JPH02215286A - Ｐｎ接合型赤外線多素子検知器のオフセット及び感度の補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 走査型赤外線撮像装置に係り、特にＰＮ接合型の一次元
多素子検知器と電荷結合デバイスとを組み合わせてなる
赤外線検知器の各素子間のオフセット及び感度の補正回
路に関し、 検知器性能要求を緩和し、さらに基準熱源を準備する必
要のない、回路規模の小さいオフセ・ノド及び感度の補
正回路を提供することを目的とし、ＰＮ接合型の一次元
多素子検知器と電荷結合デバイスとを組み合わせてなる
赤外線検知器を用い、赤外線映像を１フレーム分毎に取
得してフレームメモリに格納する走査型赤外線撮像装置
の前記各素子間のオフセット及び感度のバラツキを補正
する回路であって、前記フレームメモリから読み出した
前記各素子の出力に対応する１ライン毎の画像データの
平均値を計算するライン平均レベル算出回路と、前記１
ライン毎の前記各素子の出力に対応する画像データから
それぞれ前記平均値を差し引くことによりオフセット補
正を行う減算器と、前記減算器の出力に対して感度補正
を行う感度補正回路とを具備して構成し、更に詳しくは
前記ライン平均レベル算出回路の出力に対し、各平均値
レベルの時間応答特性を制御する前記ライン毎の平均値
評価値算出回路と、当該平均値算出が完了するまで前記
フレームメモリから読み出した１ライン毎の画像データ
を格納する遅延レジスタとを設け、当該遅延レジスタ（
１３）の出力から当該遅延レジスタの出力に対応する前
記平均値評価値を差し引くように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、走査型赤外線撮像装置に係り、特にＰＮ接合
型の一次元多素子検知器と電荷結合デバイスとを組み合
わせてなる赤外線検知器（（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｃｈａ
ｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　；以下ＩＲ
ＣＣＤと略称する）の各素子間のオフセット及び感度の
補正回路に関する。

赤外線撮像装置は光導電（Ｐｈｏｔｏ　Ｃｏｎｄｕｃｔ
ｉｖｅ）型検知器（ＰＣ型検知器と略称する）の−次元
多素子検知器を用いて赤外線映像信号を取得する方法が
知られている。この場合、各素子毎の出力を取り出すた
めのリード線が必要となり回路構成が複雑になる欠点が
ある。

赤外線撮像装置は近年高感度化、高精度化が求められて
おり、それを実現するためにＩＲＣＣＤＯ開型ダイオー
ドとＣＯＤの入力部をバンプで結合したＩＲＣＯＤの開
発が進展してきた。　　ＩＲＣＯＤは基本的にＤＣ結合
であり、取得した映像信号を直列に取り出すことができ
るため、従来から用いられてきたｐｃ型−次元多素子検
知器に比して回路構成が簡素化される利点がある反面、
素子間のオフセット及び感度のバラツキが大きい欠点が
ある。したがってＩＲＣＣＤに特有の高精度なオフセッ
ト及び感度バラツキ補正手段が必要となり、装での小型
化の妨げになっている。また、ＩＲＣＣＤ自身も、さら
に出力の安定化、広域ダイナミックレンジ化、リニアリ
ティ改善等が求められている。

〔従来の技術〕

従来のＩＲＣＯＤのオフセット及び感度補正方法は、Ｉ
ＲＣＣＤ出力がＤＣ成分を含んでいることを積極的に活
用し、ＤＣ結合画像を表示するように構成されている。

ところがＩＲＣＯＤ出力のＤＣ成分はドリフトする等安
定性に欠けるため、適当な時間間隔でこのドリフトを補
正する必要がある。この補正には−様な基準熱源が必要
となり、適当なタイミングでＩＲＣＣＤがこの基準熱源
を見る必要がある。

第４図は従来の赤外線撮像装置の要部ブロック図を示す
。図において、■は図示しない赤外線の走査光を受光し
たＩＲＣＣＤの出力する信号をデジタル値に変換するＡ
／Ｄ変換器、２はオフセット補正回路、３は所定の時間
間隔でＩＲＣＯＤが図示しない基準熱源を見たときだけ
ＯＮとなるスイッチ、４はオフセット補正値メモリ、５
はオフセット補正されたＩＲＣＣＤの各素子毎のデータ
の感度補正を行う感度補正回路、６はフレームメモリ、
７はフレームメモリ６に対して書き込みと読み出しを行
う場合にアドレス指定を行うアドレス生成部、８はフレ
ームメモリ６に格納された赤外線映像情報を図示しない
ＴＶモニタ等に表示するために必要な速度で読み出され
た画像データをアナログ値に変換するＤ／Ａ変換器であ
る。

スイッチ３が閉じ、その時の基準熱源に対する信号出力
をオフセット補正値メモリ４に入力すると共に、ＩＲＣ
ＣＤの各素子の各出力がその基準温度に対して同一の出
力となるように各素子毎の補正値を算出し、前記オフセ
ット補正回路２に入力する。オフセット補正回路２は撮
像シーンを見た時の各素子毎の赤外線検知器出力にそれ
ぞれ補正値を加算して出力する。これにより基準熱源の
温度における各素子の出力のバラツキは補正される。

これがオフセットバラツキ補正である。

一方、各素子毎の感度が同じでないと、基準熱源の温度
以外では出力にバラツキが発生する。この素子毎の感度
は予め測定できるから、感度補正回路５では、例えばＲ
ＯＭ等に各素子毎の基準熱源から所定の値だけ離れた温
度に対応する感度補正値を予め格納しておき、感度補正
回路５に入力される素子毎の出力信号に感度補正を行う
。この場合感度補正値に対する所要精度は補正温度範囲
の選択に依存する。

第５図はフレームメモリに対する書き込み／読み出し順
序の説明図であって、第５図（ａ）は書き込み順序、第
５図（ｂ）は読み出し順序を示している。

両図において６はフレームメモリ　（ＴＶモニタの画面
に相当する）、９はＩＩ？ＣＯＤの検知素子列であって
フレームメモリ６の左外側に縦列に記入されている。書
き込みの場合は（ａ）図に示すように各検知素子に出力
される画像データはフレームメモリ６の左側縦方向の矢
印に示すように垂直ライン毎に書き込みながら矢印Ｐに
示す走査方向に繰り返し、１フレーム分を完了する。

読み出しの場合はＣｂ１図に示すようにフレームメモリ
６の最上段から矢印に示す水平ライン毎に読み出しなが
ら矢印Ｑに示す走査方向に繰り返し、１フレーム分を完
了する。この場合水平方向の１走査線（１水平ライン）
分）の画像データは同一の検知素子から出力されたもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＤＣ結合画像の補正方法は、■ＩＲＣＣＤに過大
な性能要求が生じる。■補正回路の規模が増大する。■
基準熱源とそれを光路に挿入するための複雑な機構を必
要とする。等装置構成上の問題点があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて創作されたもので、
走査型ＩＲＣＣＤ撮像装置において、検知器性能要求を
緩和し、さらに基準熱源を準備する必要のない、回路規
模の小さいオフセ・ノド及び感度の補正回路を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第・１図は、本発明の構成を示すブロック図、第２図は
本発明の実施例のブロック図を示す。ＰＮ接合型の一次
元多素子検知器と電荷結合デバイスとを組み合わせてな
る赤外線検知器を用い、赤外線映像を１フレーム分毎に
取得してフレームメモリ６に格納する走査型赤外線撮像
装置の前記各素子間のオフセット及び感度のバラツキを
補正する回路であって、前記フレームメモリから読み出
した前記各素子の出力に対応する１ライン毎の画像デー
タの平均値を計算するライン平均レベル算出回路１０と
、前記ｌライン毎の前記各素子の出力に対応する画像デ
ータからそれぞれ前記平均値を差し引くことによりオフ
セット補正を行う減算器１１と、前記減算器１１の出力
に対して感度補正を行う感度補正回路５とを具備して構
成し、更に詳しくは、前記ライン平均レベル算出回路１
０の出力に対し、各平均値レベルの時間応答特性を制御
する前記ライン毎の平均値評価値算出回路１２と、当該
平均値算出が完了するまで前記フレームメモリ６から読
み出した１ライン毎の画像データを格納する遅延レジス
タ１３とを設け、当該遅延レジスタ１３の。、出力から
当該遅延レジスタ１３の出力に対応する前記平均値評価
値を差し引くように構成する。

（作　用） 本発明ではシリアルに出力されるＩＲＣＣＤ出力はＡ／
Ｄ変換された後、できるだけ広いダイナミックレンジで
一旦フレームメモリ６に格納される。

その格納された画像データは同一の検知素子からの画素
データで構成される１水平ライン分の画像データとして
読み出され、その１ライン分の平均値がライン平均算出
回路９によって算出される。

一方、その１ライン分の画像データから前記算出された
平均値が減算器１０によって差し引かれる。

この段階で各水平ラインの平均値は零にクランプされて
いるので−様なシーンを見た場合のライン状のパターン
雑音は除去されている。次に各素子の感度のバラツキを
予めＲＯＭ等のメモリに書き込まれた各素子感度バラツ
キデータを基に感度補正が行われる。ここで重要なこと
は感度補正値に対する所要精度であり、従来方式では補
正温度範囲としてシーン温度と基準熱源との温度差を考
慮していたものが、本発明の方式ではシーンの各ライン
に対して平均値からのずれ量となるのでその補正温度範
囲は圧倒的に小さい範囲となり、感度補正値に対する精
度も緩やかなものとなる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

なお、構成、動作の説明を理解し易（するために全図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。

第１図は、本発明の構成を示すブロック図を示す。図に
おいて、１０はフレームメモリ６から水平ライン毎に読
み出された画像データのライン平均レベルを算出するラ
イン平均レベル算出回路、１１は前記水平ライン毎の画
像データから当該水平ラインに対応する前記平均値を差
し引く減算器である。

第１図に示す方式と、第４図に示す従来方式との大きな
相違点は、第１図の方式がオフセット補正をライン平均
レベルの減算によって行う点である。各水平ラインの出
力はＩ　ＲＣＯＤの各素子の出力に対応しているので、
減算によって各素子の直流値は常に零レベルにクランプ
され、各ラインの交流成分のみが画像情報として表示さ
れる。この方法は従来のｐｃ型−次元多素子赤外線検知
器を用いたＡＣ結合型の信号処理手法に等価な方法であ
る。すなわち、−次元多素子赤外線検知器の各素子の出
力をコンデンサ結合により直流分をカットし、増幅処理
後に適当な直流成分をクランプする方式であって、実用
上問題なく広く用いられている方式である。

この手法によって得られる利点は従来のＩＲＣＣＤを用
いた走査型赤外線撮像装置に比して、まずオフセット補
正のための補正データを取得する必要がないことである
。従ってこれを取得するための光学機構も不要となる。

また、感度補正に対する精度要求が小さくなること、お
よび検知器入出力特性におけるリニアリティに対する要
求精度が緩くなること、更に回路規模が小さくなる等で
ある。

第２図は本発明の実施例のブロック図を示す。

図において、１０はライン平均レベル算出回路であって
、フレームメモリ６から読み出した１水平ライン毎の画
像データを画素データ毎に積算する積算器１０ａと、そ
の積算器１０ａの出力を一時格納し、１画素分遅れて積
算器ｔＯａの他方の入力にフィードバックするシフトレ
ジスタｔａｂと、積算器１０ａが１ライン分の画素デー
タの積算を完了した時点毎に閉じるスイッチ１０ｃと、
当該１ライン分の画素データの積算値を画素数Ｎで除算
してライン平均レベルを算出する除算器１０ｄとから構
成されている。

１２は平均値評価値算出回路であって、この回路を挿入
する目的は入力される水平ライン毎のライン平均レベル
が急に大きく変動した場合、表示画面が乱れることを防
止するため、その平均レベルの更新速度に時間応答特性
を与え、設定された時定数でゆっくりと追従させるため
の回路である。

Ｋの値は平均値レベルの時間応答特性に対応して予め定
める定数（０〈Ｋ≦１）を示す。平均値評価値算出回路
１２は前記減算回路１１の出力に対して定数Ｋを掛ける
乗算器１２ａと、その出力を順次加算する積算器１２ｂ
と、積算器１２ｂの出力を１ライン分の時間だけ遅延さ
せて送出するシフトレジスタ１２ｃと、その送出された
データを各ライン毎に格納する平均値評価値レジスタ１
２ｄと、その格納されたデータに定数（１−Ｋ）を掛け
ると共にその乗算値を前記積算器１２ｂに入力する乗算
器１２ｅと、前記積算器１２ｂの出力を所定のタイミン
グで減算器１１に送出するラッチ回路１２８とから構成
されている。

１３は１水平ライン分の時間を遅延させる遅延しジスタ
を示す。５は従来の感度補正回路であって、ＩＲＣＣＤ
の各検知素子毎の感度補正値を格納した感度補正メモリ
５ａと、その感度補正メモリ５ａから所定のタイミング
で順次読み出すラッチ回路５ｂと、その読み出された感
度補正値を対応する１ライン分の画素毎のデータに乗算
する乗算器５Ｃとから構成されている。１４は感度補正
回路５の出力を図示しないＴＶ表示器等に表示するに当
たり、画面が最適の輝度レベルとなるように表示オフセ
ットレベルを調整するための加算器を示す。

第３図は本発明の平均値レベルの時間応答特性の一例を
示したもので、横軸には平均値評価値のサンプルタイム
をＴ０〜Ｔ６のようにとり、縦軸には格納値を例えばＯ
〜１にとっている。以下第３図を参照しながら第２図に
おける平均値評価値算出回路１２の作用について述べる
。

ライン平均レベル算出回路１０が出力した各ライン毎の
平均レベルが平均値評価値レジスタ１２ｄのサンプルタ
イムＴ０〜Ｔ２まで零レベルが連続した後、サンプルタ
イムＴ、にて破線で示すように急にレベル１に変動した
場合、例えば定数に＝０．１と設定すると、乗算器１２
ａの出力は０．１となって積算器１２ｂにて零と加算さ
れ、シフトレジスタ１２ｃに１ライン分の時間だけ遅れ
て平均値評価値レジスタ１２ｄにサンプルタイムＴ３で
平均値評価値０．１が格納されると共に、乗算器１２ｅ
でその値に（１−Ｋ）＝０゜９が乗算され、乗算器１２
ｅはその乗算値０．０９を積算器１２ｂに入力する。次
のライン平均レベル算出回路１０が出力した平均レベル
１は乗算器１２ａで乗算されて値０．１を積算器１２ｂ
に入力し、ここで既に入力されている前記の値０．０９
と加算され、平均値評価値０．１９はシフトレジスタ１
２Ｃに１ライン分の時間だけ遅れて平均値評価値レジス
タ１２ｄにサンプルタイムＴ４で平均値評価値０，１９
が格納される。以下同様のサイクルで平均値評価値を平
均値評価値レジスタ１２ｄに格納することにより定数Ｋ
に対応する所望の応答時間特性が得られる。

また、Ｋ　＝　１　／３０　　とし、画像フレームレー
トが３０Ｈ２であるとすれば、平均値レベルの更新速度
の時定数として１秒程度のものが得られる。

減算器１１は遅延レジスタ１３から１ライン分遅れて入
力される画素データにタイミングを合わせてラッチ回路
１２ｆから入力される水平ライン毎の平均値評価値を減
算し、この結果各水平ライン毎のＡＣ結合化が達成され
る。

ＡＣ結合された画素データは、予め格納された感度補正
値メモリから所定のタイミングで読み出される感度補正
値を用いて、そのラインに相当するＩＲＣＣＤの検知素
子の感度補正を乗算手段により行う。感度補正の次に加
算器１４によって各ライン共通の表示オフセットレベル
（操作者によって設定される）が加算され、その後Ｄ／
Ａ変換器８を介してビデオ信号に変換され、図示しない
ＴＶモニタ等に表示される。

この構成例における各データの諸元としては検知器出力
のＡ／Ｄ変換ビット数として１２　ｂｉｔ、フレームメ
モリの大きさは２４０（垂直）　Ｘ３６０（水平）画素
×１２ビット、ＡＣ結合後の画像データは８ビット／画
素、フレームレート３Ｑｆｌｚ、感度補正値は８ビツト
構成とする。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、ＩＲＣ
ＣＤから出力される各水平ライン毎のＡＣ結合画像を実
現し、リニアリティの悪い検知素子に対してもオフセッ
ト補正値を取得することなく、オフセットバラツキの見
えない画像を出力でき、またＡＣ結合定数はデジタル回
路の定数の変更によって調整自在となるため運用上最適
な設計が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の実施例のブロック図、第３図は本発明の平均値レベ
ルの時間応答特性第４図は従来の赤外線撮像装置の要部
ブロック図、 第５図は画像データ書き込み／読み出し順序の説明図を
示す。 第１図と第２図において、５は感度補正回路、６はフレ
ームメモリ、 １０はライン平均レベル算出 回路、 １１は減算器、 １２は平均値評価値算出回路、 １３は遅延レジスタをそれぞれ示す。 オＡ外Ｅ１月のｄへ′をホす７・ロックｒの勇 ス 匡う→ ＋１−／−盈回

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＰＮ接合型の一次元多素子検知器と電荷結合デバ
   イスとを組み合わせてなる赤外線検知器を用い、赤外線
   映像を１フレーム分毎に取得してフレームメモリ（６）
   に格納する走査型赤外線撮像装置の前記各素子間のオフ
   セット及び感度のバラツキを補正する回路であって、 前記フレームメモリから読み出した前記各素子の出力に
   対応する１ライン毎の画像データの平均値を計算するラ
   イン平均レベル算出回路（１０）と、前記１ライン毎の
   前記各素子の出力に対応する画像データからそれぞれ前
   記平均値を差し引くことによりオフセット補正を行う減
   算器（１１）と、前記減算器（１１）の出力に対して感
   度補正を行う感度補正回路（５）とを具備してなること
   を特徴とするＰＮ接合型赤外線多素子検知器のオフセッ
   ト及び感度の補正回路。
2. （２）前記ライン平均レベル算出回路（１０）の出力に
   対し、各平均値レベルの時間応答特性を制御する前記ラ
   イン毎の平均値評価値算出回路（１２）と、当該平均値
   算出が完了するまで前記フレームメモリ（６）から読み
   出した１ライン毎の画像データを格納する遅延レジスタ
   （１３）とを設け、 当該遅延レジスタ（１３）の出力から当該遅延レジスタ
   （１３）の出力に対応する前記平均値評価値を差し引く
   ようにしたことを特徴とする請求項（１）記載のＰＮ接
   合型赤外線多素子検知器のオフセット及び感度の補正回
   路。