CN103292908B - 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 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本公开涉及红外辐射热计成像和热敏成像技术领域。
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。
背景技术
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。
根据本发明，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。
根据本发明，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，根据本发明，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：
其中T是辐射热计膜片的温度。
如上所述，这些材料参数可能发生显著漂移。特别是，常用辐射热计材料（实质上是氧化钒和非晶硅）的阻抗Rac可能随着探测器使用寿命内本征地改变几个百分点。该阻抗还可能在强红外辐射和/或者长期红外辐射导致的特高加热的影响下变化，这对于图像质量更有害，因为这种干扰通常仅涉及网膜的一部分。因此，在图像上形成与场景无关的“赝象”反差斑，在校正了唯一偏移后，即，在更新了“一点”校正后，所述斑消失，但是测温校准发生失真，因为已经被调节的网膜部分的初始增益表不再准确。
与希望获得的图像测量或者热测量的精度相比，这种校准变化或者漂移可能非常大。因此，如果在探测器的使用寿命内要求固定图像质量，则要求定期再校准“两点”校正中使用的增益表。
因此，例如，文献FR2936052提供了用于校正这些漂移的方法。对于装备了快门和针对基准温度调节焦面的温度的珀耳帖致冷器的探测器，该文献教导由于辐射热计阻抗的时间或者空间变化所导致的响应性漂移的校正。实现原理基于包括其自身遭受所研究漂移的基准阻抗以及用于测量该基准阻抗相对于其初始值的漂移的装置的设备。在每次因为辐射热计响应性的漂移而认为需要更新增益表时，激活这些装置。校正包括：当探测器处在“工作中”时，获取对应于快门的原始信号，由这些信号推导该基准阻抗相对于其初始值的相对变化，以及然后将增益表的增益乘以与所述相对变化成正比的因数。
探测器处于“工作中”指例如，在用户可以使用照相机时，利用不使用工厂的建造者应用的校准方法，特别是不利用黑体的过程，来进行校正。
在基准阻抗是辐射热计本身的情况下，整体地执行校正（对整个网膜唯一并有效）或者单独地执行校正（适用于每个灵敏点）。然后，这样更新的增益表应用于校正例如原始信号的数值。因此，对因为响应性漂移引起的错误获得实质性校正。
该方法有效抑制大多数校准差，并且对于单独实施的情况，还抑制因为强局部辐射产生的大多数漂移。
然而，可以看到，并未在照相机的所有工作条件下完美校正因为强局部辐射引起的“残余”型空间响应干扰。事实上，当快门在校准时的温度接近之后观察的场景的平均温度时，由更新偏移和增益表获得的“两点”校正图像令人满意。
然而，当照相机温度并由此导致快门温度远离场景的平均温度时，“两点”校正之后，特别是在常常被过度校正的热对比度低的图像上存在先前受扰区的非常明显的鬼像，因此，导致校正之后的图像上的局部对比度反而降低。
图1是由基于实现文献FR2936052的教导的现有技术的非晶硅辐射热计探测器获得的热图像并且示出了过度校正现象。图1的图像是在，用当照相机，进而快门在60°C的平均温度下对偏移表进行校正后，并在用现有技术的“两点”校正之后获得的。所观场景具有30°C的平均温度。该图像的灰度级对较高温度赋予光影，图像根据场景温度的一般动态处于大约4°C的量级。
暗斑是在网膜的几个点处根据各种曝光时间，由于在获取图1的图像之前在所使用的探测器的图区内存在太阳而导致的在两点校正之前存在的“鬼像”。当未校正时，在非常轻的对比度下出现这种斑，但校正图像上在暗对比度下出现这种斑意味着这些斑被过度校正。
成像场的该例子还说明了热敏成像中现有技术的局限性。事实上，从位于干扰区内的点提取的场景温度估计值相对于相邻未干扰点提供的正确测量值失真。
如上所述，利用在工厂对探测器进行的再校准，通过在两个基准温度T1和T2对两个黑体重复曝光处理来确定新增益表，可以校正这种成像和校准缺陷。然而，除了不可能对在使用中的系统执行这样复杂的操作，并且在校准中应当在相同热条件下更换照相机，这将在过量辐射之后在驰豫期内被重复再现。实际上，在不长时间停止使用照相机的情况下，不能对该解决方案有所期望。
文献US7030378提供了一种基于在工厂初始校准之后在照相机本身的两个不同工作温度获得的辐射热计的阻抗的两个比较测量值的“场”方法。除了要求显著温度变化以提供可用结果，当快门的温度与场景的温度非常不同时，该方法不能提供对校准精度不够高的问题的解决方案。
因此，显然需要一种能够基本上去除残余校准误差，并且更具体地说，去除根据现有技术进行校正之后始终可以看到的连续强热辐射过度曝光周期的成像和热敏成像中的有害赝象的方法。
还需要有一种用于校正漂移和所述赝象的协议，该协议不要求使用要求探测器很长时间不投入使用的特定条件。
还需要提供一种可以应用于投入使用的设置了现有技术的标准读取电路的照相机的用于校正漂移或者所述赝象的协议，并且无论探测器的热形式，即，具有调节焦面温度或非调节类型的（“无TEC”）如何，该协议都有效。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于校正辐射热计探测器的输出信号、能够在探测器的整个使用寿命基本上保持初始校准精度、在过度辐射的情况下，尽管探测器使用的辐射热计材料存在固有的时间和/或者空间漂移，并且根据室温在照相机的所有工作条件下，没有残余鬼像（成像赝象）的方法。
为此，本发明的目的在于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的阻抗性辐射热计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提供的原始读取信号，并且该增益表的每个增益与网膜的辐射热计相关联。
根据本发明，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；
根据如下关系式，计算用于校正根据所获取的读取信号的增益表的表g：
以及根据如下关系式校正增益表：
其中：
(i,j)表示网膜和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。
有利的是，因数N等于分子N(i,j)＝g(i,j).Gref(i,j)的所有项元的代数平均值，在这种情况下：
本发明的目的还在于包括用于执行上述方法的装置的辐射热计探测器。
根据本发明实施例，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)是辐射热计针对平均温度Tref的阻抗值，以及根据如下关系式计算项：
其中：
Tshut是辐射热计在获取信号时的平均温度；
K是取决于阻抗性辐射热计的预定系数；
Ea_ref是辐射热计激活能的预定值；
ln是自然对数；以及
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。
换句话说，本发明人发现至少在辐射热计材料由非晶硅或者硅锗合金制成的情况下的激活能的值与其阻抗之间存在关系。已知辐射热计材料的固有特性的漂移导致阻抗发生变化，因此，可以估计系数TCR的相应变化，因此可以再校准增益表而无需执行根据基准黑体的经验校准的传统的整个实现过程。
因此，有利的是，本发明采用所述关系。应当明白，根据在读取电路的输出端可用的信号、计算功率、或者照相机中搭载的计算单元的存储空间、所使用的模拟电路的类型，有许多使用数学关系的方式。
因此，本发明在确定增益表的过程中直接或者间接使用该关系。特别是，在通常不直接测量这些量，而是根据在网膜输出端可用的信号和探测器的各种工作参数，诸如例如与所使用的偏振类型相关的或者与用于“读取”网膜辐射热计的体系结构的类型相关的参数，来估计这些量的条件下，本发明涉及对各种量的估计。
此外，应当注意，本发明涉及温度。正如下面更清楚地描述的，各种关系涉及或者直接由实际辐射热计的温度特性导出。因此，从理论上说，温度是辐射热计的温度。辐射热计的温度通常通过测量其阻抗被测量。然而，不能描述要被校正的辐射热计特性漂移的影响。在本文中，需要利用其它装置估计该温度。例如，可以靠近每个辐射热计设置温度探针，也可以设置一个或者几个温度探针，以在一个或者几个点测量基底温度。事实上，辐射热计膜片与支承它们的基底是热关联的，因此，辐射热计膜片与其达成平衡，即，处于接近基底的温度的平均温度。
在此，在例如从几秒到几分的时标上，利用“平均温度”表示有效温度。已知在通过诸如下面描述的逐行扫描模式偏置来形成信号的最常见情况下，在每帧发生一次的自加热焦耳效应的作用下，辐射热计的膜片的瞬间温度（通常在几微秒的量级）在读取电脉冲当中能够具有几度的快速变化。稳定状态下（几帧之后）因为读取的自加热阶段与两帧间向基底温度的热驰豫阶段之间的平衡导致考虑到通常比基底的温度高几度的平均温度。在平均温度与瞬间温度相等的连续极化情况下，也出现该差别。
至少只要不调节读取激励，该平均温度差就基本上是固定的。
特别是，在上面的讨论中，这一差别出现在所谓“先前”状态和被称为信号“获取”状态中，因此，根据本发明，在一般情况下，无需为了获得非常精细的校正而获知该误差。如果需要例如改进该校正，则在实现根据本发明的方法的过程中，可以以量Tref和Tshut的方式，估计和积分该差值。
正是由于这一原理，辐射热计的温度取决于入射辐射，即，取决于所观场景的温度，因此，该场景温度对限定辐射热计平均温度有影响。然而，该影响远小于支承基底的影响，通常约小100倍的量级。因此，至少在所谓“先前”时间和信号“获取”时间对应于其温度不太远离辐射热计温度，例如，小于20°C的场景的情况下，根据本发明的校正质量不存在显著失真。通常当照相机装备了快门时满足该条件，因为照相机的内部通常基本上是隔热的。“大体上”例如意味着基底本身可能具有比照相机的包括快门的其它部分高的平均温度，如果出现这种情况，则是因为基地工作时特有的热耗散。
在满意地实现本发明的情况下，可以忽略这样小的差值。对于较大的温差，可以观察到质量较低但是仍能够减小上述鬼像的校正。
因此，有利的是，辐射热计温度由在本发明中作为满意估计值的基底温度近似。因此，从辐射热计的观点出发，可以将在一点上测量的基底温度看作其温度的满意近似。下面，为了清楚简要起见，不特别区别辐射热计温度和该基底的一点的温度，在本文中明确说明了所使用的温度的性质。此外，根据该领域的使用说明，基底温度还可以被指定为“焦面温度”，因为基底位于装备了辐射热计探测器的光学系统的焦面，或者可以被指定为“探测器温度”。
然而，在不可忽略的空间温度梯度、永久变量或者瞬态变量出现于支承灵敏网膜的基底部分上的情况下，有利的是，在基底的多个点具有几个温度探针，以获得靠近每个辐射热计的基底温度的估计值。在探针空间分布基于其密度比辐射热计阵列的密度低得多的规则网络的情况下，利用由最靠近给定辐射热计的探针发出的信号，例如以简单方式直接提供该估计值。该网络例如具有方形网格或者六角网格，并且至少在支承灵敏网膜的基底的一部分上延伸。
作为更进一步改进的变型，如果需要，利用探针网络点之间的内插模型获得该估计值。
为了限制获得局部基底温度的足够精确估计值所需探针的数量，并且有利的是避免了将探针插入排列于灵敏网膜区域内的规则读取电路所占据的区域，例如在灵敏网膜外围的各点处排列多个探针，每个探针对基底温度进行局部测量。传统上，温度信号被输出到输出端，例如并且通常，在数字化和积分之后转为视频数据流。然后，利用集成到根据本发明的校正算法的探测器的热模型，获得每个辐射热计附近的基底的空间温度分布的估计值。
在不脱离本发明的精神的情况下，如果本技术领域内的技术人员能够建立的先前特定排列或者其变型之一可以实现，则在根据本发明求得的表达式中出现的量Tref和Tshut将被列表量Tref(i，j)和Tshut(i，j)代替。
根据现有技术，应用增益表意图基本上消除网膜的每个辐射热计元的、所有网膜元的响应的平均值附近的原始响应离差Resp的影响。
因此，通常认为增益表“被归一化”，即，按照惯例使其平均值等于1。
如果该应用需要（例如，热敏成像的情况），则如上解释的被校准的平均响应使场景温度对应于校正信号。然后，利用下面的关系式，工作中的照相机对网膜的每个辐射热计提供的校正信号Scorr被变换为测温信号θscene(i,j)或者要提供的任何其它感兴趣信号：
通常，对于其焦面不是调温的现有技术系统，通常需要在工厂测量并存储处于照相机的或者更简单地说是焦面（TPF）的几个特性温度的一系列平均响应换句话说，常见的是按照经验根据焦面TPF的温度建立响应的曲线，该曲线意图在工作中通过例如内插提供处于任何照相机温度时的相关平均响应值。
在形成该工厂经验校准曲线时包括了因为Rac和TCR随照相机温度的变化导致的响应变化。
可以在这些相同温度对增益表进行同样处理，以存储一系列意在在工作中进行后续内插的表Gref，以作为根据本发明的对更精确的表Gref(TPF)进行校正的基础。
然而，至少对于基于非晶硅或者基于非晶硅锗合金的探测器，有利的是，可以发现不需要获取几个增益表。相反，可以发现，无论后续工作温度是多少，在校准的初始阶段在温度Tref获得的增益表基本上都保持相关，而与未涉及本发明要解决的问题。
然而，仍然至少对于含有非晶硅或者非晶硅锗合金的探测器，有利的是，可以发现，至少对于使用现场的中心周围的有限温度偏离或者其最可能值的情况，不需要获取该曲线。如果通过乘以被校正的增益表的标量归一化因数在平均响应的运算中执行后续校正，则获取处于唯一温度Tref下的平均响应值就足够了。如果如上所述在校准期间不再需要获取几个增益表，则这样显著简化了初始校准协议，由此降低了运算的成本。
因此，在该特定热敏成像情况下，无需根据温度测量其变化的校准变化的直接知识是有利的。事实上，标量N可以直接用作平均响应的相关校正，即，在关系式（3）的水平上实现。
文献FR2936052未使用仅含有相对响应离差的归一化增益表G(i，j)，而使用由网膜的每个基元产生的信号与场景温度变化直接相关的响应（或者灵敏性S）的较大的表。因此，在先文献的量S(j，j)对应于本说明书的量因此，在本说明书中，离差空间校正出现于增益表G(i，j)中，并且如果使用，则根据通用响应校正Respshut＝Rspref·N，校准校正（响应/灵敏性）出现于归一化因数N中。因数N支持校正辐射热计网膜的特性的普遍漂移和/或者非调系统的平均温度漂移。
本发明人发现，如图1所示，如果在最后校准增益表时网膜的温度并由此快门的温度与后续观察的场景的温度非常不同，则根据文献FR2936052描述的技术进行校正之后的残余校准误差直接与在先前被强辐射的区域相关联地形成清晰的局部失真。因此，对超出对所述文献提供的增益表进行的简单“第一阶”校正的校准误差进行校正是有用的。
关系式（1）表示响应对所采用的辐射热计材料的双重依赖性性，即，一方面，依赖于阻抗Rac，而另一方面，依赖于温度变化系数TCR。
文献FR2936052的技术校正响应对阻抗Rac的依赖性。
基于本发明的原理还考虑到响应对系数TCR的依赖性而在“第二阶”校正网膜的整体漂移或者局部漂移。
因此，本发明还包括对先前获取的增益表Gref(i,j)进行第二阶校正，以根据如下关系式获得校正增益表Gshut(i,j)：
其中：
Gshut(i,j)是对探测器的当前温度Tshut确定的新增益表；
Rac_shut(i,j)是确定新增益表Gshut(i,j)时以及在此时的温度Tshut下的辐射热计阻抗值；
Rac_ref(i，j)是在确定增益表Gref时和在此时的温度Tref下的辐射热计阻抗值；以及
TCRref(i,j)是在确定增益表Gref时和在此时的温度Tref下的温度变化系数的值；
TCRshut(i,j)是在获取新增益表Gshut(i,j)时和在此时的温度Tshut下的温度变化系数的值；以及
N是有利的是等于所有分子项元的平均值的归一化因数。
然而，利用关系式（4）校正该增益表并不简单。事实上，这假定具有当快门被关闭时用于测量处于温度Tshut的阻抗Rac的装置。该运算可以被认为是可行的，但是这意味着要配置该读取电路并且为该目的而形成这样的电路。
该运算还要求获取关闭快门时温度为Tshut时的系数TCR。系数TCR是温度强相关的，在运算中直接获取其值要求例如并且通常利用珀耳帖致冷器（或者“TEC”，“热电致冷器”）使照相机的焦面并因此使网膜具有两个不同的温度。然后，从在关闭快门的情况下在这两个温度获取的两个阻抗测量值中提取每个辐射热计的TCR值。除了越来越多的市售探测器没有珀耳帖致冷器而导致这可能造成麻烦的缺陷，该运算需要非常耗时，因为要求“第二阶”校正，在该运算级要非常准确以获得要求的精度。
因此，本发明提供了一种对网膜的整体或者局部漂移进行第二阶校正的方法，该方法对非调温探测器也有效，并且该方法不要求测量在相同温度下进行，当然，本发明还可以非常好地应用于这种情况。
更具体地说，本发明提供用于确定当前探测器温度的增益表，并且使得在所使用的分析模型中消除对系数TCR的引用。
本发明基于先前获取的增益表，并且即使当在另一个温度，包括与当前探测器温度差距非常大的温度，获取该增益表时也同样如此。正如下面详细描述的，该工作的前提是出乎意料地无损于辐射热计漂移第二阶校正的质量。
然后，在用于形成辐射热计阻抗的辐射热计材料是半导体的通常情况下，与例如非晶硅和非晶硅锗合金相同，辐射热计的阻抗Rac具有根据阿伦尼乌斯(Arrhenius)等式的公知温度特性。
其中：
Ea(i，j)是辐射热计的辐射热计材料的阻抗的激活能；
Rac0(i，j)是这种材料的“无限”温度的渐近阻抗参数；
k是波尔兹曼常数；以及
T是辐射热计的辐射热计材料的温度。
该关系式使得根据如下关系式表示系数：
其中q是电子的电荷，需要时以电子伏表示Ea。
然后，本发明人发现，至少对于非晶硅材料（a-Si）和非晶硅锗合金（a-SixGe1-x），激活能Ea取决于特别研究的材料的各种固有特性，并且如果这些特性不发生变化，即，如果材料不漂移，则在探测器的整个工作条件范围内，激活能Ea具有基本上固定的温度。因此，通过组合关系式（4）和（6），关系式（4）可以根据如下关系式变型：
其中Earef(i,j)和Eashut(i,j)分别是辐射热计在确定表Gref(i,j)时的和确定新表Gshut(i,j)时的激活能。
因此，根据关系式（7），与第二阶校正相关的有用信息现在包含在激活能Ea内。
然后，申请人发现，当辐射热计材料的阻抗因为温度变化之外的原因变化时，Ea基本上可逆并且可重复地跟随辐射热计材料的阻抗变化。因此，对于材料的给定温度，利用其阻抗Rac的变化，可以估计辐射热计的激活能Ea的变化。
更具体地说，当因为漂移而调整在温度Tinit时初始阻抗为Rac_init(i，j)的同一个辐射热计，并且获取该同一个温度Tinit的新阻抗值Rac_final(i,j)时，请注意Rac_final(i，j)，已发现在辐射热计在漂移之前和漂移之后的相应激活能Eainit(i,j)和Eafinal(i，j)基本上符合下面的关系式：
或者作为变型：
其中K是预定因数。对于形成网膜所使用的材料，通过有意对校准设备的一个或者多个辐射热计应用各种大小的漂移，通过测量与这些各种漂移状态相关联的阻抗和激活能，以及通过利用关系式（8）或者（9）的通用线性化方法从这些测量值中提取系数K，来例如根据实验校准因数K的值。
在关系式（9）中，给出在Tinit时的阻抗比，该值可以被任意设置为Tfinal，关键点是将相同温度的阻抗进行比较。下面，用于建立增益表校正公式使用的通用温度对应于最终温度Tfinal。
对于申请人通常使用的各种非晶硅，约为0.055eV因数K的值通常相关。对于其它材料，在这一量级上的其它值可以更好地适用。
正如关系式（8）和（9）中所示出的，关于所使用的灵敏材料的特定特性或者/和对于探测器工作温度的极大偏离的情况，根据灵敏元的温度表示参数K的可能变化是有用的。因此，根据焦面TPF的温度而预先实验校准灵敏材料的行为K(TPF)能够例如利用多项式表达式改进关系式（8）和（9）中校正参数K的值，其因此被表示为K(TPF)。然而，在使用非晶硅或者非晶硅锗合金的大多数情况下，这种改进是多余的，并且使用固定参数K就足够了。
应当注意，关系式（8）和（9）无法在阻抗Rac的值与系数TCR的值或者激活能Ea的值之间建立预定通用关联。换句话说，关系式（8）和（9）无法重写关系式（5）表示的阿伦尼乌斯等式。事实上，渐近阻抗Rac0和激活能Ea没有固定值或者预定值，并且取决于辐射热计材料的特定瞬态。因此，例如，当对被认为相同，即，由根据固定方法获得的灵敏材料形成，或者甚至从单一实验序列中采样的并且具有基本上相同阻抗的辐射热计的激活能进行测量时，可以观察到约百分之几的与计量误差无关的离差结果。当经过强辐射后，其阻抗已经被调整然而被认为相同的一系列辐射热计设备的激活能进行测量时，会出现同样的情况。
此外，本发明人发现，在激活能Ea与阻抗Rac之间实现的唯一实验关系式（8）和（9）至少在申请人观察的与辐射热计漂移相关联的Rac的变化范围内保持有效，以提供作为本发明的目的第二阶增益校正，在照相机投入使用时，在通常遇到的最极端情况下，辐射热计的阻抗Rac的值约有10％量级的变化范围。
通过组合关系式（5）、（7）和（9），可以根据如下关系式重写关系式（7）：
其中：
比值α(i,j)和β(i,j)被分别称为辐射热计承受的漂移的第一阶和第二阶校正因数。
因此，获得焦面温度变化和辐射热计的整体或者局部漂移的校正增益表。
因此，如果知道增益表和初始阻抗值和激活能值，则可以在任何时间在探测器的任何温度确定新增益表，因此，在第二阶考虑到例如因为过强照明导致的辐射热计漂移。
附图说明
通过阅读下面仅作为例子提供的描述，可以更好地理解本发明，其中相同的参考编号指相同的元件，附图中：
图1是在快门和场景的温度相差约30°C的情况下，利用事先有意在各点暴露在阳光辐射下的辐射热计红外探测器获得并且根据现有技术的一阶校正校正的场景的热像；
图2是实现根据本发明的方法的探测器的简化全视图；
图3是包括在图2所示探测器中的辐射热计阵列和读取电路的简化图；
图4是根据本发明第一实施例的方法的流程图；
图5是根据本发明第二实施例的方法的流程图；以及
图6是在相同工作条件下获得的，但是根据本发明的方法校正过的与图1中的场景相同场景的图像。
具体实施例
现在描述本发明实施例，该本发明实施例应用于因为所包括的电子电路而施加特定信号S(i，k)或者NC(i，j)的特定辐射热计探测器。然而，在此声明，与这些电路关联使用的特定参数和特定量不受限制，并且仅是本发明的特定应用。
图2示意地示出根据本发明的辐射热计探测器的原理图。该探测器没有调节温度，因此，其焦面的温度可以自由改变，并且它探测在红外观察的场景的辐射。
该探测器包括基元热探测器或者辐射热计的阵列10，每个基元热探测器或者辐射热计包括通过支承极化热绝缘壁悬置于基底上的辐射热计膜片。
读取电路20和至少一个温度探针30也形成于基底上，并且悬置辐射热计膜片一起形成阵列网膜，该阵列网膜排列于光学器件40的焦面上。可驱动快门50也设置于光学器件40与辐射热计阵列10之间的光路上。读取电路20提供表示光学器件40形成的所观场景的热图像的数字视频流，而温度探针30提供表示所测温度并且与视频流相关的数字信号。电路20的输出信号被电路60采样-阻塞并复用，这在现有技术中众所周知。
读取电路20的输出数据形成“原始”数据，即，并未针对校正辐射热计缺陷进行模拟或者数字处理。电路20传送的视频流的图像的像素对应于源自辐射热计的原始值S(i，j)或者NC(i，j)（面对均匀场景）。
图3是辐射热计阵列10和读取电路20的更详细视图。该组件包括：
二维阵列10，该二维阵列10包括n行和m列的基元辐射热计成像点101，或者像素，每个基元辐射热计成像点101或者“像素”包括阻性成像辐射热计1011，其中n和m是大于或者等于1的整数；
一行共模补偿电路201，每个通用补偿电路201与一列阵列10相关；
一行积分器202，每个积分器202与一列阵列10相关；以及
电路203，用于阵列10的测定和逐行寻址。
众所周知，当形成读取所需的各种电子元件时，成像辐射热计1011通常由通过在基底上支承臂而悬置的膜片形成。膜片的辐射热计材料是非晶硅（a-Si）或者非晶硅和锗的合金（a-SixGe1-x）。
每个积分电路202包括：
运算放大器2021，该运算放大器2021具有其被设置为预定恒压VBUS的非倒相端子（＋）；
预定电容Cint的电容器2022，该电容器2022连接在放大器2021的倒相端子（－）与其输出端之间；以及
复位开关2023，该复位开关2023与电容器2022并联并且可以被测定电路203产生的信号“Reset”驱动。
阵列10的每个基元点101还包括：读出开关1012，该读出开关1012可以被信号“Select”驱动并且连接到相关电路202的运算放大器2021的倒相端子（－）；以及第一注入式NMOS晶体管1013，该第一注入式NMOS晶体管1013具有连接到辐射热计1011的端子的源极并且具有连接到读出开关1012的另一个端子的漏极。辐射热计1011的另一个端子连接到恒电位VDET，例如，探测器地线。
用于补偿共模电流的每个电路201包括阻性补偿辐射热计2011，该阻性补偿辐射热计2011由与成像辐射热计1011相同、阻抗为Rav、本质上对场景发出的辐射不敏感的材料制成，例如，因为它对基底的热阻低，并且任选地或者作为一种变型，设置有不透明屏幕2012。补偿辐射热计2011在其一个端子连接到预定电压VSK，而在其另一个端子连接到电路201的第二PMOS注入晶体管2013的源极，该第二PMOS注入晶体管2013的栅极由电压GSK驱动，以在辐射热计2011的两端施加电压Vav。优选地，补偿电路201还包括阻抗测量开关2014，该阻抗测量开关2014可以由测定电路203利用信号“Der2”驱动，并且被布置在注入晶体管2013的漏极与相关集成电路202的运算放大器2021的倒相输入端（－）之间。下面将根据本发明实施例进一步详细描述该开关的功能。
当然，对像素101和电路201的偏置可以被倒相以转换MOS晶体管的类型。
补偿电路201和与补偿电路关联的阵列10的像素101连接到与运算放大器2021的倒相输入端“－”相连的电流求和点C，该求和点的电位保持基准电位，该基准电位在补偿电压范围内等于电位VBUS。
通常，阵列10的同一行上的所有辐射热计1011被偏置并且被同时“读出”，并且通过顺序行寻址，整个阵列10被逐行扫描，补偿电路201对同一列上的所有像素101共用。
在成像阵列10的读取周期，为了确定它所探测的场景的温度，补偿电路201的阻抗测量开关2014处于其导通状态，而在电容器2022的在先复位周期处于导通状态的每个集成电路202的复位开关2023被测定电路203断开。然后，后者使开关1012导通以选择被读取的行上的像素101。然后，通过成像辐射热计1011的电流iac与通过相关补偿辐射热计1012的电流iav之差被相应电路202的电容器2022积分。当从读出开关1012导通开始历时预定积分时间段Tint时，则测定电路203使它们断开。然后，积分电路202的输出电压Vout由表达式提供：
在第一阶，即，当认为在积分时间段Tint电流iac和iav为恒定时，关系式（12）等同地写为：
被读取的行的电压Vout被送到电路60以便采样-阻塞并复用。在在此所示的例子中，与成像辐射热计1011相关的原始输出信号NC是电压Vout的采样值。为了清楚起见并避免增加解释，下面在代数关系式中将使用模拟值，但是应当明白，实际上使用模数转换器（ADC）提供的数字值。根据这种简化，Vout=S或者Vout=NC。
温度探针30产生的基底的温度信号也根据公知技术插入到位于复用器60的输出端的数据流中。
这种辐射热计探测器结构是传统的，并且下面不做进一步解释。更多信息请参考例如文献“Uncooled amorphous silicon enhancement for 25μm pixel pitchachievement”by E.Mottin et al,Infrared Technology and Application XXVIII,SPIE,vol.4820。
再参考图2，根据本发明的探测器还包括连接到读取电路20的输出端的快速计算电路70，诸如例如DSP（“数字信号处理器”）。计算电路70对读取电路20的输出流的每幅图像应用“两点”偏移和增益校正，以利用探测器的存储单元80的偏移表801和增益表802对阵列10的辐射热计1011的偏移离差和增益离差进行校正。
计算电路90接收该校正图像流，然后，根据计算电路70的输出端的校正信号、保存在存储单元80内的探测器10对场景温度的响应Resp809、以及增益表802，计算电路90确定入射到每个成像辐射热计1011的红外辐射IR的温度θscene（或者如果该应用不是严格的热敏成像，则是与θscene相关的感兴趣输出量）。
为了更新偏移表801和增益表802，还设置了计算单元100，该计算单元100连接到快门50、读取电路20以及存储单元80。关于其运算，计算单元100包括内部时钟1001和用于存储其中间计算值的存储器1002。单元100还能够接收来自探测器的用户的更新命令1003。
当然，应当明白，可以在一个或者几个微处理器中使用单元70、80、90、100，已着重说明了所实现的功能而非可以在说明性例子中使用的硬件。
第一实施例
现在将结合图4的流程图描述由刚描述过的探测器实现的根据第一实施例的方法。
更一般地说，该第一实施例可以应用于执行估计成像辐射热计1011的阻抗值或者表示其的任何量值的任何类型的探测器。显然，确定新增益表不取决于读取电路的特定参数。
该方法从第一工厂校准阶段200开始，该第一工厂校准阶段200目的在于获得用于根据关系式（10）顺序确定新增益表的初始数据。
更具体地说，校准阶段200从在2001获取网膜10的辐射热计的原始信号的两个表开始，当照相机布置于对均匀温度T1和T2所采取的两个黑体之前时，这两个表被优选地分别指定为NCT1(i，j)和NCT2(i,j)。众所周知，表NCT1(i，j)和NCT2(i,j)优选地由几个连续获取的帧的平均值形成，通常至少由10个连续帧形成，以过滤因为获取噪声产生的或者探测器固有的离差。
在2002，获取的表之一，例如表NCT1(i，j)被作为初始偏移表801存储在存储器80中。还用于“两点”校正的表NCT1(i,j)的代数平均值也存储于存储空间801中。表NCT1(i，j)及其平均值还作为原始基准信号表NCrcf(i,j)和基准平均表存储于存储器80的空间803内。
同样，仍然在2002，根据关系式
计算初始增益或者增益的“基准”表，并且将它作为初始增益表存储于存储器80的空间802内。表Gref(i，j)还作为基准增益表存储于存储器80的空间804内。
该校准操作时的基底温度还作为基准温度Tref存储于存储器80的空间805内。根据借助几个温度探针获得该量的估计值的更复杂形式，建立基准温度Tref的列表形式Tref(i，j)，并且将它存储于空间805内。
在2003，众所周知，根据读取电路20的参数，例如利用文献FR2936052中结合所述文献的图5的实施例描述的实现、通过将照相机布置于温度T1的黑体的前面，计算成像辐射热计1011的阻抗Rac_ref(i,j)的值，并且将相应的阻抗表存储于存储器80的空间806内。特别是，补偿电路201的阻抗测量开关2014被测定电路203切换到其断开状态，并且逐行读取辐射热计阵列10。在积分周期结束时，下面的关系式给出积分器202的输出端的与坐标(i,j)处的辐射热计相关的电压Vout：
其中Ti′nt是在测量成像辐射热计1011的漂移时为了避免使电容器2022饱和而选择的缩短积分时间段，而iac(i,j)(t)是流过成像探测器的瞬时电流。
然后，计算单元100根据电压Vout确定成像辐射热计1011的阻抗Rac_ref(i,j)，例如，假定在积分周期内该阻抗基本上是固定的，在这种情况下，然后，容易利用该线性关系和电路的公知参数以及所施加的激励表示Rac_ref(i,j)。
甚至在没有开关2014的情况下，例如，通过连续应用两个不同电压VFID，感应两个不同偏置电压Vac，或者再一次通过施加两个不同积分时间Tint，可以应用测量Rac_ref(i,j)的其它实施例。然后，在获得的量Vout与阻抗Rac_ref(i,j)之间，获得一阶线性关系，从中提取阻抗测量值Rac_ref(i,j)或者至少一个基本上成正比的量，下面将做进一步详细描述。
在2004，根据优选变型例，事先根据一般经验以众所周知方式获得的网膜10的辐射热计1010的平均激活能存储于存储器80的空间807内。假定辐射热计1011的基准激活能Earef(i,j)均等于平均能
例如，对于由各种特定非晶硅形成的辐射热计材料，
根据另一种变型，例如，通过在通常差几摄氏度的两个均匀焦点温度测量阻抗Rac，以众所周知的方式获取每个成像辐射热计的激活能Rac_ref，并且基准激活能表存储于存储器80的空间807内。在几个温度探针可用的情况下，该在先激活能测量值均更准确，因为在网膜的任何点测量或者模拟了施加在Rac的两个测量值之间的温度差。
在2006，关系式（8）和（9）的系数K存储于存储器80的空间808内。例如，对于由非晶硅形成的各种特定辐射热计材料，在约30°C的大温度范围内，K=0.055eV。
例如，通过在在此讨论的运算序列之前，提取将激活能Ea与在其局部被强光照调整的像素的部件上测量的阻抗的对数联系在一起的实验点的斜率，获得系数K，因此，其形成阻抗Rac(i，j)的灵敏材料被或多或少调整。
作为一种可能互补，对系数K的值的提取可以延伸到感兴趣温度的整个范围内，以根据焦面的温度获得行为曲线K(TPF)。然后，可以以分析方式，例如，多项式的方式表示这种经验特性关系。在这种情况下，实现本发明所需的各种系数也可以存储于空间808内。
然而，本发明人观察到，甚至当探测器温度的变化大时并且/或者所研究的辐射热计对于阻抗例如漂移＋/-10％（在恒温下），参数K(TPF)对于校正质量并不起决定性作用，实际上，这是极端情况。
应当明白，对参数和K(TPF)提供的值仅是例子。应当将用作辐射热计1011的温度计的特定材料的相关值指定为这些参数。
最后，在2007，在采用温度为T1和T2的两个黑体前面测量探测器对基准温度Tref的平均响应并且将它存储于存储器80的空间809内。更具体地说，根据如下关系式计算平均
如上所述，在照相机的整个工作温度范围内校准响应，这样建立并且存储曲线的几个点，除了在2003获取的特定点，Tref是阻抗表Rac_ref。如上所述，至少对于含有非晶硅或者硅锗合金的辐射热计，如果优选地利用校正标度N归一化实现本发明获得的增益表，则可以省略该步骤。
然后，该方法进入第二阶段300，在探测器工作时，执行第二阶段300。第二阶段300包括启动探测器的步骤3001，步骤3001打开快门50并且启动用于获取所观场景的视频流的处理3002。
处理3002包括在30021由读取电路20获取原始信号表S(i，j)，之后，在30022，计算电路70根据下面的关系式对表S(i,j)进行“两点”校正。
其中G802(i,j)、NC801(i,j)和分别是存储在存储器80的空间802内的增益表和存储于存储器80的空间801内的偏移表及其平均值。
处理3002进入20023，由计算电路90根据关系式基于计算电路70求得的校正信号表Scorr(i,j)计算测温图像（或者更一般地说是“感兴趣”图像）。
最后，步骤30023返回步骤30021，用于获取并且处理新原始信号表。
在执行获取视频流的处理3002的同时，通过启动步骤3001来启动处理3003，在处理3003，更新由计算单元100实现的偏移表801、增益表802以及平均响应809。
更新处理3003包括第一步骤30031，在第一步骤30031，检验更新数据的条件是否出现。例如，计算单元100检验用户是否发出了执行这种更新的命令，以及/或者从最后更新开始经历的时间周期是否大于预定阈值时长，以及/或者温度传感器30传送的基底温度与最后更新时的基底温度之差是否大于预定阈值。该计算单元还可以执行处理算法以确定网膜10是否已经承受强照射，意在调整被过度曝光的辐射热计的固有特性并因此调整其可能的漂移。
如果利用几个探针提供的信号，根据该量的估计的更复杂形式，对于每个辐射热计对基底温度制表，则相对于温度出现更新条件可以考虑这些信号中的几个、或者这些信号一起的组合或者这些信号与其它参数的组合，其中这些参数被认为在所关注的考虑焦面的整体或局部温度变化的情形下是有用或者相关的。
如果更新条件之一被满足，则处理3003进入30032，在30032，关闭快门50。如果照相机不包括快门，则该系统（和/或者用户）仅在有效场景均匀条件满足后，进入步骤300032，或者激活用于尽可能均匀化网膜上感测的图像的任何系统。
然后，在30033，将原始信号表NCshut(i，j)存储于单元100的存储器1002内，该表优选地由例如10个的几个连续帧形成。在获取表NCshut(i，j)和表NCshut(i,j)的代数平均值时，传感器30传送的基底温度Tshut也存储于单元100的存储器1002内。
在30034，该处理执行由单元100以结合步骤2003描述的通过关闭快门50执行的方式相同的方式，根据文献FR2936052提供的例子的方法按照读取电路20的参数计算阻抗值Rac_shut(i，j)。
同样，仍然在30034，由存储在存储器80内的阻抗值Rac_ref(i，j)、激活能Earef和温度Tref以及存储在单元100内的温度Tshut的函数估计阻抗值Rac_ref(i，j)@Tshut。例如，利用关系式（11）直接以这种形式，也可以以其数字化的或者线性化的形式执行该估计。应当理解Tref和Tshut也可以被制表。
阻抗值Rac_ref(i,j)@Tshut和Rac_shut(i,j)存储于单元100的存储器1002的相应表中。
然后，在30035，单元100计算并且存储第一阶校正因数
同样，例如，直接以这种形式利用关系式（10）的关系β(i,j)，或者有利的是，特别是对于更快的计算速度，通过根据如下表达式实现在第一阶线性化的该关系的形式，单元100计算并且存储第二阶校正因数β(i,j)：
然后，在30036，单元100计算新增益表。
根据下面的关系式计算新增益表：
其中归一化标量N是所有分子的项的平均值，因此，如上所述，有利的是，需要为校正平均响应存储分子的项。
仍然，在30036，任选地，单元100根据关系式计算新平均响应
最后，在更新存储器80的数据的情况下，在30037，更新3003结束，即：
存储在存储空间801内的偏移表及其平均值的当前值分别被其新值表和代数平均值代替；
任选地，存储在存储空间809内的平均响应值被新计算的平均响应代替；
将用于更新启动检验30031的数据，特别是温度Tshut和更新时间的时间戳数据Hshut存储在例如存储器80内；
打开快门50；以及
返回检验步骤30031以搜索是否出现更新启动条件。
当然，如果在基底的各点使用多个温度探针，则在出现这些参数的任何地方，通常都使用参数Tref和Tshut的列表形式，如上所述。
如上所述，本发明的第一实施例应用于能够确定辐射热计阻抗值的探测器。这种确定可以是根据读取电路输出端或者由任何其它装置传送的原始信号执行的计算。特别是，描述了一种探测器，该探测器包括能够测量仅与成像辐射热计1011相关的电压Vout的补偿电路201中的开关2014。也可以是其它阻抗测量体系结构。作为变型，不是缩短积分时间，而是增大电容器2022的电容Cint的值，以使它们在探测器正常工作时所用的持续时间Tint的积分期间不饱和。
例如，每个积分器202包括两个电容器，第一电容器由测定电路203在读取成像阵列10时选择，而第二电容器在对成像辐射热计1011的阻抗进行测量时选择。
作为变型，文献FR2936052结合图1和2描述的、测量成像辐射热计的阻抗与已知基准电阻阻抗的差值的体系结构被用于测量成像辐射热计1011的阻抗。
然而，应当指出，不需要估计用于实现第一实施例的实际阻抗Rac_shut(i,j)。事实上，当引入先前关系式的比值“Rac”的标度在空间上一致时，增益表不变化。如果该协议的结果与阻抗Rac的比值至少是近似的，并且如果对所有网膜辐射热计空间上再现该协议，则利用任何阻抗测量协议提供期望结果。
例如，根据文献FR2936052的教导，利用例如包括用于断开补偿支路的开关2014和/或者基准阻抗的特定电路，或者如上所述再利用诸如使用两个偏置电压或者两个不同积分时间的特定协议，来满足这种条件。
然而，尽管是优选的，结合图3特别地描述的探测器仍是第一实施例的特定应用。
应当理解，第一实施例还应用于具有不同偏置的电路，例如，电流偏置电路或者不同的共模补偿电路的探测器。当然，第一实施例还应用于温度调节探测器，在这种情况下，测量基底温度是任选的，温度调节的目的是使温度Tshut与温度Tref相同。然后，相应地简化先前关系式，并且特别是先前关系式不包括温度比，并且不需要估计被定义为等于值Rac_ref(i，j)的值Rac_ref(i,j)@Tshut。
第二实施例
本发明还应用于不包括用于确定辐射热计阻抗值的软件和/或者硬件装置的探测器，这样使得本发明应用于现有技术的探测器，而无需修改实际探测器，或使本发明应用于例如用于驱动或者格式化原始信号的关联硬件和软件。
现在结合图5的时序图描述本发明的第二实施例，并且在与图2和3的探测器相同的探测器的应用中，其差别是它通常不包括阻抗测量开关2014，或者其差别是它通常不包括使得能够在工作中获得辐射热计1011的各阻抗值的估计值的硬件和/或者软件装置。
与前面讨论的第一模式相比，第二实施例的问题在于未在工作中进行直接的、例如基本上成比例的阻抗测量或者间接的、大体呈线性的阻抗测量。事实上，对于每个成像辐射热计1011，这种测量使得能够对可能归因于真实漂移的，即，Ea的变化与其相关的阻抗变化量进行直接量化。在前面描述的第一实施例中，因此，照相机的未使激活能产生显著变化的温度变化的后果是与特定辐射热计1011的固有阻抗变化同，该固有阻抗变化对应于可以由关系式（8）或者（9）计算的激活能变化。
现在，如果没有可直接用于估计每个阻抗的量，则需要对网膜10的每个辐射热计1011形成被相关地应用了第二阶校正的量。
首先，应当注意，基底温度的当前时间Tshut与基底温度的后续时间Tref之间的项ΔNC(i，j)＝NCshut(i，j)-NCref(i，j)的值部分地取决于辐射热计1011的漂移，并且因此，它包括与之相关的信息。因此，第二实施例从项ΔNC(i,j)中提取与辐射热计1011的固有漂移相关而不含温度变化的大多数分量。
参考关系式（13），项ΔNC(i,j)可以根据下面的关系式在第一阶写为：
其中Rav_shut(j)和Rav_ref(j)分别是获取新电信号NCshut(i,j)时和获取读取信号NCref(i,j)的先前时间与网膜10的第j列相关的补偿辐射热计2011的阻抗值。
与被遮挡和/或者对于基底的两个不同温度Tshut和Tref对基底具有非常低热阻的补偿辐射热计2011相关的差值
可以被看作均匀的，并且可以被看作在第一阶等于同一个值Δav。事实上，另一方面，补偿辐射热计2011基本上不承受漂移，因此，基本上保持其初始固有状态，并且另一方面，如上所述，本发明人发现，至少对于非晶硅或者非晶硅与锗合金型的材料，在相同状态下，在辐射热计之间激活能离差可以被忽略。
如果需要利用与靠近每个补偿辐射热计的温度变化相关的量来校正与每列相同的项元相关的每个差值，则使用几个温度探针提供必要信息。为了简单的目的，这种情况的更复杂推导未被展开，但是可以进行。
因此，关系式（22）被简化为：
然后，为了隔离与辐射热计漂移相关的项ΔNC(i,j)，第二实施例基于，将该项与和在获取NCshut(i,j)时和在温度Tshut时不漂移的成像辐射热计1011相关的平均值进行比较，即，根据如下关系式产生差值：
根据第一变型，可以观察到，通常情况下仅成像辐射热计1011的一小部分涉及要校正的漂移现象。通常，对于大规格辐射热计，这是在有限时间（例如，几分钟）观看太阳后，因为在最坏的情况下，总数百分之几的辐射热计1011受到漂移的影响。在这种情况下，可以观察到因此在关系式（20）中假定
根据第二变型，实现识别有漂移的辐射热计，并因此识别无漂移的辐射热计，该第二变型更精确估计例如，当探测器受到重复辐射，或者承受扫描或者涉及网膜的不可忽略相关表面的强光场时，该第二实施例是有用的。
例如，执行空间选择，该空间选择由与更新该表时受到显著修改的增益表的表元相关的成像辐射热计1011的软件管理。因此，对于进行中的更新，识别真实存在漂移的辐射热计1011。然后，通过计算无漂移的辐射热计的原始信号的平均值，计算值因此，获得量的非常精确估计值，并由此获得将要应用的第二阶校正的非常精确估计值。换言之，其在此应用了选择性的空间掩模。
此外，通过分析，根据如下关系式，写出量
其中在获取读取信号NCshut(i，j)时，以及在获取在所有网膜辐射热计中被认为没有经历漂移的辐射热计的，即，在所述一般情况下，辐射热计总数中的大多数辐射热计的读取信号NCref(i，j)的先前时间，和分别是阻抗Rac_ref(i,j)和Rac_shut(i,j)的值。
然后，通过组合关系式（20）和（22），在第一阶获得：
现在，根据一般情况，特别是因为这些值对应于辐射热计未经历漂移时的出厂阻抗，所以降低阻抗Rac_ref(i,j)的离差。因此，可以忽视项
在没有该第二项的情况下，重新组织等式（22）产生下面的关系式：
对其阻抗没有漂移的辐射热计估计则得到：
关系式（23）的比表示未受漂移影响的辐射热计1011的阻抗（由分子的平均项表示）与发生漂移的辐射热计的阻抗（由分母表表示）之间的相对变化。
因此，利用关系式（24）可以表示因数α(i，j)：
通过将关系式（23）代入前面的关系式中，获得：
通过根据如下表达式组合关系式（10）、（23）和（24），获得因数β(i，j)：
此外，由于本发明人观察到，在一般情况下，分母的对数幅角的第二项远小于1，所以根据如下关系式，关系式（26）可以在第一阶重写为：
因此，可以根据如下关系式重写关系式（10）：
Gshut(i,j)＝Gref(i,j).α(i,j).β(i,j)/N
其中是增益表Gshut的表达式的分子的所有项的平均。
根据下面的表达式获得用于简化所实现的计算的归一化增益表的良好近似：
在这种情况下利用非常好地近似平均响应校正因数，平均响应校正因数有助于有利地基于单一工厂获取保持热敏成像校准。此外，如果不应用识别有漂移还是无漂移的要素的处理，运算项D(i，j)中出现的项通常由平均值正确近似。
因此，关系式（28）和（29）仍使用初始增益表，在“第一阶”（项α）利用阻抗变化以及根据本发明在“第二阶”利用TCR变化（项β）按照离差来校正该初始增益表。最后，正如第一实施例，利用在计算校正增益表的序列结束时可用的归一化因数N，可以获得平均响应变化。最后，应当理解，在前面的表达式中，如果需要，可以根据Tshut表示参数K，并且如果这被认为对校正精度有用，则可以对温度Tref和Tshut制表。
然而，与通常在各种温度，利用在工厂获取的一系列初始平均响应，可以实现热敏成像校准。在这种情况下，不需要形成归一化因数N或者其分量或者将该归一化因数N或者其分量保存在存储器中。
应当注意，在读取关系式（28）或者（29）时，根据该第二实施例，处于已知温度Tref的阻抗的平均值的估计值应当可用。此外，未根据该第二模式，校正网膜材料固有的长期一般漂移。然而，与因为强光照明而空间受限的漂移相比，这种自然长期漂移通常可以忽略，并且这种自然长期漂移既对图像质量没有影响，又由于激活和补偿辐射热计实质上漂移相同的相对量并且一致，从而在第一阶对因图3所示的补偿体系结构所致的信号NC没有影响。因此，根据该第二实施例实现本发明具有相当好的优点。
现在，将结合图5进一步详细描述第二实施例的实施例。
第二实施例从工厂校准步骤400开始，工厂校准步骤400包括上面描述的步骤2001至2007。应当注意，关于成像辐射热计1011的阻抗值Rac_ref(i，j)，可以在工厂设置如下的所需装置：在步骤2003获得在步骤2002存储于空间805内的温度Tref下，存储于空间806内的各辐射热计1011的平均值的估计值的装置，以及确保其离差被有效限制以验证先前建立校正的满意应用的装置。在基于黑体的现有技术校准阶段，满足这样的条件。然而，应当注意，在探测器工作时，不能测量或者估计成像辐射热计1011的阻抗值。
校准阶段还包括用于将读取电路20的参数，即，积分时间段的值Tint、积分电容2022的值Cint、以及成像辐射热计1011的偏置电压值Vac，存储于例如存储器80的附加存储空间内的步骤4008。
然后，该方法进入第二阶段500，在探测器工作时，执行第二阶段500。该第二阶段500包括先前描述的步骤3001和处理3002以及对增益表803和偏移表801以及平均响应809进行更新5003的处理。
更新处理5003包括上面描述的对快门闭合30032进行检验30031并且获取原始信号表30033的步骤。
更新处理5003进入步骤50034，在步骤50034确定表ΔNC(i,j)＝NCshut(i,j)-NCref(i,j)及其代数平均值
仍然在50034，计算表并且正如上面在步骤30034所述利用关系式（11）估计平均阻抗值所有这些数据存储于单元100的存储器1002内的相应表中。
作为一种更精确变型，利用在空间确定未漂移的阻抗的分处理来增强该处理。该分处理例如使用之前在先前增益表更新迭代中建立的最新增益表的表项的比较，如上所述。然后，计算这些特定阻抗的ΔNC(i,j)值的平均值代替
然后，在50035，单元100计算并且存储第一阶校正因数α(i,j)和第二阶校正因数β(i,j)。任选地，如果执行利用根据关系式（29）近似的归一化表进行的“两点”校正，则单元100还产生平均值和
然后，在50036，单元100计算新增益表。根据第一变型，利用根据关系式（28）计算的“精确归一化”增益表来执行该“两点”校正，并且单元100根据该关系式计算新增益表。根据第二变型，利用根据关系式（29）近似归一化的增益表，执行“两点”校正，并且电路100根据该关系式计算新增益表。
仍然在50036，任选地，单元100根据关系式计算新平均响应
然后，该方法进入步骤30037，在步骤30037，更新先前描述的存储器80的数据。
为了简化表达式，仅使用在基底的一点测量的一个温度。如果在基底的各点使用多个温度探针，则在出现这些参数的任何地方，通常都使用参数Tref和Tshut的列表形式。同样，根据使用这些焦面温度信号中的一个、几个或者它们一起的组合或者它们与其它参数的组合，定义依赖于焦面温度的增益表更新条件。
在先前描述的第一和第二实施例中，为了清楚起见，作为连续基元计算步骤来公开新增益表的计算。当然，可以在单一步骤计算新增益表，或者可以各基元步骤组织为单一步骤。
同样，这些实施例具有的优点是，能够利用单一增益表进行“两点”校正，并且这适用于探测器的整个温度工作范围。如果应用要求，则与上面描述的相同，可以类似地使用并且更新几个增益表。
描述了偏移表也被更新的实施例。由于增益表更新需要获取对应于快门的原始信号表，所以有利的是，也可以获取该表来实现偏移表。然而，应当理解，尽管是优选的，但这样更新偏移表是任选的。同样，通过简单替换来更新偏移表仅是其中一种可能。可以执行其它方式更新偏移表。
描述了当快门被关闭时利用快门形成基本上辐射均匀的场景的实施例。利用快门不仅可以独立于探测器环境获得这种场景，而且能够从辐射热计的观点出发获得其温度接近辐射热计的温度和基底的温度的场景。作为先前描述实施例的每个实施例的变型，不使用快门，并且用于执行增益表校正的读取信号是对应于探测器获得的场景的读取信号。然而，该场景基本上是均匀的，或者在焦面级，例如通过使图像散焦以及优选地在相当于焦面温度量级的温度使场景均匀，相当于该温度与焦面温度相差少于20°C。
图6是在与结合图1描述的工作条件相同的工作条件下根据第二实施例由辐射热计探测器获得的热图像。可以看出，因为现有技术的无效校正产生的暗斑现在被良好校正。
上述内容使得本发明具有许多优点，其中：
有效校正辐射热计因为其特性的固有变化，特别是在强照射后产生的漂移，并且这无需采用要求返回工厂的校准过程；
可以将同一个增益表用于探测器的整个工作温度范围；
无论探测器是否是温度调节，均有效校准辐射热计的整体漂移（同时影响所有像素）或者局部漂移（所谓残余图像）；
甚至在对单一基准焦面温度进行简化工厂校准的情况下，仍能够利用校正增益表的归一化因数N校正测温响应校准；
能够执行局部漂移校正，包括对不估计阻抗值的探测器执行局部漂移校正。因此，通过根据本发明的方法更新校正处理，该方法应用于已经在使用的这种类型的探测器；
此外，根据本发明，自然知道因为固有辐射热计特性的整体或者局部漂移以及因为焦面温度的变化（漂移）（对于其焦面没有温度调节的照相机）而分别对平均响应变化产生的各种影响。因此，有利的是，可以独立利用这些影响例如来提供对照相机用户特别有用的信息，以启动系统使用寿命的存储处理（记录）、启动也属于本发明范围外的自动工作协议、执行本发明的范围外的验证特定数据处理。因此，可以产生与日期、重现、强度、密度以及强辐射事件的空间分布相关的统计数据。
还应当注意，关系式(8)和(9)可能是许多其它应用的目标，因而其能够根据阻抗性辐射热计的阻抗变化推导辐射热计的激活能变化。
例如，它们可以例如用于数字模拟器中，用于根据实验数据对辐射热计激活能的变化建模。
这些关系式也可能是诊断设备确定给定温度的辐射热计的性能的目标。事实上，如果对于给定温度知道辐射热计的初始电阻抗和激活能，并且通过测量该相同温度的辐射热计的当前阻抗，通过利用关系式（8）和（9）计算当前激活能并且将激活能的计算值与其初始值进行比较，可以仅探测辐射热计是否已经因为例如强辐射发生强漂移。
因此，例如为了在源自该网膜的帧中进行特定的开窗口处理，可以探测网膜中发生漂移的辐射热计。因此，有利的是，在文献WO2010/037944描述的残余现象校正设备中实现这种对已经漂移的辐射热计的探测，以确定要应用校正的网膜或者窗口的区域。
Claims (15)
1.一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)：
■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，其特征在于所述辐射热计由非晶硅制成，并且其特征在于所述预定系数K是常数，并且等于0.055eV。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于存储对于由非晶硅制成的辐射热计在30℃的温度时等于0.055eV的所述预定系数K，并且其特征在于，根据所述存储值确定在获取信号时系数K针对温度Tshut的值。
6.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
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；
■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；
■Ea_ref是辐射热计激活能的预定值；
■q是电子的元电荷；
■k是玻尔兹曼常数；以及
■Tref是在先前时间所述辐射热计的平均温度。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括识别特性发生漂移的所述阻抗性辐射热计网膜的辐射热计的步骤，并且其特征在于对于未发生所述漂移的所述阻抗性辐射热计网膜的辐射热计的读取信号，获得读取信号的平均值
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于辐射热计探测器能够根据所获取的读取信号执行对每个辐射热计的电阻抗的值Rac_shut(i,j)的计算。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于根据如下关系式确定在温度Tshut时在先前时间坐标(i,j)的阻抗值Rac_ref(i,j)@Tshut：
其中
■q是电子的元电荷；以及
■k是玻尔兹曼常数。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述辐射热计(1011)由非晶硅制成，并且其特征在于激活能Earef等于0.170eV。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于标量因数N等于项g(i,j)·Gref(i,j)的平均值。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述探测器包括排列于所述阻抗性辐射热计网膜的前面的快门，并且其特征在于当所述快门被关闭时获取网膜读取信号。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述探测器是非调温探测器，并且其特征在于所述方法包括在获取所述读取信号时测量探测器温度的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括根据关系式校正测温计算中使用的辐射热计探测器的平均响应的步骤，其中是校正的平均响应，是探测器在先前时间的平均响应。
15.一种辐射热计探测器，包括：由非晶硅或者硅锗合金制成的阻抗性辐射热计的网膜，所述网膜悬置于基底上；用于产生用于读取所述网膜的信号的电路；以及能够根据增益表校正由信号生成电路传送的信号的单元，其特征在于所述辐射热计探测器包括用于校正能够实现权利要求1的所述方法的增益表的装置。
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