JPH10271393A - 運動トリガーを備えた情景ベースの非均一性補正プロセッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、コストが合理的で信頼性があり、
情景が静止しているときにも情景の細部の劣化の生じな
い情景ベースの非均一性補正システムを提供することを
目的とする。 【解決手段】 エネルギ検出器のアレイ14によって情景
から受信された情報16を補正し、現在の非均一性補正項
32を発生し、その補正項32を情景から受信された情報に
適用する非均一性補正プロセッサと、情景が運動すると
きを決定し、それに応じて運動信号50を供給する運動検
出機構40と、運動信号50に応答して非均一性補正プロセ
ッサを選択的に動作可能にするトリガー機構44とを具備
していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像システムに関
するものであり、特に赤外線映像システムの焦点平面ア
レイから得られた映像中の映像の不均一性を補正するシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線映像システムは暗視システムから
ターゲット検出システムまで広い範囲の種々の応用に使
用されている。そのような応用はしばしば詳細で正確な
情報を必要とする。

【０００３】赤外線映像システムは熱エネルギを検出す
るための焦点平面アレイおよび結果として得られた熱パ
ターンを処理する電子装置を備えている。焦点平面アレ
イは典型的に数千の赤外線光子検出器を有している。全
ての検出器が入来する熱エネルギに対して同じ感度を有
するわけではない。その結果、焦点平面アレイからの補
正されない映像は均一な情景を観察している場合でも画
素強度の差として明白な固定パターン雑音を有する。

【０００４】焦点平面アレイ中の不均一性を補正するた
めの種々のシステムおよび方法が存在し、それにはソー
スベースおよび情景ベースの補正システムが含まれてい
る。ソースベースの補正システムは検出器信号に対して
静的補正係数を供給する。その補正係数は、焦点平面ア
レイが異なった入射線束にさらされる較正過程中におい
て決定される。しかしながら、検出器特性の非直線性に
よって、固定パターン雑音は焦点平面アレイが較正過程
中に使用されたレベルと異なった入射線束レベルにさら
されたときに生じる。付加的な固定パターン雑音は、検
出器エージングの結果として生じ、焦点平面アレイの動
作環境中で変化する。

【０００５】このような固定パターン雑音を減少させる
ために、適応情景ベースの非均一性補正システムが開発
されている。これらのシステムは条件を変化することに
よって必要とされるときに補正係数を連続的に更新す
る。このような情景ベースのシステムは補正係数を決定
するために映像を形成している情景からの情報を使用す
る。情景ベースの較正により決定された１次係数はしば
しば２次の情景ベースの係数に付加して供給される。

【０００６】情景ベースのシステムは典型的に、映像が
形成される情景の詳細部分と固定パターン雑音とを区別
するために視線の運動を必要とする。固定パターン雑音
は情景が移動するとき、同じ位置にとどまるから、雑音
は移動する情景の細部と区別される。視線の運動が存在
しないときには、情景ベースのシステムは固定パターン
雑音と情景の細部とを混同し、映像の劣化を生じる。こ
れは、高速ミサイルや航空機のような常に情景が異動し
ている用途に適用するには限界がある。

【０００７】初期の情景ベースの非均一性補正処理にお
けるこれらの固有の制限を克服するために、十分な情景
運動が確保される方法が開発された。その方法では、複
雑な電子回路および制御回路を使用して、焦点平面アレ
イに対する情景映像を移動させることにより、または収
束光学系を振動させることにより情景の運動を生成す
る。付加的な回路が誘起された情景の運動に対して映像
を補正するために必要とされる。そのような補正は困難
であり、ある情景の細部が情景自身に対して運動してい
るとき映像の変化を生じる。そのようなシステムは高価
であり、また余分の運動部品により信頼性に問題が生じ
てくる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、コストが
合理的で信頼性があり、情景が静止しているときにも情
景の細部の劣化の生じない情景ベースの非均一性補正シ
ステムが必要とされている。さらに、条件を変更するこ
とによって必要とされるとき焦点平面アレイの非均一性
に対して連続的に補正するシステムが必要とされる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記のような問題は本発
明の情景ベースの非均一性補正プロセッサによって解決
される。本発明は、エネルギ検出器のアレイによって情
景から受信された情報を補正するための非均一性補正プ
ロセッサにおいて、現在の非均一性補正項を発生し、そ
の補正項を情景ベースのから受信された情報に適用する
非均一性補正機構と、情景が運動するときを決定し、そ
れに応じて運動信号を供給する運動検出機構と、運動信
号に応答して非均一性補正機構を選択的に動作可能にす
るトリガー機構とを具備していることを特徴とする。

【００１０】例示的な実施形態では、本発明のプロセッ
サは、２次元のスターリング（凝視型）焦点平面アレイ
を使用するように構成され、現在の情景ベースの均一性
補正項を発生するための情景ベースの非均一性補正回路
を含み、焦点平面アレイの検出器を介して情景から受信
された情報にその項を適用する。トリガー回路は選択的
に情景ベースの均一性補正回路をエネーブルにして運動
検出器からの運動信号に応答して現在の情景ベースの非
均一性補正項を更新する。非均一性補正更新プロセスを
トリガーするために本来の情景の運動を利用することに
よって、従来の非均一性補正システムの制限を避けるこ
とができる。

【００１１】特定の実施形態において、情景ベースの非
均一性補正回路はさらに情景情報に応じて中間情景ベー
スの非均一性補正項を発生するためのフィルタ回路を含
んでいる。中間情景ベースの非均一性補正項は情景の状
態の変化を考慮に入れたダイナミックな２次項である。

【００１２】この例示的な実施形態において、情景ベー
スの非均一性補正回路はさらに、現在の補正項を提供し
記憶するための更新回路を含んでいる。現在の補正項は
中間情景ベースの非均一性補正項と更新回路のメモリ中
に記憶されている予め存在している補正項との組合わせ
から得ることができる。

【００１３】運動検出器は、外部運動入力信号および情
景運動検出回路を含んでいる。運動検出回路の出力は第
２の入力として外部運動入力信号を有するオアゲートの
１入力に接続されている。このオアゲートの出力は運動
信号に対応し、トリガー回路への入力である。情景運動
検出回路は画素をテストし、予め定められたしきい値以
上の予め定められた画素値と異なっている画素の数をカ
ウントする回路を含んでいる。予め定められた画素値は
予め定められた数の映像フレームにおけるテスト下の所
定の画素の平均画素値である。

【００１４】トリガー回路は、入力として運動信号およ
び中間情景ベース補正項を有する通過ゲートを含んでい
る。トリガー回路の出力は、更新回路に接続され、この
更新回路は通過ゲートの出力が運動信号により付勢され
たとき中間情景ベース補正項および既存の補正項から現
在の補正項を計算する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は特定の応用に対する例示
的な実施形態を参照にして以下説明するが、本発明はそ
れに限定されるものではないことを理解すべきである。
当業者はこの明細書の記載に基づいて本発明の技術的範
囲内において付加的な変形、応用、および実施形態を認
識し、また本発明が有効な付加的の技術分野を認識する
であろう。

【００１６】図１は、情景ベースの非均一性補正プロセ
ッサを有する本発明により構成された映像システムの概
略ブロック図である。映像システム10は、入来する電磁
エネルギ信号16を検出してその信号16を第１の電子ビデ
オデータ流18に変換する光子検出器の焦点平面アレイ14
を具備している。第１のビデオデータ流18からのビデオ
データは前段信号プロセッサ20によって処理される。こ
の信号プロセッサ20は焦点平面アレイ14中の全ての検出
器（図示せず）に対して同一であるビデオデータに対す
るグローバルなオフセットおよび、または応答値を供給
する。処理されたビデオデータ流22は信号プロセッサ20
から出力されて非均一性補正プロセッサ24に供給され
る。

【００１７】非均一性補正プロセッサ24は処理されたビ
デオデータ流22中に含まれた情報に対して補正処理を行
う。非均一性補正プロセッサ24により行われた補正処理
は焦点平面アレイ14の個々の検出器に固有の異なった応
答特性を考慮に入れている。特有のオフセットおよび応
答補正項は検出器の特性を等化するために各画素（図示
せず）に適用されることができる。

【００１８】非均一性補正プロセッサ24から出力された
補正されたビデオデータ流26は、情景ベースの非均一性
補正プロセッサ（ＳＢＮＵＣ）30および後段信号プロセ
ッサ28に入力として与えられる。後段信号プロセッサ28
は補正されたビデオデータ流26中に含まれているビデオ
データの表示の前に最終的な信号処理を行う。説明のた
めに後段信号プロセッサ28からの出力29はビデオディス
プレイ31に入力され、このビデオディスプレイ31によっ
て電磁エネルギ16を表すビデオデータが表示される。

【００１９】非均一性補正プロセッサ24はメモリ回路34
中に記憶されている予め定められた静的補正項36を利用
する。この静的補正項36は１次の非均一性を除去し、焦
点平面アレイ14が均一な電磁放射束の電磁放射エネルギ
にさらされたとき検出器応答特性を等化する技術的に知
られている較正過程において決定される。

【００２０】情景ベースの非均一性補正プロセッサ30は
補正されたビデオデータ流26を受取り、非均一性補正プ
ロセッサ24に現在の情景ベース非均一性補正項32を与え
る。現在の情景ベース非均一性補正項32は電磁エネルギ
16に対応する情景（図示されていない）が運動するとき
のみ更新される。情景運動検出器（図示されていない）
および外部運動制御信号（図示されていない）が使用さ
れて、情景が運動するとき情景ベース非均一性補正プロ
セッサ30のダイナミック動作を付勢する。これは、通常
の情景ベース非均一性補正回路によって生じるような情
景が運動しないときに情景の特徴部分または細部をプロ
セッサ30が劣化することを防止する。これはまた、戦術
的ビークルの映像システムのような静止情景を含む応用
に対するシステム10の適応性を増加させる。

【００２１】現在の情景ベース非均一性補正項32は、補
正されたビデオデータ流26によって通信される変化する
情景の環境に応答して情景ベースの非均一性補正プロセ
ッサ30によりほぼ実時間で更新される。現在の情景ベー
ス非均一性補正項32はメモリ回路34中に記憶されている
パラメータ静的補正項36を補強する。補正プロセッサ24
は、処理されたビデオデータ流22に静的および動的の両
情景ベース補正項を供給して補正されたビデオデータ流
26を生成し、それはさらに補正等を行うために情景ベー
ス非均一性補正プロセッサ30に戻すように入力される。
このようにして焦点平面アレイ14の個々の検出器の応答
特性の差による固定パターン雑音は最小にされる。別の
実施形態では静的補正項は使用されない。その代りに、
１次およびそれより高次の補正項がすべて実時間で決定
され、非均一性補正プロセッサ24, 30の１つにおいて処
理されたビデオデータ流22に適用される。

【００２２】焦点平面アレイ14、前段信号プロセッサ2
0、非均一性補正プロセッサ24、後段信号プロセッサ2
8、ビデオディスプレイ31、およびメモリ34は通常の装
置およびモジュールである。情景ベースの非均一性補正
プロセッサ30は図２に示されるようにユニークな構成を
有する。

【００２３】図２は、情景運動検出器を有する図１の情
景ベースの非均一性補正プロセッサ30の概略ブロック図
である。情景ベースの非均一性補正プロセッサ30は情景
ベースの非均一性補正（ＳＢＮＵＣ）フィルタ38および
情景運動検出器40を有し、情景運動検出器40は補正され
たビデオデータ流26を受ける。フィルタ38は通常の情景
ベースの非均一性補正フィルタであり、アンドゲート44
の１入力に中間情景ベースの補正項42を与える。中間情
景ベース補正項42は情景状態の変化を考慮に入れる。当
業者はアンドゲート44が本発明の技術的範囲から逸脱す
ることなく通過ゲートによって置換されてもよいことを
認識するであろう。

【００２４】情景運動検出器40はビデオデータ流26によ
って情景（図示せず）についての情報を受信し、情景が
前に発生された情景ベース補正項56を更新することが可
能であるような十分な運動を有しているか否かを決定す
る。この特定の実施形態において、検出器40の出力であ
る情景運動信号46はオアゲート48に入力される。オアゲ
ート48はまた外部運動信号発生器51からの入力として外
部運動信号52を受ける。外部運動信号発生器51はミサイ
ルシステム中の目標照準システムサーボ回路に対応する
ものでもよい。

【００２５】当業者は外部運動信号52およびオアゲート
48が本発明に対して必須なものではなく、情景運動検出
器だけで十分であることを認識するであろう。情景運動
検出器回路および外部運動信号52の両者についての説明
は、満足すべき運動トリガー信号の２つの可能な独立し
た信号源として例示したものである。特定の適用に応じ
ていずれか一方のみでも可能である。

【００２６】外部入力信号52は焦点平面アレイ14（図１
参照）の運動を制御する任意の付勢装置（図示せず）か
ら運動情報を与えられることができる。オアゲート48に
対して十分な情景運動が存在する入力信号46, 52の一方
または双方が与えられれば、オアゲート48は運動制御信
号50をアンドゲート44の入力に供給して、十分な情景運
動が存在して前に発生された情景ベース補正項を中間情
景ベース補正項が更新することを可能にする。

【００２７】この特定された実施形態において、オアゲ
ート48の出力における高電圧状態は運動存在運動制御信
号50に対応する。運動制御信号50が高レベルであると
き、すなわち、十分な情景運動が存在するとき、アンド
ゲート44の出力53はアンドゲート44に対する中間情景ベ
ース補正項更新信号42に対応する。出力53はゲートされ
た情景ベース補正項更新信号を表している。

【００２８】ゲートされた情景ベース補正項更新信号53
は通常の加算器54へ入力され、それはまた入力として前
に発生された情景ベースの補正項56を有する。前に発生
された情景ベースの補正項56は通常メモリ装置58中に記
憶されている。加算器54からの出力は現在の情景ベース
補正項32を表し、それはゲートされた情景ベース補正項
更新信号53と前に発生された情景ベース補正項56との組
合わせである。現在の情景ベース補正項32は別の反復動
作のために必要となるまで記憶するためにメモリ装置58
に入力される。

【００２９】図３は、図２に示された代表的な情景運動
検出器40の回路の概略図である。情景運動検出器40はフ
レーム積分装置60および入力として現在のビデオデータ
流26を受ける通常の減算器62を備えている。フレーム積
分装置60は、現在のビデオデータ流26によって与えられ
た情報から現在および以前のビデオフレームの走行フレ
ーム平均64を計算する。走行フレーム平均64はビデオフ
レーム中の各画素に対する平均ビデオレベルに属する情
報を含み、それもまた減算器62に入力される。減算器62
はビデオデータ流26によって入力されるとき走行フレー
ム平均64と現在のビデオフレームのビデオレベル間の差
66を計算する。この差66は平均ビデオレベルと現在のビ
デオフレームの各画素に対する現在のビデオレベルとの
差に属する情報を含んでいる。この差66は通常の絶対値
計算回路68に入力され、それはビデオ差比較器72に対し
て差66の絶対値であるビデオ差信号70を与える。絶対値
計算回路68は現在のビデオフレームの各画素に対して平
均ビデオレベルと現在のビデオレベルトの差の大きさを
計算する。

【００３０】ビデオ差比較器72はビデオ差しきい値発生
器73からの予め定められたプログラム可能なビデオしき
い値74に対応する付加的な入力を有する。適切なビデオ
しきい値は実験により決定され、ビデオ差しきい値発生
器73を設定するために使用され、或いは発生器73を動作
させる特別なアルゴリズムによって決定される。しきい
値は、映像システムの時間的雑音特性および周囲環境が
静止画素を誤解させないように設定される。ビデオ差比
較器72はプログラム可能なビデオしきい値74に対する各
画素に対してビデオ差70を比較する。ビデオ差70がビデ
オしきい値74を越えた場合には、カウンタ76が比較器出
力78によりエネーブルにされる。ビデオ差70がビデオし
きい値74以下である場合には、カウンタ76はエネーブル
にされない。比較器の出力78のカウンタエネーブル信号
は、特定の画素のビデオ差70をしきい値を越えさせるの
に十分な情景の運動が生じることを示す。しかしなが
ら、この情景の運動は図２の情景運動検出器40の付勢を
要求するのに十分ではない。

【００３１】カウンタ76は、画素クロック装置81からの
通常の画素クロック信号80と、付加的な入力であるビデ
オフレームカウンタ83からのビデオフレーム信号82の開
始信号とを有する。ビデオフレームカウンタ83は、１つ
のビデオフレームが開始するときと、別のビデオフレー
ムが終了するときを決定するためにデータ流26を処理す
る。

【００３２】ビデオフレームの開始が生じたとき、信号
82はカウンタ76に記憶された活動中の画素カウントをリ
セットする。ビデオフレームの期間中、画素クロック81
は、カウンタ76をエネーブルにするビデオ差70を有する
各画素に対してカウンタ76に記憶された活動中の画素カ
ウントをインクレメントすることをトリガーする。活動
中の画素カウントに対応するカウンタ76の出力84は、画
素カウント比較器86に入力を供給する。所定のフレーム
における全ての画素がカウンタ76によってカウントされ
る訳ではないことが当業者によって理解される。

【００３３】画素カウント比較器86は、画素カウントし
きい値発生器87からの予め定められたプログラム可能な
画素カウントしきい値に対応する付加的な入力88を有す
る。適切な画素カウントしきい値は実験によって決定さ
れ、発生器87を設定するために使用されるか、あるい
は、発生器87上で駆動する特別なアルゴリズムの使用を
通して使用される。しきい値88はアプリケーション毎に
異なっていてもよい。活動中の画素カウント84は、比較
器86によってプログラム可能な画素カウントしきい値88
と比較される。画素カウント84がしきい値88を超過した
場合、現在のビデオフレームは、先に発生された情景ベ
ース補正項56を更新するために図２の中間情景ベース補
正項42をエネーブルにするために十分な運動を有してい
る。この場合において、「活動中」の信号は、比較器の
出力90を介して状態レジスタ92の入力に移動される。こ
の特別な実施形態において、状態レジスタは通常の設計
のＤ型フリップ・フロップである。

【００３４】本発明の技術的範囲から逸脱せずに異なる
回路およびコード化方式が運動検出回路40に対して使用
されることが当業者によって理解されるであろう。

【００３５】本発明の特定の実施形態において、出力90
における高電圧状態は「活動中」の信号に対応し、出力
90における低電圧状態は活動中でない信号に対応する。

【００３６】状態レジスタ92は、ビデオフレームカウン
タ83からのビデオフレーム信号94の終端部を付加的な入
力として含む。ビデオフレームの終端部が検出されたと
き、ビデオフレーム信号94の終端部は出力90における値
を状態レジスタ92にクロックし、情景運動信号46を供給
する。従って、それぞれの現在のビデオフレームは、ビ
デオフレームが情景ベースの非均一性補正の更新をエネ
ーブルにするために十分に運動しているかどうかに依存
してそれ自体の状態値を有している。この値は情景運動
信号46に対応する。

【００３７】運動検出回路40において使用されたモジュ
ールおよび素子は通常の設計のモシュールおよび素子で
あるが、本発明のモジュールおよび素子が本発明の技術
的範囲から逸脱せずに通常のモジュールの代りに使用さ
れることは当業者によって理解される。同様に、図１の
概略図に示された素子によって行われる機能は、別の素
子に再度割当てられてもよい。例えば、現在の情景ベー
ス補正項をライン32上で非均一性補正プロセッサ24にフ
ィードバックするよりも、むしろＳＢＮＵＣプロセッサ
30が補正を行い、データをビデオ信号プロセッサ28に直
接供給することもできる。

【００３８】以上、本発明は特定のアプリケーションの
ための特定の実施形態に関連して説明されてきた。付加
的に変更されたアプリケーションおよび実施形態が本発
明の技術的範囲内にあることは、技術に精通し、本発明
の内容を利用する当業者によって認識される。

【００３９】それ故、特許請求の範囲の請求項は本発明
の技術的範囲内の任意の全てのそのようなアプリケーシ
ョン、変更および実施形態をカバーすることが意図され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により構成され、情景ベースの非均一性
補正プロセッサを有する映像システムの概略ブロック
図。

【図２】情景運動検出器を有する図１の情景ベースの非
均一性補正プロセッサの概略ブロック図。

【図３】図２の情景運動検出器の概略ブロック図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・エフ・キング アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90293、プラヤ・デル・レイ、マニトバ・ ストリート 8180、ナンバー 154

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エネルギ検出器のアレイによって情景か
   ら受信された情報を補正するための非均一性補正プロセ
   ッサにおいて、 現在の非均一性補正項を発生し、その補正項を情景から
   受信された情報に適用する非均一性補正機構と、 情景が運動するときを決定し、それに応じて運動信号を
   供給する運動検出機構と、 運動信号に応答して非均一性補正機構を選択的に動作可
   能にするトリガー機構とを具備していることを特徴とす
   る非均一性補正プロセッサ。