TW202146862A - 紅外線攝影裝置 - Google Patents

Abstract

紅外線攝影裝置，包括：紅外線透鏡(1)，聚光拍攝對象放射的紅外線；紅外線攝影元件(2)，具有將紅外線透鏡(1)聚光的紅外線轉換成電信號的畫素配置成二維陣列狀之畫面；信號處理部(3)，轉換來自紅外線攝影元件(2)的電信號成數位信號；光學特性補正部(4)，利用信號處理部(3)的輸出使用理想的光學系統時的輸出值之理想輸出值與紅外線透鏡(1)的分散度的乘法總和之性質，輸出理想輸出值；基準溫度檢測部(7)，檢測基準溫度；以及溫度測量部(6)，根據光學特性補正部(4)的輸出與基準溫度檢測部(7)的輸出，進行拍攝對象的絕對溫度換算。

Description

紅外線攝影裝置

本揭示，係有關於紅外線攝影裝置。

一般的熱型紅外線固體攝影元件，將具有斷熱構造的畫素二維狀排列，利用畫素溫度根據入射的紅外線變化，拍攝紅外線像。非冷卻型的熱型紅外線固體攝影元件的情況下，構成畫素的溫度感測器中，熟知除了多晶矽、非晶矽、碳化矽、氧化釩等的輻射熱計之外，還使用二極體或電晶體等半導體元件。尤其，二極體等半導體元件以固體等構成，因為電氣特性及溫度依存性的偏差非常小，在統一各畫素的特性方面是有利的。

熱型紅外線攝影元件，對於上述溫度感測器，透過注入電流或施加電壓，產生電信號。透過紅外線入射，溫度感測器的溫度微小變動，且上述電信號微小變動。放大此電信號的變動，經由轉換為數位信號，輸出至外部。

一般，紅外線攝影元件，由以下構成：上述紅外線攝影元件；安裝基板部，保持紅外線攝影元件；光學系統構件，用以聚光、成像紅外線的透鏡等；以及鏡筒部，用以保持光學系統構件。還有，常在安裝基板部上同時安裝用以進行影像處理、補正處理等的ASIC(特殊應用積體電路)基板、IC(積體電路)等構成的元件類。

用以聚光成像紅外線的光學構件，一般以鍺(Ge)、硫屬玻璃或矽(Si)等形成。硫屬玻璃，利用燒結可形成透鏡的反面，材料非常高價。還有，因為Ge、Si不可能燒結形成，必須以削薄或蝕刻加工等形成。任一材質與可見光中一般使用的玻璃透鏡或樹脂透鏡相比，在成本面或加工精度方面都較差。

因此，特別是廉價的紅外線攝影裝置中，一般使用的透鏡採用Si材的球面，但在此情況下，紅外線的成像性方面，經常不是理想的狀態。尤其，要同時達成廣視角及高感度時，成像性惡化有變顯著的傾向。又，光學中心部與外周部的光量差，即，陰影成分的感度偏差也同時變得顯著。

還有，溫度感測器中，合計檢測從拍攝對象通過光學系統入射的紅外線引起的溫度感測器溫度變化即實感度成分、溫度感測器內注入電流或施加電壓引起的溫度感測器本身自我發熱溫度變化以及上述元件類產生的紅外線攝影裝置全體中的自我發熱引起的溫度變化。因此，從紅外線的溫度感測器輸出的溫度資訊，不只是上述實感度成分。

為了解決上述問題，例如，專利文獻1中所揭示，預先準備每畫素的感度補正表後，再報告進行補正的機構。

還有，如專利文獻2中所揭示，也報告根據數位處理使用預先設定的補正表進行補正處理的機構，在那之際，一般也是根據例如用以取得紅外線攝影裝置的溫度資訊之第2溫度感測器以及預先取得每紅外線攝影裝置中記憶的輸出位準的事前資訊，依序進行差異處理。 [先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本專利公開第2012－213130號公報 [專利文獻2] 日本專利第5755780號公報

[發明所欲解決的課題]

但是，習知的紅外線攝影裝置，使用光學特性不理想的光學透鏡的情況下，關於透鏡成像惡化引起的影像模糊，具有不能補正的不良。

根據本揭示的紅外線攝影裝置係為了解決相關課題而形成，目的在於即使使用光學特性不理想的光學透鏡的情況下，也提供適當補正透鏡成像性惡化引起的影像模糊之紅外線攝影裝置。 [用以解決課題的手段]

根據本揭示的紅外線攝影裝置，包括：紅外線透鏡，聚光拍攝對象放射的紅外線；紅外線攝影元件，具有將上述紅外線透鏡聚光的紅外線轉換成電信號的畫素配置成二維陣列狀之畫面；信號處理部，轉換來自上述紅外線攝影元件的上述電信號成數位信號；光學特性補正部，利用上述信號處理部的輸出使用理想的光學系統時的輸出值之理想輸出值與上述紅外線透鏡的分散度的乘法總和之性質，輸出上述理想輸出值；基準溫度檢測部，檢測基準溫度；以及溫度測量部，根據上述光學特性補正部的輸出與上述基準溫度檢測部的輸出，進行上述拍攝對象的絕對溫度換算。 [發明效果]

根據本揭示的紅外線攝影裝置，即使使用光學特性不理想的紅外線光學透鏡的情況下，基於關於紅外線透鏡預先設定的非成像性資訊，透過信號處理，謀求提高絕對溫度測量精度的同時，也可以取得改善成像性的影像。

實施形態1 圖1係根據實施形態1的紅外線攝影裝置的機能方塊圖。 受光的紅外線具有：紅外線攝影元件2，具有將受光的紅外線轉換成電信號的畫素配置成二維陣列狀之畫素區域12；紅外線透鏡1，配置在紅外線攝影元件2與拍攝對象之間，為了聚光拍攝對象放射的紅外線並成像而配置；信號處理部3，輸入來自紅外線攝影元件2的電信號，進行信號放大及成為數位信號的轉換；光學特性補正部4，根據信號處理部3的輸出與光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像資訊，進行補正處理；接受光學特性補正部4補正的信號成分即光學特性補正部4的輸出以及取得基準溫度資訊的基準溫度檢測部7的信號成分即基準溫度檢測部7的輸出，成為在溫度測量部6中實行拍攝對象溫度資訊的運算之構成。

圖2中顯示紅外線攝影元件2的構成。接受入射的紅外線轉換成電信號的畫素部100理想是排列成二維陣列狀，配置控制畫素部100的通電定時之驅動線選擇電路102以及進行畫素部100輸出的信號成分放大及讀出之讀出電路101。排列成二維陣列狀的畫素部100的電信號，從讀出電路101經由信號輸出端103，依序輸出。

圖3中顯示畫素部100的構成。圖3在上側的圖是畫素部100的上面圖，圖3在下側的圖是上面圖中A－A線的剖面圖。 以對於連接至驅動線選擇電路102的驅動線配線200電氣及熱連接的中空支撐腳配線201保持的形式，配置溫度檢測部202在中空斷熱構造205中。在此，對基板204的一部分進行蝕刻等構成中空斷熱構造205也可以，透過蝕刻以有機層等構成要素構成的犧牲層形成中空斷熱構造205也可以。

溫度檢測部202中，為了檢測拍攝對象射出的紅外線成分，設置以二極體或輻射熱計等構成的熱電轉換機構206。溫度檢測部202產生的電信號，經由另一中空支撐腳配線201，再經由信號線配線203傳達至讀出電路101。又，圖3在上側圖中的符號102a顯示從驅動線選擇電路102流入的電流方向，符號101b顯示往讀出電路101流去的電流方向。

在此，從溫度檢測部202輸出的電信號，作為其成分，包含基板溫度、通電引起的自我發熱成分以及透鏡等光學系統構件、保持光學系統構件的鏡筒等發出的紅外線成分。即，由於環境溫度等的變動，溫度檢測部202的電信號位準會變動。為了改善此電信號位準的變動，一般實施使模組溫度及筐體溫度穩定。

以下說明，根據實施形態1的紅外線攝影裝置20中，關於紅外線透鏡1根據預先設定的非成像資訊，設置光學特性補正部4，進行光學特性補正的必要性。

一般使用的兩凸形狀的Si透鏡中，以入射光線角為10度計算成像性時，如圖4所示，明白入射的平行光線不集中在一點而分散。這是透鏡成像性惡化的理由。即使拍攝點光源，也會以成像點為中心分散為正規分布入射。

圖5中，顯示入射光線角比圖4更大，入射光線角為55度時光線的計算結果。根據對光學透鏡的入射光線角入射的光線光量不同可以更理解圖4與圖5的對比。這導致光學中心部與外周部的光量差，即陰影成分產生的感度偏差。同時，明白到成像點為止的焦點距離在圖4和圖5中不同。

相較於光線的入射角淺的情況，光線的入射角深的情況，實效光學焦點距離變短。這是所謂的像面彎曲的現象，導致得到的影像中心部與外周部中影像模糊程度產生差異。

為了改善上述兩凸形狀的Si透鏡不良，一般對光學系統的改良轉變到這種程度。例如，配置圖6所示的光圈在光學透鏡前面，藉由除去不要的光，表面看來可能改善成像性。但是，如同比較圖4與圖6所明白的，因為入射的絕對光量由於光圈而減少，作為感度會減少。

還有，如圖7所示，一般也是將光學透鏡非球面化。圖7中，模擬只是對物面的非球面化的計算結果，但明白相較於圖4的計算結果改善。還有，明白入射光量也提高。

如上述，明白光學透鏡的非球面化對於影像感測器的特性帶來非常大的優點。可見光影像區域中，作為光學透鏡材，因為使用樹脂材或玻璃材，對應非球面化沒有大的成本影響。

另一方面，一般作為透過8〜14μm(微米)代表的紅外線區域波長的材料，一般使用Ge、硫屬玻璃或Si等，但根據燒結加工的可非球面化的硫屬玻璃，具有材料本身高價的成本面缺點。

至於Ge或Si，不可能燒結加工，削出的非球面透鏡加工導致非常大的成本提高。

為了解決相關問題，雖然也報告透過對Si晶圓使用灰階蝕刻(gray scale etching)實施非球面透鏡加工的技術，但非球面透鏡化需要非常高度的表面加工技術，於加工精度觀點留下課題。

在此，圖8中模式顯示上述透鏡成像性惡化的攝影影像變化傾向。還有，圖9中模式顯示圖8的A－B之間的輸出亮度。

以具有理想光學特性之光學透鏡進行拍攝對象攝影時，如圖8左側的圖所示，可以得到根據拍攝對象的溫度資訊以及表面放射率之輸出亮度。還有，如圖9中的實線所示，關於拍攝對象－背景間模糊也不發生，可以得到良好的輸出。即，根據輸出亮度，透過運算很容易求出各部的溫度資訊。

另一方面，以球面Si透鏡代表的不具有理想光學特性之光學透鏡進行拍攝對象攝影時，如圖8右側的圖所示，拍攝對象的溫度資訊受背景溫度、拍攝對象攝影尺寸等影響。具體地，如圖9中的虛線所示，背景溫度越低，拍攝對象輸出亮度越低，且拍攝對象尺寸越小，拍攝對象輸出亮度越低。即，根據輸出亮度，不但很難透過運算正確算出各部的溫度資訊，而且會發生拍攝對象－背景間模糊引起的視認性惡化。

根據以上的研討，本揭示的紅外線攝影裝置中，即使使用光學特性不理想的紅外線透鏡1的情況下，為了也可以適當補正透鏡成像性惡化引起的影像模糊，以圖1所示的裝置構成作為基本構成。以下，詳述實施形態1的紅外線攝影裝置的動作原理。

根據預先設定有關紅外線透鏡1的非成像性資訊，關於進行補正處理的光學特性補正部4，以下說明。 假設使用理想的光學系統時，以二維陣列狀配置的畫素排列分別的輸出值為理想輸出值P(i, j)。其次，對畫素排列中的某點(x, y)入射點光源之際，往周邊畫素的分散度為分散度r_{(x, y)} (i, j)。點(x, y)中實際輸出的實測輸出值Q(x, y)，以理想輸出值P(i, j)及分散度r_{(x, y)} (i, j)表示時，可以以以下的(1)式表現。

[數1]

分散度r_{(x, y)} (i, j)係由光學透鏡等決定的分散度，即，光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像性資訊，根據測量出貨檢查等的紅外線透鏡1之實測值導出也可以，誤差是容許範圍的話，以透鏡設計算出的理想值也可以。還有，嚴格說來雖然對入射角分散度變化，但誤差是容許的話，對入射角設立代表值也可以。

又，分散度r_{(x, y)} (i, j)，限定影響範圍設定也可以。即，以點(x, y)為中心，只限定數畫素或十畫素左右的範圍分散是主要原因的情況下，關於其它畫素區域進行忽視的處理也可以。

畫素排列分別的實測輸出值Q(x, y)是實測值，因為預先算出或測量以光學透鏡等決定的分散度r_{(x, y)} (i, j)，根據使用(1)式的解析計算，可以算出理想輸出值P(i, j)。在此情況下，透過如上述對分散度r_{(x, y)} (i, j)的設定設法，也可以降低解析計算的負荷。

還有，為了減輕解析計算負荷，採用如下的線形運算手段也可以。對於點(x, y)中實際輸出的實測輸出值Q(x, y)，假設再乘以紅外線透鏡1的分散度r_{(x, y)} (i, j)時的輸出，定義為假定輸出值S(x, y)的話，假定輸出值S(x, y)就可以以以下的(2)式表示。

[數2]

在此情況下，理想輸出值P(x, y)與實測輸出值Q(x, y)的差異值和實測輸出值Q(x, y)與假定輸出值S(x, y)的差異值之比率，可以變形為以下的(3)式。

[數3]

在此，將(3)式的分母項，如以下的(4)式近似。

[數4]

另一方面，(3)式的分子項，如以下的(5)式所示。

[數5]

即，透過近似(5)式左側項為常數，如以下的(6)式所示，可以線形近似理想輸出值P(x, y)與實測輸出值Q(x, y)的差異值和實測輸出值Q(x, y)與假定輸出值S(x, y)的差異值之比率為比例常數α。

[數6]

如上述，根據實測輸出值Q(x, y)與分散度r_{(x, y)} (i, j)，要直接計算理想輸出值P(i, j)，需要包含矩陣計算的複雜計算，但根據實測輸出值Q(x, y)與分散度r_{(x, y)} (i, j)，關於假設再乘以紅外線透鏡1的分散度r_{(x, y)} (i, j)時的輸出即假定輸出值S(x, y)，利用單純計算可以算出。根據實測輸出值Q(x, y)與假定輸出值S(x, y)，透過利用線形計算導出理想輸出值P(i, j)，可以大大降低運算負荷。

關於根據線形近似的光學特性補正值的計算，再加以說明。 根據理想輸出值P(x, y)、實測輸出值Q(x, y)、假定輸出值S(x, y)的關係性，在圖10及圖11中顯示模擬計算光學特性補正效果的結果。

圖10，以理想輸出值P(x, y)為拍攝正方形型拍攝對象時的模擬影像，任意設定分散度r_{(x, y)} (i, j)為畫面的面內一定值的情況下，分別表示理想輸出值P(x, y)、實測輸出值Q(x, y)、假定輸出值S(x, y)以及根據實測輸出值Q(x, y)與假定輸出值S(x, y)導出的復原影像P’(x, y)，對應圖10中從左開始的第1、第2、第3、第4圖。

圖11，表示圖10中的理想輸出值P(x, y)、實測輸出值Q(x, y)、假定輸出值S(x, y)以及復原影像P’(x, y)分別在A－B間的輸出圖表，分別對應圖10中從左開始的第1、第2、第3、第4圖。

復原影像P’(x, y)中，關於輸出值在轉換點的補正，雖然發生誤差，但拍攝對象在中心部分的輸出值變小，得到溫度判定精度提高的效果。再加上，關於輸出值轉換點，即實測輸出值Q(x, y)模糊不清的輪廓部分，也得到一些邊緣強調的效果。

根據本揭示的線形近似的光學特性補正計算，即使鄰接高溫或低溫拍攝對象的情況下，也同樣可以得到溫度判定精度提高與邊緣強調效果。

圖12及圖13，分別與圖10及圖11的情況相同，表示模擬影像及復原影像以及A－B間的輸出圖表。

圖13的圖表，作為拍攝對象模型，如同圖12假設鄰接高溫或低溫拍攝對象的情況，表示進行補正計算之際的輸出。與圖10及圖11的情況相同，可以確認得到溫度判定精度提高以及邊緣強調效果。

實際上，將光學透鏡決定的分散度r_{(x, y)} (i, j)， (a)    從光學設計值導出 (b)   限定於21×21畫素 (c)    對入射角不變化 (d)   根據線形運算的輸出值補正 以上，以(a)〜(d)為條件，在圖14中顯示由實際攝影資料評估光學特性補正效果之結果。

圖14左側2圖所示的光學特性補正前的影像中，拍攝對象即圖中人物的亮度值，在拍攝對象小的情況下變化低的同時，人物與背景的邊界部分產生模糊。相對於此，圖14右側2圖所示的光學特性補正後影像中，輸出亮度值變化小，而且，也改善邊界部分的模糊。

圖15的圖表中顯示，使用相同補正方法之際對於拍攝對象尺寸的輸出溫度感度即拍攝對象溫度變化1℃時測量輸出亮度變化量的結果。圖15中，全塗黑的圓點表示來自光學特性補正前影像的輸出感度值、全塗黑的三角點表示來自光學特性補正後影像的輸出感度值。拍攝對象尺寸極端縮小的情況下，雖然輸出感度值下降，但明白除此以外的情況可以補正使輸出感度成為一定。

其次，關於溫度測量部6中的拍攝對象溫度資訊的運算加以補足說明。 如上述，溫度檢測部202的信號成分，包含拍攝對象放射的紅外線引起的溫度變化成分、基板溫度、通電產生的自我發熱成分及透鏡等光學系統構件、保持光學系統構件的鏡筒等發出的紅外線成分。即，為了進行拍攝對象的溫度檢測，必須進行拍攝對象溫度資訊的運算。

例如，如同圖16所示的紅外線攝影裝置的機能方塊圖，紅外線透鏡1的前面配置機械快門8，以基準溫度檢測部7測量機械快門8的溫度的同時，事前先記憶拍攝機械快門8之際的輸出值。此構成中，機械快門8的溫度成為基準溫度。又，機械快門8以外的快門機構當然也達到相同的效果。

首先，假設機械快門8的溫度為T₁ ，求出的輸出值為P₁ 。其次，除了機械快門8，測量拍攝對象之際的輸出。假設求出的輸出值為P₂ 。進行上述光學特性的補正後輸出溫度感度即拍攝對象變化1℃時的輸出亮度變化量為dP/dT時，拍攝對象溫度T₂ 可以以以下的(7)式表示。

[數7]

在此，輸出溫度感度dP/dT如同關於上述光學特性補正的說明所示，根據光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像性資訊，透過進行光學特性補正，拍攝對象尺寸極端縮小的情況下，雖然輸出感度值下降，但除此以外的情況可以補正使輸出感度值為一定。即，拍攝對象溫度T₂ 的測量精度會提高。

另一方面，如同圖1所示的紅外線攝影裝置，不構成機械快門8，拍攝與牆壁、地板等的室溫同等的拍攝對象，以基準溫度檢測部7觀測室溫也得到同等的效果。

在此，關於輸出溫度感度dP/dT加以說明。拍攝對象放射的紅外線，以各種波長帶構成，但積分全波長帶的放射光量總和，依照Planck放射法則，具有溫度的4次方特性。

再加上，以紅外線透鏡1為代表的光學系統透過率，具有波長特性。例如，Si透鏡的話，一方面關於8μm帶的波長透過率低，另一方面關於10μm〜12μm帶的波長卻透過率高。還有，根據紅外線攝影裝置20中溫度檢測部202吸收率的觀點也存在波長特性。即，實行入射光量波長特性、光學系統波長特性及感測器吸收率波長特性的乘積，而且實行全波長積分的結果成為可檢測的入射光量。

輸出溫度感度dP/dT，係與此可檢測的入射光量成正比的值，對於拍攝對象溫度將具有複雜的函數系統。當運算中使用輸出溫度感度dP/dT時，對於拍攝對象溫度具有換算表也可以，二次或三次函數的函數系統也可以。又，可以容許測量誤差的話，一次函數系統也可以。

利用這些補正電路構成及運算電路構成，即使以球面Si透鏡所代表的不具有理想光學特性的光學透鏡進行拍攝對象攝影的情況下，根據光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像性資訊，藉由進行光學特性補正，拍攝對象的溫度資訊不受背景溫度、拍攝對象攝影尺寸等的影響，也可以提高拍攝對象溫度的換算精度。同時，消除拍攝對象－背景間模糊引起的視認性惡化，可以得到強調輪廓的影像。

實施形態2 圖17，係根據實施形態2的紅外線攝影裝置的機能方塊圖。 除了根據實施形態1的紅外線攝影裝置的構成要素之外，再加上信號處理部3與光學特性補正部4之間配置溫度檢測對象導出部23。利用溫度檢測對象導出部23，限定紅外線攝影元件2在畫面內的溫度測量處，只在限定部分實施光學特性補正。藉此，光學特性補正需要的運算量可以顯著減少。同時，關於指定的溫度測量處，可以得到檢測對象溫度的換算精度提高的效果。

例如，溫度檢測對象導出部23導出的溫度測量處，只設定為畫面內輸出亮度的最大點也可以，根據影像解析，設定複數點也可以。或者，經常指定相同的點也可以。

利用實施形態2的紅外線攝影裝置，即使以球面Si透鏡代表的不具有理想光學特性之光學透鏡進行拍攝對象攝影時，根據光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像性資訊，透過進行光學特性補正，拍攝對象的溫度資訊不因背景溫度、拍攝對象攝影尺寸等受影響，也可以提高拍攝對象溫度的換算精度，達到實施形態1的效果的同時，得到可以大大減少運算負荷的新效果。

實施形態3 圖18係根據實施形態3的紅外線攝影裝置的機能方塊圖。 實施形態1的紅外線攝影裝置的構成要素之外，在溫度測量部6的後段，還設置位準穩定化代表點抽出部21以及接受位準穩定化代表點抽出部21輸出的亮度值調整部22。溫度測量部6測量的輸出中，推測移動拍攝對象的部分，即，輸出值未大變動的部分為室溫位準且實際溫度未大變化。

因一方面，溫度檢測部202的信號成分，包含基板溫度、通電引起的自我發熱成分以及透鏡等光學系統構件、保持光學系統構件的鏡筒等發出的紅外線成分。即，由於風、直射日光、其它外亂影響及環境溫度等的變動，因為信號位準會變動，輸出值有可能不穩定。

以位準穩定化代表點抽出部21判定輸出值未大變動的部分，並將判定為輸出值的位準未大變化的部分之座標資料輸出至溫度測量部6。溫度測量部6，藉由實施使指定的座標資料輸出為一定的畫面亮度補正或判定溫度補正，可以不受外亂影響影響而判定溫度及產生影像。

位準穩定化代表點抽出部21，例如經常溫度判定複數固定點，以其輸出值的時間偏差小的畫素作為指定畫素即代表點也可以，或者透過畫面全體實行影像解析提高精度也可以。例如，抽出輸出值變動未達預定臨界值的畫素作為指定畫素即代表點也可以。亮度值調整部22接受位準穩定化代表點抽出部21的輸出，調整指定畫素即代表點的亮度。

利用實施形態3的紅外線攝影裝置，即使以球面Si透鏡代表的不具有理想光學特性之光學透鏡進行拍攝對象攝影時，根據光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像性資訊，透過進行光學特性補正，因為拍攝對象的溫度資訊不受背景溫度、拍攝對象攝影尺寸等的影響，拍攝對象溫度的換算精度也提高。

還有，消除拍攝對象－背景間模糊引起的視認性惡化，可以得到強調輪廓的影像，達到實施形態1的效果的同時，得到可以判定外亂的影響降低之新效果。

實施形態4 圖19，係根據實施形態4的紅外線攝影裝置的機能方塊圖。 實施形態1的紅外線攝影裝置的構成要素之外，在信號處理部3與光學特性補正部4之間，還配置溫度影響運算部9，對溫度影響演算部9連接來自基準溫度檢測部7的基準溫度資訊以及輸出影響運算係數記憶部10。輸出影響運算係數記憶部10，記憶對於預先保有的基準溫度之輸出變位傾向。

溫度影響運算部9，透過組合來自基準溫度檢測部7的基準溫度資訊以及對於基準溫度的輸出變位傾向，實施輸出值的補正。藉此，以實施形態3的紅外線攝影裝置20說明的風、直射日光、其它外亂影響、環境溫度等的變動引起的信號位準，可以補正變動，並可以穩定輸出值。

利用實施形態4的紅外線攝影裝置，即使以球面Si透鏡代表的不具有理想光學特性之光學透鏡進行拍攝對象攝影時，根據光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像性資訊，透過進行光學特性補正，拍攝對象的溫度資訊不受背景溫度、拍攝對象攝影尺寸等的影響，拍攝對象溫度換算精度也提高。

還有，消除拍攝對象－背景間模糊引起的視認性惡化，可以得到強調輪廓的影像，達到實施形態1的效果的同時，與實施形態3相同，得到可以判定外亂的影響降低之新效果。又，快門補正的頻度降低，還可以廢除快門機構本身。

實施形態5 圖20，係根據實施形態5的紅外線攝影裝置的機能方塊圖。 以實施形態1的紅外線攝影裝置所示的構成要素中，基準溫度檢測部7中檢測的基準溫度，作為紅外線攝影元件2內配置的溫度感測器輸出也可以。如上述，溫度檢測部202的信號成分，包含基板溫度、通電引起的自我發熱成分以及透鏡等光學系統構件、保持光學系統構件的鏡筒等發出的紅外線成分。藉由正確測量紅外線攝影元件2的溫度，可以提高溫度判定精度。

利用實施形態5的紅外線攝影裝置，即使以球面Si透鏡代表的不具有理想光學特性之光學透鏡進行拍攝對象攝影時，根據光學構件非成像性資訊記憶部5中積累的紅外線透鏡1的非成像性資訊，透過進行光學特性補正，拍攝對象的溫度資訊不受背景溫度、拍攝對象攝影尺寸等的影響，拍攝對象溫度換算精度也提高。還有，消除拍攝對象－背景間模糊引起的視認性惡化，可以得到強調輪廓的影像，達到實施形態1的效果的同時，可以更提高溫度判定精度。

又，實施形態1〜5的紅外線攝影裝置構成，都是使用機能方塊圖說明。圖2顯示作為收納上述各機能方塊的硬體構成之一例。硬體300，以處理器301與記憶裝置302構成。雖未圖示記憶裝置，但具有隨機存取記憶體等揮發性記憶裝置以及快閃記憶體等非揮發性輔助記憶裝置。還有，代替快閃記憶體，具備硬碟的輔助記憶裝置也可以。處理器301，實行從記憶裝置302輸入的程式。在此情況下，從輔助記憶裝置經由揮發性記憶裝置對處理器301輸入程式。還有，處理器301，輸出運算結果等資料至記憶裝置302的揮發性記憶裝置也可以，經由揮發性記憶裝置保存資料在輔助記憶裝置內也可以。

本揭示，記載各種例示的實施形態及實施例，但1個或複數實施形態中記載的各種特徵、形態及機能不限於特定實施形態的應用，可以單獨或各種組合應用於實施形態。

因此，設想未例示的無數變形例在本申請說明書中揭示的技術範圍內。例如，包含變形至少1個構成要素的情況、追加的情況或省略的情況，還有抽出至少1個構成要素的情況、與其它實施形態的構成要素組合的情況。

1:紅外線透鏡 2:紅外線攝影元件 3:信號處理部 4:光學特性補正部 5:光學構件非成像性資訊記憶部 6:溫度測量部 7:基準溫度檢測部 8:機械快門 9:溫度影響運算部 10:輸出影響運算係數記憶部 12:畫素區域 20:紅外線攝影裝置 21:位準穩定化代表點抽出部 22:亮度值調整部 23:溫度檢測對象導出部 100:畫素部 101:讀出電路 101b:符號 102:驅動線選擇電路 102a:符號 200:驅動線配線 201:中空支撐腳配線 202:溫度檢測部 203:信號線配線 204:基板 205:中空斷熱構造 206:熱電轉換機構 300:硬體 301:處理器 302:記憶裝置

[圖1] 係根據實施形態1的紅外線攝影裝置的機能方塊圖； [圖2] 係顯示紅外線攝影元件的構成； [圖3] 係顯示畫素的構成； [圖4] 係顯示入射角10度時兩凸球面形狀的Si透鏡成像性計算結果； [圖5] 係顯示入射角55度時兩凸球面形狀的Si透鏡成像性計算結果； [圖6] 係顯示具有光圈的兩凸球面形狀的Si透鏡成像性計算結果； [圖7] 係顯示兩凸非球面形狀的Si透鏡成像性計算結果； [圖8] 係顯示透鏡成像性惡化引起的攝影影像變化傾向； [圖9] 係顯示透鏡成像性惡化引起的攝影影像亮度值傾向； [圖10] 係根據實施形態1的紅外線攝影裝置中光學特性補正產生的影像補正之影像圖； [圖11] 係顯示根據實施形態1的紅外線攝影裝置中光學特性補正產生的亮度值補正傾向； [圖12] 係根據實施形態1的紅外線攝影裝置中光學特性補正產生的影像補正之影像圖； [圖13] 係顯示根據實施形態1的紅外線攝影裝置中光學特性補正產生的亮度值補正傾向； [圖14] 係顯示根據實施形態1的紅外線攝影裝置中光學特性補正產生的影像補正實測結果； [圖15] 係顯示根據實施形態1的紅外線攝影裝置中光學特感度的拍攝對象尺寸依存性； [圖16] 係根據實施形態1的紅外線攝影裝置的機能方塊圖； [圖17] 係根據實施形態2的紅外線攝影裝置的機能方塊圖； [圖18] 係根據實施形態3的紅外線攝影裝置的機能方塊圖； [圖19] 係根據實施形態4的紅外線攝影裝置的機能方塊圖； [圖20] 係根據實施形態5的紅外線攝影裝置的機能方塊圖；以及 [圖21] 係顯示根據實施形態1〜5的紅外線攝影裝置的硬體之一例。

1:紅外線透鏡

2:紅外線攝影元件

3:信號處理部

4:光學特性補正部

5:光學構件非成像性資訊記憶部

6:溫度測量部

7:基準溫度檢測部

12:畫素區域

Claims (14)

1. 一種紅外線攝影裝置，包括： 紅外線透鏡，聚光拍攝對象放射的紅外線； 紅外線攝影元件，具有將上述紅外線透鏡聚光的紅外線轉換成電信號的畫素配置成二維陣列狀之畫面； 信號處理部，轉換來自上述紅外線攝影元件的上述電信號成數位信號； 光學特性補正部，利用上述信號處理部的輸出使用理想的光學系統時的輸出值之理想輸出值與上述紅外線透鏡的分散度的乘法總和之性質，輸出上述理想輸出值； 基準溫度檢測部，檢測基準溫度；以及 溫度測量部，根據上述光學特性補正部的輸出與上述基準溫度檢測部的輸出，進行上述拍攝對象的絕對溫度換算。
2. 一種紅外線攝影裝置，包括： 紅外線透鏡，聚光拍攝對象放射的紅外線； 紅外線攝影元件，具有將上述紅外線透鏡聚光的紅外線轉換成電信號的畫素配置成二維陣列狀之畫面； 信號處理部，轉換來自上述紅外線攝影元件的上述電信號成數位信號； 光學特性補正部，根據上述信號處理部的輸出以及上述信號處理部的輸出乘以上述紅外線透鏡的分散度的輸出，進行光學特性的補正； 基準溫度檢測部，檢測基準溫度；以及 溫度測量部，根據上述光學特性補正部的輸出與上述基準溫度檢測部的輸出，進行上述拍攝對象的絕對溫度換算。
3. 如請求項2所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 上述光學特性補正部，根據上述信號處理部的輸出以及上述信號處理部的輸出乘以上述紅外線透鏡的分散度的輸出之差異值，進行光學特性的補正。
4. 如請求項2所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 上述光學特性補正部，根據將上述信號處理部的輸出以及上述信號處理部的輸出乘以上述紅外線透鏡的分散度的輸出之差異值乘以比例常數的數值，進行光學特性的補正。
5. 如請求項4所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 上述二維陣列狀配置的畫面以i×j個畫素構成，假設使用理想的光學系統時的輸出值為理想輸出值P(x, y)，上述紅外線透鏡中的畫素排列中的點(x, y)入射點光源之際往周邊畫素的分散度為分散度r_{(x, y)} (i, j)，點(x, y)中實際輸出的實測輸出值為Q(x, y)，上述比例常數為α，假定輸出值S(x, y)為 [數8] 範本數1

   

   的情況下，根據以下的算式 [數9] 範本數2

   

   算出上述理想輸出值P(x, y)。
6. 如請求項1～5中任一項所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 上述紅外線透鏡的前面配置快門機構，以上述基準溫度檢測部測量快門機構的溫度，應用至上述溫度測量部中的運算。
7. 如請求項1～5中任一項之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 更包括： 溫度檢測對象導出部，從上述紅外線攝影元件的畫面內限定溫度測量處； 其中，上述光學特性補正部，以上述溫度檢測對象導出部限定的代表點為運算的對象。
8. 如請求項1～5中任一項之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 更包括： 位準穩定化代表點抽出部，抽出輸出值變動未達臨界值的畫素；以及 亮度值調整部，根據上述位準穩定化代表點抽出部的輸出，調整畫面的亮度值； 其中，上述光學特性補正部，包含上述位準穩定化代表點抽出部及上述亮度值調整部的輸出，對上述信號處理部的輸出進行輸出值的補正。
9. 如請求項1～5中任一項之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 更包括： 輸出影響運算係數記憶部，記憶對於上述基準溫度之輸出變位傾向；以及 溫度影響運算部，根據上述輸出變位傾向，運算上述基準溫度檢測部的輸出補正。
10. 如請求項1～5中任一項之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 上述基準溫度，係以上述基準溫度檢測部測量的上述紅外線攝影元件的溫度。
11. 如請求項6所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 更包括： 溫度檢測對象導出部，從上述紅外線攝影元件的畫面內限定溫度測量處； 其中，上述光學特性補正部，以上述溫度檢測對象導出部限定的代表點為運算對象。
12. 如請求項6所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 更包括： 位準穩定化代表點抽出部，抽出輸出值變動未達臨界值的畫素；以及 亮度值調整部，根據上述位準穩定化代表點抽出部的輸出，調整畫面的亮度值； 其中，上述光學特性補正部，包含上述位準穩定化代表點抽出部及上述亮度值調整部的輸出，對上述信號處理部的輸出進行輸出值的補正。
13. 如請求項6所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 更包括： 輸出影響運算係數記憶部，記憶對於上述基準溫度的輸出變位傾向；以及 溫度影響運算部，根據上述輸出變位傾向，運算上述基準溫度檢測部的輸出補正。
14. 如請求項6所述之紅外線攝影裝置，其特徵在於： 上述基準溫度，係以上述基準溫度檢測部測量的上述紅外線攝影元件的溫度。

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