JP2005096752A - 赤外線画像撮像装置およびこれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動体搭載用の赤外線画像撮像装置において、その校正を、適切なタイミングで実現可能にする。
【解決手段】 車両２２０に搭載されている赤外線画像撮像装置２００は、赤外線検出器１０と、赤外線検出器１０の出力を補正する補正手段３０とを備えている。制御手段２１０は、補正手段３０が補正係数を決定するタイミングを、車速センサ２３０の出力信号を用いて制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、赤外線画像撮像装置における温度校正に関する技術、および赤外線画像をより見やすく表示するための技術に属する。

赤外線画像撮像装置は、被写体の温度を遠隔測定できるものであり、監視カメラ等として、人物の検出や車の検出などに用いられる。

図８は従来の赤外線画像撮像装置の構成の一例を示す図である（特許文献１に記載）。図８の構成は、出力信号と温度との関係の校正を目的としたものである。

図８において、温度特性補正手段１０５０は図９に示すような赤外線検出器１０１０の特性（被写体温度対輝度テーブル）を予め記憶している。図９の各グラフ曲線１２１０，１２２０，１２３０，１２４０は被写体温度Ｔと赤外線検出器１０１０の出力電圧Ｅｉとの関係を表しており、赤外線検出器１０１０の近傍の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を媒介変数としている。

温度測定手段１０８０は赤外線検出器１０１０の近傍の温度Ｔｘを測定する。温度特性補正手段１０５０は温度Ｔｘと図９の特性とを用いて、赤外線検出器１０１０の出力信号Ｅｉから被写体温度Ｔを求める。仮に、Ｔ２＜Ｔｘ＜Ｔ３とすると、温度特性補正手段１０５０は温度Ｔ２，Ｔ３に対応するグラフ曲線１２２０，１２３０を補間することによって特性曲線１２５０を作成し、この特性曲線１２５０を用いて、赤外線検出器１０１０の出力信号Ｅｉを被写体温度Ｔに換算する。

図１０は従来の赤外線画像撮像装置の構成の他の例を示す図である（特許文献２に記載）。

図１０において、光学系１３１０，１３２０は被写体１３３０の赤外線画像を赤外線検出器１３４０上に結像させる。基準熱源Ａ１３５０および基準熱源Ｂ１３６０はそれぞれペルチェ素子によって構成された熱源であり、その温度は可変であって、コントローラ１４４０，１４５０によってそれぞれ制御される。

図１０に示す赤外線画像撮像装置は、有効走査期間においては目標物体の撮像を行う一方、無効走査期間においては、基準熱源Ａ１３５０および基準熱源Ｂ１３６０を撮像する。平均値算出手段１３７０は有効走査期間における赤外線検出器１３４０の出力の平均値を算出する。基準熱源Ａ出力算出手段１３８０は無効走査期間における基準熱源Ａ１３５０撮像時の赤外線検出器１３４０の出力の平均値を算出する一方、基準熱源出力算出手段１３９０は無効走査期間における基準熱源Ｂ１３６０撮像時の赤外線検出器１３４０の出力の平均値を算出し、中間値出力手段１４００はこれらの算出結果の中間値を出力する。減算器１４１０は平均値算出手段１３７０の出力から中間値出力手段１４００の出力を減算し、加算器１４２０はこの減算結果に所定の温度差ΔＴを加えて基準熱源Ａコントローラ１４４０に供給する一方、減算器１４３０はこの減算結果から温度差ΔＴを減じて基準熱源Ｂコントローラ１４５０に供給する。コントローラ１４４０，１４５０は減算器１４１０の減算結果がゼロすなわち平均値算出手段１３７０の出力と中間値出力手段１４００の出力とが等しくなるように、帰還制御を行う。

このような制御によって、撮像シーンが変化しても、基準熱源Ａ１３５０および基準熱源Ｂ１３６０の温度は、撮像画像の温度の平均値に応じて変化し、常に所定の温度範囲（平均値±ΔＴ）に制御される。補正手段１４６０は、無効走査期間に基準熱源Ａ１３５０および基準熱源Ｂ１３６０を撮像したときの赤外線検出器１３４０の出力を基にして、出力ばらつきを補正する補正係数を求める。これによって、測定する温度範囲に応じた温度校正が実現される。

図１１は従来の赤外線画像撮像装置の構成の他の例を示す図である（特許文献３に記載）。図１１の構成は、二次元的な出力のばらつきの解消を目的としたものである。

図１１において、シェーディング補正用に第１の遮断手段１５１０が設けられており、画素間出力ばらつき補正用に第２の遮断手段１５３０が設けられている。撮像時には、第１および第２の遮断手段１５１０，１５３０は開放され、光学系１５２０を介して入射した赤外線は赤外線検出器１５４０上に結像する。

第１の遮断手段１５１０は制御手段１５６０によって３０秒に１回程度閉状態に設定され、赤外線を遮断する。画素間ばらつき補正手段１５５０はこの状態で、赤外線検出器１５４０の出力からシェーディング補正値を決定する。一方、第２の遮断手段１５３０も制御手段１５６０によって３０秒に１回程度閉状態に設定され、赤外線を遮断する。画素間ばらつき補正手段１５５０はこの状態で、赤外線検出器１５４０の出力から感度補正値を決定する。
特開平５−３０２８５５号公報 特開平１０−１１１１７２号公報 特開平１０−１４２０６５号公報

赤外線画像撮像装置を用いて被写体の温度情報を精度良く得るためには、２種類の画像補正を行う必要がある。１つはいわゆる温度校正、すなわち出力信号（輝度信号）と温度との関係の校正であり、もう１つは画像内の２次元的な出力ばらつきの補正である。

温度校正が必要になる原因としては、赤外線検出器そのものの温度変化に起因する特性の変化や、レンズ、鏡筒などの光学系からの赤外線放射量の温度変化に起因する変動などが挙げられる。例えば、赤外線画像撮像装置を屋外で用いた場合には、温度変化が激しいため、温度校正を行った直後であっても温度と輝度との対応関係に実際とのずれが生じ、画像が見にくくなってしまう。また、雨天のときには、同じ被写体を撮像していても、温度低下によって輝度レベルが大きく低下してしまう。

２次元的な出力ばらつきの原因は大きく２つある。１つは、赤外線検出器の各画素間の感度ばらつきであり、この感度ばらつきによって、赤外線画像は表面がざらついた画像になる。もう１つはレンズシェーディングと呼ばれるものであり、これは、光学系の性質により、赤外線検出器の中央部の受光量が周辺部に比べて一様に高くなる現象である。

図８の従来例では、赤外線検出器１０１０の近傍温度を測定し、この近傍温度に基づき被写体温度対輝度テーブルを参照する。しかしながら、例えば赤外線画像撮像装置を屋外に設置して撮像を行う場合には、光学系１０２０の温度が赤外線検出器１０１０近傍の温度と大きく異なり、テーブル作成時と実際の撮像時とで光学系１０２０からの赤外線放射量が大きく異なることになる。このため、精度の高い温度補償が必ずしも実現できない、という問題があった。

図１０の従来例では、温度校正の標準となる熱源が光学系の間に設けられている。このため、例えば赤外線画像撮像装置を屋外に設置して撮像を行う場合には光学系の温度変動が激しくなるが、この光学系の温度変動の影響を加味して校正を行うことができない。特に、熱源の外側の光学系１３１０からの赤外線放射の変動が大きく、これにより、被写体の見かけ上の測定温度が変動してしまう、という問題があった。

また、図１１の従来例では、２個の遮断手段を設けており構造が複雑であるにもかかわらず、二次元的な出力ばらつきの補正機能しか有しておらず、出力信号と温度との関係の校正はできない。また、補正を行うタイミングが固定されており、監視カメラとしての利用等には、撮像できない時間があるため不適当であった。

このように、従来の赤外線画像撮像装置では、精度の高い画像補正を実現することが必ずしもできなかった。特に、車両に搭載する場合のような変化の激しい環境下において使用する際には、大きな問題になる。

本発明は、赤外線画像撮像装置として、簡易な構造で、従来よりも精度の高い画像補正を実現可能にすることを目的とする。

本発明は、移動体搭載用の赤外線画像撮像装置として、赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を補正する補正手段と、前記補正手段が補正係数を決定するタイミングを、当該移動体に設けられた，移動体の速度を検出する手段、移動体進行方向にある信号機の信号を識別する手段および移動体進行方向における検出対象物の有無を判定する手段のうちの、少なくともいずれか１つから送られた信号に基づいて、制御する制御手段とを備えたものである。

本発明によると、赤外線画像撮像装置を移動体に搭載したとき、補正係数を決定するタイミングが、移動体の速度、移動体進行方向の信号機の信号、移動体進行方向の検出対象物の有無の少なくともいずれか１つに応じて、制御される。このため、不都合がないタイミングで、補正係数の決定を行うことができる。

また、本発明は、前記本発明に係る赤外線画像撮像装置を備えた車両として、当該車両の速度を検出する手段を備え、前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記速度検出手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御するものである。あるいは、当該車両の進行方向にある信号機の信号を識別する手段を備え、前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記信号識別手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御するものである。あるいは、当該車両の進行方向における検出対象物の有無を判定する手段を備え、前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記対象物判定手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御するものである。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る赤外線画像撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、１０は赤外線を検出するマイクロボロメータなどの赤外線検出器、２０はレンズを有し、被写体７０から放射される赤外線を赤外線検出器１０上に結像させる光学系、３０は赤外線検出器１０の出力を補正する補正手段である。遮断手段４０は開閉自在に構成されており、閉状態のとき被写体７０から光学系２０に入射する赤外線を遮断する。温度測定手段５０は遮断手段４０の表面温度を測定する。制御手段６０は遮断手段４０の開閉状態、並びに光学系２０、補正手段３０および温度測定手段５０を制御する。

ここでは、赤外線検出器１０は、２次元配置された画素を有する２次元エリアセンサであるものとする。また、温度設定手段５２については後述する。

以下、図１のように構成された赤外線画像撮像装置について、その動作を説明する。

まず、被写体７０の撮像時には、遮断手段４０は、制御手段６０からの制御によって開状態に設定される。このため、被写体７０から放射された赤外線は、光学系２０によって、赤外線検出器１０上に赤外線画像として結像する。赤外線検出器１０は各画素の赤外線の受光量に応じた信号を出力する。赤外線検出器１０の出力は補正手段３０によって補正される。補正手段３０は、画素間の感度ばらつき、画素間のＤＣオフセットのばらつき、レンズのシェーディングの効果、および光学系２０からの赤外放射の影響を補正する。

次に、補正手段３０における校正方法について説明する。

図２は本実施形態に係る校正方法を説明するためのモデルを示す図である。図２のモデルにおいて、赤外線検出器１０の画素座標（ｘ，ｙ）について、下記の値を定義する。
被写体７０の放射：Ｌ０(ｘ,ｙ,Ｔ０)
光学系２０の放射：Ｌ１(ｘ,ｙ,Ｔ１)
レンズシェーディング：Ｓ(ｘ,ｙ)
赤外線検出器１０の出力：ｅ(ｘ,ｙ)＝ａ(ｘ,ｙ)Ｌtotal＋ｂ(ｘ,ｙ)
ａ(ｘ,ｙ)：画素(ｘ,ｙ)の感度
ｂ(ｘ,ｙ)：画素(ｘ,ｙ)のＤＣオフセット
ここで、図２のモデルにおいて、次の式が成り立つ。
ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)
＝ａ(ｘ,ｙ)・(Ｓ(ｘ,ｙ)・Ｌ０(ｘ,ｙ,Ｔ０)＋Ｌ１(ｘ,ｙ,Ｔ１))
＋ｂ(ｘ,ｙ） …（１）

１）第１の補正係数の決定
温度Ｔａ，Ｔｂで一様に分布する平坦な被写体７０をそれぞれ撮像し、このときの赤外線検出器１０の出力の差を求める。
ｅ(ｘ,ｙ,Ｔａ)−ｅ(ｘ,ｙ,Ｔｂ)
＝ａ(ｘ,ｙ)・Ｓ(ｘ,ｙ)・(Ｌ０(ｘ,ｙ,Ｔａ)−Ｌ０(ｘ,ｙ,Ｔｂ))
…（２）
また、常温の狭い温度範囲（例えば０〜６０℃）では、赤外線の放射Ｌ０は次式のように温度Ｔ０の一次関数によって近似できる。
Ｌ０(ｘ,ｙ,Ｔ０)＝ｃ・Ｔ０＋ｄ …（３）
ｃ，ｄは定数である。式（３）を式（２）に代入して、両辺を温度差（Ｔａ−Ｔｂ）で除したものを、第１の補正係数Ｇ(ｘ,ｙ)とする。すなわち、
Ｇ(ｘ,ｙ)＝(ｅ(ｘ,ｙ,Ｔａ)−ｅ(ｘ,ｙ,Ｔｂ))／(Ｔａ−Ｔｂ)
＝ａ(ｘ,ｙ)・Ｓ(ｘ,ｙ)・ｃ …（４）
そして、求めた第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）を補正手段３０に記憶させる。

式（４）から分かるように、第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）は、画素毎の感度（利得）とレンズシェーディングとに比例する。この第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）を用いることによって、レンズシェーディング効果と画素の感度ばらつきとによる影響を、補正することができる。

なお、画素の感度ばらつきは、主として各画素の製造時の加工寸法のばらつきに起因しており、装置製造後はほとんど変化しない。したがって、この第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）の決定は、装置使用時に定期的に行う必要はなく、特に固定焦点の光学系２０を用いる場合には、装置製造時に一度行っておけばよい。

２）第２の補正係数の決定
赤外線撮像装置の起動時や長時間撮影後には、光学系２０の温度変化や、温度変動による赤外線検出器１０の画素間の微妙な出力ばらつきによって、画像のざらつきや平均輝度レベルの変動が生じる。そこで、そのような現象が生じた場合、手動で制御手段６０を起動し、画素間の出力のばらつきを補正するための第２の補正係数を決定する。

まず、制御手段６０からの制御信号によって遮断手段４０を開状態から閉状態にし、光学系２０への赤外線の入射を遮断する。そして、温度測定手段５０によって遮断手段４０の平均温度Ｔｃを測定する。このとき、光学系２０は非合焦状態に設定されるのが好ましい。また、遮断手段４０は、温度が一様に分布した平板状のものであることが好ましい。光学系２０の焦点が数ｍ以上先に合焦している場合、光学系２０のすぐ前に配置された遮断手段４０の画像はデフォーカス状態で赤外線検出器１０上に結像する。ここで、
Ｈ（ｘ，ｙ）＝Ｋ−ｅ（ｘ，ｙ，Ｔｃ）／Ｇ（ｘ，ｙ） …（５）
で表される第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）を求め、補正手段３０に記憶させる。Ｋは定数である。すなわち、温度Ｔｃの遮断手段４０を撮像したときに全画素の出力が均一になるように、第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）を求める。

第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）は画素間のＤＣオフセットのばらつきと光学系２０からの赤外線放射量の変動（ＤＣ成分のばらつき）を補正するための補正係数である。いま、式（１）の両辺を式（４）の両辺で除することによって、レンズシェーディングおよび画素の感度ばらつきによる影響を除外することができる。残るのは、ＤＣ成分のばらつきの影響のみとなる。
ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)／Ｇ(ｘ,ｙ)
＝Ｌ０(ｘ,ｙ,Ｔ０)／ｃ
＋Ｌ１(ｘ,ｙ,Ｔ１)／ｃ・Ｓ(ｘ,ｙ)＋ｂ(ｘ,ｙ)／Ｇ(ｘ,ｙ) …（６）
式（６）において、右辺の第１項は被写体７０の放射を表し、第２項および第３項は画素毎にばらつくＤＣ成分を表している。そしてＤＣ成分を表す項のうち、環境変動によって変化するのは光学系２０の放射Ｌ１の項である。この項は光学系２０の温度Ｔ１に応じて変化する。したがって、第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）は、光学系２０の温度Ｔ１が変化するたびに更新されるのが望ましい。

３）撮像信号の補正
撮像時には、次のように撮像信号の補正を行う。制御手段６０は遮断手段４０を開状態にし、被写体７０の撮像を開始する。このとき、補正出力信号Ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)は次式のようにして求められる。
Ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)
＝ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)／Ｇ(ｘ,ｙ)＋Ｈ(ｘ,ｙ) …（７）
このとき、
ｄＥ／ｄＴ０＝ｃ² …（８）
すなわち、被写体７０の温度が１度上がるごとにｃ² だけ補正出力Ｅが上昇する。そして、Ｔ０＝ＴｃのときＥ＝Ｋであるので、
Ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)
＝ｃ² ・(Ｔ０−Ｔｃ)＋Ｋ …（９）
Ｔ０について整理すると、
Ｔ０＝(Ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)−Ｋ)／ｃ² ＋Ｔｃ …（１０）
ｃ² は環境によって変動しない定数である。

補正出力信号Ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)は、第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）の決定時と被写体の撮像時の双方において光学系２０の温度が一定であり、被写体７０からの赤外放射が変動しない限り、式（１０）の関係を成立させる。すなわち、補正出力信号Ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)は、画素間の出力ばらつきが補正された、被写体７０の２次元の温度分布を表す信号となる。補正手段３０は、この補正出力信号Ｅ(ｘ,ｙ,Ｔ０)を表示に適したダイナミックレンジの映像信号に変換して、出力する。

その後は、外部の温度変動や内部の電気回路の放熱等によって光学系２０の温度が変化し、これに起因して、画像がざらついたり、実際の温度と撮像信号から算出した温度との誤差が大きくなった場合には、制御手段６０を駆動して再度第２の補正係数Ｈ(ｘ,ｙ)を更新すればよい。したがって、第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）の更新後、光学系２０の温度が実質的に変化しないうちに、被写体の撮像を開始することが望ましい。

また、遮断手段４０の温度を設定するための温度設定手段５２を設けてもよい。この温度設定手段５２は例えばヒータと温度検知器との組み合わせによって容易に実現することができる。温度設定手段５２を利用すれば、第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）を求める際の遮断手段４０の温度Ｔｃを所望の値に設定することができる。このときの遮断手段４０の温度Ｔｃは、特定の撮像対象物（例えば「人」）の温度近傍に設定するのが好ましい。

また、第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）を設定する際にも遮断手段４０を利用してもかまわない。この場合、温度設定手段５２を用いて、遮断手段４０を第１の温度Ｔａに設定して閉状態にし撮像し、その後、第２の温度Ｔｂに設定して閉状態にし撮像すればよい。

図３は本発明の第１の実施形態に係る赤外線画像撮像装置の変形例を示す図である。図３の構成では、光学系２０に入射する赤外線を遮断するための手段として、２個の遮断手段１１０，１２０を設けている。温度測定手段１３０は第１および第２の遮断手段１１０，１２０の温度をそれぞれ測定可能に構成されている。

図３の構成では、第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）の設定のために、第１および第２の遮断手段１１０，１２０を利用することができる。すなわち、まず、第２の遮断手段１２０を開状態にしつつ第１の遮断手段１１０を閉状態にし、一様な第１の温度Ｔａの第１の遮断手段１１０を撮像したときの赤外線検出器１０の出力を記憶する。次に、第１の遮断手段１１０を開状態にするとともに第２の遮断手段を閉状態にして、一様な第２の温度Ｔｂの第２の遮断手段１２０を撮像したときの赤外線検出器１０の出力を記憶する。そして、記憶した出力信号を用いて、上述した方法で、第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）を求めればよい。

なお、遮断手段４０を用いて、本実施形態で述べた補正方法とは別の方法で、温度校正を行ってもかまわない。光学系２０に入射する赤外線を遮断する遮断手段４０を用いることによって、光学系２０の放射の影響を加味した補正を実現することができる。

また、温度測定手段５０を設けない構成であってもかまわない。温度測定手段５０を設けない場合には、第２の補正係数Ｈ(ｘ,ｙ)を求める際の遮断手段４０の温度Ｔｃが未知となるため、式（９）を用いて被写体７０の温度Ｔ０を求めることはできない。しかしながら、相対的な温度対輝度特性については、従来よりも正確に求めることができる。すなわち、式（６）において、光学系２０のシェーディングによる画素間の特性ばらつきは右辺第１項によって補正され、光学系２０からの放射の変動は右辺第２項によって補正される。このように、シェーディングの効果と光学系２０からの放射の変動とを個別に補正することが可能になるので、より正確な相対的な温度対輝度特性を得ることができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。図４において、図１と共通の構成要素には図１と同一の符号を付している。図４（ａ）に示す移動体としての車両２２０に搭載されている赤外線画像撮像装置２００は、図４（ｂ）に示すように第１の実施形態に係るものとほぼ同様の構成である。赤外線画像撮像装置２００は車両２２０の進行方向前方を撮像するように搭載されており、進行方向前方の被写体２４０（人または他の車両）を検知するために設けられている。そして、赤外線画像撮像装置２００の制御手段２１０には車両２２０の速度を検出する手段としての車速センサ２３０の出力信号が供給される。

赤外線画像撮像装置２００は、車両２２０に搭載された場合、天候、気温、走行速度等の影響を受けるために、その光学系２０の温度は変動しやすい。したがって、第１の実施形態で示した第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）を頻繁に更新する必要がある。一方、補正係数を更新している間は、通常の撮像動作を行うことができないので、車両２２０が走行中に頻繁に補正係数を更新することは好ましくない。

そこで、本実施形態では、車速センサ２３０の出力信号を利用して、車両２２０が停止している期間またはきわめて低速で走行している期間にのみ、補正係数の更新を行う。これにより、障害物に衝突する可能性がほとんどない場合のみに校正が行われることになり、赤外線画像撮像装置を設けた意義を損なうことなく、温度校正を実現することができる。

具体的には、第１の実施形態と同様に、校正を行う。すなわち、第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）については、赤外線画像撮像装置２００の製造時に求めておく。そして、車速センサ２３０の出力信号から、車両２２０が停止したこと、または速度が所定値以下になったことを検知すると、遮断手段４０を閉状態にして第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）を更新する。

なお、他の補正方法であっても、本実施形態と同様に、車速センサ２３０の出力信号を用いて校正を行うタイミングを制御するのが好ましい。また、車両以外の移動体、例えば電車、船舶、航空機などに適用してもよい。

（第３の実施形態）
図５は本発明の第３の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。図５において、図４と共通の構成要素には、図４と同一の符号を付している。赤外線画像撮像装置２００は図４（ｂ）の構成を用いている。

図５において、車両２２０に搭載された赤外線画像撮像装置２００は、制御手段２１０に、車速センサ２３０の出力信号に加えて、進行方向にある信号機の信号を識別する手段３１０の出力信号と、進行方向における検出対象物としての人物の有無を判定する手段３４０の出力信号とを受けている。信号機識別手段３１０はカメラ画像から信号機の位置を検出し、点灯している光の色の判別を行う。また、人物検出判定手段３４０は赤外線画像から所定の温度範囲の像を抽出し、その大きさや形等から人の有無を判定する。

本実施形態では、車速センサ２３０に加えて、信号機識別手段３１０や人物検出判定手段３４０を校正タイミングの制御に用いる。これにより、赤外線画像撮像装置２００の動作が必要な場合の作動を確実に確保することができる。例えば、車速センサ２３０が車両２２０の走行速度がゼロであることを検出し、信号機識別手段３１０が、前方の信号機の信号が車両２２０に対して「停止」を指示していると識別し、かつ、人物検出判定手段３４０が人を検出していないときにのみ、赤外線画像撮像装置２００は補正係数の更新を行うものとする。これにより、第２の実施形態よりもさらに確実に、障害物に衝突する可能性がほとんどない場合にのみ、校正を行うことができる。

また、赤外線画像撮像装置２００は、その周囲構造３２０が、車両２２０のラジエター３３０から供給され循環するエンジン冷却水によって満たされている。車両２２０の暖機運転が終了した後は冷却水の温度はほぼ一定になるので、この保温構造としての周囲構造３２０によって、赤外線画像撮像装置２００の動作中の温度は安定する。このため、光学系の温度変動が小さくなり、画質の変動が小さくなる。

なお、車両センサ２３０、信号機識別手段３１０および人物検出手段３４０のいずれか１個または２個を校正タイミングの制御に用いてもかまわないし、他のセンサをさらに用いてもかまわない。

また、周囲構造３２０は、赤外線画像撮像装置２００と一体にして構成してもよいし、車両２２０側に設けてその中に赤外線画像撮像装置２００をはめ込むように構成してもかまわない。また、車両２２０の他の機構を用いて、保温構造を実現してもかまわない。

（第４の実施形態）
図６は本発明の第４の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の構成を示す図である。図６において、図１および図４と共通の構成要素には、図１および図４と同一の符号を付している。図６において、４１０，４２０は撮像対象となる波長の赤外線を反射するミラー、４３０はミラー４２０の方向を制御するミラー駆動装置、４４０は車両２２０のラジエター、４５０はラジエター４４０の温度を測定する温度測定手段である。ミラー４１０の角度および位置は固定されている。また図６の構成では、遮断手段は設けられていない。

図６に示す赤外線画像撮像装置では、第２の実施形態と同様に、車速センサ２３０によって検出された車両２２０の速度が所定値以下のときに校正が行われる。ここで、本実施形態では、校正の際には、温度標準としてラジエター４４０を撮像するものとする。

ミラー駆動装置４３０は、校正時にはミラー４２０の方向を、車両２２０の外部から光学系２０に入射する赤外線を遮断し、かつ、ラジエター４４０から放射されミラー４１０によって反射された赤外線が光学系２０に入射されるように、設定する。この状態で、例えば第１の実施形態と同様の校正を行う。ラジエター４４０の温度は車両２２０の走行中ほぼ一定に保たれており、このため、校正時の温度標準としてラジエター４４０を用いることができる。

一方、通常撮像時は、ミラー駆動装置４３０はミラー４２０の方向を、ラジエター４４０から放射されミラー４１０によって反射された赤外線を遮断し、かつ、車両２２０の外部からの赤外線が光学系２０に入射されるように、設定する。

このように本実施形態によると、車両に搭載した赤外線画像撮像装置について、第１の実施形態で設けた遮断手段のような特別な温度標準を設けなくても、温度特性の校正が可能になる。

なお、本実施形態では温度標準としてラジエター４４０を用いたが、温度が一定になる車両の他の部分を温度標準として用いてもよい。

また、本実施形態では、撮像方向を設定変更する機構をミラー４２０およびミラー駆動装置４３０によって実現したが、これ以外の機構、例えば、赤外線検出器１０および光学系２０を含む撮像装置本体の向きを変えるような機構を用いてもかまわない。また、撮像方向を設定変更する機構は、赤外線画像撮像装置と一体に構成してもよいし、車両側に設けてもかまわない。

（第５の実施形態）
図７は本発明の第５の実施形態に係る赤外線画像調整装置の構成を示す図である。図７において、赤外線画像撮像装置５００は図１に示す構成からなり、第１の実施形態に示した手順によって第１の補正係数Ｇ（ｘ，ｙ）および第２の補正係数Ｈ（ｘ，ｙ）がすでに求められているものとする。すなわち、赤外線画像撮像装置５００から出力される輝度信号と被写体の温度との対応関係は、既知である。

赤外線画像調整装置５９０は赤外線画像の表示温度範囲の調整を行う。赤外線画像調整装置５９０において、５１０は赤外線画像データを記憶するための画像メモリであり、５２０は画像メモリ５１０に蓄えられた赤外線画像データから最高温度Ｔｈを検出する最高温度検出部、５３０は画像メモリ５１０に蓄えられた赤外線画像データから最低温度Ｔｌを検出する最低温度検出部である。５４０は特定の撮像対象物の温度に基づく測定対象温度範囲の上限Ｔｏｈおよび下限Ｔｏｌを記憶するメモリであり、５５０は最高温度Ｔｈと温度範囲の上限Ｔｏｈとを比較し、大きい方を選択出力する第１の比較部、５６０は最低温度Ｔｌと温度範囲の下限Ｔｏｌとを比較し、小さい方を選択出力する第２の比較部である。

画像メモリ５１０、最高温度検出部５２０および最低温度検出部５３０によって第１の手段が構成されており、温度範囲上下限メモリ５４０によって第２の手段が構成されており、第１および第２の比較部５５０，５６０によって第３の手段が構成されている。赤外線画像調整装置５９０は、第１および第２の比較部５５０，５６０の選択出力をそれぞれ、表示温度範囲の上限温度Ｔａｈ，下限温度Ｔａｌとして出力する。

映像信号生成部５７０は、赤外線画像撮像装置５００の出力を受けて、赤外線画像を映像表示装置５８０に表示させるための映像信号を生成する。このとき、赤外線画像調整装置５９０から出力された上限温度Ｔａｈおよび下限温度Ｔａｌを用いて、上限温度Ｔａｈが白レベルに合い、下限温度Ｔａｌが黒レベルに合うように、映像信号のダイナミックレンジを調整する。

いま、冬季に屋外において「人」を検出する目的で、赤外線画像撮像装置５００を用いて撮像を行ったものとする。この場合、例えば、測定対象温度範囲の上限Ｔｏｈを３５℃、下限Ｔｏｌを３０℃に設定する。

制御回路６００が赤外線画像調整装置５９０を起動すると、赤外線画像撮像装置５００から出力された１フレーム分の画像データが画像メモリ５１０に蓄積される。最高温度検出部５２０は対象フレーム画像の中の最高輝度画素が示す温度Ｔｈを検出し、最低温度検出部５３０は対象フレーム画像の中の最低輝度画素が示す温度Ｔｌを検出する。

冬季の屋外においては、建物や道路のアスファルト等の温度は人の体表温度よりも低いので、
Ｔｌ＜Ｔｈ＜Ｔｏｌ＜Ｔｏｈ
の関係が成り立つ。したがって、第１の比較部５５０は、最高温度検出部５２０によって検出された最高温度Ｔｈの代わりに、温度範囲上下限メモリ５４０に格納された上限温度Ｔｏｈを表示温度範囲の上限温度Ｔａｈとして出力する一方、第２の比較部５６０は最低温度検出部５３０によって検出された最低温度Ｔｌを表示温度範囲の下限温度Ｔａｌとして出力する。

これにより、撮像対象物である人の温度範囲が、映像信号のダイナミックレンジに常に含まれることになる。したがって、撮像画像に人が映ったり消えたりするような場合であっても、映像信号のダイナミックレンジが変動することはなく、ＡＧＣ（Auto Gain Control ）によって生じるような映像の明るさの急激な変動は生じない。このため、例えばパターン認識を用いた詳細な分類処理等が容易に実行できる。

同様に、夏期の日中に屋外において「人」を検出する場合には、通常は、
Ｔｏｌ＜Ｔｏｈ＜Ｔｌ＜Ｔｈ
の関係が成り立つ。したがって、第１の比較部５５０は、最高温度検出部５２０によって検出された最高温度Ｔｈを表示温度範囲の上限温度Ｔａｈとして出力する一方、第２の比較部５６０は、最低温度検出部５３０によって検出された最低温度Ｔｌの代わりに、温度範囲上下限メモリ５４０に格納された下限温度Ｔｏｌを表示温度範囲の下限温度Ｔａｌとして出力する。これにより、撮像対象物である人の温度範囲が映像信号のダイナミックレンジに常に含まれ、映像の明るさの急激な変動は生じない。

撮像している背景の温度変動によって、画像のダイナミックレンジが不十分になったり、画像が飽和したりする場合には、新たに制御回路６００によって映像信号調整装置５９０を起動して、表示温度範囲の再設定を行えばよい。あるいは、表示温度範囲の設定は、ＡＧＣと同様にフレーム画像毎に行ってもかまわない。

このように本実施形態によると、特定の撮像対象物の温度に基づく所定の温度範囲を表示温度範囲に予め含ませることによって、撮像対象物が撮像範囲内に突然入ったような場合でも、安定した赤外線画像を表示させることが可能になる。

なお、本実施形態に係る赤外線画像調整装置５９０は、赤外線画像撮像装置５００と一体に設けてもよいし、映像信号生成部５７０および映像表示装置５８０と一体に設けてもかまわない。

また本実施形態では、赤外線画像の最高温度および最低温度をまず検出するものとしたが、この代わりに、赤外線画像の表示に適した温度範囲の上限および下限を検出してもよい。例えば、他の画素と大きく異なる輝度を有する画素については、これを温度検出の対象から外すようにすればよい。

また、測定対象温度範囲を設定する代わりに１個の所定温度を設定し、この所定温度が表示温度範囲に含まれるようにすればよい。この場合、本実施形態においてＴｏｈ＝Ｔｏｌとすれば、容易に実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る赤外線画像撮像装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における校正方法を説明するためのモデルを示す図である。 図１の構成の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る赤外線画像調整装置の構成を示す図である。 従来の赤外線画像撮像装置の構成を示す図である。 図８における温度特性補正手段が有する被写体温度対輝度テーブルを示す図である。 従来の赤外線画像撮像装置の構成を示す図である。 従来の赤外線画像撮像装置の構成を示す図である。

Claims (4)

1. 移動体搭載用の赤外線画像撮像装置であって、
   赤外線検出器と、
   前記赤外線検出器の出力を補正する補正手段と、
   前記補正手段が補正係数を決定するタイミングを、当該移動体に設けられた，移動体の速度を検出する手段、移動体進行方向にある信号機の信号を識別する手段、および移動体進行方向における検出対象物の有無を判定する手段のうちの、少なくともいずれか１つから送られた信号に基づいて、制御する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする赤外線画像撮像装置。
2. 請求項１記載の赤外線画像撮像装置を備えた車両であって、
   当該車両の速度を検出する手段を備え、
   前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記速度検出手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御する
   ことを特徴とする車両。
3. 請求項１記載の赤外線画像撮像装置を備えた車両であって、
   当該車両の進行方向にある信号機の信号を識別する手段を備え、
   前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記信号識別手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御する
   ことを特徴とする車両。
4. 請求項１記載の赤外線画像撮像装置を備えた車両であって、
   当該車両の進行方向における検出対象物の有無を判定する手段を備え、
   前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記対象物判定手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御する
   ことを特徴とする車両。

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