JP5084473B2 - Infrared imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線撮像装置に関し、特に撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換において、ダイナミックレンジを有効に利用した変換を行うものである。 The present invention relates to an infrared imaging device, and in particular, performs A / D conversion that effectively uses a dynamic range in A / D conversion for converting an analog signal output from an imaging device into a digital signal.
赤外線撮像装置は、被写体が放射する赤外線を映像化するもので、赤外線を吸収することにより生じる温度上昇の差が画像の濃淡となる。被写体が放射する赤外線はレンズにより集光され、撮像素子上に結像する。撮像素子には赤外を検知する素子がニ次元平面上に配列されており、各素子は赤外線強度に応じた電圧を出力する。
従来の赤外線撮像装置においては、撮像素子が出力する電圧を前置増幅回路で増幅し、デジタル信号に変換した後、固定パターンノイズを除去し、アナログのビデオ信号に変換して出力している(特許文献1参照)。
The infrared imaging device visualizes infrared rays emitted from a subject, and the difference in temperature rise caused by absorbing infrared rays becomes the shading of an image. The infrared rays emitted from the subject are collected by the lens and formed on the image sensor. Elements that detect infrared rays are arranged on a two-dimensional plane in the imaging element, and each element outputs a voltage corresponding to the infrared intensity.
In a conventional infrared imaging device, the voltage output from the imaging device is amplified by a preamplifier circuit and converted into a digital signal, and then fixed pattern noise is removed, and the analog image signal is output after being converted into an analog video signal ( Patent Document 1).
赤外線撮像装置においては、被写体が放射する赤外線の強度に応じて生じる温度変化は、撮像素子の出力のバラツキ(固定パターンノイズ(FPN))に対して微小なものである。よって、従来の赤外線撮像装置のように、固定パターンノイズを含む信号をデジタル変換してから固定パターンノイズを除去すると、信号の有効ダイナミックレンジが固定パターンノイズのために小さくなってしまい、量子化ノイズが大きくなって、画質が低下すると言う問題があった。 また、固定パターンノイズの更新に要する処理のため、撮像を効率的に行なうことができなかった。 In an infrared imaging device, a temperature change that occurs according to the intensity of infrared rays emitted from a subject is minute with respect to variations in output of the imaging device (fixed pattern noise (FPN)). Therefore, if the fixed pattern noise is removed after digital conversion of the signal including fixed pattern noise as in the conventional infrared imaging device, the effective dynamic range of the signal is reduced due to the fixed pattern noise, and the quantization noise is reduced. There is a problem that the image quality is degraded due to an increase in the image quality. Also, because of the processing required for updating the fixed pattern noise, it has not been possible to efficiently perform imaging.
この発明の赤外線撮像装置は、
所定の波長域に対して感度のある有効画素と感度の無い無効画素を有する撮像手段と、
所定の波長域成分を前記撮像手段の撮像面上で結像させる結像手段と、
所定の波長域成分の前記撮像手段への入射を遮る遮蔽手段と、
前記撮像手段の出力信号からアナログ固定パターンノイズを除去する差分手段と、
前記差分手段から出力される映像信号をデジタル信号に変換してデジタル映像信号を出力するデジタル変換手段と、
前記デジタル映像信号に基づいて固定パターンノイズを取得するFPN取得手段と、
前記FPN取得手段で取得した固定パターンノイズをアナログ信号に変換して前記アナログ固定パターンノイズを出力するアナログ変換手段と、
前記遮蔽手段と前記FPN取得手段の動作を制御する制御手段とを備えた赤外線撮像装置において、
前記FPN取得手段は、
前記固定パターンノイズを格納するフレームメモリと、
前記デジタル映像信号と前記フレームメモリに格納された固定パターンノイズと混合して新たな固定パターンノイズを算出する混合手段と、
前記フレームメモリに格納されている固定パターンノイズを前記混合手段で算出された新たな固定パターンノイズで更新する更新手段とを有し、
前記制御手段は、
前記遮蔽手段を所定のタイミングで開放状態や遮蔽状態にする遮蔽制御手段と、
前記無効画素のデジタル映像信号に基づいて、固定パターンノイズの取得開始のタイミングを決定し、前記有効画素のデジタル映像信号と前記無効画素のデジタル映像信号に基づいて、固定パターンノイズの取得完了のタイミングを検出する検出手段と、
前記検出手段から出力される検出信号に基づいて、前記遮蔽制御手段の遮蔽動作タイミング信号を生成するタイミングと、前記更新回路を更新実行状態や更新停止状態にするための更新動作タイミング信号を生成するタイミング生成手段と
を有することを特徴とする。
The infrared imaging device of the present invention is
Imaging means having effective pixels sensitive to a predetermined wavelength range and ineffective pixels having no sensitivity;
Imaging means for forming an image of a predetermined wavelength region component on the imaging surface of the imaging means;
Shielding means for shielding incidence of the predetermined wavelength region component to the imaging means;
Difference means for removing analog fixed pattern noise from the output signal of the imaging means;
Digital conversion means for converting the video signal output from the difference means into a digital signal and outputting the digital video signal;
FPN acquisition means for acquiring fixed pattern noise based on the digital video signal;
Analog conversion means for converting the fixed pattern noise acquired by the FPN acquisition means into an analog signal and outputting the analog fixed pattern noise;
In an infrared imaging device comprising the shielding means and a control means for controlling the operation of the FPN acquisition means,
The FPN acquisition means
A frame memory for storing the fixed pattern noise;
A mixing means for calculating a new fixed pattern noise by mixing the digital video signal and the fixed pattern noise stored in the frame memory;
Updating means for updating the fixed pattern noise stored in the frame memory with a new fixed pattern noise calculated by the mixing means;
The control means includes
Shielding control means for making the shielding means open or shielded at a predetermined timing;
The fixed pattern noise acquisition start timing is determined based on the invalid pixel digital video signal, and the fixed pattern noise acquisition completion timing is determined based on the effective pixel digital video signal and the invalid pixel digital video signal. Detecting means for detecting
Based on a detection signal output from the detection means, a timing for generating a shielding operation timing signal of the shielding control means, and an update operation timing signal for setting the update circuit to an update execution state or an update stop state are generated. And a timing generation means.
この発明によれば、撮像素子から出力される信号と、固定パターンノイズに相当する成分が記録されているフレームメモリの出力信号との差分をデジタル変換することにより、より支配的な固定パターンノイズが差し引かれた信号をデジタル変換することになり、アナログ−デジタル(A/D)変換器のダイナミックレンジを有効に利用することができ、このため、デジタル変換による量子化ノイズが低減し、画質が向上する。
更に、固定パターンノイズ取得の開始と終了のタイミングを自動的に検出することで、固定パターンノイズの取得に必要なフレーム数(動作時間)を必要最小限に抑え、キャリブレーション処理を効率よく実行することができる。
According to the present invention, by converting the difference between the signal output from the image sensor and the output signal of the frame memory in which the component corresponding to the fixed pattern noise is recorded, a more dominant fixed pattern noise is generated. The subtracted signal will be digitally converted, and the dynamic range of the analog-to-digital (A / D) converter can be used effectively. This reduces the quantization noise due to digital conversion and improves image quality. To do.
In addition, by automatically detecting the start and end timing of fixed pattern noise acquisition, the number of frames (operation time) required to acquire fixed pattern noise is minimized, and the calibration process is executed efficiently. be able to.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の赤外線撮像装置の構成を表すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the infrared imaging apparatus according to
図示の赤外線撮像装置は、レンズ1と、シャッタ2と、撮像素子3と、差分回路4と、増幅回路5と、A/D変換器6と、混合回路7と、更新回路8と、フレームメモリ9と、D/A変換器10と、シャッタ制御回路11と、タイミング生成回路12と、検出回路13と、積分回路21と、利得制御回路22とを有する。
混合回路7と、更新回路8と、フレームメモリ9とで、FPN取得手段30が構成されている。
シャッタ制御回路11と、タイミング生成回路12と、検出回路13とで制御手段40が構成されている。
The illustrated infrared imaging device includes a
The
The
撮像素子3は、所定の波長域、例えば概ね8〜14マイクロメートルの波長域に感度を有する。
レンズ1は、上記所定の波長域成分を撮像素子3の撮像面上で結像させる結像手段として用いられている。
増幅回路5は、撮像素子3から出力される撮像信号を増幅する。
A/D変換器6は、増幅回路5のアナログ出力信号をデジタル信号に変換してデジタル撮像信号を出力するデジタル変換手段として用いられている。
まず標準動作状態としてシャッタ2が開いた状態での動作を説明する。
The
The
The
The A /
First, an operation in a state where the
被写体が放射する赤外線はレンズ1により集光され、シャッタ2が開放状態のとき撮像素子3上に結像する。撮像素子には赤外を検知する画素(有効画素)がニ次元平面上に配列されており、各画素からは赤外線強度に応じて変化する信号が得られる。
Infrared light emitted from the subject is collected by the
撮像素子3には、赤外線に対して感度のある画素(有効画素)の他に、感度の無い画素(無効画素)も備えている。図2に、水平期間における撮像素子からの出力信号の波形の一例を示す。1水平期間Phは、有効画素からの出力信号が現れる期間Pe、無効画素からの出力信号が現れる期間Pfからなり、無効画素からの出力信号が現れる期間Pfの一部がブランキング期間Pbである。図示した波形では、有効画素からの出力の前後に無効画素からの出力がある。無効画素には感度が無いが、無効画素からの出力信号のレベルは周辺環境や素子の自己発熱等の温度変化により変動する。
The
シャッタ2の開閉制御はシャッタ制御回路11が行う。シャッタ制御回路11は、タイミング生成回路12から送られてくる遮蔽動作タイミング信号STに従いシャッタ2を開いたり(開放)閉じたり(遮蔽)する。シャッタ2を開いて開放状態にすると、レンズ1の前方にある被写体が放射する赤外線が撮像素子3へ入射する。シャッタ2を閉じて遮蔽状態にすると、レンズ1で集光した赤外線の撮像素子3への入射は遮断されるため、撮像素子3からは、信号成分が含まれていない固定パターンノイズに相当する撮像信号が出力される。
The
差分回路4は、撮像素子3の出力信号である撮像信号INと、フレームメモリ9に格納されている固定パターンノイズFPNをアナログ変換して得られるアナログ固定パターンノイズOとの差分を取り、映像信号Sを生成する。差分回路4で生成した映像信号Sは、増幅回路5で増幅された後、A/D変換器6でデジタル映像信号ADに変換される。
The difference circuit 4 obtains a difference between the image signal IN that is an output signal of the
混合回路7は、フレームメモリ9に格納されている固定パターンノイズFPNと、A/D変換器6から得られるデジタル映像信号ADを混合して、新しい固定パターンノイズDを生成する。
The
図3に混合回路の一例を示す。図示の混合回路7は、係数生成回路7a、7bと、乗算器7c、7dと加算器7eとを有する。係数生成回路7aは、第1の係数1/K(Kは1より大きい数)を設定する。第2の係数生成回路7bは、第2の係数(K−1)/Kを設定する。
第1の乗算器7cは、デジタル映像信号ADに第1の係数1/Kを掛けて、AD/Kを出力する。第2の乗算器7dは、固定パターンノイズFPNに第2の係数(K−1)/Kを掛けて、FPN・(K−1)/Kを出力する。加算器7eは、第1の乗算器7cの出力AD/Kと第2の乗算器7dの出力(FPN・(K−1)/Kを加算して出力する。このように、図3に示される混合回路7は、デジタル映像信号ADとフレームメモリに記憶されている固定パターンノイズとを所定の割合で混合して新たな固定パターンノイズを算出する。
FIG. 3 shows an example of the mixing circuit. The illustrated
The
なお、上記のように、固定パターンノイズFPNを(K−1)/K倍に減衰したものを加算器7eに供給する代わりに、そのまま加算器7eに供給することとして良い。即ち、デジタル映像信号ADを1/K倍に減衰したものと、固定パターンノイズFPNを加算してもよい。
As described above, the fixed pattern noise FPN attenuated by (K−1) / K times may be supplied to the
図4に混合回路の他の例を示す。図示の混合回路7は、図3の混合回路と類似であるが、基準値生成回路7f及び減算器7gが付加されている。基準値生成回路7fは、基準値RFを出力する。減算回路7gは、デジタル映像信号ADから基準値RFを減算し、減算結果AEを出力する。第1の乗算器7cは、減算回路7gの出力AEに、係数生成回路7aからの第1の係数1/Kを掛けて、AE/Kを出力する。第2の乗算器7dは、固定パターンノイズFPNに、係数生成回路7bからの第2の係数(K−1)/Kを掛けて、FPN・(K−1)/Kを出力する。加算器7eは、第1の乗算器7cの出力AE/Kと第2の乗算器7dの出力(FPN・(K−1)/Kを加算して出力する。係数生成回路7a及び7bは、図3に示すものと同様のものである。このように、図4に示される混合回路7は、デジタル映像信号ADから基準値RFを引いた後、フレームメモリに格納されている固定パターンノイズFPNと所定の割合で混合して新たな固定パターンノイズを算出する。
FIG. 4 shows another example of the mixing circuit. The mixing
なお、上記のように、固定パターンノイズFPNを(K−1)/K倍に減衰したものを加算器7eに供給する代わりに、そのまま加算器7eに供給することとして良い。即ち、信号AEを1/K倍に減衰したものと、固定パターンノイズFPNを加算してもよい。
As described above, the fixed pattern noise FPN attenuated by (K−1) / K times may be supplied to the
混合回路7で加算に用いる固定パターンノイズFPNは、1フレーム周期前に差分回路4において撮像素子3の出力信号INから差し引いたアナログ固定パターンノイズOをアナログ変換する前の信号と等しい。
The fixed pattern noise FPN used for addition in the
混合回路7で算出した新しい固定パターンノイズDは、更新回路8に送られる。
タイミング生成回路12が出力される遮蔽動作タイミング信号STは、更新制御信号としても用いられる。
更新回路8は、タイミング生成回路12が出力する遮蔽動作タイミング信号(更新制御信号)STに応じて、フレームメモリ9内の更新を行う。シャッタ2が遮蔽状態の時には、1フレーム周期ごとに生成される新しい固定パターンノイズDでフレームメモリ9内のデータを更新する。シャッタ2が開放状態の時には、フレームメモリ9内のデータの更新は行わない。
フレームメモリ9に格納された新しい固定パターンノイズDは、次フレームの混合回路7におけるデジタル映像信号ADとの混合演算に用いられる。また、D/A変換器10でアナログ信号に変換した後、差分回路4に送られ、次フレームの撮像信号との差分演算に用いられる。
The new fixed pattern noise D calculated by the mixing
The shielding operation timing signal ST output from the
The update circuit 8 updates the
The new fixed pattern noise D stored in the
本実施の形態では、A/D変換器6から出力される各画素の映像信号を、フレーム毎に積算した積算値が概ね一定となるように、増幅回路5の増幅率が制御されている。
In the present embodiment, the amplification factor of the
そのため、増幅回路5として、映像信号Sを利得設定値にしたがって増幅するもの(可変利得増幅手段)が用いられ、また、A/D変換器6から出力される各有効画素の映像信号を、フレーム毎に積算する積算回路21と、積分回路21から出力される積分値が所定の基準値(図2に示される)と概ね一致するように増幅回路5の利得設定値を制御する利得制御回路22とが設けられている。例えば、利得制御回路22内で上記の積分値と上記の基準値との差を求め、その差がゼロになるように、増幅回路5の利得を制御する。
For this reason, an
混合回路7として、図4に示されるものが用いられる場合には、利得制御回路22で用いられる基準値は、図4の混合回路で用いられる基準値と同じ値であるのが望ましいが、異なる値であっても良い。
When the
A/D変換器6から出力されるデジタル映像信号ADは、検出回路13にも送られる。検出回路13は、有効画素部分のデジタル映像信号と無効画素部分のデジタル映像信号の状態の変化を常に監視し、固定パターンノイズの取得処理を開始すべきタイミングを決定する(開始すべきタイミングを検出する)とともに、固定パターンノイズの取得処理中に固定パターンノイズ取得が完了したことを検出し、そしてこのように、開始すべきタイミングや、終了すべきタイミングを検出したことを示す検出信号TDをタイミング生成回路12へ送る。例えば、固定パターンノイズ取得処理を開始するときは、検出信号TDを第1の値(第1の内容)のものとし、固定パターンノイズ取得処理が完了したときは、検出信号TDを上記の第1の値(内容)とは異なる第2の値(内容)のものとする。
The digital video signal AD output from the A /
以下、固定パターンノイズの取得処理を開始するタイミングの決定方法について説明する。
撮像素子3の有効画素には赤外線に対して感度があり、被写体からの赤外線の影響を受けるため、撮像素子3の固定パターンノイズの変化のみを分離、抽出することが困難である。一方、無効画素には赤外線に対する感度が無く、被写体の影響を受けないため、何らかの温度変化により固定パターンノイズが変化すると、その変化が無効画素の映像信号にムラとなって現れる。
よって、無効画素の映像信号のレベルの分散や標準偏差などバラツキを示す値や、最大値、最小値などを常に観察し、一定値以上のレベルに達したところで固定パターンノイズの再取得が必要と判定し、再取得処理の開始を促す信号を生成すればよい。即ち、無効画素のデジタル映像信号に基づいて、固定パターンノイズの取得開始のタイミングを決定することとすれば良い。
Hereinafter, a method for determining the timing for starting the acquisition process of fixed pattern noise will be described.
Since effective pixels of the
Therefore, it is necessary to always observe values that show variations such as dispersion and standard deviation of the video signal level of invalid pixels, maximum values, minimum values, etc., and reacquire fixed pattern noise when the level reaches a certain value or higher. It is only necessary to generate a signal that determines and prompts the start of the reacquisition process. In other words, the acquisition start timing of the fixed pattern noise may be determined based on the digital video signal of the invalid pixel.
例えば、固定パターンノイズの取得動作が終了した時点の無効画素のデジタル映像信号のレベルを参照信号として記憶しておいて、撮像中の無効画素のデジタル映像信号と比較し続け、比較の結果、一定値以上の差が生じたときには固定パターンノイズの再取得が必要と判断することとしても良い。
また、記憶する参照信号は、無効画素のデジタル映像信号そのものでなくとも良く、代わりに、平均値、最大値、最小値、バラツキを示す標準偏差や分散などでもよい。即ち、固定パターンノイズの取得動作が終了した時点の無効画素のデジタル映像信号の平均値、最大値、最小値、バラツキを示す標準偏差や分散を参照信号として記憶しておいて、撮像中の無効画素のデジタル映像信号の平均値、最大値、最小値、バラツキを示す標準偏差や分散と比較し続け、比較の結果、一定値以上の差が生じたときには固定パターンノイズの再取得が必要と判断することとしても良い。
For example, the level of the digital video signal of the invalid pixel at the time when the acquisition operation of the fixed pattern noise is completed is stored as a reference signal, and is continuously compared with the digital video signal of the invalid pixel being captured. When a difference greater than the value occurs, it may be determined that it is necessary to reacquire fixed pattern noise.
The reference signal to be stored may not be the digital image signal itself of the invalid pixel, but instead may be an average value, a maximum value, a minimum value, a standard deviation or variance indicating variation, and the like. In other words, the average value, maximum value, minimum value, and standard deviation and variance indicating the dispersion of digital video signals of invalid pixels at the time when the acquisition operation of fixed pattern noise is completed are stored as reference signals, and invalid during imaging. Continue to compare with the standard deviation or variance indicating the average value, maximum value, minimum value, and dispersion of the digital video signal of the pixel. If the result of the comparison shows that a difference greater than a certain value occurs, it is determined that it is necessary to reacquire fixed pattern noise. It is also good to do.
固定パターンノイズの再取得は一定時間間隔で行ってもよいが、周辺環境によって必要なタイミングが異なるため、不要な時に再取得が実行されたり、必要な時に再取得が実行されなかったりする問題がある。また、ユーザが画像を見て必要に応じて再取得を実行する方法もあるが、利便性が劣る。固定パターンノイズの再取得の必要性を自動的に検出し、再取得の実行を自動的に開始することにより、効率的な固定パターンノイズの更新が行える。 Re-acquisition of fixed pattern noise may be performed at regular time intervals, but the required timing varies depending on the surrounding environment, so there is a problem that re-acquisition is executed when it is unnecessary or re-acquisition is not executed when necessary. is there. In addition, there is a method in which the user views the image and executes reacquisition as necessary, but the convenience is inferior. It is possible to efficiently update the fixed pattern noise by automatically detecting the necessity of reacquiring the fixed pattern noise and automatically starting the execution of the reacquisition.
次に、固定パターンノイズの取得処理中に、固定パターンノイズ取得が完了したことを検出する(取得処理をが完了したタイミングを検出する)方法について説明する。
図5(a)〜(e)は、それぞれ時刻T0〜T4における映像信号Sを示し、図5(f)〜(j)は、それぞれ時刻T0〜T4におけるA/D変換器の出力信号ADを示す。時刻T0、T1、T2、T3、T4の順に時間が経過する。
Next, a method for detecting completion of acquisition of fixed pattern noise during detection processing of fixed pattern noise (detecting timing at which acquisition processing is completed) will be described.
FIGS. 5A to 5E show the video signal S at times T0 to T4, respectively. FIGS. 5F to 5J show the output signal AD of the A / D converter at times T0 to T4, respectively. Show. Time elapses in the order of times T0, T1, T2, T3, and T4.
固定パターンノイズの取得処理を開始すると、図5(a)〜(j)に示すように、映像信号Sから固定パターンノイズ成分が徐々に除去される。この間に、フレームメモリ9には固定パターンノイズが徐々に蓄積され、やがてフレームメモリ9に格納されている固定パターンノイズが収束する。この状態を、「固定パターンノイズの取得が完了した」状態と言う。
When the fixed pattern noise acquisition process is started, the fixed pattern noise component is gradually removed from the video signal S as shown in FIGS. During this time, the fixed pattern noise is gradually accumulated in the
固定パターンノイズの取得完了までに必要な時間(フレーム期間数)は、A/D変換器6とD/A変換器10の分解能の差や、混合回路7での演算方法(混合割合など)により、ある程度予測できる。
しかし、素子によって、固定パターンノイズの振幅の違いや、ランダムノイズの特性の違いなどがあり、固定パターンノイズをフレームメモリ9に取り込むのに要する時間(必要なフレーム期間数)が異なる。即ち予測よりも早く取り込みが終わったり(早く収束したり)、逆に予測以上に時間が掛かったりすることがある。
The time (number of frame periods) required to complete acquisition of fixed pattern noise depends on the difference in resolution between the A /
However, depending on the element, there are differences in the amplitude of fixed pattern noise, differences in characteristics of random noise, and the like, and the time required to capture the fixed pattern noise into the frame memory 9 (the number of necessary frame periods) differs. In other words, the capture may end earlier than expected (convergence converges faster), and conversely, it may take longer than predicted.
そこで、固定パターンノイズの取得処理中に、デジタル映像信号を監視して、その結果に基づき固定パターンノイズの取得が完了したと判定し、取得処理を終了させる。
例えば、有効画素の平均値と無効画素の平均値を常に比較し、その差が一定値未満になったところで固定パターンノイズの取得が完了したと判定することとしても良い。
代わりに、有効画素、無効画素の別なく、映像信号の最大値と最小値の差が一定値未満になったときに、固定パターンノイズの取得が完了したと判定しても良い。
さらにまた、無効画素のレベルを基準とした固定パターンノイズを取得する場合には、有効画素のデジタル映像信号の最大値と最小値を、無効画素のデジタル映像信号の平均と比較し、その差が一定値未満になったときに固定パターンノイズの取得が完了したと判断しても良い。
Therefore, during the acquisition process of the fixed pattern noise, the digital video signal is monitored, and it is determined that the acquisition of the fixed pattern noise is completed based on the result, and the acquisition process is terminated.
For example, the average value of the effective pixels and the average value of the invalid pixels may be constantly compared, and it may be determined that the acquisition of the fixed pattern noise is completed when the difference becomes less than a certain value.
Instead, it may be determined that the acquisition of the fixed pattern noise is completed when the difference between the maximum value and the minimum value of the video signal becomes less than a certain value regardless of whether the pixel is valid or invalid.
Furthermore, when acquiring fixed pattern noise based on the level of invalid pixels, the maximum and minimum values of the digital video signal of valid pixels are compared with the average of the digital video signals of invalid pixels, and the difference is It may be determined that acquisition of the fixed pattern noise is completed when the value becomes less than a certain value.
また、有効画素と無効画素の信号レベルを合わせる必要が無い場合には、有効画素の最大値と最小値のみを観察し、その最大値と最小値の差が一定値未満になったときに固定パターンノイズ取得が完了したと判定しても良い。 If there is no need to match the signal levels of the effective and invalid pixels, only the maximum and minimum values of the effective pixels are observed and fixed when the difference between the maximum and minimum values is less than a certain value. It may be determined that the pattern noise acquisition has been completed.
さらにまた、有効画素のデジタル映像信号の最大値と最小値を取得し、その差が一定値未満になったときに固定パターンノイズの取得が完了したと判断しても良い。
さらにまた、有効画素のデジタル映像信号の最大値や最小値ではなく、有効画素のデジタル映像信号の平均値を、無効画素のデジタル映像信号の平均と比較して、その差が一定未満になったときに、固定パターンノイズの取得が完了したと判断しても良い。
Furthermore, the maximum value and the minimum value of the digital video signal of the effective pixel may be acquired, and it may be determined that the acquisition of the fixed pattern noise is completed when the difference becomes less than a certain value.
Furthermore, the average value of the digital video signal of the effective pixel is not the maximum value or the minimum value of the digital video signal of the effective pixel, and the difference is less than a certain value when compared with the average of the digital video signal of the invalid pixel. Sometimes, it may be determined that acquisition of fixed pattern noise has been completed.
また、有効画素の映像信号のバラツキが一定値未満になったことを検出して、固定パターンノイズの取得が完了したと判断しても良い。 Further, it may be determined that the acquisition of the fixed pattern noise is completed by detecting that the variation in the video signal of the effective pixel is less than a certain value.
検出回路13は、上記のいずれかの方法により、固定パターンノイズの取得の完了が検出されたときに、取得処理終了タイミングを検出したことを示す検出信号TDをタイミング生成回路12へ送信する(検出信号TDを、取得処理が完了したことを示す値(第2の値)のものにする)。
The
タイミング生成回路12は、検出回路13から受信した検出信号TDに従い、遮蔽動作タイミング信号STの値(内容)を決める。
検出信号TDが、固定パターンノイズの取得処理が開始されることを示す値(第1の値)のものであるときは、遮蔽動作タイミング信号STは、シャッタを遮蔽状態にするための値(第1の値)のものとなる。
検出信号TDが、固定パターンノイズの取得処理が完了したことを示す値(第2の値)のものであるときは、遮蔽動作タイミング信号STは、シャッタを開放状態にするための値(第2の値)のものとなる。
The
When the detection signal TD has a value (first value) indicating that the acquisition process of fixed pattern noise is started, the shielding operation timing signal ST is a value (first value) for putting the shutter in a shielding state. 1 value).
When the detection signal TD is a value (second value) indicating that the acquisition process of the fixed pattern noise is completed, the shielding operation timing signal ST is a value (second value) for opening the shutter. Value).
タイミング生成回路12は、遮蔽動作タイミング信号STを、更新制御信号として更新回路8にも送信する。更新回路8は、タイミング生成回路12から送られてくる遮蔽動作タイミング信号STに従いフレームメモリ9内に格納されているデータの更新を行う。シャッタ2が遮蔽状態に制御されているとき(遮蔽動作タイミング信号STが第1の値のとき)には、混合回路7から送られてくる新しい固定パターンノイズDでフレームメモリ9内のデータを更新する。シャッタが開放状態に制御されているとき(遮蔽動作タイミング信号STが第2の値のとき)には、フレームメモリ9内のデータは更新しない。
The
差分回路4は、シャッタ2が遮蔽状態のときにフレームメモリ9に蓄積した固定パターンノイズ(FPNをD/A変換したアナログ固定パターンノイズO)を、シャッタ2が開放状態の時の映像信号INから減算することにより、撮像素子3から出力される撮像信号から固定パターンノイズを除去する。
The difference circuit 4 uses the fixed pattern noise (analog fixed pattern noise O obtained by D / A conversion of FPN) accumulated in the
このように、撮像素子3が出力する撮像信号INからアナログ固定パターンノイズOを差し引いた信号をデジタル変換することで、撮像素子3が出力する撮像信号INを全てデジタル変換する場合と比較し、A/D変換器6のダイナミックレンジを有効に利用することができる。特に、固定パターンノイズの振幅(バラツキ)に対して映像の濃淡を示す信号の振幅が小さい撮像素子においては有効である。
In this way, by digitally converting the signal obtained by subtracting the analog fixed pattern noise O from the image pickup signal IN output from the
また、このような構成においては、固定パターンノイズの程度によってフレームメモリ9内に固定パターンノイズを蓄積するために要する時間が異なる。更に、固定パターンノイズの変化は周辺環境に影響を受けるため、固定パターンノイズの再取得処理が必要となる頻度は一定ではない。有効画素と無効画素の映像信号のレベルから固定パターンノイズの取得処理の開始や終了を自動的に検出することにより、効率的な固定パターンノイズの取得処理が行える。
In such a configuration, the time required for accumulating the fixed pattern noise in the
次に、A/D変換器6及びD/A変換器10の分解能について説明する。
固定パターンノイズの取得処理が完了すると、A/D変換器6には、撮像信号INとアナログ固定パターンノイズOの差である映像信号Sが入力されるが、D/A変換器9には、FPN取得手段30によって復元された固定パターンノイズFPNが入力される。よって、D/A変換器10の分解能をA/D変換器6の分解能より高くしておくことにより、A/D変換器6のダイナミックレンジを最大限まで活用できる。
Next, the resolution of the A /
When the acquisition process of the fixed pattern noise is completed, the video signal S that is the difference between the imaging signal IN and the analog fixed pattern noise O is input to the A /
このとき固定パターンノイズは、図3の混合回路7が用いられる場合には、取り込んだデジタル映像信号ADとフレームメモリ9内に格納されているデータFPNを所定比で加算することにより取得している。1フレームだけでは固定パターンノイズの一部しか取り込めないが、数フレーム繰り返し加算処理を行うことにより固定パターンノイズを復元することができる。
At this time, when the mixing
D/A変換器10とA/D変換器6の分解能の差は、固定パターンノイズと信号成分の振幅差分の大きさがあればよい。例えば、固定パターンノイズの振幅(バラツキ)が、映像の濃淡を示す信号の振幅の2倍ある場合、A/D変換器6の分解能をD/A変換器10の半分にした構成にすればよい。つまり、A/D変換器6が8ビットの場合、9ビット以上のD/A変換器を用いることにより、撮像信号からFPN成分を精度よく除去した映像信号が得られ、A/D変換器6の全ての分解能を映像の濃淡を示す信号の振幅にあてることができる。
The difference in resolution between the D /
また、A/D変換機6とD/A変換器10はビット精度が同じであっても別々の回路であるために、出力信号の振幅、リニアリティーに差がある。そのため、デジタル映像信号ADを減衰しないでそのまま固定パターンノイズFPNと加算するとA/D変換器6とD/A変換器10の特性差によっては信号が発散し、収束しにくくなる。
Further, since the A /
一方、図3に示すように、混合回路7にてデジタル映像信号ADと固定パターンノイズFPNの振幅を減衰してから固定パターンノイズFPNと加算することとすれば、A/D変換器6とD/A変換器10の特性差が吸収でき、信号の発散を防ぐことができる。また、遮蔽時の固定パターンノイズ信号を精度よく収束させることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, if the
検出回路13における、固定パターンノイズ取得処理の開始と終了のタイミングの検出においては、動作が異常な画素のデジタル映像信号は用いないこととしてもよい。動作が異常な画素(欠陥画素)とは、有効画素であるにもかかわらず感度の無い画素や、感度のバラツキが他の画素と比較して大きく異なる画素、点滅している画素などを指す。その際、固定パターンノイズの値が他の画素と比較して極端に大きい、或いは極端に小さい画素(例えば基準値から)は欠陥画素と判断し、欠陥画素からの映像信号は、固定パターンノイズの取得の開始や終了のタイミング検出に用いる平均値、最大値、最小値、バラツキなどの算出には用いないこととする。例えば、上記の利得制御手段22で用いられる基準値に対して一定値以上ずれている場合には、他の画素と比較して極端に大きい或いは極端に小さいと判断することとしても良い。この場合、検出回路13は、フレームメモリに格納されている各画素についての固定パターンノイズの基準値からのずれが一定値未満であることを条件として、当該画素のデジタル映像信号を、固定パターンノイズの取得の開始や終了のタイミング検出に用いることとなる。欠陥画素か否かの判断が必要になるが、固定パターンノイズの取得の開始や終了の誤検出や不正な動作を防ぐことができる。
In the detection of the start and end timings of the fixed pattern noise acquisition process in the
次に、各信号レベルの大きさとデジタル変換のダイナミックレンジの関係を図を参照しながら、A/D変換器6のダイナミックレンジの有効活用について説明する。
Next, the effective utilization of the dynamic range of the A /
図6(a)〜(c)は、図6(a)に示すように、低温の背景LBの中に高温の被写体HSがある画像を撮影した際に、撮像素子3から出力される撮像信号INの一部(図6(b))と、固定パターンノイズを除去した後の映像信号Sの波形の一部(図6(c))を示したものである。図からもわかるように、赤外線撮像素子には、被写体が放射する赤外線強度に応じて生じる温度変化に対して画素毎の出力のバラツキが大きいという特徴がある。
FIGS. 6A to 6C show imaging signals output from the
図7,図8及び図9は、図2に示される1水平期間Phの一部の期間中の信号を示すものである。
図7は、撮像素子3から出力された撮像信号IN、フレームメモリ9から読み出された固定パターンノイズFPNをアナログ変換したアナログ固定パターンノイズOと、撮像信号INとアナログ固定パターンノイズOの差であるアナログ映像信号Sの関係を示した概略図である。横軸は撮像素子上の各画素の位置、縦軸は各信号の出力レベルである。
7, 8 and 9 show signals during a part of one horizontal period Ph shown in FIG.
FIG. 7 shows the difference between the imaging signal IN output from the
撮像素子3から出力された撮像信号INをそのままデジタル変換する場合、図7中の符号Raで示した範囲のレベルをデジタル変換の有効ダイナミックレンジに割り当てることになる。
しかし、赤外線撮像素子においては、出力信号のレベルのうち、素子毎の出力バラツキ、すなわち固定パターンノイズが占める割合が大きく、被写体の温度の違いによる出力信号の変動量が小さいため、デジタル変換のダイナミックレンジが有効に利用できないという問題がある。
When the image pickup signal IN output from the
However, in the infrared imaging device, the output variation for each element, that is, the proportion of fixed pattern noise is large in the output signal level, and the fluctuation amount of the output signal due to the difference in the temperature of the subject is small. There is a problem that the range cannot be used effectively.
そこで、出力信号INとフレームメモリ9の出力信号FPN(をアナログ変換したものO)との差分をとり、固定パターンノイズFPNに相当する成分を除いた信号Sをデジタル変換すると、図7中の符号Rcで示した範囲をA/D変換器6のダイナミックレンジに割り当てることになり、ダイナミックレンジを有効に活用することができ、量子化のノイズが軽減された新しいパターンノイズFPNを取得することができる。
Therefore, when the difference between the output signal IN and the output signal FPN (analog-converted signal OPN) of the
図8は、撮像素子からの出力信号INと、信号INをそのままデジタル変換した場合に得られる新しい固定パターンノイズD’の関係を示した概略図である。図7中の符号Raで示した広い範囲をA/D変換器6のダイナミックレンジに割り当てるため、量子化誤差が大きくなる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship between the output signal IN from the image sensor and the new fixed pattern noise D ′ obtained when the signal IN is directly converted to digital. Since the wide range indicated by the symbol Ra in FIG. 7 is assigned to the dynamic range of the A /
図9は、映像信号Sと、映像信号Sをデジタル変換したデジタル信号ADと、映像信号Sを算出する際に使用したアナログ固定パターンノイズOをアナログ変換する前の固定パターンノイズFPNと、本実施の形態により得られる新しい固定パターンノイズDの関係を示した概略図である。 FIG. 9 shows a video signal S, a digital signal AD obtained by digitally converting the video signal S, a fixed pattern noise FPN before analog conversion of the analog fixed pattern noise O used for calculating the video signal S, and the present embodiment. It is the schematic which showed the relationship of the new fixed pattern noise D obtained by the form.
映像信号Sをデジタル変換する際、図7中の符号Rcで示した狭い範囲をデジタル変換のダイナミックレンジに割り当てているため、得られるデジタル信号ADの量子化誤差が小さくなる。その結果、デジタル信号ADを減衰回路40で1/Kに減衰させた信号に固定パターンノイズFPNを加算して得られる新しい固定パターンノイズDの量子化誤差も小さくなる。 When the video signal S is digitally converted, the narrow range indicated by the symbol Rc in FIG. 7 is assigned to the dynamic range of the digital conversion, so that the quantization error of the obtained digital signal AD is reduced. As a result, the quantization error of the new fixed pattern noise D obtained by adding the fixed pattern noise FPN to the signal obtained by attenuating the digital signal AD to 1 / K by the attenuation circuit 40 is also reduced.
次に、図10(a)〜(l)及び図11(a)〜(l)を用いて処理手順の一例を説明する。図10(a)〜(l)及び図11(a)〜(l)は、それぞれ時刻T0,T1,T2,Tnのフレーム期間において、撮像素子3で撮像される画像(図10(a)、(b)、(c)、(d))、撮像素子3から出力される撮像信号IN(図10(e)、(f)、(g)、(h))、フレームメモリ9内に格納されている固定パターンノイズFPN(図10(i)、(j)、(k)、(l))、撮像信号INと固定パターンノイズOの差分信号である映像信号S、(図11(a)、(b)、(c)、(d)))、映像信号SをA/D変換器6でデジタル変換した映像信号AD(図11(e)、(f)、(g)、(h))、混合回路7で算出した新しい固定パターンノイズD(図11(i)、(j)、(k)、(l))を図示している。なお、D/A変換器10でアナログ変換した固定パターンノイズOの波形は、フレームメモリ9内に格納されている固定パターンノイズFPN(図10(i)、(j)、(k)、(l))と同じである。
Next, an example of the processing procedure will be described with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (l) and FIGS. 11 (a) to 11 (l). FIGS. 10A to 10L and FIGS. 11A to 11L illustrate images captured by the
図10(a)、(e)、(i)、図11(a)、(e)、(i)は、時刻T0における撮像画像、信号などを示し、図10(b)、(f)、(j)、図11(b)、(f)、(j)は、時刻T1における撮像画像、信号などを示し、図10(c)、(g)、(k)、図11(c)、(g)、(k)は、時刻T1における撮像画像、信号などを示し、図10(d)、(h)、(l)、図11(d)、(h)、(l)は、時刻Tnにおける撮像画像、信号などを示す。時刻T0,T1,T2、…Tnの順に時間が経過する。 10 (a), (e), (i), FIG. 11 (a), (e), and (i) show captured images and signals at time T0, and FIGS. 10 (b), (f), (J), FIGS. 11 (b), (f), and (j) show captured images, signals, and the like at time T1, and FIGS. 10 (c), (g), (k), FIG. 11 (c), (G) and (k) show captured images and signals at time T1, and FIGS. 10 (d), (h) and (l), and FIGS. 11 (d), (h) and (l) show time. A captured image, a signal, and the like at Tn are shown. Time elapses in the order of times T0, T1, T2, ... Tn.
まずはじめに、撮像装置の電源を投入すると、シャッタ2が閉じた状態で起動する。
撮像素子3が吸収した赤外線に応じた信号が、撮像信号IN(T0)として出力されると、差分回路4は、遮蔽状態で取得した撮像信号IN(T0)と、フレームメモリ9が保持している固定パターンノイズFPN(T0)をアナログに変換したFPN固定パターンノイズO(T0)の差をとり、映像信号S(T0)を生成する。
First, when the image pickup apparatus is powered on, it starts up with the
When a signal corresponding to the infrared ray absorbed by the
アナログ信号である映像信号S(T0)はA/D変換器6にてデジタル信号出力に変換される。混合回路7では、1/Kの信号レベルに減衰した信号AD(T0)/Kと、フレームメモリ9が保持している固定パターンノイズFPN(T0)と加算し、新しいパターンノイズD(T0)を生成する。なお、図10及び図11に示す例では、固定パターンノイズFPNを減衰させずにそのまま加算しており、また、信号ADに対する減衰係数Kも便宜上1としている。
The video signal S (T0), which is an analog signal, is converted into a digital signal output by the A /
また、シャッタが遮蔽した状態なので、更新回路8ではフレームメモリへの書き込み制御信号が許可状態となっており、更新パターンノイズD(T0)は、フレームメモリ9に更新データとして保持され、次の時刻T1にて固定パターンノイズFPN(T1)として、差分回路4へ供給されるとともに、新しいパターンノイズD(T1)の生成に用いられる。以降、時刻T2まで同様の処理を繰り返す。
Further, since the shutter is in a shielded state, the update circuit 8 is allowed to write control signals to the frame memory, and the update pattern noise D (T0) is held as update data in the
時刻Tnではシャッタが開放状態になる。
図では便宜上、上記のように、混合回路7用いる係数Kを1(減衰無し)としているほか、A/D変換器6とD/A変換器10の分解能の差を2倍(ビット数の差が1)、シャッタを遮蔽した状態で電源を投入し、固定パターンノイズの取得を開始してから2フレーム経過した時点で更新パターンノイズDの取得を終え、シャッタを開放して通常の撮像を開始しているが、実際の回路においては、全固定パターンノイズの積算信号レベルが安定するまで2フレーム以上の期間を要する。
At time Tn, the shutter is opened.
In the figure, for the sake of convenience, the coefficient K used in the
時刻Tnで出力される撮像信号は、シャッタが開放した状態で取得した信号なので、更新回路8は書込み禁止状態となり、フレームメモリ9のデータ更新は行われない。
Since the imaging signal output at time Tn is a signal acquired with the shutter opened, the update circuit 8 is in a write-inhibited state, and the data in the
ここでは、電源を投入時に遮蔽時更新パターンノイズDを取得する場合について説明したが、撮像装置の起動時に限らず、動作中に適宜取得して差し支えない。むしろ、撮像素子3の感度のバラツキは外界や装置の温度等によって変化するため、動作中にも遮蔽時更新パターンノイズDを適宜更新したほうが良い。
Although the case where the shielding update pattern noise D is acquired when the power is turned on has been described here, it is not limited to the time when the imaging apparatus is activated, and may be appropriately acquired during the operation. Rather, since the variation in sensitivity of the
検出回路13における固定パターンノイズの取得完了の判定について、映像信号SとA/D変換器6のレンジとデジタル変換したデジタル映像信号ADの関係を、先にも参照した図5(a)〜(j)を参照して説明する。
Regarding the determination of the completion of acquisition of the fixed pattern noise in the
図5(a)〜(j)に、各時刻T0〜T4(それぞれ一つのフレームのデータが処理される時刻)における、映像信号Sとデジタル映像信号ADを示す。図5(a)〜(e)が差分回路4から出力される映像信号S、図5(f)〜(j)がA/D変換器6から出力されるデジタル映像信号ADである。映像信号Sのうち、上限ULから下限LLまでの範囲が、A/D変換器6のダイナミックレンジに相当し、この範囲内においてのみ、映像信号Sとデジタル映像信号ADの値とが比例関係を有する。図5では、A/D変換器6は6ビット、D/A変換器10は8ビット、A/D変換器6とD/A変換器10の分解能の差を4倍、混合回路7では、デジタル映像信号ADと固定パターンノイズFPNがそのまま(減衰係数を掛けられることなく)加算されるものとしている。
FIGS. 5A to 5J show the video signal S and the digital video signal AD at times T0 to T4 (time at which one frame of data is processed). 5A to 5E show the video signal S output from the difference circuit 4, and FIGS. 5F to 5J show the digital video signal AD output from the A /
まず、固定パターンノイズ取得処理の開始時点である時刻T0では、フレームメモリ9が初期状態のため、遮蔽状態における撮像信号IN、つまりこの素子が持っている固定パターンノイズがそのまま差分回路4から出力される。その結果、固定パターンノイズの1/4にあたる信号がデジタル信号に変換される。
First, at the time T0 when the fixed pattern noise acquisition process is started, since the
混合回路7は、デジタル変換した映像信号ADとフレームメモリ9内に格納されているデータFPNを所定比(ここでは1対1)で加算し、更新回路7へ送る。更新回路7は、新しい固定パターンノイズとしてフレームメモリ9に格納する。図5(f)に示した信号がフレームメモリ9に取り込まれることになる。
The mixing
時刻T1では、図5(b)に示すように、図5(a)に示すのと同様の撮像信号と、図5(f)に示した固定パターンノイズとの差が、映像信号Sとなる。図5(b)に示す映像信号Sには左から右に向かって増加するシェーディング成分がない。
時刻T2、T3とさらに同様の処理を繰り返すことにより、映像信号Sからピーク状の固定パターンノイズが徐々に無くなっていく。
At time T1, as shown in FIG. 5B, the difference between the imaging signal similar to that shown in FIG. 5A and the fixed pattern noise shown in FIG. . The video signal S shown in FIG. 5B does not have a shading component that increases from left to right.
By repeating the same processing as at times T2 and T3, the peak-shaped fixed pattern noise gradually disappears from the video signal S.
時刻T3の段階では、有効画素の映像信号の最大値と最小値の差が十分小さくなっている。有効画素の信号レベルが無効画素のレベルと等しくなるところまで固定パターンノイズを除去する必要が無い場合は、この段階で固定パターンノイズの取得を終了してもよい。つまり、有効画素の映像信号の最大値と最小値の差が一定値未満になったら固定パターンノイズの取得処理を終了してもよいと判定する。 At the stage of time T3, the difference between the maximum value and the minimum value of the video signal of the effective pixel is sufficiently small. If it is not necessary to remove the fixed pattern noise until the signal level of the effective pixel becomes equal to the level of the invalid pixel, the acquisition of the fixed pattern noise may be terminated at this stage. That is, when the difference between the maximum value and the minimum value of the video signal of the effective pixel becomes less than a certain value, it is determined that the fixed pattern noise acquisition process may be terminated.
有効画素の信号レベルが無効画素のレベルと等しくなるところまで固定パターンノイズを除去する必要がある場合はさらに固定パターンノイズの取得処理を続け、時刻T4に示すように、有効画素の映像信号と無効画素の映像信号の差がなくなったところで終了する。 When it is necessary to remove the fixed pattern noise until the signal level of the effective pixel becomes equal to the level of the invalid pixel, the acquisition process of the fixed pattern noise is further continued, and as shown at time T4, the video signal of the effective pixel and the invalid pixel noise are invalidated. The process ends when there is no difference between the video signals of the pixels.
以上説明したように実施の形態1によれば、撮像素子から出力される信号と、固定パターンノイズに相当する成分が記録されているフレームメモリの出力信号との差分をデジタル変換することにより、より支配的な固定パターンノイズが差し引かれている信号をデジタル変換することになり、アナログ−デジタル(A/D)変換器のダイナミックレンジを有効に利用することができるため、デジタル変換による量子化ノイズが低減し、画質が向上する。 As described above, according to the first embodiment, the difference between the signal output from the image sensor and the output signal of the frame memory in which the component corresponding to the fixed pattern noise is recorded is converted into a digital signal. Since the signal from which the dominant fixed pattern noise is subtracted is converted into a digital signal and the dynamic range of the analog-to-digital (A / D) converter can be used effectively, the quantization noise caused by the digital conversion is reduced. Reduce and improve image quality.
また、減衰回路40にてデジタル信号ADの振幅を1/K倍してから固定パターンノイズFPNと加算することにより、A/D変換器とD/A変換器の特性差を吸収して信号の発散を防ぐため、精度よく遮蔽時の更新パターンノイズDに収束させることができる。 Also, the attenuation circuit 40 multiplies the amplitude of the digital signal AD by 1 / K and then adds it to the fixed pattern noise FPN, thereby absorbing the characteristic difference between the A / D converter and the D / A converter. In order to prevent divergence, the update pattern noise D at the time of shielding can be accurately converged.
さらに、固定パターンノイズ取得処理の開始と終了のタイミングを自動的に検出することにより、固定パターンノイズの取得を効率よく実行できるとともに、常にノイズの少ない状態を維持することができる。 Furthermore, by automatically detecting the start and end timings of the fixed pattern noise acquisition process, it is possible to efficiently acquire the fixed pattern noise and always maintain a low noise state.
1 レンズ、 2 シャッタ、 3 撮像素子、 4 差分回路、 5 増幅回路、 6 A/D変換器、 7 混合回路、 8 更新回路、 9 フレームメモリ、 10 D/A変換器、 11 シャッタ制御回路、 12 タイミング生成回路、 13 検出回路、 21 積分回路、 22 利得制御回路、 30 FPN取得手段、 40 制御手段。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
所定の波長域成分を前記撮像手段の撮像面上で結像させる結像手段と、
所定の波長域成分の前記撮像手段への入射を遮る遮蔽手段と、
前記撮像手段の出力信号からアナログ固定パターンノイズを除去する差分手段と、
前記差分手段から出力される映像信号をデジタル信号に変換してデジタル映像信号を出力するデジタル変換手段と、
前記デジタル映像信号に基づいて固定パターンノイズを取得するFPN取得手段と、
前記FPN取得手段で取得した固定パターンノイズをアナログ信号に変換して前記アナログ固定パターンノイズを出力するアナログ変換手段と、
前記遮蔽手段と前記FPN取得手段の動作を制御する制御手段とを備えた赤外線撮像装置において、
前記FPN取得手段は、
前記固定パターンノイズを格納するフレームメモリと、
前記デジタル映像信号と前記フレームメモリに格納された固定パターンノイズと混合して新たな固定パターンノイズを算出する混合手段と、
前記フレームメモリに格納されている固定パターンノイズを前記混合手段で算出された新たな固定パターンノイズで更新する更新手段とを有し、
前記制御手段は、
前記遮蔽手段を所定のタイミングで開放状態や遮蔽状態にする遮蔽制御手段と、
前記無効画素のデジタル映像信号に基づいて、固定パターンノイズの取得開始のタイミングを決定し、前記有効画素のデジタル映像信号と前記無効画素のデジタル映像信号に基づいて、固定パターンノイズの取得完了のタイミングを検出する検出手段と、
前記検出手段から出力される検出信号に基づいて、前記遮蔽制御手段の遮蔽動作タイミング信号を生成するタイミングと、前記更新回路を更新実行状態や更新停止状態にするための更新動作タイミング信号を生成するタイミング生成手段と
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。 Imaging means having effective pixels sensitive to a predetermined wavelength range and ineffective pixels having no sensitivity;
Imaging means for forming an image of a predetermined wavelength region component on the imaging surface of the imaging means;
Shielding means for shielding incidence of the predetermined wavelength region component to the imaging means;
Difference means for removing analog fixed pattern noise from the output signal of the imaging means;
Digital conversion means for converting the video signal output from the difference means into a digital signal and outputting the digital video signal;
FPN acquisition means for acquiring fixed pattern noise based on the digital video signal;
Analog conversion means for converting the fixed pattern noise acquired by the FPN acquisition means into an analog signal and outputting the analog fixed pattern noise;
In an infrared imaging device comprising the shielding means and a control means for controlling the operation of the FPN acquisition means,
The FPN acquisition means
A frame memory for storing the fixed pattern noise;
A mixing means for calculating a new fixed pattern noise by mixing the digital video signal and the fixed pattern noise stored in the frame memory;
Updating means for updating the fixed pattern noise stored in the frame memory with a new fixed pattern noise calculated by the mixing means;
The control means includes
Shielding control means for making the shielding means open or shielded at a predetermined timing;
The fixed pattern noise acquisition start timing is determined based on the invalid pixel digital video signal, and the fixed pattern noise acquisition completion timing is determined based on the effective pixel digital video signal and the invalid pixel digital video signal. Detecting means for detecting
Based on a detection signal output from the detection means, a timing for generating a shielding operation timing signal of the shielding control means, and an update operation timing signal for setting the update circuit to an update execution state or an update stop state are generated. An infrared imaging device comprising: timing generation means.
前記積分手段から出力される積分値が所定の基準値と概ね一致するように前記利得設定値を制御する利得制御手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項9に記載の赤外線撮像装置。 Integration means for integrating the digital video signal of the effective pixels output from the digital conversion means in units of frames;
The infrared imaging device according to claim 9, further comprising: gain control means for controlling the gain setting value so that an integral value output from the integrating means substantially matches a predetermined reference value.
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