JP7749399B2 - カメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、テラヘルツ波を利用したカメラシステムに関する。

従来、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波として定義されているテラヘルツ波を利用した検査技術が提案されている。特許文献１には、危険物を検出するために、検査対象にテラヘルツ波を照射する照明部と検査対象で反射するテラヘルツ波で形成される画像を撮影するカメラ部とを有するカメラシステムが提案されている。

特開２０２０－１５３９７４号公報

テラヘルツ波は、波長が長く、検査対象の表面で鏡面反射を生じさせる。そのため、特許文献１のカメラシステムでは、照明部に含まれる照明素子、検査対象の表面、及びカメラ部が反射の法則を満たす位置関係にある場合に照明部から照射されたテラヘルツ波がカメラ部に入射する。検査対象が例えば人である場合、人体は、表面に凹凸形状を有し、上側から見ると中央ほど凸になる楕円形状になっているため、照明素子の照射方向を適切に設定する必要がある。しかしながら、特許文献１のカメラシステムでは、照明素子の照射方向は人体の凹凸形状に対応するように設定されていないため、照明部の照射効率が低く、危険物の検出精度が十分ではない。

本発明は、危険物の検出精度が高いカメラシステムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのカメラシステムは、検査対象にテラヘルツ波を照射する照明部と、照明部に対向して配置され、検査対象で反射するテラヘルツ波で形成される画像を取得するカメラ部とを有し、照明部は、照明部とカメラ部とが対向する方向に直交する第１平面に含まれる互いに直交する２つの直線の一方の方向であるカメラ部の光軸に直交する第１方向及び他方の方向である第２方向に沿って二次元状に配置された複数の照明素子を備え、複数の照明素子は、第１方向に沿って配置された、複数の第１照明素子と複数の第１照明素子に挟まれた第２照明素子とを含み、複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を第１平面に射影した方向と第２方向とのなす角は、第２照明素子の光軸を第１平面に射影した方向と第２方向とのなす角よりも大きく、複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を第２方向の直線と第１方向及び第２方向に直交する第３方向の直線とを含む第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角は、第２照明素子の光軸を第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角と等しいことを特徴とする。

本発明によれば、危険物の検出精度が高いカメラシステムを提供することができる。

実施例１のカメラシステムの構成の説明図である。 照明素子の光軸を変化させた場合に取得される画像を示す図である。 照明部の第１方向における長さに応じた画像を示す図である。 実施例２のカメラシステムの構成の説明図である。 従来のカメラシステムの照明部を上面から見た図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施例のカメラシステム１００の構成の説明図である。図１（ａ）は、カメラシステム１００を側面から見た図である。図１（ｂ）は、照明部１１０を上面から見た図である。カメラシステム１００は、検査対象１５０にテラヘルツ波を照射する照明部１１０、及び照明部１１０に対向して配置され、検査対象１５０で反射するテラヘルツ波で形成される画像（テラヘルツ画像）を取得するカメラ部１２０を有する。本実施例では、照明部１１０は床１３０の下に配置され、カメラ部１２０は天井１４０の裏に配置されている。床１３０と天井１４０は、テラヘルツ波に対して例えばポリエチレン等の、透過性の部材で構成されていることが好ましい。

照明部１１０から照射されたテラヘルツ波は、検査対象１５０で鏡面反射され、カメラ部１２０に入射する。検査対象１５０は通常、人であるが、人以外の動物やロボットであってもよい。テラヘルツ波は布等を透過するため、カメラシステム１００に接続された不図示のプロセッサはカメラ部１２０により取得された画像に基づいて、衣服の下に秘匿された危険物を検出することができる。

なお、以下の説明では、照明部１１０とカメラ部１２０とが対向する方向に直交する第１平面に含まれる互いに直交する２つの直線の一方の方向であるカメラ部１２０の光軸１２１に直交する方向を第１方向、他方の方向を第２方向とする。また、第１方向及び第２方向に直交する方向を第３方向、第２方向の直線と第３方向の直線とを含む平面を第２平面とする。本実施例では、第１平面及び第２平面はそれぞれＸＹ平面及びＹＺ平面であり、第１乃至第３方向はそれぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向である。また、本実施例では、検査対象１５０の進行方向をＹ軸方向として説明する。

また、本実施例では、照明部１１０とカメラ部１２０はそれぞれ、床１３０の下と天井１４０の裏に配置されているが、本発明はこれに限定されない。照明部１１０が天井１４０の裏に配置され、カメラ部１２０が床１３０の下に配置されてもよい。また、照明部１１０とカメラ部１２０が対向するように側壁の中に配置されてもよい。この場合でも後述するように、照明素子の照射方向を適切に設定する必要がある。

また、カメラシステム１００は、本実施例では一つのカメラ部１２０を有するが、異なる位置や異なる撮影方向の複数のカメラ部１２０を有していてもよい。これにより、異なる撮影範囲や異なる撮影方向の画像を取得することができるため、危険物の検出精度を向上させることができる。

図１（ｂ）に示されるように、照明部１１０は、ＸＹ平面において、二次元状に配列された複数の照明素子１１１を備える。図１（ｂ）では、複数の照明素子１１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って６行５列で配置されている。複数の照明素子１１１のそれぞれは、二次元アドレスで表現される。例えば、マイナスＸ方向から数えて４つ目、マイナスＹ方向から数えて２つ目の照明素子１１１をＬ４２と呼ぶ。複数の照明素子１１１は、第１方向に沿って配置された、複数の第１照明素子と複数の第１照明素子に挟まれた第２照明素子とを含む。すなわち、複数の第１照明素子は、第１方向において、第２照明素子よりも外側に配置されている。

図５は、従来のカメラシステム１０００の照明部１０１０を上面から見た図である。照明部１０１０は、ＸＹ平面において、二次元状に配列された複数の照明素子１０１１を備える。複数の照明素子１０１１のそれぞれの光軸（照射方向）をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角は、全て等しい。検査対象が例えば人である場合、人体は、表面に凹凸形状を有し、上側から見ると中央ほど凸になる楕円形状になっているため、照明素子の照射方向を適切に設定する必要がある。図５に示される構成では、複数の照明素子１０１１の照射方向は人体の凹凸形状に対応するように設定されていないため、照明部１０１０の照射効率が低く、危険物の検出精度を高くすることはできない。

本実施例では、複数の基板１１３は、複数の第１照明素子のそれぞれの光軸（照射方向）を第１平面に射影した方向と第２方向とのなす角が第２照明素子の光軸（照射方向）を第１方面に射影した方向と第２方向とのなす角よりも大きくなるように配置される。このような構成により、人体の凹凸形状に、複数の照明素子１１１のそれぞれの光軸（照射方向）を合わせることができるため、照明部１５０の照射効率を上げ、危険物の検出精度を向上させることができる。

具体的には、図１（ｂ）において、照明素子Ｌ１２～Ｌ１５，Ｌ６１～Ｌ６５の各光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角１１２は、照明素子Ｌ２１～Ｌ２５，Ｌ５１～Ｌ５５の各光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角よりも大きい。また、照明素子Ｌ２１～Ｌ２５，Ｌ５１～Ｌ５５の各光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角は、照明素子Ｌ３１～Ｌ３５，Ｌ４１～Ｌ４５の各光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角よりも大きい。

図２は、複数の照明素子１１１のそれぞれの光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角１１２を変化させた場合に光線追跡シミュレーションで求められたカメラ部１２０で取得される画像を示す図である。検査対象は、人である。カメラ部１２０で取得される画像のうち白い部分は、輝度値が大きいことを示している。図２に示されるように、照明素子Ｌ１１～Ｌ１５，Ｌ６１～Ｌ６５は、各光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角１１２が０度である場合、照射効率が低く、テラヘルツ波による画像形成にほとんど寄与しない。一方、照明素子Ｌ１１～Ｌ１５，Ｌ６１～Ｌ６５は、各光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向のなす角１１２が２０度～３０度程度である場合、最も照射効率が高くなる。また、照明素子Ｌ３１～Ｌ３５，Ｌ４１～Ｌ４５は、各光軸をＸＹ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角が０度である場合、最も照明効率が高くなる。すなわち、本実施例の構成により、照明部１５０の照射効率を上げ、危険物の検出精度を向上させることができる。

従来、テラヘルツ波を利用して秘匿された危険物を検出するカメラシステムとして、検査対象である人を停止させるボディスキャナ型と、人を停止させないウォークスルー型が提案されている。ボディスキャナ型は精密な検査を実施することができるが、人を停止させるため、空港、コンサート会場、及びスタジアム等の大人数が利用する場所では、スループットの点でウォークスルー型を使用することが好ましい。

カメラシステム１００は、ウォークスルー型として利用することを想定している。そのため、カメラシステム１００では、Ｙ軸方向へ移動する人に対してテラヘルツ波を照射し、テラヘルツ波で形成される画像を取得する必要がある。そこで、第２方向に沿って配置された２つの照明素子１１１のうち一方を第３照明素子、他方を第４照明素子とするとき、第３照明素子の光軸と第２方向とのなす角は第４照明素子の光軸と第２方向とのなす角に等しいことが好ましい。例えば、図１（ｂ）において、照明素子Ｌ１１～Ｌ１６のそれぞれの光軸とＹ軸方向とのなす角は等しいことが好ましい。なお、該角は、取り付け精度や複数の照明素子１１１のバラツキに起因する誤差の範囲で異なっていてもよい。具体的には、第３照明素子の光軸と第２方向とのなす角と第４照明素子の光軸と第２方向とのなす角との差が５度未満であれば、角が等しいとみなすことができる。

また、複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角は、第２照明素子の光軸を第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角と等しいことが好ましい。具体的には、図１において、照明素子Ｌ１１～Ｌ１５，Ｌ６１～Ｌ６５の各光軸をＹＺ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角は、照明素子Ｌ２１～Ｌ２５，Ｌ５１～Ｌ５５の各光軸をＹＺ平面に射影した方向とＹ軸方向とのなす角と等しいことが好ましい。

より具体的には、検査対象１５０の表面の法線と複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角、及び第２照明素子の光軸を第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角が、ブリュースター角の関係にあることが好ましい。ブリュースター角から外れると、例えば衣服による反射が強くなり、衣服の下に秘匿された危険物によって反射されるテラヘルツ光を検出することが困難になる。厚手の上着を着用している場合、ブリュースター角は５０度程度である。したがって、検査対象１５０の表面の法線と複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角、及び第２照明素子の光軸を第２平面に射影した方向と第２方向とのなす角は、４０度以上６０度以下であることが好ましい。

なお、秘匿物全体にテラヘルツ波を照射するために、照明部１１０の第１方向における長さは、秘匿物の幅以上であることが好ましい。また、照明部１１０の第１方向における長さは、検査対象１５０の幅以上であることが更に好ましい。具体的には、検査対象１５０として人を想定する場合、照明部１１０の第１方向における長さは、０．６ｍ以上であることが好ましく、０．８ｍ以上であることが更に好ましい。

図３は、照明部１１０の第１方向における長さに応じた画像を示す図である。図３（ａ）は、照明部１１０の第１方向における長さが秘匿物の幅以上で検査対象１５０の幅未満である場合に取得された画像である。図３（ｂ）は、照明部１１０の第１方向における長さが検査対象１５０の幅以上である場合に取得された画像である。

図３（ａ）に示されるように、照明部１１０の第１方向における長さが秘匿物の幅以上である場合、秘匿物によって鏡面反射したテラヘルツ波と、検査対象１５０によって鏡面反射したテラヘルツ波の差異を検出することができる。一方、図３（ｂ）に示されるように、照明部１１０の第１方向における長さが検査対象１５０の幅以上である場合、検査対象１５０の幅全面にテラヘルツ波を照射することができる。そのため、秘匿物と検査対象１５０のコントラストの差異による境界線を視認することができる。したがって、危険物の検出精度をより向上させることができる。

本実施例では、複数の照明素子１１１を、基板を用いて保持及び駆動する構成について説明する。本実施例では、実施例１と異なる構成について説明し、実施例１と同様の構成については詳細な説明は省略する。

図４は、実施例２のカメラシステムの構成の説明図である。図４（ａ）は、カメラシステム１００を側面から見た図である。図４（ｂ）は、照明部１１０を上面から見た図である。

照明部１１０は、ＸＹ平面において二次元状に配列された複数の基板１１３を備える。複数の基板１１３のそれぞれには、少なくとも一つの照明素子１１１が搭載されている。複数の基板１１３は、第１方向に沿って配置された、複数の第１基板と複数の基板に挟まれた第２基板とを含む。すなわち、複数の第１基板は、第１方向において、第２基板よりも外側に配置されている。複数の基板１１３は、複数の第１基板のそれぞれの法線を第１平面に射影した方向と第２方向とがなす角が第２基板の法線を第１平面に射影した方向と第２方向とがなす角よりも大きくなるように配置される。このような構成により、人体の凹凸形状に、複数の照明素子１１１のそれぞれの光軸を合わせることができるため、照明部１５０の照射効率を上げ、危険物の検出精度を向上させることができる。

また、複数の柱１１４は、複数の基板１１３の間にＸ軸方向に沿って配置されている。図４では、柱１１４の間からテラヘルツ波が照射される。柱１１４の上には、テラヘルツ波を透過させる床板を載せることが可能である。すなわち、柱１１４は、床１３０の強度を保つために設けられている。このように、複数の柱１１４の間に複数の基板１１３を配置することで、床１３０の強度を保ちつつ、検査対象１５０に対して複数の照明素子１１１によるテラヘルツ波を効率良く照射することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ カメラシステム
１１０ 照明部
１１１ 複数の照明素子
１２０ カメラ部
１２１ カメラ部の光軸
１５０ 検査対象

Claims (6)

1. 検査対象にテラヘルツ波を照射する照明部と、
   前記照明部に対向して配置され、前記検査対象で反射する前記テラヘルツ波で形成される画像を取得するカメラ部とを有し、
   前記照明部は、前記照明部と前記カメラ部とが対向する方向に直交する第１平面に含まれる互いに直交する２つの直線の一方の方向である前記カメラ部の光軸に直交する第１方向及び他方の方向である第２方向に沿って二次元状に配置された複数の照明素子を備え、
   前記複数の照明素子は、前記第１方向に沿って配置された、複数の第１照明素子と前記複数の第１照明素子に挟まれた第２照明素子とを含み、
   前記複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を前記第１平面に射影した方向と前記第２方向とのなす角は、前記第２照明素子の光軸を前記第１平面に射影した方向と前記第２方向とのなす角よりも大きく、
   前記複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を前記第２方向の直線と前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の直線とを含む第２平面に射影した方向と前記第２方向とのなす角は、前記第２照明素子の光軸を前記第２平面に射影した方向と前記第２方向とのなす角と等しいことを特徴とするカメラシステム。
2. 前記複数の照明素子は、前記第２方向に沿って配置された、第３照明素子と第４照明素子とを含み、
   前記第３照明素子の光軸と前記第２方向とのなす角は、前記第４照明素子の光軸と前記第２方向とのなす角に等しいことを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
3. 前記複数の第１照明素子のそれぞれの光軸を前記第２平面に射影した角と前記第２方向とのなす角、及び前記第２照明素子の光軸を前記第２平面に射影した方向と前記第２方向とのなす角は、４０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のカメラシステム。
4. 前記照明部の前記第１方向における長さは、前記検査対象の幅以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のカメラシステム。
5. 前記照明部の前記第１方向における長さは、０．６ｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のカメラシステム。
6. 第１方向に移動するように誘導された検査対象にテラヘルツ波を照射する照明部と、
   前記検査対象で反射された前記テラヘルツ波が入射する位置に配置され、前記反射されたテラヘルツ波によって形成される画像を取得するカメラ部とを有し、
   前記照明部は、前記第１方向及び前記第１方向とは異なる第２方向に沿って二次元状に配置された複数の照明素子を含み、
   前記第２方向に沿って二次元状に配置された複数の照明素子は、二次元状における中央部に近づくように配置されるにつれて、前記第１方向と前記第２方向に沿って二次元状に配置された複数の照明素子のそれぞれの光軸方向とのなす角度が小さくなり、
   前記第１方向に沿って配置され、且つ前記第２方向においては同じ位置に配置された複数の照明素子のそれぞれの光軸の方向は互いに同じであることを特徴とするカメラシステム。