JP2003500691A - 赤外線像分析自動焦点調整装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 赤外線による像分析自動焦点調整を可能にする装置および方法が提供される。本発明はとりわけ、焦点調整光学収束構造（２０）を調整する移動手段（５０）を制御するために、探索作動で使用される焦点調整関数を含む。赤外線光学システムは難しいシステムであり、これまでは特に評価できる技術でなかったが、本発明の使用は焦点の合った像を得る高速で効率的な方法を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の技術分野） 本発明は、一般的には赤外線光学システムの分野に関し、そして、特に、視野
対象（viewed object） の焦点を自動的に調整する（焦点を合わせる）ために要
求される装置および方法に関する。

【０００２】 （発明の背景） 赤外線光学システムについて考えるとき、この種の赤外線技術に関係する多数
の物理的性質を考慮しなければならない。可視光による自動焦点調整と比較すれ
ば、赤外線による自動焦点調整では対物レンズを通して伝達される光エネルギー
量が限られているので、困難な付加的な問題が生じる。上述したような赤外線光
学システムでは、限界を与える装置は検出ユニット、ならびにその性能および効
率の特性である。このことが、自動的な赤外線による像分析焦点調整（以下に赤
外線像分析自動焦点調整と表現する）の試行がこれまで成功しなかったことを表
す理由の１つである。

【０００３】 刊行書のバイオイメージング、２、１９３〜２０３、（１９９４）におけるフ
ランク Ｒ．ボデック氏他の論文は焦点調整関数（focus function）の利用を含
む自動焦点調整アルゴリズムを開示しており、そのアルゴリズムが像分析自動焦
点調整の基本を構成している。単純フィルタを１回または複数回使用すること、
および実用上のノイズ減少法が記載されている。

【０００４】 赤外線自動焦点調整装置に関係した上述した困難な付加的な問題のために、赤
外線光の低いエネルギー・レベルを制御して試行する場合には、従来周知のシス
テムの複雑さが受け入れ難いレベルにまで高まった。このような赤外線システム
に関係する大きな問題は、小さなＦナンバーにある。赤外線システムは小さなＦ
ナンバーを要求し、この条件の結果としてＳＮ比は小さくなり、それ故に視野対
象の十分な解像度を得るには、多数の取得像を分析しなければならなくなる。よ
り高い処理能力を得るには付加費用が発生し、その費用は最終的に消費者の負担
となるので、そのような対物レンズにおける処理能力は制限される。今までこの
問題の満足できる解決策は達成されていない。

【０００５】 以前は、焦点窓は像検出領域の中央領域として選ばれていた。この中央領域は
、光軸に対して実際に直角である。これが従来のやり方であり、従来周知である
ほとんど全ての能動自動焦点調整システムが今もこれを使用している。しかしな
がらこの方法では検出した像の実面積部分の微小部分しか使用されず、検出した
像のさらに大きな、または少なくとも最適な面積部分を焦点窓として使用するこ
とが望まれる。

【０００６】 （発明の目的） 本発明の目的は、赤外線光学装置の自動焦点調整装置、および視野対象の焦点
を自動的に合わせることのできる方法を提供することである。

【０００７】 本発明の他の目的は、光学系の部材が加熱されることを考慮に入れた赤外線光
学装置用の自動焦点調整を提供することである。

【０００８】 本発明のさらに他の目的は、任意処理をモニターする間に像が連続的に良好に
焦点調整される赤外線光学装置を提供することである。

【０００９】 本発明の他の目的は、検出された像の最も価値ある面積部分を分析する方法、
強力且つ効果的な探索作動を自動焦点調整システムに導入する方法、および自動
焦点装置における有用な作動焦点調整関数を開示する方法を提供することである
。

【００１０】 （発明の概要） 上述した問題の解決法は本発明によりもたらされる。本発明は赤外線光学装置
用の像分析焦点調整装置である。これは、レンズ構造とされることが好ましい制
御可能な光学的収束手段と、この光学的収束手段によって対象像を投影される像
検出手段と、対象像を像検出手段上に結像させるように光学的収束手段を制御す
る制御信号を与えるための像検出手段からの信号を処理する処理手段とを含む。

【００１１】 本発明は、所定の条件に従って焦点調整すべき像の一部分である少なくとも１
つの像窓を見い出すために、像検出手段の像を分析する処理手段における探索作
動手段を特徴とする。処理手段に含まれることが好ましい焦点調整関数手段は、
反復法を用いて像窓内の個々の検出位置（ピクセル）間にできるだけ明確な差を
形成することを基本として、少なくとも１つの像窓で焦点調整を行う。

【００１２】 本発明によれば、焦点調整のために、像検出手段の面積部分を中央の面積部分
以外から選ぶことができる。分析の行われるそのような面積部分は、像の最も関
心の持たれる、また情報の含まれる部分を選択できるようにする。この説明した
方法による慎重な選択は、検出された像面積範囲の最も価値ある面積部分で焦点
調整できるようになし、従って装置の焦点調整性能を向上し、焦点調整された像
の品質を向上させる。

【００１３】 本発明は、例としてのみ挙げた、また添付図面に示された本発明の好ましい実
施例を参照して以下にさらに詳しく説明される。

【００１４】 （実施例の詳細な説明および作動） 図１を参照すれば、赤外線光学装置１０は多数の構成要素を含む。この光学装
置は、焦点調整する光学的な収束構造２０で代表されており、この構造は一体ユ
ニットとして移動可能とされるか、または少なくとも１つの移動可能な光軸を含
む。この光学的収束構造は１枚または複数枚のレンズ・システムを含む。しかし
ながら、レンズに代えてカセグレインまたはシュミットのような構造の反射要素
を有することもできる。焦点調整する光学的収束構造２０は全体として、または
その可動な１つの部分または複数の部分として、光軸（図１でｚ方向）に沿って
移動でき、また視野対象は光学的収束構造２０によって像検出／形成手段３０上
に投影される。像検出手段３０は図１に示すようにフォーカル・プレーン・アレ
ーＦＰＡとされることが好ましいが、他の形式の像検出構造とすることも可能で
ある。従って、検出アレー３０はこの実施例では像形成手段として示されるが、
説明するようにスターリング検出構造（staring detector arrangement）の代わ
りに例えば走査検出構造を使用することができる。

【００１５】 像信号は検出アレー３０の検出要素で発生され、それらの像信号は検出器の出
力部３２から処理ユニット４０、好ましくは中央演算処理装置（ＣＰＵ）、マイ
クロコンピュータまたはプログラム可能ハードウェアの入力部４２へ導かれる。
この処理ユニット４０は、２つの基本的ユニット、すなわち探索作動手段によっ
て探索作用を行わせるためのシステム制御を担うコンパイル・ユニット１４０と
、反復的な数値法および（または）同様方法による像分析ならびに焦点測定関数
ＦＭＦを担う分析ユニット１５０とを含む。焦点調整すべき特定の面積部分を見
い出した後、以下にさらに詳しく説明する特徴を使用して、探索は少なくとも２
つの引き続く段階、すなわち低空間周波数を基本とする像の焦点測定関数ＦＭＦ
を使用した粗いが迅速な焦点合わせ段階と、これに続いて行われる高空間周波数
を基本とする像の焦点測定関数ＦＭＦを使用した遅いが精密な段階とに分けられ
る。留意すべきは、この探索は自動的に行うことが意図されることである。これ
を実行する都合のよい方法は、いわゆる「ヒル−クライミング」と呼ばれる粗い
焦点合わせ段階を実行することであり、これは焦点測定関数ＦＭＦで増大が見ら
れる間は同じ方向に反復を継続すべきことを意味する。次に、２次多項式である
ガウス関数などの数学関数の適用を意味する「曲線適合（カーブ・フィッティン
グ）」法が精密な焦点段階として使用され、その数式の最大値を計算し、その情
報に基づいて光学システムの可動な１つまたは複数の部品の対応する焦点位置を
導き出す。

【００１６】 ユニット１４０，１５０の作動のさらなる説明および記述は後段でされる。従
って、システムの信号処理および像分析は処理ユニット４０で実行され、これが
システム作動の制御である。

【００１７】 作動指令は処理ユニット４０の出力部４４から、光学収束構造の全体としての
、またはその可動な１つまたは複数の部材のための移動手段５０、好ましくは十
分な分解能を可能にする電気モーターまたは他の同様な低電力消費装置、の入力
部５２へ付与される。この移動手段５０は焦点調整する光学収束構造２０に連結
され、処理ユニット４０から受け取った作動指令に従ってその光学収束構造２０
を制御する。作動指令は上述のコンパイル・ユニット１４０の探索作動でさらに
制御され、これが赤外線光学装置１０を制御する処理ユニット４０の作動的な基
本をなす。

【００１８】 （焦点窓の選択） 上述形式のシステムでは、像を徹底的に分析するべき像の視野窓を決定するこ
とで焦点調整処理は開始される。この視野窓は焦点窓と表されている。焦点窓は
多くの方法で選定することができ、さまざまなオペレータの要求が基準となるが
、技術的な制限も基準となる。焦点窓を選定し、また像に係わる複数の基準を選
定するために以下に多数の方法が与えられるが、それらの方法の全ては焦点分析
処理を遂行するために像形成手段３０で有用な焦点窓の決定に関係している。こ
の焦点窓は通常は像形成手段３０の像の面積部分、好ましくはその検出アレーの
複数の検出要素（ピクセル）に一致する。

【００１９】 本発明による焦点調整の特徴を使用すれば、最も中央に位置される以外に焦点
窓を慎重に選ぶことができる。この選定は像の品質に関係するパラメータおよび
自動焦点調整性能に関係するパラメータを基本とする。そのような焦点窓の動機
付けされた選定は像処理および分析を向上させるので有利であり、この処理およ
び分析は高速度で行うこともできる。本明細書に記載した焦点調整方法の使用は
、幾つかの光学設定が等しい焦点調整と見なされるような曖昧な像分析の行われ
る危険性を最小限に抑える。この方法はまた、像形成手段３０すなわち一般に検
出アレーの最も中央部分にコントラストはほとんど生じないが、像において十分
なコントラストを見い出すことができるようにする。

【００２０】 工業応用例で最も価値のあるとされる像の一部分、すなわち検出アレーの要素
（ピクセル）の少なくとも１つを分析する他の有用な方法は、像における温度差
、すなわち検出アレー３０の検出要素間における差を使用する方法である。光学
的赤外線自動焦点調整装置が、例えば以下にさらに説明される放射センサー装置
１００，１１０，１２０に連結され、組み合わされるならば、この展開は有利で
あり、焦点窓の最適選定に関する重要なアプローチとなる。

【００２１】 熱特性に基づく上述した選定と同様な選定が全く有利であり、また幾つかの代
替実施例が可能で、それらの全てを同一基本機器に構築することができる。

【００２２】 留意すべきは、１つ以上の窓を選ぶことができ、また光学システムの処理能力
が平行作動モードを可能にするならば、焦点窓の幾つかの同時探索を平行して実
施できることである。この場合、光学収束手段の最適位置の２以上の推測値が同
時に計算される。その後分析ユニット１５０は、予め定めた推測値を与えて条件
を比較し、分析したなかで何れの窓を選定するか決定できるようにする。

【００２３】 図２に示される第１の実施例で、焦点調整は検出アレー３０の１つのピクセル
（図２に示した焦点窓）の像分析によって遂行される。像分析され、従って焦点
調整の行われるこの特定のピクセルは、検出アレー３０の全てのピクセルのなか
で探索され、その熱特性に応じて選定される。このピクセルはその温度極値によ
って検出アレーの他の全てのピクセルから識別される。焦点調整の行われたピク
セルは最も冷たいか、または最も温かいかのいずれかとされる。このようなアプ
ローチは、検出アレー３０のそれぞれのピクセルとの連結および放射器機１００
の入力部１０２との連結に、双方向放射連結１１０を必要とする。放射器機１０
０の出力部１０４から放射データを有する像信号が処理ユニット４０の入力部４
２へ与えられる。受け取ったデータのコンパイル、処理および分析は処理ユニッ
ト４０で実行され、まず最初に低域フィルタを使用して粗い方法で行われ、その
分析結果により１つのピクセルが選ばれ、そのピクセルに対して精密焦点調整の
ために高域フィルタまたは帯域フィルタによる処理が遂行される。この実施例は
異なるピクセルの温度を互いに比較するので、従って較正のための放射器機は必
要ない。移動手段５０の入力部５２に作動指令が与えられると、選ばれたピクセ
ルとその隣接ピクセルの少なくとも１つとの間に可能なかぎり明確な差を形成す
るように、以下に説明する焦点調整関数に少なくとも最も適合させることを基本
にして、反復が行われる。

【００２４】 第２の実施例では、図３を参照して、この装置は例えば３７゜Ｃのような或る
所定の温度値、または密接に関係する温度間隔における温度で焦点が合い、また
はその代替として固定的な所定の温度値に最も近い別の温度値で焦点が合う。こ
の実施例による温度値の絶対的な決定は、器機の放射較正を必要とする。これは
放射較正装置１１０によって達成され、この装置は温度計１２０のような温度決
定装置とおそらく組み合わされる。放射器機１００の出力部１０４は放射較正装
置１１０の入力部１１２に連結される。この放射較正装置１１０の他の入力部１
１４は温度計の入力部１２２に連結される。放射較正装置１１０からのデータは
出力部１１６から処理ユニット４０の入力部４２へ送られ、これが像の特定のピ
クセルまたは特定のピクセル・サブ・アレーを駆動し、その後は第１の実施例と
同じように作動する。

【００２５】 第２の実施例による作動は、人の検出が望まれる場合、例えば救助作業時や、
さまざまな監視（surveillance）目的に関して使用するのに都合のよい効果的な
方法である。特に或る種の走査器機と組み合わされると、広い面積部分を最少限
の人員で上方から効果的に探索し検分できる。

【００２６】 第２実施例の代替例では、同様に図３を参照して、焦点窓は所定の閾値温度値
を基準にして選定される。これらの温度値は処理ユニット４０の手動または自動
的に入力されるパラメータとすることができる。この代替実施例の１つの作動適
用例は熱工業処理に関係する。この処理はしばしば像のピクセル・サブ・アレー
で行われる。その後処理ユニット４０は、サブ面積部分で焦点調整関数に最良の
適用状態を与える移動手段５０の位置を導き出すために反復作動を行わせる。

【００２７】 これらの熱工業処理の幾つかにおいては、或る温度を超えてはならず、また別
の熱処理では温度が最低値を超えてはならないことが非常に重要なこととなる。
それにも拘わらず、これらの制限を超えてしまう場合には、望ましくない温度が
生じる視野像の位置に焦点窓を選ぶことが好ましい。これにより明確で焦点の合
った像が形成され、その後制御スタッフによって点検され、必要な処置が取られ
る。

【００２８】 第２の別の代替実施例は、温度差が所定値を超えたか否かをモニターするため
に、その焦点調整関数以外にも処理ユニット４０が或る初期処理像を現在の処理
像と比較できるようにする。その差が超過を生じた場合、警報信号が制御スタッ
フのもとへ送られ、その制御スタッフは発生した状況を管理するために必要な作
業を取ることができる。

【００２９】 図４ａに示された本発明による第３の実施例は、視野像内の移動対象のリアル
タイムな識別、および少なくとも１つの検出要素、好ましくは移動が検出された
検出アレー３０の隣接ピクセルにおける対応した焦点調整処理の作動モードであ
る。この第３の実施例はそれ故に、検出アレー３０および処理ユニット４０にそ
れぞれ連結された入力部１３２および出力部１３４を有する移動検出装置１３０
をさらに必要とする。処理ユニット４０は像画の移動部分の特定のピクセルを駆
動し、このピクセルを像から像へ追跡し、選んだ移動ピクセルの隣の少なくとも
１つのピクセルの値と選んだピクセルの値とを比較することにより、焦点調整関
数に対して最良の適合状態が得られるまで、最良の焦点調整状態を得る方向へ反
復作動する。この実施例は、多くの監視応用例だけでなく、それらの監視応用例
に多少密接に関係する多くの他の目的に使用するのに都合のよい効率的なアプロ
ーチである。

【００３０】 図４ｂおよびむ図４ｃには他の実施例が示されており、図４ｂは電気ケーブル
の検査システムを示し、このシステムはヘリコプターに可動的に取り付けられる
。注目すべきは、カメラの移動は作動性および焦点調整性能を向上させるために
機体の位置に対して制御できることである。図４ｃはいわゆるパン形式の器機、
好ましくは半自動または全自動のズーム装置と組み合わされて示されており、こ
のパン形式の器機は以下にさらに詳細に説明される。

【００３１】 （焦点調整関数） 図１を参照すれば、放射データと共にまたは無しに像信号が検出アレー３０の
出力部３２から処理ユニット４０へ与えられると、その処理および分析がコンパ
イル・ユニット１４０で焦点調整関数により像信号の配列処理およびコンパイル
処理されて開始される。このような焦点調整関数は、多くの基準に応じて複数の
方法で選ぶことができ、多くの代替的な選定が以下に説明される。本発明の背景
の説明箇所で引用した最も近い従来の文献には、有用な焦点調整関数の多くの特
性が記載されている。焦点調整関数の形状は焦点の基準によって決定され、その
基準の幾つかはその文献によれば以下の通りである。すなわち、 単峰性（unimodality ）、別に幾つかの局部的な極値は存在し得るが、焦点調
整関数の１つの最大値であると曖昧なく解釈される； 精度、その極値の明確で誤りを生じ得ないピーク形状である； 再現性； 範囲、焦点から離隔した光学システムでさえも焦点情報を与えなければならな
い； 実行、最小限の処理能力で可能な限り迅速に焦点調整できるようにするための
高速な反復計算である； さまざまな像形式に係わる一般性および既存の電気的設備との共存性である。

【００３２】 焦点調整関数のこれらの参照した基準を除いて、その他の基準は他のパラメー
タ、ならびに対物距離以外の外部条件とは独立している。

【００３３】 以下の焦点調整関数は発明された焦点調整装置および焦点調整方法に使用でき
る。 ＦＭＦ（ｚ）＝１／Ｎ・Σ（Ｋ Ｘ（丸で囲む）Ｉz −ｍ）２ （１） ここで、焦点測定関数ＦＭＦ（ｚ）はＺ方向の従属焦点調整関数で、Ｋは以下に
さらに説明するが可変オペレータを表し、ｍは他の変数で、Ｎは基準化係数であ
る。これらの３つの関数（Ｋ，ｍ，Ｎ）の各々は最適焦点調整関数を見い出すた
めに変化できる。

【００３４】 例えば上述で開示した（１）式を使用すれば、オペレータＫはＫ＝［1 1 1 ］
で表される。図５を参照されたい。Ｋによるくりこみ（convolution） が粗い焦
点調整に適用された像信号の低域フィルタ処理を行う。これにより、しばしばフ
ィルタ処理を指示され高空間周波数は抑制され、低空間周波数は顕著な抑制を示
すことなく変化を生じない。これは以下に説明する高域フィルタ処理技術よりも
一層粗い像分析となる。この低域フィルタ処理技術は焦点調整する場合の光学装
置の最初の粗い調整に主として使用される。

【００３５】 同じ開示式（１）を使用すると、オペレータＫがＫ＝［1 -1］で表される場合
は、図６を参照すれば、くりこみは像の高域フィルタ処理と一致する。この処理
の結果、上述した低域フィルタ処理との比較において高周波数および低周波数の
間に逆関係となることが分かる。

【００３６】 フィルタ処理の第３の方法は帯域フィルタ処理の範疇で、これはオペレータＫ
＝［1 0 -1］を使用したときに達成されるのであり、図７を参照されたい。この
場合、高および低信号周波数は抑制され、中間範囲の周波数は抑制されない。簡
単には、周波数帯はフィルタを通過できる。さらに他の方法はオペレータＫ＝［
1 ］の使用であり、図８を参照されたい。これにより、像は変化せずに保持され
る。何故なら全ての周波数は変化せずに通過するからであり、このフィルタ処理
技術は以下に全通過フィルタ処理と称する。

【００３７】 前記焦点調整関数の複数のオペレータを焦点調整方法のさまざまな段階で使用
した場合、実質的に焦点調整処理を高速化し、現在の赤外線光学システムに最適
に適合するようにフィルタ処理を調節することができる。低域フィルタ処理結果
および高域フィルタ処理結果の両方を同時に分析する上述で開示した都合の良い
方法によって焦点調整処理が高速化され、低域フィルタ処理の粗い焦点調整処理
は引き続く光学装置の微調整に先行して行うことができ、これにより高域フィル
タ処理および微調整が遂行されるときに低域フィルタ処理の結果を使用すること
によって微調整は有利となる。

【００３８】 赤外線光学システムに係わる付加的なかなり困難な問題は、例えば可視光およ
び（紫外線／可視光）光学システムと比較して焦点深度（Ｆナンバー）が小さい
ことであり、このことは許容できるシャープさを得るために対物レンズが非常に
高い位置解像度を有することを強制される。この結果、赤外線光学システムの自
動焦点装置は一層複雑で総合的な焦点調整方法を要求し、その調整方法の簡単化
および改良が自動焦点調整装置および方法を備えた作動式赤外線光学システムを
開発する前提条件となる。

【００３９】 赤外線周波数範囲の光子のエネルギー保有量は可視光周波数範囲の光子よりも
低い。この理由で、赤外線検出器および特に非冷却式赤外線検出器は可視光検出
器に比べて鈍感である。これを保証するために、ほとんど全ての赤外線システム
は小さいＦナンバーを有して設計されており、このことは検出器が周辺光線の通
過を許容して光エネルギーの収集を向上できるまで大きな開口および大きな角度
を有することを意味する。これはシステムに小さな焦点深度と、高空間周波数の
迅速な光学的抑制を生じる。換言すれば、光学システムの焦点調整がボケるとき
にいわゆる大きさ伝達関数（magnitude transfetr function，ＭＴＦ）は低周波
よりも高周波の方が速く落ちる。

【００４０】 像の高空間周波数成分に基づく焦点測定関数ＦＭＦを使用することにより、焦
点測定関数ＦＭＦは焦点に鋭い形状のピークを形成するが、反復処理が焦点から
の距離であるときには情報はほとんどない。逆に、像の低空間周波数に基づく焦
点測定関数ＦＭＦを使用することで広がり、焦点からの距離であっても分析可能
な導関数となる。ピークは実質的に鈍化し、焦点において非常に小さい、または
無視できるほどの導関数となる。

【００４１】 図９を参照すれば、低および高空間周波数の両方、またはそれらの組合せに基
づく焦点測定関数ＦＭＦの使用は、両周波数範囲で発生した情報の利用を可能に
し、それ故に最適性能および作動的な探索作動を達成する。系統図は「ヒル−ク
ライミング」を使用する粗い焦点調整技術で開始する作動（段階１００）を明確
に示している。これは焦点測定関数ＦＭＦが増大する間は継続される（段階１０
１）。その後、正しい適合が達成される（段階１０３）まで精密な焦点調整技術
が行われ（１０２）、この後に焦点調整試験（段階１０４）が続く。このチェッ
クに関する所定の条件とは、焦点調整が許された焦点調整範囲内であるか、焦点
調整の行われた対象が焦点調整すべき予め定められた対象と相互関係を有するか
などである。この焦点調整処理は焦点調整結果が満たされるまで継続される（段
階１０５）。

【００４２】 （焦点調整のための探索作動） 像の分析は処理ユニット４０の分析ユニット１５０にて継続される。焦点測定
関数が形成され、分析に対抗する。この分析をいかに実施するか、またどの段階
を含まねばならないかを決定するために、光学収束構造２０を焦点調整する最適
位置の決定が求められる。しかしながら、この最適位置を見い出すことは、探索
作業に対する指令だけではない。光学システムにおける自動焦点調整のための探
索作動の条件は一般に多数あり、特に赤外線光学システムで多い。何故なら、そ
れらのシステムは、例えば温度に追従する屈折率のような付加的な条件を必要と
するからである。探索作動は正確且つ高速で、信頼でき、最小限の処理能力だけ
を要求するのでなければならない。明かなように、探索作動は勿論のことながら
互いに要求がバランスしなければならない。僅かであるが、自動焦点調整におけ
る有用性に極めて重要となる探索作動の重大な特性に留意する。すなわち、 少ない数の測定位置、焦点調整に必要な少ない像の数に等しい； 極値、すなわち焦点位置のまさに少ない数の交差（クロッシング）； 焦点調整した対象の位置変化の識別が望ましい。

【００４３】 この作業で説明される探索作動は、焦点調整に関する多数の段階を含み、これ
により焦点調整する光学収束構造２０は像分析と一致して移動し、その焦点調整
段階は、 ２次多項式またはガウスの多項式によるのが好ましいが、焦点調整関数と良好
に一致するように焦点調整関数を他の関すに適合させること； いわゆるヒル・クライム技術によるのが好ましいが、０値である第１の導関数
による焦点位置、すなわち極地の反復探索； 乱れを最小限に抑えるために、焦点位置または焦点位置に近い位置に達したと
きに処理ユニット４０の分析ユニット１５０から移動手段５０へ付与される安定
作動指令を含む。

【００４４】 探索作動の重要な特徴は、上述した関数の３つ全てを組み合わせることができ
ることである。これは関数を選定し、この関数とは、モーメントおよび電流の与
えられた状況に関して最も価値が高く、探索作動が全ての関数を自在に組み合わ
せるオプションを有する。光学システムの処理能力に応じて、探索作動は実行さ
れ、幾つかの機能を平行して使用する。

【００４５】 赤外線光学システムでは、シリコンおよび（または）ゲルマニウムはしばしば
レンズとして選ばれる材料である。これは赤外線波長に対する透過率による。そ
れらの材料の屈折率はかなりの温度依存変動を生じ、この変動は焦点調整精度お
よび赤外線光学システムに一般にかなりの影響を与える。これらの変動は広く、
従って全ての論理的に可能なレンズ位置の一部分のみが所定の温度値で分析に関
与されるようになり得る。換言すれば、焦点調整する光学収束構造２０が或る温
度であるときに、その光学収束構造２０の可能とされる全ての位置の全体範囲の
うちの或る範囲で間違いなく達成される。焦点調整関数の分析および焦点位置の
探索は、この範囲の外側にある焦点を見い出すことになるいかなる危険もなしに
、この範囲内でのみ実行される。安定した低温および安定した高温である最適状
況では、分析すべき完全な組をなす像の大きな部分は省略され、これにより分析
はさらに高速化され、またこれにより赤外線光学システムの焦点調整処理が高速
化される。

【００４６】 上述した焦点調整処理は、低空間周波数範囲の利点および高空間周波数範囲の
利点の両方を使用するので、精度および正しい焦点調整を保証する。低範囲に含
まれる情報は、焦点位置からの距離であってもシステムがその位置に関する情報
を引き出せるようにするので、誤った位置に焦点調整されることを防止する。高
周波数範囲から引き出された情報は、システムが焦点位置に近い位置に達すると
、焦点位置に関する高速且つ正確な探索を可能にする。

【００４７】 上述形式のシステムは対象までの距離の推測にも使用される。システムに関す
る多数の自由度、すなわち焦点調整処理時の焦点における１つまたは複数の移動
部材の位置および光学装置の温度が周知であれば、焦点調整が実行される。図１
０を参照すれば、探索作動がコンパイル・ユニット１４０（図１を参照）に書き
込まれ、上述したの実行および推測結果の表示される。これは、図９におけるの
と同じ所定条件を好ましく使用して、焦点調整結果の試験（段階１１０）で開始
される。焦点調整結果が満足されたとすれば（段階１１１）、焦点における１つ
または複数の移動部分の位置に関する情報および温度データがもたらされ（段階
１１２）て、視野対象までの距離の推定、ならびにこの状態での不正確さの推定
（段階１１３）が可能になる。この推定は、例えば参照用テーブルの形態とされ
てコンパイル・ユニット１４０などに書き込まれ得る。この推定に続き、その結
果は像分析光学装置の使用者に対していずれかの形態で表示される（段階１１４
）。

【００４８】 装置１０から視野対象までの距離、レンズを含む光学要素の温度、および光学
系の焦点位置のようなパラメータ間の関係の決定は、半自動または全自動較正を
可能にする。その較正を自動焦点調整処理が支援するならば、焦点調整光学装置
の温度および（または）位置の決定を可能にする。この情報は上述した視野対象
までの距離の推定と同様な方法で使用者に対して表示できる。視認され焦点調整
された対象の温度も、放射較正装置１１０で与えられた情報の使用に基づいて決
定することができる。

【００４９】 図１１の系統図に示される他の実施例によれば、像の幾何対象が事前に定めら
れて焦点調整される。手順の最初は、焦点調整するべき幾何対象の決定（１２０
）であり、次にその対象が既に焦点調整関数手段１５０に含まれているか（段階
１２１）、または対象が好ましくは処理ユニット４０のメモリー位置１６０から
インポートされたか（段階１２２）のチェックである。その後、この手順は予め
定めた対象と、像における対象との関係付け（段階１２３）を開始し、関係付け
が達成されるまで続けられる（段階１２４）。この関係付けにより、システムは
像の関係付けした対象を焦点調整すると説明される（段階１２５）。

【００５０】 図１２を参照すれば、探索作動手段の機能性のさらに他の実施例は高速且つ一
層の処理能力を可能にし、像分析自動焦点調整装置の作動を助ける。この実施例
は、焦点調整が行われる温度に応じて分析すべき像の数の減少を可能にする。最
初に（段階１３０）に光学装置の１つまたは複数の移動部分の温度および光学シ
ステムの屈折率が決定される。このデータが獲得されると（段階１３１）、焦点
位置を含む可能範囲が処理ユニット４０で計算される（段階１３２）。像がこの
焦点範囲にある限り（段階１３４）、分析され（段階１３５）、像がこの範囲か
ら外へ移動したならば、それまでの像の分析は行わずに、新しい像が分析のため
にインポートされる（段階１３３）。

【００５１】 上述した種類のシステムはいわゆるパン−チルト器機と組み合わされることも
できる。ピン−チルト器機は像検出手段３０の多数の予め定めた面積部分を有し
ており、またそれらの予め定められた面積部分の間でその位置を変化させ、制御
ユニットとの間にポーリング・コミニュケーションを有することが好ましい。本
願に関しては、制御ユニットは処理ユニット４０とされ得る。前記予め定められ
た面積部分の走査時に、いずれかの形式のトリガー機能、例えば移動する対象、
相対的または絶対的な温度値または変化は、制御ユニットが警報信号を作動ユニ
ット、例えば保守スタッフへ送るようにさせるか、対処が自動的に取られるよう
にできる。

【００５２】 （実行可能な応用例） 本発明による像分析焦点調整装置はさまざまな用途に使用できる。ここでは、
自動焦点調整装置に関する多くの実行可能で適当な技術分野および場所を説明す
る。１つの使用場所はさまざまな検査目的、特に電気作動装置の検査および導管
または導体の温度実施に係わる損傷の検査である。説明した種類の温度上昇は大
きな電気抵抗の結果として発生し、これは損傷ワイヤーまたはケーブルが細くな
ることで生じる。他の関連する分野は発電プラントの検査である。この検査はさ
まざまな手持ち式または車両、ヘリコプターなどに取り付けられた移動式ユニッ
トから実行できる（例えば図４ｂを参照されたい）。

【００５３】 本願による本発明に関連した検査の応用一覧は、次の通りである。すなわち、
石油化学、炉、医療、例えば腫瘍、血栓症、肉体的ＣＮＳ傷害、乳癌である。

【００５４】 他の適当な使用分野はさまざまな監視の応用である。その幾つかは工程モニタ
ー、一般にオートメーション、および特に電子工業および部品製造におけるリサ
ーチおよび開発である。他には、人または海上監視、空港監視、例えば国境の通
関および安全監視である。軍施設および準軍施設はさらに他の考えられる使用分
野である。

【００５５】 本願による本発明は、赤外線装置はどちらかと言えば高価であるが少ないレン
ズおよび複雑でない機械的装置を可能にし、さらなる開発に有利であり、顧客に
は処理能力によってかなりの全体費用を減少した近代化された器機であるので、
非常に多数の技術分野が考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による自動焦点調整を備えた赤外線光学装置を示す。

【図２】 図１の部分を、適当な焦点窓の選定が可能な第１の実施例においてより詳細に
示す。

【図３】 熱較正のための放射計による器機を追加した図２のシステムを備えた第２の実
施例を図示する。

【図４ａ】 適当な焦点窓の選定のために移動検出装置を使用した第３の実施例を示す。

【図４ｂ】 本発明による移動式像分析焦点調整装置を使用した電気ケーブルの検査のため
の実施例を概略的に図示する。

【図４ｃ】 本発明による焦点調整装置を使用したパン−チルト器機の作動を概略的に示す。

【図５】 空間周波数に対する基準化したフィルタ処理による低域フィルタ処理のグラフ
を示す。

【図６】 図５と同じ軸表示を使用した高域フィルタ処理を示す。

【図７】 上述の図５および図６による帯域フィルタ処理を図示する。

【図８】 上述の３つの図５〜図７による一定フィルタ処理の技術を図示する。

【図９】 低空間周波数および高空間周波数の両方を使用した焦点調整手順をブロック線
図で示す。

【図１０】 焦点調整される対象までの距離の推定を説明する概略的なブロック線図を示す
。

【図１１】 予め定められた対象と視野対象を関係付ける手順をブロック線図において示す
。

【図１２】 焦点位置が含まれるべき可能なレンズ位置範囲の計算のブロック線図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/18 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｈ Ｄ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御可能な光学収束手段（２０）と、該光学収束手段（２０
   ）によって対象像を投影される像検出手段（３０）と、該像検出手段（３０）上
   に対象像の焦点を合わせるための処理手段（４０）にして、前記像検出手段（３
   ０）からの信号を処理して前記光学収束手段（２０）を制御する制御信号を与え
   る処理手段（４０）とを含む赤外線光学装置（１０）用の像分析焦点調整装置で
   あって、 所定の条件に従って焦点調整すべき像における少なくとも１つの像窓を見い出
   すために像検出手段（３０）上の像を分析する処理手段（４０）に含まれる探索
   作動手段（１４０）と、 反復法を用いて像窓内の個々の検出位置（ピクセル）間にできるだけ明確な差
   を与えることを基本として前記少なくとも１つの像窓に焦点を合わせる処理手段
   （４０）における焦点調整関数手段（１５０）と、によって特徴とされる像分析
   焦点調整装置。
2. 【請求項２】 前記焦点調整関数手段（１５０）が焦点調整を低空間周波数
   に基づく像の焦点測定関数ＦＭＦを使用した粗い焦点調整と、高空間周波数に基
   づく像の焦点測定関数ＦＭＦを使用した精密な焦点調整とに分けることを特徴と
   する請求項１に記載された装置。
3. 【請求項３】 前記粗い焦点調整が「ヒル−クライミング」技術により焦点
   測定関数ＦＭＦを分析することにより実行され、前記精密な焦点調整が「曲線適
   合」技術により焦点測定関数ＦＭＦを分析することにより実行されることを特徴
   とする請求項２に記載された装置。
4. 【請求項４】 前記所定の条件が、前記像検出手段（３０）の焦点窓面積部
   分を最も中央に位置する面積部分以外に選定するため、 獲得した焦点像を処理手段（４０）のメモリー位置（１６０）にデジタル式に
   保存するたるめ、および 前記装置に各種の半自動または全自動の意思決定システムを組み合わせるため
   の任意選択の条件を与えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれ
   か一項に記載された装置。
5. 【請求項５】 前記像窓を見い出すための所定の条件が、装置をセンサー器
   機（１００）に連結して、像形成した視野区域内の対象上に熱特性に応じた焦点
   合わせを可能にすることを含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのい
   ずれか一項に記載された装置。
6. 【請求項６】 前記像窓内の所定の温度差または温度変化を監視しながら、
   センサー器機（１００）が使用されることを特徴とする請求項５に記載された装
   置。
7. 【請求項７】 前記所定の条件がセンサー器機（１００）を備えた放射計に
   よる較正装置（１１０）を設けることを含むことを特徴とする請求項５に記載さ
   れた装置。
8. 【請求項８】 前記像窓内の所定の温度または温度間隔を監視しながら、前
   記センサー器機（１００）および放射較正装置（１１０）が使用されることを特
   徴とする請求項７に記載された装置。
9. 【請求項９】 前記所定の条件が以下のパラメータ、すなわち 前記装置（１０）から視野対象までの距離、 前記光学収束手段（２０）の温度、および 前記光学収束手段（２０）の焦点位置、 の少なくとも２つのパラメータ間の半自動または全自動の較正を含み、該較正が
   自動焦点調整によって支援されることを特徴とする請求項１から請求項３までの
   いずれか一項に記載された装置。
10. 【請求項１０】 前記所定の条件が、前記光学収束手段（２０）の温度およ
    び／または位置の情報に基づく前記装置（１０）から視野対象までの距離の推定
    を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された
    装置。
11. 【請求項１１】 前記所定の条件が、前記光学収束手段（２０）の温度およ
    び／または位置の情報に基づく装置（１０）から視野対象までの距離の推定を含
    み、 視野対象までの推定距離を与える、 推定精度を与える、 上記推定距離および精度の組合せを与える、 探査作動手段（１４０）が許容できる焦点位置を得たときにのみデータを与え
    る、という任意選択のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０
    に記載された装置。
12. 【請求項１２】 較正装置（１１０）によって与えられた装置（１０）から
    視野対象までの距離の推定における情報、前記光学収束手段（２０）の光学部材
    の温度および／または位置に基づいて視野対象の温度の推定が実行されることを
    特徴とする請求項１０に記載された装置。
13. 【請求項１３】 視野対象の温度の推定が装置（１０）から視野対象までの
    距離、前記光学収束手段（２０）の光学部材の温度および所定位置の情報に基づ
    いて実行され、 視野対象までの推定距離を与える、 推定精度を与える、 上記推定距離および精度の組合せを与える、 探査作動手段（１４０）が許容できる焦点位置を得たときにのみデータを与え
    るという任意選択のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２に
    記載された装置。
14. 【請求項１４】 前記像窓を見い出すための所定の条件が、移動検出装置（
    １３０）に対する連結を含み、この連結が焦点調整関数手段（１５０）による移
    動対象の焦点調整を可能にし、これにより前記像窓が像を横断して移動可能とな
    り、焦点調整中に移動対象に従動することを特徴とする請求項１から請求項３ま
    でのいずれか一項に記載された装置。
15. 【請求項１５】 前記像窓を見い出す所定の条件が、視野像の特定の幾何形
    状対象の焦点調整を行う前に、焦点調整関数手段（１５０）における予め定めら
    れた幾何形状対象に対して幾何形状対象を関連づけることを含むことを特徴とす
    る請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された装置。
16. 【請求項１６】 関連付けのために焦点調整関数手段（１５０）が例えばＰ
    Ｃカードまたは他の情報データ手段を経て与えられる二次元電子像として幾何形
    状対象を含むことを特徴とする請求項１５に記載された装置。
17. 【請求項１７】 前記予め定められた条件が或る温度で焦点位置の可能とさ
    れる範囲の焦点調整関数手段（１５０）による計算を含み、これにより不可能な
    間隔における像分析を排除でき、処理容量が減少させることを特徴とする請求項
    １から請求項３までのいずれか一項に記載された装置。
18. 【請求項１８】 前記予め定められた条件は、前記焦点調整すべき対象が視
    野像に見出せないときに、焦点位置を無限大に調整するための焦点調整関数手段
    （１５０）による制御を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいず
    れか一項に記載された装置。
19. 【請求項１９】 前記装置がパン−チルト形式の器機に使用され、前記視野
    像の予め定められた対象すなわち焦点の間の繰り返される移動手順を処理ユニッ
    ト（４０）が制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一
    項に記載された装置。
20. 【請求項２０】 前記処理ユニット（４０）のパン−チルト形式の器機が、
    １つの視野面積部分から次の視野面積部分への移動時に、焦点位置または焦点近
    傍位置を調整するために既に使用した前段階の焦点データのレジスタ（１６０）
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載された装置。
21. 【請求項２１】 前記所定のトリガー条件が、例えば予め定められた面積部
    分の瞬間温度条件および／または対象の移動を含むことを特徴とする請求項１９
    に記載された装置。
22. 【請求項２２】 一体化した半自動または全自動のズーム装置と組み合わさ
    れ、またはそれに装備して使用できることを特徴とする請求項１から請求項２１
    までのいずれか一項に記載された装置。
23. 【請求項２３】 グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）のよう
    な一体化した位置決定装置と組み合わされ、またはそれに装備して使用でき、こ
    れにより前記処理手段（４０）がＧＰＳからの位置データに対して視野対象の位
    置を計算して与えることができることを特徴とする請求項１から請求項２２まで
    のいずれか一項に記載された装置。
24. 【請求項２４】 制御可能な光学収束手段（２０）と、該光学収束手段（２
    ０）によって対象像を投影される像検出手段（３０）と、該像検出手段（３０）
    上に対象像の焦点を合わせるための処理手段（４０）にして、前記像検出手段（
    ３０）からの信号を処理して光学収束手段（２０）を制御する制御信号を与える
    処理手段（４０）とを含む赤外線光学装置（１０）用の像分析焦点調整方法であ
    って、 前記所定の条件に従って焦点調整すべき像における少なくとも１つの像窓を見
    い出すために像検出手段（３０）上の像を分析することと、 反復法を用いて像窓内の個々の検出位置（ピクセル）間にできるだけ明確な差
    を与えることを基本として前記少なくとも１つの像窓に焦点を合わせること、と
    によって特徴とされる像分析焦点調整方法。
25. 【請求項２５】 前記焦点調整が、低空間周波数に基づく像の焦点測定関数
    ＦＭＦを使用した粗い焦点調整段階と、高空間周波数に基づく像の焦点測定関数
    ＦＭＦを使用した精密な焦点調整段階とに分けられ、これにより前記２つの焦点
    調整段階が最適結果を得るために組み合わされることを特徴とする請求項２４に
    記載された方法。
26. 【請求項２６】 前記粗い焦点調整が「ヒル−クライミング」技術で焦点測
    定関数ＦＭＦを分析して実行され、前記精密な焦点調整が「曲線適合」技術によ
    り焦点測定関数ＦＭＦを分析して実行されることを特徴とする請求項２４に記載
    された方法。
27. 【請求項２７】 ＦＭＦ（ｚ）＝１／Ｎ・Σ（Ｋ Ｘ(丸囲み）Ｉz −ｍ）
    ２ 、ここでＫは可変オペレータ、Ｎは基準化係数、ｍは変数、の形式の焦点調
    整関数の使用を焦点調整収集の所定の条件が含むことを特徴とする請求項２４か
    ら請求項２６までのいずれか一項に記載された方法。
28. 【請求項２８】 前記焦点調整関数のオペレータ値が、Ｋ＝［1 1 1 ］、Ｋ
    ＝［1 -1］、Ｋ＝［1 0 -1］およびＫ＝［1 ］を含むことを特徴とする請求項２
    ７に記載された方法。
29. 【請求項２９】 前記焦点調整関数のオペレータ値が、例えば像の１以上の
    方向へオペレータ関数を適用することによって、各システムの個々の要求条件に
    応じた変分で作られることを特徴とする請求項２８に記載された方法。
30. 【請求項３０】 他に多数の技術分野が考え得られるが、以下の技術分野、
    すなわち 電気作動装置の検査； 温度に関係するプロセスの検査、モニターおよび監視； 医療、化学、石油化学および炉の検査、その幾つかは手持ち式ユニットおよび
    ／または車輌やヘリコプターに搭載した移動式ユニットを使用して実行できる； 特に電子工業および部品製造に係わるリサーチおよび開発； 人、公民および軍における監視； のいずれかに応用されることを特徴とする請求項２４〜請求項２９までのいずれ
    か一項に記載された方法。