校正包括阻性辐射热计阵列的探测器的漂移的方法和设备技术

公开了一种用于校正包括阻性成像辐射热计阵列的红外辐射探测器的漂移的方法和实现这种方法的设备。该方法通过校正辐射热计网膜的辐射热计探测器的阻抗性辐射热计的效应离差来校正增益表。该方法包括：从对应于基本上温度均匀的场景的网膜获取读取信号；根据关系式计算校正表g；以及根据关系式校正增益表；其中：(i,j)表示网膜和表中的辐射热计的坐标；Gref和Gshut分别是校正之前和校正之后的增益表；Rac_shut(i,j)和Rac_ref(i,j)是在获取信号时和在先前时间时辐射热计(i,j)的阻抗值；TCRshut(i,j)和TCRref(i,j)是在获取信号时和在先前时间时辐射热计(i,j)的温度变化系数值；N是用于归一化增益表Gshut的标量因数。

【技术实现步骤摘要】
校正包括阻性辐射热计阵列的探测器的漂移的方法和设备
本公开涉及红外辐射热计成像和热敏成像
更具体地说，本公开涉及一种用于校正基于所谓阻性成像辐射热计阵列对红外辐射成像或者热敏成像（根据收到的辐射热能测量场景的温度）的红外探测设备或者探测器的校准漂移的方法。
技术介绍
在成像和红外热敏成像中，传统上采用接近室温工作的所谓“非制冷”探测器，该术语例如适用于－40°C与＋90°C之间的温度范围。这种探测器通常可以利用珀耳帖致冷器（“TEC”）在其焦面进行温度调节。然而，更一般地说，焦面的温度不可变（“无TEC”）。这种设备利用了适当材料的物理量在约300k左右的温度的变化。在最常见的热辐射探测器中，该物理量是阻抗性的。这种探测设备的基元探测器通常涉及：■用于吸收红外辐射和用于将其转换为热的装置；■用于热隔离该探测器，从而使它能够在红外辐射的作用下加热的装置；■在热辐射探测器环境下采用阻抗元件的温度测量装置；■以及用于读取温度测量装置提供的电信号的装置。这种用于红外成像的探测器类型传统上以基元探测器或者辐射热计的二维阵列的方式制造，所述阵列的每个基元探测器由通过批量制造的支承基底上的支承臂悬置的膜片形成。这种基元探测器阵列通常被称为成像“网膜”。用于顺序寻址基元探测器并用于形成与每个辐射热计相关的电信号以及之后可能以或多或少复杂的方式对所述信号进行处理的电子装置也设置在通常由硅制成的电路上。直接连接到辐射热计的通用电子系统被称为“读出集成电路（ROIC）”。为了通过这种探测器获得场景图像，通过适用的光学器件将该场景图像投影到基元探测器阵列，该阵列布置于光学器件的焦面上。通过读取电路对每个基元探测器或者每行这种探测器施加额定电激励，以获得用于形成每个所述基元探测器达到的温度的图像的电信号。集成了探测器的应用系统利用直接取决于每个基元探测器的阻抗的电信号形成所观场景的热图像。传统上，这种系统传统上被称为“照相机”。现在，一般地认为，对于正常使用探测器的曝光条件，当前用于制造成像辐射热计的辐射热材料，诸如例如非晶硅（a-Si）、硅锗合金（a-SixGe1-x）或者氧化钒（VOx）的阻抗或多或少随时间的推移发生漂移。此外，更重要的是，当探测器被非常强的红外光源例如太阳或者强辐射光源（投影仪等）瞬间辐照时，也可以观察到漂移。在这种情况下，优选地使用术语“残余”，因为“漂移”不涉及探测器的所有基元点，而仅涉及通过光学器件的热源的图像的相应区域，这样在产生了该标记的信源消失后形成残余“图像”。在这种情况下，通常称为“鬼像”（或者“晒伤”），其随着时间的推移而或快或慢地消失，因为该高辐射涉及的像点的灵敏材料已经被临时调节，然后，以可变速度返回其辐射之前的状态。这种赝象反过来影响图像质量，并且大多数在局部使探测器校准失真，即，使输出信号与所观场景的温度比失真。根据本专利技术，对于下面称为“基准条件”的给定环境和工作条件，辐射热计的通用术语“漂移”特征化了诸如例如辐射热计上的入射辐照、它的环境温度（内部照相机温度）、以及读出电信号，辐射热计的电特性随着时间的推移已经从其初始基准值漂移，在这种条件下，特别是在特定工厂交货采购操作中，探测器投入使用之前进行的所谓校准中，可以观察到这种漂移。根据本专利技术，在校准操作时获得的信号与在探测器的使用寿命内它之后在任何后续时间被布置于完全相同条件下获得的信号之间观察到的差别被称为“漂移”，它是由于与通常使用的测温材料的相对自然不稳定性相关的所有探测器辐射热计的灵敏度特性的通常空间一致的慢演进所导致的变化，也可以是空间分布的非常快变化（根据变化的呈现以及变化的后续弛豫）和较长时间观察强辐射源而导致的随时间推移的可变变化。为了适当地介绍下面的内容，详细说明现有技术的最通用校准处理。一般地说，这种校准处理包括精心选择阵列网膜的偏移和增益的二维校正参数（通常所称的“表”），之后，在探测器工作期间使用该表以校正辐射热计特性离差。通过测量和存储当面对均匀温度的第一场景（例如，对第一温度T1采取的基准黑体）时获得的所有输出信号来获得该偏移表。输出信号（或者连续电平）被称为NCT1，并且辐射热计阵列的坐标(i,j)的辐射热计的特定信号被称为NCT1(i，j)。因此，偏移表仅收集表示该校准条件下的输出信号的分布（离差现象）的所有值NCT1(i，j)。然后，将探测器布置在均匀温度的不同的第二场景的，例如，对第二温度T2取的第二基准黑体的前面，并且获取和存储新表NCT2(i,j)。然后，由表NCT1(i，j)、NCT2(i，j)以及这些表的相应代数平均值和计算下面的关系式定义的基准增益表Gref(i，j)：在本文件的其余地方，符号表示该表的代数平均值，其中V是与网膜相同维数的标量值的“表”。表Gref(i，j)表示所有网膜辐射热计的响应或者响应性的相对分布（离差现象）。通过校准获得的这种偏移和增益表被存储在照相机中并使用，并且在其投入使用后，由与照相机集成在一起的计算单元利用它对每个图像帧的每个原始信号S(i，j)进行传统“两点校正”，以根据下面的关系式获得校正信号Scorr(i，j)：因此，每个原始信号S(i，j)均相对于根据偏移和增益校正的成像器的平均值具有各偏差。通常，照相机设置快门、该快门布置于光学元件与灵敏焦面之间，用于在快门温度下形成均匀热场景的等同像。当考虑到输出信号Scorr(i，j)特别是对于没有温度调节的“无TEC”探测器因为例如焦面的温度偏移或者温度离差，或者因为辐射热计的小的个别或总体偏移而不再足够精确时，快门被激活，并且偏移表NCT1被更新，例如被对应于关闭快门的原始输出信号的新表NCshut替换。因此，传统上利用快门以简单、精确方式形成满意偏移表。然而，根据本专利技术，可以不利用快门或例如通过使图像散焦来使场景辐射均匀的装置就在环境温度下实现自然地实质均匀的场景观察。此后，为了简化说明，可以描述为表NCshut“对应于快门”，而这并不意味存在机械快门。然后，利用新偏移表再一次有效校正再打开快门后获得的图像。通常认为不需要更新增益表，因为在整个探测器的使用寿命内，与平均值相比，导致相对响应离差的物理现象实际上未发生变化。事实上，偏置电压辐射热计的响应Resp（即，在恒压的作用下并且在对流过辐射热计的电流没有其它外部限制的情况下）通常可以被表示为如下：其中：■Rac是辐射热计的阻抗；■A是辐射热计用于吸收辐射的面积；■Rth是辐射热计膜片和置于其上悬置所述膜片的基底之间的热阻；■ε是膜片的有效光耦合（吸收）系数；■TCR是辐射热计的阻抗根据温度的变化系数；■Φ是辐射热计上的入射辐射能流；以及■θscene是场景温度。因此，该响应部分地由结构和设计参数，例如面积A、热阻Rth、系数ε，以及配备有探测器的光学系统的、在最后一项Φ(θscene)中出现的各种参数确定。现在，可以发现，可以与用于形成原始信号S(i,j)的读取电路的参数相加的该第一组参数的值，基本上不随着时间推移发生变化，因此，在整个探测器使用寿命内它基本上是常数。然而，另一组参数以与其测温材料相关的字符的形式包括在辐射热计响应中，即，其阻抗Rac（通过其阻抗率ρ）和该阻抗基于如下关系定义的温度TCR的相对变化系数：其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校正增益表的方法，在悬置于辐射热计探测器的基底上方的阻抗性辐射热计网膜（10）的阻抗性辐射热计（1011）的响应离差的校正中使用该增益表，所述校正应用于由所述辐射热计（1011）提供的原始读取信号，并且增益表的每个增益与网膜的辐射热计相关联，其特征在于所述方法包括：■从对应于基本上温度均匀的场景的网膜（10）获取读取信号（30032、30033、30034、5003）；■根据如下关系式，根据所获取的读取信号计算用于校正增益表的表g（30034、30035、50034、50035）：g(i,j)=Rac_shut(i,j)Rac_ref(i,j)·TCRref(i,j)TCRshut(i,j)■以及根据如下关系式校正增益表（30036、50036）：Gshut(i,j)=g(i,j)·Gref(i,j)N其中：■(i,j)表示网膜和所述表中的辐射热计的坐标；■Gref和Gshut分别是校正之前的增益表和被校正的增益表；■Rac_shut(i,j)是获取所述读取信号时坐标为(i,j)的辐射热计的阻抗值；■Rac_ref(i，j)是坐标为(i,j)的辐射热计在先前时间的阻抗值；■TCRshut(i，j)是坐标为(i,j)的辐射热计在获取所述读取信号时的温度变化系数值；■TCRref(i,j)是坐标为(i,j)的辐射热计在先前时间的温度变化系数值；以及■N是用于归一化增益表Gshut的标量因数。...

【技术特征摘要】
2012.02.22 FR 12515921.一种用于检测红外辐射的方法，包括：■借助于悬置于辐射热计探测器的基底上方的阻抗性辐射热计网膜的阻抗性辐射热计来获取所述红外辐射，从而产生由所述辐射热计提供的原始读取信号；■使用增益表来校正原始信号中的阻抗性辐射热计的响应离差，所述增益表的每个增益与所述阻抗性辐射热计网膜的辐射热计相关联，其中，所述方法包括对所述增益表的校正，所述校正包括：■从对应于温度均匀的场景的所述阻抗性辐射热计网膜获取读取信号；■根据如下关系式，根据所获取的读取信号计算用于校正增益表的表g：■以及根据如下关系式校正增益表：其中：■(i,j)表示所述阻抗性辐射热计网膜和所述表中的辐射热计的坐标；■Gref和Gshut分别是校正之前的增益表和被校正的增益表；■Rac_shut(i,j)是获取所述读取信号时坐标为(i,j)的辐射热计的阻抗值；■Rac_ref(i,j)是坐标为(i,j)的辐射热计在先前时间的阻抗值；■TCRshut(i,j)是坐标为(i,j)的辐射热计在获取所述读取信号时的温度变化系数值；■TCRref(i,j)是坐标为(i,j)的辐射热计在先前时间的温度变化系数值；以及■N是用于归一化增益表Gshut的标量因数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：■所述阻抗性辐射热计的辐射热计材料是非晶硅或者硅锗合金，■值Rac_ref(i,j)是所述辐射热计针对平均温度Tref的阻抗值，以及■项是根据如下关系式计算的：其中：■Tshut是所述辐射热计在获取信号时的平均温度；■K是取决于所述阻抗性辐射热计的预定系数；■Ea_ref是所述辐射热计激活能的预定值；■ln是自然对数；■Rac_ref(i,j)@Tshut是在温度Tshut时坐标为(i,j)的辐射热计的阻抗在先前时间的值；以及■Tref是在先前时间所述辐射热计的平均温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：■所述阻抗性辐射热计网膜的每个辐射热计的读取信号是在电容器上对流过承受恒定偏置电压的辐射热计的电流与共模电流之差积分预定时间段的积分器的输出电压；■以及根据如下关系式计算项β(i,j)：其中：■Cint是所述积分器电容器的电容值；■Tint是积分时间的值；■Vac是在积分期间对所述辐射热计施加的偏置电压的值；■NCshut(i,j)是坐标为(i,j)的辐射热计在获取所述读取信号时提供的信号的值；■NCref(i,j)是所述辐射热计在先前时间提供的读取信号的预定值；■是整个所述阻抗性辐射热计网膜上或者所述阻抗性辐射热计网膜预定部分上的读取信号的平均值；■是在先前时间所述读取信号的预定平均值；以及■是温度Tshut时在先前时间所述辐射热计的阻抗值Rac_ref(i,j)@Tshut的平均值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰·杜兰德，米歇尔·维兰，克里斯托夫·米纳西安，
申请(专利权)人：ULIS股份公司，
类型：发明
国别省市：