CN106716992A - 用于成像系统的增益校准 - Google Patents

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Abstract

成像系统包括光电检测器阵列和与光电检测器相关联以从光电检测器读取强度值的电子电路。电子电路可以包括具有积分器电容器的积分器，该积分器电容器具有标称电容，其中与光电检测器相关联的电子电路的增益可以至少部分地取决于积分器电容器的实际电容，实际电容不同于标称电容。成像系统可以被配置为确定至少部分地取决于实际电容和/或输入到积分器的信号电压的增益因子。成像系统可以被配置为至少部分地基于所计算的积分器电容器的实际电容来应用增益因子。成像系统可以是热成像系统，并且可以包括红外照相机内核。

Description

用于成像系统的增益校准
技术领域
本公开一般涉及用于诸如包括用于热成像系统的红外照相机在内的照相机之类的成像系统的增益校准，并且具体地涉及用于确定电容根据信号发生变化而引起的增益特性的系统和方法。
背景技术
高性能、低成本非冷却红外成像设备(例如测辐射热计焦平面阵列(FPA))的日益增加的可用性使得能够设计和生产批量生产的、面向消费者的能够进行高质量热成像的红外(IR)照相机。这种热成像传感器长期以来昂贵且难以生产，因此将高性能、长波成像的使用限制于高价值仪器，诸如航空航天、军事或大规模商业应用。批量生产的IR照相机可能具有与复杂的军事或工业系统不同的设计要求。例如，用于计算增益线性的新方法对于低成本、批量生产的系统可能是期望的。
发明内容
本文所述的示例实施例具有创新特征，其中没有单个特征是不可或缺的或仅负责其期望的属性。在不限制权利要求的范围的情况下，现在将总结一些有利的特征。
成像系统包括光电检测器阵列和与光电检测器相关联以从光电检测器读取强度值的电子电路。电子电路可以包括具有积分器电容器的积分器，该积分器电容器具有标称电容，其中与光电检测器相关联的电子电路的增益可以至少部分地取决于积分器电容器的实际电容，实际电容不同于标称电容。成像系统可以被配置为确定至少部分地取决于实际电容和/或输入到积分器的信号电压的增益因子。成像系统可以被配置为至少部分地基于所计算的积分器电容器的实际电容来应用增益因子。成像系统可以是热成像系统，并且可以包括红外照相机内核。
在第一方面，公开了用于成像系统的增益校准的方法。所述成像系统包括光电检测器阵列和用于从所述光电检测器阵列读出图像数据的检测器电子电路，其中所述检测器电子电路包括具有积分器电容器的积分器，所述积分器电容器具有标称电容，并且所述检测器电子电路的增益是积分器电容的函数。所述方法包括：根据所述电容器两端的信号电压来测量所述积分器电容器的电容。所述方法还包括确定信号电压、测量的电容和测量的增益之间的数学关系。所述方法还包括对于个体光电检测器，使用所确定的数学关系修改由所述成像系统使用的增益值，其中所述增益值是所述数学关系的输出，并且所述信号电压是所述数学关系的输入。
在第一方面的一些实施例中，确定包括跨多个已知的值改变所述积分器的输入电流，在所述多个已知的输入电流处积分，观察由积分产生的信号电压，将实际信号电压与用标称积分电容预期的信号电压相比较，以及根据信号电压计算实际积分电容。在第一方面的一些实施例中，开发还包括根据信号电压对所测量的电容用曲线拟合。在另一实施例中，所述方法还包括开发数学函数，所述数学函数根据所述数学关系将输入信号电压映射到输出实际增益；或者根据所述数学关系开发查找表，所述查找表将实际增益索引到信号电压。
在第一方面的一些实施例中，对FPA设计的个体FPA的一个或多个像素执行所述增益校准，并且对所述FPA设计的个体FPA的每个像素应用所述数学关系。在第一方面的一些实施例中，对个体FPA的一个或多个像素执行所述增益校准，并且对所述个体FPA的个体像素应用所述数学关系。在第一方面的一些实施例中，对个体FPA的个体像素执行所述增益校准，针对个体像素确定数学关系，并且对所述个体FPA的个体像素使用所述数学关系。
在第一方面的一些实施例中，所述检测器电子电路包括测试电流源，并且所述方法还包括代替光电检测器切换所述测试电流源以产生所述多个输入电流或电压值。在另一实施例中，所述检测器电子电路包括可变电阻器值，并且所述方法还包括改变所述可变电阻器值。在第一方面的一些实施例中，该方法包括确定多个积分时间的增益校准。
在第一方面的一些实施例中，所述信号电压的范围从负值到正值。在第一方面的一些实施例中，所述信号电压在其中所述积分器电容器的测量电容明显偏离所述积分器电容的标称电容的范围内。在第一方面的一些实施例中，在所述成像系统的操作期间，基本上连续地更新修改的增益值。
在第一方面的一些实施例中，所述成像系统包括包含红外照相机内核在内的热成像系统。
在第二方面，成像系统包含成像阵列，所述成像阵列包含红外焦平面阵列，所述红外焦平面阵列包括微测辐射热计阵列，所述焦平面阵列的每个像素包括微测辐射热计光电检测器。所述成像系统包括检测器电路，所述监测器电路包括：正电压轨；负电压轨；至少一个可变电阻器网络；以及积分器，包括电气耦合到微测辐射热计的输出和运算放大器的输入的信号输入、具有标称电容的积分器电容器、电气耦合到积分器偏置电压源和运算放大器的参考输入、来自所述运算放大器的信号输出以及积分器开关，所述积分器开关被配置为当所述积分器开关闭合时提供从所述信号输入到所述信号输出的电气通路。所述成像系统包括系统控制器，被配置为调整所述可变电阻器网络以设置所述检测器电路的操作偏压，并控制所述积分器开关以控制来自所述微测辐射热计的信号的积分时间；其中个体微测辐射热计被电气耦合到所述正电压轨、所述负电压轨、所述至少一个可变电阻器网络和所述积分器。所述系统控制器被配置成通过确定多个测量的电容和对应的信号电压之间的数学关系来确定所述积分器电容器的实际电容。
在第二方面的一些实施例中，所述检测器电路还包括被配置为代替个体微测辐射热计而被切换的测试电流源，其中所述系统控制器被配置成切换所述测试电流源以使用多个输入电流来为所述积分器提供输入。在第二方面的一些实施例中，所述系统控制器还被配置为通过控制所述积分器开关闭合的时间量，使用多个积分时间来测量信号电压。在第二方面的一些实施例中，所述系统控制器还被配置为使用所述数学关系和测量的信号电压来修改个体微测辐射热计的增益值。
在第二方面的一些实施例中，信号电压的范围从负值到正值。在第二方面的一些实施例中，所述信号电压在其中所述积分器电容器的测量电容明显偏离所述积分器电容的标称电容的范围内。
附图说明
结合附图，参考以下详细描述来描述本文提供的实施例的各方面和优点。在整个附图中，附图标记可以被重复使用来指示所参考的元素之间的对应。提供附图以说明本文所述的示例实施例，并且不旨在限制本公开的范围。
图1A示出了示例成像系统的功能框图。
图1B示出了图1A所示的示例成像系统的功能框图，其中成像系统的功能被在照相机和移动电子设备之间划分。
图2示出了具有增益和积分电容之间关系的光电检测器和积分器的示例电路的电气示意图。
图3A-3C示出了成像系统中的光电检测器的示例电路的电气示意图。
图4示出了与标称电容相比，电容器两端的电压和实际电容之间的示例关系。
图5示出了与诸如图2-3C中的电路之类的电路中的标称电容相比，电容器两端的电压和实际电容之间的示例关系。
图6示出了在测试和校准配置中的光电检测器和积分器的示例电路的电气示意图。
图7A和图7B示出了示例积分曲线，假设各种电阻器设置的标称电容使用图6的示例测试电路，并且示例积分曲线示出了实际电容的效果。
图8示出了使用实际测试电路的实际测量的电容与电压的示例曲线图。
图9示出了对图8的测量的测试数据的曲线拟合。
图10示出了对系统增益表应用曲线拟合的示例。
图11示出了用于成像系统的增益校准的示例方法的流程图。
具体实施方式
一般来说，本公开的各方面涉及成像系统的增益校准。增益校准可以被配置为考虑光电检测器电路中的积分器的行为，积分器的积分器电容器的电容根据输入到积分器的信号而不同于标称电容。本公开包括考虑积分器电容器两端的实际电容而不是依赖于标称电容的用于确定增益因子的系统和方法。为了确定这些增益因子，本文公开的系统和方法根据积分器处的信号电压来确定积分器电容器的实际电容，并将该值与积分器的实际增益相关。该系统和方法使用这些增益因子来根据信号电压修改增益值，以考虑积分器电容器的实际行为。因此，在一些实施例中，这些系统和方法可以在相对宽的信号电压范围内确定适当的增益值，补偿光电检测器电路中从标称性能的偏差。有利地，这可以允许成像系统考虑积分器电容的电压依赖性。
尽管为了说明的目的，本文描述的示例和实现集中于使用具有微测辐射热计的焦平面阵列的红外照相机内核中的实现，但是本文公开的系统和方法可以在需要可见光、使用各种图像传感器的数字和/或视频照相机中实现。现在将关于某些示例和实施例来描述本公开的各个方面，这些示例和实施例旨在说明而不是限制本公开。
本文描述的一些实施例提供用于成像系统的增益校准，其中积分器电容器具有至少部分地取决于电容器两端的电压的电容。例如，可以使用曲线拟合和/或查找表来表征该依赖性。这可以有利地允许成像系统修改光电检测器的增益值以考虑积分器电容器的实际电容。
本文描述的一些实施例提供用于成像系统的增益校准，其中电容根据电容器两端的电压而变化。这在电容器是金属氧化物半导体结构或者其它的通过微光刻工艺生产(作为读出集成电路(ROIC)的一部分)的情况下可能是特别有利的。由此配置的电容器可以表现出对电容器两端的电压的依赖性，其强于使用物理结构来提供电容而制造的电容器(例如陶瓷电容器、薄膜电容器等)的类似依赖性。因此，所公开的系统和方法可以有益于与使用通过微光刻工艺形成的电容器的读出集成电路一起使用。
本文描述的一些实施例可以提供具有有益的电容器放电特性的读出集成电路设计。例如，读出集成电路可以用光电检测器来实现，其中输出信号范围可以从负值到正值。至少部分地由于从负值到正值的信号电压范围，相对于为大于0的信号设计的类似的读出集成电路，积分器电容器两端的信号的幅值可以较小。这可以增加读出电子电路的速度。
所公开的用于增益校准的方法可以实现为可以是编程计算机方法或数字逻辑方法的模块，并且可以使用各种模拟和/或数字分立电路部件(晶体管、电阻器、电容器、电感器、二极管等)、可编程逻辑、微处理器、微控制器、专用集成电路或其它电路元件中任意的组合来实现。被配置为存储计算机程序或计算机可执行指令的存储器可以与分立电路部件一起实现以执行本文所描述的一个或多个方法。在某些实现中，所公开的方法可以结合照相机内核上的焦平面阵列(FPA)来实现，其中执行所公开的方法的处理器和存储器部件可以在与照相机内核相匹配的设备上，诸如包括智能电话、平板电脑、个人计算机等的移动设备。在一些实现中，成像系统的处理和存储器元件可以是可编程逻辑或作为内核或照相机系统的一部分的板上处理器。在一些实施例中，可以在照相机内核上的处理元件上完成图像增益校准，并且可以通过与内核匹配的系统控制器来完成进一步的图像处理和显示。
作为由所公开的系统和方法提供的一些优点的特定示例，成像系统可以包括被配置为获取场景的图像的焦平面阵列(FPA)。FPA可以包括N个检测器的二维阵列，FPA被配置为输出场景的二维图像。为了成像目的，通常由FPA产生图像帧(通常是来自所有或一些检测器Nf的数据)，每个连续帧包含在连续时间窗口中捕获的来自阵列的数据。因此，由FPA传送的数据帧包括Nf个数字字，每个字表示图像中的特定像素P。这些数字字通常具有由模数转换(A/D)处理确定的长度。例如，如果像素数据用14位A/D转换，则像素字的长度可以是14位，并且每个字可以有16384个计数。对于用作热成像系统的IR照相机，这些字可以对应于由阵列中的每个像素测量的辐射强度。在特定示例中，对于测辐射热计IR FPA，每个像素的强度通常对应于成像场景的对应部分的温度，较低的值对应于较冷的区域，并且较高的值对应于较热的区域。可能希望在视觉显示器上显示该数据。
FPA中的每个像素可以包括辐射检测器，其诸如在红外成像阵列中响应于检测到的辐射而生成相对小的信号。这些信号与非图像信号或FPA中由不是来自入射辐射的源引起的信号或信号电平相比可能相对较小，其中这些非图像信号与FPA的材料、结构和/或部件相关。例如，FPA中的像素可以包括包含在读出集成电路(ROIC)上的电阻器网络、晶体管和电容器在内的接口电路，读出集成电路可以直接连接到检测器阵列。例如，可以使用MEMS工艺制造微测辐射热计检测器阵列、微电子机械系统(MEMS)设备。然而，相关联的ROIC可使用电子电路技术制造。这两个部件可以组合在一起以形成FPA。接口电路和检测器本身的组合可具有与响应于检测器上的入射辐射而产生的信号相比相对较大的偏移和温度行为。因此，通常期望在显示或以其它方式处理图像数据之前补偿与图像信号无关的这些效应。
示例成像系统
图1A示出了成像系统100的功能框图，成像系统100包括诸如焦平面阵列102之类的图像传感器、预处理模块104、非均匀性校正模块106、滤波器模块108、热成像模块110、直方图均衡模块112、显示处理模块114和显示器116。焦平面阵列102可以输出强度数据(例如，图像、热图像等)的帧序列。每个帧可以包括像素值的阵列，每个像素值表示由焦平面阵列102上的相应像素检测的光强度。像素值可以作为串行数字数据流从焦平面阵列102中读出。在一些实施例中，使用处理焦平面阵列102的整行或整列的读出电子器件从焦平面阵列102读出像素值。数据流的格式可以被配置为符合期望的、标准或预定义格式。数字数据流可以诸如通过显示器116被显示为二维图像。
在一些实施例中，焦平面阵列102可以是与读出集成电路(“ROIC”)集成的微测辐射热计的阵列。微测辐射热计的阵列可以被配置为响应于热辐射的量或温度而生成电信号。ROIC可以包括缓存器、积分器、模数转换器、定时部件等，以从微测辐射热计的阵列读取电信号并输出数字信号(例如，分离成图像帧的14位串行数据)。与焦平面阵列102相关联的系统和方法的其它示例被公开在于2014年5月30日提交的，题为“Data Digitization andDisplay for an Imaging System”的美国专利申请No.14/292,124中，其全部内容通过引用并入本文。
焦平面阵列102可以具有校准或与其相关联的其它监视信息(例如，校准数据103)，该校准或与其相关联的其它监视信息可以在图像处理期间使用以生成优质图像。例如，校准数据103可以包括存储在数据存储中并由成像系统100中的模块检索的不良像素图和/或增益表，以校正和/或调整由焦平面阵列102提供的像素值。校准数据103可以包括增益表。如本文所述，焦平面阵列102可以包括具有集成的读出电子器件的多个像素。读出电子器件可以具有与其相关联的增益，其中增益可以与电子器件中的电容器的互阻抗(transimpedance)成比例。在一些实现中可以采用像素增益表的形式的该增益值可以由成像系统100的图像处理模块使用。成像系统100的校准数据的附加示例在本文中参考图2-11被更详细地描述。校准数据103可以存储在成像系统100上或存储在另一系统上的数据存储中，以用于在图像处理期间检索。
成像系统100包括被配置为处理来自焦平面阵列102的图像数据的一个或多个模块。在不脱离所公开的实施例的范围的情况下，可以去除成像系统100的一个或多个模块。描述以下模块以说明可用于所公开的成像系统的功能的广度，并且不指示任何单独的模块或所描述的功能是需要的、关键的、必要的或必需的。
成像系统100包括预处理模块104。预处理模块104可以被配置为从焦平面阵列102接收数字数据流并执行预处理功能。这样的功能的示例包括帧平均、高级帧宽度滤波等。预处理模块104可以输出用于其它模块的串行数字数据。
作为示例，预处理模块104可以包括被配置为实现积分和平均技术以增加图像数据中的视在信噪比的条件求和功能。例如，条件求和功能可以被配置为组合数字化图像数据的连续帧以形成数字积分图像。该数字积分图像也可以被平均以减少图像数据中的噪声。条件求和功能可以被配置为对来自焦平面阵列102的每个像素的连续帧的值求和。例如，条件求和功能可以对来自四个连续帧的每个像素的值进行求和，然后对该值求平均。在一些实现中，条件求和功能可以被配置为从连续帧中选择最佳或优选帧，而不是对连续帧求和。这些技术和附加实施例的示例公开在于2014年5月30日提交的，题为“DataDigitization and Display for an Imaging System”的美国专利申请No.14/292,124中，其全部内容通过引用并入本文。
作为另一示例，预处理模块104可以包括被配置为确定和/或调整焦平面阵列102的操作偏置点的自适应电阻器数模转换器(“RDAC”)功能。例如，对于包括快门的成像系统，成像系统100可以被配置为调整焦平面阵列102中的检测器的操作偏置点。自适应RDAC功能可以实现自适应操作偏置校正方法，其至少部分地基于平场图像(例如，在快门关闭时获取的图像)的周期测量。自适应RDAC功能可以至少部分地基于测量或检测到的平场图像随时间的漂移来实现操作偏置的持续调整。由自适应RDAC功能提供的偏置调整可以提供对由于诸如温度变化之类的影响引起的光电检测器和电子器件的随时间的漂移的补偿。在一些实施例中，自适应RDAC功能包括可以被调整以使测量的平场数据更接近参考偏置电平的RDAC网络。与自适应RDAC功能相关的系统和方法的其它示例被更详细地公开在于2014年8月20日提交的，题为“Adaptive Adjustment of the Operating Bias of an Imaging System”的美国专利申请No.62/039,566中，其全部内容通过引用并入本文。
在预处理模块104之后，其它处理模块可以被配置为执行一系列逐像素或像素组处理步骤。例如，图像处理系统100包括非均匀性校正模块106，其被配置为调整不是图像场景本身的一部分但是为传感器的伪影的增益和偏移效应的像素数据。例如，非均匀性校正模块106可以被配置为接收数字数据流并校正焦平面阵列102中的像素值的非均匀性。在一些成像系统中，这些校正可以通过间歇地关闭在焦平面阵列102上方的快门来得到以获取均匀的场景数据。根据该获得的均匀场景数据，非均匀性校正模块106可以被配置为确定与均匀性的偏差。非均匀性校正模块106可以被配置为基于这些确定的偏差来调整像素数据。在一些成像系统中，非均匀性校正模块106利用其它技术来确定焦平面阵列中与均匀性的偏差。这些技术中的一些可以在不使用快门的情况下实现。用于非均匀性校正的系统和方法的另外的实例被描述在于2015年8月4日提交的，标题为“Time Based OffsetCorrection for Imaging Systems”的美国专利申请No.14/817,847中，其全部内容通过引用并入本文。
在预处理模块104之后，成像系统100可以包括被配置为从预处理模块104接收数字数据流(例如，14位串行数据)的高/低Cint信号处理功能。高/低Cint功能可以被配置为通过应用例如如在校准数据103中提供的增益表来处理数字数据流。高/低Cint功能可以被配置为使用高/低集成部件的输出来处理数字数据流。这样的高/低集成部件可以和与焦平面阵列102相关联的ROIC集成。高/低集成部件的示例被描述在于2014年5月30日提交的，题为“Data Digitization and Display for a Imaging System”的美国专利申请No.14/292,124中，其全部内容通过引用并入本文。
图像处理系统100包括滤波器模块108，滤波器模块108被配置为应用一个或多个时间和/或空间滤波器以解决其它图像质量问题。例如，焦平面阵列的读出集成电路可以将伪影引入到图像中，诸如行和/或列之间的变化。滤波器模块108可以被配置为如于2015年5月1日提交的，标题为“Compact Row Column Noise Filter for an Imaging System”的美国专利申请No.14/702,548中更详细描述的那样校正这些基于行或列的伪像，其全部内容通过引用并入本文。滤波器模块108可以被配置为执行校正以减少或消除图像中的不良像素的影响，增强图像数据中的边缘，抑制图像数据中的边缘，调整梯度，抑制图像数据中的峰值等。
例如，滤波器模块108可以包括不良像素功能，其被配置为提供不生成可靠数据的焦平面阵列102上的像素的图。这些像素可以被忽略或丢弃。在一些实施例中，来自不良像素的数据被丢弃并且被从邻近、相邻和/或附近像素导出的数据替代。导出的数据可以基于插值、平滑、平均等。
作为另一示例，滤波器模块108可以包括热梯度功能，其被配置为基于图像数据中存在的但不是由成像系统100成像的场景的一部分的热梯度来调整像素值。热梯度功能可以被配置为使用局部平面场景数据来导出数据，以通过校正在成像系统100中产生的热梯度来提高图像质量。确定热梯度功能的校正的示例被更详细地描述在于2014年12月2日提交的，题为“Image Adjustment Based on Locally Flat Scenes”的美国临时申请No.62/086,305中，其全部内容通过引用并入本文。
滤波器模块108可以包括峰值限制功能，其被配置为调整离群(outlier)像素值。例如，峰值限制功能可以被配置为将离群像素值钳位(clamp)到阈值。
滤波器模块108可以被配置为包括自适应低通滤波器和/或高通滤波器。在一些实施例中，成像系统100应用自适应低通滤波器或高通滤波器，但不应用两者。自适应低通滤波器可以被配置为确定像素数据内像素可能不是边缘类型图像分量的一部分的位置。在这些位置中，自适应低通滤波器可以被配置为用平滑的像素数据替换像素数据(例如，用相邻像素的平均值或中值替换像素值)。这可以有效地减少图像中的这种位置中的噪声。高通滤波器可以被配置为通过产生边缘增强因子来增强边缘，边缘增强因子可以用于选择性地增强或减少像素数据以用于边缘增强的目的。自适应低通滤波器和高通滤波器的另外的例子被描述在于2015年8月4日提交的，题为“Local Contrast Adjustment for DigitalImages”的美国专利申请No.14/817,989中，其全部内容通过引用并入本文。
滤波器模块108可以被配置为将可选的滤波器应用于图像数据。例如，可选的滤波器可以包括但不限于平均滤波器、中值滤波器、平滑滤波器等。可选的滤波器可以打开或关闭，以对图像数据提供目标或期望的效果。
图像处理系统100包括热成像模块110，其被配置为将强度转换为温度。光强度可以对应于来自成像系统100的视场中的场景和/或对象的光的强度。热成像模块110可以被配置为将测量的光强度转换为对应于成像系统100的视场中的场景和/或对象的温度。热成像模块110可接收校准数据(例如，校准数据103)作为输入。热成像模块110还可以使用原始图像数据(例如，来自预处理模块104的像素数据)和/或滤波数据(例如，来自滤波器模块108的像素数据)作为输入。热成像模块和方法的示例在于2014年8月28日提交的，题为“Image Display and Thermography for a Thermal Imaging Camera”的美国临时申请No.62/043,005中提供，其全部内容通过引用并入本文。
图像处理系统100包括直方图均衡模块112或其它显示转换模块，其被配置为准备用于在显示器116上显示的图像数据。在一些成像系统中，来自焦平面阵列102的像素值的数字分辨率可以超过显示器116的数字分辨率。直方图均衡模块112可以被配置为调整像素值以使图像的高分辨率值或图像的一部分与显示器116的较低分辨率匹配。直方图模块112可以被配置为以避免在图像的具有很少或没有数据的部分上使用显示器116的有限显示范围的方式来调整图像的像素值。这对于成像系统100的用户在显示器116上观看用成像系统100获取的图像时可能是有利的，因为它可以减少未被利用的显示范围的量。例如，显示器116可以具有数字亮度标度，其对于红外图像对应于温度，其中较高强度指示较高温度。然而，显示亮度标度(例如灰度)通常是比像素样本字短得多的数字字。例如，像素数据的样本字可以是14位，而诸如灰度标度的显示范围通常可以是8位。因此为了显示的目的，直方图均衡模块112可以被配置为压缩更高分辨率的图像数据以适合显示器116的显示范围。可以由直方图均衡模块112实现的算法和方法的示例被公开在于2014年5月30日提交的，题为“Data Digitization and Display for a Imaging System”的美国专利申请No.14/292,124中，其全部内容通过引用并入本文。
成像系统100包括显示处理模块114，其被配置为通过例如选择颜色表以在彩色显示器上将温度和/或像素值转换为颜色来准备用于在显示器116上显示的像素数据。作为示例，显示处理模块可以包括被配置为将像素数据和/或温度数据转换成用于在显示器116上显示的彩色图像的着色器查找表。着色器查找表可以被配置为至少部分地取决于给定场景的温度与阈值温度的关系而使用不同的颜色显示查找表显示热成像场景的不同温度。例如，当显示场景的热图像时，可以使用不同的查找表来显示场景的各种温度，这取决于它们与输入温度的关系。在一些实施例中，可以使用颜色查找表来显示高于、低于或等于输入温度值的温度，而可以使用灰度查找表来显示其它温度。因此，着色器查找表可以被配置为根据场景内的温度范围结合用户偏好或选择来应用不同的着色查找表。由显示处理模块提供的功能的附加示例被描述在于2014年9月12日提交的，题为“Selective Color Display ofa Thermal Image”的美国临时申请No.62/049,880中，其全部内容通过引用并入本文。
显示器116可以被配置为显示经处理的图像数据。显示器116还可以被配置为接受输入以与图像数据交互和/或控制成像系统100。例如，显示器116可以是触摸屏显示器。
成像系统100可以被提供为独立的设备，诸如热传感器。例如，成像系统100可以包括成像系统外壳，该成像系统外壳被配置为包围成像系统100的硬件部件(例如，焦平面阵列102、读出电子器件、微处理器、数据存储、现场可编程门阵列和其它电子器件等)。成像系统外壳可以被配置为支持被配置为将光(例如，红外光、可见光等)引导到图像传感器102上的光学器件。外壳可以包括一个或多个连接器，以提供从成像系统100到一个或多个外部系统的数据连接。外壳可以包括一个或多个用户界面部件以允许用户与成像系统100交互和/或控制成像系统100。用户界面部件可以包括例如(但不限于)触摸屏、按钮、切换器、开关、键盘等。
在一些实施例中，成像系统100可以是多个成像系统的网络的一部分。在这样的实施例中，成像系统可以一起联网到一个或多个控制器。
图1B示出了图1所示的示例成像系统100的功能框图，其中成像系统100的功能在照相机或传感器140和移动电子设备150之间划分。通过在不同系统或设备中划分图像获取、预处理、信号处理和显示功能，照相机140可以被配置为与执行板上的大多数或所有这些功能的成像系统相比相对低功率、相对紧凑和相对计算有效。如图1B所示，照相机140被配置为包括焦平面阵列102和预处理模块104。在一些实施例中，被示为移动电子设备150的一部分的模块中的一个或多个可以被包括在照相机140中而不是在移动电子设备150中。在一些实施例中，至少部分地基于在照相机140和移动电子设备150之间的功能划分来实现某些优点。例如，在照相机140上使用专用硬件(例如，现场可编程门阵列、专用集成电路等)和软件的组合可以有效地实现一些预处理功能，否则在移动电子设备150上实现可能更计算昂贵或劳动密集。因此，本文公开的实施例中的至少一些实施例的一个方面包括这样的认识，即通过选择哪些功能要在照相机140上(例如，在预处理模块104中)执行以及哪些功能要在移动电子设备150上(例如，在热成像模块110中)执行可以实现某些优点。
照相机140的输出可以是表示由预处理模块104提供的像素值的数字数据流。数据可以使用电子连接器(例如，微型USB连接器、专用连接器等)、电缆(例如，USB电缆、以太网电缆、同轴电缆等)和/或无线地(例如，使用蓝牙、近场通信、Wi-Fi等)传递到移动电子设备150。移动电子设备150可以是智能电话、平板电脑、膝上型计算机或其它类似的便携式电子设备。在一些实施例中，电力通过电连接器和/或电缆从移动电子设备150传送到照相机140。
成像系统100可以被配置为利用移动电子设备150的计算能力、数据存储和/或电池电力来为照相机140提供图像处理能力、电力、图像存储等。通过将这些功能从照相机140卸载到移动电子设备150，照相机可以具有成本有效的设计。例如，照相机140可以被配置为消耗相对少的电子电力(例如，降低与提供电力相关联的成本)、相对少的计算能力(例如，降低与提供强大处理器相关联的成本)和/或相对少的数据存储(例如降低与在照相机140上提供数字存储相关联的成本)。至少部分地由于照相机140被配置为提供相对较少的计算能力、数据存储和/或电力(因为成像系统100利用移动电子设备的优越性能150来执行图像处理、数据存储等)，因此这可以降低而降低与制造照相机140相关的成本。
光电检测器和积分器电路的示例增益
图2示出了具有增益和积分器电容之间关系的光电检测器和积分器的示例电路的电气示意图。应当注意，为了描述的目的而简化了电气示意图。因此，电气示意图不包括所有通常在利用ROIC实现的光电检测器阵列中所包含的电气部件。该电路包括光电检测器203，其可以是像素阵列之一，诸如像素的二维阵列或线性阵列，但是光电检测器也可以是单个检测器。光电检测器203响应于感兴趣的光谱区域中的辐射，诸如红外光和/或可见光。该电路包括积分器204，积分器204包括运算放大器211、积分器电容器201以及在反馈中的积分器时间控制202(例如，用于打开或短路积分器电容器201的开关)。运算放大器211的另一端子可以接收积分器偏置电压207作为输入。在某些实现中，积分器偏置电压可以被配置为建立在电路的操作电压的中点附近的参考偏置电平(例如，当光电检测器203暴露于平场场景时的输出信号)。
所示电路的增益可以与积分器电容器201的互阻抗Zc成比例。积分器电容器201的互阻抗可以近似地与积分时间tint除以积分器电容器201的电容C成比例。该增益值可以由成像系统的图像处理元件使用以从可以是成像阵列的一部分的光电检测器203获取的数据生成校正或调整的图像数据。因此，知道光电检测器203的增益值可有利地改善所得到的图像质量。在某些实现中，增益信息可以被存储和/或存取(access)为像素增益表，诸如存储的函数或查找表。在某些实施方式中，光电检测器203可以是未冷却的微测辐射热计阵列中的检测器。例如，这可以是批量生产的热成像系统的情况。然而，所公开的系统和方法可以为具有前端积分器的检测器读出电路提供益处。
电路的增益可以取决于积分器电容器201的电容。该电路可以被设计为至少部分地基于积分器电容器201的标称电容来提供或实现目标增益。然而，如本文所述，积分器电容器201的实际电容可以偏离标称电容。当这发生时，有利的是调整与光电检测器相关联的增益因子以考虑实际电容。这样做可以例如在光电检测器读出电路的实际增益已经改变的情况下实现期望的信号输出。例如，在本文所述的光电检测器电路和本文公开的成像系统中，积分器电容器两端的电压可以接近0，可以相对小，可以从负电压到正电压，等等。在这些电压范围中的一些中(例如，当电容器两端的电压接近零时)，实际电容显著不同于电容器的标称电容。如上所述，读出电路的增益与积分器电容器的电容相关。因此，当电容改变时，电路的增益因子改变。这可能是不期望的，因为读出电路可能被设计成具有基于积分器电容器的标称电容的目标增益因子。因此，可以基于信号电压来确定增益校正因子或修改的增益因子，其中使用所公开的增益校准方法和系统来确定这些校正因子。此外，使用修改或校正的增益因子可以增加光电检测器响应均匀性。当光电检测器暴露于不同水平的辐射时，它们生成不同水平的响应。然而，光电检测器的特性可能随着不同的信号电平而改变，这可能是不期望的。为了补偿这些可能的变化，所公开的增益校准方法和系统可以用于确定调整或修改的增益因子以保持期望的光电检测器响应均匀性(例如，其中响应均匀性可以指基于设计的增益因子的光电检测器响应均匀性，而不是所有光电检测器在相同的输入的情况下产生相同的输出，因为例如操作偏压可能不同)。
图3A-3C示出了成像系统中的光电检测器的示例电路的电气示意图。示例电路可以用于偏置光电检测器(例如，像素)的操作点，并且根据积分器处的信号电压来确定增益因子。如图所示，示意图限于具有微测辐射热计的示例FPA的光电检测器的电路的一部分。示意图还限于该电路包括与设置操作偏置和控制相关的元件，而可能存在于成像系统中的其它电路未示出或讨论。应当注意，其它检测器类型和使用微测辐射热计的其它实现可以使用其它电路设计，并且这些电路设计也可以从所公开的增益校准过程中受益。因此，本文公开的系统和方法可以在用于各种成像应用的许多类型的FPA上实现。
参考图3A，电路包括电气耦合到向成像阵列提供电压的电压轨(voltage rail)的光电检测器203(例如，微测辐射热计)。该电路包括可调整的电压设置元件205、206，其可以被配置成为每个光电检测器203唯一地设置以建立光电检测器203的操作偏压。这种布置由于多种原因可能是有益的。例如，对辐射的光电检测器响应性、信噪比等可能取决于光电检测器两端的电压，并且可以跨成像阵列以及在成像阵列之间而在光电检测器之间不同。因此，有利的是能够全局地和局部地调整光电检测器的操作偏差。作为另一示例，阵列中的光电检测器可以被配置为具有类似的操作范围。
光电检测器203连接到包括运算放大器211、积分器电容器201和积分器开关202的积分器204，并且该积分器204的输出208是表示入射到光电检测器203上的辐射强度的强度的信号。积分器204可以通过积分器偏置电压207自身是偏置的。在某些实现中，积分器偏置电压207可以被配置为使得当光电检测器203暴露于平场场景时，积分器204的输出信号208可以在目标参考偏置输出范围内。
图3B示出了用于成像系统中的光电检测器的另一示例电路的电气示意图。在该实施例中，电气示意图包括电阻器网络，其被配置为向成像阵列中的个体光电检测器提供定制的操作偏压。该电路包括可以针对成像阵列中的所有光电检测器全局设置的全局偏置元件209(例如，诸如电阻器网络之类的可变电阻器)。全局偏置元件209可以用作成像阵列的操作偏压的总体粗调。该电路包括可以耦合到成像阵列的列或行中的光电检测器的集中偏置元件206(例如，诸如电阻器网络之类的可变电阻器)。集中偏置元件206可以用作对相关列或行中的光电检测器的操作偏压的更集中的调整。该电路包括可以与特定光电检测器203相关联的精细偏置元件210(例如，诸如电阻器网络之类的可变电阻器)。精细偏置元件210可以用作个体光电检测器203的操作偏压的微调。因此，偏置元件206、209和210可以组合使用以为成像阵列中的每个光电检测器设置定制的操作偏压。未示出可以用于选择性地将光电检测器耦合到成像系统的电气系统的各种开关，诸如当询问(interrogate)每个光电检测器时。例如，光电检测器203和精细偏置元件210可以被配置为与成像阵列的个体像素相关联，而其它元件(诸如其它偏置元件206、209和积分器204)可以被配置为与特定的列或行相关联，这些元件被切换以在读出特定光电检测器时耦合到该个体光电检测器203。
图3C示出了用于图3B的电气示意图的附加部件。输出信号208被传送到模数转换器214以将像素数据转换为数字数据。数字数据可以被传送到处理元件215，诸如系统控制器。在一些实施例中，处理元件215可以被配置为确定和/或应用校准的增益因子以应用于输出信号。个体光电检测器203的操作偏压的精细控制可以由精细控制元件210a提供。精细控制元件210a可以由处理元件215控制。控制操作偏压的元件(例如，偏置元件206、209、210和/或精细控制元件210a)可以以各种配置实现。例如，偏置元件206、209和210可以被实现为可以在处理元件215的控制下进行配置的电阻器网络。在某些实现中，偏置元件206、209、210中的一个或多个可以通过使用从处理元件215发送到特定偏置元件的数字字来数字地控制。
作为特定示例，为了说明的目的，精细控制元件210a(在某些实现中可以是电阻器数模转换器(“RDAC”))可以被配置为7位电阻器网络，其中最低有效位(“LSB”)等效于约1kΩ，从而允许将RDAC设置为在约1kΩ到约128kQ之间增量为约1kΩ的值。集中偏置元件206可以是具有等效于约4kΩ的LSB的4位电阻器网络。全局偏置元件209可以被配置为从几个值中选择，诸如约25kΩ、约50kΩ和约75kΩ。偏置元件可以例如在处理元件215的控制下通过开关来调整。因此，在该说明性实施例中，整个偏置网络具有在几十千欧姆范围内的电阻，其中个体光电检测器的电阻的微调增量为约1kΩ。在具有微测辐射热计的成像阵列的一些实现中，光电检测器可以具有在室温下数十千欧数量级的电阻。在这种配置中，光电检测器电路的总电阻可以在大约100kΩ的数量级。通过约1kΩ的微调控制，可以以约1％的分辨率控制光电检测器203上的操作偏置电压，从而提供对成像阵列中的每个光电检测器的操作偏压的有效控制。在某些实现中，积分器电容器201可以具有约25pF的标称电容和约200μs的积分时间，导致电容器的互阻抗为约8MΩ。在各种实现中，被配置为控制微测辐射热计的操作偏压的电阻器网络可以具有大约100kΩ的电阻。在这种配置中，可以产生大约100的增益。这种具有处理器控制的电阻器网络的检测器电路被更详细地描述在于2014年8月20日提交的，题为“Adaptive Adjustment of the Operating Bias of an ImagingSystem”的美国临时专利申请No.62/039,566中，其全部内容通过引用并入本文。
光电检测器电路增益的示例校准
图4示出了根据电容器两端的电压的一些类型的电容器的示例电容的曲线图400。如曲线图400所示，对于一些电压值，实际电容Cactual可以偏离电容器的标称电容Cnom。可能有利的是根据电容器两端的电压来确定实际电容Cactual的值，而不是依赖于标称电容Cnom。在本文所描述的电路中，实际电容可以与用于光电检测器的读出电路的增益相关。因此，至少部分地由于使用更准确的增益因子，因此与依赖于标称电容的系统相比，除了标称电容之外或代替标称电容而使用积分器电容器的实际电容的成像系统可以生成更高质量的图像。
用于确定实际电容的该过程对于本文所描述的电气电路中的至少一些可以是特别有益的，因为这些电路可能至少部分地形成在ROIC上，诸如在像金属氧化物半导体的硅微电路介质中。例如，可以以这种方式制造积分器电容器201。这种电容器不是物理结构的电容器(诸如陶瓷电容器)，而是典型地由移动载流子和空穴的注入区域形成的电容器。这种电容器的行为不一定由物理几何形状确定，而实际上可能受到电容器两端的电压Vc的影响。至少部分地取决于极性的电压可以影响这种电容器中的载流子的迁移和耗尽。因此，这种微制造电容器的实际电容可以以类似于曲线图400中所示的方式表现。如图所示，对于电容器两端的一定电压范围，这样的电容器可以处于或接近电容的标称设计值Cnom，但对于其它电压范围可能偏离标称值。如在曲线图400中所示的曲线所示，在许多情况下，在该处与标称电容的偏差变得显著的电容器两端的电压Vnl可能为相对低的电压。
此外，用于确定实际电容的该过程对于作为被配置为在正电压和负电压下操作的ROIC的一部分的积分器可能是特别有益的。对于受益于以高速操作同时保持低功耗的一些成像阵列读出电路(例如，FPA读出电路)，可优选地操作积分器，使得电容器两端的电压可在从负值到正值的范围内。这种布置有利地允许设置参考偏置电平时的更大灵活性，这至少部分地由于设置参考偏置电平以使得至少一些预期信号将从积分器产生负电压的能力。此外，与如果积分器被配置为仅使用正电压操作相比，使用正电压和负电压操作可以有利地意味着当积分器被复位(例如，短路并且因此使电容器放电)时，积分器电容器两端的电压通常更接近于零。例如，仅使用正电压可能导致积分器电容器两端的电压高达积分器电容器以正电压和负电压操作的情况下的两倍。有利地，保持放电电压低可以减少ROIC中的电流浪涌(surge)，这对于强调相对高速度和/或低功耗的设计是优选的。至少部分地由于电路用来自积分器的正和负输出电压操作，积分器电容的实际电容可能偏离标称电容，使得确定和补偿该效应是有益的。此外，积分器电容器的实际电容可能不容易从设计模型预测，使得所公开的根据输出信号来确定和表征实际电容的方法在采用类似电路设计的成像系统中特别有利。
图5示出了诸如积分器电容器201之类的积分器电容器的行为，其中积分器偏置电压不为零，并且操作积分器204以使得参考偏置电平Vref处于大致接近光电检测器电路的操作范围的中点的正值。参考偏置电平Vref可以被选为在预期最小和最大检测器信号之间某处的方便点处，但不一定为中心。对于未冷却的热成像仪，例如，可以调整成像系统，使得参考偏置电平处于或接近场景中室温对象的预期信号。因此，被加热的对象或表面(例如，生物)可以在积分器电容器201两端产生正信号，而较冷的物品(例如水、冰等)可以在积分器电容器201两端产生负信号。这种操作状态可能受电容器行为的影响，因为在操作中可能在积分电容器两端存在较低的电压值，包括负电压。例如，在这些较低范围(例如，低于Vref)内，实际电容可相对于较高电压范围(例如，高于Vref)从标称电容偏离得更大。
图6示出了具有处理器控制的偏置电阻器网络(例如，偏置元件206、209、210)的ROIC的说明性实施例，其中测试电流源203a可以代替光电检测器(诸如图3A-3C的光电检测器203)被切换(switch)到读出电子器件中。这种布置允许跨目标电压范围校准积分器电容器201的行为。在说明性读出电路中，在处理元件(诸如图3C中的处理元件215)的控制下可以改变电阻器网络(例如，偏置元件206、209、210)和积分时间(例如，闭合和断开积分器开关202之间的时间，或tint)。在这样的配置中，可以探索可用参数空间的相对大的部分(例如，可能在成像系统中使用的电阻值的范围和积分时间值的范围)以表征积分器电容器201的实际电容。
图7A示出了积分器电容器的电容对于信号电压的预期范围保持在其标称电容情况下的预期的数据。通过改变检测器电路的电阻和/或通过改变积分时间，可以确定一系列线性积分曲线，其中端点是用于每个电阻值(例如，R 1到R n)的信号电压。信号电压、电阻和积分时间的范围可以被配置为类似于在成像系统的操作期间预期的范围。
图7B示出了来自在上述条件下运行的测试的实际数据的示例性表示。这样的曲线指示积分器的增益和与图7A中所示的预期线性值的偏差。该偏差可能至少部分地由于积分器电容器根据电容器两端的信号电压Vc的电容的变化。因此，根据信号电压Vsig的实际电容可以从信号电压Vsig和积分器电容器的电容Cactu1之间的已知关系来确定。
在实践中，可能期望获取相对大量的数据。电阻器网络可以在模式上变化以在大量电阻值处获取数据。此外，由于电容、增益和积分时间之间的关系是已知的，因此对于个体电阻器值可以使用变化的积分时间来执行测试。在示例性电路中，诸如对于焦平面阵列，积分时间可以由处理器通过控制跨积分器电容器(例如，图3C中的积分器电容器201)的积分器开关(例如，图3C中的积分器开关202)的打开和闭合而是可控的。图8和图9示出了针对多个电路电阻值和积分时间在本文所描述的测试配置中配置的对于FPA的所测量的积分电容获取的数据的曲线图的示例。利用该信息，可以导出表示根据电容器两端的电压的实际电容的数据。例如，因为电容器两端的电压是Vsig-Vref，所以实际电容与信号直接相关，并因此增益可以已知作为信号的函数：Vout＝Ci*dV/dt。
尽管已经描述了具有测试电流源的示例性FPA电路，但是确定积分电容的其它方式可以提供有用的结果。可以利用实际的检测器，并且当检测器观察恒定温度场景时电阻器网络可以改变，或者场景改变导致由检测器观察到的已知信号增量的校准的温度量。
一旦确定了电容数据，其可以用于调整系统使用的增益值。在图9中示出了一种方法。如本文所述，可以对所测量的电容数据用曲线拟合，其提供Vsig和Cactual之间的导出的数学关系，并从而提供增益。对于信号电压Vsig的每个观测值，可以直接从该导出的关系计算实际增益。
图10中示出了可能有益于在存储器操作上比数学操作更有效的某些类型的处理器的方法。来自拟合曲线1012的数据可以用于计算增益VS.信号的查找表(LUT)1013。该查找表1013可以用于根据信号Vsig生成增益表1014(例如，确定一个或多个增益因子)。因此，对于给定的图像数据帧中的给定检测器的每个测量信号，处理器可以用来自对应于观测信号电压的LUT 1013的值直接设置像素增益。因此，对于每个像素，可以在成像操作期间连续地应用增益校准。
电容可以根据电压而变化，该变化可至少部分地由于在ROIC的制造期间产生的影响。对于用类似的过程参数制造的检测器电路，可以确定一个FPA上的一个检测器电路的曲线，并且使用该曲线和/或查找表用于相同设计的FPA的像素。如果需要，这可以一次或重复进行以在结果中建立更大的统计意义。然而，特别是对于诸如本文所描述的示例性FPA之类的FPA，根据电压的电容的校准可以自动化并且在FPA上的像素组或FPA上的个体像素上有效地执行。因此，可以对一个或多个像素执行校准并且将其应用于多个FPA(例如，在相似条件下和/或以类似设计制造的所有FPA)，并且可以包括校准个体FPA的个体像素(例如，每个FPA中的每个像素)。
增益校准的示例方法
图11示出了用于成像系统的增益校准的示例方法1100的流程图。方法1100可以使用成像系统或图像处理系统中的一个或多个硬件部件来实现。为了便于描述，方法1100将被描述为由本文参考图1A和1B描述的成像系统100执行。然而，方法1100的一个或多个步骤可以由成像系统100中的任何模块或模块的组合来执行。类似地，任何个体步骤可以由成像系统100中的模块的组合来执行。
在框1105中，成像系统根据电容器两端的信号电压确定积分电容器的电容的值。这可以例如通过跨多个已知的电流和/或电压值来改变积分器的输入电流来完成。这还可以包括在该多个已知输入值处对输入信号进行积分，在一些实施例中，这可以针对多个不同的积分时间而重复。为了确定电容的值，成像系统可以进一步观察积分器针对已知输入值和已知参数(例如，电阻器网络值、积分器偏置电平、积分时间等)输出的信号电压。然后，成像系统可以将实际信号电压与假设电容器具有标称积分电容的期望信号进行比较。使用该信息，成像系统然后可以根据信号电压计算实际积分电容。
在框1110中，成像系统生成信号电压、实际电容和实际增益之间的数学关系。例如，该关系可以通过用曲线拟合所观察的实际电容对信号电压来产生。成像系统还可以进一步从对获取的数据的拟合来确定关于实际增益与信号电压的数学函数和/或从对数据拟合的函数生成查找表(LUT)，LUT索引实际增益与信号电压。
在框1115中，成像系统根据信号电压修改图像处理或信号处理系统所使用的增益值。在一些实施例中，在成像系统的操作期间(例如，当成像系统操作以获取图像数据时)连续地应用增益修改。
这里描述的实施例是示例性的。可以对这些实施例进行修改、重新布置、替换处理等，并且仍然包括在本文所阐述的教导内。本文所述的步骤、处理或方法中的一个或多个可以由适当编程的一个或多个处理和/或数字设备来执行。
根据实施例，本文描述的任何算法的某些动作、事件或功能可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全省略(例如，并非所有描述的动作或事件对于算法的实践是必须的)。此外，在某些实施例中，可以例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器或处理器内核或在其它并行架构上同时地而不是顺序地执行动作或事件。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经在其功能方面一般性地描述了各种说明性部件、块、模块和步骤。这种功能是实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。所描述的功能可以针对每个特定应用以不同的方式实现，但是这种实现决策不应被解释为导致脱离本公开的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块和模块可以由机器来实现或执行，诸如执行本文所描述的功能的配置有特定指令的处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任何组合。处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是控制器、微控制器或状态机、其组合等。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP内核或任何其它这样的配置。例如，本文描述的LUT可以使用离散存储器芯片、微处理器中的存储器的一部分、闪存、EPROM或其它类型的存储器来实现。
结合本文公开的实施例描述的方法、处理或算法的元素可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其它形式的计算机可读存储介质中。示例性存储介质可以耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。软件模块可以包括使硬件处理器执行计算机可执行指令的计算机可执行指令。除非另有特别说明或在所使用的上下文中另外理解，否则本文使用的条件语言，诸如尤其是“可以”、“可能”、“会”、“例如”等通常意在传达某些实施例包括而其它实施例不包括某些特征、元素和/或状态。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示特征、元素和/或状态以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或状态被包括在或将在任何特定实施例中执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”、“涉及”等是同义的，并且以开放式的方式包含使用，并且不排除额外的元件、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包括的含义(而不是以其排他的含义)使用，使得当例如使用时连接一列元素，术语“或”表示列中的一个、一些或所有的元素。
诸如短语“X，Y或Z中的至少一个”之类的分离语言，除非另有特别说明，否则通过上下文一般地被理解为表示项目、术语等可以是X、Y或Z，或其任何组合(例如，X、Y和/或Z)。因此，这种分离语言通常不旨在并且不应当暗示某些实施例需要各自存在至少一个X、至少一个Y或至少一个Z。
术语“约”或“近似”等是同义的，并且用于表示由该术语修饰的值具有与其相关的理解范围，其中该范围可以是±20％，±15％，±10％，±5％或±1％。术语“基本上”用于指示结果(例如，测量值)接近目标值，其中接近可以意味着例如结果在该值的80％内，在该值的90％内，在该值的95％内，或在该值的99％内。
除非另有明确说明，否则诸如“一”或“一个”之类的冠词通常应被解释为包括一个或多个所描述的项目。因此，诸如“设备被配置为”的短语旨在包括一个或多个所述设备。这样的一个或多个所述设备还可以被共同地配置成执行所述陈述。例如，“被配置为执行叙述A，B和C的处理器”可以包括第一处理器，其被配置为执行与被配置为执行叙述B和C的第二处理器协同工作的叙述A。虽然上述详细描述具有显示，描述和指出应用于说明性实施例的新颖特征，但将理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对所示的设备或算法的形式和细节进行各种省略，替换和改变。将认识到，本文描述的某些实施例可以在不提供本文所阐述的所有特征和益处的形式内实施，因为一些特征可以与其它特征分开使用或实践。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变将被包括在其范围内。

Claims (20)

1.一种用于成像系统的增益校准的方法，所述成像系统包括光电检测器阵列和用于从所述光电检测器阵列读出图像数据的检测器电子电路，其中所述检测器电子电路包括具有积分器电容器的积分器，所述积分器电容器具有标称电容，并且所述检测器电子电路的增益是积分器电容的函数，所述方法包括：
根据所述电容器两端的信号电压来测量所述积分器电容器的电容；
确定信号电压、测量的电容和测量的增益之间的数学关系；以及
对于个体光电检测器，使用所确定的数学关系修改由所述成像系统使用的增益值，其中所述增益值是所述数学关系的输出，并且所述信号电压是所述数学关系的输入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定包括：
跨多个已知的值改变所述积分器的输入电流；
在所述多个已知的输入电流处积分；
观察由积分产生的信号电压；
将实际信号电压与用标称积分电容预期的信号电压相比较；以及
根据信号电压计算实际积分电容。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述检测器电子电路包括测试电流源，所述方法还包括代替光电检测器切换所述测试电流源以产生所述多个输入电流或电压值。
4.根据权利要求1至3中一项所述的方法，其中，所述检测器电子电路包括可变电阻器值，并且所述方法还包括改变所述可变电阻器值。
5.根据权利要求1至4中一项所述的方法，还包括确定多个积分时间的增益校准。
6.根据权利要求1至5中一项所述的方法，其中，开发还包括根据信号电压对所测量的电容用曲线拟合。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下中的至少一个：
开发数学函数，所述数学函数根据所述数学关系将输入信号电压映射到输出实际增益；或者
根据所述数学关系开发查找表，所述查找表将实际增益索引到信号电压。
8.根据权利要求1至7中一项所述的方法，其中，对FPA设计的个体FPA的一个或多个像素执行所述增益校准，并且对所述FPA设计的个体FPA的每个像素应用所述数学关系。
9.根据权利要求1至8中一项所述的方法，其中，对个体FPA的一个或多个像素执行所述增益校准，并且对所述个体FPA的个体像素应用所述数学关系。
10.根据权利要求1至9中一项所述的方法，其中，对个体FPA的个体像素执行所述增益校准，针对个体像素确定数学关系，并且对所述个体FPA的个体像素使用所述数学关系。
11.根据权利要求1至10中一项所述的方法，其中，在所述成像系统的操作期间，基本上连续地更新修改的增益值。
12.根据权利要求1至11中一项所述的方法，其中，所述成像系统包括包含红外照相机内核在内的热成像系统。
13.根据权利要求1至12中一项所述的方法，其中，所述信号电压的范围从负值到正值。
14.根据权利要求1至13中一项所述的方法，其中，所述信号电压在其中所述积分器电容器的测量电容明显偏离所述积分器电容的标称电容的范围内。
15.一种成像系统，包括：
包含红外焦平面阵列的成像阵列，所述红外焦平面阵列包括微测辐射热计阵列，所述焦平面阵列的每个像素包括微测辐射热计光电检测器；
检测器电路，包括：
正电压轨；
负电压轨；
至少一个可变电阻器网络；以及
积分器，包括电气耦合到微测辐射热计的输出和运算放大器的输入的信号输入、具有标称电容的积分器电容器、电气耦合到积分器偏置电压源和运算放大器的参考输入、来自所述运算放大器的信号输出以及积分器开关，所述积分器开关被配置为当所述积分器开关闭合时提供从所述信号输入到所述信号输出的电气通路；
系统控制器，被配置为调整所述可变电阻器网络以设置所述检测器电路的操作偏压，并控制所述积分器开关以控制来自所述微测辐射热计的信号的积分时间；其中个体微测辐射热计被电气耦合到所述正电压轨、所述负电压轨、所述至少一个可变电阻器网络和所述积分器，
其中所述系统控制器被配置成通过确定多个测量的电容和对应的信号电压之间的数学关系来确定所述积分器电容器的实际电容。
16.根据权利要求15所述的成像系统，其中，所述检测器电路还包括被配置为代替个体微测辐射热计而被切换的测试电流源，其中所述系统控制器被配置成切换所述测试电流源以使用多个输入电流来向所述积分器提供输入。
17.根据权利要求15或16所述的成像系统，其中，所述系统控制器还被配置为通过控制所述积分器开关闭合的时间量，使用多个积分时间来测量信号电压。
18.根据权利要求15至17中一项所述的成像系统，其中所述系统控制器还被配置为使用所述数学关系和测量的信号电压来修改个体微测辐射热计的增益值。
19.根据权利要求15至18中一项所述的成像系统，其中，所述信号电压的范围从负值到正值。
20.根据权利要求15至19中一项所述的成像系统，其中，所述信号电压在其中所述积分器电容器的测量电容明显偏离所述积分器电容的标称电容的范围内。
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