説明

赤外線撮像装置および固定パターンノイズ補正方法

【課題】赤外線撮像装置および被写体を移動させることなく、赤外線センサに入射される赤外光を変化させて、安定したシーンベースドFPN補正を行う。
【解決手段】本発明は、赤外光を集光する赤外線レンズと、該集光された赤外光を検知する赤外線センサと、赤外線センサの出力信号から、画素ごとの固定パターンノイズを除去して画像信号を得る画像信号出力部と、を有する赤外線撮像装置に適用される。この赤外線撮像装置は、赤外線センサに入射される赤外光に対する赤外線センサの視野を変化させるセンサ視野制御部と、赤外線センサの視野を変化させた時の赤外線センサの出力信号の輝度を基に、画素ごとの固定パターンノイズを求める全体制御部と、を有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、赤外線撮像装置および固定パターンノイズ補正方法に関する。
【背景技術】
【0002】
赤外線カメラ等の赤外線撮像装置は、被写体からの赤外光を赤外線レンズにて集光し、その集光された赤外光を赤外線センサにて検知する構成になっている。
【0003】
ところが、赤外線センサには、出力信号の輝度が画素ごとにばらつくという問題点がある。この問題は、赤外線センサの出力信号に含まれているFPN(Fixed Pattern Noise:固定パターンノイズ)が、画素ごとに異なることに起因している。
【0004】
したがって、赤外線撮像装置において、画像の画質を確保するためには、赤外線センサの出力信号からFPNを除去しなければならず、そのためには、FPNを補正する必要がある。この補正は、FPN補正と称されている。
【0005】
赤外線撮像装置におけるFPN補正の手法としては、赤外線センサに入射される赤外光の変化に応じて、赤外線センサの出力信号の輝度が変化することを利用して、FPN補正を行う手法がある。このFPN補正は、シーンベースドFPN補正(Scene-based FPN correction)またはシーンベースドNUC(Scene-based Nonuniformity Correction)と称されている。
【0006】
なお、シーンベースドFPN補正において、赤外線センサに入射される赤外光の変化に応じた赤外線センサの出力信号の輝度の変化を基に、画素ごとのFPNを求める方法は、非特許文献1,2に詳しく開示されている。
【非特許文献1】"An algebraic restoration method for estimating fixed-pattern noise in infrared imagery from a video sequence", Unal Sakoglu, Russell C. Hardie, Majeed M. Hayat, Bradley M. Ratliff and J. Scott Tyo, Department of Electrical and Computer Engineering, University of New Mexico, Albuquerque, NM, USA 87131-0001, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Dayton, Dayton, OH,USA 45469-0226
【非特許文献2】"Generalized Algebraic Algorithm for Scene-based Nonuniformity Correction", Majeed M. Hayat, Bradley M. Ratliff, J. Scott Tyo and Kamil Agi, University of New Mexico, Department of Electrical and Computer Engineering, Albuquerque, NM, USA 87131, K & A Wireless LLC, 2617 Juan Tabo, NE., Suite A, Albuquerque, NM, USA 87112
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、赤外線撮像装置においては、シーンベースドFPN補正を行う場合、通常、赤外線センサに入射される赤外光の変化を、赤外線撮像装置自体または被写体の移動に求めていた。
【0008】
しかし、赤外線撮像装置の移動には、赤外線撮像装置の大きさに応じた大きな動力が必要となるため、赤外線撮像装置の外部構造が制限されてしまう。
【0009】
また、被写体の移動に期待する場合、被写体の移動がシーンベースドFPN補正に適さないと、求めるFPNが不適切なものになってしまう。
【0010】
したがって、赤外線撮像装置においては、赤外線撮像装置および被写体を移動させることなく、赤外線センサに入射される赤外光を変化させて、安定したシーンベースドFPN補正を行うことが重要な課題となっている。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決することができる赤外線撮像装置および固定パターンノイズ補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の赤外線撮像装置は、
赤外光を集光する赤外線レンズと、該集光された赤外光を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの出力信号から、画素ごとの固定パターンノイズを除去して画像信号を得る画像信号出力部と、を有してなる赤外線撮像装置であって、
前記赤外線センサに入射される赤外光に対する該赤外線センサの視野を変化させるセンサ視野制御部と、
前記赤外線センサの視野を変化させた時の該赤外線センサの出力信号の輝度を基に、画素ごとの固定パターンノイズを求める全体制御部と、を有する。
【0013】
本発明の固定パターンノイズ補正方法は、
赤外線レンズにて集光された赤外光を検知する赤外線センサの出力信号から、画素ごとの固定パターンノイズを除去して画像信号を得る赤外線撮像装置による固定パターンノイズ補正方法であって、
前記赤外線センサに入射される赤外光に対する該赤外線センサの視野を変化させるステップと、
前記赤外線センサの視野を変化させた時の該赤外線センサの出力信号の輝度を基に、画素ごとの固定パターンノイズを求めるステップと、を有する。
【発明の効果】
【0014】
本発明の赤外線撮像装置によれば、赤外線センサに入射される赤外光に対する赤外線センサの視野を変化させるセンサ視野制御部を設けている。
【0015】
したがって、赤外線撮像装置および被写体を移動させることなく、赤外線センサに入射される赤外光を変化させることができるため、安定したシーンベースドFPN補正を行うことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【0017】
図1は、本実施形態の赤外線撮像装置の構成を示す図である。
【0018】
図1に示すように、本実施形態の赤外線撮像装置は、赤外線レンズ11と、赤外線センサ12と、センサ視野制御部13と、増幅部14と、A/D変換部15と、全体制御部16と、補償データメモリ17と、画像信号出力部18と、画像メモリ19と、を有している。
【0019】
赤外線レンズ11は、被写体からの赤外光を集光する。
【0020】
赤外線センサ12は、赤外線レンズ11にて集光された赤外光を検知する。赤外線センサ12の出力信号は、増幅部14にて増幅され、A/D変換部15にてデジタル信号に変換された後、全体制御部16および画像信号出力部18に入力される。
【0021】
センサ視野制御部13は、赤外線センサ12に入射される赤外光に対する赤外線センサ12の視野を変化させる。
【0022】
全体制御部16は、FPN補正時に、センサ視野制御部13を制御して赤外線センサ12の視野を変化させる。そして、全体制御部16は、赤外線センサ12の視野を変化させた時の赤外線センサ12の出力信号の輝度を基に、画素ごとのFPNを求め、求めたFPNを補償データとして補償データメモリ17に格納する。なお、FPN補正は、装置起動時や不図示の温度センサにて環境温度の変化が検知された時などに自動的に行われる。
【0023】
画像信号出力部18は、赤外線センサ12の出力信号を、補償データメモリ17に格納された補償データを基に、FPNを除去し補償することで画像信号を得て、得られた画像信号を画像メモリ19に格納する。画像メモリ19に格納された画像信号は、不図示のインタフェースを介して表示装置等へ出力される。
【0024】
上述したように本実施形態においては、赤外線センサ12に入射される赤外光に対する赤外線センサ12の視野を変化させるセンサ視野制御部13を設けている。
【0025】
したがって、赤外線撮像装置および被写体を移動させることなく、赤外線センサ12に入射される赤外光を変化させることができるため、安定したシーンベースドFPN補正を行うことができる。
【0026】
なお、本実施形態の特徴は、センサ視野制御部13により赤外線センサ12の視野を変化させる点にあり、赤外線センサ12の視野の変化に応じた赤外線センサ12の出力信号の輝度の変化を基にして画素ごとのFPNを求める方法は、非特許文献1,2に開示された方法を使用できるため、詳細な説明は省略する。
【実施例】
【0027】
以下、図1に示した赤外線撮像装置の具体的な実施例について説明する。
【0028】
(実施例1)
図2は、本発明の実施例1に係るセンサ視野制御部13の構成を示す図である。
【0029】
図2に示すように、本実施例に係るセンサ視野制御部13は、屈折器21と、屈折器角度制御部22と、を有している。
【0030】
屈折器21は、赤外線レンズ11と赤外線センサ12との間に配置され、赤外線レンズ11にて集光された赤外光を屈折させる。屈折器21としては、赤外光を屈折させるものであれば、特に限定はなく、例えば、ゲルマニウム、カルコゲナイド、サファイア、プラスチック等の材料からなるものを使用することができる。
【0031】
屈折器角度制御部22は、屈折器21の赤外光に対する角度を変化させる。
【0032】
図3は、屈折器角度制御部22の一構成例を示す図である。
【0033】
図3に示すように、本例の屈折器角度制御部22は、シャフト23と、ソレノイド24と、駆動部25と、を有している。
【0034】
シャフト23は、屈折器21の下部に連結された棒状のシャフトである。なお、屈折器21の上部は、移動が上下移動のみに制限されるようになっている。
【0035】
ソレノイド24は、コイルおよびシャフト23と一体的に動作するプランジャからなり、コイルの励磁によりプランジャが移動する構成になっている。よって、コイルの励磁によりプランジャが移動すると、屈折器21とシャフト23との連結部分が図3の左右方向に移動し、それにより、屈折器21の赤外光に対する角度が変化することになる。
【0036】
駆動部25は、ソレノイド24のコイルを励磁する。
【0037】
図4は、屈折器角度制御部22の他の構成例を示す図である。
【0038】
図4に示すように、本例の屈折器角度制御部22は、シャフト26と、歯車27と、駆動部28と、を有している。
【0039】
シャフト26は、屈折器21の下部に連結された棒状のシャフトである。また、シャフト26には、シャフト26の移動方向に沿って歯形26aが形成されている。なお、屈折器21の上部は、移動が上下移動のみに制限されるようになっている。
【0040】
歯車27は、シャフト26の歯形26aと噛み合うような構成になっている。よって、歯車27が回転すると、屈折器21とシャフト23との連結部分が図4の左右方向に移動し、それにより、屈折器21の赤外光に対する角度が変化することになる。
【0041】
駆動部28は、歯車27を回転させる。
【0042】
上述したように本実施例においては、赤外線レンズ11と赤外線センサ12との間に配置された屈折器21と、屈折器21の赤外光に対する角度を変化させる屈折器角度制御部22と、を設けている。
【0043】
このように、屈折器21の赤外光に対する角度を変化させると、赤外光の光路が変化するため、赤外光に対する赤外線センサ12の視野を変化させることができる。
【0044】
なお、本実施例においては、屈折器21の赤外光に対する角度は、縦、横、および斜めのいずれの方向に変化させても、赤外線センサ12の視野を変化させることが可能である。そのため、屈折器21の赤外光に対する角度方向は、図2〜図4に示した角度方向に限定されない。
【0045】
(実施例2)
図5は、本発明の実施例2に係るセンサ視野制御部13の構成を示す図である。
【0046】
図5に示すように、本実施例に係るセンサ視野制御部13は、赤外線レンズ11を、赤外光の入射面を一定に保ったまま、偏心移動させるレンズ偏心移動制御部31を有している。
【0047】
図6は、レンズ偏心移動制御部31の一構成例を示す図である。
【0048】
図6に示すように、本例のレンズ偏心移動制御部31は、レンズ保持部材32と、歯車33と、駆動部34と、を有している。
【0049】
レンズ保持部材32は、自己のレンズ保持部材32の中心に対して赤外線レンズ11の中心が偏心するように赤外線レンズ11を保持する。また、レンズ保持部材32の外周には、歯形32aが形成されている。
【0050】
歯車32は、レンズ保持部材32の外周の歯形32aと噛み合うような構成になっている。よって、歯車32が回転すると、レンズ保持部材32が回転し、それにより、レンズ保持部材32に保持された赤外線レンズ11が偏心移動することになる。
【0051】
駆動部33は、歯車32を回転させる。
【0052】
上述したように本実施例においては、赤外線レンズ11を偏心移動させるレンズ偏心移動制御部31を設けている。
【0053】
このように、赤外線レンズ11を偏心移動させると、赤外光の光軸が変化するため、赤外光に対する赤外線センサ12の視野を変化させることができる。
【0054】
なお、本実施例においては、レンズ偏心移動制御部31は、フォーカス調整機構と一体とし、フォーカス調整のため赤外線レンズ11を回転すると、赤外線レンズ11が偏心移動し補償データを求めることができるような構造にしても良い。
【0055】
(実施例3)
図7は、本発明の実施例3に係るセンサ視野制御部13の構成を示す図である。
【0056】
図7に示すように、本実施例に係るセンサ視野制御部13は、赤外線センサ12を、赤外光の入射面を一定に保ったまま、平行に(図7の上下方向)移動させるセンサ移動制御部41を有している。
【0057】
図8は、センサ移動制御部41を図7のX方向から見た図であり、また、図9は、センサ移動制御部41を図7のY方向から見た図である。
【0058】
図7〜図9に示すように、本例のセンサ移動制御部41は、ガイド溝42と、ガイドレール43と、アクチュエータ44と、駆動部45と、を有している。
【0059】
ガイド溝42は、赤外線センサ12の、赤外線レンズ11との対向面の裏面に、取り付けられた、2本の平行な凹状の溝である。
【0060】
ガイドレール43は、赤外線センサ12の裏面側に配置され、2本のガイド溝42にそれぞれ係合する、2本の平行な凸状のレールである。
【0061】
アクチュエータ44は、赤外線センサ12を、赤外光の入射面を一定に保ったまま、ガイドレール43に沿って平行に移動させる。
【0062】
例えば、アクチュエータ44は、電圧の印加により伸縮するピエゾ素子等の圧電素子とすることができる。この場合、電圧の印加により圧電素子が伸縮すると、それに伴い赤外線センサ12が図7の上下方向に移動することになる。
【0063】
また、アクチュエータ44は、コイルおよび赤外線センサ12と一体的に動作するプランジャからなり、コイルの励磁によりプランジャが移動するソレノイドとすることもできる。この場合、コイルの励磁によりプランジャが移動すると、それに伴い赤外線センサ12が図7の上下方向に移動することになる。
【0064】
駆動部45は、アクチュエータ44を駆動する。例えば、駆動部45は、アクチュエータ44が圧電素子の場合は、圧電素子に電圧を印加し、アクチュエータ44がソレノイドの場合は、ソレノイドのコイルを励磁することになる。
【0065】
上述したように本実施例においては、赤外線センサ12を平行移動させるセンサ移動制御部41を設けているため、赤外光に対する赤外線センサ12の視野を変化させることができる。
【0066】
なお、本実施例においては、赤外線センサ12の移動方向は、縦、横、および斜めのいずれの方向であっても、赤外線センサ12の視野を変化させることが可能である。そのため、赤外線センサ12の移動方向は、図7〜図9に示した移動方向に限定されない。
【0067】
(実施例4)
本実施例においては、センサ視野制御部13として、実施例1に係る屈折器21および屈折器角度制御部22と、実施例3に係るセンサ移動制御部41と、を組み合わせた構成とする。なお、本実施例の図面は省略する。
【0068】
すなわち、本実施例においては、まず、赤外線センサ12の前段に設けた屈折器21の赤外光に対する角度を変化させ、さらに、赤外線センサ12自体も平行移動させる。
【0069】
このように、実施例1および実施例3に係るセンサ視野制御部13を組み合せることにより、屈折器21の赤外光に対する角度方向および赤外線センサ12の移動方向をそれぞれ1つの方向だけに変化させたとしても、その組み合せに応じて、赤外線センサ12の視野を様々な位置に変化させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0070】
【図1】本発明の一実施形態の赤外線撮像装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の実施例1に係るセンサ視野制御部の構成を示す図である。
【図3】図2に示した屈折器角度制御部の一構成例を示す図である。
【図4】図2に示した屈折器角度制御部の他の構成例を示す図である。
【図5】本発明の実施例2に係るセンサ視野制御部の構成を示す図である。
【図6】図5に示したレンズ偏心移動制御部の一構成例を示す図である。
【図7】本発明の実施例3に係るセンサ視野制御部の構成を示す図である。
【図8】図7に示したセンサ移動制御部をX方向から見た図である。
【図9】図7に示したセンサ移動制御部をY方向から見た図である。
【符号の説明】
【0071】
11 赤外線レンズ
12 赤外線センサ
13 センサ視野制御部
14 増幅部
15 A/D変換部
16 全体制御部
17 補償データメモリ
18 画像信号出力部
19 画像メモリ
21 屈折器
22 屈折器角度制御部
23 シャフト
24 ソレノイド
25 駆動部
26 シャフト
26a 歯形
27 歯車
28 駆動部
31 レンズ偏心移動制御部
32 レンズ保持部材
32a 歯形
33 歯車
34 駆動部
41 センサ移動制御部
42 ガイド溝
43 ガイドレール
44 アクチュエータ
45 駆動部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
赤外光を集光する赤外線レンズと、該集光された赤外光を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの出力信号から、画素ごとの固定パターンノイズを除去して画像信号を得る画像信号出力部と、を有してなる赤外線撮像装置であって、
前記赤外線センサに入射される赤外光に対する該赤外線センサの視野を変化させるセンサ視野制御部と、
前記赤外線センサの視野を変化させた時の該赤外線センサの出力信号の輝度を基に、画素ごとの固定パターンノイズを求める全体制御部と、を有する赤外線撮像装置。
【請求項2】
前記センサ視野制御部は、
前記赤外線レンズと前記赤外線センサとの間に配置され、前記赤外線レンズにて集光された赤外光を屈折させる屈折器と、
前記屈折器の前記赤外光に対する角度を変化させる屈折器角度制御部と、を有する、請求項1に記載の赤外線撮像装置。
【請求項3】
前記屈折器角度制御部は、
前記屈折器の一部に連結されたシャフトと、
コイルおよび前記シャフトと一体的に動作するプランジャからなり、該コイルの励磁により該プランジャが移動することで、前記屈折器と前記シャフトとの連結部分を移動させて該屈折器の前記赤外光に対する角度を変化させるソレノイドと、を有する、請求項2に記載の赤外線撮像装置。
【請求項4】
前記屈折器角度制御部は、
前記屈折器の一部に連結され、移動方向に沿って歯形が形成されたシャフトと、
前記シャフトの歯形と噛み合うように回転することで、前記屈折器と前記シャフトとの連結部分を移動させて該屈折器の前記赤外光に対する角度を変化させる歯車と、を有する、請求項2に記載の赤外線撮像装置。
【請求項5】
前記センサ視野制御部は、
前記赤外線レンズを偏心移動させるレンズ偏心移動制御部を有する、請求項1に記載の赤外線撮像装置。
【請求項6】
前記レンズ偏心移動制御部は、
自己の中心に対して前記赤外線レンズの中心が偏心するように該赤外線レンズを保持し、外周に歯形が形成されたレンズ保持部材と、
前記レンズ保持部材の外周の歯形と噛み合うように回転することで、前記レンズ保持部材を回転させて該レンズ保持部材に保持された前記赤外線レンズを偏心移動させる歯車と、を有する、請求項5に記載の赤外線撮像装置。
【請求項7】
前記センサ視野制御部は、
前記赤外線センサを平行移動させるセンサ移動制御部を有する、請求項1に記載の赤外線撮像装置。
【請求項8】
前記センサ移動制御部は、
前記赤外線センサの、前記赤外線レンズとの対向面の裏面に取り付けられたガイド溝と、
前記赤外線センサの前記裏面側に配置され、前記ガイド溝に係合するガイドレールと、
前記赤外線センサを前記ガイドレールに沿って平行移動させるアクチュエータと、を有する、請求項7に記載の赤外線撮像装置。
【請求項9】
前記アクチュエータは、電圧の印加により伸縮することで、前記赤外線センサを前記ガイドレールに沿って平行移動させる圧電素子である、請求項8に記載の赤外線撮像装置。
【請求項10】
前記アクチュエータは、コイルおよび前記赤外線センサと一体的に動作するプランジャからなり、該コイルの励磁により該プランジャが移動することで、前記赤外線センサを前記ガイドレールに沿って平行移動させるソレノイドである、請求項8に記載の赤外線撮像装置。
【請求項11】
前記センサ視野制御部は、
前記赤外線レンズと前記赤外線センサとの間に配置され、前記赤外線レンズにて集光された赤外光を屈折させる屈折器と、
前記屈折器の前記赤外光に対する角度を変化させる屈折器角度制御部と、
前記赤外線センサを平行移動させるセンサ移動制御部と、を有する、請求項1に記載の赤外線撮像装置。
【請求項12】
前記屈折器角度制御部は、
前記屈折器の一部に連結されたシャフトと、
コイルおよび前記シャフトと一体的に動作するプランジャからなり、該コイルの励磁により該プランジャが移動することで、前記屈折器と前記シャフトとの連結部分を移動させて該屈折器の前記赤外光に対する角度を変化させるソレノイドと、を有する、請求項11に記載の赤外線撮像装置。
【請求項13】
前記屈折器角度制御部は、
前記屈折器の一部に連結され、移動方向に沿って歯形が形成されたシャフトと、
前記シャフトの歯形と噛み合うように回転することで、前記屈折器と前記シャフトとの連結部分を移動させて該屈折器の前記赤外光に対する角度を変化させる歯車と、を有する、請求項11に記載の赤外線撮像装置。
【請求項14】
前記センサ移動制御部は、
前記赤外線センサの、前記赤外線レンズとの対向面の裏面に取り付けられたガイド溝と、
前記赤外線センサの前記裏面側に配置され、前記ガイド溝に係合するガイドレールと、
前記赤外線センサを前記ガイドレールに沿って平行移動させるアクチュエータと、を有する、請求項11に記載の赤外線撮像装置。
【請求項15】
前記アクチュエータは、電圧の印加により伸縮することで、前記赤外線センサを前記ガイドレールに沿って平行移動させる圧電素子である、請求項14に記載の赤外線撮像装置。
【請求項16】
前記アクチュエータは、コイルおよび前記赤外線センサと一体的に動作するプランジャからなり、該コイルの励磁により該プランジャが移動することで、前記赤外線センサを前記ガイドレールに沿って平行移動させるソレノイドである、請求項14に記載の赤外線撮像装置。
【請求項17】
赤外線レンズにて集光された赤外光を検知する赤外線センサの出力信号から、画素ごとの固定パターンノイズを除去して画像信号を得る赤外線撮像装置による固定パターンノイズ補正方法であって、
前記赤外線センサに入射される赤外光に対する該赤外線センサの視野を変化させるステップと、
前記赤外線センサの視野を変化させた時の該赤外線センサの出力信号の輝度を基に、画素ごとの固定パターンノイズを求めるステップと、を有する固定パターンノイズ補正方法。
【請求項18】
前記赤外線センサの視野を変化させるステップでは、
前記赤外線レンズと前記赤外線センサとの間に配置した、前記赤外光を屈折させる屈折器の前記赤外光に対する角度を変化させる、請求項17に記載の固定パターンノイズ補正方法。
【請求項19】
前記赤外線センサの視野を変化させるステップでは、
前記赤外線レンズを偏心移動させる、請求項17に記載の固定パターンノイズ補正方法。
【請求項20】
前記赤外線センサの視野を変化させるステップでは、
前記赤外線センサを平行移動させる、請求項17に記載の固定パターンノイズ補正方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate


【公開番号】特開2009−207072(P2009−207072A)
【公開日】平成21年9月10日(2009.9.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−49757(P2008−49757)
【出願日】平成20年2月29日(2008.2.29)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】