JP4353806B2 - 焦点面検出器校正装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、焦点面アレーを校正するための装置及び方法に関する。本発明は、特に、赤外線焦点面検出器に関連している。

従来の焦点面検出器は、典型的には、アレー内のセンサに入射する光電子放射を検出するように配置される光電子センサ要素のアレーを備えている。一般には、光電子センサは、センサに入射する電磁放射の強度の関数として変化する出力（例えば、電圧、電流、抵抗、静電容量又は電荷）を提供する。焦点合わせ、例えばレンズ、と共に用いられる場合、前記焦点面アレーからのセンサ出力は、情景内の対象物の像を再構成するのに用いられる。アレー内の各センサ要素からの出力は、一般には、前記像内の画像要素（画素）に対応する。

焦点面アレー内のセンサ要素は同一ではなく、結果として、焦点面アレー内の個々のセンサは、アレーに入射する電磁放射に対して異なる感度を示す。個々のセンサ要素間の感度のばらつきは、校正されなければならないアレーからの出力に（一般に固定パターンのノイズとして知られる）望ましくないノイズを発生させる。

センサ要素からの出力における任意のＤＣオフセットは、焦点面アレーに対して個性のない焦点をぼかした画像を与え、アレーの各センサ要素の応答を写像することによって補正され得る。また、センサ要素の応答（強度）の範囲は、アレーに入射する電磁放射強度を変更し、アレーの各センサ要素の応答を再測定することによって測定される。これは、第２の個性のない焦点をぼかした画像を用いることによって達成され、第２の画像は、第１の画像に対する電磁放射と異なる強度を用いてアレーを照射するように準備される。

この情報を用いると、焦点面検出器アレーは十分に校正され、鮮明な画像が生成される。

しかしながら、アレーが時間を経るに連れて、アレーに入射する電磁放射強度は（異なる情景と共に動作環境の関数として）変化するので、アレーは周期的に再校正されることが必要となる可能性がある。

様々な光学的諸特性が、個性のない焦点をぼかした画像を与えるという前述の方法を用い、そこからの応答を特徴づけて、アレーを再校正するのに用いられ得る。しかしながら、様々な光学的諸特性は複雑性を増すため、焦点面検出器の費用を増す。

さらに、この方法は、異なる温度を有する、個性のない焦点をぼかした画像を欠くため、赤外線焦点面検出器（例えば熱画像）を再校正することに対しては最適化されない。アレー強度に対する任意の調整精度は、第１及び第２の個性のない焦点をぼかした画像の温度選別に依存する。従って、様々な赤外線源が再校正処理の一部として必要とされる。

アレーの光学的経路に置かれているフラグ又はシャッターを用いる周期的な再校正が知られている。例えば、アモルファスシリコンカメラにおける再校正は、およそ１分に１回生じる（すなわち前記装置は決して線形ではない）。これらのカメラは、画素変化の測定を可能にするようにフラグを光学的経路に挿入し、それに基づいて補正する。

しかしながら、前記装置は複雑性を増すため、焦点面検出器の費用を増す。さらに、シャッターは、再校正動作中の情景からの画像を覆い隠し、これは、再校正が自動的に起こっている場合には困った事情である。

従来技術の少なくとも幾つかの不利益を軽減することが本発明の目的である。さらに、焦点面アレーを周期的に再校正するための装置及び方法を提供することが本発明の目的である。

ここで、本発明の第１の側面によると、人体の一部の画像を用いて校正されるように適応されている焦点面検出器であって、
視野、焦点範囲及び視域の深度を有し、前記視野、焦点範囲及び視域の深度内の情景で対象画像を複数の検出器要素に集束させるように構成される焦点面検出器であって、
情景の画像を前記検出器要素に導くように配置される画像アパーチャを有するハウジングと、
前記焦点面検出器の校正を動作させるための手動で操作可能な切り替え手段と、
を備える焦点面検出器において、
前記手動で動作可能な切り替え手段及び前記画像アパーチャは、前記切り替え手段の手動での動作中に、人体の一部が実質的に前記焦点面検出器の前記視野をふさぐように位置し、前記焦点範囲及び視域の深度の外側に配置されることを保障するようにお互いに関して配置され、その中で、前記検出器要素に与えられる情景の画像は、前記検出器要素によって識別できる特徴を実質的に有しない人体の一部の画像を含むことを特徴とする焦点面検出器が提案される。

この構成は、追加の校正装置が焦点面検出器を校正することを必要としないという利点を提供する。前記構成は、焦点面検出器の光学的経路に挿入される、変動し得る電磁放射源又はフラッグ及びシャッターの必要性をうまく回避する。

例えば、焦点面検出器の性能が受け入れ可能なレベルよりも低い場合には、校正は、手動で動作可能な切り替え手段により、要求が有り次第開始され得る。

望ましい実施例において、ハウジングは切り替え手段と物理的な接続により通信し、切り替え手段はハウジングを介して手動で動作可能である。

別の望ましい実施例において、ハウジングは突出部を備えており、切り替え手段はハウジング上の前記突出部を介して手動で動作可能であるように画像アパーチャは配置される。

この構成は、人体の同じ部分が校正プロセスを開始するのに用いられ、校正プロセスに画像を提供し、それによって、焦点面検出器の校正を容易にするという点において有利である。さらに、これらの特徴である同位置は、校正が開始される時に、画像を提供するのに用いられる人体の部分が最適位置であることを保障する。その中に識別できる特徴を実質的に有しない画像（すなわち、個性のない焦点をぼかした画像）は保障される。

望ましくは、前記人体の一部は手を含んでおり、切り替え手段は人の手によって動作し得るように適応される。

望ましくは、前記人体の一部は足指を含んでおり、切り替え手段は人の足指によって動作し得るように適応される。

都合のよいことには、前記人体の一部は手の指を含んでおり、切り替え手段は手の指によって動作し得るように適応される。

人間工学的には、切り替え手段を動作させるのに手の指を用いて校正画像を提供することは有利である。

望ましくは、検出器要素は、赤外線放射を検出するように適応される。

さらに、より望ましくは、検出器要素は、範囲３μｍ−１４μｍの波長を有する放射を検出するように適応される。検出器要素はボロメータを備えている。

この装置の構成は、特に、可変赤外線源が不必要であるという点において有利である。人体の一部の温度の個性のない画像により、焦点面検出器は電磁放射を用いて既知の情景温度（およそ３５度）から校正され得る。また、焦点面検出器は、周囲の背景画像を含む温度（およそ２０度）の個性のない画像を用いて校正される。

可変の赤外線（熱）源の必要性は、異なる温度を有する利用可能な情景を用いることによって容易く回避される。室内に適用するためには、適当な温度の個性のない情景は、室温（およそ２０度）及び人間の皮膚の温度（およそ３５度）である。

再校正プロセスに対する前記情景の選定により、アレーの線形性が（焦点面アレーの動作温度範囲の大部分を含む）広い温度範囲を通して確定され、示される赤外線（熱）源が必要とならない。

ここで、本発明の第２の側面によると、本発明の第１の側面に従う焦点面検出器を有するカメラが提案される。

本発明の第３の側面によると、複数の検出器要素を有する焦点面検出器を校正する方法であって、
（ｉ）第１の画像を前記焦点面検出器に与え、アレーの各検出器要素からの第１の出力を測定する段階と、
（ｉｉ）前記第１の出力を分析し、前記検出器要素からの出力が実質的に等しくなるように各検出器要素の出力の誤りを保障する段階と、
を備える方法において、
前記第１の画像は、人体の一部の画像を含み、前記第１の画像は、その中に識別できる特徴を実質的に有していないことを特徴とする方法が提案される。

この方法により、焦点面検出器内のＤＣオフセットは補正され得る。前記方法は、追加の校正装置が焦点面検出器を校正することを必要としないという利点を提供する。前記構成は、焦点面検出器の光学的経路に挿入される、変動し得る電磁放射源又はフラッグ及びシャッターの必要性をうまく回避する。

本発明の第４の側面によると、複数の検出器要素を有する焦点面検出器を校正する方法であって、
（ｉ）第１の画像を前記焦点面検出器に与え、アレーの各検出器要素からの第１の出力を測定する段階と、
（ｉｉ）第２の画像を前記焦点面検出器に与え、アレーの各検出器要素からの第２の出力を測定する段階と、
（ｉｉｉ）前記第１及び第２の出力を分析し、前記検出器要素からの出力が、所定の強度の電磁放射を用いて照射される場合に実質的に等しくなるように各検出器要素の前記出力の誤りを保障する段階と、
を備える方法において、
前記第１及び第２の画像は、その中に識別できる特徴を実質的に有することはなく、前記第１及び第２のうちの一方は、人体の一部の画像を備えることを特徴とする方法が提案される。

第２の画像の供給により、焦点面検出器内の線形性エラーは補正され得る。前記方法は、追加の校正装置が焦点面検出器を校正することを必要としないという利点を提供する。前記構成は、焦点面検出器の光学的経路に挿入される、変動し得る電磁放射源又はフラグ及びシャッターの必要性をうまく回避する。

明瞭のために、本発明の第４の側面に従う方法は、第１及び第２の画像を焦点面検出器に与えることに関して描写されている。しかしながら、画像が焦点面アレーに与えられるシーケンスは、校正プロセスに影響を及ぼさない。

望ましい実施例において、前記人体の一部は手を含んでいる。

別の望ましい実施例において、前記人体の一部は足指を含んでいる。

さらなる望ましい実施例において、前記人体の一部は手の指を含んでいる。

人間工学的には、切り替え手段を動作させるのに手の指を用いて校正画像を提供することは有利である。

望ましくは、焦点面検出器を校正する方法は、人体の同じ部分を用いて校正プロセスを開始する段階をさらに備えている。校正プロセスを開始する段階は、切り替え手段を動作させることを備えている。

これは、人体の同じ部分が、校正プロセスを開始し、校正プロセスに対する画像を提供するのに用いられ、それによって、焦点面検出器の校正を容易にするという点において有利である。さらに、切り替え手段及び焦点面検出器の視野は同じ場所に位置し、前記構成は、前記校正が開始される場合、画像を提供するのに用いられる人体の一部が最適な位置にあることを保障する。その中に識別できる特徴を実質的に有しない画像（すなわち、個性のない焦点をぼかした画像）が保障される。

望ましくは、検出器要素は、赤外線放射を検出するように適応される。

さらに、より望ましくは、検出器要素は、３μｍ−１４μｍの範囲の波長を有する放射を検出するように適応される。検出器要素は、ボロメータを備えている。

この方法は、変動し得る赤外線源がうまく回避されるという点において特に有利である。人体の一部の温度の個性のない画像を提供することにより、焦点面検出器は、電磁放射を用いて既知の情景温度（およそ３５度）から校正され得る。また、焦点面検出器は、周囲の背景画像を備えている温度（およそ２０度）の個性のない画像を用いて校正される。

可変の赤外線（熱）源の必要性は、異なる温度を有する容易く利用できる情景を用いることによって回避される。室内の適用のためには、適当な温度の個性のない情景は、（ａ）室温（およそ２０度）及び（ｂ）人間の肌の温度（およそ３５度）である。

再校正プロセスに対する前記情景の選定により、アレーの線形性は、（焦点面アレーの動作温度範囲の大部分を含んでいる）広い温度範囲を通して確定され、示されている赤外線（熱）源が必要とならない。

ここで、もっぱら例を通して、添付図を参照して、本発明を描写する。

焦点面アレー検出器は、アレー内の個々のセンサ要素間の感度のばらつきを補正するために周期的な再校正を必要とする。内部要素変化は、ＤＣオフセット及びアレーに入射する電磁放射の強度の関数として変化する成分を含んでいる。後者は、焦点面検出器内の線形的なエラーを生じさせる。

個々のセンサ要素間の感度のばらつきは、特定のアレー技術に固有のものであるか又は例えば年月の経過による焦点面アレーの変化によって引き起こされる。

アレーの光学的経路に配置されるフラグ又はシャッターを用いる再校正が知られている。例えば、アモルファスシリコンカメラにおいて、再校正は、およそ１分に１回又は生じる（すなわち前記装置は決して線形ではない）。これらのカメラは、測定がセンサの変化についてなされ得るようにフラグをアレーの光学的経路に挿入する。補正はこれらの測定に基づいてなされる。

アレーを再校正するための択一的な技術は、個性のない焦点をぼかした画像をカメラに与え、アレーの各センサ要素の応答を写像することを備えている。ＤＣオフセットに対する補正は連続的になされ得る。また、センサ要素の（線形的な）応答の傾きは、アレーに入射する電磁放射の強度を変化させて、アレーの各センサ要素の応答を再測定することによって測定される。これは、第２の個性のない焦点をぼかした画像を用いることによって達成され、この場合、前記第２の画像は、第１の画像に対する電磁放射と異なる強度でアレーを照射するように準備される。

同様に、赤外線焦点面検出器、例えば熱画像は、第１の温度の個性のない情景を焦点面検出器に与えることによって校正される。従って、任意のＤＣオフセットは、各センサの応答を測量することによって補正され得る。

これは、異なる温度で第２の温度の個性のない情景を用いて繰り返される場合、その後、（線形的な）応答の傾きも測定され得る。可変の赤外線（熱）源は、異なる温度で前記個性のない情景を提供するための再校正プロセスの一部として必要とされる。

本発明に従う図１を参照すると、可変の赤外線（熱）源の必要性は、異なる温度を有する容易く利用できる情景を用いることによって回避される。室内適用のためには、適当な温度の個性のない情景は、（ａ）室温（およそ２０度）及び（ｂ）人間の肌の温度（およそ３５度）である。

再校正プロセスのための上記情景の選定により、アレーの線形性は、（焦点面アレーの動作温度範囲の大部分を含んでいる）広い温度範囲にわたり確定され、示される赤外線（熱）源が必要とならない。

図１に概略的に示される構成において、温度の個性のない情景の１つは、人体の一部（３）、例えば手や指を含んでいる。

図１において、焦点面の再校正は、人間の手の指（３）を焦点面アレー（２）の視野に与えることを備えている。手の指（３）は、それが視野をふさぐように位置しており、それによって、温度の個性のない情景を作り出している。実際には、検出器（２）の焦点範囲は、視域の一定深度を示し、焦点をぼかした画像は手の指（３）を焦点面検出器（２）にきわめて近接して配置することによって達成される。従って、前記検出器（３）の光学的諸特性である動的な焦点合わせや焦点ぼかしは、再校正中には必要とされない。

再校正プロセスは、自動的に開始されるか又は例えばスイッチ（５）を動作させることによって手動で制御される。焦点面検出器は、再校正が必要とされる場合（例えば固定パターンノイズが一定レベルに達する場合）に例えばＬＥＤを発光させることによって指示するように校正される。

図１を参照すると、再校正は、人間の手の指（３）がボタン（４）を押すことによって達成される。この特定の構成において、ボタン（４）は、焦点面検出器（２）が情景を観測するアパーチャ（６）を提供する。択一的に、ボタン（４）は、焦点面検出器（２）が情景を観測するアパーチャ（６）にきわめて近接して配置され、手の指（３）は、実質的に焦点面検出器（２）の視野をふさぐ。ボタン（４）を押すと、焦点面検出器（２）に接続される一組のスイッチ接点（５）が閉じ、それによって校正が開始する。前記方法は、与えられる対象物が焦点から外れて肌の温度に落ち着いていることを保証する。

本発明に係る焦点面検出器アレー（２）を再校正する方法は、要求に応じて焦点面検出器（２）の再校正を容易にし、実現に費用がかからない。

前記方法は、熱焦点面検出器を用いているハンドヘルド機器に対して、時折、装備を保守されるため、特に適用可能である。本発明に係る方法及び装置（１）は、特にボロメータ焦点面検出器に適用可能である。

本発明に係る焦点面検出器の概略表現である。

Claims (10)

1. 人体の一部の画像を用いて校正されるように適応されている焦点面検出器であって、
   視野、焦点範囲及び視域の深度を有し、前記視野、焦点範囲及び視域の深度内の情景で対象画像を複数の検出器要素に集束させるように構成される焦点面検出器であって、
   情景の画像を前記検出器要素に導くように配置される画像アパーチャを有するハウジングと、
   前記焦点面検出器の校正を動作させるための手動で操作可能な切り替え手段と、
   を備える焦点面検出器において、
   前記手動で動作可能な切り替え手段及び前記画像アパーチャは、前記切り替え手段の手動での動作中に、人体の一部が実質的に前記焦点面検出器の前記視野をふさぐように位置し、前記焦点範囲及び視域の深度の外側に配置されることを保障するようにお互いに関して配置され、その中で、前記検出器要素に与えられる情景の画像は、前記検出器要素によって識別できる特徴を実質的に有しない人体の一部の画像を含むことを特徴とする焦点面検出器。
2. 前記ハウジングは、前記切り替え手段と物理的な接続により通信し、前記切り替え手段が前記ハウジングを介して手動で動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の焦点面検出器。
3. 前記ハウジングは、突出部を備え、
   前記切り替え手段が前記ハウジングにおける前記突出部を介して手動で操作できるように、前記画像アパーチャは配置されていることを特徴とする請求項２に記載の焦点面検出器。
4. 前記人体の一部は手を含んでおり、前記切り替え手段は人間の手によって動作し得るように適応されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の焦点面検出器。
5. 前記人体の一部は足指を含んでおり、前記切り替え手段は人間の足指によって動作し得るように適応されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の焦点面検出器。
6. 前記人体の一部は手の指を含んでおり、前記切り替え手段は人間の手の指によって動作し得るように適応されていることを特徴とする請求項５に記載の焦点面検出器。
7. 前記検出器要素は赤外線放射を検出するように適応されていることを特徴とする上記請求項１から６のいずれか１つに記載の焦点面検出器。
8. 前記検出器要素は３μｍから１４μｍの範囲の波長を有する放射線を検出するように適応されていることを特徴とする請求項７に記載の焦点面検出器。
9. 前記検出器要素はボロメータを備えていることを特徴とする請求項７又は８に記載の焦点面検出器。
10. 上記請求項１から９のいずれか１つに記載の焦点面検出器を有するカメラ。

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