JP2014185860A - Infrared detection device and method for correcting input/output characteristics of infrared detector - Google Patents
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Abstract
Description
本願開示は、入出力特性を補正する機能を備えた赤外線検出装置、及び赤外線検出器の入出力特性の補正方法に関する。 The present disclosure relates to an infrared detection device having a function of correcting input / output characteristics, and a method for correcting input / output characteristics of an infrared detector.
Focal Plane Array(FPA)型赤外線撮像装置では、画素に相当する受光素子(赤外線検出器)を平面上に2次元状に配置し、その面に投影される赤外線の強度分布を電気信号分布に変換して、赤外線画像を得る。しかしながら通常、各画素の間でその特性を均一に作製することは困難であり、したがってそのままでは、たとえ投影される赤外線強度の面内分布が均一であっても、その出力信号には分布を生じる。このためFPA型赤外線撮像装置では、各画素の出力を補正して、同一強度の入射赤外線強度には、同一の画素信号が得られるようにしている。具体的には、いくつかの既知の強度の赤外線を、面内に均一に入射させ、その出力を測定して、その結果から既知強度以外での入射光強度に対する画素出力を補間により補正する。 In a Focal Plane Array (FPA) type infrared imaging device, light receiving elements (infrared detectors) corresponding to pixels are two-dimensionally arranged on a plane, and the intensity distribution of infrared rays projected on the surface is converted into an electric signal distribution. And an infrared image is obtained. However, it is usually difficult to make the characteristics uniform between each pixel, and as such, even if the in-plane distribution of the projected infrared intensity is uniform, the output signal has a distribution. . For this reason, in the FPA type infrared imaging device, the output of each pixel is corrected so that the same pixel signal can be obtained for the same incident infrared intensity. Specifically, several infrared rays having known intensities are uniformly incident on the surface, the output is measured, and the pixel output corresponding to the incident light intensity other than the known intensity is corrected by interpolation from the result.
このような補正を行う場合、既知強度の赤外線源を、補正点の数だけ装置内などに備える必要があるため、装置の複雑化を招くから、通常は原理的に最も補正点が少ない、2点での補間が行われる。このような場合、通常は2点間での画素素子の線形性を仮定して、線形補間法が用いられる。 When performing such correction, since it is necessary to provide infrared sources with known intensities in the apparatus as many as the number of correction points, the apparatus becomes complicated, so that in principle there are few correction points in principle. Interpolation at points is performed. In such a case, a linear interpolation method is usually used assuming the linearity of the pixel element between two points.
しかしながら、一般には画素素子の入射光−出力信号特性(以下、入出力特性と呼ぶ)は線形であるとは限らず、この場合には、図1に示したように、補正ずれが生じてしまう。ここで補正ずれとは、本当の入射光強度、あるいは入射光強度相当の黒体温度と、画素出力から求められる入射光強度、あるいは入射光強度相当の黒体温度とが異なってしまうことである。図1においては、着目画像素子について、温度T1の黒体相当の強度の赤外線を入射したときの出力電圧値がV1であり、温度T2の黒体相当の強度の赤外線を入射したときの出力電圧値がV2である。このとき、対象物体を撮像した際の当該画像素子の出力電圧値がV3であると、本来の入出力特性によれば温度T3が対象物体の温度として正しく検知されるべきところ、線形補間により近似した場合には温度T3'が対象物体の温度として誤って検知されてしまう。このような補正ずれを抑制するためには、補正点を増やして、細かく線形補間を行うか、多項式近似を用いてより実際の画素素子の入射光-出力信号特性に近い補正曲線を用いて補正を行うことなどが考えられる。しかしこの場合には、補正点相当の既知強度の赤外線源の数が増えてしまう。 However, generally, the incident light-output signal characteristic (hereinafter referred to as input / output characteristic) of the pixel element is not always linear, and in this case, a correction deviation occurs as shown in FIG. . Here, the correction deviation means that the actual incident light intensity or the black body temperature corresponding to the incident light intensity is different from the incident light intensity obtained from the pixel output or the black body temperature corresponding to the incident light intensity. . In Figure 1, the sought image elements, when the output voltage value when the incident infrared radiation intensity of the black body temperature corresponding T 1 is a V 1, which enters the infrared intensity of black body equivalent temperature T 2 output voltage value of is V 2. At this time, if the output voltage value of the image element when the target object is imaged is V 3 , according to the original input / output characteristics, the temperature T 3 should be correctly detected as the temperature of the target object. In the case of approximation, the temperature T 3 ′ is erroneously detected as the temperature of the target object. In order to suppress such correction deviation, the correction points are increased and fine linear interpolation is performed, or correction is performed using a correction curve that is closer to the incident light-output signal characteristics of the actual pixel element using polynomial approximation. Can be considered. In this case, however, the number of infrared sources having a known intensity corresponding to the correction point increases.
以上を鑑みると、少ない補正点により赤外線検出器の入出力特性を適切に補正できる赤外線検出装置、及び赤外線検出器の入出力特性の補正方法が望まれる。 In view of the above, an infrared detection device that can appropriately correct the input / output characteristics of the infrared detector with a small number of correction points, and a method for correcting the input / output characteristics of the infrared detector are desired.
赤外線検出装置は、入力赤外線に応じた出力電気量を生成する1つ又は複数の赤外線検出器と、前記赤外線検出器の入出力特性を指数関数により補正することにより、前記出力電気量に基づいて前記入力赤外線に応じた温度を求める補正演算部とを含む。 The infrared detector is based on the output electric quantity by correcting one or more infrared detectors that generate an output electric quantity corresponding to the input infrared ray, and an input / output characteristic of the infrared detector by an exponential function. A correction calculation unit for obtaining a temperature corresponding to the input infrared rays.
少なくとも1つの実施例によれば、少ない補正点により赤外線検出器の入出力特性を適切に補正できる赤外線検出装置、及び赤外線検出器の入出力特性の補正方法が得られる。 According to at least one embodiment, there can be obtained an infrared detecting device capable of appropriately correcting the input / output characteristics of the infrared detector with a small number of correction points, and a method for correcting the input / output characteristics of the infrared detector.
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
画素素子(赤外線検出器)の入射光-出力信号特性が線形でない原因としては、素子自体の非線形性や、画素で変換された電気信号強度に対する、後段の電気回路の非線形性など、さまざまな要因が含まれる。しかしながら素子自体に理想的な線形性を仮定したとしても、その入出力特性は原理的に非線形であること、またこの非線形性は、近似的に指数関数で表現される特性を有していることを、本願発明の発明者は見出した。この指数関数は、従来どおり2点での入射光強度-出力信号の相関から一意に決定できるから、本願装置では、従来技術における線形での2点補正よりも正確に画素素子の入出力特性を補正できる。また単純な指数関数により入出力特性を補正できるので、装置が必要以上に複雑になることもない。 The cause of the non-linear incident light-output signal characteristics of the pixel element (infrared detector) is various factors such as the non-linearity of the element itself and the non-linearity of the subsequent electrical circuit with respect to the electric signal intensity converted by the pixel. Is included. However, even if ideal linearity is assumed for the element itself, its input / output characteristics are in principle non-linear, and this non-linearity has characteristics approximately expressed by an exponential function. Have been found by the inventors of the present invention. Since this exponential function can be uniquely determined from the correlation between the incident light intensity and the output signal at two points as in the past, the device of the present application can more accurately input / output the pixel element than the two-point linear correction in the prior art. Can be corrected. In addition, since the input / output characteristics can be corrected by a simple exponential function, the apparatus does not become more complicated than necessary.
赤外線検知器の感度Rを「単位入射光強度(パワー)に対して出力として得られる電流値Iの比」と定義する。ここで、波長λとλ+dλの間での入射光強度W(λ)dλの入射光に対する出力電流dIは、感度の波長分散(分光特性)をR(λ)として、感度の定義から、 The sensitivity R of the infrared detector is defined as “ratio of current value I obtained as output to unit incident light intensity (power)”. Here, the output current dI with respect to the incident light of the incident light intensity W (λ) dλ between the wavelengths λ and λ + dλ is defined from the sensitivity definition, where the wavelength dispersion (spectral characteristic) of the sensitivity is R (λ).
ここで、ΔIp(VIg)とIDC(VIg)の比、 Where the ratio of ΔI p (V Ig ) to I DC (V Ig ),
赤外線検知器素子FPAでの読み出し回路(Read Out Integrated Circuit:ROIC)が、一般的な、ダイレクト・インジェクション型であるとする。この場合、図2に示すように、赤外線検出素子(赤外線検出器)10により流れる素子電流Iにより、容量素子11の両端の電位差Vが変化する。容量素子11の容量値C、蓄積電荷Q、及びその端子間電圧Vの間にはQ=CVという良く知られた関係式があり、
Reading circuit in the infrared detector element FPA (R ead O ut I ntegrated C ircuit: ROIC) is common, and a direct injection type. In this case, as shown in FIG. 2, the potential difference V between both ends of the
以上の議論からわかるように、赤外線検知器の入出力特性は一般に、入射光強度相当の黒体温度Tに対して近似的に指数関数の形を取ることがわかる。なお、(2)式の赤外線検知器の入出力特性の導出過程においては、黒体の温度変化に対する赤外線放射強度の変化量が∂W/∂Tに比例すると近似している。このことから分かるとおり、上記の赤外線検知器の入出力特性の指数関数関係は、黒体温度とその赤外放射強度との間に見られる指数関数関係を反映したものではない。 As can be seen from the above discussion, it can be seen that the input / output characteristics of the infrared detector generally take the form of an exponential function with respect to the black body temperature T corresponding to the incident light intensity. In the process of deriving the input / output characteristics of the infrared detector of equation (2), it is approximated that the amount of change in the infrared radiation intensity with respect to the temperature change of the black body is proportional to ∂W / ∂T. As can be seen from the above, the exponential function relationship of the input / output characteristics of the infrared detector does not reflect the exponential function relationship seen between the black body temperature and the infrared radiation intensity.
以下、既知温度T1ならびにT2(T1<T2)の黒体相当の入射光を用いて、赤外線検知器の入出力特性を補正する方法について説明する。
<第1の方法:任意の指数関数を用いる方法>
上に述べたように、赤外線検知器の入出力特性は一般に、入射光強度相当の黒体温度Tに対して近似的に指数関数として表される。ここでこの指数関数を、定係数a,bを用いて
Hereinafter, a method for correcting the input / output characteristics of the infrared detector using incident light equivalent to a black body at known temperatures T 1 and T 2 (T 1 <T 2 ) will be described.
<First method: Method using an arbitrary exponential function>
As described above, the input / output characteristics of the infrared detector are generally expressed as an exponential function with respect to the black body temperature T corresponding to the incident light intensity. Here, this exponential function is expressed using constant coefficients a and b.
ところで、温度Tを、T1を基準としてT=T1+DTと表し、T2= T1+DT0とすると、(3)式は、 By the way, when the temperature T is expressed as T = T 1 + DT with T 1 as a reference, and T 2 = T 1 + DT 0 , the equation (3) is
同様に、温度Tを、T2を基準としてT=T2-DTと表し、T1= T2-DT0とすると、(3)式は、 Similarly, when the temperature T is expressed as T = T 2 -DT with T 2 as a reference, and T 1 = T 2 -DT 0 , the equation (3) is
上記の2種類の方法は、単に数式操作の問題であって、互いに等価な関係にあるから、このどちらの方法を用いてもよいことは明らかである。
<第2の方法:(2)式の近似式を用いる方法>
前述の(2)式、
The above two types of methods are merely mathematical operation problems and are in an equivalent relationship with each other, so it is clear that either of these methods may be used.
<Second Method: Method Using Approximation Formula (2)>
Formula (2) above,
<第3の方法:(2)式の近似式を用いる方法>
前述のように、(1)式で表されるSは、赤外線検知器の出力電圧がVDC(VIg)である場合の値(つまり、VDC-T曲線における、VDC=VDC(VIg)での微係数)である。ところで、いわゆる平均値の定理により、x-y座標系の任意の滑らかな連続曲線y=f(x)について、変数x変域の区間[x1,x2]において、
<Third Method: Method Using Approximation Formula (2)>
As described above, S represented by the equation (1) is a value when the output voltage of the infrared detector is V DC (V Ig ) (that is, V DC = V DC (V DC -T curve in the V DC -T curve). V Ig )). By the way, according to the so-called mean value theorem, for any smooth continuous curve y = f (x) in the xy coordinate system, in the interval [x 1 , x 2 ] of the variable x domain,
同様に、温度Tを、T2を基準としてT=T2-DTと表し、T2= T1+DT0とすると(6)式は、 Similarly, when the temperature T is expressed as T = T 2 −DT with T 2 as a reference, and T 2 = T 1 + DT 0 , the equation (6) is
図3は、赤外線検出装置の一例である赤外線撮像装置の構成の一例を示す図である。なお図3において、各ボックスで示される各機能ブロックと他の機能ブロックとの境界は、基本的には機能的な境界を示すものであり、物理的な位置の分離、電気的な信号の分離、制御論理的な分離等に対応するとは限らない。各機能ブロックは、他のブロックと物理的にある程度分離された1つのハードウェアモジュールであってもよいし、或いは他のブロックと物理的に一体となったハードウェアモジュール中の1つの機能を示したものであってもよい。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of an infrared imaging device that is an example of an infrared detection device. In FIG. 3, the boundary between each functional block indicated by each box and another functional block basically indicates a functional boundary. Physical position separation and electrical signal separation are performed. However, it does not always correspond to control logic separation or the like. Each functional block may be one hardware module that is physically separated from other blocks to some extent, or represents one function in a hardware module that is physically integrated with another block. It may be.
図3に示す赤外線撮像装置は、画素回路アレイ21、行選択スイッチ部22、信号取り出し&シフトレジスタ部23、入出力特性較正データ保存部24、補正演算部25、信号出力部26、及びスイッチ27を含む。画素アレイ21は、縦横にマトリクス上に配置された複数の画素回路を含む。行選択スイッチ部22により、指定した行位置にある画素回路を選択し、更に信号取り出し&シフトレジスタ部23により、指定した列位置にある画素回路を選択する。これにより、指定した行位置及び列位置にある画素回路から、当該画素の撮像データを出力電圧として読み出すことができる。
3 includes a
画素回路の各々は、例えば図2に示すような赤外線検出素子10、容量素子11、スイッチ12として動作するトランジスタ等を含む。赤外線検出素子10は、入射光(入射赤外線)の量に応じて電気抵抗値が変化する特性を有し、入力赤外線に応じた出力電気量を生成する(例えば電流を流す)。赤外線検出素子10の抵抗値に応じた量の電流が、容量素子11からスイッチ12及び赤外線検出素子10を介してグラウンドGND側に流れ、容量素子11の電荷が減少する。この電荷の減少により変化する容量素子11の両端電位差に応じた電圧が、撮像データとして信号取り出し&シフトレジスタ部23に取り出される。
Each pixel circuit includes, for example, an
信号取り出し&シフトレジスタ部23は、選択された行での一定バイアス電圧下での列出力信号を時系列のシリアル信号として取り出す。このときのシリアル信号では、各画素素子の入出力特性バラツキによって、たとえ同じ強度の入射光量においても、出力電圧強度がばらついている。信号取り出し&シフトレジスタ部23により取り出された各画素の出力電圧は、スイッチ27を介して、入出力特性較正データ保存部24又は補正演算部25に供給される。入出力特性較正データ保存部24には、既知温度の黒体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ21に入射した状態で、信号取り出し&シフトレジスタ部23からの出力電圧を供給する。これにより、入出力特性較正データ保存部24に、較正用のデータを保存する。
The signal extraction &
対象物体の撮像時には、信号取り出し&シフトレジスタ部23からのばらついたシリアル信号を、補正演算部25に供給する。補正演算部25は、入出力特性較正データ保存部24に保存された較正用のデータに基づいて、所定のバイアス条件における入出力特性を補正する演算を、各画素毎に実行する。この補正演算により、入出力特性のバラツキを補正した補正後出力電圧が得られる。この際、補正演算部25は、赤外線検出素子10の入出力特性を指数関数により補正することにより、赤外線検知素子10の出力電気量に基づいて入力赤外線に応じた温度を求める。補正後出力電圧は各画素毎に撮像対象の温度を示す電圧であり、補正演算部25から信号出力部26に供給される。
At the time of imaging of the target object, the serial signal having a variation from the signal extraction &
以下に、図3に示す赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法について説明する。 Hereinafter, a method for correcting input / output characteristics in the infrared imaging apparatus shown in FIG. 3 will be described.
図4は、赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法の第1の実施例を示すフローチャートである。図3及び図4を参照して、図4に示される補正方法について説明する。なおフローチャートにおいて、各ステップの実行順はフローチャートに示される順番に限定されるものではなく、動作に支障が生じない限りにおいてステップの実行順を前後させてもよい。 FIG. 4 is a flowchart showing a first embodiment of a method for correcting input / output characteristics in an infrared imaging device. The correction method shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. In the flowchart, the execution order of the steps is not limited to the order shown in the flowchart, and the execution order of the steps may be changed as long as the operation is not hindered.
まずステップS1で、所望のバイアス電圧を印加した動作状態、即ち、各画素の赤外線検出素子10に一定バイアス電圧VIgを印加した状態に、2次元アレイ(画素回路アレイ21)を設定する。ステップS2で、スイッチ27を入出力特性較正データ保存部24側に接続する。ステップS3で、温度T1の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ21に入射(照射)する。ステップS4で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ21の各画素に対して、画素出力電圧値V1(i,j)を取得する。出力電圧値V1(i,j)は、信号取り出し&シフトレジスタ部23から入出力特性較正データ保存部24に供給される。
First, in step S1, a two-dimensional array (pixel circuit array 21) is set in an operation state in which a desired bias voltage is applied, that is, in a state in which a constant bias voltage V Ig is applied to the
図5は、入出力特性較正データ保存部24及び補正演算部25の構成の一例を示す図である。入出力特性較正データ保存部24は、AD変換部31、記憶制御部32、読出制御部33、V1(i,j)記憶部34、V2(i,j)記憶部35、及び温度記憶部36を含む。また補正演算部25は、演算部41、及びAD変換部42を含む。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the input / output characteristic calibration
AD変換部31は、信号取り出し&シフトレジスタ部23から供給されたアナログの出力電圧をデジタル電圧値に変換する。入出力特性較正データ保存部24には、現在供給されている出力電圧の画素位置(i,j)を示すデータと、現在入射している赤外線源の温度T1又はT2を示すデータとが供給される。記憶制御部32は、AD変換部31によるAD変換後のデジタル電圧値を、V1(i,j)記憶部34に格納する。この際、記憶制御部32は、画素位置(i,j)に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部32は、現在の赤外線源の温度T1を温度記憶部36に格納する。
The
図4に戻り、ステップS5で、温度T2の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ21に入射(照射)する。ステップS6で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ21の各画素に対して、画素出力電圧値V2(i,j)を取得する。出力電圧値V2(i,j)は、信号取り出し&シフトレジスタ部23から入出力特性較正データ保存部24に供給される。図5に示す入出力特性較正データ保存部24では、出力電圧値V2(i,j)をAD変換部31によりAD変換して得られるデジタル電圧値が、記憶制御部32により、V2(i,j)記憶部35に格納される。この際、記憶制御部32は、画素位置(i,j)に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部32は、現在の赤外線源の温度T2を温度記憶部36に格納する。
Returning to FIG. 4, in step S < b > 5, radiant infrared rays that are uniform in a plane from an object corresponding to a black body at temperature T 2 are incident (irradiated) on the
以上により、補正に用いられる較正データの取得が完了する。次に、赤外線撮像装置の通常の使用状態において、補正を実施して赤外線画像を得る動作が実行される。 Thus, the acquisition of calibration data used for correction is completed. Next, in the normal use state of the infrared imaging device, an operation of performing correction to obtain an infrared image is executed.
図4のステップS7で、スイッチ27を補正演算部25側に接続する。これにより、各画素の赤外線検出素子10に一定バイアス電圧VIgを印加した状態で、画素回路アレイ21からの画素出力V(i,j)を補正演算部25に順次読みだす。補正演算部25では、入出力特性較正データ保存部24に格納されているデータに基づき、前述の第1の方法乃至第3の方法のいずれかの式を用いて、各画素からの画素出力V(i,j)に対応する撮像対象の温度を求める。
In step S7 of FIG. 4, the
温度計算の具体例を、例えば、補正式、 Specific examples of temperature calculation include, for example, a correction formula,
信号出力部26は、赤外線撮像装置の構成に応じて、上記T(i,j)に応じた強度の信号を例えばテレビ画像出力のコントラスト信号として生成し、ディスプレイ装置に出力する(図4のステップS11)。
The
なお前述の第2の方法及び第3の方法では、補正データV1(i,j)及びV2(i,j)(並びにT1及びT2)に加え、 In the second method and the third method described above, in addition to the correction data V 1 (i, j) and V 2 (i, j) (and T 1 and T 2 ),
上記の実施例では、補正演算部25にて、各T(i,j)を算出するために補正演算を逐次実行している。これに対し、T(i,j)を逐次算出するのではなく、各画素出力電圧V(i,j)に対応する温度T(i,j)を予め計算しておき、計算したデータを、V(i,j)とT(i,j)との対応を示すテーブルとして入出力特性較正データ保存部24に保存しておいてもよい。そのような実施例を以下に説明する。
In the above embodiment, the
図6は、赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法の第2の実施例を示すフローチャートである。図3及び図6を参照して、図6に示される補正方法について説明する。なおフローチャートにおいて、各ステップの実行順はフローチャートに示される順番に限定されるものではなく、動作に支障が生じない限りにおいてステップの実行順を前後させてもよい。 FIG. 6 is a flowchart showing a second embodiment of the input / output characteristic correction method in the infrared imaging device. The correction method shown in FIG. 6 will be described with reference to FIGS. In the flowchart, the execution order of the steps is not limited to the order shown in the flowchart, and the execution order of the steps may be changed as long as the operation is not hindered.
まずステップS21で、所望のバイアス電圧を印加した動作状態、即ち、各画素の赤外線検出素子10に一定バイアス電圧VIgを印加した状態に、2次元アレイ(画素回路アレイ21)を設定する。ステップS22で、スイッチ27を入出力特性較正データ保存部24側に接続する。ステップS23で、温度T1の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ21に入射(照射)する。ステップS24で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ21の各画素に対して、画素出力電圧値V1(i,j)を取得する。出力電圧値V1(i,j)は、信号取り出し&シフトレジスタ部23から入出力特性較正データ保存部24に供給される。
First, in step S21, a two-dimensional array (pixel circuit array 21) is set in an operation state in which a desired bias voltage is applied, that is, in a state in which a constant bias voltage V Ig is applied to the
図7は、入出力特性較正データ保存部24及び補正演算部25の構成の一例を示す図である。入出力特性較正データ保存部24は、AD変換部31、記憶制御部32、テーブル演算部51、電圧・温度記憶部52、テーブル記憶部53、及び読出制御・比較部54を含む。また補正演算部25は、演算部61、及びAD変換部42を含む。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the input / output characteristic calibration
AD変換部31は、信号取り出し&シフトレジスタ部23から供給されたアナログの出力電圧をデジタル電圧値に変換する。入出力特性較正データ保存部24には、現在供給されている出力電圧の画素位置(i,j)を示すデータと、現在入射している赤外線源の温度T1又はT2を示すデータとが供給される。記憶制御部32は、AD変換部31によるAD変換後のデジタル電圧値を、電圧・温度記憶部52に格納する。この際、記憶制御部32は、画素位置(i,j)に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部32は、現在の赤外線源の温度T1を電圧・温度記憶部52に格納する。
The
図4に戻り、ステップS25で、温度T2の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ21に入射(照射)する。ステップS26で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ21の各画素に対して、画素出力電圧値V2(i,j)を取得する。出力電圧値V2(i,j)は、信号取り出し&シフトレジスタ部23から入出力特性較正データ保存部24に供給される。図7に示す入出力特性較正データ保存部24では、出力電圧値V2(i,j)をAD変換部31によりAD変換して得られるデジタル電圧値が、記憶制御部32により、電圧・温度記憶部52に格納される。この際、記憶制御部32は、画素位置(i,j)に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部32は、現在の赤外線源の温度T2を電圧・温度記憶部52に格納する。
Returning to FIG. 4, in step S < b > 25, radiation infrared rays that are uniform in a plane from an object corresponding to a black body having a temperature T 2 are incident (irradiated) on the
ステップS26では、更に、電圧・温度記憶部52に格納されている画素(i,j)に対応した補正データV1(i,j)及びV2(i,j)(並びにT1及びT2)と、例えば以下の補正式、
In step S26, the correction data V 1 (i, j) and V 2 (i, j) (and T 1 and T 2 ) corresponding to the pixel (i, j) stored in the voltage /
図6のステップS27で、スイッチ27を補正演算部25側に接続する。これにより、各画素の赤外線検出素子10に一定バイアス電圧VIgを印加した状態で、画素回路アレイ21からの各画素(i,j)の画素出力電圧V(i,j)を、補正演算部25に順次供給する。
In step S27 in FIG. 6, the
ステップS28で、テーブル記憶部53に格納されているテーブルからデータを読み出す。具体的には、補正演算部25のAD変換部42が、画素(i,j)の画素出力電圧V(i,j)をアナログ電圧からデジタル電圧値に変換する。演算部61は、画素出力のデジタル電圧値V(i,j)を、入出力特性較正データ保存部24の読出制御・比較部54に供給する。読出制御・比較部54は、画素位置(i,j)を示すデータと画素出力のデジタル電圧値V(i,j)とに基づいて、テーブル記憶部53に格納されているテーブルから、画素位置(i,j)とデジタル電圧値V(i,j)とに対応する温度T(i,j)を読み出す。
In step S28, data is read from the table stored in the
ステップS29で、画素出力電圧V(i,j)に対応する撮像対象の当該部分の温度T(i,j)求める。即ち、テーブル記憶部53に格納されているテーブルから、
V(i,j,k) ≦V(i,j) <V(i,j,k)+δV
を満たすkに対応するT(i,j,k)を読出し、このT(i,j,k)を、画素出力電圧V(i,j)に対応する撮像対象の当該部分の温度T(i,j)とする。撮像対象の当該部分の温度T(i,j)は、演算部61から信号出力部26へ出力される。ステップS28の動作とステップS29の動作とが、全画素に対して繰り替えされる(ステップS30)。
In step S29, the temperature T (i, j) of the portion to be imaged corresponding to the pixel output voltage V (i, j) is obtained. That is, from the table stored in the
V (i, j, k) ≤ V (i, j) <V (i, j, k) + δV
T (i, j, k) corresponding to k satisfying the above is read out, and this T (i, j, k) is calculated as the temperature T (i of the part to be imaged corresponding to the pixel output voltage V (i, j). , j). The temperature T (i, j) of the part to be imaged is output from the
信号出力部26は、赤外線撮像装置の構成に応じて、上記T(i,j)に応じた強度の信号を例えばテレビ画像出力のコントラスト信号として生成し、ディスプレイ装置に出力する(ステップS31)。
The
なお前述の第2の方法及び第3の方法では、補正データV1(i,j)及びV2(i,j)(並びにT1及びT2)に加え、 In the second method and the third method described above, in addition to the correction data V 1 (i, j) and V 2 (i, j) (and T 1 and T 2 ),
図8は、従来技術の補正を行った場合と第1の方法により補正を行った場合とを比較した図である。横軸は被写黒体温度を示し、縦軸は、補正された温度と本来の温度とのずれを示す。図8では、T1=20℃であり、T2=60℃である場合を示してある。2点(T1、T2)間を従来技術により線形補間して補正した値と真の値とのずれが、曲線71として示される。また、2点(T1、T2)間を前述の第1の方法により補正した値と真の値とのずれが、曲線72として示される。図8から分かるように、比較的単純な指数関数を用いた第1の方法の場合でも、従来技術よりも補正精度が向上している。
FIG. 8 is a diagram comparing the case where correction according to the prior art is performed and the case where correction is performed by the first method. The horizontal axis shows the black body temperature, and the vertical axis shows the difference between the corrected temperature and the original temperature. FIG. 8 shows a case where T 1 = 20 ° C. and T 2 = 60 ° C. A deviation between a value corrected by linear interpolation between two points (T 1 , T 2 ) by a conventional technique and a true value is shown as a
図9は、従来技術の補正を行った場合と第2の方法により補正を行った場合とを比較した図である。横軸は被写黒体温度を示し、縦軸は、補正された温度と本来の温度とのずれを示す。図9には、T1=20℃及びT2=60℃の2点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線81として示され、T1=20℃及びT2=40℃の2点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線82として示される。またT1=20℃及びT2=40℃の2点を用い前述の第2の方法により補正した場合のずれが、曲線83として示される。前述の説明からわかるように、第2の方法では、入出力特性曲線の傾きが、直線の場合に比べて相対的に大きく変化する曲線の傾き(信号Sの値)を、既知温度T1ならびにT2での平均のSの値で近似して用いている。そのためにT1とT2との差が大きい場合には、第2の方法では、誤差が比較的大きくなってしまう(例えば被写黒体温度20〜40℃の範囲の曲線83の値を参照)。しかしながら、従来技術ではその範囲外で急激に補正ずれの値が大きくなるのに対して、第2の方法では、全体に穏やかな変化にとどまっており、従来技術の場合に比べて全体としての有利性が認められる。
FIG. 9 is a diagram comparing a case where correction according to the prior art is performed and a case where correction is performed by the second method. The horizontal axis shows the black body temperature, and the vertical axis shows the difference between the corrected temperature and the original temperature. In FIG. 9, a deviation when linear interpolation is performed by the conventional technique using two points of T 1 = 20 ° C. and T 2 = 60 ° C. is shown as a
図10は、従来技術の補正を行った場合と第3の方法により補正を行った場合とを比較した図である。横軸は被写黒体温度を示し、縦軸は、補正された温度と本来の温度とのずれを示す。図10では、T1=20℃及びT2=60℃の2点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線91として示され、T1=20℃及びT2=40℃の2点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線92として示される。またT1=20℃及びT2=40℃の2点を用いc=0.3として前述の第3の方法により補正した場合のずれが、曲線93として示される。第3の方法では、被写黒体温度の広い範囲にわたって、従来技術の場合と同程度或いは小さなずれの補正が実現できている。即ち、第3の方法では、従来技術の場合に比べて全体としての有利性が認められる。なお第3の方法における定係数cは、概算ないしは経験上から適宜決定してもよいし、或いは使用する赤外線撮像素子と同一又は類似仕様の試料などを用いて最適値を決定してもよい。
FIG. 10 is a diagram comparing the case where correction according to the prior art is performed and the case where correction is performed by the third method. The horizontal axis shows the black body temperature, and the vertical axis shows the difference between the corrected temperature and the original temperature. In FIG. 10, the deviation when linear interpolation is performed by the conventional technique using two points of T 1 = 20 ° C. and T 2 = 60 ° C. is shown as a curve 91, and two points of T 1 = 20 ° C. and T 2 = 40 ° C. Is shown as a
第1の方法乃至第3の方法の何れを選択するかは、使用する赤外線撮像装置の仕様及び実施時の各種制約を勘案し、適宜決定すればよい。また或いは、画素出力電圧の電圧値に応じて異なる補正式を選択的に用いることにより、広い範囲の画素出力電圧に対して小さな補正ずれを実現してもよい。 Which of the first method to the third method is selected may be determined as appropriate in consideration of the specifications of the infrared imaging device to be used and various restrictions at the time of implementation. Alternatively, a small correction deviation may be realized with respect to a wide range of pixel output voltages by selectively using a different correction formula depending on the voltage value of the pixel output voltage.
例えば第2の方法では、既に述べたように、補正に用いた温度T1或いはT2から、撮像対象の温度が異なるほど、補正ずれが大きくなる。即ち、補正式として、 For example, in the second method, as described above, the correction deviation increases as the temperature of the imaging target differs from the temperature T 1 or T 2 used for correction. That is, as a correction formula,
同様に、補正式として Similarly, as a correction formula
上記の欠点を補う為に、例えばV<V1では、 In order to compensate for the above-mentioned drawbacks, in, for example, V <V 1,
或いは、画素出力Vの全領域において、たとえば Alternatively, in the entire region of the pixel output V, for example
また上記の例に限らず、補正ずれをさらに抑制するために、第1乃至第3の方法のうちのいくつかの補正式を適宜組み合わせて用いてもよい。また、同様な理由から、第3の方法における定係数cを、画素出力Vの適切な関数として決定して用いてもよい。 In addition to the above example, in order to further suppress the correction deviation, some correction expressions of the first to third methods may be used in appropriate combination. For the same reason, the constant coefficient c in the third method may be determined and used as an appropriate function of the pixel output V.
なお、上記実施例の説明では、複数の赤外線検出器(赤外線検出素子)を持つ赤外線撮像装置を例として説明したが、単一の赤外線検出器においても上記の補正方法が有効であることは言うまでもない。 In the description of the above embodiment, an infrared imaging apparatus having a plurality of infrared detectors (infrared detecting elements) has been described as an example, but it goes without saying that the above correction method is effective even in a single infrared detector. Yes.
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible within the range as described in a claim.
10 赤外線検出素子
11 容量素子
12 スイッチ
21 画素回路アレイ
22 行選択スイッチ部
23 信号取り出し&シフトレジスタ部
24 入出力特性較正データ保存部
25 補正演算部
26 信号出力部
27 スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記赤外線検出器の入出力特性を指数関数により補正することにより、前記出力電気量に基づいて前記入力赤外線に応じた温度を求める補正演算部と
を含む赤外線検出装置。 One or more infrared detectors that generate output electricity in response to the input infrared;
An infrared detection apparatus comprising: a correction calculation unit that obtains a temperature corresponding to the input infrared ray based on the output electric quantity by correcting input / output characteristics of the infrared detector with an exponential function.
前記赤外線検出器の入出力特性を指数関数により補正することにより、前記出力電気量に基づいて前記入力赤外線に応じた温度を求める
各段階を含む赤外線検出器の入出力特性の補正方法。 Generates output electricity according to the input infrared by the infrared detector,
A method for correcting input / output characteristics of an infrared detector, comprising: correcting each input / output characteristic of the infrared detector by an exponential function to obtain a temperature corresponding to the input infrared radiation based on the output electric quantity.
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WO2022124442A1 (en) * | 2020-12-08 | 2022-06-16 | (주)유우일렉트로닉스 | Apparatus, method, and computer-readable recording medium for measuring temperature of object using compensation of board temperature |
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