2014.04.22
【Webマガジン Vol.9 – Apr., 2014】赤外線カメラの初歩
WEBマガジン
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- コーンズテクノロジー編集部
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温度較正とNUC
赤外線カメラで温度計測を行なう場合は温度較正データが必要であり、赤外線カメラメーカから供給される較正データを使うことが多いですが、ユーザ自身で行えるようになっている場合もあります。赤外線がセンサーに入射すると、受光面の各画素（ピクセル）はその強度に応じた電圧を出力しますが、ピクセル間で感度バラツキがあるので、NUC (Non-Uniformity Correction) と呼ばれる仕掛けで電気的あるいはソフトウェア的に見かけ上同じ感度になるように補正します。NUCを行なうと全ピクセルは同じ特性を示すようになりますが、これは入射する赤外線強度と出力する電圧との関係を表わす検量線を定めることになり、この検量線から温度に変換をしているのでこの両者は密接な関係があります。
温度較正は、所定の温度に設定された被写体（温度は別の温度センサーで保証されている。）を赤外線カメラで撮り、出力電圧と温度との関係を求めることです。フリアー システムズ社製の赤外線カメラでは、CNUC（Continuous Non-Uniformaity Correction）という機能が付与されており、前述したマルチIT機能にも使われていますが、これは広い温度レンジの検量線からサブ温度レンジ用の検量線を導出するテクニックです。この結果、ユーザは所望の温度あるいは温度範囲をカメラに教えるだけで、最も適正な露光時間による温度計測が自動的に行なえます。この機能は可視カメラでの自動露出機能に対応しています。CNUCの画面を図4-3-1に示します。
図4-3-1. CNUC (Continous Non-Uniformity Correction)
精密な温度計測では特に外乱を考慮する必要がありますが、赤外線カメラにはナルシサスという特有な外乱があります。これはカメラ内部の構造や光学系から放射される赤外線がセンサー表面で反射され、この放射がレンズで逆に反射され画像上に自身の姿が結像する現象です。 光学系でこのナルシサス画像を生成させないようにする工夫もありますが、NUCでこの外乱はキャンセルできます。ただし、ナルシサスの強さはカメラ筐体温度に依存し（温度が高いほど赤外放射は強くなる。）、この影響を考慮したNUC補正を行なうことで精密な温度計測が可能になります。図4-3-2は、フリアー システムズ社製の赤外線カメラで行なっている筐体温度補正です。
図4-3-2. 筐体温度を考慮したNUC
なお、温度の絶対値計測精度については上記の温度較正やNUCが影響しますが、温度分解能という意味では、NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) という指標が使われます。これは雑音と等価な温度差であり、数値が小さいほど良好な温度分解能を示します。NETDは光学系、センサー、エレクトロニクスなどが持つ雑音を総合したものですが、平均化やロックインなどのテクニックを用いれば改善が可能です。