CN1192313A - 具有快速响应校准装置的热传感*** - Google Patents
具有快速响应校准装置的热传感*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN1192313A CN1192313A CN96195964A CN96195964A CN1192313A CN 1192313 A CN1192313 A CN 1192313A CN 96195964 A CN96195964 A CN 96195964A CN 96195964 A CN96195964 A CN 96195964A CN 1192313 A CN1192313 A CN 1192313A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detector
- array
- radiation
- emitting device
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 48
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 56
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 52
- 230000006870 function Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- -1 cadmium mercury tellurides Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 claims description 3
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 230000001915 proofreading effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005457 Black-body radiation Effects 0.000 abstract 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 14
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 235000019633 pungent taste Nutrition 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000287181 Sturnus vulgaris Species 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 208000002173 dizziness Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- PICXIOQBANWBIZ-UHFFFAOYSA-N zinc;1-oxidopyridine-2-thione Chemical class [Zn+2].[O-]N1C=CC=CC1=S.[O-]N1C=CC=CC1=S PICXIOQBANWBIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
- H04N25/671—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
- F41G7/001—Devices or systems for testing or checking
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
- F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
- F41G7/22—Homing guidance systems
- F41G7/2253—Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
- F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
- F41G7/22—Homing guidance systems
- F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
- F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
- H04N23/23—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only from thermal infrared radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
- H04N5/33—Transforming infrared radiation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Abstract
热传感***(10)包括对于辐射而产生检测器相关响应的光检测器(14)阵列。个别的检测器的特性的变化产生破坏图象或其它响应的固定图象噪声。可切换的反射镜(M1)可在位置(Pcal),把从发光二极管(20)来的红外辐射导向检测器阵列(14)。二极管(20)既可以是负的也可以是正的光的辐射器,发送的光通量被用电流控制,以便均衡在比环境温度高或低的温度范围内的黑体辐射。包括涉及到信号响应的入射强度的校正关系函数从每一个检测器中得出。此外,反射镜(M1)可在观测位置(Pobs),红外辐射从远场景到达检测器阵列(14)。利用前面导出的各个的校正关系,将检测器信号转换成校正的光通量,并获得减小了固定图形噪声的图形或响应。
Description
本发明涉及热传感***,尤其是采用光检测元件阵列的成象与非成象***。
热成象***在已有技术中已属于公知。这样的成象***中可以包括串行或并行的处理。在串行的处理中的场景被扫描并且每一个场景的成分被顺序地聚焦在一个检测器上。但是如果小型化被认为是重要的话,这种***就很难设计了,因为这种传感机制很难被采用到轻型成象器。另外一种用于区域成象的设计是采用许多个检测器,以便同时地取样场景的分别的部分。这种***的一个主要缺点是,从入射的红外光束到输出信号(检测器信号)的转换功能对于检测部件特别敏感。这将导致一个图象受到来自检测部件内部和与检测部件无关的信号源的固定噪声的影响而劣变。在该光学***中的不完善性(例如晕映)和在相关电子线路中的变异是与检测部件无关的例子。光的检测器信号源在其特性(例如面积,量子效率或截止光波长)或动态不稳定性(例如温度,偏置电压和动态阳极电阻在整个时间段上的漂移)上可能会出现静态的变异,使得有必要作规则的阵列重新校准。此外,I/f噪声将引入随着校准之间的周期而增加的误差。在测量一个场景中的绝对辐射强度的"监盯"应用中,对于检测器之间的变异的校准尤为必要。扫描成象器仅测量跨越一个场景的强度中的变换。因此从一个监盯(staring)阵列输出图象的对比度是很差的。
非成象热敏检测器在已有技术中也是公知的。它们在例如机器人和导弹的导航***中有所应用,在这些应用中,人们不需要了解检测器的输出。实际的检测单元与上面描述的成象***的检测单元相似。但是,在非成象***中的一个目标(机器人或导弹)被设计成响应出现在检测器上的特定的信号。这种识别特征可随其复杂性而改变。例如,模式识别可与许多可选择的响应相关联,或一个低复杂性的反射能够导致引导实现特征检测器响应。这种监盯阵列特别适用于满足导弹发送的轻重量的要求。但是,在这种导弹中的检测器***要经受在飞行中由于导弹的锥形桶的加热引起的温度的巨变。为了保持可接受的精确度,需要时常重新校准。
在期刊SPIE 57222(1985)中,P.N.J.Dennis等人公开了一个采用检测器阵列的成象***。其中作者描述了与一个硅电荷耦合器件(CCD)相接口的二维闭封的镉汞碲化物检测器阵列。入射到检测器上的红外光激发出的响应信号注入到CCD中并在一个时间周期(监盯时间)上积分。随后的信号处理***旨在处理起因于红外场景的低对比度和检测器元件响应的不均匀性的根本性的问题。这种不均匀性校正是由把阵列暴露到两个不同的温度的均匀的场景实现的,用一个反射镜装置,将场景引入光路径通过强制出一个均匀的场景。从激励的红外光束和检测器响应的测量得出用于每一个单独的检测器的校正因数,以便得出一个均匀的图象。信号响应线性地凝合于入射光的强度和用于描述在阵列中的每一个检测器的传输函数的偏移和梯度。响应所有检测器的所有的信号值因此能够被转换成校正的入射光束值。这种方式的阵列校正被周期地执行(可能是小时的或每天地)并将更新的校正用于随后的测量。这样来补偿I/f噪声和由于例如温度变化引起的检测器参数在时间周期上的漂移。
这种传感***的缺点在于,可能的基准温度的信号源限制了速度和紧凑性。如果使用实体分离的基准传感,则传感器就需要使用相当复杂庞大的光学***。可以通过帕尔帖(Peltier)冷却的/加热的基准平面来提高替换的基准温度,但是这将使得温度的调节时间加长而导致加长校正过程。
这些技术的组合在美国专利4419692中公开。该专利考虑的是采用多检测器扫描热成象,这已经拥有了一个庞大的扫描机械,而且在基准***的体积减小方面没有获得特别的好处。扫描热成象器经常和检测器单元阵列一起使用,以便增加灵敏度。因此必须将均匀性校正结合到信号的处理中。在观察之下,通过操作者的操作允许多个热-电基准之一的变化,装置中在场景中出现的热感范围上的误差被减低,以便在这场景热感范围的中心点提供一个基准电平。用于提供第三个基准的帕尔帖冷却器在场景中变化,以便用于将校正技术适用于每一个特定的场景的特征。不同于上面的Dennis***的两个基准,而是采用了三个基准:一个基准温度提供了一个直流电平,该直流电平作为由扫描图像检测出的交流温度变化的基准而另外的两个基准提供了用于检测器阵列的均匀性校正。
同样采用扫描热成象器的校正技术在英国专利2225914A中也有公开。它采用的是单一的基准光源,免除了需要附加光部件,来将不同的光源引入到光路中。提供不同的反射性能区域的镀膜盘在单一的基准光源和热成象器之间转动。反射性的差异的出现实现从光源发送到成象器的辐射光的不同的性质。所以,不同的实效的温度可被用作基准。盘的机械旋转同步于扫描机械,以便使得基准温度只在不扫描的期间内被传送到热成象器。但是,这种技术仍然需要用于盘的旋转和场景扫描的机械运动的机构。总之,成象器仍然是笨重而不适于某些用途。而且,对于可以结合到盘的不同的反射部分的数目是有限的。每一个光束的电平必须被观看足够的时间,以便允许成象器调节以进行新的读出,而且这些盘的大多数必须是未经镀膜的,以便对应于观看场景的时间需要。
本发明的目的是提供另一种形式的热传感***。
本发明提供一种包括光检测部件阵列的热传感***,其特征在于它包括:一个可变发光装置,用于提供为了校正目的的阵列照明,和一个切换装置,用于在***的场景观察模式和检测器校正模式之间进行切换,该可变发光装置具有在小于10秒钟的一个设置时间内在一个稳定状态值的10%之内变化的光通量的发送。
本发明提供的优点在于,它能够提供紧凑的结构,并能够提供对于检测器部件的快速、频繁和精确的校正的装置。
该可变发光装置最好是可电控的,并且是在小于1秒钟的一个设定时间内能够在一个稳定值的1%之内调节通量的辐射强度。如果可变照明装置是最佳实施例的一个半导体装置而且是可电偏置的既能够提供正的也能够提供负的红外照明辐射的一个红外发光二极管(IR LED)的话,就能够提供在限度内的操作。P.Berdahl等人在杂志"红外物理"29(2-4)667(1989)中解释了正发光是当红外辐射的热均衡受到某些激发机制的干扰时一种从物体发出辐射增加。类似地,负发光是在相关均衡热辐射发出的一种辐射减小。理想的IR LED在发送强度和偏置强度之间有预定的关系。这就提供了快速校准的能力。在这种实施例中的***能够实现提供自身更为精确和均匀的校准,因而有可能使用已有技术中的热传感器的相似的时标。已有技术的热传感器的一个缺点在于检测器的不均匀性是在感性趣的温度范围上的非线性,并且这种非线性的校准需要至少三个基准场景,以便将辐射发射到检测器上。IR LED的快速设置提供用于一系列将被使用在不均匀校准中的不同强度的基准光通量,所以该响应入射光通量的相关各个检测器的校准函数能够被适用于不呈现线性的多项式展开。
而且,具有这些特性的IR LED能够提供选择在环境温度上下的一个基准温度。它可以覆盖比通常使用的Petier冷却器更大的温度范围。在实际中,Petier冷却器反相运行达到高于环境温度,并且该覆盖的温度范围只是几十度。一个IR LED能够进行激发的温度远远超出Petier冷却器/加热器的温度范围。
在使用检测器元件阵列的扫描和监盯热传感器中的这些优点是显见的,而本发明并不局限于此。但是,当IR LED被用于提供一个监盯阵列的均匀校准时,这些优点更为重要。一个已经采用紧凑结构和更大的精度的监盯热传感器的重要性在于增强通常实现的低对比度。在不增加体积而改进对比度是一个优点,它在监盯热成象器和类似的非成象传感器中扩大了实用性。
切换装置最好是使得检测器阵列接收在场景的观察期间来自可变发光装置的辐射。在一个实施例中,切换装置可在其中辐射从入射在检测器上的观察下的第一构型和其中出自可变发光装置的辐射入射到检测器上的第二构型之间切换。这种切换提供了这样的优点,即把检测器阵列所闲置的时间降低到只是在两种构型中的切换的时间。而已有技术中的具有n个实体分离基准的场景则要求提供n+1中不同构型的一个切换装置。
本发明的热传感***可以包括一个计算机,从响应可变发光装置的检测器输出导出用于在阵列中的每一个检测器的一个校准函数,并据此校准检测器响应一个观测场景的检测器输出。这就提供一个快速计算的优点,使得本发明的热传感***结合任何实际的检测器阵列。更具体地说,当着辐射光源是以预定的强度用于提供红外光通量的可变发光装置时,计算机可被用于计算入射在阵列的检测器上的红外辐射的强度(Fi)和电信号响应幅值(Sm)之间的关系。在场景观测的过程中,该计算机还被用于把得出的关系作为一个校准应用于从检测器输出的信号。可变发光装置可被用于至少以三种不同的强度发射用于阵列校准目的的辐射,且计算机通过将预定的辐射强度凝合于作为一个至少二阶幂扩展的检测信号响应来校准在阵列中的每一个检测器。以此方式利用上述的快速响应的优点,能够得到在前述的入射光通量强度的范围上的精确(非线性)的校准因数。
计算机最好是采用从入射光通量和检测器响应之间得出的关系,并将一个均匀的校准加到阵列信号响应。在成象***中,该计算机还被用于把校准的信号传送到一个用于显示的装置,该用于显示的装置用来指示来自每一个对应于检测器阵列中的图象中的位置的检测器的信号的强度。
该计算机最好以时间间隔刷新在入射光通量和每一个检测器信号响应之间的关系并将刷新的关系用于随后的观察。这将提供减低检测器在整个时间段上的漂移的影响的优点。在这一个实施例中,计算机用于比每小时一次更频繁地刷新导出的在入射光通量和每一个检测器响应之间的关系。与该I/f噪声相关的漂移本身就能够将高性能的2D检测器阵列的灵敏度在一小时内减半。刷新的频率可被自适应于所观测的场景。刷新频率要适当是在于检测器性质场景温度的改变随着场景温度的改变使得先前的均匀校准不精确。清晰度将因此随着在场景中的平均温度的改变的速率正比地损失,为了分辨小的温度差,因此需要频繁的刷新。在已有技术的成象器中,帕尔帖冷却器所要求的设定时间禁止这样频繁的检测,且会由于高温场景导致严重的失真。在非成象的导弹回收***中,伴随导弹的发送而由环境温度的快速变化引入的误差可以采用根据本发明的检测器阵列的频繁的校准而被克服。已有技术中的回收***是通过在分离的冷和热基准场景之间的快速切换而作频繁校准的,但是这样的切换机构为减小体积方面会使造价增加。单一光源的IR LED简化了频繁的校准且不需要这样的切换机构。
IR LED可用于发送基准通量,使该基准通量覆盖从观察下的场景发出的辐射所覆盖的相似的范围。这将提供用于从一个观测场景的基准的辐射特征得出的均匀校准。这将使得误差的校正在实际测量的范围中最为有效。IR LED的动态范围使得一个结合这种基准光源的成象器能够实现一个宽范围变化的有效的成象。
在一个进一步的实施例中的计算机能够被用于根据检测器输出的信号控制通过IR LED的电流。在第一中情景中可被控制的电流响应未被校正的信号而随后响应入射光通量强度的校正值。所提供的优点是,校准的光通量自动地被控制成为所观测的场景的特征。已有技术的传感器不具有这样的灵便性并且基准温度场景可能不具有与所观测的场景的任何关系,而因此是不精确的校准。当在小的背景差异是重要的时候,这一优点尤其重要。
尤其是,可变发光装置可以是镉汞碲化物发光二极管或例如InAISb,InGaSb的一种铟锑化物基材料的发光二极管。
本发明还进一步提供了将均匀校正加到包括一个光检测元件的阵列的一个热传感***的方法。它包括步骤:
(a)利用来自可变发光装置的红外辐射照射检测器阵列,该装置的发光可在小于10秒的调节时间在小于选择值的10%内而被调节,该可变发光装置还具有预定的光通量输出特征。
(b)从对于预定的光通量输出响应得出用于在阵列中的每一个检测器的校正因数。
(c)当来自观测的场景的红外辐射入射到检测器阵列上时,把校正因数用于来自阵列检测器的输出信号。
本发明提供的优点在于,能够利用适用于在热传感***操作的环境中要求的精度和速度计算和使用均匀的校正。
步骤(a)和(b)能够以时间间隔重复,以便刷新在步骤(b)中导出的校正因数,并因此得到附加的优点在于,能够以适应于***操作要求的频率刷新均匀的校正。
在步骤(a)中的阵列辐射至少可以用三种来自可变发光装置的不同预定光通量强度和在步骤(b)中通过把对于幂级数扩展的入射辐射强度拟合于至少检测器信号响应的平方项得出的校正因数加以实现。如此提供的优点是,可处理在检测器中的对于可能从观测场景发出的辐射强度范围上的入射光通量的响应的非线性。
为了对于本发明有更完整的了解,现参考附图说明实施例。
图1示出了提出的采用负/正发光装置执行均匀校正的操作模式。
参考图1,其中示出了用数字10表示的在成象装置中的一个热传感***。***10包括聚焦红外辐射的物镜L1,从一个观测场景(未示出)辐射的入射光线11和12入射到微检测器14的一个二维阵列上。双位置反射镜M1或是在观测位置Pobs(由虚线指示),或是在它的校准位置Pcal(由实线指示)。当着反射镜M1是在位置Pobs时,则由透镜L1聚焦的辐射的光路对应于在光线16、17和18、19之间的区域。一个铟锑化合物发光二极管(LED)20安装在一个帕尔帖冷却/加热器装置22之上。经过从反射镜M1在它的位置Pcal的反射,透镜L2把从LED 20发出的辐射送到检测器阵列14。辐射光束的路径在光线24、25、17和26、27、19中继续。计算机处理来自检测器阵列14的信息,传送信息到显示装置并控制对于LED20的电流的输入。
当着暴露于一个IR光束时,检测器阵列14以响应阵列电信号Sn(1≤n≤N)响应,其中的Sn是来自在阵列中的第n个检测器信号,而N是在阵列中的检测器的总数。
在辐射均衡的情况中,IR LED 20将辐射周边环境所能吸收的辐射。但是这种均衡将会由于加上电流而被破坏。在这种情形中,IR LED 20将或者是一个IR辐射的净发射器(正发光)或者是一个吸收器(负发光)。操作的模式取决于该LED是否为正偏置还是反偏置。IR辐射(或吸收)的强度取决于流经的电流的强度。IR LED 20被校准,以便使得流经电流的任何特定的值和由该IR LED发射或吸收的IR辐射的偏置强度都是知道的。帕尔帖装置22用于保持IR LED稳定的温度,在该温度,校准IR的辐射。以此方式,IR LED 20用作一个校准的可变强度光源或用于IR辐射的吸收器。IR光通量能够等效地被认为是在一个特定的(不均衡的)温度T从一个物体发出或由该物体所吸收。不是严格必须使用帕尔帖装置22来稳定IR LED的温度。所需的是将IR光通量保持在适应于温度环境所要求的水平。在一个可选的实施例中实现这一点是通过采用一个电反馈机制,它响应一个LED温度的直接的测量来调节经过IR LED的电流。
当反射镜M1在位置Pcal时,检测器阵列14从IR LED 20接收辐射。利用这种装置,由LED 20辐射的一个已知的IR光通量穿过透镜L2并在反射镜M1的位置Pcal反射到检测器阵列14。从IR LED 20发出的已知的光通量,比如说F1被假设随后入射到阵列14的每一个检测器上。为了对在阵列上的均匀性进行校准,从第n个检测器来的信号s1n被解释成对于F1的响应。入射的光通量和来自第n个检测器的信号响应之间的关系凝合于下列多项式:
F1=an+bns1n+cns1n 2+dns1n 3+……(1)
其中的常数an,bn,cn,dn等等只是说明阵列的第n个检测器。
在正向和反向偏置方向上,流经IR LED 20的电流被调节到许多不同的强度。这就提供了发送到检测器阵列的进一步的基准光通量F2、F3、F4等等。IR LED稳定在一个新的通量值的时间小于一秒钟。与可变通量方案,例如用于温度控制(等效地,通量控制)的冷却/加热基准平面作推荐比较的响应由帕尔帖冷却器/加热器提供。如果基准观测的总数是由imax给出,则从公式(1)得出的模拟方程能够从第n个检测器得出:
Fi=an+bnsin+cnsin 2+dnsin 3+……i=1,2,3……imax(2)
IR通量F和信号s之间的关系所具有的精度可根据所作的对于每一个检测器的基准观测数而减低,即该多项式只可就s的第(imax)幂求解。
借助于计算机,类似的等式可从用于每一个在阵列中的N个检测器得出和求解。模拟的检测器信号首先被转换成数字表示,而且计算机被用于设置和求解imax等式的N个序列。an,bn,cn,dn的N套值存储在计算机的存储器中用于随后的均匀性的校准。
在热成象***10观察一个场景的正常的操作期间,反射镜被提供在位置Pobs。从场景辐射的光聚焦到检测器阵列14并记录从阵列中的每一个检测器输出的电信号。产出的N个信号随后利用来自公式(2)的an,bn,cn,dn转换成N个均匀校准的IR通量值,以便执行公式(3)的计算:
Fn obs=an+bnsn obs+cn(sn obs)2+dn(sn obs)3+……(3)
其中的上标obs表示***在观察模式中且得出的通量指示IR通量入射到第n个检测器上的被测量的信号。
为了重建热图象,入射到在阵列位置Dn的第n个检测器上的IR辐射强度被可视地显示在屏幕的象素位置Pn。在阵列位置Dn和屏幕位置Pn之间存在着几何对应的关系,并且出现在观察中的场景中的特定位置上的特征被显示在热图象的对应的位置处。Fn obs的N个值被因此构成具有减少了固定的图案噪声的热图象。
检测器的信号响应和需要产生该响应的入射光通量之间的关系可以通过覆盖检测器操作范围的曲线来图形表示。获得上述概括的常量a、b、c、d……的方法数量化成在曲线(基准光通量)上的几个离散点,并将这些点凝合于一个多项式函数以便进行中间值的内插。由此得出对于真实曲线的近似并被用于从一个测量的检测器信号响应(sn obs)计算出入射光通量(Fn obs)。很清楚,实际在曲线上测量的离散点的数目越大,则通过内插得出的点就越精确。但是,这些基准的测量是在当热成象***10在其校准模式中作出的,而在此状态中它不能作出任何在其观测模式中的测量。所以,在所希望的在校准公式(2)中的精确度和获得所感性趣的场景的有意义和精确的观测所需的时间之间必须找到一个均衡。
***10可被采用周期地刷新校准系数an,bn,cn,dn等等。场景的观察被中断,反射镜M1在位置Pcal枢转且校准测量快速进行。反射镜M1随后返回到位置Pobs且利用刷新的系数值继续进行场景测量。以这种方式进行的刷新能够时常出现,并且以此方式减低起因于检测器参数的漂移的不准确性。
本发明的另一个改进在于选择校准光通量对应于在实际场景内的光通量。当成象***10处于观察模式时计算机28存储是由在阵列14中的任何检测器寄存的信号sn obs的最大和最小值。计算机随后控制流经IRLED 20的电流,以便提供两个基准光通量。一个光通量产生处在或靠近最大值的sn obs的信号响应,而另一个光通量产生最小值的响应。进一步,基准光通量从流经LED 20的电流中间值产生。在第一次校准之后,计算机把所有的sn obs转换成通量值,并调节IR LED,以最佳的信号响应产生入射到检测器阵列上的光通量强度。以此方式,系数an,bn,cn,dn……被计算,产生(以最接近的近似)在相关观测场景的温度范围上的在入射光通量和被测电信号之间实际关系。
虽然本发明的实施例公开一个成象***,但是可以理解到本发明同样适于非成象的热检测***。在这样的实施例中,显示器30是不存在的,而且计算机28用于根据检测器阵列14的输出信号sin,sn obs的特征得出一个响应。
Claims (22)
1.一种包括光检测部件阵列(14)的热传感***,其特征在于它包括:一个可变发光装置(20),用于提供为了校正目的的阵列照明,和一个切换装置,用于在***的场景观察模式和检测器校正模式之间进行切换,在小于10秒钟的一个设置时间中,该可变发光装置(20)可发送在一个稳定状态值的10%之内变化的光通量。
2.根据权利要求1的传感***,其特征在于,该可变发光装置是可电控的,并且是在小于1秒钟的一个设定时间内能够在一个稳定值的1%之内对于光通量的发射进行调节。
3.根据权利要求1或2的传感***,其特征在于,切换装置(M1)提供来使得检测器阵列在场景观测的间隔之间(14)接收来自可变发光装置(20)的辐射。
4.根据权利要求3的传感***,其特征在于,其中的切换装置(M1)是可在其中来自观察下的场景的辐射入射到检测器(14)上的第一构型(Pobs)和其中来自可变发光装置(20)的辐射入射到检测器(14)上的第二构型(Pcal)之间切换。
5.根据权利要求1,2,3,或4的传感***,其特征在于,可变发光装置(20)是用于提供正的和负的发光至少之一的一个半导体器件。
6.根据权利要求5的传感***,其特征在于,可变发光装置(20)是红外发光二极管(IRLED),它可被电偏置以提供正的和负的红外发光辐射并在辐射强度和偏置强度之间具有预定的关系。
7.根据在先权利要求任何之一的传感***,其特征在于包括计算机(28),用于从对于可变发光装置(20)的检测器输出响应得出用于在阵列中的每一个检测器的校准函数,并根据该校准函数校准检测器对于观测场景的的输出响应。
8.根据权利要求7的传感***,其特征在于,当辐射光源是用于以预定的强度提供红外光通量的可变发光装置(20)时,计算机(28)用来计算在入射到阵列的一个检测器上的红外辐射的强度(Fi)和电信号响应(sin)的幅度之间的关系,并在导出之后计算机(28)把这种关系作为一个校准值加到在场景观测过程中的检测器的信号输出上。
9.根据权利要求8的传感***,其特征在于,可变发光装置(20)以至少三种不同的预定强度(Fi)发送用于阵列校准目的的辐射;且特征还在于,计算机(28)借助把预定的辐射强度(Fi)凝合于作为至少二阶幂级数展开的检测器信号响应(sin)来校准在阵列中的每一个检测器。
10.根据权利要求9的传感***,其特征在于计算机(28)使用导出的在入射光通量(Fi)和检测器响应(sm)之间的关系并由此把均匀校准加到阵列信号响应(sn obs)。
11。根据权利要求10的传感***,其特征在于,计算机还将校准的信号传送到用于进行显示的装置(30),以便指示在对应于检测器阵列中的图象中的位置各个的检测器的信号强度。
12.根据权利要求10或11的传感***,其特征在于,计算机(28)用于以时间间隔刷新导出的在入射光通量(Fi)和在每一个检测器信号响应(sin)之间的关系,并把刷新的关系用于随后的观测。
13.根据权利要求12的传感***,其特征在于计算机(28)以比每小时一次更频繁的间隔刷新导出的在入射光通量(Fi)和在每一个检测器信号响应(sin)之间的关系。
14.根据权利要求6和10、11、12或13的传感***,其特征在于,其中的IR LED用于发送其强度覆盖范围类似于从观察下的场景发送出的辐射的强度范围的基准光通量(Fi)。
15.根据权利要求14的传感***,其特征在于,计算机(28)用于记录检测信号响应(sn obs)的幅度并控制源于这些记录的测量值而经过反馈机制流经IR LED(20)的电流。
16.根据权利要求15的传感***,其特征在于,计算机(28)用于控制在第一种情况中源于检测器信号响应(sn obs)记录测量值而随后源于入射光通量强度(Fn obs)的校准值而经过一个反馈机制流经IR LED(20)的电流,以便提供接近匹配并覆盖产生在观察的场景的范围的校准光通量(Fi)。
17.根据在先权利要求任何之一的传感***,其特征在于,其中的可变发光装置(20)是镉汞碲化物或铟锑化物基材料的发光二极管。
18.一种用于把均匀校正用于包括光检测元件的阵列的热传感***的方法,该方法包括步骤:
(a)利用来自可变发光装置(20)的红外辐射照射检测器阵列(14),该装置的发光可利用小于10秒的调节时间在小于选择值的10%内而被调节,该可变发光装置(20)还具有预定的光通量输出特征;
(b)从对于预定的光通量(Fi)的输出响应(sim)得出用于在阵列中的每一个检测器的校正因数;
(c)当来自观测的场景的红外辐射入射到检测器阵列上时,把校正因数用于来自阵列检测器的输出信号(sn obs)。
19.根据权利要求18的方法,其中的步骤(a)和(b)能够以时间间隔重复,以便刷新在步骤(b)中导出的校正因数。
20.根据权利要求18或19的方法,其中在步骤(a)中的阵列辐射至少可以三种来自可变发光装置(20)的不同预定光通量强度执行,而并且根据在步骤(b)中通过把对于幂级数扩展的入射辐射强度(Fi)凝合于至少检测器信号响应(sin)的平方项得出的校正因数。
21.根据权利要求18、19或20的方法,其中的可变发光装置(20)是可电控偏置以提供正的和负的红外发光的一个红外发光二极管(IRLED)。
22.根据权利要求21的方法,其中的可变发光装置(20)是镉汞碲化物或铟锑化物基材料的发光二极管。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9515682.4 | 1995-07-31 | ||
GB9515682A GB2303988A (en) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | Thermal imaging system with detector array calibration mode |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1192313A true CN1192313A (zh) | 1998-09-02 |
CN1196321C CN1196321C (zh) | 2005-04-06 |
Family
ID=10778540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB961959649A Expired - Fee Related CN1196321C (zh) | 1995-07-31 | 1996-07-29 | 用于热传感的***和方法 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6127679A (zh) |
EP (1) | EP0842581B1 (zh) |
JP (1) | JP2000500226A (zh) |
KR (1) | KR100402194B1 (zh) |
CN (1) | CN1196321C (zh) |
CA (1) | CA2226495C (zh) |
DE (1) | DE69637471T2 (zh) |
GB (1) | GB2303988A (zh) |
PL (1) | PL181075B1 (zh) |
WO (1) | WO1997005742A1 (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1917590B (zh) * | 2005-05-26 | 2011-08-10 | 弗卢克公司 | 用于减小红外成像照相机中固定图案噪声的方法 |
CN108254083A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-07-06 | 武汉格物优信科技有限公司 | 一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法 |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2319141B (en) * | 1995-10-02 | 2000-03-08 | Secr Defence | Thermal imaging system |
GB2314227B (en) * | 1996-06-14 | 1998-12-23 | Simage Oy | Calibration method and system for imaging devices |
DE19715983C1 (de) * | 1997-04-17 | 1998-09-24 | Aeg Infrarot Module Gmbh | Verfahren zum Korrigieren der Grauwerte von Bildern einer digitalen Infrarot-Kamera |
EP1018260B1 (en) * | 1997-09-26 | 2002-08-07 | QinetiQ Limited | Sensor apparatus |
US6864916B1 (en) | 1999-06-04 | 2005-03-08 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Apparatus and method for high dynamic range imaging using spatially varying exposures |
US7084905B1 (en) | 2000-02-23 | 2006-08-01 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Method and apparatus for obtaining high dynamic range images |
US6728016B1 (en) | 2000-06-05 | 2004-04-27 | Calient Networks, Inc. | Safe procedure for moving mirrors in an optical cross-connect switch |
US6587611B1 (en) | 2000-06-06 | 2003-07-01 | Calient Networks, Inc. | Maintaining path integrity in an optical switch |
GB0205482D0 (en) * | 2002-03-08 | 2002-04-24 | Bae Systems Plc | Improvements in or relating to infra red camera calibration |
US6737639B2 (en) * | 2002-03-27 | 2004-05-18 | Raytheon Company | Display uniformity calibration system and method for a staring forward looking infrared sensor |
SE0301137D0 (sv) | 2003-04-16 | 2003-04-16 | Saab Ab | Optiskt system samt ett målsökande system innefattande ett optiskt system |
US7433097B2 (en) * | 2003-04-18 | 2008-10-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Optical image scanner with moveable calibration target |
EP1618740A2 (en) | 2003-04-25 | 2006-01-25 | Land Instruments International Limited | Thermal imaging system and method |
US7071462B2 (en) * | 2003-06-16 | 2006-07-04 | Raytek Corporation | Calibration system and method to correct distortion of thermal images from in-line and rotary thermoforming machines |
DE10340515B4 (de) * | 2003-09-03 | 2007-04-19 | Carl Zeiss Optronics Gmbh | Verfahren und Einrichtung zur Inhomogenitätskorrektur und Kalibrierung von optronischen Kameras mit Hilfe aufgenommener Bilder und Darstellen physikalischer Größen |
US7081614B2 (en) * | 2004-05-21 | 2006-07-25 | Raytheon Company | Optical sensor system with built-in optical test capability |
JP4806584B2 (ja) * | 2006-04-27 | 2011-11-02 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 画像処理方法及び画像処理回路 |
WO2008027310A2 (en) | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Bbn Technologies Corp. | Systems and methods for energy-conscious communication in wireless ad-hoc networks |
US8240912B2 (en) * | 2008-08-15 | 2012-08-14 | Fluke Corporation | Multi-zone non-contact spot thermometer |
US8376610B2 (en) * | 2008-09-09 | 2013-02-19 | Fluke Corporation | Automated self calibration in optical detectors |
US9100514B2 (en) | 2009-10-28 | 2015-08-04 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Methods and systems for coded rolling shutter |
US9083946B2 (en) * | 2012-02-21 | 2015-07-14 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | System to detect failed pixels in a sensor array |
US9024253B2 (en) * | 2012-08-21 | 2015-05-05 | Raytheon Company | Calibration system for detector |
FR3000789B1 (fr) * | 2013-01-09 | 2015-02-27 | Thales Sa | Pointe avant d'aeronef avec dispositif de calibration d'un detecteur ir et procede de calibration |
US20140267758A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Pelco, Inc. | Stereo infrared detector |
US10057509B2 (en) * | 2014-05-30 | 2018-08-21 | Flir Systems, Inc. | Multiple-sensor imaging system |
JP5915949B2 (ja) * | 2014-06-25 | 2016-05-11 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 投影システム |
CN105092046B (zh) * | 2015-05-15 | 2018-10-30 | 中国计量科学研究院 | 一种自校准地表红外辐射测温*** |
KR20170003359U (ko) | 2016-03-18 | 2017-09-27 | 이지혜 | 척추 교정 벨트 |
US10263330B2 (en) * | 2016-05-26 | 2019-04-16 | Nokia Solutions And Networks Oy | Antenna elements and apparatus suitable for AAS calibration by selective couplerline and TRX RF subgroups |
KR101947256B1 (ko) * | 2017-03-06 | 2019-02-12 | 동의대학교 산학협력단 | 고온계측이 가능한 교정곡선 산출 방법 |
KR101863498B1 (ko) * | 2017-04-04 | 2018-05-31 | 동의대학교 산학협력단 | 고온계측이 가능한 교정곡선 산출 시스템 |
KR101846017B1 (ko) * | 2017-09-18 | 2018-04-05 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 노이즈 영상 생성 장치 및 방법 |
RU2729946C1 (ru) * | 2019-11-20 | 2020-08-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Способ полетной абсолютной радиометрической калибровки с использованием зондирующего сигнала |
US11614365B1 (en) | 2021-04-13 | 2023-03-28 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Luminescent cold shield paneling for infrared camera continuous non-uniformity correction |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4419692A (en) * | 1981-12-31 | 1983-12-06 | Texas Medical Instruments, Inc. | High speed infrared imaging system |
US4789788A (en) * | 1987-01-15 | 1988-12-06 | The Boeing Company | Optically pumped radiation source |
US5023459A (en) * | 1987-04-17 | 1991-06-11 | Ford Aerospace & Communications Corporation | Miniature multi-temperature radiometric reference |
US4948964A (en) * | 1988-01-14 | 1990-08-14 | Texas Instruments Incorporated | Artificial target for automatic gain normalization |
DE3836294A1 (de) * | 1988-10-25 | 1990-04-26 | Eltro Gmbh | Waermebildgeraet mit detektorausgleich |
US5302824A (en) * | 1992-12-01 | 1994-04-12 | Hughes Aircraft Company | Measurement of relative detector gain |
US5354987A (en) * | 1992-12-07 | 1994-10-11 | Texas Instruments Incorporated | Calibrating focal plane arrays using multiple variable radiometric sources |
CA2110368C (en) * | 1992-12-07 | 1999-11-23 | Gary M. Lindgren | Wide dynamic range non-uniformity compensation for infrared focal plane arrays |
US5343040A (en) * | 1993-06-10 | 1994-08-30 | Martin Marietta Corporation | Thermal reference technique for flir sensors |
US5820261A (en) * | 1995-07-26 | 1998-10-13 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for infrared pyrometer calibration in a rapid thermal processing system |
-
1995
- 1995-07-31 GB GB9515682A patent/GB2303988A/en not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-07-29 PL PL96324754A patent/PL181075B1/pl not_active IP Right Cessation
- 1996-07-29 DE DE69637471T patent/DE69637471T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-29 CN CNB961959649A patent/CN1196321C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-29 WO PCT/GB1996/001805 patent/WO1997005742A1/en active IP Right Grant
- 1996-07-29 JP JP9507344A patent/JP2000500226A/ja active Pending
- 1996-07-29 EP EP96925850A patent/EP0842581B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-29 CA CA002226495A patent/CA2226495C/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-29 KR KR10-1998-0700775A patent/KR100402194B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1996-07-29 US US08/983,349 patent/US6127679A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1917590B (zh) * | 2005-05-26 | 2011-08-10 | 弗卢克公司 | 用于减小红外成像照相机中固定图案噪声的方法 |
CN108254083A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-07-06 | 武汉格物优信科技有限公司 | 一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000500226A (ja) | 2000-01-11 |
CA2226495C (en) | 2005-03-22 |
CN1196321C (zh) | 2005-04-06 |
EP0842581A1 (en) | 1998-05-20 |
GB9515682D0 (en) | 1995-09-27 |
GB2303988A (en) | 1997-03-05 |
US6127679A (en) | 2000-10-03 |
PL181075B1 (pl) | 2001-05-31 |
DE69637471D1 (de) | 2008-05-08 |
KR100402194B1 (ko) | 2004-02-11 |
CA2226495A1 (en) | 1997-02-13 |
PL324754A1 (en) | 1998-06-08 |
EP0842581B1 (en) | 2008-03-26 |
KR19990036107A (ko) | 1999-05-25 |
WO1997005742A1 (en) | 1997-02-13 |
DE69637471T2 (de) | 2009-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1196321C (zh) | 用于热传感的***和方法 | |
Minkina et al. | Infrared thermography: errors and uncertainties | |
US6396045B1 (en) | Sensor apparatus | |
CN109632104A (zh) | 一种红外阵列辐射源校准装置及校准方法 | |
Tulloch et al. | Predictive model of persistence in H2RG detectors | |
CN1149830C (zh) | 热成象***和为扫描热成象***产生参考温度的方法 | |
Chong et al. | Novel optical scanner using photodiodes array for two-dimensional measurement of light flux distribution | |
US6927859B2 (en) | Microdensitometer system with micrometer resolution for reading radiochromic films | |
CN110470404B (zh) | 一种红外热像仪netd与mrtd快速测试装置及方法 | |
Young et al. | Ground test characterization of the Multiband Imaging Photometer for SIRTF (MIPS) | |
JPH076835B2 (ja) | 放射計の軌道上校正装置 | |
Sanzone et al. | NIR extinction imaging using a single-pixel camera | |
Ren et al. | Design of a high frame rate driver circuit for a 22 M-pixel high-resolution large-area array CCD camera and its nonuniformity correction | |
Smith et al. | VIRGO-2K 2.25-um HgCdTe dark current | |
RU2399990C1 (ru) | Способ регистрации излучения фотоприемной матрицей | |
Pron et al. | Measurements without contact in heat transfer. Part B: Quantitative Infrared Thermography | |
Monro | Performance Of Charge-Coupled Device (CCD) Imaging Sensors | |
Rauscher et al. | James Webb Space Telescope Near-Infrared Spectrograph: dark performance of the first flight candidate detector arrays | |
Schubnell et al. | Precision quantum efficiency measurements on 1.7 micron near infrared devices | |
Bourassa | The characterization and calibration of the OSIRIS infrared imager | |
Schubnell et al. | Investigating reciprocity failure in 1.7-micron cut-off HgCdTe detectors | |
Babu et al. | Design of system calibration for effective imaging | |
Kroninger | Calculation of Narcissus effect in scanning systems with detector arrays by exact numerical ray tracing | |
JPH0682303A (ja) | 校正装置付放射計 | |
Edwards | Laser measurements in the infrared |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050406 Termination date: 20100729 |