JP3376991B2 - 赤外線撮像方法及び赤外線撮像装置 - Google Patents
赤外線撮像方法及び赤外線撮像装置Info
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- JP3376991B2 JP3376991B2 JP2000160065A JP2000160065A JP3376991B2 JP 3376991 B2 JP3376991 B2 JP 3376991B2 JP 2000160065 A JP2000160065 A JP 2000160065A JP 2000160065 A JP2000160065 A JP 2000160065A JP 3376991 B2 JP3376991 B2 JP 3376991B2
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線撮像方法及
び赤外線撮像装置に係り、特に固定パターンノイズの補
正技術に関するものである。
び赤外線撮像装置に係り、特に固定パターンノイズの補
正技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、赤外線撮像装置では、赤外線検知
器がもつ感度のばらつきや回路のゲイン及びオフセット
のばらつきなどの装置固有の固定パターンノイズ（Fixe
d Pattern Noise、以下、ＦＰＮと略する ）が発生す
る。特に、赤外線検知器が２次元的に配置されたフォー
カルプレーンアレイを用いた赤外線撮像装置では、アレ
イ内の各検知器が特性の変動を有しているため、結果と
して、比較的長い時間で変化するＦＰＮが発生する。
器がもつ感度のばらつきや回路のゲイン及びオフセット
のばらつきなどの装置固有の固定パターンノイズ（Fixe
d Pattern Noise、以下、ＦＰＮと略する ）が発生す
る。特に、赤外線検知器が２次元的に配置されたフォー
カルプレーンアレイを用いた赤外線撮像装置では、アレ
イ内の各検知器が特性の変動を有しているため、結果と
して、比較的長い時間で変化するＦＰＮが発生する。
【０００３】赤外線撮像装置にこのようなＦＰＮが発生
すると、均一な温度の面を撮像しても、均一な撮像画面
が得られないという問題点があった。そこで、従来は、
ＦＰＮのデータを予め測定して、このデータをメモリに
保存しておき、所望の物体を実際に撮像して得られた画
像信号からＦＰＮのデータを減算することでＦＰＮを相
殺するようにしていた。ＦＰＮデータの取得方法として
は、均一な光量の光源を赤外線検知器の前面に設置し
て、外部から赤外線検知器に入射する光を遮断した上
で、ＦＰＮデータを手動で測定する方法がある。
すると、均一な温度の面を撮像しても、均一な撮像画面
が得られないという問題点があった。そこで、従来は、
ＦＰＮのデータを予め測定して、このデータをメモリに
保存しておき、所望の物体を実際に撮像して得られた画
像信号からＦＰＮのデータを減算することでＦＰＮを相
殺するようにしていた。ＦＰＮデータの取得方法として
は、均一な光量の光源を赤外線検知器の前面に設置し
て、外部から赤外線検知器に入射する光を遮断した上
で、ＦＰＮデータを手動で測定する方法がある。
【０００４】これに対して、近年、自動的にＦＰＮを補
正する手段を赤外線撮像装置に組み込むことが要求され
ている。この要求に応えるため、例えば特開平１０−１
４２０６５号公報に開示された赤外線撮像装置では、装
置内にシャッター機構を設け、外部から赤外線検知器に
入射する光を自動的に遮断してＦＰＮ補正することが提
案されている。
正する手段を赤外線撮像装置に組み込むことが要求され
ている。この要求に応えるため、例えば特開平１０−１
４２０６５号公報に開示された赤外線撮像装置では、装
置内にシャッター機構を設け、外部から赤外線検知器に
入射する光を自動的に遮断してＦＰＮ補正することが提
案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−１４２０６５号公報に開示された赤外線撮像装置
では、光学系及び赤外線検知器の周辺にシャッター機構
を配置する必要があり、さらにシャッター機構を駆動す
る回路や配線が必要となるので、赤外線撮像装置の寸法
が大きくなるという問題点があった。また、均一な光量
を赤外線検知器の全面に入射させるには時間を要するた
め、時間の経過に伴ってシャッター機構に熱分布が生
じ、シャッターが温度の不均一な面となるので、安定し
た画像が得られないという問題点があった。本発明は、
上記課題を解決するためになされたもので、赤外線の光
路を遮断するシャッター機構等の手段を用いることな
く、安定した良質の画像を出力することができる赤外線
撮像方法及び赤外線撮像装置を提供することを目的とす
る。
１０−１４２０６５号公報に開示された赤外線撮像装置
では、光学系及び赤外線検知器の周辺にシャッター機構
を配置する必要があり、さらにシャッター機構を駆動す
る回路や配線が必要となるので、赤外線撮像装置の寸法
が大きくなるという問題点があった。また、均一な光量
を赤外線検知器の全面に入射させるには時間を要するた
め、時間の経過に伴ってシャッター機構に熱分布が生
じ、シャッターが温度の不均一な面となるので、安定し
た画像が得られないという問題点があった。本発明は、
上記課題を解決するためになされたもので、赤外線の光
路を遮断するシャッター機構等の手段を用いることな
く、安定した良質の画像を出力することができる赤外線
撮像方法及び赤外線撮像装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、入射赤外光を
電気信号に変換する赤外線検知器（６）と、目標物体か
ら放射された赤外光を集光して赤外線検知器に入射させ
る光学系（１）と、赤外線検知器から出力される画像信
号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（８）と、
このＡ／Ｄ変換器の出力画像データから固定パターンノ
イズ（ＦＰＮ）データを減算してＦＰＮを除去する減算
器（１０）とを備えた赤外線撮像装置における赤外線撮
像方法であって、ＦＰＮデータの取得時に、光学系を非
合焦状態とし、減算器の出力画像データとＦＰＮデータ
の所定の期待値との誤差を求め、この誤差に基づく帰還
データをＦＰＮデータとして減算器に与える負帰還を行
い、減算器の出力画像データと期待値とが略同一になっ
たときの帰還データを取得すべきＦＰＮデータとして保
持するようにしたものである。このように、ＦＰＮデー
タの取得時に光学系を非合焦状態とすることにより、赤
外線検知器面内の光量変化を緩やかにすることができ、
均一な光量を赤外線検知器に与えるのと同等な効果が得
られる。また、本発明の赤外線撮像方法の１構成例は、
誤差にループゲインα（α≦１）を乗算し、この乗算結
果を積分して積分結果を帰還データとし、誤差が所定の
しきい値より小さくなったときの帰還データを取得すべ
きＦＰＮデータとして保持するようにしたものである。
また、本発明の赤外線撮像方法の１構成例として、通常
の撮像時は、赤外線撮像装置の周囲の環境温度から光学
系の合焦位置を算出して、この合焦位置に光学系を移動
させ、ＦＰＮデータの取得時は、合焦位置と光学系の現
在位置とに基づいて、光学系の観測視野内の全方向から
の光が赤外線検知器に均等に入射するよう光学系を非合
焦位置に移動させるようにしたものである。
電気信号に変換する赤外線検知器（６）と、目標物体か
ら放射された赤外光を集光して赤外線検知器に入射させ
る光学系（１）と、赤外線検知器から出力される画像信
号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（８）と、
このＡ／Ｄ変換器の出力画像データから固定パターンノ
イズ（ＦＰＮ）データを減算してＦＰＮを除去する減算
器（１０）とを備えた赤外線撮像装置における赤外線撮
像方法であって、ＦＰＮデータの取得時に、光学系を非
合焦状態とし、減算器の出力画像データとＦＰＮデータ
の所定の期待値との誤差を求め、この誤差に基づく帰還
データをＦＰＮデータとして減算器に与える負帰還を行
い、減算器の出力画像データと期待値とが略同一になっ
たときの帰還データを取得すべきＦＰＮデータとして保
持するようにしたものである。このように、ＦＰＮデー
タの取得時に光学系を非合焦状態とすることにより、赤
外線検知器面内の光量変化を緩やかにすることができ、
均一な光量を赤外線検知器に与えるのと同等な効果が得
られる。また、本発明の赤外線撮像方法の１構成例は、
誤差にループゲインα（α≦１）を乗算し、この乗算結
果を積分して積分結果を帰還データとし、誤差が所定の
しきい値より小さくなったときの帰還データを取得すべ
きＦＰＮデータとして保持するようにしたものである。
また、本発明の赤外線撮像方法の１構成例として、通常
の撮像時は、赤外線撮像装置の周囲の環境温度から光学
系の合焦位置を算出して、この合焦位置に光学系を移動
させ、ＦＰＮデータの取得時は、合焦位置と光学系の現
在位置とに基づいて、光学系の観測視野内の全方向から
の光が赤外線検知器に均等に入射するよう光学系を非合
焦位置に移動させるようにしたものである。
【０００７】また、本発明の赤外線撮像装置は、ＦＰＮ
データの取得時に光学系を非合焦状態にする焦点調整手
段と、ＦＰＮデータの取得時に、減算器の出力画像デー
タとＦＰＮデータの所定の期待値との誤差を求め、この
誤差に基づく帰還データをＦＰＮデータとして減算器に
与える負帰還を行い、減算器の出力画像データと期待値
とが略同一になったときの帰還データを取得すべきＦＰ
Ｎデータとして保持するＦＰＮデータ取得手段を有する
ものである。また、本発明の赤外線撮像装置の１構成例
として、ＦＰＮデータ取得手段は、減算器の出力画像デ
ータから期待値を減算して誤差を求める第２の減算器
（１１）と、この第２の減算器から出力された誤差にル
ープゲインα（α≦１）を乗算する乗算器（１２）と、
この乗算器の出力データを積分して、積分結果を帰還デ
ータとする積分器（９）と、乗算器の出力と積分器の入
力との間に設けられたスイッチ（１３）と、通常の撮像
時はスイッチをオフ状態とし、ＦＰＮデータの取得時に
スイッチをオン状態に切り替え、誤差が所定のしきい値
より小さくなったときスイッチをオフ状態にして、この
ときの帰還データを取得すべきＦＰＮデータとして積分
器に保持させる誤差判定器（１４）とからなるものであ
る。そして、本発明の赤外線撮像装置の１構成例とし
て、焦点調整手段は、光学系の位置を検出する位置セン
サ（２）と、赤外線撮像装置の周囲の環境温度を検出す
る温度センサ（３）と、通常の撮像時は、環境温度から
光学系の合焦位置を算出して、この合焦位置と位置セン
サで検出された光学系の位置とを一致させるべく制御信
号を生成し、ＦＰＮデータの取得時は、合焦位置と位置
センサで検出された光学系の現在位置とに基づいて、光
学系の観測視野内の全方向からの光が赤外線検知器に均
等に入射する位置に光学系を移動させるべく制御信号を
生成する焦点調整制御回路（４）と、制御信号に従って
光学系を移動させる焦点調整機構（５）とからなるもの
である。
データの取得時に光学系を非合焦状態にする焦点調整手
段と、ＦＰＮデータの取得時に、減算器の出力画像デー
タとＦＰＮデータの所定の期待値との誤差を求め、この
誤差に基づく帰還データをＦＰＮデータとして減算器に
与える負帰還を行い、減算器の出力画像データと期待値
とが略同一になったときの帰還データを取得すべきＦＰ
Ｎデータとして保持するＦＰＮデータ取得手段を有する
ものである。また、本発明の赤外線撮像装置の１構成例
として、ＦＰＮデータ取得手段は、減算器の出力画像デ
ータから期待値を減算して誤差を求める第２の減算器
（１１）と、この第２の減算器から出力された誤差にル
ープゲインα（α≦１）を乗算する乗算器（１２）と、
この乗算器の出力データを積分して、積分結果を帰還デ
ータとする積分器（９）と、乗算器の出力と積分器の入
力との間に設けられたスイッチ（１３）と、通常の撮像
時はスイッチをオフ状態とし、ＦＰＮデータの取得時に
スイッチをオン状態に切り替え、誤差が所定のしきい値
より小さくなったときスイッチをオフ状態にして、この
ときの帰還データを取得すべきＦＰＮデータとして積分
器に保持させる誤差判定器（１４）とからなるものであ
る。そして、本発明の赤外線撮像装置の１構成例とし
て、焦点調整手段は、光学系の位置を検出する位置セン
サ（２）と、赤外線撮像装置の周囲の環境温度を検出す
る温度センサ（３）と、通常の撮像時は、環境温度から
光学系の合焦位置を算出して、この合焦位置と位置セン
サで検出された光学系の位置とを一致させるべく制御信
号を生成し、ＦＰＮデータの取得時は、合焦位置と位置
センサで検出された光学系の現在位置とに基づいて、光
学系の観測視野内の全方向からの光が赤外線検知器に均
等に入射する位置に光学系を移動させるべく制御信号を
生成する焦点調整制御回路（４）と、制御信号に従って
光学系を移動させる焦点調整機構（５）とからなるもの
である。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施
の形態となる赤外線撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。赤外線撮像装置は、入射赤外光を集光する光学系
１と、光学系１の位置を検出する位置センサ２と、赤外
線撮像装置の周囲の環境温度を検出する温度センサ３
と、温度センサ３から出力された温度信号ｔに基づいて
光学系１の合焦位置を算出し、この合焦位置と位置セン
サ２から出力された位置信号ｐより制御信号ｃｔを生成
する焦点調整制御回路４と、制御信号ｃｔに従って光学
系１の光学焦点を調整する焦点調整機構５と、光学系１
によって集光された赤外光を電気信号に変換する検知器
６と、検知器６の出力信号を増幅する増幅器７と、増幅
器７の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器８とを有している。
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施
の形態となる赤外線撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。赤外線撮像装置は、入射赤外光を集光する光学系
１と、光学系１の位置を検出する位置センサ２と、赤外
線撮像装置の周囲の環境温度を検出する温度センサ３
と、温度センサ３から出力された温度信号ｔに基づいて
光学系１の合焦位置を算出し、この合焦位置と位置セン
サ２から出力された位置信号ｐより制御信号ｃｔを生成
する焦点調整制御回路４と、制御信号ｃｔに従って光学
系１の光学焦点を調整する焦点調整機構５と、光学系１
によって集光された赤外光を電気信号に変換する検知器
６と、検知器６の出力信号を増幅する増幅器７と、増幅
器７の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器８とを有している。
【０００９】さらに、赤外線撮像装置は、予め取得した
ＦＰＮデータｆを出力する積分器９と、Ａ／Ｄ変換器８
の出力画像データｖｉｎからＦＰＮデータｆを減算して
ＦＰＮを除去する減算器１０と、減算器１０の出力画像
データｖｏｕｔからＦＰＮデータの期待値ｅを減算して
誤差εを求める減算器１１と、誤差εにループゲインα
を乗算する乗算器１２と、乗算器１２の出力と積分器９
の入力との間に設けられたスイッチ１３と、通常の撮像
時はスイッチ１３をオフ状態とし、ＦＰＮデータの取得
時にスイッチ１３をオン状態に切り替え、誤差εが所定
のしきい値βより小さくなったときスイッチ１３をオフ
状態にして、このときのデータを取得すべきＦＰＮデー
タとして積分器９に保持させる誤差判定器１４とを有し
ている。
ＦＰＮデータｆを出力する積分器９と、Ａ／Ｄ変換器８
の出力画像データｖｉｎからＦＰＮデータｆを減算して
ＦＰＮを除去する減算器１０と、減算器１０の出力画像
データｖｏｕｔからＦＰＮデータの期待値ｅを減算して
誤差εを求める減算器１１と、誤差εにループゲインα
を乗算する乗算器１２と、乗算器１２の出力と積分器９
の入力との間に設けられたスイッチ１３と、通常の撮像
時はスイッチ１３をオフ状態とし、ＦＰＮデータの取得
時にスイッチ１３をオン状態に切り替え、誤差εが所定
のしきい値βより小さくなったときスイッチ１３をオフ
状態にして、このときのデータを取得すべきＦＰＮデー
タとして積分器９に保持させる誤差判定器１４とを有し
ている。
【００１０】光学系１と焦点調整機構５は、一体構造と
なっている。通常の撮像時、光学系１は、焦点調整機構
５により合焦位置に位置決めされる。一方、ＦＰＮデー
タの取得時、光学系１は、合焦位置と全く異なる非合焦
位置に位置決めされる。積分器９は、例えばメモリで構
成され、スイッチ１３がオンからオフになる直前のデー
タを保持可能な機能を有している。
なっている。通常の撮像時、光学系１は、焦点調整機構
５により合焦位置に位置決めされる。一方、ＦＰＮデー
タの取得時、光学系１は、合焦位置と全く異なる非合焦
位置に位置決めされる。積分器９は、例えばメモリで構
成され、スイッチ１３がオンからオフになる直前のデー
タを保持可能な機能を有している。
【００１１】以下、本実施の形態の赤外線撮像装置の動
作について説明する。まず、ＦＰＮ取得指令信号ｃｏｍ
が有効（アクティブ）を示している場合、すなわちＦＰ
Ｎデータを取得する場合の動作について説明する。位置
センサ２は、光学系１の位置を検出して、この光学系１
の位置を示す位置信号ｐを出力する。温度センサ３は、
赤外線撮像装置の周囲の環境温度を検出して、この環境
温度を示す温度信号ｔを出力する。
作について説明する。まず、ＦＰＮ取得指令信号ｃｏｍ
が有効（アクティブ）を示している場合、すなわちＦＰ
Ｎデータを取得する場合の動作について説明する。位置
センサ２は、光学系１の位置を検出して、この光学系１
の位置を示す位置信号ｐを出力する。温度センサ３は、
赤外線撮像装置の周囲の環境温度を検出して、この環境
温度を示す温度信号ｔを出力する。
【００１２】焦点調整制御回路４には、光学系１の合焦
位置と環境温度との関係式が予め登録されている。焦点
調整制御回路４は、温度信号ｔが示す環境温度から光学
系１の合焦位置を算出し、この合焦位置と位置信号ｐが
示す光学系１の現在位置とに基づいて、光学系１の観測
視野内の全方向からの光が検知器６に均等に入射する位
置に光学系１を移動させるべく制御信号ｃｔを生成し
て、この制御信号ｃｔを焦点調整機構５に出力する。焦
点調整機構５は、制御信号ｃｔに従って光学系１を移動
させる。これにより、光学系１は非合焦状態の位置に移
動する。
位置と環境温度との関係式が予め登録されている。焦点
調整制御回路４は、温度信号ｔが示す環境温度から光学
系１の合焦位置を算出し、この合焦位置と位置信号ｐが
示す光学系１の現在位置とに基づいて、光学系１の観測
視野内の全方向からの光が検知器６に均等に入射する位
置に光学系１を移動させるべく制御信号ｃｔを生成し
て、この制御信号ｃｔを焦点調整機構５に出力する。焦
点調整機構５は、制御信号ｃｔに従って光学系１を移動
させる。これにより、光学系１は非合焦状態の位置に移
動する。
【００１３】光学系１の非合焦状態を図２を用いて捕捉
説明する。ここでは、簡略化のために、目標位置を無限
遠、検知器６を１次元、光学系１のレンズ構成を対物レ
ンズ１枚とする。図２に示すように、非合焦状態におけ
る光学系１（対物レンズ）は、検知器６から距離Ｙ離れ
た位置にある。このとき、ａ，ａ’，ａ’’，ｂ，
ｂ’，ｂ’’，ｃ，ｃ’，ｃ’’の各方向から入射した
光束は、検知器６上の特定の点に結像せず、検知器６の
面上に均等に入射する。こうして、検知器６には、光学
系１の観測視野内からの光が均一に照射される。
説明する。ここでは、簡略化のために、目標位置を無限
遠、検知器６を１次元、光学系１のレンズ構成を対物レ
ンズ１枚とする。図２に示すように、非合焦状態におけ
る光学系１（対物レンズ）は、検知器６から距離Ｙ離れ
た位置にある。このとき、ａ，ａ’，ａ’’，ｂ，
ｂ’，ｂ’’，ｃ，ｃ’，ｃ’’の各方向から入射した
光束は、検知器６上の特定の点に結像せず、検知器６の
面上に均等に入射する。こうして、検知器６には、光学
系１の観測視野内からの光が均一に照射される。
【００１４】検知器６は、図示しない目標から光学系１
を通って入射した赤外光を電気信号に変換する。図２で
は、検知器６を１次元としているが、実際の検知器６は
２次元のフォーカルプレーンアレイであるので、２次元
の画像信号が得られる。増幅器７は、検知器６から出力
された画像信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器８は、増幅器７
の出力信号をディジタル信号に変換する。
を通って入射した赤外光を電気信号に変換する。図２で
は、検知器６を１次元としているが、実際の検知器６は
２次元のフォーカルプレーンアレイであるので、２次元
の画像信号が得られる。増幅器７は、検知器６から出力
された画像信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器８は、増幅器７
の出力信号をディジタル信号に変換する。
【００１５】減算器１０は、ｖｉｎ−ｆ、すなわちＡ／
Ｄ変換器８の出力信号である入力画像データｖｉｎから
積分器９の出力であるＦＰＮデータｆを減算して、減算
結果を出力画像データｖｏｕｔとして出力する。続い
て、減算器１１は、ｖｏｕｔ−ｅ、すなわち出力画像デ
ータｖｏｕｔからＦＰＮデータの期待値ｅを減算して、
減算結果を誤差εとして出力する。期待値ｅは、均一な
光量の光源を光学系１の前面に設置して光源光を検知器
６に入射させた上で、この光源光以外の光をシャッター
機構等で遮断し、このときのＡ／Ｄ変換器８の出力を測
定する従来の方法で取得したＦＰＮデータである。
Ｄ変換器８の出力信号である入力画像データｖｉｎから
積分器９の出力であるＦＰＮデータｆを減算して、減算
結果を出力画像データｖｏｕｔとして出力する。続い
て、減算器１１は、ｖｏｕｔ−ｅ、すなわち出力画像デ
ータｖｏｕｔからＦＰＮデータの期待値ｅを減算して、
減算結果を誤差εとして出力する。期待値ｅは、均一な
光量の光源を光学系１の前面に設置して光源光を検知器
６に入射させた上で、この光源光以外の光をシャッター
機構等で遮断し、このときのＡ／Ｄ変換器８の出力を測
定する従来の方法で取得したＦＰＮデータである。
【００１６】乗算器１２は、誤差εに負帰還ループのル
ープゲインα（α≦１）を乗算する。ＦＰＮ取得指令信
号ｃｏｍが有効となった最初の時点では、誤差判定器１
４は、スイッチ１３をオン状態にする。このため、誤差
εのα倍のデータが積分器９に入力される。積分器９
は、スイッチ１３を通して入力されたデータを積分し
て、積分結果をＦＰＮデータｆとして出力する。
ープゲインα（α≦１）を乗算する。ＦＰＮ取得指令信
号ｃｏｍが有効となった最初の時点では、誤差判定器１
４は、スイッチ１３をオン状態にする。このため、誤差
εのα倍のデータが積分器９に入力される。積分器９
は、スイッチ１３を通して入力されたデータを積分し
て、積分結果をＦＰＮデータｆとして出力する。
【００１７】このように、本発明では、ＦＰＮデータ取
得時の出力画像データｖｏｕｔが期待値ｅと等しくなる
ように負帰還ループを形成している。これにより、入力
画像データｖｉｎの輝度値によらずに出力画像データｖ
ｏｕｔが期待値ｅと等しくなるようなＦＰＮデータｆを
生成することができる。誤差εがあらかじめ設定された
しきい値βより小さくなったとき、誤差判定器１４はス
イッチ１３をオフ状態にする。このとき、積分器９によ
って積分されたデータは、入力画像データｖｉｎから期
待値ｅを減算した値にほぼ等しい値に整定する。積分器
９は、この値を取得すべき最終的なＦＰＮデータｆとし
て保持する。
得時の出力画像データｖｏｕｔが期待値ｅと等しくなる
ように負帰還ループを形成している。これにより、入力
画像データｖｉｎの輝度値によらずに出力画像データｖ
ｏｕｔが期待値ｅと等しくなるようなＦＰＮデータｆを
生成することができる。誤差εがあらかじめ設定された
しきい値βより小さくなったとき、誤差判定器１４はス
イッチ１３をオフ状態にする。このとき、積分器９によ
って積分されたデータは、入力画像データｖｉｎから期
待値ｅを減算した値にほぼ等しい値に整定する。積分器
９は、この値を取得すべき最終的なＦＰＮデータｆとし
て保持する。
【００１８】次に、以上のようなＦＰＮデータ取得時の
動作を信号波形図を用いてより詳細に説明する。図３は
ＦＰＮデータ取得時の各信号波形を示す信号波形図であ
る。ただし、図３では、ディジタル信号をアナログ化し
て記載している。各信号波形の横軸は時間を示し、縦軸
は信号強度を示している。また、図３（ａ）〜図３
（ｅ）は負帰還ループの１ループ目を示し、図３（ｆ）
〜図３（ｊ）は２ループ目を示し、図３（ｋ）〜図３
（ｏ）は３ループ目を示している。なお、入力画像デー
タｖｉｎは全て同一であり、期待値ｅも全て同一であ
る。
動作を信号波形図を用いてより詳細に説明する。図３は
ＦＰＮデータ取得時の各信号波形を示す信号波形図であ
る。ただし、図３では、ディジタル信号をアナログ化し
て記載している。各信号波形の横軸は時間を示し、縦軸
は信号強度を示している。また、図３（ａ）〜図３
（ｅ）は負帰還ループの１ループ目を示し、図３（ｆ）
〜図３（ｊ）は２ループ目を示し、図３（ｋ）〜図３
（ｏ）は３ループ目を示している。なお、入力画像デー
タｖｉｎは全て同一であり、期待値ｅも全て同一であ
る。
【００１９】ＦＰＮ取得指令信号ｃｏｍが有効になった
ことにより、最初の１ループ目において、積分器９は、
ＦＰＮ取得指令信号ｃｏｍに応じて、その出力を０にリ
セットする。したがって、減算器１０から出力される出
力画像データｖｏｕｔ（図３（ｂ））は、図３（ａ）に
示す入力画像データｖｉｎと同一である。続いて、減算
器１１が出力画像データｖｏｕｔから図３（ｃ）に示す
期待値ｅを減算すると、図３（ｄ）のような誤差εが得
られる。
ことにより、最初の１ループ目において、積分器９は、
ＦＰＮ取得指令信号ｃｏｍに応じて、その出力を０にリ
セットする。したがって、減算器１０から出力される出
力画像データｖｏｕｔ（図３（ｂ））は、図３（ａ）に
示す入力画像データｖｉｎと同一である。続いて、減算
器１１が出力画像データｖｏｕｔから図３（ｃ）に示す
期待値ｅを減算すると、図３（ｄ）のような誤差εが得
られる。
【００２０】そして、積分器９は、入力された誤差εの
α倍のデータを積分（入力データε×αを直前のデータ
０に加算）する。これにより、図３（ｅ）のような積分
器出力が得られる。次の２ループ目では、図３（ｅ）の
積分器出力が入力画像データｖｉｎから減算され、図３
（ｇ）のような出力画像データｖｏｕｔが得られる。こ
の出力画像データｖｏｕｔから期待値ｅを減算すると、
図３（ｉ）のような誤差εが得られる。
α倍のデータを積分（入力データε×αを直前のデータ
０に加算）する。これにより、図３（ｅ）のような積分
器出力が得られる。次の２ループ目では、図３（ｅ）の
積分器出力が入力画像データｖｉｎから減算され、図３
（ｇ）のような出力画像データｖｏｕｔが得られる。こ
の出力画像データｖｏｕｔから期待値ｅを減算すると、
図３（ｉ）のような誤差εが得られる。
【００２１】積分器９は、誤差εのα倍のデータを積分
（入力データε×αを直前のデータに加算）する。これ
により、図３（ｊ）のような積分器出力が得られる。図
３（ｊ）において、斜線部は図３（ｅ）に示した前回の
データである。さらに、３ループ目では、図３（ｊ）の
積分器出力が入力画像データｖｉｎから減算され、図３
（ｌ）のような出力画像データｖｏｕｔが得られる。こ
の出力画像データｖｏｕｔから期待値ｅを減算すると、
図３（ｎ）のような誤差εが得られる。
（入力データε×αを直前のデータに加算）する。これ
により、図３（ｊ）のような積分器出力が得られる。図
３（ｊ）において、斜線部は図３（ｅ）に示した前回の
データである。さらに、３ループ目では、図３（ｊ）の
積分器出力が入力画像データｖｉｎから減算され、図３
（ｌ）のような出力画像データｖｏｕｔが得られる。こ
の出力画像データｖｏｕｔから期待値ｅを減算すると、
図３（ｎ）のような誤差εが得られる。
【００２２】積分器９が誤差εのα倍のデータを積分す
ると、図３（ｏ）のような積分器出力が得られる。図３
（ｏ）において、斜線部は前回のデータ、すなわち図３
（ｊ）のデータである。以上のような動作を繰り返す
と、誤差εは次第に小さくなって０に近づき、やがてし
きい値βより小さくなる。このとき、出力画像データｖ
ｏｕｔは、ほぼ期待値ｅに近い値に整定する。
ると、図３（ｏ）のような積分器出力が得られる。図３
（ｏ）において、斜線部は前回のデータ、すなわち図３
（ｊ）のデータである。以上のような動作を繰り返す
と、誤差εは次第に小さくなって０に近づき、やがてし
きい値βより小さくなる。このとき、出力画像データｖ
ｏｕｔは、ほぼ期待値ｅに近い値に整定する。
【００２３】なお、図３では、積分器出力を大きく見や
すくするために、ループゲインαを約１／５に設定して
いるが、実際には約１／１６の値が望ましい。１以下の
ループゲインαを誤差εに乗算して積分することによ
り、入力画像データｖｉｎの値を徐々に減算するように
している。つまり、入力画像データｖｉｎが急激に変化
しても、出力画像データｖｏｕｔが急激に変化しないよ
うにしている。ループゲインαを約１／１６とするの
は、フレーム周波数３０Ｈｚに対して時定数を０．５ｓ
ｅｃに設定するからである。この程度の時定数にすれ
ば、入力画像データが急激に変化しても、この変化を人
間の目で捉えることはできない。
すくするために、ループゲインαを約１／５に設定して
いるが、実際には約１／１６の値が望ましい。１以下の
ループゲインαを誤差εに乗算して積分することによ
り、入力画像データｖｉｎの値を徐々に減算するように
している。つまり、入力画像データｖｉｎが急激に変化
しても、出力画像データｖｏｕｔが急激に変化しないよ
うにしている。ループゲインαを約１／１６とするの
は、フレーム周波数３０Ｈｚに対して時定数を０．５ｓ
ｅｃに設定するからである。この程度の時定数にすれ
ば、入力画像データが急激に変化しても、この変化を人
間の目で捉えることはできない。
【００２４】次に、ＦＰＮ取得指令信号ｃｏｍが無効
（イナクティブ）を示している場合、すなわち通常の赤
外線撮像画像を出力する場合の動作について説明する。
焦点調整制御回路４は、温度信号ｔが示す環境温度から
光学系１の合焦位置を算出して、算出した合焦位置と位
置信号ｐが示す光学系１の現在位置とを一致させるべく
制御信号ｃｔを生成して、この制御信号ｃｔを焦点調整
機構５に出力する。焦点調整機構５は、制御信号ｃｔに
従って光学系１を移動させる。これにより、光学系１は
合焦状態の位置に移動する。
（イナクティブ）を示している場合、すなわち通常の赤
外線撮像画像を出力する場合の動作について説明する。
焦点調整制御回路４は、温度信号ｔが示す環境温度から
光学系１の合焦位置を算出して、算出した合焦位置と位
置信号ｐが示す光学系１の現在位置とを一致させるべく
制御信号ｃｔを生成して、この制御信号ｃｔを焦点調整
機構５に出力する。焦点調整機構５は、制御信号ｃｔに
従って光学系１を移動させる。これにより、光学系１は
合焦状態の位置に移動する。
【００２５】光学系１の合焦状態を図２を用いて捕捉説
明する。図２に示すように、合焦状態における光学系１
（対物レンズ）は、検知器６から距離Ｘ離れた位置にあ
る。このとき、検知器６上では、ａ，ａ’，ａ’’方向
から入射した光束はＡ点に結像し、ｂ，ｂ’，ｂ’’方
向から入射した光束はＢ点に結像し、ｃ，ｃ’，ｃ’’
方向から入射した光束はＣ点に結像する。
明する。図２に示すように、合焦状態における光学系１
（対物レンズ）は、検知器６から距離Ｘ離れた位置にあ
る。このとき、検知器６上では、ａ，ａ’，ａ’’方向
から入射した光束はＡ点に結像し、ｂ，ｂ’，ｂ’’方
向から入射した光束はＢ点に結像し、ｃ，ｃ’，ｃ’’
方向から入射した光束はＣ点に結像する。
【００２６】検知器６は、図示しない目標から放射され
光学系１によって集光された赤外光を電気信号に変換す
る。増幅器７は、検知器６から出力された画像信号を増
幅し、Ａ／Ｄ変換器８は、増幅器７の出力信号をディジ
タル信号に変換する。減算器１０は、ｖｉｎ−ｆ、すな
わちＡ／Ｄ変換器８の出力信号である入力画像データｖ
ｉｎから積分器９で保持されているＦＰＮデータｆを減
算して、減算結果を出力画像データｖｏｕｔとして後段
の回路（例えば、表示装置等）に出力する。通常の撮像
時、誤差判定器１４は、スイッチ１３をオフ状態にして
いる。こうして、実際に撮像して得られた入力画像デー
タｖｉｎからＦＰＮデータｆを減算することでＦＰＮを
相殺することができる。
光学系１によって集光された赤外光を電気信号に変換す
る。増幅器７は、検知器６から出力された画像信号を増
幅し、Ａ／Ｄ変換器８は、増幅器７の出力信号をディジ
タル信号に変換する。減算器１０は、ｖｉｎ−ｆ、すな
わちＡ／Ｄ変換器８の出力信号である入力画像データｖ
ｉｎから積分器９で保持されているＦＰＮデータｆを減
算して、減算結果を出力画像データｖｏｕｔとして後段
の回路（例えば、表示装置等）に出力する。通常の撮像
時、誤差判定器１４は、スイッチ１３をオフ状態にして
いる。こうして、実際に撮像して得られた入力画像デー
タｖｉｎからＦＰＮデータｆを減算することでＦＰＮを
相殺することができる。
【００２７】以上のように、本発明の赤外線撮像装置
は、従来の課題を克服し、非合焦画像を作ることにより
検知器面内の光量変化を緩やかにすることができ、均一
な光量を検知器６に与えるのと同等な効果が得られるた
め、安定した良質画像を出力するためのＦＰＮデータを
取得することができる。
は、従来の課題を克服し、非合焦画像を作ることにより
検知器面内の光量変化を緩やかにすることができ、均一
な光量を検知器６に与えるのと同等な効果が得られるた
め、安定した良質画像を出力するためのＦＰＮデータを
取得することができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、ＦＰＮデータの取得時
に光学系を非合焦状態とすることにより、赤外線検知器
面内の光量変化を緩やかにすることができ、均一な光量
を赤外線検知器に与えるのと同等な効果が得られるの
で、赤外線の光路を遮断するシャッター機構等の手段を
用いることなく、ＦＰＮデータを取得してＡ／Ｄ変換器
の出力画像データからＦＰＮを除去することができる。
その結果、シャッター機構等の手段を用いる場合と比べ
て、赤外線撮像装置を小型化でき、常に安定した良質な
画像データを出力することができる。また、高輝度の目
標を撮像する場合、焦点調整により光学系を非合焦状態
にしても、Ａ／Ｄ変換器から出力される入力画像データ
の輝度値が高くなり、均一な高輝度光を赤外線検知器の
全面に照射させた場合と等しくなる。この場合、赤外線
の光路を遮断するシャッター機構等の手段を用いて取得
したＦＰＮデータの場合と結果が異なるので、減算器か
ら出力される出力画像データの輝度値に差が生じるとい
う問題が発生する。このような場合でも、本発明では、
減算器の出力画像データとＦＰＮデータの所定の期待値
との誤差を求め、この誤差に基づく帰還データをＦＰＮ
データとして減算器に与える負帰還を行うことにより、
減算器の出力画像データを常に期待値に整定させること
ができるため、赤外線の光路を遮断するシャッター機構
等の手段を用いて取得したＦＰＮデータを期待値として
設定すれば、減算器の出力画像データはＡ／Ｄ変換器か
ら出力される入力画像データの輝度値に関係なく常に安
定した良質の画像データを出力することができる。ま
た、ＦＰＮデータの取得は実運用上においても頻繁に行
われるが、本発明によれば赤外線撮像装置内外にシャッ
ター機構等の手段を設ける必要がなくなり、かるＦＰＮ
の補正に時間を必要としないため、赤外線撮像装置の円
滑な運用に寄与することができる。
に光学系を非合焦状態とすることにより、赤外線検知器
面内の光量変化を緩やかにすることができ、均一な光量
を赤外線検知器に与えるのと同等な効果が得られるの
で、赤外線の光路を遮断するシャッター機構等の手段を
用いることなく、ＦＰＮデータを取得してＡ／Ｄ変換器
の出力画像データからＦＰＮを除去することができる。
その結果、シャッター機構等の手段を用いる場合と比べ
て、赤外線撮像装置を小型化でき、常に安定した良質な
画像データを出力することができる。また、高輝度の目
標を撮像する場合、焦点調整により光学系を非合焦状態
にしても、Ａ／Ｄ変換器から出力される入力画像データ
の輝度値が高くなり、均一な高輝度光を赤外線検知器の
全面に照射させた場合と等しくなる。この場合、赤外線
の光路を遮断するシャッター機構等の手段を用いて取得
したＦＰＮデータの場合と結果が異なるので、減算器か
ら出力される出力画像データの輝度値に差が生じるとい
う問題が発生する。このような場合でも、本発明では、
減算器の出力画像データとＦＰＮデータの所定の期待値
との誤差を求め、この誤差に基づく帰還データをＦＰＮ
データとして減算器に与える負帰還を行うことにより、
減算器の出力画像データを常に期待値に整定させること
ができるため、赤外線の光路を遮断するシャッター機構
等の手段を用いて取得したＦＰＮデータを期待値として
設定すれば、減算器の出力画像データはＡ／Ｄ変換器か
ら出力される入力画像データの輝度値に関係なく常に安
定した良質の画像データを出力することができる。ま
た、ＦＰＮデータの取得は実運用上においても頻繁に行
われるが、本発明によれば赤外線撮像装置内外にシャッ
ター機構等の手段を設ける必要がなくなり、かるＦＰＮ
の補正に時間を必要としないため、赤外線撮像装置の円
滑な運用に寄与することができる。
【図１】 本発明の実施の形態となる赤外線撮像装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】 光学系の合焦／非合焦状態における光路を示
す図である。
す図である。
【図３】 ＦＰＮデータ取得時の各信号波形を示す信号
波形図である。
波形図である。
１…光学系、２…位置センサ、３…温度センサ、４…焦
点調整制御回路、５…焦点調整機構、６…検知器、７…
増幅器、８…Ａ／Ｄ変換器、９…積分器、１０…減算
器、１１…減算器、１２…乗算器、１３…スイッチ、１
４…誤差判定器。
点調整制御回路、５…焦点調整機構、６…検知器、７…
増幅器、８…Ａ／Ｄ変換器、９…積分器、１０…減算
器、１１…減算器、１２…乗算器、１３…スイッチ、１
４…誤差判定器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−142065（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−190663（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−181543（ＪＰ，Ａ)
特開2000−88644（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−292403（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−4352（ＪＰ，Ａ)
特開2000−125206（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01J 1/00 - 1/60
G01J 5/00 - 5/62
H04N 5/33 - 5/335
Claims (6)
- 【請求項１】 入射赤外光を電気信号に変換する赤外線
検知器と、目標物体から放射された赤外光を集光して前
記赤外線検知器に入射させる光学系と、前記赤外線検知
器から出力される画像信号をディジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力画像データか
ら固定パターンノイズ（ＦＰＮ）データを減算してＦＰ
Ｎを除去する減算器とを備えた赤外線撮像装置における
赤外線撮像方法であって、 前記ＦＰＮデータの取得時に、前記光学系を非合焦状態
とし、前記減算器の出力画像データと前記ＦＰＮデータ
の所定の期待値との誤差を求め、この誤差に基づく帰還
データを前記ＦＰＮデータとして前記減算器に与える負
帰還を行い、前記減算器の出力画像データと前記期待値
とが略同一になったときの前記帰還データを取得すべき
ＦＰＮデータとして保持することを特徴とする赤外線撮
像方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の赤外線撮像方法におい
て、 前記誤差にループゲインα（α≦１）を乗算し、この乗
算結果を積分して積分結果を前記帰還データとし、前記
誤差が所定のしきい値より小さくなったときの前記帰還
データを取得すべきＦＰＮデータとして保持することを
特徴とする赤外線撮像方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の赤外線撮像方法におい
て、 通常の撮像時は、赤外線撮像装置の周囲の環境温度から
前記光学系の合焦位置を算出して、この合焦位置に前記
光学系を移動させ、前記ＦＰＮデータの取得時は、前記
合焦位置と前記光学系の現在位置とに基づいて、前記光
学系の観測視野内の全方向からの光が前記赤外線検知器
に均等に入射するよう前記光学系を非合焦位置に移動さ
せることを特徴とする赤外線撮像方法。 - 【請求項４】 入射赤外光を電気信号に変換する赤外線
検知器と、目標物体から放射された赤外光を集光して前
記赤外線検知器に入射させる光学系と、前記赤外線検知
器から出力される画像信号をディジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力画像データか
ら固定パターンノイズ（ＦＰＮ）データを減算してＦＰ
Ｎを除去する減算器とを備えた赤外線撮像装置におい
て、 前記ＦＰＮデータの取得時に前記光学系を非合焦状態に
する焦点調整手段と、 前記ＦＰＮデータの取得時に、前記減算器の出力画像デ
ータと前記ＦＰＮデータの所定の期待値との誤差を求
め、この誤差に基づく帰還データを前記ＦＰＮデータと
して前記減算器に与える負帰還を行い、前記減算器の出
力画像データと前記期待値とが略同一になったときの前
記帰還データを取得すべきＦＰＮデータとして保持する
ＦＰＮデータ取得手段を有することを特徴とする赤外線
撮像装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の赤外線撮像装置におい
て、 前記ＦＰＮデータ取得手段は、前記減算器の出力画像デ
ータから前記期待値を減算して前記誤差を求める第２の
減算器と、 この第２の減算器から出力された誤差にループゲインα
（α≦１）を乗算する乗算器と、 この乗算器の出力データを積分して、積分結果を前記帰
還データとする積分器と、 前記乗算器の出力と前記積分器の入力との間に設けられ
たスイッチと、 通常の撮像時は前記スイッチをオフ状態とし、前記ＦＰ
Ｎデータの取得時に前記スイッチをオン状態に切り替
え、前記誤差が所定のしきい値より小さくなったとき前
記スイッチをオフ状態にして、このときの前記帰還デー
タを取得すべきＦＰＮデータとして前記積分器に保持さ
せる誤差判定器とからなることを特徴とする赤外線撮像
装置。 - 【請求項６】 請求項４記載の赤外線撮像装置におい
て、 前記焦点調整手段は、前記光学系の位置を検出する位置
センサと、 赤外線撮像装置の周囲の環境温度を検出する温度センサ
と、 通常の撮像時は、前記環境温度から前記光学系の合焦位
置を算出して、この合焦位置と前記位置センサで検出さ
れた光学系の位置とを一致させるべく制御信号を生成
し、前記ＦＰＮデータの取得時は、前記合焦位置と前記
位置センサで検出された光学系の現在位置とに基づい
て、前記光学系の観測視野内の全方向からの光が前記赤
外線検知器に均等に入射する位置に前記光学系を移動さ
せるべく制御信号を生成する焦点調整制御回路と、 前記制御信号に従って前記光学系を移動させる焦点調整
機構とからなることを特徴とする赤外線撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000160065A JP3376991B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 赤外線撮像方法及び赤外線撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000160065A JP3376991B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 赤外線撮像方法及び赤外線撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001336983A JP2001336983A (ja) | 2001-12-07 |
| JP3376991B2 true JP3376991B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=18664316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000160065A Expired - Lifetime JP3376991B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 赤外線撮像方法及び赤外線撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3376991B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4760089B2 (ja) * | 2004-10-14 | 2011-08-31 | 日産自動車株式会社 | 車載画像処理装置、および画像処理方法 |
| WO2016051850A1 (ja) | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 富士フイルム株式会社 | 赤外線撮像装置、固定パターンノイズ算出方法、及び固定パターンノイズ算出プログラム |
| JP6291629B2 (ja) | 2015-05-21 | 2018-03-14 | 富士フイルム株式会社 | 赤外線撮像装置及び固定パターンノイズデータの更新方法 |
| CN107615021B (zh) | 2015-05-21 | 2019-11-26 | 富士胶片株式会社 | 红外线摄像装置及固定模式干扰数据的更新方法 |
| WO2017073348A1 (ja) * | 2015-10-27 | 2017-05-04 | 富士フイルム株式会社 | 赤外線撮像装置及びその制御方法、並びに車両 |
-
2000
- 2000-05-30 JP JP2000160065A patent/JP3376991B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001336983A (ja) | 2001-12-07 |
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