ES2292980T3 - Aparato y metodo de calibracion de un detector de plano focal. - Google Patents
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Abstract
Un detector de plano focal adaptado a ser calibrado utilizando una imagen o parte del cuerpo humano, teniendo el detector de plano focal un campo visual, un alcance visual y una profundidad de campo configurados para enfocar una imagen de objetos en una escena dentro de dicho campo visual, alcance focal y profundidad de campo sobre una pluralidad de elementos detectores, comprendiendo además el detector de plano focal, un alojamiento con una abertura de imagen dispuesta para llevar la imagen de una escena hasta los elementos detectores, y medios de conmutación operables manualmente para activar la calibración del detector de plano focal, en el que, los medios de conmutación operables manualmente y la abertura de imagen están dispuestos uno respecto a otro para asegurar que, durante la operación manual de los medios de conmutación, la parte del cuerpo humano está situada para llenar sustancialmente el campo visual del detector de plano focal y posicionados fuera de su alcance focaly profundidad de campo, de manera que la imagen de la escena presentada a los elementos detectores comprende una imagen de parte del cuerpo humano sustancialmente sin características en ella discernibles por dichos elementos detectores.
Description
Aparato y método de calibración de un detector
de plano focal.
El presente invento se refiere a un aparato y a
un método para calibrar conjuntos de plano focal. El invento tiene
una relevancia particular para detectores de plano focal por
infrarrojos.
Los detectores de plano focal convencionales
comprenden típicamente un conjunto de elementos sensores
optoelectrónicos dispuestos para detectar radicación
electromagnética incidente sobre los sensores dentro del conjunto.
Generalmente, los sensores optoelectrónicos proporcionan una salida
(por ejemplo un voltaje, una corriente, una resistencia, una
capacidad o una carga) que varía en función de la intensidad de la
radiación electromagnética incidente sobre los sensores. Cuando se
utilizan junto con medios de enfoque, por ejemplo una lente, las
salidas de los sensores desde dicho conjunto de plano focal pueden
ser utilizadas para reconstruir una imagen de objetos dentro de una
escena. La salida de cada elemento sensor dentro del conjunto
corresponde generalmente a un elemento de imagen (píxel) dentro de
una imagen.
Los elementos sensores dentro de un conjunto de
plano focal no son idénticos, y como resultado sensores individuales
dentro del conjunto de plano focal presentan diferentes
sensibilidades a la radiación electromagnética incidente sobre el
conjunto. Las variaciones en sensibilidad entre elementos sensores
individuales generan ruido no deseable (generalmente conocido como
ruido de pauta fija) en la salida desde el conjunto que tiene que
ser calibrado.
Cualquier desviación de corriente continua en la
salida de los elementos sensores se puede corregir presentando una
imagen desenfocada suave al conjunto de plano focal y
correlacionando la respuesta de cada elemento sensor en el
conjunto. La pendiente de la respuesta (linealidad) de los elementos
sensores también se puede medir cambiando la intensidad de la
radiación electromagnética incidente sobre el conjunto y midiendo de
nuevo la respuesta de cada elemento sensor en el conjunto. Esto se
puede conseguir utilizando una segunda imagen desenfocada suave,
estando dispuesta la segunda imagen para iluminar el conjunto con
una diferente intensidad de radiación electromagnética hacia la
primera imagen.
Con esta información, se puede calibrar
completamente un conjunto detector de plano focal, y producir una
imagen limpia.
La calibración de detectores de plano focal con
la ayuda de fuentes de calibración se conoce de la Solicitud de
Patente US 2001/0040216 y de la Patente US 5466943.
Sin embargo, cuando el conjunto envejece, y
cuando la intensidad de la radicación electromagnética incidente
sobre el conjunto varia (como una función del entorno de operación y
con diferentes escenas), es posible que el conjunto necesite ser
recalibrado periódicamente.
Se puede utilizar una óptica variable para
recalibrar el conjunto utilizando el método anterior de presentar
imágenes desenfocadas suaves al conjunto y caracterizando la
respuesta a partir de ellas. Sin embargo, la óptica variable
incrementa la complejidad y, por lo tanto, el coste del detector de
plano focal.
Además, este método no está optimizado para
recalibrar detectores de plano focal por infrarrojos (por ejemplo
cámaras térmicas) debido a una carencia de imágenes desenfocadas
suaves con diferentes temperaturas. La precisión de cualesquiera
ajustes a la linealidad del conjunto dependerá de la separación de
temperatura de las imágenes desenfocadas suaves primera y segunda.
Por consiguiente, se podría requerir una fuente de infrarrojos
variable como parte del proceso de recalibración.
Se conoce una recalibración periódica utilizando
indicadores o pantallas situados en la trayectoria óptica del
conjunto. Por ejemplo, en de cámaras de silicio amorfo la
recalibración ocurre aproximadamente una vez cada minuto más o
menos (dichos dispositivos no son muy lineales). Estas cámaras
insertan un indicador en la trayectoria óptica para permitir la
medida de variaciones de pixels y hacer una corrección en base a
ella.
Sin embargo, dichos dispositivos incrementan la
complejidad y por lo tanto el coste del detector de plano focal.
Además, la pantalla obscurece la imagen desde la escena durante la
operación de recalibración y esto puede ser una molestia si la
recalibración tiene lugar automáticamente.
Es un objetivo del presente invento mitigar al
menos alguna de las desventajas de la tecnología anterior. Es otro
objetivo del presente invento proporcionar un aparato y un método
para recalibrar periódicamente un conjunto de plano focal.
De acuerdo con un primer aspecto del presente
invento, se propone ahora un detector de plano focal adaptado a ser
calibrado utilizando una imagen de parte del cuerpo humano, teniendo
el detector de plano focal un campo visual, un alcance focal y una
profundidad de campo configurados para enfocar una imagen de objetos
en una escena dentro de dicho campo visual, alcance focal y
profundidad de campo sobre una pluralidad de elementos detectores,
comprendiendo además el detector de plano focal,
un alojamiento con una abertura de imagen
dispuesta para llevar la imagen de una escena hasta los elementos
detectores, y
medios de conmutación operables manualmente para
activar la calibración del detector de plano focal,
en el que, los medios de conmutación operables
manualmente y la abertura de imagen están dispuestos uno respecto
al otro para asegurar que, durante la operación manual de los medios
de conmutación, la parte del cuerpo humano está situada de manera
que llena sustancialmente el campo visual del detector de plano
focal y situada fuera del alcance y profundidad focal de su campo,
de manera que la imagen de la escena presentada a los elementos
detectores comprende una imagen de parte del cuerpo humano que no
tiene sustancialmente características en ella discernibles por
dichos elementos detectores.
Esta configuración proporciona la ventaja de que
no se requiere un equipo de calibración adicional para calibrar el
detector de plano focal. Esta configuración obvia el requisito de
una fuente variable de radiación electromagnética o indicadores y
pantallas insertados en la trayectoria óptica del detector de plano
focal.
Los medios de conmutación operables manualmente
permiten que se inicie la calibración bajo demanda, por ejemplo
cuando las prestaciones del detector de plano focal caen por debajo
de un nivel aceptable.
En una realización preferida, el alojamiento
está en comunicación física con los medios de conmutación de manera
que los medios de conmutación sean operables manualmente a través
del alojamiento.
En otra realización preferida, el alojamiento
comprende una proyección de este, en la que se dispone la abertura
de imagen, de manera que los medios de conmutación son operables
manualmente a través de la proyección en el alojamiento.
Esta configuración es ventajosa, ya que la misma
parte del cuerpo es utilizada para iniciar el proceso de
calibración y proporcionar la imagen para el proceso de calibración,
facilitando por lo tanto la calibración del detector de plano
focal. Además, la existencia conjunta de estas características
asegura que la parte del cuerpo utilizada para proporcionar las
imágenes está en la posición óptima cuando se inicia la calibración.
Se asegura una imagen sin sustancialmente ningunas características
discernibles en ella (esto es, una imagen desenfocada suave).
Preferiblemente, la parte del cuerpo humano
comprende una mano y los medios de conmutación están adaptados para
ser operados por una mano humana.
Preferiblemente, la parte del cuerpo humano
comprende un dígito y los medios de conmutación están adaptados a
ser operados por un dígito humano.
Convenientemente, la parte del cuerpo humano
comprende un dedo y los medios de conmutación están adaptados para
ser operados por un dedo humano.
Ergonómicamente, es ventajoso utilizar un dedo
para operar los medios de conmutación y proporcionar la imagen de
calibración.
Preferiblemente, los elementos detectores están
adaptados para detectar radiación infrarroja.
Incluso más preferiblemente, los elementos
detectores están adaptados para detectar radiación con una longitud
de onda en el intervalo de 3 \mum - 14 \mum. Los elementos
detectores pueden comprender bolómetros.
Esta configuración del aparato es
particularmente ventajosa ya que se obvia una fuente de infrarrojos
variable. Proporcionar una imagen suave de temperatura de una parte
del cuerpo humano permite que se calibre un detector de plano focal
con radiación electromagnética a partir de una temperatura de escena
(alrededor de 35ºC). El detector de plano focal también puede ser
calibrado utilizando una imagen suave de temperatura que comprenda
una imagen de un fondo de ambiente (alrededor de 20ºC).
El requisito de una fuente infrarroja (térmica)
variable es eludido utilizando escenas fácilmente disponibles con
distintas temperaturas. Para aplicaciones de interiores, escenas
suaves de temperatura adecuada serian (a) temperatura ambiente
(alrededor de 20ºC) y (b) temperatura de la piel humana (alrededor
de 35ºC).
La selección de las escenas anteriores para el
proceso de recalibración permite que se determine la linealidad del
conjunto sobre un amplio intervalo de temperaturas (incluyendo una
gran proporción del intervalo de temperatura operativa del conjunto
de plano focal) y no requiere una fuente infrarroja (térmica)
dedicada.
De acuerdo con un segundo aspecto del presente
invento, se ha propuesto ahora una cámara con un detector de plano
focal de acuerdo con el primer aspecto del presente invento.
El invento se describirá ahora, solo a modo de
ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que;
la figura 1 es una representación esquemática de
un detector de plano focal de acuerdo con el presente invento.
Los detectores de conjunto de plano focal
requieren una recalibración periódica para corregir las variaciones
en sensibilidad entre elementos sensores individuales dentro del
conjunto. Las variaciones entre elementos comprenden un desfase de
corriente continua y una componente que puede variar en función de
la intensidad de la radiación electromagnética incidente sobre el
conjunto. Esta ultima produce lo errores de linealidad dentro del
detector de plano focal.
Las variaciones en sensibilidad entre elementos
sensores individuales pueden ser inherentes a la tecnología de
conjunto particular o pueden ser causadas por cambios en el conjunto
de plano focal, por ejemplo debido al envejecimiento.
Se conoce la recalibración utilizando
indicaciones o pantallas situados en la trayectoria óptica del
conjunto. Por ejemplo, en cámaras de silicio amorfo, la
recalibración ocurre aproximadamente una vez cada minuto más o
menos (dichos dispositivos no son muy lineales). Estas cámaras
insertan un indicador en la trayectoria óptica del conjunto para
permitir que se hagan mediciones de variaciones del sensor. Se hacen
correcciones en base a estas mediciones.
Una técnica alternativa para recalibrar el
conjunto comprende presentar una imagen desenfocada suave a la
cámara y representar la respuesta de cada elemento sensor en el
conjunto. Se pueden hacer correcciones al desfase de corriente
continua. La pendiente de la respuesta (linealidad) de los elementos
sensores también se puede medir cambiando la intensidad de la
radiación electromagnética incidente sobre el conjunto y volviendo
a medir la respuesta de cada elemento sensor en el conjunto. Esto es
alcanzable utilizando una segunda imagen desenfocada suave, estando
la segunda imagen dispuesta para iluminar el conjunto con una
diferente intensidad de radiación electromagnética a la de la
primera imagen.
Similarmente, se puede recalibrar un detector de
plano focal por infrarrojos, por ejemplo un cámara térmica,
presentando una primera escena suave de temperatura al detector de
plano focal. Cualquier desfase de corriente continua se corregirá
por lo tanto representando las respuestas de cada sensor.
Si esto se repite utilizando una segunda escena
suave de temperatura a una temperatura diferente, entonces la
pendiente de la respuesta (linealidad) también se puede medir. Se
puede requerir una fuente infrarroja (térmica) variable como parte
del proceso de recalibración para proporcionar las escenas suaves a
diferentes temperaturas.
Haciendo referencia a la figura 1, de acuerdo
con el presente invento, el requisito de una fuente infrarroja
(térmica) variable es evitado utilizando escenas fácilmente
disponibles con diferentes temperaturas. Para aplicaciones en
interiores, escenas suaves de temperatura adecuadas serían (a)
temperatura ambiente (alrededor de 20ºC) y (b) la temperatura de la
piel humana (alrededor de 35ºC).
La selección de las escenas anteriores para el
proceso de recalibración permite que se determine la linealidad del
conjunto en un amplio intervalo de temperatura (incluyendo una gran
proporción del intervalo de temperatura operativa del conjunto de
plano focal) y no requiere una fuente infrarroja (térmica)
dedicada.
En la configuración mostrada esquemáticamente en
la figura 1, una de las escenas suaves de temperatura comprende
parte del cuerpo humano (3), por ejemplo una mano o un dedo.
En la figura 1, la recalibración del detector de
plano focal comprende presentar un dedo humano (3) en el campo
visual del conjunto de plano focal (2). El dedo (3) se sitúa de
manera que llene el campo visual, creando de este modo una escena
suave de temperatura. En la práctica, el alcance focal del detector
(2) presenta una cierta profundidad de campo y se consigue una
imagen desenfocada situando el dedo (3) en la proximidad cercana al
detector de plano focal (2). Por consiguiente, no se requiere un
enfoque o desenfoque activo de la óptica del detector (3) durante
la recalibración.
El proceso de recalibración puede ser iniciado
automáticamente o puede ser controlado manualmente, por ejemplo
activando un conmutador (5). El detector de plano focal puede ser
configurado para indicar cuándo se requiere recalibracion (por
ejemplo cuando el ruido de pauta fija alcanza cierto nivel), por
ejemplo por un LED intermitente.
Haciendo referencia a la figura 1, se logra la
recalibración por el dedo humano (3) presionando un botón (4). En
esta configuración concreta el botón (4) proporciona la abertura (6)
a través de la cual el detector de plano focal (2) ve la escena.
Alternativamente, el botón (4) está dispuesto en la proximidad
cercana de la apertura (6) a través de la cual el detector de plano
focal (2) ve la escena, de manera que el dedo (3) llena
sustancialmente el campo visual del detector de plano focal (2). Al
oprimir el botón (4) se cierran un par de contactos de conmutador
(5) conectados al detector de plano focal (2), iniciando de este
modo una recalibración. El método garantiza que el objeto
presentado es suave, desenfocado, y a la temperatura de la piel.
El método de recalibración del conjunto detector
de plano focal (2) de acuerdo con el invento facilita la
recalibración del detector de plano focal (2) bajo demanda y es
barato de implementar.
El método es particularmente aplicable a
instrumentos manejados utilizando detectores de plano focales
térmicos y para instalaciones mantenidas ocasionalmente. El método
y el aparato (1) del presente invento son particularmente
aplicables a detectores de plano focal de bolómetro.
Claims (10)
1. Un detector de plano focal adaptado a ser
calibrado utilizando una imagen o parte del cuerpo humano, teniendo
el detector de plano focal un campo visual, un alcance visual y una
profundidad de campo configurados para enfocar una imagen de
objetos en una escena dentro de dicho campo visual, alcance focal y
profundidad de campo sobre una pluralidad de elementos detectores,
comprendiendo además el detector de plano focal,
un alojamiento con una abertura de imagen
dispuesta para llevar la imagen de una escena hasta los elementos
detectores, y
medios de conmutación operables manualmente para
activar la calibración del detector de plano focal,
en el que, los medios de conmutación operables
manualmente y la abertura de imagen están dispuestos uno respecto a
otro para asegurar que, durante la operación manual de los medios de
conmutación, la parte del cuerpo humano está situada para llenar
sustancialmente el campo visual del detector de plano focal y
posicionados fuera de su alcance focal y profundidad de campo, de
manera que la imagen de la escena presentada a los elementos
detectores comprende una imagen de parte del cuerpo humano
sustancialmente sin características en ella discernibles por dichos
elementos detectores.
2. Un detector de plano focal de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el alojamiento está en comunicación
física con los medios de conmutación de manera que los medios de
conmutación son operables manualmente a través del alojamiento.
3. Un detector de plano focal de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el alojamiento comprende una proyección
de este, en el que se dispone la abertura de imagen, de manera que
los medios de conmutación son operables manualmente a través de la
proyección en el alojamiento.
4. Un detector de plano focal de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que la parte del
cuerpo humano comprende una mano y en el que los medios de
conmutación están adaptados para ser operados por una mano
humana.
5. Un detector de plano focal de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en el que la parte del
cuerpo humano comprende un digito y en el que los medios de
conmutación están adaptados para ser operados por un dígito
humano.
6. Un detector de plano focal de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que la parte del cuerpo humano comprende un
dedo en el que los medios de conmutación están adaptados a ser
operados por un dedo humano.
7. Un detector de plano focal de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los
elementos detectores están adaptados para detectar radiación
infrarroja.
8. Un detector de plano focal de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que los elementos detectores están
adaptados para detectar radiación con una longitud de onda en el
intervalo de 3 \mum - 14 \mum.
9. Un detector de plano focal de acuerdo con las
reivindicaciones 7 u 8, en el que los elementos manuales comprenden
bolómetros.
10. Una cámara con un detector de plano focal de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
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