JP4016022B2 - 赤外線画像撮像装置およびこれを搭載した車両 - Google Patents
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Description
図1は本発明の第1の実施形態に係る赤外線画像撮像装置の構成を示すブロック図である。図1において、10は赤外線を検出するマイクロボロメータなどの赤外線検出器、20はレンズを有し、被写体70から放射される赤外線を赤外線検出器10上に結像させる光学系、30は赤外線検出器10の出力を補正する補正手段である。遮断手段40は開閉自在に構成されており、閉状態のとき被写体70から光学系20に入射する赤外線を遮断する。温度測定手段50は遮断手段40の表面温度を測定する。制御手段60は遮断手段40の開閉状態、並びに光学系20、補正手段30および温度測定手段50を制御する。
被写体70の放射:L0(x,y,T0)
光学系20の放射:L1(x,y,T1)
レンズシェーディング:S(x,y)
赤外線検出器10の出力:e(x,y)=a(x,y)Ltotal+b(x,y)
a(x,y):画素(x,y)の感度
b(x,y):画素(x,y)のDCオフセット
ここで、図2のモデルにおいて、次の式が成り立つ。
e(x,y,T0)
=a(x,y)・(S(x,y)・L0(x,y,T0)+L1(x,y,T1))
+b(x,y) …(1)
温度Ta,Tbで一様に分布する平坦な被写体70をそれぞれ撮像し、このときの赤外線検出器10の出力の差を求める。
e(x,y,Ta)−e(x,y,Tb)
=a(x,y)・S(x,y)・(L0(x,y,Ta)−L0(x,y,Tb))
…(2)
また、常温の狭い温度範囲(例えば0〜60℃)では、赤外線の放射L0は次式のように温度T0の一次関数によって近似できる。
L0(x,y,T0)=c・T0+d …(3)
c,dは定数である。式(3)を式(2)に代入して、両辺を温度差(Ta−Tb)で除したものを、第1の補正係数G(x,y)とする。すなわち、
G(x,y)=(e(x,y,Ta)−e(x,y,Tb))/(Ta−Tb)
=a(x,y)・S(x,y)・c …(4)
そして、求めた第1の補正係数G(x,y)を補正手段30に記憶させる。
赤外線撮像装置の起動時や長時間撮影後には、光学系20の温度変化や、温度変動による赤外線検出器10の画素間の微妙な出力ばらつきによって、画像のざらつきや平均輝度レベルの変動が生じる。そこで、そのような現象が生じた場合、手動で制御手段60を起動し、画素間の出力のばらつきを補正するための第2の補正係数を決定する。
H(x,y)=K−e(x,y,Tc)/G(x,y) …(5)
で表される第2の補正係数H(x,y)を求め、補正手段30に記憶させる。Kは定数である。すなわち、温度Tcの遮断手段40を撮像したときに全画素の出力が均一になるように、第2の補正係数H(x,y)を求める。
e(x,y,T0)/G(x,y)
=L0(x,y,T0)/c
+L1(x,y,T1)/c・S(x,y)+b(x,y)/G(x,y) …(6)
式(6)において、右辺の第1項は被写体70の放射を表し、第2項および第3項は画素毎にばらつくDC成分を表している。そしてDC成分を表す項のうち、環境変動によって変化するのは光学系20の放射L1の項である。この項は光学系20の温度T1に応じて変化する。したがって、第2の補正係数H(x,y)は、光学系20の温度T1が変化するたびに更新されるのが望ましい。
撮像時には、次のように撮像信号の補正を行う。制御手段60は遮断手段40を開状態にし、被写体70の撮像を開始する。このとき、補正出力信号E(x,y,T0)は次式のようにして求められる。
E(x,y,T0)
=e(x,y,T0)/G(x,y)+H(x,y) …(7)
このとき、
dE/dT0=c2 …(8)
すなわち、被写体70の温度が1度上がるごとにc2 だけ補正出力Eが上昇する。そして、T0=TcのときE=Kであるので、
E(x,y,T0)
=c2 ・(T0−Tc)+K …(9)
T0について整理すると、
T0=(E(x,y,T0)−K)/c2 +Tc …(10)
c2 は環境によって変動しない定数である。
図4は本発明の第2の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。図4において、図1と共通の構成要素には図1と同一の符号を付している。図4(a)に示す移動体としての車両220に搭載されている赤外線画像撮像装置200は、図4(b)に示すように第1の実施形態に係るものとほぼ同様の構成である。赤外線画像撮像装置200は車両220の進行方向前方を撮像するように搭載されており、進行方向前方の被写体240(人または他の車両)を検知するために設けられている。そして、赤外線画像撮像装置200の制御手段210には車両220の速度を検出する手段としての車速センサ230の出力信号が供給される。
図5は本発明の第3の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。図5において、図4と共通の構成要素には、図4と同一の符号を付している。赤外線画像撮像装置200は図4(b)の構成を用いている。
図6は本発明の第4の実施形態に係る赤外線画像撮像装置を搭載した車両の構成を示す図である。図6において、図1および図4と共通の構成要素には、図1および図4と同一の符号を付している。図6において、410,420は撮像対象となる波長の赤外線を反射するミラー、430はミラー420の方向を制御するミラー駆動装置、440は車両220のラジエター、450はラジエター440の温度を測定する温度測定手段である。ミラー410の角度および位置は固定されている。また図6の構成では、遮断手段は設けられていない。
図7は本発明の第5の実施形態に係る赤外線画像調整装置の構成を示す図である。図7において、赤外線画像撮像装置500は図1に示す構成からなり、第1の実施形態に示した手順によって第1の補正係数G(x,y)および第2の補正係数H(x,y)がすでに求められているものとする。すなわち、赤外線画像撮像装置500から出力される輝度信号と被写体の温度との対応関係は、既知である。
Tl<Th<Tol<Toh
の関係が成り立つ。したがって、第1の比較部550は、最高温度検出部520によって検出された最高温度Thの代わりに、温度範囲上下限メモリ540に格納された上限温度Tohを表示温度範囲の上限温度Tahとして出力する一方、第2の比較部560は最低温度検出部530によって検出された最低温度Tlを表示温度範囲の下限温度Talとして出力する。
Tol<Toh<Tl<Th
の関係が成り立つ。したがって、第1の比較部550は、最高温度検出部520によって検出された最高温度Thを表示温度範囲の上限温度Tahとして出力する一方、第2の比較部560は、最低温度検出部530によって検出された最低温度Tlの代わりに、温度範囲上下限メモリ540に格納された下限温度Tolを表示温度範囲の下限温度Talとして出力する。これにより、撮像対象物である人の温度範囲が映像信号のダイナミックレンジに常に含まれ、映像の明るさの急激な変動は生じない。
Claims (6)
- 移動体搭載用の赤外線画像撮像装置であって、
赤外線検出器と、
前記赤外線検出器の出力を補正する補正手段と、
前記補正手段が補正係数を決定するタイミングを、当該移動体に設けられた,移動体の速度を検出する手段から送られた信号に基づいて、制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記信号から、前記移動体が停止している、または、前記移動体が低速で走行していることを検知したとき、前記補正手段に補正係数決定を実行させる
ことを特徴とする赤外線画像撮像装置。 - 請求項1記載の赤外線画像撮像装置を備えた車両であって、
当該車両の速度を検出する手段を備え、
前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記速度検出手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御する
ことを特徴とする車両。 - 移動体搭載用の赤外線画像撮像装置であって、
赤外線検出器と、
前記赤外線検出器の出力を補正する補正手段と、
前記補正手段が補正係数を決定するタイミングを、当該移動体に設けられた,移動体進行方向にある信号機の信号を識別する手段、および移動体進行方向における検出対象物の有無を判定する手段のうちの、少なくともいずれか1つから送られた信号に基づいて、制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする赤外線画像撮像装置。 - 請求項3記載の赤外線画像撮像装置を備えた車両であって、
当該車両の進行方向にある信号機の信号を識別する手段を備え、
前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記信号識別手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御する
ことを特徴とする車両。 - 請求項3記載の赤外線画像撮像装置を備えた車両であって、
当該車両の進行方向における検出対象物の有無を判定する手段を備え、
前記赤外線画像撮像装置が有する制御手段は、前記対象物判定手段の出力信号を受けて、補正係数決定のタイミングを制御する
ことを特徴とする車両。 - 請求項2記載の車両において、
前記赤外線検出器は、当該車両の前方に設けられている
ことを特徴とする車両。
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