JP5091250B2 - センサアレイのレスポンスの不均一性の補正 - Google Patents
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Description
典型的には、均一なイルミネーション(illumination)を作り出すために、1ptのテーブルはパドル(paddle)をセンサの前に置く(impose)ことによって作り出されている(または調整されている)。この条件の下での各ピクセルの出力は、シーンを見る場合で、ブロックが取り除かれる場合に、出力から減算(subtract)される。パドルはシャッター(shutter)でよく、シャッターは、使用中に入射する放射を周期的にブロックするために使用される。このように、1ptのテーブルを、定期的に更新することが可能である。オフセットが時間とともにドリフト(drift)する傾向があるため、この定期的な更新が必要である。ドリフトは、カメラのスイッチが入れられた直後に安定に向かうとき、カメラが長時間作動したあとにアレイが平衡(equilibrium)に近づくときに、特に顕著である。典型的に、始動時には、シャッターは秒毎基準(second by second basis)で配置しておく必要があるが、長い間作動したあとは、シャッターの配置の間隔は、重大な画像の低下がはっきりとする前に、分程度の基準に延ばすことができる。
ON=2pt*OR+1pt
1ptのターム(term)は、抵抗の不均一性に関係しており、2ptのタームは、吸収(absorption)の変化(variation)に関係している。上記の通り、従来の技術では、新たな1ptのテーブルは、均一なイルミネーションを作り出すために、センサの前にシャッターを置くことで作り出されている。この条件の下での各ピクセルの出力は、シーンを見る場合で、ブロックが取り除かれる場合に、出力から減算される。対照的に、2ptのテーブルは、アレイを2つの異なる均一の強度のイルミネーションに曝す(expose)ことで、半永久的なキャリブレーションとして作り出され、また、ゲインのタームは、複数の出力値の差分から演算されている。
((Oa+S*1pta)-(Ob+S*1ptb))2
展開すると、
((Oa-Ob)+S*(1pta-1ptb))2
(Oa-Ob)2+2*S*((Oa-Ob)*(1pta-1ptb))+S2*(1pta-1ptb)2
最小にするため、Sで微分(differentiate)して、0と等しいとすると、
0=2*(Oa-Ob)*(1pta-1ptb)+2*S*(1pta-1ptb)2
ここから、次の式が導かれる:
ON=2pt*(OR-1pt)
オフセット(offset)により1ptの絶対レベルを変化させると、次の通り、新たな出力O’を出力する、
ON'=2pt*(OR-1pt+offset)
ON'=2pt*(OR-1pt)+2pt*offset
ON'=ON+2pt*offset
出力は、2ptのテーブルのスカラである2pt*offsetによって変化する。したがって、上記の隣り合うセンシング素子の出力の差分について最小二乗平均を演算することで、共通オフセット・パラメータが生成され、画像を改善させるために1ptのテーブルに共通オフセット・パラメータを適用することができる。
A1pti,j=M*1pti,j+C
それから、調整された1ptのテーブルA1ptは、補正された画像を作り出すために、補正された出力ORi,jを生成するため、各アレイ素子の出力ONi,jに適用される。このようにして:
ONi,j=(ORi,j-A1pti,j)*2pti,j
それゆえ、置換して:
ONi,j=(ORi,j-M*1pti,j-C)*2pti,j
2つのピクセルp1及びp2の出力OR1、OR2間の差分Dは、次の式で与えられる:
D=(OR1-M*1pt1-C)*2pt1-(OR2-M*1pt2-C)*2pt2
整理して:
D=(OR1*2pt1-OR2*2pt2)-M*(1pt1*2pt1-1pt2*2pt2)-C*(2pt1-2pt2)
明確にするために、以下の置換を行う:
ΔP=(OR1*2pt1-OR2*2pt2)
Δ1P=(1pt1*2pt1-1pt2*2pt2)
Δ2P=(2pt1-2pt2)
すると、次の式になる:
D=ΔP-M*Δ1P-C*Δ2P
差分Dの二乗は:
D2=ΔP2+M2*Δ1P2+C2*Δ2P2-2*ΔP*M*Δ1P-2*ΔP*C*Δ2P+2*M*Δ1P*C*Δ2P
この派生例は、1対のピクセルの出力の間の差分値を提供する。M及びCについて解くためには、全ての対のピクセルの差分の累積二乗(accumulated square)を考慮しなければならない。これは、全体の個体数(population)にわたって各タームを総計することで、ピクセルの個体数(population)として得ることができる:
ΣD2=Σ(ΔP2)+M2*Σ(Δ1P2)+C2*Σ(Δ2P2)-2*M*Σ(ΔP*Δ1P)-2*C*Σ(ΔP*Δ2P)+2*M*C*Σ(Δ1P*Δ2P)
Mを最小にするため、Mについて微分し、ゼロとすると:
0=M*Σ(Δ1P2)-Σ(ΔP*Δ1P)+C*Σ(Δ1P*Δ2P)
Cを最小にするため、Cについて微分し、ゼロとすると:
0=C*Σ(Δ2P2)-Σ(ΔP*Δ2P)+M*Σ(Δ1P*Δ2P)
したがって、1対の連立方程式(simultaneous equation)をたてることができ、代数的に次のように解くことができる:
ONi,j=(ORi,j-M*1pti,j-C)*2pti,j+C
重要なのは、このような状況において、MまたはCの値の変化は、補正されたアレイの複数の出力の全体の平均値(overall mean value)を変化させない。これは、1ptのテーブルの平均値(average value)は0であり、2ptのテーブルの平均値は1だからである。これは画像の不均一性を直すために要求されていないが、現れる(appearing)画像の輝度が、新たに演算されたM及びCの各値とともに変化することを阻止する。
i=p-f1*t1-f2*t2-f3*t3-...
及び
i'=p'-f1*t1'-f2*t2'-f3*t3'-...
隣り合うピクセルの補正された出力間の差分は:
i-i'=(p-p')-f1*(t1-t1')-f2*(t2-t2')-f3*(t3-t3')-...
先の手法では、本発明は、隣り合うピクセル間の複数の補正された出力の差分の二乗和を最小にするため、適切なスケールファクタの演算を含む。すなわち、次のものを最小にする:
Σ((p-p')-f1*(t1-t1')-f2*(t2-t2')-f3*(t3-t3')-...)2
次のタームで置換して:
P=(p-p'); T1=(t1-t1'); T2=(t2-t2'); T3=(t3-t3');...
最小にするための和は次のように書くことができる
ΣP2+f1 2*ΣT1*T1+f2 2*ΣT2*T2-2*f22*ΣT2*P+2*f1*f2*ΣT1*T2...
個別スケールファクタそれぞれ(f1,f2,f3...)について解くためには、上記を各スケールファクタ(f1,f2,f3...)について微分し、微分した結果の総計をゼロとする必要がある。例えば、f1についての微分は、次の通りとなる:
0=2*f1*ΣT1*T1-2*ΣT1*P+2*f2*ΣT1*T2...
これは、次のように整理することができる:
ΣT1*P=f1*ΣT1*T1+f2*ΣT1*T2...
上記を各スケールファクタ(f1,f2,f3...)について繰り返し、同様に、各ファクタについて追加の一次方程式(extra linear equation)を提供すると:
ΣT1*P=f1*ΣT1*T1+f2*ΣT1*T2...;
ΣT2*P=f1*ΣT2*T2+f2*ΣT2*T1...;etc
結果的に、各スケールファクタ(f1,f2,f3...)について解析的に解くことができる連立一次方程式(simultaneous linear equations)のセットが得られる。この手法は、必要な数だけテーブル(及び連係する複数のスカラ補正パラメータ)をカバーするように広げることができる。
Claims (24)
- 1以上の共通補正パラメータを決定することでセンサアレイ内にある画像をそのまま保存するのに使用することが可能な複数のセンサ素子のための複数の個別補正パラメータのセットのための前記1以上の共通補正パラメータを演算する方法であって、
前記複数の個別補正パラメータが前記複数のセンサ素子の出力を補正するために用いられる前に、前記センサアレイ内の前記複数のセンサ素子のそれぞれのために前記複数の個別補正パラメータに適用される場合、前記センサアレイ内の隣り合う前記センサ素子の補正された出力の差を最小にする前記1以上の共通補正パラメータを決定し、
前記1以上の共通補正パラメータが、隣り合うセンサ素子の補正された出力間の差分の二乗和を最小にする前記1以上の共通補正パラメータを演算することで決定されることを特徴とする共通補正パラメータの演算方法。 - センサアレイの出力を補正する方法であって、
前記センサアレイ内の各センサ素子を補正し、前記補正が1セットの予め定めた複数の個別補正パラメータのそれぞれに同じ方法で適用される1以上の共通補正パラメータからなり、
前記1以上の共通補正パラメータが前記請求項1の方法によって演算されることを特徴とするセンサアレイの出力の補正方法。 - 前記複数の個別補正パラメータのセットが、個別補正オフセット及び個別補正スケールファクタのいずれかまたは両方を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記個別補正パラメータのそれぞれに適用される前記1以上の共通補正パラメータが、単一のスケールファクタ;オフセット;またはスケールファクタ及びオフセットの両方から成る複合された共通補正のいずれかを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の方法。
- 前記1以上共通補正パラメータが前記スケールファクタ及び前記オフセットから成る場合、前記スケールファクタ及び前記オフセットが、前記スケールファクタを演算し、前記スケールファクタを用いて補正されたデータを前記オフセットを演算するために用いる、または、前記オフセットを演算し、前記オフセットを用いて補正されたデータを前記スケールファクタを演算するために用いるステップにより、前記センサアレイの同じ出力マップから独立して演算されていることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 隣り合うセンサ素子対の補正された出力の差分の二乗和が、アレイ全体にわたって、または、選択された特定の隣り合うセンサ素子対について演算され、
位置に基づいて、または、出力の差分が最も低い隣り合うセンサ素子対のみを考慮に入れるように特定の閾値に基づいて選択されていることを特徴とする請求項1乃至5にのいずれか1つに記載の方法。 - 前記閾値が、プリセットされた値または特定の割合の隣り合うセンサ素子対を排除するように変えられることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 記憶された前記複数の個別補正パラメータのセットが、前記センサアレイに対して均一な入力を与えることによって演算された1以上のセットのオフセットパラメータを含み、
2セット以上の記憶された個別補正パラメータが存在する場合、異なるセンサアレイの温度で演算され、選択された前記温度が、前記センサアレイのほぼ全動作範囲にわたることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の方法。 - 記憶された前記複数の個別補正パラメータが演算された温度と異なる温度において動作する場合に、第1の温度で演算された1つのセットの記憶された個別補正パラメータから動作温度までの補間、線形その他の方法を含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記方法が、1つの未補正の及び/または1つの補正された前記センサアレイの出力を、次のアレイ出力の補正において、前記複数の個別補正パラメータに適用するために、前記1以上の共通補正パラメータを演算するためのベースとして利用することで、前記1以上の共通補正パラメータを最適化するために、ほぼ連続的に動作することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の方法。
- 次の補正で適用される前記1以上の共通補正パラメータが、一連の前の出力にわたって演算され、
前の出力のそれぞれが、前記センサアレイ全体にわたる差分の総計、または、前記センサアレイの特定の部分にわたる差分の総計を考慮し、複数の出力サイクルにわたってアレイ出力の全体であると考えることができるまで異なる部分を順に使用することを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記複数の個別補正パラメータが複数の個別補正オフセットからなる場合において、前記1以上の共通補正パラメータが適用される場合、前記センサアレイ全体にわたる前記複数の個別補正オフセットの平均値が、ほぼゼロになるように、前記個別補正パラメータが変更されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1つに記載の方法。
- 前記方法が、請求項8に記載の方法にしたがって異なる前記センサアレイの温度で演算された個別補正パラメータの代替セットのための複数のスカラパラメータを演算し、アレイ出力補正に使用するために個別補正パラメータ(及び共通補正パラメータ)のより良いセットを選択することを含むことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1つに記載の方法。
- 使用するための前記個別補正パラメータ(及び前記共通補正パラメータ)のより良いセットは、前記個別補正パラメータ(及び前記共通補正パラメータ)のどのセットが、より低い隣り合うセンサ素子対間の差分の二乗和を有するかを決定することによって選択されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1つに記載の方法。
- 隣り合うセンサ素子対の補正された出力の差分の二乗和が、アレイ全体にわたって、または、選択した特定の隣り合うセンサ素子対にわたって演算され、
出力の差分が最も低い隣り合うセンサ素子対のみを考慮に入れるように、位置に基づいて、または、特定の閾値に基づいて選択されていることを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 前記方法が、複数の個別補正パラメータのセットの間で切替を行うか否かを決定するに際して、ヒステリシス・ファクタを含むことを特徴とする請求項14または15に記載の方法。
- 前記方法が、個別補正パラメータの2以上のセットを使用することを含み、補正パラメータの各セットは、1以上の共通補正パラメータを備えていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1つに記載の方法。
- 隣り合うセンサ素子が、隣り合うセンサ素子対間の補正された出力の差分の二乗和を最小にする前記共通補正パラメータを演算するために、閾値によって選択される場合、選択されなかったセンサ素子対からの出力値が、現行の複数の共通補正パラメータが適用された前記複数の個別補正パラメータの現行のそれぞれの値によって置換され、最初の始動時は、演算において全てのセンサ素子が含まれるように、前記閾値が適宜に大きく設定されていることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 1つのセンサアレイ及びそれに接続される請求項1乃至18のいずれか1つに記載の方法にしたがって動作可能である1つのプロセシング・ユニットを備える装置。
- 前記センサアレイが、複数の赤外線放射センシング素子であることを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 前記センサアレイが、単一の集積回路上に備えられており、
前記プロセシング・ユニットが、前記センシングアレイと同じ集積回路上、または、前記センシングアレイとは別の集積回路上に備えられていることを特徴とする請求項19または20に記載の装置。 - 前記プロセシング・ユニットが、デジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)ブロック、または、専用の特定用途向け集積回路(ASIC)であることを特徴とする請求項19乃至21のいずれか1つに記載の装置。
- 請求項19乃至22のいずれか1つに記載の1つのセンサアレイ及びそれに接続される1つのプロセシング・ユニットを備える赤外線カメラ。
- 請求項19乃至22のいずれか1つに記載の1つのセンサアレイ及びそれに接続される1つのプロセシング・ユニットを備えるラジオメータ。
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