JP3183287B2

JP3183287B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP3183287B2
Application number: JP23728399A
Authority: JP
Inventors: 昭生田中
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-07-09
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: JP2000074741A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置の感度及
びダイナミックレンジの改善に関し、特に、温度計測等
に用いられる赤外線撮像装置の感度及びダイナミックレ
ンジの改善に関する。

【０００２】赤外線センサは、物体の表面から放射され
る赤外線を電気信号に変換して画像として表示すること
によって、物体の表面の温度分布を計測する等の目的に
用いられるものであり、微少な温度差を識別することが
できる優れた温度分解能や広いダイナミックレンジ（広
い温度範囲をカバーする能力）が求められている。

【０００３】

【従来の技術】図１０は、従来の赤外線撮像装置の一構
成例を示す回路ブロック図である。

【０００４】図１０に示すように本従来例においては、
基板（不図示）から熱的に分離されたボロメータ１と、
垂直シフトレジスタ９と、水平シフトレジスタ１１と、
抵抗変化を電圧変化に変換する積分回路１４，１５とが
少なくとも設けられており、被写体から赤外線エネルギ
ーが照射されると、放射された赤外線エネルギーが光学
系によってデバイス表面に集光されて各画素のボロメー
タ１の温度が変化し、それにより、ボロメータ１の抵抗
が変化する。各画素は垂直シフトレジスタ９及び水平シ
フトレジスタ１１によって順次選択され、積分回路１
４，１５によって抵抗変化が電気信号として読み出され
ていく（特開平８−１０５７９４号公報参照）。

【０００５】また、特開平１−１０２３３０号公報に開
示されているものにおいては、赤外線センサ、減算器、
中心温度設定回路、ゲイン切換回路及びピークホールド
回路が設けられており、赤外線センサにおいて被測定物
の温度分布が電気信号に変換され、通常のテレビ信号と
同様に各画素の信号が順次読み出される。その後、ピー
クホールド回路において、読み出された信号の最大レベ
ルと最小レベルが保持されて、信号のレベルがダイナミ
ックレンジに入るようにゲイン切換回路におけるゲイン
が制御される。なお、中心温度設定回路においては、ユ
ーザによってマニュアルで中心温度が設定される。

【０００６】また、特開平８−４６８７０号公報に開示
されているものにおいては、熱型赤外線撮像装置の例で
あるが、自動レベル制御装置及び自動利得制御装置が設
けられている。自動レベル制御装置においては、全画素
の半分の画素がダイナミックレンジの下半分に、残り半
分が上半分にそれぞれ入るように、ビデオ信号に加えら
れるオフセットレベルが制御されている。また、自動利
得制御装置においては、各画素のレベルがビデオ信号の
ダイナミックレンジの１０％から９０％に入るようにゲ
インが制御されている。

【０００７】また、特開平７−１３７０６２号公報に開
示されているものにおいては、ゲインを自動調整するＡ
ＧＣ（オートマテイックゲインコントロール）処理によ
り、撮影画面の明暗差が拡大されている。

【０００８】また、特開平２−１０７０７４号公報に開
示されているものにおいては、赤外線撮像素子のそれぞ
れの画素の感度ばらつきを補正するゲイン補正回路が設
けられており、それにより、被写体の温度が大きく変化
したとき場合などにおける固定パターンノイズ（固定的
に現れる画素間のＤＣレベルのばらつき）の発生が抑制
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のものにおいては以下に記載するような問
題点がある。

【００１０】（１）特開平８−１０５７９４号公報に開
示されているものについて入射する赤外線によるボロメータの温度変化は非常にわ
ずかであり、また、センサ自体のダイナミックレンジは
非常に大きい。例えば、１℃の温度差を有する被写体に
よるボロメータの温度変化はわずかに２×１０ー3℃程度
であり、数１００℃の被写体を観測してもこれによるボ
ロメータの温度変化は１℃を超えることはない。したが
って、熱型赤外線撮像素子のダイナミックレンジは、セ
ンサからの映像信号を増幅するアンプ等のダイナミック
レンジで決まってしまう。

【００１１】そのため、低照度物体と高照度物体とが混
在する被写体を撮像する場合、低照度物体から高照度物
体までがダイナミックレンジに入るようにアンプの増幅
率が下げられるため、温度分解能が低下し、物体表面に
おける小さな照度分布を観測することができなくなって
しまう。

【００１２】（２）特開平１−１０２３３０号公報、特
開平８−４６８７０号公報及び特開平７−１３７０６２
号公報に開示されているものについてＡＧＣまたはそれに類する回路が設けられ、それによ
り、被写体全体がダイナミックレンジに入るようにアン
プの増幅率や信号のオフセットレベルが制御されている
ため、上述したものと同様の問題点がある。

【００１３】なお、特開平２−１０７０７４号公報に開
示されているものにおいては、個々の画素のゲインばら
つきを補正して均一な画像を得るためのものであり、上
記間題を解決するものではない。

【００１４】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、低照度物体
から高照度物体までを撮像することができるとともに、
わずかな照度分布まで識別することができる撮像装置を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数の画素を持ち、被写体から放射される
光を前記複数の画素で電気信号に変換し、該電気信号を
出力する検知手段と、前記複数の画素からなる画面を前
記電気信号のレベルに応じて複数の部分に分割し、それ
ぞれの部分に所定のオフセット量を定義する制御手段
と、該オフセット量に応じて前記複数の画素の電気信号
レベルを逐次オフセットさせる減算手段とを有すること
を特徴とする。

【００１６】また、複数の画素を持ち、被写体から放射
される光を前記複数の画素で電気信号に変換し、該電気
信号を出力する検知手段と、前記複数の画素からなる画
面を前記電気信号のレベルに応じて複数の部分に分割
し、それぞれの部分に所定の増幅率を定義する制御手段
と、該増幅率に応じて前記複数の画素の電気信号レベル
の増幅率を逐次変化させて増幅する増幅手段とを有する
ことを特徴とする。

【００１７】また、前記制御手段が、前記検知手段から
出力された信号を一定の増幅率にて出力する第１の増幅
手段と、該第１の増幅手段から出力された信号を可変の
増幅率にて出力する第２の増幅手段とからなる撮像装置
において、前記第１の増幅器の出力に基づいて、前記第
１の増幅手段から出力された信号を所定量だけオフセッ
トさせる制御手段を有することを特徴とする。

【００１８】また、前記制御手段が、前記検知手段から
出力された信号を一定の増幅率にて出力する第１の増幅
手段と、該第１の増幅手段から出力された信号を可変の
増幅率にて出力する第２の増幅手段とからなる撮像装置
において、前記第１の増幅器の出力に基づいて、前記第
２の増幅手段による増幅率を制御する制御手段を有する
ことを特徴とする。

【００１９】また、前記制御手段は、前記検出手段に入
射する光の強度の頻度マップを作成する手段を有するこ
とを特徴とする。

【００２０】また、前記制御手段は、前記頻度マップ
を、前記検知手段に入射する光の強度に関して積分する
手段を有することを特徴とする。

【００２１】また、前記制御手段は、前記頻度マップ
を、所定の値以上の頻度を具備し、隣接する強度の領域
に部品化する手段を有することを特徴とする。

【００２２】また、前記制御手段は、部品化された複数
の領域を、前記検知手段に入射する光の強度に関して、
所定の範囲に入るものどうしにグループ化する手段を有
することを特徴とする。

【００２３】また、前記制御手段は、部品化された部品
内またはグループ化されたグループ内の最大入射光強度
をｍａｘ、最小入射光強度をｍｉｎとした場合に、第１
の増幅手段から出力された信号を、（ｍａｘ−ｍｉｎ）
／２だけオフセットさせることを特徴とする。

【００２４】また、前記制御手段は、部品化された部品
内またはグループ化されたグループ内の最大入射光強度
をｍａｘ、最小入射光強度をｍｉｎとした場合に、第２
の増幅手段の増幅率を１／（ｍａｘ−ｍｉｎ）に比例し
て設定することを特徴とする。

【００２５】また、前記増幅手段から出力された信号に
基づいて前記被写体の表示を行う表示手段を有し、該表
示手段は、部品化された部品内またはグループ化された
グループ内の画素をモノクログレースケール表示し、他
の部品内またはグループ内の画素をカラー表示すること
を特徴とする。

【００２６】また、前記増幅手段から出力された信号に
基づいて前記被写体の表示を行う表手段を有し、該表示
手段は、複数のウィンドウを有し、部品化された部品内
またはグループ化されたグループ内の画素を部品毎また
はグループ毎に互いに異なるウィンドウに表示すること
を特徴とする。

【００２７】また、前記増幅手段から出力された信号に
基づいて前記被写体の表示を行う表示手段を有し、該表
示手段は、複数のモニタを有し、部品化された部品内ま
たはグループ化されたグループ内の画素を部品毎または
グループ毎に互いに異なるモニタに表示することを特徴
とする。

【００２８】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、入射する映像信号の光の強度に基づいて、１
フレーム内において、信号レベルがオフセットされた
り、信号レベルの増幅率が変えられたりするので、低照
度物体と高照度物体とが混在する被写体を撮像する場合
においても、各被写体に最適な信号処理条件が設定され
る。

【００２９】また、被写体の抽出においては、入射する
光の強度の頻度マップが作成され、ある頻度以上を有す
る部分に部品化することで、オフセットレベル及び増幅
率を決めるために必要となるデータが得られる。

【００３０】また、上述したようにオフセットレベルや
増幅率を変えた場合、オフセットレベルや増幅率を変え
た部分によって、表示方法をカラー化したり、別画面に
したりすることにより、被写体の識別が可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００３２】図１は、本発明の撮像装置の実施の一形態
を示すブロック図である。

【００３３】本形態は図１に示すように、被写体から放
射される赤外線エネルギーを受光し、受光した赤外線エ
ネルギーを電気信号に変換して出力する検知手段である
センサ１０１と、センサ１０１から出力された電気信号
を増幅して出力する第１の増幅手段であるアンプ１０２
と、アンプ１０２から出力された電気信号のうち、比較
的増幅されていない電気信号に基づいて低照度部分及び
高照度部分の判定を行い、オフセットレベル、指定増幅
率及び表示切り換え信号を１フレーム内で生成し、リア
ルタイムに出力する制御手段である制御ブロック１０６
と、アンプ１０２から出力された電気信号から、制御ブ
ロック１０６から出力されたオフセットレベルを減算し
て出力する減算器１０３と、制御ブロック１０６から出
力された指定増幅率に基づいて、減算器１０３から出力
された信号を増幅して出力する第２の増幅手段である可
変ゲインアンプ１０４と、制御ブロック１０６から出力
された表示切り換え信号に基づいて、可変ゲインアンプ
１０４から出力された信号のうち、被写体の低照度部分
の表示と高照度部分の表示、さらに中問レベルの照度部
分があればその部分の表示とを切り換えて行う表示手段
である表示回路１０５とから構成されている。なお、減
算器１０３においては、オフセットの符号を変えること
で加算器で構成することも可能である。

【００３４】以下に、上記のように構成された撮像装置
の動作について説明する。

【００３５】被写体から赤外線エネルギーが放射される
と、放射された赤外線エネルギーがセンサ１０１におい
て受光され、受光された赤外線エネルギーが電気信号に
変換されて出力される。

【００３６】次に、アンプ１０２において、センサ１０
１から出力された電気信号が所定の増幅率で増幅され、
減算器１０３及び制御ブロック１０６に対して出力され
る。

【００３７】すると、制御ブロック１０６において、ア
ンプ１０２から出力された電気信号のうち、比較的増幅
されていない電気信号に基づいて低照度部分及び高照度
部分の判定が行われ、それにより、減算器１０３におけ
る減算量となるオフセットレベル、可変ゲインアンプ１
０４における増幅率となる指定増幅率及び表示回路１０
５における表示切り換えのための表示切り換え信号が１
フレーム内で生成され、リアルタイムに出力される。

【００３８】減算器１０３においては、アンプ１０２か
ら出力された電気信号から、制御ブロック１０６から出
力されたオフセットレベルが減算されて出力される。

【００３９】次に、可変ゲインアンプ１０４において、
制御ブロック１０６から出力された指定増幅率に基づい
て、減算器１０３から出力された信号が増幅されて出力
される。

【００４０】その後、表示回路１０５において、制御ブ
ロック１０６から出力された表示切り換え信号に基づい
て、可変ゲインアンプ１０４から出力された信号のう
ち、低照度部分の表示と高照度部分の表示、さらに中問
レベルの照度部分があればその部分の表示とが切り換え
られて表示が行われる。

【００４１】図２は、図１に示した制御ブロック１０６
の一構成例を示すブロック図である。

【００４２】本形態における制御ブロック１０６は図２
に示すように、センサ１０１から出力された電気信号を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０１と、頻度マ
ップの作成やその他の作業に使用されるデータが格納さ
れているメモリ２０２と、センサ１０１に入射する光の
強度（映像信号の大きさ）の頻度マップを作成し、低照
度部分及び高照度部分に応じて、その部分に最適なオフ
セットレベル及び増幅率を計算し、出力する制御回路２
０３とから構成されている。なお、制御回路２０３にお
ける計算は、例えば、ある１フレームのデータについて
行い、次のフレームのデータに反映させる。

【００４３】図３は、図１に示した制御ブロック１０６
の他の構成例を示すブロック図である。

【００４４】図３に示す制御ブロックは、低照度部分及
び高照度部分の判定を行うコンパレータ３０１と、コン
パレータ３０１における判定結果に基づいてオフセット
レベルや増幅率を生成し、出力する制御回路３０２とか
ら構成されており、ある画素の判定が即座にその画素の
制御に反映される。この例においては、回路構成が単純
であるというメリットがあるが、被写体によって自動的
にオフセットレベルや増幅率を変えるという複雑な制御
はできない。

【００４５】以下に、図２に示した制御回路２０３にお
ける動作について詳細に説明する。

【００４６】図４は、図２に示した制御回路２０３にお
ける動作を説明するための図であり、（ａ）は被写体か
ら放射される光の強度を示す図、（ｂ）は（ａ）に示し
た光の強度の頻度マップを示す図、（ｃ）は（ｂ）に示
した頻度マップが信号レベルに対して積分された信号を
示す図、（ｄ）は（ｃ）に示した信号があるしきい値に
より部品化された状態を示す図、（ｅ）は（ｄ）に示し
た信号がグループ化された状態を示す図、（ｆ）は
（ｅ）に示した各グループにおける信号レベルのｍｉｎ
値及びｍａｘ値を求めた図である。

【００４７】例えば、図４（ａ）に示すような低照度部
分と高照度部分とが混在する被写体が存在するとする。

【００４８】従来の方法においてこのような被写体を撮
像する場合、このまま放置すれば高照度部分がダイナミ
ックレンジからはずれてしまうため、通常、光学系の絞
りを調節したり、ＡＧＣを動作させたりすることによっ
て、高照度部分もダイナミックレンジに入るようにする
が、これにより、感度や温度分解能が全体的に低下する
ことになる。なお、ここでいうダイナミックレンジと
は、センサのダイナミックレンジの場合もあれば、アン
プのダイナミックレンジ、Ａ／Ｄ変換器のダイナミック
レンジあるいは表示装置のダイナミツクレンジの場合も
ある。ただし、熱型赤外線センサの場合は、前述したよ
うにセンサ自身のダイナミックレンジが非常に大きいた
め、センサのダイナミックレンジで制限されることはほ
とんどない。

【００４９】赤外線撮像装置を例にとって考えると、赤
外線撮像装置は、通常、最小で０．１℃程度の温度分解
能を有するが、この時のダイナミックレンジはせいぜい
１００℃程度である。そのため、例えば、数１００℃の
高温物体が被写体の中に入ってくると、全体の感度、す
なわち温度分解能を下げざるを得ない。

【００５０】そのため、まず、図４（ｂ）に示すよう
に、撮像した被写体の各画素の信号を読み出し、入射光
の強度（映像信号の大きさ）を横軸に、その強度に対す
る頻度を縦軸にそれぞれ表した頻度マップを作成する。
なお、本形態においては、低照度部分の山と、高照度部
分の山が現れている。

【００５１】以下に、この頻度マップの作成の手順につ
いて説明する。

【００５２】制御ブロック１０６にアンプ１０２におい
て増幅された電気信号が入力されると、Ａ／Ｄ変換器２
０１において、入力された各画素の電気信号レベル（入
射光の強度）が、デジタル値に順次変換される。ここ
で、変換されるデジタル値においては、例えば、デジタ
ル値で０〜２５５までの値をとるようにする。

【００５３】すると、制御回路２０３において、入力さ
れたデジタル値がメモリ２０２におけるアドレス値に読
み直され、そのアドレスのデータがインクリメントされ
ていく。例えば、０の信号レベルが入力された場合、メ
モリ２０２の０番地のデータに１が加えられて０番地に
戻される。なお、メモリ２０２のデータは、例えば、１
フレーム毎に全てクリアされる。これにより、０〜２５
５の信号レベルの頻度マップが作成される。なお、信号
レベルにおいては、０〜２５５のデジタル値を用いて説
明したが、さらに多数のビットを用いてもよい。また、
この際、頻度マップの横軸は、信号レベルのビット数と
同じビット数をとる必要はなく、例えば、信号レベルの
デジタル値の上位何ビットかをとって、それにより、頻
度マップの横軸のビット数を小さくすることもできる。

【００５４】ここで、図４（ｂ）に示した頻度において
は、ノイズやその他の理由によって、信号レベル（入射
光の強度）に対してかなり小さな変動があるが、これを
放置しておくと、以後の処理に支障をきたす場合がある
ため、図４（ｃ）の様に信号レベル（入射光の強度）に
対して積分を行うことが好ましい。

【００５５】数値積分においては、各種技法が存在する
が、簡易な方法としては以下のような方法が考えられ
る。

【００５６】積分前の頻度マップと積分後の頻度マップ
とを別々のメモリ領域に設け、ある信号レベルに注目し
た場合におけるそのレベルの積分前の頻度とその前後の
レベルの頻度とを加算して平均化し、積分後の頻度マッ
プに蓄える。

【００５７】各信号レベルについて上述した作業を行
い、頻度マップ全体の積分を完了させる。

【００５８】なお、ある信号レベルと、そのレベルの直
前及び直後の信号レベルを使う以外に、周辺の複数のレ
ベルに渡って平均化することもでき、また、注目してい
る信号レベルから離れるにしたがってある係数を掛けて
重み付けをすることもできる。

【００５９】次に、図４（ｄ）に示すように、ノイズ等
の影響が入らないように、頻度にあるしきい値を決め、
しきい値以上の部分において頻度マップを部品化する。
例えば部品化した部分にＡ，Ｂ，Ｃ，．．．等の名前を
付け、各部品の信号レベル範囲をあるメモリ領域に蓄え
ておく。

【００６０】このような部品化の工程においては、例え
ば、図４（ｄ）に示すように、同一物体が複数の部品に
分割されてしまう可能性があるため、図４（ｅ）に示す
ように、部品化された頻度マップをグループ化すること
が好ましく、本形態においては、Ａ，Ｂ，Ｃの部品を低
照度物体、Ｄ，Ｅの部品を高照度物体とする。

【００６１】ここで、各部品の信号レベル範囲において
は、すでに図４（ｄ）に示す部品化の工程において決め
られており、このデータに基づいて、部品間の距離が、
あるレベル以下に近いもの同士を同じグループとしてグ
ループ化していく。なお、各グループの信号レベル範囲
を、あるメモリ領域に蓄えておく。

【００６２】本形態においては、図４（ｅ）に示すよう
に、低照度及び高照度２つのグループにグループ化する
場合について説明したが、さらにたくさんのグループが
生じる被写体もありうる。その場合、その全てのグルー
プに対して最適なオフセットレベル及び増幅率を与える
ことは可能であるが、それらを表示する手段が煩雑にな
るという問題が生じる。

【００６３】表示方法ついては後で詳述するが、複数の
グループの全てを用いて表示するのではなく、特定のグ
ループだけを用いて表示する場合には、いくつかの方法
がある。

【００６４】各グループのグループ内の総頻度を計算
し、総頻度の高いいくつかのグループを用いて表示する
方法や、注目したいある信号レベル（入射光の強度）を
決めておき（これは複数であっても良い）、それに最も
近いグループを用いて表示する方法、あるいは、画面の
中央等、特定の場所を決めておき、その場所を含んでい
るグループを用いて表示する方法などがある。

【００６５】赤外線撮像装置を例にとれば、常温付近は
位置合わせのために必ず表示しておきたいため、常温付
近のグループは必ず選択しておき、総頻度の高いグルー
プや特定の温度のグループ、あるいは特定の場所のグル
ープなどの中からもう１つのグループを選択する方法等
が考えられる。

【００６６】その後、選択された各グループに最適なオ
フセットレベル及び増幅率を決定する。

【００６７】図４（ｆ）に示すように、各グループの信
号レベル範囲（入射光の強度）の最大値をｍａｘ、最小
値をｍｉｎとしてそのグループのオフセットレベルを、
概ね（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２とする。

【００６８】このオフセットレベルは、減算器１０３に
入力され、アンプ１０２から出力された映像信号からこ
のオフセットレベルの値が差し引かれる。

【００６９】このように、１フレーム内においてリアル
タイムでオフセットレベルを変えることによって、通常
ならダイナミックレンジに入らないような高照度物体で
も、感度を下げることなくダイナミックレンジに入れる
ことができる。

【００７０】ここで、映像信号の基準レベルの設定にお
いては、様々な方法がある。

【００７１】通常、センサ１０１には、光に感じない画
素であるオプティカルブラック（ＯＢ）を設けることが
多く、このＯＢを基準レベルにする場合が一つある。

【００７２】赤外線撮像装置においては、通常、各画素
の信号はＯＢを中心に変化する。可視の撮像装置におい
ては、ＯＢが最暗部になるため、各画素の信号はＯＢを
中心に変化するのではなく、必ずＯＢより高い所で変化
する。これらＯＢレベルを基準レベルとして設定でき
る。

【００７３】さらに、ＯＢを用いないで、全画素の平均
レベルなどを基準レベルとする場合もある。

【００７４】いずれにしても、基準レベルは任意に設定
することが可能であり、（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２の値に
おいても、基準レベルによってその値そのものが変わっ
てくるが、それは基準レベルの間題であり、（ｍａｘ−
ｍｉｎ）／２の値を反映させるという本発明の主旨に変
わりはない。

【００７５】一方、各グループに最適な増幅率は、概ね
１／（ｍａｘ−ｍｉｎ）に比例して設定され、可変ゲイ
ンアンプ１０４に対して出力される。

【００７６】この増幅率は、被写体によっては非常に大
きなものになる場合もあるが、映像信号をある程度以上
増幅してもノイズが目立つだけであるため、最大増幅率
を設定し、ある値以上の増幅率を最大増幅率に固定して
しまう方法もある。

【００７７】このように、１フレーム内においてリアル
タイムに増幅率を変えることによって、グループ、つま
りは任意の明るさの物体に最適な増幅率を設定すること
ができる。

【００７８】以上、各グループに最適なオフセットレベ
ル及び増幅率の求め方について説明したが、グループ化
を行わない場合は、グループの代わりに前述した部品を
用いて行う。

【００７９】また、用途によっては、増幅率をマニュア
ルで設定し、オフセットレベルを上述したように自動で
設定したり、その逆にオフセットレベルをマニュアルで
設定し、増幅率を自動で設定する場合もありうる。さら
に、オフセットレベル及び増幅率をマニュアルで設定す
る場合もあり得るが、そのような場合でも１フレーム内
でオフセットレベルや増幅率を変化させている限り、本
発明の主旨を反映している。

【００８０】上述したような頻度マップを作成する方法
においては、例えば、あるフレームにおける全画素のデ
ータを用いて頻度マップの作成を行うが、必ずしも各フ
レーム毎に行う必要はない。計算自体は各フレーム毎に
行っても良いが、実際にオフセットレベルや増幅率に反
映させる際、オフセットレベルや増幅率の急激な変化は
表示品位を損なうため、長い時定数をもって変化させる
ことが好ましい。例えば、各フレーム毎に出てくるオフ
セットレベルや増幅率の計算結果について複数のフレー
ムに渡って積分を行って反映させる方法がよい。

【００８１】図５は、図１に示した表示回路１０５の具
体的な動作の一例を示す図である。

【００８２】上述したように、本発明においては、低照
度物体や高照度物体に応じてオフセットレベルや増幅率
を変えているため、可変ゲインアンプ１０４から出力さ
れた映像信号をそのまま表示すると、光の強度が異なる
入射光を同じレベルの信号として表示してしまう。

【００８３】そこで、オフセットレベルや増幅率を変え
るタイミングと同じタイミングで、表示方法も変える。

【００８４】例えば、図５に示すように、制御ブロック
１０４において、低照度物体の出力タイミングにおいて
オフセットレベルや増幅率が変えられるとともに、低照
度物体の出力タイミング中である旨が表示回路１０５に
通知される。すると、表示回路１０５において、表示が
例えば白黒グレースケール表示に設定される。また、高
照度物体の表示についても同様に、制御ブロック１０４
から高照度物体の出力タイミング中である旨が表示回路
１０５に通知され、それによって、表示回路１０５にお
いて、表示が例えばカラーコード表示に設定される。こ
こで、カラーコード表示においては、例えば、図５に示
すように、信号レベルに従って、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、
赤（Ｒ）を適度に変化させる方法が考えられる。これに
よって、映像信号を１つの画面で混在させて表示しても
識別が可能となる。

【００８５】図６は、図１に示した表示回路１０５の具
体的な動作の他の例を示す図である。

【００８６】図６に示すように、あるグループは白黒の
グレースケール表示、また、あるグループは青色の明度
を変化させた階調表示、また、あるグループは緑色の階
調表示、また、あるグループは赤色の階調表示というよ
うに表示した場合も、映像信号を１つの画面で混在させ
て表示しても識別が可能となる。さらに、別の色の階調
表示を用いれば、表示するグループの数を増やすことが
可能である。

【００８７】図７は、図１に示した表示回路１０５の具
体的な動作の他の例を示す図であり、１つの画面に複数
のウィンドウを開いて、それぞれのウインドウに各グル
ープまたは部品を表示する例である。

【００８８】図７に示すように、表示回路内に、各ウィ
ンドウに表示されるデータが書き込まれる表示メモリ７
０２と、表示メモリ７０２にデータを書き込む書き込み
制御回路７０１とが設けられている。

【００８９】上記のように構成された表示回路を用いた
場合、映像信号は、各グループ毎に別々のウィンドウに
表示されるため、異なるグループの映像信号が同じ信号
レベルとして認識される虞れがない。なお、表示色は任
意に決められる。

【００９０】図８は、図１に示した表示回路１０５の具
体的な動作の他の例を示す図であり、複数のモニタを設
けて、それぞれのモニタに各グループまたは部品を表示
する例である。

【００９１】図８に示すように、複数のモニタ及びモニ
タ毎に各モニタにおいて表示を行うための映像出力（Ｎ
ＴＳＣ等）を設け、各グループ毎に異なるモニタにおい
て表示を行うことも考えられる。その場合、グループ以
外の領域においては、例えばあるレベルに固定する。

【００９２】図９は、図１に示した減算器１０３及び可
変ゲインアンプ１０４周辺の具体的な回路の例を示す図
である。

【００９３】図９に示すように、ＯＢクランプ９０１に
よってＯＢのレベルがＶrefにクランプされ、それによ
り、映像信号の基準レベルがＶrefに設定される。ま
た、オペアンプ９０２は加算器を構成しているが、制御
ブロック９０４からオフセット信号が反転して出力され
れば減算器として働く。また、オペアンプ９０３は、可
変ゲインアンプを構成しており、制御ブロック９０４か
ら出力される信号に基づいて、帰還抵抗ブロック９０５
の抵抗を選択することで増幅率を制御する。

【００９４】

【発明の効果】本発明は、入射する映像信号の光の強度
に基づいて、１フレーム内において、信号レベルをオフ
セットするとともに、信号レベルの増幅率を制御する制
御手段を設けたため、低照度物体と高照度物体とが混在
する被写体を撮像する場合においても、感度を低下させ
ずに撮像を行うことができ、広いダイナミックレンジと
高い感度をリアルタイムで実現することができる。

【００９５】また、本発明を熱型赤外線撮像装置に応用
した場合、センサの非常に広いダイナミックレンジを有
効に活用することができ、優れた温度分解能を維持した
まま、非常に広い温度範囲を測定することができる。例
えば、微妙な温度制御を必要とする炉を観察するとき、
通常であれば、感度を下げることによって、炉から放射
される赤外線エネルギーによる信号をダイナミックレン
ジに入れるため、高分解能の温度測定ができなかった
が、本発明を利用すれば、どのような温度でも高分解能
で測定することができ、しかも、複数の温度領域を同時
に観測することができる。例えば、常温と炉の温度を同
時に見ることによって、周辺の状況を観測しながら炉の
温度を見ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の実施の一形態を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１に示した制御ブロックの一構成例を示すブ
ロック図である。

【図３】図１に示した制御ブロックの他の構成例を示す
ブロック図である。

【図４】図２に示した制御回路における動作を説明する
ための図であり、（ａ）は被写体から放射される光の強
度を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した光の強度の頻度マ
ップを示す図、（ｃ）は（ｂ）に示した頻度マップが信
号レベルに対して積分された信号を示す図、（ｄ）は
（ｃ）に示した信号があるしきい値により部品化された
状態を示す図、（ｅ）は（ｄ）に示した信号がグループ
化された状態を示す図、（ｆ）は（ｅ）に示した各グル
ープにおける信号レベルのｍｉｎ値及びｍａｘ値を求め
た図である。

【図５】図１に示した表示回路の具体的な動作の一例を
示す図である。

【図６】図１に示した表示回路の具体的な動作の他の例
を示す図である。

【図７】図１に示した表示回路の具体的な動作の他の例
を示す図である。

【図８】図１に示した表示回路の具体的な動作の他の例
を示す図である。

【図９】図１に示した減算器及び可変ゲインアンプ周辺
の具体的な回路の例を示す図である。

【図１０】従来の赤外線撮像装置の一構成例を示す回路
ブロック図である。

【符号の説明】

１０１センサ１０２アンプ１０３減算器１０４可変ゲインアンプ１０５表示回路１０６，９０４制御ブロック２０１Ａ／Ｄ変換器２０２メモリ２０３，３０２制御回路３０１コンパレータ７０１書き込み制御回路７０２表示メモリ（ＶＲＡＭ）９０１ＯＢクランプ９０２，９０３オペアンプ９０５帰還抵抗ブロック

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62 H04N 5/222 - 5/257

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を持ち、被写体から放射され
る光を前記複数の画素で電気信号に変換し、該電気信号
を出力する検知手段と、前記複数の画素からなる画面を
前記電気信号のレベルに応じて複数の部分に分割し、そ
れぞれの部分に所定のオフセット量を定義する制御手段
と、該オフセット量に応じて前記複数の画素の電気信号
レベルを逐次オフセットさせる減算手段とを有すること
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】複数の画素を持ち、被写体から放射され
る光を前記複数の画素で電気信号に変換し、該電気信号
を出力する検知手段と、前記複数の画素からなる画面を
前記電気信号のレベルに応じて複数の部分に分割し、そ
れぞれの部分に所定の増幅率を定義する制御手段と、該
増幅率に応じて前記複数の画素の電気信号レベルの増幅
率を逐次変化させて増幅する増幅手段とを有することを
特徴とする撮像装置。
【請求項３】請求項１に記載の撮像装置にあって、前
記制御手段が、前記検知手段から出力された信号を一定
の増幅率にて出力する第１の増幅手段と、該第１の増幅
手段から出力された信号を可変の増幅率にて出力する第
２の増幅手段とからなる撮像装置において、前記第１の
増幅器の出力に基づいて、前記第１の増幅手段から出力
された信号を所定量だけオフセットさせる制御手段を有
することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】請求項２に記載の撮像装置にあって、前
記制御手段が、前記検知手段から出力された信号を一定
の増幅率にて出力する第１の増幅手段と、該第１の増幅
手段から出力された信号を可変の増幅率にて出力する第
２の増幅手段とからなる撮像装置において、前記第１の
増幅器の出力に基づいて、前記第２の増幅手段による増
幅率を制御する制御手段を有することを特徴とする撮像
装置。
【請求項５】請求項１または請求項２の撮像装置にお
いて、前記制御手段は、前記検出手段に入射する光の強
度の頻度マップを作成する手段を有することを特徴とす
る撮像装置。
【請求項６】請求項５に記載の撮像装置において、前
記制御手段は、前記頻度マップを、前記検知手段に入射
する光の強度に関して積分する手段を有することを特徴
とする撮像装置。
【請求項７】請求項５または請求項６に記載の撮像装
置において、前記制御手段は、前記頻度マップを、所定
の値以上の頻度を具備し、隣接する強度の領域に部品化
する手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】請求項７に記載の撮像装置において、前
記制御手段は、部品化された複数の領域を、前記検知手
段に入射する光の強度に関して、所定の範囲に入るもの
どうしにグループ化する手段を有することを特徴とする
撮像装置。
【請求項９】請求項７または請求項８に記載の撮像装
置において、前記制御手段は、部品化された部品内また
はグループ化されたグループ内の最大入射光強度をｍａ
ｘ、最小入射光強度をｍｉｎとした場合に、第１の増幅
手段から出力された信号を、（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２だ
けオフセットさせることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】請求項７または請求項８に記載の撮像
装置において、前記制御手段は、部品化された部品内ま
たはグループ化されたグループ内の最大入射光強度をｍ
ａｘ、最小入射光強度をｍｉｎとした場合に、第２の増
幅手段の増幅率を１／（ｍａｘ−ｍｉｎ）に比例して設
定することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】請求項７または請求項８に記載の撮像
装置において、前記増幅手段から出力された信号に基づ
いて前記被写体の表示を行う表示手段を有し、該表示手
段は、部品化された部品内またはグループ化されたグル
ープ内の画素をモノクログレースケール表示し、他の部
品内またはグループ内の画素をカラー表示することを特
徴とする撮像装置。
【請求項１２】請求項７または請求項８に記載の撮像
装置において、前記増幅手段から出力された信号に基づ
いて前記被写体の表示を行う表示手段を有し、該表示手
段は、複数のウィンドウを有し、部品化された部品内ま
たはグループ化されたグループ内の画素を部品毎または
グループ毎に互いに異なるウィンドウに表示することを
特徴とする撮像装置。
【請求項１３】請求項７または請求項８に記載の撮像
装置において、前記増幅手段から出力された信号に基づ
いて前記被写体の表示を行う表示手段を有し、該表示手
段は、複数のモニタを有し、部品化された部品内または
グループ化されたグループ内の画素を部品毎またはグル
ープ毎に互いに異なるモニタに表示することを特徴とす
る撮像装置。