを検出する。赤外線検出部１０９は、赤外線検出素子の他に、検出された赤外線から被検者の各部被測定部の温度を演算するために、赤外線検出素子自体の温度を測定するために基準温度測定用素子（不図示）も含んでいる。この基準温度測定用素子で測定される温度を外部温（環境温）として、表示部１１３に被検者の各部被測定部の温度情報と併せて表示することで、新たに外部温（環境温）測定用センサを設けなくてもよい。

電気信号に変換された赤外線エネルギーは、Ａ／Ｄ回路１１１において赤外線デジタル信号に変換され、ＣＰＵ１０５に供給される。ＣＰＵ１０５では、供給された赤外線デジタル信号を、エネルギーレベルに応じて予め定められた色に変換することで、サーモグラフィ画像を生成する。

具体的には、例えば、赤外線検出素子が４×４に配列されている場合、それぞれの赤外線検出素子の位置に対応して配列された４×４の矩形領域からなるサーモグラフィ画像が生成される。配列数が多くなると、より詳細な測温情報が得られるが装置が高価になり、配列数が少ないと詳細な測温情報が得られなくなる。

生成されたサーモグラフィ画像は画像オーバーレイ処理部１１２に供給され、可視画像にオーバーレイするのに適した画像（オーバーレイ用サーモグラフィ画像と称す。詳細は後述）に変換される。更に、オーバーレイ用サーモグラフィ画像は、同時に撮影された可視画像にオーバーレイされ、これによりオーバーレイ画像が生成される。

画像オーバーレイ処理部１１２において生成されたオーバーレイ画像は、表示部１１３に供給され、表示部１１３において表示される。また、メモリ１１４に供給され、メモリ１１４に保存される。

１１８は操作スイッチ（不図示），モード選択スイッチ（不図示），電源ＯＮ／ＯＦＦ（不図示）スイッチを含む入力部であり、赤外線サーモグラフィ装置１００に対するユーザ（被検者の場合もある）からの各種指示を受け付ける。モード選択スイッチの操作で、測定された体温表示の形態、測定された外気温（環境温）表示の形態、被検者の画像の透明度，拡大縮小等の表示形態、被検者の画像及び測定された体温，外気温表示の形態を変更する機能を有するものである。

２．赤外線サーモグラフィ装置における測定処理の流れ
次に、赤外線サーモグラフィ装置１００における測定処理の流れについて説明する。図２は、赤外線サーモグラフィ装置１００における測定処理の流れを示すフローチャートである。

入力部１１８を介して、使用者より測定処理の開始指示を受け付けると、図２に示す測定処理が開始される。

ステップＳ２０１では、赤外線検出部１０９が所定の周期で赤外線エネルギーの検出を開始する。

ステップＳ２０２では、Ａ／Ｄ回路１１１が、順次、検出された赤外線エネルギーを赤外線デジタル信号に変換する。そして、ＣＰＵ１０５が、該変換された赤外線デジタル信号に基づいてサーモグラフィ画像を生成する。なお、生成されたサーモグラフィ画像は、順次、画像オーバーレイ処理部１１２に供給される。

ステップＳ２０３では、画像オーバーレイ処理部１１２が、サーモグラフィ画像に基づいて、オーバーレイ用サーモグラフィ画像を生成する。

オーバーレイ用サーモグラフィ画像とは、サーモグラフィ画像に含まれる各矩形領域を、所定幅の外周部の色のみを残して、内部を透明に変換したものである。これは、サーモグラフィ画像をそのまま可視画像にオーバーレイしてしまうと、サーモグラフィ画像に含まれる各矩形領域の色により、可視画像が見えなくなってしまうからである。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理と並行して、ステップＳ２０４では、撮像部１０３が所定の周期で可視光線の検出を開始する。

ステップＳ２０５では、Ａ／Ｄ回路１０４が、順次、検出された可視光線をデジタル信号に変換する。そして、ＣＰＵ１０５が、該変換されたデジタル信号を画像処理し、可視画像を生成する。なお、生成された可視画像は、順次、画像オーバーレイ処理部１１２に供給される。

ステップＳ２０６では、画像オーバーレイ処理部１１２が、ステップＳ２０５において供給された可視画像に、ステップＳ２０３において供給されたオーバーレイ用サーモグラフィ画像をオーバーレイし、オーバーレイ画像を生成する。なお、ステップＳ２０５において供給される可視画像と、ステップＳ２０３において供給されるオーバーレイ用サーモグラフィ画像とは、互いに同期しているものとする（つまり、同じタイミングで検出された光に基づいて生成された画像であるとする）。

ステップＳ２０７では、表示部１１３が、生成されたオーバーレイ画像と併せて４×４の矩形領域（１６領域）の測温値を表示する。更に、ステップＳ２０８では、メモリ１１４が、生成されたオーバーレイ画像とともに測定された外気温（環境温）も４×４の矩形領域（１６領域）の測温値を測定日時とともに格納する。こうすることで、現時点での情報の他に、過去に遡ってオーバーレイ画像とともに４×４の矩形領域（１６領域）の測温値，外気温（環境温）を確認することが可能となる。

なお、ステップＳ２０１からステップＳ２０８までの処理は、オーバーレイ画像１フレームを生成するための処理を示したものであり、実際は、使用者により測定終了の指示が入力されるまで、これらの処理が繰り返し実行されるものとする。

３．オーバーレイ画像の説明
次に、画像オーバーレイ処理部１１２において生成されるオーバーレイ画像について説明する。図３は、オーバーレイ画像の一例を示す図である。

図３に示すように、オーバーレイ画像３００には、被検者の可視画像３０１と、可視画像３０１にオーバーレイされた、４×４の矩形領域の外周部からなるオーバーレイ用サーモグラフィ画像３０２とが含まれる。また、オーバーレイ用サーモグラフィ画像３０２を構成する色と、温度との関係を示した指標３０３が含まれる。

図３に示すように、オーバーレイ用サーモグラフィ画像３０２は、矩形領域の内部が透明であるため、可視画像３０１にオーバーレイされた状態でも、ユーザは、可視画像３０１を見ることができ、被検者を認識することが可能である。

また、オーバーレイ用サーモグラフィ画像３０２と指標３０３とが表示されているため、両者を対比することで、可視画像３０１の各領域の表面温度を認識することができる。つまり、ユーザは、オーバーレイ画像３００に基づいて、被検体についての視覚的情報と環境温の情報とを同時に認識することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態による赤外線サーモグラフィ装置では、可視画像とサーモグラフィ画像とを同時に取得し、サーモグラフィ画像の各矩形領域の内部を透明にしたうえで可視画像にオーバーレイする構成とした。

これにより、被検者についての視覚的情報と、温度分布情報とを同時に認識することが可能となった。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、オーバーレイ用サーモグラフィ画像を生成するにあたり、各矩形領域の内部を完全に透明にすることとしたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、各矩形領域の内部の透明度を、１００％〜０％の間で、ユーザが任意に設定できるように構成してもよい。

図４は、オーバーレイ用サーモグラフィ画像の生成に際して、各矩形領域の内部の透明度を５０％に設定した場合のオーバーレイ画像の一例を示す図である。

図４に示すように、各矩形領域の内部の透明度が、１００％でない場合でも、ユーザはある程度可視画像を認識することができるため、状況に応じて（温度分布を知りたいのか、被検者の様子を知りたいのかによって）、透明度の設定を変更可能とすることは、ユーザにとって有益である。

［第３の実施形態］
上記第１の実施形態では、オーバーレイ用サーモグラフィ画像を生成するにあたり、サーモグラフィ画像に含まれる各矩形領域のうち、所定幅の外周部を除く内部を透明に変換し、所定幅の外周部の色はそのまま残すこととしたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、所定幅の外周部の色を、隣接する矩形領域の外周部の色に基づいて、更に変換するように構成してもよい。

例えば、所定幅の外周部の色を、隣接する矩形領域の外周部の色との中間色に変換するように構成してもよい。この場合、隣接する外周部どうしが、同じ色になる。

あるいは、所定幅の外周部の色を、隣接する矩形領域の外周部の色に応じて、外周部の幅方向において、段階的に変化させるように構成してもよい。この場合、隣接する外周部間の幅方向において、色がグラデーション表示されることとなる。なお、グラデーション表示は、外周部の幅方向のみならず、長手方向において行うように構成してもよい。

［第４の実施形態］
上記第１の実施形態では、オーバーレイ用サーモグラフィ画像３０２と指標３０３とを対比することで、被検体の各部の温度を認識できるようにする構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、オーバーレイ用サーモグラフィ画像を構成する各矩形領域のいずれかを指定できるようにし、当該指定された矩形領域に対応する被検者の表面温度を、数値で表示するように構成してもよい。

図５は、指定された矩形領域に対応する被検体の表面温度を数値にて表示するように構成されたオーバーレイ画像の一例を示す図である。図５において、５０１はポインタであり、入力部１１８を介して、任意の矩形領域が指定できるように構成されているものとする。５０２は温度表示部であり、ポインタ５０１により指定された矩形領域に対応する位置の被検者の表面温度を表示し、環境温度も併せて表示する。

図５の例では、ポインタ５０１により指定された矩形領域（４×４に配列された矩形領域のうち、右から２列目、上から２行目の矩形領域）に対応する位置の被検者（被検者の左目周辺）の表面温度が、３７．４度であることを示している。

Claims (2)

1. 被検者の体表面の温度分布を検知するため電池または充電可能なバッテリで駆動される携帯型赤外線サーモグラフィ装置であって、
   入射された光に含まれる可視光線を検出する可視光線検出手段と、前記入射された光に含まれる赤外線エネルギーを検出する赤外線検出手段と、前記可視光線検出手段により検出された可視光線に基づいて、可視画像を生成する第１の生成手段と、前記赤外線検出手段により検出された赤外線エネルギーのレベルに応じて配色され、該赤外線検出手段に含まれる複数の赤外線検出素子の位置に対応して配列された複数の矩形領域を含むサーモグラフィ画像を生成する第２の生成手段と、前記サーモグラフィ画像に含まれるそれぞれの矩形領域の一部について、配色された色の透明度を変更することで、オーバーレイ用サーモグラフィ画像を生成する第３の生成手段と、前記オーバーレイ用サーモグラフィ画像を、前記可視画像にオーバーレイすることで、オーバーレイ画像を生成する第４の生成手段と、前記オーバーレイ画像を表示する表示手段と、環境温度検出も兼ねる基準温度検出用センサとを備え、
   該表示手段は、該検出された環境温度も併せて表示し、
   該表示手段は、前記被検者の画像の前記複数の矩形領域毎に前記体表面の温度を表示し、前記被検者の画像に含まれるそれぞれの前記矩形領域の内部に配色された前記色の透明度を使用者が任意に設定できるようにし、
   前記第２の生成手段は、前記矩形領域の外周部の色が、隣接する矩形領域の色に応じて、幅方向または長手方向に連続的に変化するように配色することで前記サーモグラフィ画像を生成することを特徴とする携帯型赤外線サーモグラフィ装置。
2. 前記被検者の画像の拡大縮小による表示形態を変更するためのモード選択スイッチをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の被検者の体表面の温度分布を検知するための携帯型赤外線サーモグラフィ装置。

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