JP2001268440A - 赤外線撮像装置 - Google Patents
赤外線撮像装置Info
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大型化を必要とせずに高精度で環境温度および
感光時間の変化に対応できるようにする。 【解決手段】赤外線撮像装置は開口整合された光学系１
０，１２と、目標物からこの光学系を介して入射する赤
外線を光電変換する画素アレイを持つ赤外線検知器１１
と、この赤外線検知器１１の出力信号の暗電流補正およ
びゲイン補正を行う信号処理回路１３−２０とを備え
る。特に、信号処理回路１３−２０は赤外線検知器１１
の出力信号の平均値に基づいて赤外線検知器１１の感光
時間を設定し、赤外線検知器１１の感光時間に対応して
暗電流補正を行い、赤外線検知器１１の出力信号の平均
値に対応してゲイン補正を行うよう構成される。
感光時間の変化に対応できるようにする。 【解決手段】赤外線撮像装置は開口整合された光学系１
０，１２と、目標物からこの光学系を介して入射する赤
外線を光電変換する画素アレイを持つ赤外線検知器１１
と、この赤外線検知器１１の出力信号の暗電流補正およ
びゲイン補正を行う信号処理回路１３−２０とを備え
る。特に、信号処理回路１３−２０は赤外線検知器１１
の出力信号の平均値に基づいて赤外線検知器１１の感光
時間を設定し、赤外線検知器１１の感光時間に対応して
暗電流補正を行い、赤外線検知器１１の出力信号の平均
値に対応してゲイン補正を行うよう構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は目標物を探知して追
尾するために用いられる赤外線撮像装置に関する。
尾するために用いられる赤外線撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような赤外線撮像装置は一般に目標
物を熱源として入射する赤外線をＦＰＡ(Focal Plane A
rray)により検出することにより目標物を撮像する。Ｆ
ＰＡの各画素では、暗電流が赤外線の入射に関係なく発
生すると共に、余剰電荷が不必要に入射する赤外線によ
り発生する。また、画素感度のばらつきおよび光学系の
照度分布も良好な画像を得るための障害となる。
物を熱源として入射する赤外線をＦＰＡ(Focal Plane A
rray)により検出することにより目標物を撮像する。Ｆ
ＰＡの各画素では、暗電流が赤外線の入射に関係なく発
生すると共に、余剰電荷が不必要に入射する赤外線によ
り発生する。また、画素感度のばらつきおよび光学系の
照度分布も良好な画像を得るための障害となる。
【０００３】従来の赤外線撮像装置では、ＦＰＡの出力
信号がこれら暗電流および余剰電荷の影響を除去するた
めにオフセット補正され、さらに画素感度のばらつきお
よび光学系の照度分布の影響を除去するためにゲイン補
正される。
信号がこれら暗電流および余剰電荷の影響を除去するた
めにオフセット補正され、さらに画素感度のばらつきお
よび光学系の照度分布の影響を除去するためにゲイン補
正される。
【０００４】ところで、ＦＰＡの出力信号において暗電
流成分、余剰電荷成分、その他の影響を区別することは
困難であるため、環境温度あるいは感光時間の変化に伴
ってオフセット補正およびゲイン補正をやり直す必要が
ある。従って、赤外線撮像装置は例えばシャッタ機構を
用いて赤外線を定期的に遮り、この状態で得られるＦＰ
Ａの出力信号に基づいてこれらオフセット補正およびゲ
イン補正の基準値を調整するように構成される。
流成分、余剰電荷成分、その他の影響を区別することは
困難であるため、環境温度あるいは感光時間の変化に伴
ってオフセット補正およびゲイン補正をやり直す必要が
ある。従って、赤外線撮像装置は例えばシャッタ機構を
用いて赤外線を定期的に遮り、この状態で得られるＦＰ
Ａの出力信号に基づいてこれらオフセット補正およびゲ
イン補正の基準値を調整するように構成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シャッ
タ機構を用いる方式は赤外線撮像装置の小型化に適さな
いうえ、環境温度および感光時間の変化に高精度で対応
させることが難しい。
タ機構を用いる方式は赤外線撮像装置の小型化に適さな
いうえ、環境温度および感光時間の変化に高精度で対応
させることが難しい。
【０００６】本発明の目的は大型化を必要とせずに高精
度で環境温度および感光時間の変化に対応できる赤外線
撮像装置を提供することにある。
度で環境温度および感光時間の変化に対応できる赤外線
撮像装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、開口整
合された光学系と、目標物からこの光学系を介して入射
する赤外線を光電変換する画素アレイを持つ赤外線検知
器と、この赤外線検知器の出力信号の暗電流補正および
ゲイン補正を行う信号処理回路とを備え、信号処理回路
は赤外線検知器の出力信号の平均値に基づいて赤外線検
知器の感光時間を設定し、赤外線検知器の感光時間に対
応して暗電流補正を行い、赤外線検知器の出力信号の平
均値に対応してゲイン補正を行うよう構成されることを
特徴とする赤外線撮像装置が提供される。
合された光学系と、目標物からこの光学系を介して入射
する赤外線を光電変換する画素アレイを持つ赤外線検知
器と、この赤外線検知器の出力信号の暗電流補正および
ゲイン補正を行う信号処理回路とを備え、信号処理回路
は赤外線検知器の出力信号の平均値に基づいて赤外線検
知器の感光時間を設定し、赤外線検知器の感光時間に対
応して暗電流補正を行い、赤外線検知器の出力信号の平
均値に対応してゲイン補正を行うよう構成されることを
特徴とする赤外線撮像装置が提供される。
【０００８】この赤外線撮像装置では、信号処理回路が
赤外線検知器の出力信号の平均値に基づいて赤外線検知
器の感光時間を設定し、赤外線検知器の感光時間に対応
して暗電流補正を行い、赤外線検知器の出力信号の平均
値に対応してゲイン補正を行う。すなわち、感光時間の
設定により赤外線検知器の動作状態を決定しその結果か
ら赤外線検知器の出力信号の暗電流補正およびゲイン補
正を実行できる。従って、従来のようなオフセット補正
およびゲイン補正の基準値を得るためにシャッタ機構を
用いることなく、より高精度で環境温度および感光時間
の変化に対応できる。
赤外線検知器の出力信号の平均値に基づいて赤外線検知
器の感光時間を設定し、赤外線検知器の感光時間に対応
して暗電流補正を行い、赤外線検知器の出力信号の平均
値に対応してゲイン補正を行う。すなわち、感光時間の
設定により赤外線検知器の動作状態を決定しその結果か
ら赤外線検知器の出力信号の暗電流補正およびゲイン補
正を実行できる。従って、従来のようなオフセット補正
およびゲイン補正の基準値を得るためにシャッタ機構を
用いることなく、より高精度で環境温度および感光時間
の変化に対応できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
赤外線撮像装置を図面を参照して説明する。
赤外線撮像装置を図面を参照して説明する。
【００１０】図１はこの赤外線撮像装置の回路構成を示
す。この赤外線撮像装置は光学系１０、赤外線検知器１
１、コールドシールド１２、ビデオ処理回路１３、暗電
流補正回路１４、ゲイン補正回路１５、入射平均計算回
路１６、感光時間発生回路１７、ＣＰＵ回路１８、暗電
流補正ＲＯＭ１９、および複数の感度バラツキ補正ＲＯ
Ｍ２０を有する。光学系１０は目標物である熱源からの
赤外線を赤外線検知器１１に入射させる。赤外線検知器
１１はマトリクス状に配置される複数の画素で構成され
る画素アレイを持ち、入射光に対応して画素アレイから
アナログ画像信号として得られる出力信号ＯＳをビデオ
処理回路１３に供給する。赤外線検知器１１の出力信号
ＯＳにおいて、各画素の信号Ｓは式（１）により表され
る。 Ｓ＝Ｓ０＋Ｓdark＋Ｓback …（１） ここで、Ｓ０：信号成分，Ｓdark：暗電流成分，Ｓback
：剰余電荷成分である。
す。この赤外線撮像装置は光学系１０、赤外線検知器１
１、コールドシールド１２、ビデオ処理回路１３、暗電
流補正回路１４、ゲイン補正回路１５、入射平均計算回
路１６、感光時間発生回路１７、ＣＰＵ回路１８、暗電
流補正ＲＯＭ１９、および複数の感度バラツキ補正ＲＯ
Ｍ２０を有する。光学系１０は目標物である熱源からの
赤外線を赤外線検知器１１に入射させる。赤外線検知器
１１はマトリクス状に配置される複数の画素で構成され
る画素アレイを持ち、入射光に対応して画素アレイから
アナログ画像信号として得られる出力信号ＯＳをビデオ
処理回路１３に供給する。赤外線検知器１１の出力信号
ＯＳにおいて、各画素の信号Ｓは式（１）により表され
る。 Ｓ＝Ｓ０＋Ｓdark＋Ｓback …（１） ここで、Ｓ０：信号成分，Ｓdark：暗電流成分，Ｓback
：剰余電荷成分である。
【００１１】コールドシールド１２は光学系１０を介し
て入射する赤外線にだけ画素アレイを露出させる開口整
合を行う光学系として赤外線検知器１１の周囲に配置さ
れる。赤外線以外の外光はこのコールドシールド１２で
阻止されるために赤外線検知器１１の画素アレイに入射
できない。従って、Ｓback はこのコールドシールド１
２により無視できるようになる。
て入射する赤外線にだけ画素アレイを露出させる開口整
合を行う光学系として赤外線検知器１１の周囲に配置さ
れる。赤外線以外の外光はこのコールドシールド１２で
阻止されるために赤外線検知器１１の画素アレイに入射
できない。従って、Ｓback はこのコールドシールド１
２により無視できるようになる。
【００１２】ビデオ処理回路１２は赤外線検知器１１の
出力信号ＯＳをデジタル画像データの形式に変換して暗
電流補正回路１４および入射平均計算回路１６に供給す
る。暗電流補正回路１４は式（１）に示すＳdarkを除去
するために画像データの暗電流補正を行い、補正結果の
画像データをゲイン補正回路１５に供給する。ゲイン補
正回路１５は式（１）に示すＳ０の画素感度のバラツキ
による変動を除去するために画像データのゲイン補正を
行い、この補正結果の赤外補正画像データを外部出力す
る。
出力信号ＯＳをデジタル画像データの形式に変換して暗
電流補正回路１４および入射平均計算回路１６に供給す
る。暗電流補正回路１４は式（１）に示すＳdarkを除去
するために画像データの暗電流補正を行い、補正結果の
画像データをゲイン補正回路１５に供給する。ゲイン補
正回路１５は式（１）に示すＳ０の画素感度のバラツキ
による変動を除去するために画像データのゲイン補正を
行い、この補正結果の赤外補正画像データを外部出力す
る。
【００１３】入射平均計算回路１６はビデオ処理回路１
２から供給されるデジタルビデオ信号の平均値を求め、
その平均値を表す平均値データＶaveを感光時間発生回
路１７およびＣＰＵ回路１８に供給する。感光時間発生
回路１７は平均値データＶaveに基づいて赤外線検知器
１１の感光時間を設定すると共に、この感光時間を表す
感光時間データをＣＰＵ回路１８に供給する。
２から供給されるデジタルビデオ信号の平均値を求め、
その平均値を表す平均値データＶaveを感光時間発生回
路１７およびＣＰＵ回路１８に供給する。感光時間発生
回路１７は平均値データＶaveに基づいて赤外線検知器
１１の感光時間を設定すると共に、この感光時間を表す
感光時間データをＣＰＵ回路１８に供給する。
【００１４】暗電流補正ＲＯＭ１９は予め格納される複
数の暗電流補正データを持つ。これら暗電流補正データ
は、暗電流成分Ｓdarkが次式（２）により表されること
に基づいて製造過程で用意される。 Ｓdark＝Ｋdark τ （Ｋdark：暗電流係数、τ：感光時間）…（２） すなわち、様々な感光時間τに対する暗電流成分Ｓdark
を測定し、これらの測定値が暗電流補正データとして暗
電流補正ＲＯＭ１９に格納される。ＣＰＵ回路１８は感
光時間発生回路１７から供給される感光時間データに対
応する暗電流補正データを暗電流補正ＲＯＭ１９におい
て選択する。暗電流補正回路１４はＣＰＵ回路１８によ
って選択された暗電流補正データに基づいて暗電流補正
を行う。この暗電流補正では、画像データを構成する全
画素のデータがいずれも暗電流補正データの値だけ差引
かれる。
数の暗電流補正データを持つ。これら暗電流補正データ
は、暗電流成分Ｓdarkが次式（２）により表されること
に基づいて製造過程で用意される。 Ｓdark＝Ｋdark τ （Ｋdark：暗電流係数、τ：感光時間）…（２） すなわち、様々な感光時間τに対する暗電流成分Ｓdark
を測定し、これらの測定値が暗電流補正データとして暗
電流補正ＲＯＭ１９に格納される。ＣＰＵ回路１８は感
光時間発生回路１７から供給される感光時間データに対
応する暗電流補正データを暗電流補正ＲＯＭ１９におい
て選択する。暗電流補正回路１４はＣＰＵ回路１８によ
って選択された暗電流補正データに基づいて暗電流補正
を行う。この暗電流補正では、画像データを構成する全
画素のデータがいずれも暗電流補正データの値だけ差引
かれる。
【００１５】また、各感度バラツキ補正ＲＯＭ２０は、
予め格納される全画素の感度バラツキ補正データを持
つ。これら感度バラツキ補正データは、信号成分Ｓ０が
次式（３）により表されることに基づいて製造過程で用
意される。 Ｓ０ ＝Ｋ０ Ｔ （Ｋ０：感度係数、Ｔ：目標物の温度） …（３） すなわち、様々な目標物の温度Ｔに対して全画素につい
て得られる信号成分Ｓ ０を測定し、これら測定値から全
画素の感度係数を求め、これら感度係数の差をそれぞれ
補償する補正値が感度バラツキ補正データとして温度Ｔ
毎に異なる感度バラツキ補正ＲＯＭ２０に格納される。
この場合、信号成分Ｓ０の測定値は光学系の照度分布に
も依存するため、光学系の照度分布は感度バラツキ補正
データにも反映されている。ＣＰＵ回路１８は入射平均
計算回路１６から供給される平均値データＶaveから目
標物の温度Ｔを推定し、この温度Ｔに対応する感度バラ
ツキ補正データを格納する感度バラツキ補正ＲＯＭ２０
を選択する。ゲイン補正回路１５はＣＰＵ回路１８によ
って選択された感度バラツキ補正ＲＯＭ２０に格納され
た全画素の感度バラツキ補正データに基づいてゲイン補
正を行う。このゲイン補正では、これら全画素の感度バ
ラツキ補正データが画像データを構成する全画素のデー
タに乗じられる。
予め格納される全画素の感度バラツキ補正データを持
つ。これら感度バラツキ補正データは、信号成分Ｓ０が
次式（３）により表されることに基づいて製造過程で用
意される。 Ｓ０ ＝Ｋ０ Ｔ （Ｋ０：感度係数、Ｔ：目標物の温度） …（３） すなわち、様々な目標物の温度Ｔに対して全画素につい
て得られる信号成分Ｓ ０を測定し、これら測定値から全
画素の感度係数を求め、これら感度係数の差をそれぞれ
補償する補正値が感度バラツキ補正データとして温度Ｔ
毎に異なる感度バラツキ補正ＲＯＭ２０に格納される。
この場合、信号成分Ｓ０の測定値は光学系の照度分布に
も依存するため、光学系の照度分布は感度バラツキ補正
データにも反映されている。ＣＰＵ回路１８は入射平均
計算回路１６から供給される平均値データＶaveから目
標物の温度Ｔを推定し、この温度Ｔに対応する感度バラ
ツキ補正データを格納する感度バラツキ補正ＲＯＭ２０
を選択する。ゲイン補正回路１５はＣＰＵ回路１８によ
って選択された感度バラツキ補正ＲＯＭ２０に格納され
た全画素の感度バラツキ補正データに基づいてゲイン補
正を行う。このゲイン補正では、これら全画素の感度バ
ラツキ補正データが画像データを構成する全画素のデー
タに乗じられる。
【００１６】上述の実施形態の赤外線撮像装置では、発
行時間発生回路１７が赤外線検知器１１の出力信号の平
均値に基づいて赤外線検知器１１の感光時間を設定し、
暗電流補正回路１４が赤外線検知器１１の感光時間に対
応して暗電流補正ＲＯＭ１９から読出される暗電流補正
データに基づいて暗電流補正を行い、ゲイン補正回路１
５が赤外線検知器１１の出力信号の平均値に対応して感
度バラツキ補正ＲＯＭ２０の１つから読出される全画素
の感度バラツキ補正データに基づいてゲイン補正を行
う。すなわち、感光時間の設定により赤外線検知器１１
の動作状態を決定しその結果から赤外線検知器１１の出
力信号の暗電流補正およびゲイン補正を実行できる。従
って、従来のようなオフセット補正およびゲイン補正の
基準値を得るためにシャッタ機構を用いることなく、よ
り高精度で環境温度および感光時間の変化に対応し、こ
れらの変化による赤外線画像の劣化を防止できる。
行時間発生回路１７が赤外線検知器１１の出力信号の平
均値に基づいて赤外線検知器１１の感光時間を設定し、
暗電流補正回路１４が赤外線検知器１１の感光時間に対
応して暗電流補正ＲＯＭ１９から読出される暗電流補正
データに基づいて暗電流補正を行い、ゲイン補正回路１
５が赤外線検知器１１の出力信号の平均値に対応して感
度バラツキ補正ＲＯＭ２０の１つから読出される全画素
の感度バラツキ補正データに基づいてゲイン補正を行
う。すなわち、感光時間の設定により赤外線検知器１１
の動作状態を決定しその結果から赤外線検知器１１の出
力信号の暗電流補正およびゲイン補正を実行できる。従
って、従来のようなオフセット補正およびゲイン補正の
基準値を得るためにシャッタ機構を用いることなく、よ
り高精度で環境温度および感光時間の変化に対応し、こ
れらの変化による赤外線画像の劣化を防止できる。
【００１７】尚、上述の実施形態では、暗電流補正デー
タが暗電流補正ＲＯＭ１９に格納され、感度バラツキ補
正データが感度バラツキ補正ＲＯＭ２０に格納される
が、本発明はこのような構成に限定されない。例えばＣ
ＰＵ回路１８から独立した暗電流補正ＲＯＭ１９および
感度バラツキ補正ＲＯＭ２０を設けずに、暗電流補正デ
ータおよび感度バラツキ補正データをＣＰＵ回路１８の
制御プログラムに組込み、これら補正データをそれぞれ
暗電流補正回路１４およびゲイン補正回路１５に供給す
るようＣＰＵ回路１８を構成してもよい。
タが暗電流補正ＲＯＭ１９に格納され、感度バラツキ補
正データが感度バラツキ補正ＲＯＭ２０に格納される
が、本発明はこのような構成に限定されない。例えばＣ
ＰＵ回路１８から独立した暗電流補正ＲＯＭ１９および
感度バラツキ補正ＲＯＭ２０を設けずに、暗電流補正デ
ータおよび感度バラツキ補正データをＣＰＵ回路１８の
制御プログラムに組込み、これら補正データをそれぞれ
暗電流補正回路１４およびゲイン補正回路１５に供給す
るようＣＰＵ回路１８を構成してもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、大型化を
必要とせずに高精度で環境温度および感光時間の変化に
対応できる赤外線撮像装置を提供できる。
必要とせずに高精度で環境温度および感光時間の変化に
対応できる赤外線撮像装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施形態に係る赤外線撮像装置の構
成を示す回路図である。
成を示す回路図である。
【符号の説明】 １０…光学系 １１…赤外線検知器 １２…コールドシールド １３…ビデオ処理回路 １４…暗電流補正回路 １５…ゲイン補正回路 １６…入射平均計算回路 １７…感光時間発生回路 １８…ＣＰＵ回路 １９…暗電流補正ＲＯＭ ２０…感度バラツキ補正ＲＯＭ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/235 Ｈ０４Ｎ 5/235 ５Ｃ０６１ 5/243 5/243 5/335 5/335 Ｐ 7/18 7/18 Ｎ 17/00 17/00 Ｋ Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AA11 AB02 BA06 BC18 CA05 DA01 DA18 2G066 BA13 BA32 BC11 CA08 5C022 AA15 AB02 AB17 AB20 AB38 AC44 AC69 AC77 CA00 5C024 AX06 BX04 CX17 CX27 CX31 EX15 EX22 HX14 HX18 HX30 HX57 JX01 5C054 AA05 CA05 CC05 CH01 CH06 EA01 ED03 FC15 FF02 HA01 5C061 BB03 BB11 BB18
Claims (4)
- 【請求項１】 開口整合された光学系と、目標物から前
記光学系を介して入射する赤外線を光電変換する画素ア
レイを持つ赤外線検知器と、前記赤外線検知器の出力信
号の暗電流補正およびゲイン補正を行う信号処理回路と
を備え、前記信号処理回路は前記赤外線検知器の出力信
号の平均値に基づいて前記赤外線検知器の感光時間を設
定し、前記赤外線検知器の感光時間に対応して暗電流補
正を行い、前記赤外線検知器の出力信号の平均値に対応
してゲイン補正を行うよう構成されることを特徴とする
赤外線撮像装置。 - 【請求項２】 前記光学系は入射赤外線にだけ画素アレ
イを露出させる開口整合を行うよう前記赤外線検知器の
周囲に配置されるコールドシールドを含むことを特徴と
する請求項１に記載の赤外線撮像装置。 - 【請求項３】 前記信号処理回路は様々な感光時間に対
する暗電流を予め測定して得られた測定値を複数の暗電
流補正データとして格納する暗電流補正メモリと、前記
赤外線検知器の出力信号の平均値に基づいて設定された
感光時間に対応して前記暗電流補正メモリにおいて選択
し、選択された暗電流補正データの値を前記赤外線検知
器の出力信号から差引くことにより暗電流補正を行う暗
電流補正手段とを含む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】 前記信号処理回路は様々な目標物の温度
に対して全画素の信号を予め測定して得られた測定値か
ら求められる全画素の感度係数の差をそれぞれ補償する
補正値を全画素の感度バラツキ補正データとして温度毎
にそれぞれ格納する複数の感度バラツキ補正メモリと、
前記赤外線検知器の出力信号の平均値に基づいて目標物
の温度を推定し、この温度に対応する感度バラツキ補正
データを格納する感度バラツキ補正メモリを選択し、選
択された感度バラツキ補正メモリに格納された全画素の
感度バラツキ補正データを前記赤外線検知器の出力信号
にそれぞれ乗じることによりゲイン補正を行うゲイン補
正手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外
線撮像装置。
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|---|---|---|---|
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