JP2021189171A - Infrared imaging device - Google Patents
Infrared imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021189171A JP2021189171A JP2021079471A JP2021079471A JP2021189171A JP 2021189171 A JP2021189171 A JP 2021189171A JP 2021079471 A JP2021079471 A JP 2021079471A JP 2021079471 A JP2021079471 A JP 2021079471A JP 2021189171 A JP2021189171 A JP 2021189171A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- unit
- temperature
- infrared
- image pickup
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 title abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 107
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 35
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 29
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 8
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 7
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 35
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000003702 image correction Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000012888 cubic function Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本開示は、赤外線撮像装置に関する。 The present disclosure relates to an infrared image pickup apparatus.
一般的な熱型赤外線固体撮像素子では、断熱構造を有する画素を二次元アレイ状に配列し、入射した赤外線によって画素の温度が変化することを利用して赤外線像を撮像する。非冷却型の熱型赤外線固体撮像素子の場合、画素を構成する温度センサには、ポリシリコン、アモルファスシリコン、炭化ケイ素、酸化バナジウムなどのボロメータのほか、ダイオードあるいはトランジスタなどの半導体素子を用いたものが知られている。特に、ダイオードなどの半導体素子は固体等からなり、電気特性および温度依存性のばらつきが非常に小さいため、各画素の特性を均一にする上で有利である。 In a general thermal infrared solid-state image sensor, pixels having a heat insulating structure are arranged in a two-dimensional array, and an infrared image is imaged by utilizing the fact that the temperature of the pixels changes due to the incident infrared rays. In the case of a non-cooled thermal infrared solid-state image sensor, the temperature sensor that constitutes the pixel uses a borometer such as polysilicon, amorphous silicon, silicon carbide, or vanadium oxide, as well as a semiconductor element such as a diode or transistor. It has been known. In particular, a semiconductor element such as a diode is made of a solid or the like, and the variation in electrical characteristics and temperature dependence is very small, which is advantageous in making the characteristics of each pixel uniform.
熱型赤外線撮像素子では、上記温度センサに対して、電流を注入もしくは電圧を印加することにより電気信号を発生させる。赤外線が入射することにより温度センサの温度が微小に変動し、上記電気信号が微小に変動する。この電気信号の変動を増幅し、デジタル信号への変換を経て外部に出力される。 In the thermal infrared image pickup device, an electric signal is generated by injecting a current or applying a voltage to the temperature sensor. The temperature of the temperature sensor fluctuates minutely due to the incident of infrared rays, and the electric signal fluctuates minutely. The fluctuation of this electric signal is amplified, converted into a digital signal, and then output to the outside.
一般的に、赤外線撮像装置は、上記赤外線撮像素子と、赤外線撮像素子を保持する実装基板部と、赤外線光を集光、結像するためのレンズ等の光学系部材と、光学系部材を保持するための鏡筒部により構成される。また、画像処理、補正処理等を行うためのASIC(Application Specific Integrated Circuit)基板、IC(Integrated Circuit)等で構成される部品類を実装基板部に同時に実装することが多い。 Generally, an infrared image pickup device holds the infrared image pickup element, a mounting substrate portion that holds the infrared image pickup element, an optical system member such as a lens for collecting and forming an image of infrared light, and an optical system member. It is composed of a lens barrel for this purpose. Further, in many cases, parts composed of an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) substrate, an IC (Integrated Circuit), and the like for performing image processing, correction processing, and the like are simultaneously mounted on the mounting substrate portion.
赤外線を集光結像させるための光学部材は、ゲルマニウム(Germanium:Ge)、カルコゲナイドガラス、もしくはシリコン(Silicon:Si)等で形成されることが一般的である。カルコゲナイドガラスは、焼結によりレンズ形成が可能な反面、材料が非常に高価である。また、Ge、Siは焼結形成が不可能なため、削りもしくはエッチング加工等で形成を行う必要がある。いずれの材質も可視光で一般的に使用されているガラスレンズあるいは樹脂レンズと比べてコスト面、もしくは、加工精度の面で劣る。 The optical member for forming a condensed image of infrared rays is generally made of germanium (Ge), chalcogenide glass, silicon (Si), or the like. Although chalcogenide glass can form a lens by sintering, the material is very expensive. Further, since Ge and Si cannot be sintered and formed, they need to be formed by shaving or etching. Both materials are inferior in cost or processing accuracy to glass lenses or resin lenses generally used for visible light.
このため、特に安価な赤外線撮像装置においては、Si材を用いた球面レンズを使用することが一般的であるが、この場合、赤外線光の結像性という点で理想的な状態でない場合が多い。特に、広い視野角と高感度を同時に達成しようとした場合、結像性の悪化が顕著となる傾向がある。さらに、光学中心部と外周部の光量差、つまり、シェーディング成分による感度ばらつきも同時に顕著となる。 For this reason, it is common to use a spherical lens made of Si material, especially in an inexpensive infrared image pickup device, but in this case, it is often not in an ideal state in terms of the image quality of infrared light. .. In particular, when trying to achieve a wide viewing angle and high sensitivity at the same time, the deterioration of image quality tends to be remarkable. Further, the difference in the amount of light between the optical center portion and the outer peripheral portion, that is, the sensitivity variation due to the shading component becomes remarkable at the same time.
また、温度センサにおいては、被写体から光学系を通して入射する赤外線光による温度センサの温度変化、つまり、実感度成分と、温度センサに電流を注入もしくは電圧を印加することによる温度センサ自身の自己発熱温度変化と、上述の部品類で発生する赤外線撮像装置全体での自己発熱による温度変化が合算されて検知される。このため、赤外線光による温度センサから出力された温度情報は、上記実感度成分のみとは限らない。 Further, in the temperature sensor, the temperature change of the temperature sensor due to the infrared light incident from the subject through the optical system, that is, the actual sensitivity component and the self-heating temperature of the temperature sensor itself by injecting a current or applying a voltage to the temperature sensor. The change and the temperature change due to the self-heating of the entire infrared image pickup device generated by the above-mentioned parts are added and detected. Therefore, the temperature information output from the temperature sensor by infrared light is not limited to the above-mentioned actual sensitivity component.
上述の問題を解決するため、例えば、特許文献1に開示されるように、画素ごとの感度補正テーブルをあらかじめ用意した上で、補正を行う機構が報告されている。
In order to solve the above-mentioned problem, for example, as disclosed in
また、特許文献2に開示されるように、デジタル処理によりあらかじめ設定された補正テーブルを用いて補正処理を行う機構も報告されており、その際は、例えば赤外線撮像装置の温度情報を取得するための第二温度センサと、あらかじめ取得して赤外線撮像装置ごとに記憶された出力レベルの事前データに基づき、逐次差分処理を行うことも一般的である。
Further, as disclosed in
しかしながら、従来の赤外線撮像装置では、光学特性が理想的でない光学レンズを使用した場合、レンズ結像性悪化による画像ぼやけに関しては補正することができないという不具合があった。 However, in the conventional infrared image pickup apparatus, when an optical lens having non-ideal optical characteristics is used, there is a problem that image blurring due to deterioration of lens imaging property cannot be corrected.
本開示による赤外線撮像装置はかかる課題を解決するためになされたものであり、光学特性が理想的でない光学レンズを使用した場合でも、レンズ結像性悪化による画像ぼやけを適正に補正する赤外線撮像装置を提供することを目的とする。 The infrared image pickup apparatus according to the present disclosure has been made to solve such a problem, and is an infrared image pickup apparatus that appropriately corrects image blurring due to deterioration of lens image quality even when an optical lens having non-ideal optical characteristics is used. The purpose is to provide.
本開示による赤外線撮像装置は、被写体から放射される赤外線光を集光する赤外線透過レンズと、前記赤外線透過レンズで集光された赤外線光を電気信号に変換する画素が、二次元アレイ状に配置された画面を有する赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子からの前記電気信号をデジタル信号に変換する信号処理部と、前記信号処理部の出力と、前記信号処理部の出力に前記赤外線透過レンズの分散度を乗じた出力とに基づき光学特性の補正を行う光学特性補正部と、基準温度を検知する基準温度検知部と、前記光学特性補正部の出力と前記基準温度検知部の出力に基づき、前記被写体の絶対温度換算を行う温度測定部と、を備える。 In the infrared image pickup apparatus according to the present disclosure, an infrared transmission lens that collects infrared light emitted from a subject and pixels that convert infrared light collected by the infrared transmission lens into an electric signal are arranged in a two-dimensional array. An infrared image pickup element having a screen, a signal processing unit that converts the electric signal from the infrared image pickup element into a digital signal, an output of the signal processing unit, and an infrared transmissive lens at the output of the signal processing unit. Based on the optical characteristic correction unit that corrects the optical characteristics based on the output multiplied by the degree of dispersion, the reference temperature detection unit that detects the reference temperature, the output of the optical characteristic correction unit, and the output of the reference temperature detection unit. A temperature measuring unit for converting the absolute temperature of the subject is provided.
本開示による赤外線撮像装置によると、光学特性が理想的でない赤外線透過レンズを使用した場合でも、赤外線透過レンズの分散度の情報に基づき信号処理することで、絶対温度測定精度の向上が図れると共に、結像性を改善した画像を取得することができる。 According to the infrared image pickup apparatus according to the present disclosure, even when an infrared transmissive lens whose optical characteristics are not ideal is used, signal processing can be performed based on the information on the degree of dispersion of the infrared transmissive lens, thereby improving the absolute temperature measurement accuracy and improving the absolute temperature measurement accuracy. It is possible to acquire an image with improved image quality.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による赤外線撮像装置の機能ブロック図である。
受光した赤外線光を電気信号に変換する画素を二次元アレイ状に配置した画素領域12を有する赤外線撮像素子2と、赤外線撮像素子2と被写体の間に配置され、被写体から放射される赤外線光を集光し、結像するように配置された赤外線透過レンズ1と、赤外線撮像素子2からの電気信号を入力し、信号増幅およびデジタル信号への変換等を行う信号処理部3と、信号処理部3の出力と、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報とに基づき補正処理を行う光学特性補正部4を有し、光学特性補正部4で補正された信号成分、すなわち、光学特性補正部4の出力と、基準温度情報を取得する基準温度検知部7の信号成分、すなわち、基準温度検知部7の出力を受けて、温度測定部6において被写体温度情報の演算を行う構成となっている。
FIG. 1 is a functional block diagram of the infrared image pickup apparatus according to the first embodiment.
An infrared
図2に赤外線撮像素子2の構成を示す。入射した赤外線光を受光して電気信号に変換する画素部100が好ましくは二次元アレイ状に配列され、画素部100の通電タイミングを制御する駆動線選択回路102と画素部100から出力される信号成分の増幅および読出しを行う読み出し回路101が配置されている。二次元アレイ状に配列された画素部100の電気信号は、読み出し回路101から信号出力端103を経て、順次出力される。
FIG. 2 shows the configuration of the infrared
画素部100の構成を図3に示す。図3の上側の図は画素部100の上面図であり、図3の下側の図は上面図中のA−A線の断面図である。
駆動線選択回路102に接続された駆動線配線200に対して電気的および熱的に接続された中空支持脚配線201に保持された形で、温度検知部202が中空断熱構造205中に配置されている。ここで、基板204の一部にエッチング等を行って中空断熱構造205を構成してもよいし、有機層その他の構成要素で構成される犠牲層をエッチングすることで中空断熱構造205を形成してもよい。
The configuration of the
The
温度検知部202には、被写体から射出される赤外線光の成分を検知するため、ダイオードもしくはボロメータ等で構成される熱電変換機構206が設けられている。温度検知部202で生じた電気信号は、もう一方の中空支持脚配線201を介して、信号線配線203を介して読み出し回路101に伝達される。なお、図3の上側の図中の符号102aは駆動線選択回路102から流入する電流の方向を示し、符号101bは読み出し回路101に流れていく電流の方向を示している。
The
ここで、温度検知部202から出力される電気信号は、その成分として、基板温度、通電による自己発熱成分、および、レンズ等の光学系部材、光学系部材を保持する鏡筒などから発せられる赤外線光の成分を含んでいる。つまり、環境温度等の変動により、温度検知部202の電気信号レベルは変動することになる。この電気信号レベルの変動を改善するために、モジュール温度および筐体温度を安定させることが、一般的に実施されている。
Here, the electric signal output from the
以下に、実施の形態1による赤外線撮像装置20において、赤外線透過レンズ1についてあらかじめ設定された非結像性情報に基づき光学特性補正部4を設けて光学特性の補正を行うことの必要性を説明する。
Hereinafter, in the infrared
一般的に用いられる両凸形状のSiレンズにおいて、入射光線角を10度として結像性を計算すると、図4に示すように、入射する平行光線が一点に集中せず、分散していることが分かる。これがレンズ結像性を悪化させている理由である。点光源を撮像したとしても、結像点を中心として正規分布のように分散して入射することになる。 In a commonly used biconvex Si lens, when the imaging property is calculated with the incident ray angle set to 10 degrees, the incident parallel rays are not concentrated at one point but dispersed, as shown in FIG. I understand. This is the reason why the lens imaging property is deteriorated. Even if a point light source is imaged, it will be dispersed and incident as if it were a normal distribution centered on the image point.
図5に、図4よりさらに入射光線角が大きい、入射光線角を55度とした場合の光線の計算結果を示す。光学レンズへの入射光線角により入射する光線光量が異なることが図4と図5の対比より理解できる。これが光学中心部と外周部の光量差、つまりシェーディング成分による感度ばらつきにつながる。同時に、結像点までの焦点距離が図4と図5で異なることが分かる。 FIG. 5 shows the calculation result of a ray having an incident ray angle larger than that of FIG. 4 and an incident ray angle of 55 degrees. It can be understood from the comparison between FIGS. 4 and 5 that the amount of incident light rays differs depending on the angle of the light rays incident on the optical lens. This leads to the difference in the amount of light between the optical center and the outer periphery, that is, the sensitivity variation due to the shading component. At the same time, it can be seen that the focal lengths to the image formation points are different in FIGS. 4 and 5.
光線の入射角が浅い場合と比べて光線の入射角が深い場合は、実効的な光学焦点距離が短くなる。これは、いわゆる像面湾曲という現象であり、得られる画像の中心部と外周部で画像のぼやけ度合いに差が発生することにつながる。 The effective optical focal length is shorter when the angle of incidence of the light beam is deeper than when the angle of incidence of the light beam is shallow. This is a phenomenon of so-called curvature of field, which leads to a difference in the degree of blurring of the image between the central portion and the outer peripheral portion of the obtained image.
上述の両凸形状のSiレンズの不具合を改善するため、一般的には光学系に対する改良がこれまでなされてきた。例えば、図6に示すような絞りを光学レンズの前面に配置して不要光を除去することで、見た目は結像性を改善することが可能である。ただし、図4と図6を比較して分かるとおり、入射する絶対光量が絞りにより減少するため、感度としては減少することになる。 In order to improve the above-mentioned defects of the biconvex Si lens, improvements to the optical system have generally been made so far. For example, by arranging a diaphragm as shown in FIG. 6 in front of the optical lens to remove unnecessary light, it is possible to improve the appearance of the image. However, as can be seen by comparing FIGS. 4 and 6, the amount of incident absolute light is reduced by the aperture, so that the sensitivity is reduced.
また、図7のように光学レンズを非球面化することも一般的である。図7では対物面のみの非球面化を模擬した計算結果ではあるが、図4のものと比べて改善していることが分かる。さらに、入射光量も向上していることが分かる。 It is also common to make the optical lens aspherical as shown in FIG. FIG. 7 is a calculation result simulating the asphericalization of only the objective surface, but it can be seen that it is improved as compared with that of FIG. Furthermore, it can be seen that the amount of incident light is also improved.
以上のように、光学レンズの非球面化は、イメージセンサの特性に対して非常に大きなメリットをもたらすことが分かる。可視光イメージセンサ領域では、光学レンズ材として樹脂材、もしくはガラス材が使用されるため、非球面化への対応に大きなコストインパクトはない。 As described above, it can be seen that the asphericalization of the optical lens brings a great merit to the characteristics of the image sensor. In the visible light image sensor region, since a resin material or a glass material is used as the optical lens material, there is no significant cost impact in dealing with asphericalization.
一方、一般的に8〜14μmに代表される赤外線領域の波長を透過する材料としては、Ge、カルコゲナイドガラス、もしくはSi等が一般的に使用されるが、焼結加工による非球面化が可能なカルコゲナイドガラスでは素材自体が高価であるというコスト面での欠点を持つ。 On the other hand, Ge, chalcogenide glass, Si, or the like is generally used as a material that transmits a wavelength in the infrared region typified by 8 to 14 μm, but it can be made aspherical by sintering. Calcogenide glass has the disadvantage in terms of cost that the material itself is expensive.
GeあるいはSiに至っては、焼結加工が不可能であり、削り出しによる非球面レンズ加工は非常に大きなコストアップにつながる。 Sintering is not possible for Ge or Si, and aspherical lens processing by machining leads to a very large cost increase.
かかる問題を解決するために、Siウエハに対してグレースケールエッチングを用いることで非球面加工を実施する技術も報告されているものの、非球面レンズ化には非常に高度な表面加工技術が必要であり、加工精度の観点で課題が残る。 In order to solve this problem, a technique for performing aspherical processing by using grayscale etching on a Si wafer has been reported, but a very advanced surface processing technology is required to make an aspherical lens. There remains a problem from the viewpoint of processing accuracy.
ここで、上述のレンズ結像性悪化による撮像画像変化の傾向を、図8に模式的に示す。また、図8のA−B間の出力輝度を図9に模式的に示す。 Here, FIG. 8 schematically shows the tendency of the captured image change due to the deterioration of the lens imaging property described above. Further, the output luminance between AB in FIG. 8 is schematically shown in FIG.
理想的な光学特性を有する光学レンズで被写体撮像を行った場合は、図8の左側の図に示すように、被写体の温度情報および表面放射率に基づく出力輝度を得ることができる。さらに、図9中の実線で示すように、被写体−背景間ぼやけに関しても発生せず、良好な出力を得ることができる。つまり、出力輝度に基づき各部の温度情報を演算により求めることが容易である。 When the subject is imaged with an optical lens having ideal optical characteristics, the output brightness based on the temperature information of the subject and the surface emissivity can be obtained as shown in the figure on the left side of FIG. Further, as shown by the solid line in FIG. 9, blurring between the subject and the background does not occur, and good output can be obtained. That is, it is easy to obtain the temperature information of each part by calculation based on the output luminance.
一方、球面Siレンズに代表される、理想的な光学特性を有していない光学レンズで被写体撮像を行った場合は、図8の右側の図に示すように、被写体の温度情報が背景温度、被写体撮像のサイズ等の影響を受けてしまう。具体的には、図9中の破線で示すように、背景温度が低いほど被写体出力輝度は低く、被写体サイズが小さいほど被写体出力輝度は低くなってしまう。つまり、出力輝度に基づき各部の温度情報を演算により正確に算出することが困難である上に、被写体−背景間ぼやけによる視認性の悪化が発生することになる。 On the other hand, when the subject is imaged with an optical lens that does not have ideal optical characteristics, such as a spherical Si lens, the temperature information of the subject is the background temperature, as shown in the figure on the right side of FIG. It is affected by the size of the subject image. Specifically, as shown by the broken line in FIG. 9, the lower the background temperature, the lower the subject output brightness, and the smaller the subject size, the lower the subject output brightness. That is, it is difficult to accurately calculate the temperature information of each part based on the output luminance, and the visibility is deteriorated due to the blurring between the subject and the background.
以上の検討を踏まえ、本開示による赤外線撮像装置では、光学特性が理想的でない赤外線透過レンズ1を使用した場合でも、レンズ結像性悪化による画像ぼやけを適正に補正可能とするために、図1に示される装置構成を基本構成とした。以下に、実施の形態1による赤外線撮像装置の動作原理を詳述する。
Based on the above studies, in the infrared image pickup apparatus according to the present disclosure, in order to appropriately correct image blurring due to deterioration of lens image quality even when an
赤外線透過レンズ1についてあらかじめ設定された非結像性情報に基づいて補正処理を行う光学特性補正部4に関して、以下に説明する。
理想的な光学系を用いた場合を仮定し、二次元アレイ状に配置されている画素配列それぞれの出力値を理想出力値P(i,j)とする。次に、画素配列中のある点(x,y)に点光源が入射した際の周辺画素への分散度を分散度r(x,y)(i,j)とする。点(x,y)における実際に出力される実測出力値Q(x,y)は、理想出力値P(i,j)および分散度r(x,y)(i,j)で表すと、下記の(1)式で表現できる。
The optical characteristic correction unit 4 that performs correction processing based on preset non-imaging information for the
Assuming that an ideal optical system is used, the output value of each pixel array arranged in a two-dimensional array is defined as the ideal output value P (i, j). Next, the degree of dispersion to peripheral pixels when a point light source is incident on a certain point (x, y) in the pixel array is defined as the degree of dispersion r (x, y) (i, j). The actually measured output value Q (x, y) actually output at the point (x, y) is expressed by the ideal output value P (i, j) and the degree of dispersion r (x, y) (i, j). It can be expressed by the following equation (1).
分散度r(x,y)(i,j)は光学レンズ等で決定される分散度、つまり、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報であり、出荷検査等での赤外線透過レンズ1を測定した実測値から導出してもよいし、誤差が許容範囲であれば、レンズ設計で算出される理想値としてもよい。また、厳密には入射角に対して分散度は変化するが、誤差が許容されるのであれば、入射角に対して代表値を設けることとしてもよい。
The degree of dispersion r (x, y) (i, j) is the degree of dispersion determined by an optical lens or the like, that is, the non-imaging information of the
また、分散度r(x,y)(i,j)は、影響範囲を限定して設定してもよい。つまり、点(x,y)を中心として、数画素もしくは十画素程度の限られた範囲のみの分散が主要因である場合は、その他の画素領域に関しては無視するような処理を行ってもよい。 Further, the degree of dispersion r (x, y) (i, j) may be set by limiting the range of influence. That is, if the main factor is the dispersion of only a limited range of several pixels or about ten pixels around the point (x, y), the other pixel areas may be ignored. ..
画素配列それぞれの実測出力値Q(x,y)は実測値であり、光学レンズ等で決定される分散度r(x,y)(i,j)はあらかじめ算出あるいは測定されているため、(1)式を用いた解析計算によって理想出力値P(i,j)を算出することが可能である。この場合、分散度r(x,y)(i,j)の設定を上述のように工夫することで、解析計算の負荷を低減することも可能である。 Since the actually measured output value Q (x, y) of each pixel array is an actually measured value, and the dispersity r (x, y) (i, j) determined by an optical lens or the like is calculated or measured in advance, ( The ideal output value P (i, j) can be calculated by the analysis calculation using the equation 1). In this case, it is possible to reduce the load of analysis calculation by devising the setting of the degree of dispersion r (x, y) (i, j) as described above.
さらに、解析計算負荷を軽減するため、以下のような線形演算手段を採用してもよい。
点(x,y)における実際に出力される実測出力値Q(x,y)に対して、赤外線透過レンズ1による分散度r(x,y)(i,j)をさらに乗じたと仮定した場合の出力を仮定出力値S(x,y)と定義すると、仮定出力値S(x,y)は下記の(2)式で表すことができる。
Further, in order to reduce the analysis calculation load, the following linear calculation means may be adopted.
Assuming that the measured output value Q (x, y) actually output at the point (x, y ) is further multiplied by the dispersion r (x, y) (i, j) by the
この場合、理想出力値P(x,y)と実測出力値Q(x,y)の差分値と、実測出力値Q(x,y)と仮定出力値S(x,y)の差分値の比率は、下記の(3)式に変形することができる。 In this case, the difference between the ideal output value P (x, y) and the measured output value Q (x, y), and the difference between the measured output value Q (x, y) and the assumed output value S (x, y). The ratio can be transformed into the following equation (3).
ここで、(3)式の分母の項は、下記の(4)式のように近似される。 Here, the denominator term of Eq. (3) is approximated as in Eq. (4) below.
一方、(3)式の分子の項は、下記の(5)式のように表される。 On the other hand, the numerator term of the formula (3) is expressed as the following formula (5).
つまり、(5)式の左側の項を定数として近似することで、下記の(6)式に示すように、理想出力値P(x,y)と実測出力値Q(x,y)との差分値と、実測出力値Q(x,y)と仮定出力値S(x,y)との差分値の比率を比例定数αとして線形近似することが可能となる。 That is, by approximating the term on the left side of Eq. (5) as a constant, the ideal output value P (x, y) and the actually measured output value Q (x, y) are as shown in Eq. (6) below. It is possible to linearly approximate the ratio of the difference value to the measured output value Q (x, y) and the assumed output value S (x, y) as the proportionality constant α.
上述のとおり、実測出力値Q(x,y)と分散度r(x,y)(i,j)から直接、理想出力値P(i,j)を計算するには、行列計算を含めた複雑な計算が必要であるが、実測出力値Q(x,y)と分散度r(x,y)(i,j)から、赤外線透過レンズ1による分散度r(x,y)(i,j)をさらに乗じたと仮定した場合の出力である仮定出力値S(x,y)に関しては、単純計算により算出することができる。実測出力値Q(x,y)と仮定出力値S(x,y)から、線形計算により理想出力値P(i,j)を導出することによって、演算の負荷が大きく低減できる。 As described above, in order to calculate the ideal output value P (i, j) directly from the measured output value Q (x, y) and the dispersion degree r (x, y) (i, j), matrix calculation was included. Although complicated calculations are required, from the measured output values Q (x, y) and the dispersion r (x, y) (i, j), the dispersion r (x, y) (i, by the infrared transmissive lens 1) The assumed output value S (x, y), which is the output when it is assumed that j) is further multiplied, can be calculated by simple calculation. By deriving the ideal output value P (i, j) by linear calculation from the measured output value Q (x, y) and the assumed output value S (x, y), the calculation load can be greatly reduced.
線形近似による光学特性の補正値の計算に関して、さらに説明を加える。
理想出力値P(x,y)、実測出力値Q(x,y)、仮定出力値S(x,y)の関係性から、模擬的に光学特性の補正の効果を計算した結果を図10および図11に示す。
Further explanation will be given regarding the calculation of the correction value of the optical characteristics by linear approximation.
FIG. 10 shows the result of simulating the effect of correcting the optical characteristics from the relationship between the ideal output value P (x, y), the measured output value Q (x, y), and the hypothetical output value S (x, y). And shown in FIG.
図10は、理想出力値P(x,y)を正方形型の被写体を撮像した場合の模擬画像とし、分散度r(x,y)(i,j)を画面の面内一定値として任意に設定した場合における、理想出力値P(x,y)、実測出力値Q(x,y)、仮定出力値S(x,y)および実測出力値Q(x,y)と仮定出力値S(x,y)から導出される復元画像P’(x,y)をそれぞれ表し、図10中の左から1番目、2番目、3番目、4番目の図に対応している。 In FIG. 10, the ideal output value P (x, y) is a simulated image when a square-shaped subject is imaged, and the dispersion degree r (x, y) (i, j) is arbitrarily set as a constant in-plane value of the screen. When set, the ideal output value P (x, y), the measured output value Q (x, y), the assumed output value S (x, y), the measured output value Q (x, y), and the assumed output value S ( The restored images P'(x, y) derived from x, y) are represented, respectively, and correspond to the first, second, third, and fourth figures from the left in FIG.
図11は、図10中の理想出力値P(x,y)、実測出力値Q(x,y)、仮定出力値S(x,y)および復元画像P’(x,y)、それぞれのA−B間の出力を表したグラフで、それぞれ、図10中の左から1番目、2番目、3番目、4番目の図に対応している。 11 shows the ideal output value P (x, y), the measured output value Q (x, y), the hypothetical output value S (x, y), and the restored image P'(x, y) in FIG. 10, respectively. It is a graph showing the output between A and B, and corresponds to the first, second, third, and fourth figures from the left in FIG. 10, respectively.
復元画像P’(x,y)においては、出力値が切り替わるポイントでの補正に関しては誤差が生じるものの、被写体の中心部分における出力値は誤差が小さくなり、温度判定精度が向上する効果が得られる。加えて、出力値が切り替わるポイント、つまり実測出力値Q(x,y)ではぼやけてしまっていた輪郭部分に関しても、若干のエッジ強調の効果が得られている。 In the restored image P'(x, y), although an error occurs in the correction at the point where the output value switches, the error in the output value in the central part of the subject becomes small, and the effect of improving the temperature determination accuracy can be obtained. .. In addition, a slight edge enhancement effect is obtained even at the point where the output value is switched, that is, the contour portion that has been blurred at the actually measured output value Q (x, y).
本開示の線形近似による光学特性の補正計算は、高温あるいは低温の被写体が隣接している場合においても、同様に温度判定精度の向上とエッジ強調の効果を得ることができる。 The correction calculation of the optical characteristics by the linear approximation of the present disclosure can similarly improve the temperature determination accuracy and obtain the effect of edge enhancement even when a high temperature or low temperature subject is adjacent to each other.
図12および図13は、それぞれ、図10および図11の場合と同様、模擬画像および復元画像と、A−B間の出力を表したグラフである。 12 and 13, as in the case of FIGS. 10 and 11, are graphs showing the simulated image, the restored image, and the output between AB, respectively.
図13のグラフは、被写体モデルとして、高温あるいは低温被写体が隣接する場合を、図12のように仮定して補正計算を行った際の出力を表している。図10および図11の場合と同様、温度判定精度の向上と、エッジ強調の効果を得ることが確認できる。 The graph of FIG. 13 shows the output when the correction calculation is performed assuming the case where high temperature or low temperature subjects are adjacent to each other as the subject model as shown in FIG. As in the case of FIGS. 10 and 11, it can be confirmed that the temperature determination accuracy is improved and the edge enhancement effect is obtained.
実際に、光学レンズで決定される分散度r(x,y)(i,j)を、
(a)光学設計値から導出
(b)21×21画素に限定
(c)入射角に対して変化しないものとする
(d)線形演算による出力値の補正
以上、(a)〜(d)を条件として、光学特性の補正の効果を実撮像データより評価した結果を図14に示す。
Actually, the dispersity r (x, y) (i, j) determined by the optical lens is
(A) Derived from the optical design value (b) Limited to 21 × 21 pixels (c) It shall not change with respect to the incident angle (d) Correction of the output value by linear calculation Above, (a) to (d) As a condition, FIG. 14 shows the result of evaluating the effect of the correction of the optical characteristics from the actual imaging data.
図14の左側の2図に示す光学特性の補正前の画像では、被写体、すなわち、図中の人物の輝度値が、被写体が小さい場合の方が低く変化していると同時に、人物と背景の境界部分にぼやけが生じている。これに対して、図14の右側の2図に示す光学特性の補正後の画像では、出力輝度値の変化が小さく、かつ、境界部分のぼやけも改善されている。 In the image before correction of the optical characteristics shown in the two figures on the left side of FIG. 14, the luminance value of the subject, that is, the person in the figure is changed to be lower when the subject is small, and at the same time, the person and the background are changed. Blurring occurs at the boundary. On the other hand, in the image after correction of the optical characteristics shown in FIG. 2 on the right side of FIG. 14, the change in the output luminance value is small and the blurring of the boundary portion is also improved.
図15のグラフに、同一の補正方法を用いた際の被写体サイズに対する出力温度感度、つまり被写体温度が1℃変化する場合の出力輝度の変化量を計測した結果を示す。図15中、黒で塗りつぶした丸点は光学特性の補正前の画像からの出力感度値、黒で塗りつぶした三角点は光学特性の補正後の画像からの出力感度値をそれぞれ表す。被写体サイズが極端に縮小した場合、出力感度値は低下してしまうものの、それ以外の場合は出力感度値が一定となるように補正できていることが分かる。 The graph of FIG. 15 shows the result of measuring the output temperature sensitivity with respect to the subject size when the same correction method is used, that is, the amount of change in the output luminance when the subject temperature changes by 1 ° C. In FIG. 15, the circle points filled with black represent the output sensitivity value from the image before the correction of the optical characteristics, and the triangular points filled with black represent the output sensitivity value from the image after the correction of the optical characteristics. When the subject size is extremely reduced, the output sensitivity value decreases, but in other cases, it can be seen that the output sensitivity value can be corrected to be constant.
次に、温度測定部6における被写体温度情報の演算について補足説明を加える。
上述のとおり、温度検知部202の信号成分は、被写体から放射される赤外線光による温度変化成分と、基板温度、通電による自己発熱成分およびレンズ等の光学系部材、光学系部材を保持する鏡筒などから発せられる赤外線光の成分を含んでいる。つまり、被写体の温度検知を行うためには被写体温度情報の演算を行う必要がある。
Next, a supplementary explanation will be added regarding the calculation of the subject temperature information in the
As described above, the signal component of the
一例として、図16に示される赤外線撮像装置の機能ブロック図のように、赤外線透過レンズ1の前面にメカニカルシャッター8を配置し、基準温度検知部7でメカニカルシャッター8の温度を測定すると同時に、メカニカルシャッター8を撮像した際の出力値を事前に記憶しておく。この構成では、メカニカルシャッター8の温度が基準温度となる。なお、メカニカルシャッター8以外のシャッター機構でも同様の効果を奏することは言うまでもない。
As an example, as shown in the functional block diagram of the infrared image pickup device shown in FIG. 16, a
まず、メカニカルシャッター8の温度をT1、求められた出力値をP1と仮定する。次に、メカニカルシャッター8を除いて、被写体を撮像した際の出力を測定する。求められた出力値をP2と仮定する。上述の光学特性の補正を行った後の出力温度感度、つまり、被写体温度が1℃変化する場合の出力輝度変化量をdP/dTとすると、被写体温度T2は下記の(7)式で表すことができる。
First, it is assumed that the temperature of the
ここで、出力温度感度dP/dTは前述の光学特性の補正に関する説明で示したとおり、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報に基づき光学特性の補正を行うことで、被写体サイズが極端に縮小した場合、出力感度値は低下してしまうものの、それ以外の場合は出力感度値が一定となるように補正できる。つまり、被写体温度T2の測定精度が向上することになる。
Here, the output temperature sensitivity dP / dT is optically based on the non-imaging information of the
一方、図1に示される赤外線撮像装置のように、メカニカルシャッター8を構成せず、壁、床等の室温と同等の被写体を撮像し、基準温度検知部7で室温を観測することでも、同等の効果が得られる。
On the other hand, unlike the infrared image pickup device shown in FIG. 1, it is also equivalent to taking an image of a subject having the same room temperature as a wall, a floor, etc. without configuring the
ここで、出力温度感度dP/dTに関して説明を加える。被写体から放射される赤外線光は、様々な波長帯から構成されるが、全波長帯を積分した放射光量の総和は、プランクの放射則に従い、温度の4乗の特性を持つ。 Here, a description will be added regarding the output temperature sensitivity dP / dT. Infrared light emitted from a subject is composed of various wavelength bands, and the total amount of emitted light obtained by integrating all wavelength bands has the characteristic of the fourth power of temperature according to Planck's radiation law.
加えて、赤外線透過レンズ1をはじめとする光学系の透過率は、波長特性を持つ。例えば、Siレンズであれば、8μm帯の波長に関しては透過率が低い一方、10μm〜12μm帯の波長に関しては透過率が高い。さらに、赤外線撮像装置20中の温度検知部202の吸収率という観点でも波長特性が存在する。つまり、入射光量波長特性、光学系波長特性およびセンサ吸収率波長特性の積を行い、かつ、全波長積分を行った結果が、検知可能な入射光量となる。
In addition, the transmittance of the optical system including the
出力温度感度dP/dTは、この検知可能な入射光量に比例する値であり、被写体温度に対して複雑な関数系を持つことになる。出力温度感度dP/dTを演算に用いるにあたり、被写体温度に対して換算テーブルを持ってもよいし、二次あるいは三次関数の関数系としてもよい。なお、測定誤差が許容できるのであれば、一次関数系としてもよい。 The output temperature sensitivity dP / dT is a value proportional to the amount of incident light that can be detected, and has a complicated functional system with respect to the subject temperature. When using the output temperature sensitivity dP / dT for calculation, a conversion table may be provided for the subject temperature, or it may be a function system of a quadratic or cubic function. If the measurement error is acceptable, it may be a linear function system.
これらの補正回路構成および演算回路構成により、球面Siレンズに代表される、理想的な光学特性を有していない光学レンズで被写体撮像を行った場合においても、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報に基づき光学特性の補正を行うことで、被写体の温度情報が背景温度、被写体撮像サイズ等の影響を受けず、被写体温度の換算精度を向上することができる。同時に、被写体−背景間ぼやけによる視認性の悪化を解消し、輪郭が強調された画像を得ることができる。
With these correction circuit configurations and arithmetic circuit configurations, even when the subject is imaged with an optical lens that does not have ideal optical characteristics, such as a spherical Si lens, the optical member non-imaging information storage unit. By correcting the optical characteristics based on the non-imaging information of the
実施の形態2.
図17は、実施の形態2による赤外線撮像装置の機能ブロック図である。
実施の形態1による赤外線撮像装置の構成要素に加えて、信号処理部3と光学特性補正部4の間に、温度検知対象導出部23を配置する。温度検知対象導出部23により、赤外線撮像素子2の画面内の温度測定箇所を限定し、限定された部分にのみ光学特性の補正を実施する。これにより、光学特性の補正に必要な演算量は著しく減少させることができる。同時に、指定された温度測定箇所に関しては、被写体温度の換算精度を向上するという効果を得ることができる。
FIG. 17 is a functional block diagram of the infrared image pickup apparatus according to the second embodiment.
In addition to the components of the infrared image pickup apparatus according to the first embodiment, the temperature detection
例えば、温度検知対象導出部23で導出する温度測定箇所は、画面内出力輝度の最大点のみに設定してもよいし、画像解析により、複数点を設定してもよい。あるいは、常時同一のポイントを指定してもよい。
For example, the temperature measurement points derived by the temperature detection
実施の形態2による赤外線撮像装置により、球面Siレンズに代表される、理想的な光学特性を有していない光学レンズで被写体撮像を行った場合においても、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報に基づき光学特性の補正を行うことで、被写体の温度情報が背景温度、被写体撮像サイズ等で影響を受けず、被写体温度の換算精度を向上することができるという、実施の形態1の効果を奏すると同時に、演算負荷を大きく減少させることができるという新たな効果が得られる。
Even when the subject is imaged with an optical lens having no ideal optical characteristics represented by a spherical Si lens by the infrared image pickup apparatus according to the second embodiment, the optical member non-imaging
実施の形態3.
図18は、実施の形態3による赤外線撮像装置の機能ブロック図である。
実施の形態1による赤外線撮像装置の構成要素に加えて、温度測定部6の後段に、レベル安定化代表点抽出部21と、レベル安定化代表点抽出部21の出力を受ける輝度値調整部22とを配置する。温度測定部6で測定された出力のうち、被写体が移動した部分、つまり、出力値が大きく変動していない部分は、室温レベルであり実温度は大きく変化していないと推測される。
FIG. 18 is a functional block diagram of the infrared image pickup apparatus according to the third embodiment.
In addition to the components of the infrared image pickup apparatus according to the first embodiment, the level stabilization representative
一方、温度検知部202の信号成分は、基板温度、通電による自己発熱成分およびレンズ等の光学系部材、光学系部材を保持する鏡筒などから発せられる赤外線光の成分を含んでいる。つまり、風、直射日光、その他外乱影響および環境温度等の変動により、信号レベルは変動することになるため、出力値が安定しない場合がある。
On the other hand, the signal component of the
出力値が大きく変動していない部分をレベル安定化代表点抽出部21で判定し、出力値のレベルが大きく変動していないと判定された部分の座標データを温度測定部6に出力する。温度測定部6では指定の座標データ出力を一定とするような画面輝度補正、もしくは判定温度補正を実施することで、外乱影響に影響されずに温度判定および画像生成が可能となる。
The level stabilization representative
レベル安定化代表点抽出部21では、例えば複数の固定点を常に温度判定し、その出力値の時間偏差が小さい画素を指定画素、すなわち、代表点としてもよく、もしくは画面全体で画像解析を行うことで精度を高めてもよい。一例としては、出力値の変動が予め定められたしきい値未満である画素を指定画素、すなわち、代表点として抽出するようにしても良い。輝度値調整部22はレベル安定化代表点抽出部21の出力を受けて、指定画素、すなわち、代表点の輝度を調整する。
In the level stabilization representative
実施の形態3による赤外線撮像装置により、球面Siレンズに代表される、理想的な光学特性を有していない光学レンズで被写体撮像を行った場合においても、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報に基づき光学特性の補正を行うことで、被写体の温度情報が背景温度、被写体撮像サイズ等の影響を受けないため、被写体温度の換算精度が向上する。
Even when the subject is imaged with an optical lens having no ideal optical characteristics represented by a spherical Si lens by the infrared image pickup apparatus according to the third embodiment, the optical member non-imaging
さらに、被写体−背景間ぼやけによる視認性の悪化を解消し、輪郭が強調された画像を得ることができるという実施の形態1の効果を奏すると同時に、外乱の影響を低減した判定ができるという新たな効果が得られる。 Further, it is possible to eliminate the deterioration of visibility due to the blurring between the subject and the background, obtain the effect of the first embodiment that the image with the emphasized outline can be obtained, and at the same time, it is possible to make a determination that the influence of the disturbance is reduced. Effect can be obtained.
実施の形態4.
図19は、実施の形態4による赤外線撮像装置の機能ブロック図である。
実施の形態1による赤外線撮像装置の構成要素に加えて、信号処理部3と光学特性補正部4の間に、温度影響演算部9を配置し、温度影響演算部9には基準温度検知部7からの基準温度情報と、出力影響演算係数記憶部10が接続されている。出力影響演算係数記憶部10では、あらかじめ保有された基準温度に対する出力変位傾向が記憶されている。
Embodiment 4.
FIG. 19 is a functional block diagram of the infrared image pickup apparatus according to the fourth embodiment.
In addition to the components of the infrared image pickup apparatus according to the first embodiment, a temperature
温度影響演算部9では、基準温度検知部7からの基準温度情報と、基準温度に対する出力変位傾向を組み合わせることにより、出力値の補正を実施する。これにより、実施の形態3による赤外線撮像装置20で説明した、風、直射日光、その他外乱影響、環境温度等の変動による、信号レベルは変動を補正することができ、出力値を安定させることができる。
The temperature
実施の形態4による赤外線撮像装置より、球面Siレンズに代表される、理想的な光学特性を有していない光学レンズで被写体撮像を行った場合においても、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報に基づき光学特性の補正を行うことで、被写体の温度情報が背景温度、被写体撮像サイズ等の影響を受けず、被写体温度換算精度が向上する。
Even when the subject is imaged with an optical lens having no ideal optical characteristics represented by a spherical Si lens from the infrared image pickup apparatus according to the fourth embodiment, the optical member non-imaging
さらに、被写体-背景間ぼやけによる視認性の悪化を解消し、輪郭が強調された画像を得ることができるという、実施の形態1の効果を奏すると同時に、実施の形態3と同様、外乱の影響を低減した判定ができるという新たな効果を得られる。また、シャッター補正の頻度低減、さらにはシャッター機構自体を廃することができる。 Further, the effect of the first embodiment is achieved by eliminating the deterioration of visibility due to the blurring between the subject and the background and obtaining an image with the emphasized outline, and at the same time, the influence of the disturbance as in the third embodiment. It is possible to obtain a new effect of being able to make a judgment with a reduced amount of. Further, the frequency of shutter correction can be reduced, and the shutter mechanism itself can be eliminated.
実施の形態5.
図20は、実施の形態5による赤外線撮像装置の機能ブロック図である。
実施の形態1による赤外線撮像装置で示した構成要素のうち、基準温度検知部7において検知する基準温度は、赤外線撮像素子2内に配置された温度センサ出力としてもよい。上述のとおり、温度検知部202の信号成分は、基板温度、通電による自己発熱成分、およびレンズ等の光学系部材、光学系部材を保持する鏡筒などから発せられる赤外線光の成分を含んでいる。赤外線撮像素子2の温度を正確に測定することで、温度判定精度を向上させることが可能となる。
FIG. 20 is a functional block diagram of the infrared image pickup apparatus according to the fifth embodiment.
Among the components shown by the infrared image pickup device according to the first embodiment, the reference temperature detected by the reference
実施の形態5による赤外線撮像装置により、球面Siレンズに代表される、理想的な光学特性を有していない光学レンズで被写体撮像を行った場合においても、光学部材非結像性情報記憶部5において蓄積された赤外線透過レンズ1の非結像性情報に基づき光学特性の補正を行うことで、被写体の温度情報が背景温度、被写体撮像サイズ等の影響を受けず、被写体温度の換算精度が向上する。さらに、被写体-背景間ぼやけによる視認性の悪化を解消し、輪郭が強調された画像を得ることができるという、実施の形態1の効果を奏すると同時に、温度判定精度をさらに向上させることが可能となる。
Even when the subject is imaged with an optical lens having no ideal optical characteristics represented by a spherical Si lens by the infrared image pickup apparatus according to the fifth embodiment, the optical member non-imaging
なお、実施の形態1〜5による赤外線撮像装置の構成は、いずれも機能ブロック図を用いて説明した。上述の各機能ブロックを格納するハードウエアとしての構成の一例を図21に示す。ハードウエア300は、プロセッサ301と記憶装置302から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ301は、記憶装置302から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ301にプログラムが入力される。また、プロセッサ301は、演算結果等のデータを記憶装置302の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
The configurations of the infrared imaging devices according to the first to fifth embodiments have been described with reference to functional block diagrams. FIG. 21 shows an example of the configuration as hardware for storing each of the above-mentioned functional blocks. The
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。 The present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, although the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are those of a particular embodiment. It is not limited to application, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1 赤外線透過レンズ、2 赤外線撮像素子、3 信号処理部、4 光学特性補正部、5 光学部材非結像性情報記憶部、6 温度測定部、7 基準温度検知部、8 メカニカルシャッター、9 温度影響演算部、10 出力影響演算係数記憶部、12 画素領域、21 レベル安定化代表点抽出部、22 輝度値調整部、23 温度検知対象導出部、100 画素部、101 読み出し回路、102 駆動線選択回路、103 信号出力端、200 駆動線配線、201 中空支持脚配線、202 温度検知部、203 信号線配線、204 基板、205 中空断熱構造、206 熱電変換機構、300 ハードウエア、301 プロセッサ、302 記憶装置 1 Infrared transmission lens, 2 Infrared image pickup element, 3 Signal processing unit, 4 Optical characteristic correction unit, 5 Optical member non-imaging information storage unit, 6 Temperature measurement unit, 7 Reference temperature detection unit, 8 Mechanical shutter, 9 Temperature effect Calculation unit, 10 output influence calculation coefficient storage unit, 12 pixel area, 21 level stabilization representative point extraction unit, 22 brightness value adjustment unit, 23 temperature detection target derivation unit, 100 pixel unit, 101 readout circuit, 102 drive line selection circuit , 103 signal output end, 200 drive line wiring, 201 hollow support leg wiring, 202 temperature detector, 203 signal line wiring, 204 board, 205 hollow insulation structure, 206 thermoelectric conversion mechanism, 300 hardware, 301 processor, 302 storage device
Claims (9)
前記赤外線透過レンズで集光された赤外線光を電気信号に変換する画素が、二次元アレイ状に配置された画面を有する赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子からの前記電気信号をデジタル信号に変換する信号処理部と、
前記信号処理部の出力と、前記信号処理部の出力に前記赤外線透過レンズの分散度を乗じた出力とに基づき光学特性の補正を行う光学特性補正部と、
基準温度を検知する基準温度検知部と、
前記光学特性補正部の出力と前記基準温度検知部の出力に基づき、前記被写体の絶対温度換算を行う温度測定部と、
を備える赤外線撮像装置。 An infrared transmissive lens that collects infrared light emitted from the subject,
An infrared image pickup element having a screen in which pixels for converting infrared light focused by the infrared transmissive lens into an electric signal are arranged in a two-dimensional array are used.
A signal processing unit that converts the electric signal from the infrared image pickup element into a digital signal, and
An optical characteristic correction unit that corrects optical characteristics based on the output of the signal processing unit and the output obtained by multiplying the output of the signal processing unit by the dispersion degree of the infrared transmissive lens.
A reference temperature detector that detects the reference temperature and
A temperature measuring unit that converts the absolute temperature of the subject based on the output of the optical characteristic correction unit and the output of the reference temperature detecting unit, and the temperature measuring unit.
Infrared image pickup device.
前記光学特性補正部が、前記温度検知対象導出部により限定された代表点を演算の対象とすることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の赤外線撮像装置。 Further, a temperature detection target derivation unit that limits the temperature measurement location from the screen of the infrared image pickup element is further provided.
The infrared image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the optical characteristic correction unit targets a representative point limited by the temperature detection target derivation unit.
前記レベル安定化代表点抽出部の出力に基づき画面の輝度値を調整する輝度値調整部と、をさらに備え、
前記光学特性補正部が、前記レベル安定化代表点抽出部および前記輝度値調整部の出力を含めて、前記信号処理部の出力に対して出力値の補正を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の赤外線撮像装置。 A level stabilization representative point extractor that extracts pixels whose output value fluctuation is less than the threshold value,
Further provided with a brightness value adjusting unit that adjusts the brightness value of the screen based on the output of the level stabilization representative point extraction unit.
Claim 1 is characterized in that the optical characteristic correction unit corrects an output value with respect to the output of the signal processing unit, including the output of the level stabilization representative point extraction unit and the luminance value adjustment unit. The infrared image pickup apparatus according to any one of 5 to 5.
前記出力変位傾向に基づき前記基準温度検知部の出力の補正を演算する温度影響演算部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の赤外線撮像装置。 An output influence calculation coefficient storage unit that stores the output displacement tendency with respect to the reference temperature,
A temperature effect calculation unit that calculates the correction of the output of the reference temperature detection unit based on the output displacement tendency,
The infrared image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021079471A JP7271604B2 (en) | 2020-06-02 | 2021-05-10 | Infrared imager |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020567185A JP6991371B1 (en) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | Infrared imager |
JP2021079471A JP7271604B2 (en) | 2020-06-02 | 2021-05-10 | Infrared imager |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020567185A Division JP6991371B1 (en) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | Infrared imager |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021189171A true JP2021189171A (en) | 2021-12-13 |
JP7271604B2 JP7271604B2 (en) | 2023-05-11 |
Family
ID=78849502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021079471A Active JP7271604B2 (en) | 2020-06-02 | 2021-05-10 | Infrared imager |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7271604B2 (en) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63235834A (en) * | 1987-03-24 | 1988-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | Heat image apparatus |
JPH01188176A (en) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Mitsubishi Electric Corp | Shading correcting device for infrared video camera |
JP2005072967A (en) * | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Olympus Corp | Microscopic image capturing apparatus and method |
JP2009281863A (en) * | 2008-05-22 | 2009-12-03 | Mitsubishi Electric Corp | Non-cooled infrared imaging system |
JP2011211426A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Canon Inc | Image processing apparatus and method of controlling the same |
JP2013118547A (en) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Tamron Co Ltd | Infrared camera |
JP2015216576A (en) * | 2014-05-13 | 2015-12-03 | ソニー株式会社 | Image processing apparatus, image processing method, imaging apparatus, electronic apparatus, and program |
WO2017073401A1 (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 富士フイルム株式会社 | Infrared imaging device and signal correction method using infrared imaging device |
JP2017103617A (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | キヤノン株式会社 | Image processing apparatus, imaging device, image processing program |
JP2019205057A (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | スタンレー電気株式会社 | Imaging apparatus |
-
2021
- 2021-05-10 JP JP2021079471A patent/JP7271604B2/en active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63235834A (en) * | 1987-03-24 | 1988-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | Heat image apparatus |
JPH01188176A (en) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Mitsubishi Electric Corp | Shading correcting device for infrared video camera |
JP2005072967A (en) * | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Olympus Corp | Microscopic image capturing apparatus and method |
JP2009281863A (en) * | 2008-05-22 | 2009-12-03 | Mitsubishi Electric Corp | Non-cooled infrared imaging system |
JP2011211426A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Canon Inc | Image processing apparatus and method of controlling the same |
JP2013118547A (en) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Tamron Co Ltd | Infrared camera |
JP2015216576A (en) * | 2014-05-13 | 2015-12-03 | ソニー株式会社 | Image processing apparatus, image processing method, imaging apparatus, electronic apparatus, and program |
WO2017073401A1 (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 富士フイルム株式会社 | Infrared imaging device and signal correction method using infrared imaging device |
JP2017103617A (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | キヤノン株式会社 | Image processing apparatus, imaging device, image processing program |
JP2019205057A (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | スタンレー電気株式会社 | Imaging apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7271604B2 (en) | 2023-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10110833B2 (en) | Hybrid infrared sensor array having heterogeneous infrared sensors | |
KR101059483B1 (en) | Infrared sensor with adjustable sensitivity | |
CN107836111B (en) | System and method for enhanced dynamic range infrared imaging | |
US8290301B2 (en) | Optimized imaging system for collection of high resolution imagery | |
EP2923187B1 (en) | Hybrid infrared sensor array having heterogeneous infrared sensors | |
US9438825B2 (en) | Infrared sensor amplification techniques for thermal imaging | |
US20020025164A1 (en) | Solid-state imaging device and electronic camera and shading compensation method | |
US20060125945A1 (en) | Solid-state imaging device and electronic camera and shading compensaton method | |
JP6275334B2 (en) | Infrared imaging apparatus and fixed pattern noise data updating method | |
US8481918B2 (en) | System and method for improving the quality of thermal images | |
JP6991371B1 (en) | Infrared imager | |
JP2005249723A (en) | Display output unit for image containing temperature distribution, and control method therefor | |
WO2016051848A1 (en) | Infrared imaging device, diaphragm control method, and diaphragm control program | |
JP4017983B2 (en) | Bolometer array readout method and apparatus using a plurality of bias pulses | |
US10481007B2 (en) | System for detecting electromagnetic radiation | |
JP2021189171A (en) | Infrared imaging device | |
US10326949B2 (en) | Integrated switch and shutter for calibration and power control of infrared imaging devices | |
KR20190043563A (en) | Equipment and methods for generating thermal image data | |
JP2680879B2 (en) | Infrared imaging device | |
JP7143558B2 (en) | Infrared imaging device and program used therefor | |
RU87854U1 (en) | IMAGE FORMING DEVICE | |
US20060186338A1 (en) | Method for improving measurement accuracy of infrared imaging radiometers | |
JP2023083980A (en) | Distance measuring device, distance detection art and imaging device | |
Xian et al. | Camera calibration and performance evaluation of depth from defocus (DFD) | |
KR20210072377A (en) | Thermal imaging camera temperature correction method and device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210510 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220621 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230404 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230426 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7271604 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |