JP2007028292A

JP2007028292A - 赤外線撮像装置

Info

Publication number: JP2007028292A
Application number: JP2005208657A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nakazato; 英明中里
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】赤外線撮像装置においてより高い精度で欠陥画素判定を行うことを可能とする。
【解決手段】感度補正基準１１０が３つ以上の均一な基準温度の赤外線を放射し、多画素赤外線検知器１３０が赤外線を検知して光電変換を行い、感度補正処理部１４０が３つ以上の電気信号を用いて感度補正および欠陥画素判定を行う。また、欠陥画素置換処理部１５０が感度補正処理部１４０によって欠陥画素と判定された画素からの出力信号を欠陥画素の近傍にある画素の出力信号に置換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線撮像装置に関し、特に多数の赤外線検知画素を用いて赤外線を検知することによって撮像を行う赤外線撮像装置に関する。

一般に、赤外線撮像装置の赤外線検知器の多数の赤外線検知画素のうち一部に欠陥が生じることがある。たとえば「死に画素」と呼ばれる入射赤外線にまったく応答しない画素や、はじめから飽和レベルに達したままの画素がある。このような欠陥画素は、製品調整中に目視で判定され、欠陥画素と判定された画素の近辺の正常な画素と置換することによって補正をしていた。

また、一般的に入射赤外線変化に対する出力電圧変化が小さい画素は、ノイズ自体は小さいわけではないのでＳ／Ｎ比が小さくなり所要感度が取れなかったり、品質が経時劣化したりすることが多い。他方、入射赤外線変化に対する出力電圧変化があまりに大きな画素は、早く飽和して所要のダイナミック・レンジが取れなかったりノイズが過大で所要のＳ／Ｎ比が取れなかったり、品質が経時劣化することが多い。したがって、入出力応答特性が平均的な画素の特性からかけ離れた画素も欠陥画素に含める例が多くなってきた。

図１１は、従来の赤外線撮像装置の欠陥画素判定時における機能を示すブロック図である。図１１に示す従来の赤外線撮像装置１０は、感度補正基準１１、光学系１２、多画素赤外線検知器１３、感度補正処理部１４、欠陥画素置換処理部１５、および画像情報処理部１６を具備している。

感度補正基準１１は、ペルチェ素子などの温度制御可能な素子からなり、均一な基準温度の赤外線を放射する。また、感度補正基準１１は、感度補正基準１１ａから低輝度の赤外線を放射し、感度補正基準１１ｂから高輝度の赤外線を放射する。つまり、輝度の異なる２種類の赤外線を放射する。光学系１２は、複数枚のレンズとズーム／視野切換え式の場合はその移動機構を含むレンズ機構部から構成されており焦点面を形成する。

多画素赤外線検知器１３は、赤外線を検知するための赤外線検知画素が多数配列されて構成されている赤外線検知アレイと赤外線検知画素が検知した赤外線を光電変換して出力する各画素からの生出力信号を読み出す読出回路とがインジウムバンプを介して接続されている。感度補正処理部１４は、多画素赤外線検知器１３から受けた出力信号に基づいて感度補正を行い、感度補正後信号を出力する。欠陥画素置換処理部１５は、感度補正後信号と感度補正を行っていない出力信号である生出力信号などを用いて欠陥画素か否かを判定する。そして、欠陥画素と判定した画素を欠陥画素の近辺の正常画素と置換し、欠陥画素置換処理後信号を出力する。

感度補正基準１１は、光学系１２の手前もしくは光学系１２内の複数のレンズの間に挿入され、感度補正基準１１から放射された赤外線が光学系１２を通して多画素赤外線検知器１３の赤外線検知画素に対して一様に照射される。多画素赤外線検知器１３は、照射された一様な赤外線を光電変換し、電気信号として出力する。

感度補正処理部１４は、多画素赤外線検知器１３の赤外線検知画素ごとにゲイン補正、オフセット補正などを行うことにより感度を補正する。また、入出力応答特性が平均的な画素の特性からかけ離れた画素は、欠陥画素と判定して感度補正を行わない。欠陥画素置換処理部１５は、欠陥画素と判定された画素からの出力信号を欠陥画素と判定された画素の近辺の画素から出力された信号と置換する。画像情報処理部１６は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）／ＡＬＣ（Automatic Level Control）処理などの画像表示処理を施す。

図１２は、赤外線検知画素の入出力応答特性を示すグラフである。図１２に示す入出力応答特性グラフ２０は、多画素赤外線検知器１３の赤外線検知画素ごとの入出力応答特性を示している。放射輝度線Ｌ１１１は、感度補正基準１１の低輝度側である感度補正基準１１ａが放射する赤外線の放射輝度を示している。また、放射輝度線Ｌ１１２は、感度補正基準１１の高輝度側である感度補正基準１１ｂが放射する赤外線の放射輝度を示している。

入出力応答特性曲線Ｌ１２１は、入射赤外線にまったく応答しない欠陥画素である通称黒傷と呼ばれる画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ１２２は、はじめから飽和レベルに達したままの欠陥画素である通称白傷と呼ばれる画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ１２３は、多数の赤外線検知画素で構成される焦点面を考えたときのその上のある一点である（Ｘ_i，Ｙ_i）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ１２４は、（Ｘ_j，Ｙ_j）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ１２５は、（Ｘ_k，Ｙ_k）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ１２６は、（Ｘ_l，Ｙ_l）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ１２７は、赤外線検知アレイを構成する全赤外線検知画素の平均入出力応答特性を示している。

各入出力応答特性曲線において、放射輝度線Ｌ１１１との交点と放射輝度線Ｌ１１２との交点から各画素のゲインを算出し、全赤外線検知画素のゲインの平均値との比較を行う。たとえば、入出力応答特性曲線Ｌ１２５が示すように、（Ｘ_k，Ｙ_k）画素のゲインは、全画素のゲインの平均値よりゲインが過大なので、（Ｘ_k，Ｙ_k）画素が欠陥画素と判定する。また、入出力応答特性曲線Ｌ１２３、１２４が示すように、（Ｘ_i，Ｙ_i）画素と（Ｘ_j，Ｙ_j）画素のゲインは、全画素のゲインの平均値と大きくかけ離れているわけではないので、（Ｘ_i，Ｙ_i）画素と（Ｘ_j，Ｙ_j）画素が正常な画素であると判定する。また、入出力応答特性曲線Ｌ１２６が示すように、（Ｘ_l，Ｙ_l）画素のゲインは、全画素のゲインの平均値よりゲインが過小なので、（Ｘ_l，Ｙ_l）画素が欠陥画素と判定する。

ゲインを比較することによる欠陥画素判定の具体的な判定基準としては、全画素のゲインの平均値と比較して欠陥画素判定の判定対象となっている画素のゲインがたとえば２倍を超えている場合、もしくはたとえば１／２未満であった場合に欠陥画素と判定する。

また、高温と低温の基準温度に対する各対象素子の高温データと低温データとの差を求め、全素子についての差の平均値と比較し、平均値と上限設定値との和が差の値より大きいか、平均値と下限設定値との和が差の値より小さいとき、その対象素子を欠陥画素と判定する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平９−１６３２２８号公報（段落番号〔００２７〕〜〔００３１〕、図１）

しかし、焦点面上の像の大きさが１〜２画素しかないような微小目標に対して精密な放射計測を行う場合、有効としている全画素について感度補正後の入出力応答特性が所要精度で保証されなければならない。ところが、画素によっては入出力応答の立ち上がりが鈍かったり、入射赤外線がかなり低いレベルから出力が飽和傾向を示すものがある。

こうした画素は感度補正基準信号を取得するために低放射輝度基準面と高放射輝度基準面の少なくとも一方に対する出力がすでに線形領域を外れていて、感度補正後も所要精度の放射計測ができない。特に赤外線検知器出力のオフセットは起動ごとに若干変化するので、感度補正基準放射手段を撮像したときはその出力が線形領域にあって所要の放射計測精度が得られたが、運用時にはオフセットが高く、出力が飽和して所要の放射計測精度が得られないといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、より精度の高い欠陥画素判定が可能な赤外線撮像装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、温度制御が可能で、３つ以上の均一な基準温度の赤外線を放射する感度補正基準１１０と、光学系１２０を介して赤外線を検知し、光電変換を行う多画素赤外線検知器１３０と、多画素赤外線検知器１３０が光電変換して出力した３つ以上の電気信号を用いて多画素赤外線検知器１３０の感度補正および欠陥画素判定を行う感度補正処理部１４０と、感度補正処理部１４０によって欠陥画素と判定された画素からの出力信号を欠陥画素の近傍にある画素の出力信号に置換する欠陥画素置換処理部１５０とを有することを特徴とする赤外線撮像装置が提供される。

このような赤外線撮像装置１００によれば、感度補正基準１１０が３つ以上の均一な基準温度の赤外線を放射し、多画素赤外線検知器１３０が赤外線を検知して光電変換を行い、感度補正処理部１４０が３つ以上の電気信号を用いて感度補正および欠陥画素判定を行うことができる。また、欠陥画素置換処理部１５０が感度補正処理部１４０によって欠陥画素と判定された画素からの出力信号を欠陥画素の近傍にある画素の出力信号に置換することができる。

本発明の赤外線撮像装置によれば、３つ以上の電気信号を用いて欠陥画素判定を行うので、より精度の高い欠陥画素判定を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本実施の形態に適用される発明の概念図である。図１に示す赤外線撮像装置１００は、感度補正基準１１０、光学系１２０、多画素赤外線検知器１３０、感度補正処理部１４０、欠陥画素置換処理部１５０、および画像情報処理部１６０を具備している。

感度補正基準１１０は、ペルチェ素子などの温度制御可能な素子からなり、均一な基準温度の赤外線を放射する。また、最低輝度の赤外線を放射する感度補正基準１１１、最高輝度の赤外線を放射する感度補正基準１１２、および感度補正基準１１１と感度補正基準１１２の中間輝度の赤外線を放射する感度補正基準１１３から３種類の赤外線を放射する。光学系１２０は、複数枚のレンズとズーム／視野切換え式の場合はその移動機構を含むレンズ機構部から構成されており焦点面を形成する。

多画素赤外線検知器１３０は、赤外線を検知するための赤外線検知画素が多数配列されて構成されている赤外線検知アレイと赤外線検知画素が検知した赤外線を光電変換して出力する各画素からの生出力信号を読み出す読出回路とがインジウムバンプを介して接続されている。たとえば、赤外線検知アレイは、Ｍ×Ｎ個の画素が配列されているものとする。

感度補正処理部１４０は、多画素赤外線検知器１３０から受けた出力信号を用いて感度補正を行い、感度補正後信号を出力する。また、感度補正後信号および感度補正を行っていない出力信号である生出力信号などを用いて欠陥画素が否かを判定する。欠陥画素置換処理部１５０は、欠陥画素と判定された画素の出力信号を欠陥画素の近辺の正常画素の出力信号に置換し、欠陥画素置換処理後信号として出力する。

感度補正基準１１０は、感度補正処理を行うときには、光学系１２０の手前もしくは光学系１２０内の複数のレンズの間に挿入され、感度補正基準１１０から放射された赤外線が光学系１２０を通して多画素赤外線検知器１３０の赤外線検知画素に対して一様に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、照射された一様な赤外線を光電変換し、電気信号として出力する。

感度補正処理部１４０は、多画素赤外線検知器１３０の赤外線検知画素ごとにゲイン補正、オフセット補正などを行うことにより感度を補正する。また、入出力応答特性が平均的な画素の特性からかけ離れた画素は、欠陥画素と判定して感度補正を行わない。欠陥画素置換処理部１５０は、欠陥画素と判定された画素からの出力信号を欠陥画素と判定された画素の近辺の画素から出力された信号と置換する。画像情報処理部１６０は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）／ＡＬＣ（Automatic Level Control）処理などの画像表示処理を施す。

図２は、本実施の形態に係る入出力応答特性グラフである。図２に示す入出力応答特性グラフ２００は、本実施の形態に係る赤外線撮像装置１００が備える多数の赤外線検知画素のうちの一部の画素についての入出力応答特性を示している。

放射輝度線Ｌ１１は、感度補正基準１１１が放射する感度補正基準１１０の中で最低輝度の赤外線の放射輝度Ｎ_minを示している。放射輝度線Ｌ１２は、感度補正基準１１２が放射する感度補正基準１１０の中で最高輝度の赤外線の放射輝度Ｎ_maxを示している。放射輝度線Ｌ１３は、感度補正基準１１３が放射する感度補正基準１１１と感度補正基準１１２の中間輝度の赤外線の放射輝度Ｎ_midを示している。

放射輝度線Ｌ１１、Ｌ１２を両端とする範囲は、放射計測精度を要する輝度範囲であり、入出力応答特性グラフ２００においては、精度保証輝度範囲とする。また、精度保証輝度範囲内に設けられた放射輝度線Ｌ１３により区切られた２つの区間を放射輝度が低い方（Ｌ１１−Ｌ１３間）を区間Ｌとし、放射輝度が高い方（Ｌ１３−Ｌ１２間）を区間Ｈとする。

入出力応答特性曲線Ｌ２１は、多数の赤外線検知画素で構成される赤外線検知アレイを考えたときのある一点である（Ｘ_k，Ｙ_k）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ２２は、（Ｘ_j，Ｙ_j）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ２３は、（Ｘ_i，Ｙ_i）画素の入出力応答特性を示している。

入出力応答特性曲線Ｌ２１の放射輝度Ｎ_max、Ｎ_min、Ｎ_midにおける出力電圧をそれぞれＶ_k（Ｎ_max）、Ｖ_k（Ｎ_min）、Ｖ_k（Ｎ_mid）とする。また、入出力応答特性曲線Ｌ２２の放射輝度Ｎ_max、Ｎ_min、Ｎ_midにおける出力電圧をそれぞれＶ_j（Ｎ_max）、Ｖ_j（Ｎ_min）、Ｖ_j（Ｎ_mid）とする。また、入出力応答特性曲線Ｌ２３の放射輝度Ｎ_max、Ｎ_min、Ｎ_midにおける出力電圧をそれぞれＶ_i（Ｎ_max）、Ｖ_i（Ｎ_min）、Ｖ_i（Ｎ_mid）とする。

出力電圧Ｖ_k（Ｎ_max）は、感度補正処理部１４０が感度補正処理を行うときに感度補正基準１１２が赤外線撮像装置１００内の光路に挿入されて、放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射され、光電変換されることによって出力される生出力信号の出力電圧である。以下同様に、出力電圧Ｖ_k（Ｎ_mid）は、感度補正基準１１３が光路に挿入されたときに多画素赤外線検知器１３０から出力される生出力信号の出力電圧であり、出力電圧Ｖ_k（Ｎ_min）は、感度補正基準１１１が光路に挿入されたときに多画素赤外線検知器１３０から出力される生出力信号の出力電圧である。

つまり、感度補正処理部１４０による感度補正処理が行われるときには、入出力応答特性曲線の３点の出力電圧を知ることができる。この入出力応答特性曲線の３点の出力電圧を用いて区間Ｌと区間Ｈにおけるゲインを算出し、比較することによって精度保証輝度範囲に非線形領域を含むか否かを判断する。そして、非線形領域が含まれていると判断した場合には、その画素を欠陥画素と判定する。

入出力応答特性曲線Ｌ２１の区間Ｌ（Ｖ_k（Ｎ_min）−Ｖ_k（Ｎ_mid）間）の傾きをゲインＧ_kL、区間Ｈ（Ｖ_k（Ｎ_mid）−Ｖ_k（Ｎ_max）間）の傾きをゲインＧ_kHとし、入出力応答特性曲線Ｌ２２の区間Ｌ（Ｖ_j（Ｎ_min）−Ｖ_j（Ｎ_mid）間）の傾きをゲインＧ_jL、区間Ｈ（Ｖ_j（Ｎ_mid）−Ｖ_j（Ｎ_max）間）の傾きをゲインＧ_jHとし、入出力応答特性曲線Ｌ２３の区間Ｌ（Ｖ_i（Ｎ_min）−Ｖ_i（Ｎ_mid）間）の傾きをゲインＧ_iL、区間Ｈ（Ｖ_i（Ｎ_mid）−Ｖ_i（Ｎ_max）間）の傾きをゲインＧ_iHとする。

また、疑似入出力応答特性曲線Ｌ３１は、Ｖ_j（Ｎ_min）とＶ_j（Ｎ_mid）とを結ぶ線であり、疑似入出力応答特性曲線Ｌ３２は、Ｖ_i（Ｎ_mid）とＶ_i（Ｎ_max）とを結ぶ線である。つまり、ゲインＧ_jLは、疑似入出力応答特性曲線Ｌ３１の傾きであり、ゲインＧ_iHは、疑似入出力応答特性曲線Ｌ３２の傾きである。つまり、各ゲインを導くための式は以下のようになる。

Ｇ_kL＝｛Ｖ_k（Ｎ_mid）−Ｖ_k（Ｎ_min）｝／｛Ｎ_mid−Ｎ_min｝・・・（１）
Ｇ_kH＝｛Ｖ_k（Ｎ_max）−Ｖ_k（Ｎ_mid）｝／｛Ｎ_max−Ｎ_mid｝・・・（２）
Ｇ_jL＝｛Ｖ_j（Ｎ_mid）−Ｖ_j（Ｎ_min）｝／｛Ｎ_mid−Ｎ_min｝・・・（３）
Ｇ_jH＝｛Ｖ_j（Ｎ_max）−Ｖ_j（Ｎ_mid）｝／｛Ｎ_max−Ｎ_mid｝・・・（４）
Ｇ_iL＝｛Ｖ_i（Ｎ_mid）−Ｖ_i（Ｎ_min）｝／｛Ｎ_mid−Ｎ_min｝・・・（５）
Ｇ_iH＝｛Ｖ_i（Ｎ_max）−Ｖ_i（Ｎ_mid）｝／｛Ｎ_max−Ｎ_mid｝・・・（６）
上記のとおり式（１）は、ゲインＧ_kLを導くための式であり、式（２）は、ゲインＧ_kHを導くための式である。また、式（３）は、ゲインＧ_jLを導くための式であり、式（４）は、ゲインＧ_jHを導くための式である。また、式（５）は、ゲインＧ_iLを導くための式であり、式（６）は、ゲインＧ_iHを導くための式である。

上記各ゲインを求めた後、同一の入出力応答特性曲線のゲインを比較する。同一の入出力応答特性曲線のゲインを比較するための式は以下のようになる。
Ｇ_kH：Ｇ_kL・（１±ｘ）・・・（７）
Ｇ_jH：Ｇ_jL・（１±ｘ）・・・（８）
Ｇ_iH：Ｇ_iL・（１±ｘ）・・・（９）
式（７）は、入出力応答特性曲線Ｌ２１の区間ＬのゲインＧ_kLと区間ＨのゲインＧ_kHを比較するための式である。式（７）の右辺にあるｘはゲインの許容範囲を入れるための変数である。たとえば、ゲインの差が５％以内であれば精度保証輝度範囲で線形性を保っていると判断する場合には、ｘの値が０．０５となる。以下同様に、式（８）は、入出力応答特性曲線Ｌ２２の区間ＬのゲインＧ_jLと区間ＨのゲインＧ_jHを比較するための式であり、式（９）は、入出力応答特性曲線Ｌ２３の区間ＬのゲインＧ_iLと区間ＨのゲインＧ_iHを比較するための式である。

図３は、本実施の形態に係る感度補正処理部が行う感度補正・欠陥判定処理系統図である。図３に示す感度補正処理部１４０は、スイッチＳＷ１１が投入されると、光学系１２０の前に感度補正基準１１１を挿入し、低放射輝度基準応答取得指令を出力する。感度補正基準１１１から放射される放射輝度Ｎ_minの最低輝度の赤外線は、光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、感度補正基準１１１から出力された赤外線を受けると光電変換を行い、感度補正処理部１４０に対して各画素の生出力信号を送信する。感度補正処理部１４０は、放射輝度Ｎ_minに対する各画素の生出力信号をフレームメモリ１４１ａに保存する。

また、感度補正処理部１４０は、スイッチＳＷ１２が投入されると、光学系１２０の前に感度補正基準１１３を挿入し、中放射輝度基準応答取得指令を出力する。感度補正基準１１３から放射される放射輝度Ｎ_midの中間輝度の赤外線は、光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、感度補正基準１１３から出力された赤外線を受けると光電変換を行い、感度補正処理部１４０に対して各画素の生出力信号を送信する。感度補正処理部１４０は、放射輝度Ｎ_midに対する各画素の生出力信号をフレームメモリ１４１ｂに保存する。

また、感度補正処理部１４０は、スイッチＳＷ１３が投入されると、光学系１２０の前に感度補正基準１１２を挿入し、高放射輝度基準応答取得指令を出力する。感度補正基準１１２から放射される放射輝度Ｎ_maxの最高輝度の赤外線は、光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、感度補正基準１１２から出力された赤外線を受けると光電変換を行い、感度補正処理部１４０に対して各画素の生出力信号を送信する。感度補正処理部１４０は、放射輝度Ｎ_maxに対する各画素の生出力信号をフレームメモリ１４１ｃに保存する。

感度補正処理部１４０は、フレームメモリ１４１ａに保存されている放射輝度Ｎ_minに対する各画素の生出力信号の出力電圧を各画素の個別オフセットとする。また、全画素平均値算出部１４２ａは、フレームメモリ１４１ａに保存されている放射輝度Ｎ_minに対する各画素の生出力信号の出力電圧を読み取り、全画素平均出力を算出する。この全画素平均出力が共通オフセットとなる。

感度補正処理部１４０は、フレームメモリ１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_midに対する各画素の生出力信号の出力電圧からフレームメモリ１４１ａに保存されている放射輝度Ｎ_minに対する各画素の生出力信号の出力電圧を引いて各画素の低輝度ゲインを算出する。また、全画素平均値算出部１４２ｂは、各画素の低輝度ゲインを受け、全画素平均ゲインを算出する。各画素ゲイン補正係数算出部１４３は、各画素の低輝度ゲインと全画素平均ゲインからゲイン補正係数を算出する。

感度補正処理部１４０は、フレームメモリ１４１ｃに保存されている放射輝度Ｎ_maxに対する各画素の生出力信号の出力電圧からフレームメモリ１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_midに対する各画素の生出力信号の出力電圧を引いて各画素の高輝度ゲインを算出する。そして、ゲイン比較部１４４は、各画素の低輝度ゲインと高輝度ゲインを比較することにより、対象画素が欠陥画素か否かを判定する。変換マップデータ生成部１４５は、欠陥画素と判定された画素のアドレスデータを受け取ると、当該欠陥画素の近辺の正常画素を探索し、欠陥画素のアドレスデータと当該正常画素のアドレスデータの関係を示すアドレス変換マップを生成する。欠陥画素の近辺の正常画素を探索する方法としては、具体的には、欠陥画素と判定された画素の左隣、右隣、上隣、下隣の順に正常画素を探索し、最初に正常画素と判断された画素を欠陥画素の置換元の画素とする。

そして、感度補正処理部１４０は、算出した各画素の個別オフセット、ゲイン補正係数、および共通オフセットを用いて感度補正処理を行い、感度補正処理を行った電気信号を感度補正後信号として出力する。

図４は、本実施の形態に係る欠陥画素置換処理部が行う欠陥画素置換処理系統図である。図４に示す欠陥画素置換処理部１５０は、フレームメモリ１５１、書込アドレス発生部１５２、順次アドレス発生部１５３、およびアドレス変換部１５４を備えている。

フレームメモリ１５１は、感度補正後の出力信号である感度補正後信号をいったん記憶する。そして、欠陥画素と判定された画素を含む場合には、欠陥画素置換処理が行われて欠陥置換処理後信号として読み出される。書込アドレス発生部１５２は、フレーム同期、走査線同期、画素クロックの３つの同期信号を用いて書込アドレスを生成する。また、順次アドレス発生部１５３は、書込アドレス発生部１５２と同様に、入力される３つの同期信号によって順次アドレスを生成する。アドレス変換部１５４は、順次アドレスの欠陥画素と判定された画素アドレスを、アドレス変換マップを用いて欠陥画素と置換する正常画素の画素アドレスに変換し、読出アドレスとして出力する。

アドレス変換部１５４がアドレス変換を行ったときの書込アドレスと読出アドレスを図５に示す。
図５は、アドレス変換を行ったときのアドレスデータのデータ構造を示す図である。図５に示すアドレスデータ３００は、上から書込アドレス、欠陥画素の左隣の正常画素と置換する場合の読出アドレス、欠陥画素の右隣の正常画素と置換する場合の読出アドレス、欠陥画素の上隣の正常画素と置換する場合の読出アドレス、欠陥画素の下隣の正常画素と置換する場合の読出アドレスである。欠陥画素の画素アドレスは（ｉ，ｊ）であるとする。

書込アドレスは、書込アドレス発生部１５２によって撮像素子の走査方向と同様に、左から右へ、上から下へ順にアドレスが生成されている。そして、フレームメモリ１５１から各画素の出力信号が読み出されるとき、読出アドレスを変化させることによって置換処理を行う。

欠陥画素を左隣の正常画素と置換するときには、アドレスデータ３００の２段目に記載されているとおり、欠陥画素の画素アドレスである（ｉ，ｊ）に対応する画素アドレスが欠陥画素の左隣の画素アドレスである（ｉ−１，ｊ）に変更される。以下同様に、右隣の正常画素と置換するときには、欠陥画素の右隣の画素アドレスである（ｉ＋１，ｊ）に、上隣の正常画素と置換するときには、欠陥画素の上隣の画素アドレスである（ｉ，ｊ−１）に、下隣の正常画素と置換するときには、欠陥画素の下隣の画素アドレスである（ｉ，ｊ＋１）に変更される。

図６は、本実施の形態に係る赤外線撮像装置が行う感度補正・欠陥判定処理の処理手順を示すフローチャートである。以下、図６に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
〔ステップＳ１１〕赤外線撮像装置１００は、低放射輝度応答取得指令信号を受信すると、赤外線撮像装置１００における光路の光学系１２０の前もしくは光学系１２０の複数のレンズの間に感度補正基準１１１を挿入する。すると、感度補正基準１１１が放射する放射輝度Ｎ_minの赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０が備える多数の赤外線検知画素に一様に照射される。そして、多画素赤外線検知器１３０は、照射された放射輝度Ｎ_minの赤外線を光電変換し、各画素の生出力信号として出力する。

〔ステップＳ１２〕フレームメモリ１４１ａは、放射輝度Ｎ_minの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号を保存する。
〔ステップＳ１３〕赤外線撮像装置１００は、中放射輝度応答取得指令信号を受信すると、赤外線撮像装置１００における光路の光学系１２０の前もしくは光学系１２０の複数のレンズの間に感度補正基準１１３を挿入する。すると、感度補正基準１１３が放射する放射輝度Ｎ_midの赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０が備える多数の赤外線検知画素に一様に照射される。そして、多画素赤外線検知器１３０は、照射された放射輝度Ｎ_midの赤外線を光電変換し、各画素の生出力信号として出力する。

〔ステップＳ１４〕フレームメモリ１４１ｂは、放射輝度Ｎ_midの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号を保存する。
〔ステップＳ１５〕赤外線撮像装置１００は、高放射輝度応答取得指令信号を受信すると、赤外線撮像装置１００における光路の光学系１２０の前もしくは光学系１２０の複数のレンズの間に感度補正基準１１２を挿入する。すると、感度補正基準１１２が放射する放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０が備える多数の赤外線検知画素に一様に照射される。そして、多画素赤外線検知器１３０は、照射された放射輝度Ｎ_maxの赤外線を光電変換し、各画素の生出力信号として出力する。

〔ステップＳ１６〕フレームメモリ１４１ｃは、放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号を保存する。
〔ステップＳ１７〕感度補正処理部１４０は、フレームメモリ１４１ａに保存されている放射輝度Ｎ_minの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧を各画素のオフセットである個別オフセットとする。また、全画素平均値算出部１４２ａは、放射輝度Ｎ_minの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の全画素の出力電圧の平均値を算出し、算出した平均出力電圧を共通オフセットとする。

〔ステップＳ１８〕感度補正処理部１４０は、フレームメモリ１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_midの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧からフレームメモリ１４１ａに保存されている放射輝度Ｎ_minの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧を引くことによって各画素の低輝度ゲインを算出し、各画素ゲイン補正係数算出部１４３、全画素平均値算出部１４２ｂ、およびゲイン比較部１４４へ出力する。また、全画素平均値算出部１４２ｂは、各画素の低輝度ゲインを受け取ると、全画素の低輝度ゲインの平均値を算出し、各画素ゲイン補正係数算出部１４３へ出力する。各画素ゲイン補正係数算出部１４３は、各画素の低輝度ゲインと全画素の低輝度ゲインの平均値を受け取ると、ゲイン補正係数を算出する。

〔ステップＳ１９〕感度補正処理部１４０は、フレームメモリ１４１ｃに保存されている放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧からフレームメモリ１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_midの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧を引くことによって各画素の高輝度ゲインを算出し、ゲイン比較部１４４へ出力する。

〔ステップＳ２０〕ゲイン比較部１４４は、各画素の低輝度ゲインと高輝度ゲインを比較する。そして、低輝度ゲインと高輝度ゲインの差異が大きい画素を欠陥画素と判定する。

〔ステップＳ２１〕ゲイン比較部１４４は、欠陥画素と判定した画素の画素アドレスを抽出し、記録する。
〔ステップＳ２２〕ゲイン比較部１４４は、欠陥画素と判定した画素の左隣、右隣、上隣、下隣の順に正常画素を探索する。そして、最初に見つかった正常画素を欠陥画素に対する置換元の画素とするために、当該正常画素の画素アドレスを記録する。

〔ステップＳ２３〕変換マップデータ生成部１４５は、欠陥画素の画素アドレスと、置換元の正常画素の画素アドレスの関係を示すアドレス変換マップを生成する。
〔ステップＳ２４〕感度補正処理部１４０は、個別オフセット、ゲイン補正係数、および共通オフセットを各パラメータレジスタにセットする。また、アドレス変換マップを欠陥画素置換処理部１５０に対して出力する。欠陥画素置換処理部１５０のアドレス変換部１５４は、アドレス変換マップを受け取ると、パラメータレジスタにセットする。

〔ステップＳ２５〕赤外線撮像装置１００は、感度補正基準１１０を収納する。つまり、感度補正基準１１０が赤外線撮像装置１００内の光路から外されることによって撮像が可能な状態にする。そして、赤外線撮像装置１００は、撮像開始指令を受けると感度補正処理および欠陥画素置換処理を行いながら撮像を行う。

以上のような処理を行うことにより、精度の高い欠陥画素判定を行うことができる。したがって、焦点面における像のサイズが１〜２画素しかない微小目標に対しても精密な放射計測を行うことができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の赤外線撮像装置は、４点の放射輝度を用いて欠陥画素判定を行うことが異なる以外は、第１の実施の形態で示した構成と同様である。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付すなどして適宜その説明は省略する。

図７は、本実施の形態に適用される発明の概念図である。図７に示す赤外線撮像装置２１００は、感度補正基準２１１０、光学系１２０、多画素赤外線検知器１３０、感度補正処理部２１４０、欠陥画素置換処理部１５０、および画像情報処理部１６０を具備している。

感度補正基準２１１０は、ペルチェ素子などの温度制御可能な素子からなり、均一な基準温度の赤外線を放射する。また、最低輝度の赤外線を放射する感度補正基準２１１１、最高輝度の赤外線を放射する感度補正基準２１１２、感度補正基準２１１１と感度補正基準２１１２の中間輝度１の赤外線を放射する感度補正基準２１１３、および中間輝度２の赤外線を放射する感度補正基準２１１４から４種類の赤外線を放射する。

感度補正処理部２１４０は、多画素赤外線検知器１３０から受けた出力信号を用いて感度補正を行い、感度補正後信号を出力する。また、感度補正後信号および感度補正を行っていない出力信号である生出力信号などを用いて欠陥画素か否かを判定する。欠陥画素置換処理部１５０は、欠陥画素と判定された画素の出力信号を欠陥画素の近辺の正常画素の出力信号に置換し、欠陥画素置換処理後信号として出力する。

感度補正基準２１１０は、感度補正処理を行うときには、光学系１２０の手前もしくは光学系１２０内の複数のレンズの間に挿入され、感度補正基準２１１０から放射された赤外線が光学系１２０を通して多画素赤外線検知器１３０の赤外線検知画素に対して一様に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、照射された一様な赤外線を光電変換し、電気信号として出力する。

感度補正処理部２１４０は、多画素赤外線検知器１３０の赤外線検知画素ごとにゲイン補正、オフセット補正などを行うことにより感度を補正する。また、入出力応答特性が平均的な画素の特性からかけ離れた画素は、欠陥画素と判定して感度補正を行わない。欠陥画素置換処理部１５０は、欠陥画素と判定された画素からの出力信号を欠陥画素と判定された画素の近辺の画素から出力された信号と置換する。画像情報処理部１６０は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）／ＡＬＣ（Automatic Level Control）処理などの画像表示処理を施す。

図８は、本実施の形態に係る入出力応答特性グラフである。図８に示す入出力応答特性グラフ２２００は、本実施の形態に係る赤外線撮像装置２１００が備える多数の赤外線検知画素のうちの一部の画素についての入出力応答特性を示している。

放射輝度線Ｌ２１１は、感度補正基準２１１１が放射する感度補正基準２１１０の中で最低輝度の赤外線の放射輝度Ｎ_minを示している。放射輝度線Ｌ２１２は、感度補正基準２１１２が放射する感度補正基準２１１０の中で最高輝度の赤外線の放射輝度Ｎ_maxを示している。放射輝度線Ｌ２１３は、感度補正基準２１１３が放射する感度補正基準２１１１と感度補正基準２１１２の中間輝度１の赤外線の放射輝度Ｎ_m1を示している。放射輝度線Ｌ２１４は、感度補正基準２１１４が放射する感度補正基準２１１１と感度補正基準２１１２の中間輝度２の赤外線の放射輝度Ｎ_m2を示している。

放射輝度線Ｌ２１１、Ｌ２１２を両端とする範囲は、放射計測精度を要する輝度範囲であり、入出力応答特性グラフ２２００においては、精度保証輝度範囲とする。また、精度保証輝度範囲内に設けられた放射輝度線Ｌ２１３、Ｌ２１４により区切られた３つの区間を放射輝度が低い方（Ｌ２１１−Ｌ２１３間）を区間Ｌとし、放射輝度が高い方（Ｌ２１４−Ｌ２１２間）を区間Ｈとし、区間Ｌと区間Ｈに挟まれた区間（Ｌ２１３−Ｌ２１４間）を区間Ｍとする。

入出力応答特性曲線Ｌ２２１は、多数の赤外線検知画素で構成される赤外線検知アレイを考えたときのある一点である（Ｘ_k，Ｙ_k）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ２２２は、（Ｘ_j，Ｙ_j）画素の入出力応答特性を示している。入出力応答特性曲線Ｌ２２３は、（Ｘ_i，Ｙ_i）画素の入出力応答特性を示している。

入出力応答特性曲線Ｌ２２１の放射輝度Ｎ_max、Ｎ_min、Ｎ_m1、Ｎ_m2における出力電圧をそれぞれＶ_k（Ｎ_max）、Ｖ_k（Ｎ_min）、Ｖ_k（Ｎ_m1）、Ｖ_k（Ｎ_m2）とする。また、入出力応答特性曲線Ｌ２２２の放射輝度Ｎ_max、Ｎ_min、Ｎ_m1、Ｎ_m2における出力電圧をそれぞれＶ_j（Ｎ_max）、Ｖ_j（Ｎ_min）、Ｖ_j（Ｎ_m1）、Ｖ_j（Ｎ_m2）とする。また、入出力応答特性曲線Ｌ２２３の放射輝度Ｎ_max、Ｎ_min、Ｎ_m1、Ｎ_m2における出力電圧をそれぞれＶ_i（Ｎ_max）、Ｖ_i（Ｎ_min）、Ｖ_i（Ｎ_m1）、Ｖ_i（Ｎ_m2）とする。

出力電圧Ｖ_k（Ｎ_max）は、感度補正処理部２１４０が感度補正処理を行うときに感度補正基準２１１２が赤外線撮像装置１００内の光路に挿入されて、放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射され、光電変換されることによって出力される生出力信号の出力電圧である。以下同様に、出力電圧Ｖ_k（Ｎ_m1）は、感度補正基準２１１３が光路に挿入されたときに多画素赤外線検知器１３０から出力される生出力信号の出力電圧であり、出力電圧Ｖ_k（Ｎ_m2）は、感度補正基準２１１４が光路に挿入されたときに多画素赤外線検知器１３０から出力される生出力信号の出力電圧であり、出力電圧Ｖ_k（Ｎ_min）は、感度補正基準２１１１が光路に挿入されたときに多画素赤外線検知器１３０から出力される生出力信号の出力電圧である。

つまり、感度補正処理部２１４０による感度補正処理が行われるときには、入出力応答特性曲線の４点の出力電圧を知ることができる。この入出力応答特性曲線の４点の出力電圧を用いて区間Ｌ、区間Ｍ、および区間Ｈにおけるゲインを算出し、比較することによって精度保証輝度範囲に非線形領域を含むか否かを判断する。そして、非線形領域が含まれていると判断した場合には、その画素を欠陥画素と判定する。

入出力応答特性曲線Ｌ２２１の区間Ｌ（Ｖ_k（Ｎ_min）−Ｖ_k（Ｎ_m1）間）の傾きをゲインＧ_kL、区間Ｍ（Ｖ_k（Ｎ_m1）−Ｖ_k（Ｎ_m2）間）の傾きをゲインＧ_kM、区間Ｈ（Ｖ_k（Ｎ_m2）−Ｖ_k（Ｎ_max）間）の傾きをゲインＧ_kHとし、入出力応答特性曲線Ｌ２２２の区間Ｌ（Ｖ_j（Ｎ_min）−Ｖ_j（Ｎ_m1）間）の傾きをゲインＧ_jL、区間Ｍ（Ｖ_j（Ｎ_m1）−Ｖ_j（Ｎ_m2）間）の傾きをゲインＧ_jM、区間Ｈ（Ｖ_j（Ｎ_m2）−Ｖ_j（Ｎ_max）間）の傾きをゲインＧ_jHとし、入出力応答特性曲線Ｌ２２３の区間Ｌ（Ｖ_i（Ｎ_min）−Ｖ_i（Ｎ_m1）間）の傾きをゲインＧ_iL、区間Ｍ（Ｖ_i（Ｎ_m1）−Ｖ_i（Ｎ_m2）間）の傾きをゲインＧ_iM、区間Ｈ（Ｖ_i（Ｎ_m2）−Ｖ_i（Ｎ_max）間）の傾きをゲインＧ_iHとする。

また、疑似入出力応答特性曲線Ｌ２３１は、Ｖ_j（Ｎ_min）とＶ_j（Ｎ_m1）とを結ぶ線であり、疑似入出力応答特性曲線Ｌ２３２は、Ｖ_j（Ｎ_m1）とＶ_j（Ｎ_m2）とを結ぶ線であり、疑似入出力応答特性曲線Ｌ２３３は、Ｖ_i（Ｎ_m2）とＶ_i（Ｎ_max）とを結ぶ線である。つまり、ゲインＧ_jLは、疑似入出力応答特性曲線Ｌ２３１の傾きであり、ゲインＧ_jMは、疑似入出力応答特性曲線Ｌ２３２の傾きであり、ゲインＧ_iHは、疑似入出力応答特性曲線Ｌ２３３の傾きである。つまり、各ゲインを導くための式は以下のようになる。

Ｇ_kL＝｛Ｖ_k（Ｎ_m1）−Ｖ_k（Ｎ_min）｝／｛Ｎ_m1−Ｎ_min｝・・・（１０）
Ｇ_kM＝｛Ｖ_k（Ｎ_m2）−Ｖ_k（Ｎ_m1）｝／｛Ｎ_m2−Ｎ_m1｝・・・（１１）
Ｇ_kH＝｛Ｖ_k（Ｎ_max）−Ｖ_k（Ｎ_m2）｝／｛Ｎ_max−Ｎ_m2｝・・・（１２）
Ｇ_jL＝｛Ｖ_j（Ｎ_m1）−Ｖ_j（Ｎ_min）｝／｛Ｎ_m1−Ｎ_min｝・・・（１３）
Ｇ_jM＝｛Ｖ_j（Ｎ_m2）−Ｖ_j（Ｎ_m1）｝／｛Ｎ_m2−Ｎ_m1｝・・・（１４）
Ｇ_jH＝｛Ｖ_j（Ｎ_max）−Ｖ_j（Ｎ_m2）｝／｛Ｎ_max−Ｎ_m2｝・・・（１５）
Ｇ_iL＝｛Ｖ_i（Ｎ_m1）−Ｖ_i（Ｎ_min）｝／｛Ｎ_m1−Ｎ_min｝・・・（１６）
Ｇ_iM＝｛Ｖ_i（Ｎ_m2）−Ｖ_i（Ｎ_m1）｝／｛Ｎ_m2−Ｎ_m1｝・・・（１７）
Ｇ_iH＝｛Ｖ_i（Ｎ_max）−Ｖ_i（Ｎ_m2）｝／｛Ｎ_max−Ｎ_m2｝・・・（１８）
上記のとおり式（１０）は、ゲインＧ_kLを導くための式であり、式（１１）は、ゲインＧ_kMを導くための式であり、式（１２）は、ゲインＧ_kHを導くための式である。また、式（１３）は、ゲインＧ_jLを導くための式であり、式（１４）は、ゲインＧ_jMを導くための式であり、式（１５）は、ゲインＧ_jHを導くための式である。また、式（１６）は、ゲインＧ_iLを導くための式であり、式（１７）は、ゲインＧ_iMを導くための式であり、式（１８）は、ゲインＧ_iHを導くための式である。

上記各ゲインを求めた後、同一の入出力応答特性曲線の区間Ｌのゲインと区間Ｍのゲイン、および区間Ｍのゲインと区間Ｈのゲインを比較する。同一の入出力応答特性曲線の各ゲインを比較するための式は以下のようになる。

Ｇ_kL：Ｇ_kM・（１±ｘ）・・・（１９）
Ｇ_kH：Ｇ_kM・（１±ｘ）・・・（２０）
Ｇ_jL：Ｇ_jM・（１±ｘ）・・・（２１）
Ｇ_jH：Ｇ_jM・（１±ｘ）・・・（２２）
Ｇ_iL：Ｇ_iM・（１±ｘ）・・・（２３）
Ｇ_iH：Ｇ_iM・（１±ｘ）・・・（２４）
式（１９）は、入出力応答特性曲線Ｌ２２１の区間ＬのゲインＧ_kLと区間ＭのゲインＧ_kMを比較するための式であり、式（２０）は、入出力応答特性曲線Ｌ２２１の区間ＨのゲインＧ_kHと区間ＭのゲインＧ_kMを比較するための式である。式（１９）および式（２０）の右辺にあるｘはゲインの許容範囲を入れるための変数である。たとえば、ゲインの差が５％以内であれば精度保証輝度範囲で線形性を保っていると判断する場合には、ｘの値が０．５となる。また、入出力応答特性曲線Ｌ２２１において、式（１９）と式（２０）の両方を満たしたときに正常画素と判断する。

以下同様に、式（２１）は、入出力応答特性曲線Ｌ２２２の区間ＬのゲインＧ_jLと区間ＭのゲインＧ_jMを比較するための式であり、式（２２）は、入出力応答特性曲線Ｌ２２２の区間ＨのゲインＧ_jHと区間ＭのゲインＧ_jMを比較するための式である。また、式（２３）は、入出力応答特性曲線Ｌ２２３の区間ＬのゲインＧ_iLと区間ＭのゲインＧ_iMを比較するための式であり、式（２４）は、入出力応答特性曲線Ｌ２２３の区間ＨのゲインＧ_iHと区間ＭのゲインＧ_iMを比較するための式である。

図９は、本実施の形態に係る感度補正処理部が行う感度補正・欠陥判定処理系統図である。図９に示す感度補正処理部２１４０は、スイッチＳＷ２１１が投入されると、光学系１２０の前に感度補正基準２１１１を挿入し、低放射輝度基準応答取得指令を出力する。感度補正基準２１１１から放射される放射輝度Ｎ_minの最低輝度の赤外線は、光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、感度補正基準２１１１から出力された赤外線を受けると光電変換を行い、感度補正処理部２１４０に対して各画素の生出力信号を送信する。感度補正処理部２１４０は、放射輝度Ｎ_minに対する各画素の生出力信号をフレームメモリ２１４１ａに保存する。

また、感度補正処理部２１４０は、スイッチＳＷ２１２が投入されると、光学系１２０の前に感度補正基準２１１３を挿入し、中放射輝度１基準応答取得指令を出力する。感度補正基準２１１３から放射される放射輝度Ｎ_m1の中間輝度１の赤外線は、光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、感度補正基準２１１３から出力された赤外線を受けると光電変換を行い、感度補正処理部２１４０に対して各画素の生出力信号を送信する。感度補正処理部２１４０は、放射輝度Ｎ_m1に対する各画素の生出力信号をフレームメモリ２１４１ｂに保存する。

また、感度補正処理部２１４０は、スイッチＳＷ２１３が投入されると、光学系１２０の前に感度補正基準２１１４を挿入し、中放射輝度２基準応答取得指令を出力する。感度補正基準２１１４から放射される放射輝度Ｎ_m2の中間輝度２の赤外線は、光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、感度補正基準１１３から出力された赤外線を受けると光電変換を行い、感度補正処理部２１４０に対して各画素の生出力信号を送信する。感度補正処理部２１４０は、放射輝度Ｎ_m2に対する各画素の生出力信号をフレームメモリ２１４１ｃに保存する。

また、感度補正処理部２１４０は、スイッチＳＷ２１４が投入されると、光学系１２０の前に感度補正基準２１１２を挿入し、高放射輝度基準応答取得指令を出力する。感度補正基準２１１２から放射される放射輝度Ｎ_maxの最高輝度の赤外線は、光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０に照射される。多画素赤外線検知器１３０は、感度補正基準２１１２から出力された赤外線を受けると光電変換を行い、感度補正処理部２１４０に対して各画素の生出力信号を送信する。感度補正処理部２１４０は、放射輝度Ｎ_maxに対する各画素の生出力信号をフレームメモリ２１４１ｄに保存する。

感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_m1に対する各画素の生出力信号の出力電圧を各画素の個別オフセットとする。また、全画素平均値算出部２１４２ａは、フレームメモリ２１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_m1に対する各画素の生出力信号の出力電圧を読み取り、全画素平均出力を算出する。この全画素平均出力が共通オフセットとなる。

感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｃに保存されている放射輝度Ｎ_m2に対する各画素の生出力信号の出力電圧からフレームメモリ２１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_m1に対する各画素の生出力信号の出力電圧を引いて各画素の中輝度ゲインを算出する。また、全画素平均値算出部２１４２ｂは、各画素の中輝度ゲインを受け、全画素平均ゲインを算出する。各画素ゲイン補正係数算出部２１４３は、各画素の中輝度ゲインと全画素平均ゲインからゲイン補正係数を算出する。

感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_m1に対する各画素の生出力信号の出力電圧からフレームメモリ２１４１ａに保存されている放射輝度Ｎ_minに対する各画素の生出力信号の出力電圧を引いて各画素の低輝度ゲインを算出する。また、感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｄに保存されている放射輝度Ｎ_maxに対する各画素の生出力信号の出力電圧からフレームメモリ２１４１ｃに保存されている放射輝度Ｎ_m2に対する各画素の生出力信号の出力電圧を引いて各画素の高輝度ゲインを算出する。

ゲイン比較部２１４４ａは、各画素の低輝度ゲインと中輝度ゲインを比較する。また、ゲイン比較部２１４４ｂは、各画素の中輝度ゲインと高輝度ゲインを比較する。そして、ゲイン直線性判定部２１４４ｃは、ゲイン比較部２１４４ａとゲイン比較部２１４４ｂの比較結果を受け、対象画素が欠陥画素か否かを判定する。

変換マップデータ生成部２１４５は、欠陥画素と判定された画素のアドレスデータを受け取ると、当該欠陥画素の近辺の正常画素を探索し、欠陥画素のアドレスデータと当該正常画素のアドレスデータの関係を示すアドレス変換マップを生成する。欠陥画素の近辺の正常画素を探索する方法としては、具体的には、欠陥画素と判定された画素の左隣、右隣、上隣、下隣の順に正常画素を探索し、最初に正常画素と判断された画素を欠陥画素の置換元の画素とする。

そして、感度補正処理部２１４０は、算出した各画素の個別オフセット、ゲイン補正係数、および共通オフセットを用いて感度補正処理を行い、感度補正処理を行った電気信号を感度補正後信号として出力する。

図１０は、本実施の形態に係る赤外線撮像装置が行う感度補正・欠陥判定処理の処理手順を示すフローチャートである。以下、図１０に示す処理をステップ番号に沿って説明する。

〔ステップＳ３１〕赤外線撮像装置２１００は、低放射輝度応答取得指令信号を受信すると、赤外線撮像装置２１００における光路の光学系１２０の前もしくは光学系１２０の複数のレンズの間に感度補正基準２１１１を挿入する。すると、感度補正基準２１１１が放射する放射輝度Ｎ_minの赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０が備える多数の赤外線検知画素に一様に照射される。そして、多画素赤外線検知器１３０は、照射された放射輝度Ｎ_minの赤外線を光電変換し、各画素の生出力信号として出力する。

〔ステップＳ３２〕フレームメモリ２１４１ａは、放射輝度Ｎ_minの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号を保存する。
〔ステップＳ３３〕赤外線撮像装置２１００は、中放射輝度１応答取得指令信号を受信すると、赤外線撮像装置２１００における光路の光学系１２０の前もしくは光学系１２０の複数のレンズの間に感度補正基準２１１３を挿入する。すると、感度補正基準２１１３が放射する放射輝度Ｎ_m1の赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０が備える多数の赤外線検知画素に一様に照射される。そして、多画素赤外線検知器１３０は、照射された放射輝度Ｎ_m1の赤外線を光電変換し、各画素の生出力信号として出力する。

〔ステップＳ３４〕フレームメモリ２１４１ｂは、放射輝度Ｎ_m1の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号を保存する。
〔ステップＳ３５〕赤外線撮像装置２１００は、中放射輝度２応答取得指令信号を受信すると、赤外線撮像装置２１００における光路の光学系１２０の前もしくは光学系１２０の複数のレンズの間に感度補正基準２１１４を挿入する。すると、感度補正基準２１１４が放射する放射輝度Ｎ_m2の赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０が備える多数の赤外線検知画素に一様に照射される。そして、多画素赤外線検知器１３０は、照射された放射輝度Ｎ_m2の赤外線を光電変換し、各画素の生出力信号として出力する。

〔ステップＳ３６〕フレームメモリ２１４１ｃは、放射輝度Ｎ_m2の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号を保存する。
〔ステップＳ３７〕赤外線撮像装置２１００は、高放射輝度応答取得指令信号を受信すると、赤外線撮像装置２１００における光路の光学系１２０の前もしくは光学系１２０の複数のレンズの間に感度補正基準２１１２を挿入する。すると、感度補正基準２１１２が放射する放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光学系１２０を介して多画素赤外線検知器１３０が備える多数の赤外線検知画素に一様に照射される。そして、多画素赤外線検知器１３０は、照射された放射輝度Ｎ_maxの赤外線を光電変換し、各画素の生出力信号として出力する。

〔ステップＳ３８〕フレームメモリ２１４１ｄは、放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号を保存する。
〔ステップＳ３９〕感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_m1の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧を各画素のオフセットである個別オフセットとする。また、全画素平均値算出部２１４２ａは、放射輝度Ｎ_m1の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の全画素の出力電圧の平均値を算出し、算出した平均出力電圧を共通オフセットとする。

〔ステップＳ４０〕感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｃに保存されている放射輝度Ｎ_m2の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧からフレームメモリ２１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_m1の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧を引くことによって各画素の中輝度ゲインを算出し、各画素ゲイン補正係数算出部２１４３、全画素平均値算出部２１４２ｂ、およびゲイン比較部２１４４ａ、２１４４ｂへ出力する。また、全画素平均値算出部２１４２ｂは、各画素の中輝度ゲインを受け取ると、全画素の中輝度ゲインの平均値を算出し、各画素ゲイン補正係数算出部２１４３へ出力する。各画素ゲイン補正係数算出部２１４３は、各画素の中輝度ゲインと全画素の中輝度ゲインの平均値を受け取ると、ゲイン補正係数を算出する。

〔ステップＳ４１〕感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｂに保存されている放射輝度Ｎ_m1の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧からフレームメモリ２１４１ａに保存されている放射輝度Ｎ_minの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧を引くことによって各画素の低輝度ゲインを算出し、ゲイン比較部２１４４ａへ出力する。

〔ステップＳ４２〕感度補正処理部２１４０は、フレームメモリ２１４１ｄに保存されている放射輝度Ｎ_maxの赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧からフレームメモリ２１４１ｃに保存されている放射輝度Ｎ_m2の赤外線が光電変換されることによって出力された生出力信号の各画素の出力電圧を引くことによって各画素の高輝度ゲインを算出し、ゲイン比較部２１４４ｂへ出力する。

〔ステップＳ４３〕ゲイン比較部２１４４ａは、各画素の低輝度ゲインと中輝度ゲインを比較し、比較結果をゲイン直線性判定部２１４４ｃに出力する。また、ゲイン比較部２１４４ｂは、各画素の中輝度ゲインと高輝度ゲインを比較し、比較結果をゲイン直線性判定部２１４４ｃに出力する。そして、ゲイン直線性判定部２１４４ｃは、低輝度ゲインと中輝度ゲインの差異もしくは中輝度ゲインと高輝度ゲインの差異が大きい画素を欠陥画素と判定する。

〔ステップＳ４４〕ゲイン直線性判定部２１４４ｃは、欠陥画素と判定した画素の画素アドレスを抽出し、記録する。
〔ステップＳ４５〕ゲイン直線性判定部２１４４ｃは、欠陥画素と判定した画素の左隣、右隣、上隣、下隣の順に正常画素を探索する。そして、最初に見つかった正常画素を欠陥画素に対する置換元の画素とするために、当該正常画素の画素アドレスを記録する。

〔ステップＳ４６〕変換マップデータ生成部２１４５は、欠陥画素の画素アドレスと、置換元の正常画素の画素アドレスの関係を示すアドレス変換マップを生成する。
〔ステップＳ４７〕感度補正処理部２１４０は、個別オフセット、ゲイン補正係数、および共通オフセットを各パラメータレジスタにセットする。また、アドレス変換マップを欠陥画素置換処理部１５０に対して出力する。欠陥画素置換処理部１５０のアドレス変換部１５４は、アドレス変換マップを受け取ると、パラメータレジスタにセットする。

〔ステップＳ４８〕赤外線撮像装置２１００は、感度補正基準２１１０を収納する。つまり、感度補正基準２１１０が赤外線撮像装置２１００内の光路から外されることによって撮像が可能な状態にする。そして、赤外線撮像装置２１００は、撮像開始指令を受けると感度補正処理および欠陥画素置換処理を行いながら撮像を行う。

以上のような処理を行うことにより、より精度の高い欠陥画素判定を行うことができる。したがって、焦点面における像のサイズが１〜２画素しかないような微小目標に対してもより精密な放射計測を行うことができる。

なお、上記感度補正基準の放射する赤外線の放射輝度を４点設定して欠陥画素判定を行う場合、精度保証輝度範囲内に４点すべてを設定せず、精度保証輝度範囲内に２点、精度保証輝度範囲外に２点を設定することにより欠陥画素判定を行ってもよい。

また、赤外線撮像装置の光路にチョッパミラーなどを挿入することによって感度補正基準から放射される赤外線が多画素赤外線検知器の赤外線検知画素に照射されるようにしてもよい。

また、欠陥画素置換処理部１５０において、読出アドレスの欠陥画素の画素アドレスを正常画素の画素アドレスに置換する代わりに、書込アドレスの欠陥画素の画素アドレスを置換し、フレームメモリ１５１への書き込み時点で欠陥画素のセルに置換元の正常画素の出力を書き込む方式をとってもよい。たとえば、フレームメモリ１５１に偶数フレームと奇数フレームの２つのバンクを設け、交互に一方は書込動作を行い、他方は読出動作を行う。しかし、この方式は１フレームの遅延を引き起こす。そこで、遅延を短縮するために、置換対象領域となる走査線分の遅延を持たせた遅延線に出力信号を通す構成として、欠陥画素の出力が読み出されるタイミングで保持した置換に用いる画素の出力、もしくは遅延線入力にある置換に用いる画素の出力に切り替えれば、数走査線時間の遅延に収まる。また、フレームメモリ１５１にマルチポートメモリを採用して、置換対象領域の画素出力がすべてそろう時間だけ遅らせて読み出しても同じ効果を得ることができる。また、５点以上の放射輝度を設定して欠陥画素判定を行ってもよい。

（付記１）多数の赤外線検知画素を用いて赤外線を検知することによって撮像を行う赤外線撮像装置において、
温度制御が可能で、３つ以上の均一な基準温度の赤外線を放射する感度補正基準と、
光学系を介して前記赤外線を検知し、光電変換を行う多画素赤外線検知器と、
前記多画素赤外線検知器が光電変換して出力した３つ以上の電気信号を用いて前記多画素赤外線検知器の感度補正および欠陥画素判定を行う感度補正処理部と、
前記感度補正処理部によって欠陥画素と判定された画素からの出力信号を前記欠陥画素の近傍にある画素の出力信号に置換する欠陥画素置換処理部と、
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。

（付記２）前記感度補正基準が放射する赤外線の放射輝度は、放射計測精度を要する輝度範囲である精度保証輝度範囲内に少なくとも２つ設定されていることを特徴とする付記１記載の赤外線撮像装置。

（付記３）前記感度補正基準が放射する赤外線の放射輝度は、前記精度保証輝度範囲内にすべて設定されていることを特徴とする付記２記載の赤外線撮像装置。
（付記４）前記感度補正基準が放射する赤外線の放射輝度は、前記精度保証輝度範囲内に２つ、前記精度保証輝度範囲外に１つ以上設定されることを特徴とする付記２記載の赤外線撮像装置。

（付記５）前記精度保証輝度範囲外に設定されている前記感度補正基準が放射する赤外線の放射輝度は２つであることを特徴とする付記４記載の赤外線撮像装置。
（付記６）前記感度補正処理部は、前記感度補正基準が放射する赤外線の放射輝度間のゲインを算出し、比較することにより欠陥画素判定を行うことを特徴とする付記１記載の赤外線撮像装置。

（付記７）多数の赤外線検知画素を用いて赤外線を検知することによって撮像を行う赤外線撮像方法において、
感度補正基準は、温度制御が可能で、３つ以上の均一な基準温度の赤外線を放射するステップと、
多画素赤外線検知器は、光学系を介して前記赤外線を検知し、光電変換を行うステップと、
感度補正処理部は、前記多画素赤外線検知器が光電変換して出力した３つ以上の電気信号を用いて前記多画素赤外線検知器の感度補正および欠陥画素判定を行うステップと、
欠陥画素置換処理部は、前記感度補正処理部によって欠陥画素と判定された画素からの出力信号を前記欠陥画素の近傍にある画素の出力信号に置換するステップと、
を含むことを特徴とする赤外線撮像方法。

本実施の形態に適用される発明の概念図である。本実施の形態に係る入出力応答特性グラフである。本実施の形態に係る感度補正処理部が行う感度補正・欠陥判定処理系統図である。本実施の形態に係る欠陥画素置換処理部が行う欠陥画素置換処理系統図である。アドレス変換を行ったときのアドレスデータのデータ構造を示す図である。本実施の形態に係る赤外線撮像装置が行う感度補正・欠陥判定処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態に適用される発明の概念図である。本実施の形態に係る入出力応答特性グラフである。本実施の形態に係る感度補正処理部が行う感度補正・欠陥判定処理系統図である。本実施の形態に係る赤外線撮像装置が行う感度補正・欠陥判定処理の処理手順を示すフローチャートである。従来の赤外線撮像装置の欠陥画素判定時における機能を示すブロック図である。赤外線検知画素の入出力応答特性を示すグラフである。

符号の説明

１００赤外線撮像装置
１１０、１１１、１１２、１１３感度補正基準
１２０光学系
１３０多画素赤外線検知器
１４０感度補正処理部
１５０欠陥画素置換処理部
１６０画像情報処理部

Claims

多数の赤外線検知画素を用いて赤外線を検知することによって撮像を行う赤外線撮像装置において、
温度制御が可能で、３つ以上の均一な基準温度の赤外線を放射する感度補正基準と、
光学系を介して前記赤外線を検知し、光電変換を行う多画素赤外線検知器と、
前記多画素赤外線検知器が光電変換して出力した３つ以上の電気信号を用いて前記多画素赤外線検知器の感度補正および欠陥画素判定を行う感度補正処理部と、
前記感度補正処理部によって欠陥画素と判定された画素からの出力信号を前記欠陥画素の近傍にある画素の出力信号に置換する欠陥画素置換処理部と、
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
前記感度補正基準が放射する赤外線の放射輝度は、放射計測精度を要する輝度範囲である精度保証輝度範囲内に少なくとも２つ設定されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
前記感度補正処理部は、前記感度補正基準が放射する赤外線の放射輝度間のゲインを算出し、比較することにより欠陥画素判定を行うことを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。