説明

赤外線カメラ

【課題】 従来の赤外線カメラはカメラ内部の赤外光学系と赤外線撮像素子の間にシャッタなどの均一温度物体を設け、シャッタを閉じた時の映像をオフセット量として格納し、その格納したデータを全体の信号より減算したものを撮像ターゲットからの赤外線として映像化していたため、シャッタより先に存在するカメラ構成品からの赤外線放射に対する補正の手段が無いという問題があった。
【解決手段】 予めカメラの構成品からの赤外線放射による映像に対する代表的なシェーデイングパタンを格納する機能と、撮影画像に対しローパスフィルタを掛け、画面上の各部の直流的な輝度を計測することによりシェーデイング量を検出する機能と、検出したシェーデイング量及びシェーディングパタンをもとに補正データを生成し撮影画像データより減算するようにして赤外線カメラを構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、赤外線カメラの画像補正処理に関するものである。
【背景技術】
【0002】
赤外線カメラの赤外線撮像素子には、撮像ターゲットから放射される赤外線以外に、カメラの構成品である赤外光学系や筐体などから放射される赤外線が同時に入射されている。この赤外光学系や筐体などからの赤外線放射による影響は通常シェーディングと呼ぶ。このシェーディングの量は一定量ではなくカメラの温度状態により影響は変化する。
【0003】
また、シェーデイング量は、通常画面中央部よりも画面端の方が影響度が大きく同心円状のパタンとなる。従来の赤外線カメラにおいては、上記のカメラ構成品からの赤外線放射をキャンセルするために、赤外光学系の先端やレンズ内部、またはカメラ内部の赤外光学系と赤外線撮像素子の間にシャッタなどの均一温度物体を設け、シャッタを閉じた時の映像をオフセット量として格納し、その格納したデータを全体の信号より減算したものを撮像ターゲットからの赤外線として映像化していた(例えば、特許文献1、特許文献2、参照)。
【0004】
【特許文献1】特許第3373387号(第1頁、第1図)
【特許文献2】特開平11−46322号(第1頁、第1図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、シャッタを赤外光学系先端、又はレンズ内部に設ける方式では赤外光学系の機構が複雑となる問題があり、また、シャッタをカメラ内部に設ける方式は構成が簡単なものの、赤外光学系からの赤外線放射の影響をキャンセルできないという問題があった。
この発明は、赤外光学系や筐体といった赤外線カメラの構成品からの赤外線放射によるシェーディングの影響を、シャッタをカメラ内部に設ける方式でも有効に補正することが可能な赤外線カメラを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明にかかる赤外線カメラは、複数の画素を有する検出器と、この検出器の出力信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力信号の低周波成分を透過するアナログローパスフィルタと、このアナログローパスフィルタの出力信号をデジタルデータに変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力データを格納する画像格納メモリと、所定のシェーディングパタンデータを格納したシェーディングパタンメモリと、上記画像格納メモリに格納された画像データから、この所定のシェーディングパタンデータ測定箇所と略同一箇所のシェーディング量を検出するシェーディング量検出回路と、上記所定のシェーディングパタンデータに対し、上記シェーディングパタンメモリ内のシェーディング量に対する上記シェーディング量検出回路から得られるシェーディング量との比率に基づく係数を乗算する画像乗算回路と、この画像乗算回路の出力データを撮影画像データから減算する画像減算回路とを有するものである。
【発明の効果】
【0007】
この発明にかかる赤外線カメラは、撮影映像の出力系統とは別に、画像の低周波成分画像データを生成し、その画像データの画面中央部と周辺部の輝度の違いを元にその時点で発生しているシェーディング量を予測し、その検知結果を元に予め格納されたシェーデイングパタンデータに対して乗減算したシェーデイング補正データを出力映像データに減算することで、赤外光学系や筐体からの赤外線放射の撮影映像に与える影響を除去可能な赤外線カメラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1にかかる赤外線カメラの構成を示すブロック図である。図に示す様に、この実施の形態1にかかる赤外線カメラは赤外光学系などの赤外光学系1、筐体2、赤外光学系1の結像面上に設置された検出器である検出器アレイ3を有する。
【0009】
ここで、検出器アレイ3は例えば、ボロメータ、SOIダイオード方式等の複数の画素を2次元に配列したものである。赤外光学系1と検出器アレイ3との間にはシャッタ4が設けられる。このシャッタ4は、例えば、金属など温度が均一になりやすいものが選ばれる。検出器アレイ3には、その出力を増幅する増幅回路6、A/D変換回路7、オフセット補正メモリ8、表示処理回路9が接続される。さらにこの実施の形態にかかる赤外線カメラには、素子駆動のタイミングやシャッタ開閉のタイミングを生成するタイミング発生回路10と、タイミング発生回路10と検出器アレイ3の間にはドライバ回路5が接続される。
【0010】
そして、この実施の形態1にかかる赤外線カメラは上記に加え、検出器アレイ3の出力信号の内、低周波成分を透過し高周波成分は透過させないアナログローパスフィルタ11と、このアナログローパスフィルタ11の出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路12と、AD変換回路12の出力データを2次元的なメモリに格納する画像格納メモリ13と、画像格納メモリ13の各画素の輝度データを元にシェーデイング量を算出するシェーデイング量検出回路14と、組合わせた赤外光学系1での代表的なシェーデイングパタンを格納するシェーデイングパタンメモリ15と、シェーデイングパタンメモリ15のデータにある予め定めた所定の係数を乗ずる画像乗算回路16と、画像乗算回路16の出力データと表示処理回路9の出力データとの減算処理を行う画像減算回路17とを備える。
【0011】
次に、動作について説明する。最初に、通常の撮影を行う際の、赤外線カメラの動作について説明する。赤外線カメラでは、タイミング発生回路10はドライバ回路5を介して検出器アレイ3に駆動クロックを送り、駆動クロックを受けた検出器アレイ3は映像信号の出力を行う。次に、タイミング発生回路10はシャッタ4を閉じる信号をシャッタ4に送る。検出器アレイ3は、シャッタ4を閉じた状態での各画素を構成する検出器の温度に対応した電圧を出力し、上記信号電圧を増幅回路6で増幅した後、A/D変換回路7でA/D変換し、各画素ごとのデータとしてオフセット補正メモリ8に記憶する。
【0012】
次に、シャッタ4を開き、被撮像物が放射する赤外線を赤外光学系1により検出器アレイ3上に結像する。被撮像物の放射量の差により各画素間には微小な電圧差が生じ、検出器アレイ3は、各画素の温度に対応した電圧を出力する。上記信号電圧を増幅回路6で増幅した後、A/D変換回路7でA/D変換し、表示処理回路9においてオフセット補正メモリ8に記憶されたデータを各画素ごとに減算し、シャッタ4を閉じた時の信号レベルを基準としたビデオ信号を生成する。
【0013】
続いて、赤外光学系1、筐体2の赤外線放射によるシェーデイングの除去手順について説明する。この実施の形態にかかる赤外線カメラは、例えば、一定周期又は赤外線カメラ外部からの指令などでシェーデイング量検出を開始する。
【0014】
シェーデイング量検出処理を開始すると、まずA/D変換回路12はアナログローパスフィルタ11を通過してきた増幅回路6の映像信号をデジタルデータに変換する。アナログローパスフィルタ11のカットオフ周波数はシェーデイング量が最大であった場合の周波数を元に決定する。
【0015】
A/D変換回路12の出力データは、各画素毎に画像格納メモリ13に格納される。シェーデイング量検出回路14は、画像格納メモリ13の画面データを用い、例えば、画面中央と画面四隅の輝度データの差より、現在発生しているシェーデイング量を検出する。画像乗算回路16ではシェーデイング量検出回路14でのシェーデイング量の検出結果を元に、シェーデイングパタンメモリ15に格納された正確なシェーデイングパタンに対し乗算を行い、現在の状態での最適なシェーデイングパタンデータを生成する。画像減算回路17では、画像乗算回路16の出力データを表示処理回路9の出力データから減算することにより、シェーデイングの影響を除去した映像データを生成する。
【0016】
図4は、撮影画像から画像乗算回路16の出力データを生成する手順を説明するものである。本説明図は、水平1ラインのみの動作説明であるが、画面の複数箇所の輝度データを取得するため複数ラインに対し、同様の処理を行っても良い。撮影風景の信号成分を含む増幅回路6の出力信号をアナログローパスフィルタ11を通すことにより、撮影風景の信号成分を低減させたデータを生成し画像格納メモリ13に格納する。
画像格納メモリ13に格納されたデータについて任意の各座標の輝度データを測定し、現在発生しているシェーディング量とシェーディングパタンメモリ15に格納されたシェーディングパタンデータとの比に相当する係数Aを算出する。
【0017】
次に、係数Aの算出について図5を用いて説明する。まず、シェーディングパタンメモリ15のデータより予め画面中心と、画面中心からの各距離の輝度データとの傾きを算出しておく。図5は1ラインで4ヶ所の傾きT1〜T4を計測する例である。これに対し画像格納メモリ13のデータに対し同様に画面中心と、画面中心からの各距離の輝度データとの傾きTa〜Tdをシェーディング量検出回路14にて算出する。これはシェーディングパタンメモリ15のT1〜T4を算出した画素位置と同一箇所とする。そして算出した各画素位置の傾きの比を例えば平均化して係数Aを決定する。係数Aを算出するために傾きを算出する画面ラインの数、画素数は特に指定しない。
【0018】
シェーディングパターンメモリ15に予め格納された正確なシェーデイングパタンデータに、この算出された係数Aを乗ずることにより、レンズの持つシェーディングパタン及び現在発生しているシェーディング量の双方が反映された補正データが生成される。
【0019】
図4は、撮影画像から画像乗算回路16の出力データを生成する手順を説明するものである。本説明図は、水平1ラインのみの動作説明であるが、画面の複数箇所の輝度データを取得するため複数ラインに対し、同様の処理を行っても良い。撮影風景の信号成分を含む増幅回路6の出力信号をアナログローパスフィルタ11を通すことにより、撮影風景の信号成分を低減させたデータを生成し画像格納メモリ13に格納する。
画像格納メモリ13に格納されたデータについて任意の各座標の輝度データを測定し、現在発生しているシェーディングの勾配に相当する係数Aを算出する。シェーディングパターンメモリ15に予め格納された正確なシェーデイングパタンデータに、この算出された係数Aを乗ずることにより、レンズの持つシェーディングパタン及び現在発生しているシェーディング量の双方が反映された補正データが生成される。
【0020】
また、図6は、画像乗算回路16の出力データを表示処理回路9の出力データから減算する状況を説明するものである。シェーディングを含んだ表示処理回路9の出力データと、予測した最適なシェーディングパターンである画像乗算回路16の出力データとを、画像減算回路17にて減算することでシェーディングの影響を除去した画像を得る。
【0021】
このように、この実施の形態にかかる赤外線カメラは、増幅回路6の出力データの高周波成分を除去した画像データを格納する画像格納メモリ13と、その画像の輝度勾配を元にシェーデイング量を検出するシェーデイング量検出回路14と、シェーデイングパタンを保管するシェーディングパタンメモリ15を設けることにより赤外光学系1、筐体2の赤外線放射の影響を除去することが可能となる。
【0022】
実施の形態2.
図2は、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。この実施の形態では、実施の形態1におけるアナログローパスフィルタ11、A/D変換回路12の代わりに、デジタルローパスフィルタ18を備えて構成されるものである。デジタルローパスフィルタ18はA/D変換回路7に接続される。
【0023】
次に、動作について説明する。この実施の形態にかかる赤外線カメラは、例えば一定周期又は赤外線カメラ外部からの指令などでシェーデイング量検出を開始する。シェーデイング量検出処理を開始すると、まずA/D変換回路7の出力データがデジタルローパスフィルタ回路18に入力される。デジタルローパスフィルタ18は時系列に入力される各画素の画像データに対し、ある所定のカットオフ周波数未満のデータは透過し、カットオフ周波数以上のデータは透過しない特性を持つ。また、デジタルローパスフィルタ18のカットオフ周波数はシェーデイング量が最大であった場合の周波数を元に決定する。
【0024】
デジタルローパスフィルタ18の出力データは各画素毎に画像格納メモリ13に格納される。シェーデイング量検出回路14は画像格納メモリ13の画面データを用い、例えば画面中央と画面四隅の輝度データの差より、現在発生しているシェーデイング量を検出する。画像乗算回路16ではシェーデイング量検出回路14でのシェーデイング量検出結果を元に、シェーデイングパタンメモリ15に格納された正確なシェーデイングパタンに対し乗算を行い、現在の状態での最適なシェーデイングパタンデータを生成する。画像減算回路17では、画像乗算回路16の出力データを表示処理回路9の出力データから減算することにより、シェーデイングの影響を除去した映像データを生成する。
【0025】
図6は、撮影画像から画像乗算回路16の出力データを生成する手順を説明するものである。本説明図は、水平1ラインのみの動作説明であるが、画面の複数箇所の輝度データを取得するため複数ラインに対し、同様の処理を行っても良い。撮影風景の信号成分を含むA/D変換回路7の出力信号をデジタルローパスフィルタ18を通すことにより、撮影風景の信号成分を低減させたデータを生成し画像格納メモリ13に格納する。
画像格納メモリ13に格納されたデータについて任意の各座標の輝度データを測定し、現在発生しているシェーディング量とシェーディングパタンメモリ15に格納されたシェーディングパタンデータとの比に相当する係数Aを算出する。
【0026】
次に、係数Aの算出について図5を用いて説明する。まず、シェーディングパタンメモリ15のデータより予め画面中心と、画面中心からの各距離の輝度データとの傾きを算出しておく。図5は1ラインで4ヶ所の傾きT1〜T4を計測する例である。これに対し画像格納メモリ13のデータに対し同様に画面中心と、画面中心からの各距離の輝度データとの傾きTa〜Tdをシェーディング量検出回路14にて算出する。これはシェーディングパタンメモリ15のT1〜T4を算出した画素位置と同一箇所とする。そして算出した各画素位置の傾きの比を例えば平均化して係数Aを決定する。係数Aを算出するために傾きを算出する画面ラインの数、画素数は特に指定しない。
【0027】
シェーディングパターンメモリ15に予め格納された正確なシェーデイングパタンデータに、この算出された係数Aを乗ずることにより、レンズのもつシェーディングパタン及び現在発生しているシェーディング量の双方が反映された補正データが生成される。
【0028】
図7は、撮影画像から画像乗算回路16の出力データを生成する手順を説明するものである。本説明図は、水平1ラインのみの動作説明であるが、画面の複数箇所の輝度データを取得するため複数ラインに対し、同様の処理を行っても良い。撮影風景の信号成分を含むA/D変換回路7の出力信号をデジタルローパスフィルタ18を通すことにより、撮影風景の信号成分を低減させたデータを生成し画像格納メモリ13に格納する。
画像格納メモリ13に格納されたデータについて任意の各座標の輝度データを測定し、現在発生しているシェーディングの勾配に相当する係数Aを算出する。シェーディングパターンメモリ15に予め格納された正確なシェーデイングパタンデータに、この算出された係数Aを乗ずることにより、レンズのもつシェーディングパタン及び現在発生しているシェーディング量の双方が反映された補正データが生成される。
【0029】
このように、この実施の形態にかかる赤外線カメラは、A/D変換回路7の出力データの高周波成分を除去した画像データを格納する画像格納メモリ13と、その画像の輝度勾配を元にシェーデイング量を検出するシェーデイング量検出回路14と、シェーデイングパタンを保管するシェーディングパタンメモリ15を設けることにより赤外光学系1、筐体2の赤外線放射の影響を除去することが可能となる。
【0030】
実施の形態3.
図3は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。この実施の形態にかかる赤外線カメラは、実施の形態2にかかる赤外線カメラの構成に、積分回路19を追加したものである。
【0031】
次に、動作について説明する。この実施の形態にかかる赤外線カメラは、例えば一定周期又は赤外線カメラ外部からの指令などでシェーデイング量検出を開始する。シェーデイング量検出処理を開始するとまずA/D変換回路7の出力データがデジタルローパスフィルタ回路18に入力される。デジタルローパスフィルタ18は時系列に入力される各画素の画像データに対し、あるカットオフ周波数未満のデータは透過し、カットオフ周波数以上のデータは透過しない特性を持つ。また、デジタルローパスフィルタ18のカットオフ周波数はシェーデイング量が最大であった場合の周波数を元に決定する。
【0032】
デジタルローパスフィルタ18の出力データは積分回路19に入力される。積分回路19では入力された各画素毎のデータの一定期間の平均データを生成、出力する。積分回路19の出力データは各画素毎に画像格納メモリ13に格納される。シェーデイング量検出回路14は画像格納メモリ13の画面データを用い、例えば画面中央と画面四隅の輝度データの差より、現在発生しているシェーデイング量を検出する。画像乗算回路16では、シェーデイング量検出回路でのシェーデイング量検出結果を元に、シェーデイングパタンメモリ15に格納された正確なシェーデイングパタンに対し乗算を行い、現在の状態での最適なシェーデイングパタンデータを生成する。画像減算回路17では画像乗算回路16の出力データを表示処理回路9の出力データから減算することにより、シェーデイングの影響を除去した映像データを生成する。
【0033】
また、図4は積分回路19の動作を説明した図である。図のように積分回路19はデジタルローパスフィルタ18の出力データの時間的に複数画面分の平均データを生成する。そして、生成されたデータは画像格納メモリ13に格納される。
【0034】
図8は、撮影画像から画像乗算回路16の出力データを生成する手順を説明するものである。本説明図は、水平1ラインのみの動作説明であるが、画面の複数箇所の輝度データを取得するため複数ラインに対し、同様の処理を行っても良い。撮影風景の信号成分を含むA/D変換回路7の出力信号をデジタルローパスフィルタ18を通すことにより、撮影風景の信号成分を低減させたデータを生成する。さらに生成されたデータの一定時間平均データを積分回路19で生成し画像格納メモリ13に格納する。
画像格納メモリ13に格納されたデータについて任意の各座標の輝度データを測定し、現在発生しているシェーディング量とシェーディングパタンメモリ15に格納されたシェーディングパタンデータとの比に相当する係数Aを算出する。
【0035】
次に、係数Aの算出について図5を用いて説明する。まず、シェーディングパタンメモリ15のデータより予め画面中心と、画面中心からの各距離の輝度データとの傾きを算出しておく。図5は1ラインで4ヶ所の傾きT1〜T4を計測する例である。これに対し画像格納メモリ13のデータに対し同様に画面中心と、画面中心からの各距離の輝度データとの傾きTa〜Tdをシェーディング量検出回路14にて算出する。これはシェーディングパタンメモリ15のT1〜T4を算出した画素位置と同一箇所とする。そして算出した各画素位置の傾きの比を例えば平均化して係数Aを決定する。係数Aを算出するために傾きを算出する画面ラインの数、画素数は特に指定しない。
【0036】
シェーディングパターンメモリ15に予め格納された正確なシェーデイングパタンデータに、この算出された係数A乗ずることにより、レンズの持つシェーディングパタン及び現在発生しているシェーディング量の双方が反映された補正データが生成される。
【0037】
また、図9は積分回路19の動作を説明した図である。図のように積分回路19はデジタルローパスフィルタ18の出力データの時間的に複数画面分の平均データを生成する。そして、生成されたデータは画像格納メモリ13に格納される。
【0038】
このように、この実施の形態にかかる赤外線カメラは、A/D変換回路7の出力データの高周波成分を除去した画像の時系列の平均データを生成する積分回路19を設けることで定常的に生じるシェーディングは有効的に検出し、時間的に変化する撮影映像の影響を低減することで、より正確なシェーディング補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】この発明の実施の形態1にかかる赤外線カメラ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にかかる赤外線カメラ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にかかる赤外線カメラ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1における画像乗算回路の動作説明図である。
【図5】この発明の実施の形態1乃至実施の形態3におけるシェーディング量検出回路の動作説明図である。
【図6】この発明の実施の形態1乃至実施の形態3における画像減算回路の動作説明図である。
【図7】この発明の実施の形態2における画像乗算回路の動作説明図である。
【図8】この発明の実施の形態3における画像乗算回路の動作説明図である。
【図9】この発明の実施の形態3における積分回路の動作説明図である。
【符号の説明】
【0040】
1 赤外光学系、2 筐体、3 検出器アレイ、4 シャッタ、5 ドライバ回路、6 増幅回路、7 A/D変換回路、8 オフセット補正メモリ、9 表示処理回路、10 タイミング発生回路、11 アナログローパスフィルタ、12 A/D変換回路、13 画像格納メモリ、14 シェーディング量検出回路、15 シェーディングパタンメモリ、16 画像乗算回路、17 画像減算回路、18 デジタルローパスフィルタ、19 積分回路。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の画素を有する検出器と、
この検出器の出力信号を増幅する増幅回路と、
この増幅回路の出力信号の低周波成分を透過するアナログローパスフィルタと、
このアナログローパスフィルタの出力信号をデジタルデータに変換するA/D変換回路と、
このA/D変換回路の出力データを格納する画像格納メモリと、
所定のシェーディングパタンデータを格納したシェーディングパタンメモリと、
上記画像格納メモリに格納された画像データから、この所定のシェーディングパタンデータ測定箇所と略同一箇所のシェーディング量を検出するシェーディング量検出回路と、
上記所定のシェーディングパタンデータに対し、上記シェーディングパタンメモリ内のシェーディング量に対する上記シェーディング量検出回路から得られるシェーディング量との比率に基づく係数を乗算する画像乗算回路と、
この画像乗算回路の出力データを撮影画像データから減算する画像減算回路と、
を有することを特徴とする赤外線カメラ。
【請求項2】
複数の画素を有する検出器と、
この検出器の出力信号を増幅する増幅回路と、
この増幅回路の出力信号をデジタルデータに変換するA/D変換回路と、
このA/D変換回路の出力データの低周波成分を透過するデジタルローパスフィルタと、
このデジタルローパスフィルタの出力データを格納する画像格納メモリと、
所定のシェーディングパタンデータを格納したシェーディングパタンメモリと、
上記画像格納メモリに格納された画像データから、この所定のシェーディングパタンデータ測定箇所と略同一箇所のシェーディング量を検出するシェーディング量検出回路と、
上記所定のシェーディングパタンデータに対し、上記シェーディングパタンメモリ内のシェーディング量に対する上記シェーディング量検出回路から得られるシェーディング量との比率に基づく係数を乗算する画像乗算回路と、
この画像乗算回路の出力データを撮影画像データから減算する画像減算回路と、
を有することを特徴とする赤外線カメラ。
【請求項3】
更に、上記デジタルローパスフィルタの出力データの時間的な平均データを生成する積分回路を有することを特徴とする、請求項2に記載の赤外線カメラ。
【請求項4】
上記画像乗算回路は、上記シェーディングパタンメモリ内のシェーディング量に対する上記シェーディング量検出回路から得られるシェーディング量との所定の測定箇所における夫々の比率の算術平均に基づく係数を乗算するものである、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の赤外線カメラ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2005−274301(P2005−274301A)
【公開日】平成17年10月6日(2005.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−87131(P2004−87131)
【出願日】平成16年3月24日(2004.3.24)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】