JPH0772701B2 - Biomedical thermography device - Google Patents
Biomedical thermography deviceInfo
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- JPH0772701B2 JPH0772701B2 JP4130087A JP13008792A JPH0772701B2 JP H0772701 B2 JPH0772701 B2 JP H0772701B2 JP 4130087 A JP4130087 A JP 4130087A JP 13008792 A JP13008792 A JP 13008792A JP H0772701 B2 JPH0772701 B2 JP H0772701B2
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- radiation
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、各画素ごとに赤外放射
率を計測して、放射率分布及び放射率を補正した表面温
度分布を画像表示するとともに、対象表面付近の熱浸透
率を算出してその分布を画像表示することができるサー
モグラフィー装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention measures infrared emissivity for each pixel, displays an emissivity distribution and a surface temperature distribution with the emissivity corrected, and displays the thermal effusivity near the target surface. The present invention relates to a thermographic device capable of calculating and displaying its distribution as an image.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から赤外波長域の熱輻射を検出して
対象表面の温度分布を計測する方式のサーモグラフィー
は工業や医療に広く用いられてきた。特に医療において
は、体表の温度分布の計測に用いるため、体温近辺で放
射エネルギーが最大となる10μm付近の波長、たとえ
ば8−14μmの波長域が利用されてきた。従来は、こ
の波長域では皮膚は黒体、すなわち放射率が1.0とみ
なして良いとされていたが、実際には放射率が0.97
程度であること、すなわち3%程度の反射が起きること
が最近の研究で明らかにされた。そのため、環境の放射
温度の影響を受け誤差を生ずる。したがって、正確な表
面温度の計測のためには放射率を予め計測して、環境放
射温度と放射率による補正を行う必要がある。しかし、
対象表面の放射率が一様でない場合には、従来のサーモ
グラフィー装置には各画素の放射率を計測する手段が備
わっていないため、放射率補正を正確に行うことができ
ない欠点があった。2. Description of the Related Art Conventionally, thermography of the type in which thermal radiation in the infrared wavelength range is detected to measure the temperature distribution on the target surface has been widely used in industry and medicine. In particular, in the medical field, in order to measure the temperature distribution on the body surface, a wavelength around 10 μm where the radiant energy is maximum near the body temperature, for example, a wavelength range of 8-14 μm has been used. In the past, in this wavelength range, it was considered that the skin was a black body, that is, the emissivity was 1.0, but in reality, the emissivity is 0.97.
Recent studies have revealed that the degree of reflection is about 3%. Therefore, an error occurs due to the influence of the radiation temperature of the environment. Therefore, in order to accurately measure the surface temperature, it is necessary to measure the emissivity in advance and perform correction based on the environmental emissivity temperature and the emissivity. But,
When the emissivity of the target surface is not uniform, the conventional thermographic device does not have a means for measuring the emissivity of each pixel, so that the emissivity cannot be accurately corrected.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】サーモグラフィー装置
において、放射率が一様でない対象に対して放射率補正
を正確に行うためには、放射率を各画素ごとに計測し
て、各画素ごとに放射率補正を行う必要がある。放射率
の測定法としては、環境放射温度をステップ状に変化さ
せたときの対象表面からの放射エネルギーの変化から算
出する方法が本発明者によって開発され皮膚放射率の計
測に用いられてきた(Togawa, T., Clin. Phys. Physio
l. Meas.誌、第10巻第1号、39−48頁、1989
年発行)。しかしながら、この方法をサーモグラフィー
に応用し、各画素ごとに放射率を計測して画素ごとに放
射率補正を行うことが試みられてはおらず、正確な表面
温度画像を得ることができなかった。そのため、環境の
放射温度の影響を受け、誤差を生ずる結果となってい
た。In a thermographic device, in order to accurately perform emissivity correction on an object with uneven emissivity, the emissivity is measured for each pixel and the emissivity is measured for each pixel. It is necessary to correct the rate. As a method for measuring the emissivity, a method of calculating from the change in the radiant energy from the target surface when the environmental radiant temperature is changed stepwise has been developed by the present inventor and used for measuring the skin emissivity ( Togawa, T., Clin. Phys. Physio
l. Meas., Vol. 10, No. 1, pp. 39-48, 1989.
Issued year). However, it has not been attempted to apply this method to thermography to measure the emissivity of each pixel and perform emissivity correction for each pixel, and an accurate surface temperature image could not be obtained. Therefore, the influence of the radiation temperature of the environment causes an error.
【0004】したがって、もし放射率が各画素ごとに計
測できれば、放射率分布の画像を構成することができ、
生体を対象とした場合における放射率が皮膚の性状を反
映するならば、放射率画を生体情報として利用すること
が期待できる。さらに、放射率計測の過程で皮膚表面か
ら体内深部への熱伝導の影響を評価できれば、その情報
を皮膚の熱的性質として画像化でき、生体情報として診
断利用への道も拓けることが期待できよう。本発明は、
各画素ごとに放射率を計測し、各画素ごとに放射率補正
を図ることを前提とするとともに、前述した欠点を解消
して、実質的に正確な表面温度画像を得ようとするサー
モグラフィー装置を達成せんとするものである。Therefore, if the emissivity can be measured for each pixel, an image of the emissivity distribution can be constructed,
If the emissivity of a living body reflects the properties of the skin, it can be expected to use the emissivity image as biological information. Furthermore, if the effect of heat conduction from the skin surface to the deep part of the body can be evaluated in the process of emissivity measurement, that information can be imaged as the thermal properties of the skin, and it can be expected to open the way to diagnostic use as biological information. See. The present invention is
It is assumed that the emissivity is measured for each pixel and that the emissivity is corrected for each pixel, and that the above-mentioned drawbacks are eliminated and a thermographic device that obtains a substantially accurate surface temperature image is provided. It is something to achieve.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、対象表面に対
向して配置した放射源と、該放射源と前記対象表面との
間でサーモグラフィーのカメラの前面において、移動可
能な室温シェードと高温シェードを配置し、これらを交
換手段で交互に移動させて前記対象表面の環境放射温度
をステップ状に変化させ、それに遅れて熱流変化により
対象表面温度を変化させ、その変化前後の放射温度を測
定し、該測定温度を結ぶ直線の勾配から媒質の熱浸透率
を算出するとともに、前記複数のシェードの交換前後の
サーモグラム撮影により各画素ごとの放射率、放射率補
正された表面温度、前記各画素に対応する対象表面の媒
質の熱浸透率分布画像、放射率分布画像及びサーモグラ
ムを表示する生体用サーモグラフィー装置によって提供
される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a radiation source disposed opposite an object surface and a movable room temperature shade and high temperature in front of a thermographic camera between the radiation source and the object surface. Shades are arranged, and these are moved alternately by an exchange means to change the environmental radiation temperature of the target surface in a stepwise manner, and after that, the target surface temperature is changed by heat flow change, and the radiation temperature before and after the change is measured. Then, the thermal effusivity of the medium is calculated from the gradient of the straight line connecting the measured temperatures, and the emissivity of each pixel by the thermogram photography before and after the exchange of the plurality of shades, the emissivity-corrected surface temperature, and each of the above A biothermographic device for displaying a thermal effusivity distribution image, an emissivity distribution image, and a thermogram of a medium on a target surface corresponding to a pixel.
【0006】また、望ましくは以下の特徴を有すること
により提供される。すなわち、前記環境放射温度のステ
ップ状変化前1枚と、変化後2枚のサーモグラムから各
画素ごとに対象表面の放射率、真の温度及び熱浸透率の
分布を表示し画像化する生体用サーモグラフィー装置に
よる場合である。さらに、前記放射源が全視野を覆う傘
形とした場合に、さらにまた、前記高温シェードを40
℃程度に保持した場合における生体用サーモグラフィー
装置によって提供される。Further, it is preferably provided by having the following features. That is, for a living body that displays and images the distribution of the emissivity, the true temperature and the thermal effusivity of the target surface for each pixel from the thermograms of one sheet before the stepwise change of the ambient radiation temperature and two sheets after the change This is the case with a thermographic device. Furthermore, when the radiation source has an umbrella shape that covers the entire field of view, the high temperature shade is further reduced to 40 mm.
It is provided by a thermographic device for living body when kept at about ° C.
【0007】[0007]
【作用】サーモグラフィー装置において、放射率が一様
でない対象等は放射率補正を前提とする。まず、対象表
面の環境放射温度をステップ状に変化させ、その前後に
撮影したサーモグラムから、各画素ごとの放射率及び放
射率補正された表面温度を算出する。この結果から、放
射率分布画像及びサーモグラムを表示するものである。
さらに、各画素に対応する対象表面の媒質の熱浸透率分
布を算出できる。具体的には、対象表面とサーモグラフ
ィーのカメラとの間に、移動可能な室温シェードと高温
シェードを順次配置し、これらを交換手段で交互に移動
させて対象表面の環境放射温度をステップ状に変化さ
せ、前記複数のシェードの交換前後のサーモグラム撮影
によりサーモグラム撮影が行われる。このサーモグラム
から各画素ごとの放射率、放射率補正された表面温度を
算出し、放射率分布画像及びサーモグラムを表示する。In a thermographic device, an object having uneven emissivity is subject to emissivity correction. First, the environmental radiation temperature of the target surface is changed stepwise, and the emissivity and emissivity-corrected surface temperature of each pixel are calculated from the thermograms taken before and after that. From this result, an emissivity distribution image and a thermogram are displayed.
Furthermore, the thermal effusivity distribution of the medium on the target surface corresponding to each pixel can be calculated. Specifically, a movable room temperature shade and a high temperature shade are sequentially arranged between the target surface and the camera for thermography, and these are alternately moved by an exchange means to change the environmental radiation temperature of the target surface in a stepwise manner. Then, the thermogram photography is performed by the thermogram photography before and after the exchange of the plurality of shades. The emissivity and emissivity-corrected surface temperature of each pixel are calculated from this thermogram, and the emissivity distribution image and thermogram are displayed.
【0008】[0008]
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図1は本発明に用いる放射率の測定原理の説明図であ
る。放射計11を温度TS の物体12に向けた状態を示
す。物体12からは放射されるエネルギーは、プランク
の輻射公式によって数1のようになる。EXAMPLES Examples will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view of the emissivity measuring principle used in the present invention. The state where the radiometer 11 is directed toward the object 12 having the temperature T S is shown. The energy radiated from the object 12 is as shown in Formula 1 according to Planck's radiation formula.
【数1】 ここで、P(T)は絶対温度Tの黒体から波長λ1 から
λ2 までの波長範囲に単位面積から単位時間に放射され
るエネルギーである。C1 及びC2 は定数である。物体
が黒体ではなく放射率がε(<1)であれば、絶対温度
Tの物体から放射されるエネルギーはεP(T)とな
る。このとき物体表面は反射率γ=1−εである。そこ
で、環境放射温度をTa とすれば、γP(Ta )だけの
エネルギーが物体表面で反射する。この結果、表面の絶
対温度Ts の物体から単位面積あたり単位時間に放射さ
れるエネルギーP(Tr )は数2となる。[Equation 1] Here, P (T) is the energy radiated from the unit area to the unit time in the wavelength range from the wavelength λ 1 to λ 2 from the black body at the absolute temperature T. C 1 and C 2 are constants. If the object is not a black body and the emissivity is ε (<1), the energy radiated from the object at the absolute temperature T is εP (T). At this time, the reflectance of the object surface is γ = 1-ε. Therefore, assuming that the ambient radiation temperature is T a , energy corresponding to γP (T a ) is reflected on the object surface. As a result, the energy P (T r ) radiated from the object having the absolute temperature T s of the surface per unit area per unit time is given by Equation 2.
【数2】 [Equation 2]
【0009】ここで、Tr はみかけの放射温度すなわち
黒体で校正された放射計の温度出力である。そこで環境
放射温度をTaLからTaHにステップ状に上昇させると、
その前後に単位表面積から単位時間に放射するエネルギ
ーP(TrL)、P(TrH)は数3及び数4となる。Here, T r is the apparent radiation temperature, that is, the temperature output of the radiometer calibrated with a black body. Therefore, if the ambient radiation temperature is increased stepwise from T aL to T aH ,
Before and after that, energies P (T rL ) and P (T rH ) radiated from a unit surface area in a unit time are given by Formulas 3 and 4.
【数3】 [Equation 3]
【数4】 この数3及び数4から放射率εについて解くと数5とな
る。[Equation 4] When the emissivity ε is solved from the equations 3 and 4, the equation 5 is obtained.
【数5】 ここで環境放射温度をTaL、TaHが既知であれば、
TrL、TrHは放射計出力から得られるので放射率を算出
することができる。[Equation 5] Here, if the environmental radiation temperatures T aL and T aH are known,
Since T rL and T rH are obtained from the output of the radiometer, the emissivity can be calculated.
【0010】また、放射率が算出されれば数3を解くこ
とにより数6となる。When the emissivity is calculated, the equation 6 is obtained by solving the equation 3.
【数6】 これから、プランクの輻射公式、数1により真の表面温
度Ts を算出することができる。ここで、P(Ts )は
真の表面温度Ts の黒体から単位面積あたり単位時間に
放射されるエネルギーである。[Equation 6] From this, the true surface temperature T s can be calculated by Planck's radiation formula, Equation 1. Here, P (T s ) is energy radiated from a black body having a true surface temperature T s per unit area per unit time.
【0011】実際には、環境放射温度を瞬時に変化させ
ることは困難であるため、環境放射温度変化が始まって
から放射温度が安定してサーモグラムを撮影するまでに
若干の時間遅れがある。その間に、対象表面では熱放射
の状態が変化し、表面温度変化が起こる。一様な媒質の
境界においては、ステップ状の熱流変化に対しては、表
面温度はステップ変化の時点から時間の平方根に比例し
た温度変化が起こることが知られている(Buettner K.,
J. Appl. Physiol. 第3巻第12号、691−702
頁、1951年6月発行)。すなわち、表面温度Ts0で
平衡状態にあるとき、単位面積あたりQの熱流をステッ
プ状に加えると表面温度変化Ts (t)は数7で近似す
ることができる。In practice, it is difficult to instantaneously change the ambient radiation temperature, and therefore there is a slight time delay from the start of the ambient radiation temperature change until the radiation temperature stabilizes and a thermogram is captured. In the meantime, the state of heat radiation changes on the target surface, and the surface temperature changes. It is known that at a uniform medium boundary, the surface temperature changes in proportion to the square root of the time from the time of the step change with respect to the stepwise heat flow change (Buettner K.,
J. Appl. Physiol. Vol. 3, No. 12, 691-702
Page, published in June 1951). That is, when the surface temperature T s0 is in the equilibrium state, the surface temperature change T s (t) can be approximated by Equation 7 by adding a heat flow of Q per unit area in a stepwise manner.
【数7】 [Equation 7]
【0012】ここで、tはステップ変化の時点を0とし
た時間、κは熱伝導率、ρは密度、cは比熱である。そ
こで、放射計の温度出力の時間変化を√t(tの平方
根)に対してプロットすると、図2に示すようにほぼ直
線となる。従って、ステップ変化の時点からt1 及びt
2 を経った時点での放射温度がTr1及びTr2とすると、
図の2点A及びBが得られ、ABを結ぶ直線を延長しt
=0の点Cを求めれば、これが理想的なステップ状熱流
変化を与えた直後の放射温度温度TrHのよい近似となる
ことが期待できる。すなわち、数7の近似が適用できる
かぎり、熱流の環境放射温度を変化させた後、適当な2
点の時間の放射温度から、環境放射温度をステップ状に
変化させてその直後に放射温度を計測したのと等価な情
報が得られる。Here, t is the time when the time of the step change is 0, κ is the thermal conductivity, ρ is the density, and c is the specific heat. Therefore, when the time change of the temperature output of the radiometer is plotted against √t (square root of t), it becomes almost a straight line as shown in FIG. Therefore, from the time of the step change, t 1 and t
Assuming that the radiation temperatures after passing 2 are T r1 and T r2 ,
Two points A and B in the figure are obtained, and the straight line connecting AB is extended to t
If the point C of = 0 is obtained, it can be expected that this is a good approximation of the radiation temperature T rH immediately after the ideal stepwise heat flow change is given. That is, as long as the approximation of Equation 7 can be applied, after changing the ambient radiation temperature of the heat flow, an appropriate 2
From the radiation temperature at the time of the point, information equivalent to that obtained by changing the environmental radiation temperature in steps and measuring the radiation temperature immediately after that is obtained.
【0013】ここで、図2においてABを結ぶ直線の勾
配が数7より2Q/√(πκρc)となるので、熱流Q
が既知であれば熱浸透率、すなわち√(πκρc)が得
られる。以上の原理から、環境温度をほぼステップ状に
変化させ、変化前1回と変化後2回の放射温度計測によ
り、表面の放射率、真の表面温度及び表面付近の媒質の
熱浸透率を計測できる。この方法をサーモグラフィーに
適用すれば、環境放射温度のステップ状変化前1枚と変
化後2枚のサーモグラムから、各画素ごとに前記原理を
適用することにより表面の放射率、真の温度及び熱浸透
率の分布を画像として得ることができる。Since the slope of the straight line connecting AB in FIG. 2 is 2Q / √ (πκρc) from the equation 7, the heat flow Q
If is known, the thermal permeability, that is, √ (πκρc) is obtained. Based on the above principle, the ambient temperature is changed in a stepwise manner, and the emissivity of the surface, the true surface temperature, and the thermal permeability of the medium near the surface are measured by measuring the radiation temperature once before and twice after the change. it can. If this method is applied to thermography, the emissivity of the surface, the true temperature and the heat can be obtained by applying the above-mentioned principle for each pixel from the thermogram of one sheet before the stepwise change of the environmental radiation temperature and two sheets after the change. It is possible to obtain the distribution of the permeability as an image.
【0014】次に、前記原理を用いて本発明を具体的に
説明する。対象物表面の放射率、真の表面温度及び熱浸
透率の画像を得るため、環境温度をステップ状に変化さ
せる手段と、画面走査速度をできるだけ早くしたサーモ
グラフィー装置が必要である。環境放射温度を設定する
には、物体表面の周囲全域を一定に保持した黒体の壁で
囲繞する。さらに、環境放射温度のステップ状変化には
黒体の壁の温度のステップ状変化が考えられるが、壁材
料の熱容量のため急速な温度変化は困難で実現が難し
い。そこで、例えば、対象表面を囲む壁面全体を機械的
に移動可能とすることがよい。この壁面全体を機械的に
移動させ、異なる温度に設定された壁面と交換できるよ
うにすることが有効である。Next, the present invention will be specifically described by using the above principle. In order to obtain images of the emissivity, true surface temperature and thermal effusivity of the surface of the object, a means for changing the environmental temperature in steps and a thermographic device with a screen scanning speed as fast as possible are required. To set the ambient radiant temperature, the entire circumference of the object surface is surrounded by a black body wall that is kept constant. Further, the stepwise change of the ambient radiation temperature may be the stepwise change of the temperature of the wall of the black body, but it is difficult and difficult to realize the rapid temperature change due to the heat capacity of the wall material. Therefore, for example, the entire wall surface surrounding the target surface may be mechanically movable. It is effective to mechanically move the entire wall surface so that it can be replaced with a wall surface set to a different temperature.
【0015】図3はサーモグラフィー装置の一実施例を
示したものである。対象物体1にサーモグラフィーのカ
メラ2を向け、室温シェード3によって対象表面が囲ま
れている。室温シェード3はサーモスタット4及びヒー
ター5によって室温より高い温度に保持されている高温
シェード6とともに、駆動軸7により移動できるように
なっている。これら2つのシェードはモーター8が駆動
軸7を回転させることにより移動し、モーターコントロ
ーラー9によって室温シェード3があった位置に高温シ
ェード6が来たところで停止制御する。サーモグラムの
撮影制御、データ管理、結果の画像表示、データ保存等
はコンピュータ10により管理される。さらに、これら
2つのシェードは図示していない温度測定及びその記録
が温度計測手段により実行される。FIG. 3 shows an embodiment of the thermographic device. A thermographic camera 2 is aimed at the target object 1, and a room temperature shade 3 surrounds the target surface. The room temperature shade 3 can be moved by a drive shaft 7 together with a high temperature shade 6 which is kept at a temperature higher than room temperature by a thermostat 4 and a heater 5. These two shades move when the motor 8 rotates the drive shaft 7, and the motor controller 9 controls the stop when the high temperature shade 6 comes to the position where the room temperature shade 3 was. The computer 10 manages thermogram imaging control, data management, image display of results, data storage, and the like. Further, temperature measurement (not shown) and recording of these two shades are executed by the temperature measuring means.
【0016】計測操作の手順は、まずカメラ2前方に室
温シェード3を設置し、その前方の視野内に対象物体1
を置き第1のサーモグラム撮影を行う。撮影後直ちにシ
ェード移動を行うが、最初室温シェード3のあった位置
まで高温シェード6を移動させる。高温シェード6が所
定位置に停止した後直ちに第2のサーモグラム撮影を行
う。さらに、一定時間、例えば、10秒程度経過後に第
3のサーモグラム撮影を行い、計測操作を終了する。撮
影された3枚のサーモグラム及び室温、高温シェード6
の温度を用いて、前述した原理にしたがって各画素ごと
に放射率、真の表面温度及び熱浸透率をコンピュータ1
0により演算処理し、画像としてのスクリーン表示をす
るとともに、必要に応じてデータ保存、ハードコピー出
力、そのほかインターフェースを介して他の機器による
演算、診断等の利用も可能である。The procedure of measurement operation is as follows. First, the room temperature shade 3 is installed in front of the camera 2, and the target object 1 is placed in the field of view in front of it.
Place and take the first thermogram. Although the shade is moved immediately after photographing, the high temperature shade 6 is moved to the position where the room temperature shade 3 was originally located. The second thermogram photography is performed immediately after the high temperature shade 6 stops at the predetermined position. Further, after a lapse of a fixed time, for example, about 10 seconds, the third thermogram photography is performed, and the measurement operation is finished. 3 thermograms taken and room and high temperature shades 6
Temperature, the emissivity, true surface temperature and thermal effusivity of each pixel are calculated by the computer 1 according to the principle described above.
It is also possible to perform arithmetic processing by 0 and display it on the screen as an image, and to save data, output hard copy, and use arithmetic, diagnosis, etc. by other devices through the interface as well.
【0017】実施例1 サーモグラフィー装置にはイメージ処理におけるフレー
ム速度の早いものが望ましい。本発明ではAgema社
製サーモビジョン870型を利用した。シェードとして
は前方開口部の大きさ32×32cm、長さ70cmで
内面に黒体塗料を塗布した。高温シェード6は面ヒータ
ーを4面に貼り付けサーモスタットによる温度制御を
し、40℃程度に保持した。シェード移動は直動機構を
用いて約0.5秒で行い、また、移動開始後1秒で第2
のサーモグラム撮影を行った。さらに、約5ないし10
秒後に第3のサーモグラム撮影を行った。この結果か
ら、各画素について数5により放射率を算出し数6を解
くことにより放射率補正された表面温度Ts を求めるこ
とができた。また、数7を解いて熱浸透率を算出するこ
とができた。ここで、数7のQは数8により算出され
る。数8中σはステファンボルツマン定数である。Embodiment 1 It is desirable that the thermographic device has a high frame rate in image processing. In the present invention, Agema Corp. Thermovision 870 type was used. As a shade, the front opening had a size of 32 × 32 cm and a length of 70 cm, and a black body paint was applied to the inner surface. In the high temperature shade 6, surface heaters were attached to the four surfaces, the temperature was controlled by a thermostat, and the temperature was maintained at about 40 ° C. Shade movement is performed in about 0.5 seconds using the linear motion mechanism, and the second movement is performed 1 second after the movement starts.
I took a thermogram of. Furthermore, about 5 to 10
A third thermogram was taken after a second. From this result, it was possible to obtain the emissivity-corrected surface temperature T s by calculating the emissivity for each pixel using Equation 5 and solving Equation 6. In addition, the thermal effusivity could be calculated by solving Equation 7. Here, Q of the equation 7 is calculated by the equation 8. In Expression 8, σ is a Stefan Boltzmann constant.
【数8】 [Equation 8]
【0018】実施例2 図4の放射率測定用装置を用いてサーモグラフィーにお
ける放射率計測と表面温度の自動補正を行った。放射源
15は17cm×17cmの大きさをもち、対象表面13に
対向している。この対象表面13はアルミ壁17により
周囲を覆われ、外乱の影響を排除した。対象表面13に
対向する放射源15を覆っているシャッター16を開く
ことにより放射温度をステップ状に変化させた。最初は
室温シェード3で次いで高温シェード6により各々実施
した。それぞれをサーモグラフィー装置14により撮影
し、各画素の放射率ε及び表面温度の補正値Ts を数
9、数10により算出した。Example 2 Emissivity measurement in thermography and automatic correction of surface temperature were performed using the emissivity measurement apparatus of FIG. The radiation source 15 has a size of 17 cm × 17 cm and faces the target surface 13. The target surface 13 was covered with an aluminum wall 17 to eliminate the influence of disturbance. The radiation temperature was changed stepwise by opening the shutter 16 covering the radiation source 15 facing the target surface 13. Each was carried out first with a room temperature shade 3 and then with a high temperature shade 6. Each of them was photographed by the thermography device 14, and the correction value T s of the emissivity ε and the surface temperature of each pixel was calculated by Equations 9 and 10.
【数9】 [Equation 9]
【数10】 ここでCは装置で決まる定数、P(T)は絶対温度Tの
黒体から波長λ1 からλ2 までの波長範囲に単位面積か
ら単位時間に放射されるエネルギーである。T1 及びT
2 はシャッターを開く前後の放射温度である。Tr は放
射源の温度(40℃)、Ta はシャッターを開く前にお
ける全視野の平均放射温度である。まず放射率既知の物
体を用いてCを決定し、被験者の手背などの計測を行っ
た。放射率既知の物体としては前記(Togawa, T., Cli
n. Phys. Physiol. Meas.誌)方法により放射率を決定
した放射率0.50〜0.99の範囲の約20種類の物
体を用いた。[Equation 10] Here, C is a constant determined by the device, and P (T) is the energy emitted from a unit area to a unit time in the wavelength range from the wavelength λ 1 to λ 2 from the black body at the absolute temperature T. T 1 and T
2 is the radiation temperature before and after opening the shutter. T r is the temperature of the radiation source (40 ° C.), and T a is the average radiation temperature of the entire field of view before opening the shutter. First, C was determined using an object of known emissivity, and the back of the subject's hands and the like were measured. As an object with a known emissivity, (Togawa, T., Cli
n. Phys. Physiol. Meas.) The emissivity was determined by the method of about 20 kinds of objects having emissivity in the range of 0.50 to 0.99.
【0019】結果:放射率既知の物体についてCの値を
求めた結果2.50となり、前記文献の方法によった場
合とよく一致し、相関係数は0.988であった。20
種の物体のうち表面が滑面に近い2種の物体を除き、手
背のサーモグラムについて放射率計測及び表面温度補正
を次に行った。結果は妥当な結果が得られた。特に、被
験者の手背などにファンデーションクリームを塗った皮
膚では、清浄皮膚の放射率が0.97±0.01である
のに対し, 0.94〜0.95に低下し、最大0.5℃
程度の表面温度誤差を生ずる可能性があるが、ほぼ妥当
な補正値が与えられることが確認された。また、前記2
種の物体の表面は滑面に近いため乱反射が起こらず、放
射源の中央の穴の部分からの反射のみカメラに入射する
ため、シャッターを開いたときの放射源からの放射の影
響が認められないと考えられる。Results: The value of C was obtained for an object with a known emissivity, and the result was 2.50, which was in good agreement with the case of the method of the above literature, and the correlation coefficient was 0.988. 20
Emissivity measurement and surface temperature correction were then performed on the thermogram of the back of the hand, excluding two types of objects of which the surface was close to a smooth surface. The results were reasonable. In particular, in the skin where foundation cream was applied to the backs of the subjects, the emissivity of clean skin was 0.97 ± 0.01, while it decreased to 0.94 to 0.95, and the maximum 0.5 ° C.
It has been confirmed that a reasonable correction value is given, although there may be some surface temperature error. Also, the above 2
Since the surface of the seed object is close to a smooth surface, diffuse reflection does not occur, and only the reflection from the hole in the center of the radiation source is incident on the camera, so the effect of radiation from the radiation source when the shutter is opened is recognized. Not considered.
【0020】なお、放射源としてはさらに正確な計測を
可能とするため、例えば全視野を覆う傘形の放射源が利
用できる。また、室温シェード3と高温シェード6につ
いての移動手段は手動のほか自動化も可能である。As the radiation source, for example, an umbrella-shaped radiation source that covers the entire field of view can be used to enable more accurate measurement. Further, the moving means for the room temperature shade 3 and the high temperature shade 6 can be manual or automated.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
のサーモグラムのほかに、放射率分布画像、各画素ごと
に放射率補正されたサーモグラム及び対象表面付近の媒
質の熱浸透率分布を計測することができる。したがっ
て、従来のサーモグラムでは得られなかった熱的情報を
精度良く、しかも、画像の質も向上できる効果を有す
る。また、現在のサーモグラフィー装置で温度精度は
0.1℃程度に高まったが放射率がこれに付加されなけ
れば正確な温度決定ができなかった。したがって、本発
明によれば簡便で環境放射温度をステップ状に変化させ
ることにより皮膚の放射率を精度良く測定でき、正確な
温度決定ができることが確認された。As described above, according to the present invention, in addition to the conventional thermogram, an emissivity distribution image, an emissivity-corrected thermogram for each pixel, and the thermal effusivity of the medium near the target surface are obtained. The distribution can be measured. Therefore, the thermal information, which cannot be obtained by the conventional thermogram, can be accurately obtained, and the quality of the image can be improved. Further, the temperature accuracy of the current thermographic device has been increased to about 0.1 ° C., but accurate temperature determination cannot be performed unless the emissivity is added to this. Therefore, according to the present invention, it was confirmed that the emissivity of the skin can be accurately measured and the temperature can be accurately determined by changing the environmental radiation temperature stepwise.
【0022】[0022]
【図1】図1は本発明のサーモグラフィー装置における
放射率測定原理を説明するための、放射計に入射する放
射エネルギー成分の様子を表した模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a state of a radiant energy component incident on a radiometer for explaining a principle of measuring an emissivity in a thermographic device of the present invention.
【図2】図2は放射率及び熱浸透率の算出方法を説明す
るため、環境温度のステップ状変化の時点からの時間の
平方根と放射計の温度出力との関係を示したグラフであ
る。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a square root of time from a time point of a stepwise change of environmental temperature and a temperature output of a radiometer for explaining a method of calculating an emissivity and a thermal effusivity.
【図3】図3は本発明のサーモグラフィー装置の一実施
例を示したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the thermographic device of the present invention.
【図4】図4は他の実施例に使用した放射率測定用装置
である。FIG. 4 is a device for measuring emissivity used in another embodiment.
1 対象物体 2 カメラ 3 室温シェード 6 高温シェード 11 放射計 13 対象表面 14 サーモグラフィー装置 15 放射源 16 シャッター 1 Target Object 2 Camera 3 Room Temperature Shade 6 High Temperature Shade 11 Radiometer 13 Target Surface 14 Thermography Device 15 Radiation Source 16 Shutter
Claims (4)
放射源と前記対象表面との間でサーモグラフィーのカメ
ラの前面において、移動可能な室温シェードと高温シェ
ードを配置し、これらを交換手段で交互に移動させて前
記対象表面の環境放射温度をステップ状に変化させ、そ
れに遅れて熱流変化により対象表面温度を変化させ、そ
の変化前後の放射温度を測定し、該測定温度を結ぶ直線
の勾配から媒質の熱浸透率を算出するとともに、前記複
数のシェードの交換前後のサーモグラム撮影により各画
素ごとの放射率、放射率補正された表面温度、前記各画
素に対応する対象表面の媒質の熱浸透率分布画像、放射
率分布画像及びサーモグラムを表示することを特徴とす
る生体用サーモグラフィー装置。1. A radiation source arranged to face a target surface ;
A movable room temperature shade and a high temperature shade are arranged in front of the camera of the thermography between the radiation source and the target surface, and these are alternately moved by the exchange means to step the environmental radiation temperature of the target surface. is varied, its
After that, the target surface temperature is changed by the heat flow change,
Of the radiation temperature before and after the change of
Calculates the thermal effusivity of the medium from the gradient of emissivity of each pixel by thermogram captured before and after the replacement of the plurality of shade, emissivity corrected surface temperature, each image
A thermographic device for a living body, which displays a thermal effusivity distribution image, an emissivity distribution image, and a thermogram of a medium on a target surface corresponding to an element .
と、変化後2枚のサーモグラムから各画素ごとに対象表
面の放射率、真の温度及び熱浸透率の分布を表示し画像
化する請求項1記載の生体用サーモグラフィー装置2. One sheet before the stepwise change of the ambient radiation temperature
And the target table for each pixel from the two thermograms after the change
Image showing surface emissivity, true temperature and thermal effusivity distribution
The thermographic device for living body according to claim 1,
項1または2記載の生体用サーモグラフィー装置。3. The radiation source is in the shape of an umbrella covering the entire field of view.
Item 1. The thermographic device for living body according to Item 1 or 2 .
請求項1及び3のいずれか記載の生体用サーモグラフィ
ー装置 4. The high temperature shade is maintained at about 40.degree.
The thermographic device for living body according to any one of claims 1 and 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4130087A JPH0772701B2 (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Biomedical thermography device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4130087A JPH0772701B2 (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Biomedical thermography device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05296846A JPH05296846A (en) | 1993-11-12 |
| JPH0772701B2 true JPH0772701B2 (en) | 1995-08-02 |
Family
ID=15025666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4130087A Expired - Fee Related JPH0772701B2 (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Biomedical thermography device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772701B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11644432B2 (en) * | 2020-06-16 | 2023-05-09 | Thermtest, Inc. | Method of characterizing, distinguishing, and measuring a contact region |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5750627A (en) * | 1980-09-12 | 1982-03-25 | Kawasaki Steel Corp | Method and device for measuring surface temperature and emissivity |
| JPS57163831A (en) * | 1981-04-01 | 1982-10-08 | Chino Works Ltd | Radiation thermometer |
| JPS61210921A (en) * | 1985-03-15 | 1986-09-19 | Chino Works Ltd | Instrument for measuring emissivity and temperature of subject |
| JPS62287124A (en) * | 1986-06-06 | 1987-12-14 | Chino Corp | Radiation temperature measuring instrument |
| JPH0254132A (en) * | 1988-08-19 | 1990-02-23 | Chino Corp | Radiation temperature measuring device |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP4130087A patent/JPH0772701B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05296846A (en) | 1993-11-12 |
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