JP6907412B2 - テラヘルツ波検出装置、テラヘルツ波検出方法、及びテラヘルツ波検出システム - Google Patents

Description

本発明は、テラヘルツ波検出装置、テラヘルツ波検出方法、及びテラヘルツ波検出システムに関する。

種々のＶＣＯガス等がテラヘルツ波（０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚ、以下「ＴＨｚ波」と記載する）の領域で、特徴的な周波数の吸収スペクトルを示すことが知られている。また、ＴＨｚ波は、赤外光よりも波長が長く、エアロゾルの影響を受けにくいことが知られている。そこで、非特許文献１は、ＴＨｚ波の性質を用いて、ＴＨｚ波をＶＣＯガスの分析に応用するという研究について開示している。

ギャップレスＴＨｚコム分光法（レーザー研究第４２巻第９号 １〜６ページ、２０１４年９月）

非特許文献１は、スペクトル間ギャップの無いテラヘルツ波を発生させることに言及しているが、ＴＨｚ波で分析を行った結果の表示については提示していない。テラヘルツ波は、光に比べて波長が長く、テラヘルツ波の受信波を画像化すると可視光画像ほどの解像度は得られないので、ＴＨｚ波を用いた分析結果を画像として提示するためには更なる工夫の余地がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、テラヘルツ波を用いた分析結果を見やすくする表示技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、テラヘルツ波を発信する発信器、及び分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信する受信器を含むテラヘルツ波送受信器と、ディスプレイと、前記テラヘルツ波送受信器、及び前記ディスプレイの其々に接続された情報処理装置と、を備え、前記発信器は、前記分析対象物を含む２次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、前記情報処理装置は、前記反射テラヘルツ波に基づいて、前記分析対象物の濃度を解析する解析部と、前記解析部の解析結果に基づいて、前記背景反射物が撮像された背景画像に前記分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示する可視化部と、を含み、前記発信器は、周波数をスイープさせた送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、前記解析部は、前記発信器が発信したテラヘルツ波の周波数と、前記受信器が受信した前記反射テラヘルツ波の周波数との周波数差を検知する周波数差検知部と、前記周波数差に基づいて、前記テラヘルツ波送受信器から前記背景反射物までの反射距離を算出する反射距離算出部と、前記発信器から発した前記テラヘルツ波の強度、前記発信器から照射されたテラヘルツ波に対する前記反射テラヘルツ波の減衰量、及び前記反射距離に基づいて、距離で正規化された前記分析対象物の正規化濃度を算出する正規化濃度算出部と、前記反射テラヘルツ波において減衰した周波数に基づいて、前記分析対象物の種類を特定する対象物識別部と、を含み、前記可視化部は、前記正規化濃度に応じて表示態様を異ならせた濃度画像を生成する濃度画像生成部と、前記分析対象物の種類を示すグラフィック画像を生成するグラフィック画像生成部と、前記背景画像に前記濃度画像及び前記グラフィック画像を合成して合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示させる画像合成部と、を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、テラヘルツ波を用いた分析結果を見やすくする表示技術を提供することができる。なお上記した以外の目的、構成、効果については下記実施形態にて明らかにする。

第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置の正面図 第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置の側方断面図 第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置のハードウェア構成図 第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置の機能ブロック図 ＴＨｚ波の送信信号と受信信号を説明する図 受信信号の信号強度を示した図 ＴＨｚ波検出装置の動作フローを示すフローチャート ガスの可視化方法を説明する図 画像合成処理の一例を示す図 画像合成処理の一例を示す図 第二実施形態に係るＴＨｚ波検出装置の外観図 コントローラの機能構成図 第二実施形態によるＴＨｚ波検出装置の応用例を示す図 ＴＨｚ波検出装置と分析対象ガスとの距離の関係を示す図 ＴＨｚ波検出装置と分析対象ガスとの距離の関係を示す図 第三実施形態に係るＴＨｚ波検出装置、特にガス可視化アプリ部の処理フローを示すフローチャート 分析対象ガスの濃度の分布の時間変化を表す特徴量を説明する図 濃度分布図の一例を示す図 合成画像を示す図 第四実施形態に係るガス可視化アプリ部の処理フローを示すフローチャート 第五実施形態によるＴＨｚ波検出装置の正面図 第五実施形態によるＴＨｚ波検出装置の側方断面図 第五実施形態におけるガス可視化アプリ部の処理フローを示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。以下の説明において、同一の構成、処理ステップには同一の符号を付し、重複説明を省略する。

［第一実施形態］
第一実施形態は、ＴＨｚ波検出装置１００がガスの可視化装置に適用された例について説明する。図１Ａは、第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置の正面図である。図１Ｂは、第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置の側方断面図である。図２は、第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置のハードウェア構成図である。

図１Ａに示すＴＨｚ波検出装置１００は、情報処理装置としてのスマートフォン１０にＴＨｚ波送受信器１を外付けして構成される。情報処理装置は、他の携帯情報端末、例えばタブレット端末でもよい。またＴＨｚ波検出装置１００は、コンピュータにＴＨｚ波送受信器１を接続して構成してもよい。

図１Ｂに示すように、スマートフォン１０は、拡張Ｉ／Ｆ１２５を備え、拡張インターフェイス１２５にＴＨｚ波送受信器１を接続する。

スマートフォン１０は、前面にディスプレイ１４１、及び前面カメラ１４３を備える。更にスマートフォン１０は、背面に背面カメラ１４４を備える。またスマートフォン１０は、筐体内部にプロセッサ１０７を収容する。

図２は、スマートフォン１０の内部構成の一例を示すブロック図である。図２において、スマートフォン１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０１、システムバス１０２、ＲＯＭ(Read Only Memory)１０３、ＲＡＭ(Random Access Memory)１０４、ストレージ１１０、通信処理器１２０、拡張インターフェイス１２５、操作器１３０、ビデオプロセッサ１４０、オーディオプロセッサ１５０、センサ１６０で構成される。

ＣＰＵ１０１は、スマートフォン１０全体を制御するマイクロプロセッサユニットである。システムバス１０２はＣＰＵ１０１とスマートフォン１０内の各動作ブロックとの間でデータ送受信を行うためのデータ通信路である。

ＲＯＭ１０３は、オペレーティングシステムなどの基本動作プログラムやその他の動作プログラムが格納されたメモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)やフラッシュＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭが用いられる。ＲＡＭ１０４は基本動作プログラムやその他の動作プログラム実行時のワークエリアとなる。ＲＯＭ１０３及びＲＡＭ１０４はＣＰＵ１０１と一体構成であっても良い。また、ＲＯＭ１０３は、図２に示したような独立構成とはせず、ストレージ１１０内の一部記憶領域を使用するようにしても良い。上記プロセッサ１０７は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０３、ＲＡＭ１０４、ストレージ１１０がシステムバス１０２で接続されて構成される。

ストレージ１１０は、スマートフォン１０の動作プログラムや動作設定値、スマートフォン１０で撮影した画像、スマートフォン１０のユーザの情報等を記憶する。

ストレージ１１０の一部領域を以ってＲＯＭ１０３の機能の全部又は一部を代替しても良い。また、ストレージ１１０は、スマートフォン１０に外部から電源が供給されていない状態であっても記憶している情報を保持する必要がある。従って、例えば、フラッシュＲＯＭやＳＳＤ(Solid State Drive)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等のデバイスが用いられる。

なお、ＲＯＭ１０３やストレージ１１０に記憶された前記各動作プログラムは、広域公衆ネットワーク上の各サーバ装置(図示せず)からのダウンロード処理により更新及び機能拡張することが可能であるものとする。

通信処理器１２０は、ＬＡＮ(Local Area Network)通信器１２１、電話網通信器１２２、ＮＦＣ(Near Field Communication)通信器１２３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)通信器１２４を含んで構成される。ＬＡＮ通信器１２１はＷｉ−Ｆｉ(登録商標)等による無線接続によりアクセスポイント（ＡＰ）装置(図示せず)を介して広域公衆ネットワークに接続され、広域公衆ネットワーク上の各サーバ装置とデータの送受信を行う。電話網通信器１２２は移動体電話通信網の基地局(図示せず)との無線通信により、電話通信（通話）及びデータの送受信を行う。ＮＦＣ通信器１２３は対応するリーダ／ライタとの近接時に無線通信を行う。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信器１２４は対応する端末と無線通信によりデータの送受信を行う。ＬＡＮ通信器１２１、電話網通信器１２２、ＮＦＣ通信器１２３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信器１２４は、それぞれ符号回路や復号回路、アンテナ等を備えるものとする。また、通信処理器１２０が、赤外線通信や、その他の通信器を更に備えていても良い。

拡張インターフェイス１２５は、スマートフォン１０の機能を拡張するためのインターフェイス群であり、本実施形態では、映像／音声インターフェイス、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)インターフェイス、メモリインタフェース等で構成されるものとする。映像／音声インターフェイスは、外部映像／音声出力機器からの映像信号／音声信号の入力、外部映像／音声入力機器への映像信号／音声信号の出力、等を行う。ＵＳＢインターフェイスは、ＰＣ(Personal Computer)等と接続してデータの送受信を行う。また、キーボードやその他のＵＳＢ機器の接続を行っても良い。メモリインタフェースはメモリカードやその他のメモリ媒体を接続してデータの送受信を行う。

操作器１３０は、スマートフォン１０に対する操作指示の入力を行う指示入力装置であり、本実施形態では、ディスプレイ１４１に重ねて配置したタッチパネル及びボタンスイッチを並べた操作キーで構成されるものとする。なお、そのいずれか一方のみであっても良いし、拡張インターフェイス１２５に接続したキーボード等を用いてスマートフォン１０の操作を行っても良い。また、有線通信又は無線通信により接続された別体の携帯端末機器を用いてスマートフォン１０の操作を行っても良い。また、前記タッチパネル機能はディスプレイ１４１が備え持っているものであっても良い。

ビデオプロセッサ１４０は、ディスプレイ１４１、画像信号プロセッサ１４２、前面カメラ１４３、背面カメラ１４４で構成される。前面カメラ１４３は、ディスプレイ１４１と同じ面(前面)に配置されたカメラであり、例えば前面カメラ１４３で撮影した自分の顔をディスプレイ１４１で確認して撮影する、所謂自撮りに使用される。背面カメラ１４４は、ディスプレイ１４１の反対側（背面）に配置されたカメラである。

ディスプレイ１４１は、例えば液晶パネル等の表示デバイスであり、画像信号プロセッサ１４２で処理した画像データを表示しスマートフォン１０のユーザに提供する。画像信号プロセッサ１４２は図示を省略したビデオＲＡＭを備え、ビデオＲＡＭに入力された画像データに基づいてディスプレイ１４１が駆動される。また、画像信号プロセッサ１４２は、必要に応じてフォーマット変換、メニューやその他のＯＳＤ（On-Screen Display）信号の重畳処理等を行う機能を有するものとする。前面カメラ１４３及び背面カメラ１４４は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の電子デバイスを用いてレンズから入力した光を電気信号に変換することにより、周囲や対象物の画像データを入力する撮像装置として機能するカメラユニットである。

オーディオプロセッサ１５０は、スピーカ１５１、音声信号プロセッサ１５２、マイク１５３を含んで構成される。スピーカ１５１は、音声信号プロセッサ１５２で処理した音声信号をスマートフォン１０のユーザに提供する。マイク１５３は、ユーザの声などを音声データに変換して入力する。

センサ１６０は、スマートフォン１０の状態を検出するためのセンサ群であり、本実施形態では、ＧＰＳ(Global Positioning System)受信器１６１、ジャイロセンサ１６２、地磁気センサ１６３、加速度センサ１６４、照度センサ１６５、人感センサ１６６を含んで構成される。これらのセンサ群により、スマートフォン１０の位置、傾き、方角、動き、及び周囲の明るさ等を検出することが可能となる。また、スマートフォン１０が、気圧センサ等、圧力センサ他のセンサを更に備えていても良い。なお、位置情報の取得は、ＧＰＳ受信器１６１により取得するが、ＧＰＳ電波が入りにくい場所等で取得できない場合は、ＬＡＮ通信器１２１によりＷｉ−ＦｉのＡＰ装置での位置情報から取得してもよいし、電話網通信器１２２により基地局情報から取得してもよい。

なお、図２に示したスマートフォン１０の構成例は、通信処理器１２０等、本実施形態に必須ではない構成も多数含んでいるが、これらが備えられていない構成であっても本実施形態の効果を損なうことはない。また、デジタル放送受信器能や電子マネー決済機能等、図示していない構成が更に加えられていても良い。

図３は、第一実施形態に係るＴＨｚ波検出装置１００の機能ブロック図である。ＴＨｚ波検出装置１００は、ＴＨｚ波送受信器１及び背面カメラ１４４がプロセッサ１０７の入力段に接続され、プロセッサ１０７の出力段にディスプレイ１４１が接続されて構成される。

プロセッサ１０７は、主に解析部２及び可視化部４を含む。解析部２及び可視化部４は、プロセッサ１０７を構成するハードウェアがＴＨｚ波検出装置１００の機能を実現するソフトウェアを実行することにより構成される。

ＴＨｚ波送受信器は、発信器１１、受信器１２、発信制御部１３、及びアンテナ１４を備える。

ＴＨｚ波送受信器１は、分析対象ガス６を含む３次元空間に向け、ＴＨｚ波送受信器１に付属するアンテナ１４から送信波１５ａを照射する。分析対象ガス６は、特定の周波数スペクトルを吸収する。そして、分析対象ガス６を通過し背景反射物５で反射した反射テラヘルツ波１５ｂをアンテナ１４で受信する。

発信制御部１３は、発信器１１を制御し、スペクトルの周波数をスイープさせたＴＨｚ波（送信信号）を発信器１１に出力させるように制御する。発信器１１は、送信信号を送信波１５ａ（ＴＨｚ波）に変換して、アンテナ１４から分析対象ガス６を含む２次元領域に向けて照射する。受信器１２は、アンテナ１４が受信した反射テラヘルツ波１５ｂを取得し、受信信号に変換して解析部２に送る。

送信波１５ａの２次元領域への照射は、スペクトルの周波数をスイープする期間を一単位として、一単位ごとに水平、あるいは垂直に照射方向を走査させることによって行う。照射方向の走査手段は、ガルバノミラー等を用いた機械的手段であってもよいし、複数のアンテナ素子をアレー状に配置させたフェーズド・アレイ・アンテナを用い、各アンテナ素子に入力するＴＨｚ波信号の位相を異ならせる電気的手段でもよい。走査の同期信号は、可視化部４と共有する。

解析部２は、周波数差検知器２１、検波器２２、周波数検知器２３、反射距離算出部２４、基準強度検知部２５、減衰量検知部２６、正規化濃度算出部２７、減衰比算出部２８、ガス識別部２９を含む。

一方、可視化部４は、奥行画像生成部４１、濃度画像生成部４２、グラフィック画像生成部４３、及び画像合成部４４を含む。

周波数差検知器２１は、送信信号と受信信号との干渉信号から送信信号と受信信号の周波数差Δｆ０を得て、反射距離算出部２４に出力する。

反射距離算出部２４は、Δｆ０からアンテナ１４と背景反射物５との反射距離ｄを算出し、反射距離ｄを正規化濃度算出部２７及び奥行画像生成部４１の其々に出力する。

検波器２２は、受信信号の包絡線を検波し、基準強度検知部２５、減衰量検知部２６の其々に出力する。

基準強度検知部２５は、受信信号の包絡線に基づき、分析対象ガス６がＴＨｚ波のスペクトル吸収を行っていない周波数域で基準強度Ｒを検知する。基準強度検知部２５は、基準強度Ｒを減衰比算出部２８に出力する。

減衰量検知部２６は、受信信号の包絡線に基づき、分析対象ガス６がスペクトル吸収を行っている特定の周波数での包絡線の窪みを検知し、窪み量から減衰量Ｓを検知する。減衰量検知部２６は、減衰量Ｓを減衰比算出部２８に出力する。

また減衰量検知部２６は、窪みのタイミングを周波数検知器２３に出力する。周波数検知器２３は、窪みが発生する受信信号の周波数ｆ１を検知し、ガス識別部２９に出力する。

ガス識別部２９は、吸収スペクトルの周波数がｆ１であるガスの種類を識別し、グラフィック画像生成部４３に出力する。

減衰比算出部２８は、基準強度Ｒ及び減衰量Ｓから、減衰比Ｒ／Ｓを算出し、正規化濃度算出部２７に出力する。

正規化濃度算出部２７は、減衰比Ｒ／Ｓを反射距離ｄで除した正規化濃度Ｒ／Ｓ／ｄを算出する。正規化濃度算出部２７は、正規化濃度Ｒ／Ｓ／ｄを濃度画像生成部４２に出力する。

背面カメラ１４４は、撮像部１４４１及びカメラ制御部１４４２を含む。撮像部１４４１は、例えばＣＭＯＳセンサ等の撮像デバイスや撮像レンズを含む。撮像部１４４１は、ＴＨｚ波が照射される２次元領域の可視光、あるいは赤外光画像を撮影する。カメラ制御部１４４２は、撮像部１４４１からの信号をＲＧＢ信号に変換する。なお、撮影領域の一部がＴＨｚ波信号の照射領域に相当するようにしても良い。前面カメラ１４３は背面カメラ１４４と同様、撮像部１４３１及びカメラ制御部１４３２を含む。前面カメラ１４３を用いた実施形態は、第三実施形態にて説明する。

奥行画像生成部４１は、反射距離ｄを入力とし、ＴＨｚ波の照射走査同期に合わせて、反射距離ｄを単色の明暗度に変換するなどして、２次元画像を生成する。

濃度画像生成部４２は、正規化濃度Ｒ／Ｓ／ｄを入力として、ＴＨｚ波の照射走査同期に合わせて、正規化濃度Ｒ／Ｓ／ｄを単色の明暗度に変換する、あるいは所定の色にマッピングさせる等して、２次元画像を生成する。

グラフィック画像生成部４３は、ガスの種別情報としてテキストデータを得、さらにテキストデータをグラフィック画像データに変換してグラフィック画像を得る。

画像合成部４４は、奥行画像、濃度画像、グラフィック画像、さらにはカメラ画像を入力とし、これらの画像を合成し、ディスプレイ１４１に出力する。

図４は、ガス及び匂いの分析方法を説明する図である。主に図１のＴＨｚ波送受信器１と解析部２に関連する。

図４Ａは、ＴＨｚ波の送信信号２０１と受信信号２０２を説明する図であり、前記送信波１５ａ、反射テラヘルツ波１５ｂとは、それぞれアンテナ１４の内と外にある関係である。図４Ａは、時間、信号強度、周波数の３つの軸に対して、送信信号２０１と受信信号２０２とを示している。

破線で示した送信信号２０１は、単位時間Ｔｍで、信号強度を一定に保ちながら、ＴＨｚ波領域で周波数を徐々に変えるスイープ動作を行っている。スイープの周波数範囲は、Ｂである。一単位のスイープを終えると、送信信号２０１は、次のスイープ動作を行うが、前述した照射の走査に従い、照射場所が異なる。

実線で示した受信信号２０２は、送信信号２０１に対して、僅かに遅れる。これは、反射距離ｄを往復することによるものである。この遅れにより、同じ時間で観測した場合、送信信号２０１と受信信号２０２には、周波数差Δｆ０が存在する。また、受信信号２０２の信号強度は、特定の周波数ｆ１で窪む。これは分析対象ガス６が周波数ｆ１にてスペクトル吸収を行うためである。

図４Ｂは、受信信号２０２の信号強度を示した図である。図４Ｂで説明したとおり、周波数ｆ１にて窪みがある。基準強度Ｒは、ガスによる吸収がない場合の信号強度であり、窪み部を避けた平坦部を複数点サンプリングして、その平均として求めることができる。窪み部の信号強度Ｓは、ガスによる吸収により減衰した信号強度であり、ガスによる吸収度合いを表す。ガス濃度が高いほど、減衰が大きくＳは小さくなる。ガス吸収による減衰率はＲ／Ｓである。

反射距離算出部２４は、下式（１）により反射距離ｄを算出する。

正規化濃度算出部２７は、下式（２）により正規化ガス濃度（正規化濃度とも記す）を算出する。

図５は、ＴＨｚ波検出装置１００の動作フローを示すフローチャートである。

ＴＨｚ波検出装置１００が起動すると初期設定を行う（Ｓ１０）。ＴＨｚ波検出装置１００は、背面カメラ１４４による撮像処理（Ｓ１１）と、ＴＨｚ波送受信器１による計測、即ち分析対象（本実施形態では分析対象ガスがある領域一体である）に向けてＴＨｚ波照射制御（Ｓ１２）、ＴＨｚ波照射（Ｓ１３）、及び反射テラヘルツ波受信（Ｓ１４）の一連の処理とを並行して実行する。Ｓ１２からＳ１４は、ＴＨｚ波制御プロセスＳ１であり、Ｓ１２で対象領域にＴＨｚ波を照射するための制御を行う。例えば、ＴＨｚ波の照射レベル、スイープの時間単位、周波数幅などである。Ｓ１３でＴＨｚ波の照射の実行し指示し、Ｓ１４で反射テラヘルツ波である受信信号の検波信号を得る。

反射テラヘルツ波受信（Ｓ１４）後、周波数差検知器２１による周波数差検出処理（Ｓ１５）、基準強度検知部２５による基準強度検出処理（Ｓ１６）、減衰量検知部２６による減衰強度検出処理（Ｓ１７）、及び周波数検知器２３による周波数検出処理（Ｓ１８）と並行して実行される。Ｓ１５からＳ２５は、解析プロセスＳ２を構成する。

周波数差検出処理（Ｓ１５）後、反射距離算出部２４による反射距離ｄの算出処理が実行され（Ｓ１９）、ＲＡＭ１０４やストレージ１１０に記録する（Ｓ２３）。そして反射距離算出部２４は奥行画像生成部４１に反射距離ｄを出力し、奥行画像生成部４１が奥行画像５１（図６参照）を生成する（Ｓ２６）。

基準強度検出処理（Ｓ１６）後、減衰比算出部２８によるガス減衰率Ｒ／Ｓの算出処理が実行される（Ｓ２０）。次いで、正規化濃度算出部２７による正規化濃度算出処理（Ｓ２１）が実行され、ＲＡＭ１０４やストレージ１１０に記録する（Ｓ２４）。そして正規化濃度算出部２７は、濃度画像生成部４２に正規化濃度Ｒ／Ｓ／ｄを出力し、濃度画像生成部４２が濃度画像５２（図６参照）を生成する（Ｓ２７）。

減衰強度検出処理（Ｓ１７）後、周波数検知器２３が窪んだ（減衰した）周波数ｆ１を検出し（Ｓ１８）、その周波数ｆ１に基づいてガス識別部２９はガスの種類を特定、即ちガスの成分を識別し（Ｓ２２）、ＲＡＭ１０４やストレージ１１０に記録する（Ｓ２５）。そしてガス識別部２９は、グラフィック画像生成部４３に成分の識別結果をテキストデータで出力し、グラフィック画像生成部４３がグラフィック画像５３（図６参照）を生成する（Ｓ２８）。

背面カメラ１４４は、背景画像を撮像し（Ｓ１１）、カメラ画像を取得する（Ｓ２９）。

画像合成部４４は、奥行画像５１、濃度画像５２、グラフィック画像５３、及びカメラ画像５４を取得し、これらの４つの画像を合成し（Ｓ３０）、ディスプレイ１４１に表示する（Ｓ３１）。

ＣＰＵ１０１は、繰り返し要否の判断条件、例えば、走査が完了しているかとか、アプリを継続するかどうかの条件充足の判断を行い（Ｓ３２）、繰返し要と判断すると（Ｓ３２／Ｙｅｓ）Ｓ１１、Ｓ１２に戻る。繰返し不要と判断すると（Ｓ３２／Ｎｏ）処理を終了する。

図６は、ガスの可視化方法を説明する図である。

奥行画像５１は、ＴＨｚ波の照射走査同期に合わせて、反射距離ｄを単色の明暗度に変換する等して、２次元画像化したものである。奥行画像５１は、ＴＨｚ波は可視光に対して長波長であり、可視光で撮影するカメラ画像に比べ精細度では劣る。奥行画像５１は、背景反射物までの反射距離ｄを可視化したものであり、エアロゾル等に覆われた背景を観測することが可能である。このため、避難における障害物や非常口等を、カメラ画像５４と併用して認識するのに役立つ。なお、ＴＨｚ波を２次元的にスキャンする範囲と、カメラ画像の画角の関係は、予め対応する範囲について検知し記憶しておく。

ガスの濃度画像５２は、同様にＴＨｚ波の照射走査同期に合わせて、正規化濃度Ｒ／Ｓ／ｄを単色の明暗度に変換する、あるいは色マッピングさせる等して、２次元画像化したものである。ガス濃度Ｒ／Ｓを反射距離ｄで正規化することにより、ガスの危険性を、濃度と距離の観点から視覚化できる。

グラフィック画像５３は、ガスの種別情報のテキストデータをグラフィック画像データに変換したものである。ガスの種別のほかに、危険性の度合いに応じた警告メッセージやガスの時間変化をわかりやすく見せるなどの視覚化の補助画像としても有用である。

カメラ画像５４は、背面カメラ１４４で撮像したカメラ画像である。背景反射物５が反射した可視光を画像化した画像であるので、背景画像と称する。

合成・表示画像５５は、奥行画像５１、濃度画像５２、グラフィック画像５３、さらにはカメラ画像５４を合成して得る画像であり、表示画像となる。４つの画像は合成画像の４つのレイヤー画像を構成し、合成方法としてはアルファブレンディングにより、視認しやすい合成画像を得ることができる。また奥行画像５１とカメラ画像５４は相補的に用いることができる。エアロゾル等の環境下で、カメラ画像５４が不安定な場合には、奥行画像５１を主に表示させたり、カメラ画像５４の一部を奥行画像５１に置き換えたりする合成も可能である。また、カメラ画像５４と奥行画像５１から、カメラ画像５４の出口ドアなどの特徴箇所や避難経路の障害物を認識して表示させてもよい。

画像合成部４４は、奥行画像５１、濃度画像５２、グラフィック画像５３、及びカメラ画像５４を取得する。そしてカメラ画像５４と奥行画像５１とを比較して、カメラ画像５４の被写体距離を取得する。次いで画像合成部４４は、濃度画像５２と奥行画像５１とを比較し、濃度画像５２で表示されたガス５２０がカメラ画像５４の被写体の手前又は奥側にあるかを判定する。図６の合成・表示画像５５では、ＴＨｚ波検出装置１００から奥行画像５１の椅子までの距離とＴＨｚ波検出装置１００からガス５２０までの距離とを比較すると、ＴＨｚ波検出装置１００からガス５２０までの距離が短いので、奥行画像５１に撮像された椅子の上に重畳してガス５２０が手前に見えるように描画される。

図７Ａ、図７Ｂは画像合成処理の一例を示す図である。図７Ａ、図７Ｂにおいて、濃度画像５２１、カメラ画像５４１は同じ画像である。一方、奥行画像５１１、５１２は異なっており、奥行画像５１１ではガスよりも遠い位置にテーブルがあり、奥行画像５１２ではガスよりも近い位置にテーブルがある。この場合、画像合成部４４は、図７Ａではテーブルの手前にガスを描画した合成・表示画像５５１を生成する。また画像合成部４４は、図７Ｂではテーブルの背面にガスを描画した合成・表示画像５５２を生成する。

以上説明したように、第一実施形態によれば、奥行画像５１又はカメラ画像５４による背景画像に重畳して、ガスの濃度画像５２を表示することで、背景画像に対してガスがどの位置にあるかを可視化することができる。カメラ画像５４では、解像度の高い背景画像を得ることができ、またエアロゾル等の環境化においては、奥行画像５１で背景の確認が可能であり、多様な環境化において背景画像が得られる。さらに本実施形態は、ガスの分析だけでなく、キッチン等の悪臭を発生する場所での分析にも活用可能である。

［第二実施形態］
図８から図１０を参照して、第二実施形態について説明する。第二実施形態は、ウェアラブル端末３００にＴＨｚ波送受信器１を装着して、ＴＨｚ波検出装置１００ａを構成する例である。ウェアラブル端末３００にＴＨｚ波送受信器１を一体化して構成しても良い。ＴＨｚ波検出装置１００ａの利用者は、身体にＴＨｚ波検出装置１００ａを取り付けた状態でＴＨｚ波検出装置１００ａを利用可能でき、両手を自由にさせることできる。

図８は、第二実施形態に係るＴＨｚ波検出装置１００ａの外観図である。図８に示すように、ＴＨｚ波検出装置１００ａはウェアラブル端末３００にＴＨｚ波送受信器１ａ、及びカメラ３を装着して構成される。

ウェアラブル端末３００は、頭頂部ホルダー３０３及び側頭部ホルダー３０４と、側頭部ホルダー３０４の前面に設けられためがね型光学部３０２と、めがね型光学部３０２の更に前面に備えられたスクリーン３０５と、頭頂部ホルダー３０３に備えられた画像プロジェクタ３０１とを含む。

ＴＨｚ波送受信器１ａ及びカメラ３は、例えば頭頂部ホルダー３０３の頂上部に取り付けられる。

更にＴＨｚ波検出装置１００ａは、ＴＨｚ波送受信器１ａ、カメラ３、画像プロジェクタ３０１、めがね型光学部３０２、及びスクリーン３０５に電気的又は通信接続されたコントローラ７ｂを備える。

コントローラ７は、スマートフォン１０からカメラ３、ディスプレイの機能を省いたものである。スクリーン３０５、画像プロジェクタ３０１、めがね型光学部３０２はディスプレイ１４１に相当する。また、頭頂部ホルダー３０３、側頭部ホルダー３０４は、ＴＨｚ波検出装置１００ａの利用者の頭部にカメラ３、ＴＨｚ波送受信器１ａ、及びディスプレイを装着するために用いられる。

画像プロジェクタ３０１は、スクリーン３０５に合成・表示画像５５を投射する。この時、奥行画像５１を、反射距離ｄに応じて、遠近を与える３Ｄ表示とすることができる。このため合成・表示画像５５を、左目の視認画像と右目の視認画像とで構成する。そして、めがね型光学部３０２に電子シャッター１０２ａ（図９参照）を内蔵し、左目の視認画像を投射する時には、めがね型光学部３０２で、左目側を透過状態に、右目側を電子シャッターで遮断状態に制御する。右目の視認画像を投射する時には、めがね型光学部３０２で、右目側を透過状態に、左目側を電子シャッターで遮断状態に制御する。

スクリーン３０５を半透過型のスクリーンとしても良い。この場合、カメラ画像５４は、合成・表示画像５５には含めない。半透過型のスクリーン３０５越しにみえる背景画像と、画像プロジェクタ３０１で半透過型のスクリーン３０５に投射する奥行画像５１、濃度画像５２、グラフィック画像５３の少なくとも１つから成る合成・表示画像５５とを一緒に視認させる。カメラ画像５４は、合成・表示画像５５を得るのに際し、位置合わせ等に用いる。使用者は、半透過型のスクリーン３０５越し背景の実像を見ながら、安全にＴＨｚ波検出装置１００ａを利用できる。

図９は、コントローラ７の機能構成図である。コントローラ７は、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＦＲＯＭ７３、ＳＤＩ／Ｆ７４ａ、ＳＤメモリ７４ｂ、通信Ｉ／Ｆ７５、グラフィックプロセッサ７６、タッチパネル付ディスプレイ４５ａ、ＵＳＢ（Ｒ）Ｉ／Ｆ７７、光学系制御部７８を備える。ＵＳＢ（Ｒ）Ｉ／Ｆ７７には、ＴＨｚ波送受信器１ａ及びカメラ３が接続される。また光学系制御部７８は電子シャッター１０２ａに接続され、電子シャッター１０２ａの開閉を制御する。

ＴＨｚ波送受信器１ａは、１４はＵＳＢＩ／Ｆ１４を備える。

コントローラは、ＦＲＯＭ７３に格納しているプログラムをＲＡＭ７２に展開し、ＣＰＵ７１で実行する。ＦＲＯＭ７３には、ガス及び匂いの分析、及び可視化に係るプログラムとして、ＴＨｚ波制御プロセス部７３１、カメラ制御プロセス部７３２、解析プロセス部７３３、可視化プロセス部７３４、ガス可視化アプリ部（アプリケーションの略）７３５を含む。ここで、ＴＨｚ波制御プロセス部７３１は、図３におけるＴＨｚ波送受信器１の特に発信制御部１３の動作に関わる。また、カメラ制御プロセス部７３２は図３の前面カメラ１４３もしくは背面カメラ１４４におけるカメラ制御部１４３２もしくは１４４２の動作に関わる。解析プロセス部７３３は図３の解析部２の動作に関わる。可視化プロセス部７３４及びガス可視化アプリ部７３５は図３の可視化部４に相当する。

ガス可視化アプリ部７３５は起動後、ユーザインターフェースを司るほか、ＴＨｚ波制御プロセス部７３１、カメラ制御プロセス部７３２、解析プロセス部７３３、可視化プロセス部７３４を呼び出し、ガス及び匂いの分析及び可視化を実行する。

ＳＤメモリ７４ｂは、アプリケーションデータなどを格納するもので、ＳＤＩ／Ｆ７４ａを介し、ＣＰＵ７１とデータの送受を行う。通信Ｉ／Ｆ７５は、３Ｇや４Ｇのモバイル通信、あるいは無線ＬＡＮ等の通信インターフェースであり、インターネットを介し、図示はしていないサーバ等に接続する。コントローラ７は、実行するプログラムの一部をサーバに実行させ、自身の処理負荷を低減させることもある。

グラフィックプロセッサ７６は、プログラムが生成するアプリケーションデータからタッチパネル付ディスプレイ４５ａの表示画面に表示する画像を生成する。また、カメラ３で得るカメラ画像データも取り込み、表示させる。また、タッチパネル付ディスプレイ４５ａは、表示画面に加え、ユーザ入力操作部としてタッチパネルを有する。

ＵＳＢＩ／Ｆ７７は、シリアルバスインタフェースであり、コントローラ７とＴＨｚ波送受信器１ａ、カメラ３の其々とを接続する。

ＴＨｚ波送受信器１ａは、第一実施形態に係るＴＨｚ波送受信器１にＵＳＢＩ／Ｆ１４を備えさせたものである。ＵＳＢＩ／Ｆ１４とコントローラ７のＵＳＢＩＦ７７との間でデータの送受信を行う。なおこの時、ＴＨｚ波の受信信号を送受信せず、例えば検波した包絡線をデジタルデータ化して送受信してもよい。

図１０は、第二実施形態によるＴＨｚ波検出装置１００ａの応用例を示す図である。図１０のＴＨｚ波検出装置１００ｂは、ＴＨｚ波送受信器１及びカメラ３をＴＨｚ波検出装置１００ａに内蔵又は密着して取り付ける等、一体的に構成する点で異なる。ＴＨｚ波検出装置１００ｂは、カメラ３の開口部３１ａ、ＴＨｚ波送受信器１のアンテナ１４ａである。ＴＨｚ波検出装置１００ｂは、コントローラ７ａも内蔵する。

ＴＨｚ波検出装置１００ｂは、通信信号７５ａを送受信し、通信基地局９０を介してインターネット９１を経由しサーバ装置９２に通信接続される。

サーバ装置９２は、コントローラ７で実行させるべきプログラムの一部をサーバ装置９２で実行し、コントローラ７ａの処理負荷を低減させることができる。例えば、吸収スペクトルの周波数ｆ１をサーバ装置９２に通知し、サーバ装置９２内のデータベースを用いて、周波数ｆ１に対応するガス種別を識別し、その結果をコントローラ７ａに返信してもよい。

また奥行画像５１やカメラ画像５４をサーバ装置９２に送信し、サーバ装置９２で背景画像の特徴的な部分を認識させてもよい。

この他、コントローラ７ａが発報するアラートに対し、サーバ装置９２で危険度を識別して、警察・消防への通知を行い、コントローラ７ａに対しては、避難指示の具体的な案を提示させてもよい。

以上説明したように、第二実施形態によれば、汎用の情報機器を活用して、ガス及び匂いの可視化装置を実現できる。

［第三実施形態］
図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１２を参照して、第三実施形態について説明する。第三実施形態は、特にガスまでの距離を計測する機能について特徴がある。

図１１Ａは、ＴＨｚ波検出装置１００ｂと分析対象ガス６との距離の関係を示す図である。

図１１Ａの伸縮装置８０は、取手８３と、その一端側に取り付けらえた長さが伸縮する伸縮棒８２と、伸縮棒８２の先端側（取手８３とは反対側）に取り付けられた支持台８１とを備える。支持台８１にＴＨｚ波検出装置１００ｂを固定する。ユーザは取手８３を握り、伸縮棒８２の長さを調整して、支持台８１に取り付けたＴＨｚ波検出装置１００ｂで分析対象ガス６を測定し、可視化する。伸縮棒８２の長さによって、ＴＨｚ波検出装置１００ｂと分析対象ガス６との距離を異ならせることができる。ここで、伸縮棒８２が伸びた状態か縮んだ状態かも、測定データと併せて取り込む。

図１１Ｂは、ＴＨｚ波検出装置１００ｂと分析対象ガス６との距離の関係を示す図を示す。

ＴＨｚ波検出装置１００ｂの位置Ｐ１では、伸縮棒８２は縮んだ状態であり、分析対象ガス６を臨む角度はθ１である。一方、ＴＨｚ波検出装置１００ｂの位置Ｐ２では、伸縮棒８２は伸びた状態であり、分析対象ガス６までの距離は分析距離差ｌ（エル）だけ短くなり、分析対象ガス６を臨む角度はθ２である。この時、分析対象ガス６までの距離Ｌｇは式（３）で与えられる。

図１２は、第三実施形態に係るＴＨｚ波検出装置１００ｂ、特にガス可視化アプリ部７３５の処理フローを示すフローチャートである。

ガス可視化アプリ部７３５が起動し、初期設定を行うと（Ｓ１０）、引き続きＴＨｚ波制御プロセス（Ｓ１）、解析プロセスＳ２を実行する。この時、伸縮棒８２は縮んだ状態であり、分析対象ガス６の第一の濃度画像を生成する（Ｓ３４）。

次にユーザが伸縮棒８２を伸ばして、計測距離を変更し（Ｓ３５）、再びＴＨｚ波制御プロセス（Ｓ１）、解析プロセスＳ２を実行する。

そして、可視化プロセス部７３４が分析対象ガス６の第二の濃度画像を生成する（Ｓ３６）。

解析プロセス部７３３が、前記式（３）を計算し、ガスまでの距離Ｌｇを求める（Ｓ３７）。

次いで解析プロセス部７３３が、正規化濃度Ｒ／Ｓ／Ｌｇの再計算を行う（Ｓ３８）。

解析プロセス部７３３は、正規化濃度Ｒ／Ｓ／Ｌｇの濃度記録を行い（Ｓ２４）、第三の濃度画像を得る（Ｓ３９）。Ｓ３４〜Ｓ３８は、解析プロセスＳ２の第一の拡張されたプロセスＳ４を構成する。

可視化プロセス部７３４が、第三の濃度画像（Ｓ３９）に加え、奥行画像５１を生成し（Ｓ２６）、グラフィック画像５３を生成し（Ｓ２８）、カメラ画像５４を生成する（Ｓ２９）。そして、第三の濃度画像と、奥行画像５１、グラフィック画像５３、カメラ画像５４の少なくとも１つとを用いて画像合成処理（Ｓ３０）を行い、合成・表示画像５５を表示する（Ｓ３１）。繰り返し条件を充足していれば（Ｓ３２／Ｙｅｓ）、一連の処理を繰り返し、繰り返し条件を非充足していれば（Ｓ３２／Ｎｏ）終了する。

以上説明したように、第三実施形態によれば、ガスの濃度を正規化するときに、背景反射物までの反射距離ｄに代えて、分析対象ガスまでの距離Ｌｇを用いる。これにより、正規化ガス濃度が表す危険度の度合い等が、より正確なものとなる。

［第四実施形態］
図１３Ａ〜図１５を用いて、第四実施形態について説明する。図１３Ａは、分析対象ガス６の濃度の分布の時間変化を表す特徴量を説明する図である。図１３Ａは、分析対象ガス６の２次元領域の分布を表しており、濃度のピーク値を有する点を基準とし、Ｘ＋とＸ−軸、Ｙ＋とＹ−軸、Ｖ＋とＶ−軸、Ｕ＋とＵ−軸の４つの方向で、濃度分布を評価する。

図１３Ｂは、濃度分布図の一例を示す。図１３Ｂの濃度分布図はＸ＋とＸ−軸の例であり、濃度のピーク値Ｄ０の点を０地点として、Ｘ＋方向に濃度分析値がＤ１、Ｄ２、…、Ｘ−方向にＤ−１，Ｄ−２、…と続く分布図である。

図１３ＢにおけるＳ_＊＊（＊＊は、Ｘ＋やＸ−などの軸方向を表す）は、図１３Ａの濃度分布図の広がりの程度を評価する値であり、式（４）で求められる。広がりの評価はＸ＋、Ｘ−のそれぞれに対して行われる。

図１３Ｂは、濃度ピーク値を有する座標値、ピーク濃度値、広がり評価値Ｓ_Ｘ−、Ｓ_Ｘ＋、Ｓ_Ｙ−、Ｓ_Ｙ＋、Ｓ_Ｕ−、Ｓ_Ｕ＋、Ｓ_Ｖ−、Ｓ_Ｖ＋の現在時刻ｔ１の値と、１つ前の時刻ｔ０での値を記録した表であり、ガス濃度分布の広がりの時刻変化評価値を右列に計算する。

図１４は、本実施形態で表示される合成・表示画像５５３を示す。第一実施形態の合成・表示画像５５（図６参照）に対して、分布の広がりを見やすく工夫するグラフィック画像が重畳される。合成・表示画像５５３は、Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３が重畳されたグラフィック画像であり、Ｇ１０は濃度ピーク座標の変化（Ｒ、φ）、Ｇ１１とＧ１２は、前記Ｓ_Ｘ−〜Ｓ_Ｖ＋の時間変化の評価値のうち変化が大きいものを選択したものを、評価値に応じた大きさの矢印で示している。これらガスの広がりの時間変化を危険な領域の予測に用いて、Ｇ１３によって、避難方向をアドバイスする。

図１５は、第四実施形態に係るガス可視化アプリ部７３５の処理フローを示すフローチャートである。ガス可視化アプリ部７３５は、起動し、初期設定を行い（Ｓ１０）、引き続きＴＨｚ波制御プロセスＳ１、解析プロセスＳ２を実行する。

ガス可視化アプリ部７３５は、記録した濃度データを読み出し（Ｓ４０）、濃度がピーク値となる箇所を検出する（Ｓ４１）。ガス可視化アプリ部７３５は、分析対象とするガスが複数個存在する場合には、それぞれに行う。

次にガス可視化アプリ部７３５は、分布の広がり等の評価パラメータを計算し（Ｓ４２）、記録する（Ｓ４３）。

ガス可視化アプリ部７３５は、前時刻の分布の広がり等の評価パラメータを読み出し（Ｓ４４）、パラメータの時間変化を計算する（Ｓ４５）。ガス可視化アプリ部７３５は、評価パラメータの時間変化の有意なものを選択する（Ｓ４６）。

ガス可視化アプリ部７３５は、背景画像から避難経路の出口や障害物を検知し（Ｓ４７）、推奨避難方向を決定する（Ｓ４８）。Ｓ４０からＳ４９は、解析プロセスＳ２の第二の拡張された解析プロセスＳ５を構成する。

ガス可視化アプリ部７３５は、有意な評価パラメータや避難方向を、表示プロセスＳ３に送出する（Ｓ４９）。

ガス可視化アプリ部７３５は、図１４に示した合成・表示画像５５３を生成し、ディスプレイ１４１に表示する（Ｓ３）。さらに、Ｓ３２で継続を判断し終了する。

以上説明したように、第四実施形態によれば、ガス濃度分布の時間変化に対応する評価値を算出し、危険領域の時間的変化を予測し、有効な避難経路等の指示を、合成画像内に提示可能となる。

［第五実施形態］
図１６、図１７を用いて、第五実施形態について説明する。図１６Ａは、第五実施形態によるＴＨｚ波検出装置１００ｃの正面図である。図１６Ｂは、第五実施形態によるＴＨｚ波検出装置１００ｃでの側断面図である。

図１６ＡにＴＨｚ波検出装置１００ｃは、コントローラ７を覆うように筐体カバー４１０に収容し、ＴＨｚ波送受信器１ａを装着している。ＴＨｚ波検出装置１００ｃは、前面カメラ１４３で利用者自身を撮影しながら、利用者の匂い等を分析する。例えば洗濯用の柔軟剤に含まれる芳香剤の成分を検出し、周りに迷惑をかけないよう気配りするのを補助する。

ＴＨｚ波検出装置１００ｃは、タッチパネル付ディスプレイ４５ａを備える。タッチパネル付ディスプレイ４５ａ上には、人物が写し出され、人物上にマークＧ１４が重畳される。マークＧ１４の形状は、事前に登録された匂いの原因に対応していて、画面上部には、その強さが水平バーＧ１５の数で示される。

図１７は、第五実施形態におけるガス可視化アプリ部７３５の処理フローを示すフローチャートである。ガス可視化アプリ部７３５は、起動後、初期設定を行い（Ｓ１０）、引き続きＴＨｚ波制御プロセスＳ１、解析プロセスＳ２を実行する。

ガス可視化アプリ部７３５は、Ｓ２９から受け取るカメラ画像から人物領域を認識し（Ｓ５０）、人物領域の濃度画像を生成する（Ｓ２７）。ガス可視化アプリ部７３５は、濃度画像を用いてグラフィック画像を作成し（Ｓ２８）、図１６Ａで記したマークＧ１４等を作成する（Ｓ２９）。

ガス可視化アプリ部７３５は、画像合成処理を行い、合成・表示画像５５４を作成し（Ｓ３０）、合成・表示画像５５４をタッチパネル付ディスプレイ４５ａに表示する（Ｓ３１）。さらに、Ｓ３２で継続を判断し、終了する。

以上説明したように、第五実施形態によれば、スマートフォンなどの自己撮影用のカメラ部を活用して、撮影者自身の匂い等を分析することが容易にできる。

本発明は、図１から図１７を参照して説明した各実施形態に限定されず、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態に置き換えることが可能である。また、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。これらは全て本発明の範疇に属するものであり、さらに文中や図中に現れる数値やメッセージ等もあくまで一例であり、異なるものを用いても本発明の効果を損なうものでない。

また、本発明の機能等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実装しても良い。また、マイクロプロセッサユニット、ＣＰＵ等が動作プログラムを解釈して実行することによりソフトウェアで実装しても良い。また、ソフトウェアの実装範囲を限定するものでなく、ハードウェアとソフトウェアを併用しても良い。

また、上記実施形態では、被検出体は分析対象ガス６とし、背景反射物を分析対象ガス６が浮遊する実空間内の風景、例えば乗り物内、居室等の構造物としたが、ＴＨｚ波検出装置１００を製品出荷時の検査装置として用いてもよい。その場合、製品が背景反射物、被検出体は製品内にある異物とし、例えば食品に混入した異物を検出してもよい。また、タイヤ等非食品への異物の混入検査として用いてもよい。更に、製薬出荷検査装置として用い、多層コーティングされた薬品のコーティング検査に用いてもよい。また、空港等の手荷物検査場において、ペットボトルの内容物の特定に用いたり、スーツケースを開錠することなく内容物を特定する検査に用いてもよい。

１ ：ＴＨｚ波送受信器
２ ：解析部
３ ：カメラ
４ ：可視化部
５ ：背景反射物
６ ：分析対象ガス
７ ：コントローラ
１０ ：スマートフォン
１１ ：発信器
１２ ：受信器
１３ ：発信制御部
１４ ：アンテナ
１５ａ ：送信波
１５ｂ ：反射テラヘルツ波
４５ａ ：タッチパネル付ディスプレイ

Claims (11)

1. テラヘルツ波を発信する発信器、及び分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信する受信器を含むテラヘルツ波送受信器と、
   ディスプレイと、
   前記テラヘルツ波送受信器、及び前記ディスプレイの其々に接続された情報処理装置と、を備え、
   前記発信器は、前記分析対象物を含む２次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、
   前記情報処理装置は、
   前記反射テラヘルツ波に基づいて、前記分析対象物の濃度を解析する解析部と、
   前記解析部の解析結果に基づいて、前記背景反射物が撮像された背景画像に前記分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示する可視化部と、を含み、
   前記発信器は、周波数をスイープさせた送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、
   前記解析部は、
   前記発信器が発信したテラヘルツ波の周波数と、前記受信器が受信した前記反射テラヘルツ波の周波数との周波数差を検知する周波数差検知部と、
   前記周波数差に基づいて、前記テラヘルツ波送受信器から前記背景反射物までの反射距離を算出する反射距離算出部と、
   前記発信器から発した前記テラヘルツ波の強度、前記発信器から照射されたテラヘルツ波に対する前記反射テラヘルツ波の減衰量、及び前記反射距離に基づいて、距離で正規化された前記分析対象物の正規化濃度を算出する正規化濃度算出部と、
   前記反射テラヘルツ波において減衰した周波数に基づいて、前記分析対象物の種類を特定する対象物識別部と、を含み、
   前記可視化部は、
   前記正規化濃度に応じて表示態様を異ならせた濃度画像を生成する濃度画像生成部と、
   前記分析対象物の種類を示すグラフィック画像を生成するグラフィック画像生成部と、
   前記背景画像に前記濃度画像及び前記グラフィック画像を合成して合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示させる画像合成部と、を含む、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
2. 請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置において、
   前記可視化部は、
   前記反射距離に応じて表示態様を異ならせた奥行画像を生成する奥行画像生成部を更に含み、
   前記画像合成部は、前記背景画像として前記奥行画像を用い、前記奥行画像に前記濃度画像を合成して前記合成画像を生成する、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
3. 請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置において、
   前記情報処理装置は、可視光を撮像してカメラ画像を生成するカメラに接続され、
   前記画像合成部は、前記背景画像として前記カメラ画像を用い、前記カメラ画像に前記濃度画像を合成して前記合成画像を生成する、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
4. 請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置において、
   前記正規化濃度算出部は、前記分析対象物による吸収がない平坦部の信号強度をＲ、前記分析対象物が前記テラヘルツ波を吸収することにより減衰した周波数の信号強度をＳ、及び前記反射距離をｄとした際に、下式（１）により前記正規化濃度を算出する、
   正規化濃度＝Ｒ／Ｓ／ｄ・・・（１）
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
5. 請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置において、
   前記分析対象物は不可視のガスであり、
   前記濃度画像は、前記ガスの濃度分布を図示した画像であり、
   前記合成画像は、前記背景画像に前記ガスの濃度分布を図示した画像を重畳した画像である、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
6. 請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置において、
   前記テラヘルツ波検出装置は、当該テラヘルツ波検出装置を支持する支持台、及び当該支持台に連結された伸縮棒を含む伸縮装置に取り付けられ、
   前記テラヘルツ波検出装置により前記伸縮棒の伸縮量を異ならせて前記分析対象物を複数回測定させ、
   前記正規化濃度算出部は、各回の測定において前記テラヘルツ波検出装置から前記分析対象物の幅方向端部を計測した際の最大角度をθ１、θ２を算出し、前記複数回の測定間における前記伸縮量の差からなる分析距離差をｌとした際に、下式（２）により前記テラヘルツ波検出装置から前記分析対象物までの距離Ｌｇを算出し、
   前記分析対象物による吸収がない平坦部の信号強度をＲ、前記分析対象物が前記テラヘルツ波を吸収することにより減衰した周波数の信号強度をＳ、及び前記距離Ｌｇとした際に、下式（３）により前記正規化濃度を算出し、
   Ｌｇ＝ｌｔａｎθ１／（ｔａｎθ２−ｔａｎθ１）・・・（２）
   正規化濃度＝Ｒ／Ｓ／Ｌｇ・・・（３）
   前記濃度画像生成部は、前記正規化濃度を更新した新たな濃度画像を生成する、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
7. 請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置において、
   前記可視化部は、
   時系列に沿って生成された複数の濃度画像の其々について、複数の軸で濃度分布を取得し、当該濃度分布の中心、及び当該濃度分布の広がりに対応した評価パラメータを求め、前記評価パラメータの時系列変化を示すグラフィック画像データを生成するグラフィック画像生成部と、
   前記背景画像に前記グラフィック画像データを合成して合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示させる画像合成部と、を含む、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
8. 請求項７に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
   前記グラフィック画像生成部は、前記評価パラメータの時系列変化に基づいて、前記濃度分布の位置の時系列に沿った変化方向とは異なる方向に向かう経路を示すグラフィック画像を更に生成し、前記背景画像に合成して前記合成画像を生成する、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
9. 請求項３に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
   前記分析対象物は、匂い成分であって、
   前記対象物識別部は、前記反射テラヘルツ波に基づいて匂い成分を特定し、
   前記グラフィック画像生成部は、前記特定された匂い成分の種類を示すグラフィック画像を生成し、
   前記画像合成部は、前記カメラ画像において前記匂い成分が検知された実空間が撮像された領域を特定し、当該領域上に前記特定された匂い成分の種類を示すグラフィック画像を重畳した合成画像を生成する、
   ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
10. 分析対象物を含む２次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射するステップと、
    前記分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信するステップと、
    前記反射テラヘルツ波に基づいて、前記分析対象物の濃度を解析するステップと、
    前記分析対象物の濃度を解析した結果に基づいて、前記背景反射物の画像に前記分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成するステップと、
    ディスプレイに前記合成画像を表示するステップと、を含み、
    前記テラヘルツ波は、周波数をスイープさせた送信信号に基づくテラヘルツ波であり、
    前記分析対象物の濃度を解析するステップにおいて、
    前記テラヘルツ波の周波数と、前記反射テラヘルツ波の周波数との周波数差を検知し、
    前記周波数差に基づいて、前記テラヘルツ波の送受信器から前記背景反射物までの反射距離を算出し、
    前記テラヘルツ波の強度、前記テラヘルツ波に対する前記反射テラヘルツ波の減衰量、及び前記反射距離に基づいて、距離で正規化された前記分析対象物の正規化濃度を算出し、
    前記反射テラヘルツ波において減衰した周波数に基づいて、前記分析対象物の種類を特定し、
    前記合成画像を生成するステップにおいて、
    前記正規化濃度に応じて表示態様を異ならせた濃度画像と、前記分析対象物の種類を示すグラフィック画像と、前記背景反射物の画像に前記濃度画像及び前記グラフィック画像を合成して前記合成画像を生成する、
    ことを特徴とするテラヘルツ波検出方法。
11. テラヘルツ波を発信する発信器、及び分析対象物の背後に存在する背景反射物で反射された反射テラヘルツ波を受信する受信器を含むテラヘルツ波送受信器と、
    ディスプレイを有するウェアラブル端末と、
    前記テラヘルツ波送受信器、及び前記ウェアラブル端末の其々に接続された情報処理装置と、を備え、
    前記テラヘルツ波送受信器は、前記分析対象物を含む２次元領域に、特定の周波数を含む送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、
    前記情報処理装置は、
    前記反射テラヘルツ波に基づいて、前記分析対象物の濃度を解析する解析部と、
    前記解析部の解析結果に基づいて、前記背景反射物の画像に前記分析対象物の濃度画像を合成した合成画像を生成し、前記ウェアラブル端末に出力する可視化部と、を含み、
    前記発信器は、周波数をスイープさせた送信信号に基づくテラヘルツ波を照射し、
    前記解析部は、
    前記発信器が発信したテラヘルツ波の周波数と、前記受信器が受信した前記反射テラヘルツ波の周波数との周波数差を検知する周波数差検知部と、
    前記周波数差に基づいて、前記テラヘルツ波送受信器から前記背景反射物までの反射距離を算出する反射距離算出部と、
    前記発信器から発した前記テラヘルツ波の強度、前記発信器から照射されたテラヘルツ波に対する前記反射テラヘルツ波の減衰量、及び前記反射距離に基づいて、距離で正規化された前記分析対象物の正規化濃度を算出する正規化濃度算出部と、
    前記反射テラヘルツ波において減衰した周波数に基づいて、前記分析対象物の種類を特定する対象物識別部と、を含み、
    前記可視化部は、
    前記正規化濃度に応じて表示態様を異ならせた濃度画像を生成する濃度画像生成部と、
    前記分析対象物の種類を示すグラフィック画像を生成するグラフィック画像生成部と、
    前記背景反射物の画像に前記濃度画像及び前記グラフィック画像を合成して合成画像を生成し、前記ディスプレイに表示させる画像合成部と、を含む、
    ことを特徴とするテラヘルツ波検出システム。

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