JP2713196B2 - 多素子撮像装置の信号処理方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の赤外検出素子よ
りなるライン状赤外検出器を有する多素子撮像装置の信
号処理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ライン状多素子検出器を有する赤
外撮像装置においては、光学系の結像特性や検出器の感
度不均一性によって発生する出力画像の光量の歪み（シ
ェーディング）を除去するために、多素子検出器の光学
系の前方に一時的に遮蔽版（校正板）を挿入して各検出
素子に一定の入射パワーを入力せしめ、このときの各検
出素子の出力をオフセット信号とし、通常の撮像時にそ
のオフセット信号を基に得られる画像信号を補正すると
いった信号処理方式が用いられている。

【０００３】しかし、上記信号処理方式では、実際の撮
像環境における実赤外光を用いて補正データを求めてい
ないため、補正時の装置環境と撮像時の装置環境とが異
なる場合、すなわち、挿入する校正板の温度（赤外放射
量）と光学路を含めた撮像対象温度（実赤外放射量）と
が異なる場合には、上記画像信号の補正が正確なものと
はならず、画像の品質を損ねることがある。

【０００４】そこで、特開平４−８２２７８号公報に記
載されるような、実際の撮像環境下における実赤外光を
用いてオフセット除去を行なう信号処理方式が提案され
ている。この公報に記載される信号処理方式では、上記
のような校正板は使用されず、以下のようにして画像信
号の補正処理が行われる。

【０００５】多素子検出器への入射パワーを集光する集
光光学系のピントを一時的にずらすことにより光学焦点
にボケを生じさせ、これにより各検出器への入射パワー
を一定なものとし、このときの各検出器の出力をオフセ
ット信号とする。通常の撮像時に、そのオフセット信号
を基に画像信号を補正する。このように、集光光学系を
含めた実際の撮像環境下における実赤外光を用いてオフ
セット除去を行なうことによって、正確なオフセット補
正（シェーディング成分の除去）ができ、高品質な画像
の提供を実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の赤外撮像装置の信号処理方式においては、以下の
ような問題点がある。

【０００７】光学系の前方に一時的に遮蔽版（校正板）
を挿入することによりオフセット信号を得るものにおい
ては、上述したように、実際の撮像環境における実赤外
光を用いて補正データを求めていないため、装置環境と
撮像対象温度とが異なる場合や、挿入する校正板の温度
（赤外放射量）と光学路を含めた撮像対象温度（実赤外
放射量）とが異なる場合には、上記画像信号の補正が正
確なものとはならず、画像の品質を損ねるという問題点
がある。

【０００８】集光光学系のピントを一時的にずらすこと
により光学焦点にボケを生じさせてオフセット信号を得
るものにおいては、装置環境と撮像対象温度とが異なる
場合や、挿入する校正板の温度（赤外放射量）と光学路
を含めた撮像対象温度（実赤外放射量）とが異なる場合
における画像信号の補正を正確なものとすることができ
るものの、以下のような問題点がある。

【０００９】上記信号処理方式では、撮像開始前に求め
たオフセットデータを基に画像の補正が行なわれるた
め、撮像中に、集光光学系の温度等、オフセットレベル
に影響を与える要素が変化しても、その変化に伴うオフ
セットレベルの変化はオフセットデータに反映されな
い。そのため、撮像環境温度に伴うオフセットレベルの
変化分、オフセットデータが不正確なものとなり、正確
な画像信号の補正ができなくなる。このような場合に
は、撮像を一時的に中断し、オフセットデータの取り直
しを行なうといったことが行なわれる。このように、撮
像開始前に求めたオフセットデータを基に画像信号の補
正が行なわれる信号処理方式には、撮像中に集光光学系
の温度等（撮像環境温度）が変化すると、正確な画像信
号の補正（シェーディング成分の除去）ができなくな
り、画像の品質を損ねるという問題点がある。加えて、
撮像中に集光光学系の温度等（撮像環境温度）が変化す
ると、撮像を一時的に中断してオフセットデータの取り
直しを行なわなければならないため、連続した撮像がで
きず、撮像に手間がかかるという問題点がある。

【００１０】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
撮像中の集光光学系の温度等（撮像環境温度）の変化に
伴うオフセットレベルの変化をオフセットデータに反映
することのできる多素子撮像装置の信号処理方式を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の多素子撮像装置
の信号処理方式は、複数の赤外検出素子よりなるライン
状赤外検出器と、撮像対象物からの赤外光を前記ライン
状赤外検出器へ入射せしめる集光光学系とを有する多素
子撮像装置の信号処理方式であって、前記ライン状赤外
検出器から出力される画像信号を１ライン毎に複数ライ
ン分記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複
数ライン分の画像信号を前記ライン状赤外検出器の各検
出素子の出力毎に加算して平均化し、該平均化した画像
信号に低域のフィルタ処理を行なうことにより、前記集
光光学系に関するシェーディング成分を抽出するシェー
ディング成分抽出手段と、前記画像信号から前記シェー
ディング成分抽出手段により抽出されたシェーディング
成分を除去するシェーディング成分除去手段と、を有す
ることを特徴とする。

【００１２】

【００１３】さらに、シェーディング成分除去手段は、
シェーディング成分抽出手段によって抽出されたシェー
ディング成分のみの信号を基準信号とし、該基準信号と
ライン状赤外検出器から出力された画像信号とを比較す
ることにより、画像信号からのシェーディング成分の除
去を行うようにしてもよい。

【００１４】さらに、シェーディング成分除去手段によ
りシェーディング成分が除去された画像信号に、ライン
状赤外検出器の各検出素子の感度偏差の逆数データをか
け合わせて各検出素子の感度補正を行う手段を設けても
よい。

【００１５】

【作用】通常、赤外域の多素子撮像装置では、集光光学
系に関するシェーディングの大きさは画像信号レベルに
比べてかなり大きなものとなる。本発明の多素子撮像装
置の信号処理方式では、ライン状赤外検出器により検出
される画像信号から直接、集光光学系に関するシェーデ
ィング成分が抽出される。このシェーディング成分の抽
出は、撮像中、常時行なわれ、その抽出されたシェーデ
ィング成分を基に画像信号の補正が行なわれる。したが
って、集光光学系の温度変化等によって、シェーディン
グ成分除去に関するオフセットレベルが変化した場合に
は、抽出されるシェーディング成分にそのオフセットレ
ベルの変化が反映されることとなる。このように、本発
明では、集光光学系の温度変化等によるオフセットレベ
ルの変化が反映されたシェーディング成分を基に、画像
信号が補正されるので、撮像中に集光光学系等の温度
（撮像環境温度）が変化しても、正確な画像信号の補正
ができ、従来のように画像の品質を損ねることはない。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例の多素子撮像装
置の信号処理方式を用いた回路の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【００１８】図１において、１はライン状に配列された
多素子赤外検出器、２はプリアンプ、３および１２はア
ンプ、４および１３はサンプルホールド回路、５および
１４はＡ／Ｄ変換器、６および１０はメモリ、７は演算
処理回路、８はＲＯＭ、９はかけ算器、１１はＤ／Ａ変
換器、１５はデータフォーマッタである。これら各部
は、以下のように構成されている。

【００１９】多素子赤外検出器１は、集光光学系（不図
示）の集光位置に配設されており、この集光光学系を介
して撮像対象物からの赤外光を検出する。この多素子赤
外検出器１には、集光光学系を介して、撮像対象物から
の入射パワーと集光光学系自身等からの熱輻射パワーが
それぞれ入射する。

【００２０】プリアンプ２は、多素子赤外検出器１の各
出力を入力とし、時系列的に入力される各検出器の出力
をアンプ３，１２のそれぞれへ出力する。

【００２１】アンプ３は、プリアンプ２から出力される
多素子赤外検出器１の各出力を増幅するもので、その出
力は、サンプルホールド回路４、Ａ／Ｄ変換器５、およ
びメモリ６を順次介して演算処理回路７へ入力されてい
る。ここで、サンプルホールド回路４はアンプ３の出力
をホールドするもので、Ａ／Ｄ変換器５はそのホールド
されたアンプ３の出力をＡ／Ｄ変換するもので、メモリ
６はそのＡ／Ｄ変換されたアンプ３の出力を多素子赤外
検出器１のライン毎に蓄積するものである。本実施例で
は、メモリ６に複数ライン分のデータが蓄積される。

【００２２】演算処理回路７は、多素子赤外検出器１か
ら出力される画像信号から集光光学系に関するシェーデ
ィング成分を抽出するものである。この演算処理回路７
では、上記メモリ６に蓄積された複数ライン分のデータ
を、多素子赤外検出器１の各検出素子の出力毎、すなわ
ち同一画素信号毎に平均化し、その平均化したデータに
ついて低域のフィルタ処理を行なうことによって、上述
の集光光学系から多素子赤外検出器１に入射する熱輻射
パワーに起因したシェーディング成分の抽出が行なわれ
る。演算処理回路７の出力は、メモリ１０およびＤ／Ａ
変換器１１を順次介して上述のサンプルホールド回路１
３に入力されている。ここで、メモリ１０は演算処理回
路７の出力を記憶するもので、Ｄ／Ａ変換器１１はその
メモリ１０に記憶されたデータをＤ／Ａ変換するもので
ある。

【００２３】アンプ１２は、アンプ３同様、プリアンプ
２の出力を増幅する。このアンプ１２の出力はサンプル
ホールド回路１３に入力される。サンプルホールド回路
１３は、画像信号から上述のシェーディング成分を除去
する手段であって、アンプ１２の出力を一方の入力と
し、上記Ｄ／Ａ変換器１１から出力されるシェーディン
グデータを基準データとして他方の入力としており、Ｄ
／Ａ変換器１１から出力されるシェーディングデータを
基に、プリアンプ１２の出力（画像信号）を補正するも
のである。このサンプルホールド回路１３の出力は、Ａ
／Ｄ変換器１４でデジタル処理された後、かけ算器９に
入力される。

【００２４】かけ算器９は、検出素子の感度補正手段で
あって、上記Ａ／Ｄ変換器１４の出力を一方の入力と
し、他方の入力に、一定の入射パワーを上述の多素子赤
外検出器１へ入射させた際の各検出器の感度データのバ
ラツキの偏差を取った感度偏差の逆数データが記憶され
たＲＯＭ８が接続されている。このかけ算器９では、Ａ
／Ｄ変換器１４から入力されるシェーディング補正済み
データにＲＯＭ８に記録されている感度偏差データがか
け合わされる。このかけ算器９の出力は、データフォー
マッタ１５を介して、他の信号処理部（不図示）へ送出
されている。ここで、データフォーマッタ１５は、本発
明の信号処理方式を用いた回路の出力段に接続される信
号処理系（不図示）に信号を送出する際に、信号に所定
のデータフォーマットを施すものである。

【００２５】次に、上述のように構成される多素子撮像
装置の信号処理回路の動作を、図２〜図５を用いて説明
する。

【００２６】図２〜図５は、多素子赤外検出器１に一定
の入射パワーを入射させた際の、サンプルホールド回路
４、演算処理回路７、かけ算器９、サンプルホールド回
路１３のそれぞれの出力を示す波形図で、縦軸は出力レ
ベルまたは入射光量、横軸は多素子赤外検出器１の各検
出素子の位置（検出器Ｎｏ．）を表す。

【００２７】撮像対象物からの赤外光が集光光学系（不
図示）を通して多素子赤外検出器１へ入射すると、多素
子赤外検出器１から上プリアンプ２を通じてから各検出
素子毎に画素信号が時系列的にアンプ３，１２へそれぞ
れ出力される。

【００２８】各画素信号が時系列的にアンプ３へ入力さ
れ、アンプ３により信号が増幅されると、サンプルホー
ルド回路４からは図２に示すような画像信号（ここで
は、シェーディングにより両端に位置する検出器の出力
が低くなった信号と撮像対象からの入射パワーに対応し
た信号がたされた信号に、個々の検出器の感度偏差が加
わった１ライン分の信号）が出力される。このサンプル
ホールド回路４から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器５
でＡ／Ｄ変換され、メモリ６に記憶される。このように
して、メモリ６に複数ライン分の画像信号が記憶される
と、この記憶された複数ライン分の画像信号が演算処理
回路７へ送出される。

【００２９】メモリ６から複数ライン分の画像信号が演
算処理回路７へ送出されると、演算処理回路７では、入
力された複数ライン分の画像信号が平均化され、その平
均化された画像信号に低域のフィルタ処理が行なわれ、
上記図２に示した信号から、集光光学系から多素子赤外
検出器１に入射する熱輻射パワーに起因したシェーディ
ング成分のみの信号、すなわち、図３にしめすような両
端に位置する検出器の出力が低くなったシェーディング
信号が抽出される。この演算処理回路７で生成されたオ
フセット補正データは、メモリ１０で一旦記憶された
後、Ｄ／Ａ変換器１１にてＤ／Ａ変換され、基準信号と
してサンプルホールド回路１３へ入力される。

【００３０】オフセット補正データが基準信号としてサ
ンプルホールド回路１３に入力されると、サンプルホー
ルド回路１３では、オフセット補正データを基に、アン
プ１２から出力されている各画素信号がそれぞれ補正さ
れる。この結果、サンプルホールド回路１３からは、図
４に示すような、シェーディング成分の影響のない、撮
像対象からの入射パワーに応じた画像信号に各検出素子
の感度偏差がかかった信号が出力される。このサンプル
ホールド回路１３から出力されれた信号は、Ａ／Ｄ変換
器１４でＡ／Ｄ変換されてかけ算器９に入力される。

【００３１】かけ算器９では、その画像信号にＲＯＭ８
に記憶されている感度偏差の逆数データがかけ合わさ
れ、図５に示すようなシェーディング成分および各検出
素子の感度偏差の影響のない、撮像対象からの入射パワ
ーに応じた画像信号が出力される。このかけ算器９から
出力された信号は、データフォーマッタ１５にて所定の
データフォーマットが施された後、不図示の信号処理系
へ送出される。

【００３２】以上のように、本実施例では、多素子赤外
検出器１によって検出されている画像信号からシェーデ
ィング成分が複数ライン分毎に抽出され、これにより、
光学系等の温度変化（撮像環境温度の変化）によるオフ
セットレベルの変化を反映したオフセットデータが得ら
れ、リアルタイムな画像信号の補正が行なわれ、高品質
な画像の提供を実現している。

【００３３】なお、上述した本実施例の多素子撮像装置
の信号処理方式では、演算処理回路７におけるシェーデ
ィング成分の抽出は複数ライン分毎に行なわれるため、
画像信号の補正を行なうためのオフセットデータが複数
ライン毎に更新されることとなるが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えば、光学系の温度変化等に
応じてオフセットデータを更新するようにしてもよい。

【００３４】また、本実施例では、ＲＯＭ８に記憶され
ている感度偏差データの作成にあたっては、所定の環境
温度において測定されたデータが用いられているが、複
数の環境温度において測定されたデータを用いて、複数
の環境温度における感度偏差の逆数データを作成し、か
け算器９におけるシェーディング補正後の信号への感度
偏差の逆数データのかけ合わせを、光学系の温度変化等
に応じて行なうようにしてもよい。このようにすること
により、さらに画像の品質が向上する。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００３６】請求項１、請求項２および請求項３に記載
のものにおいては、集光光学系の温度変化等によるオフ
セットレベルの変化が反映されたシェーディング成分を
基に画像信号が補正されるので、撮像中に集光光学系等
の温度（撮像環境温度）が変化する場合でも、画像信号
の補正が正確に行なわれ、連続して撮像を行なうことが
できるという効果がある。

【００３７】請求項４に記載のものにおいては、ライン
状赤外検出器の各検出素子の感度偏差が考慮された画像
信号の補正が行なわれるので、各検出素子の感度の違い
による画像品質の低下を防止でき、良好な画像を提供す
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の多素子撮像装置の信号処理
回路の概略構成を示すブロック図である。

【図２】サンプルホールド回路４の出力を示す波形図で
ある。

【図３】Ｄ／Ａ変換器１１の出力を示す波形図である。

【図４】サンプルホールド回路１３の出力を示す波形図
である。

【図５】かけ算器９の出力データの内容を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

１ 多素子赤外検出器 ２ プリアンプ ３，１２ アンプ ４，１３ サンプルホールド回路 ５，１４ Ａ／Ｄ変換器 ６，１０ メモリ ７ 演算処理回路 ８ ＲＯＭ ９ かけ算器 １１ Ｄ／Ａ変換器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の赤外検出素子よりなるライン状赤
   外検出器と、撮像対象物からの赤外光を前記ライン状赤
   外検出器へ入射せしめる集光光学系とを有する多素子撮
   像装置の信号処理方式であって、前記ライン状赤外検出器から出力される画像信号を１ラ
   イン毎に複数ライン分記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された複数ライン分の画像信号を前
   記ライン状赤外検出器の各検出素子の出力毎に加算して
   平均化し、該平均化した画像信号に低域のフィルタ処理
   を行なうことにより、前記集光光学系に関するシェーデ
   ィング成分を抽出するシェーディング成分抽出手段と、 前記画像信号から前記シェーディング成分抽出手段によ
   り抽出されたシェーディング成分を除去するシェーディ
   ング成分除去手段と、を有する ことを特徴とする多素子
   撮像装置の信号処理方式。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の多素子撮像装置の信号
   処理方式において、前記シェーディング成分除去手段
   は、シェーディング成分抽出手段によって抽出されたシ
   ェーディング成分のみの信号を基準信号とし、該基準信
   号とライン状赤外検出器から出力された画像信号とを比
   較することにより、画像信号からのシェーディング成分
   の除去を行うことを特徴とする多素子撮像装置の信号処
   理方式。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の多素子
   撮像装置の信号処理方式において、 前記シェーディング成分除去手段によりシェーディング
   成分が除去された画像信号に、ライン状赤外検出器の各
   検出素子の感度偏差の逆数データをかけ合わせて各検出
   素子の感度補正を行う手段を有する ことを特徴とする多
   素子撮像装置の信号処理方式。」