JP5842305B2 - 出力補正装置、方法、プログラム、および撮像システム - Google Patents

出力補正装置、方法、プログラム、および撮像システム Download PDF

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Description

本発明は、出力補正装置、方法、プログラム、および撮像システムに関し、特にラインセンサを走査する撮像装置における前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力を補正する出力補正装置、方法、プログラム、およびラインセンサを走査する撮像装置を用いた撮像システムに関する。
従来、ラインセンサを走査して1枚の画像作りを行う撮像方法がある(たとえば、特許文献1参照)。このような撮像方法は、ラインセンサを構成する撮像素子が特殊であって高価なものが用いられる場合に特に有効である。つまり、少ない撮像素子を用いて広角かつ高精細な画像を撮像することができるため、特殊な撮像素子を用いることが要求されても低コストで特殊な撮影をすることができる。
特開平7−254980号公報
しかし、上述のようなラインセンサを走査して1枚の画像作りを行う撮像方法によると、ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力にバラつきがあると、走査して生成した画像に、走査方向に伸びる縞模様が生じてしまうという問題があった。
二次元に配列された撮像素子を用いて走査を行うことなく画像を生成するときは、それぞれの撮像素子の信号出力にバラつきがあったとしても、その1点1点でバラつきが生じるのみで、上記縞模様が生じてしまうという問題は起こらない。つまり、撮像素子からの信号出力のバラつきによって画像に縞模様が生じてしまうのは、ラインセンサを走査して画像作りを行う撮像方法特有の問題である。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ラインセンサを走査して生成した画像に走査方向に伸びる縞模様が現れることを防止することができる出力補正装置、方法、プログラム、および撮像システムを提供することを目的とする。
本発明では上記問題を解決するために、ラインセンサを走査する撮像装置における前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力を補正する出力補正装置において、前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間で前記信号出力をスケーリングするスケーリング手段を備えることを特徴とする出力補正装置が提供される。
これにより、スケーリング手段が、前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間でラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力をスケーリングする。
また、本発明では、ラインセンサを走査する撮像装置の前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力を補正する出力補正方法において、スケーリング手段が、前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間で前記信号出力をスケーリングすることを特徴とする出力補正方法が提供される。
これにより、スケーリング手段が、前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間でラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力をスケーリングする。
また、本発明では、ラインセンサを走査する撮像装置の前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力を補正する出力補正プログラムにおいて、コンピュータを、前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間で前記信号出力をスケーリングするスケーリング手段として機能させることを特徴とする出力補正プログラムが提供される。
これにより、スケーリング手段が、前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間でラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力をスケーリングする。
また、本発明では、ラインセンサを走査する撮像装置を用いた撮像システムにおいて、撮像対象の背面に設けられ、空間温度以下の第1温度を発する第1温度発温手段と、撮像対象の背面に設けられ、人体温度以上の第2温度を発する第2温度発温手段と、前記撮像素子ごとに、前記第1温度と、前記第2温度との間で、前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力をスケーリングするスケーリング手段とを備えることを特徴とする撮像システムが提供される。
これにより、第1温度発温手段が、撮像対象の背面に設けられ、空間温度以下の第1温度を発し、第2温度発温手段が、撮像対象の背面に設けられ、人体温度以上の第2温度を発し、スケーリング手段が、前記撮像素子ごとに、前記第1温度と、前記第2温度との間で、前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力をスケーリングする。
本発明の出力補正装置によれば、ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力が、撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間でスケーリングされるので、各撮像素子の信号出力が補正され、ラインセンサを走査して生成した画像に走査方向に伸びる縞模様が現れることを防止することができる。
本発明の形態に適用される発明のブロック図である。 撮像範囲における電波吸収体、およびエリアAとエリアBの位置関係について説明する模式図である。 補正モデルを表すグラフである。 スケーリング後の出力結果の一例を示す図である。 ミリ波パッシブ撮像装置100が行う撮影処理に伴う画像処理部150(特に、補正値算出・更新処理部151)が行う出力補正処理の手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の形態に適用される発明のブロック図である。
図1に示すように、本実施の形態に係るミリ波パッシブ撮像装置100は、振動リフレクタ部110、ラインセンサ120、同期・アドレス生成部130、変換部140、および画像処理部150を備える。
振動リフレクタ部110は、首振り動作を行う振動リフレクタ111と、首振り動作のタイミングを伝えるための水平同期パルスを発するパルス生成部112を備えている。
ラインセンサ120は、人10などの撮影対象が発するミリ波を振動リフレクタ111を介して受信する。ラインセンサ120は、水平方向に撮像素子が並ぶように配置されており、振動リフレクタ111が上下の首振り動作を行うことにより、人10などの撮影対象の各部が走査され、適宜ラインセンサ120によってミリ波が受信される。
人10などの撮影対象の背後には電波吸収体11を設ける。これは撮影対象の背後方向から放射されてくるミリ波を遮断し、撮像対象方向から放射されてくるミリ波を吸収することにより外来ノイズがラインセンサ120によって受信されないようにするためである。
同期・アドレス生成部130は、パルス生成部112から水平同期パルスを受け取ると、ラインセンサ120とフレームメモリ142に同期信号およびメモリアドレスを生成して送信する。ラインセンサ120は、受け取った同期信号に基づいて変換部140に受信したミリ波に基づくアナログ電圧を出力する。
変換部140は、A/D変換回路141とフレームメモリ142を備え、ラインセンサ120から出力されたアナログ電圧がA/D変換回路141によりデジタル化され、同期・アドレス生成部130が生成したメモリアドレスに基づいてフレームメモリ142に記憶される。これによって、振動リフレクタ111が首振り動作して走査され、ラインセンサ120が撮像した各水平ラインのデータが2次元画像データとしてフレームメモリ142に記憶される。
画像処理部150は、補正値算出・更新処理部151、補正値メモリ152、補正部153、および出力処理部154を備えている。
補正値算出・更新処理部151は、フレームメモリ142に記憶された2次元画像データを読み出して補正値を算出し、算出した補正値を補正値メモリ152に記憶・更新する。
補正部153は、補正値メモリ152に記憶された補正値に基づいてフレームメモリ142に記憶された画像データを補正し、出力処理部154を介してモニタ20などの表示装置に出力される。
これにより、リアルタイムに適宜補正された画像データが出力されて表示される。
次に、ミリ波パッシブ撮像装置100が行う撮影処理およびそれに伴う画像処理部150が行う画像処理について説明する。
図2は、撮像範囲における電波吸収体、およびエリアAとエリアBの位置関係について説明する模式図である。
図2に示すように、撮影対象である人10は、電波吸収体11の前に立って撮影される。電波吸収体11の前部(撮像対象である人10等が立つ側)には、たとえばヒータなどによって人体温度以上の40℃で発温する第1の発温手段と、たとえばペルチェ素子などによって空間温度以下の20℃で発温する第2の発温手段とが備えられている。
その2つの発温手段は、電波吸収体11における撮影方向から見たとき撮影対象である人10が入ると想定される範囲より上に設けられ、撮影範囲における第1の発温手段にあたる部分をエリアAと、第2の発温手段にあたる部分をエリアBと設定する。
次に、上記構成の撮影システムによりラインセンサの出力を補正するときの補正モデルについて、図3を用いて説明する。
図3は、補正モデルを表すグラフである。
図3に示すように、横方向のある左からi番目の画素におけるエリアAの電界強度A〔i〕(本実施の形態においては40℃下での電界強度)と、エリアBの電界強度B〔i〕(本実施の形態においては20℃下での電界強度)との間で補正モデルをy=Cx+Dとして当該画素の電界強度をスケーリングすることにより、横方向の何番目にある画素であっても同一温度で同一の値が出力されるように補正される。
また、エリアAの温度を人体温度として想定される温度(たとえば37℃)より高い温度として、エリアBの温度を空間温度として想定される温度(たとえば25℃)より低い温度にしたことにより、空間の温度と人体の温度はそのスケーリングされた範囲内に入ることになる。なお、本実施の形態においては、256階調でスケーリングする例を示している。
図4は、スケーリング後の出力結果の一例を示す図である。
図4に示すように、空間温度と人体温度との間でスケーリングを行うと、人物が所持している所持物の温度は空間温度より高く、人体温度より低くなる傾向にある。つまり、空間温度と人体温度との間でスケーリングを行うことにより、人物が所持している所持物の温度もそのスケーリングされた範囲内に入ることがわかる。
次に、フローチャートを用いて上述の出力補正処理の内容を具体的に説明する。
図5は、ミリ波パッシブ撮像装置100が行う撮影処理に伴う画像処理部150(特に、補正値算出・更新処理部151)が行う出力補正処理の手順を示すフローチャートである。以下、図5に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
〔ステップS11〕補正値算出・更新処理部151は、フレームメモリ142に記憶されている画像データのイメージ配列を取り込む。
〔ステップS12〕補正値算出・更新処理部151は、取り込んだイメージ配列からあらかじめ設定されてるしきい値th1により二値画像を作成する。
〔ステップS13〕補正値算出・更新処理部151は、撮像範囲に設定されたエリアAにおけるしきい値th1以上になった画素の数ACountを計測する。
〔ステップS14〕補正値算出・更新処理部151は、撮像範囲に設定されたエリアBにおけるしきい値th1以上になった画素の数BCountを計測する。
〔ステップS15〕補正値算出・更新処理部151は、ACountがあらかじめ設定されたしきい値th2より小さいか否かを判断する。しきい値th2より小さいときは処理をステップS16へ進め、しきい値th2以上のときは処理を終了する。ステップS15における判断は、撮像対象の人10がエリアAにかかってしまっているかを判断するために行うものであり、ステップS12の二値化処理はステップS15における判断を行うためになされるものである。したがって、ステップS12の二値化処理におけるしきい値th1は人10とそれ以外の部分を識別することができる値に設定される。
また、ステップS15において、ACountがしきい値th2以上のときに処理を終了するのは、エリアAに人10がかぶっているときは、エリアAの40℃に基づくミリ波を受信することができず、後述のスケーリングを適切に行うことができないからである。
〔ステップS16〕補正値算出・更新処理部151は、BCountがあらかじめ設定されたしきい値th3より小さいか否かを判断する。しきい値th3小さいときは処理をステップS17へ進め、しきい値th3以上のときは処理を終了する。ステップS15の場合と同様に、ステップS16における判断は、撮像対象の人10がエリアBにかかってしまっているかを判断するために行うものであり、ステップS12の二値化処理はステップS16における判断を行うためにもなされるものである。したがって、ステップS12の二値化処理におけるしきい値th1は人10とそれ以外の部分を識別することができる値に設定されることはステップS15の場合と同様である。
また、ステップS16において、BCountがしきい値th3以上のときに処理を終了する意義は、ステップS15のものと同様である。
〔ステップS17〕補正値算出・更新処理部151は、画像データにおける横方向の画素の数をカウントする横方向カウンタを初回はリセットし、初回以降カウンタ値を1加算する。
〔ステップS18〕補正値算出・更新処理部151は、画像データにおける縦方向の画素の数をカウントする縦方向カウンタを初回はリセットし、初回以降カウンタ値を1加算する。
〔ステップS19〕補正値算出・更新処理部151は、縦横方向の各カウンタの値を読み出し、当該画素の電界強度を読み出し、横方向カウンタの値iごとに電界強度合計A1〔i〕に加算する。ここでは、縦横方向の画素の始点が左上であるとする。
〔ステップS20〕補正値算出・更新処理部151は、縦方向カウンタの値が40未満であるか否かを判断し、40以上であるときは処理をステップS21へ進め、40未満であるときは処理をステップS18へ戻す。
〔ステップS21〕補正値算出・更新処理部151は、電界強度合計A1〔i〕の平均であるAV〔i〕を算出する。
〔ステップS22〕補正値算出・更新処理部151は、横方向カウンタの値が100未満であるか否かを判断し、100以上であるときは処理をステップS23へ進め、100未満であるときは処理をステップS17へ戻す。
ステップS17からステップS22までの処理において、縦方向を1〜40画素、横方向を1〜100画素でループさせるが、これは上述のエリアAを上から40ラインとしたときの例であり、横方向の画素数(つまり、ラインセンサを構成する撮像素子の数でもある。)を100としたときの例である。したがって、電界強度合計A1〔i〕は、縦方向1〜40の値の合計であり、電界強度平均AV〔i〕は、電界強度合計A1〔i〕を40で割ったものである。また、横方向に100個の撮像素子が並んでいることから、電界強度合計A1〔i〕と電界強度平均AV〔i〕は、共に100個の値が算出されることになる。
このように電界強度の平均をとることによって、エリアAの中でノイズが生じていたときでも40℃なら40℃で本来出力されるべき信号出力がいくつであるかを算出することができる。
〔ステップS23〕補正値算出・更新処理部151は、画像データにおける横方向の画素の数をカウントする横方向カウンタを初回はリセットし、初回以降カウンタ値を1加算する。
〔ステップS24〕補正値算出・更新処理部151は、画像データにおける縦方向の画素の数をカウントする縦方向カウンタを初回は60を設定し、初回以降カウンタ値を1加算する。
〔ステップS25〕補正値算出・更新処理部151は、縦横方向の各カウンタの値を読み出し、当該画素の電界強度を読み出し、横方向カウンタの値iごとに電界強度合計B1〔i〕に加算する。
〔ステップS26〕補正値算出・更新処理部151は、縦方向カウンタの値が100未満であるか否かを判断し、100未満であるときは処理をステップS27へ進め、100以上であるときは処理をステップS24へ戻す。
〔ステップS27〕補正値算出・更新処理部151は、電界強度合計B1〔i〕の平均であるBV〔i〕を算出する。
〔ステップS28〕補正値算出・更新処理部151は、横方向カウンタの値が100未満であるか否かを判断し、100未満であるときは処理をステップS29へ進め、100以上であるときは処理をステップS23へ戻す。
ステップS23からステップS28までの処理において、縦方向を61〜100画素でループさせるが、これは上述のエリアBを上から61〜100ラインとしたときの例である。したがって、電界強度合計B1〔i〕は、電界強度合計A1〔i〕の場合と同様に、縦方向61〜100の値の合計であり、電界強度平均BV〔i〕は、電界強度合計B1〔i〕を40で割ったものである。また、横方向に100個の撮像素子が並んでいることから、電界強度合計B1〔i〕と電界強度平均BV〔i〕は、共に100個の値が算出されることになる。
このように電界強度の平均をとることによって、エリアBの中でノイズが生じていたときでも20℃なら20℃で本来出力されるべき信号出力がいくつであるかを算出することができる。
〔ステップS29〕補正値算出・更新処理部151は、画像データにおける横方向の画素の数をカウントする横方向カウンタを初回はリセットし、初回以降カウンタ値を1加算する。
〔ステップS30〕補正値算出・更新処理部151は、補正モデルの係数C〔i〕=255/(AV〔i〕−BV〔i〕)を求める。これにより、求めた補正係数C〔i〕でゲイン補正がなされる。
〔ステップS31〕補正値算出・更新処理部151は、補正モデルの定数D〔i〕=−(255×BV〔i〕)/(AV〔i〕−BV〔i〕)を求める。これにより、求めた補正定数D〔i〕でオフセット補正がなされる。
〔ステップS32〕補正値算出・更新処理部151は、補正係数C〔i〕を補正値メモリ152に保存する。また、補正値メモリ152に補正係数が保存されている場合には、その値を更新する。
〔ステップS33〕補正値算出・更新処理部151は、補正定数D〔i〕を補正値メモリ152に保存する。また、補正値メモリ152に補正定数が保存されている場合には、その値を更新する。
〔ステップS34〕補正値算出・更新処理部151は、横方向カウンタの値が100未満であるか否かを判断し、100以上であるときは処理を終了し、100未満であるときは処理をステップS29へ戻す。
以上のような処理により、横方向に並べられたラインセンサ120の各撮像素子の信号出力は、エリアAにおける信号出力と、エリアBにおける信号出力との間でスケーリングが行われる。したがって、ラインセンサ120の各撮像素子の信号出力自体にバラつきが生じていても各撮像素子間の信号出力はスケーリング後には同一の値を示すように補正される。よって、各撮像素子間のバラつきが解消し、ラインセンサ120を走査して生成した2次元画像における走査方向に伸びる縞模様が現れることを防止することができるようになる。
なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、出力補正装置が有すべき機能の処理内容を記述した出力補正プログラムが提供される。その出力補正プログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述した出力補正プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。磁気記録装置には、HDD、FD、磁気テープなどがある。光ディスクには、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM、CD−ROM、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)などがある。光磁気記録装置には、MO(Magneto
Optical disk)などがある。
出力補正プログラムを流通させる場合には、たとえば、その出力補正プログラムが記録されたDVD、CD−ROMなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにその出力補正プログラムを転送することもできる。
出力補正プログラムを実行するコンピュータは、たとえば、可搬型記録媒体に記録された出力補正プログラムもしくはサーバコンピュータから転送された出力補正プログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置から出力補正プログラムを読み取り、出力補正プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接出力補正プログラムを読み取り、その出力補正プログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータから出力補正プログラムが転送される毎に、逐次、受け取った出力補正プログラムに従った処理を実行することもできる。
なお、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
10 人
11 電波吸収体
20 モニタ
100 ミリ波パッシブ撮像装置
110 振動リフレクタ部
111 振動リフレクタ
112 パルス生成部
120 ラインセンサ
130 同期・アドレス生成部
140 変換部
141 A/D変換回路
142 フレームメモリ
150 画像処理部
151 補正値算出・更新処理部
152 補正値メモリ
153 補正部
154 出力処理部

Claims (10)

  1. ラインセンサを走査する撮像装置における前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力を補正する出力補正装置において、
    前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間で前記信号出力をスケーリングするスケーリング手段を備え
    前記撮像素子が、
    ミリ波を受信するための撮像素子であることを特徴とする出力補正装置。
  2. 前記第1温度の撮像対象を撮像したときに前記撮像素子から出力される出力信号を複数画素分取得し、その平均値を算出する第1温度信号取得・算出手段と、
    前記第2温度の撮像対象を撮像したときに前記撮像素子から出力される出力信号を複数画素分取得し、その平均値を算出する第2温度信号取得・算出手段と、
    を備え、
    前記スケーリング手段が、
    前記平均値を用いて前記信号出力をスケーリングすることを特徴とする請求項1記載の出力補正装置。
  3. 撮像対象のみ表示されるように前記撮像装置が撮像した画像を二値化処理する二値化手段と、
    前記二値化処理がなされた二値化画像における、前記第1温度に基づく前記信号出力がなされる範囲、または前記第2温度に基づく前記信号出力がなされる範囲で、前記撮像対象が表示されている画素数を計測する計測手段と、
    を備え、
    前記スケーリング手段が、
    前記計測した画素数が一定数以上であるときに前記スケーリングをしないことを特徴とする請求項1記載の出力補正装置。
  4. 前記スケーリング手段が、
    256階調で前記スケーリングを行うことを特徴とする請求項1記載の補正装置。
  5. ラインセンサを走査する撮像装置の前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力を補正する出力補正方法において、
    スケーリング手段が、前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間で前記信号出力をスケーリングし、
    前記撮像素子が、
    ミリ波を受信するための撮像素子であることを特徴とする出力補正方法。
  6. ラインセンサを走査する撮像装置の前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力を補正する出力補正プログラムにおいて、
    コンピュータを、
    前記撮像素子ごとに、空間温度以下の第1温度と、人体温度以上の第2温度との間で前記信号出力をスケーリングするスケーリング手段として機能させ
    前記撮像素子が、
    ミリ波を受信するための撮像素子であることを特徴とする出力補正プログラム。
  7. ラインセンサを走査する撮像装置を用いた撮像システムにおいて、
    撮像対象の背面に設けられ、空間温度以下の第1温度を発する第1温度発温手段と、
    撮像対象の背面に設けられ、人体温度以上の第2温度を発する第2温度発温手段と、
    前記撮像素子ごとに、前記第1温度と、前記第2温度との間で、前記ラインセンサを構成する撮像素子からの信号出力をスケーリングするスケーリング手段とを備え、
    前記撮像素子が、
    ミリ波を受信するための撮像素子であることを特徴とする撮像システム。
  8. 前記第1温度発温手段が、ペルチェ素子で構成されていることを特徴とする請求項記載の撮像システム。
  9. 前記第2温度発温手段が、ヒータで構成されていることを特徴とする請求項記載の撮像システム。
  10. 前記第1温度発温手段と、前記第2温度発温手段とが、
    前記撮像装置が撮像する撮像範囲の上部に設けられていることを特徴とする請求項記載の撮像システム。
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