JP4978607B2 - Image acquisition device - Google Patents
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Description
本発明は、画像取得装置に関し、特に暗視野において、警備や監視や野生生物観察や移動体操縦支援(例えば、航空機、ヘリコプタ、船舶、車等)や高速現象観察等に用いられる画像取得装置に関する。 The present invention relates to an image acquisition device, and more particularly, to an image acquisition device used in security, surveillance, wildlife observation, mobile operation support (for example, aircraft, helicopter, ship, car, etc.), high-speed phenomenon observation, etc. in a dark field. .
可視光線のほとんどない状態を視覚で観測するために、暗視装置が開発されている。暗視装置には、赤外線を感知して可視像に変換する暗視管を用いるものと、極めて微弱な光を強力に増強する多段イメージ管を用いるもの(例えば、特許文献1参照)とがある。
ここで、多段イメージ管を用いた暗視装置について説明する。図4は、多段イメージ管を用いた暗視装置100を示す概略構成図である。
暗視装置100は、IIT(イメージインテンシファイア)入力側に設けられた対物レンズ(光学系)1bと、輝度増倍するIIT2と、IIT出力側に設けられたレンズ1a(光学系)と、IIT2の増幅光学像をレンズ1aを介して検出するCCD(Charge Coupled Device、撮像素子)103と、CCD103からの電気信号(輝度値)に基づいてモニタ(表示器)110に画像を表示するとともにIIT2のゲイン(電子増倍率)gを調整するゲイン信号を出力する信号処理部104と、モニタ110とから構成される。
Night vision devices have been developed in order to visually observe the state where there is almost no visible light. There are two types of night vision devices, one that uses a night vision tube that senses infrared rays and converts it into a visible image, and the other that uses a multistage image tube that strongly enhances extremely weak light (for example, see Patent Document 1). is there.
Here, a night vision apparatus using a multistage image tube will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a
The
IIT2は、入射した光学像を光電子像に変換する光電面2aと、電子レンズ系2bと、光電子像の電子群を増倍するMCP(Micro Channel Plate、電子増倍管)2cと、増倍された電子群から増幅光学像を生成する蛍光面2dとを有する。なお、MCP2cは、複数のガラス細管を束ねたものである。
CCD103は、M行N列に配列された光電変換素子を有する。CCD103は、入射光により生じた電荷を、半導体中に作られたポテンシャル井戸にたくわえ、外部から転送電圧を加えポテンシャル井戸を逐次動かすことにより、その電荷を半導体表面に沿って転送していく素子であり、センサと走査部とを一体とした固体撮像素子である。
The
The
このような暗視装置100において、被写体からの微弱な光(光学像)が、対物レンズ1bを介してIIT2の光電面2aに光電子像として結像され、陰極の光電面2aからその光の強弱に応じて光電子が放出し、陽極に印加された加速電圧と電子レンズ系2bとによってMCP2cの入力面に結像される。MCP2cの両面に電圧をかけると、光電子がガラス細管を通る際に、ガラス細管壁の二次電子放出面と衝突を繰り返して二次電子が増倍され、最後に蛍光面2dに衝突して高輝度に増倍された増幅光学像になる。蛍光面2dの増幅光学像は、レンズ1aを介してCCD103上に結像し、CCD103によって光電変換される。これにより、信号処理部104は、CCD103のM×N個の光電変換素子の電荷(輝度値)Tmnを順次読み出し、画像信号を作成することにより、モニタ110に画像を表示する。
In such a
ところで、暗視装置100は、取得した光を数千倍〜数万倍に増幅するため、入射される光学像がある一定の明るさ以上の光を含んでいる場合(例えば、夜間に燈台の光が直接入射した場合等)には、モニタ110には、その強い光を出している部分が光飽和した飽和映像が映し出されてしまい、その結果、光飽和した部分の観察が不可能になるという問題がある。また、この光飽和は、強い光を出している部分のみならず、その周囲のかなり広い範囲の部分まで影響を与え、その周囲のかなり広い範囲の部分でも同様な飽和映像が映し出されてしまう。このような現象は、ハレーションといい、ハレーションを起こした部分の画像信号の輝度値情報は、完全に破壊されてしまうことになる。
By the way, since the
そこで、信号処理部104は、モニタ110に画像を表示すること以外にも、CCD103のM×N個の光電変換素子の輝度値Tmnに基づいて、IIT2のゲイン(輝度倍率)gを調整するゲイン信号を出力している。具体的には、IIT2の陰極と陽極との間に印加する加速電圧と、MCP2cの両面に印加する電圧とを制御することにより、IIT2のゲインgを制御する。これにより、例えば、入射される光学像が第一設定閾値T1以上の輝度値Tmnを含んでいる場合には、ゲインgを下げることにより、ハレーションを回避している。
しかしながら、ハレーションのみを回避するのであれば、IIT2のゲインgを下げればよいが、逆に光が弱い部分からの入射光も減少し、その弱い光を出している部分においては入射光不足映像が映し出されてしまい、その結果、画像が観察不能になってしまうことがあった。
また、入射される光学像が第一設定閾値T1以上の輝度値Tmnを含んでいることを検出して、入射光を減衰させるフィルタを用いることも考えられるが、IIT2のゲインgを下げた状態と同じになり、弱い光を出している部分では画像が観察不能になってしまう。
そこで、本発明は、強い光を含む光学像を入射した場合でもハレーションを起こすことなく、暗い部分の光学像も良好に観察することができる画像取得装置を提供することを目的とする。
However, if only the halation is to be avoided, the gain g of IIT2 may be lowered, but conversely, the incident light from the weak light portion also decreases, and in the portion emitting the weak light, the incident light shortage image is displayed. As a result, the image may become unobservable.
In addition, it is conceivable to use a filter that attenuates incident light by detecting that an incident optical image includes a luminance value T mn that is equal to or greater than the first set threshold value T 1. However, the gain g of the
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image acquisition device that can satisfactorily observe an optical image in a dark portion without causing halation even when an optical image including intense light is incident.
上記課題を解決するためになされた本発明の画像取得装置は、入射した光学像を光電子像に変換する光電面と、当該光電子像の電子群を増倍する電子増倍管と、増倍された電子群から増幅光学像を生成する蛍光面とを有するイメージインテンシファイアと、2次元的に配列された複数の光電変換素子を有し、前記増幅光学像が結像される撮像素子と、複数の光電変換素子から得られた輝度値に基づいて、表示器に画像を表示するとともに、当該画像のハレーション及び黒つぶれを抑制するように、前記イメージインテンシファイアのゲインを調整するゲイン信号を出力する信号処理部とを備える画像取得装置であって、前記撮像素子は、CMOSであり、前記信号処理部は、複数の光電変換素子から得られた輝度値における最大輝度値、複数の光電変換素子から得られた輝度値における平均輝度値、及び、当該最大輝度値から平均輝度値を差分した差分輝度値に基づいて、前記イメージインテンシファイアのゲインを調整するようにしている。 The image acquisition device of the present invention made to solve the above problems is multiplied by a photocathode for converting an incident optical image into a photoelectron image, an electron multiplier for multiplying an electron group of the photoelectron image, and a photomultiplier tube. An image intensifier having a fluorescent screen that generates an amplified optical image from the group of electrons, an image sensor on which the amplified optical image is formed, and a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally; Based on the luminance values obtained from the plurality of photoelectric conversion elements, an image is displayed on the display unit, and a gain signal for adjusting the gain of the image intensifier so as to suppress halation and blackout of the image is obtained. An image acquisition apparatus including a signal processing unit for outputting, wherein the imaging element is a CMOS, and the signal processing unit includes a maximum luminance value and a plurality of luminance values obtained from a plurality of photoelectric conversion elements. Average luminance value in the luminance value obtained from the photoelectric conversion elements, and, based on the maximum luminance value difference luminance value obtained by subtracting the average luminance value from, and to adjust the gain of the image intensifier.
本発明の画像取得装置によれば、撮像素子は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)であるので、CCDと比較して、ダイナミックレンジが広く、その結果、強い光を含む光学像を入射した場合でもハレーションを起こすことなく、暗い部分の光学像も良好に観察することができる。
また、信号処理部は、最大輝度値だけでなく、平均輝度値と差分輝度値とを算出し、最大輝度値と平均輝度値と差分輝度値とに基づいて、IITのゲインを調整する。例えば、最大輝度値が第一設定閾値未満であるときには、つまり現在のゲインではハレーションを起こしていないので、暗い部分の光学像を良好に観察するために、ゲインを上げる。このとき、差分輝度値が小さければ小さいほど、ゲインの上げ幅を大きくする。一方、最大輝度値が第一設定閾値以上であり、かつ、行方向の光電変換素子から得られた輝度値におけるライン最大輝度値が、第二設定閾値以上であることが、設定行以上で連続したときには、つまり現在のゲインではハレーションを起こしている確率が高いので、ゲインを下げる。このとき、差分輝度値が小さければ小さいほど、ゲインの下げ幅を大きくする。
According to the image acquisition device of the present invention, since the imaging element is a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), the dynamic range is wider than that of a CCD, and as a result, even when an optical image including strong light is incident. An optical image in a dark part can be observed well without causing halation.
The signal processing unit calculates not only the maximum luminance value but also the average luminance value and the difference luminance value, and adjusts the gain of the IIT based on the maximum luminance value, the average luminance value, and the difference luminance value. For example, when the maximum luminance value is less than the first set threshold value, that is, no halation occurs at the current gain, the gain is increased in order to observe an optical image in a dark part satisfactorily. At this time, the smaller the difference luminance value, the larger the gain increase range. On the other hand, the maximum luminance value is equal to or higher than the first set threshold value, and the line maximum luminance value in the luminance value obtained from the photoelectric conversion element in the row direction is equal to or higher than the second set threshold value. In other words, the current gain has a high probability of halation, so the gain is lowered. At this time, the smaller the difference luminance value is, the larger the gain reduction range is.
以上のように、本発明の画像取得装置によれば、強い光を含む光学像を入射した場合でもハレーションを起こすことなく、暗い部分の光学像も良好に観察することができる。 As described above, according to the image acquisition apparatus of the present invention, it is possible to satisfactorily observe an optical image in a dark portion without causing halation even when an optical image including intense light is incident.
(他の課題を解決するための手段および効果)
また、上記の発明において、前記CMOSのダイナミックレンジは、100dB以上であるようにしてもよい。
ここで、「ダイナミックレンジ(DR)」とは、イメージセンサが検出できる最も明るい信号(Sig_upper)の、最も暗い信号(Sig_low)に対する比のことをいう。
DR[dB]=20log(Sig_upper/Sig_low)
また、上記の発明において、前記CMOSにおいて、前記光電変換素子は、M行N列に配列され、前記信号処理部は、前記最大輝度値が第一設定閾値未満であるときには、前記差分輝度値に基づいて、前記イメージインテンシファイアのゲインを上げ、一方、前記最大輝度値が第一設定閾値以上であり、かつ、行方向又は列方向の光電変換素子から得られた輝度値におけるライン最大輝度値が、第二設定閾値以上であることが、設定行又は設定列以上で連続したときには、前記差分輝度値に基づいて、前記イメージインテンシファイアのゲインを下げるようにしてもよい。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the dynamic range of the CMOS may be 100 dB or more.
Here, “dynamic range (DR)” refers to the ratio of the brightest signal (Sig_upper) that can be detected by the image sensor to the darkest signal (Sig_low).
DR [dB] = 20log (Sig_upper / Sig_low)
In the above invention, in the CMOS, the photoelectric conversion elements are arranged in M rows and N columns, and when the maximum luminance value is less than a first set threshold value, the signal processing unit sets the difference luminance value to the difference luminance value. Based on this, the gain of the image intensifier is increased, while the maximum luminance value is equal to or greater than a first setting threshold value and the line maximum luminance value in the luminance value obtained from the photoelectric conversion element in the row direction or the column direction However, when the value is equal to or greater than the second set threshold value and continues for more than the set row or set column, the gain of the image intensifier may be lowered based on the difference luminance value.
ここで、「第一設定閾値」とは、予め画像取得装置に記憶されており、表示器に表示した画像において、黒つぶれを起こしそうな輝度値のことをいい、例えば、画像における最大階調の75%以下であることが好ましい。
また、「第二設定閾値」とは、予め画像取得装置に記憶されており、表示器に表示した画像において、ハレーションを起こしそうな輝度値のことをいい、例えば、画像における最大階調の80%以上であることが好ましい。
Here, the “first setting threshold value” is a brightness value that is preliminarily stored in the image acquisition device and is likely to cause blackout in the image displayed on the display. For example, the maximum gradation in the image Is preferably 75% or less.
The “second set threshold value” is stored in advance in the image acquisition device and refers to a luminance value that is likely to cause halation in the image displayed on the display. For example, the maximum gradation 80 in the image is displayed. % Or more is preferable.
そして、上記の発明において、前記信号処理部は、一つの光電変換素子から得られた輝度値と、一つの光電変換素子を中心とするX行Y列(X<M、Y<N)の光電変換素子から得られた輝度値における部分最大輝度値と部分最小輝度値とから算出される補正輝度値に基づいて、一つの光電変換素子から得られた輝度値を局所的にコントラスト補正した表示輝度値を算出することにより、前記画像を表示するようにしてもよい。
本発明の画像取得装置によれば、信号処理部は、CMOSを用いているので、一つの光電変換素子を中心とするX行Y列の光電変換素子から得られた輝度値に基づいて、部分最大輝度値と部分最小輝度値とを算出することにより、一つの光電変換素子から得られた輝度値を局所的にコントラスト補正した表示輝度値を算出することができる。
In the above invention, the signal processing unit is configured to detect the luminance value obtained from one photoelectric conversion element and the X row and Y column (X <M, Y <N) photoelectric conversion centered on one photoelectric conversion element. Display brightness obtained by locally contrast-correcting the brightness value obtained from one photoelectric conversion element based on the corrected brightness value calculated from the partial maximum brightness value and the partial minimum brightness value in the brightness value obtained from the conversion element The image may be displayed by calculating a value.
According to the image acquisition apparatus of the present invention, since the signal processing unit uses a CMOS, a partial processing is performed based on the luminance value obtained from the photoelectric conversion element of X rows and Y columns centering on one photoelectric conversion element. By calculating the maximum luminance value and the partial minimum luminance value, it is possible to calculate a display luminance value obtained by locally correcting the luminance value obtained from one photoelectric conversion element.
さらに、上記の発明において、前記信号処理部は、式(1)を用いて、表示輝度値を算出し、調整したゲインが基準ゲインより離れれば離れるほど、前記表示輝度値における補正輝度値の影響を強くするように、補正係数を大きくするようにしてもよい。
表示輝度値=(補正輝度値×補正係数)+{輝度値×(1−補正係数)}・・・(1)
Furthermore, in the above invention, the signal processing unit calculates the display luminance value using the equation (1), and the further away the adjusted gain is from the reference gain, the more influence the corrected luminance value has on the display luminance value. The correction coefficient may be increased so as to increase the.
Display luminance value = (corrected luminance value × correction coefficient) + {luminance value × (1−correction coefficient)} (1)
ここで、「基準ゲイン」とは、IITにおいて、数千倍〜数万倍の内から調整された倍率で、取得した光を増幅することになるが、ハレーション及び黒つぶれがなく、局所的なコントラスト補正をしなくても良好な画像を取得できる倍率のことをいい、予め画像取得装置に記憶されており、例えば、五千倍に相当する電圧値である。
本発明の画像取得装置によれば、ゲインを大幅に上げたり下げたりした場合には、光電変換素子から得られた輝度値が不安定になるので、表示輝度値における補正輝度値の影響を強くすることができる。
Here, the “reference gain” is to amplify the acquired light at a magnification adjusted from several thousand times to several tens of thousands times in IIT. The magnification that can acquire a good image without performing contrast correction, which is stored in advance in the image acquisition device, and is, for example, a voltage value corresponding to 5,000 times.
According to the image acquisition device of the present invention, when the gain is significantly increased or decreased, the luminance value obtained from the photoelectric conversion element becomes unstable, so that the influence of the corrected luminance value on the display luminance value is strongly increased. can do.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
図1は、本発明の一実施形態である暗視装置(画像取得装置)10の外観構成を示す図である。なお、暗視装置100と同様のものについては、同じ符号を付している。
暗視装置10は、IIT入力側に設けられた対物レンズ1bと、輝度増倍するIIT2と、IIT出力側に設けられたレンズ1aと、IIT2の増幅光学像をレンズ1aを介して検出する広ダイナミックレンジCMOS(撮像素子)3と、広ダイナミックレンジCMOS3からの電気信号(輝度値)に基づいてモニタ(表示器)110に画像を表示するとともにIIT2のゲイン(電子増倍率)gを調整するゲイン信号を出力する信号処理部4と、モニタ110とから構成される。なお、IIT2のゲインgは、数千倍〜数万倍の内から調整された倍率で、取得した光を増幅することができるようになっている。
広ダイナミックレンジCMOS3は、M行N列(例えば、480行640列)に配列された光電変換素子を有する。そして、CCDと比較して、ダイナミックレンジが広く、信号処理部4に、例えば、10bit(1024階調)の電気信号を出力することができるようになっている。
上記広ダイナミックレンジCMOSのダイナミックレンジは、強い光を含む光学像を入射した場合でもハレーションを起こすことなく、暗い部分の光学像も良好に観察することができる点から、100dB以上であることが好ましい。
FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a night-vision device (image acquisition device) 10 according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the
The
The wide dynamic range CMOS3 has photoelectric conversion elements arranged in M rows and N columns (for example, 480 rows and 640 columns). Compared with a CCD, the dynamic range is wide, and an electrical signal of, for example, 10 bits (1024 gradations) can be output to the signal processing unit 4.
The dynamic range of the wide dynamic range CMOS is preferably 100 dB or more from the viewpoint that even when an optical image containing intense light is incident, an optical image in a dark part can be satisfactorily observed without causing halation. .
信号処理部4は、FPGA40を備え、第一設定閾値T1や第二設定閾値T2や設定行や基準ゲインGや補正輝度値を算出するための、一つの光電変換素子を中心とする領域X×Y等を予め設定する。さらに、画像を記憶するメモリ30を有する。
FPGA40が実行する制御・演算内容を機能ごとに分けて説明すると、ゲイン信号を出力するゲイン信号出力部41と、補正輝度値Tmn’を算出する補正輝度値算出部42と、モニタ110に画像を表示する表示制御部43と、補正係数αを算出する補正係数算出部44とを有する。
The signal processing unit 4, area centered with the
The control and calculation contents executed by the
ゲイン信号出力部41は、広ダイナミックレンジCMOS3のM×N個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnに基づいて、IIT2のゲインgを調整するゲイン信号を出力する制御を行う。
例えば、まず、M×N個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnにおける最大輝度値Tmaxと、M×N個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnにおける平均輝度値Taveと、最大輝度値Tmaxから平均輝度値Taveを差分した差分輝度値ΔTと、行方向のN個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnにおけるライン最大輝度値Tmとを算出する。
そして、最大輝度値Tmaxが第一設定閾値T1(例えば、750)未満であるときには、つまり現在のゲインgではハレーションを起こしていないので、暗い部分の光学像を良好に観察するために、ゲインgを上げるゲイン信号を出力する。このとき、差分輝度値ΔTが小さければ小さいほど、ゲインgの上げ幅Δgを大きくする。
一方、最大輝度値Tmaxが第一設定閾値T1以上であり、かつ、ライン最大輝度値Tmが、第二設定閾値T2(例えば、820)以上であることが、設定行(例えば、50行)以上で連続したときには、つまり現在のゲインgではハレーションを起こしている確率が高いので、ゲインgを下げるゲイン信号を出力する。このとき、差分輝度値ΔTが小さければ小さいほど、ゲインgの下げ幅Δgを大きくする。
The gain
For example, first, M × N number of the maximum luminance value T max of the luminance value T mn obtained from the photoelectric conversion element, M × N pieces of average luminance value T ave in the luminance value T mn obtained from the photoelectric conversion element And a difference luminance value ΔT obtained by subtracting the average luminance value T ave from the maximum luminance value T max and a line maximum luminance value T m in the luminance value T mn obtained from the N photoelectric conversion elements in the row direction are calculated. .
Then, when the maximum luminance value T max is less than the first set threshold T 1 (for example, 750), that is, since the current gain g does not cause halation, in order to observe a dark part optical image satisfactorily, A gain signal for increasing the gain g is output. At this time, the smaller the difference luminance value ΔT, the larger the gain g increase width Δg.
On the other hand, it is determined that the maximum brightness value T max is equal to or greater than the first set threshold value T 1 and the line maximum brightness value T m is equal to or greater than the second set threshold value T 2 (eg, 820). 50 lines), that is, since there is a high probability that halation has occurred at the current gain g, a gain signal that lowers the gain g is output. At this time, the smaller the difference luminance value ΔT is, the larger the decrease width Δg of the gain g is.
補正輝度値算出部42は、広ダイナミックレンジCMOS3のM×N個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnに基づいて、補正輝度値Tmn’を算出する制御を行う。
例えば、まず、下記式(2)を用いて、一つの光電変換素子から得られた輝度値Tmnと、一つの光電変換素子を中心とするX行Y列(例えば、15行20列)の光電変換素子から得られた輝度値Tmnにおける部分最大輝度値Tmax’と部分最小輝度値Tmin’とから補正輝度値Tmn’を算出する。
Tmn’={(Tmn−Tmin’)/(Tmax’−Tmin’)}×1024・・・(2)
The corrected luminance
For example, first, the following formula (2) is used to calculate the luminance value T mn obtained from one photoelectric conversion element and the X rows and Y columns (for example, 15 rows and 20 columns) centered on one photoelectric conversion device. A corrected luminance value T mn ′ is calculated from the partial maximum luminance value T max ′ and the partial minimum luminance value T min ′ in the luminance value T mn obtained from the photoelectric conversion element.
T mn ′ = {(T mn −T min ′) / (T max ′ −T min ′)} × 1024 (2)
表示制御部43は、広ダイナミックレンジCMOS3のM×N個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnと、補正輝度値算出部42で算出された補正輝度値Tmn’と、後述する補正係数算出部44で算出された補正係数αとに基づいて、表示輝度値Smnを算出して、モニタ110に画像を表示する制御を行う。
例えば、下記式(1)を用いて、表示輝度値Smnを算出して画像を表示する。
Smn=(Tmn’×α)+{Tmn×(1−α)}・・・(1)
The
For example, the display luminance value S mn is calculated using the following formula (1) to display an image.
S mn = (T mn '× α) + {T mn × (1-α)} (1)
補正係数算出部44は、調整したゲインgに基づいて、輝度値Tmnと補正輝度値Tmn’との重み付け比率を決定する補正係数αを算出する制御を行う。
例えば、補正係数算出部44は、調整したゲインgが基準ゲインG(例えば、五千倍に相当する電圧値)より離れれば離れるほど、補正係数αを大きくする。具体的には、上述したように最大輝度値Tmaxが第一設定閾値T1未満であるときには、ゲインgを上げることになるが、ゲインgを大幅に上げると、光電変換素子から得られた輝度値Tmnが不安定になるので、表示輝度値Smnにおいて補正輝度値Tmn’の影響を強くするように、補正係数αを大きくする。
また、最大輝度値Tmaxが第一設定閾値T1以上であり、かつ、ライン最大輝度値Tmが、第二設定閾値T2以上であることが、設定行(例えば、50行)以上で連続したときには、ゲインgを下げることになるが、ゲインgを大幅に下げると、光電変換素子から得られた輝度値Tmnが不安定になるので、表示輝度値Smnにおいて補正輝度値Tmn’の影響を強くするように、補正係数αを大きくする。
そして、ゲインgを大幅に上げたり下げたりしない場合には、光電変換素子から得られた輝度値Tmnが安定しているので、表示輝度値Smnにおいて補正輝度値Tmn’の影響を強くせずに、輝度値Tmnをほぼそのまま用いる。
The correction
For example, the correction
The maximum luminance value T max is at first set thresholds T 1 or more, and, at the line maximum luminance value T m is not more second setting threshold value T 2 or more, setting lines (e.g., 50 lines) or When continuous, the gain g is lowered. However, if the gain g is greatly lowered, the luminance value T mn obtained from the photoelectric conversion element becomes unstable, so that the corrected luminance value T mn in the display luminance value S mn . The correction coefficient α is increased so as to increase the influence of '.
When the gain g is not significantly increased or decreased, the luminance value T mn obtained from the photoelectric conversion element is stable, so that the influence of the corrected luminance value T mn ′ is strongly influenced on the display luminance value S mn . Instead, the luminance value T mn is used almost as it is.
次に、ゲイン信号出力部41によりIIT2のゲインgを調整するゲイン制御方法の一例について説明する。図2は、ゲイン制御方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS101の処理において、ゲイン信号出力部41は、広ダイナミックレンジCMOS3のM×N個の光電変換素子から輝度値Tmnを得る。
Next, an example of a gain control method for adjusting the gain g of IIT2 by the gain
First, in the process of step S101, the gain
次に、ステップS102の処理において、行方向のN個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnにおけるライン最大輝度値Tmを算出する。このとき、1行目からM行目まで実行することにより、M個のライン最大輝度値Tmを得る。
次に、ステップS103の処理において、M個のライン最大輝度値Tmから最大輝度値Tmaxを算出する。
Next, in the process in step S102, calculates the line maximum luminance value T m of the luminance value T mn obtained from the row direction of the N photoelectric conversion elements. At this time, M line maximum luminance values Tm are obtained by executing from the first line to the Mth line.
Next, in the process of step S103, and calculates the maximum luminance value T max from the M line maximum luminance value T m.
次に、ステップS104の処理において、M×N個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnにおける平均輝度値Taveを算出する。
次に、ステップS105の処理において、最大輝度値Tmaxから平均輝度値Taveを差分した差分輝度値ΔTを算出する。
次に、ステップS106の処理において、最大輝度値Tmaxが第一設定閾値T1(例えば、750)未満であるか否かを判定する。最大輝度値Tmaxが第一設定閾値T1未満であると判定したときには、ステップS107の処理において、差分輝度値ΔTに基づいて、ゲインgを上げるゲイン信号を出力する(ゲインアップ)。そして、本フローチャートを終了させる。その後、ゲイン信号出力部41が、次フレームである輝度値Tmnを得たときには、ステップS101の処理を開始することになる。
Next, in the process of step S104, an average luminance value T ave is calculated for the luminance value T mn obtained from M × N photoelectric conversion elements.
Next, in the process of step S105, a difference luminance value ΔT obtained by subtracting the average luminance value T ave from the maximum luminance value T max is calculated.
Next, it is determined in the processing in step S106, the maximum luminance value T max is first set threshold value T 1 (e.g., 750) whether it is less than. Maximum luminance value T max is the time it is determined that the first set lower than thresholds T 1, in the processing of step S107, on the basis of the difference luminance value [Delta] T, and outputs a gain signal to increase the gain g (gain-up). Then, this flowchart is ended. Thereafter, when the gain
一方、最大輝度値Tmaxが第一設定閾値T1未満でないと判定したときには、ステップS108の処理において、行パラメータm=1、及び連続カウントパラメータa=0とする。
次に、ステップS109の処理において、第m行のライン最大輝度値Tmが、第二設定閾値T2(例えば、820)以上であるか否かを判定する。第m行のライン最大輝度値Tmが、第二設定閾値T2以上でないと判定したときには、ステップS110の処理において、連続カウントパラメータa=0とし、さらにステップS111の処理において、m=m+1とし、ステップS109の処理に戻る。
On the other hand, the maximum luminance value T max is when it is determined not to be the first set lower than thresholds T 1, in the processing of step S108, the line parameters m = 1, and the continuous count parameter a = 0.
Next, in the process in step S109, the line maximum luminance value T m of a m-th row determines the second set threshold value T 2 (e.g., 820) to or greater than. Line maximum luminance value T m of a m-th row, when it is determined that not the second set threshold value T 2 or more, in the process of step S110, a continuous count parameter a = 0, further in the process in step S111, and m = m + 1 The process returns to step S109.
一方、第m行のライン最大輝度値Tmが、第二設定閾値T2以上であるときには、ステップS112の処理において、a=a+1とする。
次に、ステップS113の処理において、連続カウントパラメータaが50以上であるか否かを判定する。連続カウントパラメータaが50以上であると判定したときには、ステップS114の処理において、差分輝度値ΔTに基づいて、ゲインgを下げるゲイン信号を出力する(ゲインダウン)。そして、本フローチャートを終了させる。その後、ゲイン信号出力部41が、次フレームである輝度値Tmnを得たときには、ステップS101の処理を開始することになる。
On the other hand, the line maximum luminance value T m of a m-th row, when it is the second set threshold value T 2 or more, in the process of step S112, and a = a + 1.
Next, in the process of step S113, it is determined whether or not the continuous count parameter a is 50 or more. When it is determined that the continuous count parameter a is 50 or more, a gain signal for decreasing the gain g is output based on the difference luminance value ΔT in the process of step S114 (gain down). Then, this flowchart is ended. Thereafter, when the gain
一方、連続カウントパラメータaが50以上でないと判定したときには、ステップS115の処理において、第m行がM以上であるか否かを判定する。第m行がM以上でないと判定したときには、ステップS111の処理に戻る。
一方、第m行がM以上であると判定したときには、本フローチャートを終了させる。その後、ゲイン信号出力部41が、次フレームである輝度値Tmnを得たときには、ステップS101の処理を開始することになる。
On the other hand, when it is determined that the continuous count parameter a is not 50 or more, it is determined whether or not the m-th row is M or more in the process of step S115. When it is determined that the m-th row is not M or more, the process returns to step S111.
On the other hand, when it is determined that the m-th row is M or more, this flowchart is ended. Thereafter, when the gain
次に、暗視装置10により画像を表示する表示方法の一例について説明する。図3は、表示方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS201の処理において、広ダイナミックレンジCMOS3のM×N個の光電変換素子から輝度値Tmnを得る。
次に、ステップS202の処理において、補正輝度値算出部42は、一つの光電変換素子を中心とする15行20列の光電変換素子から得られた輝度値Tmnにおける部分最大輝度値Tmax’と部分最小輝度値Tmin’とを算出する。このとき、M×N個の光電変換素子について実行することにより、M×N個の部分最大輝度値Tmax’と部分最小輝度値Tmin’とを得る。
Next, an example of a display method for displaying an image by the
First, in the process of step S201, a luminance value T mn is obtained from M × N photoelectric conversion elements of the wide dynamic range CMOS3.
Next, in the process of step S202, the corrected luminance
次に、ステップS203の処理において、補正輝度値算出部42は、補正輝度値Tmn’を算出する。このとき、M×N個の光電変換素子について実行することにより、M×N個の補正輝度値Tmn’を得る。
次に、ステップS204の処理において、補正係数算出部44は、調整されたゲインgに基づいて、補正係数αを算出する。
Next, in the process of step S <b> 203, the corrected luminance
Next, in the process of step S204, the correction
次に、ステップS205の処理において、画像表示部43は、広ダイナミックレンジCMOS3のM×N個の光電変換素子から得られた輝度値Tmnと、補正輝度値Tmn’と、補正係数αとに基づいて、表示輝度値Smnを算出して、モニタ110に画像を表示する。
そして、ステップS205の処理が終了したときには、本フローチャートを終了させる。その後、次フレームである輝度値Tmnを得たときには、ステップS201の処理を開始することになる。
Next, in the processing of step S205, the
And when the process of step S205 is complete | finished, this flowchart is complete | finished. Thereafter, when the luminance value T mn that is the next frame is obtained, the process of step S201 is started.
以上のように、暗視装置10によれば、強い光を含む光学像を入射した場合でもハレーションを起こすことなく、暗い部分の光学像も良好に観察することができる。
As described above, according to the
(他の実施形態)
(1)上述した暗視装置10では、光電変換素子から得られた輝度値Tmnを用いる構成を示したが、一つの光電変換素子を中心とするM’行N’列(例えば、3行3列)の光電変換素子から得られた移動平均である輝度値を用いる構成としてもよい。
(2)上述した暗視装置10では、IIT2を用いる構成を示したが、図5に示すようなIIT22を用いる構成としてもよい。IIT22は、入射した光学像を光電子像に変換する光電面22aと、光電子像の電子群を増倍するMCP22cと、増倍された電子群から増幅光学像を生成する蛍光面22dとを有する。
(Other embodiments)
(1) In the
(2) In the
本発明は、例えば、暗視野において、警備や監視や野生生物観察や移動体操縦支援や高速現象観察等に用いられる画像取得装置等に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used, for example, in an image acquisition device or the like used for guarding, monitoring, wildlife observation, support for moving body operation, high-speed phenomenon observation, or the like in a dark field.
2 イメージインテンシファイア
2a 光電面
2c MCP(電子増倍管)
2d 蛍光面
3 広ダイナミックレンジCMOS(撮像素子)
4 信号処理部
10 暗視装置(画像取得装置)
110 モニタ(表示器)
2
2d phosphor screen 3 wide dynamic range CMOS (imaging device)
4
110 Monitor (display)
Claims (5)
2次元的に配列された複数の光電変換素子を有し、前記増幅光学像が結像される撮像素子と、
複数の光電変換素子から得られた輝度値に基づいて、表示器に画像を表示するとともに、当該画像のハレーション及び黒つぶれを抑制するように、前記イメージインテンシファイアのゲインを調整するゲイン信号を出力する信号処理部とを備える画像取得装置であって、
前記撮像素子は、CMOSであり、
前記信号処理部は、複数の光電変換素子から得られた輝度値における最大輝度値、複数の光電変換素子から得られた輝度値における平均輝度値、及び、当該最大輝度値から平均輝度値を差分した差分輝度値に基づいて、前記イメージインテンシファイアのゲインを調整することを特徴とする画像取得装置。 An image-in having a photocathode for converting an incident optical image into a photoelectron image, an electron multiplier for multiplying the electron group of the photoelectron image, and a phosphor screen for generating an amplified optical image from the multiplied electron group With the tensiifier,
An image sensor having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally and on which the amplified optical image is formed;
Based on the luminance values obtained from the plurality of photoelectric conversion elements, an image is displayed on the display unit, and a gain signal for adjusting the gain of the image intensifier so as to suppress halation and blackout of the image is obtained. An image acquisition device comprising a signal processing unit for output,
The image sensor is a CMOS,
The signal processing unit is configured to calculate a difference between a maximum luminance value in luminance values obtained from a plurality of photoelectric conversion elements, an average luminance value in luminance values obtained from the plurality of photoelectric conversion elements, and an average luminance value from the maximum luminance values. An image acquisition device characterized by adjusting a gain of the image intensifier based on the difference luminance value.
前記信号処理部は、前記最大輝度値が第一設定閾値未満であるときには、前記差分輝度値に基づいて、前記イメージインテンシファイアのゲインを上げ、
一方、前記最大輝度値が第一設定閾値以上であり、かつ、行方向又は列方向の光電変換素子から得られた輝度値におけるライン最大輝度値が、第二設定閾値以上であることが、設定行又は設定列以上で連続したときには、前記差分輝度値に基づいて、前記イメージインテンシファイアのゲインを下げることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像取得装置。 In the CMOS, the photoelectric conversion elements are arranged in M rows and N columns,
The signal processing unit increases the gain of the image intensifier based on the difference luminance value when the maximum luminance value is less than a first setting threshold value,
On the other hand, it is set that the maximum luminance value is not less than a first setting threshold value and the line maximum luminance value in the luminance value obtained from the photoelectric conversion element in the row direction or the column direction is not less than the second setting threshold value. 3. The image acquisition device according to claim 1, wherein a gain of the image intensifier is lowered based on the difference luminance value when the row or setting column is continuous. 4.
調整したゲインが基準ゲインより離れれば離れるほど、前記表示輝度値における補正輝度値の影響を強くするように、補正係数を大きくすることを特徴とする請求項4に記載の画像取得装置。
表示輝度値=(補正輝度値×補正係数)+{輝度値×(1−補正係数)}・・・(1) The signal processing unit calculates a display luminance value using Equation (1),
The image acquisition apparatus according to claim 4, wherein the correction coefficient is increased so that the influence of the correction luminance value on the display luminance value becomes stronger as the adjusted gain becomes farther from the reference gain.
Display luminance value = (corrected luminance value × correction coefficient) + {luminance value × (1−correction coefficient)} (1)
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