JP5720171B2 - 信号処理装置、赤外線検知装置、信号処理方法、および信号処理プログラム - Google Patents

Description

この発明は、信号を処理する信号処理装置、赤外線検知装置、信号処理方法、および信号処理プログラムに関する。

赤外線検知装置は、被写体から放射される赤外線を検出して画像を表示する検知器であり、被写体の温度分布や形状の検出等の各種の分野に適用されている。赤外線検知装置としては、受光素子（以下、「素子」という）を１次元や２次元配列した多素子構成のアレイがある。

この赤外線検知装置の素子は、入射光量に依存せずに流れる暗電流の値（入射光量が０の状態（以下、「暗状態」という）において流れる電流の値）にばらつきが発生する。また、この赤外線検知装置の素子の中には、各素子の受光感度に上記暗電流のばらつきに応じた形でばらつきが発生する場合がある。そして、運用時に経年劣化等により素子に受光感度異常が発生することがある。このように素子の暗電流の値と受光感度がばらついた状態では被写体に対して精度のよい出力信号が出せない。

従来、アレイの分野では、暗電流分を取り除いた後、各素子の出力信号に対して素子毎の補正係数を乗じる等の補正処理を行い、同じ光量の被写体を撮像した場合にどの素子からも同じ出力信号が得られるよう補正して、映像品質を向上させている。

かかる補正処理には、２点補正が採用されることが一般的である。２点補正では、低温の基準温度と高温の基準温度に対して各々の素子が検知した計測結果から補正係数を算出し、同一入射光量に対する各素子からの出力信号が同一となるように補正する（例えば、下記特許文献１，２参照。）。

特開２０００−１８０２６４号公報 特開２００９−２３１３６４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、素子間の暗電流のばらつき、従って受光感度のばらつきが大きい素子は、補正前の出力信号のばらつきが非常に大きいため、２点補正を採用した場合、補正係数に誤差が多く含まれる。したがって、被写体に対する出力信号の精度が低下するという問題があった。

具体的には、２点補正では、各素子における２点間の出力信号の差（以下、「素子毎差」という）を用いて補正係数を算出する。また、通常は、補正係数やＡ／Ｄ変換部のオーダを考慮し、プロセッサは、１６ビット程度で演算を行う。

ここで、ばらつきに起因して、素子毎差の大小には大きなばらつきが存在するため、１６ビットをオーバーフローしたり、１６ビットの精度が得られなかったりする素子がある。よって、それらの素子の補正係数は誤差を含むことになる。

本発明は、かかる問題点に鑑み、被写体に対する出力信号の精度の向上を図ることができる信号処理装置、赤外線検知装置、信号処理方法、および信号処理プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するため、赤外光を受光する受光素子群から暗電流の値を取得し、暗電流の増加に伴って受光感度が増加する受光感度特性に基づいて、取得された各受光素子からの暗電流の値に対応する受光感度を特定し、特定された受光感度と所定の受光感度との比率を受光素子毎に算出し、前記各受光素子からの暗電流の値と算出された前記受光素子毎の比率を記憶し、前記受光素子群で被写体からの赤外線を受光したときの前記各受光素子の電流値を取得し、記憶されている前記受光素子毎の前記暗電流の値と前記比率に基づいて、取得された前記各受光素子の電流値を補正し、前記受光素子毎の補正結果を出力する信号処理装置、赤外線検知装置、信号処理方法、および信号処理プログラムが、一例として提案される。

本発明にかかる信号処理装置、赤外線検知装置、信号処理方法、および信号処理プログラムによれば、被写体に対する出力信号の精度の向上を図ることができる。

信号処理装置による出力信号の補正の内容を示す説明図である。 素子の受光感度特性を示す説明図である。 信号処理装置を含む赤外線検知装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 受光感度補正データベースの構成を示す説明図である。 ２次元アレイの一例を示す概略図である。 信号処理装置の機能ブロック図である。 信号処理装置による出力信号の補正に用いる受光感度補正データ取得の流れを示すフローチャートである。 信号処理装置による出力信号の補正の流れを示すフローチャートである。 受光感度特性生成の流れを示すフローチャートである。 信号処理装置による出力信号の補正処理の具体例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる信号処理装置、赤外線検知装置、信号処理方法、および信号処理プログラムの実施の形態を詳細に説明する。まず、図１，図２を用いて信号処理装置による出力信号の補正内容について説明する。

（出力信号の補正の内容）
図１は、信号処理装置による出力信号の補正の内容を示す説明図である。図１に示す各出力特性において、横軸は素子への入射光量であり、縦軸は入射光量に対する出力信号である。各素子は、入射光量に応じて発生する光電流の値（入射光量に受光感度を乗じた値）と入射光量に依存せずに流れる暗電流の値（入射光量が０の状態（以下、「暗状態」という）において流れる電流の値）とを重畳した値を出力信号として出力している。即ち、受光感度は入射光量と光電流の比であり、出力特性の傾きである。なお、以下では、例えば、ｎ行ｎ列の２次元アレイを用いて説明を行う。また、ｉは行番号であり、ｊは列番号である。

図１に示すように、素子Ｂ（ｉ，ｊ）は素子毎の出力特性にばらつきがある。そのため、信号処理装置は、それぞれの素子Ｂ（ｉ，ｊ）の出力特性を、補正目標となる一の出力特性（以下、「所定の特性」という）と一致するように補正し、均一化する。具体的には、この出力特性のばらつきは、暗電流Ｉａ（ｉ，ｊ）のばらつきと受光感度Ｒａ（ｉ，ｊ）のばらつきに起因しているため、暗電流のばらつきの影響を排し、受光感度のばらつきを統一することで、全素子の出力特性を所定の特性に均一化できる。

ここでは、ユークリッド幾何学において直線を一義的に決定する条件である「所定の１点を通って、所定の傾きを持つこと」を用いて、所定の特性を決定している。例えば、所定の特性は、暗状態において暗電流がＩａ０の点（０，Ｉａ０）を通って、暗状態において暗電流Ｉａ０が流れている場合での受光感度Ｒ０を傾きとする直線である。なお、２点補正では、ユークリッド幾何学において直線を一義的に決定する条件である「所定の２点を通ること」を用いて、所定の特性を決定している。

即ち、信号処理装置は、素子Ｂ（ｉ，ｊ）の出力特性を、点（０，Ｉａ０）を通過する特性となるようにバイアスし、出力特性の受光感度がＲ０となるように補正係数を乗ずることによって、素子Ｂ（ｉ，ｊ）の出力特性が所定の特性と一致するように補正する。このようにして、全ての素子の特性を所定の特性へと均一化し、出力信号の精度をよくし、映像品質を向上させることができる。なお、実際の処理では、素子Ｂ（ｉ，ｊ）の実際の出力信号の値を、もし素子Ｂ（ｉ，ｊ）の出力特性が所定の特性と同一だったとした場合に素子Ｂ（ｉ，ｊ）が出力すべき出力信号の値へ補正することで、見かけ上、全素子の特性を所定の特性に均一化している。

なお、上記所定の特性は、別途定めた基準としての特性であってもよいし、また、実際の被補正対象である２次元アレイ中で適宜決めた特定の１素子Ｂ（ｈ，ｋ）の特性などであってもかまわない。また、信号処理装置が使用される状態における入射光量に対して、その入射光量に対する光電流が暗電流に比して十分に小さい場合等には、上記「所定の１点」として、暗状態ではなく、既知温度の熱源から既知光量が入射している状態に対する点を用いてもよい。次に、図２を用いて、被補正対象である素子Ｂ（ｉ，ｊ）の出力特性の算出と、その受光感度の補正係数の算出について説明する。

図２は、素子の受光感度特性を示す説明図である。図２に示す受光感度特性において、横軸は暗状態で素子に流れる暗電流の値であり、縦軸は暗電流に対する受光感度である。図２に示すように、素子Ｂ（ｉ，ｊ）は、受光感度が暗電流に対して大きく変化してしまうような依存性を示している。上述のように、暗電流は素子毎にばらついた値をとるため、受光感度の値も素子毎にばらつきを持つことになる。

しかし、この受光感度特性Ｒ（ｉ，ｊ）＝ｆ（Ｉａ（ｉ，ｊ））は、それぞれの素子動作における物理機構に起因する特性であると考えられるから、少なくとも素子毎に一定であり、予め知ることができる特性である。したがって、信号処理装置は、予め素子Ｂ（ｉ，ｊ）の受光感度特性Ｒ（ｉ，ｊ）＝ｆ（Ｉａ（ｉ，ｊ））を計測・記憶しておき、さらに、素子Ｂ（ｉ，ｊ）の暗電流Ｉａ（ｉ，ｊ）を計測すれば、各素子の出力特性の通過点（０，Ｉａ（ｉ，ｊ））と傾きＲａ（ｉ，ｊ）を算出することができる。

このようにして、信号処理装置は、被補正対象である素子Ｂ（ｉ，ｊ）の出力特性を算出・記憶しておき、そして、算出したＲａ（ｉ，ｊ）と予め設定されたＲ０の比を、各素子に対する受光感度の補正係数Ｒ０／Ｒａ（ｉ，ｊ）として算出・記憶する。

ここで用いた受光感度特性は、各素子に印加されるバイアス電圧Ｖを適当な範囲で順次変化させて、それぞれのバイアス電圧Ｖにおける暗電流の値と受光感度の計測を行うことで得られる。また、受光感度を計測するには、既知温度の熱源からの赤外線を、いわゆるチョッパーでオン・オフして入射光量変化Δφを作り、それに対する出力信号変化ΔＩを計測し、その比を求めればよい。なお、ここでは、暗電流に対する受光感度特性を用いたが、発生する光電流が暗電流に比して十分に小さい既知温度の熱源等から既知光量を入射させた状態における電流に対する受光感度特性を用いてもよい。

ここで、受光感度特性は、受光素子群の全素子でほぼ一定の特性であるから、受光素子群の内の任意の１素子の受光感度特性を取得すればよい。なお、事実上、受光素子群の素子と同一なテスト素子の受光感度特性を取得してもよい。

この受光感度特性は、受光素子群を赤外線検知装置内に組み込む前に取得してもよい。また、既知温度の熱源とチョッパーあるいはそれらと同等なものを用い、あるいは赤外線検知装置内に受光素子群とともに組み込み、実動作前ないしは実動作中の適当な時期に、適宜上記既知温度熱源とチョッパー等を稼働させて取得してもよい。

（赤外線検知装置のハードウェア構成）
以下に、図３〜５を用いて信号処理装置を含む赤外線検知装置の構成について説明する。

図３は、信号処理装置を含む赤外線検知装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図３において、赤外線検知装置３００は、２次元アレイ３１０と、信号処理装置３２０と、を備えている。

２次元アレイ３１０は、受光素子群３１１と、信号読出し回路３１２と、行選択スイッチ３１３と、シフトレジスタ３１４と、を備える。受光素子群３１１は、入射光量を光電流に変換する素子が２次元行列状に配された構成となっている。周知技術のため、詳細な説明を省略するが、信号読出し回路３１２と行選択スイッチ３１３とは、受光素子群３１１からの出力を素子毎の個別の出力信号として読出す。そして、シフトレジスタ３１４は、選択された行での一定バイアス電圧下での列出力信号を時系列の出力信号として取り出し、プロセッサ３２１へ出力する。

信号処理装置３２０は、プロセッサ３２１と、メモリ３２２と、入力装置３２３と、ディスプレイ３２４と、を備えている。また、メモリ３２２には受光感度補正データベース３２２ａが記憶されている。

ここで、プロセッサ３２１は、信号処理装置３２０の全体の制御を司る。メモリ３２２は受光感度補正データベース３２２ａを保存する。入力装置３２３は、ユーザによる信号処理装置３２０の操作内容の入力を受け付ける。

ディスプレイ３２４は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文章、画像、機能情報等のデータを表示する。このディスプレイ３２４は、例えば、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等を採用することができる。

（受光感度補正データベースの構成）
次に、図３に示した受光感度補正データベース３２２ａの構成について説明する。

図４は、受光感度補正データベースの構成を示す説明図である。図４に示すように、受光感度補正データベース３２２ａは、素子Ｂ（ｉ，ｊ）４０１のそれぞれに対応付けて、受光感度特性項目４０２と、暗電流項目４０３ａと受光感度項目４０３ｂと、所定の特性の暗電流項目４０４ａと受光感度項目４０４ｂと、補正係数項目４０５とを有し、素子Ｂ（ｉ，ｊ）毎にレコードを有する。

上述したように、受光感度特性項目４０２と、所定の特性の暗電流項目４０４ａおよび受光感度項目４０４ｂとについては、予め計測・設定されたデータが記憶されている。一方、暗電流項目４０３ａと受光感度項目４０３ｂと補正係数項目４０５とについては、補正処理によって取得されるデータが記憶される。次に、図３に示した２次元アレイ３１０について説明する。

図５は、２次元アレイの一例を示す概略図である。図５に示したように、２次元アレイ３１０は、２次元行列状に配置された受光素子群３１１と信号読出し集積回路３１５（信号読出し回路３１２、行選択スイッチ３１３、シフトレジスタ３１４）を、Ｉｎバンプ５０１を介してハイブリッド接続して一体化した２次元アレイである。

（信号処理装置３２０の機能的構成）
次に、図６を用いて信号処理装置３２０の機能的構成について説明する。

図６は、信号処理装置３２０の機能ブロック図である。図６に示すように、信号処理装置３２０は、第１の取得部６０１と、特定部６０２と、比率算出部６０３と、記憶部６０４と、第２の取得部６０５と、補正部６０６と、出力部６０７と、第３の取得部６０８と、受光感度算出部６０９と、生成部６１０と、を備える。

第１の取得部６０１は、受光素子群３１１からの暗電流の値を取得する機能を有する。具体的には、例えば、第１の取得部６０１は、シフトレジスタ３１４からの出力信号である暗電流の値を取り込む。そして、第１の取得部６０１は、取り込んだ暗電流の値を記憶部６０４に保持する。ここで、受光素子群３１１とは２次元アレイ３１０を構成する複数の素子をいう。

第１の取得部６０１は、具体的には、受光素子群３１１を暗状態、かつ、各素子に一定バイアス電圧Ｖを印加した状態で、シフトレジスタ３１４から出力される各素子での暗電流の値Ｉａ（ｉ，ｊ）を取得する。第１の取得部６０１は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

特定部６０２は、暗電流の増加に伴って受光感度が増加する受光感度特性に基づいて、第１の取得部６０１によって取得された各素子からの暗電流の値に対応する受光感度を特定する機能を有する。ここで、受光感度とは単位入射光量をどれだけの電流量に変換できるか（通常用いられる単位系では、１Ｗの入射光を何Ａの電流に変換できるか）を示す比率である。また、受光感度特性とは図２に示した暗電流に対する受光感度の依存性である。

特定部６０２は、具体的には、受光感度特性Ｒ（ｉ，ｊ）＝ｆ（Ｉａ（ｉ，ｊ））に、第１の取得部６０１により記憶部６０４に書き込まれた各素子からの暗電流の値Ｉａ（ｉ，ｊ）を代入し、各素子の受光感度Ｒａ（ｉ，ｊ）を特定する。これにより、被補正対象である各素子の受光感度を特定することができる。特定された各素子の受光感度Ｒａ（ｉ，ｊ）は、記憶部６０４に保持される。

ここで用いる受光感度特性Ｒ（ｉ，ｊ）は、各素子に印加されるバイアス電圧Ｖを適当な範囲で順次変化させて、それぞれのバイアス電圧Ｖにおける暗電流の値と受光感度の計測を行うことで得られる。また、受光感度Ｒａ（ｉ，ｊ）を計測するには、既知温度の熱源からの赤外線を、いわゆるチョッパーでオン・オフして入射光量変化Δφを作り、それに対する出力信号変化ΔＩを計測し、その比を求めればよい。

なお、特定部６０２で用いた受光感度特性Ｒ（ｉ，ｊ）＝ｆ（Ｉａ（ｉ，ｊ））は、２次元アレイ３１０を赤外線検知装置３００に組み込む前に取得しておき、記憶部６０４に記憶しておいてもよい。このように記憶する場合、赤外線検知装置３００の大型化を防げる。また、受光感度特性Ｒ（ｉ，ｊ）＝ｆ（Ｉａ（ｉ，ｊ））は、既知温度の熱源とチョッパーを赤外線検知装置３００内に組み込み、実動作前や実動作中の適当な時期に、生成部６１０によって生成し、記憶部６０４に記憶してもよい。このように記憶する場合、素子の受光感度が経年劣化等によって変化した場合にも対応できる。この特定部６０２は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

比率算出部６０３は、特定部６０２によって特定された受光感度と所定の受光感度との比率を素子毎に算出する機能を有する。そして、比率算出部６０３は、算出した比率を記憶部６０４に記憶する。ここで、所定の受光感度とは、補正目標とする所定の特性の受光感度である。

比率算出部６０３は、具体的には、特定部６０２によって特定された受光感度Ｒａ（ｉ，ｊ）と所定の受光感度Ｒ０との比率Ｒ０／Ｒａ（ｉ，ｊ）を素子毎に算出する。これにより、出力信号の補正に用いる比率を算出できる。なお、補正目標とする出力特性は、別途任意に定めた出力特性であってもよいし、実際の被補正対象である受光素子群３１１の内の１素子の出力特性であってもよいし、受光素子群３１１の出力特性の平均の出力特性であってもよい。この比率算出部６０３は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

記憶部６０４は、特定部６０２で用いる受光感度特性と特定部６０２で特定された受光感度と第１の取得部６０１で取得された各素子からの暗電流の値と比率算出部６０３によって算出された前記素子毎の比率とを記憶する機能を有する。この記憶部６０４は、具体的には、例えば、図３に示した受光感度補正データベース３２２ａにより、その機能を実現する。これにより、記憶部６０４は、出力信号の補正に必要なデータを記憶できる。

第２の取得部６０５は、実際の撮像時において、受光素子群３１１で被写体からの赤外線を受光したときの各素子の電流値を取得する機能を有する。具体的には、例えば、第２の取得部６０５は、受光素子群３１１で被写体からの赤外線を受光したときの各素子の電流値Ｉ（ｉ，ｊ）を、シフトレジスタ３１４から取り込む。第２の取得部６０５は、取り込まれた電流値Ｉ（ｉ，ｊ）をメモリ３２２に保持する。

これにより、補正対象である素子の出力を得られる。第２の取得部６０５は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

補正部６０６は、記憶部６０４に記憶されている素子毎の暗電流の値と比率とに基づいて、第２の取得部６０５によって取得された各素子の電流値を補正する機能を有する。そして、補正部６０６は、補正結果をメモリ３２２に保持する。

補正部６０６は、具体的には、第２の取得部６０５によって取得された各素子の電流値Ｉ（ｉ，ｊ）から、素子毎の暗電流の値Ｉａ（ｉ，ｊ）を減算し、さらに、比率Ｒ０／Ｒａ（ｉ，ｊ）を乗じて、暗電流Ｉａ０を加算する。このようにして、各素子の電流値Ｉ（ｉ，ｊ）を補正する。これにより、被写体に対しての受光感度が統一されるため精度のよい出力が得られる。この補正部６０６は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

出力部６０７は、補正部６０６によって補正された素子毎の補正結果を出力する。具体的には、例えば、出力部６０７は、メモリ３２２に保持された補正結果を読み込んで、補正結果をディスプレイ３２４に送る。これにより、補正結果がディスプレイ３２４で表示されることとなる。なお、出力部６０７は、補正結果を印刷出力してもよく、信号処理装置３２０と通信可能な通信先装置に送信してもよい。出力部６０７は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

第３の取得部６０８は、一の素子からの暗電流の値と一の素子で熱源からの既知の入射光量Δφの赤外線を受光したときの電流値との組み合わせについて、バイアス電圧Ｖを変化させて複数個を取得する機能を有する。ここで、一の素子とは、受光素子群３１１の内の任意の１素子である。なお、事実上、受光素子群３１１の素子と同一なテスト素子でもよい。また、既知の入射光量Δφはメモリ３２２に保持されている。そして、第３の取得部６０８は、取得した暗電流の値Ｉａ（ｘ）と電流値Ｉ（ｘ）をメモリ３２２に保持する。この第３の取得部６０８は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

受光感度算出部６０９は、受光感度を算出する機能を有する。受光感度算出部６０９は、具体的には、第３の取得部６０８が取得した電流値Ｉ（ｘ）と暗電流の値Ｉａ（ｘ）の組み合わせから、出力信号変化ΔＩ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）−Ｉａ（ｘ）を算出する。そして、メモリ３２２に保持されている入射光量Δφと算出した出力信号変化ΔＩ（ｘ）から、受光感度Ｒ（ｘ）＝出力信号変化ΔＩ（ｘ）／入射光量Δφをさらに算出する。これにより、受光感度算出部６０９は、暗電流の値Ｉａ（ｘ）に対する受光感度Ｒ（ｘ）を算出できる。この受光感度算出部６０９は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

生成部６１０は、第３の取得部６０８が取得した電流値Ｉ（ｘ）と暗電流の値Ｉａ（ｘ）の組み合わせと受光感度算出部６０９によって算出された各受光感度Ｒ（ｘ）とに基づく受光感度特性を生成する機能を有する。そして、生成部６１０は、生成した受光感度特性を記憶部６０４に記憶する。生成部６１０は、具体的には、第３の取得部６０８によって取得された暗電流の値Ｉａ（ｘ）と受光感度算出部６０９によって算出された各受光感度Ｒ（ｘ）との組み合わせの点を受光感度特性の点として用い、区分線形近似した受光感度特性を生成する。これにより、生成部６１０は、補正対象である素子の受光感度特性を生成できる。この生成部６１０は、具体的には、例えば、図３に示したメモリ３２２に記憶されたプログラムをプロセッサ３２１に実行させることにより、その機能を実現する。

ここで、信号処理装置３２０による出力信号の補正に用いる受光感度補正データ取得の流れを説明する。なお、赤外線検知装置３００が起動された状態では、電源回路（不図示）によってバイアス電圧Ｖが受光素子群３１１に印加されている。また、赤外線検知装置３００が起動された状態では、信号読出し回路３１２と行選択スイッチ３１３とシフトレジスタ３１４が稼働されており、プロセッサ３２１が各素子の出力を取得できるようになっている。そして、ここでは、受光素子群３１１は暗状態にされている。例えば、受光素子群３１１を暗状態にする場合、実用上放射赤外線が無視できる程度の極低温の熱源からの赤外線を受光素子群３１１に対して均一に入射させる。また、暗状態ではなく、既知温度の熱源から既知光量が入射している状態であってもよい。

図７は、信号処理装置による出力信号の補正に用いる受光感度補正データ取得の流れを示すフローチャートである。まず、プロセッサ３２１は、行番号ｉをｉ＝１にセットし、列番号ｊをｊ＝１にセットする（ステップＳ７０１）。次に、プロセッサ３２１は、シフトレジスタ３１４から出力された素子Ｂ（ｉ，ｊ）に流れる暗電流の値Ｉａ（ｉ，ｊ）を受光感度補正データベース３２２ａの暗電流項目４０３ａに書き込む（ステップＳ７０２）。

プロセッサ３２１は、受光感度補正データベース３２２ａに保存されている受光感度特性Ｒ（ｉ，ｊ）＝ｆ（Ｉａ（ｉ，ｊ））と素子Ｂ（ｉ，ｊ）に流れる暗電流の値Ｉａ（ｉ，ｊ）から、素子Ｂ（ｉ，ｊ）の受光感度の値Ｒａ（ｉ，ｊ）を算出し、受光感度補正データベース３２２ａの受光感度項目４０３ｂに書き込む（ステップＳ７０３）。

プロセッサ３２１は、素子Ｂ（ｉ，ｊ）の補正係数として、素子Ｂ（ｉ，ｊ）の受光感度の値Ｒａ（ｉ，ｊ）と所定の特性の受光感度Ｒ０の値との比Ｒ０／Ｒａ（ｉ，ｊ）を算出し、受光感度補正データベース３２２ａの補正係数項目４０５に書き込む（ステップＳ７０４）。ここで、プロセッサ３２１は、列番号ｊがｊ＜ｎであるかを判定する（ステップＳ７０５）。ｊ＜ｎである場合（ステップＳ７０５：Ｙｅｓ）、ｊをインクリメントして（ステップＳ７０６）、ステップＳ７０２に戻る。

プロセッサ３２１は、ｊ＜ｎでない場合（ステップＳ７０５：Ｎｏ）、ステップＳ７０７に進む。ここで、プロセッサ３２１は、行番号ｉがｉ＜ｎであるかを判定する（ステップＳ７０７）。ｉ＜ｎである場合（ステップＳ７０７：Ｙｅｓ）、列番号ｊをｊ＝１にセットし行番号ｉをインクリメントして（ステップＳ７０８）、ステップＳ７０２に戻る。プロセッサ３２１は、ｉ＜ｎでない場合（ステップＳ７０７：Ｎｏ）、受光感度補正データ取得処理を終了する。この処理によって、プロセッサ３２１は、実際の撮像時における出力信号の補正に用いる受光感度補正データを取得することができる。

次に、実際の撮像時における信号処理装置による出力信号の補正の流れを説明する。なお、赤外線検知装置３００が起動された状態では、電源回路（不図示）によってバイアス電圧Ｖが受光素子群３１１に印加されている。また、赤外線検知装置３００が起動された状態では、信号読出し回路３１２と行選択スイッチ３１３とシフトレジスタ３１４が稼働されており、プロセッサ３２１が各素子の出力を取得できるようになっている。

図８は、信号処理装置による出力信号の補正の流れを示すフローチャートである。まず、プロセッサ３２１は、行番号ｉをｉ＝１にセットし、列番号ｊをｊ＝１にセットする（ステップＳ８０１）。次に、プロセッサ３２１は、シフトレジスタ３１４から出力される素子Ｂ（ｉ，ｊ）に流れる出力信号の電流値Ｉ（ｉ，ｊ）から、受光感度補正データベース３２２ａに保存されている素子Ｂ（ｉ，ｊ）の暗電流の値Ｉａ（ｉ，ｊ）を減算し、暗電流の影響を排する。

そして、プロセッサ３２１は、減算した値に、補正係数Ｒ０／Ｒ（ｉ，ｊ）を乗じて、受光感度を補正する。最後に所定の特性の暗電流の値Ｉａ０を加算することで、出力信号の電流値Ｉ（ｉ，ｊ）を電流値Ｉ０（ｉ，ｊ）に補正する（ステップＳ８０２）。即ち、プロセッサ３２１は、Ｉ０（ｉ，ｊ）＝Ｒ０／Ｒ（ｉ，ｊ）＊（Ｉ（ｉ，ｊ）−Ｉａ（ｉ，ｊ））＋Ｉａ０の式に各値を代入して、出力信号の電流値Ｉ（ｉ，ｊ）を電流値Ｉ０（ｉ，ｊ）に補正する。

そして、プロセッサ３２１は、補正した電流値Ｉ０（ｉ，ｊ）を、補正した出力信号としてディスプレイ３２４に出力する（ステップＳ８０３）。ここで、プロセッサ３２１は、列番号ｊがｊ＜ｎであるかを判定する（ステップＳ８０４）。ｊ＜ｎである場合（ステップＳ８０４：Ｙｅｓ）、ｊをインクリメントして（ステップＳ８０５）、ステップＳ８０２に戻る。

プロセッサ３２１は、ｊ＜ｎでない場合（ステップＳ８０４：Ｎｏ）、ステップＳ８０６に進む。ここで、プロセッサ３２１は、行番号ｉがｉ＜ｎであるかを判定する（ステップＳ８０６）。ｉ＜ｎである場合（ステップＳ８０６：Ｙｅｓ）、列番号ｊをｊ＝１にセットし行番号ｉをインクリメントして（ステップＳ８０７）、ステップＳ８０２に戻る。プロセッサ３２１は、ｉ＜ｎでない場合（ステップＳ８０６：Ｎｏ）、実際の撮像時における出力信号の補正処理を終了する。この処理によって、プロセッサ３２１は、被写体に対して精度のよい出力信号を出力することができる。

図９を用いて、既知温度の熱源とチョッパーを赤外線検知装置３００内に組み込み、実動作前や実動作中の適当な時期に、生成部６１０によって受光感度特性を生成する場合の具体例について説明する。

図９は、受光感度特性生成の流れを示すフローチャートである。ここで、受光感度特性は、受光素子群３１１の全素子でほぼ一定の特性であるから、受光素子群３１１の内の任意の１素子の受光感度特性を生成すればよい。なお、事実上、受光素子群３１１の素子と同一なテスト素子の受光感度特性を生成してもよい。受光感度特性の生成においては、プロセッサ３２１により電源回路（不図示）を制御し、素子にかかるバイアス電圧ＶをΔＶずつ増加させる。そして、それぞれのバイアス電圧Ｖに応じた素子の暗電流の値とその暗電流での受光感度の値を取得することで、受光感度特性の点を複数取得し、区分線形近似された受光感度特性を生成する。なお、ここでは、ｄ個の点を取得するものとする。

具体的には、例えば、バイアス電圧Ｖと暗電流の値とは、バイアス電圧が±１０ｍＶの範囲では、ほぼ比例関係となるため、この範囲でバイアス電圧Ｖを一定値ずつ増加させると暗電流もほぼ一定値ずつ増加することになる。ここで、赤外線が入射すると、暗電流の値と暗電流の値に対応する感度を入射光量に乗じた電流の値とを重畳した値が得られる。よって、この出力信号変化と入射光量から感度を算出することができ、一定値毎の暗電流の値に対応する複数個の受光感度特性の点を得ることができる。

まず、プロセッサ３２１は、取得データ番号ｘをｘ＝１にセットする（ステップＳ９０１）。そして、プロセッサ３２１は、電源回路（不図示）を制御し、バイアス電圧Ｖを素子に印加させる（ステップＳ９０２）。このバイアス電圧Ｖの値はメモリ３２２に保持されている。

次に、プロセッサ３２１は、暗状態における素子に流れる暗電流の値Ｉａ（ｘ）を計測する（ステップＳ９０３）。次に、プロセッサ３２１は、既知温度の熱源から既知の入射光量Δφが入射している状態における素子に流れる電流値Ｉ（ｘ）を計測する（ステップＳ９０４）。この入射光量Δφはメモリ３２２に保持されている。そして、プロセッサ３２１は、出力信号の変化ΔＩ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）−Ｉａ（ｘ）を算出する（ステップＳ９０５）。

プロセッサ３２１は、メモリ３２２に保持されている入射光量Δφと算出した出力信号変化ΔＩ（ｘ）から、受光感度Ｒ（ｘ）＝出力信号変化ΔＩ（ｘ）／入射光量Δφを算出する（ステップＳ９０６）。そして、プロセッサ３２１は、暗電流の値Ｉａ（ｘ）と受光感度Ｒ（ｘ）をメモリ３２２に保存する（ステップＳ９０７）。

ここで、プロセッサ３２１は、取得データ番号ｘがｘ＜ｄであるかを判定する（ステップＳ９０８）。ｘ＜ｄである場合（ステップＳ９０８：Ｙｅｓ）、プロセッサ３２１は、メモリ３２２に保持されているバイアス電圧Ｖの値をΔＶインクリメントし（ステップＳ９０９）、ｘをインクリメントして（ステップＳ９１０）、ステップＳ９０２に戻る。即ち、プロセッサ３２１が電源回路（不図示）を制御して増加させたバイアス電圧Ｖに応じて増加した素子に流れる暗電流Ｉａ（ｘ）の値と電流値Ｉ（ｘ）の値を計測する処理に移る。

プロセッサ３２１は、ｘ＜ｄでない場合（ステップＳ９０８：Ｎｏ）、受光感度特性生成の処理を終了する。この処理によって、プロセッサ３２１は、複数点のデータを用いて区分線形近似された受光感度特性を生成することができる。

次に、信号処理装置による出力信号の補正処理の具体例について説明する。

図１０は、信号処理装置による出力信号の補正処理の具体例を示す説明図である。ここで、例１では、面内均一な光量が入射した場合について説明する。また、例２では、中央部の素子に対して多くの光量が入射した場合について説明する。なお、各グラフの横軸は任意の素子列（行）である。また、１段目のグラフでは、縦軸は各素子に入射する光量である。２段目のグラフでは、縦軸は各素子の補正前の出力信号である。３段目のグラフでは、縦軸は暗電流分を取り除いた各素子の出力信号である。４段目のグラフでは、縦軸は受光感度補正後の各素子の出力信号である。

どちらの例においても、暗電流ばらつきと受光感度ばらつきの影響によって出力信号にばらつきが生じている。そのため、信号処理装置は、まず暗電流分を取り除き、暗電流ばらつきの影響を排する。そして、信号処理装置が受光感度の補正を行うと、例１では、面内均一な入射光量に正確に応じ、面内均一な出力が得られる。例２では、入射光量に正確に応じ、中央部の素子の出力が大きくなった出力が得られる。

このように信号処理装置によれば、被写体に対する出力信号の精度が向上し、受光感度ムラを低減し、画質を向上させることができる。また、２点補正を行うために必要な２つの黒体ならびにその制御装置等の付随装置が不要となり、装置の大型化を抑制することができる。

なお、上記説明では、簡単のため、暗状態における暗電流の値を用いて説明したが、発生する光電流が暗電流に比して十分に小さい既知温度の熱源等から既知光量を入射させた状態における電流を用いてもよい。

なお、上記説明では、簡単のため、素子からの出力信号を電流として説明したが、実際に用いられる赤外線検知装置では、一定時間ｔの間、素子からの電流Ｉを容量Ｃに蓄積して、その電圧変化ΔＶを出力信号として扱う。ここで、周知のように、電荷量Ｑ＝容量Ｃ×電圧Ｖの関係があるから、電流Ｉと電圧変化ΔＶとの関係は、下記の式のようになり、信号電流と信号電圧は比例の関係にある。したがって、信号処理装置は、信号電圧に対しても、簡単な変形によって適用できるから、信号が電流であるか電圧であるかは信号処理装置にとって実質的な差異とはならない。

このように、上述した実施の形態では、全素子の出力信号の値を、素子の出力特性が所定の特性と同一だったとした場合に出力すべき出力信号の値へ補正できる。したがって、暗電流ばらつきと受光感度ばらつきの影響がなくなり、被写体に対して精度のよい出力信号が得られることとなる。

また、実動作時の素子の出力特性に近い特性を、所定の特性として設定できる。したがって、実際の素子動作に近い出力信号が得られる。

さらに、被補正対象である受光素子群から選ばれた任意の受光素子の受光感度特性を用いて出力信号を補正する場合には、実際の素子動作に則した、誤差の少ない補正を行うことができる。また、各受光素子の受光感度特性の平均の受光感度特性を用いて出力信号を補正する場合には、受光素子群全体の素子の受光感度特性と平均の受光感度特性との差異が少ないため、より誤差の少ない補正を行うことができる。

さらに、出力信号の補正に用いる受光感度特性を、実動作前や実動作中の適当な時期に生成できるため、素子の受光感度が経年劣化等によって変化した場合にも、被写体に対して精度のよい出力信号が得られる。

また、全素子の出力信号の値を、素子の出力特性が所定の特性と同一だったとした場合に出力すべき出力信号の値へ補正できるため、暗電流ばらつきと受光感度ばらつきの影響がなくなり、被写体に対して精度のよい出力信号が得られる。

なお、本実施の形態で説明した信号処理方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。本信号処理プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また本信号処理プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することとしてもよい。

３００ 赤外線検知装置
３１０ ２次元アレイ
３１１ 受光素子群
３１２ 信号読出し回路
３１３ 行選択スイッチ
３１４ シフトレジスタ
３２０ 信号処理装置
３２１ プロセッサ
３２２ メモリ
３２２ａ 受光感度補正データベース
６０１ 第１の取得部
６０２ 特定部
６０３ 比率算出部
６０４ 記憶部
６０５ 第２の取得部
６０６ 補正部
６０７ 出力部
６０８ 第３の取得部
６０９ 受光感度算出部
６１０ 生成部

Claims (8)

1. 赤外光を受光する受光素子群から暗電流の値を取得する第１の取得手段と、
   暗電流の増加に伴って受光感度が増加する受光感度特性に基づいて、前記第１の取得手段によって取得された各受光素子からの暗電流の値に対応する受光感度を特定する特定手段と、
   前記特定手段によって特定された受光感度と所定の受光感度との比率を受光素子毎に算出する比率算出手段と、
   前記各受光素子からの暗電流の値と前記比率算出手段によって算出された前記受光素子毎の比率とを記憶する記憶手段と、
   前記受光素子群で被写体からの赤外線を受光したときの前記各受光素子の電流値を取得する第２の取得手段と、
   前記記憶手段に記憶されている前記受光素子毎の前記暗電流の値と前記比率とに基づいて、前記第２の取得手段によって取得された前記各受光素子の電流値を補正する補正手段と、
   前記補正手段によって補正された前記受光素子毎の補正結果を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする信号処理装置。
2. 前記補正手段は、
   前記記憶手段に記憶されている前記受光素子毎の前記暗電流の値と、前記所定の受光感度における暗電流の値と、前記比率とに基づいて、前記第２の取得手段によって取得された前記各受光素子の電流値を補正することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記受光感度特性は、前記受光素子群から選ばれた任意の受光素子の受光感度特性であることを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 前記受光感度特性は、前記各受光素子の受光感度特性の平均の受光感度特性であることを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
5. 前記受光素子群の中の一の受光素子からの暗電流の値と前記受光素子群で熱源からの赤外線を受光したときの前記一の受光素子の電流値との組み合わせについて、バイアス電圧を変化させて複数個を取得する第３の取得手段と、
   前記熱源の入射光量に基づいて、前記第３の取得手段によって取得された組み合わせ毎に前記一の受光素子の受光感度を算出する受光感度算出手段と、
   前記各組み合わせと前記受光感度算出手段によって算出された各受光感度とに基づく受光感度特性を生成する生成手段とを備え、
   前記特定手段は、
   前記生成手段によって生成された受光感度特性に基づいて、前記第１の取得手段によって取得された各受光素子からの暗電流の値に対応する受光感度を特定することを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
6. 赤外光を受光する受光素子群と、
   前記受光素子群から暗電流の値を取得する第１の取得手段と、
   暗電流の増加に伴って受光感度が増加する受光感度特性に基づいて、前記第１の取得手段によって取得された各受光素子からの暗電流の値に対応する受光感度を特定する特定手段と、
   前記特定手段によって特定された受光感度と所定の受光感度との比率を受光素子毎に算出する比率算出手段と、
   前記各受光素子からの暗電流の値と前記比率算出手段によって算出された前記受光素子毎の比率とを記憶する記憶手段と、
   前記受光素子群で被写体からの赤外線を受光したときの前記各受光素子の電流値を取得する第２の取得手段と、
   前記記憶手段に記憶されている前記受光素子毎の前記暗電流の値と前記比率とに基づいて、前記第２の取得手段によって取得された前記各受光素子の電流値を補正する補正手段と、
   前記補正手段によって補正された前記受光素子毎の補正結果を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする赤外線検知装置。
7. コンピュータが、
   受光素子群から暗電流の値を取得する第１の取得工程と、
   暗電流の増加に伴って受光感度が増加する受光感度特性に基づいて、前記第１の取得工程によって取得された各受光素子からの暗電流の値に対応する受光感度を特定する特定工程と、
   前記特定工程によって特定された受光感度と所定の受光感度との比率を受光素子毎に算出する比率算出工程と、
   前記各受光素子からの暗電流の値と前記比率算出工程によって算出された前記受光素子毎の比率とを記憶装置に格納する格納工程と、
   前記受光素子群で被写体からの赤外線を受光したときの前記各受光素子の電流値を取得する第２の取得工程と、
   前記格納工程によって前記記憶装置に格納された前記受光素子毎の前記暗電流の値と前記比率に基づいて、前記第２の取得工程によって取得された前記各受光素子の電流値を補正する補正工程と、
   前記補正工程によって補正された前記受光素子毎の補正結果を出力する出力工程と、
   を実行することを特徴とする信号処理方法。
8. 受光素子群から暗電流の値を取得する第１の取得工程と、
   暗電流の増加に伴って受光感度が増加する受光感度特性に基づいて、前記第１の取得工程によって取得された各受光素子からの暗電流の値に対応する受光感度を特定する特定工程と、
   前記特定工程によって特定された受光感度と所定の受光感度との比率を受光素子毎に算出する比率算出工程と、
   前記各受光素子からの暗電流の値と前記比率算出工程によって算出された前記受光素子毎の比率とを記憶装置に格納する格納工程と、
   前記受光素子群で被写体からの赤外線を受光したときの前記各受光素子の電流値を取得する第２の取得工程と、
   前記格納工程によって前記記憶装置に格納された前記受光素子毎の前記暗電流の値と前記比率とに基づいて、前記第２の取得工程によって取得された前記各受光素子の電流値を補正する補正工程と、
   前記補正工程によって補正された前記受光素子毎の補正結果を出力する出力工程と、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする信号処理プログラム。

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