(57)【要約】【課題】赤外線撮像装置においては、自己発熱や周辺温度の変化などにより撮像素子の出力信号レベルが変化するため、そのまま放置するとＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジを外れ、画像が得られなくなる。【解決手段】撮像素子（３）の出力信号がＡ／Ｄ変換器（５）のダイナミックレンジ内に収まるように設定した補正信号（ＧＤ、ＧＡ）を撮像信号（ＩＮ）から差し引いてからＡ／Ｄ変換する。有効画素の部分と無効画素の部分とで、異なる補正信号を設定しても良い。シャッタが遮蔽状態にあるとき、補正信号（ＧＤ）の取得を行い、補正信号（ＧＤ）が確定してから、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の取得を行う。【選択図】図１
2010130285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長帯域に感度を有する有効画素を備えた撮像手段と、
所定の波長帯域成分を前記撮像手段の撮像面上で結像させる結像手段と、
所定の波長帯域成分の前記撮像手段への入射を遮る遮蔽手段と、
前記遮蔽手段を所定のタイミングで開放状態から遮蔽状態、あるいは遮蔽状態から開放状態に動作させる遮蔽制御手段と、
前記遮蔽制御手段の遮蔽動作を制御するタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、
前記撮像手段から出力される撮像信号を補正してアナログ補正撮像信号を出力する撮像信号補正手段と、
前記アナログ補正撮像信号をデジタル変換してデジタル補正撮像信号を出力するデジタル変換手段と、
前記タイミング信号により遮蔽状態が指示されているときの前記デジタル補正撮像信号に基づいて固定パターンノイズを求め、該固定パターンノイズを、前記タイミング信号により開放状態が指示されているときに出力する固定パターンノイズ取得手段と、
前記デジタル補正撮像信号から前記固定パターンノイズを差し引いた映像信号を出力する固定パターンノイズ除去手段と
を備え、
前記撮像信号補正手段は、前記アナログ補正撮像信号のうちの少なくとも前記有効画素から出力された信号が、前記デジタル変換手段のダイナミックレンジに収まるように、補正を行う
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記撮像信号補正手段は、
前記タイミング信号により遮蔽状態が指示されているときの前記デジタル補正撮像信号に基づいて、デジタル補正信号を生成する補正信号生成手段と、
前記デジタル補正信号をアナログ変換してアナログ補正信号を出力するアナログ変換手段と、
前記撮像信号から前記アナログ補正信号を差し引くことで得られるアナログ差分信号を前記アナログ補正撮像信号として出力する差分手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記補正信号生成手段は、前記デジタル補正撮像信号の１フレーム毎の平均値と目標値の差に基づいて前記デジタル補正信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記補正信号生成手段は、前記デジタル変換手段の出力レンジの中央値を前記目標値とすることを特徴とする請求項３に記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記撮像手段の内部、あるいは前記撮像手段の周辺の温度を測定する温度測定手段を有し、
前記補正信号生成手段は、
前記タイミング信号により開放状態が指示されているときに前記温度が変化した場合、温度変化量に応じて前記デジタル補正信号を修正することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項６】
前記撮像手段が、前記所定の波長帯域に対して感度のない無効画素をも備え、
前記補正信号生成手段は、前記デジタル補正撮像信号のうちの前記無効画素から出力された信号の平均値を算出し、
前記タイミング信号により開放状態が指示されているときの、前記無効画素から出力された信号の前記平均値と、
前記タイミング信号により遮蔽状態が指示されているときの前記無効画素から出力された信号の前記平均値の差に応じて前記デジタル補正信号を修正することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか記載の赤外線撮像装置。
【請求項７】
前記撮像信号補正手段は、
前記デジタル補正撮像信号に基づいて、第１のデジタル補正信号及び第２のデジタル補正信号を生成する補正信号生成手段と、
前記第１のデジタル補正信号をアナログ変換して第１のアナログ補正信号を出力する第１のアナログ変換手段と、
前記第２のデジタル補正信号をアナログ変換して第２のアナログ補正信号を出力する第２のアナログ変換手段と、
前記第１のアナログ補正信号と前記第２のアナログ補正信号を結合した結果を前記アナログ補正信号として出力する結合手段と、
前記撮像信号から前記アナログ補正信号を差し引くことで得られるアナログ差分信号を前記アナログ補正撮像信号として出力する差分手段と
を備え、
前記第１のアナログ変換手段と前記第２のアナログ変換手段とは、
出力信号のレンジが異なることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項８】
前記補正信号生成手段は、前記デジタル補正撮像信号のフレーム毎の平均値と目標値の差に基づいて前記第１のデジタル補正信号及び前記第２のデジタル補正信号を生成することを特徴とする請求項７に記載の赤外線撮像装置。
【請求項９】
前記補正信号生成手段は、前記デジタル変換手段の出力レンジの中央値を前記目標値とすることを特徴とする請求項８に記載の赤外線撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像手段の内部の温度、あるいは前記撮像手段の周辺の温度を測定する温度測定手段を有し、
前記補正信号生成手段は、
前記タイミング信号により開放状態が指示されているときに前記温度が変化した場合、温度変化量に応じて前記第１のデジタル補正信号及び前記第２のデジタル補正信号を修正することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像手段が、前記所定の波長帯域に対して感度のない無効画素をも備え、
前記補正信号生成手段は、前記デジタル補正撮像信号のうちの前記無効画素から出力された信号の平均値を算出し、
前記タイミング信号により開放状態が指示されているときの、前記無効画素から出力された信号の前記平均値と、
前記タイミング信号により遮蔽状態が指示されているときの、前記無効画素から出力された信号の前記平均値の差に応じて前記第１のデジタル補正信号及び前記第２のデジタル補正信号を修正することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１２】
前記アナログ補正撮像信号を利得設定値に従い増幅してから前記デジタル変換手段に供給する可変利得増幅手段と、
前記デジタル補正撮像信号に基づいて前記利得設定値を制御する利得制御手段とを備え、
前記撮像信号補正手段は、前記利得制御手段で設定した利得設定値に基づいて前記補正信号を生成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１３】
前記固定パターンノイズ取得手段は、
前記タイミング信号により遮蔽状態が指示されているときの前記デジタル補正撮像信号のｎフレーム（ｎは自然数）に渡る積算値を求めて、前記タイミング信号により開放状態が指示されているときに、上記記憶した積算値を、ｎで割ることにより得られる１フレーム当たりの平均値を前記固定パターンノイズとして出力する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１４】
前記所定の波長帯域成分は、概ね８〜１４マイクロメートル波長帯域であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像装置に関し、特に撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換において、信号がダイナミックレンジを外れることがないため安定した画像が取得できるものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線撮像装置は、被写体が放射する赤外線を映像化するもので、赤外線を吸収することにより生じる温度上昇の差が画像の濃淡となる。被写体が放射する赤外線はレンズにより集光され、撮像素子上に結像する。撮像素子には赤外を検知する画素がニ次元平面上に配列されており、各画素は吸収した赤外線を熱に変換して温度に応じた電圧を出力する（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９／３１４７１（７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
赤外線撮像装置においては、画素を完全に断熱し、被写体から放射される赤外線による温度変化だけを電気信号に変換できればよいが、実際には、自己発熱や周辺温度変化が画素に伝わり出力信号のレベルがドリフトする。このとき、自己発熱や周辺環境による温度変化は、被写体が放射する赤外線の強度に応じて生じる温度変化と比べ大きい。
そのため、デジタル変換のレンジを被写体から放射される赤外線の変化にあわせた状態で、自己発熱等による温度ドリフトを放置すると、やがて出力信号のレベルがデジタル変換のレンジを外れ、画像が取得できなくなる。
逆に、温度ドリフトもカバーするようデジタル変換のダイナミックレンジを広く設定すると、分解能が低くなり、被写体から放射される赤外線の強度の微小な変化を表現出来なくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の赤外線撮像装置は、
所定の波長帯域に感度を有する有効画素を備えた撮像手段と、
所定の波長帯域成分を前記撮像手段の撮像面上で結像させる結像手段と、
所定の波長帯域成分の前記撮像手段への入射を遮る遮蔽手段と、
前記遮蔽手段を所定のタイミングで開放状態から遮蔽状態、あるいは遮蔽状態から開放状態に動作させる遮蔽制御手段と、
前記遮蔽制御手段の遮蔽動作を制御するタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、
前記撮像手段から出力される撮像信号を補正してアナログ補正撮像信号を出力する撮像信号補正手段と、
前記アナログ補正撮像信号をデジタル変換してデジタル補正撮像信号を出力するデジタル変換手段と、
前記タイミング信号により遮蔽状態が指示されているときの前記デジタル補正撮像信号に基づいて固定パターンノイズを求め、該固定パターンノイズを、前記タイミング信号により開放状態が指示されているときに出力する固定パターンノイズ取得手段と、
前記デジタル補正撮像信号から前記固定パターンノイズを差し引いた映像信号を出力する固定パターンノイズ除去手段と
を備え、
前記撮像信号補正手段は、前記アナログ補正撮像信号のうちの少なくとも前記有効画素から出力された信号が、前記デジタル変換手段のダイナミックレンジに収まるように、補正を行う
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、撮像素子の出力信号から、信号のレベルを補正する補正信号を減算してからデジタル変換することで、自己発熱や周辺温度変化などに起因する出力信号の温度ドリフトが発生しても、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器のダイナミックレンジを外れず、安定した画像が取得できる。
また、ペルチェ素子など、素子の温度を一定に保つ恒温制御に必要な部品や回路を実装する必要が無いため装置の小型化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の赤外線撮像装置の構成を表すブロック図である。
被写体が放射する赤外線はレンズ１により集光され、撮像素子３上に結像する。撮像素子３には赤外線を検知する素子がニ次元平面上に配列されており、各素子からは赤外線強度に応じて変化する信号が得られる。撮像素子３に配列されている赤外線検知素子は概ね８〜１４マイクロメートルの波長帯域に感度を有する。この波長帯域成分の赤外線がレンズ１により集光され、撮像素子３上に結像するものとして以下説明する。なお、レンズ１と撮像素子３の間には８〜１４マイクロメートルの波長帯域成分の赤外線を遮るシャッタ２が設けてある。
【０００８】
シャッタ２の開閉制御はシャッタ制御回路１０が行う。シャッタ制御回路１０は、タイミング生成回路１１から送られてくるタイミング信号ＳＴに従いシャッタ２を開いたり（開放したり）、閉じたり（遮蔽したり）する。シャッタ２を閉じて遮蔽状態にすると、レンズ１で集光した赤外線の撮像素子３への入射は遮断されるため、被写体から放射される赤外線による信号成分が含まれない固定パターンノイズｆｐの成分のみからなる撮像信号ＩＮが撮像素子３から出力される。タイミング信号ＳＴは、撮像信号補正手段４０の補正信号生成回路６と固定パターンノイズ取得手段５０の更新回路５２にも送られる。
【０００９】
撮像信号補正手段４０は、補正信号生成回路６と、Ｄ／Ａ変換器９と、差分回路４とを備え、撮像素子３から出力される撮像信号ＩＮを後段のＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジ内におさまるよう補正した補正撮像信号ＳＡを出力する。補正撮像信号ＳＡは、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル補正撮像信号ＳＤに変換される。
アナログ補正撮像信号ＳＡは、後に詳しく述べるように、差分回路４から出力されるものであるので、「アナログ差分信号」ということもあり、アナログ補正撮像信号ＳＡに対応するデジタル補正撮像信号ＳＤを、「デジタル差分信号」ということもある。
デジタル差分信号ＳＤは、撮像信号補正手段４０と固定パターンノイズ取得手段５０と固定パターンノイズ除去回路１２へ送られる。
【００１０】
撮像信号補正手段４０は、シャッタ２が閉じている間（タイミング信号ＳＴによりシャッタ２の遮蔽が指示されている間）、デジタル差分信号ＳＤのレベルから撮像信号の補正量を算出する。シャッタ２が開いているとき（タイミング信号ＳＴによりシャッタ２の開放が指示されている間）には補正量は変更しない。
【００１１】
固定パターンノイズ取得手段５０は、シャッタ２が閉じているとき（タイミング信号ＳＴによりシャッタ２の遮蔽が指示されているとき）のデジタル差分信号ＳＤ（シャッタ２が閉じているときの、撮像素子３による撮像の結果得られた撮像信号ＩＮから補正信号ＧＡを差し引くことで得られるアナログ差分信号ＳＡをデジタル変換して得られるデジタル差分信号ＳＤ）から固定パターンノイズｆｐの積算値ＳＦを求めて記憶するとともに積算値ＳＦから求めた固定パターンノイズ平均値ＡＦ（を表す信号）を固定パターンノイズ除去回路１２へ送る。
より詳しく述べると、固定パターンノイズ除去回路１２はデジタル差分信号ＳＤと固定パターンノイズ平均値（各画素についての、複数フレームにわたる平均値）ＡＦの差分を映像信号ＶＯとして出力する。
【００１２】
このようにして求められた固定パターンノイズの平均値ＡＦを単に「固定パターンノイズＦＰＮ」と言うこともある。そして、上記のようにして固定パターンノイズの積算値（各画素についての複数フレームにわたる積算値）ＳＦを求め、その平均値ＡＦを求める処理を「固定パターンノイズの平均値ＡＦの取得」、あるいは単に「固定パターンノイズＦＰＮの取得」と言うこともある。
【００１３】
以下に説明するように、シャッタ２が閉じていても、撮像信号の補正量の算出と固定パターンノイズＦＰＮの取得を同時に実行せず、まず、撮像信号補正手段４０により撮像信号の補正量を確定してから、固定パターンノイズＦＰＮを取得するようにしている。撮像信号の補正により、デジタル差分信号ＳＤのレベルが変化するため、（各フレームの）固定パターンノイズｆｐのレベルも変化してしまうためである。
【００１４】
以下、固定パターンノイズ取得手段５０について詳しく説明する。
固定パターンノイズ取得手段５０は、固定パターンノイズの積算値ＳＦを取得して記憶するための、ＦＰＮメモリ５１と、ＦＰＮメモリ５１の記憶内容（積算値）ＳＦの更新を行なう更新回路５２と、信号の加算を実行する加算回路５３と、除算回路５４を備える。ＦＰＮメモリ５１は、フレームメモリで構成され、各画素についてのノイズの積算値ＳＦを、固定パターンノイズＦＰＮとして記憶する。ＦＰＮメモリ５１から読み出された積算値ＳＦは、読み出されて加算回路５３及び除算回路５４へ送られる。
【００１５】
加算回路５３は、Ａ／Ｄ変換器５より送られてくるデジタル差分信号ＳＤとＦＰＮメモリ５１内に格納されている信号ＳＦを加算した結果を更新回路５２へ送る。更新回路５２は、固定パターンノイズの平均値ＡＦの取得時にはＦＰＮメモリ５１に格納されている信号ＳＦを加算結果で更新する（置き換える）が、そうでない時には更新しない（置換えを行なわない）。
【００１６】
固定パターンノイズの平均値ＡＦの取得手順の一例を図２に示す。ここでは、撮像信号の補正量の算出（撮像信号補正手段４０による補正信号ＧＡの算出、更新）は行わないものとして説明する。
図２で「フレームカウント」は、フレームの番号（相対的な番号）を表す。フレームカウント０までは電源がＯＦＦであり、フレームカウント１で電源がＯＮになったものとする。
まず、フレームカウント３でシャッタ２を遮蔽状態にするとともに、ＦＰＮメモリ５１の値ＳＦが更新回路５２により初期化されてゼロとなる。シャッタ２の遮蔽とＦＰＮメモリ５１の初期化が完了したら、次のフレームカウント４で加算回路５３は、デジタル差分信号ＳＤ（４）とＦＰＮメモリ５１から読み出される信号ＳＦ（４）（＝ＡＬＬ"０"）を加算して更新回路５２へ送り、更新回路５２は送られてきた加算結果（ＳＤ（４）＋ＳＦ（４））でＦＰＮメモリ５１を更新する。フレームカウント５でも同様に、加算回路５３は、デジタル差分信号ＳＤ（５）とＦＰＮメモリ５１から読み出される信号ＳＦ（５）（＝ＳＤ（４）＋ＳＦ（４））を加算して更新回路５２へ送り、更新回路５２は送られてきた加算結果（ＳＤ（５）＋ＳＦ（５））でＦＰＮメモリ５１を更新する。フレームカウント６、７でも同様に加算と更新を繰り返し実行する。フレームカウント８で、シャッタ２を開放状態に戻す。
【００１７】
このような処理により、ＦＰＮメモリ５１には、デジタル差分信号ＳＤとして得られた固定パターンノイズｆｐ（遮蔽状態における撮像信号ＩＮに基づくデジタル差分信号ＳＤ)を４フレームにわたり積算した結果（遮蔽状態である、フレームカウント３〜６における撮像により、フレームカウント４〜７に、撮像素子３から出力された撮像信号ＩＮと補正信号ＧＡとから求められたデジタル差分信号ＳＤとして出力されたものの積算値）ＳＦが格納されることになる。
【００１８】
除算回路５４は、ＦＰＮメモリ５１に格納された固定パターンノイズの積算値ＳＦを、「４」で除算して固定パターンノイズの１フレーム当たりの平均値ＡＦを求める。ここで除数を「４」とするのは、積算値ＳＦが４フレームにわたる積算の結果得られたものであるためである。
「４」は「２」の２乗であるので、「４」で割る演算は、下位２ビットを切り捨てることにより行い得る。固定パターンノイズ取得時の繰り返し回数は「４」に限らず任意に設定してよいが、「２」のべき乗でない場合には下位ビットの切捨てではなく、汎用的な（除数が制限されない）除算回路を用いる必要がある。除算回路５４の出力ＡＦは固定パターンノイズ除去回路１２に送られる。
【００１９】
次に、撮像信号補正手段４０における撮像信号の補正量の算出方法について詳しく説明する。
まず、撮像素子３の出力信号について説明する。撮像素子には、赤外線に対して感度のある画素（有効画素）の他に、感度の無い画素（無効画素）も設けられている。図３に垂直期間ごとの撮像信号ＩＮの波形の一例を、図４に水平期間ごとの撮像信号ＩＮの波形の一例をそれぞれ示す。図４に示されるように、１水平期間は、有効画素からの信号が出力される期間、無効画素からの信号が出力される期間、ブランキング期間からなる。図示した波形では、有効画素からの信号が出力される期間の前後に無効画素からの信号が出力される期間がある。無効画素には赤外線に対して感度が無いが、有効画素と同様に、周辺環境や素子の自己発熱等の温度変化により出力信号のレベルが変動する。無効画素からの出力信号は、周辺温度の変化や素子の温度の変化に伴う、有効画素からの出力信号の変動を補正するために用いられる。
【００２０】
図５（ａ）〜（ｃ）に周辺温度の変化と撮像信号ＩＮのレベルの関係を示す。温度はＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係がある。図のように、温度変化と共に撮像素子の出力レベルがドリフトするため、放置すると信号レベルがデジタル変換器５のレンジを外れてしまう。
【００２１】
撮像信号補正手段４０の補正信号生成回路６は、差分回路４から出力される差分信号（補正撮像信号）のうちの少なくとも有効画素から出力された信号がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジ内に収まるように撮像信号を補正するための補正信号ＧＡを、Ａ／Ｄ変換器５から出力されるデジタル差分信号ＳＤに基づいて算出する。
具体的には、例えば、シャッタ２が遮蔽状態で固定パターンノイズｆｐの積算を行っていないとき（タイミング信号ＳＴにより遮蔽状態が指示されているとき）、Ａ／Ｄ変換器５により、サンプル周期毎に得られるデジタル差分信号ＳＤの有効画素からの出力信号のレベルの平均値(１フレーム内の平均値)ＡＶＥ＿Ｅを算出し、平均値ＡＶＥ＿Ｅと目標値ＡＶＥｔとの差を、当該差分信号ＳＤの算出に用いられた補正信号ＧＤに加算し、新たな補正号信ＧＤとする。
なお、有効画素からの出力信号レベルの平均はフレーム毎に多少ばらつく可能性があるので、1フレームの平均値の代わりに、数フレーム分の有効画素の全画素平均値を用いても良い。
【００２２】
補正信号生成回路６は、例えば図６に示すように、有効部分抽出部６０１と、平均算出部６０２と、減算部６０３と、加算部６０４と、補正値メモリ６０５とを有する。
有効部分抽出部６０１は、差分信号ＳＤのうちの有効画素の部分（有効画素についての差分信号）ＳＤ＿Ｅを抽出する。
平均算出部６０２は、有効部分抽出部６０１から出力される、有効画素についての差分信号ＳＤ＿Ｅの、フレーム毎の平均値ＡＶＥ＿Ｅを求める。例えば、差分信号ＳＤ＿Ｅを１フレームにわたって積算し、当該フレーム内の有効画素の画素数で割ることで平均値ＡＶＥ＿Ｅを求める。
減算部６０３は、平均値ＡＶＥ＿Ｅから目標値ＡＶＥｔを減算し、差信号ＤＩＦＦ＿Ｅを出力する。
【００２３】
補正値メモリ６０５としては、各フレームの全ての画素に対して１つの補正値を記憶するものが用いられている。補正値メモリ６０５に記憶される補正値ＧＤは、例えば、信号レベルの中央値（８ビットデジタル信号の場合には「１２７」）に初期設定され、その後以下のように更新される。
加算部６０４は、補正値メモリ６０５に記憶されている、補正値を示す補正信号ＧＤと、差信号ＤＩＦＦ＿Ｅとを加算して、新たな補正信号ＧＤとして出力する。加算部６０４から出力された補正信号ＧＤは、補正値メモリ６０５に書き込まれ、これにより、補正値メモリ６０５の記憶内容が更新される。
補正値メモリ６０５に書き込まれた補正信号ＧＤは、Ｄ／Ａ変換器９に供給されるとともに、次のフレーム周期において差分ＤＩＦＦ＿Ｅが加算部６０４に入力されるときに、これに同期して加算部６０４に供給される。
【００２４】
ここで説明している例では、平均値ＡＶＥ＿Ｅおよび差信号ＤＩＦＦ＿Ｅは、１フレーム毎の値であり、各フレームの間同じ値に保たれる。
補正値メモリ６０５は、上記のように、全ての画素に対して１つの補正値を記憶しており、加算部６０４における差信号ＤＩＦＦ＿Ｅとの加算のために、１フレーム期間に一度、補正値を表す信号ＧＤが加算部６０４に供給される。一方、撮像素子１のそれぞれの画素からの撮像信号ＩＮの出力に同期して、補正値メモリ６０５から、同じ補正値を表す信号ＧＤが繰り返し読み出されてＤ／Ａ変換器９に出力される。このような処理を繰り返すことにより、補正信号ＧＤの値の調整が行われる。
【００２５】
なお、上記の例では、補正値メモリ６０５が全ての画素についての１つの補正値を記憶し、同じ補正値が繰り返し読み出されるものとしているが、補正値メモリ６０５としてフレームメモリを用い、それぞれの画素のための補正値を記憶することとしても良い。この場合には、加算部６０４における加算により算出された同じ補正値が、フレームメモリ内のそれぞれの画素のための記憶アドレスに書き込まれる。
【００２６】
後述の動作により補正信号ＧＤの値が収束したら、補正信号ＧＤの更新を終了し、そのときの補正信号ＧＤが保存され、その後、固定パターンノイズＦＰＮの取得や、シャッタ２の開放状態での撮像（撮像信号の出力）の間、保存された補正信号ＧＤが用いられる。
【００２７】
減算部６０３に供給される目標値ＡＶＥｔは、ここでは信号レベルの中央値（８ビットデジタル信号の場合「１２７」）とする。補正信号ＧＤはＤ／Ａ変換器９でアナログの補正信号ＧＡに変換され、差分回路４に送られる。差分回路４は、撮像信号ＩＮと補正信号ＧＡの差分信号ＳＡを補正撮像信号としてＡ／Ｄ変換器５へ出力する。
【００２８】
１回の処理で補正撮像信号ＳＡがＡ／Ｄ変換器のレンジ内に収まる場合もあるが、補正撮像信号ＳＡがＡ／Ｄ変換器のレンジを大きく外れている場合や電源投入直後で撮像素子からの出力信号の変動が激しい場合などは複数回繰り返し実行する必要がある。
【００２９】
撮像信号の補正処理について更に具体的に説明する。
図７（ａ）〜（ｄ）及び図８（ａ）〜（ｄ）に、撮像信号ＩＮと補正信号ＧＡと差分信号ＳＡの関係を示す。本実施の形態では、差分信号ＳＡをデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器５の分解能は８ビット、Ａ／Ｄ変換器５のアナログ入力信号のレンジは０．０〜２．０Ｖ、デジタル補正信号ＧＤをアナログに変換するためのＤ／Ａ変換器９の分解能は８ビット、アナログ補正信号ＧＡのレンジは０．０〜２．０Ｖとして説明する。また、補正信号ＧＤの初期値は目標値ＡＶＥｔである中央値１２７（＝１．０Ｖ）と同じとする。
【００３０】
図７（ａ）〜（ｄ）はフレームカウント０における処理、図８（ａ）〜（ｄ）はフレームカウント１における処理を示す。ここで「フレームカウント」は、フレームの相対的な番号を意味し、図２におけるフレームカウントとは必ずしも一致しない。
図７（ａ）及び図８（ａ）は、撮像信号ＩＮを示し、信号レベルは、０．０から４．０Ｖ程度までの範囲が示してある。図７（ｂ）及び図８（ｂ）は、アナログ補正信号ＧＡを示し、縦軸上の信号レベルは０．０から２．０Ｖまでを示す。図７（ｂ）及び図８（ｂ）の縦軸にはまた、アナログ変換前のデジタル補正信号ＧＤの信号値が括弧内に示してある。図７（ｃ）及び図８（ｃ）は、アナログ差分信号ＳＡを示し、信号レベルは０．０から４．０Ｖまでの範囲を示す。図７（ｄ）及び図８（ｄ）は、デジタル差分信号ＳＤを示す。アナログ差分信号ＳＡのうち、２．０Ｖ以下の部分がそれに比例する値のデジタル信号ＳＤに変換され、アナログ信号ＳＡのうちの２．０Ｖを超える部分は、すべて最大値「２５５」に変換される。図７（ｄ）及び図８（ｄ）の縦軸にはまた、デジタル変換前のアナログ差分信号ＳＡの電圧値が括弧内に示してある。図７（ｄ）及び図８（ｄ）にはさらに、差分信号ＳＤのうちの、有効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｅが示され、さらに該平均値ＡＶＥ＿Ｅと目標値ＡＶＥｔとの差ＤＩＦＦ＿Ｅが示されている。
【００３１】
まず、フレームカウント０で、図７（ａ）に示す撮像信号ＩＮ（０）から図７（ｂ）に示す補正信号ＧＡ（０）を差し引いて図７（ｃ）に示す差分信号ＳＡ（０）を得る。差分信号ＳＡ（０）をＡ／Ｄ変換して図７（ｄ）に示すデジタル差分信号ＳＤ（０）を生成する。この変換に際し、アナログ差分信号ＳＡのうち、Ａ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジである０．０〜２．０Ｖの範囲内にある部分は然るべきデジタル値（アナログ信号の値に比例する値を持つデジタル値）に変換されるが、ダイナミックレンジを上回る２．０Ｖより大きい部分（アナログ信号）は全て「２５５」に変換される。図７（ａ）では、撮像信号ＩＮが殆どすべて２．０Ｖより大きく、４．０Ｖより小さい範囲にある場合を示している。
【００３２】
そこで、撮像信号ＩＮから補正信号ＧＡの初期値ＧＡ（０）＝１Ｖ（デジタル値「１２７」に対応する値）を差分回路４で差し引き、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル変換することで得られるデジタル差分信号ＳＤ（０）（その値は「２５５」以下に抑えられる）の有効画素の信号レベルの平均値ＡＶＥ＿Ｅ（０）を補正信号生成回路６内の平均算出部６０２で算出する（図７（ｄ）に示す例では、平均値ＡＶＥ＿Ｅ（０）は「１２７」と「２５５」の中間値（「１９１」）程度となっている）。
【００３３】
次に、平均値ＡＶＥ＿Ｅ（０）と目標値としての中央値「１２７」との差ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）＝ＡＶＥ＿Ｅ（０）−ＡＶＥｔ＝ＡＶＥ＿Ｅ（０）−１２７を減算部６０３で求める。この値ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）（「６４」程度）を補正信号の初期値ＧＤ（０）＝１２７に加算部６０４で加算し（加算結果は「１９１」程度）、次のフレームの補正信号ＧＤ（１）＝ＧＤ（０）＋ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）とする。
【００３４】
その結果、フレームカウント１における補正信号ＧＡ（１）は、図８（ｂ）に示すように、フレームカウント０における補正信号ＧＡ（０）よりも大きい値となり、この補正信号ＧＡ（１）を図８（ａ）に示す撮像信号ＩＮ（１）から差引くことで得られる差分信号ＳＡ（１）は、図８（ｃ）に示すように、フレームカウント０における値よりも小さい値となり、有効画素部分の平均値がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジの中央付近に位置することとなり、さらに差分信号ＳＡ（１）は、０．０Ｖ近くから２．０Ｖ近くまでの範囲に及ぶものとなり、Ａ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジを有効に（十分に）活用したＡ／Ｄ変換を行うことができる。
【００３５】
図７（ａ）〜（ｄ）及び図８（ａ）〜（ｄ）では、目標値ＡＶＥｔをＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジの中央値とし、補正信号の初期値（ＧＤ（０））や差分信号ＳＤの平均値を上記中央値にあわせることとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、遮蔽時の撮像信号レベルに対して開放時に撮像する被写体の撮像信号レベルが極めて高い場合、被写体部分の信号がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジを外れる可能性がある。このような場合には、差分信号ＳＡの平均値がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジの下限に近い値となるように補正信号を生成する（そのために、目標値ＡＶＥｔを中央値よりも低い値に設定する）と、Ａ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジを有効に活用できる。以下、目標値ＡＶＥ＿ｔを中央値の１／２である「６３」とした場合について、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）に対応する。
【００３６】
図９（ａ）〜（ｃ）の動作は、図７（ａ）〜（ｃ）と同じである。但し、撮像信号ＩＮ（０）が図７（ａ）よりも低いレベルであるものとしている。図９（ｃ）に示す、フレームカウント０の時の差分信号ＳＡ（０）をデジタル変換することにより得られた、図９（ｄ）に示すデジタル差分信号ＳＤ（０）から算出した有効画素の平均値ＡＶＥ＿Ｅ（０）と、目標値ＡＶＥｔ（＝「６３」）との差ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）＝ＡＶＥ＿Ｅ（０）−６３を求め（図９（ｄ））、この差ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）とフレームカウント０の補正信号ＧＤ（０）に加算して、次のフレーム（フレームカウント１）のための補正信号ＧＤ（１）を得、さらにアナログ変換することで、図１０（ｂ）に示す、次のフレーム（フレームカウント１）のためのアナログ補正信号ＧＡ（１）を得る。このアナログ補正信号ＧＡ（１）は、図８（ｂ）に示すものよりも大きな値となる。この結果、図１０（ｃ）に示すフレームカウント１の差分信号ＳＡ（１）は、図８（ｃ）に示すものよりも小さい値となる。図示の例では、図１０（ｃ）に示すように、差分信号ＳＡ（１）の平均値がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジの下限側１／４程度のレベルとなる。従って、Ａ／Ｄ変換の結果得られるデジタル差分信号ＳＤ（１）は、シャッタが遮蔽状態のままであれば、図１０（ｄ）に示すように、Ａ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジの下限に近い範囲に抑えられているが、シャッタを開放すれば、極めて高温の被写体を撮像しても、図１０（ｅ）に示すように、被写体部分の信号がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジ内に収まり、白飛びのない画像が得られる。
【００３７】
以上、図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｅ）を参照して説明した例では、補正信号ＧＤ（０）が常に（１フレーム期間の全体にわたり）一定レベルに保たれるが、本発明はこれに限定されない。無効画素の撮像信号を後段の信号処理で用いる場合、無効画素部分の差分信号ＳＡもＤ／Ａ変換器９のダイナミックレンジ内に収めてデジタル信号に変換しなければならない。このような場合には、有効画素部分の信号の平均値ＡＶＥ＿Ｅと別に無効画素部分の信号の平均値ＡＶＥ＿Ｄも求め、有効画素用の補正信号と無効画素用の補正信号を別々に算出し、撮像素子が有効画素と無効画素の撮像信号を出力するタイミングにあわせて補正信号のレベルを変えることとしている。
【００３８】
この場合に用いられる補正信号生成回路６の例を図１１に示す。図示の補正信号生成回路６は、有効部分抽出部６０１と、平均算出部６０２と、減算部６０３と、加算部６０４と、補正値メモリ６０５と、無効部分抽出部６１１と、平均算出部６１２と、減算部６１３と、加算部６１４と、補正値メモリ６１５と、連結部６２１とを有する。
有効部分抽出部６０１、平均算出部６０２、減算部６０３、加算部６０４、及び補正値メモリ６０５は、図６に示したものと同様のものである。
【００３９】
無効部分抽出部６１１、平均算出部６１２、減算部６１３、加算部６１４、及び補正値メモリ６１５は、それぞれ有効部分抽出部６０１、平均算出部６０２、減算部６０３、加算部６０４、及び補正値メモリ６０５と同様のものであるが、無効部分抽出部６１１は、無効画素についての差分信号を抽出し、平均算出部６１２、減算部６１３、加算部６１４、及び補正値メモリ６１５は、それぞれ、平均算出部６０２、減算部６０３、加算部６０４、及び補正値メモリ６０５が有効画素に対して行なうのと同じ処理を無効画素に対して行なう。
【００４０】
無効部分抽出部６１１の出力は符号「ＳＤ＿Ｄ」で表され、平均算出部６１２の出力は符号「ＡＶＥ＿Ｄ」で表され、減算部６１３の出力は符号「ＤＩＦＦ＿Ｄ」で表され、加算部６１４から出力される補正値メモリ６１５に記憶される補正値は符号「ＧＤ＿Ｄ」で表されている。一方、有効部分抽出部６０１の出力は符号「ＳＤ＿Ｅ」で表され、平均算出部６０２の出力は符号「ＡＶＥ＿Ｅ」で表され、減算部６０３の出力は符号「ＤＩＦＦ＿Ｅ」で表され、加算部６０４から出力される補正値メモリ６０５に記憶される補正値は符号「ＧＤ＿Ｅ」で表されている。
【００４１】
補正値メモリ６０５は、有効画素部分についての一つの（共通の）補正値ＧＤ＿Ｅを記憶し、撮像素子１のそれぞれの有効画素からの撮像信号ＩＮの出力に同期して、同じ補正値ＧＤ＿Ｅを表す信号が繰り返し読み出されて出力され、一方加算部６０４における差分信号ＤＩＦＦ＿Ｅとの加算のために、１フレーム期間に一度、補正値ＧＤ＿Ｅを表す信号が、加算部６０４に供給される。
補正値メモリ６１５は、無効画素部分についての一つの（共通の）補正値ＧＤ＿Ｄを記憶し、撮像素子１のそれぞれの無効画素からの撮像信号ＩＮの出力に同期して、同じ補正値ＧＤ＿Ｄを表す信号が繰り返し読み出されて出力され、一方加算部６１４における差分信号ＤＦＦ＿Ｄとの加算のために、１フレーム期間に一度、補正値ＧＤ＿Ｄを表す信号が、加算部６１４に供給される。
【００４２】
連結部６２１は、加算部６０４から出力される有効画素部分についての補正信号ＧＤ＿Ｅと無効画素部分についての補正信号ＧＤ＿Ｄとを連結して、フレーム全体について補正信号ＧＤとして出力する。この補正信号ＧＤは、有効画素部分と無効画素部分とで異なる値を持つものとなる。
【００４３】
なお、上記の例では、補正値メモリ６０５が有効画素部分についての１つの補正値ＧＤ＿Ｅを記憶し、撮像素子１のそれぞれの有効画素からの撮像信号ＩＮの出力に同期して同じ補正値ＧＤ＿Ｅが繰り返し読み出され、同様に補正値メモリ６１５が無効画素部分についての１つの補正値ＧＤ＿Ｄを記憶し、撮像素子１のそれぞれの無効画素からの撮像信号ＩＮの出力に同期して同じ補正値ＧＤ＿Ｄが繰り返し読み出され、連結部６２１で補正値ＧＤ＿Ｅ、ＧＤ＿Ｄを示す信号が連結されるものとしているが、補正値メモリ６０５及び６１５を単一のフレームメモリで構成し、それぞれの画素のための補正値を記憶することとしても良い。この場合には、加算部６０４における加算により算出された補正値ＧＤ＿Ｅが、フレームメモリ内のそれぞれの有効画素のための記憶アドレスに書き込まれ、加算部６１４における加算により算出された補正値ＧＤ＿Ｄが、フレームメモリ内のそれぞれの無効画素のための記憶アドレスに書き込まれる。Ｄ／Ａ変換器９への出力に際しては、フレームメモリの記憶内容を順に読み出せば良く、別個の連結部が不要となる。言い換えると、フレームメモリが連結部の役割をも果たすことになる。
【００４４】
このような補正信号生成回路６を備える場合の撮像信号ＩＮと補正信号ＧＡと差分信号ＳＡの関係を図１２（ａ）〜（ｄ）及び図１３（ａ）〜（ｄ）に示す。図１２（ａ）〜（ｄ）、図１３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）に対応する。図１２（ａ）〜（ｄ）、図１３（ａ）〜（ｄ）の動作は、図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）と同じである。但し、撮像信号ＩＮ（０）が、図１２（ａ）に示すように、２．０Ｖより小さい値の範囲（約１．０〜２．０Ｖの範囲）ものであり、補正信号の初期値ＧＤ（０）が中央値の１／２である「６３」に設定され、それに対応するアナログ信号ＧＡ（０）は、図１２（ｂ）に示すように、０．５Ｖ程度にされている。その結果、フレームカウント０における差分信号ＳＡ（０）は、図１２（ｃ）に示すように、約０．５〜１．５Ｖの範囲の値を取り、その平均値が約１．０Ｖである。
【００４５】
図１２（ｄ）に示すように、有効画素の部分の平均値ＡＶＥ＿Ｅ（０）と無効画素の部分の平均値ＡＶＥ＿Ｄ（０）とを別々に（それぞれ平均算出部６０２、６１２で）求め、目標値ＡＶＥｔ（中央値に等しいものとしている）との差ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）、ＤＩＦＦ＿Ｄ（０）をそれぞれ減算部６０３、６１３で求め、これを補正信号の初期値ＧＤ＿Ｅ（０）、ＧＤ＿Ｄ（０）に加算部６０４、６１４で加算することで次のフレーム(フレームカウント１)のための、有効画素の部分のデジタル補正信号ＧＤ＿Ｅ（１）と、無効画素の部分のデジタル補正信号ＧＤ＿Ｄ（１）を求める。
【００４６】
有効画素の部分のデジタル補正信号ＧＤ＿Ｅ（１）と、無効画素の部分のデジタル補正信号ＧＤ＿Ｄ（１）を連結部６２１で連結することでデジタル補正信号ＧＤ（１）を得る。
このデジタル補正信号ＧＤ（１）をＤ／Ａ変換器９で変換することでアナログ補正信号ＧＡ（１）を得る。デジタル補正信号ＧＤ（１）は、有効画素部分と無効画素部分とで信号値が異なり、従ってアナログ補正信号ＧＡ（１）は、有効画素部分と無効画素部分とで信号値が異なる。図１３（ｂ）では、有効画素部分の補正信号がＧＡ＿Ｅ（１）で示され、無効画素部分の補正信号がＧＡ＿Ｄ（１）で示されている。
【００４７】
このような補正信号ＧＡ＿Ｅ（１）、ＧＡ＿Ｄ（１）を、図１３（ａ）に示す、次のフレームの撮像信号ＩＮ（１）から差引くことで得られる、図１３（ｃ）に示す差分信号ＳＡ（１）は、有効画素の部分と無効画素の部分とのレベル差が小さい（殆どない）ものとなり、有効画素の部分も無効画素の部分もＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジの中央値を中心とするものになっている。従って、Ａ／Ｄ変換の結果得られるデジタル差分信号ＳＤ（１）は、図１３（ｄ）に示すように、有効画素の部分も無効画素の部分もＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジの中心値を中心とするものとなっている。
【００４８】
次に温度変化などに対する対策について説明する。
初めにも述べたが、撮像信号補正手段４０は、シャッタ２が開いて被写体の撮像を行っている時には補正信号は変更しない。よって、シャッタ２を開放状態にして被写体の撮像を開始した直後は特に問題ないが、時間の経過と共に周辺温度の変化や自己発熱などにより、素子温度が変化することが考えられる。その結果、撮像素子の出力信号のレベルが徐々に変化し、Ａ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジを外れてしまう。このような事態を回避するためには、定期的に、あるいは差分信号の飽和や黒つぶれを検知した時に、補正信号の変更と固定パターンノイズＦＰＮの取得を実行する。
【００４９】
しかし、補正信号や固定パターンノイズＦＰＮを更新するためにはシャッタを閉じる必要があり、その間の映像が途切れてしまう。映像が途切れることが問題となる場合には、補正信号や固定パターンノイズＦＰＮの更新を行う代わりに、図１の実施の形態の補正信号生成回路６で、温度測定器１４の測定温度に応じて補正信号のレベルを調整しても良い。
具体的な補正信号の調整手順について説明する。
温度測定器１４は、撮像素子の内部、又はその周辺環境の温度を測定する。撮像素子の内部、又はその周辺環境の温度の各々において、一つの測定点の温度に限定されず、複数の測定点の温度の単純平均値を測定値としても良い。さらに、撮像素子の内部、又はその周辺環境の温度の双方を検出してそれらの加重平均値を測定値としても良い。
【００５０】
補正信号生成回路６は、例えば図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）を参照して説明した補正信号の決定の際に温度測定器１４による測定の結果得られた温度測定値Ｔ０を記憶しておく。そして、シャッタを開放して被写体を撮像する状態になったら、補正信号生成回路６は、その時点の温度測定値ＴＮと補正信号算出時の温度測定値Ｔ０との差から補正信号の調整量ΔＧを算出し、補正値メモリ６０５から出力される補正信号に加算し、加算結果を（調整された）補正信号ＧＤ（調整前の補正信号と同じ符号で表されている）として、Ｄ／Ａ変換器９に供給する。調整量ΔＧは式（１）により算出する。
ΔＧ＝（ＴＮ−Ｔ０）×Ｋａ      …（１）
Ｋａは、温度の変化量に対する撮像素子の出力信号のレベルの変化量を表す係数であり、予め測定し、補正信号生成回路６で記憶しておく。
以上の処理により、温度の変化に因らず安定した映像を途切れることなく得ることができる。
【００５１】
上記のような温度補償を行なう場合の補正信号生成回路６の一例を図１４に示す。図示の補正信号生成回路６は、図６に示すものと概して同じであるが、温度メモリ６２２、減算部６２３、調整量算出部６２４、及び調整部６２５が付加されている点で異なる。
温度メモリ６２２は、補正信号を決定したときの温度測定値Ｔ０を記憶する。
減算部６２３は、現在の温度測定値ＴＮから記憶されている温度測定値Ｔ０を減算する。
調整量算出部６２４は、温度測定値ＴＮと温度測定値Ｔ０の差から、式（１）により調整量ΔＧを求める。
調整部６２５は、調整量ΔＧを、補正値メモリ６０５から出力される補正信号ＧＤに加算することで調整された補正信号ＧＤを求める。
【００５２】
温度の代わりに、無効画素の信号レベルを利用しても良い。無効画素には赤外線に対する感度が無いため、シャッタを開放状態にしても遮蔽状態にしても信号レベルは変わらない。よって、図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したように補正信号を決定するときの無効画素の信号レベル（例えば、平均値）ＳＤ＿Ｄ０を記憶しておき、シャッタ開放時の無効画素の信号レベルＳＤ＿ＤＮとの差に応じて補正信号を調整すればよい。この場合には、調整量ΔＧは式（２）により算出する。
ΔＧ＝（ＳＤ＿ＤＮ−ＳＤ＿Ｄ０）×Ｋｂ      …（２）
Ｋｂは、無効画素の信号レベル変化量に対する撮像素子の出力信号のレベルの変化量を表す係数であり、予め測定し、補正信号生成回路６で記憶しておく。
【００５３】
上記のような温度補償を行なう場合の補正信号生成回路６の一例を図１５に示す。図示の補正信号生成回路６は、図１１に示すものと概して同じであるが、平均メモリ６３２、減算部６３３、調整量算出部６３４、及び調整部６３５が付加されている点で異なる。
平均メモリ６３２は、補正信号を決定したときの平均値ＡＶＥ＿Ｄを、補正信号決定時の信号レベルＳＤ＿Ｄ０として記憶する。
減算部６３３は、現在の処理中の撮像信号についての差分信号の、無効画素部分の平均ＡＶＥ＿Ｄを、信号レベルＳＤ＿ＤＮとして取得し、ＳＤ＿ＤＮから、記憶されている平均値ＳＤ＿Ｄ０を減算する。
調整量算出部６３４は、信号レベルＳＤ＿ＤＮと信号レベルＳＤ＿Ｄ０の差から、式（２）により調整量ΔＧを求める。
調整部６３５は、調整量ΔＧを、連結分６２１から出力される補正信号ＧＤに加算することで、調整された補正信号ＧＤ（調整前の補正信号と同じ符号で示す）を求める。
なお、温度測定器１４で測定された温度の変化に基づく補正信号の調整と、無効画素のデジタル差分信号の平均値の変化に基づく補正信号の調整を併せて行なっても良い。
【００５４】
実施の形態２．
図１６はこの発明の実施の形態２の赤外線撮像装置の構成を表すブロック図である。
図１と同じ符号は同様の部材を示す。図１６に示す装置には、図１の装置に対し、可変利得増幅回路１５と利得制御回路１６が加わっている点、及び補正信号生成回路６の代わりに補正信号生成回路１３が用いられている点で異なる。
可変利得増幅回路１５は、差分回路４の出力信号を所定の増幅率で増幅する。可変利得増幅回路の増幅率は、利得制御回路１６により設定される。以下の説明では、差分回路４の出力信号を符号「ＳＡａ」で表し、可変利得増幅回路１５の出力信号を符号「ＳＡｂ」で表す。
利得制御回路１６は、差分信号ＳＡｂの変化範囲（最低値から最高値までの範囲）がＡ／Ｄ変換器５の入力ダイナミックレンジのほぼ全体に及ぶように増幅率を設定する。
【００５５】
可変利得増幅回路１５で増幅された信号ＳＡｂは、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信号ＳＤｂに変換される。
補正信号生成回路１３は、図１の補正信号生成回路６と概して同じであるが、以下の点で異なる。即ち、補正信号生成回路１３は、増幅回路１５で増幅された差分信号ＳＡｂを用いて、増幅していない撮像信号ＩＮを補正する信号のレベルを算出することになるため、増幅率を考慮に入れて補正信号のレベルを設定する。
【００５６】
以下、具体的な手順を説明する。以下では、補正信号生成回路６として図１１に示すものが用いられているものとする。
まず初めにシャッタが閉じた状態で、撮像信号の有効画素部分、無効画素部分のそれぞれの平均値が目標値になるように補正信号のレベルを設定する。補正信号の設定が完了したら、利得制御回路１６は可変利得増幅回路１５の増幅率を決定する。その後、固定パターンノイズを取得し、シャッタを開放して撮像を開始する。撮像開始後、温度の変化や無効画素のレベルに変化が生じた場合、その変動量に応じて補正信号のレベルを補正する。補正信号の設定方法と固定パターンノイズの取得方法は実施の形態１に関して、図２、図１２（ａ）〜（ｄ）、図１３（ａ）〜（ｄ）などを参照して説明したとおりである。以下では、増幅率の決定方法と補正信号レベルの補正方法について更に詳しく説明する。
【００５７】
補正信号設定後の、撮像信号ＩＮと補正信号ＧＡと差分信号ＳＡａ、ＳＡｂとデジタル差分信号ＳＤｂは、図１７（ａ）〜（ｄ）、（ｆ）に示すとおりである。但し、図１７（ａ）及び（ｂ）は、図１３（ａ）及び（ｂ）と同じである。図１７（ｃ）は、増幅前のアナログ信号ＳＡａを示すものであり、この信号ＳＡａの値は図１３（ｃ）の信号ＳＡと同じである。図１７（ｄ）は、増幅後のアナログ信号ＳＡｂを示し、図１７（ｆ）は、アナログ信号ＳＡｂをデジタル変換することで得られるデジタル信号ＳＤｂを示す。
図１７（ｅ）は、アナログ信号ＳＡａに対応するデジタル信号（アナログ信号ＳＡａを仮にデジタル変換した場合に得られるデジタル信号）ＳＤａである（本実施の形態では、このようなデジタル信号ＳＤａは実際には生成されない）。
【００５８】
利得制御回路１６は、例えば、差分信号がその中央値を維持したまま、補正信号設定後のアナログ差分信号ＳＡｂの最大値ＡＭＸ又は最小値ＡＭＮがＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジ内に収まる範囲内で信号を増幅する。つまり、Ａ／Ｄ変換器８が８ビット信号を出力する場合、オフセットＯＦＳＴと増幅率ＧＡＩＮを以下の式（３）により求める。以下の説明で、ＭＡＸ、ＭＩＮはそれぞれ、アナログ信号ＳＡｂの最大値ＡＭＸ、ＡＭＮに対応するデジタル信号の値である。
ＯＦＳＴ＝１２７（中央値）                        …（３）
（１２７−ＭＩＮ）≧（ＭＡＸ−１２７）のとき
ＧＡＩＮ＝（１２７／（１２７−ＭＩＮ））×α    …（４ａ）
（１２７−ＭＩＮ）＜（ＭＡＸ−１２７）のとき
ＧＡＩＮ＝（１２７／（ＭＡＸ−１２７））×α    …（４ｂ）
ここで、αは０．０〜１．０の間の値であり、予め定められる。
【００５９】
上記の式（３）、式（４ａ）、式（４ｂ）を用いる代わりに、信号全体がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジ内に収まり、かつ、ダイナミックレンジのほぼ全体に及ぶようにするため、オフセットＯＦＳＴと増幅率ＧＡＩＮを以下により算出しても良い。αは０．０〜１．０の間の値であり、予め定められる。
ＯＦＳＴ＝（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）／２                  …（５）
ＧＡＩＮ＝（２５５／（ＭＡＸ−ＭＩＮ））×α        …（６）
【００６０】
可変利得増幅回路１５は利得制御回路１６で算出したオフセットＯＦＳＴと増幅率ＧＡＩＮを用いて、差分信号ＳＡａを増幅して増幅後の差分信号ＳＡｂを取得する。
ＳＡｂ（ｎ）＝（ＳＡａ（ｎ）−ＯＦＳＴ）×ＧＡＩＮ            …（７）
【００６１】
例えば、図１７(ｃ)、（ｅ）に示すように、差分信号ＳＡａの最大値、最小値に対応するデジタル信号ＳＤａの最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮをそれぞれ、「１７５」、「８０」とする。αを０．９として、式（３）、式（４ａ）、式（４ｂ）によりオフセットとゲインを算出するとそれぞれ以下の値になる。
ＯＦＳＴ＝１２７                                            …（８）
ＧＡＩＮ＝（１２７／（２０７−１２７））×０．９≒１．４    …（９）
ここでは、α＝０．９として増幅率を低めに設定した。これは、差分信号が多少増減しても０〜２５５を外れないよう余裕を持たせるためである。増幅後の差分信号ＳＡｂ、ＳＤｂは、図１７(ｄ)、（ｆ）に示すごとくとなる。
【００６２】
次に、補正信号のレベルの補正方法について説明する。補正信号を設定し、増幅率を決定し、固定パターンノイズを取得したら、シャッタを開放状態にして撮像を開始する。撮像開始前には、そのときのセンサ内部の温度Ｔ０や無効画素の信号レベルＳＤ＿Ｄ０を保存しておく。撮像中に温度や無効画素の信号レベルが変化したら、その変化量に応じて補正信号のレベルを変更する。温度が変化した時の補正手順は実施の形態１と同様であるが、無効画素の信号レベルが変化したときの調整量ΔＧの算出時には増幅率を考慮する必要がある。式（１０）に調整量ΔＧの算出式を示す。
ΔＧ＝（ＳＤ＿ＤＮ−ＳＤ＿Ｄ０）×Ｋｂ
×（ＧＡＩＮ＿ｂ／ＧＡＩＮ＿Ｎ）      …（１０）
ここで、ＧＡＩＮ＿ｂは係数算出時の増幅率、ＧＡＩＮ＿Ｎは現在の増幅率である。
【００６３】
以上のように増幅回路を組み合わせることで、Ａ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジを更に有効に活用することができる。
【００６４】
実施の形態３．
図１８はこの発明の実施の形態３の赤外線撮像装置の構成を表すブロック図である。
レンズ１、シャッタ２、撮像素子３、Ａ／Ｄ変換器５、シャッタ制御回路１０、タイミング生成回路１１、温度測定器１４、固定パターンノイズ除去回路１２、固定パターンノイズ取得手段５０、可変利得増幅回路１５、及び利得制御回路１６は図１６と同じものである。これらは実施の形態１及び２に関して図１及び図１６を参照して説明したのと同様に動作して同様な効果を示すものであるので、その説明を省略する。
【００６５】
実施の形態１及び２では、撮像信号補正手段４０の中の補正信号生成回路は１系統のみの出力であったが、図１８の補正信号生成回路１７では第１のデジタル補正信号ＧＤ１と第２のデジタル補正信号ＧＤ２を生成する。更に、２系統の出力に対応した第１のＤ／Ａ変換器１８及び第２のＤ／Ａ変換器１９を備え、それぞれによりＤ／Ａ変換の結果を結合、例えば加算する結合器２０が増設されている点が異なる。
【００６６】
補正信号生成回路１７は、例えば、図１９に示すように、有効部分処理部６２０、無効部分処理部６３０、連結部６２１、及び連結部６３１を備える。
有効部分処理部６２０は、図２０に示すように、有効部分抽出部６０１と、平均算出部６０２と、減算部６０３と、加算部６０４と、補正値メモリ６０５と、加減算部６０７と、補正値メモリ６４５と、加減算部６４７と、判定部６４８とを有する。
【００６７】
無効部分処理部６３０は、図２１に示すように、無効部分抽出部６１１と、平均算出部６１２と、減算部６１３と、加算部６１４と、補正値メモリ６１５と、加減算部６１７と、補正値メモリ６５５と、加減算部６５７と、判定部６５８とを有する。
【００６８】
図２０の有効部分抽出部６０１、平均算出部６０２、減算部６０３、加算部６０４、及び補正値メモリ６０５、並びに図２１の無効部分抽出部６１１、平均算出部６１２、減算部６１３、加算部６１４、及び補正値メモリ６１５は、図１１に示したものと同様のものである。
但し、補正値メモリ６０５に記憶されている補正信号は符号「ＧＤ２＿Ｅ」で表され、補正値メモリ６１５に記憶されている補正信号は符号「ＧＤ２＿Ｄ」で表されている。
【００６９】
図２０の補正値メモリ６４５は、補正信号ＧＤ１＿Ｅを記憶している。補正信号ＧＤ１＿Ｅの初期値は例えば信号レベルの中央値である「１２７」とされ、その後以下のように更新される。
加減算部６４７は、補正値メモリ６４５から読み出された補正信号ＧＤ１＿Ｅに対し、第１の所定値、例えば「３２」の加算、または減算を行った結果を出力し、または補正信号ＧＤ１＿Ｅをそのまま出力する。加減算部６４７の出力は、補正値メモリ６４５に書き込まれ、これにより、補正値メモリ６４５の記憶内容が更新される。
【００７０】
加減算部６０７は、補正値メモリ６０５から読み出された補正信号ＧＤ２＿Ｅに対し、第２の所定値、例えば「２５６」の加算、または減算を行った結果を出力し、または補正信号ＧＤ２＿Ｅをそのまま出力する。
第２の所定値「２５６」は、第１の所定値「３２」の８倍（２３倍）の値である。
【００７１】
判定部６４８は、加算部６０４の加算結果に基づいて、加減算部６０７及び６４７を制御する。すなわち、加算部６０４における加算の結果が負となる場合には、加減算部６０７に、「２５６」の加算を行わせるとともに、加減算部６４７に「３２」の減算を行わせる。加算部６０４における加算の結果が「２５５」を超える場合には、加減算部６０７に、「２５６」の減算を行わせるとともに、加減算部６４７に「３２」の加算を行わせる。
後述のように、第１のＤ／Ａ変換器１８の出力レンジは、第２のＤ／Ａ変換器１９の出力レンジの８倍であり、従って、加減算部６０７で「２５６」を加算するとともに、加減算部６４７で「３２」を減算すれば、これらのデジタル信号に対応する、同じ値のアナログ信号の加算及び減算を同時に行っていることになる。同様に、加減算部６０７で「２５６」を減算するとともに、加減算部６４７で「３２」を加算すれば、これらのデジタル信号に対応する、同じ値のアナログ信号の加算及び減算を同時に行っていることになる。
【００７２】
図２１の無効部分処理部６３０の無効部分抽出部６１１、平均算出部６１２、減算部６１３、加算部６１４、補正値メモリ６１５、加減算部６１７、補正値メモリ６５５、加減算部６５７、及び判定部６５８は、それぞれ、図２０の有効部分処理部６２０の、有効部分抽出部６０１、平均算出部６０２、減算部６０３、加算部６０４、補正値メモリ６０５、加減算部６０７、補正値メモリ６４５、加減算部６４７、及び判定部６４８と同様の処理を行う。但し、無効部分抽出部６１１は、差分信号ＳＤの無効画素部分を抽出し、無効部分処理部６３０は、無効画素部分に対して処理を行う。
但し、補正値メモリ６０５に記憶されている補正信号は符号「ＧＤ１＿Ｅ」で表され、補正値メモリ６５５に記憶されている補正信号は符号「ＧＤ１＿Ｄ」で表されている。
【００７３】
図２０の有効部分処理部６２０のうちの補正信号ＧＤ１＿Ｅの生成に関与する部分と、図２１の無効部分処理部６３０のうちの補正信号ＧＤ１＿Ｄの生成に関与する部分と、図１９の連結部６２１とで、第１の補正信号ＧＤ１を生成する回路部分が形成され、図２０の有効部分処理部６２０のうちの補正信号ＧＤ２＿Ｅの生成に関与する部分と、図２１の無効部分処理部６３０のうちの補正信号ＧＤ２＿Ｄの生成に関与する部分と、図１９の連結部６３１とで、第２の補正信号ＧＤ２を生成する回路部分が形成されている。
【００７４】
図１８において、図２０の第１のデジタル補正信号ＧＤ１を生成する第１の回路部分と、該第１のデジタル補正信号ＧＤ１を受けて、アナログ変換する第１のＤ／Ａ変換器１８とで第１の系が構成されており、図２０の第２のデジタル補正信号ＧＤ２を生成する第２の回路部分と、該第２のデジタル補正信号ＧＤ２を受けて、アナログ変換する第２のＤ／Ａ変換器１８とで第２の系が構成されている。
【００７５】
第１の系と、第２の系はともに、実施の形態２の補正信号生成回路６及びＤ／Ａ変換器９から成る系と同様の機能を有する。ただし、第１の系はレンジが広く分解能の粗い補正信号（最下位ビットの「１」に対応するアナログ信号の幅（ステップ幅）が大きい）ＧＡ１を生成し、第２の系はレンジが狭く分解能の高い補正信号（最下位ビットの「１」に対応するアナログ信号の幅（ステップ幅）が小さい）ＧＡ２を生成する点が異なる。
このような構成を採用することで、本実施の形態によれば、より広範囲に、高い精度で撮像信号を補正することができる。
【００７６】
例えば、撮像素子からの出力信号である撮像信号ＩＮが図２２（ａ）、（ｂ）に示すように温度変化により２．０Ｖドリフトする場合（図２２（ａ）は、ある温度Ｔａにおける撮像信号、図２２（ｂ）は、上記の温度Ｔａよりも高い温度Ｔｂにおける撮像信号を表す）、有効画素と無効画素からの出力を同時にＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジ内に収めるためには、ドリフト量２．０Ｖと有効画素と無効画素の出力レベルの差２．０Ｖをあわせた４．０Ｖの補正能力を補正信号が持っていなければならない（即ち、４．０Ｖの範囲に及ぶ信号を補正して、補正後の値がＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジ内の値になるようにするため、補正信号が広い範囲にわたる値を取ることができ、かつ最下位ビットの「１」に対応するアナログ信号の幅が十分に小さくなければならない）。このような場合、ダイナミックレンジを広く設定した分解能の高いＤ／Ａ変換器を用いれば、精度を落とすことなく広い範囲で撮像信号を補正することができる。しかし実際には、分解能の高いＤ／Ａ変換器は高価で現実的でない。
【００７７】
そこで、図１８に示すように、複数の低分解能のＤ／Ａ変換器１８、１９を用いて生成した補正信号を結合、例えば加算して用いることで、補正精度を維持しながら、高分解能のＤ／Ａ変換器を用いる場合よりも安価に、広範囲にわたって撮像信号を補正できる。
【００７８】
以下、図２３（ａ）〜図２８（ｂ）を用いて、補正信号の生成、収束の過程を具体的に説明する。ここでは、Ａ／Ｄ変換器５とＤ／Ａ変換器１８、１９の分解能は全て８ビットとし、
Ａ／Ｄ変換器５の入力信号のレンジは０．０〜１．０Ｖ、第１のＤ／Ａ変換器１８の出力信号のレンジは０．０〜８．０Ｖ、第２のＤ／Ａ変換器１９の出力信号のレンジはＡ／Ｄ変換器５と同じ０．０〜１．０Ｖとする。
このように、第１のＤ／Ａ変換器１８の出力レンジは、第２のＤ／Ａ変換器１９の出力レンジの８倍である。
また、簡単のために可変利得増幅回路１５は動作させない場合について説明するが、動作させる場合には、実施の形態２に関して述べたように、増幅率を考慮に入れて、必要に応じて補正信号を減衰させればよい。撮像信号のレベルは、有効画素部分が４．０Ｖ前後(例えば４．０±１．０Ｖ程度)、無効画素部分が５．５Ｖ前後(例えば５．５±０．５Ｖ程度)である。目標値ＡＶＥｔは中央値「１２７」とする。
【００７９】
図２３（ａ）〜（ｄ）及び図２４（ａ）、（ｂ）はフレームカウント０における処理、図２５（ａ）〜（ｄ）及び図２６（ａ）、（ｂ）はフレームカウント１における処理、図２７（ａ）〜（ｄ）及び図２８（ａ）、（ｂ）はフレームカウント２における処理を示す。ここで「フレームカウント」は、フレームの相対的な番号を意味する。
【００８０】
図２３（ａ）、図２５（ａ）及び図２７（ａ）は、第１のアナログ補正信号ＧＡを示し、縦軸上の信号レベルは０．０〜８．０Ｖである。図２３（ｂ）、図２５（ｂ）及び図２７（ｂ）は、第２のアナログ補正信号ＧＡ２を示し、縦軸上の信号レベルは、０．０〜１．０Ｖである。図２３（ｄ）、図２５（ｄ）及び図２７（ｄ）は、結合（加算）後のアナログ補正信号ＧＡを示し、縦軸上の信号レベルは、０．０〜８．０Ｖである。
図２３（ａ）、（ｂ）、図２５（ａ）、（ｂ）、図２７（ａ）、（ｂ）の縦軸には、アナログ変換前のデジタル補正信号ＧＤ１、ＧＤ２の信号値が括弧内に示されている。図２３（ｄ）、図２５（ｄ）、図２７（ｄ）の縦軸には、アナログ補正信号ＧＡに対応するデジタル信号の値が括弧内に示されている。従って、図２３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、図２５（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、図２７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）は、デジタル補正信号の大きさをも示すものでもある。
【００８１】
図２３（ｃ）、図２５（ｃ）及び図２７（ｃ）は、撮像信号ＩＮを示し、縦軸上の信号レベルは、０．０〜６．０Ｖである。図２４（ａ）、図２６（ａ）及び図２８（ａ）は、差分信号ＳＡを示し、縦軸上の信号レベルは、０．０〜４．０Ｖである。図２４（ｂ）、図２６（ｂ）及び図２８（ｂ）は、デジタル差分信号ＳＤを示し、縦軸上の信号値は、０〜２５５であり、対応するアナログ信号の電圧値が括弧内に示してある。図２４（ｂ）、図２６（ｂ）及び図２８（ｂ）にはさらに、差分信号ＳＤの有効画素部分及び無効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｅ、ＡＶＥ＿Ｄが示され、さらに平均値ＡＶＥ＿Ｅと目標値ＡＶＥｔとの差ＤＩＦＦ＿Ｅが示されている。
【００８２】
まず、フレームカウント０で、補正信号生成回路１７は、第１のデジタル補正信号ＧＤ１（０）、第２のデジタル補正信号ＧＤ２（０）の初期設定値を出力する。ここで初期値はそれぞれ信号レベルの中央値である「１２７」とする。
デジタル補正信号ＧＤ１（０）とＧＤ２（０）は、それぞれ第１のＤ／Ａ変換器１８と第２のＤ／Ａ変換器１９で、図２３（ａ）、（ｂ）に示すアナログ信号ＧＡ１（０）＝４．０Ｖ、（ＧＡ２（０）＝０．５Ｖに変換される。
【００８３】
アナログ変換して得られる第１の補正信号ＧＡ１（０）と第２の補正信号ＧＡ２（０）は結合器２０で加算される。第１の補正信号ＧＡ１（０）と第２の補正信号ＧＡ２（０）を加算して得られる、図２３（ｄ）に示す補正信号ＧＡ（０）は４．５Ｖである。
【００８４】
差分回路４では、図２３（ｃ）に示す撮像信号ＩＮ（０）と図２３（ｄ）に示す補正信号ＧＡ（０）の差をとり、図２４（ａ）に示す差分信号ＳＡ（０）を得る。差分信号ＳＡ（０）の有効画素部分の信号レベルは大部分の画素位置で０．０Ｖよりも小さくなり、無効画素部分の信号レベルは１．０Ｖ前後の値になる。差分信号ＳＡ（０）をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器５のダイナミックレンジは０．０〜１．０Ｖなので、デジタル変換して得られる、図２４（ｂ）に示すデジタル差分信号ＳＤ（０）の有効画素部分の信号レベルは、大部分の画素位置で０となる。また、無効画素部分では、信号値が「２５５」となる画素と、「２５５」より小さい信号値となる画素とがある。
【００８５】
補正信号生成回路１７は、デジタル差分信号ＳＤ（０）の信号レベルから、有効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｅ（０）と無効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｄ（０）を、有効部分処理部６２０及び無効部分処理部６３０の平均算出部６０２、６１２で算出し、目標値ＡＶＥｔである中央値１２７との差ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）、ＤＩＦＦ＿Ｄ（０）を減算部６０３、６１３で得る。この演算は、下式で表される。
ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）＝ＡＶＥ＿Ｅ（０）−ＡＶＥｔ＝ＡＶＥ＿Ｅ（０）−１２７
ＤＩＦＦ＿Ｄ（０）＝ＡＶＥ＿Ｄ（０）−ＡＶＥｔ＝ＡＶＥ＿Ｄ（０）−１２７
【００８６】
この演算の結果ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）、ＤＩＦＦ＿Ｄ（０）を、補正値メモリ６０５、６１５に記憶されているフレームカウント０のためのデジタル補正信号ＧＤ２＿Ｅ（０）、ＧＤ２＿Ｄ（０）に、加算部６０４、６１４で加算し、次のフレーム（フレームカウント１のため）の第２のデジタル補正信号ＧＤ２＿Ｅ（１）、ＧＤ２＿Ｄ（１）を得る。
ＤＩＦＦ＿Ｅ（０）は補正値メモリ６０５に記憶されている補正信号の有効画素に相当する部分に加算部６０４で加算され、ＤＩＦＦ＿Ｄ（０）は補正値メモリ６１５に記憶されている補正信号の無効画素に相当する部分に加算部６１４で加算される。
この加算の結果は、補正値メモリ６０５、６１５に保持された後、次のフレーム（フレームカウント１）で、連結部６３１により、連結される。
【００８７】
その連結により得られるデジタル補正信号ＧＤ２（１）及びこれをＡ／Ｄ変換することで得られるアナログ補正信号ＧＡ２（１）が図２５（ｂ）に示されている。図示のように、有効画素部分の第２のデジタル補正信号ＧＤ２＿Ｅ（１）のレベルは「０」になり、無効画素部分の第２のデジタル補正信号ＧＤ２＿Ｄ（１）のレベルは初期値「１２７」よりやや高い値になる。
【００８８】
上記の処理の間、第１のデジタル補正信号ＧＤ１（１）は前のフレームと同じ値に保たれており、従って、第１のアナログ補正信号ＧＡ（１）も前のフレームと同じ値に保たれている（図２５（ａ））。
【００８９】
フレームカウント１でもフレームカウント０と同様、図２５(ａ)に示す第１のアナログ補正信号ＧＡ（１）と、図２５(ｂ)に示す第２のアナログ補正信号ＧＡ２（１）とを加算し、加算により得られる、図２５(ｄ)に示す補正信号ＧＡ（１）を、図２５(ｃ)に示す撮像信号ＩＮ（１）から差引く。その結果、図２６（ａ）に示すように、差分信号ＳＡ（１）の有効画素部分ＳＡ＿Ｅ（１）は、およそ半分の画素で信号レベルが０．０Ｖ以上の値になるが、残りのおよそ半分の画素で信号レベルが０．０Ｖを下回る。そのため、図２６（ｂ）に示すように、デジタル差分信号ＳＤ（１）の有効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｅ（１）は依然として中央値よりも低い値(図示の例では０．０Ｖと０．５Ｖの間の、０．２Ｖ程度のレベルに相当するデジタル値)になる。一方、差分信号ＳＡ（１）の無効画素部分ＳＡ＿Ｄ（１）では信号レベルがほぼ０．５Ｖ前後になっているので、デジタル差分信号ＳＤ（１）の無効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｄ（１）は目標値である中央値の「１２７」と略等しくなる。
【００９０】
目標値としての中央値ＡＶＥｔと平均値ＡＶＥ＿Ｅ（１）、ＡＶＥ＿Ｄ（１）との差ＤＩＦＦ＿Ｅ（１）、ＤＩＦＦ＿Ｄ（１）を減算部６０３、６１３で求めて、補正値メモリ６０５、６１５に記憶されている第２のデジタル補正信号ＧＤ２＿Ｅ（１）、ＧＤ２＿Ｄ（１）に加算部６０４、６１４で加算する。
【００９１】
しかし、ＤＩＦＦ＿Ｅ（１）（−０．３Ｖ程度）に相当するデジタル値をＧＤ２＿Ｅ（１）（０Ｖに相当するデジタル値である「０」）に加算すると負の値になる。その場合には、そのことを判定部６４８で検出して、判定部６４８による検出結果に基づいて加減算部６０７、６４７を制御し、加減算部６０７で第２のデジタル補正信号ＧＤ２＿Ｅ（１）に第２の所定値「２５６」を加算してから、加算部６０４で、ＤＩＦＦ＿Ｅ（１）に加算する。同時に、加減算部６４７で第1のデジタル補正信号ＧＤ１＿Ｅ（１）から、第1の所定値「３２」を差し引く。
【００９２】
逆に、例えば、ＤＩＦＦ＿Ｄ（１）を（ＧＤ２＿Ｄ（１）に加算すると「２５５」を超える値になる場合には、そのことを判定部６５８で検出して、判定部６５８による検出結果に基づいて加減算部６１７、６５７を制御し、加減算部６１７で第２のデジタル補正信号ＧＤ２＿Ｄ（１）から第２の所定値「２５５」を減算してから、加算部６１４でＤＩＦＦ＿Ｄ（１）に加算する。同時に、加減算部６５７で第1のデジタル補正信号ＧＤ１＿Ｄ（１）に第１の所定値「３２」を加算する。
図示の例では、ＡＶＥ＿Ｄ（１）は目標値である中央値ＡＶＥｔと一致しているためＤＩＦＦ＿Ｄ（１）＝０となり、第1のデジタル補正信号ＧＤ１＿Ｄ（１）には０が加算される。
【００９３】
加算部６０４、６１４における加算結果及び加減算部６４７、６５７における加減算結果はそれぞれ補正値メモリ６０５、６１５、６４５、６５５に保持され、次のフレームカウント（フレームカウント２）で、連結部６２１、６３１で連結されて、デジタル補正信号ＧＤ１（１）、ＧＤ２（１）となる。
この連結により得られるデジタル補正信号ＧＤ１（１）及びこれをＡ／Ｄ変換することで得られるアナログ補正信号ＧＡ１（２）が図２７（ａ）に示され、デジタル補正信号ＧＤ２（１）及びこれをＡ／Ｄ変換することで得られるアナログ補正信号ＧＡ２（２）が図２７（ｂ）に示されている。
【００９４】
図２７（ａ）に示すように、第１の補正信号ＧＡ１（２）は、無効画素部分では、中央値「１２７」に相当する４．０Ｖとなっており、有効画素部分では、中央値「１２７」から「３２」を引いた「９５」に相当する電圧値になっている。一方、図２７（ｂ）に示すように、第２の補正信号ＧＡ２（２）は、無効画素部分では、図２５（ｂ）と同じ値を維持しており、有効画素部分では、中央値「１２７」よりも若干大きい値に相当する値になっている。
【００９５】
フレームカウント２では、図２７（ａ）及び（ｂ）に示す補正信号ＧＡ１（２）及びＧＡ２（２）を用いて、フレームカウント１と同様の処理を繰り返す。その結果、図２８（ｂ）に示すように、デジタル差分信号ＳＤ（２）の有効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｅ（２）も無効画素部分の平均値ＡＶＥ＿Ｄ（２）も目標値ＡＶＥｔである中央値１２７と略等しくなる。
【００９６】
補正信号の生成はここで終了し、このときの補正信号レベル（ＧＤ１＿Ｅ、ＧＤ１＿Ｄ、ＧＤ２＿Ｅ、ＧＤ２＿Ｄ）を補正値メモリ６０５、６１５、６４５、６５５に保持する。その後補正値メモリ６０５、６１５、６４５、６５５に保持されている補正信号が出力され、実施の形態１について説明したのと同様の固定パターンノイズＦＰＮの取得が行われる。固定パターンの取得が完了したら、シャッタ２を開放して撮像を開始する。撮像中も、補正値メモリ６０５、６１５、６４５、６５５から補正信号が読み出され、補正に用いられる。
【００９７】
以上、第１のデジタル補正信号と第２のデジタル補正信号を同時に算出する手順について説明したが、デジタル差分信号ＳＤの平均値がＡ／Ｄ変換器のレンジ内に入るまでは第１のデジタル補正信号ＧＤ１のみ増減し、レンジ内に入ったところで第２のデジタル補正信号ＧＤ２を変更するようにしても良い。
【００９８】
例えば、図２９、図３０に示すように、係数乗算部６４９、６５９を設け、係数乗算部６４９、６５９でＤＩＦＦ＿Ｅ、ＤＩＦＦ＿Ｄを８分の１を掛け、判定部６４８、６５８で係数乗算部６４９、６５９の出力が−１６から＋１６の間の値か否かを判定し、そうでない場合には、補正値メモリ６４５、６５５の値に「３２」を加減算する。「３２」の加減算は、各フレームカウントにおいて１回だけ行われ、係数乗算部６４９、６５９の出力が−１６から＋１６の間の値になるまで繰り返される。係数乗算部６４９、６５９の出力が−１６から＋１６の間の値になったら、次のフレームカウントから補正値メモリ６０５、６１５の更新（補正値の決定処理）に移る。図２０、図２１の加減算部６０７、６１７は除去されており、補正値メモリ６０５、６１５の更新時には、ＤＩＦＦ＿Ｅ、ＤＩＦＦ＿Ｄがそのまま補正値メモリ６０５、６１５の値に加算される。
【００９９】
また、実施の形態３についても、実施の形態１について説明したのと同様に、温度測定器１４で測定された温度の変換に基づく補正信号の調整を行なっても良く、無効画素のデジタル差分信号の平均値の変化に基づく補正信号の調整を行なっても良く、これらを併せて行なっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】この発明の実施の形態１の赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】固定パターンノイズＦＰＮを取得するための処理手順を示すタイミングチャートである。
【図３】垂直期間ごとの撮像信号を示す概略図である。
【図４】水平期間ごとの撮像信号を示す概略図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、異なる温度における撮像信号の値を示す図である。
【図６】図１の補正信号生成回路６の一例を示すブロック図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は、補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図１１】図１の補正信号生成回路６の他の例を示すブロック図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図１４】図１の補正信号生成回路６のさらに他の例を示すブロック図である。
【図１５】図１の補正信号生成回路６のさらに他の例を示すブロック図である。
【図１６】この発明の実施の形態２の赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態２における、補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態３の赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】図１８の補正信号生成回路１７の一例を示すブロック図である。
【図２０】図１９の有効部分処理部６２０の一例を示すブロック図である。
【図２１】図１９の無効部分処理部６３０の一例を示すブロック図である。
【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、異なる温度における撮像信号の値を示す図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態３の装置による補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図２４】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３の装置による補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図２５】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態３の装置による補正信号の取得方法（補正値の決定方法）の一例を説明するための模式図である。
【図２６】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３の装置による補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図２７】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態３の装置による補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図２８】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３の装置による補正信号の取得（補正値の決定）の過程における各部の信号値を示す図である。
【図２９】図１９の有効部分処理部６２０の他の例を示すブロック図である。
【図３０】図１９の無効部分処理部６３０の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  レンズ、  ２  シャッタ、  ３  撮像素子、  ４  差分回路、  ５  Ａ／Ｄ変換器、  ９  Ｄ／Ａ変換器、  １０  シャッタ制御回路、  １１  タイミング生成回路、  １２  固定パターンノイズ除去回路、  ６  補正信号生成回路、  １３  補正信号生成回路、  １４  温度測定器、  １５  可変利得増幅回路、  １６  利得制御回路、  １７  補正信号生成回路、  １８  第１のＤ／Ａ変換器、  １９  第２のＤ／Ａ変換器、  ２０  結合器、  ４０  撮像信号補正手段、  ５０  固定パターンノイズ取得手段、  ５１  ＦＰＮメモリ、  ５２  更新回路、  ５３  加算回路、  ５４  除算回路。
【図１】
2010130285.tif 000003
【図２】
2010130285.tif 000004
【図３】
2010130285.tif 000005
【図４】
2010130285.tif 000006
【図５】
2010130285.tif 000007
【図６】
2010130285.tif 000008
【図７】
2010130285.tif 000009
【図８】
2010130285.tif 000010
【図９】
2010130285.tif 000011
【図１０】
2010130285.tif 000012
【図１１】
2010130285.tif 000013
【図１２】
2010130285.tif 000014
【図１３】
2010130285.tif 000015
【図１４】
2010130285.tif 000016
【図１５】
2010130285.tif 000017
【図１６】
2010130285.tif 000018
【図１７】
2010130285.tif 000019
【図１８】
2010130285.tif 000020
【図１９】
2010130285.tif 000021
【図２０】
2010130285.tif 000022
【図２１】
2010130285.tif 000023
【図２２】
2010130285.tif 000024
【図２３】
2010130285.tif 000025
【図２４】
2010130285.tif 000026
【図２５】
2010130285.tif 000027
【図２６】
2010130285.tif 000028
【図２７】
2010130285.tif 000029
【図２８】
2010130285.tif 000030
【図２９】
2010130285.tif 000031
【図３０】
2010130285.tif 000032