专利名称：无需温度调节用于对检测器输出的图像进行校正的方法以及实现该方法的检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外成像和利用辐射热计的高温测定技术领域。更具体地说，本发明涉及与检测频带和所使用的辐射热材料的类型无关的辐射热计检测器技术领域。
背景技术：
传统上，为红外成像设计的检测器被制造为单元检测器或者辐射热计的一维或者二维阵列，所述辐射热计采用借助具有高热阻的支臂 悬置在通常由硅形成的基底上方的薄膜的形式。这种悬置薄膜组件形成通常被称为“网膜”的阵列检测元件。基底通常包括用于顺序寻址单元检测器的装置和用于电激励单元检测器并且预处理这些辐射热计产生的电信号的装置。该基底和所集成的装置通常被称为“读出电路”。为了利用该检测器获得景物，将景物通过适当光学元件投影到网膜上，网膜排列在光学元件的焦面上，并且定时电激励信号通过读出电路施加到每个辐射热计或者每行辐射热计，以获得构成每个所述单元检测器达到的温度的图像的电信号。然后，读出电路将该信号处理到较大或者较小的范围，然后，如果适用，则利用封装之外的电子器件处理，以产生所观看的景物的热图像。这种检测器在其制造成本和实现方面具有许多优点，但是也具有限制采用这种检测器的系统的性能的缺点。特别是，在所获得的图像的均匀性方面存在问题。实际上，当对均匀图像曝光时，不是所有的辐射热计都精确发出相同的信号，并且这导致在这样获得的图像中产生固定空间噪声，并且该噪声对所产生的图像的质量具有严重的负面影响。通常被称为“偏移色散”。然后，通过从所述图像的每个像素中减去存储在“偏移表”中的对应于该像素的偏移，对由辐射热计阵列获得的图像校正偏移色散，其中“偏移表”是在工厂通过用具有已知恒温的黑体曝光网膜来进行校准而获得的。因此，均匀景物的校正图像基本上是均匀的。然而，确定偏移表通常是费事耗时的任务。实际上，它包括将具有已知均匀温度的景物，即，传统上的均匀温度黑体，展现在检测器之前，在需要时仔细确保基本上等于黑体的温度的恒定网膜温度。此外，辐射热计的偏移取决于其温度，因此，如果辐射热计的温度偏离用于确定偏移表的温度，则后者变得无关紧要，并且校正不令人满意。为了克服第一种热辐射检测器的问题，利用例如珀尔帖效应�？榛蛘呒尤绕鳎越姑娼形露瓤刂�。意图是确保辐射热计的温度变化仅由发自所观看的景物的辐照引起。在具有温控焦面的第一种检测器中，根据单个预定温度设定值，执行温度调节。这被称为“单温控制模式”。这种情况的优点是，检测器的工作温度范围基本上被限制在所述设定值附近，因此，可以适用单个偏移表。这样限制了工厂校准的范围。另一方面，检测器的能量消耗与最佳值相去甚远，并且这甚至可能变成单独便携式检测器情况的限制因素。实际上，当检测器的环境温度基本上偏离温度设定值时，用于温度控制目的的能量相当大。不仅如此，即使进行温度控制，也不能确保良好的恒温。该检测器始终受到来自网膜环境(特别装配有网膜的封装)的温度扰动的影响；该封装及其相关元件(光学元件、光圈等)的温度根据来自其外部环境的辐照和其它干扰而随意变化。实际上，始终存在偏离温度设定值的瞬变，并且这些瞬变越大，则环境温度偏离设定值越多。因为单温控模式消耗能量，并且环境温度偏离焦面的单一温度设定值越多，则单温控模式的精度越来越低，所以被称为“多温控检测器”的第二种温控检测器使用几个温度设定值，以使环境温度与网膜的温度之差保持低于预定阈值。这样将温控用途消耗的能量降低到最�。⑶移菩Ｕ牟蛔既范扔胛露任薰亍Ｈ欢淝疤崽跫蔷哂忻扛鑫露壬瓒ㄖ档钠票�。为了从多温控模式的优点获得最大好处，偏移表的数量通常大，并且这涉及对这些表非常冗长的工厂校准，因此，制造成本相当高。此外，在使用中，发现存在从第一温度设定值到第二温度设定值的变化时的过渡期间导致检测器产生的图像的质量降低。因为温控检测器消耗大量能量并且笨重，所以开发了通常称为无TEC (无热电冷
却)检测器的非温控检测器或者“非冷却”检测器。在例如文献EP 1953509和US 6433333描述的第一种无TEC检测器中，在检测器的假定工作范围内，对于焦面上的各种温度，在工厂获取多个偏移表，然后，将它们存储在检测器中。通常，为了设定检测器的环境温度，将检测器布置在恒温箱中，恒温箱用于使一系列稳定温度级中的每个保持约I小时。在最终的分析中，该校准处理花费几个小时的时间，并且需要恒温箱，因此，对于制造商而言特别昂贵。在操作检测器时，测量基底上一点的温度，并且根据测量温度从存储的表中选择偏移表，或者通过插入存储的偏移表，获得测量温度的工作偏移表。因此，这样产生的偏移表和随后的校正表是温度相关的。然而，这种校正的有效性取决于所使用的偏移表的相关性。实际上，对于相关温度范围，需要提供相当数量的表，因此，这是昂贵的。因为已经证明使用偏移表是不经济的，所以设计了其它类型的校正。在例如文献US 5756999和US 6028309描述的第二种无TEC检测器中，通过应用可变偏置来校正辐射热计的偏移色散。实际上，辐射热计输出的信号与流过它的电流直接相关。因此，调节该电流就调节了辐射热计的连续输出电平，并因此而调节其偏移值。然而，这种校正涉及对每个辐射热计定制偏置电路系统，并且这样导致检测器电路的设计更复杂并降低了生产率。不仅如此，还可以看到信噪比的有害恶化。此外，尽管与第一种情况的表的数量相比数量上有限，但是这种类型的校正仍需要偏移表。在例如文献US 6690013描述的第三种无TEC检测器中，根据基于经验模型的辐射热计的测量电阻校正偏移色散。然而，仅测量像素的电阻不能代表偏移色散是所有原因。因此，这样执行校正仅部分有效。此外，与涉及产生偏移表的校准相同，经验模型也使用要求工厂校准的参数表。最后，在例如文献WO 2007/106018描述的第四种无TEC检测器中，偏移色散校正基于实际景物本身，更特别地，基于使用检测器观察到的景物上的时变信息。这种类型的校正的优点是，不需要事先进行任何工厂校准。另一方面，这种类型的校正不适于运动的景物，根据其原理，这种校正没有或者至少显著降低了对景物中的静态要素或者慢动要素的检测。此外，在特定条件下可能出现不代表所观察到的景物的“gost”图像。文献US-A-2005/0029453公开了一种用于根据检测器正在工作时拍摄的来自快门的两幅图像更新偏移表的方法。该方法涉及测试用于更新偏移表的条件，例如，与从最后计算了偏移表开始观察到的温度变化相关的条件或者与偏移表的使用时长相关的条件，并且如果满足该条件，则从快门获取新图像。一获取了该新图像，就根据该新图像和最后更新时获得的图像计算新偏移表。应当注意,基于向前校准偏移表的校正最有效，因为包含在所述表中的值与辐射热计的测量偏移直接关联。此外，这种校正不对检测器的运转造成任何限制。试图限制甚或消除偏移表的变型校正使得可以设计不昂贵的无TEC检测器，但是对校正质量有不利影响，或者对使用检测器有限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于校正不进行任何在先工厂校准的无TEC检测器的偏移变化的简单、有效方法。
为此，本发明的目的是一种用于在不进行温度调节的情况下，校正检测器的辐射热计的阵列产生的图像的方法，所述阵列(10)包括排列在光学元件的焦面上并且悬置在基底上方的热辐射薄膜的网膜，在该基底上，形成能够输出对应于阵列中的每个辐射热计的与观察到的景物相关的原信号值的流的读出电路，其中该检测器还包括排列在光学元件与网膜之间的快门，并且在检测器的环境温度条件自由改变的工作模式下，该方法包括■第一步骤，用于使快门闭合并且获取如下并将如下存储在检测器的存储器内〇当前原值表，所述原值对应于由辐射热计阵列(10)获得的快门的图像；以及〇获取所述当前原值表时检测器的温度，■第二步骤，用于根据如下确定检测器的当前温度的偏移校正表并且将它存储在检测器的存储器内〇所述当前原值表和与其相关的温度；以及〇先前存储在检测器的存储器内的、与由辐射热计阵列获得的快门的图像对应的一组现有原值表，和在获取这些表时与这些表中的每个分别相关的检测器温度，所述温度被存储在检测器的存储器内；以及■第三步骤，用于利用偏移校正表校正原值流，根据本发明，该方法包括用于在获取一个当前原值表后保持一组现有原值表的保持处理，该保持处理包括■测试利用当前原值表代替所述一组现有原值表中的表的条件；以及■如果满足所述条件，则利用当前原值表代替所述一组现有原值表中的表，并且利用当前原值表的获取温度代替被代替的表的获取温度，该测试包括根据至少一个预定判据，确定是否存在通过用在后续偏移表的确定上比所述一组现有原值表更相关的当前表来代替所述一组现有原值表中的表而获得的新的
一组表。在此利用术语“原值”表示在未对其进行任何偏移校正的情况下从辐射热计获得的信号。利用术语“保持”表示对激活第一步骤以及修改或者不修改该组原值进行判定的处理和根据所进行的判定进行这些修改的处理。该判定执行处理基于与原值表同时获取并存储并且装载到这些表内的特定数量的检测器状态参数的值。该判定执行处理包括一系列意图判定它是否适于“更新”该组的条件操作。“更新”被定义为使该组的要素的数量N递增和/或者根据原值和/或者参数修改最后获取的要素之外的该组中的至少一个要素。换句话说，本发明支持通过测试利用经验获得偏移校正值的原理。然而，不是在工厂校准时，而是在实际操作检测器时，最终获得这些值，假定快门的作用与根据现有技术校准偏移表时使用的均匀温度黑体的作用相同。然而，根据现有技术，为了获得最佳精度的用于校准偏移色散的值，根据非常严格的获取条件来校准偏移表，由于快门处于环境温度，因而本发明采用受限较少的条件，并且无需进行任何温度控制。因此，为了获得用于计算偏移校正值的原值，不需要调节焦面的温度。此外，也不需要焦面的温度基本上等于景物的温度。最后，尽管初看起来校正质量低于基于工厂精确校准的偏移表的校正，但是实际上根据本发明的偏移色散校正质量良好。下面将结合图8和9描述，实际上，根据本发明的校正的质量与根据精确的工厂校准表获得的校正的质量基本相同。因此，本发明突破了本技术领域内的通常认识和根据现有技术的文献中的明示或者暗示理解的内容，即，为了获 得精确校正而不得不需要在良好控制的实验条件下校准的表。实际上，本发明不需要进行工厂校准，并且这样显著降低了制造检测器的成本，并且在检测器工作的同时，可以获得用于校正用途的值。本发明另外从3个优点受益。检测器在无TEC模式下工作，这意味着能量消耗被降低到最低，工厂校准被减少到最少，并且所获得的图像质量非常令人满意。请注意，根据本发明的方法与文献US-A-2005/0029453描述的方法的不同之处在于，本发明利用当前表更新存储的一组现有表的方式。首先，根据本发明的方法和文献US-A-2005/0029453中描述的方法都利用当前表计算偏移表。实际上，在相关时刻，当前表被认为包括相关信息。然而，根据本发明并且与文献US-A-2005/0029453中的方法相反，存在用于更新一组原值表的附加处理，这与更新偏移表的处理不同，并且包括其自身的判据。事实上，根据本发明，进行测试以确定利用当前表代替存储的一组表中的表是否可以获得与计算后续计算偏移表的质量有关的附加增益。该附加增益是与一个或者多个客观判据/仅基于可以形成该组表的表的判据相关联地定义的。有利地(但不局限于此)，理想的情况是例如，有规律地分隔获取温度并且在温度稳定时获得最新的一组表。在文献US-A-2005/0029453中，刻板地利用当前表代替旧表。如果满足温度或者使用时长条件，则进行代替。但不对这种代替是否有利进行评估。例如，可能在不稳定的热条件下获取当前表，并且还可能先前更新时获取的表本身是在不稳定的热条件下获取的。因此，根据这两个表计算的偏移表的质量非常糟糕。如果检测器在温度正发生改变的环境下工作，例如，当从热位置移动到冷位置时，检测器在一段时间内产生的图像的质量非常糟糕。相反，根据本发明，当前表不刻板地代替该组表中的表之一，仅当存在被判定为“较差”的表时才进行代替。最后，为了全面理解根据本发明的方法和全面理解根据现有技术的方法，应当注意，利用当前表本身更新的频率，对计算偏移表时刻板地使用的“质量糟糕”的当前表进行管理，使该表在短时间内始终最精确。例如，如果存在显著温度变化，则更频繁地观察温度条件，因此，偏移表被更频繁地更新，但不把被判定为与其它表相比更不相关的(根据预定判据，被认为“质量糟糕”)的当前表保留在当进行后续校正时使用的最相关的组中。在本发明的一个实施例中，部分地或者完全根据在检测器正在工作时获取的当前表来构造存储的一组表。因此，不对检测器执行工厂校准。作为一种选择，根据本发明，仅一次性对一个或者多个基准检测器确定一组原默认值，并且最初存储在检测器中。然后，在检测器工作时，逐步代替(更新)这些默认值。因此，因为最初存储了较相关默认值，所以在该处理开始时，校正更精确。应注意到这里并未米用事先校准。在本发明的一个实施例中，至少一个判据包括与这些表对于检测器的当前工作状态的相关性相关的判据，特别是与从表的获取起的使用时长相关的判据和/或者与获取所述原值表时检测器的温度稳定性相关的判据。换句话说，例如，由于辐射热计特性的漂移，用作计算偏移校正表的基础的原值表 在一段时间后可能不再准确。因此，有利的是，重复地例如周期性地替代最旧的原值表，以及/或者根据有规律地重复的使用时长测试的结果来替代最旧的原值表。同样，获取原值表的某些条件是不适宜的，例如，当检测器的温度迅速波动时获取原值表。因此，如果存在这样的情况，则有利的是代替(更新)先前在这种条件下获取的原值表。因此，在检测器使用了特定时间长度后获得在较好条件下获取的当前原值表并由此获取的最佳质量的偏移校正表。在本发明的一个特定实施例中，至少一个判据包括与这些表对于偏移校正表的计算的相关性相关的判据。特别是，所述相关性判据包括与获取所述表时的温度分布有关的判据，其中更新存储的所述一组现有原值表意图确保在所述检测器工作的温度范围内的最佳温度分布。换句话说，偏移校正表的质量还取决于其计算方式而与计算它时使用的测量量值无关。例如，如果所有存储表都对应于围绕给定温度分组的温度，则对于另一完全不同的温度，通过对这样一组表进行内插来计算偏移校正表只能产生相关性较小的值。因此，通过例如内插，根据本发明建立和重复地更新一组原值可以使用于计算偏移校正表的原值表的温度分布最佳。特别是，采取在通常从-20° C到+70° C的检测器的工作范围内有规律地(例如每隔15° C)触发原值表温度获取的步骤。在本发明的一个实施例中，该方法还包括估计用于更新偏移校正表的第一条件，如果满足所述第一条件，则触发■使快门闭合、获取当前原值表以及存储的一组现有原值表的保持处理；以及■根据当前原值表和存储的一组原值表，计算新偏移校正表。特别是，用于更新偏移校正值的第一条件包括与当前原值表的使用时长相关的判据，特别是，如果当前表的使用时长超过预定时长，则满足所述第一条件。此外，特别是，用于更新偏移校正表的第一条件包括与检测器的当前温度和与当前原值表相关联的检测器温度之间的差值相关的判据，特别是，如果所述差值超过第一预定阈值，则满足所述第一条件。优选地，该方法还包括估计用于更新偏移校正表的第二条件，并且如果满足该第二更新条件，则触发根据当前原值表和存储的一组现有原值表计算新偏移校正表，而不触发保持处理。特别是，用于更新偏移校正表的第二条件包括与检测器的当前温度和与最后计算偏移校正表的时间相关的检测器温度之间的差相关的判据，特别是，如果所述差超过低于第一阈值的第二预定阈值，则满足所述第二条件。换句话说，从最后计算偏移校正表时开始，检测器的工作状态已经改变。因此，最好是更新偏移校正表。然而，在特定条件下，特别是如果检测器的当前温度非常接近获取当前原值的温度，例如，如果检测器的温度没有发生大于零点几度的变化，则保持最后获取的当前原值有效。换句话说，仅在根据特定条件认为需要时才重新计算偏移校正表。这样巧妙地避免了相关附加噪声，以及由于任何环境改变导致需要密集采样而进行的非常繁复的重复计算，并且还降低了系统的功率消耗。因此，认为该温度(已针对该温度计算了偏移校正表)的偏移校正值对于其附近的温度和/或者对于预定时间长度也是有效的。可以看出，本发明可以直接使用最相关的数据，特别是与检测器的当前温度相关的数据计算偏移校正值。在本发明的一个特定实施例中，偏移校正表包括通过内插当前原值表和存储的一 组原值表中的预定数量的表，计算原值表，并且根据下面的等式计算偏移校正值Otl = Sistetp(Tamb)- Gn x Sinlerp(Tamh)H其中On是偏移校正表的值，是内插原值表的平均值，Gn是用于校正对应于所述值On的辐射热计的增益的预定校正因数，以及Sintep(Tamb)n是与内插表的所述值On对应的原值。本发明的一个目的还是一种无需温度调节的热检测器，包括■辐射热计阵列，包括排列在光学元件的焦面上并且悬置在基底的上方的热辐射薄膜的网膜，在该基底上形成能够输出对应于阵列中的每个辐射热计的与所观察到的景物相关的原信号值的流的读出电路；■至少一个温度传感器，能够测量基底上的一个点的温度；■可控快门，能够对网膜形成均匀景物；以及■信息处理装置，包括〇存储装置，能够存储对应于辐射热计阵列获取的快门的图像的当前原值表和当前组原值表以及在获取所述表的时刻热传感器输出的温度测量值；〇计算装置，用于根据检测器的当前温度、当前原值表和先前存储的一组原值表，计算偏移校正表；以及〇校正装置，用于利用偏移校正表校正原值流，根据本发明，信息处理装置还包括用于保持存储的一组当前原值表和偏移校正表的装置，所述保持装置能够■控制所述快门闭合，之后获取并且存储对应于快门的当前原值的新当前原值表和在获取新当前表的时刻从传感器获得的温度测量值；以及■测试利用当前原值表代替所述一组现有原值表中的表的条件；以及■如果满足所述条件，则利用当前原值表代替所述一组现有原值表中的表，并且利用当前原值表的获取温度代替被代替的表的获取温度，该测试包括根据至少一个预定判据，确定是否存在通过用在后续偏移表的确定上比所述一组现有原值表更相关的当前表来代替所述一组现有原值表中的表而获得的新的一组表。换句话说，该检测器能够采用上面描述的方法。
根据下面仅作为例子给出的并且与附图相关的描述，更容易理解本发明，其中图I是根据本发明的检测器的原理图；图2和3是示出图I所示检测器使用的一种方法的流程图；图4示出当根据本发明更新计算偏移校正值使用的表时使用的温度判据； 图5至7示出根据本发明计算温度稳定判据的步骤；以及图8和9分别示出强加于辐射热计的温度轮廓以及通过利用所述温度轮廓实现本发明获得的剩余固定空间噪声与时间噪声比。
具体实施例下面的描述描述了本发明的一个优选实施例，该优选实施例在优化快门的闭合的频率(因此图像丢失)和校正精度方面较佳。然而，必须明白在下面描述的实施例中存在两个独立更新条件，即使在时间上它们是重叠的一个涉及更新偏移表，一个涉及更新一组原值表。显然，可以并行并且可以独立执行这两个更新。图I示意地示出根据本发明的热辐射检测器的原理图。该检测器不是温控的，并且用于检测在红外区域内观察到的景物的辐照。该检测器包括分别包括被支承、偏置和热绝缘臂悬置在基底上方的辐射热薄膜的单元热检测器或者辐射热计的阵列10。读出电路20和温度传感器30也形成在基底上，并且辐射热计的悬置薄膜集中形成布置在光学元件40的焦面上的网膜阵列。可控快门50也设置在光学元件40与辐射热计的阵列10之间的光路上。读出电路20提供表示光学元件40形成的观察景物的热图像的数字视频流，而温度传感器30输出表示测量温度并且与视频流相关的数字信号。电路20的输出信号例如通过抽样来管理，并且被保持，之后，以在现有技术中公知的方式复用。上面描述的部件的布局和操作是传统的，并且为了简洁起见，不做更详细解释。读出电路20的输出端的数据构成“原”数据，即，为了校正辐射热计中的瑕疵而进行模拟或者数字处理之前的数据。因此，电路20提供的视频流中的图像中的像素对应于从辐射热计获得的原值。诸如数字信号处理器(DSP)的高速计算电路60连接到读出电路20的输出端，并且对该流中的每幅图像应用偏移和增益校正，以校正阵列10中的辐射热计的偏移色散和增益色散。这种校正通常被称为“两点”校正，并且优选地根据如下等式执行Scor (i, j) = G (i, j) X Sbrut (i, j) +0 (i, j)(I)其中■ Sbrat (i，j)是在电路20输出的视频流中的图像中具有坐标(i，j)的像素的原值；■ Scor (i, j)是对偏移色散和增益色散校正的像素(i，j)的值；
■ 0(i, j)是存储在与高速DSP 60相关的存储单元80中的偏移表81内的像素(i，j)的偏移校正因数；以及■ G(i, j)是存储在存储单元80中的增益表82内的像素(i，j)的增益校正因数。存储单元80还可以存储预定数量M+1的下面被称为“快门”表83、81、842、843、…、84M的特定原值表，该原值表对应于当快门50闭合时形成的由读出电路20提供的图像。快门表83,84^4^4、…、84M中的每一个存储有自身的获取被表征的参数，特别是自身的获取时刻被表征的参数以及所述获取时传感器30测量的温度和表征获取质量的参数，后面将做详细解释。还设置了保持与计算单元70。该单元在下面被称为“单元70”，它连接到快门50、读出电路20和存储单元80。单元70包括存储器72和内部时钟74，存储器72用于存储为了获得存储器80内的表而使用的中间计算值，内部时钟74用于对当计算各种表时出现的事件进行标记的时间戳，后面将做详细解释。
当检测器离开工厂时，对单元80的偏移表和快门表保留的存储区的内容优选是自由的(不限定或者说是任意的)。在该空间内逐步形成偏移表81和快门表83、84、842、843、…、84n(N〈=M)(根据其初始内容或者换句话说根据初始化内容获取并且存储)，然后，在第一次使用之前在未预先校准检测器的情况下，仅在检测器正在工作时更新它们。对于高速DSP 60采用的基于等式(I)的两点校正，增益表82通常在工厂校准。为此，获取分别由读出电路60输出的第一和第二均匀温度黑体的第一和第二输出图像，第一黑体的温度低于第二黑体的温度，并且辐射热计阵列10处于相同的基准环境温度。提醒读者，这里的术语“环境温度”代表检测器的焦面所处的并因此而其网膜所处的温度。环境温度与入射到检测网膜的辐照辐射的辐射热计的温度不同，因此，辐射热计的温度不能用作环境温度的测量值。然后，根据如下等式计算像素(i，j)的增益校正因数G(i，j)(；(/, /) = MiJlzMliJl(2)
Sl(Lj)^S2(Lj)其中■ S1 (i, j)是第一图像中的像素(i，j)的值；■ S2 (i, j)是第二图像中的像素(i，j)的值；■ .孓JjJ)是所有表S1或者S2的平均值。单元70管理快门表83、84、842、843、…、84N的内容，并且利用现在描述的根据本发明的方法，参考图2和3所示的流程图，根据快门表83、84:、842、843、…、84N计算偏移表81。在步骤100使检测器接通后，在102，通过使快门50闭合并且利用构成该新快门表的存储表将读出电路20的输出流中的图像(原值表)存储在单元70的存储器72中，单元70对获取新快门表进行控制。在存储所述表的同时，传感器30在获取该表的时刻测量的基底的温度Tamb和该时刻tawiui被存储在存储器72中。有利的是，还估计用于表征获取新快门表的质量的参数，并且将它与新快门表并且更特别地与获取时的温度稳定性一起存储。根据本发明，利用之后被称为“温度稳定性判据”的稳定性判据量化获取时的温度稳定性，并且下面将做更详细解释。
为此，在保持处理的同时，单元70周期性地抽样温度信号，通常每隔两秒一次，并且利用包括获取新快门表的时刻的时间抽样估计所谓“温度稳定性”参数。单元70将该稳定性参数以与新快门表相关的参数的形式存储在存储器72中。然后，该方法继续，在104，利用存储在单元70的存储器72内的新获取的表代替快门表83。因此，显而易见，在存储器80中存储的表中，快门表83是最新的表，并且它被指定为当前快门表或者当前表。然后，步骤104继续到步骤106，在步骤106，估计用于更新表84i、842、843、…、84N的一系列条件，并且如果满足条件之一，该表就被更新。更具体地说，确定表83是否应当添加到现有表84i、842、843、…、84N，或者它是否应当替换它们之一，后面将做更详细解释。然后，该方法继续，在108，更新偏移表81。有利的是，通过多项式内插当前表83和N个可用表84i、842、843、…、84N中的n个表来执行偏移表81的更新。例如，本发明意在获得7个表84i、842、843、…、847 (M=7)，但是在5个表84^84^…、845可用时根据当前表83和从序列84:、842、843、…、845中选择的两个表来执行内插，即，在3个快门表之间进行 内插。应当明白，检测器工作了足够的总时间长度后，表数量N将达到预定数M = 7，并且在序列84、842、843、…、847形式的7个表中选择的两个表用于内插。然后，单元70读取传感器30输出的“当前”温度测量值(关注时刻的测量值)，并且根据后者，通过将每个要素插入单元70的存储器72存储的所谓“内插表”中，进行估计。与检测器首先投入运行时的情况相同，如果对于多项式内插，快门表84p842、843、…、84n的数量还不够大，例如，如果在离开工厂之前，没有预存默认表，则使内插程度适应存储单元80内的表的数量。因此，如果存储单元80内仅存在当前表83，则在112，内插表内插表被设置为与当前表83相等(用于测试存储单元80中存在的表的数量的测试步骤110的支路“I”)。如果存储单元80内存在两个表(在这种情况下是表83和8七)，则在114采用第一阶内插(测试步骤110的支路“2”)。相反，如果存储单元80含有至少3个快门表(在这种情况下是83、84:和842 ;测试步骤110的支路“3”)，则在116，采用第二阶内插。如果在试运行之前，在工厂对存储单元80装载至少两个默认表84:和842，则有利的是，在测试步骤110，不再需要支路“ I ”和“2”。根据表的获取温度和/或者根据它们与相邻表的温度相关的温度和/或者根据它们的温度稳定性，对从M个存储表中选择的n个快门表进行选择。然而，可以利用其它类型的判据选择，选择被指定用于内插计算的快门表。请注意，由于有规律地或者周期性地更新当前表83，后面将做解释，所以允许询问是否需要内插，因此，特别是，如果内插使用大量计算资源则最后询问是否需要获取并且存储快门表84i、842、843、...、84n。环境温度(例如几十度)的少量变化导致电路20的输出信号的原值发生大的变化，因此，在“当前”环境温度下，根据获取的最新快门表83 (更精确的用于计算偏移表的表)的内插有效性也改变。此外，非常频繁地更新当前表83是不利的，因为在快门50闭合时检测器不工作。内插一完成，该方法就继续，在118，根据获得的内插表，计算新偏移表81。优选地根据如下等式，更新偏移表81中的每个要素(i，j)()(Lj y=JZZ-G(i,j) X HinuJi,])
其中■ Sinterp (i, j)是内插表Sintwp中要素(i，j)的值；以及MSinlerp 是内插表 S
interp
的要素的平均值。
随着计算的进行，0(i, j)值逐步存储在单元70的存储器72内存储的临时表中，然后，在120，当其所有要素被计算时，该临时表代替表81。然后，利用新偏移表81校正读出电路20输出的视频流。然后，步骤120继续到步骤122，在步骤122，估计更新偏移表81的条件。尽管在检测器被接通之后自动触发更新该表，但是检测器的工作条件，特别是辐射热计的温度条件和工作状态随着检测器的使用可能发生变化。更具体地说，在步骤124，进行测试，以判定用户是否请求更新偏移表81。这种请求例如可以通过激活在检测器的封装上为此目的特别设置的控件来进行，也可以通过检测器装备的人机界面(MMI)来进行。如果进行这种请求，则触发用于更新偏移表的步骤108。在步骤125，用户还可以借助另一个MMI命令请求获取新快门表。如果进行这种请求，则触发用于获取新快门表的步骤102。相反，在126，对单元70的时钟74进行读�。缓螅�128，将读出的时钟值与获取当前表的时刻(该时刻与当前表83同时被存储)进行比较。如果在上面描述的实施例中从当前表83 (并且因此更新偏移表81)最后被更新起开始经历的时间超过例如等于15分钟的预定时长A t_min,则触发用于获取新快门表83的步骤102。如果不是在130读取传感器30测量的当前温度的情况，则在132，将测量温度与获取当前表83的时的温度(该温度与当前表83同时被存储)进行比较。如果这两个温度之间的差值的绝对值超过例如等于1° C的第一预定阈值A Tamb_shut_min,则触发用于获取新快门表83的步骤102。否则，在134，将这两个温度的差值的绝对值与小于第一阈值A Tamb_shut_min并且等于零点几度例如0. 2° C的第二预定阈值ATamb_int_min进行比较。如果该差值小于第二阈值A Tamb_shut_min,则该方法分支到步骤124,以重新估计用于更新偏移表81的条件。相反，如果该差值超过第二阈值A Tamb_shut_min,则该方法分支到内插步骤108，以对传感器30测量的与当前表83中的温度不同的当前温度并因此而对用于计算当前存储的偏移表81的温度计算新内插表(并因此随后计算新偏移表83)。因此，显而易见，当例如因为太旧或者存在显著温度变化而使其有效性折衷时，更新偏移表81。现在参考图3中的流程图和图4中的示意图描述快门表84^8^84、…、84n的保持条件和正如在步骤104执行的保持方式。图4更具体地示出保持表84i、842、843、…、84N使用的各种温度判据。为了简洁起见，并且不使本发明难以理解，在y轴上利用标量(表示任何辐射热计的任意原值)表示在此存储的这组快门表，而X轴表不它们的相关获取温度。最后，白色方块表不表84^84^、843、…、84N,而黑色方块表不当前表83的不同例子。最后，该图示出了至少存在两个获取的快门表84i、842、843、…、84N的情况。如前所述，当检测器最初投入使用时，如果存在两个工厂预存默认表84:和842，则是有利的。
如果仅存在一个存储表84，则在102，触发快门获�。⑶以�106，将新获取表存储为当前表83。然后，在通常情况下，步骤104中的测试200使支路“A”到达步骤104，后面将详细描述步骤104。当检测器第一次被接通时，没有快门表存储在存储器80内。在102，触发初始获�。⑶以诓街�106，将新获取的表存储为当前表83。当在104更新快门表时，则将表83存储(拷贝)为第一快门表841。步骤102在200开始，在200，测试当前表83的获取温度是否落入与快门表84:、842、843、…、84n相关的最低温度和最高温度限定的温度范围内。如果获取温度未落入所述范围(测试200的分支“A”)，则在202，进行新测试，以判定当前表83的获取温度和表84:、842、843、…、84N的温度当中最新获取的温度之间的差值的绝对值是否小于第一温度阈值A Tamb_min。
如果小于(测试202的分支“Al”)，则当前表83替换(或者拷贝到)具有最新温度的快门表。温度阈值A Tamb_min始终小于阈值A Tamb_shut_min,并且对于等于I ° C的值A Tamb_shut_min,优选地被选择为约0. 9° C。作为一种选择，该阈值尤其可以根据检测器的工作温度范围、检测器希望利用其工作的快门表84i、842、843、…、84m的额定数量以及获取当前表的两种操作之间的温度差的阈值A Tamb_shut_min而变化。如果表83的温度与表84i、842、843、…、84N的最新温度的差值的绝对值超过阈值ATambjnin (测试202的分支“A2”)，则在206，执行测试，以确定当前时刻之前获取的表
841、842、843、…、84N的数量是否等于快门表的目标数量M。如果不是这种情况，则在208，当前表83附加到已经获取的现有表8^84^4^ ...、84n。如果已经获取了 M个快门表(N=M)，则该方法继续，通过拷贝当前表83，代替这些表中的一个。更具体地说，根据其陈旧程度，选择要代替的快门表。以从所述表被获取开始，检测器被接通的次数的形式，估计例如快门表的所述陈旧程度。通过在检测器每次被重新启动时使该次数递增，来更新该次数。在210执行测试，以确定快门表84i、842、843、…、84N是否与大于预定阈值的启动次数相关。因此，在212，利用当前表83代替这样选择的快门表。这样可以确�？烀疟�84:、
842、843、…、84N足够新而被认为与计算偏移表81相关。众所周知，福射热计的特性，特别是它们的偏移会受非常慢的随时间漂移的影响，因此，即使是同一温度下偏移也会随时间改变，因而把最新快门表优先作为计算偏移的基础是有利的。如果所有现有的快门表84i、842、843、…、84N都被认为足够新，则在214进行测试，以确定当前表83的温度稳定性判据是否超过快门表84i、842、843、…、84N的稳定性判据的最小值，从而认为获取表83的条件优于获取具有最小判据的快门表的条件，并因此认为与其相比当前表83更为相关。现在将参考图5描述温度稳定性判据的例子。如上所述，传感器30周期性地例如每秒独立地并且在获取新快门表和更新偏移表的同时获取环境温度Tamb。传感器30获取了温度Tamb后，还计算下面描述的时间导数dTamb/dt (图5)和值Sb和S，并且将它们存储在存储器72内。
如果温度的时间导数dTamb/dt落入预定范围[_AS; + AS]内，则变量Sb被设置为预定正值a，否则，它被设置为预定负值￠(图6)。然后，变量Sb被时间积分，并且被限制在0与100之间；图7示出变量Sb的积分S的变化。积分S的值“0”表示获取时的温度稳定性特别糟糕，而积分S的值“100”表示特别好的稳定性。优选地，值@超过值a的绝对值。因此，为了对未落入范围[_AS; + AS]内的导数dTamb/dt赋予较高的权重，积分S降低的速度比它升高的速度快。例如，变量S从0达到上限100花费10分钟，而从100达到下限0花费3分钟。然后，所获取的快门表的温度稳定性判据的值由例如变量S在获取时刻t_acqui的值给出，在图7所示的例子中它是80。再一次参考图3，在步骤214，判定当前表83的稳定性判据是否超过所存储的全部快门表84i、842、843、…、84n的稳定性判据的最小值。如果结果是否定的，则不将当前表83—直存储在快门表84i、842、843、…、84N中。表83仅在102在下一次获取将在104代替它的快门表之前被用于计算随后的内插。 如果结果是肯定的，则通过拷贝，当前表83代替快门表84i、842、843、…、84N之一。为了选择要代替的快门表，在216，执行另一个测试，以确定是否存在其稳定性判据等于或者小于当前表83的稳定性判据的一个表。如果存在，则在212，该一个快门表由当前表83代替。如果不只存在一个，即，其稳定性判据等于或者小于当前表83的快门表有几个，则在213，利用当前表83代替这些表中具有最早获取时刻的快门表。例如，利用当表中的一个被附加或者代替时对所有表递增的数值来识别获取快门表84:、842、843、…、84N的时间顺序。因此，最大数对应于时间上最早获取的表。如果当前表83的获取温度落入与快门表84i、842、843、…、84N相关的最低温度和最高温度限定的温度范围内(测试200的分支“B”)，则在218进行测试，以根据绝对值确定当前表83的获取温度与所有获取快门表84:、842、843、…、84n的温度是否至少差阈值A Tamb_min。如果如此(测试218的分支“B2”)，则该方法循环到测试步骤206，以确定是附加或者代替表。如果不是这种情况(测试218中的分支“BI”)，S卩，存在至少一个的获取温度与表83的获取温度相差ATambjnin以内的快门表84i、842、843、…、84N，则然后，在220进行测试，以确定获取温度与表83的获取温度相差ATambjnin以内的快门表84i、842、843、…、84N的数量是否等于或者大于2。如果如此，则不利用当前表83代替快门表84:、842、843、…、84n。如果不是上述情况，即，快门表84i、842、843、…、8\中只有一个表的获取温度与当前表83的获取温度相差ATambjnin以内，则在222执行与针对使用时长的测试210相同的测试，以在224,以与上面描述的方式相同的方式,代替最旧的表。如果使用时长判据不适用，则在226，执行与在测试214采用的测试相同的测试。然后，在224，以上述相同的方式，执行基于温度稳定性判据的快门表替换。为了证实本发明的有效性，进行实验。特别是，在安装在环境室内后，根据本发明的检测器布置在具有40° C的均匀温度的黑体的前面，并且使检测器的焦面承受图8所示温度轮廓。显然，焦面的温度以数量级±1.5° C/min的连续级之间的梯度连续温度级从一 15° C变化到+60° C。
每隔15分钟和/或者在每次测量到1° C的温度变化时更新偏移表，以上述方式，更新快门表和偏移表使快门闭合、获取新当前表、保持快门表等。为了检验根据本发明的方法的有效性采用的判据是剩余固定空间噪声(BSFR)与时间噪声(BRMS)比。图9示出根据采用工厂校准偏移表的现有技术和根据本发明的，图8所示热循环时的该比。显然，根据本发明的BSFR与BRMS的比基本上等于根据现有技术的BSFT与BRMS的比，并且在I到2之间变化，这代表非常满意的结果，并且说明了根据本发明的校正方法的有效性。上面描述了采用“两点”校正的实施例。作为一种选择，可以采用“单点”校正，并且仅校正偏移色散。在这种情况下，省略了增益表82。同样，为了较好地捕获瞬变温度现象，可以在检测器的不同点获取几个温度(例如，基底上一个点的一个测量值，含有网膜和基底的封装上的点的一个测量值，等等)。在这种情况下，内插该表是多维的。
同样，上面描述了快门表保持判据的优选优先权顺序(温度差、陈旧程度、稳定性、相关使用时长)。显然，可以选择不同的优先权顺序。同样，可以采用其它判据。本发明具有下面的优点■在无需对大温度范围进行温度控制的情况下，操作检测器；■非常简单、快速的工厂校准，因为校准不包括在为保持不同的目标环境温度Tamb而将检测器长时间放置在稳定的恒温箱内。因此，与根据现有技术采用预校准偏移表的检测器相比，校准检测器所需的时间显著缩短。特别是对于“两点”校正，校准被减少到校准单个增益表。这样还导致较低的设备成本和操作成本，因此，显著降低了制造这种检测器的成本；■在不同温度内插快门表以及循环保持这些表尤其可以〇被降低到所要求的最小频率即低图像损失频率的快门闭合频率，获得质量良好的图像；〇过在这些瞬间中保持展现较小空间变化的图像，管理网膜的温度的瞬间变化；〇产生其质量不取决于空间漂移(例如，由一个辐射热计到另一个辐射热计)或者通过传统偏移校准获得的辐射热计阵列的总时间漂移以及与电子控制电路系统相关的漂移的校正图像；〇对所有温度应用单个校正表，这样简化并且加速了计算；〇根据本发明的检测器使用的读出电路较简单，并且避免了很可能对生产率产生不利影响的特定复杂性。此外，为了实现本发明所需的存储器的容量被限制到最小的必需容量,因此,这样降低了整个系统的成本和复杂性。
权利要求
1.一种用于对没有温度调节检测器的辐射热计的阵列(10)产生的图像进行校正的方法，所述阵列(10)包括排列在光学元件(40)的焦面上并且悬置在基底上方的测热辐射薄膜的网膜，在该基底上，形成能够输出对应于阵列(10)中的每个辐射热计的与观察到的景物相关的原信号值的流的读出电路(20)，该检测器还包括排列在光学元件(40)与所述网膜之间的快门(50)，并且在检测器的环境温度条件自由改变的工作模式下，所述方法包括 ■第一步骤(102)，用于使所述快门闭合并且获取如下并将其存储在所述检测器的存储器内 〇当前原值表，所述原值对应于由所述辐射热计阵列(10)获得的快门(50)的图像；以及 〇获取所述当前原值表时所述检测器的温度， ■第二步骤(108)，用于根据如下确定所述检测器的当前温度的偏移校正表并且将其存储在所述检测器的存储器内 〇所述当前原值表和与其相关的温度；以及 〇先前存储在所述检测器的存储器内的、与由所述辐射热计阵列(10)获得的快门(50)的图像对应的ー组现有原值表，以及在获取这些表时与这些表中的每个分别相关的检测器温度，所述温度被存储在所述检测器的存储器内；以及 ■第三步骤(60)，用于利用偏移校正表校正原值流， 其特征在于，所述方法包括用于在获取一个当前原值表后保持一组现有原值表的保持处理，所述保持处理包括 ■测试利用所述当前原值表代替所述ー组现有原值表中的表的条件；以及 ■如果满足所述条件，则利用所述当前原值表代替所述ー组现有原值表中的表，并且利用所述当前原值表的获取温度代替被代替的表的获取温度， 所述测试包括根据至少ー个预定判据，确定是否存在通过用在后续偏移表的确定上比所述ー组现有原值表更相关的当前表来代替所述ー组现有原值表中的表而获得的新的一组表。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，存储的所述ー组现有原值表是部分地或者全部根据在所述检测器工作时获取的当前表来构造的。
3.根据权利要求I和2中任意一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个判据包括与这些表对于所述检测器的当前工作状态的相关性相关的判据，特别是与从表的获取起的使用时长相关的判据和/或者与获取所述原值表时所述检测器的温度稳定性相关的判据。
4.根据上述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个判据包括与这些表对于所述偏移校正表的计算的相关性相关的判据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在干，所述至少一个判据包括与获取所述表时的温度分布有关的判据，其中更新存储的所述ー组现有原值表意图确保在所述检测器工作的温度范围内的最佳温度分布。
6.根据上述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括估计用于更新所述偏移校正表的第一条件(122)，如果满足所述第一条件，则触发 ■使所述快门(50)闭合、获取(102)当前原值表以及存储的所述ー组现有原值表的保持处理(104);以及 ■根据所述当前原值表和存储的所述ー组现有原值表，计算(108)新偏移校正表。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于更新所述偏移校正表的第一条件包括与所述当前原值表的使用时长相关的判据，特别是，如果所述当前表的使用时长超过预定时长，则满足所述第一条件。
8.根据权利要求6或者7所述的方法，其特征在于，用于更新所述偏移校正表的所述第一条件包括与所述检测器的当前温度和与所述当前原值表相关联的所述检测器温度之间的差值相关的判据，特别是，如果所述差值超过第一预定阈值，则满足所述第一条件。
9.根据权利要求6至8中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括估计用于更新所述偏移校正表的第二条件，并且如果满足用于更新的所述第二条件，则触发根据所述当前原值表和存储的所述ー组现有原值表计算新偏移校正表，而不触发所述保持处理(104)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用于更新所述偏移校正表的所述第二条件包括与所述检测器的当前温度和与最后计算所述偏移校正表的时间相关的所述检测器温度之间的差相关的判据，特别是，如果所述差超过低于所述第一阈值的第二预定阈值，则满足所述第二条件。
11.根据权利要求6至10中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述偏移校正表包括通过内插所述当前原值表和存储的所述ー组现有原值表中的预定数量的表，计算(108)内插原值表，并且其特征在于，根据下面的等式计算所述偏移校正表 Ot, = Sullerp(Iamh) -Gn x Sinteir(Tamh)m 其中On是所述偏移校正表的值，SmwqXTrntib)是内插原值表的平均值，Gn是用于校正对应于所述值On的辐射热计的增益的预定校正因数，以及Sintep(Tamb)n是与所述内插表的所述值On对应的原值。
12.一种无需温度调节的热检测器，包括 ■辐射热计阵列(10)，包括排列在光学元件(40)的焦面上并且悬置在基底(20)的上方的测热辐射薄膜的网膜，在该基底上形成能够输出对应于阵列(10)中的每个辐射热计的与所观察到的景物相关的原信号值的流的读出电路(20); ■至少ー个温度传感器(30)，能够测量所述基底上的一个点的温度； ■可控快门(50)，能够对网膜形成均匀景物；以及 ■信息处理装置(60，70)，包括 〇存储装置(80)，能够存储对应于所述辐射热计阵列(10)获取的所述快门(50)的图像的当前原值表和当前组原值表以及在获取所述表的时刻所述温度传感器输出的温度测量值； 〇计算装置(70)，用于根据所述检测器的当前温度、所述当前原值表和先前存储的一组原值表，计算偏移校正表；以及 〇校正装置(60)，用于利用所述偏移校正表校正原值流， 其特征在于，所述信息处理装置(60，70)还包括用于保持存储的一组现有原值表的装置(70 )，所述保持装置(70 )能够 ■控制所述快门(50)闭合，之后获取并且存储对应于所述快门的当前原值的新当前原值表和在获取所述新当前表的时刻从所述传感器获得的温度測量值； ■测试利用所述当前原值表代替所述ー组现有原值表中的表的条件；以及■如果满足所述条件，则利用所述当前原值表代替所述ー组现有原值表中的表，并且利用所述当前原值表的获取温度代替被代替的表的获取温度， 所述测试包括根据至少ー个预定判据，确定是否存在通过用在后续偏移表的确定上比所述ー组现有原值表更相关的当前表来代替所述ー组现有原值表中的表而获得的新的一组表。
13.根据权利要求12所述的无需温度调节的热检测器，其特征在于，所述保持装置能够实现根据权利要求2至11中的任何一项所述的方法。
全文摘要
一种无需温度调节的热检测器包括排列在透镜的焦面上的悬置辐射热计阵列、提供原值流的读出电路以及快门。用于校正新值的方法包括使快门闭合后，用于获取当前原值表的第一步骤(102)；用于根据当前表和存储的一组原值表，确定检测器的当前温度的偏移校正表的第二步骤(108)；以及用于利用偏移校正表校正原值流的第三步骤(60)，根据本发明，保持处理(122，104)包括测试利用当前表代替所述一组中的表的条件；以及如果满足所述条件，则利用当前表代替一组现有表中的表。该测试包括确定是否存在通过用在后续偏移表的确定上比所述一组现有原值表更相关的当前表来代替一组现有原值表中的表而获得的新的一组表。
文档编号G01J5/08GK102687496SQ201080046688
公开日2012年9月19日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年10月22日
发明者克莱尔·皮斯特, 克里斯托夫·米纳西安, 让-马克·基亚帕 申请人:Ulis股份公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
