JP5392005B2 - 赤外線撮像装置および赤外線撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線撮像装置および赤外線撮像方法に関する。

赤外線撮像装置においては、高いＳ／Ｎ比（Signal-to-Noise Ratio）が要求されている。例えば、ボロメータ型の赤外線撮像装置のノイズは、画素ごとに設けられたボロメータが持つ１／ｆノイズが支配的であり、１／ｆノイズは、ボロメータの体積に反比例して小さくなることが知られている（特許文献１参照）。

ところが、赤外線撮像装置において、Ｓ／Ｎ比を高めるために、赤外線センサの画素サイズを大きくしようとすると、赤外線センサを収容するパッケージサイズが大きくなるなどの問題から、解像度が落ちてしまうという問題がある。

逆に、解像度を上げようとすると、赤外線センサの画素サイズを小さくする必要があり、その場合、Ｓ／Ｎ比が落ちてしまうという問題がある。

特開２００３−１２１２５５号公報

上述のように、赤外線撮像装置においては、高解像度でかつ高Ｓ／Ｎ比の画像を取得することが困難であるという課題がある。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決し、高解像度でかつ高Ｓ／Ｎ比の画像を取得することができる赤外線撮像装置および赤外線撮像方法を提供することにある。

本発明の赤外線撮像装置は、
被写体の撮影時に、被写体からの赤外光を集光する赤外線レンズと、
画素ごとに設けられたボロメータを具備し、前記赤外線レンズにて集光された赤外光を画像信号としてボロメータにより１画素ずつ検知する赤外線センサと、
Ｎ（Ｎは２以上の自然数）直列Ｎ並列にＮ×Ｎ個のボロメータを接続し、Ｎ×Ｎ個のボロメータで検知されたＮ×Ｎ画素分の画像信号を連結画像信号として読出し、当該読出し動作を所定の時間間隔で１画素ずつシフトさせながら繰り返す読出し処理部と、
前記連結画像信号による連結画像ごとに、当該連結画像の連結画像信号と当該連結画像に重なり合う周辺の連結画像の連結画像信号とを用いて超解像処理を行う超解像処理部と、を有する。

本発明の赤外線撮像方法は、
赤外線撮像装置による赤外線撮像方法であって、
被写体の撮影時に、被写体からの赤外光を赤外線レンズにより集光するステップと、
赤外線センサの画素ごとに設けられたボロメータにより、前記赤外線レンズにて集光された赤外光を画像信号として１画素ずつ検知するステップと、
Ｎ（Ｎは２以上の自然数）直列Ｎ並列にＮ×Ｎ個のボロメータを接続し、Ｎ×Ｎ個のボロメータで検知されたＮ×Ｎ画素分の画像信号を連結画像信号として読出し、当該読出し動作を所定の時間間隔で１画素ずつシフトさせながら繰り返す読出しステップと、
前記連結画像信号による連結画像ごとに、当該連結画像の連結画像信号と当該連結画像に重なり合う周辺の連結画像の連結画像信号とを用いて超解像処理を行うステップと、を有する。

本発明によれば、赤外線撮像装置において、高解像度でかつ高Ｓ／Ｎ比の画像を取得することができるという効果が得られる。

本実施形態の赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。 関連する赤外線撮像装置の読出し処理を説明する図である。 本実施形態の赤外線撮像装置の読出し処理を説明する図である。 本実施形態の赤外線撮像装置の読出し処理の具体例を説明する図である。 本実施形態の赤外線撮像装置の読出し処理の具体例を説明する図である。 本実施形態の赤外線撮像装置の超解像処理を説明する図である。 本実施形態の赤外線撮像装置の超解像処理の具体例を説明する図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の赤外線撮像装置は、赤外線レンズ１１と、赤外線センサ１２と、増幅部１３と、Ａ／Ｄ変換部１４と、画像処理部１５と、を有している。また、画像処理部１５は、読出し処理部１６と、超解像処理部１７と、を有している。

赤外線レンズ１１は、被写体の撮影時に、被写体からの赤外光を集光する。

赤外線センサ１２は、画素ごとに設けられたボロメータを有し、赤外線レンズ１１にて集光された赤外光を画像信号としてボロメータにより１画素ずつ検知する。

赤外線センサ１２にて検知された画像信号は、画像処理部１５の読出し処理部１６の制御の元で読出され、増幅部１３にて増幅され、Ａ／Ｄ変換部１４にてデジタル信号に変換された後、画像処理部１５から不図示の表示装置へと出力される。

以下、本実施形態の赤外線撮像装置の動作について説明する。
（１）画素の読出し処理
まず、本実施形態の赤外線撮像装置の画素の読出し処理を、関連する赤外線撮像装置と対比しながら説明する。

図２を参照すると、関連する赤外線撮像装置においては、１つのボロメータで検知された１画素分の画像信号を読出し、この読出し動作を所定の時間間隔で１画素ずつシフトさせながら繰り返すことで、全画素を読出す。

これに対して、図３を参照すると、本実施形態の赤外線撮像装置においては、読出し処理部１６は、２直列２並列に４個のボロメータを接続し、４個のボロメータで検知された４画素分の画像信号を連結画像信号として読出し、この読出し動作を所定の時間間隔で１画素ずつシフトさせながら繰り返すことで、全画素を読出す。

このとき、４個のボロメータの等価回路は、図３に示すように、４個のボロメータが２直列２並列に接続された回路となる。１つのボロメータの抵抗値をＲｂとすると、この等価回路の全体抵抗値は、（２×Ｒｂ）／２＝Ｒｂとなり、図２と同値になる。

なお、図２および図３においては、左端の最上部の画素から右方向に１画素ずつシフトし、右端の画素まで進んだら、１画素分下方向にシフトして左端の画素から右方向に１画素ずつシフトすることを繰り返すという順序で画素の読出しを行っているが、画素を読出す順序はこれに限定されず、全画素を読出すことができれば、順序は問わない。

ここで、本実施形態の上記読出し動作の具体的な実現手段を、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、赤外線センサ１２の概略構成を示している。

図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、赤外線センサ１２は、画素ごとに設けられたボロメータ１２１と、ボロメータ１２１間に配置されたスイッチ１２２と、読出し処理部１６の制御の元で、スイッチ１２２の開閉状態を制御するスイッチ制御部１２３と、を有する。

例えば、図３の読出し時刻ｎにおいては、スイッチ制御部１２３は、図４Ａのように、画像信号を読み出す４個の画素の４個のボロメータ間に配置されたスイッチ１２２を閉状態にし、その他のスイッチ１２２を開状態にする。

また、図３の読出し時刻ｎ＋１においては、スイッチ制御部１２３は、図４Ｂのように、画像信号を読み出す４個の画素の４個のボロメータ間に配置されたスイッチ１２２を閉状態にし、その他のスイッチ１２２を開状態にする。
（２）超解像処理
本実施形態において、上記のように読出した連結画像信号による画像は、４画素分の画像を連結した連結画像であるため、解像度が低い低解像度画像となる。

そこで、本実施形態においては、超解像処理部１７は、連結画像信号を不図示のメモリに蓄積しておき、連結画像ごとに、その連結画像の連結画像信号とその連結画像に重なり合う周辺の連結画像の連結画像信号とを用いて超解像処理を行うことにより、その連結画像の画素を１画素ずつ読出した時と同じ画素数に高解像度化する。

なお、超解像処理は、公知の技術であり（例えば、「業界が注目！超解像技術について」、［平成２１年１０月２１日検索］、インターネット＜http://www.toshiba.co.jp/regza/detail/superresolution/resolution.html＞）、本発明は公知の技術を利用できるため、超解像処理に関する詳細な説明を省略する。

図５を参照すると、超解像処理部１７は、例えば、図３の読出し時刻ｎにおいて連結画像信号を読出した連結画像１を高解像度化する場合、読出し時刻ｎにおいて読出した連結画像１の連結画像信号と、読出し時刻ｎ＋１において読出した連結画像２の連結画像信号と、読出し時刻ｍにおいて読出した連結画像３の連結画像信号と、読出し時刻ｍ＋１において読出した連結画像４の連結画像信号と、を用いて超解像処理を行う。

より具体的には、図６を参照すると、連結画像１が「Ａ」という文字を表した画像である場合、連結画像１〜４の各々の連結画像信号を用いて超解像処理を行うことで、連結画像１の高解像度化が図れる。

上述したように本実施形態においては、読出し処理部１６は、２直列２並列に４個のボロメータを接続し、４個のボロメータで検知された４画素分の画像信号を連結画像信号として読出し、当該読出し動作を所定の時間間隔で１画素ずつシフトさせながら繰り返し、また、超解像処理部１７は、連結画像ごとに、当該連結画像の連結画像信号と当該連結画像に重なり合う周辺の連結画像の連結画像信号とを用いて超解像処理を行う。

このように、画像信号の読出し時に、４個のボロメータを２直列２並列に接続することで１／ｆノイズが低減されるため、高いＳ／Ｎ比が得ることができる。

また、４画素分の連結画像信号による連結画像の超解像処理を行うため、その連結画像の画素を１画素ずつ読出した時と同じ画素数に高解像度化することができる。さらに、超解像処理によりホワイトノイズも低減することができる。

したがって、赤外線撮像装置において、高解像度でかつ高Ｓ／Ｎ比の画像を取得することができるようになる。

なお、本実施形態においては、画像信号の読出し時に、２直列２並列に４個のボロメータを接続し、４個のボロメータで検知された４画素分の画像信号を連結画像信号として読出す構成について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）直列Ｎ並列にＮ×Ｎ個のボロメータを接続し、Ｎ×Ｎ個のボロメータで検知されたＮ×Ｎ画素分の画像信号を連結画像信号として読出す構成であればよい。

１１ 赤外線レンズ
１２ 赤外線センサ
１３ 増幅部
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ 画像処理部
１６ 読出し処理部
１７ 超解像処理部

Claims (4)

1. 被写体の撮影時に、被写体からの赤外光を集光する赤外線レンズと、
   画素ごとに設けられたボロメータを具備し、前記赤外線レンズにて集光された赤外光を画像信号としてボロメータにより１画素ずつ検知する赤外線センサと、
   Ｎ（Ｎは２以上の自然数）直列Ｎ並列にＮ×Ｎ個のボロメータを接続し、Ｎ×Ｎ個のボロメータで検知されたＮ×Ｎ画素分の画像信号を連結画像信号として読出し、当該読出し動作を所定の時間間隔で１画素ずつシフトさせながら繰り返す読出し処理部と、
   前記連結画像信号による連結画像ごとに、当該連結画像の連結画像信号と当該連結画像に重なり合う周辺の連結画像の連結画像信号とを用いて超解像処理を行う超解像処理部と、を有する赤外線撮像装置。
2. 前記赤外線センサは、
   前記ボロメータ間に配置されたスイッチと、
   前記読出し処理部の制御の元で、画像信号を読み出すＮ×Ｎ個の画素のＮ×Ｎ個のボロメータ間に配置されたスイッチを閉状態にし、その他のスイッチを開状態にするスイッチ制御部と、をさらに具備する、請求項１に記載の赤外線撮像装置。
3. 赤外線撮像装置による赤外線撮像方法であって、
   被写体の撮影時に、被写体からの赤外光を赤外線レンズにより集光するステップと、
   赤外線センサの画素ごとに設けられたボロメータにより、前記赤外線レンズにて集光された赤外光を画像信号として１画素ずつ検知するステップと、
   Ｎ（Ｎは２以上の自然数）直列Ｎ並列にＮ×Ｎ個のボロメータを接続し、Ｎ×Ｎ個のボロメータで検知されたＮ×Ｎ画素分の画像信号を連結画像信号として読出し、当該読出し動作を所定の時間間隔で１画素ずつシフトさせながら繰り返す読出しステップと、
   前記連結画像信号による連結画像ごとに、当該連結画像の連結画像信号と当該連結画像に重なり合う周辺の連結画像の連結画像信号とを用いて超解像処理を行うステップと、を有する赤外線撮像方法。
4. 前記読出しステップでは、
   画像信号を読み出すＮ×Ｎ個の画素のＮ×Ｎ個のボロメータ間に配置されたスイッチを閉状態にし、その他のスイッチを開状態にする、請求項３に記載の赤外線撮像方法。

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