专利名称：摄像装置、图像生成方法、红外线照相机系统及镜头系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摄像装置，更详细地说，涉及一种能够与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像的摄像装置、图像生成方法、红外线照相机系统以及能够更换的镜头系统。
背景技术：
下述的专利文献I 3中记载了以往的摄像装置的例子。在该专利文献I 3所记载的红外线摄像装置中，通过关闭校正用快门来得到基准图像，求出拍摄该基准图像时像素之间的输出电平的偏差，来对该偏差进行校正。专利文献I :日本特开2002-310804号公报
专利文献2 :日本特开2008-111754号公报专利文献3 日本特开2008-203054号公报
发明内容
_6] 发明要解决的问题但是，即使构成摄像装置的受光面的各像素的摄像元件具有亮度色调高的检测精确度，也存在以下的情况源于像素之间的输出电平的偏差的图像噪声大于由设为目标的被摄体的亮度差引起的输出电平差。在这种情况下，难以检测到比像素之间的输出电平的偏差小的亮度差。其结果是，摄像装置拍摄到的图像的亮度色调的精确度会低于各个像素元件的亮度色调的检测精确度。另一方面，当如上述现有技术那样关闭校正用快门以进行像素之间的输出电平的偏差校正时，会产生各种问题。例如，摄像装置在关闭校正用快门的期间无法拍摄被摄体。因此，在将这种以往的摄像装置用作防止犯罪照相机等监视照相机的情况下，即使校正用快门的关闭期间短，也存在无法监视在该期间所发生的事情的问题。另外，以往的摄像装置在关闭校正用快门的期间无法输出新拍摄到的运动图像帧，因此运动图像会中断。因此，本发明的目的在于提供一种能够与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像的摄像装置、图像生成方法、红外线照相机系统以及可更换的镜头系统。用于解决问题的方案为了达到上述目的，根据本发明的摄像装置，其特征在于，具备摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件；光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上；像移位部件，其使像位置在上述受光面上移动；以及图像处理部件，其对由上述摄像部件拍摄到的图像进行处理，其中，上述摄像部件在上述像移位部件使像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像，上述图像处理部件具有差计算部，其计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差；累计电平计算部，其针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平；以及图像生成部，其基于各像素的累计电平来生成图像。在本发明的摄像装置中，在使像位置相对于受光面移动之前和之后进行拍摄。其结果是，同一像素接收沿像位置的移动方向相邻的两个像素的像部分的光。该同一像素的移动之前和之后的输出电平之间的差相当于相邻的两个像素分别接收的像部分的亮度差。该同一像素的输出电平之间的差还与像素之间的输出电平的偏差无关。因此，与像素之间的输出电平的偏差无关地将相邻的两个像素之间的像部分的亮度差计算为同一像素的输出电平之间的差。因而，能够降低由像素之间的输出电平的偏差引起的图像噪声，能够检测到与小于该噪声的输出电平差相当的被摄体的微小亮度差。并且，通过对与像素之间的输出电平的偏差无关地计算出的差进行累计，来与像素之间的输出电平的偏差无关地计算各像素的累计电平。各像素的累计电平实质上相当于各像素的输出电平。因而，通过基于各像素的累计电平来生成图像以代替基于各像素的实际输出电平来生成图像，能够与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像。 另外，在本发明中，优选的是，上述图像处理部件还具有校正部，该校正部对上述各像素的累计电平进行校正，使得上述受光面的至少一部分区域的各像素的输出电平的平均值与上述各像素的累计电平的平均值相等。各像素的输出电平之间的差中含有误差。因此，各像素的累计电平中含有对差进行累计后得到的误差。因此，通过进行校正使得实际的输出电平的平均值与累计电平的平均值一致，能够消除各像素的累计电平所包含的误差。另外，在本发明中，优选的是，上述像移位部件在使像位置移动之后，再次使像位置返回到像位置移动之前的位置，在像位置返回之后，上述摄像部件再次对受光面上的像进行拍摄，上述图像处理部件针对同一像素计算像位置移动之前的输出电平与使像位置返回之后的输出电平之间的变动量，上述累计电平计算部排除上述变动量大于等于规定的基准值的像素的差来计算累计电平。在被摄体移动的情况下，计算出的像素的输出电平的差有时没有正确反映出基于像部分的亮度差的输出电平的差。因而，希望将接收与被摄体的移动部分相对应的像部分的光的像素的差从累计电平的计算中排除。在此，将像位置移动之前与像位置返回之后的输出电平的变动量大的像部分作为被摄体移动的部分而排除。由此，能够防止累计电平变得不正确。另外，在本发明中，优选的是，上述摄像部件具有像素被排列成二维矩阵状的受光面，上述像移位部件使像位置分别沿上述受光面的像素的第一排列方向和与上述第一排列方向正交的第二排列方向移动，上述差计算部计算在像位置沿上述第一排列方向移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的第一差，并且，计算在像位置沿上述第二排列方向移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的第二差，上述累计电平计算部针对沿上述第一排列方向排列的第一像素列，对各像素的输出电平的第一差依次进行累计，来计算各像素的第一累计电平，并且，针对沿上述第二排列方向排列的第二像素列，对各像素的输出电平的第二差依次进行累计，来计算各像素的第二累计电平，上述图像生成部基于各像素的上述第一累计电平和上述第二累计电平来生成图像。
这样，基于针对第一排列方向和第二排列方向分别计算出的第一累计电平和第二累计电平来生成图像，因此能够实现累计电平的误差的降低。此外，在沿第一排列方向和第二排列方向分别移动像位置时，不限定从移动之前的像位置到移动之后的像位置的移动路径。例如，可以设为从移动之前的位置暂时移动到第三位置，接着移动到移动之后的位置。另外，在本发明中，优选的是，上述像移位部件以使上述受光面上的像的任意点的轨迹在上述受光面上描绘出圆形轨道的方式使上述像位置平移，上述摄像部件在上述像的任意点在上述圆形轨道上的规定部分移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像，上述差计算部计算在上述像的任意点在上述圆形轨道上的规定部分移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差，上述累计电平计算部将连接上述像的任意点在上述圆形轨道上的规定部分移动之前和之后分别进行拍摄时上述像的任意点的位置的直线方向设为像位置的移动方向，来计算累计电平。这样，通过以使轨迹描绘出圆形轨道的方式使像位置移动，能够使像位置连续地 移动。其结果是，容易使像位置的位置精确度一致。另外，在本发明中，优选的是，上述像移位部件以使上述受光面上的像的任意点持续进行匀速圆周运动的方式使上述像位置移动。这样，通过使像位置以持续进行匀速运动的方式进行移动，能够使像位置稳定地移动。另外，能够按像位置的圆周运动的每一周期容易地进行校正。另外，在本发明中，优选的是，上述摄像部件和上述图像处理部件构成摄像装置主体，上述光学系统和上述像移位部件构成相对于上述摄像装置主体安装拆卸自如的镜头单元，上述摄像装置主体将包含上述受光面的像素间隔的数据输出至上述镜头单元，上述像移位部件基于上述数据使像位置移动。受光面的像素间隔通常来说根据摄像装置主体的种类不同而不同。组装到可更换镜头这样的镜头单元中的像移位部件能够基于从摄像装置主体发送过来的包含像素间隔的数据，来使像位置的移动量适合于摄像装置主体的受光面的像素间隔。另外，在本发明中，优选的是，上述摄像部件输出与拍摄受光面上的像的定时同步的同步信号，上述像移位部件基于上述同步信号使像位置移动。由此，能够使像位置的移动与拍摄的定时一致而实现正确的校正。另外，在本发明中，优选的是，上述像移位部件输出与使像位置移动的定时同步的同步信号，上述摄像部件基于上述同步信号来拍摄受光面上的像。由此，能够使像位置的移动与拍摄的定时一致而实现正确的校正。另外，在本发明中，优选的是，上述摄像元件是测辐射热计(bolometer)或微测辐射热计。通过利用测辐射热计或微测辐射热计来构成摄像元件，能够使本发明的摄像装置成为能够拍摄红外线图像的装置。另外，本发明涉及摄像装置中的图像生成方法，该摄像装置具备摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件；以及光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上，该方法的特征在于，使像位置在上述受光面上移动，在像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像，计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差，针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平，基于各像素的累计电平来生成图像。根据本发明的图像生成方法，本发明的摄像装置能够如上所述那样与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像。另外，本发明的红外线照相机系统的特征在于，具备摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与红外线的受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件；光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上；像移位部件，其使像位置在上述受光面上移动；以及图像处理部件，其对由上述摄像部件拍摄到的图像进行处理，其中，上述摄像部件在上述像移位部件使像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像，上述图像处理部件具有差计算部，其计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差；累计电平计算部，其针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平；以及图像生成部，其基于各像素的累计电平来生成图像。 由此，能够与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的红外线图像。另外，本发明的能够更换的镜头系统具备摄像装置主体和相对于上述摄像装置主体安装拆卸自如的镜头单元，该镜头系统的特征在于，上述摄像装置主体具备摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件；以及图像处理部件，其对由上述摄像部件拍摄到的图像进行处理，上述镜头单元具备光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上；以及像移位部件，其使像位置在上述受光面上移动，其中，上述摄像部件在上述像移位部件使像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像，上述图像处理部件具有差计算部，其计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差；累计电平计算部，其针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平；以及图像生成部，其基于各像素的累计电平来生成图像。由此，在能够更换的镜头系统中，能够与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像。发明的效果这样，根据本发明的摄像装置、图像生成方法、红外线照相机系统以及可更换的镜头系统，能够与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像。
图I是说明本发明的实施方式的摄像装置的结构的框图。图2是说明本发明的实施方式的摄像装置的第一动作例的流程图。图3是表示像位置移动之前和之后的受光面与像之间的位置关系的图。图4的(a)是表示使像位置移动一个像素间距之前和之后的像素列上的像素与像的受光部分之间的关系的图，(b)是表示像素列上的差的图，(C)是表示像素列上的累计电平的图。
图5是表示像素列上的像素的累计电平的图。图6是说明本发明的实施方式的摄像装置的第二动作例的流程图。图7是表示像位置移动之前、移动之后以及使像位置返回之后的画面与像之间的位置关系的图。图8是说明本发明的实施方式的摄像装置的第三动作例的流程图。图9是表示受光面上的像素排列与像位置的移动方向之间的关系的图。图10是照相机主体10与镜头单元20之间的数据传输的说明图。图11是照相机主体10与镜头单元20之间的数据传输的说明图。图12的(a)和(b)是表示在本发明的实施方式的摄像装置的第四动作例中使像 在受光面上做匀速圆周运动的情况下的轨迹的图。图13的(a)和(b)是表不同步/[目号与曝光时间之间的关系的时序图。图14是表示同步信号与像位置之间的关系的时序图。附图标记说明I :摄像装直；10 :照相机王体；11 :受光面；12 :摄像部件；13 :图像处理部件；20 镜头单元；21 :光学系统；22 :像移位部件；22a :透镜；131 :差计算部；132 :累计电平计算部；133 :图像生成部。
具体实施例方式下面，参照附图来说明本发明的摄像装置和图像生成方法的实施方式。首先，参照图I的框图来说明实施方式的摄像装置的结构。图I所示的摄像装置I由照相机主体10和镜头单元20构成。也能够将镜头单元20设为相对于照相机主体10安装拆卸自如的可更换镜头。照相机主体10具备摄像部件12，其具有排列像素而成的受光面11，该像素由输出与受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件构成；以及图像处理部件13，其对由摄像部件12拍摄到的图像进行处理。摄像部件12的受光面可以由检测红外线的测辐射热计(bolometer)阵列或微测福射热计阵列构成,也可以由CO) (Charge Coupled Device:电荷率禹合兀件)图像传感器、CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor :互补金属氧化物半导体)图像传感器这样的固体摄像元件阵列构成。镜头单元20具备光学系统21，其能够使被摄体的像成像在受光面11上；以及像移位部件22，其使像位置在受光面11上移动。像移位部件22能够由像抖动防止机构构成。在图I所示的例子中，像移位部件22通过使构成光学系统21的一个透镜22a沿与光学系统21的光轴O正交的方向平移，来使像位置相对于受光面11相对移动。此外，被摄体包括摄像视场内的整个图像。此外，像移位部件22既可以构成为使整个光学系统21沿与光轴O正交的方向平移，也可以构成为使受光面11在与光轴O正交的平面内平移。照相机主体10的摄像部件12在像移位部件22使像位置移动之前和之后分别拍摄受光面11上的像。由图像处理部件13对摄像部件12所拍摄到的图像进行处理。图像处理部件13具有差计算部131、累计电平计算部132以及图像生成部133。差计算部131计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差。累计电平计算部132针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平之间的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平。并且，图像生成部133基于各像素的累计电平生成图像以代替基于各像素的输出电平来生成图像。(第一动作例)参照图2的流程图来说明本实施方式的摄像装置I的第一动作例。首先，在像移位部件22使像位置移动之前，由摄像部件12对受光面11上的像进行拍摄(S201)。在此，图3的上部示出像移动之前的受光面11上的像的例子。图3所示的受光面由排列成二维矩阵状的像素构成。在图3中，用“A”来表示成像在该受光面11上的像的浓淡边界线。接着，将在像移动之前拍摄到的像的各像素的输出电平保存在第一存储器中 (S202)。第一存储器被设置于照相机主体10中。接着，像移位部件22使像位置沿像素的排列方向仅移动受光面11的像素间隔(一个像素间距)的距离(S203)。图3的下部示出像移动之后的受光面11上的像的例子。在图3中，示出使与光轴O正交的受光面11相对于像向右方向仅相对移动一个像素间距的情形。该移动相当于使像位置相对于受光面11向左方向仅移动一个像素间距。接着，在像移位部件22使像位置移动之后，由摄像部件12对受光面11上的像进行拍摄(S204)。对图3的上部和下部进行比较，受光面11的像素P4在移动之前位于浓淡边界线A的左侧，在移动之后位于浓淡边界线A之上。同样地，对于受光面的整个面，像位置移动之后的各像素接收在像位置移动之前由各像素的右侧的相邻的像素接收的像的光。接着，将在像位置移动之后拍摄到的像的各像素的输出电平保存在第二存储器中。第二存储器被设置于照相机主体10中(S205)。接着，图像处理部13的差计算部131计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差。例如，计算存储在第一存储器中的像移动之前的像素P4的输出电平与存储在第二存储器中的像移动之后的像素P4的输出电平之间的差(S206)。以同样的方式计算各像素的差。此外，可以用像移动之后的输出电平减去像移动之前的输出电平来计算各像素的输出电平之间的差，也可以用像移动之前的输出电平减去像移动之后的输出电平来计算各像素的输出电平之间的差。同一像素的移动之前和之后的输出电平之间的差相当于相邻的两个像素分别接收的像部分的亮度差。并且，该同一像素的输出电平之间的差与像素之间的输出电平的偏差无关。因此，相邻的两个像素之间的像部分的亮度差与像素之间的输出电平的偏差无关，被计算为同一像素的输出电平之间的差。因而，能够降低由像素之间的输出电平的偏差引起的图像噪声，并能够检测到与小于该噪声的输出电平差相当的被摄体的微小亮度差。参照图4来更详细地说明同一像素的像移动之前和之后的输出电平之间的差的计算。图4的(a)示意性地示出受光面11的一个像素列L。该像素列L由从左向右依次排列的第I像素 第η像素构成。图4的(a)的上部示意性地示出像素列L的各像素在像位置移动之前接收的像的部分。如图4的(a)的上部所示，像素列L的第二像素接收像部分“〇”的光，第三像素接收像部分“Λ”的光，第四像素接收像部分“□”的光，同样地，第η像素接收像部分“ ◎”的光，第(η+1)像素接收像部分“ ▽”的光。
另外，图4的(a)的下部示出在使像位置沿像素列L的像素排列方向向左侧仅移动一个像素间距之后由像素列L的各像素接收的像的部分。如图4的(a)的下部所示，像素列L的第一像素接收像部分“〇”的光，第二像素接收像部分“Λ”的光，第三像素接收像部分“□”的光，同样地，第(η-l)像素接收像部分“◎”的光，第η像素接收像部分“ ▽”的光。接着，针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平之差依次进行累计，计算各像素的累计电平(S207)。这样，第二像素在像移动之前接收像部分“〇”的光，在像移动之后接收像部分“Λ”的光。如图4的(b)所示，第二像素的移动之前和之后的输出电平之差Λ2相当于像部分“〇”与像部分“Λ”之间的亮度差。另外，第三像素在移动之前接收像部分“Λ”的光，在移动之后接收像部分“□”的光。第三像素的移动之前和之后的输出电平之差Λ3相当于像部分“ Λ ”与像部分“ □”之间的亮度差。同样地，第η像素在移动之前接收像部分“ ◎ ”的光，在移动之后接收像部分“ ▽”的光。第η像素的移动之前和之后的输出电平之差Λ η 相当于像部分“◎”与像部分“ ▽”之间的亮度差。这样，利用同一像素检测相当于像素列L上相邻的两个像素的位置的像部分之间的亮度差。在此，将像移动之后的像素的输出电平减去移动之前的同一像素的输出电平而得到的结果设为差。在这种情况下，针对沿像位置的移动方向排列的像素列，沿受光面相对于像位置的移动方向(在图4的(a)中为右方向)、即沿像位置相对于受光面的移动方向(在图4的(a)中为左方向)相反的方向(在图4的(a)中为从左至右)，对差依次进行累计。并且，将像素列中的各个像素的累计电平设为从像素列的端点到该像素为止的差的总和来进行计算。此外，在将像移动之前的像素的输出电平减去像移动之后的同一像素的输出电平而得到的结果设为差的情况下，只要从与上述方向相反的方向进行累计即可。在图4的(C)所示的例中，在用像移动之后的输出电平减去像移动之前的输出电平进行计算来求差的情况下，将第一像素的累计电平设为O来计算各像素的累计电平。例如，第二像素的累计电平被计算为Λ2( = 0+Λ2)。第三像素的累计电平被计算为(Λ2+Λ3)。第四像素的累计电平被计算为(Λ2+Λ3+Λ4)。同样地，第(η_1)像素的累计电平被计算为(Δ 2+ Δ 3+ Δ 4+…+ Δ (η~1))。各差的值有时为正,有时为负。因而，如图5所示,像素列L的各像素的累计电平按每个像素而上下波动。接着，代替基于各像素的输出电平来生成图像，图像处理部13的图像生成部133基于各像素的累计电平来生成图像(S208)。各像素的累计电平实质上相当于各像素的输出电平。因而，通过代替各像素的实际的输出电平而基于各像素的累计电平来生成图像，可以与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像。(第二动作例)接着，参照图6的流程图来说明实施方式的摄像装置的第二动作例。第二动作例的直到在像位置移动之后对受光面上的像进行拍摄(S604)、将各像素的输出电平存储在第二存储器中(S605)的步骤与上述第一动作例相同。在第二动作例中，像移位部件22在使像位置移动之后，使像位置再次返回到像位置移动之前的位置(S606)。在此，图7的上部示出像移动之前的受光面11上的像，图7的中部示出像移动之后的受光面11上的像，图7的下部示出使像位置返回之后的像。图7的上部和中部所示的图相当于图3的上部和下部所示的图。接着，摄像部件12在像位置返回之后再次拍摄受光面上的像(S607)，将拍摄到的像的各像素的输出电平保存在第三存储器中(S608)。第三存储器被设置于照相机主体10中。接着，与上述第一动作例的步骤(S206)同样地，由图像处理部13的差计算部131读取出存储在第一存储器中的像移动之前的像素的输出电平和存储在第二存储器中的像移动之后的像素的输出电平，来计算在像移动之前和之后分别进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差(S609)。接着，图像处理部13读取出存储在第一存储器中的像移动之前的像素的输出电平和存储在第三存储器中的使像位置返回之后的像素的输出电平，计算同一像素的像位置移动之前和使像位置返回之后的输出电平的变动量(S610)。 对图7的上部和下部的受光面11上的像进行比较，可知用虚线B围起的部分的像发生了变化。这种像的变化例如是由于被摄体移动而产生的。这部分像素的输出电平之差没有正确反映出基于像部分的亮度差的输出电平之差。用虚线B围起的部分的像素表示变动量大的值。因此，在第二动作例中，累计电平计算部132排除变动量大于等于规定的基准值的像素的差来进行累计，计算累计电平(S611)。例如，在像素列的中途的像素的变动量大于等于基准值的情况下，只要设为仅对该像素列中的到变动量大于等于基准值的像素的前一个像素为止的差进行累计来求出偏移即可。由此，能够防止累计电平不正确。此外，关于基准值，能够根据摄像装置I的使用环境设定任意合适的值。接着，与第一动作例同样地，代替像素的输出电平而基于像素的累计电平来生成图像(S612)。(第三动作例)接着，参照图8的流程图来说明实施方式的摄像装置的第三动作例。在第三动作例中，到在像位置移动之后对受光面上的像进行拍摄(S804)、将各像素的输出电平存储在第二存储器中(S805)为止与上述第一动作例实质上相同。在此，参照图9来说明受光面11上的像素的排列与像位置的移动方向之间的关系。在图9所示的受光面11中，像素被排列成相互正交的X方向和Y方向的二维矩阵状。在像位置移动之前，像的“〇”部分位于基准位置像素PO上。在该时刻，对受光面11上的移动之前的像进行拍摄(S801)，将构成受光面11的各像素的输出电平存储到第一存储器中(S802)。接着，进行第一次像移动以使像的“〇”部分沿X方向仅移动一个像素间距而从基准位置像素PO上移动到第一规定位置像素Pl处(S803)。其结果是，像的“〇”部分位于第一规定位置Pl上。接着，在第一次移动之后，对受光面11上的移动之后的像进行拍摄(S804)，将构成受光面11的各像素的输出电平存储到第二存储器中(S805)。接着，进行第二次像移动以使像的“〇”部分向画面左下方仅移动一个像素间距的根号2倍(Vi倍)而从第一规定位置像素Pl上移动到第二规定位置像素P2处(S806)。其结果是，像的“〇”部分位于第二规定位置P2上。第一次和第二次移动的结果是，像的“〇”部分沿Y方向仅移动了一个像素间距而从基准位置像素PO上移动到第二规定位置像素P2处。接着，在第二次移动之后，对受光面11上的移动之后的像进行拍摄(S807)，将构成受光面11的各像素的输出电平存储到第三存储器中(S808)。接着，读取第一存储器和第二存储器所存储的输出电平，计算像位置在X方向上移动之前和之后(第一次移动之前和之后)进行拍摄时同一像素的输出电平之间的第一差(S809)。此外，针对受光面11的沿X方向排列的各像素列计算第一差。接着，读取第一存储器和第三存储器所存储的输出电平，计算像位置在Y方向上移动之前和之后(第一次移动之前和第二次移动之后)进行拍摄时同一像素的输出电平之间的第二差(S810)。此外，针对受光面11的沿Y方向排列的各像素列计算第二差。 接着，针对沿X方向排列的像素列，对输出电平的第一差依次进行累计，来计算沿X方向排列的像素列中的各像素的第一累计电平(S811)。此外，针对受光面11的沿X方向排列的各像素列计算第一累计电平。在此，以图9的受光面11的左上角的像素为基准位置(0，O)，对于从该基准位置(0,0)起在X方向上数是第m个且在Y方向上数是第η个的像素(m，η)的第一累计电平Bi (m，η)，若将该像素的第一差设为Ax(m，n)，则用下述(I)式来表示。Bi (m, n) = Bi (m-1, η) + Δ x (m, η)... (I)另外，对于沿X方向排列的像素列中的处于端点的列，不存在之前的累计值，因此如下述的(2)式那样，将该端点的列的各像素(m，0)的累计电平计算为O。Bi (m, O) = Bi (m_l, O) + Δ x (m, O) = O …⑵接着，针对沿Y方向排列的像素列，对输出电平的第二差依次进行累计，来计算沿Y方向排列的像素列中的各像素的第二累计电平(S812)。此外，针对受光面11的沿Y方向排列的各像素列计算第二累计电平。在此，对于从基准像素(0，0)起在X方向上数是第m个且在Y方向上数是第η个的像素(m，n)的第二累计电平Bi (m，n)，若将该像素的第二差设为Ay(m，n)，则用下述(3)式来表75。Bi (m, n) = Bi (m, η-1) + Δ y (m, η)...⑶另外，对于沿Y方向排列的像素列中的处于端点的列，不存在之前的累计值，因此如下述的⑷式那样，将该端点的列的各像素(0，η)的累计电平计算为O。Bi (O, η) = Bi (O, η-1) + Δ y (O, η) = O…⑷接着，基于各像素的第一累计电平和第二累计电平来生成图像(S813)。在此，如下述的(5)式所示，将各像素的第一累计电平与第二累计电平的平均值作为该像素的累计电平来生成像素。Bi (m, η) = {Bi (m-1, η) + Δ x (m, η) +Bi (m, η-1) + Δ y (m, η)} /2 ...(5)这样，通过基于X方向的累计电平与Y方向的累计电平的均值来生成图像，能够生成X方向上的亮度和Y方向上的亮度都连续的图像。但是，各个差的值中含有误差。因此，在对差进行累计的累计电平中累积了差的误差。因此，下面对作为亮度值的累计电平的第一校正方法和第二校正方法进行说明。首先，说明第一校正方法。在第一方法中，事先决定受光面11上的三点像素的亮度值，利用由这三点规定的一次式来对亮度值进行校正。首先，如下那样规定三点的坐标的亮度。坐标(Xa，Ya)、亮度B a坐标(Xb，Yb)、亮度Bb坐标(Xe，Yc)、亮度B c此外，三点可以如上所述那样将预先决定的坐标的亮度值设为B a、Bb以及B c, 也可以进行偏移校正以使亮度的平均值为固定值。然后，得到由下述的三个式子规定的平面的方程式。Ba = kx*Xa+ky*Ya+CBb = kx*Xb+ky*Yb+CBe = kx*Xc+ky*Yc+C以上述三个式子对kx、ky以及C求解，则kx = {Ba (Yb-Yc)+Bb(Yc-Ya)+Be (Ya-Yb)}/{Xa(Yb-Yc)+Xb(Yc-Ya) +Xe (Ya-Yb)}ky = {Ba (Xb-Xc)+Bb(Xc-Xa)+Be (Xa-Xb)}/{Xa(Yb-Yc)+Xb(Yc-Ya)+Xe (Ya-Yb)}C = {Ba (XbYc-XcYb) + Bb (XcYa-XaYc) + Bc(XaYb-XbYa)}/{Xa (Yb-Yc)+Xb(Yc-Ya)+Xe (Ya-Yb)}若将校正后的坐标(m，η)的像素的亮度值(累计电平)设为Br(m，η)，则能够如下那样计算Br (m, η)。Br (m, η) = B (m, n) +kx*m+ky*n+C此外，也可以在受光面11的整个面或一部分区域中比较亮度值，来对亮度进行校正。接着，说明第二校正方法。在第二校正方法中，针对受光面的整个面和同一区域，校正各像素的累计电平以使各像素的输出电平的平均值与各像素的累计电平的平均值相等。首先，计算受光面11的整体或一部分区域的像素的输出电平的平均值。在该区域中像素以X方向上M个、Y方向上N个的方式二维排列的情况下，若将该区域中的X方向上数是第m个且Y方向上数是第η个的像素的输出电平设为B (m, η)，则如下所述那样用该区域中的所有像素的输出电平的总和除以该区域中的所有像素数(MXN)来计算该区域的像素的输出电平的平均值S。其中，Μ、N、m以及η是正整数，I彡m彡M且I彡η彡N。S = Σ (Σ n))
m=\ n=\另一方面，如上述式(5)那样表示该同一区域中的各像素的累计电平Bi (m，η)。Bi (m，η) = {Bi (m_l，η) + Δ χ (m，η)+Bi (m，η_1) + Δ y (m，η)}/2 ··· (5)此外，在m = I的情况下，上述式(5)如下述式(6)那样进行表示。Bi (I, η) = {Bi (1，η_1) + Δ y (1，η)}/I …(6)
另夕卜，在n = I的情况下，上述式(5)如下述式(7)那样进行表示。Bi (m, I) = {Bi (m-Ι, I) + Δ x (m, I)} /I …(7)并且，在m = η = I的情况下，上述式(5)如下述式⑶那样进行表示。Bi(l,l) = Bi(Ll)…(8)然后，关于该同一区域中的各像素的累计电平的平均值Si，如下所述那样用该同一区域中的所有像素的累计电平的总和除以该同一区域中的所有像素数(MXN)来计算。
权利要求
1.一种摄像装置，其特征在于，具备 摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件； 光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上； 像移位部件，其使像位置在上述受光面上移动；以及 图像处理部件，其对由上述摄像部件拍摄到的图像进行处理， 其中，上述摄像部件在上述像移位部件使像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像， 上述图像处理部件具有 差计算部，其计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差; 累计电平计算部，其针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平；以及 图像生成部，其基于各像素的累计电平来生成图像。
2.根据权利要求I所述的摄像装置，其特征在于， 上述图像处理部件还具有校正部，该校正部对各像素的累计电平进行校正，使得上述受光面的至少一部分区域的各像素的输出电平的平均值与各像素的累计电平的平均值相坐寸o
3.根据权利要求I或2所述的摄像装置，其特征在于， 上述像移位部件在使像位置移动之后，再次使像位置返回到像位置移动之前的位置， 在像位置返回之后，上述摄像部件再次对受光面上的像进行拍摄， 上述图像处理部件针对同一像素计算像位置移动之前的输出电平与使像位置返回之后的输出电平之间的变动量， 上述累计电平计算部排除变动量大于等于规定的基准值的像素的差来计算累计电平。
4.根据权利要求I 3中的任一项所述的摄像装置，其特征在于， 上述摄像部件具有像素被排列成二维矩阵状的受光面， 上述像移位部件使像位置分别沿上述受光面的像素的第一排列方向和与上述第一排列方向正交的第二排列方向移动， 上述差计算部计算在像位置沿上述第一排列方向移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的第一差，并且，计算在像位置沿上述第二排列方向移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的第二差， 上述累计电平计算部针对沿上述第一排列方向排列的第一像素列，对各像素的输出电平的第一差依次进行累计，来计算各像素的第一累计电平，并且，针对沿上述第二排列方向排列的第二像素列，对各像素的输出电平的第二差依次进行累计，来计算各像素的第二累计电平， 上述图像生成部基于各像素的上述第一累计电平和上述第二累计电平来生成图像。
5.根据权利要求I 3中的任一项所述的摄像装置，其特征在于， 上述像移位部件以使上述受光面上的像的任意点的轨迹在上述受光面上描绘出圆形轨道的方式使上述像位置平移，上述摄像部件在上述像的任意点在上述圆形轨道上的规定部分移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像， 上述差计算部计算在上述像的任意点在上述圆形轨道上的规定部分移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差， 上述累计电平计算部将连接上述像的任意点在上述圆形轨道上的规定部分移动之前和之后分别进行拍摄时上述像的任意点的位置的直线方向设为像位置的移动方向，来计算累计电平。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于， 上述像移位部件以使上述受光面上的像的任意点持续进行匀速圆周运动的方式使上述像位置移动。
7.根据权利要求I 6中的任一项所述的摄像装置，其特征在于， 上述摄像部件和上述图像处理部件构成摄像装置主体， 上述光学系统和上述像移位部件构成相对于上述摄像装置主体安装拆卸自如的镜头单元， 上述摄像装置主体将包含上述受光面的像素间隔的数据输出至上述镜头单元， 上述像移位部件基于上述数据使像位置移动。
8.根据权利要求I 7中的任一项所述的摄像装置，其特征在于， 上述摄像部件输出与拍摄受光面上的像的定时同步的同步信号， 上述像移位部件基于上述同步信号使像位置移动。
9.根据权利要求I 7中的任一项所述的摄像装置，其特征在于， 上述像移位部件输出与使像位置移动的定时同步的同步信号， 上述摄像部件基于上述同步信号来拍摄受光面上的像。
10.根据权利要求I 9中的任一项所述的摄像装置，其特征在于， 上述摄像元件是测辐射热计或微测辐射热计。
11.一种摄像装置中的图像生成方法，该摄像装置具备摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件；以及光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上，该方法的特征在于， 使像位置在上述受光面上移动， 在像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像， 计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差， 针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平， 基于各像素的累计电平来生成图像。
12.—种红外线照相机系统，其特征在于，具备 摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与红外线的受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件； 光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上； 像移位部件，其使像位置在上述受光面上移动；以及 图像处理部件，其对由上述摄像部件拍摄到的图像进行处理，其中，上述摄像部件在上述像移位部件使像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像， 上述图像处理部件具有 差计算部，其计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差; 累计电平计算部，其针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平；以及 图像生成部，其基于各像素的累计电平来生成图像。
13.—种能够更换的镜头系统，具备摄像装置主体和相对于上述摄像装置主体安装拆卸自如的镜头单元，该镜头系统的特征在于， 上述摄像装置主体具备 摄像部件，其具有排列像素而成的受光面，各上述像素包括输出与受光强度相应的输出电平的电信号的摄像元件；以及 图像处理部件，其对由上述摄像部件拍摄到的图像进行处理， 上述镜头单元具备 光学系统，其能够使被摄体的像成像在上述受光面上；以及 像移位部件，其使像位置在上述受光面上移动， 其中，上述摄像部件在上述像移位部件使像位置移动之前和之后分别拍摄上述受光面上的像， 上述图像处理部件具有 差计算部，其计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差; 累计电平计算部，其针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平；以及 图像生成部，其基于各像素的累计电平来生成图像。
全文摘要
本发明提供了一种与像素之间的输出电平的偏差无关地生成高精确度的亮度色调的图像的摄像装置、图像生成方法、红外线照相机系统以及镜头系统。本发明具备使像位置在受光面(11)上移动的像移位部件(22)，并具有差计算部(131)，其计算在像位置移动之前和之后进行拍摄时同一像素的输出电平之间的差；累计电平计算部(132)，其针对沿像位置的移动方向排列的像素列，对各像素的输出电平之间的差依次进行累计，来计算各像素的累计电平；以及图像生成部(133)，其基于各像素的累计电平来生成图像。
文档编号G01J5/20GK102761747SQ20121013517
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者柴田友纪子, 田中幸夫 申请人:株式会社腾龙