(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、
前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、
前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動の前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、
前記画像処理手段は、
像位置の移動の前後に前記受光面上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する差分算出部と、
像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、
前記画素列の画素のオフセット量に基づいて、前記画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する補正部と、
を有し、
前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、
前記撮像手段は、像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、
前記画像処理手段は、同一画素について、像位置の移動前と像位置を戻した後との出力レベルの変動量を算出し、
前記オフセット量算出部は、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記像シフト手段は、画素の配列方向に、前記受光面の画素間隔のＮ倍（Ｎは正の整数）の距離だけ像位置を移動させ、
前記差分算出部は、像位置の移動方向に配列された画素列のＮ画素ずれた位置との差分をそれぞれ１画素ごとに算出し、
前記オフセット量算出部は、前記画素列の第１画素から第Ｎ画素の各画素を起点として、それぞれＮ画素ごとの差分を順次に積算し、前記画素列の画素ごとの出力レベルのオフセット量を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像処理手段は、撮像装置のシェーディングの影響を相殺するように、前記受光面の画素の位置に応じて、画素ごとの出力レベルを補正する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、画素が２次元のマトリクス状に配列された受光面を有し、
前記像シフト手段は、前記受光面の画素の第１の配列方向と、前記第１の配列方向に直交する第２の配列方向にそれぞれ像位置を移動させ、
前記差分算出部は、
前記第１の配列方向への像位置の移動の前後に像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を第１の差分として算出し、かつ、
前記第２の配列方向への像位置の移動の前後に像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を第２の差分として算出し、
前記オフセット量算出部は、
前記第１の配列方向に配列された第１の画素列について、出力レベルの第１の差分を順次に積算して、前記第１の画素列の画素の第１のオフセット量を算出し、かつ、
前記第２の配列方向に配列された第２の画素列について、出力レベルの第２の差分を順次に積算して、前記第２の画素列の画素の第２のオフセット量を算出し、
前記補正部は、前記第１及び第２のオフセット量に基づいて、画素の出力レベルを補正する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記像シフト手段は、前記受光面上の像の任意の点の軌跡が前記受光面上で円軌道を描くように、前記像位置を並進移動させ、
前記撮像手段は、前記像の任意の点が前記円軌道上の所定部分を移動する前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、
前記差分算出部は、前記像の任意の点が前記円軌道上の所定部分を移動する前後に像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出し、
前記オフセット量算出部は、前記像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしを結ぶ直線方向を像位置の移動方向として、オフセット量を算出する、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記像シフト手段は、前記受光面上の像の任意の点が継続的に等速円運動を行うように、前記像位置を移動させる、
ことを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像手段及び前記画像処理手段は撮像装置本体を構成し、
前記光学系及び前記像シフト手段は、前記撮像装置本体から着脱自在なレンズユニットを構成し、
前記撮像装置本体は、前記受光面の画素間隔を含むデータを前記レンズユニットへ出力し、
前記像シフト手段は、前記データに基づいて像位置を移動させる、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像手段は、受光面上の像を撮像するタイミングに同期した同期信号を出力し、
前記像シフト手段は、前記同期信号に基づいて像位置を移動させる、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記像シフト手段は、像位置を移動させるタイミングに同期した同期信号を出力し、
前記撮像手段は、前記同期信号に基づいて受光面上の像を撮像する、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像素子はボロメータあるいはマイクロボロメータである、
ことを特徴とする請求項１〜９記載の撮像装置。
【請求項１１】
受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系とを備えた撮像装置の画素出力レベルの補正方法であって、
前記受光面上の像を撮像する第一ステップと、
前記第一ステップの後、前記受光面上で像位置を移動させる第二ステップと、
前記第二ステップにおける、前記像位置の移動の後に、前記受光面上の像を撮像する第三ステップと、
前記第三ステップの後、前記受光面上で前記第二ステップにて実行した前記像の移動前の位置へ前記像位置を戻す第四ステップと、
前記第四ステップの後、再度前記受光面上の像を撮像する第五ステップと、
前記第五ステップの後、前記撮像素子の同一画素について、前記像位置の移動前である前記第一ステップと、前記像位置を戻した後である前記第五ステップとの出力レベルの変動量を算出する第六ステップと、
前記第六ステップにて算出した各画素の出力レベルの変動量に基づき、像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出する際、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する第七ステップと、
前記第七ステップにおいて算出した前記オフセット量に基づいて、前記画素列の画素の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する第八ステップと
を有する、撮像装置の画素出力レベル補正方法。
【請求項１２】
赤外線の受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、
前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、
前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、
前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動の前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、更に像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、
前記画像処理手段は、
像位置の移動の前後に前記受光面上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する差分算出部と、
像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出すると共に、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する、オフセット量算出部と、
前記画素列の画素のオフセット量に基づいて、前記画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する補正部と、
を有する、ことを特徴とする赤外線カメラシステム。
【請求項１３】
撮像装置本体と、前記撮像装置本体に着脱自在なレンズユニットとを備える交換可能なレンズシステムであって、
前記撮像装置本体は、
受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
前記レンズユニットは、
受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、
前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、を備え、
前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、
前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動の前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、更に像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、
前記画像処理手段は、
像位置の移動の前後に前記受光面上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する差分算出部と、
像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出すると共に、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する、オフセット量算出部と、
前記画素列の画素のオフセット量に基づいて、前記画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する補正部と、を有する、
ことを特徴とする交換可能なレンズシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、その画素出力レベル補正方法、赤外線カメラシステム及び交換可能なレンズシステムに関し、より詳細には、画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる撮像装置、その画素出力レベル補正方法、赤外線カメラシステム及び交換可能なレンズシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置の例が下記の特許文献１〜３に記載されている。これら特許文献１〜３に記載の赤外線撮像装置では、補正用シャッターを閉じることによって基準画像を得て、この基準画像から個々の画素の出力レベルのシフト量を求め、画素間の出力レベルのばらつきを補正していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１０８０４号公報
【特許文献２】特開２００８−１１１７５４号公報
【特許文献３】特開２００８−２０３０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これら従来の撮像装置ではいずれも、頻繁に補正用シャッターを閉じる必要がある。撮像装置は、補正用シャッターを閉じている間、被写体を撮像することができない。このため、これらの従来の撮像装置を防犯カメラ等の監視カメラとして使用した場合、たとえ短時間であっても補正用シャッターを閉じている間に発生した事象を監視することができないという問題が生じる。また、従来の撮像装置は、補正用シャッターを閉じている間、新たに撮像した動画フレームを出力することができないため、動画が途切れてしまうことになる。
【０００５】
そこで、本発明は、補正用シャッターを閉じることなく、画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる撮像装置、その画素出力レベル補正方法、赤外線カメラシステム及び交換可能なレンズシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明の撮像装置によれば、受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動の前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、前記画像処理手段は、像位置の移動の前後に前記受光面上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する差分算出部と、像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、前記画素列の画素のオフセット量に基づいて、前記画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する補正部と、を有し、前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、前記撮像手段は、像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、前記画像処理手段は、同一画素について、像位置の移動前と像位置を戻した後との出力レベルの変動量を算出し、前記オフセット量算出部は、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出することを特徴としている。
【０００７】
本発明の撮像装置では、受光面に対して像位置を移動させる。そして、像位置の移動前に像の或る部分を受光した第１画素の出力レベルと、移動後にその同一部分を受光した第２画素の出力レベルとの差分Δ１を算出する。ここで重要なことは、この差分Δ１は、均一な輝度（又は温度）の補正用シャッターを閉じてこれを撮像した場合の第１画素と第２画素の出力レベルの差分と等価であるということである。したがって、本発明では、補正用シャッターを閉じることなく、第１画素と第２画素の出力レベルの差分Δ１を取得することができる。
【０００８】
また、像の同一部分を受光する画素どうしの出力レベルの差分として、像の移動方向に沿った画素列について、第１画素と第２画素の出力レベルの差分Δ１と同様に、それぞれ像の同一部分を受光した、第２画素と第３画素との出力レベルの差分Δ２、第３画素と第４画素との出力レベルの差分Δ３、・・・第ｎ画素と第（ｎ＋１）画素との出力レベルの差分Δｎも算出される。なお、「ｎ」は正の整数である。
【０００９】
さらに、画素の差分Δ１、Δ２、Δ３、・・・Δｎを像位置の移動方向に沿って順次に積算することによって、その画素列の画素の出力レベルのシフト量が算出される。すなわち、第１画素のシフト量を例えば０とすれば、第２画素のシフト量はΔ１、第３画素シフト量は（Δ１＋Δ２）、同様に、第ｎ＋１画素のシフト量は（Δ１＋Δ２＋Δ３＋・・・＋Δｎ）と算出される。このように、本発明では、補正用シャッターを閉じることなく、個々の画素の出力レベルのシフト量を算出することができる。したがって、本発明では、補正用シャッターを閉じることなく、画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、前記像シフト手段は、画素の配列方向に、前記受光面の画素間隔のＮ倍（Ｎは正の整数）の距離だけ像位置を移動させ、前記差分算出部は、像位置の移動方向に配列された画素列のＮ画素ずれた位置との差分をそれぞれ１画素ごとに算出し、前記オフセット量算出部は、前記画素列の第１画素から第Ｎ画素の各画素を起点として、それぞれＮ画素ごとの差分を順次に積算し、前記画素列の画素ごとの出力レベルのオフセット量を算出する。
【００１１】
Ｎ＝１として、１画素間隔（画素ピッチ）だけ像位置を移動させた場合、像位置の移動方向沿った画素列において、隣接した画素どうしの差分が算出される。そして、隣接した画素の差分を順次に積算して、画素列の各画素の出力レベルのオフセット量が算出される。また、Ｎ＝２として、２画素ピッチだけ像位置を移動させた場合は、像位置の移動方向に沿った画素列において、一つおきの画素どうしの差分が算出される。そして、一つおきに画素の差分を順次に積算して、画素列の一つおきの画素の出力レベルのオフセット量が算出される。この場合、画素列の偶数番目の画素群の出力レベルのオフセット量と、画素列の奇数番目の画素群の出力レベルのオフセット量とをそれぞれ算出するとよい。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、前記画像処理手段は、前記撮像装置のシェーディングの影響を相殺するように、前記受光面の画素の位置に応じて、画素ごとの出力レベルを補正する。
【００１３】
シェーディングとは、赤外線用の撮像装置において、被写体とは関係なく撮像装置内の内面放射及び迷光に起因して、受光面の撮像素子が受光する赤外線量が、環境温度が高い場合、受光面の中心部から周辺部へ行くに従って増加し、環境温度が低い場合、受光面の中心部から周辺部へ行くに従って減少する現象をいう。像移動の前後に像の同一部分を受光した２つの画素のうち、一方が光学系の光軸付近に配置され、他方が光学系の光軸から離れた周辺部に配置されていた場合、これら２つの画素の受光強度は、シェーディングの影響により等しくない。このため、これら２つの画素それぞれの出力レベルも、シェーディングの影響を含むもとなる。その結果、これら２つの画素の出力レベルの差分もシェーディングの影響を含むもとなる。そこで、シェーディング特性を相殺するように、画素毎の出力レベルを補正することにより、画素どうしの出力レベルのより正確な差分が得られる。その結果、シェーディング特性の影響を排除して、画素出力レベルのばらつきをより均一化する補正の実現を図ることができる。なお、このシェーディングはバックグランドとも呼ばれる。
【００１４】
また、本発明において好ましくは、前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、前記撮像手段は、像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、前記画像処理手段は、同一画素について、像位置の移動前と像位置を戻した後との出力レベルの変動量を算出し、前記オフセット量算出部は、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する。
【００１５】
被写体が動いた場合、算出された画素の出力レベルの差分は、画素自体の出力特性のばらつきに基づく出力レベルの差を正確には反映しないことがある。したがって、被写体の動いた部分に対応する像部分を受光した画素の差分は、オフセット量の算出から除外されることが望ましい。そこで、像位置の移動前と像位置を戻した後との出力レベルの変動量が大きい像部分を、被写体が動いた部分として除外する。これにより、オフセット量が不正確になることの防止を図ることができる。
なお、オフセット量の算出から除外された画素に対しては、前回有効であった差分値を適用して積算を行いオフセット量を算出してもよい。あるいは、積算によってオフセット量を算出する代わりに、前回有効であったオフセット量を置き換えてもよい。
【００１６】
また、本発明において好ましくは、前記撮像手段は、画素が２次元のマトリクス状に配列された受光面を有し、前記像シフト手段は、前記受光面の画素の第１の配列方向と、前記第１の配列方向に直交する第２の配列方向にそれぞれ像位置を移動させ、前記差分算出部は、前記第１の配列方向への像位置の移動の前後に像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を第１の差分として算出し、かつ、前記第２の配列方向への像位置の移動の前後に像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を第２の差分として算出し、前記オフセット量算出部は、前記第１の配列方向に配列された第１の画素列について、出力レベルの第１の差分を順次に積算して、前記第１の画素列の画素の第１のオフセット量を算出し、かつ、前記第２の配列方向に配列された第２の画素列について、出力レベルの第２の差分を順次に積算して、前記第２の画素列の画素の第２のオフセット量を算出し、前記補正部は、前記第１及び第２のオフセット量に基づいて、画素の出力レベルを補正する。
【００１７】
このように、第１及び第２の配列方向についてそれぞれ算出された第１及び第２のオフセット量に基づいて、画素の出力レベルを補正するので、より正確な補正の実現を図ることができる。
また、前記、オフセット量の算出から除外された画素に対しては、第１あるいは第２の配列方向の何れか有効な方向のみの積算によってオフセット量を算出することもできる。
【００１８】
なお、第１及び第２の配列方向にそれぞれ像位置を移動するにあたっては、移動前の像位置から移動後の像位置へ移動経路は問わない。例えば、移動前の位置から、一旦、第三の位置へ移動し、次いで、移動後の位置へ移動するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明において好ましくは、前記像シフト手段は、前記受光面上の像の任意の点の軌跡が前記受光面上で円軌道を描くように、前記像位置を並進移動させ、前記撮像手段は、前記像の任意の点が前記円軌道上の所定部分を移動する前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、前記差分算出部は、前記像の任意の点が前記円軌道上の所定部分を移動する前後に像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出し、前記オフセット量算出部は、前記像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしを結ぶ直線方向を像位置の移動方向として、オフセット量を算出する。
【００２０】
このように、軌跡が円軌道を描くように像位置を移動させることによって、像位置を連続的に移動させることができる。その結果、像位置の位置精度の位置が容易となる。
【００２１】
また、本発明において好ましくは、前記像シフト手段は、前記受光面上の像の任意の点が継続的に等速円運動を行うように、前記像位置を移動させる。
【００２２】
このように、継続的に等速直線運動を行うように像位置を移動させることによって、像位置を安定的に移動させることができる。また、像位置の円運動の１周期ごとに、容易に補正を行うことができる。
【００２３】
また、本発明において好ましくは、前記撮像手段及び前記画像処理手段は撮像装置本体を構成し、前記光学系及び前記像シフト手段は、前記撮像装置本体から着脱自在なレンズユニットを構成し、前記撮像装置本体は、前記受光面の画素間隔を含むデータを前記レンズユニットへ出力し、前記像シフト手段は、前記データに基づいて像位置を移動させる。
【００２４】
受光面の画素間隔は、通常、撮像装置本体の種類によって異なる。交換レンズのようなレンズユニットに組み込まれた像シフト手段は、撮像装置本体から送られてきた画素間隔を含むデータに基づいて、像位置の移動量を撮像装置本体の受光面の画素間隔に適合させることができる。
【００２５】
また、本発明において好ましくは、前記撮像手段は、受光面上の像を撮像するタイミングに同期した同期信号を出力し、前記像シフト手段は、前記同期信号に基づいて像位置を移動させる。
これにより、像位置の移動と撮像のタイミングを合わせて、正確な補正の実現を図ることができる。
【００２６】
また、本発明において好ましくは、前記像シフト手段は、像位置を移動させるタイミングに同期した同期信号を出力し、前記撮像手段は、前記同期信号に基づいて受光面上の像を撮像する。
これにより、像位置の移動と撮像のタイミングを合わせて、正確な補正の実現を図ることができる。
【００２７】
また、本発明において好ましくは、前記撮像素子はボロメータあるいはマイクロボロメータである。
撮像素子をボロメータあるいはマイクロボロメータで構成することにより、本発明の撮像装置を、赤外線画像を撮像可能なものとすることができる。
【００２８】
また、本発明の撮像装置の画素出力レベル補正方法は、受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系とを備えた撮像装置の画素出力レベルの補正方法であって、前記受光面上の像を撮像する第一ステップと、前記第一ステップの後、前記受光面上で像位置を移動させる第二ステップと、前記第二ステップにおける、前記像位置の移動の後に、前記受光面上の像を撮像する第三ステップと、前記第三ステップの後、前記受光面上で前記第二ステップにて実行した前記像の移動前の位置へ前記像位置を戻す第四ステップと、前記第四ステップの後、再度前記受光面上の像を撮像する第五ステップと、前記第五ステップの後、前記撮像素子の同一画素について、前記像位置の移動前である前記第一ステップと、前記像位置を戻した後である前記第五ステップとの出力レベルの変動量を算出する第六ステップと、前記第六ステップにて算出した各画素の出力レベルの変動量に基づき、像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出する際、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する第七ステップと、前記第七ステップにおいて算出した前記オフセット量に基づいて、前記画素列の画素の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する第八ステップとを有する。
【００２９】
本発明の撮像装置の画素出力レベル補正方法によれば、本発明の撮像装置について上述したように、補正用シャッターを閉じることなく、画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる。また、温度補正用シャッターを用いて温度測定ができるように構成した場合においても、温度補正用シャッターを閉じて温度較正を行う頻度を少なくすることができる。
【００３０】
また、本発明の赤外線カメラシステムは、赤外線の受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動の前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、更に像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、前記画像処理手段は、像位置の移動の前後に前記受光面上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する差分算出部と、像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出すると共に、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する、オフセット量算出部と、前記画素列の画素のオフセット量に基づいて、前記画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する補正部と、を有する、ことを特徴としている。
これにより、補正用シャッターを閉じることなく、赤外線を検出する画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる。
【００３１】
また、本発明の交換可能なレンズシステムは、撮像装置本体と、前記撮像装置本体に着脱自在なレンズユニットとを備える交換可能なレンズシステムであって、前記撮像装置本体は、受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、前記レンズユニットは、受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、を備え、前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動の前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、更に像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、前記画像処理手段は、像位置の移動の前後に前記受光面上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する差分算出部と、像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、前記画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出すると共に、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外してオフセット量を算出する、オフセット量算出部と、前記画素列の画素のオフセット量に基づいて、前記画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する補正部と、を有する、ことを特徴としている。
これにより、補正用シャッターを閉じることなく、画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる。
【発明の効果】
【００３２】
このように、本発明の撮像装置、その画素出力レベル補正方法、赤外線カメラシステム及び交換可能なレンズシステムによれば、補正用シャッターを閉じることなく、画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の撮像装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の撮像装置の第１動作例を説明するフローチャートである。
【図３】（ａ）は、像位置の移動前後の受光面と像との位置関係を示す図であり、（ｂ）は、受光面を示す図である。
【図４】像位置を１画素ピッチ分移動させる前後の画素列上の画素と像の受光部分との関係を示す図である。
【図５】画素列上の画素の出力レベルのシフト量を示す図である。
【図６】像位置を２画素ピッチ分移動させる前後の画素列上の画素と増の受光部分との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の撮像装置の第３動作例を説明するフローチャートである。
【図８】（ａ）は、シェーディング特性を含む画像信号を示すグラフであり、（ｂ）は、シェーディング特性を示すグラフであり、（ｃ）は、シェーディング特性を補正した画像信号を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態の撮像装置の第４動作例を説明するフローチャートである。
【図１０】像位置の移動前、移動後、及び、像位置を戻した後の画面と像との位置関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の撮像装置の第５動作例を説明するフローチャートである。
【図１２】受光面上の画素の配列と、像位置の移動方向との関係を示す図である。
【図１３】カメラ本体１０とレンズユニット２０との間のデータ伝送の説明図である。
【図１４】カメラ本体１０とレンズユニット２０との間のデータ伝送の説明図である。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、像を受光面上で等速円運動させた場合の軌跡を示す図である。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、同期信号と露光時間との関係を示すタイミングチャートである。
【図１７】同期信号と像位置との関係を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の撮像装置及びその画素出力レベル補正方法の実施形態を説明する。なお、撮像装置の実施形態は、本発明の赤外線カメラシステム及び交換可能なレンズシステムの実施形態も兼ねる。まず、図１のブロック図を参照して、実施形態の撮像装置の構成を説明する。図１に示す撮像装置１は、カメラ本体１０と、レンズユニット２０とから構成されている。レンズユニット２０は、カメラ本体１０に着脱自在な交換レンズとすることもできる。
【００３５】
カメラ本体１０は、受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面１１を有する撮像手段１２と、撮像手段１１が撮像した画像を処理する画像処理手段１３とを備えている。撮像手段１２の受光面は、赤外線を検出するボロメータアレイ又はマイクロボロメータアレイで構成してもよいし、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサのような固体撮像素子アレイで構成してもよい。
【００３６】
レンズユニット２０は、受光面１１に被写体の像を結像させることができる光学系２１と、受光面１１上で像位置を移動させる像シフト手段２２とを備えている。像シフト手段２２は、像ぶれ防止機構で構成することができる。図１に示す例では、像シフト手段２２は、光学系２１を構成する１つのレンズ２２ａを光学系２１の光軸Ｏに直交する方向に並進移動させることによって、受光面１１に対して相対的に像位置を移動させる。
なお、被写体には、撮像視野内の全画像が含まれる。
【００３７】
なお、像シフト手段２２は、光学系２１全体を、光軸Ｏに直交する方向に並進移動させる構成としてもよいし、受光面１１を、光軸Ｏに直交する平面内で並進移動させる構成としてもよい。
【００３８】
カメラ本体１０の画像処理手段１３は、像シフト手段２２による像位置の移動の前後に、受光面１１上の像をそれぞれ撮像する。また、画像処理手段１３は、像位置の移動の前後に受光面１１上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する差分算出部１３１と、像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出するオフセット量算出部１３２と、画素列の画素のオフセット量に基づいて、画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、画素の出力レベルを補正する補正部１３３とを有する。
【００３９】
（第１動作例）
図２のフローチャートを参照して、本実施形態の撮像装置１の第１動作例を説明する。
まず、像シフト手段２２による像位置の移動前に、撮像手段１２が受光面１１上の像を撮像する（Ｓ２０１）。ここで、図３（ａ）の上段に、像移動前の受光面１１上の像の例を示す。図３（ａ）に示す受光面は、２次元のマトリクス状に配列された画素によって構成されている。この受光面１１上に結像した像の右側部分に、ハッチングを付して示す。
【００４０】
次いで、像移動前に撮像した像の各画素の出力レベルを第１画像メモリに保存する（Ｓ２０２）。第１画像メモリは、カメラ本体１０に設けられている。
【００４１】
次いで、像シフト手段２２は、画素の配列方向に、受光面１１の画素間隔（１画素ピッチ）の距離だけ像位置を移動させる（Ｓ２０３）。図３（ａ）の下段に、像移動後の受光面１１上の像の例を示す。図３（ａ）では、像に対して、光軸Ｏに直交する受光面１１を右方向に１画素ピッチだけ相対的に移動させた様子を示す。この移動は、受光面１１に対して、像位置を左方向に１画素ピッチだけ移動させたものに相当する。
【００４２】
次いで、像シフト手段２２による像位置の移動後に、撮像手段１２が受光面１１上の像を撮像する（Ｓ２０４）。図３（ａ）の上段と下段を比較すると、像位置に対して受光面１１を１画素ピッチ移動させた結果、像位置の移動の前に、受光面１１の画素Ｐ５が受光した像の部分と同一部分を、像位置の移動後に、受光面の画素Ｐ４が受光する。同様に、受光面１１の全面で、像位置の移動前に、各画素がそれぞれ受光した像の部分と同一部分を、像の移動後に、各画素の左隣りの画素がそれぞれ受光する。
【００４３】
次いで、撮像した像の各画素の出力レベルを第２画像メモリに保存する。第２画像メモリは、カメラ本体１０に設けられている（Ｓ２０５）。
【００４４】
次いで、画像処理部１３の差分算出部１３１が、像位置の移動の前後に受光面１１上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する。例えば、第１画素メモリに記憶された像移動前の画素Ｐ５の出力レベルｐ５と、第２画素メモリに記憶された像移動後の画素Ｐ４の出力レベルｐ’４との差分Δ（ｐ’４−ｐ５））を算出する（Ｓ２０６）。
【００４５】
この差分Δ（ｐ’４−ｐ５）は、図３（ｂ）に示すような均一な輝度（又は温度）の補正用シャッターを閉じてこれを撮像した場合の画素Ｐ４と画素Ｐ５の出力レベルの差分と等価である。したがって、本発明では、補正用シャッターを閉じることなく、第１画素と第２画素の出力レベルの差分Δ（ｐ’４−ｐ５）を取得することができる。
【００４６】
さらに、図４を参照して、出力レベルの差分の算出についてより詳細に説明する。図４は、受光面１１の一つの画素列Ｌを模式的に示す。この画素列Ｌは、左から右へ向かって順次に配列した第１画素〜第（ｎ＋１）画素によって構成されている。図４の上段は、画素列Ｌの各画素が、像位置の移動前に受光した像の部分を模式的に示す。図４の上段に示すように、画素列Ｌの第１画素は「○」の像部分を受光し、第２画素は「△」の像部分を受光し、第３画素は「□」の像部分を受光し、同様に、第ｎ画素は「◎」の像部分を受光している。
【００４７】
また、図４の下段は、像位置を画素列Ｌの画素の配列方向に沿って図４の矢印Ａの方向へ１画素ピッチだけ移動させた後に、画素列Ｌの各画素が受光した像の部分を示す。図４の下段に示すように、画素列Ｌの第２画素が「○」の像部分を受光し、第３画素が「△」の像部分を受光し、第４画素が「□」の像部分を受光し、同様に、第ｎ＋１画素が「◎」の像部分を受光している。
【００４８】
図４から分かるように、像位置の移動前後で、第１及び第２画素が「○」の像部分を受光し、第２及び第３画素が「△」の像部分を受光し、第３及び第４画素が「□」の像部分を受光し、同様に、第ｎ及び第（ｎ＋１）画素が「◎」の像部分を受光している。
【００４９】
そこで、像位置の移動後の画素の出力レベルから移動前の画素の出力レベルを減算したものを差分とする。具体的には、移動後の第２画素の出力レベルから移動前の第１画素の出力レベルを減算して差分Δ１を算出し、移動後の第３画素の出力レベルから移動前の第２画素の出力レベルを減算して差分Δ２を算出し、移動後の第４画素の出力レベルから移動前の第３画素の出力レベルを減算して差分Δ３を算出し、同様に、移動後の第（ｎ＋１）画素の出力レベルから移動前の第ｎ画素の出力レベルを減算して差分Δｎを算出する。
【００５０】
次いで、画像処理部１３のオフセット量算出部１３２が、像位置の移動方向に配列された画素列について、出力レベルの差分を順次に積算して、画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出する（Ｓ２０７）。ここでは、像位置の移動後の画素の出力レベルから移動前の画素の出力レベルを減算したものを差分とする。その場合、像位置の移動方向に沿って配列された画素列について、受光面に対する像位置の移動方向に向かって、差分を順次に積算する。そして、画素列中の個々の画素のシフト量を、積算の最初から当該画素までの差分の合計として算出する。
【００５１】
なお、像位置の移動前の出力レベルから移動後の画素の出力レベルを減算したものを差分としてもよい。その場合、像位置の移動方向に沿って配列された画素列について、受光面に対する像位置の移動方向とは逆方向に向かって、差分を順次に積算するとよい。そして、画素列中の個々の画素のシフト量は、積算の最初から当該画素までの差分の合計として算出される。
【００５２】
図４に示す例では、画素列Ｌの各画素について、画素列の左端からその画素までの各画素の差分Δ１、Δ２、Δ３・・・Δｎを矢印Ａで示す像位置の移動方向に沿って順次に積算して、その画素の出力レベルのシフト量を算出する。すなわち、第１画素のシフト量を０とすれば、第２画素のシフト量はΔ１、第３画素シフト量は（Δ１＋Δ２）、同様に、第ｎ＋１画素のシフト量は（Δ１＋Δ２＋Δ３＋・・・＋Δｎ）と算出される。ここで、図５に、各画素のシフト量を示す。図５の横軸は画素を表し、縦軸はシフト量を表す。図５では、各画素のシフト量は、第１画素の出力レベルを基準としたシフト量として表されている。
【００５３】
なお、画素列の画素ごとに差分を積算したシフト量は、その画素列の差分の積算の始点となった画素の出力レベルに対するシフト量を表すものであって、各画素の絶対的な出力レベルを表すものではない。しかし、画素列の画素間の出力レベルのばらつきは、画素間の相対的な出力レベルのシフト量に起因するものである。したがって、算出された各画素のシフト量が絶対的な出力レベルを表すものでなくても、画素列の画素間の出力レベルを均一化する上で大きな問題とはならない。
【００５４】
次いで、画像処理部１３の補正部１３３が、画素列の画素のオフセット量に基づいて、画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、各画素の出力レベルを補正する（Ｓ２０８）。補正にあたっては、図５に示した各画素のシフト量を、そのまま、各画素の出力レベルから減算して、画素間の出力レベルのばらつきを均一化するとよい。この場合、各画素の出力レベルは、第１画素の出力レベルに統一される。また、画素列の各画素のシフト量の平均値を算出し、この平均値と各画素のシフト量との差分を、各画素の出力レベルから減算してもよい。その場合、各画素の出力レベルは、画素列の平均値に統一される。
【００５５】
また、補正に当たっては、例えば、受光面１１のうちの一部分の領域の画素の出力レベルのばらつきだけを局所的に均一化するように補正してもよい。また、画素出力レベルの最大値が所定値となるように、受光面１１の全体の画素の出力レベルを加減してもよい。
なお、補正部１３３が画素間の出力レベルのばらつきを均一化する方法は、上記方法に限定されず、補正部１３３は様々な方法を用いることができる。
【００５６】
このようにして、補正用シャッターを閉じることなく、画素間の出力レベルのばらつきを均一化することができる。画素間の出力レベルのばらつきが小さくなることによって、輝度差の小さい被写体の認識や輪郭抽出精度の改善が図られる。
【００５７】
（第２動作例）
次に、実施形態の撮像装置の第２動作例について説明する。第２動作例、基本的に図２に示した第１動作例のフローチャートで表される。ただし、第２動作例では、像位置が受光面１１の画素の配列方向に２画素ピッチ分だけ移動する。
【００５８】
ここで、図６に、受光面１１の一つの画素列Ｌを模式的に示す。この画素列Ｌは、左から右へ向かって順次に配列した第１画素〜第（ｎ＋２）画素によって構成されている。図６の上段は、画素列Ｌの各画素が、像位置の移動前に受光した像の部分を模式的に示す。図６の上段に示すように、画素列Ｌの第１画素は「○」の像部分を受光し、第２画素は「△」の像部分を受光し、第３画素は「□」の像部分を受光し、同様に、第ｎ画素は「◎」の像部分を受光している。
【００５９】
また、図６の下段は、像位置を画素列Ｌの画素の配列方向に沿って図６の矢印Ａの方向へ２画素ピッチだけ移動させた後に、画素列Ｌの各画素が受光した像の部分を示す。図６の下段に示すように、画素列Ｌの第３画素が「○」の像部分を受光し、第４画素が「△」の像部分を受光し、第５画素が「□」の像部分を受光し、同様に、第（ｎ＋２）画素が「◎」の像部分を受光している。
【００６０】
図６の上段及び下段から分かるように、像位置の移動前後で、第１及び第３画素が「○」の像部分を受光し、第３及び第５画素が「△」の像部分を受光し、第５及び第７画素が「□」の像部分を受光し、同様に、第ｎ及び第（ｎ＋２）画素が「◎」の像部分を受光している。
【００６１】
そこで、像位置の移動後の画素の出力レベルから移動前の画素の出力レベルを減算したものを差分とする。具体的には、移動後の第３画素の出力レベルから移動前の第１画素の出力レベルを減算して差分Δ１を算出し、移動後の第４画素の出力レベルから移動前の第２画素の出力レベルを減算して差分Δ２を算出し、移動後の第５画素の出力レベルから移動前の第３画素の出力レベルを減算して差分Δ３を算出し、同様に、移動後の第（ｎ＋２）画素の出力レベルから移動前の第ｎ画素の出力レベルを減算して差分Δｎを算出する。
【００６２】
次いで、画像処理部１３のオフセット量算出部１３２が、像位置の移動方向に配列された画素列ついて、出力レベルの差分を第１画素から順次２画素ごとに積算して、画素列の画素の出力レベルのオフセット量を算出し、さらに第２画素から順次２画素ごとに積算して、残った画素の出力レベルのオフセット量を算出する（Ｓ２０７）。ここでは、像位置の移動後の画素の出力レベルから移動前の画素の出力レベルを減算したものを差分とする。その場合、像位置の移動方向に沿って配列された画素列について、受光面に対する像位置の移動方向に向かって、差分を順次に積算する。そして、画素列中の個々の画素のシフト量を、積算の最小から当該画素までの差分の合計として算出する。
【００６３】
なお、像位置が画素の配列方向に受光面１１の３画素ピッチ以上のＮ画素ピッチだけ移動した場合も、同様に、Ｎ画素分ずれた位置の画素との差分を画素列の第１画素から第Ｎ画素の各画素を起点として、それぞれＮ画素ごとの差分を順次に積算して、個々の画素のオフセット量を算出することができる。
【００６４】
次いで、画像処理部１３の補正部１３３が、画素列の画素のオフセット量に基づいて、画素列の画素間の出力レベルのばらつきを均一化するように、各画素の出力レベルを補正する。
【００６５】
（第３動作例）
次に、図７のフローチャートを参照して、実施形態の撮像装置の第３動作例について説明する。第３動作例は、「シェーディング補正１」（Ｓ７０２）及び「シェーディング補正２」（Ｓ７０７）のステップが追加された他は、図２に示した第１動作例と基本的に同じである。
【００６６】
一般に、赤外線用の撮像装置は、シェーディングの影響を受ける。シェーディングとは、赤外線用の撮像装置において、被写体とは関係なく撮像装置内の内面放射及び迷光に起因して、受光面の撮像素子が受光する赤外線量が、環境温度が高い場合、受光面の中心部から周辺部へ行くに従って増加し、環境温度が低い場合、受光面の中心部から周辺部へ行くに従って減少する現象をいう。
【００６７】
図８（ａ）に、シェーディング特性を含む画像信号の出力レベルの例を示す。図８（ａ）のグラフの横軸は受光面の中央を横断する画素列の画素を表し、縦軸は各画素の出力レベルを表す。したがって、横軸の中央部は受光面の中央部に対応し、横軸の周辺部は受光面の周辺部に対応している。線Ｉで示すシェーディング特性を含む画像信号の出力レベルは、全体的に、受光面の周辺部の出力レベルが中央部の出力レベルよりも低い傾向を有する。
【００６８】
図８（ｂ）に、シェーディング特性の一例を示す。図８（ｂ）中に曲線IIで示すように、実施形態の撮像装置１は、出力レベルが、受光面の中央部を極大とし、受光面の周辺部へ行くに従って減少する特性を有している。このようなシェーディング特性は、予め均一平面熱源を撮像して求めておくとよい。シェーディング特性は、例えば、受光面の中央部の画素の出力レベルに対する周辺部の画素ごとの出力レベルの減少量又は減少率を、不図示のメモリに受光面の画素の位置に応じて記憶しおくとよい。また、シェーディング特性を撮像装置１の温度と対応付けた参照テーブルとしてメモリに記憶しておいてもよい。
【００６９】
そして、動作例３では、第１メモリに記憶された像位置の移動前の各画素の出力レベルを、メモリに記憶されていたシェーディング特性を用いて、シェーディングの影響を相殺するようにシェーディング補正する。また、第２メモリに記憶されていた像位置の移動後の各画素の出力レベルを、メモリに記憶されたシェーディング特性を用いて、シェーディングの影響を相殺するようにシェーディング補正する。具体的には、画素の出力レベルに、画素ごとに記憶されていた減少量を加算してもよいし、各画素の出力レベルを、画素ごとに記憶されていた減少率で除算してもよい。
【００７０】
図８（ｃ）に、このようにしてシェーディング補正した画像信号の出力レベルの例を示す。線IIIに示すように、シェーディング補正後の画像信号の出力レベルは、図８（ａ）の曲線Ｉと比較して、周辺部の出力レベルが上昇し、シェーディング特性の影響が除去されていることが分かる。
【００７１】
なお、図７に示すフローチャートでは、第１メモリ及び第２メモリにそれぞれ一旦記憶された出力レベルについてシェーディング補正を行ったが、画素の出力レベルを直接シェーディング補正してからメモリに記憶してもよい。
【００７２】
また、シェーディング特性の補正とは別に、撮像装置１の初期の画素間の出力レベルのばらつきの補正のため、光学系２１の焦点及びズームをわざと結像しない領域（OverNear, OverInf）に移動した状態としてもよい。この状態では、受光面上の像は、実質的に均一な明るさ又は均一な赤外線強度を有する。そして、この均一な像を撮像することにより、受光面の画素間の出力レベルのばらつきが均一となるように、各画素の出力レベルを補正してもよい。
【００７３】
（第４動作例）
次に、図９のフローチャートを参照して、実施形態の撮像装置の第４動作例について説明する。第４動作例は、像位置の移動後に受光面上の像を撮像し（Ｓ９０４）、各画素の出力レベルを第２メモリに記憶する（Ｓ９０５）ステップまでは、上述の第１動作例と同じである。
【００７４】
第４動作例では、像シフト手段２２は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻す（Ｓ９０６）。ここで、図１０の上段に、像移動前の受光面１１上の像を示し、図１０の中段に、像移動後の受光面１１上の像を示し、図１０の下段に、像位置を戻した後の像を示す。図１０の上段及び中段に示す図は、図３（ａ）の上段及び下段に示した図に相当する。
【００７５】
次いで、撮像手段１２は、像位置が戻された後に、再度受光面上の像を撮像し（Ｓ９０７）、撮像した像の各画素の出力レベルを第３画像メモリに保存する（Ｓ９０８）。第３画像メモリは、カメラ本体１０に設けられている。
【００７６】
次いで、上述の第１動作例のステップ（Ｓ２０６）と同様に、画像処理部１３の差分算出部１３１が、第１画素メモリに記憶された像移動前の画素の出力レベルと、第２画素メモリに記憶された像移動後の画素の出力レベルとを読み出し、像移動の前後に受光面１１上の像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する（Ｓ９０９）。
【００７７】
次いで、画像処理部１３は、第１画素メモリに記憶された像移動前の画素の出力レベルと、第３画素メモリに記憶された像位置を戻した後の画素の出力レベルとを読み出し、同一画素どうしで、像位置の移動前と像位置を戻した後との出力レベルの変動量を算出する（Ｓ９１０）。
【００７８】
図１０の上段と下段の受光面１１上の像を比較すると、破線Ｂで囲んだ部分の像が変化している。このような像の変化は、例えば被写体が動いたことによって生じる。このような部分の画素の出力レベルの差分は、画素自体の出力特性のばらつきに基づく出力レベルの差を正確には反映しない。破線Ｂで囲んだ部分の画素では、変動量が大きな値を示す。
【００７９】
そこで、第４動作例では、オフセット量算出部１３３は、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外して積算し、オフセット量を算出する（Ｓ９１１）。例えば、画素列の途中の画素の変動量が基準値以上である場合、その画素列のうち、変動量が基準値以上の画素の手前の画素までの差分だけ積算してオフセットを求めるようにするとよい。これにより、オフセット量が不正確になることの防止を図ることができる。
なお、基準値は、撮像装置１の使用環境に応じて任意好適な値を設定することができる。
【００８０】
（第５動作例）
次に、図１１のフローチャートを参照して、実施形態の撮像装置の第５動作例について説明する。第５動作例は、像位置の移動後に受光面上の像を撮像し（Ｓ１１０４）、各画素の出力レベルを第２メモリに記憶する（Ｓ１１０５）までは、上述の第１動作例と実質的に同じである。
【００８１】
ここで、図１２を参照して、受光面１１上の画素の配列と、像位置の移動方向との関係を説明する。図１２に示す受光面１１では、画素が、互いに直交するＸ方向及びＹ方向の２次元のマトリクス状に配列されている。像位置の移動前に、像の「○」部分は、基準位置の画素Ｐ０上に位置している。この時点で、受光面１１上の移動前の像が撮像され（Ｓ１１０１）、受光面１１を構成する各画素の出力レベルが第１メモリに記憶される（Ｓ１１０２）。
【００８２】
次いで、像「○」部分が、基準位置の画素Ｐ０上から第１規定位置の画素Ｐ１まで、Ｘ方向に１画素ピッチだけ移動するように、１回目の像移動を行う（Ｓ１１０３）。その結果、像の「○」部分は、第１規定位置Ｐ１上に位置する。
【００８３】
次いで、１回目の移動後に、受光面１１上の移動後の像が撮像され（Ｓ１１０４）、受光面１１を構成する各画素の出力レベルが第２メモリに記憶される（Ｓ１１０５）。
【００８４】
次いで、像の「○」部分が、第１規定位置の画素Ｐ１上から第２規定位置の画素Ｐ２まで、図面左斜め下方向へ、１画素ピッチのルート２倍（√２倍）だけ移動するように、２回目の像移動を行う（Ｓ１１０６）。その結果、像の「○」部分は、第２規定位置Ｐ２上に位置する。１回目及び２回目の移動の結果、像の「○」部分は、基準位置の画素Ｐ０上から第２規定位置の画素Ｐ２まで、Ｙ方向に１画素ピッチだけ移動したことになる。
【００８５】
次いで、２回目の移動後に、受光面１１上の移動後の像が撮像され（Ｓ１１０７）、受光面１１を構成する各画素の出力レベルが第３メモリに記憶される（Ｓ１１０８）。
【００８６】
次いで、第１及び第２メモリに記憶された出力レベルが読み出されて、受光面１１のＸ方向に配列した画素列の、１回目の移動の前後で同一部分をそれぞれ受光した隣接する画素どうしで、１回目の移動の前後の出力レベルの差分が第１差分としてそれぞれ算出される（Ｓ１１０９）。なお、第１差分は、受光面１１のＸ方向に配列した各画素列において算出される。
【００８７】
次いで、第１及び第３メモリに記憶された出力レベルが読み出されて、受光面１１のＹ方向に配列した画素列の、１回目の移動前と２回目の移動後で同一部分をそれぞれ受光した隣接する画素どうしで、１回目の移動前と２回目尾移動後の出力レベルの差分が第２差分としてそれぞれ算出される（Ｓ１１１０）。なお、第２差分は、受光面１１のＹ方向に配列した各画素列において算出される。
【００８８】
次いで、Ｘ方向に配列された画素列について、出力レベルの第１差分を順次に積算して、Ｘ方向に配列された画素列の各画素の第１オフセット量を算出する（Ｓ１１１１）。なお、第１オフセット量は、受光面１１のＸ方向に配列した各画素列において算出される。
【００８９】
次いで、Ｙ方向に配列された画素列について、出力レベルの第２差分を順次に積算して、Ｙ方向に配列された画素列の各画素の第２オフセット量を算出する（Ｓ１１１２）。なお、第２オフセット量は、受光面１１のＹ方向に配列した各画素列において算出される。
【００９０】
次いで、第１及び第２オフセット量に基づいて、受光面１１の各画素の出力レベルを補正する（Ｓ１１１３）。各画素の出力レベルを補正するに当たっては、任意好適な方法を採用することができる。例えば、各画素について、第１オフセット量と第２オフセット量との平均値を各画素の出力レベルのオフセット量として算出した上で、出力レベルが均一化するように補正してもよい。また、例えば、各画素について、Ｘ方向の画素列の出力レベルを均一化した出力レベルと、Ｙ方向の画素列の出力レベルを均一化された出力レベルとの平均値を、各画素の出力レベルの均一化後の出力レベルとしてもよい。
【００９１】
このように、Ｘ方向及びＹ方向についてそれぞれ算出された第１及び第２オフセット量に基づいて、画素の出力レベルを補正するので、より正確な補正の実現を図ることができる。
画素位置（ｍ，ｎ）の画素の出力レベルのオフセット量、即ち（積算値m,n）の算出式は次のようになる（ｍ及びｎは、それぞれ正の整数を表す）。
（積算値m,n）＝｛（積算値m-1,n）＋（第１差分値m,n）＋（積算値m,n-1）＋（第２差分値m,n）｝／２
なお、（第１差分値m,n）が得られなかった場合は、
（積算値m,n）＝（積算値m,n-1）＋（第２差分値m,n）
とすることができる。
また、（第２差分値m,n）が得られなかった場合は、
（積算値m,n）＝（積算値m-1,n）＋（第１差分値m,n）
とすることができる。
さらに、（第１差分値m,n）及び（第２差分値m,n）が共に得られなかった場合は、前回算出したオフセット量を採用するようにしてもよい。
【００９２】
次に、図１３及び図１４を参照して、カメラ本体１０とレンズユニット２０との間のデータ伝送を説明する。
図１３及び図１４において、カメラ本体１０の撮像ブロックが、図１の撮像手段１２に相当し、画像処理のブロックが、図１の画像処理手段１３に相当する。また、図１３及び図１４において、レンズユニット２０のブレ補正制御系のブロックが、図１の像シフト手段２２に相当する。なお、レンズユニット２０のレンズ制御系のブロックは、レンズ系の焦点やズームを制御する機能を表す。
【００９３】
実施形態の撮像装置１では、像シフト手段２２として、ブレ補正制御機構を利用することができる。ただし、通常のブレ補正制御機構では、撮像装置１の動きを相殺するようにブレ補正制御されるのに対し、像シフト手段２２は、受光面に対して像位置が所定の方向に所定量だけ移動するように制御される。
【００９４】
また、レンズユニット２０が、複数種類のカメラ本体に取り付け可能な交換レンズである場合、カメラ本体ごとに画素ピッチなどが異なることがある。このため、カメラ本体１０からレンズユニット２０に対して、像シフト手段２２による像位置の移動量などを指示することが必要となることがある。さらに、像シフト手段２２による像位置の像位置の移動前後にそれぞれ受光面上の像を撮像するため、撮像のタイミングと像位置の移動のタイミングを制御する必要もある。
【００９５】
そこで、図１３及び図１４に示す撮像装置１では、カメラ本体１０の画像処理ブロック１３から、受光面の画素間隔を含むデータを、光学データ変換関数として、レンズユニット２０へ出力する。レンズユニット２０は、カメラ本体１０から入力された光学データ変換関数に基づいて、像シフト手段２２の駆動量を決定し、像位置を移動させる。
【００９６】
例えば、カメラ本体１０の画像ブロック１２の受光面の画素ピッチが２０μｍである場合、カメラ本体１０から画素ピッチが２０μｍであることを指示するデータが、レンズユニット２０に送られる。レンズユニット２０のブレ補正制御系（補正光学系）の駆動量に対する像位置の移動量の割合、即ち、補正光学系の効き率が０．８である場合、１画素ピッチ分のブレ補正制御系の駆動量は、２０÷０．８＝２５（μｍ）と算出される。そして、ブレ補正制御系が２５μｍ駆動されることによって、受光面上で像位置が１画素ピッチの２０μｍだけ移動する。これにより、カメラ本体１０の画像ブロック１２の受光面の画素ピッチに合わせて、画素単位の像移動を行うことができる。
【００９７】
図１３に示す撮像装置１では、カメラ本体１０の撮像ブロック１２とレンズユニット２０のブレ補正制御系２２とが信号線３０によって接続されている。撮像ブロック１２は、受光面上の像を撮像するタイミングに同期した同期信号を出力する。即ち、撮像するタイミングで信号線３０がイネーブル（有効）となる。この同期信号は信号線３０を通じてブレ補正制御系２２へ伝送される。ブレ補正制御系２２は、同期信号に基づいて像位置を移動させる。これにより、像位置の移動と撮像のタイミングを合わせることができる。
【００９８】
また、図１４に示す撮像装置１では、レンズユニット２０のブレ補正制御系２２とカメラ本体１０の画像処理ブロック１３とが、画像位置変換ブロック３１を介して信号線３０によって接続されている。ブレ補正制御系２２は、像位置を移動させるタイミングに同期した同期信号を出力する。即ち、ブレ補正制御系２２の駆動タイミングで信号線３０がイネーブルとなる。この同期信号は、信号線３０を通じて画像位置変換ブロック３１を介して画像処理ブロック１３へ伝送される。例えば、ブレ補正制御系２２が所定の駆動量だけ駆動して像位置を所定の位置へ移動させたタイミングで、ブレ補正制御系２２が同期信号を出力する。
【００９９】
また、この同期信号と共に、ブレ補正制御系２２の駆動量及び駆動方向も出力し、画像位置変換ブロック３１よって、駆動量が像位置の移動量に相当する画素ピッチ数に変換される。そして、撮像ブロック１２は、同期信号に基づいて受光面上の像を撮像する。続いて、画像処理ブロック１３は、像移動方向に像移動量に相当する画素ピッチ数だけ離れた画素どうしの差分を算出するとよい。これにより、像位置の移動と撮像のタイミングを合わせて、正確な補正の実現を図ることができる。
【０１００】
（第６動作例）
次に、図１５を参照して、実施形態の撮像装置の第６動作例について説明する。図１５（ａ）及び（ｂ）は、受光面１１を構成する画素のうち、隣接して２次元配列された４つの画素Ａ〜Ｄの拡大図である。
【０１０１】
第６動作例では、像シフト手段２２は、図１５（ａ）に示すように、受光面１１上の像の任意の点（以下、「像点」とも称する。）の軌跡が受光面１１上で円軌道Ｒを描くように、受光面１１上で像位置を並進移動させる。図１５（ａ）に示すように、像位置は、受光面１１上の像点が継続的に等速円運動を行うように移動する。この円軌道Ｒの半径は、例えば、画素ピッチの（１／（√２））倍とするとよい。
【０１０２】
なお、図１５（ａ）では４つの画素Ａ〜Ｄだけを示すが、受光面１１上の像全体の各点の軌跡が同時に円軌道を描くように、受光面１１全体で像位置は並進移動している。
【０１０３】
ここで、図１６（ａ）のタイミングチャートを参照して、撮像タイミングを説明する。図１６（ａ）の線Ｉは同期信号のタイミングを表し、線IIは画素の露光期間を表す。露光期間Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄは、それぞれ、円軌道Ｒ上を等速円運動している像点が画素Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ上に位置する期間である。これらの露光期間Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄはまた、図１５（ａ）において像点が円軌道Ｒのうち、画素Ａ上の区間Ｅａ、画素Ｂ上の区間Ｅｂ、画素Ｃ上の区間Ｅｃ、及び画素Ｄ上の区間Ｅｄに位置する期間に相当する。
【０１０４】
そして、図１６（ａ）の露光期間Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄの中央で、像シフト手段２２から、同期信号Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤが出力される。その結果、像点が、図１５（ａ）の区間Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ及びＥｄそれぞれの中央の位置Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ及びＳｄに位置するときに受光面上の像が撮像される。
【０１０５】
なお、同期信号Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤが出力されてから、実際に撮像されるまでには、遅延時間が生じる。この遅延時間を考慮して、図１６（ｂ）の線IIIで示すように、線IVで示す露光期間Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄに対して、同期信号Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの出力タイミングを、それぞれの露光期間の中央よりも所定の時間だけ遅らせてもよい。
【０１０６】
また、像シフト手段１３は、同期信号とともに、像点の位置をカメラ本体１０へ出力するとよい。像点の位置は、図１５（ａ）に示すように、４つの画素Ａ〜Ｄの中央を原点としたＸＹ座標によって表すとよい。ここで、図１７のタイミングチャートに同期信号と像点の座標との関係を示す。図１７の線Ｉは同期信号のタイミングを表し、曲線Ｘ及び曲線Ｙは、それぞれ、像点のＸ座標及びＹ座標を表す。線Ｉで示す同期信号Ａの出力タイミングで、そのときの画素Ａ上の像点の座標（ｘａ、ｙａ）が取得される。そして、この座標もカメラ本体１０へ出力される。
なお、ブレ補正のために像位置が移動した場合には、像点の座標として、ブレ補正による像移動量を差し引いた値を出力するとよい。
【０１０７】
また、像点の位置を各画素上の円軌道Ｒ上の区間Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ及びＥｄそれぞれの平均値の座標として表してもよい。例えば、図１５（ｂ）中の画素Ｃ上の区間Ｅｃの平均値の座標（ｘｃ，ｙｃ）は、下記の（１）式で求められる。
∫（座標）×（存在時間）ｄｔ÷（区間Ｅｄの存在時間）  ・・・（１）
【０１０８】
上述した撮像タイミングで受光面上の像を撮像する第６動作例は、以下に説明するように、基本的に第５動作例における図１１のフローチャートに対応する。
まず、撮像手段１２は、像点が円軌道Ｒ上の所定部分を移動する前後に、受光面１１上の像をそれぞれ撮像する。具体的には、まず、移動前の撮像として、像点が円軌道Ｒ上の画素ＡのＳａ点に位置するときに受光面１１上の像が撮像される（図１１のＳ１１０１）。撮像された画像は第１メモリに記憶される（Ｓ１１０２）。
【０１０９】
次いで、像点が円軌道Ｒ上を画素ＡのＳａ点から画素ＢのＳｂ点へ移動する（Ｓ１１０３）。像点は円軌道Ｒ上で等速円運動しているが、Ｓａ点からＳｂ点へ向かう方向はＸ方向に沿っている。したがって、この移動方向はＸ方向となる。
【０１１０】
次いで、像点が円軌道Ｒ上の画素ＢのＳｂ点に位置するときに受光面１１上の像が撮像される（Ｓ１１０４）。撮像された画像は第２メモリに記憶される（Ｓ１１０５）。
【０１１１】
続いて、像点は円軌道Ｒ上を画素ＢのＳｂ点から画素ＣのＳｃ点へ移動する（Ｓ１１０６）。像点は円軌道Ｒ上で等速円運動しているが、Ｓｂ点からＳｃ点へ向かう方向はＹ方向に沿っている。したがって、この移動方向はＹ方向となる。
【０１１２】
次いで、像点が円軌道Ｒ上の画素ＣのＳｃ点に位置するときに受光面１１上の像が撮像される（Ｓ１１０７）。撮像された画像は第３メモリに記憶される（Ｓ１１０８）。
【０１１３】
次いで、像点が円軌道上の所定部分を移動する前後に像の同一部分をそれぞれ受光した画素どうしの出力レベルの差分を算出する。Ｘ方向の移動の前後では、画素Ａと画素Ｂとが同一の像部分を受光している。また、受光面全体では、Ｘ方向に隣接した画素どうしがそれぞれ同一の像部分を受光している。そこで、第１及び第２メモリに記憶されたＸ方向に隣接した画素どうしの出力レベルを読み出して、Ｘ方向の移動の前後の隣接画素の出力レベルの差分を第１差分としてそれぞれ算出する（Ｓ１１０９）。
【０１１４】
また、Ｙ方向の移動の前後では、画素Ｂと画素Ｃとが同一の像部分を受光している。また、受光面全体では、Ｙ方向に隣接した画素どうしがそれぞれ同一の像部分を受光している。そこで、第２及び第３メモリに記憶されたＹ方向に隣接した画素どうし出力レベルを読み出して、Ｙ方向の移動の前後の隣接画素の出力レベルの差分を第２差分としてそれぞれ算出する（Ｓ１１１０）。
【０１１５】
次いで、Ｘ方向に配列された画素列について、第１差分を順次に積算して、Ｘ方向に配列された画素列の各画素の第１オフセット量を算出する（Ｓ１１１１）。また、Ｙ方向に配列された画素列について、第２差分を順次に積算して、Ｙ方向に配列された画素列の各画素の第２オフセット量を算出する（Ｓ１１１２）。
【０１１６】
次いで、第１及び第２オフセット量に基づいて、受光面１１の各画素の出力レベルを補正する（Ｓ１１１３）。
【０１１７】
このように、第６動作例では、軌跡が円軌道を描くように像位置を移動させることによって、像位置を連続的に移動させることができる。その結果、像位置の位置精度の位置が容易となる。また、継続的に等速直線運動を行うように像位置を移動させることによって、像位置を安定的に移動させることができる。また、像位置の円運動の１周期ごとに、容易に補正を行うことができる。
【０１１８】
上述した実施形態では、本発明を特定の条件で構成した例について説明したが、本発明は種々の変更及び組合せを行うことができ、これに限定されるものではない。上述した実施形態では、像シフト手段が光学系に組み込まれた撮像装置の例を説明したが、本発明では、像シフト手段はこれに限定されない。像シフト手段は、光学系全体をその光軸に直交する方向に変位させるものであってもよいし、撮像手段の受光面を、光学系の光軸に直交する方向に変位させるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、赤外画像用の撮像装置にも、可視画像用の撮像装置にも適用可能である。また、本発明は、中断することなく撮像することが要請されるモニタカメラに用いて好適である。また、本発明は、１画素列で構成された受光面を有するラインセンサにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  撮像装置
１０  カメラ本体
１１  受光面
１２  撮像手段
１３  画像処理手段
２０  レンズユニット
２１  光学系
２２  像シフト手段
２２ａ  レンズ
１３１  差分算出部
１３２  オフセット量積算部
１３３  補正部
【図１】
0005781351.tif 000002
【図２】
0005781351.tif 000003
【図３】
0005781351.tif 000004
【図４】
0005781351.tif 000005
【図５】
0005781351.tif 000006
【図６】
0005781351.tif 000007
【図７】
0005781351.tif 000008
【図８】
0005781351.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005781351.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005781351.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0005781351.tif 000018