(57)【要約】      （修正有）【課題】赤外線撮像装置からの出力は赤外線検出素子の温度変化により出力データがドリフトしてしまう。【解決手段】検出エリアの熱変動に対して最も影響を受けにくい２次元に配列された赤外線検出素子１０２の４辺からのデータを補正用データとし、補正用データのフレーム間差分データでドリフト補正を行い、補正が成功すれば赤外線撮像装置２００からのデータを校正データ取得直後と同じ値に維持するが、変動した場合補正異常としてシャッタ１０１を閉じ校正データを再取得、校正を行うことで温度ドリフトを補正したデータを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配置した複数の赤外線検出素子と校正のため定期的に外部からの赤外線入力をさえぎるシャッタを持ち、その赤外線検出素子からの信号を処理後、Ａ／Ｄ変換を行い、時系列で順次２次元のデジタル画像データを出力する赤外線撮像装置からのデータ処理において、得られた時間の異なる画像データの差分を元に赤外線検出素子の温度変化による出力ドリフトを補正する補正方法。
【請求項２】
ドリフト補正用の差分データを求める画像データは２次元画像データの中心から最も外側の上下、左右４辺の画像データ、または、その近傍の画像データとする請求項１に記載の補正方法。
【請求項３】
補正用画素のフレーム間差分データの絶対値が設定値以上の画素データは補正データとして使用しない請求項１項に記載の補正方法。
【請求項４】
補正用画素のフレーム間差分データの絶対値が設定値以上になる画素が設定画素数以上存在した場合、シャッタを閉じ校正データを取得、校正を行う命令を出力する請求項１に記載の補正方法。
【請求項５】
シャッタでの校正後補正を行った計測値の変化が設定値を超えた場合、直ちにシャッタを閉じ校正データを取得、校正を行う命令を出力する請求項１に記載の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線撮像装置から出力されるデータの補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペルチェ素子等の冷却素子を必要としない赤外線撮像装置からの画像データの温度ドリフトの補正方法として、非特許文献１で示すように、電源投入直後にシャッタを閉じた状態での第一画像データからドリフト成分を抽出し、シャッタを開放した状態での第2画像データからのドリフト成分との相関をとり、相関値に基づいて第2の画像データに含まれるドリフト値を除去している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３１１４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の方法では電源投入直後のような過渡的な温度変化の状態ではシャッタを開放した状態での第2画像の成分は赤外線入力による成分よりドリフトによる成分がはるかに大きいため効果はあるが、安定時の環境温度変化によるドリフト成分のほうがはるかに低くなるため、画像データからドリフト成分を抽出することは困難になるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために本発明の補正方法は２次元に配置した複数の赤外線検出素子１０２と校正のため定期的に外部からの赤外線入力をさえぎるシャッタ１０１を持ち、その赤外線検出素子１０２からの信号を信号処理回路１０３で処理後、Ａ／Ｄ変換機１０４でＡ／Ｄ変換を行い、時系列で順次２次元のデジタル画像データを出力する赤外線撮像装置２００の画像データについて、ＣＰＵ１０６で時間の異なる画像データの差分を元に赤外線検出素子１０２の温度変化による出力ドリフトをＣＰＵ１０６内で補正する手段を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、赤外線撮像装置より得られた時間の異なる画像データの差分を元に赤外線検出素子の温度変化による出力ドリフトを補正することにより、赤外線撮像装置にペルチェ素子及びペルチェ素子のコントローラを持たない安価な赤外線撮像装置を利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１に係る赤外線撮像装置データの補正方法の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る赤外線撮像装置データの補正方法の実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
２次元に配列された赤外線検出素子１０２として抵抗変化型のボロメータを使用した赤外線撮像装置２００で、５回／秒の計測フレーム間隔で温度計測を行っている場合を想定する。
【０００９】
理解のためデータをＣＰＵ１０６で温度換算した例について図１のブロック図、図２のフローチャートを元に説明するがＡ／Ｄ１０４でＡ／Ｄ変換後のデータ値に対する処理でもかまわない。まずＣＰＵ１０６はシャッタ１０１を閉じる命令を送る（Ｓ３０１）。入射赤外線を遮断し赤外線検出素子からの出力を信号処理回路１０３で信号処理後、Ａ／Ｄ変換しＣＰＵ１０６が読み込んだデータは、シャッタ１０１表面から放射する赤外線による信号と赤外線検出素子１０２のＦＰＮノイズとを含んだデータとなっているため、読み込んだ２次元配列データＴｎ(ｘ、ｙ)とシャッタ１０１近傍に取り付けられた温度センサ１０７からの温度出力を読み取った温度ＴＳを記憶する（Ｓ３０２）。これを計測フレームｎ＝０とする。次にシャッタ１０１を開ける命令を送り（Ｓ３０３）、赤外線検出素子１０２から出力された検出エリアからの赤外線信号を信号処理回路１０３で信号処理後、Ａ／Ｄ１０４でＡ／Ｄ変換を行い、ＦＰＮのイズＴｎ（ｘ、ｙ）の減算を行いシャッタ温度ＴＳで校正、温度換算処理を行い、２次元配列温度データＴｎ＋１（ｘ、ｙ）を得記憶する（Ｓ３０４）。また、Ｔｎ＋１(ｘ、ｙ)の平均温度Ｔａｖ０を計算し記憶する。計測したフレームｎ＋１の計測温度は校正直後であるため精度よく計測できる。
【００１０】
次にＣＰＵ１０６は１／５秒後、同様にフレームｎ＋２の温度換算データＴｎ＋２（ｘ、ｙ）を得る。（Ｓ３０５）。
１／５秒の間に環境温度変化があれば、Ｔｎ＋２（ｘ、ｙ）は、環境温度変化による温度ドリフト成分を含んだデータになる。赤外線検出素子１０２は対象物から放射される赤外線をうけ、赤外線検出素子１０２の温度が赤外線によって温度上昇し抵抗変化をする。
【００１１】
この入射赤外線による赤外線検出素子１０２の温度変化は非常にわずかで、たとえば、計測対象物の温度変化が1℃の場合での入射赤外線での赤外線検出素子１０２の温度変化は０．００１℃程度である。このとき環境温度が５℃／分の温度勾配で変化し、赤外線撮像装置２００の外装ケース等で温度変化が緩和され、赤外線検出素子１０２の温度が０．３℃／分で変化した場合、環境温度変化により計測と計測の間、１／５秒後の赤外線検出素の出力データＴｎ＋２（ｘ、ｙ）は対象物の温度が１フレームあたり約１℃変化したことと同等の温度データのドリフトが発生してしまう。計測と計測の間に変化した差分温度はほとんど赤外線検出素子１０２の温度変化による温度ドリフトとみなせば、ＣＰＵ１０６はこのフレームｎ＋１とｎ＋２間の差分データ1℃をフレームｎ＋２の温度データから減算してやれば、環境温度変化によるドリフトを補正することができる。ＣＰＵ１０６はフレームｎ＋２とｎ＋１の差分データを計算する。
【００１２】
しかし、上記の処理を全画素に対して行えば計測エリアに熱源が入ってきた場合、熱源による計測値の変動をドリフトと判断して補正してしまう問題が発生する。
【００１３】
そこで、フレーム間の差分データを求めるエリアを計測エリア内の最も影響を受けにくい計測エリアの上下、左右４辺またはその近傍の画像データとする。たとえば６４×６４の2次元に配列された赤外線検出素子１０２の場合上下、左右4辺２５２個の赤外線検出素子１０２からのデータのフレーム間差分の平均をドリフトデータとすれば、ほとんどの場合計測エリア内の熱源の影響での問題は発生しない。
【００１４】
ＣＰＵ１０６はＴｎ＋２（ｘ、ｙ）、Ｔｎ＋１（ｘ、ｙ）の４辺の差分温度を求める（Ｓ３０６）。この場合４辺としたが、４辺近辺のデータとしてもよい。
計測エリア外から熱源が進入した場合必ずこの４辺のどれかの部分を横切るためこの横切った部分のデータは補正データとして使用できない。そこで、差分温度の絶対値が設定温度ｔ１以上の画素が無いか確認する（Ｓ３０７）。仮にフレーム間の差分がｔ１=２℃以上になる赤外線検出素子４辺からのデータは補正データとして使用しないようにすればこの問題は回避できると共にフレーム間の温度ドリフトが2℃未満であれば補正することができる。設定温度ｔ１を超える画素が無い場合４辺の平均差分温度ａｖを計算し記憶する（Ｓ３０９）。
進入熱源が大きく、補正データとして使用しない画素データが多くなれば残った画素での補正データの精度が下がるため、補正として使用しない画素数が設定画素以上となった場合、補正不能と判断し、ＣＰＵ１０６はシャッターコントローラ１０５に対しシャッタでの校正命令を送り、シャッタを閉じ校正データの取得をおこなう（Ｓ３０８）。差分温度の絶対値がｔ１を超える画素がありその画素数が設定数を超えなければ、４辺の差分温度のデータから超えた画素のデータを外した差分温度の平均ａｖを計算し記憶する（Ｓ３１０）。
【００１５】
温度換算し記憶した２次元配列データＴｎ＋２（ｘ、ｙ）全データから差分温度データの平均ａｖを減算して補正済みデータとして記憶する。また、補正済みデータの全画素の平均Ｔａｖ１を求め記憶する。
環境温度変化、温度ドリフトが無い状態でこの4辺のエリア内に温度変化の絶対値が設定温度ｔ１＝2℃未満の熱源が入ってきた場合、この熱源の大きさは補正誤差に影響し、１．９℃温度差で２０画素分の熱源が入った場合、（１．９＊２０）／２５２≒０．１５℃の補正誤差が発生し、温度が変動していない計測エリア全体の温度計測値に影響し０．１５℃下げてしまう。４０画素分の熱源が入った場合０．３℃計測エリア全体の温度を下げてしまい温度計測精度に大きく影響を与えてしまう。そこで、ドリフト補正の結果計測範囲全体の温度をあらかじめ設定された閾値温度ｔ２以上変動させてしまうような補正が入った場合、又は、計測フレームｎが進むうち閾値温度ｔ２以上の計測温度変動が発生した場合、｜Ｔａｖ１-Ｔａｖ０｜＞ｔ２（Ｓ３１２）、補正異常としてＣＰＵ１０６はシャッターコントローラ１０５に対しシャッタを閉じる命令を送り（Ｓ３０１）、校正データを取得し、フレームカウントｎをリセットした後（Ｓ３０２）。シャッタを開け（Ｓ３０３）。計測、補正動作をくりかえす。これら設定閾値温度ｔ１、ｔ２は目的とする計測温度の精度、公差により決定される。仮にｔ２＝０．３℃と設定しておけば、フレーム間での補正誤差及びフレームが進む間に積分される補正誤差が０．３℃を超えることは無い。また、計測エリア全体が温度変化した場合、校正データ取得（Ｓ２０２）直後の計測温度から０．３℃以上の温度変化があれば、シャッタを閉じ校正データを取得、校正を行うため０．３℃以内の誤差で常に温度計測を行うことができる。
補正がうまくいった場合ＣＰＵ１０６は補正済み温度データを外部に出力する（Ｓ３１３）。
ＣＰＵ１０６はフレームカウントｎをインクリメントする（処理３１４）。
ｎがあらかじめ設定された値を超えない場合、次のフレームデータ取得を行い、差分データを求め補正、出力を繰り返す。
ｎが設定された値を超えた場合、シャッタを閉じ、校正データを取得、フレームカウントｎをリセットし計測、補正を繰り返す。ｎの設定値は計測環境によって設定される。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
シャッタを閉じ定期的に校正を行う赤外線撮像装置の場合、ペルチェ等で赤外線検出素子の温度を一定に保たなければ、校正と校正の間の環境温度の変動で計測値が校正時からドリフトしてしまうためシャッタでの校正間隔を非常に短くする必要があるが、本発明はペルチェ素子等の冷却装置を持たない赤外線撮像装置であってもデータの温度ドリフトを防ぐことができるため、校正間隔を長く設定でき、安価で電力を消費しない赤外線撮像装置を利用することができるようになる。
【符号の説明】
【００１７】
１０１  シャッタ
１０２  赤外線検出素子
１０３  信号処理回路
１０４  Ａ／Ｄ変換機
１０６  ＣＰＵ
１０７  温度センサ、  赤外線撮像装置  ２００
【図１】
2012058064.tif 000003
【図２】
2012058064.tif 000004