CN107615017B - 红外线摄像装置及固定模式干扰数据的更新方法 - Google Patents

红外线摄像装置及固定模式干扰数据的更新方法 Download PDF

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Abstract

本发明在红外线摄像装置及固定模式干扰数据的更新方法中，不需要快门机构便可以获得固定模式干扰数据。因此，干扰数据更新处理部(44)在光学系统被控制成非对焦状态的状态下，根据由红外线检测器检测到的红外线的检测信号而算出固定模式干扰(FPN)成分的量，并以所算出的FPN成分的量而更新FPN数据存储部(43)。关于各检测器元件，干扰数据更新处理部(44)算出包括各检测器元件及周边的多个检测器元件的检测信号的平均值，并从所算出的平均值减去更新前的固定模式干扰数据的平均值，由此算出包括在各检测器元件的检测信号中的取决于入射红外线的信号成分。而且，通过从各检测器元件的检测信号减去所算出的信号成分而算出固定模式干扰成分的量。

Description

红外线摄像装置及固定模式干扰数据的更新方法
技术领域
本发明涉及一种红外线摄像装置，更详细而言，涉及一种包括检测入射红外线并转换成电信号的红外线检测器的红外线摄像装置。并且，本发明涉及一种如所述的红外线摄像装置中的固定模式干扰数据的更新方法。
背景技术
已知有检测入射红外光(红外线)并生成红外线图像的红外线摄像装置。通常，红外线摄像装置包括检测从被摄体发射的红外线并转换成电信号的红外线检测器。红外线摄像装置在监控摄像机、夜视装置、热像仪，或者搭载于车辆和航空器等的前方监控装置等范围广泛的领域中被利用。
在红外线摄像装置中产生红外线检测器所具有的灵敏度的偏差、电路的增益及偏移的偏差等装置固有的固定模式干扰。尤其，在作为红外线的检测器元件而使用了以二维的方式排列的焦平面阵列的红外线摄像装置中，由于阵列内的各检测器元件具有特性的变动，因此，最终产生在较长时间内发生变化的固定模式干扰。
若产生固定模式干扰，则即使由红外线摄像装置来拍摄均匀温度的表面，也因像素值发生变动而无法获得均匀的图像。为了减小固定模式干扰的影响，只要获得固定模式干扰的数据(固定模式干扰数据)，并从通过拍摄被摄体而得到的图像信号减去固定模式干扰数据即可。固定模式干扰数据例如在将均匀光量的光源设置于红外线检测器的前面，且阻断从外部入射到红外线检测器的红外线的状态下可获得。
固定模式干扰根据温度等环境的变化而变动，因此期望在进行拍摄的中途重复进行固定模式干扰数据的获取。为了响应该期望而提出有：在红外线摄像装置内设置快门机构，并阻断从外部入射到红外线检测器的红外线，从而获得固定模式干扰数据(例如参考专利文献1)。然而，在专利文献1中，在光学系统及红外线检测器的周边，需要配置在实际拍摄中不需要的快门机构，造成成本上升和装置的大型化。并且，也存在故障产生部位增加的缺陷。
专利文献2中记载有不需要快门机构且可获得固定模式干扰数据的红外线摄像装置。专利文献2中所记载的红外线摄像装置包括：光学系统，使得从目标物体(被摄体)发射出来的光聚光，并入射到红外线检测器；及减法器，输出从红外线检测器输出的图像信号(图像数据)减去固定模式干扰数据的图像数据。光学系统在正常摄像时通过焦点调整机构被定位于对焦位置。
在专利文献2中，当获得固定模式干扰数据时，光学系统被控制成非对焦状态。由于光学系统成为非对焦状态，因此光学系统的观测视场内的来自所有方向的光均等地入射到红外线检测器。即，相对于光学系统从各个方向入射的光束不会成像于红外线检测器的特定的点上，而是均等地入射到红外线检测器的检测面。该状态下，求出减法器的输出图像数据与固定模式干扰的预期值数据的误差。进行将基于该误差的反馈数据作为固定模式干扰数据而赋予减法器的负反馈，将减法器的输出图像数据和预期值数据成为大致相同时的反馈数据作为固定模式干扰数据进行保持。
在专利文献2中，将在均匀光量的光源设置于红外线检测器的前面，且阻断从外部入射到红外线检测器的红外线的状态下所得到的图像数据，作为固定模式干扰的预期值数据而使用。将光学系统设为非对焦状态，并使观测视场内的来自所有方向的光入射于红外线检测器的检测面，由此能够使均匀量的红外线入射于各检测器元件，不使用快门机构便能够得到固定模式干扰数据。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-142065号公报
专利文献2：日本特开2001-336983号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在专利文献2中所记载的红外线摄像装置中，为了适当地获得固定模式干扰数据，光学系统的观测视场内的来自所有方向的光需要均匀地入射到红外线检测器的检测面。然而，在实际的使用环境中，观测视场内的来自所有方向的光未必总是能够入射到红外线检测器的检测面。即使将光学系统设为非对焦状态，在红外线图像中也会产生纹路。换言之，在图像内分布有入射红外线多的部分和入射红外线少的部分。在专利文献2中所记载的红外线摄像装置中，若入射到红外线检测器的检测面的某一区域的红外线的量与入射到其它区域的红外线的量之间存在差异，则无法得到合适的固定模式干扰数据。
本发明鉴于上述情况而提供一种红外线摄像装置，其不需要快门机构，且即使在观测视场内的来自所有方向的光无法均匀地入射到红外线检测器的检测面的情况下，也可以获得固定模式干扰数据。
并且，本发明提供一种如所述红外线摄像装置中的固定模式干扰数据的更新方法。
用于解决技术课题的手段
为了达到上述目的，本发明提供一种红外线摄像装置，其特征在于，具备：光学系统，可进行成像位置的控制；红外线检测器，包括检测入射红外线的多个检测器元件，红外线经由光学系统而入射到红外线检测面；干扰校正处理部，从由多个检测器元件检测到的红外线的检测信号减去固定模式干扰数据，由此从红外线的检测信号去除固定模式干扰；焦点控制部，控制光学系统的成像位置；及干扰数据更新处理部，在焦点控制部控制光学系统的成像位置而将光学系统设为非对焦状态的状态下，根据由多个检测器元件检测到的红外线的检测信号而算出固定模式干扰成分的量，以所算出的固定模式干扰成分的量而更新固定模式干扰数据，关于算出固定模式干扰成分的量的处理对象的各检测器元件，干扰数据更新处理部算出包括各检测器元件及周边的多个检测器元件的检测信号的平均值，从所算出的平均值减去更新前的固定模式干扰数据的平均值，由此算出包括在各检测器元件的检测信号中的取决于入射红外线的信号成分，通过从各检测器元件的检测信号减去所算出的信号成分而算出固定模式干扰成分的量。
在本发明的红外线摄像装置中，关于各检测器元件，干扰数据更新处理部计算所算出的固定模式干扰成分的量与更新前的固定模式干扰数据的差值，关于该差值为第1阈值以下的检测器元件，优选以所算出的固定模式干扰成分的量而更新固定模式干扰数据。并且，关于上述差值大于第1阈值的检测器元件，干扰数据更新处理部优选不进行固定模式干扰数据的更新。
关于某一区域，当该区域中的上述差值大于第1阈值的检测器元件的数量的比例高于第2阈值时，关于包括在该区域中的检测器元件，干扰数据更新处理部可以不进行固定模式干扰数据的更新。
干扰数据更新处理部优选将包括所关注检测器元件及存在于其周边的检测器元件的检测信号进行相加，算出平均值。
检测信号的平均值也可以是加权平均值，其通过将包括所关注检测器元件及存在于其周边的检测器元件的检测信号进行加权相加，并算出加权平均值而得到。该情况下，在加权相加中，被相乘于各检测器元件的权重优选根据周边的各检测器元件与所关注检测器元件的距离而被设定。权重优选被设定为周边的各检测器元件与所关注检测器元件的距离越短越大。
本发明的红外线摄像装置还可以具备测量周边温度的温度测量部。该情况下，在温度测量部测量的周边温度与上一次固定模式干扰数据的更新时的周边温度之差为温度差阈值以上的情况下，干扰数据更新处理部可以进行固定模式干扰数据的更新。
干扰数据更新处理部可以周期性地重复进行固定模式干扰数据的更新。
本发明还提供一种固定模式干扰数据的更新方法，其为包括多个检测器元件的红外线检测器中的表示固定模式干扰的固定模式干扰数据的更新方法，所述固定模式干扰数据的更新方法的特征在于，具有：控制可进行成像位置的控制的光学系统，并将入射到红外线检测器的红外线设为非对焦状态的步骤；在被控制成非对焦状态的状态下，根据由多个检测器元件检测到的红外线的检测信号而算出固定模式干扰成分的量的步骤；及以所算出的固定模式干扰成分的量而更新固定模式干扰数据的步骤，在算出固定模式干扰成分的量的步骤中，关于处理对象的各检测器元件，算出包括各检测器元件及周边的多个检测器元件的检测信号的平均值，从所算出的平均值减去更新前的固定模式干扰数据的平均值，由此算出包括在各检测器元件的检测信号中的取决于入射红外线的信号成分，通过从各检测器元件的检测信号减去所算出的信号成分而算出固定模式干扰成分的量。
发明效果
在本发明的红外线摄像装置及固定模式干扰数据的更新方法中，在将光学系统控制成非对焦状态的状态下使红外线入射到红外线检测器，关于处理对象的各检测器元件，算出包括各检测器元件及周边的多个检测器元件的检测信号的平均值，从所算出的平均值减去更新前的固定模式干扰数据的平均值，由此算出包括在各检测器元件的检测信号中的取决于入射红外线的信号成分。通过从各检测器元件的检测信号减去所算出的信号成分而算出固定模式干扰成分的量。由此，在不需要快门机构，且观测视场内的来自所有方向的光不会均匀地入射到红外线检测器的检测面的情况下，也能够获得固定模式干扰的数据。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的红外线摄像装置的框图。
图2是表示数字信号处理部的结构的框图。
图3是表示干扰数据更新处理部的结构的框图。
图4是表示作为周边的检测器元件的范围的一例的图。
图5是表示在算出加权平均值的情况下被使用的权重的一例的图。
图6是表示取决于入射红外线的信号成分、固定模式干扰成分及红外线检测信号的图。
图7是表示红外线检测信号和取决于入射红外线的信号成分的图。
图8是表示本发明的第1实施方式所涉及的固定模式干扰数据的更新方法的顺序的流程图。
图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的红外线摄像装置中的干扰数据更新处理部的结构的框图。
图10是表示本发明的第2实施方式所涉及的固定模式干扰数据的更新方法的顺序的流程图。
图11是表示图像区域的分割例的图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式详细地进行说明。图1表示本发明的第1实施方式所涉及的红外线摄像装置。红外线摄像装置100具有光学系统10、红外线检测器11、模拟信号处理部12、AD转换器(AnalogtoDigital Convertor：模拟数字转换器)13、数字信号处理部14、输出部15、焦点调整机构16、位置传感器17、温度传感器18及控制部19。红外线摄像装置100可以是一个成品，也可以是组装到其它产品而使用的模块。
光学系统10是包括1个以上的透镜的成像光学系统。光学系统10可以控制成像面的位置(成像位置)。红外线检测器11是红外线成像元件(红外线传感器)，将由光学系统10形成的光学图像进行拍摄，并转换成电信号。红外线检测器11包括检测入射红外光(红外线)的多个检测器元件。在红外线检测器11中，多个检测器元件例如排列成二维状。在红外线检测器11的红外线检测面(以下，也简称为检测面)上，经由光学系统10而被入射红外线。根据红外线检测器11的各检测器元件的检测信号而构成红外线图像。
红外线检测器11检测例如从波长0.83μm到1000μm的范围的红外线。红外线检测器11尤其优选检测从波长6μm到1000μm的范围的远红外线。红外线检测器11中能够使用微测辐射热量计或者SOI(Silicon on Insulator：绝缘体上硅)二极管型等热型红外线传感器。
模拟信号处理部12对红外线检测器11所输出的红外线检测信号实施模拟电处理。模拟信号处理部12典型地包括放大红外线检测信号的放大器。AD转换器13对红外线检测信号进行采样，并将所采样的红外线检测信号转换成数字数据(数字信号值)。数字信号处理部14对由AD转换器13转换成数字数据的红外线检测信号进行信号处理。数字信号处理部14中的信号处理包括红外线检测信号的固定模式干扰(以下，也称作FPN(Fixed PatternNoise：固定模式干扰))校正处理和在该校正处理中使用的FPN数据的更新处理。
控制部19进行装置整体的控制。控制部19中能够使用例如FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等的PLD(Programmable Logi c Device：可编程逻辑器件)。控制部19将红外线摄像装置100的动作模式在正常摄像模式与FPN数据的更新模式之间进行切换。控制部19通过控制信号，并根据动作模式来控制数字信号处理部14中的信号处理。具体而言，在正常摄像模式时，使数字信号处理部14实施FPN校正处理，在FPN数据的更新模式时，实施FPN数据更新处理。
温度传感器(温度测量部)18测量例如红外线检测器11及其周边的温度。控制部19根据温度传感器18所测量的温度的变化，可以将动作模式切换成FP N数据的更新模式。例如若温度传感器18测量的温度与上一次FPN数据的更新时的温度之差成为阈值(温度阈值)以上，则可以将动作模式切换成FPN的更新模式而实施FPN数据的更新。并且，控制部19在正常摄像模式期间，可以周期性地重复切换成FPN数据的更新模式。该情况下，从上一次FPN数据的更新时刻起，经过一定时间之后，也可以切换为FPN数据的更新模式。FPN数据的更新周期无需为恒定。
焦点调整机构16调整光学系统10与红外线检测器11的相对位置关系。以下，对通过改变光学系统10的位置而调整光学系统10与红外线检测器11的相对位置关系进行说明。焦点调整机构16例如包括改变包括在光学系统10中的透镜的位置的马达和驱动马达的驱动电路。位置传感器17检测包括在光学系统10中的透镜的位置。由于包括在光学系统10中的透镜的位置发生变化，因此光学系统10的成像位置发生变化。
控制部19作为控制光学系统10的成像位置的焦点控制部也发挥作用。控制部19对焦点调整机构16发送用于控制光学系统10的位置的位置信号。焦点调整机构16使光学系统10移动到所接收到的位置信号表示的位置。在正常摄像模式时，控制部19经由焦点调整机构16而将光学系统10的位置控制成光学系统10的成像面与红外线检测器11的检测面一致的位置。在正常摄像模式时，光学系统10的位置可以跟随被摄体的移动而发生变化，也可以固定于某一位置。
控制部19在FPN数据的更新模式时，经由焦点调整机构16而将光学系统10的位置控制成光学系统10的成像面与红外线检测器11的检测面不一致的位置。控制部19例如将光学系统10的位置控制成在被摄体最接近于光学系统10时光学系统10成为对焦状态的位置，或者在被摄体存在于无限远处时光学系统10成为对焦状态的位置。
在此，将光学系统10的成像面与红外线检测器11的检测面不一致的状态称作非对焦状态。即，将基于光学系统10的图像不成像于红外线检测器11的检测器元件的状态称作非对焦状态。并不需要是在所有检测器元件的区域中图像不成像的状态，而是即使在一部分区域中图像成像，也设成整体为非对焦状态。并且，将光学系统10的成像面与红外线检测器11的检测面一致的状态称作对焦状态。即，将基于光学系统10的图像成像于红外线检测器11的检测器元件的状态称作对焦状态。光学系统10的成像面与红外线检测器11的检测面不需要完全一致，而包括在红外线检测器11的检测面以能够识别被摄体的程度可分辨的状态。
输出部15输出通过数字信号处理部14被进行信号处理的红外线检测信号(图像数据)。输出部15例如将红外线检测信号输出到显示器装置(图1中未图示)等，使红外线图像显示于显示画面上。或者，将红外线检测信号输出到硬盘装置或存储卡等外部存储装置(图1中未图示)，也可以存储于外部存储装置。而且，也可以经由网络或通信电缆等将红外线检测信号发送到外部的服务器或处理装置。输出部15例如包括将数字信号转换成模拟信号的DA转换器(Digital Analog Convertor：数字模拟转换器)，将红外线检测信号作为模拟信号而输出。输出部15也可以将红外线检测信号作为数字信号而输出。
图2表示数字信号处理部14的结构。数字信号处理部14具有开关41、干扰校正处理部42、FPN数据存储部43及干扰数据更新处理部44。数字信号处理部14典型地作为DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等的LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)而构成。DSP典型地包括处理器、存储对处理器的命令的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、存储数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)，所述部分经由总线而被连接。处理器按照存储于ROM中的命令进行动作，由此可实现干扰校正处理部42及干扰数据更新处理部44等的功能。DSP也可以具有与外部的存储装置等连接的接口。
开关41中被输入有AD转换器13(参考图1)输出的红外线检测信号的数字数据(以下，将转换成数字数据的红外线检测信号不进行特别区分，有时称作红外线检测信号)。开关41将红外线检测信号选择性地输出到干扰校正处理部42和干扰数据更新处理部44。开关41的切换例如根据控制部19所输出的控制信号而实施。在正常摄像模式时，控制部19使红外线检测信号从开关41输出到干扰校正处理部42。在FPN数据的更新模式时，控制部19使红外线检测信号从开关41输出到干扰数据更新处理部44。并且，对干扰数据更新处理部44指示FPN数据的更新。
FPN数据存储部43存储FPN数据。在此，FPN是指在红外线检测器11(参考图1)的各检测器元件(各像素)中所固有的、包括在各检测器元件的检测信号中的干扰成分。FPN数据是表示各检测器元件的FPN的数据，是各检测器元件的FPN的集合。在初始状态下，FPN数据存储部43在将均匀的光量的光源设置在红外线检测器11的前面，且阻断从外部入射到红外线检测器11的红外线的状态下，可以将由红外线检测器11检测到的红外线检测信号作为FPN数据而存储。FPN数据存储部43例如可以在数字信号处理部14所具有的RAM的内部构成，也可以由EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Me mory：电可擦可编程只读存储器)等可改写的非易失性存储器构成。
干扰校正处理部42参考FPN数据存储部43进行包括在红外线检测信号中的FPN成分的校正(去除)。更详细而言，通过从红外线检测信号减去FPN数据而从红外线检测信号去除FPN。干扰校正处理部42从包括在红外线检测器11中的各检测器元件所输出的红外线检测信号减去该检测器元件的FPN数据，从而去除各检测器元件中所固有的干扰成分，输出取决于入射红外线的量的信号成分。
在光学系统被控制成非对焦状态的状态下，在干扰数据更新处理部44中，经由开关41而被输入由红外线检测器11检测到的红外线检测信号。干扰数据更新处理部44根据该红外线检测信号而算出FPN成分的量(其推定值)。更详细而言，关于算出FPN成分的量的处理对象的各检测器元件，干扰数据更新处理部44算出包括所关注检测器元件及周边的多个检测器元件的红外线检测信号的平均值，从该平均值减去更新前的FPN数据的平均值，由此算出包括在由所关注检测器元件检测到的红外线检测信号中的取决于入射红外线的信号成分。干扰数据更新处理部44通过从由所关注检测器元件检测到的红外线检测信号减去所算出的信号成分而算出FPN成分的量。干扰数据更新处理部44以所算出的F PN成分的量而更新被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据。
在此，更新FPN数据是指用新的数据来改写被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据。FPN数据的更新不仅包括一次更新包括在红外线检测器11中的所有的检测器元件，而且也包括将所有检测器元件中的一部分作为对象进行的局部更新。例如在红外线检测器11包括100个检测器元件时，可以一次更新这些100个检测器元件的FPN数据，当进行1次性更新时，也可以在100个中更新40个到70个检测器元件的FPN数据。
图3表示干扰数据更新处理部44的结构。干扰数据更新处理部44包括信号平均值计算部51、FPN平均值计算部52、减法器53、减法器54、数据更新部55及帧存储器56。帧存储器56中存储有由红外线检测器11拍摄的红外线图像。帧存储器56可以是干扰数据更新处理部44的一部分，也可以设置在干扰数据更新处理部44的外部。
信号平均值计算部51参考帧存储器56，算出包括所关注检测器元件及周边的多个检测器元件的红外线检测信号的平均值。更详细而言，信号平均值计算部51将包括所关注检测器元件及存在于其周边的多个检测器元件的红外线检测信号进行相加，将该相加值除以检测器元件的数量的值作为平均值而算出。
在此，周边的检测器元件是指存在于所关注检测器元件的周边的、与所关注检测器元件具有一定的位置关系的检测器元件。例如被定义为在以所关注的像素(检测器元件)为中心的3×3、5×5或7×7的像素范围内所存在的检测器元件。周边的检测器元件的最大范围例如被定义为30×30的像素范围。可以将相对于包括在红外线检测器11中的检测器元件的总数的比例例如总数的1％定义为周边的范围。
图4中示出周边的检测器元件的范围的一例。该例中以所关注的像素为中心的5×5的像素范围是周边的检测器元件的范围。在将所关注检测器元件的坐标设为(x,y)时，信号平均值计算部51将包括在(x-2,y-2)到(x+2,y+2)的坐标范围中的检测器元件的红外线检测信号进行相加。信号平均值计算部51例如一边对所关注检测器元件的位置进行光栅扫描，一边关于各位置算出红外线检测信号的平均值。另外，在图像的端部，由于上述像素范围超出图像，因此周边的检测器元件的范围可以比上述像素范围窄。
信号平均值计算部51所算出的平均值可以是加权平均值。即，平均值可以是将包括所关注检测器元件及存在于其周边的检测器元件的检测信号进行加权相加，该相加值除以权重的合计值的值。在加权相加中，与各检测器元件相乘的权重优选根据所关注检测器元件与其周边的各检测器元件的距离而设定。例如权重优选设定为周边的各检测器元件与所关注检测器元件的距离越短越大，距离越长越小。
图5表示在算出加权平均值的情况下使用的权重的一例。求出平均值的范围与图4同样而设为5×5的像素范围。所关注检测器元件的权重的最大值例如被设定为“3”。从所关注检测器元件在图像的纵向和/或横向上错开1个的位置上的检测器元件中例如被设定有权重“2”。从所关注检测器元件在图像的纵向和/或横向上错开2个位置上的检测器元件中被设定有最小的权重例如权重“1”。通过使用这种权重而能够增大由接近于所关注检测器元件的检测器元件检测到的红外线检测信号对平均值所带来的影响。图5中示出的权重的设定是一个例子，权重能够任意地设定。
返回到图3，FPN平均值计算部52算出被存储在FPN数据存储部43中的F PN数据的平均值。FPN平均值计算部52将包括在与信号平均值计算部51算出平均值的像素范围相同的范围中的检测器元件的FPN数据进行相加。例如，如图4所示，关于所关注检测器元件(x,y)，在信号平均值计算部51将包括在(x-2,y-2)到(x+2,y+2)的范围中的检测器元件的红外线检测信号进行相加时，F PN平均值计算部52在相同的范围内将FPN数据进行相加。FPN平均值计算部52将FPN数据的相加值除以所相加的检测器元件的数量的值作为FPN数据的平均值而算出。在算出红外线检测信号的加权平均值的情况下，关于FPN数据，也可以使用相同的权重来算出加权平均值。
在此，对由红外线检测器11的检测器元件检测到的红外线检测信号、包括在该红外线检测信号中的取决于入射红外线的信号成分及固定模式干扰成分的关系进行说明。图6是表示取决于入射红外线的信号成分、固定模式干扰成分及红外线检测信号的图。在图6中，关于检测器元件1～5的5个检测器元件，示出取决于入射红外线的信号成分、固定模式干扰成分及红外线检测信号。
在正常摄像模式时，光学系统10(参考图1)被控制成对焦状态，入射到检测器元件的红外线的量取决于被摄体的图像而不同。从而，如图6所示，取决于入射到各检测器元件的红外线的信号成分S1～S5多数情况下彼此不相等。另一方面，各检测器元件的固定模式干扰成分FPN1～FPN5是检测器元件所固有的，并不取决于信号成分的量。各检测器元件的红外线检测信号DS1～DS5是分别在信号成分S1～S5上加上固定模式干扰成分FPN1～FPN5的信号。信号成分S1～S5与固定模式干扰成分FPN1～FPN5一同被检测到，因此在红外线检测信号DS1～DS5中，无法判断哪些部分是信号成分S1～S5，哪些部分是固定模式干扰成分FPN1～FPN5。
图7表示在光学系统10被控制成非对焦状态的状态下被检测的红外线检测信号、及包括在该红外线检测信号中的取决于入射红外线的信号成分。若光学系统10被设为非对焦状态，则被摄体的图像成像于从红外线检测器11的检测面错开的位置上，被摄体无法进行分辨。因此，由红外线检测器11拍摄的红外线图像成为模糊的图像，入射到某一位置的检测器元件上的红外线的量与入射到其周边的检测器元件上的红外线的量之差，与光学系统10处于对焦状态时相比变小。从而，如图7所示，取决于入射红外线的信号成分S11～S15能够期待成为大致相同的值。在将中央的检测器元件3设为所关注检测器元件时，可认为信号成分S11～S15的平均值成为与检测器元件3的信号成分大致相等。
若假定各检测器元件的FPN在更新前后不会大幅发生变化，则能够按以下顺序算出信号成分S11～S15的平均值。首先，算出各检测器元件的红外线检测信号DS11～DS15的平均值。如图7所示，红外线检测信号DS11～DS15包括固定模式干扰成分FPN1～FPN5(参考图6)。接着，算出固定模式干扰成分F PN1～FPN5的平均值。通过从红外线检测信号DS11～DS15的平均值减去固定模式干扰成分FPN1～FPN5的平均值而能够算出信号成分S11～S15的平均值。能够推定该平均值与所关注检测器元件(例如中央的检测器元件3)的信号成分相等。通过从该检测器元件的检测信号减去信号成分的平均值而能够算出所关注检测器元件的固定模式干扰成分的量。能够将如此算出的固定模式干扰成分的量设为FPN数据的更新数据。
再次返回到图3，减法器53从信号平均值计算部51所算出的平均值减去F PN平均值计算部52所算出的平均值。减法器53的输出相当于所关注检测器元件的信号成分。减法器54从帧存储器56获得所关注检测器元件的红外线信号(其值)，并从红外线检测信号减去减法器53的输出。减法器54的输出相当于所关注检测器元件的FPN成分的量。数据更新部55以减法器54所输出的所关注检测器元件的FPN成分的量而更新被存储在FPN数据存储部43中的所关注检测器元件的FPN数据。
以下，关于动作顺序进行说明。图8表示本发明的第1实施方式所涉及的固定模式干扰数据的更新方法的顺序。首先，红外线摄像装置100以正常摄像模式进行动作。由红外线检测器11检测到的红外线检测信号经由模拟信号处理部12(参考图1)及AD转换器13而被输入到数字信号处理部14。数字信号处理部14进行从红外线检测信号去除FPN的FPN校正处理。被去除FPN的红外线检测信号从输出部15输出。
控制部19将动作模式从正常摄像模式切换成FPN数据的更新模式(步骤A1)。例如在温度传感器18测量的温度与上一次FPN数据的更新时的温度之差成为温度阈值以上之后，控制部19将动作模式切换为FPN数据的更新模式。或者，从上一次FPN数据的更新时刻起，在经过了基准时间以上的时间的情况下，控制部19将动作模式切换为FPN数据的更新模式。由于动作模式被切换为FP N数据的更新模式，因此数字信号处理部14中的信号处理从FPN校正处理被切换为FPN数据的更新处理。
控制部19经由焦点调整机构16而将光学系统10控制成非对焦状态(步骤A2)。控制部19在步骤A2中，根据发送到焦点调整机构16的位置信号，将光学系统10的位置控制成光学系统10的成像面与红外线检测器11的检测面不一致的位置。控制部19例如在被摄体最接近于光学系统10时将表示光学系统10成为对焦状态的位置的位置信号发送到焦点调整机构16。或者，在被摄体存在于无限远处时表示光学系统10成为对焦状态的位置的位置信号发送到焦点调整机构16。
另外，控制部19可以根据在步骤A1中被切换为FPN数据的更新模式时位置传感器17所检测的光学系统10的位置、被摄体最接近于光学系统10时光学系统10成为对焦状态的位置及被摄体存在于无限远处时光学系统10成为对焦状态的位置的位置关系来决定发送到焦点调整机构16的位置信号。控制部19例如将位置传感器17所检测的光学系统10的位置设为Px，将被摄体最接近于光学系统10的情况下成为对焦状态的光学系统10的位置设为P1，将被摄体存在于无限远处的情况下成为对焦状态的光学系统10的位置设为P2，并分别计算|Px-P1|和|Px-P2|。若|Px-P1|＞|Px-P2|，则控制部19将表示把光学系统10的位置设为P1的位置信号输出到焦点调整机构16。若|Px-P1|＜|Px-P2|，则控制部19将表示把光学系统10的位置设为P2的位置信号输出到焦点调整机构16。由此，能够进一步增大光学系统10的成像位置与红外线检测器11的检测面的位置的偏差，并能够使红外线图像的模糊度增大。
红外线检测器11在光学系统10被控制成非对焦状态的状态下检测红外线(步骤A3)。红外线检测器11所输出的红外线检测信号经由模拟信号处理部12及AD转换器13而输入到数字信号处理部14。数字信号处理部14的干扰数据更新处理部44(参考图2)经由开关41而输入红外线检测信号。由红外线检测器11的各检测器元件检测到的红外线检测信号被存储于帧存储器56(参考图3)。
信号平均值计算部51从红外线检测器11具有的检测器元件中选择所关注检测器元件(关注像素)(步骤A4)。信号平均值计算部51参考帧存储器56而算出由包括所关注检测器元件及周边的检测器元件检测到的红外线检测信号的平均值(步骤A5)。FPN平均值计算部52参考FPN数据存储部43而算出包括所关注检测器元件及周边的检测器元件的FPN数据的平均值(步骤A6)。减法器53算出通过步骤A5算出的红外线检测信号的平均值与通过步骤A6算出的FPN数据的平均值之差(步骤A7)。如上所述，该差值对应于所关注检测器元件的信号成分。
减法器54从帧存储器56输入所关注检测器元件的红外线检测信号，并从该红外线检测信号减去通过步骤A7而算出的差值(所关注检测器元件的信号成分)，由此算出所关注检测器元件的FPN成分的量(步骤A8)。数据更新部55以减法器54输出的所关注检测器元件的FPN成分的量来改写被存储在FPN数据存储部43中的所关注检测器元件的FPN数据(步骤A9)。
干扰数据更新处理部44判断是否存在作为所关注检测器元件而未选择的检测器元件(步骤A10)。在存在未选择的检测器元件的情况下，返回到步骤A4，选择下一个检测器元件。干扰数据更新处理部44例如一边对所关注检测器元件的位置进行光栅扫描，一边重复实施步骤A4到步骤A9的处理，直至不存在未选择的检测器元件。由此，红外线检测器11所具有的各检测器元件的FPN数据得到更新。
若在步骤A10中判断不存在未选择的检测器元件，则控制部19将动作模式从FPN数据的更新模式切换为正常摄像模式(步骤A11)。控制部19经由焦点调整机构16将光学系统10控制成对焦状态。由于动作模式被切换为正常摄像模式，因此数字信号处理部14中的信号处理从FPN数据的更新处理被切换为FP N校正处理。数字信号处理部14使用通过步骤A9而被更新的FPN数据来实施FPN校正处理。
在本实施方式中，在FPN数据的更新模式中将光学系统10控制成非对焦状态。通过将光学系统控制成非对焦状态，至少能够局部地使入射到红外线检测器11的各检测元件的红外线大致均匀。在本实施方式中，关于各检测器元件，在包括各检测器元件及周边的多个检测器元件的范围内，算出在非对焦状态下检测到的红外线检测信号的平均值，通过从该平均值减去更新前的FPN数据的平均值而算出包括在各检测器元件的检测信号中的取决于入射红外线的信号成分。通过从各检测器元件的检测信号减去所算出的信号成分而能够算出FPN成分的量(其推定值)。由此，入射到各检测器元件的红外线在整个图像中不均匀的情况下，也能够算出FPN成分的量，并能够以所算出的FPN成分的量而更新FPN数据。并且，在本实施方式中，不需要为了获得FPN数据而另外设置快门机构。
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。图9表示本发明的第2实施方式所涉及的红外线摄像装置中的干扰数据更新处理部的结构。红外线摄像装置的结构与图1所示的第1实施方式所涉及的红外线摄像装置100相同，并且，数字信号处理部的结构与图2所示的第1实施方式中所使用的数字信号处理部14的结构相同。在本实施方式中，包括在数字信号处理部中的干扰数据更新处理部44a除了具有图3所示的第1实施方式中所使用的干扰数据更新处理部44的结构以外，还具有判定部57。除此以外，与第1实施方式相同。
关于各检测器元件，判定部57将减法器54所输出的FPN成分的量与被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据进行比较。判定部57算出减法器54所输出的FPN成分的量与被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据的差值，并判定差值(其绝对值)是否为阈值(第1阈值)以下。第1阈值例如设定为被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据的值的20％。第1阈值可以不是固定值，而可以使第1阈值根据从上一次FPN数据的更新到此次FPN数据的更新的温度变化而发生变化。例如可以使第1阈值随着温度变化的变大而增大。判定部57在判定差值为阈值以下的情况下，通过数据更新部55以减法器54所输出的FP N成分的量而更新被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据。在判定为差值大于阈值的情况下，关于该检测器元件不更新FPN数据。该情况下，可以连续使用被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据。
以下，对第2实施方式中的动作顺序进行说明。图10表示本发明的第2实施方式所涉及的固定模式干扰数据的更新方法的顺序。另外，步骤B1～B8因与图8中的步骤A1～A8相同而省略说明。
判定部57算出通过步骤B8而算出的所关注检测器元件的FPN成分的量与被存储在FPN数据存储部43中的所述检测器元件的FPN数据的差值(步骤B9)。判定部57判定通过步骤B9而算出的差是否在阈值以内(步骤B10)。在步骤B10中判定为差值在阈值以内的情况下，数据更新部55以减法器54所输出的所关注检测器元件的FPN成分的量来改写被存储在FPN数据存储部43中的所关注检测器元件的FPN数据(步骤B11)。在步骤B10中，当判定为差值大于阈值时，跳过步骤B11，不进行当前所关注检测器元件的FPN数据的更新。
干扰数据更新处理部44判断是否存在作为所关注检测器元件而未选择的检测器元件(步骤B12)。该步骤与图8的步骤A10相同。在存在未选择的测器元件的情况下，返回到步骤B4，选择下一个检测器元件。若在步骤B12中判断不存在未选择的检测器元件，则控制部19将动作模式从FPN数据的更新模式切换为正常摄像模式(步骤B13)。该步骤与图8的步骤A11相同。控制部19经由焦点调整机构16而将光学系统10控制成对焦状态。由于动作模式被切换为正常摄像模式，因此数字信号处理部14中的信号处理从FPN数据的更新处理被切换为FPN校正处理。数字信号处理部14使用至少局部被更新的FPN数据来实施FPN校正处理。
在FPN数据的更新处理模式中，光学系统10被控制成非对焦状态，因此可认为入射到某一检测器元件的红外线与入射到其周边的检测器元件的红外线大致相同。然而，在将光学系统10控制成非对焦状态的情况下，在红外线图像上也会出现被摄体的图案。并且，在一部分图像中可能存在可分辨被摄体的区域。而且，在进行FPN数据的更新处理的期间，一些被摄体横切画面，也可以考虑入射到周边的检测器元件的红外线不会均匀。在这种情况下，入射到某一检测器元件的红外线与入射到其周边的检测器元件的红外线之间产生较大的差异，在干扰数据更新处理部44a中所算出的FPN成分的量的误差会增大。
在本实施方式中，在假设FPN成分的量在更新前后不会大幅变动的情况下，在干扰数据更新处理部44a中算出的FPN成分的量与被存储在FPN数据存储部43中的更新前的FPN数据之间的差值大的情况下，设为所算出的FPN成分的量的可靠性低，不更新FPN数据。由此，关于出现被摄体的图案的部分、被摄体被改变的部分和/或一些被摄体横切的部分，不使用误差大的FPN成分的量，而能够继续使用被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据。
上述中对每一个检测器进行判断有无更新FPN数据，但也可以对每一个区域进行判断。更详细而言，关于包括多个上述所算出的FPN成分的量与被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据的差值大于阈值的检测器元件的区域，干扰数据更新处理部44a也可以在该区域不进行FPN数据的更新。
例如，关于某一区域，干扰数据更新处理部44a的判定部57将该区域中的所算出的FPN成分的量与被存储在FPN数据存储部43中的FPN数据的差值大于阈值的检测器元件的数量进行计数，通过该数量除以包括在区域中的检测器元件的总数而算出该区域中的差大于阈值的检测器元件的比例。判定部57对所算出的比例进行阈值处理，当比例高于阈值(第2阈值)时，关于包括在该区域中的检测器元件，也可以确定不进行FPN数据的更新。第2阈值例如被设定为整个区域的50％。
图11表示图像区域的分割例。该例中整个红外线图像(有效像素区域)在纵向及横向上分别被分割成4个，图像内设定有区域R1～R16共计16个区域。判定部57在区域R1～R16的各区域中算出上述差值大于阈值的检测器元件的比例，并判定所算出的比例是否高。例如在区域R11、R12、R15及R16中比例大于阈值的情况下，关于包括在区域R11、R12、R15及R16中的检测器元件，数据更新部55不进行FPN数据的更新，关于其它区域即包括在区域R1～R10、R13及R14中的检测器元件，以所算出的FPN成分的量而更新FPN数据。由此，在包括多个所算出的FPN成分的量的误差大的检测器元件的区域中，能够统一抑制FPN数据的更新。
另外，不需要预先设定区域，例如当存在差值大于阈值的检测器元件时，以动态的方式设定包括该检测器元件的区域，在该所设定的区域内，可以判定差值大于阈值的检测器元件的比例是否高。并且，在某一区域中，当差值大于阈值的检测器元件的比例低时，关于包括在该区域中的、差值大于阈值的检测器元件，至于是否进行FPN数据的更新是任意的。关于这种检测器元件，可以不进行FPN数据的更新，也可以根据所算出的FPN成分的量而更新FPN数据。
在上述各实施方式中，由1次的基于红外线检测器11的红外线检测信号来算出1个FPN成分的量，使用该FPN成分的量而更新了FPN数据，但并不限定于此。干扰数据更新处理部44对多次的红外线检测信号的各信号算出FPN成分的量，算出所述所算出的FPN成分的量的平均值，可以根据该FPN成分的量的平均值而更新FPN数据。在第2实施方式中，在将判定为差值为阈值以上的情况排除在外的基础上，算出由多次的红外线检测信号算出的FPN成分的量的平均值，可以由该平均值更新FPN数据。
图4中将相对于所关注检测器元件作为周边的检测器元件的范围的形状设为正方形，但作为周边的检测器元件的范围的形状并无特别的限定，也可以是长方形、圆形及其它形状。作为周边的检测器元件的范围，只要是与所关注检测器元件有一定的位置关系的检测器元件所存在的范围即可，例如也可以将周边的各检测器元件与所关注检测器元件的距离(欧几里德距离)在距离阈值以内的检测器元件所存在的范围定义为作为周边的检测器元件的范围。
以上，根据优选实施方式，对本发明进行了说明，但本发明的红外线摄像装置及固定模式干扰数据的更新方法并不仅限于上述实施方式，由上述实施方式的结构实施了各种修正及变更的内容也包括在本发明的范围内。
符号说明
10-光学系统，11-红外线检测器，12-模拟信号处理部，13-AD转换器，14-数字信号处理部，15-输出部，16-焦点调整机构，17-位置传感器，18-温度传感器，19-控制部，41-开关，42-干扰校正处理部，43-FPN数据存储部，44-干扰数据更新处理部，51-信号平均值计算部，52-FPN平均值计算部，53、54-减法器，55-数据更新部，56-帧存储器，57-判定部，100-红外线摄像装置，S1～S5、S11～S15-信号成分，FPN1～FPN5-固定模式干扰成分，DS1～DS5、DS11～DS15-红外线检测信号。

Claims (11)

1.一种红外线摄像装置，其特征在于，具备：
光学系统，可进行成像位置的控制；
红外线检测器，包括检测入射红外线的多个检测器元件，红外线经由所述光学系统而入射到红外线检测面；
干扰校正处理部，从由所述多个检测器元件检测到的红外线的检测信号减去固定模式干扰数据，由此从所述红外线的检测信号去除固定模式干扰；
焦点控制部，控制所述光学系统的成像位置；及
干扰数据更新处理部，在所述焦点控制部控制所述光学系统的成像位置而将所述光学系统设为非对焦状态的状态下，根据由所述多个检测器元件检测到的红外线的检测信号而算出固定模式干扰成分的量，以该算出的固定模式干扰成分的量而更新所述固定模式干扰数据，
关于算出固定模式干扰成分的量的处理对象的各检测器元件，所述干扰数据更新处理部算出包括该检测器元件及周边的多个检测器元件的检测信号的平均值，从该算出的平均值减去更新前的固定模式干扰数据的平均值，由此算出包括在该检测器元件的检测信号中的取决于入射红外线的信号成分，通过从该检测器元件的检测信号减去所述算出的信号成分而算出固定模式干扰成分的量。
2.根据权利要求1所述的红外线摄像装置，其中，
关于各检测器元件，所述干扰数据更新处理部计算所述算出的固定模式干扰成分的量与更新前的固定模式干扰数据的差值，关于该差值为第1阈值以下的检测器元件，以所述算出的固定模式干扰成分的量而更新所述固定模式干扰数据。
3.根据权利要求2所述的红外线摄像装置，其中，
关于所述差值大于所述第1阈值的检测器元件，所述干扰数据更新处理部不进行所述固定模式干扰数据的更新。
4.根据权利要求2或3所述的红外线摄像装置，其中，
关于某一区域，当该区域中的所述差值大于第1阈值的检测器元件的数量的比例高于第2阈值时，关于包括在该区域中的检测器元件，所述干扰数据更新处理部不进行所述固定模式干扰数据的更新。
5.根据权利要求1或2所述的红外线摄像装置，其中，
所述干扰数据更新处理部将包括所关注检测器元件及存在于该所关注检测器元件的周边的检测器元件的检测信号进行相加，算出所述平均值。
6.根据权利要求5所述的红外线摄像装置，其中，
所述平均值是加权平均值，其通过将包括所关注检测器元件及存在于所关注检测器元件的周边的检测器元件的检测信号进行加权相加，并算出加权平均值而得到。
7.根据权利要求6所述的红外线摄像装置，其中，
在加权相加中，被相乘于各检测器元件的权重根据各检测器元件与所述所关注检测器元件的距离而被设定。
8.根据权利要求7所述的红外线摄像装置，其中，
所述权重被设定为所述各检测器元件与所述所关注检测器元件的距离越短越大。
9.根据权利要求1或2所述的红外线摄像装置，其中，
还具备测量周边温度的温度测量部，若温度测量部测量的周边温度与上一次固定模式干扰数据的更新时的周边温度之差成为温度差阈值以上，则所述干扰数据更新处理部进行所述固定模式干扰数据的更新。
10.根据权利要求1或2所述的红外线摄像装置，其中，
所述干扰数据更新处理部周期性地重复进行所述固定模式干扰数据的更新。
11.一种固定模式干扰数据的更新方法，其为包括多个检测器元件的红外线检测器中的表示固定模式干扰的固定模式干扰数据的更新方法，所述固定模式干扰数据的更新方法的特征在于，具有：
控制可进行成像位置的控制的光学系统，并将入射到所述红外线检测器的红外线设为非对焦状态的步骤；
在被控制成所述非对焦状态的状态下，根据由所述多个检测器元件检测到的红外线的检测信号而算出固定模式干扰成分的量的步骤；及
以所述算出的固定模式干扰成分的量而更新所述固定模式干扰数据的步骤，
在算出所述固定模式干扰成分的量的步骤中，关于处理对象的各检测器元件，算出包括该检测器元件及周边的多个检测器元件的检测信号的平均值，从该算出的平均值减去更新前的固定模式干扰数据的平均值，由此算出包括在该检测器元件的检测信号中的取决于入射红外线的信号成分，通过从该检测器元件的检测信号减去所述算出的信号成分而算出固定模式干扰成分的量。
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