(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検知器により取得した画像信号から、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を除去して映像出力信号を得る赤外線撮像装置において、
所定の時間間隔毎に取得した複数のＦＰＮデータを記憶する手段と、直前に取得した３点の前記ＦＰＮデータを２次関数で近似し、その後のＦＰＮデータ取得までの任意の時刻におけるＦＰＮ補正値を予測する手段とを少なくとも有することを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
赤外線検知器により取得した画像信号から、ＦＰＮを除去するドリフト補正方法において、
所定の時間間隔毎にＦＰＮデータを記憶するステップと、直前に取得した３点の前記ＦＰＮデータを２次関数で近似し、その後のＦＰＮデータ所得までの任意の時刻におけるＦＰＮ補正値を予測するステップとを少なくとも有することを特徴とするドリフト補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線撮像装置及びドリフト補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、赤外線撮像装置内の検知素子の出力は、検知素子や、検知器の設定電圧のドリフト、または検知素子の読み出し回路の特性変化によって時間と共にドリフトする。これを以下、検知素子ドリフトと呼ぶ。この検知素子ドリフトは撮像画像のドリフト（以下、画像ドリフトと呼ぶ）となって現れ、画像ノイズとなってしまう。
【０００３】
この画像ドリフトを補正するための一般的な方法として、画面全体で均一な温度分布を持つシャッタなどの目標を撮像して、その時の画像信号のばらつきを固定パターンノイズデータとしてメモリに保存し、実際の撮像画像から固定パターンノイズデータを減算する方法がある。この固定パターンノイズを、以下ＦＰＮ（Ｆｉｘｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｎｏｉｓｅ）と呼び、この一連の処理を以下ＤＦＰＮ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ＦＰＮ）補正と呼ぶ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
実際の撮像画像からＦＰＮデータを減算することにより、その時点における画像信号のばらつきを除去することは可能であるが、一度均一面からＦＰＮ補正データを作っても、時間の経過に伴って検知素子がドリフトし、再びＦＰＮが発生してしまう。従って、ＦＰＮ補正データはある時間の間隔で更新しなければならず、次にＦＰＮ補正データを更新するまでの間は徐々にＦＰＮが画像に現れてくることになる。
【０００５】
ここで、ＤＦＰＮ補正回路を有する従来の赤外線撮像装置について、図２を用いて説明する。従来の赤外線撮像装置は、赤外線を検知器３に導くレンズ１等の光学系と、赤外線を電気信号に変換する検知器３と、レンズ１と検知器３との間に挿入され、均一面を与えるシャッタ２と、検知器３からの検知信号をアナログ画像信号に変換するアナログ回路部４と、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５と、デジタル画像信号に対してＤＦＰＮ補正を行うＤＦＰＮ補正回路６と、ＤＦＰＮデータを記憶するＤＦＰＮメモリ９と、タイマ１０と、ＤＦＰＮ補正後の画像信号を映像信号として出力する映像出力回路７と、外部に信号を出力するインタフェイス８とから構成され、ＤＦＰＮ補正回路６では、シャッタ２等の均一面から得られたＤＦＰＮ補正データ（以下、静的ＤＦＰＮ補正データと呼ぶ）をＤＦＰＮメモリ９に保存し、この静的ＤＦＰＮデータによりオフセット補正して画像を出力している。
【０００６】
しかしながら、前記したように、この方法ではシャッタ２を閉じて静的ＤＦＰＮ補正データを取得した瞬間から次に静的ＤＦＰＮ補正データを取得するまでの間は、同じオフセット補正値を使うことになるので、検知器３のドリフトが出力画像に現れてくることになる。
【０００７】
この検知器３のドリフトの影響を抑制するためには、この静的ＤＦＰＮ補正データを短い時間間隔で取得する必要があるが、静的ＤＦＰＮ補正データを取得するためにはシャッタ２等の均一温度面を光路中に挿入しなければならず、これにより撮像を中断またはフリーズしてしまうため、画像が連続的でなくなってしまう。すなわち、画像ドリフトを抑制するために、ＤＦＰＮ補正データの更新の回数を多くすると、画面をフリーズする回数が多くなり、利用者にとって違和感が生じることとなる。
【０００８】
そこで、利用者への違和感を少なくするために、例えば、特願平２−１２１４８０号公報に開示されているように、高速で表示画像よりも多い枚数の画像を取得し、この内、数枚の画像を取得する時にシャッタを挿入してＦＰＮデータを取得し、ＦＰＮデータ以外の画像を表示する方法が提案されている。
【０００９】
この先行技術文献に開示された手法によれば、静的ＤＦＰＮ補正データを取得するために画像が連続的でなくなってしまうという問題は回避できるが、この方法を実現するには必要以上の速度のフレームレートを必要とするため、回路全体を高速化しなければならず、回路設計に対する負担が大きくなってしまうという欠点がある。さらには、シャッタを高速に駆動しなければならず、大容量のシャッタ駆動モータが必要となる問題もある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、回路全体の高速化や、大容量のシャッタ駆動モータを必要とすることなく、簡便かつ正確にＤＦＰＮ補正が可能な赤外線撮像装置及びドリフト補正方法を提供することにある。
【００１１】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の赤外線撮像装置は、赤外線検知器により取得した画像信号から、ＦＰＮを除去して映像出力信号を得る赤外線撮像装置において、所定の時間間隔毎に所得した複数のＦＰＮデータを記憶する手段と、直前に取得した３点の前記ＦＰＮデータを２次関数で近似し、その後のＦＰＮデータ所得までの任意の時刻におけるＦＰＮ補正値を予測する手段とを少なくとも有するものである。
【００１２】
また、本発明のドリフト補正方法は、赤外線検知器により取得した画像信号から、ＦＰＮを除去するドリフト補正方法において、所定の時間間隔毎にＦＰＮデータを記憶するステップと、直前に取得した３点の前記ＦＰＮデータを２次関数で近似し、その後のＦＰＮデータ所得までの任意の時刻におけるＦＰＮ補正値を予測するステップとを少なくとも有するものである。
【００１６】
このように、本発明は上記構成により、ＦＰＮデータをサンプリングする間の期間におけるＦＰＮ補正の精度を向上させることができ、また、ＦＰＮ補正値を予測することにより、ＦＰＮデータのサンプリング回数を減らすことができるため、回路設計に負荷をかけることなく、簡便かつ正確に検知器のドリフトの影響を抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る赤外線撮像装置は、その好ましい一実施の形態において、赤外光を集光するレンズと挿脱可能なシャッタと赤外光を検出する検知器と検知器からの検知信号の増幅等を行うアナログ回路部とデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路とＤＦＰＮ補正を行うＤＦＰＮ補正回路と映像信号として出力する映像出力回路と外部に信号を出力するインタフェイスと時間データを出力するタイマとに加え、所定の時間間隔毎に取得したＤＦＰＮデータを記憶するＤＦＰＮメモリと過去のＤＦＰＮデータを２次関数で近似してその後のＤＦＰＮ補正値を予測するドリフト量予測回路とを備え、ＤＦＰＮ補正値を用いることにより、ＤＦＰＮ補正の精度を高めると共に、ＤＦＰＮデータのサンプリング間隔を長くして画質の向上を図る。
【００１８】
すなわち、本発明は、検知信号から画像出力までの中間処理の途中にドリフト量予測回路を設け、シャッタ等の均一面を撮像することにより得られる固定パターンノイズ情報から、均一面を撮像していないときの固定パターンノイズ情報を予測することを特徴とする。予測された固定パターンノイズ情報はパターンノイズを補正する信号に変換され、固定パターンノイズ補正回路、検知信号の読み出し回路などにフィードされる。このしくみにより、撮像装置の出力画像のドリフトを抑制することが出来る。
【００１９】
具体的には、本発明の赤外線撮像装置では、図１のように過去のＤＦＰＮ補正データから時間と共にＤＦＰＮ補正値が変化するＤＦＰＮ予測式を求め、ＤＦＰＮ補正データを予測演算し（以下、予測されたＤＦＰＮ補正データを動的ＤＦＰＮ補正データと呼ぶ）、そのＤＦＰＮ予測式に従って時間と共に動的ＤＦＰＮ補正データを更新する。この動的ＤＦＰＮ補正により、画像ドリフトが低減され、ある時間内でのＤＦＰＮ補正データを取得する回数を少なくすることができ、画像がフリーズする回数を減らすことができる。また、次にＤＦＰＮ補正データを取得するまでのドリフトを抑制することができる。
【００２０】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２１】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係る赤外線撮像装置及びドリフト補正方法について、図３を参照して説明する。図３は、第１の実施例に係る赤外線撮像装置の主要部の構成を模式的に示す図である。
【００２２】
図３において、１は目標からの赤外線光を集光するレンズ、２はレンズ１からの赤外線光を遮断するシャッタ、３は集光された赤外光を電気信号に変換する検知器、４は検知器のバイアス電圧設定、検知器の特性ばらつきから起こる検出信号ばらつき調整、および検知信号の増幅を行うアナログ回路部、５はアナログ回路部４からのアナログ画像信号をデジタル画像に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路、６はＤＦＰＮ補正回路、７はＤＦＰＮ補正された画像信号を各種信号に変換しインタフェイスに出力するための映像出力回路、８は外部に信号を出力するインタフェイス、９はシャッタを閉じたときに得られるＤＦＰＮデータを保存するＤＦＰＮメモリ、１０は過去のＤＦＰＮデータと時間データとからつぎの瞬間のドリフト量を予測演算するドリフト量予測回路、１１は時間データを出力するタイマである。
【００２３】
以下の説明において、検知器からの出力される信号をＳ、Ａ／Ｄ変換直後のデジタル画像信号をｄ、ＤＦＰＮ補正後のデジタル画像信号をｅ、動的ＤＦＰＮ補正データ信号をＱ、シャッタを閉じた時にシャッタ板などの均一面を撮像したときに得られるＤＦＰＮ補正データ信号をＲ、ＱとＲとの差をδ、検知信号のドリフト量をＶｓ、ｄのドリフト量をＶｄ、ｅのドリフト量をＶｅとする。
【００２４】
動的ＤＦＰＮ補正を行うときの具体的動作について説明する。通常の撮影時、シャッタ２はレンズ１と検知器３の間を通る赤外線をさえぎらない位置にあり、レンズ１を通って入射した赤外線は検知器３で検知され、検知信号Ｓ（ｔ）としてアナログ回路部４に入り、引き続きＡ／Ｄ変換回路５でデジタル画像信号ｄ（ｔ）に変換される（ステップＡ１）。ここでｔは時刻である。
【００２５】
次に、時刻ｔにおけるデジタル画像信号ｄ（ｔ）は、ＤＦＰＮ補正回路６において、動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）によって、ドリフトを除く画素間のｄ（ｔ）のばらつきとドリフトが減算され、映像出力回路７に送られる（ステップＡ２）。そして、ＤＦＰＮ補正された画像信号は映像出力回路７を通って出力形式に変換され、インタフェイス８より出力される（ステップＡ３）。
【００２６】
この動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）は、ＤＦＰＮメモリ９により得られる過去のＤＦＰＮデータＲ（ｔｎ）、タイマ１１から得られる時間データを使って、ドリフト量予測回路１０で作られる。この時のドリフト量予測回路１０の動作について説明する。
【００２７】
赤外線撮像装置は、動作中、タイマ１１からの時間データを参照しながら所定の時間間隔でシャッタ２を閉じ、ＤＦＰＮ補正データＲ（ｔ）をサンプリングし、順次ＤＦＰＮメモリ９に保存する。従って、ＤＦＰＮメモリ９には、時刻ｔｎ、ｔｎ−１、ｔｎ−２におけるＤＦＰＮ補正データＲ（ｔｎ）、Ｒ（ｔｎ−１）、Ｒ（ｔｎ−２）が保存される（ステップＡ４）。
【００２８】
ここで、任意の画素のＤＦＰＮ補正データＲは、ドリフトにより２次関数に従うと近似することができる。ここで、ａ１、ａ２、ａ３は定数である。
【００２９】
0003565338.tif 000002
【００３０】
ドリフト量予測回路１０は、ＤＦＰＮメモリ９より時刻ｔｎ、ｔｎ−１、ｔｎ−２における理想的なＤＦＰＮデータＲ（ｔｎ）、Ｒ（ｔｎ−１）、Ｒ（ｔｎ−２）を受け取り、式（１）からａ１、ａ２、ａ３を求める。これにより現在のドリフト量、即ち、動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）を計算し、ＤＦＰＮ補正回路６に渡す（ステップＡ５）。
【００３１】
0003565338.tif 000003
【００３２】
式（１）は近似式であるので、時間と共に動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）と実際のドリフト量との差δが大きくなってくる。従って、所定の時間経過後に再びＤＦＰＮ補正データＲをサンプリングし、ステップＡ４及びステップＡ５の処理を繰り返す。
【００３３】
このように、所定の時間間隔毎にＤＦＰＮ補正データＲをサンプリングし、Ｒ（ｔｎ）、Ｒ（ｔｎ−１）、Ｒ（ｔｎ−２）を用いて２次関数等の近似式を決定し、この近似式により任意の時間の動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）を算出することにより、ＤＦＰＮ補正の精度を向上させることができる。また、ＤＦＰＮ補正データのサンプリング回数を減らすことができるため、従来例のように回路設計に負荷をかけることなく、簡便かつ正確に検知器のドリフトの影響を抑制することができる。
【００３４】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係る赤外線撮像装置及びドリフト補正方法について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施例に係る赤外線撮像装置の主要部の構成を模式的に示す図である。なお、本実施例は撮像装置内部の温度データを用いてドリフト量の予測をより正確に行うことを特徴とするものであり、他の部分の構成に関しては、前記した第１の実施例と同様である。
【００３５】
すなわち、検知器３の出力は赤外線撮像装置内部の温度変化の影響を受けることが分かっている。そこで、本実施例では赤外線撮像装置内部に置かれた温度センサ１２から得られる内部温度データをドリフト予測演算に際して参照する。以下に具体的手法について詳述する。
【００３６】
前記した第１の実施例においては、起動からの時間ｔｎの式としてＤＦＰＮ補正データＲ（ｔｎ）を用いた。それに対し、本実施例ではＤＦＰＮ補正データＲ（ｔｎ）を、撮像装置内部温度ＴＳと、撮像装置内部温度の影響を除いたＤＦＰＮ補正データＲＳ（ｔｎ）とを用い、次式のように近似する（ステップＢ１）。但し、Ｃ、Ｄは回路により決まる定数である。
【００３７】
0003565338.tif 000004
【００３８】
ここで、Ｒ（ｔｎ）を第１の実施例で示した式（１）のＲに代入すると、
【００３９】
0003565338.tif 000005
【００４０】
となる。そして、第１の実施例と同様に、ドリフト量予測回路１０はＤＦＰＮメモリ９により均一面を撮像した時刻ｔｎ、ｔｎ−１、ｔｎ−２におけるＤＦＰＮデータＲ（ｔｎ）、Ｒ（ｔｎ−１）、Ｒ（ｔｎ−２）を受け取り、式（１）からａ１、ａ２、ａ３を求める。このａ１、ａ２、ａ３と内部温度センサ１２で得られる内部温度ＴＳを式（４ａ）（４ｂ）（４ｃ）に代入することにより、ｂ１、ｂ２、ｂ３が求まる。そして、式（４）をＲＳ（ｔｎ）について解くことでＴＳの影響を除いた動的補正データＱＳ（ｔ）が求められる。
【００４１】
0003565338.tif 000006
【００４２】
従って、内部温度Ｔｓｍにおける動的ＤＦＰＮ補正データは、次式のようになる。
【００４３】
0003565338.tif 000007
【００４４】
このＱ（ｔｎ、Ｔｓｍ）を撮像装置内部温度の影響を考慮した動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）として、ＤＦＰＮ補正回路６にわたす（ステップＢ２）。ＤＦＰＮ補正回路６は、このＱ（ｔｎ、Ｔｓｍ）を動的ＤＦＰＮ補正データとしてデジタル画像信号ｄ（ｔ）から動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）を計算し、映像出力回路７にＤＦＰＮ補正画像信号ｅ（ｔ）を送る（ステップＢ３）。
【００４５】
本実施例のように、撮像装置内部温度をドリフト量予測回路１０の計算に使うことにより、前記した第１の実施例の場合よりもδを小さくすることができ、出力画像のドリフトも第１の実施例よりも更に抑制することができる。
【００４６】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係る赤外線撮像装置及びドリフト補正方法について、図５を参照して説明する。図５は、第３の実施例に係る赤外線撮像装置の主要部の構成を模式的に示す図である。なお、本実施例は検知器の温度データを用いてドリフト量の予測をより正確に行うことを特徴とするものであり、他の部分の構成に関しては、前記した第１及び第２の実施例と同様である。
【００４７】
すなわち、検知信号は検知器３の温度変化の影響を受けることが分かっている。そこで、本実施例では検知器温度センサ１３から得られる検知器温度データをドリフト予測演算に際して参照する。以下に具体的手法について詳述する。
【００４８】
前記した第１の実施例においては、時刻ｔｎの式としてＤＦＰＮ補正データＲ（ｔｎ）を用いた。それに対し、本実施例ではＤＦＰＮ補正データを検知器内部温度Ｔｋと、撮像装置内部温度の影響を除いたＤＦＰＮ補正データＲｋ（ｔｎ）を用い、次式のように近似する（ステップＣ１）。但し、Ｃ２、Ｄ２は検知器により決まる定数である。
【００４９】
0003565338.tif 000008
【００５０】
次に、第２の実施例と同じ方法で検知器内部温度の影響を考慮した動的ＤＦＰＮ補正データＱを計算し、ＤＦＰＮ補正回路６にわたす（ステップＣ２）。そして、ＤＦＰＮ補正回路６は、ステップＣ２で得た動的ＤＦＰＮ補正データによりデジタル画像信号ｄ（ｔ）から動的ＤＦＰＮ補正データＱを計算し、映像出力回路７にＤＦＰＮ補正画像信号を送る（ステップＣ３）。
【００５１】
本実施例のように、検知器内部温度の影響をドリフト量予測回路１０の計算に使うことにより、前記した第１の実施例の場合よりもδを小さくすることができ、出力画像のドリフトも第１の実施例より更に抑制することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の赤外線撮像装置及びドリフト補正方法によれば、動的ＤＦＰＮ補正データＱ（ｔ）でＤＦＰＮ補正を行うことにより、静的ＤＦＰＮ補正に比べて画像ドリフトを低減することができ、画質を向上させることができるという効果が得られる。
【００５３】
また、ドリフトが低減するため、画質が悪化しにくくなり、ＤＦＰＮデータ取得の回数を少なくすることができる。このために、シャッタでＤＦＰＮデータ取得の瞬間は、出力画像は一瞬フリーズするが、フリーズする回数を減らすことができ、操作性を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る赤外線撮像装置の主要構成を模式的に示す図である。
【図２】従来の赤外線撮像装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る赤外線撮像装置の主要構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る赤外線撮像装置の主要構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る赤外線撮像装置の主要構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１  レンズ
２  シャッタ
３  検知器
４  アナログ回路部
５  Ａ／Ｄ変換回路
６  ＤＦＰＮ補正回路
７  映像出力回路
８  インタフェイス
９  ＤＦＰＮメモリ
１０  ドリフト量予測回路
１１  タイマ
１２  撮像装置内部温度センサ
１３  検知器温度センサ
【図１】
0003565338.tif 000009
【図２】
0003565338.tif 000010
【図３】
0003565338.tif 000011
【図４】
0003565338.tif 000012
【図５】
0003565338.tif 000013