(57)【要約】赤外線撮像装置及び固定パターンノイズデータの更新方法において、シャッタ機構を必要とせず、かつ観測視野内の全方向からの光が赤外線検出器の検出面に均一に入射しない場合であっても、固定パターンノイズデータの取得を可能とする。このために、信号成分量計算部（５２）は、処理の対象の各検出器素子について、各検出器素子により検出された複数回の赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出し、算出した分散又は標準偏差に基づいて、赤外線の検出信号に含まれる赤外線検出器に入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出する。固定パターンノイズ算出部（５３）は、赤外線の検出信号と算出された信号成分の量とに基づいて固定パターンノイズ成分の量を算出する。データ更新部（５４）は、算出された固定パターンノイズ成分の量で、固定パターンノイズデータを更新する。
2016185701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した赤外線を検出する複数の検出器素子を含む赤外線検出器と、
前記複数の検出器素子により検出された赤外線の検出信号から固定パターンノイズデータを減算することにより、前記赤外線の検出信号から固定パターンノイズを除去するノイズ補正処理部と、
前記赤外線検出器により検出された複数回の赤外線の検出信号に基づいて、前記赤外線の検出信号に含まれる前記赤外線検出器に入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出する信号成分量計算部、前記赤外線の検出信号と前記算出された信号成分の量とに基づいて固定パターンノイズ成分の量を算出する固定パターンノイズ算出部、及び前記算出された固定パターンノイズ成分の量で前記固定パターンノイズデータを更新するデータ更新部とを含むノイズデータ更新処理部とを備え、
前記信号成分量計算部は、処理の対象の各検出器素子について、当該検出器素子により検出された複数回の前記赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出し、該算出した分散又は標準偏差に基づいて前記信号成分の量を算出することを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記固定パターンノイズ算出部は、前記赤外線の検出信号と前記算出された信号成分の量との差を、前記固定パターンノイズ成分の量として算出する請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記ノイズデータ更新処理部は、各検出器素子について、前記算出された固定パターンノイズ成分の量と更新前の固定パターンノイズデータとの差を計算し、該差が第１のしきい値以下であるか否かを判定する判定部を更に含み、
前記データ更新部は、前記差が第１のしきい値以下であると判定された検出器素子について、前記算出された固定パターンノイズ成分の量で前記固定パターンノイズデータを更新する請求項１又は２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記データ更新部は、前記差が第１のしきい値よりも大きいと判定された検出器素子については、前記固定パターンノイズデータの更新を行わない請求項３に記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記データ更新部は、ある領域について、当該領域における前記差が第１のしきい値を超える検出器素子の数の割合が第２のしきい値よりも高い場合は、当該領域に含まれる検出器素子について、前記固定パターンノイズデータの更新を行わない請求項３又は４に記載の赤外線撮像装置。
【請求項６】
温度を計測する温度計測部を更に備え、前記データ更新部は、前記温度計測部が計測する温度と前回の固定パターンノイズデータの更新時の温度との差が温度しきい値以上の場合に、前記固定パターンノイズデータの更新を行う請求項１から５何れか１項に記載の赤外線撮像装置。
【請求項７】
前記データ更新部は、周期的に繰り返し前記固定パターンノイズデータの更新を行う請求項１から６何れか１項に記載の赤外線撮像装置。
【請求項８】
結像位置の制御が可能な光学系と、
前記光学系の結像位置を制御する焦点位置制御部とを更に備え、
前記赤外線検出器の複数の検出器素子には前記光学系を介して赤外線が入射され、
前記信号成分量計算部は、前記焦点位置制御部が前記光学系の結像位置を制御して前記光学系が非合焦状態に制御された状態で前記検出器素子により検出された複数回の赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出する請求項１から７何れか１項に記載の赤外線撮像装置。
【請求項９】
複数の検出器素子を含む赤外線検出器における固定パターンノイズを示す固定パターンノイズデータの更新方法であって、
前記赤外線検出器により赤外線を検出するステップと、
前記赤外線を検出するステップを複数回実施することで得られた複数回の赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出するステップと、
前記算出された分散又は標準偏差に基づいて、前記赤外線の検出信号に含まれる前記検出器素子に入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出するステップと、
前記赤外線の検出信号と前記算出された信号成分の量とに基づいて固定パターンノイズ成分の量を算出するステップと、
前記算出された固定パターンノイズ成分の量で前記固定パターンノイズデータを更新するステップとを有することを特徴とする固定パターンノイズデータの更新方法。
【請求項１０】
前記固定パターンノイズデータを更新するステップに先だって、前記算出された固定パターンノイズ成分の量と更新前の固定パターンノイズデータとの差を計算するステップを更に有し、
前記固定パターンノイズデータを更新するステップでは、前記算出された固定パターンノイズ成分の量と更新前の固定パターンノイズデータとの差がしきい値以下である検出器素子について、前記算出された固定パターンノイズ成分の量で前記固定パターンノイズデータを更新する請求項９に記載の固定パターンノイズデータの更新方法。
【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、更に詳しくは、入射赤外線を検出して電気信号に変換する赤外線検出器を含む赤外線撮像装置に関する。また、本発明は、そのような赤外線撮像装置における固定パターンノイズデータの更新方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射赤外光（赤外線）を検出して赤外線画像を生成する赤外線撮像装置が知られている。一般に、赤外線撮像装置は、被写体から放射される赤外線を検出して電気信号に変換する赤外線検出器を含む。赤外線撮像装置は、監視カメラ、暗視装置、サーモグラフィ、又は車両や航空機などに搭載する先方監視装置などの広範囲の分野で利用されている。【０００３】
赤外線撮像装置では、赤外線検出器が持つ感度のばらつきや、回路のゲイン及びオフセットのばらつきなどの装置固有の固定パターンノイズが発生する。特に、赤外線の検出器素子として２次元的に配列されたフォーカルプレーンアレイを用いた赤外線撮像装置では、アレイ内の各検出器素子が特性の変動を有しているため、結果として、比較的長い時間で変化する固定パターンノイズが発生する。【０００４】
固定パターンノイズが発生すると、赤外線撮像装置により均一な温度の面を撮像しても、画素値に変動が生じて均一な画像が得られない。固定パターンノイズの影響を低減するには、固定パターンノイズのデータ（固定パターンノイズデータ）を取得し、被写体を撮像して得られた画像信号から固定パターンノイズデータを減算すればよい。固定パターンノイズデータは、例えば、均一な光量の光源を赤外線検出器の前面に設置し、かつ外部から赤外線検出器に入射する赤外線を遮断した状態で取得される。【０００５】
固定パターンノイズは、温度など環境の変化によって変動するため、撮像を行っている途中に、繰り返し固定パターンノイズデータの取得を行うことが要望される。この要望に応えるために、赤外線撮像装置内にシャッタ機構を設け、外部から赤外線検出器に入射する赤外線を遮断して固定パターンノイズデータを取得することが提案されている（例えば特許文献１を参照）。しかしながら、特許文献１では、光学系及び赤外線検出器の周辺に、本来の撮像には不必要なシャッタ機構を配置する必要があり、コストアップや装置の大型化をもたらす。また、故障発生個所が増えるというデメリットもある。【０００６】
シャッタ機構を不要としつつ固定パターンノイズデータの取得が可能な赤外線撮像装置が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の赤外線撮像装置は、目標物体（被写体）から放射された光を集光して赤外線検出器に入射させる光学系と、赤外線検出器が出力した画像信号（画像データ）から固定パターンノイズデータを減算した画像データを出力する減算器とを含む。光学系は、通常の撮像時は、焦点調整機構により合焦位置に位置決めされる。【０００７】
特許文献２では、固定パターンノイズデータの取得時に、光学系が非合焦状態に制御される。光学系が非合焦状態となることで、光学系の観測視野内の全方向からの光が赤外線検出器に均等に入射する。つまり、光学系に対して様々な方向から入射した光束は、赤外線検出器の特定の点に結像せず、赤外線検出器の検出面に均等に入射する。この状態において、減算器の出力画像データと固定パターンノイズの期待値データとの誤差を求める。この誤差に基づく帰還データを固定パターンノイズデータとして減算器に与える負帰還を行い、減算器の出力画像データと期待値データとがほぼ同一となった時の帰還データを固定パターンノイズデータとして保持する。【０００８】
特許文献２では、均一な光量の光源を赤外線検出器の前面に設置し、かつ外部から赤外線検出器に入射する赤外線を遮断した状態で得られた画像データを固定パターンノイズの期待値データとして用いている。光学系を非合焦状態とし、赤外線検出器の検出面に観測視野内の全方向からの光を入射させることで、各検出器素子に均一な量の赤外線を入射させることができ、シャッタ機構を用いずに、固定パターンノイズデータを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１４２０６５号公報
【特許文献２】特開２００１−３３６９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２に記載の赤外線撮像装置において、固定パターンノイズデータを適切に取得するためには、光学系の観測視野内の全方向からの光が赤外線検出器の検出面に均一に入射する必要がある。しかしながら、実際の使用環境においては、観測視野内の全方向からの光が赤外線検出器の検出面に入射できるとは限らない。光学系を非合焦状態としても、赤外線画像には模様が生じる。別の言い方をすれば、画像内に、入射赤外線が多い部分と、入射赤外線が少ない部分とが分布する。特許文献２に記載の赤外線撮像装置においては、赤外線検出器の検出面のある領域に入射する赤外線の量と、他の領域に入射する赤外線の量とに差があると、適切な固定パターンノイズデータを得ることができない。【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、シャッタ機構を必要とせず、かつ観測視野内の全方向からの光が赤外線検出器の検出面に均一に入射しない場合であっても、固定パターンノイズデータの取得が可能な赤外線撮像装置を提供する。【００１２】
また、本発明は、そのような赤外線撮像装置における固定パターンノイズデータの更新方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、入射した赤外線を検出する複数の検出器素子を含む赤外線検出器と、複数の検出器素子により検出された赤外線の検出信号から固定パターンノイズデータを減算することにより、赤外線の検出信号から固定パターンノイズを除去するノイズ補正処理部と、赤外線検出器により検出された複数回の赤外線の検出信号に基づいて、赤外線の検出信号に含まれる赤外線検出器に入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出する信号成分量計算部、赤外線の検出信号と信号成分量計算部により算出された信号成分の量とに基づいて固定パターンノイズ成分の量を算出する固定パターンノイズ算出部、及び固定パターンノイズ算出部により算出された固定パターンノイズ成分の量で固定パターンノイズデータを更新するデータ更新部とを含むノイズデータ更新処理部とを備え、信号成分量計算部は、処理の対象の各検出器素子について、各検出器素子により検出された複数回の赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出し、算出した分散又は標準偏差に基づいて、入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出することを特徴とする赤外線撮像装置を提供する。【００１４】
本発明の赤外線撮像装置において、固定パターンノイズ算出部は、赤外線の検出信号と信号成分量計算部により算出された信号成分の量との差を、固定パターンノイズ成分の量として算出してもよい。【００１５】
本発明の赤外線撮像装置において、ノイズデータ更新処理部は、各検出器素子について、固定パターンノイズ算出部により算出された固定パターンノイズ成分の量と更新前の固定パターンノイズデータとの差を計算し、その差が第１のしきい値以下であるか否かを判定する判定部を更に含んでいてもよい。その場合、データ更新部は、上記の差が第１のしきい値以下であると判定された検出器素子について、固定パターンノイズ算出部により算出された固定パターンノイズ成分の量で固定パターンノイズデータを更新してもよい。【００１６】
上記において、データ更新部は、上記の差が第１のしきい値よりも大きいと判定された検出器素子については、固定パターンノイズデータの更新を行わないこととしてもよい。【００１７】
データ更新部は、ある領域について、その領域における、上記の差が第１のしきい値を超える検出器素子の数の割合が第２のしきい値よりも高い場合は、その領域に含まれる検出器素子について、固定パターンノイズデータの更新を行わないこととしてもよい。【００１８】
本発明の赤外線撮像装置は温度を計測する温度計測部を更に備えていてもよい。その場合、データ更新部は、温度計測部が計測する温度と前回の固定パターンノイズデータの更新時の温度との差が温度しきい値以上の場合に、固定パターンノイズデータの更新を行うこととしてもよい。【００１９】
データ更新部は、周期的に繰り返し固定パターンノイズデータの更新を行ってもよい。【００２０】
本発明の赤外線撮像装置は、結像位置の制御が可能な光学系と、光学系の結像位置を制御する焦点位置制御部とを更に備えていてもよく、赤外線検出器の複数の検出器素子には光学系を介して赤外線が入射される構成であってもよい。その場合、信号成分量計算部は、焦点位置制御部が光学系の結像位置を制御して光学系が非合焦状態に制御された状態で検出器素子により検出された複数回の赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出してもよい。【００２１】
本発明は、また、複数の検出器素子を含む赤外線検出器における固定パターンノイズを示す固定パターンノイズデータの更新方法であって、赤外線検出器により赤外線を検出するステップと、赤外線を検出するステップを複数回実施することで得られた複数回の赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出するステップと、算出された分散又は標準偏差に基づいて、赤外線の検出信号に含まれる検出器素子に入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出するステップと、赤外線の検出信号と、信号成分の量を算出するステップにおいて算出された信号成分の量とに基づいて固定パターンノイズ成分の量を算出するステップと、固定パターンノイズ成分の量を算出するステップにおいて算出された固定パターンノイズ成分の量で固定パターンノイズデータを更新するステップとを有することを特徴とする固定パターンノイズデータの更新方法を提供する。【００２２】
本発明の固定パターンノイズデータの更新方法は、固定パターンノイズデータを更新するステップに先だって、算出された固定パターンノイズ成分の量と更新前の固定パターンノイズデータとの差を計算するステップを更に有していてもよい。その場合、固定パターンノイズデータを更新するステップでは、算出された固定パターンノイズ成分の量と更新前の固定パターンノイズデータとの差がしきい値以下である検出器素子について、算出された固定パターンノイズ成分の量で固定パターンノイズデータを更新してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の赤外線撮像装置及び固定パターンノイズデータの更新方法では、赤外線検出器による赤外線の検出を複数回実施し、複数回の赤外線の検出信号の分散又は標準偏差を算出する。赤外線を複数回検出した場合におけるその検出信号の変動はショットノイズが支配的であり、ショットノイズによる検出信号の変動の大きさは、検出器素子に入射した赤外線に依存する信号成分の量に依存する。この関係を用いれば、赤外線の検出信号の分散又は標準偏差に基づいて、赤外線の検出信号に含まれる検出器素子に入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出することができる。赤外線の検出信号と算出された信号成分の量とに基づいて固定パターンノイズ成分の量を算出し、算出された固定パターンノイズ成分の量で固定パターンノイズデータを更新する。このようにすることで、シャッタ機構を必要とせず、かつ観測視野内の全方向からの光が赤外線検出器の検出面に均一に入射しない場合であっても、固定パターンノイズのデータを取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る赤外線撮像装置を示すブロック図。
【図２】デジタル信号処理部の構成を示すブロック図。
【図３】ノイズデータ更新処理部の構成を示すブロック図。
【図４】入射赤外線に依存する信号成分と、固定パターンノイズ成分と、赤外線検出信号とを示す図である図。
【図５】複数回の赤外線検出信号を示す図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る固定パターンノイズデータの更新方法の手順を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態に係る赤外線撮像装置におけるノイズデータ更新処理部の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る固定パターンノイズデータの更新方法の手順を示すフローチャート。
【図９】画像の領域の分割例を示す図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る赤外線撮像装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る赤外線撮像装置を示す。赤外線撮像装置１００は、光学系１０、赤外線検出器１１、アナログ信号処理部１２、ＡＤ変換器（Analog to Digital Convertor）１３、デジタル信号処理部１４、出力部１５、温度センサ１８、及び制御部１９を有する。赤外線撮像装置１００は、一つの完成した製品であってもよいし、他の製品に組み込んで使用されるモジュールであってもよい。
【００２６】
光学系１０は１以上のレンズを含む結像光学系である。赤外線検出器１１は、赤外線撮像素子（赤外線センサ）であり、光学系１０により形成された光学像を撮像して電気信号に変換する。赤外線検出器１１は、入射赤外光（赤外線）を検出する複数の検出器素子を含む。赤外線検出器１１において、複数の検出器素子は例えば２次元状に配列されている。赤外線検出器１１の赤外線検出面（以下、単に検出面とも呼ぶ）には、光学系１０を介して赤外線が入射される。赤外線検出器１１の検出面の位置は、好ましくは光学系１０の結像面の位置と一致している。赤外線検出器１１の各検出器素子の検出信号に基づいて、赤外線画像が構成される。
【００２７】
赤外線検出器１１は、例えば波長０．８３μｍから１０００μｍの範囲の赤外線を検出する。赤外線検出器１１は、特に、波長６μｍから１０００μｍの範囲の遠赤外線を検出するものであることが好ましい。赤外線検出器１１には、ボロメータ又はＳＯＩ（Silicon on Insulator）ダイオード型などの熱型の赤外線センサを用いることができる。
【００２８】
アナログ信号処理部１２は、赤外線検出器１１が出力する赤外線検出信号に対してアナログ電気処理を実施する。アナログ信号処理部１２は、典型的には、赤外線検出信号を増幅する増幅器を含む。ＡＤ変換器１３は、赤外線検出信号をサンプリングし、サンプリングした赤外線検出信号をデジタルデータ（デジタル信号値）に変換する。デジタル信号処理部１４は、ＡＤ変換器１３によりデジタルデータに変換された赤外線検出信号に対して信号処理を行う。デジタル信号処理部１４における信号処理は、赤外線検出信号の固定パターンノイズ（以下、ＦＰＮ（Fixed Pattern Noise）とも呼ぶ）補正処理と、その補正処理で用いられるＦＰＮデータの更新処理とが含まれる。
【００２９】
制御部１９は、装置全体の制御を行う。制御部１９には、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）を用いることができる。制御部１９は、赤外線撮像装置１００の動作モードを、通常撮像モードとＦＰＮデータの更新モードとの間で切り替える。制御部１９は、制御信号を通じて、デジタル信号処理部１４における信号処理を動作モードに応じて制御する。具体的には、通常撮像モード時はデジタル信号処理部１４にＦＰＮ補正処理を実施させ、ＦＰＮデータの更新モード時はＦＰＮデータ更新処理を実施させる。
【００３０】
温度センサ（温度計測部）１８は、赤外線検出器１１及びその周辺の温度を計測する。制御部１９は、温度センサ１８が計測する温度の変化に基づいて、動作モードをＦＰＮデータの更新モードに切り替えてもよい。例えば、温度センサ１８が計測する温度と、前回のＦＰＮデータの更新時の温度との差がしきい値（温度しきい値）以上となると、動作モードをＦＰＮの更新モードに切り替えてＦＰＮデータの更新を実施させてもよい。また、制御部１９は、通常撮像モードの合間に、周期的に繰り返しＦＰＮデータの更新モードに切り替えてもよい。その場合は、前回のＦＰＮデータの更新時刻からある時間経過した後に、ＦＰＮデータの更新モードに切り替えてもよい。ＦＰＮデータの更新周期は一定である必要はない。周期的にＦＰＮデータの更新モードに切り替えることで、ＦＰＮデータを周期的に更新することができる。
【００３１】
出力部１５は、デジタル信号処理部１４で信号処理された赤外線検出信号（画像データ）を出力する。出力部１５は、例えば赤外線検出信号を、ディスプレイ装置（図１において図示せず）などに出力し、赤外線画像を表示画面に表示させる。あるいは、ハードディスク装置やメモリカードなどの外部記憶装置（図１において図示せず）に赤外線検出信号を出力し、外部記憶装置に記憶させてもよい。さらには、ネットワークや通信ケーブルなどを介して、外部のサーバや処理装置に赤外線検出装置を送信してもよい。出力部１５は、例えばデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器（Digital Analog Convertor）を含み、赤外線検出信号をアナログ信号として出力する。出力部１５は、赤外線検出信号をデジタル信号として出力してもよい。
【００３２】
図２は、デジタル信号処理部１４の構成を示す。デジタル信号処理部１４は、スイッチ４１、ノイズ補正処理部４２、ＦＰＮデータ記憶部４３、及びノイズデータ更新処理部４４を有する。デジタル信号処理部１４は、典型的には、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのＬＳＩ（Large Scale Integration）として構成される。ＤＳＰは、典型的には、プロセッサと、プロセッサに対する命令を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）とを含み、これらはバスを介して接続されている。プロセッサがＲＯＭに格納された命令に従って動作することで、ノイズ補正処理部４２及びノイズデータ更新処理部４４などの機能が実現される。ＤＳＰは、外部の記憶装置などと接続するインタフェースを有していてもよい。
【００３３】
スイッチ４１には、ＡＤ変換器１３（図１を参照）が出力する赤外線検出信号のデジタルデータ（以下では、デジタルデータに変換された赤外線検出信号を、特に区別せずに赤外線検出信号と呼ぶことがある）が入力される。スイッチ４１は、赤外線検出信号を、ノイズ補正処理部４２とノイズデータ更新処理部４４に選択的に出力する。スイッチ４１の切り替えは、例えば制御部１９が出力する制御信号に基づいて実施される。制御部１９は、通常撮像モード時はスイッチ４１からノイズ補正処理部４２に赤外線検出信号を出力させる。制御部１９は、ＦＰＮデータの更新モード時は、スイッチ４１からノイズデータ更新処理部４４に赤外線検出信号を出力させる。また、ノイズデータ更新処理部４４にＦＰＮデータの更新を指示する。
【００３４】
ＦＰＮデータ記憶部４３は、ＦＰＮデータを記憶する。ここで、ＦＰＮとは、赤外線検出器１１（図１を参照）の各検出器素子（各画素）に固有の、各検出器素子の検出信号に含まれるノイズ成分を指す。ＦＰＮデータは、各検出器素子のＦＰＮを表すデータであり、各検出器素子のＦＰＮの集合である。ＦＰＮデータ記憶部４３は、初期状態では、均一な光量の光源を赤外線検出器１１の前面に設置し、かつ外部から赤外線検出器１１に入射する赤外線を遮断した状態で赤外線検出器１１により検出された赤外線検出信号を、ＦＰＮデータとして記憶していてもよい。ＦＰＮデータ記憶部４３は、例えばデジタル信号処理部１４が有するＲＡＭの内部に構成されていてもよいし、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）などの書き換え可能な不揮発性メモリで構成されていてもよい。
【００３５】
ノイズ補正処理部４２は、ＦＰＮデータ記憶部４３を参照して、赤外線検出信号に含まれるＦＰＮ成分の補正（除去）を行う。より詳細には、赤外線検出信号からＦＰＮデータを減算することにより、赤外線検出信号からＦＰＮを除去する。ノイズ補正処理部４２は、赤外線検出器１１に含まれる各検出器素子が出力する赤外線検出信号からその検出器素子のＦＰＮデータを減算することにより、各検出器素子に固有のノイズ成分を除去して、入射赤外線の量に依存した信号成分を出力する。
【００３６】
ノイズデータ更新処理部４４には、スイッチ４１を介して、赤外線検出器１１により検出された赤外線検出信号が入力される。ノイズデータ更新処理部４４には、複数回の赤外線検出信号が入力される。ノイズデータ更新処理部４４は、複数回の赤外線検出信号に基づいてＦＰＮ成分の量（その推定値）を算出する。より詳細には、ノイズデータ更新処理部４４は、複数回の赤外線検出信号に基づいて、赤外線検出信号に含まれる赤外線検出器に入射した赤外線に依存する信号成分の量を算出する。ノイズデータ更新処理部４４は、赤外線検出信号から算出した信号成分の量を減算することにより、ＦＰＮ成分の量を算出する。ノイズデータ更新処理部４４は、算出したＦＰＮ成分の量でＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータを更新する。
【００３７】
ここで、ＦＰＮデータを更新するとは、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータを新たなデータで書き換えることを意味する。ＦＰＮデータの更新は、赤外線検出器１１に含まれる全ての検出器素子を一度に更新するもののみならず、全検出器素子のうちの一部を対象に行う一部更新も含む。例えば赤外線検出器１１が検出器素子を１００個含むとき、それら１００個の検出器素子のＦＰＮデータを一度に更新してもよいし、１回の更新につき、１００個のうちの４０個から７０個の検出器素子のＦＰＮデータを更新してもよい。
【００３８】
図３は、ノイズデータ更新処理部４４の構成を示す。ノイズデータ更新処理部４４は、フレームメモリ５１と、信号成分量計算部５２と、固定パターンノイズ算出部（減算器）５３と、データ更新部５４とを含む。フレームメモリ５１は、赤外線検出器１１により撮像された赤外線画像を記憶する。フレームメモリ５１は、例えばフレーム１からフレームＮ（Ｎは２以上の整数）までの複数フレームの赤外線画像を記憶する。フレームメモリ５１は、ノイズデータ更新処理部４４の一部であってもよいし、ノイズデータ更新処理部４４の外部に設けられていてもよい。
【００３９】
ここで、赤外線検出器１１の検出器素子により検出された赤外線検出信号と、その赤外線検出信号に含まれる入射赤外線に依存する信号成分及び固定パターンノイズ成分との関係を説明する。図４は、入射赤外線に依存する信号成分と、固定パターンノイズ成分と、赤外線検出信号とを示す図である。図４には、検出器素子１〜５の５つの検出器素子について、入射赤外線に依存する信号成分と、固定パターンノイズ成分と、赤外線検出信号とが示されている。
【００４０】
一般に、各検出器素子には、被写体の像に依存して検出器素子ごとに異なる量の赤外線が入射する。従って、図４に示すように、入射赤外線に依存する信号成分Ｓ１〜Ｓ５は、相互に等しくはならないことが多い。一方で、各検出器素子の固定パターンノイズ成分ＦＰＮ１〜ＦＰＮ５は、検出器素子に固有であり、信号成分の量には依存しない。各検出器素子の赤外線検出信号ＤＳ１〜ＤＳ５は、それぞれ信号成分Ｓ１〜Ｓ５に、固定パターンノイズ成分ＦＰＮ１〜ＦＰＮ５を加えたものとなる。信号成分Ｓ１〜Ｓ５は、固定パターンノイズ成分ＦＰＮ１〜ＦＰＮ５と一緒に検出されるため、赤外線検出信号ＤＳ１〜ＤＳ５のうち、どの部分が信号成分Ｓ１〜Ｓ５で、どの部分が固定パターンノイズ成分ＦＰＮ１〜ＦＰＮ５かは判別できない。
【００４１】
図５は、１つの検出器素子で検出される複数回の赤外線信号を示す。例えば、ある検出器素子について、フレーム１からフレームＮまで、赤外線検出信号をＮ回連続的に検出したとする。ｋを１からＮまでの間の整数として、ｋフレーム目の赤外線検出信号を、ＤＳ（ｋ）で表す。各フレームの赤外線検出信号ＤＳ（ｋ）に含まれる固定パターンノイズ成分の量は一定である。フレーム１からフレームＮまで、検出器素子に入射する赤外線の量に変化がないと仮定した場合、各フレームの赤外線検出信号ＤＳ（ｋ）に含まれる入射赤外線に依存する信号成分の量は等しくなるはずである。しかし、実際には、ショットノイズなどの影響により、赤外線検出信号ＤＳ（ｋ）にはフレーム間で変動が生じる。
【００４２】
各検出器素子における赤外線検出信号の変動は、ショットノイズが支配的である。ショットノイズによる赤外線検出信号の変動の度合いは、赤外線検出信号の標準偏差で表される。また、ショットノイズによる赤外線検出信号の変動は、信号成分の量（入射赤外線の量）に依存する。より詳細には、ショットノイズによる赤外線検出信号の変動の度合いは、信号成分の量の１／２乗に等しい。この関係を用いれば、各検出器素子における赤外線検出信号の変動から、各検出器素子における入射赤外線に依存する信号成分の量（その推定値）を算出することができる。つまり、各検出器素子における赤外線検出信号の分散又は標準偏差から、各検出器素子における信号成分の量を算出することができる。赤外線検出信号から信号成分の量を減算することで、固定パターンノイズ成分の量を算出できる。
【００４３】
図３に戻り、信号成分量計算部５２は、フレームメモリ５１を参照して、処理の対象の各検出器素子について、各検出器素子により検出された複数回の赤外線検出信号の分散又は標準偏差を算出する。信号成分量計算部５２は、算出した分散又は標準偏差に基づいて、赤外線検出信号に含まれる入射赤外線に依存した信号成分の量を算出する。より詳細には、信号成分量計算部５２は、算出した分散の値を信号成分の量とする。あるいは、算出した標準偏差を２乗した値を信号成分の量とする。
【００４４】
信号成分量計算部５２において、分散又は標準偏差の算出に用いられる赤外線検出信号の数（フレーム数）は、１０フレーム以上であることが好ましく、２０フレーム以上であることが更に好ましい。フレーム数が多いほど、信号成分量計算部５２において算出される、赤外線検出信号に含まれる入射赤外線に依存した信号成分の量の精度が高くなる。一方で、フレーム数が多いほど被写体のズレが大きくなる可能性が高まる。信号成分量計算部５２は、被写体のズレに応じて分散又は標準偏差の算出に用いられる赤外線検出信号の数を変化させてもよい。例えば２０フレーム分の赤外線検出信号について、前半の１０フレーム分の赤外線検出信号の平均値と後半の１０フレーム分の赤外線検出信号の平均値とを計算し、前半の平均値と後半の平均値との差を求める。前半の平均値と後半の平均値と差が小さい場合は、２０フレーム分の赤外線検出信号を用いて分散又は標準偏差を算出する。前半の平均値と後半の平均値との差が大きい場合は、前半又は後半の１０フレーム分の赤外線検出信号を用いて分散又は標準偏差を算出してもよい。
【００４５】
固定パターンノイズ算出部５３には、赤外線検出信号と、信号成分量計算部５２が算出した信号成分の量とが入力される。固定パターンノイズ算出部５３に入力される赤外線検出信号は、例えばフレームメモリ５１に記憶された複数回の赤外線検出信号の平均値である。これに代えて、固定パターンノイズ算出部５３に、フレームメモリ５１に記憶された複数回の赤外線検出信号のうちの１つを入力してもよい。さらには、固定パターンノイズ算出部５３に、フレームメモリ５１に記憶された複数回の赤外線検出信号の中央値（メディアン）又は最頻値（モード）を入力してもよい。固定パターンノイズ算出部５３は、赤外線検出信号から信号成分量計算部５２が算出した信号成分の量を減算して出力する。固定パターンノイズ算出部５３の出力はＦＰＮ成分の量に相当する。データ更新部５４は、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶された注目する検出器素子のＦＰＮデータを、固定パターンノイズ算出部５３が出力する注目する検出器素子のＦＰＮ成分の量で更新する。
【００４６】
なお、赤外線検出器１１（図１を参照）の出力信号は、アナログ信号処理部１２において増幅されている。また、赤外線検出器１１の出力信号は、アナログ信号処理部１２において電流値や電圧値に変換されている場合もある。その場合、信号成分量計算部５２において算出された分散の値又は標準偏差を２乗した値と、赤外線検出器１１の各検出器素子の出力信号に含まれる信号成分の量とがそのままでは一致しない場合がある。信号成分の量及びＦＰＮ成分の量の算出においては、アナログ信号処理部１２における信号の増幅率や、電流値又は電圧値への変換効率などを考慮し、算出された値に対して変換係数を乗じるなどの処理を行うとよい。
【００４７】
以下、動作手順について説明する。図６は、本発明の第１実施形態に係る固定パターンノイズデータの更新方法の手順を示す。はじめ、赤外線撮像装置１００は、通常撮像モードで動作している。赤外線検出器１１で検出された赤外線検出信号は、アナログ信号処理部１２（図１を参照）及びＡＤ変換器１３を介してデジタル信号処理部１４に入力される。デジタル信号処理部１４は、赤外線検出信号からＦＰＮを除去するＦＰＮ補正処理を行う。ＦＰＮが除去された赤外線検出信号は、出力部１５から出力される。
【００４８】
制御部１９は、動作モードを、通常撮像モードからＦＰＮデータの更新モードに切り替える（ステップＡ１）。制御部１９は、例えば温度センサ１８が計測する温度と、前回のＦＰＮデータの更新時の温度との差が温度しきい値以上となった後に、動作モードをＦＰＮデータの更新モードに切り替える。あるいは、制御部１９は、前回のＦＰＮデータの更新時刻から、基準となる時間以上の時間が経過した場合に、動作モードをＦＰＮデータの更新モードに切り替える。動作モードがＦＰＮデータの更新モードに切り替えられることで、デジタル信号処理部１４における信号処理が、ＦＰＮ補正処理からＦＰＮデータの更新処理に切り替えられる。
【００４９】
赤外線検出器１１は、赤外線を複数回検出する（ステップＡ２）。各回の検出において、赤外線検出器１１が出力する赤外線検出信号は、アナログ信号処理部１２及びＡＤ変換器１３を介して、デジタル信号処理部１４に入力される。デジタル信号処理部１４のノイズデータ更新処理部４４（図２を参照）は、スイッチ４１を介して各回の赤外線検出信号を入力する。赤外線検出器１１の各検出器素子により検出された各回の赤外線検出信号は、フレームメモリ５１（図３を参照）に記憶される。
【００５０】
信号成分量計算部５２は、赤外線検出器１１が有する検出器素子の中から、注目する検出器素子（注目画素）を選択する（ステップＡ３）。信号成分量計算部５２は、フレームメモリ５１を参照し、注目する検出器素子の複数回の赤外線検出信号の分散又は標準偏差を算出する（ステップＡ４）。信号成分量計算部５２は、例えばフレームメモリ５１に記憶されたフレーム１からフレームＮの赤外線検出信号の分散を算出する。前述のように、赤外線検出信号の分散の値は、赤外線検出信号に含まれる入射赤外線に依存する赤外線信号成分の量に対応する。
【００５１】
固定パターンノイズ算出部５３は、フレームメモリ５１から注目する検出器素子の赤外線検出信号を入力し、その赤外線検出信号から、ステップＡ４で算出された分散の値、又は標準偏差を２乗した値（信号成分の量）を減算することにより、注目する検出器素子のＦＰＮ成分の量を算出する（ステップＡ５）。データ更新部５４は、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶された注目する検出器素子のＦＰＮデータを、固定パターンノイズ算出部５３が出力する注目する検出器素子のＦＰＮ成分の量で書き換える（ステップＡ６）。
【００５２】
ノイズデータ更新処理部４４は、注目する検出器素子として選択していない検出器素子が存在するか否かを判断する（ステップＡ７）。未選択の検出器素子が存在する場合は、ステップＡ３に戻り、次の検出器素子を選択する。ノイズデータ更新処理部４４は、例えば注目する検出器素子の位置をラスタスキャンしながら、未選択の検出器素子がなくなるまで、ステップＡ３からステップＡ７の処理を繰り返し実施する。これにより、赤外線検出器１１が有する各検出器素子のＦＰＮデータが更新される。
【００５３】
制御部１９は、ステップＡ７において未選択の検出器素子が存在しないと判断されると、動作モードを、ＦＰＮデータの更新モードから通常撮像モードに切り替える（ステップＡ８）。動作モードが通常撮像モードに切り替えられることで、デジタル信号処理部１４における信号処理が、ＦＰＮデータの更新処理からＦＰＮ補正処理に切り替えられる。デジタル信号処理部１４は、ステップＡ６で更新されたＦＰＮデータを用いて、ＦＰＮ補正処理を実施する。
【００５４】
本実施形態では、複数回の赤外線検出信号の分散又は標準偏差を算出し、その分散又は標準偏差に基づいて、赤外線検出信号に含まれる入射赤外線に依存する信号成分の量（その推定値）を算出する。被写体が動かないと仮定した場合、各検出器に入射する赤外線の量は、フレーム間で一定である。フレーム間で赤外線検出信号が変動するのは、ショットノイズの影響であると考えられる。本実施形態では、ショットノイズによる赤外線検出信号の変動が信号成分の量に依存することを利用し、赤外線検出信号の変動の度合いから信号成分の量を算出する。このように算出した信号成分の量を、赤外線検出信号をから減算することで、ＦＰＮ成分の量を算出することができ、算出したＦＰＮ成分の量でＦＰＮデータを更新することができる。本実施形態では、ＦＰＮデータの取得のために、別途シャッタ機構を設ける必要はない。
【００５５】
本実施形態では、複数回の赤外線検出信号の変動に基づいてＦＰＮデータの更新を行っている。このため、特許文献２とは異なり、観測視野内の全方向からの光を赤外線検出器の検出面に均一に入射させる必要はなく、従ってＦＰＮデータの更新を行うときに光学系１０を非合焦状態に制御する必要はない。本実施形態においては、通常撮像モードとＦＰＮデータの更新モードとが分離している必要はなく、通常撮像を行いつつ、ＦＰＮデータの更新を行うこととしてもよい。具体的には、図２において、ノイズ補正処理部４２により赤外線検出信号に含まれるＦＰＮ成分の補正（除去）を行いつつ、ノイズデータ更新処理部４４によりＦＰＮデータの更新を行ってもよい。その場合は、撮像を継続したままで、ＦＰＮデータの更新を行うことができる。
【００５６】
続いて、本発明の第２実施形態を説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る赤外線撮像装置におけるノイズデータ更新処理部の構成を示す。赤外線撮像装置の構成は、図１に示す第１実施形態に係る赤外線撮像装置１００と同様であり、また、デジタル信号処理部の構成は、図２に示す第１実施形態で用いられたデジタル信号処理部１４の構成と同様である。本実施形態では、デジタル信号処理部に含まれるノイズデータ更新処理部４４ａは、図３に示す第１実施形態で用いられたノイズデータ更新処理部４４の構成に加えて、判定部５５を有する。その他の点は、第１実施形態と同様でよい。
【００５７】
判定部５５は、各検出器素子について、固定パターンノイズ算出部５３が出力するＦＰＮ成分の量と、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータとを比較する。判定部５５は、固定パターンノイズ算出部５３が出力するＦＰＮ成分の量と、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータとの差を算出し、差（その絶対値）がしきい値（第１のしきい値）以下か否かを判定する。第１のしきい値は、例えばＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータの値の２０％に設定される。第１のしきい値は固定値でなくてもよく、前回のＦＰＮデータの更新から今回のＦＰＮデータの更新までの温度変化に応じて第１のしきい値を変化させてもよい。例えば、温度変化が大きくなるに連れて、第１のしきい値を大きくしてもよい。判定部５５は、差がしきい値以下であると判定した場合は、データ更新部５４を通じて、固定パターンノイズ算出部５３が出力するＦＰＮ成分の量で、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータを更新する。差がしきい値よりも大きいと判定した場合は、その検出器素子についてはＦＰＮデータを更新しない。その場合、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータが継続して使用される。
【００５８】
以下、第２実施形態における動作手順を説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る固定パターンノイズデータの更新方法の手順を示す。なお、ステップＢ１〜Ｂ５は、図６におけるステップＡ１〜Ａ５と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
判定部５５は、ステップＢ５で算出された注目する検出器素子のＦＰＮ成分の量と、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたその検出器素子のＦＰＮデータとの差を算出する（ステップＢ６）。判定部５５は、ステップＢ６で算出した差がしきい値以内であるか否かを判定する（ステップＢ７）。ステップＢ７で差がしきい値以内であると判定された場合、データ更新部５４は、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶された注目する検出器素子のＦＰＮデータを、固定パターンノイズ算出部５３が出力する注目する検出器素子のＦＰＮ成分の量で書き換える（ステップＢ８）。ステップＢ７で、差がしきい値よりも大きいと判定されたときは、ステップＢ８はスキップされ、現在注目している検出器素子のＦＰＮデータの更新は行わない。
【００６０】
ノイズデータ更新処理部４４は、注目する検出器素子として選択していない検出器素子が存在するか否かを判断する（ステップＢ９）。このステップは、図６のステップＡ７と同様である。未選択の検出器素子が存在する場合は、ステップＢ３に戻り、次の検出器素子を選択する。制御部１９は、ステップＢ９において未選択の検出器素子が存在しないと判断されると、動作モードを、ＦＰＮデータの更新モードから通常撮像モードに切り替える（ステップＢ１０）。このステップは、図６のステップＡ８と同様である。動作モードが通常撮像モードに切り替えられることで、デジタル信号処理部１４における信号処理が、ＦＰＮデータの更新処理からＦＰＮ補正処理に切り替えられる。デジタル信号処理部１４は、少なくとも部分的に更新されたＦＰＮデータを用いて、ＦＰＮ補正処理を実施する。
【００６１】
ここで、赤外線検出器１１において入射赤外線を複数回検出している間、赤外線検出器１１の検出器素子に入射する赤外線が一定であれば、赤外線検出信号の変動はショットノイズが支配的であり、赤外線検出信号の変動の度合いに基づいて入射赤外線に依存する信号成分の量を算出することができる。しかしながら、複数回の検出を行っている間に被写体が動くと、検出器素子に入射する赤外線が変化するため、それに起因して赤外線検出信号に大きな変動が生じる。この場合、赤外線検出信号の変動の度合いに基づいて算出された入射赤外線に依存する信号成分の量と、実際の入射赤外線に依存する信号成分の量と間の誤差が大きくなる。算出された信号成分の量に大きな誤差が含まれると、ノイズデータ更新処理部４４ａにおいて算出されたＦＰＮ成分の量にも大きな誤差が生じる。
【００６２】
本実施形態では、ＦＰＮ成分の量は更新の前後で大きく変動することがないという仮定のもと、ノイズデータ更新処理部４４ａにおいて算出されたＦＰＮ成分の量と、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶された更新前のＦＰＮデータとの間の差が大きい場合には、算出されたＦＰＮ成分の量の信頼性が低いものとして、ＦＰＮデータを更新しない。このようにすることで、被写体が動いた部分などの部分について、誤差が大きいＦＰＮ成分の量を使用せず、ＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータを継続して使用することができる。
【００６３】
上記では、ＦＰＮデータの更新の有無を検出器素子ごとに判断することとしたが、この判断を領域ごとに行うこととしてもよい。より詳細には、ノイズデータ更新処理部４４ａは、上記算出されたＦＰＮ成分の量とＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータとの差がしきい値よりも大きい検出器素子が多く含まれる領域については、その領域においてＦＰＮデータの更新を行わないこととしてもよい。
【００６４】
例えば、ノイズデータ更新処理部４４ａの判定部５５は、ある領域について、その領域における、算出されたＦＰＮ成分の量とＦＰＮデータ記憶部４３に記憶されたＦＰＮデータとの差がしきい値よりも大きい検出器素子の数をカウントし、その数を領域に含まれる検出器素子の総数で割ることにより、その領域における差がしきい値よりも大きい検出器素子の割合を算出する。判定部５５は、算出した割合をしきい値処理し、割合がしきい値（第２のしきい値）よりも高いときは、その領域に含まれる検出器素子についてＦＰＮデータの更新を行わないと決定してもよい。第２のしきい値は、例えば領域全体５０％に設定される。
【００６５】
図９は、画像の領域の分割例を示す。この例では、赤外線画像の全体（有効画素領域）は、縦方向及び横方向にそれぞれ４分割され、画像内に領域Ｒ１〜Ｒ１６の計１６個の領域が設定されている。判定部５５は、領域Ｒ１〜Ｒ１６のそれぞれにおいて、上記差がしきい値よりも大きい検出器素子の割合を算出し、算出した割合がしきい値よりも高いか否かを判定する。例えば、領域Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１５、及びＲ１６において割合がしきい値よりも大きい場合、データ更新部５４は、領域Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１５、及びＲ１６に含まれる検出器素子についてはＦＰＮデータの更新を行わず、他の領域、すなわち領域Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１３、及びＲ１４に含まれる検出器素子については算出されたＦＰＮ成分の量でＦＰＮデータを更新する。このようにすることで、算出されたＦＰＮ成分の量の誤差が大きい検出器素子が多く含まれる領域において、一括で、ＦＰＮデータの更新を抑止できる。
【００６６】
なお、領域はあらかじめ設定しておく必要はなく、例えば差がしきい値よりも大きい検出器素子が存在するときに、その検出器素子を含む領域を動的に設定し、その設定した領域内において、差がしきい値よりも大きい検出器素子の割合が高いか否かを判定してもよい。また、ある領域において、差がしきい値よりも大きい検出器素子の割合が低いときに、その領域に含まれる、差がしきい値よりも大きい検出器素子についてＦＰＮデータの更新を行うか否かは任意である。そのような検出器素子について、ＦＰＮデータの更新を行わなくてもよいし、算出したＦＰＮ成分の量によってＦＰＮデータを更新してもよい。
【００６７】
引き続き、本発明の第３実施形態を説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係る赤外線撮像装置を示す。本実施形態に係る赤外線撮像装置１００ｂは、図１に示す第１実施形態に係る赤外線撮像装置１００の構成に加えて、焦点調整機構１６と位置センサ１７とを有する。その他の点は、第１実施形態又は第２実施形態と同様でよい。
【００６８】
本実施形態において、光学系１０は、結像面の位置（結像位置）の制御が可能である。焦点調整機構１６は、光学系１０と赤外線検出器１１との相対的な位置関係を調整する。以下では、光学系１０の位置を変化させることで、光学系１０と赤外線検出器１１との相対的な位置関係を調整するものとして説明する。焦点調整機構１６は、例えば光学系１０に含まれるレンズの位置を変化させるモータと、モータを駆動する駆動回路とを含む。位置センサ１７は、光学系１０に含まれるレンズの位置を検出する。光学系１０に含まれるレンズの位置が変化することで、光学系１０の結像位置が変化する。
【００６９】
制御部１９は、光学系１０の結像位置を制御する焦点制御部としても働く。制御部１９は、焦点調整機構１６に光学系１０の位置を制御するための位置信号を送信する。焦点調整機構１６は、受信した位置信号が示す位置に光学系１０を移動させる。制御部１９は、通常撮像モード時は、焦点調整機構１６を介して、光学系１０の位置を、光学系１０の結像面が赤外線検出器１１の検出面と一致する位置に制御する。通常撮像モード時において、光学系１０の位置は、被写体の動きに追従して変化させてもよいし、ある位置に固定してもよい。
【００７０】
制御部１９は、ＦＰＮデータの更新モード時は、焦点調整機構１６を介して、光学系１０の位置を、光学系１０の結像面が赤外線検出器１１の検出面と一致しない位置に制御する。制御部１９は、例えば、光学系１０の位置を、被写体が最も光学系１０に近いときに光学系１０が合焦状態となる位置、又は被写体が無限遠に存在するときに光学系１０が合焦状態となる位置に制御する。
【００７１】
ここで、光学系１０の結像面が赤外線検出器１１の検出面と一致しない状態を、非合焦状態と呼ぶ。つまり、赤外線検出器１１の検出器素子に光学系１０による像が結像しない状態を、非合焦状態と呼ぶ。全ての検出器素子の領域において像が結像しない状態であることまでは要せず、一部の領域において像が結像していたとしても、全体としては非合焦状態であるとする。また、光学系１０の結像面が赤外線検出器１１の検出面と一致する状態を、合焦状態と呼ぶ。つまり、赤外線検出器１１の検出器素子に光学系１０による像が結像する状態を、合焦状態と呼ぶ。光学系１０の結像面と赤外線検出器１１の検出面とは完全に一致している必要はなく、赤外線検出器１１の検出面に被写体が認識できる程度に解像している状態を含む。
【００７２】
制御部１９は、ＦＰＮデータの更新モード時は、焦点調整機構１６に送信する位置信号により、光学系１０の位置を、光学系１０の結像面が赤外線検出器１１の検出面と一致しない位置に制御する。制御部１９は、例えば、被写体が最も光学系１０に近いときに光学系１０が合焦状態となる位置を示す位置信号を焦点調整機構１６に送信する。または、被写体が無限遠に存在するときに光学系１０が合焦状態となる位置を示す位置信号を焦点調整機構１６に送信する。
【００７３】
制御部１９は、ＦＰＮデータの更新モードへの切替え時に位置センサ１７が検出する光学系１０の位置と、被写体が最も光学系１０に近いときに光学系１０が合焦状態となる位置及び被写体が無限遠に存在するときに光学系１０が合焦状態となる位置との位置関係に応じて、焦点調整機構１６に送信する位置信号を決定してもよい。制御部１９は、例えば、位置センサ１７が検出する光学系１０の位置をＰｘとし、被写体が最も光学系１０に近い場合に合焦状態となる光学系１０の位置をＰ１とし、被写体が無限遠に存在する場合に合焦状態となる光学系１０の位置をＰ２として、｜Ｐｘ−Ｐ１｜と｜Ｐｘ−Ｐ２｜とをそれぞれ計算する。制御部１９は、｜Ｐｘ−Ｐ１｜＞｜Ｐｘ−Ｐ２｜であれば、光学系１０の位置をＰ１とする旨の位置信号を焦点調整機構１６に出力する。制御部１９は、｜Ｐｘ−Ｐ１｜＜｜Ｐｘ−Ｐ２｜であれば、光学系１０の位置をＰ２とする旨の位置信号を焦点調整機構１６に出力する。このようにすることで、光学系１０の結像位置と赤外線検出器１１の検出面の位置とのずれをより大きくすることができ、赤外線画像のぼけを大きくすることができる。
【００７４】
光学系１０が非合焦状態にされると、被写体の像が、赤外線検出器１１の検出面からずれた位置に結像し、被写体が解像しない。このため、赤外線検出器１１の各検出素子に入射する赤外線は少なくとも局所的にほぼ均一となり、赤外線検出器１１により撮像される赤外線画像はぼけた画像となる。ＦＰＮデータの更新モード時、ノイズデータ更新処理部４４（図２を参照）には、光学系が非合焦状態に制御された状態で赤外線検出器１１により検出された赤外線検出信号が入力される。ノイズデータ更新処理部４４の信号成分量計算部５２（図３などを参照）は、光学系１０が非合焦状態に制御された状態で赤外線検出器１１の検出器素子により検出された複数回の赤外線検出信号に基づいて信号成分の量を算出する。
【００７５】
本実施形態では、ＦＰＮデータの更新モードにおいて、光学系１０を非合焦状態に制御する。光学系を非合焦状態に制御することで、少なくとも局所的に、赤外線検出器１１の各検出素子に入射する赤外線をほぼ均一にできる。従って、被検体が少し動いたときでも、検出器素子に入射する赤外線の量がほとんど変化しないことが期待できる。光学系１０を非合焦状態にすることで、被検体が少し動いたときでも、信号成分量計算部５２において算出される入射赤外線に依存する信号成分の量の誤差を、光学系１０を合焦状態とした場合よりも減少させることができる。算出される信号成分の量の誤差を減少させることができる分だけ、算出されるＦＰＮ成分の量の誤差を減少できる。
【００７６】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の赤外線撮像装置及び固定パターンノイズデータの更新方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１０：光学系
１１：赤外線検出器
１２：アナログ信号処理部
１３:ＡＤ変換器
１４：デジタル信号処理部
１５：出力部
１６：焦点調整機構
１７：位置センサ
１８：温度センサ
１９：制御部
４１：スイッチ
４２：ノイズ補正処理部
４３：ＦＰＮデータ記憶部
４４：ノイズデータ更新処理部
５１：フレームメモリ
５２：信号成分量計算部
５３：固定パターンノイズ算出部
５４：データ更新部
５５：判定部
１００：赤外線撮像装置
Ｓ１〜Ｓ５：信号成分
ＦＰＮ１〜ＦＰＮ５：固定パターンノイズ成分
ＤＳ１〜ＤＳ５：赤外線検出信号
【図１】
2016185701.tif 000003
【図２】
2016185701.tif 000004
【図３】
2016185701.tif 000005
【図４】
2016185701.tif 000006
【図５】
2016185701.tif 000007
【図６】
2016185701.tif 000008
【図７】
2016185701.tif 000009
【図８】
2016185701.tif 000010
【図９】
2016185701.tif 000011
【図１０】
2016185701.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月8日(2017.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る赤外線撮像装置を示すブロック図。
【図２】デジタル信号処理部の構成を示すブロック図。
【図３】ノイズデータ更新処理部の構成を示すブロック図。
【図４】入射赤外線に依存する信号成分と、固定パターンノイズ成分と、赤外線検出信号とを示す図。
【図５】複数回の赤外線検出信号を示す図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る固定パターンノイズデータの更新方法の手順を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態に係る赤外線撮像装置におけるノイズデータ更新処理部の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る固定パターンノイズデータの更新方法の手順を示すフローチャート。
【図９】画像の領域の分割例を示す図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る赤外線撮像装置を示すブロック図。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
出力部１５は、デジタル信号処理部１４で信号処理された赤外線検出信号（画像データ）を出力する。出力部１５は、例えば赤外線検出信号を、ディスプレイ装置（図１において図示せず）などに出力し、赤外線画像を表示画面に表示させる。あるいは、ハードディスク装置やメモリカードなどの外部記憶装置（図１において図示せず）に赤外線検出信号を出力し、外部記憶装置に記憶させてもよい。さらには、ネットワークや通信ケーブルなどを介して、外部のサーバや処理装置に赤外線検出信号を送信してもよい。出力部１５は、例えばデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器（Digital Analog Convertor）を含み、赤外線検出信号をアナログ信号として出力する。出力部１５は、赤外線検出信号をデジタル信号として出力してもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
本実施形態では、複数回の赤外線検出信号の分散又は標準偏差を算出し、その分散又は標準偏差に基づいて、赤外線検出信号に含まれる入射赤外線に依存する信号成分の量（その推定値）を算出する。被写体が動かないと仮定した場合、各検出器に入射する赤外線の量は、フレーム間で一定である。フレーム間で赤外線検出信号が変動するのは、ショットノイズの影響であると考えられる。本実施形態では、ショットノイズによる赤外線検出信号の変動が信号成分の量に依存することを利用し、赤外線検出信号の変動の度合いから信号成分の量を算出する。このように算出した信号成分の量を、赤外線検出信号から減算することで、ＦＰＮ成分の量を算出することができ、算出したＦＰＮ成分の量でＦＰＮデータを更新することができる。本実施形態では、ＦＰＮデータの取得のために、別途シャッタ機構を設ける必要はない。
【国際調査報告】
2016185701.tif 000013
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