JPH10142065A - 赤外線撮像装置および画像補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 どのような練度の使用者が使用しても出力す
る画像品質が安定し、またキャリブレーション操作が使
用者の負担にならないよう、キャリブレーションを行う
タイミングを自動生成し、自動でキャリブレーションを
行う赤外線撮像装置を得る。 【解決手段】 赤外レンズ１、二次元赤外線検知素子を
持つ赤外線検知器３、アンプ４、サンプルホールド回路
５、Ａ／Ｄ変換器６、Ｄ／Ａ変換器８、撮像制御器９、
画像補正用シャッタＡ１２、画像補正器Ａ１３と、感度
ばらつき測定器１４を具備し、あらかじめ設定された時
間画像補正用シャッタＡ１２が閉じている間の画像デー
タから、感度ばらつき測定器１４が輝度の偏差の平均値
を求めて感度ばらつきを測定することによりばらつき具
合を判定し、撮像制御器９がキャリブレーション指令を
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、対象物から放射
される赤外光を集光し、光電変換した後、映像信号とし
て出力する赤外線撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来の赤外線撮像装置は、航空
機、車両、艦船などに搭載されて、夜間監視を用途に使
われている。

【０００３】図８は従来のこの種の赤外線撮像装置の一
例の構成図であり、１は赤外レンズ、２は画像補正用シ
ャッタ、３は二次元赤外線検知素子を持つ赤外線検知
器、４はアンプ、５はサンプルホールド回路、６はＡ／
Ｄ変換器、７は画像補正器、８はＤ／Ａ変換器、９は撮
像制御器、１０は出力映像信号、１１は画像補正指令信
号である。

【０００４】次に動作について説明する。目標物体の撮
像動作として、赤外レンズ１は目標物体及びその背景か
ら放射される赤外光を集光し、赤外線検知器３上に赤外
像を結像する。赤外線検知器３には検知画素が二次元的
に配列されており、各検知画素は結像された赤外像の一
部を光電変換する。アンプ４は各検知画素の発生する断
続信号を増幅し、サンプルホールド回路５はアンプ４か
ら出力される断続信号を連続した走査信号に変換する。
その信号はさらに画像補正処理しやすいようにＡ／Ｄ変
換器６によりデジタル信号（以下画像データという）に
変換された後、画像補正器７により画素ごとに出力され
る輝度の補正（以下画像補正という）をかけられ、さら
に、Ｄ／Ａ変換器８により出力映像信号１０に変換され
外部へ出力される。撮像制御部９は、赤外レンズ１へピ
ントの調整指令や、画像補正器７へペデスタルレベルや
ゲインの調整指令等を、外部からの指令に基づき出力す
ることで撮像装置全系の制御を行う。画像補正用シャッ
タ２は、外部から画像補正指令信号１１が入力された際
に、赤外レンズ１と赤外線検知器３の間の赤外線光路に
機械的に挿入されることで、赤外レンズ１が集光する赤
外光を遮ると同時に、画像補正器７が画像補正のための
補正データ（以下画像補データという）を設定（以下キ
ャリブレーションという）できるような均一な赤外光
を、赤外線検知器３上に放射するために使用される。

【０００５】次に、画像補正に関する以下の二つの基本
的な考えを説明する。第一に通常、赤外線検知器３に使
用されているような二次元赤外検知素子の検知画素の出
力の大きさは、各々の検知画素の微妙な特性の違いによ
り、同じ温度の物体を撮像した場合でも、ほんの少しば
らつく。このばらつきは、感度ばらつきと呼ばれ、表示
画像のノイズの原因となる他、遠距離のため画面内の像
が小さい目標を追跡する場合、ばらつきによって目標の
認識が難しくなり見失うことがあるため、取り除く必要
がある。感度ばらつきの画像補正データを設定する動作
（以下感度キャリブレーションという。）と感度キャリ
ブレーション後の感度ばらつきの画像補正（以下感度補
正という。）について示したのが図９である。図中、２
７はある画素ａの出力特性のラインａ、２８はそれとは
別の画素ｂの出力特性のラインｂ、２９は温度アで補正
をかけた画素ａの出力特性ラインａａ、３０は温度アで
補正をかけた画素ｂの出力特性ラインｂｂ、３１は補正
によりそろえられる各画素の出力ラインｃである。通
常、ラインｃ３１には全検知画素出力特性の平均等が使
用される。画像補正器７は各々の画素の出力をラインｃ
３１の傾きにあわせるための画素対応の温度の関数とし
て、ラインａ２７及びラインｂ２８など各検知画素出力
特性データの傾きを、あらかじめ内部のメモリに保持し
ている。画像補正器７は、例えば温度アで補正をかける
場合、まず補正がかけられた温度アで各画素の出力をラ
インｃ３１に一致させるように、ラインａ２７の出力イ
及びラインｂ２８の出力ウに等に相当する全検知画素出
力の平均値をラインｃ３１のエに一致させるようにライ
ンａ２７とラインｂ２８から所要の温度に依然しない一
定値を加算もしくは減算してラインａａ２９及びライン
ｂｂ３０を算出する。次にこのラインａａ２９とライン
ｂｂ３０をメモリに保持されている各画素ごとの関数に
かけて各画素の出力を補正出力ラインｃ３１にのせるよ
う操作し、上記一定値を上記メモリに画像補正データと
して記憶する。この際、各々の画素への入力が一定の温
度でないと、補正ラインｃ３１にのせるための加算や減
算がうまく行かず、補正むらができてしまう。画像補正
用シャッタ２は感度キャリブレーション時に、赤外線の
光路を遮り画像補正用シャッタ２自身の温度を赤外線検
知器３に放射することで、各画素の検知する温度を一定
にするために使用される。画像補正器７は画像補正用シ
ャッタ２により赤外線検知器３に均一な温度の赤外線が
放射される状態において、むらのない画像補正が可能に
なる。また、感度キャリブレーション終了後、画像補正
器７は、上記メモリに記憶された上記画像補正データと
上記各画素ごとの関数により各画素ごとに出力される輝
度の補正をかけることによって感度補正を行っていく。

【０００６】上記が、二次元赤外検知素子の感度補正に
よる画像補正の基本的な考え方である。第二に、実際の
赤外線撮像装置では、赤外レンズ１の結像能力によっ
て、像の中心部と端の部分で集められるエネルギーの差
が表示画像上に現れることがある。図１０は目標の発す
る光をレンズを通し集光する様子を簡単に示した図であ
る。３２はレンズの正面に置かれた目標Ａ、３３は斜め
前に置かれた目標Ｂ、３４はレンズ、３５は結像面、３
６は目標Ａから発する光束ＡＡ、３７は目標Ｂから発す
る光束ＢＢである。今、目標Ａ３２と目標Ｂ３３は同じ
大きさ、同じ温度でありレンズ３４との位置関係のみが
図１０に示すとおり異なっているとする。この場合、光
束ＡＡ３６に比べ光束ＢＢ３７はレンズ３４に入射する
幅が狭く、一定の温度面を撮像しているのにもかかわら
ず結像面３５でのエネルギー量は均一にならない。図１
１にはこのようなエネルギーの不均一が実際にどのよう
な画像に見えるかのディスプレイ上の中間値画像の一例
を示してある。今、目標Ａ３２は目標Ｂ３３と温度が同
じなので、上記のようなエネルギーの不均一がなけれ
ば、同じ明るさに写るはずである。しかしながら画面上
では、エネルギーの不均一の影響で目標Ａ３２のほうが
明るく、目標Ｂ３３のほうが暗く写る。実際の赤外線撮
像装置におけるこのようなエネルギーの不均一の原因と
しては、このほかにもレンズや他の光学系要素自体から
発する赤外光などもあげられ、通常それらを全て含めて
レンズシェーディングと呼ぶ（以下シェーディングとい
う。）。従来の赤外線撮像装置では、このようなシェー
ディングを補正しようとした場合、比較的温度が均一と
思われるもの（例えば「空」など）に視軸を向け、レン
ズのピントをぼかした状態で、かつ補正用のシャッタを
閉じずにキャリブレーションを行う方法がある。これ
は、上記感度キャリブレーション時にピントをぼかした
状態のシェーディングによる検知画素の出力の不均一も
含めて出力ラインｃ３１からの差分を測定することで、
出力ラインｃ３１にのせるために加算もしくは減算され
る感度補正用の画像補正データに上記差分を含めるため
である。また、ピントをずらすのは、ピントがあった状
態では赤外線検知器３上に結像された赤外像が画像補正
むらの原因になるためである。この画像補正データを設
定する動作をデフォーカスキャリブレーションという
が、この他にシェーディングを補正するキャリブレーシ
ョン方法としてレンズの前にシャッタを配置して行う方
法があるが、シャッタと赤外線検知器３との間で温度差
があると、これも補正むらの原因となるため、この外界
を写しながら行うデフォーカスキャリブレーションが、
最も出力画像を綺麗に整えるキャリブレーション手段と
されている。また、キャリブレーション終了後は、上記
感度補正と同様に上記メモリに記憶されるデフォーカス
キャリブレーションによる画像補正データと上記各画素
ごとの関数により各画素ごとに出力される輝度の補正を
かけることによって画像補正を行っていく。

【０００７】このように、従来の赤外線撮像装置では、
キャリブレーションを行い出力画像を整えるのだが、撮
像を続けていると、徐々に画像が見にくくなるという現
象が起こる。これはキャリブレーションの際に使用した
画像補正器７の画素対応の関数が、実際の画素の特性と
部分的に違っているため、撮像している外界や装置の温
度変化により、画像補正がずれてしまったり、または環
境の温度変化によりシェーディングの量が変わってしま
ったりするためである。このような場合、従来の装置で
は、運用中の温度状態にあわせたキャリブレーションを
何度もやり直すことで、画像の補正状態を修正してい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、キャリ
ブレーションは二次元赤外線検知素子を使用した赤外線
撮像装置にとって、無くてはならない機能であるのだ
が、通常、画像の状態の把握は定量的に行えずに、表示
される画面を見ている使用者の主観によってしまい、そ
のためキャリブレーションは使用者からの指令によって
行われている。このため、使用者の練度によって、赤外
線撮像装置の出力する画像の品質が著しく異なるという
問題があった。

【０００９】また、温度に代表される装置使用環境の変
化が激しい、例えば航空機に搭載する赤外線撮像装置に
ついては、安定した温度環境下で使われるものより、頻
繁にキャリブレーションを行う必要がある。しかし、状
況に応じて、デフォーカスキャリブレーションやシャッ
タを利用したキャリブレーションを行うのは操作が複雑
で、特に戦闘機のパイロットが使用者の場合などには、
他の装置の操作を行いながら、画像の状態を判断しキャ
リブレーションの指令を行う必要があるため、キャリブ
レーション操作が使用者の負担になるという問題があっ
た。

【００１０】この発明は、かかる課題を解消するために
なされたものであり、どのような練度の使用者が使用し
ても出力する画像品質が安定し、またキャリブレーショ
ン操作が使用者の負担にならないよう、キャリブレーシ
ョンを行うタイミングを自動生成し、自動でキャリブレ
ーションを行う赤外線撮像装置を得ることを目的として
いる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この第一の発明にかかる
赤外線撮像装置は、赤外レンズにより集光された赤外光
を遮断する遮断手段と、上記遮断手段により赤外光が遮
断されている間の画像信号から赤外線検知器の出力のば
らつきを各画素ごとに求めた輝度の偏差の平均値を求め
ることによって測定する感度ばらつき測定手段と、上記
感度ばらつき測定手段による出力のばらつきの測定をあ
らかじめ設定された時間毎に行う手段、上記感度ばらつ
き測定手段により測定された出力のばらつきからキャリ
ブレーションを行うための指令信号を生成する手段から
成る制御手段とを備えたことにより、素子感度の補正ず
れの状態を撮像中に定量的に把握してキャリブレーショ
ンを行うタイミングを生成し、自動でキャリブレーショ
ンを行えるようにしたものである。

【００１２】また、この第二の発明にかかる赤外線撮像
装置は、赤外レンズにより集光される前の赤外光を遮断
する第一の遮断手段と、赤外レンズにより集光された赤
外光を遮断する第二の遮断手段と、第一の遮断手段によ
り赤外光が遮断されている間のデジタル画像信号から赤
外レンズの放射する赤外光により生ずる上記赤外線検知
器の出力の分布を幾つかの画素から成る領域ごとの輝度
の平均値の分布を求めて測定するシェーディング測定手
段と、第二の遮断手段により赤外光が遮断されている間
の上記画像信号から上記赤外線検知器の出力のばらつき
を各画素ごとに求めた輝度の偏差の平均値を求めること
によって測定する感度ばらつき測定手段と、上記シェー
ディング測定手段による出力信号の分布測定と上記感度
ばらつき測定手段による出力のばらつきの測定を交互に
行う手段、上記シェーディング測定手段により測定され
た出力の分布と上記感度ばらつき測定手段により測定さ
れた出力のばらつきからキャリブレーションを行うため
の指令信号を生成する手段から成る制御手段とを備えた
ことで、素子感度の補正ずれの状態及びシェーディング
の補正ずれの状態を撮像中に定量的に把握してキャリブ
レーションを行うタイミングを生成し、自動でキャリブ
レーションを行えるようにしたものである。

【００１３】また、この第三の発明にかかる赤外線撮像
装置は、赤外レンズにより集光される前の赤外光を一画
面出力単位時間遮断する第一の遮断手段と、赤外レンズ
により集光された赤外光を一画面出力単位時間遮断する
第二の遮断手段と、第一の遮断手段により赤外光が遮断
されている間のデジタル画像信号から上記赤外レンズの
放射する赤外光により生ずる出力信号の分布を測定する
シェーディング測定手段と、第二の遮断手段により赤外
光が遮断されている間の画像信号から赤外線検知器の出
力のばらつきを測定する感度ばらつき測定手段と、上記
シェーディング測定手段による出力信号の分布測定と上
記感度ばらつき測定手段による出力のばらつきの測定を
交互に行うよう制御する手段と、上記シェーディング測
定手段により測定された出力信号の分布と上記感度ばら
つき測定手段により測定された出力のばらつきからキャ
リブレーションをしなおすための指令信号を生成する手
段とから成る制御手段と、上記制御手段が指令信号を生
成する際に上記シェーディング測定手段と上記感度ばら
つき測定手段の測定結果を利用し段階的に幾つかのキャ
リブレーションの実施を制御する制御手段を備えたこと
で、素子感度の補正ずれの状態及びシェーディングの補
正ずれの状態を撮像中に定量的に把握してキャリブレー
ションを行うタイミングを生成するとともに、キャリブ
レーションの成否を判断し段階的なキャリブレーション
を自動で行えるようにしたものである。

【００１４】また、この第四の発明にかかる赤外線撮像
装置は、赤外レンズにより集光された赤外光をキャリブ
レーションの間遮断する遮断手段と、補正回路の補正し
た画面の画像信号から画面内の輝度の偏差の平均値を測
定する感度ばらつき測定手段と、上記感度ばらつき測定
手段により測定された輝度の偏差の平均値から時間に対
する上記輝度の偏差の平均値の傾きを測定する手段、上
記変化の傾きに一つ前のキャリブレーションを実施した
時から経過した時間をかけて輝度の偏差の平均値の増加
量を推測することによってキャリブレーションを行うた
めの指令信号を生成する手段とから成る感度ばらつき変
化測定手段を具備したことで、画面の輝度ばらつきの状
態とその変化を定量的に測定し、その値からキャリブレ
ーションを行うタイミングを生成して、自動でキャリブ
レーションを行えるようにしたものである。

【００１５】また、この第五の発明にかかる赤外線撮像
装置は、赤外レンズにより集光される前の赤外光をキャ
リブレーションの間遮断する第一の遮断手段と、上記赤
外レンズにより集光された赤外光をキャリブレーション
の間遮断する第二の遮断手段と、上記補正回路の補正し
た画面の画像信号から画面内の輝度の偏差の平均値を測
定する感度ばらつき測定手段と、上記感度ばらつき測定
手段により測定された輝度の偏差の平均値から時間に対
する上記輝度の偏差の平均値の傾きを測定する感度ばら
つき変化測定手段と、上記補正回路の補正した画面の画
像信号から画面内の位置ごとの輝度の平均を測定する上
記シェーディング測定手段と、上記シェーディング測定
手段により測定された画面内の位置ごとの輝度の平均か
らその時間に対する傾きを測定するシェーディング変化
測定手段と、上記シェーディング測定手段と上記シェー
ディング変化測定手段の測定した上記偏差の平均値の傾
きと画面内の位置ごとの輝度の平均の傾き及び一つ前の
キャリブレーション実施時から経過した時間とからキャ
リブレーションをしなおすための指令信号を生成する制
御手段とを備えたことで、画面の輝度ばらつきの状態と
その変化及び画面のシェーディングの状態とその変化を
定量的に測定し、それらの値からキャリブレーションを
行うタイミングを生成して、自動でキャリブレーション
を行えるようにしたものである。

【００１６】また、この第六の発明にかかる赤外線撮像
装置は、赤外レンズにより集光された赤外光をキャリブ
レーションの間遮断する遮断手段と、補正回路の補正し
た画面の画像信号から画面内の輝度の偏差の平均値を測
定する感度ばらつき測定手段と、上記感度ばらつき測定
手段により測定された輝度の偏差の平均値からその時間
変化を測定する感度ばらつき変化測定手段と、上記補正
回路の補正した画面の画像信号から常に画面内の部分ご
との輝度の平均を測定するシェーディング測定手段と、
上記シェーディング測定手段により測定された画面内の
位置ごとの輝度からその時間に対する傾きを測定するシ
ェーディング変化測定手段と、第二の測定手段の測定し
たばらつきの時間変化と一つ前のキャリブレーション時
から経過した時間とからキャリブレーションを行うため
の指令信号を生成する制御手段と、上記シェーディング
変化測定手段の測定した画面内の部分ごとの輝度の平均
の傾きと前回画像補正用のデータを取得した時から経過
した時間とから画面内の部分ごとの輝度の補正量を定め
る補正量設定手段とを備えたことにより、画面の輝度ば
らつきの状態とその変化を定量的に測定し、それらの値
からキャリブレーションを行うタイミングを生成して、
自動でキャリブレーションを行えるようにするととも
に、画面のシェーディングの状態とその変化を定量的に
測定することで補正する量を定め、シェーディングをキ
ャリブレーションを行わずに補正できるようにしたもの
である。

【００１７】また、この第七の発明にかかる赤外線撮像
装置は、赤外レンズにより集光された赤外光をキャリブ
レーションの間遮断する遮断手段と、補正回路の補正し
た画面の画像信号から常に画面内の輝度のばらつきを測
定する感度ばらつき測定手段と、上記感度ばらつき測定
手段により測定された輝度のばらつきからその時間変化
を測定する感度ばらつき変化測定手段と、上記感度ばら
つき変化測定手段の測定したばらつきの時間変化と前回
キャリブレーション時から経過した時間とからキャリブ
レーションをしなおすための指令信号を生成する制御手
段と、上記赤外レンズの温度を測定する温度測定手段
と、温度測定手段により測定された温度と一つ前にキャ
リブレーションを実施したときから経過した時間とから
温度差を測定する温度差測定手段と、上記温度差測定手
段の測定した温度変化量から画面内の部分ごとの輝度の
補正量を定める補正量設定手段とを備えたことにより、
画面の輝度ばらつきの状態とその変化を定量的に測定
し、それらの値からキャリブレーションを行うタイミン
グを生成するとともに、光学系の温度とその変化を定量
的に測定しかつそれによってシェーディングの補正量を
定め、シェーディングをキャリブレーションを行わずに
補正できるようにしたものである。

【００１８】また、この第八の発明にかかる赤外線撮像
装置は、上記第一、四、六、七の発明における赤外線撮
像装置において、上記補正回路の出力する画像信号を記
憶する手段、上記第一の遮断手段により赤外光が遮断さ
れている間は上記記憶する手段から１フレーム前の画像
信号を出力する記憶出力手段とを備えたものである。

【００１９】さらにまた、この第九の発明にかかる赤外
線撮像装置は、上記第二、三、五の発明における赤外線
撮像装置において、上記補正回路の出力する画像信号を
記憶する手段、上記第一、第二の遮断手段により赤外光
が遮断されている間は上記記憶手段から１フレーム前の
画像信号を出力する手段から成る記憶出力手段とを備え
たものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は実施の形態１による赤外線撮像装
置の構成を示すブロック図である。図１において、１２
は画像補正用シャッタＡ、１３は画像補正器Ａ、１４は
感度ばらつき測定器である。それ以外は従来の装置と同
一である。

【００２１】次に動作について説明する。通常、赤外レ
ンズ１より入射した目標物体及びその背景からの赤外光
は、従来と同じ動作で画像補正器Ａ１３内に設置される
画像補正器７で画像補正された後、Ｄ／Ａ変換され出力
映像信号１０として外部機器に出力される。出力映像信
号１０は１秒間に３０画面（フレーム）分の直列の信号
であり、６０分の１秒ごとに、奇数番目の水平ラインの
集まった画面（オッドフィールド）と偶数番目の水平ラ
インの集まった画面（イーブンフィールド）を交互に出
力することで、１つの画面を出力する。画像補正用シャ
ッタＡ１２には通常写真のカメラに使用されるような反
応の早いものを使用し（従来の画像補正用シャッタは反
応速度が秒単位程度に遅いものであった。）、例えば一
画面出力単位時間である１フレームに対応する３０分の
１秒間、外界から赤外レンズ１をとおして赤外線検知器
３に集光される赤外光を遮断できるようにした。撮像制
御器９は例えば３０秒に一度程度、画像補正用シャッタ
Ａ１２に１フレームの赤外光遮断の指令を出すとともに
画像補正器Ａ１３に赤外光遮断の指令を伝える。画像補
正器Ａ１３は内部に画像補正器７と出力切換スイッチ１
３ａとフレームメモリ１３ｂをもち、赤外光の遮断の指
令を受けることで出力切換スイッチ１３ａをキの側に切
り換える。出力切換スイッチ１３ａがキの側に切り換え
られると、フレームメモリ１３ｂのデータは更新されず
結果として後段のＤ／Ａ変換器８に一つ前と同じフレー
ムの画像データが送られる。赤外光が遮断されている
間、画像補正器７の出力する画像データは出力切換スイ
ッチ１３ａのキをとおし感度ばらつき測定器１４に送ら
れる。感度ばらつき測定器１４は内部に各画素に対応す
るフレームメモリ１４ａ、標準偏差測定器１４ｂ及び標
準偏差記憶器１４ｃを持っており、感度ばらつきを測定
する。また、撮像制御器９からあらかじめ設定された時
間後に自動的に、あるいは赤外光の遮断解除の指令が出
力されて、上記出力切換スイッチ１３ａがオの側に切り
換って画像補正器７から出力される画像データはＤ／Ａ
変換器８に出力される。

【００２２】図１２は感度ばらつき測定動作の概要を示
す図である。図中、３８は画像補正器Ａ１３から入力さ
れフレームメモリ１４ａに記憶される画像データを、３
９は標準偏差測定器１４ｂにより設定されるばらつきを
測定するゲートを、４０は感度ばらつき測定部１４内で
計測され標準偏差記憶器１４ｃに記憶される感度ばらつ
きを示している。感度ばらつき測定器１４では画像デー
タ３８が入力されると、ばらつき測定ゲート３９をＸ方
向及びＹ方向に順に動かすことで、フレームメモリ１４
ａのアドレスを指定する。フレームメモリ１４ａは指定
されたアドレスのデータを標準偏差測定器１４ｂに出
力、標準偏差測定器１４ｂは”数１”に従いゲート内の
輝度の標準偏差をデジタル計算処理によって求めて感度
ばらつきを測定する。なお、上記輝度の標準偏差のかわ
りにゲート内の輝度の差分の絶対値の平均を使って感度
ばらつきを測定してもよい。

【００２３】

【数１】

【００２４】測定された輝度の標準偏差は標準偏差記憶
器１４ｃ内の対応箇所に記憶される。感度ばらつき測定
器１４に入力される画像データは、画像補正用シャッタ
Ａ１２が閉じ、外界からの赤外光が遮断されている状態
の画像なので、画像補正が全くずれていない場合、測定
された各ゲート内の輝度のばらつきのデータは０にな
り、輝度の偏差は観測されない。つまり、仮にゲート内
で偏差が観測されれば、それが画像補正ずれであるとい
える。１画面分の各ゲート内の輝度の標準偏差の測定が
完了した時点で、感度ばらつき測定器１４は標準偏差記
憶器１４ｃ内の輝度の標準偏差の平均値を求める。この
値が例えばあらかじめ記憶された前回のキャリブレーシ
ョン直後の平均値の３倍（直後の平均値をσとすると３
σになる）をこえたところで（あるいは、直後の平均値
とあらかじめ設定した値との和をこえたところで）、感
度ばらつき判定器１４ｄは補正ずれが発生していると判
断し、画像補正用シャッタＡ１２を閉じた状態でキャリ
ブレーションを行うよう画像補正指令信号１１を撮像制
御器９に出力する。また、撮像制御器９は画像補正指令
信号１１を受けて画像補正器７にキャリブレーション指
令を送り、キャリブレーション終了直後、感度ばらつき
判定器１４ｄは新たに輝度の標準偏差の平均値σを記憶
保持し、画像補正用シャッタＡ１２が開く。

【００２５】従来の装置では、撮像中に素子感度の補正
ずれを測定する手段をもたなかったため、キャリブレー
ションは表示される画面を見ているオペレータの主観に
よって行われていた。この発明では素子感度の補正ずれ
の状態を撮像中に定量的に把握する手段を従来の装置に
付加し、従来使用者が主観に基づき行っていたキャリブ
レーション指令を自動生成することで、自動でキャリブ
レーションを行えるようにし、結果として安定した映像
品質の赤外線画像を出力できるようにしている。また、
統計的手法を用いたデジタル計算処理を行う簡単な回路
構成により、複雑な回路による構成要素を使わずに感度
ばらつきを測定することができる。

【００２６】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示すブロック図である。図において、１３ｃは画
像補正器ＡＡ、１５は画像補正用シャッタＢ、１６はシ
ェーディング量測定器である。それ以外で、１２から１
４は実施の形態１と、他は従来の装置と同一である。

【００２７】次に動作の説明をする。本実施の形態２に
おいても通常の撮像動作は、従来の装置と同じである。
本実施の形態における画像補正用シャッタＢ１５は、赤
外レンズ１に入射される赤外光を遮断するために赤外レ
ンズ１の手前におく。なお、反応速度は画像補正用シャ
ッタＡと同じ程度のものを使用している。撮像制御器９
は例えば１５秒に一度程度ずつ交互に画像補正用シャッ
タＡ１２と画像補正用シャッタＢ１５に１フレームの赤
外光遮断の指令を出すとともに画像補正器ＡＡ１３ｃに
赤外画像が遮断されることを伝える。画像補正器ＡＡ１
３ｃは、画像補正器Ａ１３について、出力切換を３系統
にかえた出力切換スイッチＡ１３ｄに変更したもので、
画像補正用シャッタＡが閉じた場合は感度ばらつき測定
器１４に、画像補正用シャッタＢが閉じたときはシェー
ディング量測定器１６に画像データを出力する。シェー
ディング量測定器１６は感度ばらつき測定器１４と同じ
ような構成で、フレームメモリとシェーディング判定器
を持っており、画面の部分ごとのシェーディング量を測
定する。図１３はシェーディング量測定動作の概要を示
す図である。シェーディング量測定器１６は入力された
１画面分のデータを図１３のように例えば４８の領域に
分割し、各々の領域の画像データの平均値を求める。シ
ェーディング量測定器１６に入力される画像データは、
画像補正用シャッタＢ１５が閉じ、外界からの赤外光が
遮断されている状態の画面なので、シェーディングが無
い場合、各々の領域の輝度の平均値の差はない。すなわ
ちこの各々の領域の平均値に差があれば、それはシェー
ディングによるものといえる。図１４にシェーディング
補正できている場合とできていない場合の各々の領域の
輝度の平均値の分布を示している。図中、４２は補正で
きている場合の分布、４３は補正できていない場合の分
布である。図１４に示すとおり、補正できている場合
は、分布の幅は狭く、できていない場合は分布の幅は広
くなる。シェーディング量測定器１６は各々の領域の輝
度の平均値から最大値と最小値を求めることで、分布の
幅を測定し、それが例えば前回のキャリブレーション直
後の平均値βから３倍（３β）をこえたところで（ある
いは直後の平均値とあらかじめ設定した値との和をこえ
たところで）シェーディング測定器１６のシェーディン
グ判定器が画像補正用シャッタＢ１５を閉じた状態でキ
ャリブレーション（例えばデフォーカスキャリブレーシ
ョン）を行う画像補正指令信号１１を撮像制御部９に出
力する。また感度ばらつき測定器１４は実施の形態１と
同様の動作で感度ばらつきを検出した場合、画像補正用
シャッタＡ１２を閉じた状態でキャリブレーションを行
う画像補正指令信号１１を撮像制御部９に出力する。撮
像制御部９は画像補正指令信号１１を受けて画像補正器
７にキャリブレーション指令を送り、キャリブレーショ
ン終了直後、感度ばらつき測定器１４は新たに輝度の標
準偏差の平均値αを記憶保持し、画像補正用シャッタＡ
１２が開き、またはシェーディング量測定器１６は新た
に輝度の平均値の分布の幅βを記憶保持し、画像補正用
シャッタＢ１５が開く。

【００２８】従来の装置では、撮像中にシェーディング
の補正ずれを測定する手段をもたなかったため、キャリ
ブレーションは表示される画面を見ているオペレータの
主観によって行われていた。この発明では素子感度の補
正ずれの状態を撮像中に定量的に把握する手段及びシェ
ーディングの補正ずれの状態を撮像中に定量的に把握す
る手段を従来の装置に付加し、従来使用者が主観に基づ
き行っていたキャリブレーション指令を自動生成するこ
とで、レンズシェーディング補正を含めた自動でのキャ
リブレーションを行えるようにし、結果として安定した
映像品質の赤外線画像を出力できるようにしている。

【００２９】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示すブロック図である。図において、１７は補正
状態判定器である。それ以外は、実施の形態２と同一で
ある。

【００３０】次に動作について説明する。本実施の形態
３において、撮像動作及び感度ばらつき、シェーディン
グの量の測定動作は実施の形態２と全く同じである。本
形態においては、補正状態判定器１７がキャリブレーシ
ョン状態を判定し、内部にもつプログラムに基づき３種
類のキャリブレーションをシーケンシャルに行えるよう
にしている。図１５にキャリブレーション制御の流れ図
を示す。補正状態判定器１７は感度ばらつき測定器１４
もしくはシェーディング量測定器１６からキャリブレー
ション要求を受けると、キャリブレーション実行状態と
なり、撮像制御器９に赤外レンズ１のピントをずらす指
令（デフォーカス指令）を出させる。ピントが充分にず
れて、かつ二つの画像補正シャッタが開いた状態で画像
補正器ＡＡ１３ｃは第一のキャリブレーションを実施す
る（デフォーカスキャリブレーション）。デフォーカス
キャリブレーションが終了した時点で、補正状態判定器
１７よりデフォーカスキャリブレーション終了指令を受
けて撮像制御器９は赤外レンズ１のピントを元に戻して
画像補正用シャッタＢ１５を２フレーム分の時間閉じ
る。シャッタが閉じられたところで、画像補正器Ａ１３
は感度ばらつき測定器１４及びシェーディング量測定器
１６に出力を切り換え各々に１フレームずつの画像デー
タを送る。感度ばらつき測定器１４及びシェーディング
量測定器１６は感度ばらつき及びシェーディング量を測
定し補正状態判定器１７に結果を送る。補正状態判定器
１７は各々の結果が前回のキャリブレーション直後の測
定値に対して許容範囲内であるか、あらかじめ設定され
て内部のメモリに記憶されている値と比較し判定する。
補正状態が許容範囲内であればデフォーカスキャリブレ
ーションが正常に終了したとみなしキャリブレーション
操作は終了する。補正状態が許容範囲外と判定された場
合、補正状態判定器１７は撮像制御器９に画像補正用シ
ャッタＢ１５のみを閉じた状態の第二のキャリブレーシ
ョン（レンズシェーディングキャリブレーション）を要
求する。レンズシェーディングキャリブレーションが終
了した時点で、撮像制御器９は画像補正用シャッタＡ１
２を１フレーム分の時間閉じる。シャッタが閉じられた
ところで、画像補正器ＡＡ１３ｃは感度ばらつき測定器
１４のみに画像データを送る。感度ばらつき測定器１４
は感度ばらつきを測定し、補正状態判定器１７に結果を
送る。補正状態判定器１７は結果が前回のキャリブレー
ション直後のばらつきの測定値として許容範囲内である
か、あらかじめ設定されて内部のメモリに記憶されてい
る値と比較し判定する。ここで補正状態が許容範囲内と
判定された場合はキャリブレーションは終了し、感度ば
らつきとシェーディングの測定値を記憶する。仮に許容
範囲外と判定された場合は、画像補正用シャッタＡ１２
を閉じた状態の第三の感度キャリブレーションを行いキ
ャリブレーションを終了し、感度ばらつきとシェーディ
ングの測定値を記憶する。また、キャリブレーション終
了時点で補正状態判定器１７のキャリブレーション実行
状態が解除される。

【００３１】従来の装置では、どの運用状態でどのキャ
リブレーションを行うか使用者の主観で決定しており、
またキャリブレーションの後にシェーディングの補正ず
れや、感度のばらつきを測定する手段をもたなかったた
め、画面に補正むらを残したままで装置が運用されるこ
とがあった。例えば、航空機に搭載された本発明の赤外
線撮像装置が空や海等の均一な温度背景を撮像している
場合、デフォーカスキャリブレーションを行うのが最も
よいキャリブレーションであるが、背景の中に雲や太陽
が入ってくることにより、赤外レンズ１のピントをずら
しても背景が均一にならず、レンズシェーディングキャ
リブレーションを行う方がよい場合がある。また、レン
ズシェーディングキャリブレーションを行う場合は、赤
外レンズ１と画像補正用シャッタＢ１５との間に温度差
があってレンズシェーディングキャリブレーションがう
まく行かないことがあるので、この時は感度キャリブレ
ーションを行う。このように使用者は状況に応じてキャ
リブレーション方法を選定する必要がある。本発明では
キャリブレーションの成否を判断する手段を付け加える
ことで、３種類のキャリブレーション指令をシーケンシ
ャルに発生させることが可能となり、これにより運用状
態における最も有効なキャリブレーションが自動的に選
択されるようになるため、結果として安定した映像品質
の赤外線画像を出力できる。

【００３２】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示すブロック図である。図中、１８は感度ばらつ
き変化測定器である。それ以外で、１４と１３は実施の
形態１と、他は従来の装置と同一である。

【００３３】次に動作について説明する。通常の撮像動
作に関しては従来の装置と同等であるが、本実施の形態
では、環境の温度変化が小さく画面内の輝度に大きな影
響を与えないような場合を想定している。また、本実施
の形態においては、感度ばらつき測定器１４は常に画像
補正器１３からデータを受け、実施の形態１と同様の操
作で画面全体の各ゲート内の標準偏差を測定し、その平
均値を感度ばらつき変化測定器１８に出力する。従来の
装置では、正常にキャリブレーションが終了した後、温
度環境等の変化状態にもよるが、３０分程度ごとにはキ
ャリブレーションをやりなおしており、経験的にキャリ
ブレーション直後１０分程度は出力される画像の状態は
良好であるといえる。感度ばらつき変化測定器１８は、
感度キャリブレーション実施後のあらかじめ設定された
時間、例えば１０分間程度、感度ばらつき測定器１４か
ら受けた標準偏差の平均値のデータを内部のメモリに蓄
える。データが蓄積された時点で、感度ばらつき変化測
定器１８は”数２”によりばらつきの時間的な変化量を
求める。

【００３４】

【数２】

【００３５】図１６は感度ばらつきの平均値と時間の関
係を示したグラフである。図中、４４は測定された感度
ばらつき平均値のライン、４５は求められるばらつきの
時間的な変化のラインである。赤外線撮像装置がほぼ同
じような画面を写し続けているとすると、感度キャリブ
レーション直後に見られる輝度のばらつきの大きさは、
画面の持つ輝度のばらつきの固有値Ｃであると考えられ
る。当然、赤外線撮像装置の撮像対象が変化するにつれ
画面の輝度のばらつきも変わるが、もし補正の劣化が起
こらないのであれば、測定値は固有値Ｃを中心にＤの幅
をもって観測される。ところが実際は時間の経過に伴い
補正ずれが発生し徐々に大きくなるので、図１６に示す
ように輝度のばらつきの各ゲート内の標準偏差の平均値
は増大する。感度ばらつき変化測定器１８は”数２”に
よって感度ばらつきの単位時間あたりの変化量を求め、
その値に感度キャリブレーションしてからの経過時間を
かけることで、例えば、感度キャリブレーション後１０
分経過後の或時点での感度ばらつきの増加量を推測し、
その値が感度キャリブレーションの直後の輝度ばらつき
の各ゲート内の標準偏差の平均値の３倍（３σ）をこえ
た時点で、撮像制御器９に画像補正指令信号１１を出力
する。なお、本実施の形態における画像補正器は、従来
の装置の画像補正器７と同様にフレームメモリを持た
ず、画像補正用シャッタ２が閉じている間に画像補正用
シャッタ２の像を外部機器に出力するものであってもよ
い。

【００３６】従来の装置では、感度キャリブレーション
の後に継続して、画面の輝度のばらつきとその変化量を
測定する手段をもたなかったため、感度キャリブレーシ
ョンは表示される画面を見ているオペレータの主観によ
って行われていた。また、実施の形態１では外界から入
射される赤外光を遮断するため、非常に短い時間ではあ
るが一定間隔で画像がとぎれてしまい、目標の検出や追
尾を行う場合に複雑な信号処理が必要となる。本発明で
は画面の輝度ばらつきの状態とその変化を定量的に測定
する手段を従来の装置に付加し、従来使用者が主観に基
づき行っていたキャリブレーション指令を自動生成する
ことで、自動で感度キャリブレーションを行えるように
するとともに、キャリブレーション後あらかじめ定めら
れた時間経過後は、画像のとぎれをなくし、結果として
安定した映像品質の赤外線画像を出力するとともに、後
段で目標検出や追尾などをするために都合のよい画像を
出力している。

【００３７】実施の形態５．図５はこの発明の実施の形
態５を示すブロック図である。図において１９は画像補
正用シャッタＣ、２０はシェーディング量変化測定器、
１３ｃは実施の形態２と同一である。それ以外は実施の
形態４と同一である。

【００３８】次に動作について説明する。実施の形態５
について、通常の撮像動作及び感度ばらつき変化測定器
によるキャリブレーション要求までは実施の形態４と同
じであり、環境の温度変化が小さい場合を想定してい
る。画像補正用シャッタＣ１９は従来の装置に使用され
ている画像補正用シャッタ２と同程度の反応速度のもの
で、レンズシェーディングキャリブレーションの際に、
外界の赤外光を遮断することのみを目標としている。こ
の画像補正用シャッタＣ１９は、赤外線撮像装置に視軸
駆動機構がついていて、撮像装置を格納する機能がある
場合などは、それを持って代用することもある。シェー
ディング量測定器１６は常に画像補正器７からデータを
受け、実施の形態２と同様に例えば４８に分割された各
々の領域の輝度の平均値を測定する。シェーディング量
変化測定器２０は感度ばらつき変化測定器１８と同様に
キャリブレーション後あらかじめ設定された時間、例え
ば１０分間はシェーディング量測定器１６の測定した輝
度の平均値を、画面の中心からの距離に応じて図１７の
ようにまとめ直し、この領域ごとの平均値として内部の
メモリに蓄積する。また例えば１０分経過後は各々の領
域について”数３”に基づき輝度平均値の時間変化量を
求める。

【００３９】

【数３】

【００４０】図１８は図１７で示した領域Ａと領域Ｅの
輝度の平均値と時間の関係を示したグラフである。図
中、４６は領域Ａで測定された輝度の平均値のライン、
４７は領域Ｅで測定された輝度の平均値のライン、４８
は領域Ａで求められる輝度平均値の時間的な変化のライ
ン、４９は領域Ｅで求められる輝度平均値の時間的な変
化のラインである。赤外線撮像装置がほぼ同じような画
面を写し続けているとすると、キャリブレーション直後
に見られる輝度の平均値の大きさは、画面の輝度の固有
値Ｃであると考えられる。当然、赤外線撮像装置の撮像
対象が変化するにつれ画面の輝度ばらつきも変わるが、
もし補正の劣化が起こらないのであれば、測定値は固有
値Ｃを中心にＤの幅をもって観測される。ところが実際
は時間の経過に伴いシェーディング量が変化するため、
図１８に示すように輝度の平均値は変化する。シェーデ
ィング量変化測定器２０は”数３”によって領域ごとの
輝度の単位時間あたりの変化量を求め、その値にキャリ
ブレーションしてからの経過時間をかけることで、現時
点の領域ごとの輝度の変化量を推測し、その値の最大値
と最小値の差が、例えば前回のキャリブレーション直後
の各々の領域の輝度の平均値の３倍（３σ）を越えた時
点で（あるいは、直後の平均値とあらかじめ設定した値
との和を越えたところで）、撮像補正用シャッタＣを閉
じた状態でレンズシェーディングキャリブレーションを
行う画像補正指令信号１１を撮像制御器９に出力する。
また、感度ばらつき変化測定器１８は実施の形態４と同
様要領で画像補正用シャッタ２を閉じた状態で感度キャ
リブレーションを行う画像補正指令信号１１を撮像制御
器９に出力する。なお、本実施の形態における画像補正
器は、従来の装置の画像補正器７と同様にフレームメモ
リを持たず、画像補正用シャッタ２が閉じている間に画
像補正用シャッタ２の像を外部機器に出力するものであ
ってもよい。

【００４１】従来の装置では、キャリブレーションの後
に継続して、画面のシェーディングとその変化量を測定
する手段をもたなかったため、キャリブレーションは表
示される画面を見ているオペレータの主観によって行わ
れる。また、実施の形態２では外界から入射される赤外
光を遮断するため、非常に短い時間ではあるが一定間隔
で画像がとぎれてしまい、目標の検出や追尾を行う場合
に複雑な信号処理が必要となる。本発明では画面の輝度
ばらつきの状態とその変化を定量的に測定する手段及び
画面のシェーディングの状態とその変化を定量的に測定
する手段を従来の装置に付加し、従来使用者が主観に基
づき行っていたキャリブレーション指令を自動生成する
ことで、レンズシェーディング補正を含めた自動でのキ
ャリブレーションを行えるようにするとともに、キャリ
ブレーション後あらかじめ設定された時間経過後は、画
像のとぎれをなくし、結果として安定した映像品質の赤
外線画像を出力するとともに、後段で目標検出や追尾な
どをするために都合のよい画像を出力している。

【００４２】実施の形態６．図６はこの発明の実施の形
態６を示すブロック図である。図において２１は画像補
正器Ｂ、２２はシェーディング補正量設定器Ａである。
それ以外は実施の形態５と同一である。

【００４３】次に動作について説明する。実施の形態６
について、赤外レンズ１からＡ／Ｄ変換器６までの動作
と感度ばらつき変化測定器１８によるキャリブレーショ
ン要求は実施の形態４と同じである。画像補正器Ｂ２１
は感度キャリブレーションにより事前に感度ばらつきが
補正された画像データを感度ばらつき測定器１４に出力
すると同時にシェーディング量測定器１６に出力する。
感度ばらつき測定器１８は実施の形態５と同じ要領で画
像補正用シャッタ２を閉じた状態で感度キャリブレーシ
ョンを行う画像補正指令信号１１を撮像制御器９に出力
する。しかしながら、画像補正用シャッタ２は赤外レン
ズ１の内側にあるため、レンズシェーディングまで含め
た、キャリブレーションは行えない。そのため、本実施
の形態６では、シェーディングの補正をするための回路
として、シェーディング補正量設定器Ａ２２を付加して
いる。今、画像補正器Ｂ２１によるキャリブレーション
終了後、画像補正用シャッタ２を開いた状態で、例えば
航空機に搭載された本発明の赤外線撮像装置において１
フレーム間の画像の変化が小さい（ある一定領域の輝度
の時間平均がほとんど変化しない）背景や目標を撮像し
ている場合を考える。シェーディング補正量設定器Ａ２
２はシェーディング量変化測定器２０から、図１７に示
した５つの領域のキャリブレーション後からの輝度の変
化量を受け、画面の中央からの距離に対応したシェーデ
ィングの補正量を定める。図１９はシェーディング補正
量設定器Ａ２２の補正量設定の概念図である。図中５０
から５４はシェーディング量変化測定器２０から得られ
る領域ＡからＥの輝度の平均値の傾きに一つ前のキャリ
ブレーション終了時からの経過時間をかけて求めた輝度
の平均値の増加量を示すプロットであり、５５は定めら
れたシェーディングの補正量を示すシェーディングライ
ンである。シェーディング補正量設定器Ａ２２は５つの
プロットから適当な２次の曲線を求め、かつそれを輝度
変化量０のラインについて反転させたラインをシェーデ
ィング補正量として画像補正器Ｂ２１に出力する。画像
補正器Ｂ２１は感度ばらつきのみを補正した画面からシ
ェーディング補正量を差し引いたデータをＤ／Ａ変換器
８にリアルタイムで送る。実施の形態２や実施の形態５
ではレンズシェーディングをキャリブレーションで補正
するために、レンズの前面シャッタを置くという、機構
的な構成となっている。それに対し、本実施の形態６で
は、従来の赤外線撮像装置の機構的な構成をできるだけ
かえず、かつ前述のシェーディングキャリブレーション
のように補正用の均一温度面でデータを取り込むという
操作をせずに、電気的な信号処理でリアルタイムにレン
ズシェーディング補正を達成する。また、シェーディン
グ量変化測定器２０から得られる輝度の変化量は画像補
正用シャッタ２を開いた状態で得られるので、一定時間
ごとに変化量を更新していけば補正の精度が高くなる。

【００４４】従来の装置では、キャリブレーションの後
に継続して、画面のシェーディングとその変化量を測定
し、その値から補正するシェーディング量を決める手段
とを持たなかったため、レンズシェーディングをキャリ
ブレーションで補正するしかなく、そのためにレンズの
前面にシャッタを置くという機構的な構成が必要だっ
た。本実施の形態６では、従来の赤外線撮像装置の機構
的な構成をできるだけかえずに、電気的な信号処理回路
を付加することでリアルタイムのレンズシェーディング
補正を達成しているとともに、画面の輝度ばらつきの状
態とその変化を定量的に測定する手段を従来の装置に付
加し、従来使用者が主観に基づき行っていたキャリブレ
ーション指令を自動生成することで、自動でキャリブレ
ーションを行い、安定した映像品質の赤外線画像を出力
する。

【００４５】実施の形態７．図７はこの発明の実施の形
態７を示すブロック図である。図において２３は赤外レ
ンズＡ、２４は温度信号、２５は温度変化測定器、２６
はシェーディング補正量設定器Ｂである。それ以外は実
施の形態６と同一である。

【００４６】次に動作について説明する。実施の形態７
について、通常の撮像動作と感度ばらつき変化測定器１
８によるキャリブレーション要求は実施の形態６と同じ
である。赤外レンズＡ２３はレンズの鏡筒部分の温度を
測定する温度モニタ５８を持ち温度信号２４を温度変化
測定器２５に送る。温度変化測定器２５は前回のキャリ
ブレーションしてからの順次入力される温度信号２４か
ら赤外レンズＡ２３の温度差を測定しシェーディング補
正量設定器Ｂ２６に出力する。シェーディング補正量設
定器Ｂ２６は内部のメモリに赤外レンズＡ２３の固有の
レンズシェーディングの特性（例えば、温度差の４乗に
比例して赤外線のエネルギー量が変化する。）を示すデ
ータを保持している。図２０はシェーディング補正量設
定器Ｂ２６の保持している上記データの１例を示す図で
ある。図中、５６は赤外レンズＡ２３が温度差Ａのとき
に持っているシェーディングライン、５７は温度差Ｂの
ときに持っているシェーディングラインをそれぞれ示し
ている。上記シェーディングラインは、輝度の増加量を
使用する温度範囲内におけるレンズ鏡筒部分の温度差と
画面中心からの距離の関数として表現したものである。
上記内部のメモリ内には、例えばあらかじめシュミレー
ションや実験計測結果に基づいて離散化された上記シェ
ーディングラインの節点が記憶されており、温度差に対
応した所要のシェーディングラインを節点間を適度に補
間することによって得ることができる。あるいは、上記
内部のメモリ内に、上記シェーディングラインを多項式
のような近似手段で表現した近似式の定数が記憶されて
おり、温度差と画面中心からの距離から所要の輝度の増
加量を出力することによってシェーディングラインを表
現してもよい。シェーディング補正量設定器Ｂ２６は図
２０に示すようなシェーディングラインから、画面中心
からの位置ごとに温度変化に対応して、例えば温度差が
Ｂのときは、温度Ｂのシェーディングライン５７を打ち
消すように輝度の増加量を求め、シェーディングの補正
量を決めて画像補正器Ｂ２１に出力する。画像補正器Ｂ
２１は実施の形態６と同じ動作でＤ／Ａ変換器８にシェ
ーディング補正されたデータをリアルタイムで送り、出
力映像信号１０を出力する。実施の形態６では、画像デ
ータから各々の画素の補正量を定めていたため、画像を
測定するための回路と、補正量を定める回路が必要であ
ったが、本実施の形態７ではシェーディングが温度差に
依存する性質を利用して温度を測定することにより、画
像を測定する回路を無くすことができるため、少ない回
路規模で同等の機能を達成できる。温度測定回路は熱電
対と抵抗とトランジスタで構成できるのに対し、画像を
測定する回路にはシェーディング量測定器１６内のフレ
ームメモリのような画像を記憶するための膨大なメモリ
と高速の演算装置が必要である。また、上記固有のレン
ズシェーディングの特性データに要するメモリは、温度
特性を離散的に表現する代表的な幾つかの点を記憶する
程度でよく、上記画像を記憶するための膨大なメモリよ
りは充分小さくなり、小型、軽量化がはかれる。

【００４７】従来の装置では、キャリブレーションの後
に継続して光学系の温度とその変化量を測定し、その値
から補正するシェーディング量を決める手段とを持たな
かったため、レンズシェーディングをキャリブレーショ
ンで補正するしかなく、そのためにレンズの前面にシャ
ッタを置く機構的な構成が必要であった。本実施の形態
７では光学系の温度とその変化を定量的に測定する手段
とレンズの特性データを保持している手段を付加するこ
とで、前述の実施の形態６よりも簡単な信号処理回路で
リアルタイムのレンズシェーディング補正を達成してい
る。また、画面の輝度ばらつきの状態とその変化を定量
的に測定する手段を付加し、従来使用者が主観に基づき
行っていたキャリブレーション指令を自動生成すること
で、自動でキャリブレーションを行い、安定した映像品
質の赤外線画像を出力する。

【００４８】実施の形態８．この発明の実施の形態は、
実施の形態１，２，４，５の感度ばらつき測定器におい
て画像の補正ずれを定量的に検知した後、アラーム音や
点滅光などの警告信号（または、目盛による警告表示）
を発生するものである。これによって、使用者が画像の
補正ずれを定量的に把握でき、画像補正器のキャリブレ
ーションを手動で行うタイミングを得ることができる。

【００４９】実施の形態９．この発明の実施の形態は、
実施の形態２，４，８のシェーディング量測定器におい
て画像の補正ずれを定量的に検知した後、アラーム音や
点滅光などの警告信号（または、目盛による警告表示）
を発生するものである。これによって、使用者が画像の
補正ずれを定量的に把握でき、画像補正器のキャリブレ
ーションを手動で行うタイミングを得ることができる。

【００５０】

【発明の効果】この第一の発明にかかる赤外線撮像装置
は、素子感度の補正ずれの状態を撮像中に各画素ごとに
求めた輝度の偏差の平均値を用いて定量的に把握する手
段を従来の装置に付加したことで、従来使用者が主観に
基づきおこなっていたキャリブレーション指令を生成し
て、キャリブレーションを行うことができる。これによ
って操作が簡単でありながら、素子感度の補正ずれやシ
ェーディングの補正ずれによる性能劣化が少なく、使用
者がキャリブレーション操作に煩わされることのない赤
外線撮像装置を得ることができる。

【００５１】また、第二の発明によれば、素子感度の補
正ずれの状態を撮像中に定量的に把握する手段及びシェ
ーディングの補正ずれの状態を撮像中に画面内に分割さ
れた幾つかの領域内の輝度の平均値から全領域の輝度分
布を求めて定量的に把握する手段を従来の装置に付加し
たことで、従来使用者が主観に基づきおこなっていたキ
ャリブレーション指令を生成し、レンズシェーディング
補正を含めた自動でのキャリブレーションが行える。

【００５２】また、第三の発明によれば、キャリブレー
ションの成否を判断する手段を付け加えることで、３種
類のキャリブレーション指令をシェーディングに発生さ
せることが可能となり、これにより運用状態における有
効なキャリブレーションが自動的に選択され、実施され
る。これによって、最適なキャリブレーションをされた
状態の画像を出力できる赤外線撮像装置を得ることがで
きる。

【００５３】また、第四の発明によれば、画面の輝度ば
らつきの状態とその変化を定量的に測定する手段を従来
の装置に付加したことで、従来使用者が主観に基づき行
っていたキャリブレーション指令を生成し、自動でキャ
リブレーションが行える。また、第一の発明では短時間
の画像のとぎれが発生するが、後段で目標検出や追尾な
どの信号処理する場合に都合のよい画像を出力できる。
これによって信号処理にも適した画像を出力する赤外線
撮像装置を得ることができる。

【００５４】また、第五の発明によれば、画面の輝度ば
らつきの状態とその変化を定量的に測定する手段及び画
面のシェーディングの状態とその変化を定量的に測定す
る手段を従来の装置に付加したことで、従来使用者が主
観に基づき行っていたキャリブレーション指令を生成
し、レンズシェーディング補正を含めた自動でのキャリ
ブレーションが行える。また、第二の発明で起きていた
短時間の画像のとぎれをなくすことで、後段で目標検出
や追尾などをする場合に都合のよい画像を出力できる。

【００５５】また、第六の発明によれば、画面のシェー
ディングの状態とその変化を定量的に測定し、かつそれ
によって補正する量を定める手段を付加したことでリア
ルタイムのレンズシェーディング補正を達成している。
また、画面の輝度ばらつきの状態とその変化を定量的に
測定する手段を従来の装置に付加したことで、従来使用
者が主観に基づき行っていたキャリブレーション指令を
生成し、自動でキャリブレーションを行える。これによ
ってレンズシェーディングがリアルタイムに補正される
ことによりシェーディングの補正ずれによる性能劣化が
少なく、従来の装置ほど頻繁にキャリブレーションが行
われない赤外線撮像装置を得ることができる。

【００５６】さらにまた、第七の発明によれば、光学系
の温度とその変化を定量的に測定する手段とレンズの特
性データを保持している手段を付加したことで、第六の
発明より簡単な回路でリアルタイムのレンズシェーディ
ング補正を達成している。また、従来の装置ほど頻繁に
キャリブレーションが行われない赤外線撮像装置をより
小型軽量で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】 この発明の実施の形態２の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】 この発明の実施の形態３の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】 この発明の実施の形態４の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】 この発明の実施の形態５の構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】 この発明の実施の形態６の構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】 この発明の実施の形態７の構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】 従来の装置の構成を示すブロック図である。

【図９】 従来の装置のキャリブレーションの概要を示
す図である。

【図１０】 目標の発生する光をレンズを通し集光する
様子を示す図である。

【図１１】 シェーディング画像の一例を示すディスプ
レイ上の中間値画像である。

【図１２】 感度ばらつき測定動作の概要を示す図であ
る。

【図１３】 シェーディング量測定動作の概要を示す図
である。

【図１４】 シェーディング補正状態による領域の輝度
平均値の分布を示す図である。

【図１５】 キャリブレーション制御の流れ図である。

【図１６】 感度ばらつきの平均値と時間の関係を示し
た図である。

【図１７】 輝度測定領域をまとめ直した様子を示す図
である。

【図１８】 輝度の平均値と時間の関係を示す図であ
る。

【図１９】 シェーディング補正量設定器Ａ２２のシェ
ーディング補正量設定の概念図である。

【図２０】 シェーディング補正量設定器Ｂ２６のシェ
ーディング補正量設定の概念図である。

【符号の説明】

１ 赤外レンズ、２ 画像補正用シャッタ、３ 赤外線
検知器、４ アンプ、５ サンプルホールド回路、６
Ａ／Ｄ変換器、７ 画像補正器、８ Ｄ／Ａ変換器、９
撮像制御器、１０ 出力映像信号、１１ 画像補正指
令信号、１２画像補正用シャッタＡ、１３ 画像補正器
Ａ、１３ａ 出力切換スイッチ、１３ｂ フレームメモ
リ、１３ｃ 画像補正器ＡＡ、１３ｄ 出力切換スイッ
チＡ、１４ 感度ばらつき測定器、１４ａ フレームメ
モリ、１４ｂ 標準偏差測定器、１４ｃ 標準偏差記憶
器、１４ｄ 感度ばらつき判定器、１５ 画像補正用シ
ャッタＢ、１６ シェーディング量測定器、１７ 補正
状態判定器、１８ 感度ばらつき変化測定器、１９ 画
像補正用シャッタＣ、２０ シェーディング量変化測定
器、２１ 画像補正器Ｂ、２２ シェーディング補正量
設定Ａ、２３ 赤外レンズＡ、２４ 温度信号、２５
温度変換測定器、２６ シェーディング補正量設定Ｂ、
２７ 出力特性ラインａ、２８ 出力特性ラインｂ、２
９ 出力特性ラインａａ、３０ 出力特性ラインｂｂ、
３１ 出力ラインｃ、３２ 目標Ａ、３３ 目標Ｂ、３
４ レンズ、３５ 結像面、３６ 光束ＡＡ、３７ 光
束ＢＢ、３８ 画像データ、３９ ばらつき測定ゲー
ト、４０ 計測された感度ばらつき、４１ シェーディ
ング測定領域、４２ 補正できている場合の輝度平均値
の分布、４３ 補正できていない場合の輝度平均値の分
布、４４ 測定された感度ばらつき平均値のライン、４
５ ばらつきの時間的変化のライン、４６ 領域Ａの輝
度平均値ライン、４７ 領域Ｅの輝度平均値ライン、４
８ 領域Ａの輝度平均値の時間変化ライン、４９ 領域
Ｅの輝度平均値の時間変化ライン、５０領域Ａのシェー
ディング変化量のプロット、５１ 領域Ｂのシェーディ
ング変化量のプロット、５２ 領域Ｃのシェーディング
変化量のプロット、５３ 領域Ｄのシェーディング変化
量のプロット、５４ 領域Ｅのシェーディング変化量の
プロット、５５ シェーディング補正量を示すライン、
５６ 温度Ａの時の赤外レンズＡ２３のシェーディング
ライン、５７ 温度Ｂの時の赤外レンズＡ２３のシェー
ディングライン、５８ 温度モニタ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標物体から放射される赤外光を集光し
   結像するための赤外レンズと、上記赤外レンズの結像し
   た赤外光の像を赤外線検知素子により光電変換する赤外
   線検知器と、上記赤外線検知器の出力信号を画像信号に
   変換する変換回路と、上記画像信号を信号処理し上記赤
   外線検知素子のばらつきを補正する補正回路とから構成
   される赤外線撮像装置において、赤外光を遮断する遮断
   手段と、あらかじめ設定された時間間隔で第一の遮断指
   令を上記遮断手段に発生する手段、キャリブレーション
   の要求信号を受けてからキャリブレーション指令を上記
   補正回路に発生し、かつ第二の遮断指令を上記遮断手段
   に発生する手段とを有する制御手段と、上記遮断手段に
   より赤外光が遮断されている間に上記補正回路で信号処
   理された上記画像信号から各画素ごとに求めた輝度の偏
   差の平均値を求めて感度ばらつきを測定する感度ばらつ
   き測定手段と、上記輝度の偏差の平均値が一つ前に行わ
   れたキャリブレーションで測定された上記輝度の偏差の
   平均値とあらかじめ設定された値との積、又は和より大
   きいときに上記キャリブレーションの要求信号を上記制
   御手段に発生する感度ばらつき判定手段とを備えたこと
   を特徴とする赤外線撮像装置。
2. 【請求項２】 目標物体から放射される赤外光を集光し
   結像するための赤外レンズと、上記赤外レンズの結像し
   た赤外光の像を赤外線検知素子により光電変換する赤外
   線検知器と、上記赤外線検知器の出力信号を画像信号に
   変換する変換回路と、上記画像信号を信号処理し上記赤
   外線検知素子の出力のばらつきを補正する補正回路とか
   ら構成される赤外線撮像装置において、上記赤外レンズ
   により集光される前の赤外光を遮断する第一の遮断手段
   と、上記赤外レンズにより集光された赤外光を遮断する
   第二の遮断手段と、上記第一の遮断手段により赤外光が
   遮断されている間に上記補正回路で信号処理された上記
   画像信号から幾つかの画素から成る領域ごとの輝度の平
   均値の分布を求めてシェーディング量を測定するシェー
   ディング測定手段と、上記シェーディング測定手段で測
   定される上記輝度の平均値の分布の幅が一つ前に行われ
   たキャリブレーションで測定された上記輝度の平均値の
   分布の幅とあらかじめ設定された幅との積、又は和より
   大きいときに第一のキャリブレーションの要求信号を発
   生するシェーディング判定手段と、上記第二の遮断手段
   により赤外光が遮断されている間に上記補正回路で信号
   処理された画像信号から画素ごとに求めた輝度の偏差の
   平均値を得て感度ばらつきを測定する感度ばらつき測定
   手段と、上記感度ばらつき測定手段で測定される上記輝
   度の偏差の平均値が一つ前に行われたキャリブレーショ
   ンで測定された上記輝度の偏差の平均値とあらかじめ設
   定された値との積、又は和より大きいときに第二のキャ
   リブレーションの要求信号を発生する感度ばらつき判定
   手段と、上記第一の遮断手段と上記第二の遮断手段に交
   互に第一、第二の遮断指令を発生し、かつ上記第一の遮
   断手段と上記第二の遮断手段による赤外光遮断時間を指
   定する手段、上記シェーディング判定手段から出力され
   る上記第一のキャリブレーションの要求信号を受けて上
   記補正回路に第一のキャリブレーション指令を発生し、
   かつ上記第一の遮断手段に第三の遮断指令を発生する手
   段、上記感度ばらつき判定手段から出力される上記第二
   のキャリブレーションの要求信号を受けて上記補正回路
   に第二のキャリブレーション指令を発生し、かつ上記第
   二の遮断手段に第四の遮断指令を発生する手段から成る
   制御手段とを備えたことを特徴とする赤外線撮像装置。
3. 【請求項３】 目標物体から放射される赤外光を集光し
   結像する機能とピントを調整する機能を有する赤外レン
   ズと、上記赤外レンズの結像した赤外光の像を赤外線検
   知素子により光電変換する赤外線検知器と、上記赤外線
   検知器の出力信号を画像信号に変換する変換回路と、上
   記画像信号を信号処理し上記赤外線検知素子の出力のば
   らつきを補正する補正回路とから構成される赤外線撮像
   装置の画像補正方法において、上記赤外レンズにより集
   光される前の赤外光を遮断する第一の遮断手段と、上記
   赤外レンズにより集光された赤外光を遮断する第二の遮
   断手段と、赤外光が遮断されている間に上記補正回路で
   補正された上記画像信号から幾つかの画素から成る領域
   ごとの輝度の平均値の分布を求めてシェーディング量を
   測定するシェーディング測定手段と、上記シェーディン
   グ測定手段で測定される上記輝度の平均値の分布の幅が
   一つ前に行われたキャリブレーションで測定された上記
   輝度の平均値の分布の幅とあらかじめ設定された幅との
   積、又は和より大きいときに第一のキャリブレーション
   の要求信号を発生するシェーディング判定手段と、赤外
   光が遮断されている間に上記補正回路で補正された画像
   信号から画素ごとに求めた輝度の偏差の平均値を得て感
   度ばらつきを測定する感度ばらつき測定手段と、上記感
   度ばらつき測定手段で測定される上記輝度の偏差の平均
   値が一つ前に行われたキャリブレーションで測定された
   上記輝度の偏差の平均値とあらかじめ設定された値との
   積、又は和より大きいときに第二のキャリブレーション
   の要求信号を発生する感度ばらつき判定手段と、上記第
   一の遮断手段、上記第二の遮断手段、上記補正回路及び
   上記赤外レンズに第一の遮断指令、第二の遮断指令、キ
   ャリブレーションの指令及びデフォーカス指令を出力す
   る制御手段とを備え、上記制御手段は、上記シェーディ
   ング判定手段、又は上記感度ばらつき判定手段から上記
   第一、第二のキャリブレーションの要求信号が発生され
   たとき、次の手順により画像を補正する赤外線撮像装置
   の画像補正方法 （１）上記第一の遮断手段と上記第二の遮断手段を開放
   し、上記赤外レンズをデフォーカスにした状態で上記補
   正回路の第一のキャリブレーションを実施させる手順 （２）上記第一のキャリブレーション終了後、上記第一
   の遮断手段が遮断された状態で補正された画像信号から
   上記輝度の平均値の分布の幅と、上記輝度の偏差の平均
   値を測定させる手順 （３）上記手順（２）で測定された上記輝度の平均値の
   分布の幅があらかじめ設定された幅より大きいとき、又
   は上記輝度の偏差の平均値があらかじめ設定された値よ
   り大きいときに上記補正回路において第二のキャリブレ
   ーションを実施させる手順 （４）上記第二のキャリブレーション終了後、補正され
   た画像信号から上記輝度の偏差の平均値を測定させる手
   順 （５）上記手順（４）で測定された上記輝度の偏差の平
   均値があらかじめ設定された値より大きいとき、上記補
   正回路において第三のキャリブレーションを実施させる
   手順。
4. 【請求項４】 上記感度ばらつき測定手段により測定さ
   れた上記輝度の偏差の平均値から、時間に対する上記輝
   度の偏差の平均値の変化の傾きを測定する手段、上記変
   化の傾きにキャリブレーション後の経過時間をかけて輝
   度の偏差の平均値の増加量を推測し、上記増加量が一つ
   前に実施されたキャリブレーション終了時の上記輝度の
   偏差の平均値とあらかじめ設定された値との積、又は和
   より大きいときに上記キャリブレーションの要求信号を
   上記制御手段に発生する手段から成る感度ばらつき変化
   測定手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の赤
   外線撮像装置。
5. 【請求項５】 上記シェーディング測定手段により測定
   された上記輝度の平均値の分布の幅から、時間に対する
   上記輝度の平均値の分布の幅の変化の傾きを測定する手
   段、上記分布の幅の変化の傾きにキャリブレーション後
   の経過時間をかけて輝度の平均値の分布の幅の増加量を
   推測し、上記分布の幅の増加量が一つ前に実施されたキ
   ャリブレーション終了時の上記輝度の平均値の分布の幅
   とあらかじめ設定された幅との積、又は和より大きいと
   き、上記第一のキャリブレーションの要求信号を上記制
   御手段に発生する手段から成るシェーディング変化測定
   手段と、上記感度ばらつき測定手段によりあらかじめ設
   定された時間に測定された上記輝度の偏差の平均値か
   ら、時間に対する上記輝度の偏差の平均値の変化の傾き
   を測定する手段、上記偏差の平均値の変化の傾きにキャ
   リブレーション後の経過時間をかけて輝度の偏差の平均
   値の増加量を推測し、上記偏差の平均値の増加量が一つ
   前に実施されたキャリブレーション終了時の上記輝度の
   偏差の平均値とあらかじめ設定された値との積、又は和
   より大きいとき、上記キャリブレーションの要求信号を
   上記制御手段に発生する手段から成る感度ばらつき変化
   測定手段とを具備したことを特徴とする請求項２記載の
   赤外線撮像装置。
6. 【請求項６】 目標物体から放射される赤外光を集光し
   結像するための赤外レンズと、上記赤外レンズの結像し
   た赤外光の像を赤外線検知素子により光電変換する赤外
   線検知器と、上記赤外線検知器の出力信号を画像信号に
   変換する変換回路と、上記画像信号を信号処理し赤外線
   検知素子の出力のばらつきを補正する補正回路とから構
   成される赤外線撮像装置において、赤外光を遮断する遮
   断手段と、上記遮断手段により赤外光が遮断されている
   間に上記補正回路で信号処理された上記画像信号から画
   素ごとに求めた輝度の偏差の平均値を得て感度ばらつき
   を測定する感度ばらつき測定手段と、上記感度ばらつき
   測定手段により測定された上記輝度の偏差の平均値か
   ら、時間に対する上記輝度の偏差の平均値の変化の傾き
   を測定する手段、上記偏差の変化の傾きにキャリブレー
   ション後の経過時間をかけて輝度の偏差の平均値の増加
   量を推測し、上記増加量が一つ前に実施されたキャリブ
   レーション終了時の上記輝度の偏差の平均値とあらかじ
   め設定された値との積、又は和より大きいときにキャリ
   ブレーションの要求信号を発生する手段から成る感度ば
   らつき変化測定手段と、上記遮断手段が開放された状態
   で上記補正回路で信号処理された上記画像信号から幾つ
   かの画素から成る領域ごとの輝度の平均値を求めてシェ
   ーディング量を測定するシェーディング測定手段と、上
   記シェーディング測定手段で測定される上記輝度の平均
   値から、時間に対する上記輝度の平均値の変化の傾きを
   測定するシェーディング変化測定手段と、上記シェーデ
   ィング変化測定手段から得られる上記輝度の平均値の傾
   きにキャリブレーション後の経過時間をかけて上記各領
   域ごとの輝度の平均値の増加量を求め、画面内における
   上記各領域の画面中心からの距離に対応した上記輝度の
   平均値の増加量を示す近似曲線を求め、上記近似曲線に
   沿った上記輝度の平均値の増加量を打ち消すように上記
   補正回路におけるシェーディングの補正量を定める補正
   量設定手段と、上記遮断手段に上記遮断指令を発生手
   段、上記感度ばらつき変化測定手段から出力される上記
   キャリブレーション要求信号を受けて上記補正回路にキ
   ャリブレーション指令を発生する手段とを有する制御手
   段とを備えたことを特徴とする赤外線撮像装置。
7. 【請求項７】 目標物体から放射される赤外光を集光し
   結像するための赤外レンズと、上記赤外レンズの結像し
   た赤外光の像を赤外線検知素子により光電変換する赤外
   線検知器と、上記赤外線検知器の出力信号を信号処理し
   赤外線検知素子の出力のばらつきを補正する補正回路と
   から構成される赤外線撮像装置において、赤外光を遮断
   する遮断手段と、赤外光が遮断されている間に上記補正
   回路で信号処理された上記画像信号から画素ごとに求め
   た輝度の偏差の平均値を得て感度ばらつきを測定する感
   度ばらつき測定手段と、上記感度ばらつき測定手段によ
   り測定された上記輝度の偏差の平均値から、時間に対す
   る上記輝度の偏差の平均値の変化の傾きを測定する手
   段、上記偏差の変化の傾きにキャリブレーション後の経
   過時間をかけて輝度の偏差の平均値の増加量を推測し、
   上記増加量が一つ前に実施されたキャリブレーション終
   了時の上記輝度の偏差の平均値とあらかじめ設定された
   値との積、又は和より大きいときにキャリブレーション
   の要求信号を出力する手段から成る感度ばらつき変化測
   定手段と、上記赤外レンズの温度を測定する温度測定手
   段と、上記温度測定手段により測定された一つ前に実施
   されたキャリブレーション終了時点の温度と現時点の温
   度との温度差を算出する温度変化測定手段と、上記温度
   変化測定手段の測定した上記温度差に対応したシェーデ
   ィングの補正量を、あらかじめ記憶された温度差と画面
   内における画素の位置に対する輝度の増加量の関係を示
   すデータに基づいて出力する補正量設定手段と、上記遮
   断手段に上記遮断指令を発生する手段、上記感度ばらつ
   き変化測定手段から出力される上記キャリブレーション
   要求信号を受けて上記補正回路にキャリブレーション指
   令を出力する手段とを有する制御手段とを備えたことを
   特徴とする赤外線撮像装置。
8. 【請求項８】 上記補正回路の出力する画像信号を記憶
   する記憶手段、上記第一の遮断手段により赤外光が遮断
   されている間は上記記憶手段から１フレーム前の画像信
   号を出力する記憶出力手段とを備えたことを特徴とする
   請求項１，４，６，７いずれか記載の赤外線撮像装置。
9. 【請求項９】 上記補正回路の出力する画像信号を記憶
   する記憶手段、上記第一、第二の遮断手段により赤外光
   が遮断されている間は上記記憶手段から１フレーム前の
   画像信号を出力する手段から成る記憶出力手段とを備え
   たことを特徴とする請求項２，３，５いずれか記載の赤
   外線撮像装置。