赤外線撮像装置
【課題】赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する。
【解決手段】工場出荷前に赤外線撮像装置１０ａの撮像する目標温度、赤外線撮像装置の環境温度を複数設定し、設定ごとに、検知器４を構成する画素毎の信号輝度及び１画面の平均信号輝度を観測し、観測結果を用いて、画素毎の信号輝度が１画面の平均信号輝度に合うように変換される補正係数データを算出してメモリＡ５ａに格納する。赤外線撮像装置の目標撮像時に各画素について、補正係数データ、各画素の撮像画像の入力輝度、温度センサ３において観測される赤外線レンズ１ａの温度より、検知器補正部９が各画素の撮像画像の信号輝度に対して１画面の平均輝度値に線形近似する補正演算を行うことで、操作員等による補正データの作成更新を行わずに撮影目標の撮像を妨げることなく、検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する。
【解決手段】工場出荷前に赤外線撮像装置１０ａの撮像する目標温度、赤外線撮像装置の環境温度を複数設定し、設定ごとに、検知器４を構成する画素毎の信号輝度及び１画面の平均信号輝度を観測し、観測結果を用いて、画素毎の信号輝度が１画面の平均信号輝度に合うように変換される補正係数データを算出してメモリＡ５ａに格納する。赤外線撮像装置の目標撮像時に各画素について、補正係数データ、各画素の撮像画像の入力輝度、温度センサ３において観測される赤外線レンズ１ａの温度より、検知器補正部９が各画素の撮像画像の信号輝度に対して１画面の平均輝度値に線形近似する補正演算を行うことで、操作員等による補正データの作成更新を行わずに撮影目標の撮像を妨げることなく、検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線撮像装置の画像補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線撮像装置の検知器の感度出力は、撮像シーン、環境温度等の影響を受けて画素毎にばらつきが発生するため、運用中に撮影目標の撮像を中断し、感度補正データの取得更新を行うことで画素毎の出力ばらつきを補正して均一な撮影画像を提供している。
一方、航空機に搭載された赤外線撮像装置を用いて飛翔体等の目標を常に追尾する装置等においては、赤外線撮像装置の撮影する画像シーン、及び赤外線撮像装置の運用する環境温度が変動しても、赤外線撮像装置運用時に撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正した撮影画像を提供することが課題となっている。
赤外線撮像装置運用時に撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知器からの出力する画素毎の感度ばらつきを均一に補正する赤外線撮像装置として例えば特許文献１がある。
【０００３】
特許文献１に記載の赤外線撮像装置は、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御することによって、撮影目標の撮像を行いながら、赤外線レンズ温度の高温、低温の２つの基準温度における感度補正データを取得する。
通常の撮像時は、ヒータ線を非通電状態にしておき、目標からの赤外線を撮像するが、この時、赤外線エネルギーを検知する検知器は目標からの赤外線と共に目標からの赤外線が通過する赤外線レンズ自身が発する赤外線も検知している。
この状態から感度補正を行う場合、赤外線レンズに内蔵したヒータ線を通電状態にして加熱し、赤外線レンズの温度が所定の温度まで上昇したところで、通常の撮像時と同じように目標からの赤外線を撮像すると、検知器自体は目標からの赤外線と同時にヒータ線で加熱された赤外線レンズからの赤外線も検知する。
この時、通常撮像時との赤外線検知器との差は、ヒータによる赤外線レンズの加熱によって、赤外線レンズから放射される赤外線の上昇分のみであり、この赤外線検知量の差を用いて、撮影目標の撮像を行いながら、画素毎の感度補正データを作成することができ、撮影目標の撮像を中断することなく、感度補正を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０９２５５号公報 図６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の赤外線撮像装置は、感度補正データ取得のために、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御する機構を具備する必要があり、赤外線撮像装置の大型化、もしくはコスト高に繋がるという課題がある。
また、たとえ上記の感度補正データを取得し、その時点で赤外線検知器から出力する画素毎の感度ばらつきを均一に補正できたとしても、その後赤外線撮像装置の運用する環境温度が変動すると、ヒータ線非通電状態のレンズ温度が、感度補正データ取得時と異なってしまい、その結果、赤外線検知器の画素毎の感度ばらつきが発生し、その都度、感度補正データを再度取得し、感度補正データを更新する必要があるという課題があった。
【０００６】
また、特許文献１における感度補正データは原理上、赤外線レンズ温度の高温、低温の２つの基準温度におけるそれぞれの赤外線検知量の差を用いて作成するため、例えば赤外線撮像装置が回転架台に支持され、赤外線撮像装置がある捜索範囲を常に走査監視するような装置においては、感度補正データ取得時の撮像する画像シーンが常に変動し、その結果、作成する感度補正データ自体が誤差を持ってしまい、上記の手順で感度補正データを取得しても精度よく均一に感度補正が行えないという課題がある。
【０００７】
この発明は係る課題を解決することを主な目的の一つとし、赤外線レンズの温度を制御する機構を用いずに、撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する赤外線撮像装置を得ることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る赤外線撮像装置は、
赤外線を検知して撮像を行う赤外線撮像装置であって、
複数の赤外線検知画素を有し、赤外線検知画素ごとに撮像画像信号を出力する赤外線検知部と、
撮像画像信号の信号輝度の補正に用いられる補正係数を赤外線検知画素ごとに予め記憶している補正係数記憶部と、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度と前記補正係数記憶部に記憶されている補正係数とを用いて補正演算を行って、撮影画像信号の信号輝度の補正を行う信号補正部とを有し、
前記補正係数記憶部は、
前記赤外線撮像装置の撮像対象を温度分布が均一である均一温度分布面とし、前記赤外線撮像装置の環境温度と均一温度分布面の温度の組み合わせが複数設定され、各設定における均一温度分布面の撮像画像信号が各赤外線検知画素から出力され、各設定における各赤外線検知画素の撮像画像信号の信号輝度と前記複数の赤外線検知画素での撮像画像信号の平均信号輝度が観測され、赤外線検知画素ごとに、各設定における信号輝度と各設定における平均信号輝度と各設定における環境温度とを用いて算出された補正係数を記憶していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来の赤外線撮像装置で必要とされていた赤外線レンズを加熱するヒータと赤外線レンズの温度を制御する機構を必要とせず、また、撮影目標の撮像画像を用いて補正係数データを取得更新する必要がなく、更に、撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知画素毎の出力ばらつきを均一に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る赤外線撮像装置を説明するブロック図。
【図２】実施の形態１に係る赤外線撮像装置の検知器補正の概念を説明する図。
【図３】実施の形態２に係る赤外線撮像装置を説明するブロック図。
【図４】実施の形態３に係る赤外線撮像装置を説明するブロック図。
【図５】実施の形態１に係る赤外線撮像装置の補正係数データ取得時のセットアップを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による赤外線撮像装置１０ａの構成を示すブロック図である。
赤外線撮像装置１０ａは、目標からの赤外線を集光する赤外線レンズ１ａ、赤外線撮像装置１０ａの運用する環境温度として赤外線レンズの温度をモニタする温度センサ３（環境温度測定部）、集光した赤外線を検知して撮像画像信号に電気変換する検知器４（赤外線検知器）、検知器４より出力する撮像画像信号の赤外線検知画素（以下、単に画素ともいう）毎の出力ばらつきを均一に補正して映像信号を外部に出力する信号処理回路７ａから構成される。
このように、本実施の形態に係る赤外線撮像装置１０ａは、特許文献１に記載されている赤外線レンズ１ａに内蔵するヒータ、及びヒータを制御するヒータ制御器等の機構を一切具備しない。
【００１２】
信号処理回路７ａは、赤外線撮像装置１０ａの工場出荷前に検知器４より出力する撮像画像信号の画素毎の出力ばらつきを均一に補正するための補正係数データを格納するメモリＡ５ａ（補正係数記憶部）、温度センサ３にて監視するレンズ温度及びメモリＡ５ａに格納した画素毎の補正係数データを用いて検知器４より出力する撮像画像信号の画素毎の出力ばらつきを均一に補正する検知器補正部９（信号補正部）より構成される。
【００１３】
検知器補正部９において、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御する機構を一切用いずに補正データの取得を行わずに、撮影目標の撮像を妨げることなく、検知器４から出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正する方法について説明する。
検知器４の検知する赤外線エネルギーは、特許文献１に記載の通り、目標からの赤外線と共に目標からの赤外線が通過する赤外線レンズ自身が発する赤外線から成るため、赤外線撮像装置１０ａの撮影する画像シーン、及び赤外線撮像装置１０ａの環境温度の影響を受けて、検知器４から出力する撮像画像における画素毎の出力ばらつきが発生する。
そこで、本実施の形態における赤外線撮像装置１０ａにおいては、工場出荷前に赤外線撮像装置１０ａの撮像する目標温度、赤外線撮像装置１０ａの運用する環境温度を離散的に設定し、設定ごとに、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度、１画面の平均信号輝度を観測し、それらの観測結果を用いて、各過疎の信号輝度が１画面の平均信号輝度に合致するように輝度変換される補正係数データを取得し、検知器４の構成する画素毎に算出してメモリＡ５ａに格納しておく。
次に赤外線撮像装置１０ａの目標撮像時（運用時）に、検知器補正部９に入力される撮影画像の入力輝度、温度センサ３において観測される赤外線撮像装置１０ａの環境温度としてのレンズ温度と、メモリＡ５ａの格納する補正係数データを検知器４の構成する画素毎に読み出し、検知器補正部９で後述の補正演算を行うことで、操作員による補正データの取得更新を行わずに撮影目標の撮像を妨げることなく、検知器４から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する。
【００１４】
つまり、本実施の形態に赤外線撮像装置１０ａでは、検知器４は、複数の赤外線検知画素を有し、赤外線検知画素ごとに撮像画像信号を出力し、温度センサ３は、赤外線撮像装置１０ａの環境温度として赤外線レンズ１ａの温度を測定する。
また、メモリＡ５ａは、撮像画像信号の信号輝度の補正に用いられる補正係数を赤外線検知画素ごとに予め記憶している。メモリＡ５ａが記憶している補正係数は、撮像画像信号の信号輝度についての信号輝度補正係数と赤外線撮像装置１０ａの環境温度（赤外線レンズ１ａの温度）についての環境温度補正係数である。
そして、検知器補正部９は、赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度に信号輝度補正係数を乗じ、温度センサ３により測定された環境温度に環境温度補正係数を乗じて撮影画像信号の信号輝度の補正を行う。
【００１５】
次に、工場出荷前にメモリＡ５ａに格納される補正係数データの取得方法について説明する。
【００１６】
図５に示す通り予め赤外線撮像装置１０ａを恒温槽１００に入れ、恒温槽１００の赤外線透過窓１０１を通して、面黒体１０２を赤外線撮像装置１０ａにて撮像できるように面黒体１０２を配置する。
面黒体１０２は、温度分布が均一である均一温度分布面である。
そして、恒温槽１００の温度を低温側に設定するとともに面黒体の温度をＴ１に設定し、その際検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度、検知器４の１画面の平均信号輝度及び温度センサ３のモニタするレンズ温度ＴＳ１を観測する。
次に面黒体１０２の温度をＴ２、Ｔ３に、恒温槽１００の温度を中温、低温側にそれぞれ設定して上記と同様にすることで、面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及び温度センサ３のモニタするレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定における検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度、及び１画面の平均信号輝度を計測する。
尚、設定する面黒体温度Ｔｎの値は検知器補正部９にて精度よく補正演算を行うために、本赤外線撮像装置１０ａの撮影対象である目標の温度範囲、恒温槽の高温／中温／低温側設定温度は赤外線撮像装置１０ａの運用する環境温度範囲を考慮して決定する。
【００１７】
このように工場出荷前に赤外線撮像装置１０ａの環境温度と面黒体１０２の温度の組み合わせを複数設定し、各設定における各赤外線検知画素の面黒体１０２の撮像画像信号の信号輝度と１画面（複数の赤外線検知画素）での撮像画像信号の平均信号輝度を観測し、赤外線検知画素ごとに、各設定における信号輝度と各設定における平均信号輝度と各設定における環境温度とを用いて補正係数を算出する。
ここで算出される補正係数は、補正演算後の信号輝度がいずれの設定においても平均信号輝度と同レベルになるように算出されたものである。
【００１８】
面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及び温度センサ３のモニタするレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定における検知器補正部９に入力される画素ｊの信号輝度Ｘｊ、及び１画面の平均信号輝度ａｖｒＸは図２の補正概念図における×で示される。
図２において、例えば、Ｘｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）は面黒体温度Ｔ１及びレンズ温度ＴＳ１の設定における画素ｊの信号輝度であり、ａｖｒＸ（Ｔ１）（ＴＳ１）は面黒体温度Ｔ１及びレンズ温度ＴＳ１の設定における検知器４の全画素での平均信号輝度である。
また、軸Ｘｊは画素ｊの信号輝度Ｘｊを表し、軸ＴＳはレンズ温度ＴＳを表し、軸ＸＣｊは画素ｊの補正後の信号輝度を表す。
【００１９】
ここで、図２の補正概念図に示すように、検知器補正部９で行う補正演算は上記で計測された面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定において検知器補正部９に入力される画素ｊの信号輝度値が１画面の平均信号輝度値に合致するように、検知器４の構成する画素の出力毎に補正係数を求めて、赤外線撮像装置１０ａ目標撮像時には、温度センサ３のモニタするレンズ温度、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度から、数１による補正演算式に基づき輝度変換を行うものである。
図２では、面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定において、信号輝度Ｘｊの補正値ＸＣｊが１画面の平均信号輝度値ａｖｒＸと同レベルとなることを表している。
つまり、Ｘｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）の補正値ＸＣｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）は、１画面の平均信号輝度ａｖｒＸ（Ｔ１）（ＴＳ１）と同等となる（ＸＣｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）≒ａｖｒＸ（Ｔ１）（ＴＳ１））。また、他の設定においても同様である（ＸＣｊ（Ｔ２）（ＴＳ２）≒ａｖｒＸ（Ｔ２）（ＴＳ２）、（ＸＣｊ（Ｔ３）（ＴＳ３）≒ａｖｒＸ（Ｔ３）（ＴＳ３））。
図２における矩形は、各設定の補正値ＸＣｊを包含する仮想的な面を示している。
検知器補正部９は、運用時に、検知器４の画素ｊの信号輝度Ｘｊに対して、図２及び数１に示すように、ＸＣｊ＝αｊ＊Ｘｊ＋βｊ＊ＴＳ＋γｊを計算して、画素ｊの補正値ＸＣｊを求める。
数１におけるαｊ、βｊ、γｊはメモリＡ５ａに格納される補正係数で、上記で計測された面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）、及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）観測時（工場出荷前）の画素毎の信号輝度、及び１画面の平均信号輝度の観測結果を用いて、数２の方程式の解として一意に算出するものである。
言い換えれば、上記の補正係数αｊ、βｊ、γｊは、上記で計測された面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）、及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）観測時の画素ごとの信号輝度が１画面の平均輝度観測結果に一致するように算出された係数である。
このようにして、画素毎に算出した補正係数データαｊ、βｊ、γｊを予めメモリＡ５ａに格納しておく。
なお、αｊが信号輝度補正係数であり、βｊが環境温度補正係数である。
【００２０】
【数１】
【００２１】
【数２】
【００２２】
次に、赤外線撮像装置１０ａの動作について説明する。
目標を撮影した赤外線信号は赤外線レンズ１ａに集光され、赤外線レンズ１ａ自身が発する赤外線と併せて検知器４にて検知され、撮像画像信号として電気変換出力される。
検知器４の出力する撮像画像信号は信号処理回路７ａの検知器補正部９に入力され、検知器補正部９において、温度センサ３のモニタするレンズ温度とメモリＡ５ａより読み出された補正係数を用いて、数１の補正演算式に基づいて輝度変換を行い、映像信号として出力する。
メモリＡ５ａより読み出される補正係数データαｊ、βｊ、γｊは工場出荷前に、数２に従い検知器補正部９に入力観測された画素毎の信号輝度と、温度センサ３のモニタするレンズ温度観測値と、観測された１画面の信号輝度の対応に合致するように算出されたものである。
このため、赤外線撮像装置１０ａ目標撮像時の検知器４を構成する任意の画素ｊにおける検知器補正処理後の撮像画像信号の輝度値ＸＣｊは、数１に従い検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度Ｘｊ、及び温度センサ３のモニタする温度観測値ＴＳより、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度に対応する１画面の平均輝度値に線形近似されるように作用することができる。
図２に、赤外線撮像装置１０ａ目標撮像時の、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度Ｘｊ、及び温度センサ３のモニタする温度観測値ＴＳ、検知器補正処理後の撮像画像信号の輝度値ＸＣｊの対応を〇で示す。
このようにして、赤外線撮像装置１０ａの撮影する画像シーン及び赤外線撮像装置１０ａの環境温度が変動しても、検知器補正部９において検知器４から出力する撮像画像信号を均一に補正することができる。
【００２３】
以上により、この実施の形態１の赤外線撮像装置１０ａでは、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御する機構を具備する必要なく、撮影目標の撮像画像を用いて補正係数データを取得更新する必要もなく、撮影目標の撮像を妨げることなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正することができる。
【００２４】
以上、本実施の形態では、
目標からの赤外線を集光する赤外線レンズ、
赤外線撮像装置の運用する環境温度を監視する温度センサ、
集光した赤外線を検知して撮像画像信号に電気変換する検知器、
工場出荷前に赤外線撮像装置を恒温槽に入れ、恒温槽の赤外線透過窓を通して、赤外線撮像装置にて撮像できるように目標温度を模擬した面黒体を配置することで、赤外線撮像装置の撮像する目標温度、赤外線撮像装置の環境温度を設定毎に、検知器補正部に入力される画素毎の信号輝度、及び１画面の平均信号輝度を観測しそれらの観測結果より、検知器を構成する画素毎に観測した１画面の平均輝度に合うように算出した補正係数データを格納するメモリ、
メモリより読み出される補正係数データ及び、検知器補正部に入力される撮影画像の入力輝度、及び、温度センサにおいて、観測される赤外線撮像装置の環境温度より、検知器補正部に入力される各画素の撮影画像に対して、その１画面の平均輝度値に線形近似する補正演算を行う検知器補正部、
検知器補正部からの出力を映像信号として外部に出力する信号処理部をそれぞれ具備し、
赤外線撮像装置の撮影する画像シーン、及び赤外線撮像装置の環境温度が変動しても、赤外線レンズにヒータを内蔵して赤外線レンズの温度を制御する機構を具備する必要なく、撮影目標の撮像画像を用いて感度補正データ等の補正係数データを取得更新せずに、撮影目標の撮像を妨げることなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する赤外線撮像装置を説明した。
【００２５】
実施の形態２．
検知器４においては、製造工程における異物の付着などにより、参照される画素が異常輝度値を出力するような欠陥画素であった場合、検知器４にて出力する当該画素の出力に出力不良が発生し、この結果、映像出力の当該画素において、ノイズや画像むらとして出力される。
実施の形態２ではこのような欠陥画素があった場合にも赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正するように工夫したものである。
図３は、実施の形態２による赤外線撮像装置１０ｂの構成を示すブロック図で、信号処理回路７ｂにおいて実施の形態１における検知器補正部９の後段に欠陥補正部１２を追加し、また、欠陥補正部１２に欠陥画素の情報を出力する欠陥メモリ１１（欠陥画素記憶部）を追加して構成される。
【００２６】
赤外線撮像装置１０ｂの動作について説明する。
欠陥メモリ１１は、工場出荷前に、検知器４においてどこのアドレスの画素が欠陥画素であるかをデータ（以後欠陥補正データと称する）として格納する。
実施の形態１における検知器補正部９より出力された補正後の撮像画像信号が検知器４の構成する画素毎に欠陥補正部１２に入力される。
欠陥補正部１２では、画素毎に欠陥補正部１２に入力された撮像画像信号と検知器４の構成する画素毎に欠陥メモリ１１より読み出される欠陥補正データとを同時に参照し、欠陥画素である画素については、当該画素近傍の欠陥画素でない健全な画素に置換し出力する。
つまり、欠陥補正部１２は、検知器補正部９から補正された後の各画素の撮像画像信号を入力し、欠陥補正データに基づき、入力した撮像画像信号の中から欠陥画素の撮像画像信号を抽出するとともに、抽出した欠陥画素の撮像画像信号を近傍の画素の補正後の撮像画像信号に置き換える。
【００２７】
このようにして、この実施の形態２の赤外線撮像装置１０ｂでは検知器４に欠陥画素があったとしても信号処理回路７ｂから出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正することができる。
【００２８】
以上、本実施の形態では、
工場出荷前に、検知器における欠陥補正データを格納するメモリ、及び、検知器補正部より出力された撮像画像信号及び画素毎に上記メモリより読み出される欠陥補正データを同時に参照し欠陥画素である画素については、当該画素近傍の欠陥画素でない健全な画素に置換し出力する欠陥補正部を検知器補正部の後段に具備し、
たとえ検知器に欠陥画素があった場合にも、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する赤外線撮像装置を説明した。
【００２９】
実施の形態３．
航空機に搭載された赤外線撮像装置においては、例えばその装置の運用する環境温度範囲が、地上試験時の室温環境、及び航空機搭載時の低温環境下と分けて存在する場合がある。
実施の形態３では、装置の運用が室温環境下及び低温環境下と分かれても、いずれも赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを精度よく均一に補正するように工夫したものである。
図４は、実施の形態３による赤外線撮像装置１０ｃの構成を示すブロック図で、実施の形態２における赤外線撮像装置１０ｂに対して、メモリＢ６ａ（補正係数記憶部）及びセレクタ８を追加して構成される。
【００３０】
工場出荷前にメモリＡ５ａ、メモリＢ６ａにはそれぞれ後述する室温環境下の補正係数データ（実施の形態１におけるαｊ、βｊ、γｊと区別して以後αｊ＿ｈ、βｊ＿ｈ、γｊ＿ｈと称する）、低温環境下の補正係数データ（実施の形態１におけるαｊ、βｊ、γｊと区別して以後αｊ＿ｌ、βｊ＿ｌ、γｊ＿ｌと称する）を取得し格納する。
室温環境下の補正係数データαｊ＿ｈ、βｊ＿ｈ、γｊ＿ｈの取得方法は実施の形態１で説明した恒温槽の高温／中温／低温側設定温度を、室温環境温度範囲を考慮して決定することで、それ以外については実施の形態１による方法と全く同じである。
同様に、低温環境下の補正係数データαｊ＿ｌ、βｊ＿ｌ、γｊ＿ｌの取得方法についても実施の形態１で説明した恒温槽の高温／中温／低温側設定温度を、低温環境温度範囲を考慮して決定することで、それ以外については実施の形態１による方法と全く同じである。
【００３１】
赤外線撮像装置１０ｃの動作について説明する。
赤外線撮像装置１０ｃ運用前に操作員が赤外線撮像装置１０ｃの実際に運用する環境温度について、室温環境下／低温環境下のいずれかを選択し赤外線撮像装置１０ｃに対して設定する。
セレクタ８において、上記設定された室温環境下／低温環境下に基づき、メモリＡ５ａに格納された室温環境下の補正係数データαｊ＿ｈ、βｊ＿ｈ、γｊ＿ｈまたはメモリＢ６ａに格納された低温環境下の補正係数データαｊ＿ｌ、βｊ＿ｌ、γｊ＿ｌを選択し、検知器補正部９に選択された補正係数データ（以後αｊ＿ｓｅｌ、βｊ＿ｓｅｌ、γｊ＿ｓｅｌと称する）を出力する。
検知器補正部９において、上記選択された補正係数データαｊ＿ｓｅｌ、βｊ＿ｓｅｌ、γｊ＿ｓｅｌを用いて検知器補正部９に入力される撮像画像データを均一に補正する。
補正演算は、実施の形態１で示した通りである。
【００３２】
このようにして、この実施の形態３の赤外線撮像装置１０ｃでは赤外線撮像装置１０ｃの実運用に見合った補正係数データαｊ＿ｓｅｌ、βｊ＿ｓｅｌ、γｊ＿ｓｅｌを用いて検知器補正部９に入力される撮像画像データを均一に補正することができるので、赤外線撮像装置１０ｃの運用が室温環境下及び低温環境下と分かれても、いずれも赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを精度よく均一に補正することができる。
【００３３】
以上、本実施の形態では、
工場出荷前に、赤外線撮像装置低温環境運用時の補正係数データ及び室温環境運用時の補正係数データを算出し、
これらの補正係数データを格納するメモリ、及び赤外線撮像装置の運用環境を操作員が設定し、設定に基づいて、低温環境運用時の補正係数データまたは、室温環境運用時の補正係数データを選択するセレクタを具備し、
選択された補正係数データを検知器補正部に入力し検知器補正部にて補正演算を行うことで、赤外線撮像装置の運用が室温環境下及び低温環境下いずれの環境下においても、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを精度よく均一に補正する赤外線撮像装置を説明した。
【符号の説明】
【００３４】
１ 赤外線レンズ、３ 温度センサ、４ 検知器、５ メモリＡ、６ メモリＢ、７ 信号処理回路、８ セレクタ、９ 検知器補正部、１０ 赤外線撮像装置、１１ 欠陥メモリ、１２ 欠陥補正部、１００ 恒温槽、１０１ 赤外線透過窓、１０２ 面黒体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線撮像装置の画像補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線撮像装置の検知器の感度出力は、撮像シーン、環境温度等の影響を受けて画素毎にばらつきが発生するため、運用中に撮影目標の撮像を中断し、感度補正データの取得更新を行うことで画素毎の出力ばらつきを補正して均一な撮影画像を提供している。
一方、航空機に搭載された赤外線撮像装置を用いて飛翔体等の目標を常に追尾する装置等においては、赤外線撮像装置の撮影する画像シーン、及び赤外線撮像装置の運用する環境温度が変動しても、赤外線撮像装置運用時に撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正した撮影画像を提供することが課題となっている。
赤外線撮像装置運用時に撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知器からの出力する画素毎の感度ばらつきを均一に補正する赤外線撮像装置として例えば特許文献１がある。
【０００３】
特許文献１に記載の赤外線撮像装置は、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御することによって、撮影目標の撮像を行いながら、赤外線レンズ温度の高温、低温の２つの基準温度における感度補正データを取得する。
通常の撮像時は、ヒータ線を非通電状態にしておき、目標からの赤外線を撮像するが、この時、赤外線エネルギーを検知する検知器は目標からの赤外線と共に目標からの赤外線が通過する赤外線レンズ自身が発する赤外線も検知している。
この状態から感度補正を行う場合、赤外線レンズに内蔵したヒータ線を通電状態にして加熱し、赤外線レンズの温度が所定の温度まで上昇したところで、通常の撮像時と同じように目標からの赤外線を撮像すると、検知器自体は目標からの赤外線と同時にヒータ線で加熱された赤外線レンズからの赤外線も検知する。
この時、通常撮像時との赤外線検知器との差は、ヒータによる赤外線レンズの加熱によって、赤外線レンズから放射される赤外線の上昇分のみであり、この赤外線検知量の差を用いて、撮影目標の撮像を行いながら、画素毎の感度補正データを作成することができ、撮影目標の撮像を中断することなく、感度補正を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０９２５５号公報 図６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の赤外線撮像装置は、感度補正データ取得のために、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御する機構を具備する必要があり、赤外線撮像装置の大型化、もしくはコスト高に繋がるという課題がある。
また、たとえ上記の感度補正データを取得し、その時点で赤外線検知器から出力する画素毎の感度ばらつきを均一に補正できたとしても、その後赤外線撮像装置の運用する環境温度が変動すると、ヒータ線非通電状態のレンズ温度が、感度補正データ取得時と異なってしまい、その結果、赤外線検知器の画素毎の感度ばらつきが発生し、その都度、感度補正データを再度取得し、感度補正データを更新する必要があるという課題があった。
【０００６】
また、特許文献１における感度補正データは原理上、赤外線レンズ温度の高温、低温の２つの基準温度におけるそれぞれの赤外線検知量の差を用いて作成するため、例えば赤外線撮像装置が回転架台に支持され、赤外線撮像装置がある捜索範囲を常に走査監視するような装置においては、感度補正データ取得時の撮像する画像シーンが常に変動し、その結果、作成する感度補正データ自体が誤差を持ってしまい、上記の手順で感度補正データを取得しても精度よく均一に感度補正が行えないという課題がある。
【０００７】
この発明は係る課題を解決することを主な目的の一つとし、赤外線レンズの温度を制御する機構を用いずに、撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する赤外線撮像装置を得ることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る赤外線撮像装置は、
赤外線を検知して撮像を行う赤外線撮像装置であって、
複数の赤外線検知画素を有し、赤外線検知画素ごとに撮像画像信号を出力する赤外線検知部と、
撮像画像信号の信号輝度の補正に用いられる補正係数を赤外線検知画素ごとに予め記憶している補正係数記憶部と、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度と前記補正係数記憶部に記憶されている補正係数とを用いて補正演算を行って、撮影画像信号の信号輝度の補正を行う信号補正部とを有し、
前記補正係数記憶部は、
前記赤外線撮像装置の撮像対象を温度分布が均一である均一温度分布面とし、前記赤外線撮像装置の環境温度と均一温度分布面の温度の組み合わせが複数設定され、各設定における均一温度分布面の撮像画像信号が各赤外線検知画素から出力され、各設定における各赤外線検知画素の撮像画像信号の信号輝度と前記複数の赤外線検知画素での撮像画像信号の平均信号輝度が観測され、赤外線検知画素ごとに、各設定における信号輝度と各設定における平均信号輝度と各設定における環境温度とを用いて算出された補正係数を記憶していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来の赤外線撮像装置で必要とされていた赤外線レンズを加熱するヒータと赤外線レンズの温度を制御する機構を必要とせず、また、撮影目標の撮像画像を用いて補正係数データを取得更新する必要がなく、更に、撮影目標の撮像を中断することなく、赤外線検知画素毎の出力ばらつきを均一に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る赤外線撮像装置を説明するブロック図。
【図２】実施の形態１に係る赤外線撮像装置の検知器補正の概念を説明する図。
【図３】実施の形態２に係る赤外線撮像装置を説明するブロック図。
【図４】実施の形態３に係る赤外線撮像装置を説明するブロック図。
【図５】実施の形態１に係る赤外線撮像装置の補正係数データ取得時のセットアップを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による赤外線撮像装置１０ａの構成を示すブロック図である。
赤外線撮像装置１０ａは、目標からの赤外線を集光する赤外線レンズ１ａ、赤外線撮像装置１０ａの運用する環境温度として赤外線レンズの温度をモニタする温度センサ３（環境温度測定部）、集光した赤外線を検知して撮像画像信号に電気変換する検知器４（赤外線検知器）、検知器４より出力する撮像画像信号の赤外線検知画素（以下、単に画素ともいう）毎の出力ばらつきを均一に補正して映像信号を外部に出力する信号処理回路７ａから構成される。
このように、本実施の形態に係る赤外線撮像装置１０ａは、特許文献１に記載されている赤外線レンズ１ａに内蔵するヒータ、及びヒータを制御するヒータ制御器等の機構を一切具備しない。
【００１２】
信号処理回路７ａは、赤外線撮像装置１０ａの工場出荷前に検知器４より出力する撮像画像信号の画素毎の出力ばらつきを均一に補正するための補正係数データを格納するメモリＡ５ａ（補正係数記憶部）、温度センサ３にて監視するレンズ温度及びメモリＡ５ａに格納した画素毎の補正係数データを用いて検知器４より出力する撮像画像信号の画素毎の出力ばらつきを均一に補正する検知器補正部９（信号補正部）より構成される。
【００１３】
検知器補正部９において、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御する機構を一切用いずに補正データの取得を行わずに、撮影目標の撮像を妨げることなく、検知器４から出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正する方法について説明する。
検知器４の検知する赤外線エネルギーは、特許文献１に記載の通り、目標からの赤外線と共に目標からの赤外線が通過する赤外線レンズ自身が発する赤外線から成るため、赤外線撮像装置１０ａの撮影する画像シーン、及び赤外線撮像装置１０ａの環境温度の影響を受けて、検知器４から出力する撮像画像における画素毎の出力ばらつきが発生する。
そこで、本実施の形態における赤外線撮像装置１０ａにおいては、工場出荷前に赤外線撮像装置１０ａの撮像する目標温度、赤外線撮像装置１０ａの運用する環境温度を離散的に設定し、設定ごとに、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度、１画面の平均信号輝度を観測し、それらの観測結果を用いて、各過疎の信号輝度が１画面の平均信号輝度に合致するように輝度変換される補正係数データを取得し、検知器４の構成する画素毎に算出してメモリＡ５ａに格納しておく。
次に赤外線撮像装置１０ａの目標撮像時（運用時）に、検知器補正部９に入力される撮影画像の入力輝度、温度センサ３において観測される赤外線撮像装置１０ａの環境温度としてのレンズ温度と、メモリＡ５ａの格納する補正係数データを検知器４の構成する画素毎に読み出し、検知器補正部９で後述の補正演算を行うことで、操作員による補正データの取得更新を行わずに撮影目標の撮像を妨げることなく、検知器４から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する。
【００１４】
つまり、本実施の形態に赤外線撮像装置１０ａでは、検知器４は、複数の赤外線検知画素を有し、赤外線検知画素ごとに撮像画像信号を出力し、温度センサ３は、赤外線撮像装置１０ａの環境温度として赤外線レンズ１ａの温度を測定する。
また、メモリＡ５ａは、撮像画像信号の信号輝度の補正に用いられる補正係数を赤外線検知画素ごとに予め記憶している。メモリＡ５ａが記憶している補正係数は、撮像画像信号の信号輝度についての信号輝度補正係数と赤外線撮像装置１０ａの環境温度（赤外線レンズ１ａの温度）についての環境温度補正係数である。
そして、検知器補正部９は、赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度に信号輝度補正係数を乗じ、温度センサ３により測定された環境温度に環境温度補正係数を乗じて撮影画像信号の信号輝度の補正を行う。
【００１５】
次に、工場出荷前にメモリＡ５ａに格納される補正係数データの取得方法について説明する。
【００１６】
図５に示す通り予め赤外線撮像装置１０ａを恒温槽１００に入れ、恒温槽１００の赤外線透過窓１０１を通して、面黒体１０２を赤外線撮像装置１０ａにて撮像できるように面黒体１０２を配置する。
面黒体１０２は、温度分布が均一である均一温度分布面である。
そして、恒温槽１００の温度を低温側に設定するとともに面黒体の温度をＴ１に設定し、その際検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度、検知器４の１画面の平均信号輝度及び温度センサ３のモニタするレンズ温度ＴＳ１を観測する。
次に面黒体１０２の温度をＴ２、Ｔ３に、恒温槽１００の温度を中温、低温側にそれぞれ設定して上記と同様にすることで、面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及び温度センサ３のモニタするレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定における検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度、及び１画面の平均信号輝度を計測する。
尚、設定する面黒体温度Ｔｎの値は検知器補正部９にて精度よく補正演算を行うために、本赤外線撮像装置１０ａの撮影対象である目標の温度範囲、恒温槽の高温／中温／低温側設定温度は赤外線撮像装置１０ａの運用する環境温度範囲を考慮して決定する。
【００１７】
このように工場出荷前に赤外線撮像装置１０ａの環境温度と面黒体１０２の温度の組み合わせを複数設定し、各設定における各赤外線検知画素の面黒体１０２の撮像画像信号の信号輝度と１画面（複数の赤外線検知画素）での撮像画像信号の平均信号輝度を観測し、赤外線検知画素ごとに、各設定における信号輝度と各設定における平均信号輝度と各設定における環境温度とを用いて補正係数を算出する。
ここで算出される補正係数は、補正演算後の信号輝度がいずれの設定においても平均信号輝度と同レベルになるように算出されたものである。
【００１８】
面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及び温度センサ３のモニタするレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定における検知器補正部９に入力される画素ｊの信号輝度Ｘｊ、及び１画面の平均信号輝度ａｖｒＸは図２の補正概念図における×で示される。
図２において、例えば、Ｘｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）は面黒体温度Ｔ１及びレンズ温度ＴＳ１の設定における画素ｊの信号輝度であり、ａｖｒＸ（Ｔ１）（ＴＳ１）は面黒体温度Ｔ１及びレンズ温度ＴＳ１の設定における検知器４の全画素での平均信号輝度である。
また、軸Ｘｊは画素ｊの信号輝度Ｘｊを表し、軸ＴＳはレンズ温度ＴＳを表し、軸ＸＣｊは画素ｊの補正後の信号輝度を表す。
【００１９】
ここで、図２の補正概念図に示すように、検知器補正部９で行う補正演算は上記で計測された面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定において検知器補正部９に入力される画素ｊの信号輝度値が１画面の平均信号輝度値に合致するように、検知器４の構成する画素の出力毎に補正係数を求めて、赤外線撮像装置１０ａ目標撮像時には、温度センサ３のモニタするレンズ温度、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度から、数１による補正演算式に基づき輝度変換を行うものである。
図２では、面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）の各設定において、信号輝度Ｘｊの補正値ＸＣｊが１画面の平均信号輝度値ａｖｒＸと同レベルとなることを表している。
つまり、Ｘｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）の補正値ＸＣｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）は、１画面の平均信号輝度ａｖｒＸ（Ｔ１）（ＴＳ１）と同等となる（ＸＣｊ（Ｔ１）（ＴＳ１）≒ａｖｒＸ（Ｔ１）（ＴＳ１））。また、他の設定においても同様である（ＸＣｊ（Ｔ２）（ＴＳ２）≒ａｖｒＸ（Ｔ２）（ＴＳ２）、（ＸＣｊ（Ｔ３）（ＴＳ３）≒ａｖｒＸ（Ｔ３）（ＴＳ３））。
図２における矩形は、各設定の補正値ＸＣｊを包含する仮想的な面を示している。
検知器補正部９は、運用時に、検知器４の画素ｊの信号輝度Ｘｊに対して、図２及び数１に示すように、ＸＣｊ＝αｊ＊Ｘｊ＋βｊ＊ＴＳ＋γｊを計算して、画素ｊの補正値ＸＣｊを求める。
数１におけるαｊ、βｊ、γｊはメモリＡ５ａに格納される補正係数で、上記で計測された面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）、及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）観測時（工場出荷前）の画素毎の信号輝度、及び１画面の平均信号輝度の観測結果を用いて、数２の方程式の解として一意に算出するものである。
言い換えれば、上記の補正係数αｊ、βｊ、γｊは、上記で計測された面黒体温度Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）、及びレンズ温度ＴＳｎ（ｎ＝１，２，３）観測時の画素ごとの信号輝度が１画面の平均輝度観測結果に一致するように算出された係数である。
このようにして、画素毎に算出した補正係数データαｊ、βｊ、γｊを予めメモリＡ５ａに格納しておく。
なお、αｊが信号輝度補正係数であり、βｊが環境温度補正係数である。
【００２０】
【数１】
【００２１】
【数２】
【００２２】
次に、赤外線撮像装置１０ａの動作について説明する。
目標を撮影した赤外線信号は赤外線レンズ１ａに集光され、赤外線レンズ１ａ自身が発する赤外線と併せて検知器４にて検知され、撮像画像信号として電気変換出力される。
検知器４の出力する撮像画像信号は信号処理回路７ａの検知器補正部９に入力され、検知器補正部９において、温度センサ３のモニタするレンズ温度とメモリＡ５ａより読み出された補正係数を用いて、数１の補正演算式に基づいて輝度変換を行い、映像信号として出力する。
メモリＡ５ａより読み出される補正係数データαｊ、βｊ、γｊは工場出荷前に、数２に従い検知器補正部９に入力観測された画素毎の信号輝度と、温度センサ３のモニタするレンズ温度観測値と、観測された１画面の信号輝度の対応に合致するように算出されたものである。
このため、赤外線撮像装置１０ａ目標撮像時の検知器４を構成する任意の画素ｊにおける検知器補正処理後の撮像画像信号の輝度値ＸＣｊは、数１に従い検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度Ｘｊ、及び温度センサ３のモニタする温度観測値ＴＳより、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度に対応する１画面の平均輝度値に線形近似されるように作用することができる。
図２に、赤外線撮像装置１０ａ目標撮像時の、検知器補正部９に入力される画素毎の信号輝度Ｘｊ、及び温度センサ３のモニタする温度観測値ＴＳ、検知器補正処理後の撮像画像信号の輝度値ＸＣｊの対応を〇で示す。
このようにして、赤外線撮像装置１０ａの撮影する画像シーン及び赤外線撮像装置１０ａの環境温度が変動しても、検知器補正部９において検知器４から出力する撮像画像信号を均一に補正することができる。
【００２３】
以上により、この実施の形態１の赤外線撮像装置１０ａでは、赤外線レンズにヒータを内蔵させて、赤外線レンズの温度を制御する機構を具備する必要なく、撮影目標の撮像画像を用いて補正係数データを取得更新する必要もなく、撮影目標の撮像を妨げることなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正することができる。
【００２４】
以上、本実施の形態では、
目標からの赤外線を集光する赤外線レンズ、
赤外線撮像装置の運用する環境温度を監視する温度センサ、
集光した赤外線を検知して撮像画像信号に電気変換する検知器、
工場出荷前に赤外線撮像装置を恒温槽に入れ、恒温槽の赤外線透過窓を通して、赤外線撮像装置にて撮像できるように目標温度を模擬した面黒体を配置することで、赤外線撮像装置の撮像する目標温度、赤外線撮像装置の環境温度を設定毎に、検知器補正部に入力される画素毎の信号輝度、及び１画面の平均信号輝度を観測しそれらの観測結果より、検知器を構成する画素毎に観測した１画面の平均輝度に合うように算出した補正係数データを格納するメモリ、
メモリより読み出される補正係数データ及び、検知器補正部に入力される撮影画像の入力輝度、及び、温度センサにおいて、観測される赤外線撮像装置の環境温度より、検知器補正部に入力される各画素の撮影画像に対して、その１画面の平均輝度値に線形近似する補正演算を行う検知器補正部、
検知器補正部からの出力を映像信号として外部に出力する信号処理部をそれぞれ具備し、
赤外線撮像装置の撮影する画像シーン、及び赤外線撮像装置の環境温度が変動しても、赤外線レンズにヒータを内蔵して赤外線レンズの温度を制御する機構を具備する必要なく、撮影目標の撮像画像を用いて感度補正データ等の補正係数データを取得更新せずに、撮影目標の撮像を妨げることなく、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する赤外線撮像装置を説明した。
【００２５】
実施の形態２．
検知器４においては、製造工程における異物の付着などにより、参照される画素が異常輝度値を出力するような欠陥画素であった場合、検知器４にて出力する当該画素の出力に出力不良が発生し、この結果、映像出力の当該画素において、ノイズや画像むらとして出力される。
実施の形態２ではこのような欠陥画素があった場合にも赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正するように工夫したものである。
図３は、実施の形態２による赤外線撮像装置１０ｂの構成を示すブロック図で、信号処理回路７ｂにおいて実施の形態１における検知器補正部９の後段に欠陥補正部１２を追加し、また、欠陥補正部１２に欠陥画素の情報を出力する欠陥メモリ１１（欠陥画素記憶部）を追加して構成される。
【００２６】
赤外線撮像装置１０ｂの動作について説明する。
欠陥メモリ１１は、工場出荷前に、検知器４においてどこのアドレスの画素が欠陥画素であるかをデータ（以後欠陥補正データと称する）として格納する。
実施の形態１における検知器補正部９より出力された補正後の撮像画像信号が検知器４の構成する画素毎に欠陥補正部１２に入力される。
欠陥補正部１２では、画素毎に欠陥補正部１２に入力された撮像画像信号と検知器４の構成する画素毎に欠陥メモリ１１より読み出される欠陥補正データとを同時に参照し、欠陥画素である画素については、当該画素近傍の欠陥画素でない健全な画素に置換し出力する。
つまり、欠陥補正部１２は、検知器補正部９から補正された後の各画素の撮像画像信号を入力し、欠陥補正データに基づき、入力した撮像画像信号の中から欠陥画素の撮像画像信号を抽出するとともに、抽出した欠陥画素の撮像画像信号を近傍の画素の補正後の撮像画像信号に置き換える。
【００２７】
このようにして、この実施の形態２の赤外線撮像装置１０ｂでは検知器４に欠陥画素があったとしても信号処理回路７ｂから出力する画素毎の出力ばらつきを均一に補正することができる。
【００２８】
以上、本実施の形態では、
工場出荷前に、検知器における欠陥補正データを格納するメモリ、及び、検知器補正部より出力された撮像画像信号及び画素毎に上記メモリより読み出される欠陥補正データを同時に参照し欠陥画素である画素については、当該画素近傍の欠陥画素でない健全な画素に置換し出力する欠陥補正部を検知器補正部の後段に具備し、
たとえ検知器に欠陥画素があった場合にも、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを常に均一に補正する赤外線撮像装置を説明した。
【００２９】
実施の形態３．
航空機に搭載された赤外線撮像装置においては、例えばその装置の運用する環境温度範囲が、地上試験時の室温環境、及び航空機搭載時の低温環境下と分けて存在する場合がある。
実施の形態３では、装置の運用が室温環境下及び低温環境下と分かれても、いずれも赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを精度よく均一に補正するように工夫したものである。
図４は、実施の形態３による赤外線撮像装置１０ｃの構成を示すブロック図で、実施の形態２における赤外線撮像装置１０ｂに対して、メモリＢ６ａ（補正係数記憶部）及びセレクタ８を追加して構成される。
【００３０】
工場出荷前にメモリＡ５ａ、メモリＢ６ａにはそれぞれ後述する室温環境下の補正係数データ（実施の形態１におけるαｊ、βｊ、γｊと区別して以後αｊ＿ｈ、βｊ＿ｈ、γｊ＿ｈと称する）、低温環境下の補正係数データ（実施の形態１におけるαｊ、βｊ、γｊと区別して以後αｊ＿ｌ、βｊ＿ｌ、γｊ＿ｌと称する）を取得し格納する。
室温環境下の補正係数データαｊ＿ｈ、βｊ＿ｈ、γｊ＿ｈの取得方法は実施の形態１で説明した恒温槽の高温／中温／低温側設定温度を、室温環境温度範囲を考慮して決定することで、それ以外については実施の形態１による方法と全く同じである。
同様に、低温環境下の補正係数データαｊ＿ｌ、βｊ＿ｌ、γｊ＿ｌの取得方法についても実施の形態１で説明した恒温槽の高温／中温／低温側設定温度を、低温環境温度範囲を考慮して決定することで、それ以外については実施の形態１による方法と全く同じである。
【００３１】
赤外線撮像装置１０ｃの動作について説明する。
赤外線撮像装置１０ｃ運用前に操作員が赤外線撮像装置１０ｃの実際に運用する環境温度について、室温環境下／低温環境下のいずれかを選択し赤外線撮像装置１０ｃに対して設定する。
セレクタ８において、上記設定された室温環境下／低温環境下に基づき、メモリＡ５ａに格納された室温環境下の補正係数データαｊ＿ｈ、βｊ＿ｈ、γｊ＿ｈまたはメモリＢ６ａに格納された低温環境下の補正係数データαｊ＿ｌ、βｊ＿ｌ、γｊ＿ｌを選択し、検知器補正部９に選択された補正係数データ（以後αｊ＿ｓｅｌ、βｊ＿ｓｅｌ、γｊ＿ｓｅｌと称する）を出力する。
検知器補正部９において、上記選択された補正係数データαｊ＿ｓｅｌ、βｊ＿ｓｅｌ、γｊ＿ｓｅｌを用いて検知器補正部９に入力される撮像画像データを均一に補正する。
補正演算は、実施の形態１で示した通りである。
【００３２】
このようにして、この実施の形態３の赤外線撮像装置１０ｃでは赤外線撮像装置１０ｃの実運用に見合った補正係数データαｊ＿ｓｅｌ、βｊ＿ｓｅｌ、γｊ＿ｓｅｌを用いて検知器補正部９に入力される撮像画像データを均一に補正することができるので、赤外線撮像装置１０ｃの運用が室温環境下及び低温環境下と分かれても、いずれも赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを精度よく均一に補正することができる。
【００３３】
以上、本実施の形態では、
工場出荷前に、赤外線撮像装置低温環境運用時の補正係数データ及び室温環境運用時の補正係数データを算出し、
これらの補正係数データを格納するメモリ、及び赤外線撮像装置の運用環境を操作員が設定し、設定に基づいて、低温環境運用時の補正係数データまたは、室温環境運用時の補正係数データを選択するセレクタを具備し、
選択された補正係数データを検知器補正部に入力し検知器補正部にて補正演算を行うことで、赤外線撮像装置の運用が室温環境下及び低温環境下いずれの環境下においても、赤外線検知器から出力する画素毎の出力ばらつきを精度よく均一に補正する赤外線撮像装置を説明した。
【符号の説明】
【００３４】
１ 赤外線レンズ、３ 温度センサ、４ 検知器、５ メモリＡ、６ メモリＢ、７ 信号処理回路、８ セレクタ、９ 検知器補正部、１０ 赤外線撮像装置、１１ 欠陥メモリ、１２ 欠陥補正部、１００ 恒温槽、１０１ 赤外線透過窓、１０２ 面黒体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を検知して撮像を行う赤外線撮像装置であって、
複数の赤外線検知画素を有し、赤外線検知画素ごとに撮像画像信号を出力する赤外線検知部と、
撮像画像信号の信号輝度の補正に用いられる補正係数を赤外線検知画素ごとに予め記憶している補正係数記憶部と、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度と前記補正係数記憶部に記憶されている補正係数とを用いて補正演算を行って、撮影画像信号の信号輝度の補正を行う信号補正部とを有し、
前記補正係数記憶部は、
前記赤外線撮像装置の撮像対象を温度分布が均一である均一温度分布面とし、前記赤外線撮像装置の環境温度と均一温度分布面の温度の組み合わせが複数設定され、各設定における均一温度分布面の撮像画像信号が各赤外線検知画素から出力され、各設定における各赤外線検知画素の撮像画像信号の信号輝度と前記複数の赤外線検知画素での撮像画像信号の平均信号輝度が観測され、赤外線検知画素ごとに、各設定における信号輝度と各設定における平均信号輝度と各設定における環境温度とを用いて算出された補正係数を記憶していることを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記赤外線撮像装置は、更に、
前記赤外線撮像装置の環境温度を測定する環境温度測定部を有し、
前記補正係数記憶部は、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度についての信号輝度補正係数と前記赤外線撮像装置の環境温度についての環境温度補正係数を記憶しており、
前記信号補正部は、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度に信号輝度補正係数を乗じ、前記環境温度測定部により測定された環境温度に環境温度補正係数を乗じて撮影画像信号の信号輝度の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記補正係数記憶部は、
補正演算後の信号輝度がいずれの設定においても平均信号輝度と同レベルになるように算出された補正係数を記憶していることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記赤外線撮像装置は、更に、
前記複数の赤外線検知画素のうち欠陥のある赤外線検知画素を欠陥画素として記憶する欠陥画素記憶部と、
前記信号補正部により補正された後の各赤外線検知画素の撮像画像信号を入力し、入力した撮像画像信号の中から欠陥画素の撮像画像信号を抽出するとともに、抽出した欠陥画素の撮像画像信号を他の赤外線検知画素の補正後の撮像画像信号に置き換える欠陥補正部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記欠陥補正部は、
欠陥画素の撮像画像信号を、欠陥画素の近傍に配置されている赤外線検知画素の補正後の撮像画像信号に置き換えることを特徴とする請求項４に記載の赤外線撮像装置。
【請求項６】
前記補正係数記憶部は、
室温の環境温度に対応させた室温補正係数と、低温の環境温度に対応させた低温補正係数とを記憶し、
前記信号補正部は、
現在の前記赤外線撮像装置の環境温度に基づき、室温補正係数及び低温補正係数のいずれかを選択し、選択した補正係数とを用いて補正演算を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１】
赤外線を検知して撮像を行う赤外線撮像装置であって、
複数の赤外線検知画素を有し、赤外線検知画素ごとに撮像画像信号を出力する赤外線検知部と、
撮像画像信号の信号輝度の補正に用いられる補正係数を赤外線検知画素ごとに予め記憶している補正係数記憶部と、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度と前記補正係数記憶部に記憶されている補正係数とを用いて補正演算を行って、撮影画像信号の信号輝度の補正を行う信号補正部とを有し、
前記補正係数記憶部は、
前記赤外線撮像装置の撮像対象を温度分布が均一である均一温度分布面とし、前記赤外線撮像装置の環境温度と均一温度分布面の温度の組み合わせが複数設定され、各設定における均一温度分布面の撮像画像信号が各赤外線検知画素から出力され、各設定における各赤外線検知画素の撮像画像信号の信号輝度と前記複数の赤外線検知画素での撮像画像信号の平均信号輝度が観測され、赤外線検知画素ごとに、各設定における信号輝度と各設定における平均信号輝度と各設定における環境温度とを用いて算出された補正係数を記憶していることを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記赤外線撮像装置は、更に、
前記赤外線撮像装置の環境温度を測定する環境温度測定部を有し、
前記補正係数記憶部は、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度についての信号輝度補正係数と前記赤外線撮像装置の環境温度についての環境温度補正係数を記憶しており、
前記信号補正部は、
赤外線検知画素ごとに、撮像画像信号の信号輝度に信号輝度補正係数を乗じ、前記環境温度測定部により測定された環境温度に環境温度補正係数を乗じて撮影画像信号の信号輝度の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記補正係数記憶部は、
補正演算後の信号輝度がいずれの設定においても平均信号輝度と同レベルになるように算出された補正係数を記憶していることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記赤外線撮像装置は、更に、
前記複数の赤外線検知画素のうち欠陥のある赤外線検知画素を欠陥画素として記憶する欠陥画素記憶部と、
前記信号補正部により補正された後の各赤外線検知画素の撮像画像信号を入力し、入力した撮像画像信号の中から欠陥画素の撮像画像信号を抽出するとともに、抽出した欠陥画素の撮像画像信号を他の赤外線検知画素の補正後の撮像画像信号に置き換える欠陥補正部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記欠陥補正部は、
欠陥画素の撮像画像信号を、欠陥画素の近傍に配置されている赤外線検知画素の補正後の撮像画像信号に置き換えることを特徴とする請求項４に記載の赤外線撮像装置。
【請求項６】
前記補正係数記憶部は、
室温の環境温度に対応させた室温補正係数と、低温の環境温度に対応させた低温補正係数とを記憶し、
前記信号補正部は、
現在の前記赤外線撮像装置の環境温度に基づき、室温補正係数及び低温補正係数のいずれかを選択し、選択した補正係数とを用いて補正演算を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２１６８１７（Ｐ２０１０−２１６８１７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６０５５５（Ｐ２００９−６０５５５）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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