JPH03278680A - 赤外線撮像装置の信号補正方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、赤外線撮像装置において、赤外線受光素子の
特性のばらつきに起因する映像信号のばらつきを補正す
る方法に関するものである。

（発明の概要） 本発明は、複数の赤外線受光素子からなる赤外線検出素
子で赤外線検出を行う赤外線撮像装置において、レンズ
系を用いて各受光素子に均等な入射光量を与えて各受光
素子間の特性の違いに起因する映像信号のばらつきを電
気的に補正可能にしたものである。

（従来の技術） 複数の赤外線受光素子をもつ赤外線検出素子としては、
受光素子を１次元又は２次元に配列したものがある。こ
れらの検出素子に配列された各受光素子は、暗電流値及
び光量の増加に対する出力信号の増加の割合がそれぞれ
異なる場合が多い。

そのため、例えばＣＣＤを用いて複数の受光素子の出力
信号を読み出す場合、オフセット及びゲインが個々の受
光素子で異なり、これらが撮像時に映像信号のばらつき
となって表れ、画質を劣化させる。このような受光素子
の特性のばらつきに起因する画質の劣化の対策として、
通常、映像信号を電気的に補正する。

この補正方法の一例を次に示す。まず、赤外線撮像装置
が−様な温度Ｔ、（目標の背景温度に近い温度が望まし
い）を見たときの検出素子の出力信号と適値に定めた基
準値との差をオフセット補正値として受光素子毎に第１
メモリに記憶しておく。

次に、Ｔ１より少し温度の異なる−様な温度Ｔ２を見た
時の出力信号と先に求めた温度ＴＩにおける第１メモリ
のデータとを用いて受光素子毎にゲインを算出し、適値
に定めたゲイン基準値との比をゲイン補正値として第２
メモリに記憶しておく。

このように、予め補正値をメモリに記憶しておき、撮像
時の映像信号に対して、各受光素子に対応する信号毎に
、その受光素子の第１メモリの値を減算してオフセット
補正を行い、第２メモリの値を乗算してゲイン補正を行
う。

次に、従来用いられている温度Ｔ１及び温度Ｔ２での補
正用の出力信号を得る方法について第３図を用いて説明
する０図中、１はレンズ系を簡略化した第１レンズ系、
２は第１レンズ系１の光軸、３は第１レンズ系の結像面
で第１像面、４は２次元アレイの赤外線受光素子をもつ
赤外線検出素子、５は赤外線検出素子４の受光面、１２
ａ及び１２ｂはそれぞれ温度の異なる熱板である。

この第３図において、通常の撮像は次のように行なわれ
る。第１レンズ系１から入射した光は第１像面３に結像
し、この面に受光面５をもつ検出素子４によって光学像
が電気的に変換され、映像信号又は補正の時に用いる出
力信号として出力される。

このような構成をもつ赤外線撮像装置において、補正用
の出力信号は次のようにして得る。まず、オフセット補
正に用いる温度ＴＩでの出力信号は、−様な温度Ｔ、（
通常は、装置の周辺温度）の熱板１２ａを用いて、例え
ば第１レンズ系１の前面を一時的に塞ぐことにより得ら
れる。また、ゲイン補正に用いる温度Ｔ２での出力信号
は、Ｔ１より少し温度の異なる−様な温度の熱板１２ｂ
を用意して、オフセット補正の場合と同様な操作により
得ることかできる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、赤外線撮像装置における従来の信号ばらつき
の補正は以上のような方法で行なわれているので、正確
には目標周辺の背景温度で補正する必要があるにもかか
わらず、実際には装置周辺の温度で補正している。その
ため、補正が不正確になり易いという問題点があった。

また、ゲイン補正の際に用いる温度Ｔ２の熱板を得るに
は、熱板を加温または冷却する必要があり、操作性及び
即時性の点で問題があった。

さらに、航空機等に搭載の赤外線撮像装置の場合、熱板
を第１レンズ系の前面に配置する作業が実際上不可能な
場合もある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、短時間かつ簡便に背景温度に適した映像信号
のばらつきの補正が可能な赤外線撮像装置の信号補正方
法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） 上記目的を達成するために、本発明に係る赤外線撮像装
置の信号補正方法は、複数の赤外線受光素子で構成され
ている赤外線検出素子と、この検出素子の受光面に第１
像面をもつ第１レンズ系とを備えている赤外線撮像装置
において、前記第１レンズ系の代わりに同じ光軸上にあ
る第２レンズ系を用い、該第２レンズ系の結像面である
第２像面の位置を前記受光面と異なる位置にすることに
より得られる前記検出素子の出力信号を用いて、各受光
素子間の特性の違いに起因する映像信号のばらつきを電
気的に補正するものである。

さらに、前記第２レンズ系と共に前記検出素子への入射
光量の調節機構を併用して得られる検出素子の出力信号
を用いて、前記映像信号のばらつきを補正してもよい。

（作用） 本発明において、第１レンズ系の代わりに第２レンズ系
（但し、第１レンズ系を一部に含んでいても良い）を用
い、その像面の位置を赤外線検出素子の受光面位置から
ずらすと、受光面位置での像は不鮮明になる。つまり、
第２レンズ系に各方向から入射する光は、各々検出素子
の受光面に局所的に又は全体的に広がって入射するよう
になる。

さらにこの際、機器周辺の温度と外界の背景温度に差が
ある場合、像面の位置を変化させることにより、検出素
子に入射する平均光量を調節することができる。従って
、この平均光量を適切に調節したときの検出素子の出力
信号を用いることにより、背景温度に適したオフセット
補正及びゲイン補正に用いるデータを得ることができる
。

さらに、前述と同様に第２レンズ系を用いて像を不鮮明
にすることにより、外界からの入射光量を一様化して検
出素子に入射させると共に、その光量を調節できる機構
を付加すれば、前記像面の位置を変えなくとも検出素子
に入射する光量を可変調整できる。

（実施例） 以下、本発明に係る赤外線撮像装置の信号補正方法の実
施例を図面に従って説明する。

第１図は、本発明に係る赤外線撮像装置の信号補正方法
で用いる簡略化した光学系を示したものである。第１図
（ａ）は通常の撮像状態における光学系であり、１はレ
ンズ系を簡略化した第２レンズ系、２は第１レンズ系１
の光軸、３は第１レンズ系１の結像面で第１像面、４は
２次元アレイの赤外線受光素子をもつ赤外線検出素子で
中心が光軸２にある。５は検出素子４の受光面で、第１
像面３と一致する位置にある。６ａは第１レンズ系１の
下端に入射し検出素子４の上端へ向かつ光線、６ｂは第
１レンズ系１の上端に入射し検出素子４の上端へ向かう
光線、６ｃは第１レンズ系１の中心に入射し検出素子４
の上端へ向かう光線、６ｄは第１レンズ系１の下端に入
射し検出素子４の」−場外へ向かう光線である。

第１図（ｂ）〜（ｃ）は信号のばらつきを補正するなめ
に凸レンズを１枚付加して第２レンズ系を構成した場合
を示したものであり、７は光軸２上にある凸レンズ、８
は第１レンズ系１と凸レンズ７とにより構成される第２
レンズ系、９は第２レンズ系の結像面で第２像面である
。

次に、第１図を用いて本発明に係る赤外線撮像装置の信
号補正方法について説明する。ここで、視野内の外界平
均温度は機器周辺温度より高いものとする。また、レン
ズ系の赤外線透過率は無視するものとする。

まず、第１図（ａ）に示す通常の撮像状態にある第１レ
ンズ系１に、同図（ｂ）に示すように、凸レンズ７を第
１し〉′ズ系１と同じ光軸２上に挿入して第２レンズ系
８を形成する。このときの凸レンズ７の位置は、光線６
ａが光軸２と交わる点であり、かつ焦点距離は光線６ｂ
が凸レンズ７で屈折した後検出素子４の下端を通るよう
に選ぶ。このようにすると、第２像面９の位置は第２図
（ｂ）に示すように受光面５より左方向にある。そして
、同一方向から第１レンズ系１に入射する光は、例えば
第１図（ａ）の光線６ａ〜６ｃのように今まですべて受
光面５の１点に集中していたが、凸レンズ７を挿入する
ことにより、同図（ｂ）の光線６ａ〜６ｄのように第２
レンズ系８を透過した光はすべて受光面５に均等に分布
して入射するようになる。

従って、あらゆる方向から第２レンズ系８に入射し透過
する光は、外界の各方向の赤外線放射強度の違いには無
関係に、検出素子４の各受光素子にほぼ均一に入射する
。

この場合、光線６ｄのように第１図（ａ）の状態では検
出素子４に入射していなかった光か入射するようになり
、第１レンズ系１だけの場合より検出素子４に入射する
全光量は多くなる。

また、第１図（ｃ）に示すように凸レンズ７を第１レン
ズ系１に近ず（′ｊていくと、すなわち、第２像面９を
さらに左側にずらすと、光線６ａ及び６ｂのように今ま
で検出素子４に入射していた光が入射しなくなり、第１
図（ｂ）の場合より検出素子４へ入射する光量は減少し
てくる。そして凸レンズ７が適当な位置にくると、第１
レンズ系１だけの場合と同量の光がほぼ一様に検出素子
４に入射するようになり、さらに近すけていくと入射光
量は徐々に少なくなり５検出素子４の周囲温度に相当す
る光量に近すいてくる。

以上から、適切な焦点距離をもつ凸レンズ７の位置を調
節することにより、通常の撮像状態において検出素子４
に入射する全光量の平均に近い光量を検出素子４の各受
光素子にほぼ均一に入射させることができる。従って、
この状態で撮像した検出素子４の出力信号をオフセット
補正に用いる温度Ｔ１でのデータとすることにより、目
標の背景温度にほぼ等しい光量を用いたオフセット補正
を行うことができる。さらに、この状態から凸レンズ７
の位置を適切な距離だけ前後に動かして撮像した出力信
号からゲイン補正に用いる温度Ｔ２でのデータが得られ
、このデータとオフセット補正用データとを用いてゲイ
ン補正を行うことができる。

より具体的にのべると、温度Ｔ、に相当する凸レンズ７
の位置における検出素子４の出力信号と適値に定めた基
準値との差をオフセット補正値として受光素子毎に第１
メモリに記憶しておき、次に、温度Ｔ２に相当する凸レ
ンズ７の別な位１における出力信号と先に求めた温度Ｔ
、に相当する第１メモリのデータとを用いて受光素子毎
にゲインを算出し、適値に定めたゲイン基準値との比を
ゲイン補正値として第２メモリに記憶しておき、撮像時
の映像信号に対して、各受光素子に対応する信号毎に、
その受光素子の第１メモリの値を減算してオフセット補
正を行い、第２メモリの値を乗算してゲイン補正を行う
。

補正データ取得後は、凸レンズ７を外し元の第１レンズ
系１の状態にして、通常の撮像を行う。

以上のように、赤外線撮像装置のレンズ系に例えば新た
に凸レンズを予め設定した位置に付加して、像面の位置
を変化させることにより得られる赤外線検出素子の出力
信号を用いて、赤外線受光素子の特性のばらつきに起因
する映像信号のばらつきを補正することができる。

なお、上記実施例では第２レンズ系８として第１レンズ
系１に凸レンズ７を１枚付加した場合を示したが、他の
レンズ構成を用いても同様な効果を得ることができる。

また、上記実施例では受光素子への入射光量の調整に凸
レンズ７を移動させた場合を示したが、レンズ系に含ま
れる他のレンズ又は検出素子を移動させても同様な効果
が得られる。

次に、本発明の他の実施例を第２図を用いて説明する。

第２図は、赤外線検出素子への入射光量の調節機構とし
て視野絞りを用いた場合を示したものであり、８は第１
レンズ系１と凸レンズ７とにより構成される第２レンズ
系で、位置及び焦点距離は第１図（ｂ）と同じものであ
る。９は第２レンズ系８の結像面で第２像面、１０は第
２像面に設けた光量の調節機構で、この例では視野絞り
の機能を持っている。

ここで、視野内の外界平均温度は機器周辺温度より高い
ものとする。また、レンズ系の透過率は無視するものと
する。さらに、赤外線検出素子４の一辺の有効受光寸法
を２ｄと仮定し、第１レンズ系１だけのときは第１像面
３において２ｄであった像が、第２レンズ系８のときは
第２像面９において２ｄ′になったものとする。

さて、本実施例においても第２レンズ系８として第１図
（ｂ）と同じものを用いた場合、第２図に示すように第
１レンズ系１のある点に入射する光は、入射方向にかか
わらず光線１１ａ〜ｌｉｄのような光路を経て検出素子
４の一点に集光する。

このようなレンズ系を用い、かつ光量の調節機構１０と
して開口が２ｄ’の絞りを第２像面９の位置に用いると
、通常の撮像状態において検出素子４に入射する全光量
の平均と同量の光を均一に検出素子４に入射させること
ができる。また、第２図から明らかなように、凸レンズ
７の位置は変化させなくとも絞りの開口量を加減するこ
とにより、検出素子４へ入射する光量を変化させること
ができる。

以上のように、第２レンズ系８と光量の調節機構１０と
を用いることにより、外界の平均温度に相当する光量及
びその前後の光量を検出素子４にほぼ一様に入射させる
ことができるので、背景温度に適したオフセット補正及
びゲイン補正に用いる出力信号を得ることができる。こ
の場合、凸レンズ７の位置は移動させなくとも良い。

なお、上記実施例では絞りとして視野絞りを用いた場合
を示したが、開き絞り又はこれらと同様な機能をもつ光
学系と絞りとを用いても同様な効果が得られる。

また、上記実施例では、光量の調節機構１０として絞り
を用いた場合を示したが、例えば、上述した第２レンズ
系８を用いた場合のように、検出素子４へ入射する全光
量を通常の撮像状態より多くしておき、適切に調整され
た光減衰板又は光拡散板等の光量の調節機構１０を適切
な位置に挿入しても、同様な効果が得られる。

また、上記実施例では光量の調節機構１０として１種類
を用いた場合を示したが、絞り、光減衰板、光拡散板等
を複数個組み合わせて用いても同様な効果が得られる。

さらに、上記実施例では、外界の背景温度が機器周辺温
度より高い場合について説明したが、逆の場合でも同様
に説明できる。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、新たなレンズ系の構成
又はレンズ系と光量の調節機構を併用して、簡単な操作
を行うだけで、背景温度に適したオフセット補正及びゲ
イン補正に用いる検出素子の出力信号を得ることができ
るので、従来の方法に比べて正確にかつ簡便で短時間に
映像信号の補正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光学系の説明図、第２
図は本発明の他の実施例を示す光学系の説明図、第３図
は従来の信号補正方法の説明図である。 １・・・第２レンズ系、２・・・光軸、３・・・第１像
面、４・・・検出素子、５・・・受光面、８・・・第２
レンズ系、９・・・第２像面、１０・・・光量の調節機
構。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の赤外線受光素子からなる赤外線検出素子と
   、該検出素子の受光面位置に第１像面をもつ第１レンズ
   系とを備えてなる赤外線撮像装置において、前記第１レ
   ンズ系の代わりに同一光軸上にある第２レンズ系を用い
   、該第２レンズ系の結像面である第２像面の位置を前記
   受光面と異なる位置にすることにより得られる前記検出
   素子の出力信号を用いて、各受光素子間の特性の違いに
   起因する映像信号のばらつきを電気的に補正することを
   特徴とする赤外線撮像装置の信号補正方法。
2. （２）前記第２レンズ系と共に前記検出素子への入射光
   量の調節機構を備える請求項１記載の赤外線撮像装置の
   信号補正方法。