制御可能な感度を持つ赤外線センサ
赤外線センサはセンサアレイと感度調整器を含む。センサアレイは外部場面からＩＲエネルギを捕集し、感度調整器は生じたＩＲ画像が必要な感度レベルで利用可能であるように光捕集及び／又は読出のための画素グループ化を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は赤外線（ＩＲ）センサに関し、さらに詳しくは、制御可能な感度を持つＩＲセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線（ＩＲ）センサは物体から放出されるＩＲ放射を検出するものであり、多くの工業、セキュリティ、および医療用途で、昼間視および暗視の非接触温度測定に使用される。これらの用途には、航空機撮像システム、ヒトの体温センサ、監視システム、火災報知器、および暗視装置が含まれる。
【０００３】
ＩＲセンサは一般的に、場面内の様々な物体の熱放射輝度の差を検出することによって動作する。差は電気信号に変換され、それは次いで処理され、かつ解析または表示される。前方視ＩＲ（ＦＬＩＲ）装置のような撮像カメラまたは放射計は、ＩＲセンサのアレイを利用して二次元熱画像を提供する。
【０００４】
熱検出および光子検出という二つの独特なセンサ技術がある。熱検出器は、伝導率、キャパシタンス、膨張、および検出器温度の間の関係のような二次効果を使用して、ＩＲ放射を検出する。熱検出器はボロメータ、熱電対、サーモパイル、および焦電検出器を含む。光子検出器は光子を直接光電子に変換する。蓄積された電荷、電流、または伝導率の変化は、観察される場面内の物体の放射輝度に比例する。光子検出器は一般的に、より大きい検出能力およびより小さい応答時間を持ち、匹敵する熱検出器より高い性能を有するが、一般的に極低温まで冷却する必要がある。
【０００５】
極低温冷却検出器に基づくシステムは幾つかの利点を有する。検出素子は通常、匹敵するマイクロボロメータ検出素子よりサイズが小さい。より短い焦点距離のレンズを使用して、同一の所要空間解像度を得ることができる。冷却検出器に基づくＦＬＩＲカメラは、高いｆナンバ装置を使用することができるので、長い焦点距離の光学系でも、一般的に非常に優れた感度および適度な物理的寸法を有する。
【０００６】
過去３０年間に開発されたＩＲ検出器技術に基づいて、特殊な四世代のＦＬＩＲカメラが設計されてきた。様々な世代は、各グループに含まれる素子の数によって分類される。第一世代のＦＬＩＲカメラは少数の検出器および機械的スキャナを使用して、二次元画像を生成した。今日の第四世代のＦＬＩＲカメラは、走査機構を必要としないＩＲセンサの二次元焦点面アレイ（ＦＰＡ）を含む。
【０００７】
センサアレイが露光時間として知られる期間に外部放射に露光された後、読出回路がセンサアレイを走査し、センサアレイを構成する個々のセンサの信号を順次読み出す。読出回路は、積分後読出（ＩＴＲ）（スナップショット読出とも表わされる）および読出中積分（ＩＷＲ）の二つのモードに分類される。ＩＴＲ法では検出器露光およびセンサ読出を順次実行する。センサアレイは露光され、読み出され、再び露光され、と続く。ＩＷＲ法では、アナログまたはデジタルバッファに前の露光サイクルからのセンサ信号を格納することによって、センサ露光および読出を並行して実行する。ＦＰＡ検出器には一般的に、オンチップ読出集積回路（ＲＯＩＣ）が設けられる。
【０００８】
一般的に、読出時間は、センサアレイのサイズに直接的に比例して変化する。例えば６４０×４８０素子の検出器の典型的な読出時間は約１０ミリ秒（１０−２秒）であるが、３２０×２４０検出素子の検出器の読出時間はわずか２．５ミリ秒である。
【０００９】
以下、図１について説明する。それは先行技術のＦＬＩＲカメラの簡易ブロック図である。ＦＬＩＲカメラ１００は、外部場面からのＩＲ放射をＩＲ検出器１１５内のセンサアレイ１２０上に合焦させる光学部１１０を含む。光学部１１０は一般的に、焦点位置決めの制御または光学ズームの実行のために調整可能な、一つまたはそれ以上のレンズから構成される。センサアレイ１２０は光子検出器であり、したがってＩＲ検出器１１５は光子検出に必要な極低温に冷却される。センサアレイ１２０の後に読出回路１３０が続き、センサアレイ信号を読み出す。第三の検出器構成部品は検出器動作モードコントローラ１３５であり、センサ読出ウィンドウのサイズおよび位置、動作モード（ＩＴＲ／ＩＷＲ）、検出器露光時間、ならびにバイアス電流などの追加の変数のような検出器設定を含むレジスタである。読み出された信号は様々な処理要素によって処理され、図１ではそれらをひとまとめにプロセッサ１４０としている。処理要素は一般的に、センサアレイ信号出力から映像信号を得るために映像処理のみならず、不均一性補正（ＮＵＣ）および不良画素置換（ＢＰＲ）のようなタスクをも実行する。
【００１０】
赤外線検出器からの電流は、二つの部分すなわち光電流および暗電流に分割することができる。光電流は、検出器における赤外光の吸収子の結果生じる、検出器の有用な応答である。これらの光子は、光電流として捕集することのできる電荷担体を生成する。暗電流は検出器電流の望ましくない部分であり、たとえ検出器が照明されなくても存在する。暗電流の原因は通常、光励起に匹敵するプロセス、すなわち電荷担体の熱励起である。
【００１１】
光子検出器センサアレイを持つＦＬＩＲカメラは、限定された感度でＩＲ画像を提供する。光子検出器のＳＮＲは、幾つかの要因によって限定される。検出器は限定数の光子しか吸収できない。露光時間が長すぎると、センサアレイ検出器の多くは飽和し、空白画像が得られる。センサアレイは、読出中に、飽和を防止するのに充分なように頻繁に放電しなければならない。しかし、センサアレイを頻繁に放電し過ぎると、（非常に短い検出器の露光時間のため）、一回の読出しのＳＮＲはＩＲ放射の無いときにも存在するノイズによって限定される。露光時間が短すぎると、捕集される光子が不十分であり暗い画像が得られる。現在のＦＬＩＲカメラは一般的に、映像フレーム毎に一回の露光／読出サイクルを実行する。したがって画像感度は、検出器の信号とプロセスに関連する全ノイズの比によって限定される。ノイズは信号自体に関連する揺らぎ（量子ノイズ）、読出ノイズ、暗電流の揺らぎ等を含む。
【００１２】
ＦＰＡベースのＦＬＩＲカメラでは、理想的光学系を前提として、画像の空間解像度は検出器アレイの画素数によって決定される。商用赤外線検出器の一般的フォーマットは、２０〜５０μｍの範囲の画素間ピッチで、３２０×２４０画素（３２０列、２４０行）および６４０×４８０画素である。大きい視野（ＦＯＶ）および高い空間解像度の両方を有するＦＬＩＲカメラは通常、１５μｍ以下という小さいピッチサイズで、６４０×４８０、１０００×１０００、またはもっと大きい検出器フォーマットに基づく。そのような大きい検出器フォーマットの場合の読出時間は比較的長い。映像信号に必要なフレームレートを得るために、たとえ低いｆナンバシステムの場合でも、検出器露光時間はしばしば制限しなければならない。制限された検出時間により結果的に集光が不十分になり、信号対雑音比を低減する。したがって、読出時間の長い高解像度ＦＬＩＲカメラはしばしば低感度を有する。
【００１３】
したがって、上記制限の無いＩＲセンサおよびＩＲカメラの必要性が広く認識されており、それを持つことは非常に有利であろう。
【発明の開示】
【００１４】
本発明の第一態様では、多数のＩＲセンサを含むセンサアレイと、感度調整器とを含む赤外線センサを提供する。センサアレイは、外部場面からＩＲエネルギを捕集し、感度調整器は、結果的に得られるＩＲ画像が所要の感度レベルで利用可能となるように、集光および／または読出のための画素のグループ化を調整する。
【００１５】
好ましくは、センサアレイはＩＲセンサの二次元配列である。好ましくは、センサアレイは光子検出器のアレイである。一つの好適な実施形態では、光子検出器は光導電センサである。好適な代替実施形態では、光子検出器は光電圧センサである。
【００１６】
好ましくは、センサアレイは赤外線焦点面アセンブリ（ＩＲＦＰＡ）である。
【００１７】
好ましくは、ＩＲセンサは、周期的センサアレイ読出を実行するためのセンサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む。
【００１８】
好ましくは、感度調整器は、アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む。
【００１９】
好ましくは、感度調整器は、ＩＲエネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む。
【００２０】
好ましくは、読出素子は、選択された読出ウィンドウのサイズで変動可能な読出時間を有する。
【００２１】
好ましくは、読出素子は読出中積分（ＩＷＲ）デバイスである。
【００２２】
好ましくは、読出素子は積分後読出（ＩＴＲ）デバイスである。
【００２３】
好ましくは、調整は、外部から提供される制御情報に従って行われる。
【００２４】
好ましくは、ＩＲセンサは、調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、センサアレイ出力信号および／または読出信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む。
【００２５】
好ましくは、画像プロセッサは、画像信号のＳＮＲを検出するためのＳＮＲ検出器をさらに含む。検出されるＳＮＲは、平均ＳＮＲ、最大ＳＮＲ、および最小ＳＮＲのうちの一つまたはそれらの組合せから構成されることが好ましい。
【００２６】
好ましくは、画像プロセッサは、画像信号のコントラストレベルを検出するためのコントラスト検出器をさらに含む。検出されるコントラストレベルは、平均コントラストレベル、最大コントラストレベル、および最小コントラストレベルのうちの一つまたはそれらの組合せから構成されることが好ましい。
【００２７】
好ましくは、ＩＲセンサは、センサ露光時間を選択するための露光時間計算器をさらに含む。
【００２８】
好ましくは、選択は外部場面の全放射に従って行われる。
【００２９】
好ましくは、露光時間計算器は、指定されたレベルのセンサの平均捕集電荷を維持するように動作可能である。
【００３０】
好ましくは、選択は前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる。
【００３１】
好ましくは、ＩＲセンサは、複数回の読出サイクルにおけるそれぞれのＩＲセンサのレベルを平均化するためのアベレージャをさらに含む。好ましくは、平均化されるサイクル回数は、単一映像フレーム時間に含まれる完遂したセンサ露光および読出サイクルの最大回数である。
【００３２】
好ましくは、ＩＲセンサは、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む。
【００３３】
好ましくは、ＩＲセンサは、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む。好ましくは、切替はフィードバック信号に従って行なわれる。好ましくは、モードセレクタは小さい読出領域と大きい読出領域との間、かつ／または大きい画素グループ化と小さい画素グループ化との間をそれぞれ切り替えて、高感度および低感度撮像を提供する。
【００３４】
本発明の第二態様では、センサアレイ、感度調整器、および映像プロセッサを含むＩＲカメラを提供する。センサアレイは外部場面からＩＲエネルギを捕集し、感度調整器は結果的に得られるＩＲ画像が所要感度レベルで利用できるように集光および／または読出のための画素グループ化を調整する。映像プロセッサはセンサアレイ出力を処理してビデオ画像を形成する。
【００３５】
好ましくは、ＩＲカメラは、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む。
【００３６】
好ましくは、ＩＲカメラは、周期的センサアレイ読出を実行するための、センサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む。
【００３７】
好ましくは、感度調整器は、アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む。
【００３８】
好ましくは、感度調整器は、ＩＲエネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む。
【００３９】
好ましくは、ＩＲカメラは、調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、画像信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む。
【００４０】
好ましくは、フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つである。
【００４１】
好ましくは、ＩＲカメラは、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む。
【００４２】
好ましくは、ＩＲカメラはＦＬＩＲ装置である。
【００４３】
好ましくは、ＩＲカメラは、ビデオ画像を解析して関心のある指定された特徴を識別するための画像解析装置をさらに含む。
【００４４】
好ましくは、ＩＲカメラは監視装置である。
【００４５】
好ましくは、ＩＲカメラはターゲッティング装置である。
【００４６】
好ましくは、ＩＲカメラはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）をさらに含む。さらなる好適な実施形態では、ＩＲカメラは航空機のビジビリティエンハンサである。
【００４７】
本発明の第三態様では、所要画像感度が得られるようにセンサアレイの画素グループ化を調整し、かつ調整された画素グループ化のセンサアレイにより外部場面からＩＲエネルギを捕集することによる、ＩＲ感知のための方法を提供する。
【００４８】
好ましくは、該方法はセンサ露光時間を選択するさらなるステップを含む。
【００４９】
好ましくは、選択は、センサの平均捕集電荷を指定されたレベルに維持するように行われる。
【００５０】
好ましくは、該方法は、画素グループ化および選択された露光時間によって許容される最大レートで繰返し実行される。
【００５１】
好ましくは、選択は、前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる。
【００５２】
好ましくは、該方法は、周期的センサ読出を実行するためのさらなるステップを含む。
【００５３】
好ましくは、調整は、アレイ内の読出ウィンドウを選択することを含む。
【００５４】
好ましくは、調整は、グループ化係数を選択することから構成される。
【００５５】
好ましくは、該方法は、センサ読出から調整を制御するためのフィードバック信号を形成するさらなるステップを含む。
【００５６】
好ましくは、フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つである。
【００５７】
好ましくは、該方法は、複数回の読出サイクルにおけるそれぞれのセンサレベルを平均化するさらなるステップを含む。
【００５８】
好ましくは、該方法は、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるさらなるステップを含む。
【００５９】
好ましくは、該方法は、ビデオＩＲ画像を解析して関心のある指定された特徴を識別するさらなるステップを含む。
【００６０】
本発明は、制御可能な感度をＩＲ画像に与えるために画素グループ化制御を有するＩＲセンサを与えることによって現在知られている構成の欠点をうまく対処する。
【００６１】
本明細書で使用される技術用語と科学用語はすべて、特に断らない限り、本発明の属する技術分野の当業者が共通して理解しているのと同じ意味を持っている。本明細書に記載されているのと類似の又は均等の方法と材料は本発明を実施又は試験するのに使用できるが、適切な方法と材料は以下に述べる。争いが生じた場合、定義を含めて本特許明細書が基準である。さらに、本明細書の材料、方法及び実施例は例示することだけを目的とし本発明を限定するものではない。
【００６２】
本発明の方法及びシステムを実行することは、選択されたタスク又はステップを、手動操作で、自動的に又はそれらを組み合わせて実行又は完了することを含んでいる。さらに、本発明の方法とシステムの好ましい実施態様の実際の機器や装置によって、いくつもの選択されたステップを、いずれかのファームウェアのいずれかのオペレーティングシステムのハードウェア又はソフトウェア又はそれらの組合せによって実行できる。例えば本発明の選択されたステップはチップ又は回路のようなハードウェアとして実施できる。本発明の選択されたステップは、適切な指示セットを有するコンピュータによってまたは縮小命令セット（ＲＩＳＣ）マシンによって実行する複数のソフトウェアの命令のようなソフトウェアとして実施できる。いずれにしろ、本発明の方法とシステムの選択されたステップは、データプロセッサ、例えば複数の命令を実行する計算プラットホームで実行されると言える。
【００６３】
図面の説明
本明細書では本発明を単に例示し図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の好ましい実施態様を例示考察することだけを目的としており、本発明の原理や概念の側面の最も有用でかつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示していることを強調するものである。この点について、本発明を基本的に理解するのに必要である以上に詳細に本発明の構造の詳細は示さないが、図面について行う説明によって本発明のいくつもの形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
【００６４】
図１は先行技術のＦＬＩＲカメラの簡易ブロック図である。
図２は本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
図３は本発明のさらなる好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
図４は本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
図５は本発明の第一の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
図６は本発明の第二の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
図７ａおよび７ｂは本発明の好適な実施形態に係る、それぞれ感度調整がある場合および無い場合のＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れを示す。
図８ａおよび８ｂはそれぞれ６４０×４８０検出器および２１６×１１２検出器の読出ウィンドウにより得られるＩＲ画像を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
本発明の実施形態は、変化する感度で外部ＩＲ放射を検出できるＩＲセンサに関する。特に、本発明の実施形態では、センサの集光および読出特性を所望の感度レベルに合わせて調整し、それは用途要件、外部条件、およびセンサから得られるＩＲ画像の品質のような因子に基づくことができる。
【００６６】
本発明によるＩＲセンサの原理および操作は、図面および付随する説明を参照して、より良好に理解することができる。
【００６７】
本発明の少なくとも一つの実施態様を詳細に説明する前に、本発明は以下の説明に記載されているか又は図面に例示されている要素の構造の詳細と配置にその用途が限定されないと解すべきである。本発明にはその他の実施態様があり又は種々の方法で実行もしくは実施できる。また、本明細書に使用される用語と語句は説明を目的とするものであり本発明を限定するとみなすべきではないと解すべきである。
【００６８】
図２を参照すると、本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。ＩＲセンサ２００は、外部場面からＩＲエネルギを捕集するセンサアレイ２１０と、要求される画像感度を提供するためにセンサ画素グループ化を調整する感度調整器２２０とを含む。好ましくは、ＩＲセンサ２００はさらに、検出器動作モードコントローラ２１５、および／またはセンサ読出を実行する読出素子２５０を含む。検出器動作モードコントローラ２１５は、感度調整器２２０によって確立されたものを含め、検出器制御設定を保持する。好適な実施形態では、センサアレイ２１０、検出器動作モードコントローラ２１５、および読出素子２５０を一体化してＩＲ検出器が形成され、それは感度調整器２２０によって制御される。
【００６９】
下で提示する好適な実施形態は、二種類の画素グループ化を利用する。第一の画素グループ化は、センサアレイ読出時間を決定するセンサ読出ウィンドウを選択する。読出ウィンドウを限定すると読出時間が低減され、したがって所定の時間にＩＲセンサ２００から得ることのできるＩＲ画像数であるシーケンスレートが高まる。次いで、下述するように、複数の画像を組み合わせてより高い感度の画像を形成することができる。第二の画素グループは、センサアレイ２１０のＩＲセンサを、固定数（ここではグループ化係数を意味する）のＩＲセンサを含むグループに分割する。グループ化されたセンサは合同で露光時間中にＩＲ放射を捕集する。グループ化されたセンサによるＩＲ放射の検出は、検出器を飽和させることなくより多くの光子を捕集することができるので、所定の露光サイクル中により多量のＩＲ放射を捕集することを可能にする。その結果、信号対雑音比（ＳＮＲ）は改善され、より高い感度の信号が得られる。ウィンドウ選択およびセンサグループ化の二種類のグループ化は、単独でまたは一緒に使用することができる。組み合わせて使用する場合、感度調整器２２０は、所望の感度レベルを得るために、読出ウィンドウおよびグループ化係数の両方を選択する。制御可能な読出ウィンドウおよびセンサグループ化を持つＩＲセンサは、現在入手可能である。好ましくは、感度調整器２２０は選択された設定を検出器動作モードコントローラ２１５に保存する。
【００７０】
ウィンドウイングおよび／または画素グループ化能力を提供する冷却ＩＲ検出器は現在入手可能である。上述の通り、定義された組の読出ウィンドウ寸法からユーザがウィンドウを選択できるＩＲ検出器は入手可能である。同様に、画素グループ化を持つＩＲ検出器は一般的に、幾つかの定義された画素グループ化の中から、一般的に単一画素または四個一組にグループ化された画素（各軸に二個づつ）をユーザが選択することができる。四個一組にグループ化された検出素子は四倍量の電荷を捕集するスーパー画素のように機能し、その結果空間解像度は四分の一に減少する。例えば、スーパー画素モードでは、６４０×４８０個の素子を含む検出器は３２０×２４０個の検出器素子を持つ検出器のように挙動するが、各素子は四倍多くの電荷を捕集し、かつ読出時間は四分の一に減少する。
【００７１】
好適な実施形態では、感度調整器２２０は、読出ウィンドウを選択するウィンドウセレクタ２３０、および／またはグループ化係数を選択するグループ化係数セレクタ２４０を含む。これらの両要素の動作については下でさらに詳述する。
【００７２】
好ましくは、センサアレイ２１０は、赤外線焦点面アセンブリ（ＩＲＦＰＡ）のようなＩＲ検出器の二次元配列である。好ましくは、センサアレイ２１０を形成するＩＲセンサは、光導電センサまたは光電圧センサいずれかの光子検出器である。上述の通り、光子検出器は一般的に、適切に動作するために極低温冷却を必要とする。
【００７３】
以下の実施形態は、ＦＬＩＲカメラのようなＩＲビデオカメラ内のＩＲセンサに向けたものである。ＩＲセンサによって捕集されるＩＲ画像は、予め定められたフレームレートで一連の映像信号フレームを構築するために使用される。しかし該実施形態は、一般性を失うことなく、スタンドアロン型ＩＲセンサ、および他の型の装置内に組み込まれたＩＲセンサにも適用される。
【００７４】
好適な実施形態では、感度調整器２２０はウィンドウセレクタ２３０を含む。ウィンドウセレクタ２３０はセンサ読出ウィンドウを選択し、それはアレイ全体またはアレイ内の定められたサブウィンドウを包含する。読出ウィンドウは、好ましくはセンサアレイ２１０上のどこかに位置する、定められたｍ×ｎ個の画素部分から構成される。センサ読出時間は、読み出される検出器の個数（ＩＴＲモードの場合）、または現在の露光時間および読出時間の最大値（ＩＷＲ検出器の場合）の独自の関数であり、センサアレイは所定の時間中により多くの露光サイクルを実行することができる。例えば、６４０×４８０のセンサアレイのうちの３２０×２４０のサブウィンドウの読出時間は、検出器全体を読み出すのに要する当初の時間の約四分の一である。
【００７５】
得られるシーケンスレートは露光時間、読出時間、および読出技術に依存する。ｍ×ｎ画素の読出ウィンドウの場合、ＩＴＲモードのシーケンスレートは次の通りである。
他方、ＩＷＲモードの場合、シーケンスレートは次の通りである。
したがって読出時間が減少すると、ＩＴＲ読出のシーケンスレートは増加し、ＩＷＲ読出のシーケンスレートは増加することがある（読出時間が検出器露光時間を越える場合）。
【００７６】
好ましくは、センサの露光および読出は、選択された画素グループ化に対して可能な最大シーケンスレートで繰り返される。複数回の露光サイクルからのセンサレベルは、下述の通り、後で組み合わせて、一回の露光サイクルから得られるより高い感度画像を得ることができる。
【００７７】
好適な実施形態では、ＩＲセンサ２００は、各露光期間毎にセンサ読出を実行する読出素子２５０を含む。読出時間は一般的に、選択された読出ウィンドウのサイズにより変化する。読出素子２５０はＩＴＲまたはＩＷＲ技術を使用することができ、ＩＷＲ技術は適切なバッファ回路機構の追加を必要とする。
【００７８】
好適な実施形態では、感度調整器２２０はグループ化係数を選択するグループ化係数セレクタ２４０を含む。グループ化係数は、大量のＩＲエネルギを捕集するために、光子検出中に組み合わされる検出器の個数である。センサをグループ化すると、ＩＲ画像ＳＮＲは、グループ化係数の平方根の大きさに等しい率で改善される。例えばグループ化係数が４である場合、四個一組の隣接画素のグループが読出ウィンドウ全体に形成される。ＳＮＲは基本的に二倍に改善されるが、ＩＲ画像は非グループ化センサの場合の四分の一の数の画素から構成される。したがって画素グループ化係数を利用することは、感度を画像解像度と交換取引することになる。両型の画素グループ化を組み合わせた場合、センサアレイ２１０の全部または指定部分から成る読出ウィンドウが、グループ化係数と共に選択されることに注目されたい。
【００７９】
図３を参照すると、それは本発明のさらなる好適な実施形態に係るＩＲカメラの簡易ブロック図である。ＩＲカメラ３００は、センサアレイ３１０と、感度調整器３２０と、検出器動作モードコントローラ３１５、読出素子３３０、露光時間計算器３４０、アベレージャ３５０、および画像プロセッサ３６０のうちの一つまたはそれ以上とを含む。センサアレイ３１０、検出器動作モードコントローラ３１５、感度調整器３２０、および読出素子３３０は基本的に上述の通り動作する。
【００８０】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ３００は、センサアレイの露光時間を選択する露光時間計算器３４０を含む。上に示した通り、検出器の露光時間はＩＲ検出器から得られるフレームレートに影響する。好適な実施形態では、検出器の露光時間は、平均捕集電荷をウェル容量の所望の百分率で一定に維持する閉ループによって制御され更新される。したがって、選択される露光時間は、センサアレイ３１０によって検出される全ＩＲ放射レベルによって異なる。現在の露光のための露光時間は、前の露光サイクル中に得られたセンサ出力レベルから決定されることが好ましい。露光時間計算器３４０は、選択された露光時間を検出器動作モードコントローラ３１５に保存することが好ましい。
【００８１】
上の方程式１および２から分かる通り、露光時間を減少するとＩＴＲ読出のシーケンスレートが増加し、かつＩＷＲ読出のシーケンスレートが増加することがある（検出器の露光時間が読出時間を越える場合）。しかし、一定のＩＲ放射レベルでは、露光時間の低減は結果的にＳＮＲをも低減する。
【００８２】
露光時間計算器３４０は、ＩＲカメラ３００から得られる画像シーケンスの品質を維持しながら、単位時間当たり最大数の露光サイクルを実行することができることを確実にする。捕集される電荷で検出器が飽和されない間、画像の明部および暗部を区別するのに充分な光子が検出される。これは、一定の露光時間に１フレーム当たり一回の露光サイクルを実行する、多くの現在のＦＬＩＲカメラとは対照的である。
【００８３】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ３００は、複数の露光／読出サイクルに対してそれぞれのＩＲセンサ信号を平均化することによってＩＲ画像を生成する、アベレージャ３５０を含む。ビデオＦＬＩＲカメラで、アベレージャ３５０は、前のフレーム期間中に発生した全ての完全に完了した露光サイクルを一緒に平均化することによって、各映像フレームを生成する。例えば出力映像フォーマットが３０フレーム／秒である場合、映像フレームは、前回の３０分の１秒間に完全に実行された露光／読出サイクルを平均化することによって構築される。一般的に、平均されるサイクル数は一定ではなく、入射するＩＲ放射線に依存する。
【００８４】
複数の露光サイクルからのセンサ値を平均化することにより、センサアレイ検出器によって捕集されるＩＲエネルギは事実上増加する。結果的に得られるＩＲ画像のＳＮＲは、平均された露光サイクル数の平方根に比例する。ウィンドウセレクタ２３０が小さい読出ウィンドウを選択すると、所定の期間に実行される露光／読出サイクルの数は増加し、それにより画像感度が高くなる。上述した例では、検出器の読出ウィンドウが６４０×４８０から３２０×２４０に減少すると、１フレーム当たりに実行できる露光／読出サイクルの数が結果的に四倍になる。
【００８５】
ＦＬＩＲカメラで、センサアレイ３１０内でサブウィンドウを選択すると、ＦＬＩＲカメラのＦＯＶはセンサアレイ３１０に合焦される画像の選択部分に限定される。しかし、下述の通り、高感度画像を得ることができ、それは多くの用途で大きいＦＯＶを維持するより重要である。例えば、航空機の視界強化用途では、ＦＬＩＲカメラは、良好な大気条件では全視野（ＦＯＶ）を使用し、不良大気条件では画像の明瞭さおよび細部を改善するために限定されたＦＯＶを使用することができる。
【００８６】
好適な実施形態では、感度調整器３２０は、ユーザ選択のような外部から提供される制御情報から所要感度を決定する。制御情報はまた、航空機内の高度および天候センサのような他のシステム構成部品によって提供することもできる。
【００８７】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ３００は画像プロセッサ３６０を含み、画像プロセッサはセンサアレイ出力信号を処理してフィードバック信号を形成し、フィードバック信号は画素グループ化（つまり読出ウィンドウの寸法および位置および／またはセンサグループ化係数）を調整するために感度調整器３２０によって使用される。画像プロセッサ３６０は、図３に示すようにアベレージャ３５０の後に続くことができ、あるいは読出素子３３０に直接接続することができる。画像プロセッサ３６０はＩＲ画像または画像シーケンスを処理し、ＳＮＲおよびコントラストのような画像特性を解析する。画像プロセッサ３６０からのフィードバック信号は、所望の画像品質を得るために、感度調整器３２０によって画素グループ化パラメータを調整するのに使用される。例えば、現在のＳＮＲが指定された閾値より低い場合、感度調整器３２０は読出ウィンドウを縮小することができる。
【００８８】
好適な実施形態では、画像プロセッサ３６０は画像信号のＳＮＲを決定するＳＮＲ検出器を含む。ＳＮＲ検出器は次の因子：つまり画像の最大ＳＮＲ、最小ＳＮＲ、および平均ＳＮＲの任意の単一の組合せまたは重み付き組合せを検出することができる。
【００８９】
好適な実施形態では、画像プロセッサ３６０は、画像信号コントラストを検出するためのコントラスト検出器を含む。コントラスト検出器は、次の因子：つまり画像の最大コントラスト、最小コントラスト、および平均コントラストの任意の単一の組合せまたはそれらの重み付き組合せを検出することができる。
【００９０】
好適な実施形態では、感度調整器３２０は、モードが予め指定された読出ウィンドウおよび／またはグループ化係数から構成される場合に、必要に応じてより高い感度およびより低い感度を達成するために、ＩＲカメラ３００を二つ以上の再定義された感度モードの間で切り替えるモードセレクタを含む。
【００９１】
好ましくは、ＩＲカメラ３００は、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるために、レンズのような光学部分を含む。
【００９２】
図４を参照すると、それは本発明の好適な実施形態に係るＩＲカメラの簡易ブロック図である。ＩＲカメラ４００は、基本的に上述の通り動作するセンサアレイ４１０、検出器動作モードコントローラ４１５、感度調整器４２０、および読出素子４５０、ならびにセンサアレイ出力を処理してビデオ画像を形成する映像プロセッサ４６０を含む。好ましくは、ＩＲカメラ４００はＦＬＩＲカメラである。
【００９３】
映像プロセッサ４６０は一連の検出器出力レベルを得、該検出器レベルを処理して二次元画像にする。映像プロセッサ４６０は、ＮＵＣ、ＢＰＲ、およびセンサレベルを正確なＩＲ画像に変換するために必要な他のタスクを実行することができる。映像プロセッサ４６０は読出素子４５０から検出器レベルを得ることが好ましい。
【００９４】
好ましくは、ＩＲカメラ４００は、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるために、レンズのような光学部分を含む。
【００９５】
感度調整器４２０は、上述の通り、ウィンドウセレクタ４３０および／またはグループ化係数セレクタ４４０を含むことが好ましい。
【００９６】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００は、関心のある指定された特性を識別するために、映像プロセッサ４６０によって提供されるビデオ画像を解析する画像解析装置を含む。第一の好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００は監視装置であり、その場合、映像プロセッサ４６０は動き検出器として設計することができる。別の好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００はターゲッティング装置であり、映像プロセッサ４６０はそれらのＩＲ特性に基づいて潜在的ターゲットを識別することができる。
【００９７】
好ましくは、ＩＲカメラ４００はヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を含む。好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００は、難しい天候条件下でパイロットに提供されるＩＲ画像を改善するために、航空機ビジビリティエンハンサとして役立つ。
【００９８】
図５を参照すると、本発明の第一の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。単一の露光サイクルは、センサアレイ画素グループ化が所要画像感度を達成するように調整されるステップ５１０を含み、その後に、選択された画素グループ化に従って、センサアレイによって外部場面からＩＲエネルギが捕集されるステップ５２０が続く。好適な実施形態では、画素グループ化の調整は、読出ウィンドウおよび／またはグループ化係数の選択から構成される。センサ読出は各露光サイクル毎に実行することが好ましい。
【００９９】
好適な実施形態では、一つまたはそれ以上のセンサ読出信号は、ＩＲ画像を形成するために、幾つかの読出をまとめて平均化することによって処理することが好ましい。
【０１００】
好適な実施形態では、該方法は、センサ露光時間を選択するさらなるステップを含む。露光時間は、ＩＲセンサの平均捕集電荷を指定レベル、例えば７０％に維持するように選択することが好ましい。選択は前に得られた露光レベルに基づくことができる。
【０１０１】
好ましくは、露光サイクルは、本発明の画素グループ化および／または選択された露光時間によって許容される最大レートで繰返し実行される。
【０１０２】
好適な実施形態では、ＩＲ画像は、画素グループ化を調整するためのフィードバック信号を形成するために処理される。フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストを含む画像特性の関数とすることができる。
【０１０３】
一連のＩＲ画像からＩＲ映像シーケンスを形成することが好ましい。次いでビデオＩＲ画像を解析して、動きのような関心のある特定の性質を識別することができる。
【０１０４】
本発明の方法は、それぞれの感度レベルのＩＲ画像を生み出すように、それぞれの画素グループ化を持つ二つ以上の動作モードの間で切り替えるさらなるステップを含むことが好ましい。
【０１０５】
図６を参照すると、それは本発明の第二の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。本発明の方法は、ＦＬＩＲカメラのＩＲビデオ画像を生成するために、上述したステップの幾つかを組み合わせることによって、図５の方法を延長する。ＦＬＩＲカメラは、光子を光電子に変換する光子検出器の二次元配列に基づく。光子捕集は、場面の放射に関係なく、光子の一定した平均捕集を維持する閉ループ露光時間により実行される。光子の捕集後、電子読出回路は、アレイ内の光検出素子によって捕集された電荷を順番に、焦点面アレイのどこかに位置するｍ×ｎ画素の被制御読出ウィンドウから読み出す。検出はＩＴＲまたはＩＷＲいずれかのモードで実行することができる。
【０１０６】
露光時間および読出ウィンドウは、ステップ６１０および６２０でそれぞれ選択される。ウィンドウサイズを変更する決定は、自動的または手動的に実行することができる。自動動作の判定基準は、ＳＮＲ、コントラスト、またはこれらおよびその他の変数の重み付けのようなＩＲ画像品質に依存することができる。
【０１０７】
ステップ６３０で、光子検出は選択された露光時間実行される。ステップ６４０で、検出器レベルは、閉ループ露光時間制御およびウィンドウ読出時間（選択された読出ウィンドウによって決定される）によって許容される最大シーケンスレートで読み出される。映像フレームは一般的に複数のセンサ読出から形成されるので、シーケンスレートは映像出力フォーマットとは無関係であることに注目されたい。ステップ６５０で、検出器読出の整数回数を平均化して映像フレームが形成され、したがって画像感度が改善される。好ましくは、平均化される読出回数は、一映像フレーム時間に含まれる完全露光／読出サイクルの最大回数である。
【０１０８】
図７ａおよび７ｂは、感度調整が、本発明の好適な実施形態に係るＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れにどのように影響するかを示す。図７ａは、感度調整が無い場合にＩＲカメラ内で実行される信号処理ステップの例を示す。図７ｂは、感度調整を処理の流れにどのように挿入することができるかを示す非限定例である。
【０１０９】
図７ａに戻って、ステップ７００で、各露光期間の終わりにＩＲ検出器からＩＲ読出信号が得られる。次いでステップ７０５〜７７０で、各読出し信号が次のように処理される。ステップ７００で得られた未処理読出信号は、ステップ７０５で解析され、露光時間の設定が選択され、ＩＲ検出器に適用される。ステップ７１０および７２０で、当業界で通常見られるようにＮＵＣおよびＢＰＲが実行される。ＢＰＲの後、ヒトの目には理解不能であるが、トラッキングシステム、動き検出システム、および類似物によって使用することのできる生のビデオ画像が得られる。生のビデオ画像のストリームは統計ブロック解析装置（ＳＢＡ）７３０によって解析され、その結果はステップ７４０で、その後の信号処理ステップのための制御情報を提供するために使用される。映像信号はステップ７５０で高域フィルタリングされ、フィルタリングされたＩＲ画像のストリームはステップ７６０で再度解析される。最後に、ステップ７７０で、ステップ７６０中に得られた統計情報に基づいて、画像信号に非線形変換が実行される。変換は、映像信号をヒトの目に理解可能な信号に変換するために、ダイナミックレンジ圧縮およびリスケーリングのような機能を実行する。
【０１１０】
図７ｂは、感度調整を含む処理の流れを示す。処理の流れは図７ａと同様であるが、露光時間の設定に加えて感度の設定（つまり画素グループ化）を決定するために、前にステップ７０５で実行された検出器のフィードバック制御が今はＳＢＡステップ７３０中に実行される点が異なる。したがって、感度の設定は、生の検出器読出信号のみならず、ステップ７３０中に収集された統計データにも基づくことができる。適切な照明条件下では、感度調整が不要となるような露光時間にすることができるので、感度調整設定を選択する前に、露光時間を選択することが好ましい。こうしてその後のＩＲ画像は新しい制御設定で検出される。検出器の制御もまたＳＢＡ（ステップ７３０）中に提供された情報に頼ることができる。
【実施例】
【０１１１】
以下の実施例は、読出ウィンドウ画素グループ化によるＩＲ撮像で得られた結果を提示する。６４０×４８０および２１６×１１２の読出ウィンドウで、ＩＲ撮像を実行した。どちらの場合にも１のグループ化係数を使用した。１．５のｆナンバを持つ３〜５ミクロンＦＬＩＲカメラによって画像を捕集した。
【０１１２】
図８ａおよび８ｂは、動く物体のＩＲ画像である。図８ａは６４０×４８０検出素子の読出ウィンドウにより得られた低感度画像を示す一方、図８ｂは２１６×１１２検出素子により得られた高感度画像を示す。図８ｂは、図８ａに示された画像の限定部分を、より明瞭かつ詳細な状態で含むことが分かる。
【０１１３】
読出ウィンドウを限定すると、検出器読出時間は１０．２５ミリ秒から０．８１ミリ秒に減少し、したがってＩＴＲおよびＩＷＲ読出モードの両方でシーケンスレートが増加し、ＳＮＲが約２．６倍向上する。
【０１１４】
ＩＲ撮像は、医療装置、工業工程制御、航空機の航行、ならびに監視およびターゲッティングシステムのような多くの多様な用途に使用される重要なツールである。上記の実施形態は、ＩＲ画像の感度とＦＯＶおよび／または解像度と交換取引するためのシステムおよび方法を記載するものである。したがってシステムは、最適なシステム性能を得るのにしばしば重要な能力である、様々な動作条件下で変化する特徴を持つＩＲ画像を提供するように調整することができる。
【０１１５】
この特許の存続中、多くの関連ＩＲセンサ、ＩＲ検出器、光子検出器、読出回路、読出モード、及びＦＬＩＲカメラが開発されることが期待され、用語ＩＲセンサ、ＩＲ検出器、光子検出器、読出回路、読出モード、及びＦＬＩＲカメラは全てのかかる新しい技術を含むことを意図される。
【０１１６】
分かりやすくするため別個の実施態様で説明されている本発明のいくつもの特徴は、組み合わせて単一の実施態様にして提供することもできることは分かるであろう。逆に簡略化するため単一の実施態様で説明されている本発明の各種特徴は、別個に又は適切なサブコンビネーションで提供することもできる。
【０１１７】
本発明を、その具体的実施態様とともに説明してきたが、多くの変形と変更が当業技術者には明らかであることは明白である。したがって、本発明は、本願の特許請求の範囲の精神と広い範囲内に入っているこのような変形と変更をすべて含むものである。本明細書に記載のすべての刊行物、特許及び特許願は、あたかも、個々の刊行物、特許又は特許願各々が、本願に具体的にかつ個々に参照して示されているように、本願に援用するものである。さらに、本願における任意の文献の引用もしくは確認は、このような文献が本発明に対する従来技術として利用できるという自白とみなすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】先行技術のＦＬＩＲカメラの簡易ブロック図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
【図３】本発明のさらなる好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
【図４】本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
【図５】本発明の第一の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
【図６】本発明の第二の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
【図７ａ】本発明の好適な実施形態に係る、それぞれ感度調整がある場合および無い場合のＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れを示す。
【図７ｂ】本発明の好適な実施形態に係る、それぞれ感度調整がある場合および無い場合のＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れを示す。
【図８ａ−ｂ】それぞれ６４０×４８０検出器および２１６×１１２検出器の読出ウィンドウにより得られるＩＲ画像を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は赤外線（ＩＲ）センサに関し、さらに詳しくは、制御可能な感度を持つＩＲセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線（ＩＲ）センサは物体から放出されるＩＲ放射を検出するものであり、多くの工業、セキュリティ、および医療用途で、昼間視および暗視の非接触温度測定に使用される。これらの用途には、航空機撮像システム、ヒトの体温センサ、監視システム、火災報知器、および暗視装置が含まれる。
【０００３】
ＩＲセンサは一般的に、場面内の様々な物体の熱放射輝度の差を検出することによって動作する。差は電気信号に変換され、それは次いで処理され、かつ解析または表示される。前方視ＩＲ（ＦＬＩＲ）装置のような撮像カメラまたは放射計は、ＩＲセンサのアレイを利用して二次元熱画像を提供する。
【０００４】
熱検出および光子検出という二つの独特なセンサ技術がある。熱検出器は、伝導率、キャパシタンス、膨張、および検出器温度の間の関係のような二次効果を使用して、ＩＲ放射を検出する。熱検出器はボロメータ、熱電対、サーモパイル、および焦電検出器を含む。光子検出器は光子を直接光電子に変換する。蓄積された電荷、電流、または伝導率の変化は、観察される場面内の物体の放射輝度に比例する。光子検出器は一般的に、より大きい検出能力およびより小さい応答時間を持ち、匹敵する熱検出器より高い性能を有するが、一般的に極低温まで冷却する必要がある。
【０００５】
極低温冷却検出器に基づくシステムは幾つかの利点を有する。検出素子は通常、匹敵するマイクロボロメータ検出素子よりサイズが小さい。より短い焦点距離のレンズを使用して、同一の所要空間解像度を得ることができる。冷却検出器に基づくＦＬＩＲカメラは、高いｆナンバ装置を使用することができるので、長い焦点距離の光学系でも、一般的に非常に優れた感度および適度な物理的寸法を有する。
【０００６】
過去３０年間に開発されたＩＲ検出器技術に基づいて、特殊な四世代のＦＬＩＲカメラが設計されてきた。様々な世代は、各グループに含まれる素子の数によって分類される。第一世代のＦＬＩＲカメラは少数の検出器および機械的スキャナを使用して、二次元画像を生成した。今日の第四世代のＦＬＩＲカメラは、走査機構を必要としないＩＲセンサの二次元焦点面アレイ（ＦＰＡ）を含む。
【０００７】
センサアレイが露光時間として知られる期間に外部放射に露光された後、読出回路がセンサアレイを走査し、センサアレイを構成する個々のセンサの信号を順次読み出す。読出回路は、積分後読出（ＩＴＲ）（スナップショット読出とも表わされる）および読出中積分（ＩＷＲ）の二つのモードに分類される。ＩＴＲ法では検出器露光およびセンサ読出を順次実行する。センサアレイは露光され、読み出され、再び露光され、と続く。ＩＷＲ法では、アナログまたはデジタルバッファに前の露光サイクルからのセンサ信号を格納することによって、センサ露光および読出を並行して実行する。ＦＰＡ検出器には一般的に、オンチップ読出集積回路（ＲＯＩＣ）が設けられる。
【０００８】
一般的に、読出時間は、センサアレイのサイズに直接的に比例して変化する。例えば６４０×４８０素子の検出器の典型的な読出時間は約１０ミリ秒（１０−２秒）であるが、３２０×２４０検出素子の検出器の読出時間はわずか２．５ミリ秒である。
【０００９】
以下、図１について説明する。それは先行技術のＦＬＩＲカメラの簡易ブロック図である。ＦＬＩＲカメラ１００は、外部場面からのＩＲ放射をＩＲ検出器１１５内のセンサアレイ１２０上に合焦させる光学部１１０を含む。光学部１１０は一般的に、焦点位置決めの制御または光学ズームの実行のために調整可能な、一つまたはそれ以上のレンズから構成される。センサアレイ１２０は光子検出器であり、したがってＩＲ検出器１１５は光子検出に必要な極低温に冷却される。センサアレイ１２０の後に読出回路１３０が続き、センサアレイ信号を読み出す。第三の検出器構成部品は検出器動作モードコントローラ１３５であり、センサ読出ウィンドウのサイズおよび位置、動作モード（ＩＴＲ／ＩＷＲ）、検出器露光時間、ならびにバイアス電流などの追加の変数のような検出器設定を含むレジスタである。読み出された信号は様々な処理要素によって処理され、図１ではそれらをひとまとめにプロセッサ１４０としている。処理要素は一般的に、センサアレイ信号出力から映像信号を得るために映像処理のみならず、不均一性補正（ＮＵＣ）および不良画素置換（ＢＰＲ）のようなタスクをも実行する。
【００１０】
赤外線検出器からの電流は、二つの部分すなわち光電流および暗電流に分割することができる。光電流は、検出器における赤外光の吸収子の結果生じる、検出器の有用な応答である。これらの光子は、光電流として捕集することのできる電荷担体を生成する。暗電流は検出器電流の望ましくない部分であり、たとえ検出器が照明されなくても存在する。暗電流の原因は通常、光励起に匹敵するプロセス、すなわち電荷担体の熱励起である。
【００１１】
光子検出器センサアレイを持つＦＬＩＲカメラは、限定された感度でＩＲ画像を提供する。光子検出器のＳＮＲは、幾つかの要因によって限定される。検出器は限定数の光子しか吸収できない。露光時間が長すぎると、センサアレイ検出器の多くは飽和し、空白画像が得られる。センサアレイは、読出中に、飽和を防止するのに充分なように頻繁に放電しなければならない。しかし、センサアレイを頻繁に放電し過ぎると、（非常に短い検出器の露光時間のため）、一回の読出しのＳＮＲはＩＲ放射の無いときにも存在するノイズによって限定される。露光時間が短すぎると、捕集される光子が不十分であり暗い画像が得られる。現在のＦＬＩＲカメラは一般的に、映像フレーム毎に一回の露光／読出サイクルを実行する。したがって画像感度は、検出器の信号とプロセスに関連する全ノイズの比によって限定される。ノイズは信号自体に関連する揺らぎ（量子ノイズ）、読出ノイズ、暗電流の揺らぎ等を含む。
【００１２】
ＦＰＡベースのＦＬＩＲカメラでは、理想的光学系を前提として、画像の空間解像度は検出器アレイの画素数によって決定される。商用赤外線検出器の一般的フォーマットは、２０〜５０μｍの範囲の画素間ピッチで、３２０×２４０画素（３２０列、２４０行）および６４０×４８０画素である。大きい視野（ＦＯＶ）および高い空間解像度の両方を有するＦＬＩＲカメラは通常、１５μｍ以下という小さいピッチサイズで、６４０×４８０、１０００×１０００、またはもっと大きい検出器フォーマットに基づく。そのような大きい検出器フォーマットの場合の読出時間は比較的長い。映像信号に必要なフレームレートを得るために、たとえ低いｆナンバシステムの場合でも、検出器露光時間はしばしば制限しなければならない。制限された検出時間により結果的に集光が不十分になり、信号対雑音比を低減する。したがって、読出時間の長い高解像度ＦＬＩＲカメラはしばしば低感度を有する。
【００１３】
したがって、上記制限の無いＩＲセンサおよびＩＲカメラの必要性が広く認識されており、それを持つことは非常に有利であろう。
【発明の開示】
【００１４】
本発明の第一態様では、多数のＩＲセンサを含むセンサアレイと、感度調整器とを含む赤外線センサを提供する。センサアレイは、外部場面からＩＲエネルギを捕集し、感度調整器は、結果的に得られるＩＲ画像が所要の感度レベルで利用可能となるように、集光および／または読出のための画素のグループ化を調整する。
【００１５】
好ましくは、センサアレイはＩＲセンサの二次元配列である。好ましくは、センサアレイは光子検出器のアレイである。一つの好適な実施形態では、光子検出器は光導電センサである。好適な代替実施形態では、光子検出器は光電圧センサである。
【００１６】
好ましくは、センサアレイは赤外線焦点面アセンブリ（ＩＲＦＰＡ）である。
【００１７】
好ましくは、ＩＲセンサは、周期的センサアレイ読出を実行するためのセンサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む。
【００１８】
好ましくは、感度調整器は、アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む。
【００１９】
好ましくは、感度調整器は、ＩＲエネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む。
【００２０】
好ましくは、読出素子は、選択された読出ウィンドウのサイズで変動可能な読出時間を有する。
【００２１】
好ましくは、読出素子は読出中積分（ＩＷＲ）デバイスである。
【００２２】
好ましくは、読出素子は積分後読出（ＩＴＲ）デバイスである。
【００２３】
好ましくは、調整は、外部から提供される制御情報に従って行われる。
【００２４】
好ましくは、ＩＲセンサは、調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、センサアレイ出力信号および／または読出信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む。
【００２５】
好ましくは、画像プロセッサは、画像信号のＳＮＲを検出するためのＳＮＲ検出器をさらに含む。検出されるＳＮＲは、平均ＳＮＲ、最大ＳＮＲ、および最小ＳＮＲのうちの一つまたはそれらの組合せから構成されることが好ましい。
【００２６】
好ましくは、画像プロセッサは、画像信号のコントラストレベルを検出するためのコントラスト検出器をさらに含む。検出されるコントラストレベルは、平均コントラストレベル、最大コントラストレベル、および最小コントラストレベルのうちの一つまたはそれらの組合せから構成されることが好ましい。
【００２７】
好ましくは、ＩＲセンサは、センサ露光時間を選択するための露光時間計算器をさらに含む。
【００２８】
好ましくは、選択は外部場面の全放射に従って行われる。
【００２９】
好ましくは、露光時間計算器は、指定されたレベルのセンサの平均捕集電荷を維持するように動作可能である。
【００３０】
好ましくは、選択は前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる。
【００３１】
好ましくは、ＩＲセンサは、複数回の読出サイクルにおけるそれぞれのＩＲセンサのレベルを平均化するためのアベレージャをさらに含む。好ましくは、平均化されるサイクル回数は、単一映像フレーム時間に含まれる完遂したセンサ露光および読出サイクルの最大回数である。
【００３２】
好ましくは、ＩＲセンサは、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む。
【００３３】
好ましくは、ＩＲセンサは、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む。好ましくは、切替はフィードバック信号に従って行なわれる。好ましくは、モードセレクタは小さい読出領域と大きい読出領域との間、かつ／または大きい画素グループ化と小さい画素グループ化との間をそれぞれ切り替えて、高感度および低感度撮像を提供する。
【００３４】
本発明の第二態様では、センサアレイ、感度調整器、および映像プロセッサを含むＩＲカメラを提供する。センサアレイは外部場面からＩＲエネルギを捕集し、感度調整器は結果的に得られるＩＲ画像が所要感度レベルで利用できるように集光および／または読出のための画素グループ化を調整する。映像プロセッサはセンサアレイ出力を処理してビデオ画像を形成する。
【００３５】
好ましくは、ＩＲカメラは、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む。
【００３６】
好ましくは、ＩＲカメラは、周期的センサアレイ読出を実行するための、センサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む。
【００３７】
好ましくは、感度調整器は、アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む。
【００３８】
好ましくは、感度調整器は、ＩＲエネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む。
【００３９】
好ましくは、ＩＲカメラは、調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、画像信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む。
【００４０】
好ましくは、フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つである。
【００４１】
好ましくは、ＩＲカメラは、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む。
【００４２】
好ましくは、ＩＲカメラはＦＬＩＲ装置である。
【００４３】
好ましくは、ＩＲカメラは、ビデオ画像を解析して関心のある指定された特徴を識別するための画像解析装置をさらに含む。
【００４４】
好ましくは、ＩＲカメラは監視装置である。
【００４５】
好ましくは、ＩＲカメラはターゲッティング装置である。
【００４６】
好ましくは、ＩＲカメラはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）をさらに含む。さらなる好適な実施形態では、ＩＲカメラは航空機のビジビリティエンハンサである。
【００４７】
本発明の第三態様では、所要画像感度が得られるようにセンサアレイの画素グループ化を調整し、かつ調整された画素グループ化のセンサアレイにより外部場面からＩＲエネルギを捕集することによる、ＩＲ感知のための方法を提供する。
【００４８】
好ましくは、該方法はセンサ露光時間を選択するさらなるステップを含む。
【００４９】
好ましくは、選択は、センサの平均捕集電荷を指定されたレベルに維持するように行われる。
【００５０】
好ましくは、該方法は、画素グループ化および選択された露光時間によって許容される最大レートで繰返し実行される。
【００５１】
好ましくは、選択は、前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる。
【００５２】
好ましくは、該方法は、周期的センサ読出を実行するためのさらなるステップを含む。
【００５３】
好ましくは、調整は、アレイ内の読出ウィンドウを選択することを含む。
【００５４】
好ましくは、調整は、グループ化係数を選択することから構成される。
【００５５】
好ましくは、該方法は、センサ読出から調整を制御するためのフィードバック信号を形成するさらなるステップを含む。
【００５６】
好ましくは、フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つである。
【００５７】
好ましくは、該方法は、複数回の読出サイクルにおけるそれぞれのセンサレベルを平均化するさらなるステップを含む。
【００５８】
好ましくは、該方法は、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるさらなるステップを含む。
【００５９】
好ましくは、該方法は、ビデオＩＲ画像を解析して関心のある指定された特徴を識別するさらなるステップを含む。
【００６０】
本発明は、制御可能な感度をＩＲ画像に与えるために画素グループ化制御を有するＩＲセンサを与えることによって現在知られている構成の欠点をうまく対処する。
【００６１】
本明細書で使用される技術用語と科学用語はすべて、特に断らない限り、本発明の属する技術分野の当業者が共通して理解しているのと同じ意味を持っている。本明細書に記載されているのと類似の又は均等の方法と材料は本発明を実施又は試験するのに使用できるが、適切な方法と材料は以下に述べる。争いが生じた場合、定義を含めて本特許明細書が基準である。さらに、本明細書の材料、方法及び実施例は例示することだけを目的とし本発明を限定するものではない。
【００６２】
本発明の方法及びシステムを実行することは、選択されたタスク又はステップを、手動操作で、自動的に又はそれらを組み合わせて実行又は完了することを含んでいる。さらに、本発明の方法とシステムの好ましい実施態様の実際の機器や装置によって、いくつもの選択されたステップを、いずれかのファームウェアのいずれかのオペレーティングシステムのハードウェア又はソフトウェア又はそれらの組合せによって実行できる。例えば本発明の選択されたステップはチップ又は回路のようなハードウェアとして実施できる。本発明の選択されたステップは、適切な指示セットを有するコンピュータによってまたは縮小命令セット（ＲＩＳＣ）マシンによって実行する複数のソフトウェアの命令のようなソフトウェアとして実施できる。いずれにしろ、本発明の方法とシステムの選択されたステップは、データプロセッサ、例えば複数の命令を実行する計算プラットホームで実行されると言える。
【００６３】
図面の説明
本明細書では本発明を単に例示し図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の好ましい実施態様を例示考察することだけを目的としており、本発明の原理や概念の側面の最も有用でかつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示していることを強調するものである。この点について、本発明を基本的に理解するのに必要である以上に詳細に本発明の構造の詳細は示さないが、図面について行う説明によって本発明のいくつもの形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
【００６４】
図１は先行技術のＦＬＩＲカメラの簡易ブロック図である。
図２は本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
図３は本発明のさらなる好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
図４は本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
図５は本発明の第一の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
図６は本発明の第二の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
図７ａおよび７ｂは本発明の好適な実施形態に係る、それぞれ感度調整がある場合および無い場合のＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れを示す。
図８ａおよび８ｂはそれぞれ６４０×４８０検出器および２１６×１１２検出器の読出ウィンドウにより得られるＩＲ画像を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
本発明の実施形態は、変化する感度で外部ＩＲ放射を検出できるＩＲセンサに関する。特に、本発明の実施形態では、センサの集光および読出特性を所望の感度レベルに合わせて調整し、それは用途要件、外部条件、およびセンサから得られるＩＲ画像の品質のような因子に基づくことができる。
【００６６】
本発明によるＩＲセンサの原理および操作は、図面および付随する説明を参照して、より良好に理解することができる。
【００６７】
本発明の少なくとも一つの実施態様を詳細に説明する前に、本発明は以下の説明に記載されているか又は図面に例示されている要素の構造の詳細と配置にその用途が限定されないと解すべきである。本発明にはその他の実施態様があり又は種々の方法で実行もしくは実施できる。また、本明細書に使用される用語と語句は説明を目的とするものであり本発明を限定するとみなすべきではないと解すべきである。
【００６８】
図２を参照すると、本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。ＩＲセンサ２００は、外部場面からＩＲエネルギを捕集するセンサアレイ２１０と、要求される画像感度を提供するためにセンサ画素グループ化を調整する感度調整器２２０とを含む。好ましくは、ＩＲセンサ２００はさらに、検出器動作モードコントローラ２１５、および／またはセンサ読出を実行する読出素子２５０を含む。検出器動作モードコントローラ２１５は、感度調整器２２０によって確立されたものを含め、検出器制御設定を保持する。好適な実施形態では、センサアレイ２１０、検出器動作モードコントローラ２１５、および読出素子２５０を一体化してＩＲ検出器が形成され、それは感度調整器２２０によって制御される。
【００６９】
下で提示する好適な実施形態は、二種類の画素グループ化を利用する。第一の画素グループ化は、センサアレイ読出時間を決定するセンサ読出ウィンドウを選択する。読出ウィンドウを限定すると読出時間が低減され、したがって所定の時間にＩＲセンサ２００から得ることのできるＩＲ画像数であるシーケンスレートが高まる。次いで、下述するように、複数の画像を組み合わせてより高い感度の画像を形成することができる。第二の画素グループは、センサアレイ２１０のＩＲセンサを、固定数（ここではグループ化係数を意味する）のＩＲセンサを含むグループに分割する。グループ化されたセンサは合同で露光時間中にＩＲ放射を捕集する。グループ化されたセンサによるＩＲ放射の検出は、検出器を飽和させることなくより多くの光子を捕集することができるので、所定の露光サイクル中により多量のＩＲ放射を捕集することを可能にする。その結果、信号対雑音比（ＳＮＲ）は改善され、より高い感度の信号が得られる。ウィンドウ選択およびセンサグループ化の二種類のグループ化は、単独でまたは一緒に使用することができる。組み合わせて使用する場合、感度調整器２２０は、所望の感度レベルを得るために、読出ウィンドウおよびグループ化係数の両方を選択する。制御可能な読出ウィンドウおよびセンサグループ化を持つＩＲセンサは、現在入手可能である。好ましくは、感度調整器２２０は選択された設定を検出器動作モードコントローラ２１５に保存する。
【００７０】
ウィンドウイングおよび／または画素グループ化能力を提供する冷却ＩＲ検出器は現在入手可能である。上述の通り、定義された組の読出ウィンドウ寸法からユーザがウィンドウを選択できるＩＲ検出器は入手可能である。同様に、画素グループ化を持つＩＲ検出器は一般的に、幾つかの定義された画素グループ化の中から、一般的に単一画素または四個一組にグループ化された画素（各軸に二個づつ）をユーザが選択することができる。四個一組にグループ化された検出素子は四倍量の電荷を捕集するスーパー画素のように機能し、その結果空間解像度は四分の一に減少する。例えば、スーパー画素モードでは、６４０×４８０個の素子を含む検出器は３２０×２４０個の検出器素子を持つ検出器のように挙動するが、各素子は四倍多くの電荷を捕集し、かつ読出時間は四分の一に減少する。
【００７１】
好適な実施形態では、感度調整器２２０は、読出ウィンドウを選択するウィンドウセレクタ２３０、および／またはグループ化係数を選択するグループ化係数セレクタ２４０を含む。これらの両要素の動作については下でさらに詳述する。
【００７２】
好ましくは、センサアレイ２１０は、赤外線焦点面アセンブリ（ＩＲＦＰＡ）のようなＩＲ検出器の二次元配列である。好ましくは、センサアレイ２１０を形成するＩＲセンサは、光導電センサまたは光電圧センサいずれかの光子検出器である。上述の通り、光子検出器は一般的に、適切に動作するために極低温冷却を必要とする。
【００７３】
以下の実施形態は、ＦＬＩＲカメラのようなＩＲビデオカメラ内のＩＲセンサに向けたものである。ＩＲセンサによって捕集されるＩＲ画像は、予め定められたフレームレートで一連の映像信号フレームを構築するために使用される。しかし該実施形態は、一般性を失うことなく、スタンドアロン型ＩＲセンサ、および他の型の装置内に組み込まれたＩＲセンサにも適用される。
【００７４】
好適な実施形態では、感度調整器２２０はウィンドウセレクタ２３０を含む。ウィンドウセレクタ２３０はセンサ読出ウィンドウを選択し、それはアレイ全体またはアレイ内の定められたサブウィンドウを包含する。読出ウィンドウは、好ましくはセンサアレイ２１０上のどこかに位置する、定められたｍ×ｎ個の画素部分から構成される。センサ読出時間は、読み出される検出器の個数（ＩＴＲモードの場合）、または現在の露光時間および読出時間の最大値（ＩＷＲ検出器の場合）の独自の関数であり、センサアレイは所定の時間中により多くの露光サイクルを実行することができる。例えば、６４０×４８０のセンサアレイのうちの３２０×２４０のサブウィンドウの読出時間は、検出器全体を読み出すのに要する当初の時間の約四分の一である。
【００７５】
得られるシーケンスレートは露光時間、読出時間、および読出技術に依存する。ｍ×ｎ画素の読出ウィンドウの場合、ＩＴＲモードのシーケンスレートは次の通りである。
他方、ＩＷＲモードの場合、シーケンスレートは次の通りである。
したがって読出時間が減少すると、ＩＴＲ読出のシーケンスレートは増加し、ＩＷＲ読出のシーケンスレートは増加することがある（読出時間が検出器露光時間を越える場合）。
【００７６】
好ましくは、センサの露光および読出は、選択された画素グループ化に対して可能な最大シーケンスレートで繰り返される。複数回の露光サイクルからのセンサレベルは、下述の通り、後で組み合わせて、一回の露光サイクルから得られるより高い感度画像を得ることができる。
【００７７】
好適な実施形態では、ＩＲセンサ２００は、各露光期間毎にセンサ読出を実行する読出素子２５０を含む。読出時間は一般的に、選択された読出ウィンドウのサイズにより変化する。読出素子２５０はＩＴＲまたはＩＷＲ技術を使用することができ、ＩＷＲ技術は適切なバッファ回路機構の追加を必要とする。
【００７８】
好適な実施形態では、感度調整器２２０はグループ化係数を選択するグループ化係数セレクタ２４０を含む。グループ化係数は、大量のＩＲエネルギを捕集するために、光子検出中に組み合わされる検出器の個数である。センサをグループ化すると、ＩＲ画像ＳＮＲは、グループ化係数の平方根の大きさに等しい率で改善される。例えばグループ化係数が４である場合、四個一組の隣接画素のグループが読出ウィンドウ全体に形成される。ＳＮＲは基本的に二倍に改善されるが、ＩＲ画像は非グループ化センサの場合の四分の一の数の画素から構成される。したがって画素グループ化係数を利用することは、感度を画像解像度と交換取引することになる。両型の画素グループ化を組み合わせた場合、センサアレイ２１０の全部または指定部分から成る読出ウィンドウが、グループ化係数と共に選択されることに注目されたい。
【００７９】
図３を参照すると、それは本発明のさらなる好適な実施形態に係るＩＲカメラの簡易ブロック図である。ＩＲカメラ３００は、センサアレイ３１０と、感度調整器３２０と、検出器動作モードコントローラ３１５、読出素子３３０、露光時間計算器３４０、アベレージャ３５０、および画像プロセッサ３６０のうちの一つまたはそれ以上とを含む。センサアレイ３１０、検出器動作モードコントローラ３１５、感度調整器３２０、および読出素子３３０は基本的に上述の通り動作する。
【００８０】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ３００は、センサアレイの露光時間を選択する露光時間計算器３４０を含む。上に示した通り、検出器の露光時間はＩＲ検出器から得られるフレームレートに影響する。好適な実施形態では、検出器の露光時間は、平均捕集電荷をウェル容量の所望の百分率で一定に維持する閉ループによって制御され更新される。したがって、選択される露光時間は、センサアレイ３１０によって検出される全ＩＲ放射レベルによって異なる。現在の露光のための露光時間は、前の露光サイクル中に得られたセンサ出力レベルから決定されることが好ましい。露光時間計算器３４０は、選択された露光時間を検出器動作モードコントローラ３１５に保存することが好ましい。
【００８１】
上の方程式１および２から分かる通り、露光時間を減少するとＩＴＲ読出のシーケンスレートが増加し、かつＩＷＲ読出のシーケンスレートが増加することがある（検出器の露光時間が読出時間を越える場合）。しかし、一定のＩＲ放射レベルでは、露光時間の低減は結果的にＳＮＲをも低減する。
【００８２】
露光時間計算器３４０は、ＩＲカメラ３００から得られる画像シーケンスの品質を維持しながら、単位時間当たり最大数の露光サイクルを実行することができることを確実にする。捕集される電荷で検出器が飽和されない間、画像の明部および暗部を区別するのに充分な光子が検出される。これは、一定の露光時間に１フレーム当たり一回の露光サイクルを実行する、多くの現在のＦＬＩＲカメラとは対照的である。
【００８３】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ３００は、複数の露光／読出サイクルに対してそれぞれのＩＲセンサ信号を平均化することによってＩＲ画像を生成する、アベレージャ３５０を含む。ビデオＦＬＩＲカメラで、アベレージャ３５０は、前のフレーム期間中に発生した全ての完全に完了した露光サイクルを一緒に平均化することによって、各映像フレームを生成する。例えば出力映像フォーマットが３０フレーム／秒である場合、映像フレームは、前回の３０分の１秒間に完全に実行された露光／読出サイクルを平均化することによって構築される。一般的に、平均されるサイクル数は一定ではなく、入射するＩＲ放射線に依存する。
【００８４】
複数の露光サイクルからのセンサ値を平均化することにより、センサアレイ検出器によって捕集されるＩＲエネルギは事実上増加する。結果的に得られるＩＲ画像のＳＮＲは、平均された露光サイクル数の平方根に比例する。ウィンドウセレクタ２３０が小さい読出ウィンドウを選択すると、所定の期間に実行される露光／読出サイクルの数は増加し、それにより画像感度が高くなる。上述した例では、検出器の読出ウィンドウが６４０×４８０から３２０×２４０に減少すると、１フレーム当たりに実行できる露光／読出サイクルの数が結果的に四倍になる。
【００８５】
ＦＬＩＲカメラで、センサアレイ３１０内でサブウィンドウを選択すると、ＦＬＩＲカメラのＦＯＶはセンサアレイ３１０に合焦される画像の選択部分に限定される。しかし、下述の通り、高感度画像を得ることができ、それは多くの用途で大きいＦＯＶを維持するより重要である。例えば、航空機の視界強化用途では、ＦＬＩＲカメラは、良好な大気条件では全視野（ＦＯＶ）を使用し、不良大気条件では画像の明瞭さおよび細部を改善するために限定されたＦＯＶを使用することができる。
【００８６】
好適な実施形態では、感度調整器３２０は、ユーザ選択のような外部から提供される制御情報から所要感度を決定する。制御情報はまた、航空機内の高度および天候センサのような他のシステム構成部品によって提供することもできる。
【００８７】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ３００は画像プロセッサ３６０を含み、画像プロセッサはセンサアレイ出力信号を処理してフィードバック信号を形成し、フィードバック信号は画素グループ化（つまり読出ウィンドウの寸法および位置および／またはセンサグループ化係数）を調整するために感度調整器３２０によって使用される。画像プロセッサ３６０は、図３に示すようにアベレージャ３５０の後に続くことができ、あるいは読出素子３３０に直接接続することができる。画像プロセッサ３６０はＩＲ画像または画像シーケンスを処理し、ＳＮＲおよびコントラストのような画像特性を解析する。画像プロセッサ３６０からのフィードバック信号は、所望の画像品質を得るために、感度調整器３２０によって画素グループ化パラメータを調整するのに使用される。例えば、現在のＳＮＲが指定された閾値より低い場合、感度調整器３２０は読出ウィンドウを縮小することができる。
【００８８】
好適な実施形態では、画像プロセッサ３６０は画像信号のＳＮＲを決定するＳＮＲ検出器を含む。ＳＮＲ検出器は次の因子：つまり画像の最大ＳＮＲ、最小ＳＮＲ、および平均ＳＮＲの任意の単一の組合せまたは重み付き組合せを検出することができる。
【００８９】
好適な実施形態では、画像プロセッサ３６０は、画像信号コントラストを検出するためのコントラスト検出器を含む。コントラスト検出器は、次の因子：つまり画像の最大コントラスト、最小コントラスト、および平均コントラストの任意の単一の組合せまたはそれらの重み付き組合せを検出することができる。
【００９０】
好適な実施形態では、感度調整器３２０は、モードが予め指定された読出ウィンドウおよび／またはグループ化係数から構成される場合に、必要に応じてより高い感度およびより低い感度を達成するために、ＩＲカメラ３００を二つ以上の再定義された感度モードの間で切り替えるモードセレクタを含む。
【００９１】
好ましくは、ＩＲカメラ３００は、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるために、レンズのような光学部分を含む。
【００９２】
図４を参照すると、それは本発明の好適な実施形態に係るＩＲカメラの簡易ブロック図である。ＩＲカメラ４００は、基本的に上述の通り動作するセンサアレイ４１０、検出器動作モードコントローラ４１５、感度調整器４２０、および読出素子４５０、ならびにセンサアレイ出力を処理してビデオ画像を形成する映像プロセッサ４６０を含む。好ましくは、ＩＲカメラ４００はＦＬＩＲカメラである。
【００９３】
映像プロセッサ４６０は一連の検出器出力レベルを得、該検出器レベルを処理して二次元画像にする。映像プロセッサ４６０は、ＮＵＣ、ＢＰＲ、およびセンサレベルを正確なＩＲ画像に変換するために必要な他のタスクを実行することができる。映像プロセッサ４６０は読出素子４５０から検出器レベルを得ることが好ましい。
【００９４】
好ましくは、ＩＲカメラ４００は、外部ＩＲ放射をセンサアレイに合焦させるために、レンズのような光学部分を含む。
【００９５】
感度調整器４２０は、上述の通り、ウィンドウセレクタ４３０および／またはグループ化係数セレクタ４４０を含むことが好ましい。
【００９６】
好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００は、関心のある指定された特性を識別するために、映像プロセッサ４６０によって提供されるビデオ画像を解析する画像解析装置を含む。第一の好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００は監視装置であり、その場合、映像プロセッサ４６０は動き検出器として設計することができる。別の好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００はターゲッティング装置であり、映像プロセッサ４６０はそれらのＩＲ特性に基づいて潜在的ターゲットを識別することができる。
【００９７】
好ましくは、ＩＲカメラ４００はヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を含む。好適な実施形態では、ＩＲカメラ４００は、難しい天候条件下でパイロットに提供されるＩＲ画像を改善するために、航空機ビジビリティエンハンサとして役立つ。
【００９８】
図５を参照すると、本発明の第一の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。単一の露光サイクルは、センサアレイ画素グループ化が所要画像感度を達成するように調整されるステップ５１０を含み、その後に、選択された画素グループ化に従って、センサアレイによって外部場面からＩＲエネルギが捕集されるステップ５２０が続く。好適な実施形態では、画素グループ化の調整は、読出ウィンドウおよび／またはグループ化係数の選択から構成される。センサ読出は各露光サイクル毎に実行することが好ましい。
【００９９】
好適な実施形態では、一つまたはそれ以上のセンサ読出信号は、ＩＲ画像を形成するために、幾つかの読出をまとめて平均化することによって処理することが好ましい。
【０１００】
好適な実施形態では、該方法は、センサ露光時間を選択するさらなるステップを含む。露光時間は、ＩＲセンサの平均捕集電荷を指定レベル、例えば７０％に維持するように選択することが好ましい。選択は前に得られた露光レベルに基づくことができる。
【０１０１】
好ましくは、露光サイクルは、本発明の画素グループ化および／または選択された露光時間によって許容される最大レートで繰返し実行される。
【０１０２】
好適な実施形態では、ＩＲ画像は、画素グループ化を調整するためのフィードバック信号を形成するために処理される。フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストを含む画像特性の関数とすることができる。
【０１０３】
一連のＩＲ画像からＩＲ映像シーケンスを形成することが好ましい。次いでビデオＩＲ画像を解析して、動きのような関心のある特定の性質を識別することができる。
【０１０４】
本発明の方法は、それぞれの感度レベルのＩＲ画像を生み出すように、それぞれの画素グループ化を持つ二つ以上の動作モードの間で切り替えるさらなるステップを含むことが好ましい。
【０１０５】
図６を参照すると、それは本発明の第二の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。本発明の方法は、ＦＬＩＲカメラのＩＲビデオ画像を生成するために、上述したステップの幾つかを組み合わせることによって、図５の方法を延長する。ＦＬＩＲカメラは、光子を光電子に変換する光子検出器の二次元配列に基づく。光子捕集は、場面の放射に関係なく、光子の一定した平均捕集を維持する閉ループ露光時間により実行される。光子の捕集後、電子読出回路は、アレイ内の光検出素子によって捕集された電荷を順番に、焦点面アレイのどこかに位置するｍ×ｎ画素の被制御読出ウィンドウから読み出す。検出はＩＴＲまたはＩＷＲいずれかのモードで実行することができる。
【０１０６】
露光時間および読出ウィンドウは、ステップ６１０および６２０でそれぞれ選択される。ウィンドウサイズを変更する決定は、自動的または手動的に実行することができる。自動動作の判定基準は、ＳＮＲ、コントラスト、またはこれらおよびその他の変数の重み付けのようなＩＲ画像品質に依存することができる。
【０１０７】
ステップ６３０で、光子検出は選択された露光時間実行される。ステップ６４０で、検出器レベルは、閉ループ露光時間制御およびウィンドウ読出時間（選択された読出ウィンドウによって決定される）によって許容される最大シーケンスレートで読み出される。映像フレームは一般的に複数のセンサ読出から形成されるので、シーケンスレートは映像出力フォーマットとは無関係であることに注目されたい。ステップ６５０で、検出器読出の整数回数を平均化して映像フレームが形成され、したがって画像感度が改善される。好ましくは、平均化される読出回数は、一映像フレーム時間に含まれる完全露光／読出サイクルの最大回数である。
【０１０８】
図７ａおよび７ｂは、感度調整が、本発明の好適な実施形態に係るＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れにどのように影響するかを示す。図７ａは、感度調整が無い場合にＩＲカメラ内で実行される信号処理ステップの例を示す。図７ｂは、感度調整を処理の流れにどのように挿入することができるかを示す非限定例である。
【０１０９】
図７ａに戻って、ステップ７００で、各露光期間の終わりにＩＲ検出器からＩＲ読出信号が得られる。次いでステップ７０５〜７７０で、各読出し信号が次のように処理される。ステップ７００で得られた未処理読出信号は、ステップ７０５で解析され、露光時間の設定が選択され、ＩＲ検出器に適用される。ステップ７１０および７２０で、当業界で通常見られるようにＮＵＣおよびＢＰＲが実行される。ＢＰＲの後、ヒトの目には理解不能であるが、トラッキングシステム、動き検出システム、および類似物によって使用することのできる生のビデオ画像が得られる。生のビデオ画像のストリームは統計ブロック解析装置（ＳＢＡ）７３０によって解析され、その結果はステップ７４０で、その後の信号処理ステップのための制御情報を提供するために使用される。映像信号はステップ７５０で高域フィルタリングされ、フィルタリングされたＩＲ画像のストリームはステップ７６０で再度解析される。最後に、ステップ７７０で、ステップ７６０中に得られた統計情報に基づいて、画像信号に非線形変換が実行される。変換は、映像信号をヒトの目に理解可能な信号に変換するために、ダイナミックレンジ圧縮およびリスケーリングのような機能を実行する。
【０１１０】
図７ｂは、感度調整を含む処理の流れを示す。処理の流れは図７ａと同様であるが、露光時間の設定に加えて感度の設定（つまり画素グループ化）を決定するために、前にステップ７０５で実行された検出器のフィードバック制御が今はＳＢＡステップ７３０中に実行される点が異なる。したがって、感度の設定は、生の検出器読出信号のみならず、ステップ７３０中に収集された統計データにも基づくことができる。適切な照明条件下では、感度調整が不要となるような露光時間にすることができるので、感度調整設定を選択する前に、露光時間を選択することが好ましい。こうしてその後のＩＲ画像は新しい制御設定で検出される。検出器の制御もまたＳＢＡ（ステップ７３０）中に提供された情報に頼ることができる。
【実施例】
【０１１１】
以下の実施例は、読出ウィンドウ画素グループ化によるＩＲ撮像で得られた結果を提示する。６４０×４８０および２１６×１１２の読出ウィンドウで、ＩＲ撮像を実行した。どちらの場合にも１のグループ化係数を使用した。１．５のｆナンバを持つ３〜５ミクロンＦＬＩＲカメラによって画像を捕集した。
【０１１２】
図８ａおよび８ｂは、動く物体のＩＲ画像である。図８ａは６４０×４８０検出素子の読出ウィンドウにより得られた低感度画像を示す一方、図８ｂは２１６×１１２検出素子により得られた高感度画像を示す。図８ｂは、図８ａに示された画像の限定部分を、より明瞭かつ詳細な状態で含むことが分かる。
【０１１３】
読出ウィンドウを限定すると、検出器読出時間は１０．２５ミリ秒から０．８１ミリ秒に減少し、したがってＩＴＲおよびＩＷＲ読出モードの両方でシーケンスレートが増加し、ＳＮＲが約２．６倍向上する。
【０１１４】
ＩＲ撮像は、医療装置、工業工程制御、航空機の航行、ならびに監視およびターゲッティングシステムのような多くの多様な用途に使用される重要なツールである。上記の実施形態は、ＩＲ画像の感度とＦＯＶおよび／または解像度と交換取引するためのシステムおよび方法を記載するものである。したがってシステムは、最適なシステム性能を得るのにしばしば重要な能力である、様々な動作条件下で変化する特徴を持つＩＲ画像を提供するように調整することができる。
【０１１５】
この特許の存続中、多くの関連ＩＲセンサ、ＩＲ検出器、光子検出器、読出回路、読出モード、及びＦＬＩＲカメラが開発されることが期待され、用語ＩＲセンサ、ＩＲ検出器、光子検出器、読出回路、読出モード、及びＦＬＩＲカメラは全てのかかる新しい技術を含むことを意図される。
【０１１６】
分かりやすくするため別個の実施態様で説明されている本発明のいくつもの特徴は、組み合わせて単一の実施態様にして提供することもできることは分かるであろう。逆に簡略化するため単一の実施態様で説明されている本発明の各種特徴は、別個に又は適切なサブコンビネーションで提供することもできる。
【０１１７】
本発明を、その具体的実施態様とともに説明してきたが、多くの変形と変更が当業技術者には明らかであることは明白である。したがって、本発明は、本願の特許請求の範囲の精神と広い範囲内に入っているこのような変形と変更をすべて含むものである。本明細書に記載のすべての刊行物、特許及び特許願は、あたかも、個々の刊行物、特許又は特許願各々が、本願に具体的にかつ個々に参照して示されているように、本願に援用するものである。さらに、本願における任意の文献の引用もしくは確認は、このような文献が本発明に対する従来技術として利用できるという自白とみなすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】先行技術のＦＬＩＲカメラの簡易ブロック図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
【図３】本発明のさらなる好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
【図４】本発明の好適な実施形態に係るＩＲセンサの簡易ブロック図である。
【図５】本発明の第一の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
【図６】本発明の第二の好適な実施形態に従ってＩＲ画像感知を実行するための方法の簡易ブロック図である。
【図７ａ】本発明の好適な実施形態に係る、それぞれ感度調整がある場合および無い場合のＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れを示す。
【図７ｂ】本発明の好適な実施形態に係る、それぞれ感度調整がある場合および無い場合のＩＲビデオカメラ内の信号処理の流れを示す。
【図８ａ−ｂ】それぞれ６４０×４８０検出器および２１６×１１２検出器の読出ウィンドウにより得られるＩＲ画像を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
視野間、および必要な画像感度を誘導するための感知画素のグループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる感度調整器と
を含む赤外線センサ。
【請求項２】
前記センサアレイは前記赤外線センサの二次元配列を含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記センサアレイは光子検出器のアレイを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記光子検出器は光導電センサを含む請求項３に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記光子検出器は光電圧センサを含む請求項３に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記センサアレイは赤外線焦点面アセンブリ（ＩＲＦＰＡ）を含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項７】
周期的センサアレイ読出を実行するための、前記センサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項８】
前記感度調整器は、前記アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項９】
前記感度調整器は、赤外線エネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項１０】
前記読出素子は、選択された読出ウィンドウのサイズで変動可能な読出時間を有する請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１１】
前記読出素子は読出中積分（ＩＷＲ）デバイスを含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１２】
前記読出素子は積分後読出（ＩＴＲ）デバイスを含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１３】
前記調整は、外部から提供される制御情報に従って行われる請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項１４】
前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、センサアレイ出力信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項１５】
前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、読出信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１６】
前記画像プロセッサは、前記画像信号のＳＮＲを検出するためのＳＮＲ検出器をさらに含む請求項１４に記載の赤外線センサ。
【請求項１７】
前記検出されるＳＮＲは平均ＳＮＲを含む請求項１６に記載の赤外線センサ。
【請求項１８】
前記検出されるＳＮＲは最大ＳＮＲを含む請求項１６に記載の赤外線センサ。
【請求項１９】
前記検出されるＳＮＲは最小ＳＮＲを含む請求項１６に記載の赤外線センサ。
【請求項２０】
前記画像プロセッサは、前記画像信号のコントラストレベルを検出するためのコントラスト検出器をさらに含む請求項１４に記載の赤外線センサ。
【請求項２１】
前記コントラストレベルは平均コントラストレベルを含む請求項２０に記載の赤外線センサ。
【請求項２２】
前記コントラストレベルは最大コントラストレベルを含む請求項２０に記載の赤外線センサ。
【請求項２３】
前記コントラストレベルは最小コントラストレベルを含む請求項２０に記載の赤外線センサ。
【請求項２４】
センサ露光時間を選択するための露光時間計算器をさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項２５】
前記選択は外部場面の全放射に従って行われる請求項２４に記載の赤外線センサ。
【請求項２６】
前記露光時間計算器は、指定されたレベルの前記センサの平均捕集電荷を維持するように動作可能である請求項２４に記載の赤外線センサ。
【請求項２７】
前記選択は前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる請求項２４に記載の赤外線センサ。
【請求項２８】
複数回の読出サイクルにおけるそれぞれの赤外線センサのレベルを平均化するためのアベレージャをさらに含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項２９】
前記平均化されるサイクル回数は、単一映像フレーム時間に含まれるセンサ露光および読出サイクルの最大整数回数を含む請求項２８に記載の赤外線センサ。
【請求項３０】
外部赤外線放射を前記センサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３１】
前記感度調整器は、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３２】
前記フィードバック信号に従って高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む請求項１４に記載の赤外線センサ。
【請求項３３】
小さい読出領域と大きい読出領域とをそれぞれ切り替えて、高感度および低感度撮像を提供するためのモードセレクタをさらに含む請求項８に記載の赤外線センサ。
【請求項３４】
大きい画素グループ化と小さい画素グループ化とをそれぞれ切り替えて、高感度および低感度撮像を提供するためのモードセレクタをさらに含む請求項９に記載の赤外線センサ。
【請求項３５】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
視野間、および必要な画像感度を誘導するための感知画素のグループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる感度調整器と、
センサアレイ出力を処理してビデオ画像を形成するための映像プロセッサと
を含む赤外線カメラ。
【請求項３６】
外部赤外線放射を前記センサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項３７】
周期的センサアレイ読出を実行するための、前記センサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項３８】
前記感度調整器は、前記アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項３９】
前記感度調整器は、赤外線エネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４０】
前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、前記画像信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４１】
前記フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つを含む請求項４０に記載の赤外線カメラ。
【請求項４２】
高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４３】
前記赤外線カメラはＦＬＩＲ装置を含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４４】
前記ビデオ画像を解析して関心のある指定された特徴を識別するための画像解析装置をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４５】
前記赤外線カメラは監視装置を含む請求項４４に記載の赤外線カメラ。
【請求項４６】
前記赤外線カメラはターゲッティング装置を含む請求項４４に記載の赤外線カメラ。
【請求項４７】
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４８】
前記赤外線カメラは航空機のビジビリティエンハンサを含む請求項４７に記載の赤外線カメラ。
【請求項４９】
必要な画像感度が得られるようにセンサアレイの画素グループ化を調整し、
前記画素グループ化に従って前記センサアレイにより外部場面から変動可能なウィンドウにおける赤外線エネルギを捕集すること
を含む赤外線感知のための方法。
【請求項５０】
センサ露光時間を選択することをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記選択は、前記センサの平均捕集電荷を指定されたレベルに維持するように行われる請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記方法は、前記画素グループ化および前記選択された露光時間によって許容される最大レートで繰返し実行される請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記選択は、前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
周期的センサ読出を実行することをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
前記調整は、前記アレイ内の読出ウィンドウを選択することを含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
前記調整は、グループ化係数を選択することを含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５７】
前記調整は、グループ化係数を選択することを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記センサ読出から前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成することをさらに含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
前記フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つを含む請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
複数回の読出サイクルにおけるそれぞれのセンサレベルを平均化することをさらに含む請求項５４に記載の方法。
【請求項６１】
高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えることをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項６２】
ビデオ赤外線画像を解析して関心のある指定された特徴を識別することをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項６３】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
視野間、および必要な空間解像度を与えるための感知画素のグループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる視野調整器と
を含む赤外線センサ。
【請求項６４】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含む極低温冷却センサアレイと、
必要な画像感度を与えるために画素グループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる感度調整器と
を含む赤外線センサ。
【請求項１】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
視野間、および必要な画像感度を誘導するための感知画素のグループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる感度調整器と
を含む赤外線センサ。
【請求項２】
前記センサアレイは前記赤外線センサの二次元配列を含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記センサアレイは光子検出器のアレイを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記光子検出器は光導電センサを含む請求項３に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記光子検出器は光電圧センサを含む請求項３に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記センサアレイは赤外線焦点面アセンブリ（ＩＲＦＰＡ）を含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項７】
周期的センサアレイ読出を実行するための、前記センサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項８】
前記感度調整器は、前記アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項９】
前記感度調整器は、赤外線エネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項１０】
前記読出素子は、選択された読出ウィンドウのサイズで変動可能な読出時間を有する請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１１】
前記読出素子は読出中積分（ＩＷＲ）デバイスを含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１２】
前記読出素子は積分後読出（ＩＴＲ）デバイスを含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１３】
前記調整は、外部から提供される制御情報に従って行われる請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項１４】
前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、センサアレイ出力信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項１５】
前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、読出信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項１６】
前記画像プロセッサは、前記画像信号のＳＮＲを検出するためのＳＮＲ検出器をさらに含む請求項１４に記載の赤外線センサ。
【請求項１７】
前記検出されるＳＮＲは平均ＳＮＲを含む請求項１６に記載の赤外線センサ。
【請求項１８】
前記検出されるＳＮＲは最大ＳＮＲを含む請求項１６に記載の赤外線センサ。
【請求項１９】
前記検出されるＳＮＲは最小ＳＮＲを含む請求項１６に記載の赤外線センサ。
【請求項２０】
前記画像プロセッサは、前記画像信号のコントラストレベルを検出するためのコントラスト検出器をさらに含む請求項１４に記載の赤外線センサ。
【請求項２１】
前記コントラストレベルは平均コントラストレベルを含む請求項２０に記載の赤外線センサ。
【請求項２２】
前記コントラストレベルは最大コントラストレベルを含む請求項２０に記載の赤外線センサ。
【請求項２３】
前記コントラストレベルは最小コントラストレベルを含む請求項２０に記載の赤外線センサ。
【請求項２４】
センサ露光時間を選択するための露光時間計算器をさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項２５】
前記選択は外部場面の全放射に従って行われる請求項２４に記載の赤外線センサ。
【請求項２６】
前記露光時間計算器は、指定されたレベルの前記センサの平均捕集電荷を維持するように動作可能である請求項２４に記載の赤外線センサ。
【請求項２７】
前記選択は前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる請求項２４に記載の赤外線センサ。
【請求項２８】
複数回の読出サイクルにおけるそれぞれの赤外線センサのレベルを平均化するためのアベレージャをさらに含む請求項７に記載の赤外線センサ。
【請求項２９】
前記平均化されるサイクル回数は、単一映像フレーム時間に含まれるセンサ露光および読出サイクルの最大整数回数を含む請求項２８に記載の赤外線センサ。
【請求項３０】
外部赤外線放射を前記センサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３１】
前記感度調整器は、高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタを含む請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３２】
前記フィードバック信号に従って高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む請求項１４に記載の赤外線センサ。
【請求項３３】
小さい読出領域と大きい読出領域とをそれぞれ切り替えて、高感度および低感度撮像を提供するためのモードセレクタをさらに含む請求項８に記載の赤外線センサ。
【請求項３４】
大きい画素グループ化と小さい画素グループ化とをそれぞれ切り替えて、高感度および低感度撮像を提供するためのモードセレクタをさらに含む請求項９に記載の赤外線センサ。
【請求項３５】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
視野間、および必要な画像感度を誘導するための感知画素のグループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる感度調整器と、
センサアレイ出力を処理してビデオ画像を形成するための映像プロセッサと
を含む赤外線カメラ。
【請求項３６】
外部赤外線放射を前記センサアレイに合焦させるための光学部分をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項３７】
周期的センサアレイ読出を実行するための、前記センサアレイに関連付けられる読出素子をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項３８】
前記感度調整器は、前記アレイ内の読出ウィンドウを選択するためのウィンドウセレクタを含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項３９】
前記感度調整器は、赤外線エネルギ捕集中に画素グループ化係数を選択するためのグループ化係数セレクタを含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４０】
前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成するように、前記画像信号を処理するための画像プロセッサをさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４１】
前記フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つを含む請求項４０に記載の赤外線カメラ。
【請求項４２】
高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えるためのモードセレクタをさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４３】
前記赤外線カメラはＦＬＩＲ装置を含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４４】
前記ビデオ画像を解析して関心のある指定された特徴を識別するための画像解析装置をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４５】
前記赤外線カメラは監視装置を含む請求項４４に記載の赤外線カメラ。
【請求項４６】
前記赤外線カメラはターゲッティング装置を含む請求項４４に記載の赤外線カメラ。
【請求項４７】
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）をさらに含む請求項３５に記載の赤外線カメラ。
【請求項４８】
前記赤外線カメラは航空機のビジビリティエンハンサを含む請求項４７に記載の赤外線カメラ。
【請求項４９】
必要な画像感度が得られるようにセンサアレイの画素グループ化を調整し、
前記画素グループ化に従って前記センサアレイにより外部場面から変動可能なウィンドウにおける赤外線エネルギを捕集すること
を含む赤外線感知のための方法。
【請求項５０】
センサ露光時間を選択することをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記選択は、前記センサの平均捕集電荷を指定されたレベルに維持するように行われる請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記方法は、前記画素グループ化および前記選択された露光時間によって許容される最大レートで繰返し実行される請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記選択は、前に得られたセンサ露光レベルに従って行われる請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
周期的センサ読出を実行することをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
前記調整は、前記アレイ内の読出ウィンドウを選択することを含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
前記調整は、グループ化係数を選択することを含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５７】
前記調整は、グループ化係数を選択することを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記センサ読出から前記調整を制御するためのフィードバック信号を形成することをさらに含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
前記フィードバック信号は、平均画像ＳＮＲ、最大画像ＳＮＲ、最小画像ＳＮＲ、平均画像コントラスト、最大画像コントラスト、および最小画像コントラストのうちの少なくとも一つを含む請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
複数回の読出サイクルにおけるそれぞれのセンサレベルを平均化することをさらに含む請求項５４に記載の方法。
【請求項６１】
高感度動作モードと低感度動作モードとを切り替えることをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項６２】
ビデオ赤外線画像を解析して関心のある指定された特徴を識別することをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項６３】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
視野間、および必要な空間解像度を与えるための感知画素のグループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる視野調整器と
を含む赤外線センサ。
【請求項６４】
外部場面から赤外線エネルギを捕集するための、複数の赤外線センサを含む極低温冷却センサアレイと、
必要な画像感度を与えるために画素グループ化を調整するための、前記センサアレイと関連付けられる感度調整器と
を含む赤外線センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ−ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ−ｂ】
【公表番号】特表２００７−５０７９６８（Ｐ２００７−５０７９６８Ａ）
【公表日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３１００８（Ｐ２００６−５３１００８）
【出願日】平成１６年８月１１日（２００４．８．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００７４０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３２１２６
【国際公開日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（５０６０４９６１１）オプガル リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１１日（２００４．８．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００７４０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３２１２６
【国際公開日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（５０６０４９６１１）オプガル リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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