(57)【要約】【課題】  正規のピント位置で、光学系全系を通した赤外光を利用し、天候等の運用上の制限がなく、小型、軽量、低コストなオフセット補正を実現する。【解決手段】  遠方からの赤外光が大気減衰の厳しい波長帯を透過するバンドパスフィルタ３を用意し、予めこのフィルタの有無による検知器５の出力信号レベル差のデータを取得し、画素ごとの補正データを撮像帯域補正データ記憶部１７に記録しておく。バンドパスフィルタ３を介して取得した画像をダミーフィルタ２を介して得られる画像の帯域に適合するよう演算部８ｂで補正して減算することにより、光学系の温度分布によるオフセット成分を除去するようにした。この時、外界から入射する４．３μｍ付近の赤外光よりも、バンドパスフィルタ３で反射されて検知器５に入射する鏡筒からの赤外光の方が大きい場合が起こり得るため、低温熱源１８を用意して検知器５に低温熱源１８からの反射光が入射するようにした。【選択図】      図６
2006129336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を透過して素子上に結像する検知器と、
大気減衰の大きい波長帯の赤外光のみを透過するバンドパスフィルタと、
補正データ収得時に、上記バンドパスフィルタを通過した際と、上記バンドパスフィルタを通過しない際の上記検知器の出力信号レベルの差のデータを画素ごとに取得し、
補正データ用として記録しておくオフセットデータ記憶部と、
上記オフセットデータ記憶部に記憶された補正データで赤外画像を補正する演算部と、
を具備することを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
赤外光を透過して素子上に結像する検知器と、
大気減衰の大きい波長帯のみを透過できるバンドパスフィルタと、
ダミーフィルタと上記バンドパスフィルタを内蔵し、双方を切り替えるフィルタ切替部と、
上記検知器で入射光のエネルギーに応じた電気信号に変換したアナログ信号をアンプ回路で増幅してた後、ディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
外部から補正指令信号が入力され、補正データ収得時に、上記フィルタ切替部へ上記バンドパスフィルタへの切り替えを指令する制御部と、
上記Ａ／Ｄ変換回路からの映像信号に対して制御部からデータの記録を指令されるオフセットデータ記憶部と、
各素子ごとの入出力特性が同等となるよう補正されるゲインデータを記録しているゲインデータ記憶部と、
光学系によるシェーディングを補正されるシェーディングデータを記録しているシェーディングデータ記憶部と、
上記Ａ／Ｄ変換回路の出力信号は、上記オフセットデータ記憶部に記録されたオフセットデータで減算され、上記ゲインデータ記憶部で記憶されたゲインデータによりゲインを制御され、上記シェーディングデータ記憶部で記憶されたシェーディングデータで補正して、映像信号を演算する演算部と、
上記演算部で演算された映像信号を外部へ出力する映像信号出力回路と、
から構成されることを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項３】
上記フィルタ切換え部４がビームスプリッタから成るプリズム駆動部で構成されることを特徴とする請求項２記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
上記演算部において、
フィルタ又はプリズムの透過帯域の違いによる素子毎の出力信号レベルの差を、予め取得した撮像帯域補正データを用いて補正する
ことを特徴とする請求項２または請求項３記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
大気減衰の大きい波長帯として、
４．３μｍ帯を使用すること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいづれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【請求項６】
上記フィルタ切換え部において、
バンドパスフィルタで反射して検知器へ反射光を供給する低温熱源を使用することにより、鏡筒からの赤外光を抑えるようにすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいづれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【請求項７】
外界からの入射光を受けるレンズを保持するように設置された鏡筒と、
上記レンズを通過した赤外光を、バンドパスフィルタで帯域制限された後入射するように設置された検知器と、
上記バンドパスフィルタで反射して、上記検知器へ入射するように設置された低温熱源と
から構成されることを特徴とする請求項６記載の赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気減衰の大きい波長帯でオフセット補正を行う赤外線撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線撮像装置は、温度を持つ物体から発せられる赤外線を検知して電気信号に変換し可視化した画像として表示するための装置である。温度を検知する装置であるため、自身の持つ光学系の温度も検知してしまい、これが温度変化するために定期的に均一温度の物体を見て自身から発せられる赤外光の分布を取り除くオフセット補正を行う必要がある。
オフセット補正の方法としては、光学系の前に遮蔽板を置く方法（例えば、特許文献１）や、光学系の焦点をずらしてぼかす方法（例えば、特許文献２）、或いは光学系の途中にミラーを挿入して基準熱源からの赤外光で補正する方法や、天空を見て補正する方法等が従来技術として知られている。
【０００３】
【特許文献１】特ＷＯ００／０４２３９９号公報（第１図）
【特許文献２】特開平５−２９２４０３号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、航空機等に搭載する赤外線撮像装置では、光学系の前に操作者が遮蔽版を置くことはできず、機械的に遮蔽するには強度が要求されるため、装置が大きくなりコスト高となる。
焦点をずらしてぼかす方法では、正規のピント位置で検知器に入射するオフセット成分を正しく除去できない。
光学系の途中にミラーを挿入する方法では、光学系全系から発せられるオフセット成分を除去することができず、光学系が高温になった場合等に誤差が大きくなる等の問題がある。
【０００５】
この発明は、以上の課題を解決するために、正規のピント位置で、光学系の途中にミラー等を挿入せず光学系全系を通した赤外光を利用し、天候等の運用上の制限がなく、小型、軽量、低コストにできるオフセット補正方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第1の発明の赤外線撮像装置は、赤外光を透過して素子上に結像する検知器と、大気減衰の大きい波長帯の赤外光のみを透過するバンドパスフィルタと、補正データ収得時に、上記バンドパスフィルタを通過した際と、上記バンドパスフィルタを通過しない際の上記検知器の出力信号レベルの差のデータを画素ごとに取得し、補正データ用として記録しておくオフセットデータ記憶部と、上記オフセットデータ記憶部に記憶された補正データで赤外画像を補正する演算部とを具備するものである。
【０００７】
第２の発明の赤外線撮像装置は、赤外光を透過して素子上に結像する検知器と、大気減衰の大きい波長帯のみを透過できるバンドパスフィルタと、ダミーフィルタと上記バンドパスフィルタを内蔵し、双方を切り替えるフィルタ切替部と、上記検知器で入射光のエネルギーに応じた電気信号に変換したアナログ信号をアンプ回路で増幅してた後、ディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換回路と、外部から補正指令信号が入力され、補正データ収得時に、上記フィルタ切替部へ上記バンドパスフィルタへの切り替えを指令する制御部と、上記Ａ／Ｄ変換回路からの映像信号に対して制御部からデータの記録を指令されるオフセットデータ記憶部と、各素子ごとの入出力特性が同等となるよう補正されるゲインデータを記録しているゲインデータ記憶部と、光学系によるシェーディングを補正されるシェーディングデータを記録しているシェーディングデータ記憶部と、上記Ａ／Ｄ変換回路の出力信号は、上記オフセットデータ記憶部に記録されたオフセットデータで減算され、上記ゲインデータ記憶部で記憶されたゲインデータによりゲインを制御され、上記シェーディングデータ記憶部で記憶されたシェーディングデータで補正して、映像信号を演算する演算部と、上記演算部で演算された映像信号を外部へ出力する映像信号出力回路とから構成されるものである。
【発明の効果】
【０００８】
正規のピント位置で、光学系の途中にミラー等を挿入せず光学系全系を通した赤外光を利用し、天候等の運用上の制限がなく、小型、軽量、低コストで、オフセット補正が実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、大気減衰の大きい波長帯の一例及び特性を説明するための図であり、図１（ａ）は大気減衰の大きい波長帯の一例を説明するための図であり、図１（ｂ）は４．３μｍ帯付近の大気透過率がほぼ０となる水平距離と高度の関係を示した図である。
赤外画像のオフセット補正方法は、大気減衰の大きい波長帯を利用して行うものである。
【００１０】
図１（ａ）のように、大気減衰の大きい波長帯としては、ＣＯ２の吸収による４．３μｍ付近及び１４μｍ付近と、Ｈ２Ｏの吸収による５〜７μｍ付近、更にはＣＯ２とＨ２Ｏの吸収による２．７μｍ付近がある。
【００１１】
この波長帯は、赤外線を全く透過しない訳ではなく、例えば４．３μｍ帯付近ではＣＯ２による吸収のために大気減衰が大きいのが特徴で、従来の赤外線撮像装置では光学系や周囲の大気からの放射といったショットノイズ源となる赤外光のみを検知器に導く有効でない波長帯と考えられていた。
【００１２】
この発明の赤外画像のオフセット補正方法では、大気減衰の大きい波長帯の特徴を利用し、この帯域のみを透過するバンドパスフィルタを介して撮像した外界の像の写っていない画像を補正データとすることにより、課題を解決するものである。
【００１３】
図１（ｂ）は、４．３μｍ帯付近の大気透過率がほぼ０となる水平距離と高度の関係を示した図である。
【００１４】
この発明によるオフセット補正方法は、地表付近の低高度から航空機が飛行する高高度まで有効である。例えば、図１（ｂ）において、水平距離３ｋｍの場合は高度２０ｋｍ以下の高度において有効であり、図１（ａ）の大気透過率の特性が有効になること表している。
【００１５】
例えば、オフセット補正データ収得時には、バンドパスフィルタやビームスプリッター等を使用して、大気減衰の大きい波長帯の赤外光を透過する手段を用いる。そこで、予め、バンドパスフィルタやビームスプリッター等を通過する場合の検知器５の出力信号の値と、通過しない場合による検知器５の出力信号の値と、双方の出力信号の値のレベル差をデータとして取得する。
以上のように収得した画素ごとのレベル差のデータを補正データ用としてオフセットデータ記憶部に記録しておくものとする。
【００１６】
次に、撮像時には、大気減衰の大きい波長帯の赤外光のみを透過するバンドパスフィルタを、広帯域の赤外光を透過するダミーフィルタに交換して撮像する。ここで、ダミーフィルタの交換はアクチュエータを駆動して自動的に交換される。
レンズからの入射光を透過させて、検知器の素子上に結像させるダミーフィルタと、上記ダミーフィルタを介して得られる画像の帯域に適合するように演算部で補正して演算するものとする。
【００１７】
以上の手段により、大気中の赤外光を透過しない波長帯を使用して、オフセット補正を行うようにすることで赤外画像のオフセット補正を行うことが可能になる。
【００１８】
図２は、この発明の実施の形態１を示す赤外線撮像装置のブロック図であり、１はレンズ、２はダミーフィルタ、３はバンドパスフィルタ、４はフィルタ切替部、５は検知器、６はアンプ回路、７はＡ／Ｄ変換回路、８ａは演算部、９はゲインデータ記憶部、１０はシェーディングデータ記憶部、１１は映像信号出力回路、１２は制御部、１３はオフセットデータ記憶部、１４は補正指令信号である。
【００１９】
レンズ１への入射光は、ダミーフィルタ２を透過して検知器５の素子上に結像する。検知器５は複数の光検知素子で構成され、入射光のエネルギーに応じた電気信号に変換して出力し、アンプ回路６で増幅されＡ／Ｄ変換回路７でデジタルの信号に変換される。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換回路７の出力信号は、演算部８ａにおいてオフセットデータ記憶部１３に記録されたオフセットデータで減算され、ゲインデータ記憶部９に記録されたゲインデータで各素子ごとの入出力特性が同等となるよう補正され、シェーディングデータ記憶部１０に記録されたシェーディングデータで光学系によるシェーディングを補正される。
【００２１】
演算部８ａの出力信号は映像信号出力回路１１で映像信号に変換されて外部へ出力される。外部から補正指令信号１４が入力されると、オフセット補正データ収得時には、制御部１２はフィルタ切替部４へダミーフィルタ２からバンドパスフィルタ３への切り替えを指令し、オフセットデータ記憶部１３へデータの記録を指令する。
【００２２】
バンドパスフィルタ３を透過できるのは、赤外線撮像装置の近傍からの大気放射と光学系の放射のみである。
大気減衰の大きい波長帯を利用することにより、外界から検知器に入射する光は像のない均一な光に制限されるため、取得した画像上には光学系からの放射の分布が模様として表れることになる。
【００２３】
この画像をもとに演算部８ａで各画素の出力値が均一になるよう減算することにより、光学系の温度変化によるオフセット成分を除去することが可能となる。
【００２４】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２を示す赤外線撮像装置のブロック図であり、１５はビームスプリッタ、１６はプリズム駆動部であり、１〜７、８ａ、９〜１４は図２と同一のものである。実施の形態２では実施の形態１のフィルタをプリズムに置き換えたものであり、基本的な動作は同等である。
【００２５】
ビームスプリッタ１５は外部からの入射光を大気減衰の大きい波長帯とそれ以外の帯域の光に分離するものであり、プリズム駆動部１６はビームスプリッタ１５で分離された光線のうち検知器５へ導く光線を切り替えるものである。
【００２６】
レンズ１への入射光は、ビームスプリッタ１５を透過して大気減衰の大きい波長帯とそれ以外の帯域の光に分離され、大気減衰の大きい波長帯以外の光線が検知器５の素子上に結像する。
検知器５は複数の光検知素子で構成され、入射光のエネルギーに応じた電気信号に変換して出力し、アンプ回路６で増幅されＡ／Ｄ変換回路７でデジタルの信号に変換される。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換回路７の出力信号は、演算部８ａにおいてオフセットデータ記憶部１３に記録されたオフセットデータで減算される。
ゲインデータ記憶部９に記録されたゲインデータで各素子ごとの入出力特性が同等となるよう補正され、シェーディングデータ記憶部１０に記録されたシェーディングデータで光学系によるシェーディングを補正される。
【００２８】
演算部８ａの出力信号は映像信号出力回路１１で映像信号に変換されて外部へ出力される。外部から補正指令信号１４が入力されると、制御部１２はプリズム駆動部１６を駆動し大気減衰の大きい波長帯の光を検知器５へ導くように駆動し、オフセットデータ記憶部１３へデータの記録を指令する。
【００２９】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３を図２の構成からの発展として説明するための赤外線撮像装置のブロック図であり、８ｂは演算器、１７は撮像帯域補正データ記憶部であり、１〜７、９〜１４は図２と同一のものである。
【００３０】
演算器８ｂは実施の形態１の演算器８ａにフィルタの切り替えによる撮像帯域、分光感度特性、及び光学系透過率の違いに起因する出力信号レベルの差を補正する処理を追加したものである。撮像帯域補正データ記憶部１７は、フィルタの切り替えによる出力信号レベルの差を補正するためのデータを記録するものである。
【００３１】
運用時に変化するレンズ１の温度分布をオフセット補正で除去するため、レンズ１を除いたフィルタと検知器５の構成で図５に示す特性データを各素子ごとに予め取得しておく。
【００３２】
バンドパスフィルタ３を介しての出力信号とダミーフィルタ２を介しての出力信号の関係が各素子で同一となる様に取得データから各素子ごとに補正式を求め、撮像帯域補正データ記憶部１７に記録する。
【００３３】
なお、レンズ１の透過率が各フィルタの帯域で大きく異なる場合には、透過率の比を前記補正式に乗じたものを撮像帯域補正データ記憶部１７に記録し、外部からの補正指令信号１４に基づきバンドパスフィルタ３を透過した画像データをオフセットデータ記憶部１３に記録する。
【００３４】
演算部８ｂは、オフセットデータ記憶部１３に記録された画像データの各画素に対して撮像帯域補正データ記憶部１７に記録された各画素の補正式で補正し、その画像が均一になるようＡ／Ｄ変換回路の出力信号に対して減算し、ゲインデータ記憶部９に記録されたゲインデータで各素子ごとの入出力特性が同等となるよう補正し、シェーディングデータ記憶部１０に記録されたシェーディングデータで光学系によるシェーディングを補正する。
【００３５】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４を説明するための赤外線撮像装置のブロック図であり、１８はバンドパスフィルタ３で反射されて検知器５に入射する赤外光を低減するための低温熱源で、１〜７、９〜１４は図２と同一のもの、８ｂ、１７は図４と同一のものである。
【００３６】
実施の形態１〜３では、鏡筒温度によっては、バンドパスフィルタ３を介して外界から入射する４．３μｍ付近の赤外光よりも、バンドパスフィルタ３で反射されて検知器５に入射する鏡筒からの赤外光の方が大きい場合が起こり得る。この反射光が支配的である場合には、バンドパスフィルタ３を介して外界から入射する４．３μｍ付近の赤外光を利用する効果が得られない。
【００３７】
図７は鏡筒からの反射光の除去手段を説明するための図であり、１９は鏡筒、１、３、５は図２と同一のもの、１８は図６と同一のものである。
【００３８】
検知器５に低温熱源１８からの反射光が入射するように設置することで、鏡筒１９の温度に影響されず、バンドパスフィルタ３を介して外界から入射する４．３μｍ付近の赤外光を利用してオフセット補正を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】大気減衰の大きい波長帯の一例及び特性を説明するための図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す赤外線撮像装置のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２を示す赤外線撮像装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３を示す赤外線撮像装置のブロック図である。
【図５】各素子ごとに取得する特性データを説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態４を示す赤外線撮像装置のブロック図である。
【図７】鏡筒からの反射光の除去手段を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  レンズ、  ２  ダミーフィルタ、  ３  バンドパスフィルタ、  ４  フィルタ切替部、  ５  検知器、  ６  アンプ回路、  ７  Ａ／Ｄ変換回路、  ８  演算部、  ９  ゲインデータ記憶部、  １０  シェーディングデータ記憶部、  １１  映像信号出力回路、  １２  制御部、  １３  オフセットデータ記憶部、  １４  補正指令信号、  １５  ビームスプリッタ、  １６  プリズム駆動部、  １７  撮像帯域補正データ記憶部、  １８  低温熱源、  １９  鏡筒。
【図１】
2006129336.tif 000003
【図２】
2006129336.tif 000004
【図３】
2006129336.tif 000005
【図４】
2006129336.tif 000006
【図５】
2006129336.tif 000007
【図６】
2006129336.tif 000008
【図７】
2006129336.tif 000009