热图像摄像机制造技术

本发明专利技术涉及热图像摄像机，其被设置利用至少两个不同的灵敏度用于交替读出和用于把至少两个依次读出的较高和较低灵敏的图像结合的装置，其中把图像中间存储单元构造为不仅用于较高灵敏的而且用于较低灵敏的原始图像（B）的共同的累加器（8），并在其输出端处提供共同的输出图像（A），其中给累加器（8）前置图像加权单元（12），用于利用可调整的百分比加权函数（G）对交替地从探测器单元（1）读出的较高和较低灵敏的原始图像（B）逐像素地加权和利用与可调整的百分比加权函数互补的加权函数（1-G）对在累加器（8）中中间存储的输出图像（A）逐像素地加权，以及为连续地更新输出图像（A），相加地叠加两个图像（B;A）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热图像摄像机，具有基于像素的探测器单元、处理器单元和图像中间存储单元，其中所述探测器单元被构造用于利用至少两个不同的灵敏度对在其上成像的情景的热辐射进行基于像素的拍摄，并交替地读出较高灵敏的和较低灵敏的图像，并且所述处理器单元被设置用于控制读出、预处理、中间存储以及把至少两个依次从探测器单元读出的较高和较低灵敏的图像结合为共同的输出图像。
技术介绍
热图像摄像机由一系列制造商以不同的实施来提供。“热图像(W&mebild)”通常被理解为由红外或热辐射的光学成像所产生的图像。在技术上，热图像可以在近红外区域中通过例如CXD或CMOS传感器的对可见光常用的技术来产生。在中和远红外区域中的热图像通过“微测辐射热计”来产生，其中所述微测辐射热计作为由温度灵敏的电阻组成的矩阵来布置，并且如果由于制造公差以及由于由偏置偏压(Bias-Vorspanrumg)所产生的自热而引起的其信号不均勻性被校正，那么在其整体上提供热图像。由微测辐射热计组件组成的热图像摄像机通常包含像素阵列，其微测辐射热计由于偏压(偏置)而允许与温度有关的电流强度。矩阵状布置的微测辐射热计组件通常也称作FPA (Focal Plane Array (焦平面阵列)”)。如果这样的温度灵敏型探测器阵列通过红外光学系统来曝光，那么可以拍摄热图像并从而产生温度图像。为了清楚地理解技术背景，将以下的术语作为紧接着的阐述的基础。以所谓的“帧”来进行图像拍摄。帧理解为矩阵状探测器阵列(FPA)的同时针对图像所记录的像素强度值的数据组。也就是说，通常在整个矩阵布置的各个读出过程的结果中产生帧。矩阵状布置的图像元素的读出通常以行的方式进行，其中每个行接着在其侧以列的方式被读出。于是帧是完整的读出过程的像素(像素强度)的矩阵。只要指的是在公制上有秩序地读出的像素强度的总体，那么帧也同义地被称作当前读出的图像。“基于像素”这里被理解为，热图像以确定的数量和位置的布置被离散，其中在所述位置处测量其辐射强度。这通常是行列矩阵结构，但并不局限于这样的笛卡尔布置。这里所示的方法本身并不是以矩阵结构为前提，而是在其他的像素布置的情况下也保持有效。 重要的仅仅是，如果不同的图像应该被相互结算，比如在背景图像校正时的热图像与背景图像或者具有不同热灵敏度的热图像，那么布置是相同的。基于像素在此意味的是，针对每个像素位置来进行相应的校正或处理计算。诸如灵敏度特征等的参数在最通常的情况下于是可以从像素位置到像素位置地变化，也即对于整个热图像不必是相同的。对于像素强度的函数曲线的说明，不仅对于所处理的、校正的、而且对于平均的或加权的信号值，其前提是对于概念“(严格)单调上升/下降”、“可逆单值函数”、“线性/非线性函数”、“(严格)凹 /凸函数”等概念的数学理解。利用概念“权函数”来指一组因子，在如此被加权的帧被继续处理之前，该组因子在图像数据组(帧)上被用作加权。这里利用“百分比权函数”指的是，权应该总是位于0和1之间。“像素强度”被理解为分配给探测器矩阵的各个像素位置的强度值。与之不同，“图像强度”被理解为作为整体分配给图像的强度说明。对于二者，存在不同的实现可能性。 在下文中描述，在微测辐射热计组件的情况下各个微测辐射热计的像素强度通常如何被确定。如果作为整体需要关于图像强度的陈述，那么为此例如可以形成所有像素强度的总和。 但其他的定义(比如所有像素强度的平均值、子帧、也即总阵列的子矩阵或ROI= “感兴趣区域(Region Of Interest)”、也即总阵列的有关的、任意形成的部分面的、像素强度的总和或平均值等)也是可能的。在热图像摄像机的应用中，在由热图像摄像机要拍摄的场景中同时存在的温度差经常太大，以致于所述温度差不能由电子装置的动态范围(用于拍摄、分析和表示热图像所采用的电子处理链的近似线性的动态的调制范围)适当地、也即在无由于饱和或噪声引起的失真的情况下转换为热图像，并且大多也太大，以致于不被使用者有意义地解释。对此的例子是由消防队使用热图像摄像机。这里，在消防队使用的情况下同时在图像中不仅应该检测火灾发生地的高温，而且应该检测在失火区域中要救援的人的低温，使得一眼就可以从所示的热图像获悉能够实现快速而对准目标的处理的所有信息。微测辐射热计组件自身可以通过控制偏置偏压或者各个微测辐射热计或者其作为积分器而连接的互阻抗放大器的积分时间而有选择地针对不同的灵敏度被控制，而且在非常大的温度范围上。从而困难首先不在于微测辐射热计组件的灵敏度范围，而是在于选择合适的温度范围和合适的表示。不仅可以避免图像过调制，而且应该避免在低温时细节 (Detailtreue)遭受由各个微测辐射热计的噪声而使小信号失真，因为使(严格单调上升的)动态范围与高温协调。因此致力于，交替地生成两个分别利用较高和较低灵敏度而拍摄的热图照片，并以合适的方式共同表示在显示器上，以便不仅在高温时、而且在低温时实现不过调制的详细的成像。为了区分利用FPA的明显不同的灵敏度而拍摄的两个热图像，在下文中使用概念“较高灵敏的图像”和“较低灵敏的图像”，其中在利用不同调整的探测器灵敏度而拍摄的多于两个的图像的情况下，也还谈及“中等(mittel)灵敏的图像”。在现有技术中，已经从GB° 2 435 974 A中已知把两个交替拍摄的热图照片在共同的图像中表示。当然在那里利用较高和较低动态而交替拍摄的热图照片分别单独地被中间存储，并然后两个图像被输送给共同的表示。该实施方式所具有的缺点是，它是非常存储器密集型的，或者需要额外的存储器带宽。另外，中间存储把图像序列相对于直接的信号处理而延迟一个或多个帧。所谓的流水线延迟(Pipeline-Delay)放大，这对于实时应用是极其不希望的。比如在JP 2004-222183中也描述了用于使用较高和较低灵敏的像素的一般方法，其中在那里装备有较高和较低灵敏的像素的摄像机具有曝光校正值用的输入单元，根据所述曝光校正值，不同灵敏度的图像利用曝光数值被结算，并接合为组合图像，并且所述曝光校正值被用于扩展或限制动态范围。从US 2007/0211157 Al中已知的热成像系统在非常类似的基础上工作。在该解决方案中，同样重复地在探测器阵列的两个灵敏度调整之间来切换，其中在采用阈值标准的情况下逐像素地(Pixelweise)选择合适的灵敏度水平并显示。在这两种情况下分别不利的是，必须对两个利用不同的灵敏度拍摄的图像进行准同时的并行处理，并且图像数据的逐像素的组合取决于任意设置的或根据经验找到的校正值或阈值，其或者必须持续地与当前的热场景相匹配，或者必须根据确定的标准来预选。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务是，找到用于拍摄和表示热图像的新的可能性，其允许在共同的热图像中联合具有两个不同的动态范围的拍摄，其中像素信号的噪声和漂移以及用于中间存储和处理的存储需求同时被降低。根据本专利技术，该任务在具有基于像素的探测器单元、处理器单元和图像中间存储单元的热图像摄像机中而通过以下得到解决，其中所述探测器单元被构造用于利用至少两个不同的灵敏度对在其上成像的情景的热辐射进行基于像素的拍摄以及交替地读出较高灵敏的和较低灵敏的图像，和所述处理器单元被设置用于控制读出、预处理、中间存本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　热图像摄像机，具有基于像素的探测器单元、处理器单元以及图像中间存储单元，其中所述探测器单元被构造用于利用至少两个不同的灵敏度来基于像素地拍摄在其上所成像的情景的热辐射，并且交替地读出较高灵敏的和较低灵敏的图像，所述处理器单元被设置用于控制读出、预处理、中间存储以及把至少两个依次从所述探测器单元读出的较高和较低灵敏的图像结合为共同的输出图像，其特征在于，－所述图像中间存储单元作为不仅用于较高灵敏的原始图像（Ｂ）而且用于较低灵敏的原始图像（Ｂ）的共同的累加器（８）来构造，并在其输出端处提供共同的输出图像，－对所述累加器（８）前置图像加权单元（１２），用于利用可调整的百分比加权函数（Ｇ）来对交替地从所述探测器单元（１）读出的较高和较低灵敏的原始图像（Ｂ）逐像素地加权，和用于利用与可调整的百分比加权函数（Ｇ）互补的加权函数（１－Ｇ）对在所述累加器中中间存储的输出图像（Ａ）逐像素地加权，以及用于根据从所述探测器单元（１）中利用至少两个不同灵敏度调整而交替读出的原始图像（Ｂ）来相加地叠加两个图像用以连续地更新所述输出图像（Ａ）。

【技术特征摘要】
2010.06.07 DE 102010023166.51.热图像摄像机，具有基于像素的探测器单元、处理器单元以及图像中间存储单元， 其中所述探测器单元被构造用于利用至少两个不同的灵敏度来基于像素地拍摄在其上所成像的情景的热辐射，并且交替地读出较高灵敏的和较低灵敏的图像，所述处理器单元被设置用于控制读出、预处理、中间存储以及把至少两个依次从所述探测器单元读出的较高和较低灵敏的图像结合为共同的输出图像，其特征在于，-所述图像中间存储单元作为不仅用于较高灵敏的原始图像(B)而且用于较低灵敏的原始图像(B)的共同的累加器(8)来构造，并在其输出端处提供共同的输出图像，-对所述累加器(8)前置图像加权单元(12)，用于利用可调整的百分比加权函数(G)来对交替地从所述探测器单元(1)读出的较高和较低灵敏的原始图像(B)逐像素地加权，和用于利用与可调整的百分比加权函数(G)互补的加权函数(I-G)对在所述累加器中中间存储的输出图像(A)逐像素地加权，以及用于根据从所述探测器单元(1)中利用至少两个不同灵敏度调整而交替读出的原始图像(B)来相加地叠加两个图像用以连续地更新所述输出图像(A)。2.根据权利要求1所述的热图像摄像机，其特征在于，给所述累加器(8)分别加权地输送一系列从所述探测器单元(1)中利用多于两个的不同灵敏度调整而交替读出的较高和较低灵敏的原始图像(B)，其中分别根据当前在所述累加器(8)中所提供的和互补加权的输出图像(A’)来进行更新，使得在所述累加器(8)中能够产生具有至少三个不同灵敏的原始图像(B)的像素强度的共同的输出图像(A)。3.根据权利要求1或2所述的热图像摄像机，其特征在于，给所述累加器(8)分别加权地输送一系列依次从所述探测器单元(1)中利用至少两个灵敏度调整而交替读出的较高和较低灵敏的原始图像(B)，其中分别根据当前在所述累加器(8)中所提供的和互补加权的输出图像(A’)来进行更新，使得得到交替拍摄的较高和较低灵敏的图像的序列的平滑平均的输出图像(A)。4.根据权利要求1至3之一所述的热图像摄像机，其特征在于，所述图像加权单元(12)具有图像加权乘法器(11a)，其用于利用可调整的百分比加权函数(G)来对所读出的原始图像(B)加权；累积器加权乘法器(1加)，其用于利用互补的权函数(1-G)对从所述累加器(8)中存在的输出图像(A)加权；以及加法器(13a)，其用于对两个加权的图像(B’ ；A’)逐像素地相加，其中给所述加法器输送所读出的原始图像(B)的加权的图像(B’)以及在所述累加器(8)中存在的互补加权的输出图像(A)，并且在所述加法器的输出端后面布置所述累加器(8)。5.根据权利要求1至3之一所述的热图像摄像机，其特征在于，所述图像加权单元(12)依次由第一累积器加法器(12b)、后置的图像加权乘法器 (lib)以及图像加法器(13b)组成，用以相对于新的原始图像(B)来实现在所述累加器(8) 中存在的输出图像(A)的互补加权(1-G)，其中给所述第一累积器加法器输送从所述探测器单元(1)中利用所定义的灵敏度读出的原始图像(B)以及在所述累加器(8)中存在的输出图像(A)，用以由原始图像(B)和输出图像(A)逐像素地形成差，所述图像加权乘法器用于利用可调整的加权函数(G)对如此产生的差图像加权，给所述图像加法器输送所述图像加权乘法器(lib)的由原始图像(B)和输出图像(A)组成的加权的差图像和在所述累加器 (8)中存在的输出图像(A)。6.根据权利要求1至5之一所述的热图像摄像机，其特征在于，所述加权函数(G)对于较高灵敏的和较低灵敏的图像是不同的，其中设置选择单元 (10)，用于按照所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F韦斯巴赫，I卡内布莱，M万辛，
申请(专利权)人：F韦斯巴赫，I卡内布莱，M万辛，
类型：发明
国别省市：DE