構(gòu)造物的紅外線診斷裝置以及紅外線診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供構(gòu)造物的紅外線診斷裝置及其診斷方法，利用采用了廉價的熱型傳感器的紅外線照相機(jī)，即使在構(gòu)造物的表面溫度為5℃以下的低溫的情況下，也能夠簡單地識別構(gòu)造物的缺陷部。本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置(1)，設(shè)有進(jìn)行紅外線圖像的拍攝的紅外線照相機(jī)(2)，其至少具有內(nèi)部快門(22)和熱型傳感器(23)，獲取在內(nèi)部快門(22)打開狀態(tài)下拍攝的熱圖像的熱圖像獲取機(jī)構(gòu)(31)；獲取在內(nèi)部快門(22)關(guān)閉狀態(tài)下拍攝的快門圖像的快門圖像獲取機(jī)構(gòu)(32)；噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)(33)，其通過求出熱圖像和快門圖像的差，從熱圖像中除去基于紅外線照相機(jī)的噪聲而得到噪聲除去圖像；顯示該噪聲除去圖像的顯示裝置(4)。
【專利說明】構(gòu)造物的紅外線診斷裝置以及紅外線診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用紅外線照相機(jī)對房屋、大廈、橋梁、隧道等構(gòu)造物的缺陷進(jìn)行診斷的紅外線診斷裝置以及診斷方法，尤其涉及對磚瓦、灰泥、混凝土等的浮起、剝離等缺陷進(jìn)行診斷的紅外線診斷裝置以及紅外線診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在房屋、大廈、橋梁、隧道等構(gòu)造物中，因磚瓦、灰泥、混凝土等的浮起、剝離等，會發(fā)生其一部分剝落的問題。與此相伴，尋求確立一種能夠可靠地檢查磚瓦、灰泥、混凝土等外壁材料的健全度的非破壞檢查方法。
[0003]作為外壁的非破壞檢查方法，具有外壁目測調(diào)查、外壁裝飾材料的附著力試驗(yàn)、試探調(diào)查、數(shù)字照片檢查、紅外線檢查等。其中，從能夠便宜且精度高地對內(nèi)部缺陷進(jìn)行診斷的方面考慮，紅外線檢查是有效的。紅外線檢查是指，在構(gòu)造物的內(nèi)部存在缺陷的情況下，基于其熱傳導(dǎo)的差，在其與健全部之間產(chǎn)生溫度差，利用該原理，通過紅外線圖像(熱圖像)掌握構(gòu)造物表面的溫度分布，由此，進(jìn)行缺陷位置的提取的手法。
[0004]為了得到該熱圖像而使用紅外線照相機(jī)。紅外線照相機(jī)接收從對象構(gòu)造物放射的紅外線，并通過內(nèi)部傳感器將該紅外線轉(zhuǎn)換成電信號，從而得到熱圖像。該內(nèi)部傳感器，從大的分類來說，有熱型傳感器以及量子型傳感器。熱型傳感器接收紅外線從而傳感器溫度升高，對傳感器的因按每個像素的溫度上升而變化的電氣性質(zhì)進(jìn)行檢測，與量子型傳感器相比，溫度分辨率雖低，但價格便宜，并且由于在室溫下能夠使用所以攜帶便利。另一方面，量子型傳感器利用因吸收紅外線而產(chǎn)生的電子遷移現(xiàn)象，并將與之相伴的電子的能量狀態(tài)變化作為電信號進(jìn)行檢測，與熱型傳感器相比，檢測靈敏度高，溫度分辨率高，但價格高，且由于需要冷卻傳感器，所以不便于攜帶。從以上的觀點(diǎn)出發(fā)，在當(dāng)前的外壁檢查中，一般使用采用了價格比較便宜且攜帶便利的微測福射熱傳感器(microbolometer sensor)等熱型傳感器的紅外線照相機(jī)。
[0005]但是，如上所述，熱型傳感器，與量子型傳感器相比，存在溫度分辨率低的問題。這里，作為紅外線照相機(jī)的傳感器的評價指標(biāo)采用NETD(Noise Equivalent TemperatureDifference:噪聲等效溫度差)。其也能被稱作最小溫度分辨率，值越小表示噪聲越小、對溫度的精度越高。NETD能夠通過對均勻溫度的物體進(jìn)行計測時的溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行評價。當(dāng)前市場上出售的搭載有作為熱型傳感器的微測輻射熱傳感器的紅外線照相機(jī)的NETD為0.06°C?0.08°C左右(對象物為黑體:溫度30°C )，可以認(rèn)為具有對用于進(jìn)行混凝土構(gòu)造物的檢查的表面溫度測定不會帶來障礙的靈敏度。
[0006]但是，在外氣溫度低、對象物為低溫的情況下，紅外線強(qiáng)度低，噪聲的相對強(qiáng)度增大，NETD增大，所以，沒有充分的溫度分辨率來檢測混凝土構(gòu)造物的剝離缺陷，另外，還產(chǎn)生在缺陷部和正常部之間難以生成表面溫度差的現(xiàn)象，基于紅外線照相機(jī)的觀測變得困難。為了解決這樣的問題，考慮在構(gòu)造物達(dá)到最適合的觀測條件后開始觀測的方法(例如日本特開2004-12454號公報)，或采用通過加熱器對構(gòu)造物進(jìn)行加熱的方法(例如日本特開平9-311029號公報)，再或者嘗試?yán)眉t外線對構(gòu)造物進(jìn)行加熱的方法(例如日本特開平5-312745號公報)等。
[0007]如前所述，在外氣溫度為5°C以下的低溫的情況下、陰天的情況下、或者在對北面的建筑物的表面進(jìn)行檢查的情況下等，在缺陷部和健全部(正常部)之間難以產(chǎn)生表面溫度差，與上述噪聲的問題相互作用，在采用了廉價的熱型傳感器的紅外線照相機(jī)進(jìn)行的觀測中，存在難以準(zhǔn)確檢測缺陷部分的問題。
[0008]另外，在采用了量子型傳感器的紅外線照相機(jī)進(jìn)行的觀測中，存在如下問題:紅外線照相機(jī)非常昂貴，且還需要裝置來冷卻傳感器，大型化且攜帶性以及電源等受到制約，不適于以簡單的設(shè)備對大量的大廈等逐一進(jìn)行檢查。而且，在前述的、例如外部環(huán)境達(dá)到最適合進(jìn)行構(gòu)造物的檢查的觀測條件后開始的方法中，存在檢查作業(yè)受外部環(huán)境制約而不能按計劃推進(jìn)作業(yè)的問題，另外，在通過加熱器進(jìn)行加熱，或照射紅外線進(jìn)行加熱的方式中具有如下問題:其電源是必需的，裝置本身大型化，另外需要電源等，很大程度上受外部環(huán)境制約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是為了解決這樣的問題而作出的，其目的在于提供一種構(gòu)造物的紅外線診斷裝置及其診斷方法，利用采用了廉價的熱型傳感器的紅外線照相機(jī)，即使在陰天、傍晚時、外氣溫度低而導(dǎo)致構(gòu)造物的表面溫度為5°C以下的低溫的情況下，也能夠簡單地識別混凝土建筑物、橋墩、隧道等的表面是否健全、是否產(chǎn)生浮起或剝離等而導(dǎo)致成為缺陷部。
[0010]在通過使用以往的熱型傳感器的紅外線照相機(jī)，對構(gòu)造物表面的溫度進(jìn)行測定來檢測缺陷部時，在為面向北面的大廈、日照條件惡劣的環(huán)境下或外氣溫度低的情況下，無法準(zhǔn)確判定，本發(fā)明的
【發(fā)明者】對上述無法準(zhǔn)確判定的理由反復(fù)努力研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該理由為，在這樣的條件下，不僅正常部和缺陷部的溫度差小，而且被紅外線照相機(jī)檢測出的紅外線強(qiáng)度小，所以，傳感器的噪聲會表現(xiàn)得非常顯著。
[0011]可以認(rèn)為對計測產(chǎn)生影響導(dǎo)致NETD增大，換言之，使S/N降低的主要原因主要是以下兩個噪聲。一個是與電路相關(guān)的電氣噪聲，另一個是因傳感器的每個像素的電阻(支承腿的截面面積)的不均產(chǎn)生的噪聲。這些噪聲，在放射能量小的表面溫度為低溫的對象物的情況下，由于比因由傳感器檢測出的紅外線而變化的電阻成分大，所以表現(xiàn)得尤為顯著。與第一個電路相關(guān)的電氣噪聲為變動周期短的不規(guī)則噪聲。該噪聲能夠通過對同一視野的圖像進(jìn)行多次拍攝，并通過取其平均值的加法平均處理而除去。另一個因傳感器的每個像素的不均產(chǎn)生的噪聲，因設(shè)備內(nèi)的紅外線傳感器的支承腿的截面面積的不均、即電阻的不均而產(chǎn)生。其與電氣噪聲相比，為長周期的噪聲、即以比幀頻(frame rate)長的周期變動的噪聲，所以，通過用于改善不規(guī)則噪聲的加法平均處理，無法改善S/N。
[0012]本發(fā)明的
【發(fā)明者】經(jīng)過反復(fù)努力研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于該傳感器的長周期的噪聲，是由于熱型傳感器的構(gòu)造等、紅外線照相機(jī)固有的構(gòu)造所引起的，只要在關(guān)閉內(nèi)部快門的狀態(tài)下對快門圖像進(jìn)行拍攝，在其圖像中，長周期噪聲就會以余像的方式表現(xiàn)出來，并且還發(fā)現(xiàn)，通過從拍攝對象物而得到的熱圖像中除去該快門圖像，就能夠幾乎消除長周期噪聲。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使在溫度差低的像素之間，另外，即使在外氣溫度低的環(huán)境下，也能夠準(zhǔn)確地識別像素間的溫度差，即使在5°C以下的低溫下，也能夠準(zhǔn)確地識別正常部和缺陷部。[0013]本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置，具有:進(jìn)行紅外線圖像的拍攝的紅外線照相機(jī)，其至少具有內(nèi)部快門和熱型傳感器；獲取在所述內(nèi)部快門打開狀態(tài)下拍攝的熱圖像的熱圖像獲取機(jī)構(gòu)；獲取在所述內(nèi)部快門關(guān)閉狀態(tài)下拍攝的快門圖像的快門圖像獲取機(jī)構(gòu)；噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)，其求出由所述熱圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的熱圖像與由所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的快門圖像的差、或僅由根據(jù)該快門圖像生成的噪聲成分構(gòu)成的噪聲圖像的差，由此從所述熱圖像除去基于所述紅外線照相機(jī)的噪聲而獲得噪聲除去圖像；對由所述噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的噪聲除去圖像進(jìn)行顯示的顯示裝置。
[0014]這里，熱圖像獲取機(jī)構(gòu)以及快門圖像獲取機(jī)構(gòu)，不僅可以分別獲取I幀的拍攝圖像，而且，還可以連續(xù)拍攝多幀的圖像，在進(jìn)行其加法平均處理的情況下，還存儲其各幀的圖像數(shù)據(jù)，并將平均處理而得到的圖像數(shù)據(jù)分別作為熱圖像數(shù)據(jù)、快門圖像數(shù)據(jù)而獲取。因此，在各機(jī)構(gòu)中，附屬有用于得到該圖像的各個數(shù)據(jù)的存儲機(jī)構(gòu)以及平均處理的運(yùn)算機(jī)構(gòu)。另外，關(guān)于噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)，也同樣附屬有存儲機(jī)構(gòu)以及運(yùn)算機(jī)構(gòu)，能夠求出多次的噪聲除去圖像來進(jìn)行其加法平均處理，在該情況下，進(jìn)行該平均處理而得到的最后的圖像數(shù)據(jù)為噪聲除去圖像。
[0015]所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)具有:像素平均處理機(jī)構(gòu)，其對由所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的快門圖像的各像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理而形成平均處理快門圖像；以及減法機(jī)構(gòu)，其從存儲在所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)中的快門圖像減去所述平均處理快門圖像，由此求出僅顯示因所述紅外線照相機(jī)引起的噪聲成分的所述噪聲圖像，由此，由于能夠不拘于傳感器的溫度等環(huán)境的變化地僅得到噪聲的信息，所以優(yōu)選。
[0016]所述噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)具有加法平均處理機(jī)構(gòu)，其連續(xù)多次求出由所述熱圖像和所述快門圖像的差所得到的全部像素的數(shù)據(jù)，并將該多次的數(shù)據(jù)按每個像素相加后再平均，由此，求出所述噪聲除去圖像，這是由于還能夠除去在運(yùn)算處理階段進(jìn)入的不規(guī)則噪聲，所以優(yōu)選。
[0017]所述顯示裝置設(shè)有跨度調(diào)整機(jī)構(gòu)，其對溫度水平以及溫度跨度進(jìn)行調(diào)整，使得在預(yù)先設(shè)定的校正點(diǎn)中的正常部和缺陷部中具有規(guī)定的色調(diào)差及/或明亮度差，這是由于即使微小的溫度差，也能夠憑借視覺可靠地確認(rèn)缺陷部，所以優(yōu)選。
[0018]本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷方法，其特征在于:通過至少具有內(nèi)部快門和熱型傳感器的紅外線照相機(jī)打開所述內(nèi)部快門而拍攝熱圖像，與所述熱圖像的拍攝連續(xù)地，關(guān)閉所述紅外線照相機(jī)的內(nèi)部快門而拍攝快門圖像，從所述熱圖像中除去所述快門圖像或除去僅由通過該快門圖像形成的噪聲成分構(gòu)成的噪聲圖像，形成除去了基于所述紅外線照相機(jī)的噪聲的噪聲除去圖像，將所述噪聲除去圖像顯示在顯示裝置中，通過該顯示裝置所顯示的圖像的色調(diào)差/或明亮度差判別顯示圖像的缺陷部分。
[0019]對由所述紅外線照相機(jī)拍攝的快門圖像進(jìn)行保存，并從該快門圖像減去對所述快門圖像的各像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理而得到的平均處理快門圖像，由此求出所述噪聲圖像，從而也能夠通過將該噪聲圖像從所述熱圖像除去來形成所述噪聲除去圖像。
[0020]將所述熱圖像以及所述快門圖像的拍攝分別以多幀的量連續(xù)拍攝并求出其加法平均值，由此，分別成為熱圖像以及快門圖像的數(shù)據(jù)，由于能夠除去不規(guī)則噪聲，所以優(yōu)選。
[0021]連續(xù)地求出多個從所述熱圖像除去所述快門圖像后的所述噪聲除去圖像，并通過該多個的加法平均處理來求出所述噪聲除去圖像，這從除去不規(guī)則噪聲的角度考慮是優(yōu)選的。
[0022]向所述顯示裝置的顯示如下進(jìn)行:以在預(yù)先設(shè)定的校正點(diǎn)中的正常部和缺陷部中具有規(guī)定的色調(diào)差及/或明亮度差的方式調(diào)整溫度水平以及溫度跨度，以顏色顯示來區(qū)別正常部和缺陷部，由此，由于能夠更準(zhǔn)確地判斷正常部和缺陷部的區(qū)別，所以優(yōu)選。
[0023]發(fā)明的效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明，通過在內(nèi)部快門關(guān)閉狀態(tài)下拍攝紅外線圖像而求出因紅外線照相機(jī)的熱型傳感器而引起的每個像素的溫度不均，通過從熱圖像中除去基于該不均的溫度差、即噪聲，能夠除去長周期的噪聲成分，所以，無論日照狀況如何，另外，即使在外氣溫度為50C以下而導(dǎo)致熱靈敏度低的情況下，也能夠提高缺陷部的視覺辨認(rèn)性，并得到對于檢查而言有效的紅外線圖像。其結(jié)果為，使用采用了廉價的熱型傳感器的具有可攜帶性的紅外線照相機(jī)，即使在上述惡劣環(huán)境下也能夠簡單地檢測出0.08°C以上的溫度差，能夠非常簡單地檢測出混凝土構(gòu)造物等的缺陷部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置的一個實(shí)施方式的框圖。
[0026]圖2是說明本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷方法的流程的流程圖。
[0027]圖3(a)是表示本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置的其他實(shí)施方式的快門圖像獲取部分的框圖，圖3(b)是說明本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷方法的其他實(shí)施方式的噪聲除去處理部分的流程的流程圖。
[0028]圖4是表示利用圖2所示的方法進(jìn)行診斷的中間工序中的熱圖像(圖4 (a))、快門圖像(圖4(b))以及噪聲除去圖像(圖4(c))的例子的說明圖。
[0029]圖5是用于說明本發(fā)明的紅外線診斷方法中的缺陷部提取方法的圖像解析工序的流程的流程圖。
[0030]附圖標(biāo)記的說明
[0031]I紅外線診斷裝置
[0032]2紅外線照相機(jī)
[0033]3信息處理部
[0034]4顯示裝置
[0035]21 透鏡
[0036]22內(nèi)部快門
[0037]23熱型傳感器
[0038]31熱圖像獲取機(jī)構(gòu)
[0039]31a加法平均處理機(jī)構(gòu)
[0040]32快門圖像獲取機(jī)構(gòu)[0041 ] 32a加法平均處理機(jī)構(gòu)
[0042]32b各像素平均處理機(jī)構(gòu)
[0043]32c減法機(jī)構(gòu)
[0044]33噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)
[0045]33a加法平均處理機(jī)構(gòu)[0046]41跨度調(diào)整機(jī)構(gòu)
[0047]N長周期噪聲
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面，邊參照附圖，邊對本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置及其診斷方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0049]本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置1，如圖1中其一個實(shí)施方式的構(gòu)成例所示，設(shè)有紅外線照相機(jī)2，其至少具有內(nèi)部快門22和熱型傳感器23，進(jìn)行紅外線圖像的拍攝。而且，作為信息處理部3設(shè)有:獲取在內(nèi)部快門22打開狀態(tài)下所拍攝的熱圖像的熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31 ;獲取在內(nèi)部快門22關(guān)閉狀態(tài)下所拍攝的快門圖像的快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32 ;噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)33，其求出由該熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31獲取的熱圖像和由快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32獲取的快門圖像的差，由此從熱圖像中除去紅外線照相機(jī)所帶來的噪聲而得到噪聲除去圖像，該紅外線診斷裝置I由紅外線照相機(jī)2、信息處理部3和顯示該噪聲除去圖像的顯示裝置4構(gòu)成。
[0050]在圖1所示的例子中，在熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31、快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32中分別附屬地設(shè)有加法平均處理機(jī)構(gòu)31a、32a，分別例如16幀或64幀連拍，并進(jìn)行各圖像的加法平均處理。另外，在噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)33中也附屬地設(shè)有加法平均處理機(jī)構(gòu)33a，能夠?qū)睦缤ㄟ^64幀進(jìn)行平均處理而得到的熱圖像中、除去例如通過64幀進(jìn)行平均處理而得到的快門圖像，并進(jìn)而將由此得到的所有像素的數(shù)據(jù)連續(xù)地求出多次(例如8次)，通過該多個數(shù)據(jù)的加法平均來求出噪聲除去圖像。這樣，通過求出多個幀的數(shù)據(jù)以及重復(fù)多次而得到的數(shù)據(jù)的平均值從而得到噪聲除去圖像，由此，能夠得到更準(zhǔn)確的溫度分布。但是，也可以構(gòu)成為，按每一幀拍攝熱圖像和快門圖像，且將熱圖像和快門圖像的相減作為一次的數(shù)據(jù)，由此得到噪聲除去圖像。
[0051]作為本發(fā)明的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置I的診斷對象即構(gòu)造物，例如能夠列舉房屋、大廈等的外壁、隧道、橋墩等的混凝土建造物，是指即使從遠(yuǎn)離的位置也需要對混凝土的浮起、剝離等進(jìn)行檢測的構(gòu)造物。
[0052]紅外線照相機(jī)2具備對紅外線進(jìn)行聚光的聚光透鏡21，且至少具有:使通過聚光透鏡21而入射的紅外線遮斷或通過的內(nèi)部快門22 ;將紅外線轉(zhuǎn)換成電信號的熱型傳感器23。即，在本發(fā)明中，為了以廉價的結(jié)構(gòu)檢測紅外線，由例如微測輻射熱計(microbolometer)等構(gòu)成的熱型傳感器23構(gòu)成。該熱型傳感器23,接受紅外線而傳感器溫度升高，對因元件溫度上升而變化的電阻值等的電氣性質(zhì)進(jìn)行檢測，并作為電信號向未圖示的信號處理電路發(fā)送，作為溫度信息被存儲。該傳感器以構(gòu)成例如320X240像素或640X480像素的方式形成。
[0053]內(nèi)部快門22是機(jī)械式地對紅外線的入射進(jìn)行開閉(0N/0FF)的元件，能夠利用通常的紅外線照相機(jī)中所設(shè)置的內(nèi)部快門。通常的內(nèi)部快門是如下設(shè)置的快門:在因使用而熱型傳感器整體溫度上升的情況下、或在外氣溫度急劇變化的情況下等能夠進(jìn)行修正，但在獲取多幀的快門圖像、從熱圖像中除去快門圖像那樣的情況中不使用。內(nèi)部快門22在將熱圖像或快門圖像以例如I幀為1/30秒、進(jìn)行64幀的加法平均處理的情況下，在(1/30) X64秒=2.13秒期間，開放或關(guān)閉。而且，在連續(xù)多次拍攝的情況下，重復(fù)進(jìn)行多次(進(jìn)行加法平均處理的次數(shù)，例如8次)該期間的開閉。因此，在拍攝時，紅外線照相機(jī)2優(yōu)選通過三腳架等固定。其內(nèi)部快門22的開閉經(jīng)由信息處理部3控制。
[0054]透鏡21設(shè)置成使拍攝圖像在熱型傳感器23上形成焦點(diǎn)，雖通過通常的凸透鏡形成，但使用對紅外線的吸收系數(shù)小的材料，例如硅或鍺的單晶材料。另外，在拍攝遠(yuǎn)景或廣范圍的情況下，也能夠使用望遠(yuǎn)透鏡、廣角透鏡等。
[0055]在信息處理部3中僅記載了主要的機(jī)構(gòu)，實(shí)際上，在各個機(jī)構(gòu)中設(shè)有存儲機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)等，所獲取的圖像數(shù)據(jù)被保存在存儲機(jī)構(gòu)中，另外，還包括運(yùn)算處理電路或微型計算機(jī)。
[0056]熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31是如下機(jī)構(gòu):在打開內(nèi)部快門22的狀態(tài)下，通過熱型傳感器23檢測由透鏡21聚光的紅外線，獲取構(gòu)造物的熱圖像。附屬于熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31的加法平均處理機(jī)構(gòu)31a是對拍攝了預(yù)先設(shè)定的幀數(shù)的熱圖像進(jìn)行加法平均處理的機(jī)構(gòu)。因此，雖未圖示，但所拍攝的各幀的圖像數(shù)據(jù)被臨時存儲，在規(guī)定幀數(shù)的拍攝結(jié)束后，在各像素進(jìn)行數(shù)據(jù)的加法平均處理，獲取熱圖像，并保存該圖像數(shù)據(jù)。由于像這樣進(jìn)行加法平均處理，所以能夠除去不規(guī)則噪聲，但這不是必須的。
[0057]快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32是如下機(jī)構(gòu):在關(guān)閉內(nèi)部快門22的狀態(tài)下，獲取根據(jù)在熱型傳感器23中產(chǎn)生的信號所形成的快門圖像。在該快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32中也附屬有加法平均處理機(jī)構(gòu)32a，這里，對拍攝了預(yù)先設(shè)定的幀數(shù)的快門圖像進(jìn)行加法平均處理。該幀數(shù)能夠設(shè)定成與熱圖像的情況相同的16幀或64幀等。
[0058]噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)33，雖未圖示，但具有運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，是如下機(jī)構(gòu):通過求出由熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31獲取的熱圖像和由快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32獲取的快門圖像的差，而從熱圖像中除去基于紅外線照相機(jī)的長周期的噪聲從而得到噪聲除去圖像。該運(yùn)算是對各像素按每個像素得到其數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)來進(jìn)行的。在圖1所示的例子中，在噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)33中附屬地設(shè)有加法平均處理機(jī)構(gòu)33a。該加法平均處理機(jī)構(gòu)33a是對獲取了預(yù)先設(shè)定的次數(shù)的噪聲除去圖像進(jìn)行加法平均處理的機(jī)構(gòu)，是為了除去進(jìn)行噪聲除去的運(yùn)算過程等時進(jìn)入的不規(guī)則噪聲而設(shè)置的。
[0059]在該例子中，將在內(nèi)部快門22關(guān)閉狀態(tài)下所拍攝的圖像作為快門圖像，被從熱圖像中除去，由此獲得了噪聲除去圖像，但還可以是，將除去了背景成分而僅剩下噪聲成分的圖像作為噪聲圖像，并從熱圖像中除去，由此獲得噪聲除去圖像。這里，若從熱圖像的數(shù)據(jù)直接除去快門圖像的數(shù)據(jù)，不僅噪聲成分連背景成分的數(shù)據(jù)也被除去，得到表示整體比實(shí)際溫度低的溫度的噪聲除去圖像。另一方面，若僅除去噪聲成分的噪聲圖像的數(shù)據(jù)，則得到表示實(shí)際溫度的噪聲除去圖像。在同一視野內(nèi)，若僅對缺陷部進(jìn)行視覺辨認(rèn)，則只要檢測到正常部和缺陷部的溫度差就已足夠，所以，噪聲除去圖像無需表示實(shí)際溫度，只要表示相對的溫度差就已足夠。但是，在想要調(diào)查構(gòu)造物的實(shí)效變化前后的溫度變化的情況下，噪聲除去圖像需要表示能夠在實(shí)效變化前后進(jìn)行比較的實(shí)際溫度。
[0060]由于為這樣的情況，如圖3(a)所示，在快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32中設(shè)有各像素平均處理機(jī)構(gòu)32b以及減法機(jī)構(gòu)32c，成為能夠得到僅有噪聲成分的噪聲圖像的構(gòu)成。各像素平均處理機(jī)構(gòu)32b是對由快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32所獲取的快門圖像的各像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均而得到平均處理快門圖像的機(jī)構(gòu)，減法機(jī)構(gòu)32c是從由快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32獲取的快門圖像減去平均處理快門圖像的機(jī)構(gòu)。在使用各像素平均處理機(jī)構(gòu)32b的情況下，通過該機(jī)構(gòu)得到的噪聲圖像作為快門圖像處理。
[0061]顯示裝置4，通過色調(diào)、明亮度的差異來對比地顯示構(gòu)造物的正常部和缺陷部，優(yōu)選一看就能夠識別出正常部和缺陷部的差異。因此，期望根據(jù)正常部和缺陷部的溫度差來調(diào)整與溫度變化相對應(yīng)的色調(diào)、明亮度的差異，因此期望設(shè)置用于此目的的跨度調(diào)整機(jī)構(gòu)41?？缍日{(diào)整機(jī)構(gòu)41是以使得在預(yù)先設(shè)定的校正點(diǎn)即正常部和缺陷部中具有規(guī)定的色調(diào)差及/或明亮度差的方式對溫度水平以及跨度進(jìn)行調(diào)整的機(jī)構(gòu)。這里，校正點(diǎn)是指，通過預(yù)先進(jìn)行外壁目測調(diào)查以及試探調(diào)查所確定的、在圖像拍攝范圍內(nèi)成為基準(zhǔn)的正常部和缺陷部。另外，溫度水平以及溫度跨度的調(diào)整能夠自由地調(diào)整，但從容易辨識正常部和缺陷部的差別的觀點(diǎn)出發(fā)，在例如用η灰度(gradation)的灰階(gray scale) (I灰度為黑，η灰度為白)顯示噪聲除去圖像的情況下，優(yōu)選調(diào)整成校正點(diǎn)即正常部以及缺陷部的溫度平均值為ηΧ5/10灰度、正常部的溫度為ηΧ2/10灰度、缺陷部的溫度為ηΧ8/10灰度。
[0062]顯示裝置4，只要是液晶顯示器等顯示圖像的裝置，能夠使用各種形式，對由噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)33得到的噪聲除去圖像進(jìn)行顯示。
[0063]在上述實(shí)施方式的記載中，紅外線診斷裝置I以紅外線照相機(jī)2、信息處理部3以及顯示裝置4分別構(gòu)成的情況進(jìn)行了說明，也可以構(gòu)成為將這些裝置全部組裝到紅外線照相機(jī)I中，還可以通過個人電腦等使信息處理部3和顯示裝置4為一體結(jié)構(gòu)，且與紅外線照相機(jī)2之間通過電纜連接，還可以將信息處理部3的一部分及/或顯示裝置4組裝到紅外線照相機(jī)2。此外，雖未圖示，但例如內(nèi)部快門22的驅(qū)動等的控制機(jī)構(gòu)也設(shè)在信息處理部
3、紅外線照相機(jī)2、顯示裝置4等中。
[0064]接下來，關(guān)于使用該紅外線診斷裝置的本發(fā)明的紅外線診斷方法，參照圖2進(jìn)行說明。如圖2所示，首先，在內(nèi)部快門22的開放狀態(tài)下(SI)，通過熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31拍攝構(gòu)造物的熱圖像(S2)。該熱圖像的拍攝可以僅為I幀，但從除去不規(guī)則噪聲的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選連續(xù)拍攝多幀、例如16或64幀的圖像，并取其平均值。因此，連續(xù)拍攝熱圖像直到達(dá)到預(yù)先設(shè)定的幀數(shù)，并存儲該數(shù)據(jù)，在達(dá)到規(guī)定的幀數(shù)后(S3的Y)，通過加法平均處理機(jī)構(gòu)31a，進(jìn)行到目前為止得到的全部幀的加法平均處理(S4)，獲得熱圖像(S5)。如沒有達(dá)到規(guī)定幀數(shù)(S3的N)，則返回步驟S2再次重復(fù)進(jìn)行熱圖像的拍攝。接下來，關(guān)閉內(nèi)部快門22(S6)，通過快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32，拍攝快門圖像(S7)。而且，在沒有達(dá)到預(yù)先設(shè)定的幀數(shù)時(S8的N)，返回步驟S7以連續(xù)拍攝快門圖像(S7)。在達(dá)到預(yù)先設(shè)定的幀數(shù)后(S8的Y)，通過加法平均處理機(jī)構(gòu)32a，進(jìn)行到目前為止得到的全部幀的加法平均處理(S9)，獲得快門圖像(SlO)。然后，通過噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)33，取熱圖像和快門圖像的差，由此進(jìn)行噪聲除去處理(S11)。此時，在差的數(shù)據(jù)的求出次數(shù)沒有達(dá)到預(yù)先設(shè)定的次數(shù)時(S12的N)，返回步驟SI，連續(xù)反復(fù)進(jìn)行熱圖像的獲取、快門圖像的獲取、噪聲除去處理，在達(dá)到設(shè)定的次數(shù)后(S12的Y)，通過加法平均處理機(jī)構(gòu)33a，進(jìn)行到目前為止通過噪聲除去處理所得到的數(shù)據(jù)的加法平均處理(S13)，得到噪聲除去圖像(S14)。
[0065]在前述的例子中，將通過多幀的快門圖像的拍攝和加法平均處理所得到的快門圖像從熱圖像中除去，由此得到噪聲除去圖像，但還能夠根據(jù)快門圖像求出僅有噪聲成分的噪聲圖像，并將該噪聲圖像從熱圖像中除去，由此得到噪聲除去圖像。
[0066]參照圖3(b)說明該例子。即，在獲得了快門圖像后(SlO)，對快門圖像的各像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理而形成平均處理快門圖像(SlOa)，從快門圖像減去平均處理快門圖像，由此能夠得到僅存在因紅外線照相機(jī)引起的噪聲成分的噪聲圖像(SlOb)。然后，通過從熱圖像除去該噪聲圖像來進(jìn)行噪聲除去處理(Sll)，之后，與圖2的流程同樣地進(jìn)行，由此，最后能夠得到噪聲除去圖像(圖2的S14)。像這樣得到的噪聲除去圖像與前述的例子相比，表示更準(zhǔn)確的溫度分布。
[0067]在上述步驟中，將在S5、SlO以及Sll中得到的圖像的示意圖在圖4中示出。即，在S5的由熱圖像獲取機(jī)構(gòu)31得到的熱圖像中，如圖4(a)所示，除了被攝物體即構(gòu)造物的熱圖像以外，還出現(xiàn)了由虛線表示的長周期噪聲N。接下來，由于內(nèi)部快門22的表面溫度均勻，所以，無論是否必須表示均勻的溫度分布，如圖4(b)所示，在SlO的通過快門圖像獲取機(jī)構(gòu)32得到的快門圖像中，都會以余像的方式出現(xiàn)由虛線表示的長周期噪聲N。長周期噪聲N，如前述那樣隨時間變動，但由于在比長周期噪聲變動的時間短的時間內(nèi)連續(xù)地拍攝熱圖像和快門圖像，所以，以相同的方式出現(xiàn)在兩圖像中。因此，Sll的通過噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)33得到的噪聲除去圖像，僅殘留圖4(c)所示那樣的、作為被攝物體的構(gòu)造物的熱圖像(噪聲除去圖像)。在本發(fā)明中，通過這樣的處理減輕了長周期噪聲，但同時，通過對反復(fù)進(jìn)行該處理所得到的圖像進(jìn)行加法平均處理，能夠進(jìn)一步減輕不規(guī)則噪聲。通過以上的處理，能夠減小NETD，作為結(jié)果，即使在低溫區(qū)域、另外日照條件惡劣的環(huán)境下，也能夠得到構(gòu)造物的缺陷的視覺辨認(rèn)性高的熱圖像。
[0068]下面，關(guān)于所得到的噪聲除去圖像的解析方法，參照圖5進(jìn)行說明。在通過上述工序得到了噪聲除去圖像之后，通過跨度調(diào)整機(jī)構(gòu)34，進(jìn)行構(gòu)造物的缺陷部的提取。在跨度調(diào)整機(jī)構(gòu)34起動后，噪聲除去圖像在顯示裝置4中再現(xiàn)(S21)。此時，雖未圖示，但噪聲除去圖像不僅作為編輯用文件被保存，還作為備份用文件被保存。接下來，對溫度水平以及溫度跨度進(jìn)行調(diào)整，以使顯示調(diào)色板與容易確認(rèn)溫度變化的灰階相配合從而使預(yù)先設(shè)定的校正點(diǎn)中的正常部和缺陷部能夠鮮明地顯示(S22)。這里，如上所述，校正點(diǎn)是指，預(yù)先通過外壁目測調(diào)查以及試探調(diào)查所確定的、在圖像拍攝范圍內(nèi)成為基準(zhǔn)的正常部和缺陷部。另外，溫度水平以及溫度跨度的調(diào)整能夠自由地調(diào)整，但從容易辨識正常部和缺陷部的差別的觀點(diǎn)出發(fā)，在用η灰度的灰階(I灰度為黑，η灰度為白)顯示噪聲除去圖像的情況下，優(yōu)選調(diào)整成校正點(diǎn)即正常部以及缺陷部的溫度平均值為ηΧ5/10灰度、正常部的溫度為ηΧ2/10灰度、缺陷部的溫度為ηΧ8/10灰度。另外，在實(shí)施例中使圖像顯示為灰階，但也可以進(jìn)行彩色顯示，還可以通過色調(diào)差及/或明亮度差顯示正常部和缺陷部的差別。從像這樣顯示的噪聲除去圖像中，將產(chǎn)生與在校正點(diǎn)產(chǎn)生的溫度差同等或比其大的溫度差的部分作為缺陷部提取(S23)。最后，生成所提取的缺陷部的分布圖(S24)，從而結(jié)束缺陷部的診斷。
【權(quán)利要求】
1.一種構(gòu)造物的紅外線診斷裝置，其特征在于，具有: 進(jìn)行紅外線圖像的拍攝的紅外線照相機(jī)，其至少具有內(nèi)部快門和熱型傳感器； 獲取在所述內(nèi)部快門打開狀態(tài)下拍攝的熱圖像的熱圖像獲取機(jī)構(gòu)； 獲取在所述內(nèi)部快門關(guān)閉狀態(tài)下拍攝的快門圖像的快門圖像獲取機(jī)構(gòu)； 噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)，其求出由所述熱圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的熱圖像與由所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的快門圖像的差、或僅由根據(jù)該快門圖像生成的噪聲成分構(gòu)成的噪聲圖像的差，由此從所述熱圖像除去基于所述紅外線照相機(jī)的噪聲而獲得噪聲除去圖像； 對由所述噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的噪聲除去圖像進(jìn)行顯示的顯示裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置，其特征在于:所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)具有:像素平均處理機(jī)構(gòu)，其對由所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)獲取的快門圖像的各像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理而形成平均處理快門圖像；以及減法機(jī)構(gòu)，其從存儲在所述快門圖像獲取機(jī)構(gòu)中的快門圖像減去所述平均處理快門圖像，由此求出僅顯示因所述紅外線照相機(jī)引起的噪聲成分的所述噪聲圖像。
3.如權(quán)利要求1或2所述的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置，其特征在于:所述噪聲除去圖像獲取機(jī)構(gòu)具有加法平均處理機(jī)構(gòu)，其連續(xù)多次求出由所述熱圖像和所述快門圖像的差所得到的全部像素的數(shù)據(jù),并將該多次的數(shù)據(jù)按每個像素相加后再平均，由此,求出所述噪聲除去圖像。
4.如權(quán)利要求1或2 所述的構(gòu)造物的紅外線診斷裝置，其特征在于:所述顯示裝置設(shè)有跨度調(diào)整機(jī)構(gòu)，其對溫度水平以及溫度跨度進(jìn)行調(diào)整，使得在預(yù)先設(shè)定的校正點(diǎn)中的正常部和缺陷部中具有規(guī)定的色調(diào)差及/或明亮度差。
5.一種構(gòu)造物的紅外線診斷方法，其特征在于: 通過至少具有內(nèi)部快門和熱型傳感器的紅外線照相機(jī)打開所述內(nèi)部快門而拍攝熱圖像， 與所述熱圖像的拍攝連續(xù)地，關(guān)閉所述紅外線照相機(jī)的內(nèi)部快門而拍攝快門圖像， 從所述熱圖像中除去所述快門圖像或除去僅由通過該快門圖像形成的噪聲成分構(gòu)成的噪聲圖像，形成除去了基于所述紅外線照相機(jī)的噪聲的噪聲除去圖像， 將所述噪聲除去圖像顯示在顯示裝置中，通過該顯示裝置所顯示的圖像的色調(diào)差判別顯示圖像的缺陷部分。
6.如權(quán)利要求5所述的構(gòu)造物的紅外線診斷方法，其特征在于:保存由所述紅外線照相機(jī)拍攝的快門圖像，并從該快門圖像減去對所述快門圖像的各像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理而得到的平均處理快門圖像，由此求出所述噪聲圖像，將該噪聲圖像從所述熱圖像除去，由此形成所述噪聲除去圖像。
7.如權(quán)利要求5或6所述的構(gòu)造物的紅外線診斷方法，其特征在于:將所述熱圖像以及所述快門圖像的拍攝分別以多幀的量連續(xù)拍攝并求出其加法平均值，由此，分別成為熱圖像以及快門圖像的數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求5或6所述的構(gòu)造物的紅外線診斷方法，其特征在于:連續(xù)地求出多個從所述熱圖像除去所述快門圖像后的所述噪聲除去圖像，并通過該多個的加法平均處理來求出所述噪聲除去圖像。
9.如權(quán)利要求5或6所述的構(gòu)造物的紅外線診斷方法，其特征在于:向所述顯示裝置的顯示如下進(jìn)行:以在預(yù)先設(shè)定的校正點(diǎn)中的正常部和缺陷部中具有規(guī)定的色調(diào)差及/或明亮度差的方式調(diào)整溫度水平 以及溫度跨度，以顏色顯示來區(qū)別正常部和缺陷部。
【文檔編號】G01N21/88GK103575735SQ201210268905
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】佐藤大輔, 迂山貴仁 申請人:空思太客有限公司