(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を集光する光学系と、
集光された入射光を受光面上に結像して電気信号に変換する２次元赤外線検出素子と、
上記２次元赤外線検出素子が有する面内ばらつき成分を補正するための補正データを格納する検知器補正データ格納用記憶手段と、
上記検知器補正データ格納用記憶手段の補正データにより上記２次元赤外線検出素子からの電気信号を補正する検知器補正用演算器と、
上記光学系の温度をモニタする温度センサと、
シェーディング補正量を演算するためのデータを格納するシェーディング補正データ格納用記憶手段と、
上記温度センサの温度モニタ値及び上記シェーディング補正データ格納用記憶手段のデータからシェーディング補正量を演算するシェーディング補正量演算器と、
上記検知器補正用演算器からの電気信号に上記シェーディング補正量演算器で演算されたシェーディング補正量によりシェーディング補正を施すシェーディング補正用演算器と、
を有し、
上記シェーディング補正量演算器が上記２次元赤外線検出素子の各画素に対してシェーディング補正量ＳＨｎを
ＳＨｎ＝αｎ×ＴＭＰ＋βｎ
但し、ＴＭＰは温度センサからの光学系の温度モニタ値、αｎ及びβｎはシェーディング補正データ格納用記憶手段に格納されたデータである係数
に基づき演算する、
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
上記シェーディング補正データ格納用記憶手段がシェーディング補正量を演算するためのデータを上記光学系の温度に従って複数種格納し、
上記シェーディング補正量演算器で使用する前記シェーディング補正データ格納用記憶手段のデータを上記温度センサからの温度モニタ値によって変更するセレクト手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
上記光学系及びその温度をモニタする温度センサを複数組備え、
使用する光学系及びその温度センサの切替制御を行う撮像制御器を備え、
上記シェーディング補正データ格納用記憶手段がシェーディング補正量を演算するためのデータを複数組の上記光学系及びその温度センサ毎に格納し、
上記シェーディング補正量演算器で使用する前記シェーディング補正データ格納用記憶手段のデータを上記撮像制御器からの信号に従って使用する光学系及びその温度センサによって変更するセレクト手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
上記光学系及びその温度をモニタする温度センサを複数組備え、
使用する光学系及びその温度センサの切替制御を行う撮像制御器を備え、
上記シェーディング補正データ格納用記憶手段がシェーディング補正量を演算するためのデータを複数組の上記光学系及びその温度センサ毎にかつ光学系の温度に従って複数それぞれに格納し、
上記シェーディング補正量演算器で使用する前記シェーディング補正データ格納用記憶手段のデータを上記撮像制御器からの信号に従って使用する光学系及びその温度センサ、並びに上記温度センサからの温度モニタ値によって変更するセレクト手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
上記温度センサと前記シェーディング補正量演算器の間に温度モニタ値のノイズを抑圧するローパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に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、２次元赤外線検出素子を用いた赤外線撮像装置、特にオフセット補正を掛ける(以下、キャリブレーションという)操作を必要とせずに、常に良好な画像信号を得られるシェーディング補正処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元赤外線検出素子を用いた撮像装置においては、使用する検知器の画素間の特性(光入力に対する電気出力特性)バラツキにより発生した固定パターンノイズを除去、抑圧する補正処理が行われる(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
このような赤外線撮像装置においては、ある均一な光強度をもつ被写体を撮像した時の画素間の出力値のズレ(オフセット成分)を補正データ格納用メモリに記憶しておき、２次元光検出素子の出力から除去することで均一化するオフセット補正と、光強度の変化に対する光感度のズレ(ゲイン成分)を、光強度の変化による出力変化分ΔＶ(ｘ,ｙ)にゲイン補正係数(＝全画素の平均出力変化ΔＶall／各画素の出力変化ΔＶ(ｘ,ｙ))を乗することで均一化するゲイン補正と、光強度とは無関係に異常出力を呈する画素(欠陥画素)についてその近傍画素の出力を代替値として置き換える欠陥補正を施すことが一般的である。
【０００４】
一方、赤外線撮像装置においては、光学系に起因して２次元赤外線検出素子の結像面上で生じる入射光の不均一や、レンズやその他光学系要素自体から発する赤外光などの影響でレンズシェーディング成分が生じる。したがって撮像している外界や光学系の温度変化によりシェーディング量が変わってしまい補正がずれてしまったときには、その都度シャッタなど温度が均一と思われるものを光学系の前に配置するか、或いは光学系のピントを暈した状態で、天空などの比較的温度が均一と思われるものに視軸を向けてキャリブレーション(以下、デフォーカスキャリブレーションという)操作を実施する方法が用いられる(例えば、特許文献２参照)。
【０００５】
このような赤外線撮像装置においては、ある間隔で光学系と２次元赤外線検出素子の間にシャッタを挿入し、生じているシェーディング量を測定して規定量に達したときにキャリブレーションの要求信号を生成し、自動的にキャリブレーションするような方法が用いられる(例えば、特許文献３参照)。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２２３４８４号公報
【特許文献２】特開平５−２９２４０３号公報
【特許文献３】特開平１０−１４２０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の赤外線撮像装置においては既に述べたようなキャリブレーション操作により、その都度レンズシェーディングを除去し良好な画像信号を得られるようにしているが、例えば航空機、車両、艦船等に搭載されて監視用途に用いられるような連続動作を要求される装置においては、キャリブレーション操作中に装置の監視動作が中断されるという問題があった。
【０００８】
また、シャッタ或いは校正された温度が均一な熱源等のキャリブレーション操作に必要な構成品を装置に搭載させる必要があるので、大きな機構が必要となってしまうという問題があった。
【０００９】
この発明は係る問題を解決するためになされたものであり、予めシミュレーションや実験結果に基づいて各々の画素についてシェーディング補正量を光学系温度を変数とした関数として装置内に設定し、光学系温度を測定する温度センサのモニタ値を取り込んでリアルタイムでシェーディング補正量を演算し、シェーディング補正用演算器で補正処理を施すことで、キャリブレーション操作を不要とし、且つ操作に必要な構成品を不要とした赤外線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、入射光を集光する光学系と、集光された入射光を受光面上に結像して電気信号に変換する２次元赤外線検出素子と、上記２次元赤外線検出素子が有する面内ばらつき成分を補正するための補正データを格納する検知器補正データ格納用記憶手段と、上記検知器補正データ格納用記憶手段の補正データにより上記２次元赤外線検出素子からの電気信号を補正する検知器補正用演算器と、上記光学系の温度をモニタする温度センサと、
シェーディング補正量を演算するためのデータを格納するシェーディング補正データ格納用記憶手段と、上記温度センサの温度モニタ値及び上記シェーディング補正データ格納用記憶手段のデータからシェーディング補正量を演算するシェーディング補正量演算器と、上記検知器補正用演算器からの電気信号に上記シェーディング補正量演算器で演算されたシェーディング補正量によりシェーディング補正を施すシェーディング補正用演算器と、を有し、上記シェーディング補正量演算器が上記２次元赤外線検出素子の各画素に対してシェーディング補正量ＳＨｎを、ＳＨｎ＝αｎ×ＴＭＰ＋βｎ、但し、ＴＭＰは温度センサからの光学系の温度モニタ値、αｎ及びβｎはシェーディング補正データ格納用記憶手段に格納されたデータである係数、に基づき演算する、することを特徴とする赤外線撮像装置にある。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、予めシミュレーションや実験結果に基づいて各々の画素についてシェーディング補正量を光学系温度を変数とした関数として装置内に設定し、光学系温度を測定する温度センサのモニタ値を取り込んでリアルタイムでシェーディング補正量を演算し、シェーディング補正用演算器で補正処理を施すことで、キャリブレーション操作を不要とし、且つ操作に必要な構成品を不要とした、小形化、減量化を図った赤外線撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による赤外線撮像装置の構成図である。入射光１はレンズ等からなる光学系２で集光されて、２次元赤外線検出素子３の受光面上に結像され電気信号に変換される。２次元赤外線検出素子３の出力はアンプ４で増幅されたのちＡ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換され、検知器補正用演算器６において予め用意された検知器補正データ格納用メモリ(記憶手段)７内のオフセット、ゲイン、欠陥補正データを用いて、画素間出力ズレのためのオフセット補正、光感度ズレのためのゲイン補正、欠陥画素のための欠陥補正を含む補正演算が施され、検知器補正画像信号となる。ここで更にシェーディング補正用演算器８によりシェーディング補正が施されたのち、Ｄ／Ａ変換器９でアナログ画像信号に変換されＴＶモニタ(図示省略)などに表示される。
【００１３】
ここで実施の形態１におけるシェーディング補正量算出方法の概念について説明する。図２は光学系２に起因して発生したシェーディングパターンの例であり、画面の中央から四隅にかけて暗くなるグラデーションとして表している。予め光学系２の前面に均一温度面を配置し、この温度を一定に保ちつつ光学系２にＴ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４と温度変化を与えると、このときのシェーディングパターンは光学系温度のみに起因して発生したものであり、例えばシェーディングライン１４、１５、１６、１７のように変化していき、例えばａの画素においてはシェーディング発生量はａ１→ａ２→ａ３→ａ４と変化していくことになる。
【００１４】
この発生量は各々の画素において異なり、ｂの画素においてはｂ１→ｂ２→ｂ３→ｂ４、ｃの画素においてはｃ１→ｃ２→ｃ３→ｃ４と変化していく。ここで各々の画素におけるシェーディング発生量を光学系温度を変数とした関数で表すとそれぞれ関数１８、１９、２０のように表すことができ、Ｔ１からＴ４の温度範囲においてはこの関数を用いてその時々のシェーディング発生量を演算することが可能となる。
【００１５】
図１に戻り上記処理を説明する。シェーディング補正量ＳＨｎは上述の通り光学系の温度モニタ値ＴＭＰを変数とした関数
ＳＨｎ＝αｎ×ＴＭＰ＋βｎ
として各々の画素についてシェーディング補正量演算器１０で演算される。このとき温度モニタ値は光学系２内に用意された温度センサ１１により計測され、モニタ値に重畳しているノイズによりシェーディング補正後の画像にバタツキが出ないようにローパスフィルタ１２でノイズを抑圧したのち、シェーディング補正量演算器１０に入力される。
【００１６】
また、演算に用いられる係数αｎ(変化率)、βｎ(オフセット量)はシェーディング補正データ格納用メモリ(記憶手段)１３に格納されている。これらのデータを用いて、シェーディング補正量演算器１０で各々の画素について演算されたシェーディング補正量はこれを相殺するように演算結果に(−１)を掛けて、後段のシェーディング補正用演算器(例えば加算器)８で検知器補正画像信号に加算されて、シェーディング補正が施される。
【００１７】
この実施の形態によれば、光学系の温度変化に起因するシェーディング量の変化を光学系温度を変数とする値として定量化することができるので、恒常的に生じたシェーディング成分を除去することができ、一切のキャリブレーション操作を必要とせずに常に良好な画像信号を得られるようになる。更に、シャッタ或いは校正された温度が均一な熱源等のキャリブレーション操作に必要な構成品を装置に搭載させる必要がなくなるので、より小型・軽量な赤外線撮像装置を得ることが可能になる。
【００１８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による赤外線撮像装置の構成図である。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。この実施の形態２では、実施の形態１に、通常の光学系温度に対応したシェーディング補正係数とは別の光学系温度に対応した第２のシェーディング補正係数を格納する第２のシェーディング補正データ(係数)格納用メモリ２１と、入力される温度モニタ値に応じて使用するシェーディング補正係数を選択するセレクタ(セレクト手段)２２を追加したものである。
【００１９】
なお、シェーディング補正データ格納用メモリ１３，２１がシェーディング補正データ格納用記憶手段を構成し、これらは１つのメモリで構成されてもよい。また、別の光学系温度に対応したシェーディング補正係数は複数組あってもよい。
【００２０】
この実施の形態によれば、光学系２の温度変化に起因するシェーディング量の変化を第一のシェーディング補正係数αｎ、βｎではうまく表せない既知の光学系温度領域がある場合に、セレクタ２２により別のシェーディング補正係数γ(変化率)、η(オフセット量)を適用してシェーディング補正量演算器１０でシェーディング補正量を演算する。これにより、より広い光学系温度範囲或いは光学系温度によるシェーディングパターンの変化に個別に対応することが可能となる。
【００２１】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による赤外線撮像装置の構成図である。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。この実施の形態３では、実施の形態１に、第２の光学系２３と、第２の光学系２３内に用意された第２の温度センサ２４と、使用する光学系及び温度センサを切り替える切替制御信号を出力する撮像制御器２５と、第２の光学系２３及び温度センサ２４に対応したシェーディング補正係数を格納する第３のシェーディング補正データ格納用メモリ２６と、撮像制御器２５からの切替制御信号に応じて使用するシェーディング補正係数を選択するセレクタ(セレクト手段)２２を追加したものである。
【００２２】
なお、シェーディング補正データ格納用メモリ１３，２６がシェーディング補正データ格納用記憶手段を構成し、これらは１つのメモリで構成されてもよい。また、光学系及びその温度センサは２組に限定されず、３組以上設け、それぞれにシェーディング補正係数をシェーディング補正データ格納用記憶手段に格納してもよい。
【００２３】
この実施の形態によれば、撮像制御器２５の出力する切替制御信号に従ってセレクタ２２が使用する光学系及びその温度センサに対応したシェーディング補正係数、撮像制御器２５からの切替制御信号で指定された使用される光学系の温度モニタ値を適用して、シェーディング補正量演算器１０がシェーディング補正量を演算することができるので、複数の光学系を切り替えて使用する赤外線撮像装置にも対応することが可能となる。
【００２４】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による赤外線撮像装置の構成図である。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。この実施の形態４は、実施の形態２と実施の形態３を併せ持ったものである。すなわちシェーディング補正データ格納用メモリ１３ａは、光学系２及び温度センサ１１に対応した異なる光学系温度範囲或いは光学系温度による複数組のシェーディング補正係数を格納し、シェーディング補正データ格納用メモリ２６ａは、第２の光学系２３及び温度センサ２４に対応した異なる光学系温度範囲或いは光学系温度による複数組のシェーディング補正係数を格納する。
【００２５】
なお、シェーディング補正データ格納用メモリ１３ａ，２６ａがシェーディング補正データ格納用記憶手段を構成し、これらは１つのメモリで構成されてもよい。また、光学系及びその温度センサは２組に限定されず、３組以上設け、それぞれに異なる光学系温度範囲或いは光学系温度による複数組のシェーディング補正係数をシェーディング補正データ格納用記憶手段に格納してもよい。
【００２６】
この実施の形態では、実施の形態２及び３で既に述べたように、使用する光学系や発生するシェーディングパターンの変化に対応した適切なシェーディング補正係数、温度モニタ値を適用してシェーディング補正量を演算することができるので、多様なシェーディングパターンに対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１による赤外線撮像装置の構成図である。
【図２】この発明による赤外線撮像装置におけるシェーディング補正量の算出方法の概念を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態２による赤外線撮像装置の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による赤外線撮像装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による赤外線撮像装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  入射光、２  光学系、３  ２次元赤外線検出素子、４  アンプ、５  Ａ／Ｄ変換器、６  検知器補正用演算器、７  検知器補正データ格納用メモリ、８  シェーディング補正用演算器、９  Ｄ／Ａ変換器、１０  シェーディング補正量演算器、１１  温度センサ、１２  ローパスフィルタ、１３，１３ａ，２６ａ  シェーディング補正データ格納用メモリ(記憶手段)、２１  第２のシェーディング補正データ格納用メモリ(記憶手段)、２２  セレクタ(セレクト手段)、２３  第２の光学系、２４  第２の温度センサ、２５  撮像制御器、２６  第３のシェーディング補正データ格納用メモリ(記憶手段)。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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