JP2001503922A - Ｍｔｆ試験用の適応ウィンドによる固定パターン補償 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 画像生成システム電子回路（１１）からの固定パターンノイズの存在下において、システムレベルＭＴＦ(１６，２０)を精確に測定することの出来る方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】 ＭＴＦ試験における固定パターン補償 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、測定装置に関し、特に、画像形成電子システムからの固定パターン ノイズの存在下におけるシステムレベルＭＴＦ（modulation transfer function ）の測定に関する。２．発明の背景 画像は、対象物を示すものであり、当該対象物から発せられた、反射した又は 透過した電磁波パターンを定量的に検知することにより得られる。電子画像電磁 スペクトラムの異なる帯域に対する異なる感度のディテクタを用いるメリットが ある。受信されたエネルギは、これらのディテクタによって電子又は電気的効果 に変換され、情報の処理及び表示の選択が可能である。この電子画像のよく知ら れた形態がＴＶやＣＣＤにおいて見られる。 ＭＴＦは、対象から像までの種々のレベルの詳細を再生する光学系の能力を示 す測定値であり、コントラストの度合（画像の変調）によって示される。ＭＴＦ は、光学装置の異なる周波数の伝送の有効度合であり、正弦波入力の大きさに対 する出力信号の大きさの比の 大きさを有し、入力に対する出力の位相に等しい位相を有するフェザーベクトル である。 ＴＶカメラや赤外線画像装置のような画像装置の分解能は、ＭＴＦの測定によ って計測される。これは、電気回路の周波数レスポンスと同様である。このＭＴ Ｆ測定は、点光源を光学的に入力する一方で、そのカメラ出力を記録することに より行なわれる。ＭＴＦは、カメラ出力のフーリエ変換の大きさであり、装置に よって詳細なシーンを画像化する解像度または能力である。かかる試験を実行す る場合、カメラがノイズ及びジッタを導入し、これらは、出力において、ＭＴＦ に対するエラー成分として表われる。ランダムノイズとして表われるノイズは、 時間によって平均化され、広帯域及び狭帯域（周期的）信号源として表われる。 また、長時間に亘るテストによって連続フレームデータを平均する場合、ジッタ は、塗り付け（smearing）の故にＭＴＦのロスを生ずることになる。ジッタの影 響は、得られるＭＴＦを平均化することにより回避出来るが、平均によってバイ アスエラーを招来してしまう。 しかし乍ら、これは、各フレームにおける像の存在位置を見出してジッタによる 位置シフトを補償することによって補償することが出来る。高域ノイズは、像の 位置の発見においてはあまり大きな影響を及ぼさないが、狭帯域ノイズは、像の 発見において大なるエラーをもたらした。これらのエラーは、像のシフトを生じ 、その結果、像の分散を招来し、ＭＴＦ測定において誤 差を生ずる。 換言すれば、ＭＴＦの測定は、無限小の幅の線に対するセンサの検知能力の測 定であると言える。そして、かかる測定は、固定パターンノイズの存在の下で高 いＳ／Ｎ比を有するデータを処理することが出来なければならない。しかし残念 乍ら、公知技術はかかることを達成出来なかった。 従来技術についてのさらなる情報を提供するものとして、以下の特許について 言及する。クーパーマン氏に付与されて“Sinusoidal Determination of Lim iting Optical Resolution“と題する1987年３月31日発行の米国特許第4,653, 909号においては、ヘビサイド（Heaviside）エッジ関数を用いたシステムレベル ＭＴＦの測定法について開示がなされている。 この特許は、また、ＡＩＭ(Aerial Image Modulation)カーブあるいは変調検知 可能カーブをＭＴＦと共に用いて光学系の解像度を予測する事を開示してる。 (MTF測定機のためのピーク検出器)と題する日本国特許出願第59-46833号は、 レンズのセンタリング及びＭＴＦの測定について開示している。この特許におい ては、ＭＴＦがスリット像のスペクトラムを測定することにより測定されている 。また、レンズセンタリングは、スリット像のピークを見出すことによって測定 されている。 「レンズのＭＴＦ測定機の測定方法」と題する日本国出願第５８−118940号に おいては、レンズのＭＴ Ｆを素早く測定する装置が開示されている。この特許においては、スリット像の スペクトラムを測定することによりＭＴＦが測定されている。ＣＣＤからノイズ を除去するためにある閾値が用いられる。 Ｔ.Ｌウィリアムス(Williams)氏によるSociety of Photo-Optical Instrument ation Engineers 1976年11月16−18日の論文集ＰＰ16−20の“Standard Referen ces Lenses for the Infrared Proceedings”と題する論文、ニューヨーク州ロ チェスター市における1978年５月２０−２２日のAssesment Specification Conf erenceの論文集ＰＰ305-311の"An Instrument for Measuring the MTF of Lense s Used in Thermal Imaging and Other Infrared Systems"と題する論文、及びO ptics and Laser Technology，1972年６月号、ＰＰ115 -120の“A Workshop Ins trument For Testing Binocular and Other Sights Using the MTF Criterion” と題する論文は、赤外線光学系及び光学系全般のＭＴＦ測定について開示してい る。ところが、光学系、検出ジオミトリ及び処理電子回路を含む赤外線光学シス テムのＭＴＦ測定については、参考文献が見当らない。更に、このＭＴＦ測定に おけるノイズ低減についても文献が見当らない。 Journal of the Optical Society of Americaの第１５巻第１０号における“D etermination of the Optical Transfer Function Directly from the Edge Spr ead Function”と題するリチャード・バラカット (Richard Barakat)氏による論文は、サンプリング理論コンセプトを用いた第１ 種のフレッドホルム(Fredholm）積分等式の反転について開示している。 発明の概要 本発明は、画像生成電子システムからの固定パターンノイズの存在下において 、システムレベルＭＴＦの正確な測定をなす装置及び方法を提供することによっ て、従来技術における不利な点を克服するものである。本発明による装置におい ては、信号窓を用いてエッジ特性を有する信号を見出すアルゴリズムを活用し、 次いで、信号エッジの導関数を得て、線分散(linespread)関数を得て、データの 窓がセンタリングされる。系列化されたデータをフーリエ変換を用いて処理して ＭＴＦを得る。本発明による利点は、周期的ノイズの存在下におけるエッジレス ポンスＭＴＦの実行を可能にしたことである。 本発明の追加の利点は、手によるテストデータの選別が実際的ではない場合の 赤外線カメラの自動検査の為に用いられることである。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による装置を示すブロック図である。 図２は、図１のスクラッチパッドに含まれるアルゴリズムのルーチンを示すフ ローチャートである。 図３は、エッジレスポンスすなわち時間に対する入力データビデオ信号のカウ ント値の変化を示すグラフである。 図４は、得られるエッジレスポンス線分散（linespread）関数すなわち、時間 に対するディジタルフィルタの入力データのカウント値の変化を示すグラフであ る。 図５は、時間に対する計算されたウインドウ及び線分散関数の変化を示すグラ フである。 図６は、空間周波数に対するＭＴＦと固定パターンノイズによって示された線 分散関数との変化を示すグラフである。 発明の詳細な説明 図面、特に図１を参照する。図１において、参照符１１はアナログビデオ出力 信号を生成する画像生成システム電子回路を示している。電子回路１１は、テレ ビジョン、ＣＣＤ（電荷結合素子）ビデオセンサ等がある。アナログビデオ出力 信号はＡ／Ｄコンバータ１２の一方の入力に供給される。Ａ／Ｄコンバータの他 方の入力信号は６３ＭＨｚクロック１３である。Ａ／Ｄコンバータ１２の出力は 、上記したアナログビデオ信号の１つのフレームに現れる画像を示すデジタルデ ータであって、これはフレーム記憶メモリ１４の入力の１つに供給される。フレ ーム記憶メモリ１４の別の入力は分周器１５の８分周出力である。この分周器１ ５への入力はクロック１３の出力である。フレーム記憶メモリ１４は、Ａ／Ｄコ ンバータ１２からデジタルデータを記憶し、マイクロプロセッサ１６は、フレー ム記憶メモリ１４に記憶されたデジタルデータを読み 取る。システムクロック１７は１０ＭＨｚ出力パルスを生成し、このシステムク ロックは、マイクロプロセッサ１６の１つの入力、ＤＲＡＭ１８の１つの入力及 びＤＲＡＭ１９の１つの入力に供給される。ＤＲＡＭ１８はマイクロプロセッサ １６に結合し、マイクロプロセッサ１６はＤＲＡＭ１９に結合している。 図２に関する説明の中で記載されたアルゴリズムはＤＲＡＭ１９に記憶される 。マイクロプロセッサ１６は、ＤＲＡＭ１８をスクラッチパッドメモリとして用 いて、上記したアルゴリズムに含まれるインストラクションに応じてＭＴＦを計 算する。ＭＴＦにおけるマイクロプロセッサ１６の出力はプリンタ２０の入力に 供給される。 プリンタ２０は、ＭＴＦを表わす一連の数字をプリントアウトする。これらの 数字は、画像生成システム電子回路１１によって生成された画像の品質を判定す べく解釈される。 図２は、図１の諸要素と協働しつつ実行されるＭＴＦアルゴリズムのルーチン すなわち動作を示すフローチャートである。 ステップ１は、エッジ特性を有すると予測されるビデオ信号入力データをデジ タル化する。なおこのステップは図３の説明においても示されている。 ステップ２においては、エッジレスポンス線分散関数の導関数を得る。なお、 このステップは図４の説明においても説明される。 ステップ３は、ウィンドウを計算し、このウィンドウを固定パターンノイズの 除去のために用いる。なお、このステップは、図５の説明の中でも説明される。 ステップ４は、線速度関数をウィンドウによって掛算する。 ステップ５は、得られる出力をフーリエ変換する。このステップは、図６の説 明の中で更に説明する。 次に示したのは、図２によって説明したフローチャートにおけるＭＴＦアルゴ リズムである。 （１）エッジ関数を平均しかつ整合させる。 （2）平均エッジ関数の導関数を得る（エッジ整合(edge alignment)のための フィルタ係数を用いる） （3）ローパス線分散関数の幅からタッキー（Tukey）ウィンドウを定める。 平均エッジ関数の導関数を得る（ＭＴＦのためのフイルタ係数inscan又はxsca nを用いる） （4）タッキーウィンドウと線分散関数とを掛算する。 （5）タッキーウィンドウと線分散関数との堰のＤＦＴを取る。 図３は、エッジレスポンス、すなわち、時間に対する入力データ信号のカウン ト値を示すグラフである。この入力データビデオ信号は赤外線カメラから得られ るデジタルビデオ信号であり、エッジ特性を有するものと予測される。画像生成 装置のエッジレスポンスを有するデジタルビデオ信号は平均されて、一時的なノ イズが減少するが、固定パターンノイズは残る。 図４は、得られるエッジレスポンス線分散関数すなわち時間に対するデジタル フィルタを経た入力データのカウント値の変化を示すグラフであり、このデジタ ルフィルタは導関数を生成し、センサの周波数レスポンスを越えると高周波成分 を減衰させる。 図５は、時間に対する計算されたウィンドウ及び線分散関数のカウント値の変 化を示すグラフである。固定パターンノイズを補償するウィンドウのパラメータ が計算された。当該入力データは導関数を生成しかつ高周波成分を減衰させるデ ジタルフィルタによって処理される。カットオフ周波数は、図３の説明において 説明したデジタルフィルタより僅かに低くなっている。これによって出力パルス の幅が広くなる。広くなった出力パルスの幅によってウィンドウのパラメータが 計算される。 図６は、空間周波数に対するＭＴＦと固定パターンノイズによって汚された線 分散関数との変化を示すグラフである。固定パターンノイズは、グラフ中の大な るピークとして示されている。ウィンドウと線分散関数との積については、フー リエ変換処理が施される。フーリエ変換の大きさがＭＴＦである。 上記したことから、固定パターンの存在下においてもＭＴＦが精確に測定でき ることが示される。上記した方法及び装置は、入力データに応じた大きさのウィ ンドウを利用している。このことによって、固定パターンノイズがし減衰せしめ られて信号（パルス）が汚染されない。これによって、正確なＭＴＦが得られる 。 上記した説明は、画像生成システムからの固定パターンノイズの存在下であっ てもＭＴＦを精確に測定できる新規かつ改善された方法及び装置を開示している 。そして、上記説明は本発明の精神を離れることなく本発明の原理を用いる別な 方途があることを当業者に対して示すものである。よって、本発明の範囲は、特 許請求の範囲によってのみ制限される。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年３月３日（１９９８．３．３） 【補正内容】 (1) （ａ）「発明の名称」の欄 「ＭＴＦ試験用の適応ウィンドによる固定パターン補償」と訂正する 。 （ｂ）「請求の範囲」の欄 別紙のとおり (2) 図２を別紙の如く訂正する。 （別紙） 「 請求の範囲 １． 画像生成システムによって生じた固定パターンノイズの存在下におけるＭ ＴＦの生成方法であって、 （ａ） 電気信号をデジタル処理して前記画像生成システムによって生成され た入力データを エッジ特性を有すると予測される画像用に設け、 （ｂ） ローパス線分散関数によって表される前記画像のエッジレスポンスの 導関数(derivative)を得、 （ｃ） 前記ローパス線分散関数の幅から前記入力データに依存した大きさを 有する ウィンドウを計算して固定パターンノイズを補償し、 （ｄ） 前記ウィンドウとエッジレスポンス線分散関数とを掛算し、 （ｅ） 前記ウィンドウと線分散関数との積の離散フーリエ変換を得て、ＭＴ Ｆを得る、 ことを特徴とする方法。 ２． 請求の範囲第１項記載の方法であって、前記導関数生成ステップにおいて は、 得られた電気信号の帯域の周波数によって導関数を得る、ことを特徴とする方 法。 ３． 請求の範囲第１項記載の方法であって、前記ウィンドウはタッキー(Tukey )ウィンドウであることを特徴とする方法。 ４． 画像生成システムによって生成された固定パターンノイズの存在下におけ るＭＴＦの生成方法であって、 （ａ） 信号ウィンドウを用いることによってエッジ特性を有する画像に対 して前記画像生成システムによって生成された入力データを供給する信号を見い だし 、 （ｂ） 前記画像のエッジでの前記信号の導関数を得て線分散関数を得、 （ｃ） 信号のデータの中心に前記入力データに依存した大きさを有する前 記ウィンドウを配置せしめ、前記線分散関数の幅から前記ウィンドウを計算して 固定パターンノイズを補償し 、 （ｄ） データに対してフーリエ変換を施してＭＴＦを得る、 ことを特徴とする方法。 ５． 画像生成システムのＭＴＦを生成する装置であって、 前記画像生成システムによって生成された入力データを提供するアナログビデ オ信号を前記アナログビデオ信号に現れる画像を表わすデジタル信号に変換するアナログ・デジタル コンバータと、 前記アナログ・デジタルコンバータに結合して、前記ビデオ信号での１つのフ レームをデジタルに記憶営メモリと、 前記メモリに結合されて該デジタルに記憶されたビデオ信号からＭＴＦを算出し、前記画像のエッジの線分散関数を得る手段と、前記線分散関数の幅から前記 入カデータに応じた大きさを有するウィンドウを計算して固定パターンノイズを 補償する手段とを含む 算出手段と、 ＭＴＦを示すインジケータ手段と、 からなることを特徴とする装置。 ６． 前記インジケータ手段はプリンタであることを特徴とする請求の範囲第５ 項記載の装置。 ７． 請求の範囲第５項記載の装置であって、前記算出手段は、１以上のメモリ を含むマイクロプロセッサであることを特徴とする装置。 ８． 請求の範囲第５項記載の装置であって、前記メモリはフレームメモリであ ることを特微とする装置。」 【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オーランド ハロルド ジェームズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92626 コスタメサ リアードプレイス 876 (72)発明者 ロペス マルコ アントニオ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92667 ヴィラパーク ポッターサークル 10571

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 画像生成システムによって生じた固定パターンノイズの存在下におけ るＭＴＦの生成方法であって、 （ａ） エッジ特性を有すると予測される前記画像生成システムによって生成 された電気信号をデジタル化し、 （ｂ） エッジレスポンス線分散関数の導関数(derivative)を得、 （ｃ） ローパス線分散関数の幅からウィンドウを計算し、 （ｄ） 得られたウィンドウとエッジレスポンス線分散関数とを掛算し、 （ｅ） 前記ウィンドウと線分散関係との積の離散フーリエ変換を得て、ＭＴ Ｆを得る、 ことを特徴とする方法。 ２． 請求の範囲第１項記載の方法であって、前記導関数生成ステップにおいて は、 得られた電気信号の帯域の周波数によって等関数を得る、ことを特徴とする方 法。 ３． 請求の範囲第１項記載の方法であって、前記ウィンドウはタッキー(Tukey )ウィンドウであることを特徴とする方法。 ４． 画像生成システムによって生成された固定パターンノイズの存在下におけ るＭＴＦの生成方法であって、 （ａ） エッジ特性を有する画像生成システムから生成される信号をシグナ ルウィンドウを用いて抽出し、 （ｂ） 該信号のエッジの導関数を得て線分散関数を得、 （ｃ） 信号データ上で前記ウィンドウのセンタリングをなし、 （ｄ） データについてフーリエ変換を施してＭＴＦを得る、 ことを特徴とする方法。 ５． 画像生成システムのＭＴＦを生成する装置であり、 前記画像生成システムによって生成されたアナログビデオ信号を前記アナログ ビデオ信号内に現れる画像を表わすデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと 前記Ａ／Ｄコンバータに結合して、前記ビデオ信号の１つのフレームをデジタ ル的に記憶するメモリと、 前記メモリに結合して該デジタル的に記憶されたビデオ信号からＭＴＦを算出 する算出手段と、 ＭＴＦを示すインジケータ手段と、 からなることを特徴とする装置。 ６． 前記インジケータ手段はプリンタであることを特徴とする請求の範囲第５ 項記載の装置。 ７． 請求の範囲第５項記載の装置であって、前記算出手段は、１以上のメモリ を含むマイクロプロセッサであることを特徴とする装置。 モリはフレームメモリであることを特徴とする装置。