JPH11304582A - 異常監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広範囲の波長スペクトルを細かく分析すること
で監視領域での火災、ガス漏れ、漏油などの複数の異常
を高精度で監視する。 【解決手段】光の透過波長特性を広範囲の波長帯域に亘
り狭波長幅で変化させる波長可変フィルタ１，２をカメ
ラ３，４の前方に配置した状態で監視領域を撮像して画
像データを出力する。信号処理装置５は、波長可変フィ
ルタ１，２により透過波長帯域を広範囲の波長帯域に亘
り狭波長幅で変化させたときの各波長特性において撮像
したカメラ３，４からの画像データの内、異なる２つの
波長特性における画像データＤ11，Ｄ21の画素毎の差分
値を演算して差分画像を生成し、生成された差分画像に
より異常判定処理を行い、監視領域での異常内容を識別
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広範囲の波長スペ
クトルを細かく分析することで監視領域での火災、侵入
者、ガス漏れなどの複数の異常を監視する異常監視装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、監視領域で発生する複数の異常を
赤外線カメラを使って監視する異常監視装置としては、
特開平４−２５２３９７号に示すものがある。特開平４
−２５２３９７号に示す異常監視装置にあっては、赤外
線カメラの前面に光学フィルタを設け、必要に応じて漏
油、火災、煙を検出するための光学フィルタに切り替え
て、各波長で得られたカメラ画像を処理することで漏
油、火災、発煙を検出するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の異常監視装置にあっては、例えば、火災検出
の場合にあっては、２μｍ〜５μｍの波長帯域幅の広い
光学フィルタを挿入するようにしているため、太陽光、
ストーブ、ランプなど、この波長帯域の範囲で火災時の
炎と同レベルの出力がある誤報要因を完全に除去するこ
とは困難であり、正確な異常判断が行いづらいという問
題があった。

【０００４】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、広範囲の波長スペクトルを細かく分
析することで監視領域での火災、ガス漏れ、漏油などの
複数の異常を高精度で監視できる異常監視装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の火災監視装置は次のように構成する。即ち、
本発明の異常監視装置は、光の透過波長特性を広範囲の
波長帯域に亘り狭波長幅で変化させる波長可変フィルタ
と、波長可変フィルタを前方に配置した状態で監視領域
を撮像して画像データを出力するカメラと、波長可変フ
ィルタにより透過波長特性を広範囲の波長帯域に亘り狭
波長幅で変化させたときの各波長特性において撮像した
カメラからの画像データの内、異なる２つの波長特性に
おける画像データの画素毎の差分値を演算することによ
り差分画像を生成し、生成された差分画像により異常判
定処理を行い監視領域での異常内容を識別する信号処理
装置とを備えたたことを特徴とする。

【０００６】このように構成することで、異常内容が特
定波長にスペクトルピーク等の特有の変化をもつことか
ら、波長可変フィルタによって波長方向に透過波長特性
を変化させることで、特定波長でのスペクトルの特徴を
正確に検出し、異常内容を高精度で識別することができ
る。また信号処理装置は、波長可変フィルタによる広範
囲の波長帯域での透過波長特性の変化を周期的に行うよ
う制御すると共に１周期の異なるタイミングにおいて撮
像した２つの画像データに基づき差分画像を生成し、異
なる周期で生成された２つの差分画像を比較することで
異常判定処理を行い、監視領域での異常内容を識別す
る。

【０００７】この場合の異なる周期で得られた２つの差
分画像とは、異常監視の開始時に得られた初期的な差分
画像と監視中での現在の周期で得られた差分画像、或い
は、前回の周期で得られた差分画像と現在の周期で得ら
れた差分画像等とする。また信号処理装置は、異常判定
処理で、差分画像に所定以上の変化があった場合に、こ
の変化があった波長帯域が炎、侵入者、特定ガス、石油
などの監視すべき異常対象からの特有な出力が得られる
波長帯域のいずれであるかを参照することで監視領域で
の異常内容を識別することができる。

【０００８】このように構成することで、異常対象物質
が何であるのかが具体的に識別することができる。更
に、識別できた複数の異常対象から、例えば火災であれ
ば、漏油が燃えている炎なのかガスが燃えている炎なの
かなどが判明できる。また、信号処理装置は、異常判定
処理で監視領域での異常内容を識別した場合に、予め設
定してある異常内容に対する対処方法を参照して、該当
する対処方法に対応する制御出力を行う。このため、識
別できた異常対象に対応した適切な対処をとることがで
きる。例えば、石油等の燃えている物質を識別できるこ
とで、消火方法、例えば効果的な消火剤の種類を選択し
て放出できる。

【０００９】本発明の異常監視装置で使用する波長可変
フィルタとしては、透過波長特性の異なる複数の波長帯
域フィルタを切替える以外に、波長可変干渉フィルタ
（ファブリ・ペロー型干渉フィルタ）を利用する。即
ち、波長可変フィルタとして、対向する面に反射膜を形
成した一対の光学基板を微小間隔を隔てて配置すると共
に光学基板の微小間隔を変化させることによって光の透
過特性を可変できる波長可変干渉フィルタ（ファブリ・
ペロー型干渉フィルタ）を光軸方向に２組配置し、２組
の波長可変干渉フィルタの各々で分布する複数の透過ス
ペクトルピークの内の少なくとも１つを目的とする波長
λ0 に一致させることで、目的とする波長λO のみの狭
帯域透過特性を実現したものを使用する。

【００１０】ファブリ・ペロー型干渉フィルタにおいて
は、基板間隔Ｘに応じて複数の透過スペクトルピークの
分布が決まる。そこで２組のファブリ・ペロー型干渉フ
ィルタにつき、目的とする波長λ0 で透過スペクトルピ
ークが一致し、それ以外の波長では透過スペクトルピー
クが一致しないように各々の基板間隔Ｘ１，Ｘ２を設定
する。これによって目的とする波長λ0 の透過スペクト
ルピークのみに依存した狭帯域透過特性を得ることがで
きる。

【００１１】この結果、ファブリ・ペロー型干渉フィル
タのもつ大きな開口率がそのまま利用でき、このため得
られる信号量（光量）が大きく、微小光測定やイメージ
撮像に適する。また構造が比較的簡単で、小型化、高信
頼性、コストダウンが期待できる。目的とする波長λ0
の狭帯域透過特性を得るための２組の波長可変干渉フィ
ルタの各々に設定する光学基板の基板間隔Ｘ１，Ｘ２
は、目的とする波長λ0 に対して互いに素となる整数
（Ｍ，Ｎ）に基づき、 Ｘ１＝Ｍ×（λ0 ／２） Ｘ２＝Ｎ×（λ0 ／２） として与えられる。

【００１２】この式で与えられる基板間隔Ｘ１，Ｘ２に
おいて、透過スペクトルピークとなる波長λ1 ，λ2 の
分布は、Ｋ，Ｌを波長スペクトラムピークの次数を与え
る整数（１，２，３，・・・）とすると、 λ1 ＝λ0 ×Ｍ／Ｋ λ2 ＝λ0 ×Ｎ／Ｌ となる。

【００１３】更に、２組の波長可変干渉フィルタを通過
する光から、目的とする波長λo 以外で一致する透過ス
ペクトルピークの波長成分を除去する帯域制限フィルタ
を設ける。例えば可視光から近赤外光の波長帯域０．３
５μｍ〜１．０μｍを対象に目的とする波長λo の狭帯
域透過特性を設定する場合、互いに素となる整数（Ｍ，
Ｎ）によっては、目的波長λ0 以外に波長帯域０．３５
μｍ〜１．０μｍに他の透過スペクトラムピークが存在
する場合があり、目的とする波長λ0 以外の透過波長ス
ペクトラムを除去するために、帯域制限フィルタを組み
合わせる。

【００１４】また、波長可変フィルタとしては、回折格
子を用いた分光器を使用することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の異常監視装置の実
施形態であり、波長可変フィルタとして切替型の帯域透
過フィルタを使用したことを特徴とする。図１におい
て、室内等の所定の警戒区域に向けて２台のＣＣＤカメ
ラ３，４が設置され、ＣＣＤカメラ３，４の前方にロー
タリ型波長可変フィルタ１，２をそれぞれ配置してい
る。ＣＣＤカメラ３の前に設置されたロータリ型波長可
変フィルタ１は、円盤上に６枚の帯域透過フィルタ１ａ
〜１ｆを設けており、選択的にＣＣＤカメラ３に対する
光軸３ａの位置に切り替えられる。

【００１６】ここで帯域透過フィルタ１ａ〜１ｆは、異
なる中心波長λ１１〜λ１６に対し所定の透過帯域幅を
持っている。ＣＣＤカメラ４の前に設置された波長可変
フィルタ２は、円盤上に同じく６枚の帯域透過フィルタ
２ａ〜２ｆを配置しており、ＣＣＤカメラ４の光軸４ａ
の位置に選択的に配置される。フィルタ２ａ〜２ｆは中
心波長λ２１〜λ２６に対し所定帯域幅の波長帯域通過
特性を持っている。

【００１７】２つの波長可変フィルタ１，２に設けてい
る帯域透過フィルタ１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆは、（１
ａ，２ａ）（１ｂ，２ｂ）（１ｃ，２ｃ）（１ｄ，２
ｄ）（１ｅ，２ｅ）（１ｆ，２ｆ）といった２枚ずつの
組合せで使用される。例えば帯域透過フィルタ１ａ，２
ａの組み合わせを例にとると、それぞれの透過帯域の中
心波長はλ１１，λ２１である。

【００１８】ここで警戒区域６の火災を監視する場合を
例にとると、波長λ１１を警戒区域６で特定の物が燃え
た場合に変化する特定の波長に設定し、波長λ２１は火
災により変化する波長λ１１に隣接した火災により変化
が起きない又は起きにくい波長に設定する。例えば通常
の火災にあっては木材や布等が燃えることから、火災に
より発生する二酸化炭素ＣＯ2 に起因して放射波長４．
３０μｍ近辺に波長スペクトラムピークが発生する。

【００１９】したがって、通常火災を監視したい場合に
は、帯域透過フィルタ１ａの中心波長λ１１をλ１１＝
４．３０μｍに定め、これに対し帯域透過フィルタ２ａ
の中心波長λ２１を火災時にスペクトラム変化が起きに
くい例えばλ２１＝５．００μｍに設定する。このよう
な２つの波長帯域の設定は、残りの帯域透過フィルタ
（１ｂ，２ｂ）〜（１ｆ，２ｆ）についても異常対象物
に固有な波長スペクトラムの変化に対応して同様に設定
すればよく、この実施形態にあっては６種類の波長スペ
クトラムの変化が監視できる。

【００２０】ロータリ型波長可変フィルタ１，２は、所
定の監視周期ごとにそれぞれの帯域透過フィルタ１ａ〜
１ｆ，２ａ〜２ｆをＣＣＤカメラ３，４の光軸３ａ，４
ａの位置に切り替え、フィルタ切替えごとにＣＣＤカメ
ラ３，４により、そのとき光軸３ａ，４ａ上に位置して
いる帯域透過フィルタを通して得られた警戒区域６の画
像を内蔵したＣＣＤ撮像素子で撮像し、画像データを信
号処理装置５に出力して画像メモリに格納する。

【００２１】信号処理装置５は、ロータリ型波長可変フ
ィルタ１，２に設けている６枚の帯域透過フィルタ１ａ
〜１ｆ，２ａ〜２ｆの組合せによる６種類の波長帯域の
画像データを画像メモリに格納すると、それぞれの波長
帯域の画像データについてＣＣＤカメラ３の画像データ
とＣＣＤカメラ４の画像データの差分画像を求め、この
差分画像と例えば監視開始時に得た初期的な差分画像
（基準画像）と比較する。

【００２２】この初期的な差分画像との比較で現在の差
分画像に輝度値の変化があれば、その波長帯域において
波長スペクトラムに監視区域６の異常による変化が起き
たものと判断し、予めデータベースに準備された異常判
定波長に対応した異常内容を参照して異常内容の認識
し、更に異常内容に対応した火災であれば消火等の対処
方法を検索し、対処方法に対応した制御出力を行う。

【００２３】図２は図１の処理機能のブロック図であ
る。ＣＣＤカメラ３，４には光学レンズ３ａ，４ａとＣ
ＣＤカメラを用いた撮像素子３ｂ，４ｂが内蔵されてい
る。ＣＣＤカメラ３，４の前方に配置したロータリ型波
長可変フィルタ１，２は駆動部１３により回転され、Ｃ
ＣＤカメラ３，４の前に例えば帯域透過フィルタ１ａ，
２ａのように組み合わせたフィルタ配置を行う。駆動部
１３としては、例えばステップモータ等が使用される。

【００２４】信号処理装置５はＣＰＵ７を備え、ＣＰＵ
７からのバスにＡ／Ｄ変換器８ａ，８ｂ、出力Ｉ／Ｆ
９，１１及び画像メモリ１０を設けている。Ａ／Ｄ変換
器８ａ，８ｂはＣＣＤカメラ３，４の撮像素子３ｂ，４
ｂで撮像した映像信号をデジタル画像データに変換して
画像メモリ１０に格納している。この実施形態にあって
は、ロータリ型波長可変フィルタ１，２は１組の帯域透
過フィルタの組合せにより１２種類の異なる波長帯域に
ついて画像データが得られることから、画像メモリ１１
には画像データ（Ｄ１１，Ｄ２１）（Ｄ１２，Ｄ２２）
・・・（Ｄ１６，Ｄ２６）が１回の全波長帯域の切替え
操作で格納される。

【００２５】信号処理装置５のＣＰＵ７は、画像メモリ
１０に１２の異なる波長帯域についての画像データ（Ｄ
１１，Ｄ２１）〜（Ｄ１６，Ｄ２６）の格納が済むと、
それぞれの波長帯域について差分画像ΔＤ１〜ΔＤ６を
求める。即ち ΔＤ1 ＝Ｄ11−Ｄ21 ΔＤ2 ＝Ｄ12−Ｄ22 ΔＤ3 ＝Ｄ13−Ｄ23 ΔＤ4 ＝Ｄ14−Ｄ24 ΔＤ5 ＝Ｄ15−Ｄ25 ΔＤ6 ＝Ｄ16−Ｄ26 とする。この差分画像の生成は、各画素毎の差分をとる
ことで行う。

【００２６】このようにして差分画像データΔＤ１〜Δ
Ｄ６が得られたならば、予め作成している初期差分画像
ΔＤ０１〜ΔＤ０６と比較する。初期差分画像データΔ
Ｄ０１〜ΔＤ０６は、例えば信号処理装置５の電源を投
入して監視処理を開始した際に、最初に画像メモリ１０
に格納された画像データ（Ｄ１１，Ｄ２１）〜（Ｄ１
６，Ｄ２６）から求めた基準となる差分画像データであ
る。また別の実施形態としては、前回求めた差分画像デ
ータと比較するようにしても良い。

【００２７】このように現時点で得られた差分画像デー
タΔＤ１〜ΔＤ６と監視処理開始時または前回の差分画
像データを基準値とした比較で、現在の差分画像データ
に所定の閾値を越える変化があった場合には、その波長
帯域において異常が発生して波長スペクトラムに変化が
起きたものと判断する。この差分画像データの比較は、
例えば各差分画像の画素輝度値の総和を求めて比較すれ
ば良い。差分画像データの監視処理開始時または前回の
基準差分画像データに対する変化が検出された場合、変
化があった波長帯域に対応して異常内容を格納している
データベースを参照し、データベースの参照で認識した
異常を例えば出力Ｉ／Ｆ１１を介してモニタ１２に出力
する。また別の出力Ｉ／Ｆを使用し、認識した異常内容
に対応して予め定められている消火方法や避難誘導等の
対処方法に従った制御出力を行う。

【００２８】図３は図２のロータリ型波長可変フィルタ
１，２の透過特性である。即ち図３（Ａ）がＣＣＤカメ
ラ３の前に設けたロータリ型波長可変フィルタ１に設け
ている６枚の帯域透過フィルタ１ａ〜１ｆの帯域透過ス
ペクトラム１４ａ〜１４ｆであり、それぞれ中心波長λ
１１〜λ１６を持っている。図３（Ｂ）は図２のＣＣＤ
カメラ４の前に設けているロータリ型波長可変フィルタ
２の透過特性であり、６枚の帯域透過フィルタ２ａ〜２
ｆに対応した帯域透過スペクトラム１５ａ〜１５ｆが得
られ、それぞれ中心波長λ２１〜λ２６を持っている。

【００２９】ここで図３（Ａ）（Ｂ）にあっては、帯域
透過スペクトラムが（１４ａ，１５ａ）（１４ｂ，１５
ｂ）・・・（１４ｆ，１５ｆ）となる組合せで使用され
る。例えば帯域透過スペクトラム（１４ａ，１５ａ）の
組合せを例にとると、帯域透過スペクトラム１４ａの中
心波長λ１１を火災等の特定の監視対象で異常が起きた
時の透過スペクトラムの変化する波長に合わせ、一方、
図３（Ｂ）の帯域透過スペクトラム１５ａは、監視対象
の異常に対応した中心波長λ１１に対し異常時にスペク
トル変化が起きにくい十分ずれた中心波長λ２１として
いる。この点は残りの帯域透過スペクトラム（１４ｂ，
１５ｂ）〜（１４ｆ，１５ｆ）の組合せについても同様
である。

【００３０】図４は、図３（Ａ）（Ｂ）における帯域透
過スペクトラム（１４ａ，１５ａ）の組合せを例にとっ
て、正常時と異常時のスペクトラム分布を表している。
図４（Ａ）は監視対象に異常が起きていない正常時であ
り、この場合、例えば監視対象の画像は波長スペクトル
分布１６となっている。正常時の監視対象の波長スペク
トル分布１６は、２組の帯域透過フィルタ１ａ，２ａに
よる帯域透過スペクトラム１４ａ，１５ａによって帯域
制限された画像データとしてそれぞれＣＣＤカメラ３，
４で撮像され、画像メモリ１０に画像データＤ１１，Ｄ
２１として記憶される。

【００３１】このようにして得られた２つの画像データ
Ｄ１１，Ｄ２１について、その差分画像データΔＤ１を
求め、求めた差分画像データの各画素の輝度値を累積す
ると、この累積値は図４（Ａ）の波長スペクトル分布１
６における斜線の透過光量の積分値Ｐ１と、砂地の透過
光量の積分値Ｐ２の差分に対応する。正常時の波長スペ
クトル分布１６は略一定であることから、帯域透過スペ
クトラム１４ａ，１５ａの透過帯域で得られたパワー成
分Ｐ１，Ｐ２はほぼ等しく、得られる差分画像データの
画素輝度値の総和も略零となっている。

【００３２】図４（Ｂ）は、監視対象に異常が起きた時
の波長スペクトル分布１７であり、中心波長λ１１に放
射スペクトルピーク１８が生じている。このため、帯域
透過スペクトラム１４ａによって抽出された斜線のパワ
ー成分Ｐ３が図４（Ａ）の正常時に比べ放射スペクトル
ピーク１８分だけ増加し、帯域透過スペクトラム１４
ａ，１５ａの差分画像データを得て画素輝度値の総和を
求めると、パワー成分Ｐ３からパワー成分Ｐ４を差し引
いた放射スペクトルピーク１８分だけ増加した値が得ら
れ、これによって監視対象の異常が認識できる。

【００３３】図５は図２の実施形態で監視対象とする対
象物と異常時に変化するスペクトラム変化波長の関係を
例示している。例えば通常火災にあっては、放射波長
４．３０μｍ近辺に放射スペクトルピークが生ずる。ま
た石油系にあっては、吸収波長３．３８μｍ近辺に吸収
スペクトルピークが生ずる。アルコール系にあっては、
吸収波長２．７４μｍ近辺に同じく吸収スペクトルピー
クを生ずる。更に盗難監視のための人体（侵入者）につ
いては、放射波長１０．００μｍ近辺に放射スペクトル
ピークが発生する。

【００３４】このように監視対象の内容に応じて監視す
べきスペクトラム変化波長が判明していることから、こ
れらのスペクトラム変化波長を図３（Ａ）の例えば中心
波長λ１１，λ１２，・・・λ１ｂに割り当て、これら
スペクトラム変化波長に隣接した異常時に変化が起きに
くい波長を図３（Ｂ）の波長λ２１，λ２２，・・・λ
２ｂに設定すれば良い。

【００３５】もちろん、本発明で監視対象とする内容及
びスペクトラム変換波長は図５に限定されず、必要に応
じて適宜の監視対象につき対応するスペクトラム変化波
長を特定して、２組のフィルタの帯域透過スペクトラム
の組合せを設定すれば良い。図６は図２の信号処理装置
５による監視処理のフローチャートである。まずステッ
プＳ１で、ロータリ型波長可変フィルタ１の帯域透過フ
ィルタ１ａの選択により中心波長λ１１の帯域透過特性
を設定して、ＣＣＤカメラ３で撮像した画像データＤ１
１を画像メモリ１０に格納する。

【００３６】次にステップＳ２で、ロータリ型波長可変
フィルタ２の帯域透過フィルタ２ａを選択して中心波長
λ２１を設定して、その帯域透過特性によりＣＣＤカメ
ラ４で撮像した画像データＤ２１を画像メモリ１０に記
憶する。続いてステップＳ３で監視波長領域数ｎが最終
値となるｎ＝６に達したか否かチェックする。ｎ＝６に
達していなければステップＳ４で監視波長領域数ｎを１
つ更新し、次のｎ＝２となる監視波長領域についてステ
ップＳ１，Ｓ２の処理を繰り返して、画像データＤ１
２，Ｄ２２を画像メモリ１０に格納する。ステップＳ３
で監視波長領域数ｎがｎ＝６の最終値に達すると、ステ
ップＳ５に進み、監視波長領域数ｎ＝６分の差分画像Δ
Ｄ１〜６を生成する。

【００３７】続いてステップＳ６で差分画像ΔＤ１に所
定値以上の輝度領域があるか否かチェックする。所定値
以上の輝度領域があれば、この波長帯域の透過スペクト
ルに変化があったものとして、ステップＳ７で監視処理
開始時または前回の差分原画像ΔＤ０１と比較し、差分
画像に異常を示す変化があったか否かチェックする。こ
の差分原画像との比較で現在の差分画像に変化があれ
ば、ステップＳ８に進み、現在の監視波長領域によるデ
ータベース例えば図５のようなスペクトル変化波長によ
るデータベースの検索で監視対象の異常内容を判定して
表示させる。更にステップＳ９で異常内容に対応して予
めデータベースに定められている対処制御を実行する。

【００３８】続いてステップＳ１０で、最終波長領域ｎ
＝６までの処理が済んだか否かチェックし、済んでいな
ければ再びステップＳ６に戻り、次の波長領域ｎ＝２に
ついてステップＳ６〜Ｓ９の処理を繰り返す。最終波長
領域ｎ＝６までの処理が済むと、ステップＳ１１に進
み、監視終了の有無をチェックし、監視終了でなければ
再びステップＳ１に戻り、６つの監視波長帯域のそれぞ
れについての画像データの画像メモリに対する記憶処理
から処理を繰り返す。

【００３９】通常は、ステップＳ１〜Ｓ１０が１周期で
あることから、ステップＳ１０まで進んだら、またステ
ップＳ１に戻り次の周期に移ることになる。また、ステ
ップＳ６〜Ｓ１０の処理において、複数の異常対象物を
識別した際は、ステップＳ９でその複数異常対象物にあ
る異常内容に対応した対処制御を行うことになる。例え
ば、火災と石油を識別すれば石油火災、火災とアルコー
ルを識別すればアルコール火災等と判定できることか
ら、その火災によって効果がある消火済を選択して消火
制御を行うこと等ができる。

【００４０】図７は本発明の監視装置の他の実施形態で
あり、この実施形態にあっては、波長可変フィルタとし
てファブリ・ペロー型干渉フィルタを使用したことを特
徴とする。図７において、ＣＣＤカメラ３，４の前部に
は波長可変フィルタ２０，２１が設けられ、この実施形
態にあっては、波長可変フィルタ２０，２１のそれぞれ
に一対のファブリ・ペロー型干渉フィルタ２０ａ，２０
ｂ及び２１ａ，２１ｂを設け、２組のファブリ・ペロー
型干渉フィルタによって波長方向で変化する狭帯域透過
特性を得ている。

【００４１】波長可変フィルタ２０，２１に設けたファ
ブリ・ペロー型干渉フィルタ２０ａ，２０ｂ，２１ａ，
２１ｂは、内蔵した圧電素子に対する駆動部２４からの
駆動電圧の印加による光学基板、例えばガラス基板の間
隔の変化で狭帯域透過特性の波長を変化させることがで
きる。尚、光学基板としてはガラス基板の他、シリコン
基板、ゲルマニュウム基板等を用いることができる。

【００４２】信号処理装置５は、図２の実施例と同様、
ＣＰＵ７、Ａ／Ｄ変換器８ａ，８ｂ、出力Ｉ／Ｆ９，１
１、及び画像メモリ１０で構成され、更にモニタ１２を
接続している。図８は図７のＣＣＤカメラ３の前に設置
している波長可変フィルタ２０の内部構造であり、ＣＣ
Ｄカメラ４側の波長可変フィルタ２１も同じ構成とな
る。

【００４３】図８において、波長可変フィルタ装置２０
は、３分割された鏡筒を光軸方向にねじ込み固定するこ
とで間にファブリ・ペロー型干渉フィルタ２０ａ，２０
ｂを配置している。更に鏡筒の先端には必要に応じて帯
域制限用のローパスフィルタ３０を装着する。ファブリ
・ペロー型干渉フィルタ２０ａ，２０に対しては、駆動
部２４に設けている駆動電圧源２４ａ，２４ｂから駆動
電圧が印加されている。

【００４４】図９は、図８のファブリ・ペロー型干渉フ
ィルタ２０ａを取り出して構造を示している。ファブリ
・ペロー型干渉フィルタ２０ａは、例えば２００〜３０
０Å程度の厚みを有するＡｕ等の反射膜となる透光性の
金属膜２６ａ，２６ｂを、対向する面に蒸着した一対の
ガラス基板２５ａ，２５ｂを間に圧電素子２７を介して
対向配置し、その間に微小間隔Ｘ１を設定している。圧
電素子２７は駆動電圧源２４ａによる直流電圧の印加を
受けて、基板間隔Ｘ１を変化させることができる。

【００４５】このファブリ・ペロー型干渉フィルタ２０
ａは、ガラス基板２５ｂ側からの入射光に対し、透光性
をもつ金属膜１０ｂ，１０ａ間での多重反射によって生
ずる干渉作用に起因して複数の透過スペクトルピークが
分布して光を透過する。このようなファブリ・ペロー型
干渉フィルタとしては、例えば特開平８−２８５６８８
号のものが使用できる。図８のファブリ・ペロー型干渉
フィルタ２０ｂも図９のファブリ・ペロー型干渉フィル
タ２０ａと同じ構造であり、ガラス基板２５ａ，２５ｂ
の基板間隔をＸ２としている。

【００４６】図１０は図７の２組のファブリ・ペロー型
干渉フィルタにより波長方向で変化可能な狭帯域特性を
得た場合の波長可変フィルタ２０，２１による切替波長
と狭帯域透過ピークスペクトラムの波長分布である。即
ち、図１０（Ａ）が図７のＣＣＤカメラ３の前に設けた
波長可変フィルタ２０に設けた２組のファブリ・ペロー
型干渉フィルタ２０ａ，２０ｂによる狭帯域透過ピーク
スペクトラム２２ａ〜２２ｆであり、それぞれの中心波
長λ１１〜λ１６を目的波長として図８に示すそれぞれ
の基板間隔Ｘ１，Ｘ２を定め、これに対応した駆動電圧
Ｖ１，Ｖ２を圧電素子２７に印加し、例えば狭帯域透過
ピークスペクトラム２２ａ〜２２ｆの順に切り替える。

【００４７】図１０（Ｂ）は図７の波長可変フィルタ２
１に設けた２組のファブリ・ペロー型干渉フィルタ２１
ａ，２１ｂにより得られる狭帯域透過ピークスペクトラ
ム２３ａ〜２３ｆであり、図１０（Ａ）の中心波長λ１
１〜λ１６は監視対象の異常発生時にスペクトル変化が
起きる波長について定めていることから、図１０（Ｂ）
側の中心波長λ２１〜λ２６は、それぞれ対応するスペ
クトラム変化波長λ１１〜λ１６に対し異常時にスペク
トル変化がほとんど起きない隣接する波長を設定してい
る。

【００４８】図１１は、図８の波長可変フィルタ２０に
ついて、任意の目的波長λ0 の狭帯域透過特性を表して
いる。即ち、図１１（Ａ）は目的波長λ0 ＝０．５μｍ
の場合であり、図１１（Ｂ）は目的波長λ0 ＝０．５５
５μｍの場合である。具体的には、図１１（Ａ）（Ｂ）
の横軸に示す０．３μｍ〜１．０μｍの可視光から近赤
外光の波長領域について、縦軸に示す透過率を持つ透過
スペクトラムピークの分布が得られる。

【００４９】図１１（Ａ）は、ファブリ・ペロー型干渉
フィルタ２０ａの基板間隔Ｘ１をＸ１＝１．５０μｍ、
ファブリ・ペロー型干渉フィルタ２０ｂの基板間隔Ｘ２
をＸ２＝１．７５μｍとした場合の透過スペクトルピー
クの分布であり、実線が波長可変干渉フィル２０ａであ
り、破線がファブリ・ペロー型干渉フィルタ２０ｂであ
る。

【００５０】この２つの透過スペクトルピークの分布に
おいて、目的波長λ11＝λ0 ＝０．５μｍにおいて、２
つのフィルタの透過スペクトルピーク２２ａが一致して
おり、それ以外の透過スペクトルピークは全て一致せず
に、ずれた分布となっている。この場合も、透過光は２
つの透過特性曲線の積で表される。即ち、２つのフィル
タの透過特性曲線が重なりあっている目的波長λ0 ＝
０．５μｍの透過スペクトルピーク２２ａに対応した狭
帯域透過特性が得られる。

【００５１】図１１（Ｂ）は、実線の透過スペクトル分
布を示す波長可変干渉フィル２０ａの基板間隔をＸ１＝
１．６６μｍとし、破線の透過スペクトル分布を示すフ
ァブリ・ペロー型干渉フィルタ２０ｂの基板間隔をＸ２
＝１．９４μｍとした場合である。この場合にも目的波
長λ21＝λ0 ＝０．５５５μｍで２つのフィルタの透過
スペクトルピーク２３ａが一致し、それ以外では透過ス
ペクトルピークは互いにずれている。この結果、目的波
長λ0 ＝０．５５５μｍにおける２つのフィルタの透過
スペクトルピーク２３ａの帯域特性曲線の積となる狭帯
域透過特性が得られる。

【００５２】図１２は、図１１（Ａ）（Ｂ）の目的波長
λ0 ＝０．５μｍ、０．５５５μｍのそれぞれの狭帯域
透過特性を実現するために必要な図８の波長可変干渉フ
ィル２０ａ，２０ｂの基板間隔Ｘ１，Ｘ２、及び波長方
向に分布する複数の透過スペクトルピークの次数Ｋ，Ｌ
とそれぞれの波長λ１，λ２を表している。ここで図８
の波長可変フィルタ２０における狭帯域透過特性の原理
を説明する。まず目的波長をλ0 とすると、ファブリ・
ペロー型干渉フィル２０ａ，２０ｂの基板間隔Ｘ１，Ｘ
２は、互いに素となる２つの整数（Ｍ，Ｎ）に基づいて
次式で与えられる。

【００５３】 Ｘ１＝Ｍ×（λ0 ／２） （１） Ｘ２＝Ｎ×（λ0 ／２） （２） ここで、互いに素となる２つの整数（Ｍ，Ｎ）とは、任
意の素数の組合せを意味し、例えば（２，３）（３，
４）（４，５）（５，６）（６，７）等がある。これに
対し互いに素でない２つの整数（Ｍ，Ｎ）としては、
（２，４）（３，６）（４，６）（６，９）等がある。

【００５４】この（１）（２）で与えられる基板間隔Ｘ
１，Ｘ２において、透過スペクトルピークが得られる波
長方向での波長λ１，λ２は、波長方向での透過スペク
トルピークの位置を示す次数を整数Ｋ，Ｌとすると、 λ1 ＝λ0 ×Ｍ／Ｋ （３） λ2 ＝λ0 ×Ｎ／Ｌ （４） で与えられる。ここで波長軸での透過スペクトルピーク
の分布の次数を与える整数Ｋ，Ｌは、共に１，２，３，
・・・の整数となる。

【００５５】このため図１２にあっては、前記（１）
（２）式について、目的波長λ0 ＝０．５μｍ及び０．
５５５μｍとして、それぞれ基板間隔（Ｘ１，Ｘ２）と
して（１．５μｍ，１．７５μｍ）及び（１．６６６μ
ｍ，１．９４４μｍ）を求め、更に透過スペクトルピー
クを示す次数Ｋ１＝１〜２０のそれぞれについて、対応
する波長λ１，λ２を算出した結果である。

【００５６】例えば図１１（Ａ）に対応した図１２
（Ａ）の目的波長λ0 ＝０．５μｍの狭帯域透過特性を
与える基板間隔Ｘ１＝１．５μｍ及びＸ２＝１．７５μ
ｍの次数Ｋ，Ｌ＝１〜２０の波長λ１，λ２に注目する
と、基板間隔Ｘ１にあってはＫ＝６でλ１＝０．５００
μｍの透過スペクトルピークが得られ、また基板間隔Ｘ
２については次数Ｌ＝７でλ２＝０．５００μｍの透過
スペクトルピークが得られ、両者が一致することで、図
１１（Ａ）のように目的波長λ0 ＝０．５μｍの透過ス
ペクトルピーク２２ａが得られ、この積として狭帯域透
過特性が実現される。

【００５７】また基板間隔Ｘ１＝１．５μｍについては
次数Ｋ＝１２でλ１＝０．２５０μｍとなり、基板間隔
Ｘ２＝１．７５μｍについては次数Ｌ＝１４で同じくλ
２＝０．２５０μｍとなって透過スペクトルピークが一
致している。しかしながら、図１１（Ａ）にあっては、
測定波長帯域を０．３μｍ〜１．０μｍの可視光から近
赤外光の波長領域としていることから、λ１＝λ２＝
０．２５０μｍでの透過波長は測定対象とする波長帯域
には含まれない。このλ１＝λ２＝０．２５０μｍの除
去は、図８のように、例えば波長０．３μｍ以上の通過
帯域特性をもつローパスフィルタ３０を設ければ良い。

【００５８】図１１（Ｂ）に対応した図１２（Ｂ）の目
的波長λ0 ＝０．５５５μｍにあっては、基板間隔Ｘ１
＝１．６６６μｍの次数Ｋ＝６の波長λ１＝０．５５５
μｍと基板間隔Ｘ２＝１．９４４μｍの次数Ｌ＝７の波
長λ２＝０．５５５μｍが一致し、これが狭帯域透過特
性の透過スペクトルピークを与える。また次数Ｋ＝１２
におけるλ１＝２．７８μｍとＬ＝１４でのλ２＝０．
２７８μｍでの透過スペクトルピークが一致している
が、この部分については図１２（Ａ）の場合と同様、
０．３μｍの通過特性を持つローパスフィルタ３０を使
用することで除去すこのようなファブリ・ペロー型干渉
フィルタを用いた場合には、ファブリ・ペロー型干渉フ
ィルタのもつ大きな開口率がそのまま利用でき、このた
め得られる信号量（光量）が大きく、十分なＳＮ比率を
もった画像データが得られ、また図１のロータリ型波長
可変フィルタに比べ小型化、高信頼性、コストダウンを
図ることができる。

【００５９】尚、上記実施形態にあっては、波長可変フ
ィルタとしてロータリ型波長可変フィルタ、ファブリ・
ペロー型干渉フィルタを使用していたが、回折格子を用
いた分光器、干渉フィルタホイール、マイクルソン干渉
計等も同様に使用することができる。また図７の実施形
態にあっては、２台のＣＣＤカメラ３，４のそれぞれに
設けた波長可変フィルタ２０，２１により、図１０
（Ａ）（Ｂ）のように、異常発生時に変化の起きる波長
と変化の起きない波長に分けた波長切替で差分画像を得
ているが、１台のＣＣＤカメラに設けた単一の波長可変
フィルタにより、図１０（Ａ）（Ｂ）の波長に交互に切
替えて差分画像を得るようにしても良い。

【００６０】また図７の実施形態にあっては、監視波長
領域過数ｎ＝６の場合を例にとっているが、監視したい
異常対象物に対応してｎは増減できることは勿論であ
る。更に、本発明は上記の実施形態に限定されず、目的
と利点を損わない範囲で適宜の変形が可能である。また
実施形態に示した数値による限定は受けない。

【００６１】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、監視対象の異常内容が特定波長にスペクトルピーク
等の特有の変化をもつことに着目し、波長可変フィルタ
によって透過波長特性を広範囲の波長帯域に亘り変化さ
せることで、特定波長でのスペクトルの特徴を正確に検
出し、異常内容を高精度で識別することができる。

【００６２】例えば火災、石油系、アルコール系等によ
って、放射または吸収スペクトルピークが特有の波長を
もつことから、本発明の異常監視装置によれば、これら
対象物の異常を示すスペクトルピークを生ずる特定波長
を正確に検出することでができる。また、例えば同じ火
災であっても通常火災か石油が燃えているか等の燃焼対
象を識別できることで、燃焼物に対応した効果的な消火
剤の選択等の対応処理ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学的な波長可変フィルタの本発明による異常
監視装置の説明図

【図２】図１の処理機能を示したブロック図

【図３】図２に設けた２組の波長可変フィルタの透過特
性図

【図４】特定の監視対象についてのフィルタにより波長
帯域が抽出される正常時と異常時のスペクトラム分布の
説明図

【図５】本発明の監視対象とスペクトラム変化波長との
対応関係の説明図

【図６】図２の信号処理装置による本発明の異常監視処
理のフローチャート

【図７】ファブリ・ペロー型干渉フィルタを用いて波長
帯域を可変する本発明の他の実施形態のブロック図

【図８】図８の波長可変フィルタの断面図

【図９】図８に設けたファブリ・ペロー型干渉フィルタ
の構造説明図

【図１０】図７に設けた２組の波長可変フィルタの透過
特性図

【図１１】図７に設けた２組の波長可変フィルタに対し
互いに素となる整数（６，７）に基づき基板間隔（Ｘ
１，Ｘ２）を決めた目的波長λ0 ＝０．５μｍ，０．５
５５μｍの各狭帯域透過特性の説明図

【図１２】図１１の狭帯域透過特性を与える素数（Ｍ．
Ｎ）、実数（Ｋ，Ｌ）及び分波波長λ1,λ2 の説明図

【符号の説明】

１，２：ロータリ型波長可変フィルタ １ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆ：帯域透過フィルタ ３，４：ＣＣＤカメラ ５：信号処理装置 ６：監視区域 ７：ＣＰＵ ８ａ，８ｂ：Ａ／Ｄ変換器 ９，１１：出力Ｉ／Ｆ １０：画像メモリ １２：モニタ １３，２４：駆動部 １４ａ〜１４ｆ，１５ａ〜１５ｆ：帯域透過スペクトラ
ム １６，１７：波長スペクトル分布 １８：放射スペクトルピーク ２０，２１：波長可変フィルタ ２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ：ファブリ・ペロー型
干渉フィルタ ２２ａ〜２２ｆ，２３ａ〜２３ｆ：狭帯域透過ピークス
ペクトラム ２４ａ，２４ｂ：駆動電圧源 ２５ａ，２５ｂ：ガラス基板 ２６ａ，２６ｂ：金属膜 ２７：圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｄ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の透過波長特性を広範囲の波長帯域に亘
   り狭波長幅で変化させる波長可変フィルタと、 該波長可変フィルタを前方に配置した状態で監視領域を
   撮像し、画像データを出力するカメラと、 前記波長可変フィルタにより透過波長特性を広範囲の波
   長帯域に亘り狭波長幅で変化させたときの各波長特性に
   おいて撮像した前記カメラからの画像データの内、異な
   る２つの波長特性における画像データの画素毎の差分値
   を演算して差分画像を生成し、該生成された差分画像に
   より異常判定処理を行って監視領域での異常内容を識別
   する信号処理装置と、を設けたことを特徴とする異常監
   視装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の異常監視装置に於いて、前
   記信号処理装置は、前記波長可変フィルタによる広範囲
   の波長帯域での透過波長特性の変化を周期的に行うよう
   制御すると共に１周期の異なるタイミングにおいて撮像
   した２つの画像データに基づき差分画像を生成し、異な
   る周期で得られた２つの前記差分画像を比較することで
   異常判定処理を行って監視領域での異常内容を識別する
   ことを特徴とする異常監視装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の異常監視装置に於いて、前
   記異なる周期で得られた２つの差分画像とは、異常監視
   の開始時に得られた初期的な差分画像と、監視中での現
   在の周期で得られた差分画像であることを特徴とする異
   常監視装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の異常監視装置に於いて、前
   記異なる周期で得られた２つの差分画像とは、前回の周
   期で得られた差分画像と、現在の周期で得られた差分画
   像であることを特徴とする異常監視装置。
5. 【請求項５】請求項１又は２記載の異常監視装置に於い
   て、前記信号処理装置は、異常判定処理で、前記差分画
   像に所定以上の変化があった場合に、該変化があった波
   長帯域が、炎、侵入者、特定ガス、石油など監視すべき
   異常対象物からの特有な出力が得られる波長帯域のいず
   れであるかを参照することで監視領域での異常内容を識
   別することを特徴とする異常監視装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の異常監視装置に於いて、前
   記信号処理装置は、異常判定処理で監視領域での異常内
   容を識別した場合に、予め設定してある異常内容に対す
   る対処方法を参照して、該当する対処方法に対応する制
   御出力を行うことを特徴とする異常監視装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の異常監視装置に於いて、前
   記波長可変フィルタとして、対向する面に反射膜を形成
   した一対の光学基板を微小間隔を隔てて配置すると共に
   前記光学基板の微小間隔を変化させることによって光の
   透過特性を可変できる波長可変干渉フィルタを光軸方向
   に２組配置し、前記２組の波長可変干渉フィルタの各々
   で分布する複数の透過スペクトルピークの内の少なくと
   も１つを目的とする波長に一致させることで、前記目的
   とする波長のみの狭帯域透過特性を実現したことを特徴
   とする異常監視装置。
8. 【請求項８】請求項７記載の異常監視装置に於いて、前
   記２組の波長可変干渉フィルタの各々に設定する前記光
   学基板の基板間隔（Ｘ１，Ｘ２）は、前記目的とする波
   長λ0 に対して互いに素となる整数（Ｍ，Ｎ）に基づい
   て Ｘ１＝Ｍ×（λ0 ／２） Ｘ２＝Ｎ×（λ0 ／２） としたことを特徴とする異常監視装置。
9. 【請求項９】請求項７記載の異常監視装置に於いて、更
   に、前記２組の波長可変干渉フィルタを通過する光か
   ら、前記目的とする波長λo 以外で一致する透過スペク
   トルピークの波長成分を除去する帯域制限フィルタを設
   けたことを特徴とする異常監視装置。
10. 【請求項１０】請求項１記載の異常監視装置に於いて、
    前記波長可変フィルタは、回折格子を用いた分光器であ
    ることを特徴とする異常監視装置。