CN115406541A - 红外成像***和方法中的温度补偿 - Google Patents

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Abstract

提供了用于促进温度补偿的技术。在一个示例中，红外成像***包括焦平面阵列，该焦平面阵列被配置为捕获来自场景的辐射并基于该辐射生成图像数据。焦平面阵列在捕获来自场景的辐射期间还捕获来自与红外成像***关联的元件的辐射。红外成像***还包括温度传感器，其被配置为确定焦平面阵列的温度。红外成像***还包括处理电路，其被配置为基于焦平面阵列的温度确定与元件关联的温度。处理电路还被配置为基于红外图像数据、与元件关联的温度和焦平面阵列的温度来确定与场景中的对象关联的温度。还提供了相关设备和方法。

Description

红外成像***和方法中的温度补偿
技术领域
一个或多个实施例总体上涉及成像，更具体地，例如，涉及红外成像***和方法中的温度补偿。
背景技术
成像***可以包括检测器阵列，每个检测器用作像素以产生二维图像的一部分。存在各种各样的图像检测器，例如可见光图像检测器、红外图像检测器或可以设置在图像检测器阵列中用于捕获图像的其他类型的图像检测器。作为示例，可以在图像检测器阵列中设置多个传感器以检测期望波长的电磁(EM)辐射。在某些情况下，例如对于红外成像，由检测器捕获的图像数据的读出可以由读出集成电路(ROIC)以时分复用的方式执行。读出的图像数据可以传送到其他电路，例如进行处理、存储和/或显示。在某些情况下，检测器阵列和ROIC的组合可以称为焦平面阵列(FPA)。FPA和图像处理工艺技术的进步导致所得成像***的功能和复杂性增加。
发明内容
在一个或多个实施例中，一种红外成像***包括FPA，该FPA被配置为捕获来自场景的辐射并基于该辐射生成红外图像数据。FPA在捕获来自场景的辐射期间还捕获来自与红外成像***关联的元件的辐射。红外成像***还包括被配置为确定FPA的温度的温度传感器。红外成像***还包括处理电路，其被配置为至少部分地基于FPA的温度来确定与元件关联的温度。处理电路还被配置为基于红外图像数据、与元件关联的温度以及FPA的温度来确定与场景中的对象关联的温度。
在一个或多个实施例中，一种方法包括通过FPA捕获来自元件和来自场景的辐射。该方法还包括由FPA基于该辐射生成红外图像数据。该方法还包括确定FPA的温度。该方法还包括至少部分地基于FPA的温度来确定与该元件关联的温度。该方法还包括基于红外图像数据、与元件关联的温度和FPA的温度，来确定与场景中的对象关联的温度。
本公开的范围由权利要求限定，通过引用将权利要求并入本部分。通过考虑以下对一个或多个实施例的详细描述，本领域技术人员将获得对本公开的实施例的更完整的理解，以及实现其附加优点。将参考将首先简要描述的附图。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个或多个实施例的示例成像***的框图。
图2示出了根据本公开的一个或多个实施例的示例图像传感器组件的框图。
图3示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进温度补偿的示例***。
图4示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进温度补偿的示例过程的流程图。
本公开的实施例及其优点通过参考下面的详细描述会得到最好的理解。应当注意，各个部件的尺寸和这些部件之间的距离在图中未按比例绘制。应当理解，相似的附图标记用于标识一幅或多幅图中所示的相似元件。
具体实施方式
下面阐述的详细描述旨在作为对主题技术的各种配置的描述，而不是旨在表示可以实践主题技术的唯一配置。附图并入本文并构成详细描述的一部分。详细描述包括用于提供对主题技术的透彻理解的具体细节。然而，本领域技术人员将清楚和明显的是，主题技术不限于本文阐述的具体细节并且可以使用一个或多个实施例来实践。在一个或多个实例中，结构和部件以框图形式显示以避免混淆主题技术的构思。本公开的一个或多个实施例由一幅或多幅附图说明和/或结合其进行描述，并在权利要求中阐述。
提供了各种技术来促进红外成像***和方法中的温度补偿。红外成像***(例如，热相机)可用于使用图像传感器设备(例如，FPA的检测器阵列)捕获与场景关联的红外图像数据。图像传感器设备包括检测器(例如，也称为检测器像素、检测器元件或简称为像素)。每个检测器像素可以检测入射的EM辐射并生成指示场景的检测到的EM辐射的红外图像数据。在一些实施例中，图像传感器阵列用于检测红外辐射(例如，热红外辐射)。对于红外图像(例如，热红外图像)的像素，像素的每个输出值可以被表示/提供为和/或对应于温度、数字计数值、全温度范围的百分比或一般地可以映射到温度的任何值。例如，像素输出的数字计数值13000可以表示160℃的温度。因此，捕获的红外图像数据可以指示或可以用于确定场景中的对象、人和/或其他特征/方面的温度。
在某些情况下，红外成像***可以根据调色板呈现图像中的红外图像数据。调色板可以提供从不同输出级别到视觉表示值的映射。调色板可以应用于由红外成像***的图像传感器设备(例如，基于检测到的EM辐射)输出的图像数据值，以生成图像。在这点上，图像可以被认为是图像数据值的视觉表示。调色板的视觉表示值可以包括颜色值和/或灰度值。在某些情况下，视觉表示值可以促进红外成像***的用户和/或红外成像***和/或其他机器的电路(例如，机器视觉)对场景的分析。
红外成像***中的空间梯度可以通过测量时间梯度(例如，温度变化率)来确定(例如，估计)。从外部变热的红外成像***(例如，当红外成像***从冷空气的外部取出到室温空气的内部时)可以表现出与温度变化率相关(例如，强相关)的空间热梯度。在这种情况下，环境温度的变化可以相对于红外成像***的另一部件(例如外壳)的温度来改变红外成像***的图像传感器设备的温度。
在红外成像***的启动(例如，其初始通电)或其他内部发热过程期间，红外成像***在内部变热。然后，对于相同的测量的变化率，空间热梯度可能不同。作为一个示例，启动可以在约五分钟后结束(例如，稳态在启动开始后约五分钟后开始)。在启动结束后，与红外成像***的各部件关联的温度和温度变化率一般可以是由外部因素引起的，而不是红外成像***的内部发热引起的。作为除启动之外的内部发热过程的示例，内部发热过程可能由红外成像***的操作模式的改变(例如与可能导致内部发热变化的FPA关联的帧速率的改变)引起。作为另一示例，内部发热过程可能由接通/关断或以其他方式改变功率耗散电子设备(例如，靠近FPA的电子设备)引起。例如，内部发热过程可能由在热耦合(例如，紧密热耦合)到FPA的处理器上改变图像处理而引起。
在一些实施例中，即使在红外成像***表现出显著的内部发热(例如，由于红外成像***的各种部件的通电)的启动模式期间，红外成像***也可以执行温度补偿，以提供相对于不执行补偿的情况具有更高准确度(例如，更高辐射测量准确度)的温度测量。在这点上，补偿可以在红外成像***表现出内部发热显著的启动行为时的补偿与红外成像***表现出温度变化主要由外部因素引起的稳态行为时的补偿之间进行调整。在一方面，红外成像***可以被称为在启动模式/条件(例如，也称为瞬态模式/条件)和稳态模式/条件(例如，也称为平衡模式/条件)下操作。红外成像***在启动模式和稳态模式下操作所花费的时间量可以部分地基于环境温度。例如，如果红外成像***在较冷的环境温度下接通，则相对于在较暖的环境温度下接通，红外成像***在启动模式下会操作更长时间。在某些情况下，补偿可以允许将由外部温度变化引起的梯度与启动时预期的内部温度变化不同地加以考虑。
补偿可以考虑红外成像***的图像传感器设备上的内部辐射。这样的内部辐射可以被认为和称为非场景相关辐射/不期望的辐射，其由红外成像***的内部部件生成并且在图像传感器设备操作以捕获场景信息期间由图像传感器设备捕获。辐射到图像传感器设备上的这样的内部辐射可能影响由图像传感器设备捕获的场景的图像数据，并因此影响由红外成像***确定的与场景相关的温度(例如，对象和/或场景的其他特征/方面的温度)。作为一个示例，红外成像***可能需要补偿场外辐射，以提供准确的辐射测量信息。
在这方面，红外成像***可以执行温度补偿，以考虑来自红外成像***的一个或多个部件(例如，内部部件)的可能由图像传感器设备接收的辐射。作为非限制性示例，可能辐射到图像传感器阵列上的部件可以包括红外成像***的外壳、红外成像***的光学器件(例如，透镜、反射镜等)和/或红外成像***的快门。补偿可以基于来自一个或多个温度传感器(例如，也称为热传感器，例如热敏电阻和/或热电偶)的温度数据。在某些情况下，每个温度传感器都位于红外成像***的外壳内。每个温度传感器可用于测量红外成像***的可能辐射到图像传感器阵列上的部件的温度。可以基于在不同时间点由温度传感器对部件的温度的测量来确定与部件关联的热梯度(例如，温度变化率)。
对于可能辐射到图像传感器阵列上的其他部件，这些其他部件的温度可以基于来自温度传感器的温度数据来确定(例如，建模和估计)。在一方面，如本文进一步描述的，这些部件的温度可以使用模型(例如，热模型)来确定。在某些情况下，这样的模型可以考虑由变化的外部温度生成的热梯度。来自一个或多个热传感器的温度数据(例如温度测量)可用作模型的输入。这些模型可以考虑/区分启动模式和稳态模式中的操作。
作为一个示例，红外成像***可以是小型相机模块，其包括用于测量FPA的温度的单个温度传感器。可以至少基于单个温度传感器对FPA的温度测量来确定红外成像***的一个或多个其他部件(例如，外壳、快门和/或透镜)的温度。作为另一示例，红外成像***可以包括用于测量FPA的温度的温度传感器和用于测量透镜的温度的温度传感器。其他部件(例如，外壳和/或快门)的温度可以至少基于FPA和透镜的温度测量来确定。在某些情况下，由于空间考虑(例如，部件周围和/或外壳内的空间有限，将温度传感器设置在部件上可能会阻挡到FPA的光路等)、制造和/或部件成本、功率考虑(例如，每个设置的温度传感器都需要功率来操作)和/或其他考虑，可能不在每个部件自身上设置温度传感器。
因此，使用各种实施例，可以通过红外成像***的内部温度的测量和建模来补偿/考虑外部温度变化。在一些方面，可以在不使用/设置红外成像***外部的温度传感器(例如，不使用环境温度传感器)的情况下执行补偿。
虽然主要针对红外成像描述了用于温度补偿的各种实施例，但是使用本文公开的方法和***的温度补偿可以与各种设备和***结合使用，例如红外成像***、具有可见光和红外成像能力的成像***、短波红外(SWIR)成像***、光检测和测距(LIDAR)成像***、雷达检测和测距(RADAR)成像***、毫米波(MMW)成像***、超声成像***、X射线成像***、显微镜***、移动数码相机、视频监视***、视频处理***或可能需要获得在EM频谱的一个或多个部分的图像数据的其他***或设备。例如，温度补偿图像可以是可以与场景的可见光图像融合/混合的场景的红外图像。
现在参考附图，图1示出了根据本公开的一个或多个实施例的示例成像***100的框图。然而，并非所有描绘的部件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加部件。在不脱离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对部件的布置和类型进行改变。可以提供额外的部件、不同的部件和/或更少的部件。
根据本公开的实施例，成像***100可用于捕获和处理图像。成像***100可以表示检测EM辐射的一个或多个范围(例如，波段)并提供表示性数据(例如，一个或多个静态图像帧或视频图像帧)的任何类型的成像***。成像***100可以包括成像设备105。作为非限制性示例，成像设备105可以是或可以包括：红外相机、可见光相机、平板计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、移动设备、台式计算机或其他电子设备或者可以是红外相机、可见光相机、平板计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、移动设备、台式计算机或其他电子设备的一部分。成像设备105可以包括至少部分地包围成像设备105的部件的外壳，以促进成像设备105的紧凑性和保护。例如，图1中标记为105的实线框可以表示成像设备105的外壳。外壳可以包含比图1中的实线框内描绘的成像设备105的部件更多、更少和/或不同的部件。在一个实施例中，成像***100可以包括便携式设备并且可以被结合到例如需要存储和/或显示图像的载具或非移动装置。载具可以是陆基载具(例如，汽车、卡车)、海基载具、飞行器(例如，无人飞行器(UAV))、太空载具或通常是可以结合(例如，安装在其中、安装在其上等)成像***100的任何类型的载具。在另一示例中，成像***100可以经由一种或多种类型的安装件联接到各种类型的固定位置(例如，家庭安全安装件、露营地或户外安装件或其他位置)。
根据一种实施方式，成像***105包括处理部件110、存储器部件115、图像捕获部件120、图像接口125、控制部件130、显示部件135、感测部件140和/或网络接口145。根据各种实施例，处理部件110包括处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、单核处理器、多核处理器、微控制器、可编程逻辑器件(PLD)(例如，现场可编程门阵列(FPGA))、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)设备或可以通过硬连线、执行软件指令或两者的组合而被配置为执行本文针对本公开的实施例讨论的各种操作的其他逻辑设备中的一个或多个。处理部件110可以被配置为与成像***100的各种其他部件(例如，115、120、125、130、135、140、145等)连接并通信以执行这样的操作。例如，处理部件110可以被配置为处理从成像捕获部件120接收的捕获的图像数据，将图像数据存储在存储器部件115中，和/或从存储器部件115获取存储的图像数据。在一方面，处理部件110可以被配置为执行各种***控制操作(例如，控制成像***100的各种部件的通信和操作)和其他图像处理操作(例如，数据转换、数据变换、数据压缩、视频分析等)。
在一个实施例中，存储器部件115包括一个或多个存储器设备，其被配置为存储数据和信息，包括红外图像数据和信息。存储器部件115可以包括一种或多种不同类型的存储器设备，包括易失性和非易失性存储器设备，例如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘驱动器和/或其他类型的存储器。如上所述，处理部件110可以被配置为执行存储在存储器部件115中的软件指令，以执行方法和处理步骤和/或操作。处理部件110和/或图像接口125可以被配置为在存储器部件115中存储由图像捕获部件120捕获的图像或数字图像数据。
在一些实施例中，单独的机器可读介质150(例如，存储器，诸如硬盘驱动器、紧凑式盘、数字视频盘或闪存)可以存储软件指令和/或配置数据，其可以由计算机(例如，基于逻辑设备或处理器的***)执行或访问以执行各种方法和操作，例如与处理图像数据关联的方法和操作。在一个方面，机器可读介质150可以是便携的和/或位置与成像设备105分开，其中，通过将机器可读介质150联接到成像设备105和/或通过成像设备105从机器可读介质150下载(例如，经由有线链路和/或无线链路)而将存储的软件指令和/或数据提供给成像设备105。应当理解，各种模块可以集成在软件和/或硬件中作为处理部件110的一部分，其中，用于模块的代码(例如，软件或配置数据)存储在例如存储器部件115中。
成像设备105可以是用于捕获和处理场景175的图像和/或视频的视频和/或静态相机。在这方面，成像设备105的图像捕获部件120可以被配置为以特定频谱或模态捕获场景175的图像(例如，静态和/或视频图像)。图像捕获部件120包括图像检测器电路165(例如，可见光检测器电路、热红外检测器电路)和读出电路170(例如，ROIC)。例如，图像捕获部件120可以包括IR成像传感器(例如，IR成像传感器阵列)，其被配置为检测近、中和/或远IR光谱中的IR辐射并提供表示来自场景175的IR辐射的IR图像(例如，IR图像数据或信号)。例如，图像检测器电路165可以捕获(例如，检测、感测)具有在从约700nm到约2mm范围或其一部分内的波长的IR辐射。例如，在一些方面，图像检测器电路165可以对SWIR辐射、中波IR(MWIR)辐射(例如，具有2μm到5μm的波长的EM辐射)和/或长波IR(LWIR)辐射(例如，具有7μm到14μm的波长的EM辐射)或任何期望的IR波长(例如，通常在0.7μm到14μm范围内)敏感(例如，更好地检测)。在其他方面，图像检测器电路165可以捕获来自EM频谱的一个或多个其他波段的辐射，例如可见光、紫外光等。
图像检测器电路165可以捕获与场景175关联的图像数据(例如，红外图像数据)。为了捕获检测器输出图像，图像检测器电路165可以检测场景175(例如，以EM辐射的形式)的图像数据并基于场景175生成图像的像素值。图像可以称为帧或图像帧。在某些情况下，图像检测器电路165可以包括检测器阵列(例如，也称为像素阵列)，其可以检测特定波段的辐射，将检测到的辐射转换成电信号(例如，电压、电流等)，并基于电信号生成像素值。阵列中的每个检测器可以捕获图像数据的相应部分并且基于由检测器捕获的相应部分生成像素值。由检测器生成的像素值可以称为检测器的输出。作为非限制性示例，每个检测器可以是光电检测器，例如雪崩光电二极管、红外光电检测器、量子阱红外光电检测器、微测辐射热计或能够将EM辐射(例如，特定波长的EM辐射)转换为像素值的其他检测器。检测器阵列可以布置成行和列。
检测器输出图像可以是或可以被认为是包括像素的数据结构，并且是与场景175关联的图像数据的表示，其中，每个像素具有表示从场景175的一部分发射或反射并由生成像素值的检测器接收的EM辐射的像素值。基于上下文，像素可以指图像检测器电路165的检测器，其生成关联像素值或由生成的像素值形成的检测器输出图像的像素(例如，像素位置、像素坐标)。在一个示例中，检测器输出图像可以是红外图像(例如，热红外图像)。对于热红外图像(例如，也称为热图像)，热红外图像的每个像素值可以表示场景175的对应部分的温度。在另一示例中，检测器输出图像可以是可见光图像。
在一方面，由图像检测器电路165生成的像素值可以根据基于从转换检测到的辐射获得的电信号生成的数字计数值来表示。例如，在图像检测器电路165包括或以其他方式联接到模数转换(ADC)电路的情况下，ADC电路可以基于电信号生成数字计数值。对于可以使用14位表示电信号的ADC电路，数字计数值的范围可以从0到16383。在这样的情况下，检测器的像素值可以是从ADC电路输出的数字计数值。在其他情况下(例如，在没有ADC电路的情况下)，像素值本质上可以是模拟的，其值是电信号的值或指示电信号的值。作为示例，对于红外成像，入射到图像检测器电路165(例如，IR图像检测器电路)并由其检测的更大量的IR辐射与更高的数字计数值和更高的温度关联。
读出电路170可用作检测图像数据的图像检测器电路165和处理由读出电路170读出的检测到的图像数据的处理部件110之间的接口，其中，由图像接口125促进数据从读出电路170到处理部件110的传送。图像捕获帧速率可以指图像检测器电路165按顺序检测/输出图像(例如，检测器每秒的输出图像)并且由读出电路170将图像提供给处理部件110的速率。读出电路170可以根据积分时间(例如，也称为积分周期)读出图像检测器电路165生成的像素值。
在各种实施例中，图像检测器电路165和读出电路170的组合可以是FPA、可以包括FPA或者可以一起提供FPA。在一些方面，图像检测器电路165可以是包括微测辐射热计阵列的热图像检测器电路，并且图像检测器电路165和读出电路170的组合可以被称为微测辐射热计FPA。在某些情况下，微测辐射热计阵列可以布置成行和列。微测辐射热计可以检测IR辐射并基于检测到的IR辐射生成像素值。例如，在某些情况下，微测辐射热计可以是热IR检测器，其检测热能形式的IR辐射并基于检测到的热能的量生成像素值。微测辐射热计可以吸收入射的红外辐射并在微测辐射热计中产生对应的温度变化。温度变化与微测辐射热计的电阻的对应变化关联。在将每个微测辐射热计用作像素的情况下，通过将每个微测辐射热计的电阻变化转换为时分复用的电信号，可以生成入射IR辐射的二维图像或图片表示。转换可以由ROIC执行。微测辐射热计FPA可以包括IR检测材料，例如非晶硅(a-Si)、氧化钒(VOx)、其组合和/或其他检测材料。在一方面，对于微测辐射热计FPA，积分时间可以是或可以指示微测辐射热计被偏置的时间间隔。在这样的情况下，较长的积分时间可以与较高的IR信号增益关联，但不收集更多的IR辐射。IR辐射可以由微测辐射热计以热能的形式收集。
在某些情况下，图像捕获部件120可以包括一个或多个滤波器，该滤波器适于使一些波长的辐射通过，但基本上阻挡其他波长的辐射。例如，图像捕获部件120可以是包括一个或多个滤波器的IR成像设备，该滤波器适于使某些波长的IR辐射通过而基本上阻挡其他波长的IR辐射(例如，MWIR滤波器、热IR滤波器和窄带滤波器)。在该示例中，这样的滤波器可用于定制图像捕获部件120以增加对期望波段的IR波长的灵敏度。在一方面，当IR成像设备被定制用于捕获热IR图像时，IR成像设备可以被称为热成像设备。其他成像设备(包括为捕获热范围之外的红外IR图像而定制的IR成像设备)可以称为非热成像设备。
在一个特定的非限制性示例中，图像捕获部件120可以包括IR成像传感器，该IR成像传感器具有响应于包括近红外(NIR)、SWIR、MWIR、LWIR和/或极长波红外(VLWIR)辐射的IR辐射的检测器的FPA。在一些其他实施例中，替代地或附加地，图像捕获部件120可以包括可以在任何消费类相机(例如，可见光相机)中找到的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或电荷耦合器件(CCD)传感器。
可包含在图像捕获部件120中的其他成像传感器包括光子混合器设备(PMD)成像传感器或其他飞行时间(ToF)成像传感器、LIDAR成像设备、RADAR成像设备、毫米成像设备、正电子发射断层扫描(PET)扫描仪、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)扫描仪、超声成像设备或以特定模式和/或光谱操作的其他成像设备。应注意，对于被配置为以特定模态和/或光谱(例如，红外光谱等)捕获图像的这些成像传感器中的一些，例如，当与一般的基于CMOS或基于CCD的成像传感器或其他成像传感器、成像扫描仪或不同模态的成像设备比较时，它们更容易产生具有低频阴影的图像。
由图像捕获部件120提供的图像或对应于图像的数字图像数据可以与相应的图像尺寸(也称为像素尺寸)关联。图像尺寸或像素尺寸通常是指图像中的像素数量，例如，对于二维图像，其可以表示为宽度乘以高度，或者以适用于图像的相关尺寸或形状其他方式表示。因此，具有原始分辨率的图像的大小可以被调整为更小(例如，具有更小的像素尺寸)，以例如降低处理和分析图像的成本。可以基于对调整了大小的图像的分析来生成滤波器(例如，非均匀性估计)。然后可以将滤波器的大小调整为图像的原始分辨率和尺寸，然后再应用于图像。
在一些实施例中，图像接口125可以包括适当的输入端口、连接器、开关和/或被配置为与外部设备(例如，远程设备155和/或其他设备)接口连接，以接收由外部设备生成或以其他方式存储在外部设备处的图像(例如，数字图像数据)的电路。在一方面，图像接口125可以包括用于提供与图像数据关联的元数据的串行接口和遥测线。接收的图像或图像数据可以被提供给处理部件110。在这方面，接收的图像或图像数据可以被转换成适合处理部件110处理的信号或数据。例如，在一个实施例中，图像接口125可以被配置为接收模拟视频数据并将其转换成合适的数字数据以提供给处理部件110。
图像接口125可以包括各种标准视频端口，其可以连接到视频播放器、摄像机或能够生成标准视频信号的其他设备，并且可以将接收的视频信号转换为适合于由处理部件110处理的数字视频/图像数据。在一些实施例中，图像接口125还可以被配置为与图像捕获部件120连接并从图像捕获部件120接收图像(例如，图像数据)。在其他实施例中，图像捕获部件120可以直接与处理部件110接口连接。
在一个实施例中，控制部件130包括用户输入和/或接口设备，例如可旋转旋钮(例如，电位计)、按钮、滑杆、键盘和/或其他设备，其适于生成用户输入控制信号。处理部件110可以被配置为经由控制部件130感测来自用户的控制输入信号并且响应从其接收的任何感测到的控制输入信号。如本领域技术人员通常理解的，处理部件110可以被配置为将这样的控制输入信号解释为值。在一个实施例中，控制部件130可以包括控制单元(例如，有线或无线手持式控制单元)，该控制单元具有适于与用户交互并接收用户输入控制值的按钮。在一种实施方式中，控制单元的按钮可以用于控制成像设备105的各种功能，例如自动对焦、菜单启用和选择、视场、亮度、对比度、噪声过滤、图像增强和/或各种其他功能。
在一个实施例中，显示部件135包括图像显示设备(例如，液晶显示器(LCD))或各种其他类型的通常已知的视频显示器或监视器。处理部件110可以被配置为在显示部件135上显示图像数据和信息。处理部件110可以被配置为从存储器部件115获取图像数据和信息，并且在显示部件135上显示任何获取的图像数据和信息。显示部件135可以包括显示电路，其可以被处理部件110用于显示图像数据和信息。显示部件135可以适于直接从图像捕获部件120、处理部件110和/或图像接口125接收图像数据和信息，或者可以经由处理部件110从存储器部件115传输图像数据和信息。在一些方面，控制部件130可以被实现为显示部件135的一部分。例如，成像设备105的触摸屏可以提供成像设备105的控制部件130(例如，用于经由轻敲和/或其他手势接收用户输入)和显示部件135。
在一个实施例中，感测部件140包括不同类型的一个或多个传感器，如本领域技术人员将理解的，这取决于应用或实施方式要求。感测部件140的传感器至少向处理部件110提供数据和/或信息。在一个方面，处理部件110可以被配置为与感测部件140通信。在各种实施方式中，感测部件140可以提供关于环境条件的信息，例如室外温度、照明条件(例如，白天、夜晚、黄昏和/或黎明)、湿度水平、特定天气条件(例如，太阳、雨和/或雪)、距离(例如，激光测距仪或飞行时间相机)和/或是否已经进入或退出隧道或其他类型的围场。感测部件140可以表示本领域技术人员通常已知的用于监测可能对由图像捕获部件120提供的图像数据产生影响(例如，对图像外观)的各种条件(例如，环境条件)的常规传感器。
在一些实施方式中，感测部件140(例如，一个或多个传感器)可以包括经由有线和/或无线通信将信息中继到处理部件110的设备。例如，感测部件140可适于从卫星、通过本地广播(例如，射频(RF))传输、通过移动或蜂窝网络和/或通过基础设施(例如，交通或公路信息信标基础设施)中的信息信标或各种其他有线和/或无线技术接收信息。在一些实施例中，处理部件110可以使用从感测部件140获取的信息(例如，感测数据)来修改图像捕获部件120的配置(例如，调整光敏感度水平、调整图像捕获部件120的方向或角度、调整光圈等)。
在一些实施例中，感测部件140可以包括温度感测部件，以提供与场景175关联的温度数据(例如，一个或多个测量的温度值)。温度感测部件可以包括一个或多个温度传感器。在某些情况下，温度传感器可以是非接触式温度传感器或接触式温度传感器。作为非限制性示例，温度传感器可以包括热敏电阻、热电偶、热电堆、高温计和/或用于提供温度数据的其他适当传感器。在某些情况下，由温度感测部件捕获的温度数据可以通过温度数据接口提供给处理部件110。温度数据接口可以接收温度数据并将温度数据转换为适合处理部件110的格式。
在一些实施例中，成像***100的各个部件可以分布在网络160上并通过网络160彼此通信。在这方面，成像设备105可以包括网络接口145，该网络接口145被配置为促进成像***100的各种部件之间通过网络160的有线和/或无线通信。在这样的实施例中，如果成像***100的特定应用需要，还可以复制部件。也就是说，被配置用于相同或相似操作的部件可以分布在网络上。此外，如果需要，则各个部件中的任何一个的全部或部分可以使用通过网络160经由网络接口145与成像***100的各种部件通信的远程设备155(例如，常规数字录像机(DVR)、被配置用于图像处理的计算机和/或其他设备)的适当部件来实现。因此，例如，处理部件110的全部或部分、存储器部件115的全部或部分和/或显示部件135的全部或部分可以在远程设备155处实现或复制。在一些实施例中，成像***100可以不包括成像传感器(例如，图像捕获部件120)，而是从位置与成像***100的处理部件110和/或其他部件分开且远离的成像传感器接收图像或图像数据。应当理解，在不背离本公开的范围和精神的情况下，成像***100的分布式实施方式的许多其他组合都是可能的。
此外，在各种实施例中，成像***100的各种部件可以根据需要或取决于应用或要求被组合和/或实施或不被组合和/或不被实施。在一个示例中，处理部件110可以与存储器部件115、图像捕获部件120、图像接口125、显示部件135、感测部件140和/或网络接口145组合。在另一示例中，处理部件110可以与图像捕获部件120组合，使得处理部件110的某些功能由图像捕获部件120内的电路(例如，处理器、微处理器、逻辑器件、微控制器等)执行。
图2示出了根据本公开的一个或多个实施例的示例图像传感器组件200的框图。然而，并非所有描绘的部件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加部件。在不脱离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对部件的布置和类型进行改变。可以提供额外的部件、不同的部件和/或更少的部件。在一个实施例中，图像传感器组件200可以是FPA，例如，实现为图1的图像捕获部件120。
图像传感器组件200包括单位单元阵列205、列多路复用器210和215、列放大器220和225、行多路复用器230、控制偏置和定时电路235、数模转换器(DAC)240和数据输出缓冲器245。在一些方面，可以根据***时钟和/或同步信号(例如，线同步(LSYNC)信号)来执行单位单元阵列205和其他部件的操作和/或与单位单元阵列205和其他部件相关的操作。单位单元阵列205包括单位单元的阵列。在一方面，每个单位单元可以包括检测器(例如，像素)和接口电路。每个单位单元的接口电路可以响应于由单位单元的检测器提供的检测信号(例如，检测电流、检测电压)而提供输出信号，例如输出电压或输出电流。输出信号可以指示由检测器接收的EM辐射的大小并且可以被称为图像像素数据或简称为图像数据。列多路复用器215、列放大器220、行多路复用器230和数据输出缓冲器245可用于提供来自单位单元阵列205的输出信号，作为数据输出线250上的数据输出信号。数据输出线250上的输出信号可以提供给图像传感器组件200下游的部件，例如处理电路(例如，图1的处理部件110)、存储器(例如，图1的存储器部件115)、显示设备(例如，图1的显示部件135)和/或其他部件，以促进输出信号的处理、存储和/或显示。数据输出信号可以是由图像传感器组件200的像素值形成的图像。在这方面，列多路复用器215、列放大器220、行多路复用器230和数据输出缓冲器245可以共同提供图像传感器组件200的ROIC(或其一部分)。在一方面，接口电路可以被认为是ROIC的一部分，或者可以被认为是检测器和ROIC之间的接口。在一些实施例中，图像传感器组件200的部件可以被实现为使得单位单元阵列205和ROIC可以是单个管芯(die)的一部分。
列放大器225通常可以表示适合于给定应用(模拟和/或数字)的任何列处理电路，并且不限于用于模拟信号的放大器电路。在这点上，列放大器225在这样的方面可以更一般地被称为列处理器。列放大器225接收的信号，例如模拟总线上的模拟信号和/或数字总线上的数字信号，可以根据信号的模拟或数字性质进行处理。作为示例，列放大器225可以包括用于处理数字信号的电路。作为另一示例，列放大器225可以是来自单位单元阵列205的数字信号穿过以到达列多路复用器215的路径(例如，不进行处理)。作为另一示例，列放大器225可以包括用于将模拟信号转换为数字信号(例如，以获得数字计数值)的ADC。这些数字信号可以提供给列多路复用器215。
每个单位单元可以接收偏置信号(例如，偏置电压、偏置电流)以偏置单位单元的检测器，从而补偿可归因于例如温度变化、制造差异和/或其他因素的单位单元的不同响应特性。例如，控制偏置和定时电路235可以生成偏置信号并将它们提供给单位单元。通过向每个单位单元提供适当的偏置信号，可以有效地校准单位单元阵列205，以响应于入射在单位单元的检测器上的光(例如，可见光、IR光)而提供准确的图像数据。在一方面，控制偏置和定时电路235可以是、可以包括逻辑电路，或者可以是逻辑电路的一部分。
控制偏置和定时电路235可以生成用于寻址单位单元阵列205的控制信号，以允许访问和从单位单元阵列205的寻址部分读出图像数据。单位单元阵列205可以被寻址，以逐行访问单位单元阵列205和从其读出图像数据，但是在其他实施方式中，单位单元阵列205可以逐列或通过其他方式寻址。
控制偏置和定时电路235可以生成偏置值和定时控制电压。在某些情况下，DAC240可以将作为数据输入信号线255上的数据输入信号或作为其一部分接收的偏置值转换成偏置信号(例如，模拟信号线260上的模拟信号)，其可以通过列多路复用器210、列放大器220和行多路复用器230的操作提供给各个单位单元。例如，DAC 240可以将数字控制信号(例如，作为位提供)驱动到用于单位单元的适当模拟信号电平。在一些技术中，0或1的数字控制信号可以分别被驱动到适当的逻辑低电压电平或适当的逻辑高电压电平。在另一方面，控制偏置和定时电路235可以生成偏置信号(例如，模拟信号)，并且将偏置信号提供给单位单元而不使用DAC 240。在这点上，一些实施方式不包括DAC 240、数据输入信号线255和/或模拟信号线260。在一个实施例中，控制偏置和定时电路235可以是、可以包括图1的处理部件110和/或图像捕获部件120，可以是图1的处理部件110和/或图像捕获部件120的一部分或可以以其他方式联接到图1的处理部件110和/或图像捕获部件120。
在一个实施例中，图像传感器组件200可以实现为成像设备(例如，成像设备105)的一部分。除了图像传感器组件200的各种部件之外，成像设备还可以包括一个或多个处理器、存储器、逻辑器件、显示器、接口、光学器件(例如，透镜、反射镜、分束器)和/或在各种实施方式中可能是适当的其他部件。在一方面，数据输出线250上的数据输出信号可以被提供给处理器(未示出)进行进一步处理。例如，数据输出信号可以是由来自图像传感器组件200的单位单元的像素值形成的图像。处理器可以执行诸如非均匀性校正(例如，平场校正或其他校准技术)空间和/或时间滤波和/或其他操作的操作。图像(例如，经处理的图像)可以存储在存储器中(例如，成像***外部或本地)和/或显示在显示设备(例如，成像***外部和/或与成像***集成)上。图2的各种部件可以在单个芯片或多个芯片上实现。此外，虽然各种部件被示出为一组单独的块，但可以将各种块合并在一起，或者图2中所示的各种块可以分成单独的块。
注意，在图2中，单位单元阵列205被描绘为8×8(例如，8行和8列的单位单元。然而，单位单元阵列205可以具有其他阵列大小。通过非限制性示例，单位单元阵列205可包括512×512(例如，512行和512列单位单元)、1024×1024、2048×2048、4096×4096、8192×8192和/或其他阵列大小。在某些情况下，阵列大小的行大小(例如，一行中的检测器数量)可以不同于列大小(例如，一列中的检测器数量)。帧速率的示例可以包括30Hz、60Hz和120Hz。在一方面，单位单元阵列205的每个单位单元可以表示像素。
红外成像***(例如，热相机)可用于使用图像传感器设备(例如，FPA)捕获与场景关联的红外图像数据。红外成像***中的空间梯度可以通过测量时间梯度(例如，温度变化率)来确定(例如，估计)。从外部变热的红外成像***(例如，当红外成像***从冷空气的外部取出到室温空气的内部时)可以表现出与温度变化率相关(例如，强相关)的空间热梯度。在这种情况下，环境温度的变化可以相对于红外成像***的另一部件(例如外壳)的温度来改变红外成像***的图像传感器设备的温度。
在红外成像***的启动(例如，其初始通电)或其他内部发热过程期间，红外成像***在内部变热。然后，对于相同的测量的变化率，空间热梯度可能不同。作为一个示例，启动可以在约五分钟后结束(例如，稳态在启动开始后约五分钟后开始)。在启动结束后，与红外成像***的各个部件关联的温度和温度变化率主要是由外部因素引起的，而不是红外成像***的内部发热引起的。补偿可以在温度变化主要由外部因素引起的启动行为和稳态行为之间进行调整。在一方面，可以使用表征与红外成像***的一个或多个部件关联的温度的模型(例如，热模型)来表示补偿。在某些情况下，这样的模型可以考虑由变化的外部温度生成的热梯度。来自一个或多个热传感器的温度数据可用作模型的输入。
使用各种实施例，即使在红外成像***表现出显著的内部发热(例如，由于红外成像***的各种部件的通电)的启动模式期间，红外成像***也可以执行温度补偿，以提供相对于不执行补偿的情况具有更高准确度(例如，更高辐射测量准确度)的温度测量。补偿可以基于来自一个或多个温度传感器的温度数据。在某些情况下，每个温度传感器可以在红外成像***的外壳内。每个温度传感器可用于测量红外成像***的部件的温度。可以基于在不同时间点由温度传感器对部件温度的测量来确定与部件关联的热梯度(例如，温度变化率)。在一些方面，补偿可以考虑红外成像***的图像传感器设备上的内部辐射，其中，图像传感器设备上的这样的内部辐射可能影响由红外成像***确定的温度(例如，对象和/或场景的其他特征/方面的温度)。在一些方面，补偿可以允许将由外部温度变化引起的梯度与启动时的内部变化不同地加以考虑。作为一个示例，红外成像***可能需要补偿场外辐射，以提供准确的辐射测量信息。
图3示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进温度补偿的示例***300。***300可以是用于捕获和处理图像的红外成像***或可以是其一部分。在一个实施例中，红外成像***可以是图1的成像***100、可以包括图1的成像***100或可以是其一部分。然而，并非所有描绘的部件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加部件。在不脱离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对部件的布置和类型进行改变。可以提供额外的部件、不同的部件和/或更少的部件。
***300包括外壳305(例如，相机机身)、一个或多个光学部件310、快门315、FPA320、一个或多个温度传感器325和温度补偿设备330。在一个实施例中，可以使用单个芯片上或分布在两个或更多个芯片上的一个或多个处理电路来实现光学部件310、快门315、FPA320、温度传感器325和/或温度补偿设备330。
外壳305可容纳光学部件310、快门315、FPA 320、温度传感器325和/或温度补偿设备330。虽然在图3中光学部件310、FPA 320、温度传感器325和温度补偿设备330被设置的外壳305内，但可以在外壳305内设置更少、更多和/或不同的部件。在一方面，外壳305可至少容纳光学部件310、FPA 320和温度传感器325。快门315和/或温度补偿设备330可设置在外壳305内或外壳305外部。
光学部件310可以通过***300的光圈340接收来自场景335的电磁辐射，并将电磁辐射传递到FPA 320。例如，光学部件310可以引导和/或将电磁辐射聚焦在FPA 320上。光学部件310可以包括一个或多个窗口、透镜、反射镜、分束器、光束耦合器和/或其他部件。光学部件310可以包括各自由材料形成并且根据期望的传输特性(例如期望的传输波长和/或射线传输矩阵特性)而适当地布置的部件。
快门315可以***作以选择性地暴露或阻挡光圈340。当快门315被定位成暴露光圈340时，来自场景335的电磁辐射可以被光学部件310接收和引导。当快门315被定位以阻挡光圈340时，来自场景335的电磁辐射被阻挡于光学部件310。在某些情况下，快门315可以在校准过程期间阻挡光圈340，其中，快门315可以用作均匀的黑体。
FPA 320包括检测器阵列和ROIC。FPA 320可以接收来自光学部件310的电磁辐射并且基于电磁辐射(例如，电磁辐射的红外分量)生成图像数据。图像数据可以包括红外数据值(例如，热红外数据值)。作为示例，FPA 320可以包括或可以联接到ADC电路，该ADC电路基于红外辐射生成红外数据值。16位的ADC电路可以生成范围从0到65535的红外数据值。红外数据值可以提供场景不同部分的温度，例如提供场景335中的对象、人和/或其他方面的温度。在某些情况下，可以根据调色板在图像中表示红外图像数据，使得图像的每个像素的视觉表示值(例如，颜色值或灰度值)指示与该像素关联的温度。例如，与场景335中的对象关联的温度可以在对应于对象的红外图像(例如，热红外图像)的像素(例如，像素的子组)中表示。红外图像数据可以被显示(例如，给用户)、存储和/或处理。在一方面，检测器阵列是检测IR辐射(例如，热IR辐射)的红外检测器阵列(例如，微测辐射热计阵列)。在一个实施例中，FPA 320可以由成像捕获部件120实现。
在FPA 320接收来自场景335的电磁辐射的操作期间，FPA 320还可以捕获来自红外成像***的一个或多个元件/部件的辐射(例如，内部辐射)。这样的辐射可以被认为是由红外成像***的元件/部件生成并在FPA 320捕获场景信息的操作期间由FPA 320捕获的非场景相关辐射/不期望的辐射。如本文进一步描述的，可以执行温度补偿以补偿这样的非场景相关辐射，因为由FPA 320生成的红外数据值部分地基于非场景相关辐射。
温度传感器325可以测量外壳305、光学部件310、快门315、FPA 320和/或***300的其他部件(图3中未示出)的温度。每个温度传感器可以是热敏电阻、热电偶和/或用于测量温度的其他热传感器。作为一个示例，红外成像***可以是包括用于测量FPA 320的温度的单个温度传感器的小型相机模块。作为另一示例，红外成像***可以包括用于测量FPA320的温度的温度传感器和用于测量透镜(其形成光学部件310的至少一部分)的温度的温度传感器。在一个实施例中，温度传感器325可以由感测部件140实现或作为感测部件140的一部分来实现。
温度补偿设备330可以接收由FPA 320生成的图像数据(例如，红外数据值)和来自温度传感器325的温度数据。温度补偿设备330可以对图像数据执行温度补偿以考虑(例如，减轻)FPA 320可能接收的可能降低FPA 320生成的图像数据的辐射测量准确度的任何辐射(例如，场外辐射、内部辐射等)。在一个实施例中，补偿可以在红外成像***表现出启动行为(例如，处于启动模式)时的补偿和红外成像***表现出稳态行为(例如，处于稳态模式)时的补偿之间进行调整。
在一方面，温度补偿设备330可以提供场景中一个或多个对象/人/特征的温度测量/值作为输出。例如，可以使用数值来提供温度测量/值。在某些情况下，替代地或附加地，温度补偿设备330可以在图像中表示这样的温度测量/值，其中，与图像的每个像素关联的温度值使用根据调色板的颜色值或灰度值来表示。温度补偿设备330通过对来自FPA 320的图像数据执行温度补偿而生成的图像可以被称为温度补偿图像。更一般地，温度补偿设备330通过对来自FPA 320的图像数据执行温度补偿而生成的输出可以称为温度补偿图像数据或温度补偿输出。可以提供温度补偿设备330的输出以进行进一步处理(例如，降噪处理、与相同或其他波段的图像融合等)、存储和/或显示。
在一个实施例中，FPA 320和温度补偿设备330可以由成像捕获部件120共同实现，其中，温度补偿设备330的输出被称为温度补偿图像数据。在某些情况下，温度补偿图像数据可以指示场景335中部分地使用温度补偿而确定的对象的温度。在某些情况下，温度补偿图像数据可以在温度补偿图像中表示。在另一实施例中，FPA 320可以由成像捕获部件120实现并且温度补偿设备330可以由处理部件110实现。在这样的实施例中，来自成像捕获部件120的图像数据可以被提供给处理部件110(例如，经由图像接口125)和由处理部件110对图像数据执行的温度补偿，以获得温度补偿图像数据。在某些情况下，红外成像***的用户可以能够访问由FPA320(例如，在补偿之前)生成的图像数据和温度补偿图像数据。在其他情况下，红外成像***的用户可以只能访问温度补偿图像数据。
在一个或多个实施例中，由温度补偿设备330执行的温度补偿可以基于辐射在FPA320上的红外成像***的一个或多个部件的温度。由于部件辐射到FPA 320上，所以部件的温度可能会影响FPA 320捕获的图像数据。在一些方面，这样的部件位于红外成像***的外壳305内。因此，这样的部件的温度提供了红外成像***的内部温度。
对于这些部件中的一些部件，可以使用一个或多个温度传感器325直接测量部件的温度。作为非限制性示例，温度传感器可以设置在FPA 320、外壳305和/或将光引导到FPA320的透镜(例如，光学部件310的一部分)上。其他部件可以没有用于测量它们的温度的温度传感器。可以部分地基于来自温度传感器325的温度数据(例如，温度测量)来确定(例如，估计、建模)这些其他部件中的一个或多个的温度。作为非限制性示例，这些部件可以包括外壳305(例如，当外壳305没有测量其温度的温度传感器时)、将光引导到FPA 320的透镜和/或快门315。在某些情况下，由于空间考虑(例如，部件周围和/或外壳内的空间有限、在部件上设置温度传感器会阻挡通向FPA 320的光路等)、功率考虑(例如，每个设置的温度传感器都需要功率进行操作)和/或其他考虑，温度传感器可以不设置在每个部件自身上。因此，使用各种实施例，由温度补偿设备330执行的温度补偿可以基于来自温度传感器325的一个或多个部件的温度数据(例如，温度测量)和基于来自温度传感器325的温度数据而确定(例如，通过适当的建模)的一个或多个其他部件的温度。
作为一个非限制性示例，用于将红外成像***的在空间上变化的内部温度描述为来自温度传感器325的温度数据和温度数据的时间变化(例如，温度测量的变化率)的函数的一般模型可以由以下等式提供：
Figure BDA0003664512590000221
其中，Ti是红外成像***的第i个部件的温度，N≥1是温度传感器的数量，Aij和Bi是用于将Ti确定为来自N个温度传感器中的每一个的温度测量TSj的函数的模型参数，其中，j＝0,…,N-1，并且Cij是确定红外成像***的第i个部件的温度Ti对由N个温度传感器中的每一个提供的温度测量的变化率dTSj/dt的相关性的模型参数。在这点上，红外成像***的第i个部件的温度Ti取决于其温度由温度传感器325测量的红外成像***的部件的温度和其温度变化率。除环境温度之外的其他环境条件，例如湿度，可能会影响辐射。在某些方面，模型可以考虑可能会影响内部辐射的湿度水平和/或其他大气/环境测量。
作为一个示例，红外成像***可以是包括用于测量FPA 320的温度的单个温度传感器的小型相机模块。一个或多个其他部件(例如，外壳305、快门315和/或透镜)的温度可以至少基于单个温度传感器对FPA 320的温度测量来确定。在这方面，参考等式(1)，温度测量TSj来自单个温度传感器，并且变化率dTSj/dt可以从温度测量导出，并且其温度Ti被确定/建模的部件可以包括外壳305、快门315和/或透镜。
作为另一示例，红外成像***可以包括用于测量FPA 320的温度的温度传感器和用于测量透镜的温度的温度传感器。其他部件(例如，外壳305和/或快门315)的温度可以至少基于FPA 320和透镜的温度测量来确定。在该示例中，参考等式(1)，温度测量TSj来自两个温度传感器并且变化率dTSj/dt从温度测量导出，并且其温度Ti被确定/建模的部件可以包括外壳305和/或快门315。在某些情况下，例如当外壳305和快门315彼此靠近和/或使用相同或相似的材料实现时，外壳305和快门315的温度Ti可以假定为相同。注意，在某些情况下，快门315的温度(例如，无论是使用温度传感器测量还是被建模)可以用作校准过程的一部分。
在一方面，参数Aij和Bi是恒定参数(例如，随时间保持恒定)而参数Cij可以是时间相关参数。在这方面，在启动或其他内部发热过程时，参数Cij可以从启动行为连续变化到稳态行为。作为示例，除了启动之外，内部发热过程可能由红外成像***的操作模式的改变引起，例如与FPA 320关联的帧速率的改变，这可能会导致内部发热的改变。作为另一示例，内部发热过程可能由接通/关断或以其他方式改变功率耗散电子设备(例如，靠近FPA 320的图像处理器)引起。作为非限制性示例，参数Cij可以通过下式提供：
Figure BDA0003664512590000231
其中，t＝0可以是启动或其他内部发热过程的开始时间。在某些情况下，可以根据经验确定参数a以允许Cinit和Cfinal之间的适当转变。作为示例，对于Cinit和Cfinal之间的平滑转变，参数a被选择为2。参数t0提供与从启动走向稳态关联的特征时间常数。Cfinal和Cinit之间的比率可以表征启动发热和由于外部原因(例如，环境温度的变化)的发热/冷却之间的差异。作为一个示例，取决于被建模的红外成像***，Cfinal和Cinit之间的比率可以是5或更大，因此显示了区分启动发热和从外部发热/冷却以准确补偿的重要性。
作为另一非限制性示例，参数Cij可以通过下式提供：
Figure BDA0003664512590000232
其中，t＝0可以是启动或其他内部发热过程的开始时间。在这方面，参数Cij是分段函数，其中，参数t0提供与从启动到稳态的转变关联的特征时间常数。
作为另一非限制性示例，参数Cij可以通过下式提供：
Figure BDA0003664512590000241
其中，t＝0可以是启动或其他内部发热过程的开始时间，参数t0可以提供与从启动到稳态的转变关联的特征时间常数，并且参数τ可以确定转变的时间尺度。在等式(4)中，对于t的较低值，Cij(t)≈Cinit，并且对于t的较高值，Cij(t)≈Cfinal。
如上所述，可以使用许多不同的模型来描述参数Cij。等式(1)到(4)中提供的时间相关性允许自适应模型(例如，等式(1)、(2)和(4)是连续适应模型)，其在启动行为和稳态行为之间进行区分和转变。红外成像***在启动模式和稳态模式下操作所花费的时间量可以部分地基于形成红外成像***的架构/部件。在某些情况下，该时间量可以进一步基于红外成像***接通时的环境温度。作为一个示例，红外成像***在接通红外成像***后可以主要表现出约四分钟到六分钟的启动行为。
可以在红外成像***或其一部分的制造过程和/或校准过程期间确定参数Aij、Bi和Cij(包括取决于模型的Cinit、Cfinal、t0和τ)。在某些情况下，参数Aij、Bi和/或Cij可以是与单个相机或一排相机关联的制造参数。作为一个示例，红外成像***的校准可以基于使用红外成像***来捕获具有已知温度和/或红外成像***的部件保持在已知温度的对象的图像。在稳态操作期间(例如，在启动过程或其他内部发热过程之后)，参数Cij可以和恒定参数Aij和Bi一起被认为是恒定参数(例如，对于等式(2)，对于大t，项exp(-t/t0)a＝0，因此对于大t，Cij(t)≈Cfinal)，因此，等式(1)提供的模型在恒定参数Aij、Bi和Cij的情况下可以是准确的。
在一个非限制性示例中，参数Aij、Bi和Cfinal可以在稳态操作期间确定。为了达到稳态操作，红外成像***可以被接通和保持接通，使得红外成像***表现出红外成像***的温度变化主要由外部因素引起的稳态行为。此时，Cij(t)≈Cfinal。外部温度，例如环境温度和/或场景中的对象的温度，可以是已知的和/或可以被控制，以促进参数Aij、Bi和Cfinal的确定。在确定参数Aij、Bi和Cfinal后，可以接通红外成像***并考察其启动过程以确定Cinit。可以使用确定参数Aij、Bi和/或Cij的其他方式。例如，在某些情况下，可以至少部分地在启动期间确定参数Aij和/或Bi。
尽管在前述中，参数Aij和Bi随着时间是恒定的并且参数Cij是时间相关的，但在某些情况下，参数Aij和/或Bi可以是时间相关的。此外，虽然等式(1)中提供的模型提供了三个项，每个项与参数Aij、Bi或Cij中的一个关联，但其他模型可以涉及少于或多于三个项和/或涉及与多个参数关联的一个或多个项。在某些情况下，根据与红外成像***关联的初始条件，参数可能具有不同的值。作为示例，如果红外成像***在较冷的环境温度下接通，则相对于在较暖的环境温度下接通，红外成像***在启动模式下的操作时间可能更长。可以使用不同的初始条件来校准红外成像***，并且诸如参数t0的参数可以根据初始条件而具有不同的值。例如，在启动期间，红外成像***可以确定初始条件并选择与由红外成像***确定的初始条件最接近的初始条件关联的参数t0(在校准期间确定)。在其他情况下，可以定义模型使得参数与初始条件无关。
通过考虑启动行为和稳态行为的建模执行温度补偿，例如通过使用等式(1)和(2)提供的模型，允许红外成像***甚至在启动期间也提供高辐射测量准确度(例如，温度确定)。在这点上，红外成像***的用户可以避免必须等到启动行为结束(例如，取决于红外成像***，这可能需要五分钟或更长时间)才从红外成像***获得准确的辐射测量。
图4示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进温度补偿的示例过程400的流程图。尽管为了解释的目的，过程400在本文中主要参考图3的***300来描述，但是可以关于其他***执行过程400以促进温度补偿。注意，图4中的一个或多个操作可以根据需要组合、省略和/或以不同的顺序执行。
在框405处，FPA 320捕获辐射(例如，红外辐射)。辐射可以包括来自场景335的辐射以及来自红外成像***的一个或多个元件的辐射。来自元件的辐射可以被认为是在FPA320捕获场景信息的操作期间由FPA 320捕获的非场景相关辐射/不期望的辐射。可以执行温度补偿以补偿这样的非场景相关辐射，因为由FPA 320生成的红外数据值部分地基于非场景相关辐射。作为非限制性示例，元件可以包括外壳305、快门315或透镜元件(例如，光学部件310的一部分)。在某些情况下，为了到达FPA 320，辐射(例如，来自场景335)可以传播通过由一个或多个光学部件310形成的红外成像***的光路。
在框410处，FPA 320响应于辐射生成图像数据(例如，红外图像数据)。在某些情况下，FPA 320和/或联接到FPA 320的电路可以将辐射转换成电信号(例如，电压、电流等)并基于电信号生成图像数据。图像数据可以包括像素值。可以根据基于从转换捕获的辐射获得的电信号生成的数字计数值来表示像素值。例如，在FPA 320包括或以其他方式联接到ADC电路的情况下，ADC电路可以基于电信号生成数字计数值。对于可以使用14位表示电信号的ADC电路，数字计数值的范围可以从0到16383。在某些情况下，FPA 320可以根据调色板在图像中表示图像数据。图像的给定像素可以具有指示像素的温度的视觉表示值(例如，颜色值或灰度值)。例如，与场景335中的对象关联的温度可以在由对应于对象的图像数据形成的红外图像(例如，热红外图像)的像素中表示。与对象相关的该温度可以称为未补偿温度。
在框415处，温度传感器325确定FPA 320的温度。在某些情况下，温度传感器325可以确定红外成像***的其他部件(例如外壳305和/或快门315)的温度。作为一个示例，温度传感器325可以仅包括设置在FPA 320上并用于测量FPA 320的温度的温度传感器。作为另一示例，温度传感器325可以至少包括设置在FPA 320上并用于测量FPA 320的温度的温度传感器和设置在快门315上并用于测量快门315的温度的温度传感器。
在框420处，温度补偿设备330基于来自温度传感器325的温度数据确定与辐射到FPA 320上的红外成像***的元件关联的温度。在某些情况下，对于给定元件，与该元件关联的温度可以基于FPA 320的温度和FPA 320的温度变化率。在某些情况下，温度数据可以包括除FPA 320之外的红外成像***的其他部件(例如，由温度传感器测量)的温度和温度变化率。
在一个实施例中，补偿可以在红外成像***表现出启动行为(例如，处于启动模式)时的补偿和红外成像***表现出稳态行为(例如，处于稳态模式)时的补偿之间调整。在一方面，为了在启动模式中的补偿和稳态模式中的补偿之间进行调整，与元件关联的温度可以根据等式(1)建模。注意，红外成像***的元件的温度是否为温度补偿的目的被建模可以基于元件的辐射在FPA 320上的相对贡献。如果元件被确定(例如，通过模拟、建模或其他方式)为对FPA 320捕获的辐射的影响可以忽略不计，则可以忽略该元件用于温度补偿的目的。元件是否被认为具有可忽略的影响通常取决于应用(例如，辐射测量准确度要求、功率要求)、计算资源等。
在框425处，温度补偿设备330基于图像数据、与元件关联的温度和FPA 320的温度来确定与场景335中的对象关联的温度。与对象关联的该温度可以称为补偿温度。在这点上，与对象关联的温度可以被称为温度补偿设备330的温度补偿输出。由温度补偿设备330执行的温度补偿可以为了补偿在框405处捕获的来自红外成像***的一个或多个元件的辐射。在某些情况下，来自场景335的辐射可以被认为是有用的或目标图像数据，而来自一个或多个元件的辐射可以被认为是噪声或不期望的图像数据。与对象关联的温度可以进一步基于FPA 320的温度变化率。在某些情况下，与对象关联的温度可以基于红外成像***的其他部件的温度和温度变化率。在一方面，温度补偿设备330可以生成温度补偿图像数据。在某些情况下，温度补偿图像数据可以在图像中表示，该图像可以被称为温度补偿图像。
尽管前面描述了与捕获红外图像数据实时或近实时地补偿红外图像数据，但是可以将红外图像数据存储(例如，在存储器部件115中)用于在以稍后时间获取和补偿。在某些情况下，红外图像数据可以与指示红外图像数据被捕获和存储的时间的时间戳关联。也可以存储在时间戳指示的时间或前后捕获的温度数据。利用红外图像数据和对应的温度数据，可以在稍后时间对红外图像数据进行补偿。在某些情况下，替代在捕获红外图像数据的时间前后执行的补偿或除此之外，可以在稍后时间执行补偿。作为示例，例如由等式(1)和(2)提供的热模型可以被改进(例如，以更高的准确度确定Aij、Bi和/或Cij)，使得稍后时间的补偿可以与比在改进之前使用热模型的补偿更高的辐射测量准确度关联。
在适用的情况下，本公开提供的各种实施例可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。同样在适用的情况下，本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以组合成包括软件、硬件和/或两者的复合部件，而不背离本公开的精神。在适用的情况下，本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以被分成包括软件、硬件或两者的子部件，而不背离本公开的精神。此外，在适用的情况下，可以设想软件部件可以实现为硬件部件，反之亦然。
根据本公开的软件，例如非暂时性指令、程序代码和/或数据，可以存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还可以设想，可以使用联网和/或不联网的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机***来实现本文中识别的软件。在适用的情况下，本文描述的各个步骤的顺序可以改变、组合成复合步骤和/或分成子步骤，以提供本文描述的特征。
前述描述并非旨在将本公开内容限制为所公开的精确形式或特定使用领域。上述实施例说明但不限制本发明。设想本发明的各种替代实施例和/或修改，无论是在本文中明确描述还是暗示，根据本公开内容都是可能的。因此，本发明的范围仅由随附的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种红外成像***，包括：
焦平面阵列(FPA)，所述焦平面阵列被配置为捕获来自场景的辐射并基于所述辐射生成红外图像数据，其中，在捕获来自所述场景的辐射期间，所述焦平面阵列还捕获来自与所述红外成像***关联的元件的辐射；
第一温度传感器，所述第一温度传感器被配置为确定所述焦平面阵列的温度；和
处理电路，所述处理电路被配置为：
至少部分地基于所述焦平面阵列的温度确定与所述元件关联的温度；和
基于所述红外图像数据、与所述元件关联的温度以及所述焦平面阵列的温度，确定与所述场景中的对象关联的温度。
2.根据权利要求1所述的红外成像***，其中，所述元件包括外壳，其中，所述焦平面阵列和所述第一温度传感器设置在所述外壳内，并且其中，与所述对象关联的温度还基于所述红外成像***是正在启动条件下操作还是正在稳态条件下操作。
3.根据权利要求1所述的红外成像***，其中，所述元件包括外壳、快门或透镜，其中，所述红外图像数据指示与所述对象关联的温度估计，并且其中，所述处理电路被配置为通过至少部分地基于所述焦平面阵列获得所述对象的温度的温度来补偿来自所述元件的辐射，来确定与所述对象关联的温度。
4.根据权利要求1所述的红外成像***，其中，与所述元件关联的温度还基于所述焦平面阵列的温度变化率。
5.根据权利要求4所述的红外成像***，其中，与所述元件关联的温度基于所述焦平面阵列的温度与第一参数的乘积以及所述焦平面阵列的温度变化率与第二参数的乘积。
6.根据权利要求5所述的红外成像***，其中，至少所述第二参数是时间相关参数。
7.根据权利要求1所述的红外成像***，还包括外壳，其中：
所述元件包括快门；
所述处理电路还被配置为部分地基于所述焦平面阵列的温度，确定与所述外壳关联的温度；并且
所述处理电路被配置为还基于与所述外壳关联的温度，确定与所述对象关联的温度。
8.根据权利要求1所述的红外成像***，还包括外壳和被配置为确定所述外壳的温度的第二温度传感器，其中，所述元件包括透镜，并且其中，所述处理电路被配置为基于所述外壳的温度和所述焦平面阵列的温度，确定与所述透镜关联的温度。
9.根据权利要求8所述的红外成像***，其中，所述处理电路被配置为基于所述外壳的温度、所述外壳的温度变化率、所述焦平面阵列的温度以及所述焦平面阵列的温度变化率，确定与所述透镜关联的温度。
10.根据权利要求9所述的红外成像***，其中，与所述透镜关联的温度基于所述焦平面阵列的温度与第一参数的乘积、所述焦平面阵列的温度变化率与第二参数的乘积、所述外壳的温度与第三参数的乘积以及所述外壳的温度变化率与第四参数的乘积。
11.根据权利要求1所述的红外成像***，其中，所述焦平面阵列包括被配置为捕获来自所述场景的辐射的微测辐射热计阵列，并且其中，所述焦平面阵列在捕获来自所述场景的辐射期间还捕获来自所述元件的辐射。
12.一种方法，包括：
通过焦平面阵列(FPA)捕获来自元件和来自场景的辐射；
通过所述焦平面阵列基于所述辐射生成红外图像数据；
确定所述焦平面阵列的温度；
至少部分地基于所述焦平面阵列的温度，确定与所述元件关联的温度；和
基于所述红外图像数据、与所述元件关联的温度和所述焦平面阵列的温度，确定与所述场景中的对象关联的温度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述元件包括红外成像***的外壳，其中，所述焦平面阵列设置在所述外壳内，并且其中，与所述对象关联的温度还基于所述红外成像***是正在启动条件下操作还是正在稳态条件下操作。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，与所述元件关联的温度还基于所述焦平面阵列的温度变化率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，与所述元件关联的温度基于所述焦平面阵列的温度与第一参数的乘积以及所述焦平面阵列的温度变化率与第二参数的乘积。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，至少所述第二参数是时间相关参数。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括确定与外壳关联的温度，其中，所述元件和所述焦平面阵列设置在所述外壳内，并且其中，与所述对象关联的温度还基于与所述外壳关联的温度。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括使用温度传感器测量外壳的温度，其中，所述元件、所述焦平面阵列和所述温度传感器设置在所述外壳内，并且其中，与所述元件关联的温度基于所述外壳的温度和所述焦平面阵列的温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，与所述元件关联的温度基于所述外壳的温度、所述外壳的温度变化率、所述焦平面阵列的温度以及所述焦平面阵列的温度变化率。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，与所述元件关联的温度基于所述焦平面阵列的温度与第一参数的乘积、所述焦平面阵列的温度变化率与第二参数的乘积、所述外壳的温度与第三参数的乘积以及所述外壳的温度变化率与第四参数的乘积。
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