CN108700462B - 无移动部件的双光谱成像器及其漂移纠正方法 - Google Patents

Abstract

一种装置对来自一场景的辐射进行成像。一图象形成光学构件在一非制冷式的检测器上形成所述场景的一图像，所述非制冷式的检测器具有两个分离的区域。一第一滤波器容许在一第一波段中的辐射成像在所述第一个检测器区域上。一第二滤波器容许在一第二波段中的辐射成像在所述第二个检测器区域上。两个被固定地定位的楔形的构件各自通过一f数小于1.5引导来自所述场景的辐射通过所述图象形成光学构件到所述检测器上。被定位在所述装置内的一黑体源减少由所述装置周围的环境变化引起的漂移。所述黑体源通过多个楔形的构件中的一个将辐射投射到所述检测器的一区域上，所述检测器不会接收来自所述场景的辐射。基于从所述黑体产生的多个像素信号修改来自所述场景的辐射产生的多个像素信号。

Description

无移动部件的双光谱成像器及其漂移纠正方法

技术领域

本发明涉及红外辐射的检测及成像。

背景技术

为了对气体云(gas cloud)进行检测及成像，特别是通过在一宽光谱范围内使用红外检测系统，通常需要使用光谱过滤技术将入射辐射光谱地限制到所选的波段。这是通过测量由两个不同波段中的所述气体云的一背景散发的辐射而完成的，一个波段被气体云吸收，另一个波段没有被气体云吸收。

能够对气体云进行检测及成像的装置具有一广泛的应用，例如：对于在工业装置及用于气体泄漏的设施中的一场景的持续监测，以及在交通事故后识别来自气体输送交通工具的逸出气体。通常地，检测在可见光谱范围内的辐射的检测器比红外检测器的成本低。然而，由于大多数令人感兴趣的有害气体缺乏在可见光谱范围内的颜色，因而这种装置必须使用成本较高的红外检测器。通常地，与这种应用相关的最便宜的红外成像检测器是非制冷式的检测器(uncooled detectors)，诸如微辐射热测定仪型阵列(microbolemtertype arrays)。

对于一些上述的应用，例如：当所述装置必须在云的浓度及大小的组合高于多个预定阈值时提供一警报时，需要定量数据。为此，这些装置必须使用至少两个光谱滤波器以过滤两个选定的波段，在一个波段中的辐射被气体吸收，而在另一个波段中的辐射不被气体吸收。对在每个波段中的辐射分别进行成像及分析。装置校准方法及数学算法可被用于将所述定量数据随后变换为在被显示的云的图像(存在时)的场景，并且将在令人感兴趣的所述特定气体的所述光密度的所述定量信息逐像素地存储。这样的一种双重滤波配置(double filtering configuration)是必要的，以便考虑由于背景红外自散发及其漂移是由背景温度漂移所引起而对所述信号的贡献。这种双重滤波可以通过一光谱扫描方法被实现，其中存在所述装置的一光学构件的移动，所述装置诸如一干涉仪(interferometer)、被安装在一旋转轮体上的一组带通滤波器或一扫描镜(scanning mirror)，以收集光谱信息。基于非制冷式的检测器的装置必须被设计有一大的聚焦透镜数值孔径(large focusinglens numerical aperture)(低f数)，以便增加检测器对相对于环境辐射的令人感兴趣辐射的灵敏度。这是因为这种检测器具有一宽的视野(wide field of view)。利用上述移动构件设计具有如此低f数的一光学系统是可以被实现的。然而，光学构件的移动导致系统可靠性被降低，从而增加所述装置的维护及操作成本。为了减少维护及成本，滤波技术在没有棱镜(prisms)、分束器(beam splitters)或光束组合器(beam combiners)的移动构件的情况可以被实现。然而，这种技术具有降低聚焦透镜数值孔径的效果，从而降低系统对相对于环境辐射的令人感兴趣的所述场景的所述辐射的所述灵敏度。

此外，基于非制冷式微辐射热测定仪检测器的这种红外成像装置可以被用于定量地测量一场景的每个像素的所述辐射辉度(radiance)，只有在环境辐射变化(主要由于环境温度变化)有助于所述检测器信号时，才能监测及纠正这种红外成像装置。这是因为来自一场景的红外辐射的一定量的测量结果(quantitative measurement)是基于在所述检测器信号与所述待测辐射之间的一数学的关系(mathematical relation)。这种关系取决于所述测量结果期间的所述环境状态，因此只有在所述测量结果期间的所述环境状态及所述环境状态如何影响所述关系是已知时，才能进行所述定量的场景的测量结果。通过所述检测器元件感测的所述环境辐射主要来自所述成像装置的所述光学器件及外壳(optics andenclosures)(除了待监测的所述场景像素之外)，并且是所述环境温度的一直接函数。如果此辐射随时间变化，则会引起所述信号的一漂移(driff)，这会改变所述信号与待测量的所述相应场景辐射的关系，并且引入不准确性。

由此产生的不准确性妨碍这种装置的使用，特别是在它们必须提供关于待监视气体的定量信息并且必须被用于长时间无人值守的监测目的情况，例如：用于监视在工业设施及设施中的一场景。

用于执行漂移纠正的一种已知方法被称为非均匀性纠正(Non-UniformityCorrection)(NUC)。NUC通过频繁使用由所述相机制造商提供的一启闭式快门(openingand closing shutter)，以纠正检测器的电子偏移并且部分地纠正检测器壳体的温度漂移。所述NUC程序是众所周知的并且广泛用于基于微辐射热测定仪检测器的仪器中。用于NUC的所述快门是一个移动部件，因此在监测大型设施中的气体泄漏时，被期望减少这种部件的所述启闭次数(number of openings and closings)，要求所述仪器每天被使用二十四小时，持续数年，无需维护或重新校准。所述快门的频繁启闭(通常每隔几分钟或几小时完成)需要很高的维护费用。

为了在使用NUC技术时减少快门操作的数量，已经由检测器制造商开发用于纠正由于在多次连续快门开启之间发生的检测器壳体温度变化引起的信号漂移的方法，称为盲像素(blind pixel)方法。已知的盲像素方法依赖所述成像装置的所述检测器阵列的若干元件仅暴露于被放置在所述检测器壳体中的一黑体辐射源(blackbody radiationsource)，而不暴露于所述场景辐射(即，对所述场景是盲目的)。然而，这样的方法只能计数及补偿源自所述检测器阵列本身的所述外壳(enclosure)附近的环境温度变化，而不能解决源自所述成像装置的光学器件或所述外壳附近的变化。这是因为通常在检测器外壳与所述光学器件及装置外壳的其余部分之间存在温度的梯度。因此，已知的盲像素方法可能不能令人满意地补偿在具有大的及/或复杂的光学器件的成像装置中的环境辐射变化，例如：具有楔形物的光学器件，用于通讨一物镜系统(objective lens system)将辐射引导及成像于一检测器上，如后所述。

发明内容

本发明是一种用以对至少两个波段中的红外辐射同时进行检测及成像的装置及方法，以及用以对所述环境的变化导致信号的漂移进行纠正的装置及方法。所述装置及方法避免使用多个移动部件，以获得更高的可靠性，而不会明显地损害高数值孔径(低光学f数)以获得高灵敏度，并且仍然使用诸多较低成本的非制冷式的成像检测器。

根据本发明的所述多个教导的一实施例，提供一种用于对来自一场景的辐射进行成像的装置，所述辐射包括至少一第一波段及至少一第二波段，所述装置包括：(a)一检测器，用于来自所述场景的所述辐射，所述检测器是非制冷式的并且包括一第一个检测器区域及一第二个检测器区域，所述第一个检测器区域及所述第二个检测器区域是分离的；(b)一第一滤波器及一第二滤波器，所述第一滤波器与所述第一个检测器区域相关联，用于容许在所述第一个波段中的辐射被成像在所述第一个检测器区域上，所述第二滤波器与所述第二个检测器区域相关联，用于容许在所述第二个波段中的辐射被成像在所述第二个检测器区域上；及(c)一光学系统，用于将来自所述场景的辐射聚焦到所述检测器上，所述光学系统包括：(i)一图像形成光学构件，用于在所述检测器上形成所述场景的一图像；及(ii)一第一个大致上为楔形的构件及一第二个大致上为楔形的构件，所述第一个楔形的构件与所述第一滤波器相关联，所述第二个楔形的构件与所述第二滤波器相关联，所述多个楔形的构件中的每一个被固定地定位在从所述图像形成光学构件起算的一距离处，所述多个楔形的构件中的每一个引导来自所述场景的一视野的辐射通过所述图像形成光学构件到所述检测器上，使得所述辐射通过一f数大约小于1.5的所述光学系统被分离地成像到所述第一个检测器区域上及所述第二个检测器区域上，所述在所述多个检测器区域的每一个上被成像的辐射包括在一个各别的波段中的辐射。

可选地，所述第一滤波器及所述第二滤波器中的每一个为一带通滤波器。

可选地，所述第一滤波器被设置在所述第一个楔形的构件的一第一表面或一第二表面中的一个上，并且所述第二滤波器被设置在所述第二个楔形的构件的一第一表面或一第二表面中的一个上。

可选地，所述第一个楔形的构件的所述第一表面是所述第一个楔形的构件相对于所述图像形成光学构件的一最接近表面，并且所述第二个楔形的构件的所述第一表面是所述第二个楔形的构件相对于所述图像形成光学构件的一最接近表面，并且所述第一个楔形的构件的所述第二表面是所述第一个楔形的构件相对于所述场景的一最接近表面，并且所述第二个楔形的构件的所述第二表面是所述第二个楔形的构件相对于所述场景的一最接近表面。

可选地，一种抗反射材料被设置在所述第一个楔形的构件的一第一表面及一第二表面中的至少一个上，并且被设置在所述第二个楔形的构件的一第一表面及一第二表面中的至少一个上。

可选地，所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件相对于一辐射光学路径大致上对称地被设置。

可选地，所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件中的每一个相对于从所述场景到所述检测器的一辐射光学路径以一各别的角度被取向。

可选地，由于所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件的存在，导致一垂直视野相对于由所述图象形成光学构件定义的所述装置的一视野大约减半。

根据本发明的所述多个教导的一实施例，还提供一种用于对来自场景的辐射进行成像的方法，所述辐射包括至少一第一波段及至少一第二波段，所述方法包括：(a)将所述多个楔形的构件中的每一个定位在从所述图像形成光学构件起算的一距离处；(b)通过所述第一个楔形的构件引导来自所述场景的一视野的辐射通过所述图象形成光学构件到一非制冷式的检测器的一第一个区域上；(c)过滤所述通过所述第一个楔形的构件引导的辐射，以容许在所述第一波段中的辐射被成像在所述检测器的所述第一个区域上；(d)通过所述第二个楔形的构件引导来自所述场景的所述视野的辐射通过一图象形成光学构件到所述检测器的一第二个区域上，所述检测器的所述第一个区域与所述第二个区域是分离的；(e)过滤所述通过所述第二个楔形的构件引导的辐射，以容许在所述第一波段中的辐射被成像在所述检测器的所述第二个区域上；及(f)将来自所述场景的所述视野的辐射成像到所述检测器上，从所述图像形成光学构件起算的一距离为使得所述辐射通过一f数大约1.5被分离地成像到所述第一个区域上及所述第二个区域上，并且所述在所述检测器的每一个区域上被成像的辐射包括在一个各别的波段中的辐射。

可选地，所述方法还包括：(g)将所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件中的每一个相对于从所述场景到所述检测器的一辐射光学路径以一各别的角度进行取向。

可选地，所述方法还包括：(g)一种抗反射材料被设置在所述第一个楔形的构件的一第一表面及一第二表面中的至少一个上，并且被设置在所述第二个楔形的构件的一第一表面及一第二表面中的至少一个上。

可选地，所述方法还包括：(g)固定地定位一第一滤波器构件，以容许在所述第一波段中的辐射被成像在所述检测器的所述第一个区域上；及(h)固定地定位一第二滤波器构件，以容许在所述第二波段中的辐射被成像在所述检测器的所述第二个区域上。

可选地，所述第一滤波器的所述固定地定位的步骤包括：(i)将所述第一滤波器设置在所述第一个楔形的构件的一第一表面或一第二表面中的一个上，并且所述第二滤波器的所述固定地定位的步骤包括：(i)将所述第二滤波器设置在所述第二个楔形的构件的一第一表面或一第二表面中的一个上。

根据本发明的所述多个教导的一实施例，还提供一种用以在来自一场景的辐射进行成像时减少由一变化环境特征引起的漂移的方法，所述来自所述场景的辐射包括在电磁频谱的长波红外区域中的至少一第一波段及至少一第二波段，所述方法包括：(a)通过一第一大致上为楔形的构件及一第二大致上为楔形的构件，使来自所述场景的辐射通过一图象形成光学构件聚焦到一检测器上，所述检测器对在所述第一波段及所述第二波段中的辐射敏感，所述检测器是非制冷式的并且包括分离的一第一个检测器区域、一第二个检测器区域及一第三检测器区域，所述多个楔形的构件中的每一个被定位在从所述图像形成光学构件起算的一距离处，使得所述辐射通过一f数大约小于1.5的所述光学系统被分离地成像到所述第一个检测器区域上及所述第二个检测器区域上，并且所述多个楔形的构件中的每一个在一个各别的波段中大致地传输辐射，并且所述在所述第一个检测器区域及所述第一个检测器区域中的每一个上被成像的辐射包括在一个各别的波段中的辐射，所述在所述第一个检测器区域及第二个检测器区域被成像的辐射产生至少一第一像素信号；(b)通过所述第一个楔形的构件或所述第二个楔形的构件中的至少一个，使来自一辐射源的辐射通过所述图象形成光学构件投射到所述第三检测器区域上，以产生一第二像素信号，所述辐射源与所述场景不同，并且在所述来自所述场景的辐射被聚焦到所述第一个检测器区域上及所述第二个检测器区域上的一持续时间内，所述辐射源被连续地投射到所述第三检测器区域上；及(c)部分地基于一预定函数修改所述第一像素信号以产生一修改像素信号，所述预定函数定义在由所述变化环境特征引起所述第二像素信号的一变化与由所述变化环境特征引起所述第一像素信号的一变化之间的一关系。

可选地，所述图像形成光学元件与所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件被定位在一第一外壳的体积内，并且所述方法还包括：(d)将所述辐射源定位在所述第一外壳的体积附近。

可选地，所述图像形成光学构件与所述第一楔形的构件及所述第二楔形的构件被定位在一第一外壳的体积内，并且所述第一外壳的体积的至少一部分被定位在一第二外壳的体积内，所述方法还包括：(d)将所述辐射源定位在所述第二外壳的体积内及所述第一外壳的体积的外部。

可选地，所述方法还包括：(d)基于所述预定函数决定由所述变化环境特征引起在所述第一像素信号中的所述变化，并且其中通过将所述第一像素信号减掉所述被决定的在所述第一像素信号中的变化以产生所述修改像素信号。

可选地，所述预定函数是在所述第二像素信号与所述由所述变化环境特征引起的在所述第一像素信号中的变化之间的一相关性。

可选地，所述方法还包括：(d)决定所述相关性，其中在执行(a)以前执行所述相关性的所述决定。

可选地，所述辐射源为一黑体辐射源，并且所述图象形成光学构件与所述第一楔形的构件及所述第二楔形的构件被定位在一第一外壳的体积内，并且所述检测器及所述第一外壳的体积被定位在一腔室内，所述腔室具有一可调节腔室温度，并且所述相关性的一验证通过以下方式被决定：(i)在一第一腔室温度下测量所述黑体辐射源的一第一温度，并在一随后腔室温度下测量所述黑体辐射源的一随后温度，所述黑体辐射源的所述第一个温度及所述后续的温度定义一第一集合；(ii)在所述第一腔室温度下测量所述第二像素信号的一第一个读数，并且在随后腔室温度下测量所述第二像素信号的一随后读数，所述像素信号的所述第一及所述随后读数定义一第二集合；及(iii)验证在所述第一集合与所述第二集合之间的一相关性。

可选地，所述辐射源为一黑体辐射源，并且所述图象形成光学构件及所述第一楔形的构件及所述第二楔形的构件被定位在一第一外壳的体积内，并且所述检测器及所述第一外壳的体积被定位在一腔室内，所述腔室具有一可调节腔室温度，并且所述相关性的一决定包括：(i)在一第一腔室温度下测量所述第一像素信号的一第一个读数，并且在一随后腔室温度下测量所述第一像素信号的一随后读数；(ii)将所述第一像素信号的所述随后读数减掉所述第一像素信号的所述第一个读数以定义一第一集合；及(iii)在所述第一腔室温度下测量所述第二像素信号的一第一个读数，并且在一随后腔室温度下测量所述第二像素信号的一随后读数，所述第二像素信号的所述第一个读数及所述随后读数定义一第二集合。

可选地，所述修改第一像素信号的步骤包括：(i)在一第一个时间实例测量所述第一像素信号的一第一个读数，并且在一随后时间实例测量所述第一像素信号的一随后读数；(ii)在所述第一个时间实例测量所述第二像素信号的一第一个读数，并且在所述随后时间实例测量所述第二像素信号的一随后读数；及(iii)将所述盲像素信号的所述随后读数减掉所述盲像素信号的所述第一个读数以定义一第三集合。

可选地，所述修改第一像素信号的步骤还包括：(iv)根据所述第一集合与所述第二集合之间的一相关性，基于所述第三集合修改所述第一像素信号的所述随后读数。

可选地，所述决定所述相关性的步骤还包括：(iv)将所述第一集合显示为所述第二集合的一函数。

可选地，所述决定所述相关性的步骤还包括：(iv)将所述第一集合显示为一第三集合的一函数，所述第三集合通过所述第一腔室温度及所述随后腔室温度被定义。

根据本发明的所述多个教导的一实施例，还提供一种用以在来自一场景的辐射进行成像时减少由一变化环境特征引起的漂移的装置，所述来自所述场景的辐射包括在电磁频谱的长波红外区域中的至少一第一波段及至少一第二波段，所述装置包括：(a)一辐射源，所述辐射源与所述场景不同；(b)一检测器，用于来自所述场景的所述辐射及来自所述辐射源的辐射，所述检测器是非制冷式的并且对在所述第一波段及所述第二波段中的辐射敏感，并且所述检测器包括分离的一第一个检测器区域、一第二个检测器区域及一第三检测器区域；(c)一第一滤波器及一第二滤波器，所述第一滤波器与所述第一个检测器区域相关联，用于容许在所述第一个波段中的辐射被成像在所述第一个检测器区域上，所述第二滤波器与所述第二个检测器区域相关联，用于容许在所述第二个波段中的辐射被成像在所述第二个检测器区域上；(d)一光学系统，用于将来自所述场景的辐射连续地聚焦到所述检测器上，所述光学系统包括：(i)一图像形成光学构件，用于在所述检测器上形成所述场景的一图像，并且用以将来自所述辐射源的辐射投射到所述第三检测器区域上；及(ii)一第一个大致上为楔形的构件及一第二个大致上为楔形的构件，所述第一个楔形的构件与所述第一滤波器相关联，所述第二个楔形的构件与所述第二滤波器相关联，所述多个楔形的构件中的每一个被固定地定位在从所述图像形成光学构件起算的一距离处，所述多个楔形的构件中的每一个引导来自所述场景的一视野的辐射通过所述图像形成光学构件到所述检测器上，使得所述辐射通过一f数大约小于1.5的所述光学系统被分离地成像到所述第一个检测器区域上及所述第二个检测器区域上，所述在所述多个检测器区域的每一个上被成像的辐射包括在一个各别的波段中的辐射，所述第一个楔形的构件或所述第二个楔形的构件中的至少一个将来自所述辐射源的辐射通过图像形成光学构件投射到所述第三检测器区域上；及所述装置还包括(e)一电子电路，被配置为：(i)从在所述第一个检测器区域上及所述第二个检测器区域上被成像的辐射产生至少一第一像素信号；(ii)从通过所述光学系统被投射到所述第三检测器区域上的所述辐射源产生一第二像素信号，及(iii)根据一预定函数修改所述第一像素信号以产生一修改像素信号，所述预定函数定义在由所述变化环境特征引起所述第二个像素信号的一变化与由所述变化环境特征引起所述第一个像素信号的一变化之间的一关系。

可选地，所述电子电路还被配置为：(iv)基于所述预定函数决定由所述变化环境特征引起在所述第一个像素信号中的所述变化；及(v)将所述第一个像素信号减掉所述被决定的在所述第一个像素信号中的变化。

可选地，所述辐射源为一黑体辐射源。

可选地，来自所述辐射源的辐射仅由所述第一个楔形的构件及第二个楔形的构件中的一个引导通过所述图象形成光学构件到所述第三检测器区域上。

可选地，所述装置还包括：(f)一第一外壳的体积，所述光学系统被定位在所述第一外壳的体积内。

可选地，所述辐射源被定位在所述第一外壳的体积附近。

可选地，所述装置还包括：(g)一第二外壳的体积，所述第一外壳的体积的至少一部分被定位在所述第二外壳的体积内，并且所述辐射源被定位在所述第二外壳的体积内及所述第一外壳的体积的外部。

附图说明

本发明在此仅通过举例的方式参考附图被描述，其中：

图1是根据本发明的一实施例的一种用于对来自一场景的辐射进行成像的装置的一示意性侧视图；

图2是根据本发明的一实施例的来自所述场景及场景的背景的入射光线穿越通过所述装置的一示意性侧视图；

图3A至图3B显示根据本发明的一实施例的所述装置的滤波替代方案的示意图；

图4是以图解说明根据本发明的一实施例的一检测器及在所述检测器上被形成的所述图像的一示意性前视图。

图5是以图解说明根据本发明的一实施例用于漂移纠正的一装置的一示意性侧视图；

图6A是以图解说明图5的所述装置的一检测器阵列的一示意性前视图；

图6B是以图解说明根据本发明的一实施例的多个盲像素及被成像的多个像素的一示意性前视图；

图7是根据本发明的一实施例的被耦合到一检测器阵列的多个图像采集电子器件的一框图；

图8是根据本发明的一实施例用于验证一相关性的一流程图；

图9是根据本发明的一实施例用于决定一相关性的一流程图；

图10是根据本发明的一实施例用于纠正漂移的一流程图。

图11A及图11B示出被用于执行图8的所述流程图的多个步骤的多个框线图的示例。

多个优选实施例的叙述

本发明是一种用以在一检测器的两个分离的区域上的至少两个波段中的红外辐射进行检测及成像及用以纠正由于所述变化的环境引起的信号漂移的装置。

参考附图及所附描述可以更好地理解根据本发明的所述装置的原理及运作。

现在参考附图，图1示出一种用于在电磁频谱的红外区域中对一场景80诸如一气体云进行成像的装置1的一实施例的一示意图，所述电磁频谱的红外区域最优选地是电磁波谱的长波红外(LWIR)区域。当对这样的一场景(scene)进行成像(imaging)时，所述用于对所述场景80进行成像的装置优选地被定位以使得所述场景80被插置在所述装置1与一辐射散发的背景90之间，所述背景例如是多个对象的一集合(诸如多个管及多个墙)、地平线、天空或任何其他合适的背景。在至少两个波段的一第一波段λ_G及一第二波段λ_N中的红外辐射是从背景被散发的。所述场景80的特征使得在一个波段中散发的辐射至少部分地具吸收性，并且在另一个波段中散发的辐射不具吸收性(从而不具散发性)。例如：所述场景80可以是在所述第一波段(λ_G)中具吸收性及散发性的辐射及在所述第二波段(λ_N)中不具吸收性及不具散发性的辐射。结果，通过近似以λ_G为中心的一滤波器获取的数据包括关于气体存在及背景散发的信息。类似地，通过近似以λ_N为中心的一滤波器获取的数据包括关于背景散发的信息，但不包括关于气体存在的信息。如上所述的多个算法随后从所获取的数据提取相关的气体云信息。

所述成像本身通过一红外检测器阵列(infrared detector array)14被完成。所述检测器阵列14是一非制冷式的检测器阵列(uncooled detector array)，例如一微辐射热测定仪型阵列(microbolometer type array)。所述检测器阵列14可以被定位在一检测器的壳体(detector case)12内，所述检测器的壳体12被定位在所述装置1内。来自所述场景80及所述背景90的辐射被多个聚集光学器件(collection optics)18通过一窗口(window)16聚焦到所述检测器阵列14上，所述多个聚集光学器件(collection optics)18的多个光学构件(optical components)由物镜(objective lens)20与第一个及第二个楔形的构件22及24被象征性地被呈现在图1中。注意的是，“物镜(objective lens)”20实际上可以是一个或多个透镜中的一集合，所述一个或多个透镜中的集合被一单个透镜被呈现在图1中。所述聚集光学器件18可以被认为是用于保持所述多个光学构件的位置及取向的一外壳的体积(enclosure volume)。所述装置1可以被认为是由多个内壁30所限定的一外壳的体积，用于保持所述聚集光学器件18及所述检测器阵列14的位置及取向。所述窗口16及所述物镜20优选地由在红外区域中透明的材料制成，例如：锗(germanium)、硅(silicon)、硫化锌(zinc sulfide)或硒化锌(zinc selenide)等。

所述多个楔形的构件22及24优选地被实现为多个透射板(transmittingplates)，所述多个透射板透射来自所述场景80及背景90的红外辐射的波段。所述物镜20将被所述楔形的构件22及24偏转的辐射聚焦到所述检测器阵列14上，以在背景90上形成所述场景80的两个同时的且分离的图像，每一个图像被形成在所述检测器表面的一半上，如图4所示。

为了清楚说明，与所述检测器阵列14相关联的所述图像采集电子器件在图1中未被示出。

所述检测器阵列14被分成两个非重叠的区域，即一第一个检测器区域14a及一第二个检测器区域14b。应该显而易见的是，每一个检测器区域优选地包括多个检测器元件(未示出)，所述多个检测器元件与所述被成像的场景的各个像素相对应。所述检测器阵列14被在图1中的一划分平面32分成两个相等的上述区域，所述检测器阵列14垂直于所述检测器表面及所述页面的所述平面，由图4中的线32呈现。所述聚集光学器件18的所述光轴平放在所述划分平面32中。

在一非限制性示例中，图1包括笛卡尔坐标系XYZ。在图1中的坐标系XYZ的所述非限制性示例呈现中，所述检测器平面平行于所述YZ平面。因此，所述划分平面32平行于所述XZ平面，并且所述光轴平行于所述X轴。所述多个楔形的构件22及24在所述XY平面中是楔形的。在整个说明书中，将继续参考图1中的坐标系XYZ的所述非限制性示例呈现。所述检测器平面及多个场景图像的一前视图在图4中被描绘。

所述多个聚集光学器件18的所述光学构件被布置成使得在所述检测器阵列14处的所述聚集光学器件18的所述数值孔径实际是大的。具有一大的数值孔径将提供所述检测器阵列14对来自所述场景80的辐射的灵敏度较高，并且对源自所述装置1的多个内壁30、所述聚集光学器件18及所述光学构件本身内的辐射的灵敏度较低。具有一大的数值孔径的诸多光学系统在所述检测器处具有一相应小的f数(f-number)(被定义为所述光学系统的焦距与光圈直径之间的比率)。如将讨论的那样，所述多个楔形的构件22及24沿所述光轴32相对于所述物镜20的位置提供至少1/3的一数值孔径，对应在所述检测器阵列14处的一小于1.5的f数。

如下面将详细描述的，所述待讨论的装置1的所述多个构件在一固定位置就定位在所述装置1中并且不可移动，从而获得上述f数及多个数值孔径边界而没有移动部件。

现在参考图2，来自所述场景80及所述背景90的入射光线穿越到所述检测器阵列14。为了清楚说明，所述多个内壁30、所述聚集光学器件18、所述检测器的壳体12及所述窗口16在图2中未被示出。

在所述场景80与所述装置1之间的虚线表示如图2所示的在所述场景80与所述装置1之间的距离是未按比例绘制的。通常，在所述场景80与所述装置1之间的距离远大于所述装置1本身的尺寸，并且通常在数十或数百米的量级。另外，虚线表示两束光线42a、42d及44a、44d，所述两束光线42a、42d及44a、44d皆来自整个场景而不是来自所述场景的一半。

继续参考图2，入射光线42a被第一个楔形的构件22偏转，产生一偏转的光线(deffected ray)42b。所述被偏转的光线42b被所述物镜20聚焦而产生一聚焦光线42c，所述聚焦光线42c被成像在所述第一个检测器区域14a上。为了清楚说明，所述光线42a至42d由图2中的实线表示。类似地，入射光线44a被所述第二个楔形的构件24偏转，产生偏转的光线44b。所述被偏转的光线44b被物镜20聚焦而产生一聚焦光线44c，所述聚焦光线44c被成像在所述第二个检测器区域14b上。为了清楚说明，所述光线44a至44d由图2中的虚线表示。

注意的是，尽管图2中仅描绘四条入射光线42a、42d及44a、44d(这些是边际光线，限定由所述纸的平面(XY平面)限定的横截面的平面中的所述装置的视野(field ofview))。应当显而易见的是，源自(originating from)所述场景80的多个附加的类似入射光线是存在的并且遵循类似如上所述的所述多个光线的一穿越路径(a path oftraversal)。这样，对所述多个入射光线42a、42d及44a、44d的引用隐含地应用在所述视野内的源自所述场景80的所有这种类似的入射光线。

注意的是，所述多个入射光线42a及44d彼此平行，所述多个入射光线42d及44a也是如此。多个附加的成对的入射光线(additional pairs of incident rays)(未示出)存在这样的一平行关系，其中在所述成对中的每条光线是不同束(bundle)的一部分。所述平行关系是源自所述场景80及背景90的相同区域的每一个成对的入射光线的结果。

据此，穿越(traverse)所述第一个楔形的构件22的所述多个入射光线被成像在所述第一个检测器区域14a上，并且穿越所述第二个楔形的构件24的所述多个入射光线被成像在所述第二个检测器区域14b上。结果，来自所述相同场景80及背景90的辐射被分离地且同时地成像在所述检测器区域14a及14b上。所述场景80及背景90的两个图像的这种分离容许用于收集光谱信息的一双重滤波装置，以便测量及检测气体。

在没有所述多个楔形的构件22及24的情况，所述成像装置(检测器阵列14及物镜20)具有一视野，所述视野可以被起源于所述物镜20处或附近并且朝向所述场景80延伸的一锥体(cone)限定。这样的一装置的所述视野可以等效地被解释为所述物镜20的所述视野与所述检测器14的所述视野的结合。所述多个楔形的构件22及24相对于所述物镜20的距离及取向使得所述物镜20沿所述垂直方向(XY平面)的所述视野可以被视为在所述偏转的光线42b与44b之间的角度。

所述多个入射光线42a、42d及44a及44d被偏转的所述多个角度是所述入射角的一函数、所述多个楔形的构件22及24的所述顶角(apex angle)及被用于建构所述多个楔形的构件的材料的折射函数。据此，优选地选择上述顶角及材料，使得所述多个入射光线42a、42d及44a及44d偏转一个角度，所述角度约为所述物镜20的视野的1/4。这样的一偏转角度确保所有偏转的光线被入射在所述物镜20上并且在所述装置1的所述视野内。

与所述物镜20及所述检测器阵列14结合的每个楔形的构件22及24限定一视野。由所述物镜20及所述第一个楔形的构件22限定的所述视野等于由所述物镜20及所述第二个楔形的构件24限定的所述视野。所述第一个楔形的构件22沿所述垂直方向(XY平面)的所述视野可以被视为在所述多个入射光线42a与42d之间的角度。类似地，所述第二个楔形的构件24沿所述垂直方向(XY平面)的所述视野可以被视为在所述多个入射光线44a与44d之间的角度。

所述成像装置(所述检测器阵列14及所述物镜20)具有由所述物镜20的所述焦距f及孔径D限定的一f数。如果没有被正确地设计，所述多个楔形的构件22及24的所述含括方式(inclusion)可能导致所述f数增加。因此，所述多个楔形的构件22及24应该以这样的一方式被含括：当在所述检测器的两个分离的半部上被成像的场景视野相同时，所述小的f数是被保持的。如果沿一个方向的所述视野被减半(例如沿垂直方向)并且所述多个楔形的构件22及24沿着所述光轴被定位在从所述物镜20起算的一最小固定距离d，则这可以被实现。

将所述多个楔形的构件22及24定位在从所述物镜20起算的一足够大的距离处，结合上述的偏转角度，以容许在所述检测器阵列14处的所述低的f数(高数值孔径)被保持。这对应于所述装置1的高的光学性吞吐量(high optical throughput)。结果，来自所述场景的相同辐射被朝向所述物镜20的所述多个楔形的构件22及24偏转，并且通过所述聚集光学器件18的一f数被成像在所述检测器区域14a及14b上，所述聚集光学器件18的所述f数可以被保持为接近1(f/1)，而无须减小所述焦距f或增加所述光圈直径D。

由于将所述多个楔形的构件22及24定位在所述距离d处，所述多个楔形的构件22及24的所述垂直的视野大约是所述物镜20的如上所述的垂直的视野的一半。注意的是，沿所述水平方向(XZ平面)设有所述多个楔形的构件22及24的所述装置的视野与没有所述多个楔形的构件的所述装置的视野相同(那是无需妥协的(no need to compromisethere))。

将所述多个楔形的构件22及24定位得过于接近所述物镜20(即，d太小)，将不容许通过所述两个不同的滤波构件分离两个视野相同的图像(尽管被减半)，用于检测一气体云的存在与否，同时保持用于收集所述场景辐射的所述低的f数。提供如此高的光学吞吐量的距离d可以被以下等式近似较低的界限：

其中，D是所述物镜20的所述孔径，θ是所述物镜20的所述垂直视野。

为了有助于减轻光束徘徊(beam wander)对所述多个楔形的构件22及24的影响，同时保持所述光束徘徊的尺寸最小，必须相应地设计所述多个楔形的构件22及24中的每一个相对于所述光轴的角度。所述距离d也可以被增加到超过在等式(1)中被描述的最小值，以减轻所述光束徘徊的影响。

所述多个楔形的构件22及24优选地以所述光轴被对称地定位，使得每一个被定位在从所述物镜20起算的相同距离d处，并且每一个相对于所述光轴以相同角度被定位。这种设计确保辐射从所述多个楔形的构件22及24通过所述物镜20被成像在所述多个检测器区域14a及14b上的量相同。

作为所述聚集光学器件18的所述多个光学构件的布置的一结果，相同的场景80及背景90被成像在所述检测器区域14a及14b上。如前所述，所述场景80的特性使得所述场景80影响在所述第一波段(λ_G)中的红外辐射并且不影响在所述第二波段(λ_N)中的辐射。来自所述场景80而被成像到所述第一个检测器区域14a上的辐射仅包括所述多个波段中的一个。来自所述场景80而被成像到所述第二个检测器区域14b上的辐射仅包括所述多个波段中的另一个。这是通过在所述光学系列中定位多个滤波器被完成的，所述多个滤波器最优选地是多个带通滤波器。

参考图1及图2中所示的所述装置1的实施例，一第一滤波器26及一第二滤波器28相对于各别的楔形的构件22及24被定位。

例如：假设期望所述来自所述场景80而被成像在所述第一个检测器区域14a上的辐射仅包括在所述第一波段(λ_G)中的辐射，并且所述来自所述场景80而被成像在所述第二个检测器区域14b上的辐射仅包括在所述第二波段(λ_N)中的辐射。据此，所述第一滤波器26消除在所述第一波段(λ_G)以外的多个光谱范围中的辐射，所述第二滤波器28消除在所述第二波段(λ_N)以外的多个光谱范围中的辐射。因此，来自所述场景80而由所述第一个楔形的构件22引导以在所述第一个检测器区域14a上被成像的辐射仅包括在所述第一波段(λ_G)中的辐射，以及来自所述场景80而由所述第二个楔形的构件24引导以在所述在第二个检测器区域14b上被成像的辐射仅包括在所述第二波段(λ_N)中的辐射。

在图1及图2的实施例中，所述多个滤波器26及28不必然是来自所述多个聚集光学器件18的所述多个光学器件的多个光学元件，而可以分别是在所述第一个楔形的构件22的一第一表面22a上的一涂层及在所述第二个楔形的构件24的一第一表面24a上的一涂层。所述第一表面22a是所述第一个楔形的构件22的最接近所述物镜20的表面。同样，所述第一表面24a是所述第二个楔形的构件24的最接近所述物镜20的表面。

附加地，所述第一个楔形的构件22的一第二表面22b及所述第二个楔形的构件24的一第二表面24b可以被涂覆有一抗反射涂层(antireflection coating)。所述多个第二表面22b及24b是所述多个楔形的构件22及24的各别最接近所述场景80的表面。所述抗反射涂层使所述装置1对所述来自场景80的辐射提供被增加的灵敏度。

现在参见图3A至图3B，所述多个滤波器26及28的一替代的定位方案(alternativepositioning)。类似于图1及图2的所述实施例，所述多个滤波器26及28被实现为一涂层，但是在图3A中，所述涂层是在所述第一个楔形的构件22的所述第二表面22b上。类似地，在图3B中，所述涂层是在所述第二个楔形的构件24的所述第二表面24b上。

在图3A及图3B所示的所述多个滤波器替代方案中，所述多个第一表面22a及24a可以被涂覆有一抗反射涂层。还应注意的是，为了清楚说明，用于实施所述多个滤波器26及28的所述涂层的厚度在图1、图2、图3A至图3B中被大幅地夸大(greatly exaggerated)。

如前参考图4所讨论的，每一个图像被形成在所述检测器表面的一个半部上，所述所述检测器表面的一半也称为所述检测器平面(detector plane)。在图4中描绘的检测器平面的两个半部以所述入射辐射观看的方向被示出。注意的是，以图1及2的气体云为例，在分别通过两滤波器以后，所述场景的所述图像被形成在所述检测器表面上并且在所述检测器表面上被倍增。在所述检测器区域14a及14b上的两个图像相对于所述场景的方向是上下翻转的(upside down)，这从在图2中描绘的各种光线42a至42f及44a至44f的所述路径是可以被理解的。

应该显而易见的是，上述的滤波器实现方案的结合是可能的。例如：所述第一滤波器26可以被实现为在所述第一个楔形的构件22的所述第一表面22a上的一涂层，而所述第二滤波器28可以被实现为在所述第二个楔形的构件24的所述第二表面24b上的一涂层。注意的是，在任何可能的滤波器实现方案中，所述第一滤波器26及所述第二滤波器28相对于所述检测器阵列14及所述聚集光学器件18是处于多个固定位置的。

如前所述，所述大的数值孔径及低的f数使所述检测器阵列14对来自所述场景80的辐射提供更高的灵敏度。然而，在所述装置1周围的所述环境温度的变化导致源自所述成像装置1的多个内壁30、所述光学系统18及所述光学构件本身内的辐射的散发随时间变化。此辐射的散发被互换地称为不想要的辐射。不想要的辐射转而导致在所述被成像的像素信号的漂移，及由所述装置1根据多个适当的算法所测量的所述场景的所述图像的每一个像素的所述气体路径浓度的错误结果。对于这种漂移的补偿提供一种方法，以确保在所述场景中的气体分布的定量结果，而无需使用诸多活动部件。

现在参考图5，一种根据本公开的一实施例的用于减少不想要的辐射的影响的装置10。除非另有明确说明，否则所述装置10的结构及操作的描述大致类似于所述装置1的结构及操作，并且将通过类似的方式被理解。理想地，所述装置10将所述信号的漂移减小到实质上纠正所述漂移的影响的一可忽略的量。因此，当被应用于多个被成像的像素信号中的漂移时，所述多个术语“纠正(correcting for)”，“补偿(compensating for)”及“减少(reducing)”在本文中被互换地使用。

为了简化及消除歧义，以下将所述装置10称为所述成像装置10。所述术语“成像装置(imaging device)”在本文被用于避免将所述装置1与所述成像装置10混淆，并非意图将所述成像装置10的功能仅限于成像。所述成像装置10还可以包括用于检测(detection)、测量(measurement)、识别(identification)及与从一场景发出的红外辐射相关的其他操作的功能。

所述成像装置10的在装置1中未被示出的一特定特征是与所述检测器阵列14相关联的图像采集电子器件(image acquisition electronics)50。如图5所示，所述图像采集电子器件50被电性耦合到所述检测器阵列14，用于处理来自所述检测器的输出，以便产生及记录对应于所述检测器元件用于对所述场景80进行成像的信号。如同将被讨论的是，所述图像采集电子器件50还被配置成对所述多个被生成的场景像素信号(generated scenepixels)应用一纠正方案，以便减少由来自所述成像装置10的所述多个内壁30、所述光学系统18及所述光学元件本身内的辐射所引起的所述多个被生成的场景像素信号的漂移。

现在参考图7，所述图像采集电子器件50的一框图。所述图像采集电子器件50优选地包括被电性耦合到一处理器54的一模数转换模块(digital conversion module)(ADC)52。所述处理器54被耦合到一存储介质(storage medium)56，诸如一内存(memory)等。所述ADC 52将来自所述多个检测器元件的多个模拟电压信号转换为多个数字信号。所述处理器54被配置成基于从所述ADC 52接收的所述多个数字信号执行多个计算及多个算法。

所述处理器54可以是任何数量的计算机的处理器，所述计算机的处理器包括但不限于：一微处理器、一ASIC、一DSP、一状态机及一微控制器。这样的处理器包括或可以与计算机可读介质进行通信，所述计算机可读介质存储程序代码或指令集，当所述程序代码或指令集由所述处理器执行时，使得所述处理器执行动作。所述计算机可读介质的类型包括但不限于：能够向一处理器提供多个计算机可读指令的电子、光学、磁性或其他存储或传输的装置。

如图5所示，所述图像采集电子器件50可以被定位在所述检测器壳体12的外部。替代地，所述图像采集电子器件50可以被包括在所述检测器阵列14及所述检测器壳体12结合的一部分。

所述成像装置10与所述装置1不同的的另一个特定特征是将所述检测器阵列14划分成多于如图4所示的所述装置1的所述检测器阵列的两个独立区域，如图6A所示，所述成像装置10的所述检测器阵列14被划分为三个分离的区域，一第一个检测器区域14a、一第二个检测器区域14b及一第三检测器区域14c。所述第三检测器区域14c的面积明显小于或通常不大于其他两个检测器区域的面积，并且可以看作沿着所述Z轴横跨所述检测器平面的中心延伸的一条带(strip)。

由所述多个楔形的构件22及24组成的所述光学系统及所述物镜20同时在两个区域14a及14b中将所述场景80上下翻转(upside down)而成像，同时将由一表面60(譬如一黑体辐射源)散发的红外辐射投射到所述第三检测器区域14c上。所述表面60与所述装置的多个壁30良好地热接触并且被定位在光学构件附近，使得所述表面60的温度可以始终保持在所述装置的多个壁30及光学器件18的温度，所述温度转而被(并且通常地，特别是在室外条件下使用时，接近)所述环境温度影响。换句话说，所述第三检测器区域14c的所述检测器元件的所述多个信号不携带来自所述场景80的信息，而是携带关于所述装置的内壁30及光学器件18的所述自散发辐射(self-emitted radiation)的信息。因此，所述第三检测器区域14c的所述多个像素信号可以通过所述装置10的多个算法及电子器件被使用，以纠正对所述检测器区域14a及14b的多个信号的不想要的变化，所述不想要的变化是由环境变化而不是由相应的区域所引起的。所述第三检测器区域14c的所述多个像素被称为“多个盲像素(blind pixels)”。附加地，一挡板(baffle)或多个挡板可以被定位，以防止来自所述场景80的辐射到达所述第三检测器区域14c。

以上说明构成所述成像装置10的一第三特定特征，所述成像装置10与所述装置1不同，即在所述成像装置10的所述多个内壁30内包括所述黑体辐射源60。所述黑体辐射源60被定位成使得所述黑体辐射源60散发的辐射仅被投射到所述第三检测器区域14c上，导致如前所述的所述盲像素以产生多个信号，所述多个信号如以下将更详细地讨论的，由于壳体及光学元件的自发光变化，被用于减少来自所述场景的所述多个信号的漂移。来自所述黑体辐射源60穿越到所述检测器阵列14的入射光线64a及64b在图5中被示出。注意的是，如图5所示穿越的光线未按比例绘制(由于图纸空间限制)，并且在光线64a与64b之间的所述偏转角度与在光线44d与44e之间的所述偏转角度大致相同(图2)。

所述黑体辐射源60可以被放置在所述成像装置10内的各种位置。优选地，所述黑体辐射源60被放置成与所述成像装置10的所述多个内壁30接触并且在所述光学系统18的外部，并且最优选地在所述光学系统18附近。所述黑体辐射源60在所述成像装置10内的安置，对于由所述光学系统18将辐射仅聚焦到所述第三检测器区域14c上以产生所述多个盲像素信号而言是有责任性的(incumbent)。

在图5所示的成像装置10的所述非限制性实施方式中，所述黑体辐射源60被定位成使得来自所述黑体辐射源60的辐射由所述第二个楔形的构件24通过所述物镜20引导到所述第三检测器区域14c上。注意的是，除了所述黑体辐射源60以外，一附加的黑体辐射源70可以被放置在围绕所述X轴的一对称的位置，使得来自所述黑体辐射源70的辐射也由所述第一个楔形的构件22通过所述物镜20引导到所述第三检测器区域14c上。

进行减少及/或纠正所述被生成的场景像素信号中的漂移的过程被应用于所有场景像素信号。为了清楚起见，所述过程将参考纠正一单个场景像素信号中的漂移而被解释。

所述光学构件、所述光学系统18及在所述多个内壁30之间的所述空间被假设处于一温度T_E，所述温度T_E通常接近所述成像装置10运作的环境的温度，并且受所述成像装置10运作的环境的温度影响。结果，源自所述光学构件及所述光学系统18的辐射量是所述温度T_E的一直接函数(direct function)。

由于所述黑体辐射源60(及70，如果存在的话)被放置在所述成像装置10内，并且与所述装置10、所述光学构件18及所述多个壁30具有良好热接触，所述黑体辐射源60的温度(T_BB)被假设是与所述温度T_E相同或是所述温度T_E的一函数(即T_BB与T_E是相关的)。T_BB可以由被放置在所述黑体辐射源60附近或内部的一温度探针62测量。

来自所述场景的一区域的一被测量的场景像素信号S可以被表示为两个信号项的和，所述两个信号项为一第一个信号项S_O及一第二个信号项S_S。所述第一个信号项S_O是对S的信号贡献，所述S对应于源自所述多个光学构件、所述光学系统18及所述装置10的所述多个壁30的辐射。由于源自于所讨论的像素上被成像的场景80的所述对应区域的所述辐射，所述第二个信号项S_S是对S的信号贡献。因此，所述场景像素信号S是源自所述装置的多个壁30及环境、所述多个光学构件及所述光学系统18的辐射与来自所述场景80的辐射结合的结果，所述结果被成像到两个检测器区域14a及14b上。

由于所述黑体辐射源60被假设所处的一温度为所述温度T_E的一直接函数，因此由所述黑体辐射源60散发的辐射代表源自所述多个光学元件及所述光学系统18及所述装置的多个壁30及环境的辐射。据此，可以假设一盲像素信号S_B也是由于源自环境、所述多个光学构件及所述光学系统18的辐射而对所述场景像素信号的所述贡献的一良好表示。

由于源自所述光学构件及所述光学系统18的辐射是所述温度T_E的一直接函数，所述第一信号项S_O(如果上述假设是正确的)也是所述温度T_E的一直接函数。这可以在数学上表示为S_O＝f₁(T_E)，其中f₁(·)为一函数。

类似地，假设所述盲像素信号S_B是作为对应于源自所述多个光学构件及所述光学系统18的辐射的所述像素信号贡献的一良好表示的结果，所述盲像素信号S_B也可以被假设为所述多个壁30、所述环境及所述光学系统温度T_E的一直接函数。这可以在数学上表示为S_B＝f₂(T_E)，其中f2(·)也是一函数。

因此，由于所述第一信号项S_O及所述盲像素信号S_B都是相同操作温度T_E的函数，因此可以想到在所述第一信号项S_O与所述盲像素信号S_B之间可以存在一相关性。利用所述相关性(如果存在)的知识，可以从所述盲像素信号S_B及S_B对时间的变化决定所述第一信号项S_O及S_O对时间的变化(在下文中被称为“场景像素信号漂移(scene pixel signaldrifts)”)。因此，在上述假设中，由于环境状态引起的场景像素信号S对时间或漂移的变化可以被去除及被纠正，以防止气体量计算的误差。

在本文件的上下文中，所述术语“相关性(correlation)”在应用于多个变量集合或多个实体集合之间的一关系时，通常是指在多个变量集合之间的一种一对一的关系。这样，在所述第一信号项S_O与所述盲像素信号S_B之间的一相关性指示在所述成像装置10的任何温度下的在所述第一信号项S_O与所述盲像素信号S_B之间的一种一对一的关系。所述相关性由一系列的受控测量结果(a sequence of controlled measurements)决定。所述系列的受控测量结果在所述成像装置10在现场操作以前被执行，并且可以被视为在所述装置的制造过程中执行的一校准程序或过程(a calibration procedure or process)。出于本文件的目的，当来自所述场景80的辐射由所述检测器阵列14成像，并且由稍后将被描述的技术主动减少所述被生成的被成像的像素信号中的漂移时，所述成像装置10被认为处于一操作阶段。

回忆所述黑体辐射源60是处于所述温度T_E的一直接函数的所述假设。根据所述假设，所述盲像素信号S_B被假设是由于源自所述光学构件及所述光学系统18的辐射导致的所述像素信号贡献的一良好表示。在决定在所述第一信号项S_O与所述盲像素信号S_B之间的所述相关性函数以前，首先需要验证上述假设的实际情况。在所述验证过程后，在所述第一信号项S_O(场景像素信号漂移)的时间变化与所述盲像素信号S_B时间变化之间的所述相关性函数可以被决定。所述验证过程及决定所述相关性函数的过程通常都是通过实验被进行的。在实践过程中，仅有所述被成像的像素信号随时间的漂移或不想要的变化被纠正，因此仅需要在由于环境温度变化的时间期间内执行在S_O、S_B的差异或变化之间的验证及决定所述相关性的过程。

现在参考图8，这是用于验证在环境温度、所述黑体辐射源60(及70，如果存在的话)的温度与所述盲像素信号S_B之间的一相关性存在的一过程1000的一流程图。在步骤801中，将所述成像装置10放置于一温度受控环境中，所述温度受控环境诸如具有一可控及可调节温度的一温度腔室，并且所述装置10指向处于一固定温度T_F的一外部黑体源，使得所述检测器区域14a及14b的所述场景像素暴露于来自外部黑体的不变化的辐射。这样的一外部黑体源被使用以代替在图1、图2及图5中所示的所述场景80。在步骤802中，所述温度腔室的所述温度被设定为一初始温度(initial temperature)T₀。通过容许一适当的时间间隔度过，所述温度腔室及所述成像装置10的温度分别稳定为温度T₀及T_E。

一旦温度已经稳定，在步骤804中经由所述温度探针62测量T_BB(其实际上可等于T_E)。在步骤806中，经由所述图像采集电子器件50测量所述盲像素信号S_B。因此，分别在步骤804及806中处于温度T0下测量所述盲像素信号S_B及T_BB。

在步骤808中，将所述温度腔室的所述温度设定为一不同的温度T₁。类似于步骤802，通过容许一适当的时间间隔度过，所述温度腔室及所述成像装置10的温度分别稳定为温度T₁及一新的温度T_E。一旦温度稳定，在步骤810中经由所述温度探针62测量T_BB。在步骤812中，经由所述图像采集电子器件50测量所述盲像素信号S_B。因此，分别在步骤810及812中处于腔室温度T₁下测量所述盲像素信号S_B及T_BB。

所述过程可以在一感兴趣的腔室温度范围内继续进行，如所述决择步骤(decision step)813所示。对于每一个选定的腔室温度，如上面的步骤804、806、810及812那样测量所述盲像素信号S_B及T_BB及T_E。

在步骤814中，通过分析所得到的测量结果以验证在所述环境温度、所述盲像素信号S_B与所述黑体辐射源60(以及70，如果存在的话)的温度之间的一相关性的存在。例如：可以将来自步骤804及810的所述盲像素信号S_B测量结果绘制为在步骤802及808中建立的所述操作温度T_E的函数。类似地，来自步骤806及812的T_BB测量结果可以被绘制或以其他方式视觉化，相对于(versus)步骤802及808中建立的操作温度T_E的范围。在图11A及图11B中描绘用于执行步骤814的多个绘图的一示例。

首先参照图11A，描绘所述操作温度(T_E)、所述盲像素信号(S_B)及所述黑体辐射源温度(经由所述温度检测器62测量的T_BB)的多个测量结果的绘图的一示例。在图11A中所示的多个绘图旨在用作多个说明性示例，并且不应被视为限制所述过程800的范围或实现方案。

注意的是，在图11A中的x轴被指定为“时间(t)”，由于随着时间(t)的经过(goesby)，所述操作温度(T_E)的变化应该是显而易见的。还要注意的是，在图11A中所示的示例性绘图包括两个y轴。所述第一个y轴(在图11A的左侧被示出)被指定为“温度(temperature)”并且对应于所述操作温度(T_E)及所述黑体辐射源温度(T_BB)。所述第二个y轴(在图11A的右侧被示出)被指定为“信号计数(signal counts)”，并且为对应于所述盲像素信号(S_B)的所述ADC 52的被测量的输出。

如果在所述三个实体类型T_E、T_BB与S_B之间存在一线性(linear)(或任何其他一对一)关系，则上述讨论的假设被认为是有效的，因此在温度T_E、T_BB与所述盲像素信号S_B之间存在一相关性。

现在参考图11B，这样的一线性关系的识别性可以通过交替地绘制在图11A中被描绘的测量结果被示出。应该显而易见的是，在图11B中所示的多个示例性绘图示出所述黑体辐射源温度(T_BB)及所述盲像素信号(S_B)信号计数与温度T_E的关系，如前所述，所述温度T_E是所述环境温度。因此，在图11B中的x轴被指定为“环境温度(environment temperature)”。如图11A所示，图11B也包括两个y轴。所述第一个y轴(在图11B的左侧被示出)被指定为“温度”并且对应于所述黑体辐射源温度(T_BB)。所述第二个y轴(在图11B的右侧被示出)被指定为“信号计数”，并且为对应于所述盲像素信号(S_B)的所述ADC 52的所述被测量的输出。

类似于图11A中所示的多个绘图，在图11B中所示的绘图旨在用作多个说明性示例，并且不应被视为限制所述过程800的范围或实施方案。如在图11B中被描绘的说明性示例中可以清楚地看到的，在三个实体类型T_E、T_BB与S_B之间存在一非零斜率的线性关系(这是一对一关系的示例)，因此隐含这三个实体是相关的。

现在参考图9，这是用于决定在多个场景像素信号的所述多个漂移与所述盲像素信号S_B之间的一相关性由于环境温度的变化而变化的一过程900的一流程图。类似于所述过程800，在执行所述过程900以前，将所述成像装置10放置在所述温度腔室中。所述成像装置10还指向在所述装置10的所述操作期间进行表示及模拟一场景的一红外辐射源，最便利地是处于一已知及固定温度下的一黑体源。所述黑体可以被定位在所述温度腔室内部或所述温度腔室外部，并且由所述成像装置10通过一红外透明窗口(infrared transparentwindow)被测量。在所述过程900中，经由所述图像采集电子器件50制作所述场景像素信号S及所述盲像素信号S_B的测量结果。

在步骤901(类似于上面的步骤801)中，所述装置10被留在所述温度腔室中并指向所述外部黑体源，所述外部黑体源被设定为一固定温度T_F。在步骤902中，将所述温度腔室的所述温度设定为一初始温度T₀。通过等待一适当的时间段(appropriate period oftime)，使所述腔室及所述装置10稳定处于温度T₀。在步骤904中，在所述成像装置10的所述温度处于T₀达到稳定以后，测量所述被成像的像素信号S及所述盲像素信号S_B。

在步骤906中，将所述温度腔室的所述温度设定为一新的温度T₁，并将所述外部黑体保持在所述温度T。通过等待一适当的时间段，使所述腔室及所述装置10稳定处于温度T₁。在步骤908中，在所述成像装置10的温度处于T₁达到稳定以后，测量所述场景像素信号S及所述盲像素信号S_B。

在步骤910中，将在步骤908中被测量的所述被成像的像素信号S减掉在步骤904中被测量的所述被成像的像素信号S。所述步骤910的结果降服(yield)由于所述温度腔室的所述温度的变化引起的所述被成像的像素信号的所述时间漂移(temporal drift)。同样在步骤910中，将在步骤908中被测量的所述盲像素信号S_B减掉在步骤904中被测量的所述盲像素信号S_B。

类似于所述过程800，所述过程900可以在一感兴趣的腔室温度范围(a range ofchamber temperatures of interest)继续进行，如决择(decision)步骤912所示。对于每一个选定的腔室温度，将在所述选定的温度被测量的所述被成像的像素信号S减掉在步骤904中被测量的所述被成像的像素信号S，并且将在所述选定的温度被测量的所述盲像素信号S_B减掉在步骤904中被测量的所述盲像素信号S_B。所述过程可以对所述成像装置的所有操作温度范围被执行。

在步骤914中，将在步骤910中获得的所述多个场景像素的所述多个合成差异绘制为在每一个腔室温度获得的所述多个盲像素差值的函数。在步骤916中，通过分析在步骤914中获得的绘图的结果决定所述相关性函数。数值方法，例如：曲线拟合(curve-fitting)、最小二乘法(least-squares)或其他合适的方法，可被用于进一步促进所述相关性函数的决定过程。

应该显而易见的是，可以对得到的相关性函数进行插值(interpolated)及外推(extrapolated)，以覆盖在所述过程800及900的执行期间未被测量的多个操作温度范围。在步骤918中，将在步骤916中被决定的相关性函数被存储在被耦合到所述处理器54的一内存(memory)，例如所述存储介质56。

注意的是，在过程800及900的执行期间被使用的多种典型环境温度变化可取决于各种因素，例如：在处于所述操作阶段时的所述成像装置10的位置及在处于所述操作阶段时的所述成像装置10的预期特定用途。例如：当所述成像装置10被用于监视工业设施及用于气体泄漏的设施时，在所述过程800及900的执行期间发生的温度变化通常在几十度的范围内。

作为通过所述过程900被决定的相关性函数的一结果，在所述成像装置10的所述操作期间，在所述环境温度改变的同时，所述多个被测量的场景像素信号的多个信号漂移可以实时被补偿。在所述成像装置10的操作期间进行补偿及/或纠正所述多个信号漂移的过程在图10中被详细描述。

现在参考图10，这是用于在所述装置10在现场操作时纠正由环境温度变化引起的所述被成像的像素信号S中的所述多个信号漂移的一过程1000的一流程图。在步骤1002至1014中，所述装置10在现场操作并且在没有人为干预的情况下自动地监视在一工业环境中的一场景。

在步骤1002中，在一初始时间t₀测量并存储所述场景像素信号S。在时间t₀测量的所述场景像素可以被存储在所述存储介质56中或者被存储在被耦合到所述处理器54的一暂时性存储器中。在步骤1004中，在所述相同的初始时间t₀测量所述盲像素信号S_B。在步骤1006中，在所述初始时间t₀以后的一随后时间t_S测量所述场景像素信号S。在步骤1008中，在所述相同的后续时间t_S测量所述盲像素信号S_B。

在步骤1010中，将在步骤1008中被测量的所述盲像素信号S_B减掉在步骤1004中被测量的所述盲像素信号S_B。在步骤1010中，根据在过程900中被决定并且被存储的多个信号差值的所述相关性函数决定在所述测量时间t0与t_S(起因于环境温度的变化)之间发生的场景像素信号的漂移。在步骤1010中的所述场景像素信号的漂移的决定过程是通过将在步骤1008中被测量的所述盲像素信号减掉在步骤1004中被测量的所述盲像素信号被实现的。将盲像素信号测量结果中的所述合成差异代入在所述过程900中被决定的信号差值的所述相关性函数，以决定所述场景像素信号的漂移。

在步骤1012中，在步骤1006中测量的场景像素信号S通过将其减掉在步骤1010中被决定的所述漂移数值而被修改。

在步骤1014中，在步骤1012中被修改的所述场景像素信号被用于评估在相应的场景区域中的感兴趣的气体存在或不存在，并且如果气体存在则被用于计算气体路径浓度。应该显而易见的是，可以根据需要重复步骤1006至步骤1014，用以通过所述装置10对所述场景像素信号进行附加的测量结果，以用于气体的检测及路径浓度。这由决择步骤1016示出。因此，如果需要附加的场景像素信号测量结果，则所述过程1000返回到步骤1006(在一新的后续时间t_S)。如果无需附加的场景像素信号测量结果，则所述过程在步骤1018结束。

注意的是，作为在所述操作阶段中的所述装置10的结构及操作的结果，在来自所述场景80的所述辐射被聚焦到所述检测器区域14a及14b上的持续时间内，来自所述黑体源60(及70，如果存在的话)的辐射被连续地投射到所述第三检测器区域14c上。这是所述过程所要求的，结果是在所述操作阶段中及一更加准确地决定及量化在所述场景中存在的相关气体时，使快门开启及关闭的频率降低。

注意的是，用于纠正在一被成像的像素信号中的漂移的所述盲像素信号通常地并且优选地是与被定位在相关联的被成像的像素上方或下方的盲像素相关联的所述盲像素信号。换句话说，用于纠正所述被成像的像素信号中的漂移的盲像素信号优选地是与所述被成像的像素信号相关联的检测器元件在位置上最接近的检测器元件相关联的盲像素信号。例如：如图6B所示，所述盲像素14c-1被用于纠正所述在被成像的像素14b-1中的漂移。同样地，所述盲像素14c-2被用于纠正所述在被成像的像素14a-1中的漂移。

如上所述，参考纠正单个被成像的像素信号中的漂移来解释上述过程800,900及1000。如前所述，可以对每一个被成像的像素信号执行相同的过程，并且可以并行地执行。用于纠正漂移的过程可以通过已知方法补充，例如NUC，以便进一步减少及纠正信号漂移的影响。作为经由如上所述的过程800、900及1000的漂移纠正的结果，所述补充的NUC方法以一降低的频率被执行。所述补充的NUC方法的操作频率通常在每小时一次至每天一次的范围内。

应当理解的是，以上描述仅被意图用作诸多示例，并且在所附权利要求中限定的本发明的范围内，许多其他实施例是可能的。

Claims (8)

1.一种用于对来自一场景的辐射进行成像的装置，所述辐射包括至少一第一波段及至少一第二波段，其特征在于：所述装置包括︰

(a)一检测器，用于来自所述场景的所述辐射，所述检测器是非制冷式的并且包括一第一个检测器区域及一第二个检测器区域，所述第一个检测器区域及所述第二个检测器区域是分离的；

(b)一第一滤波器及一第二滤波器，所述第一滤波器与所述第一个检测器区域相关联，用于容许在所述第一波段中的辐射被成像在所述第一个检测器区域上，所述第二滤波器与所述第二个检测器区域相关联，用于容许在所述第二波段中的辐射被成像在所述第二个检测器区域上；及

(c)一光学系统，用于将来自所述场景的辐射聚焦到所述检测器的两个分离的区域上，并且在所述检测器的所述两个分离的区域上形成相同场景的两个图像，所述光学系统包括：

(i)一图像形成光学构件，用于在所述检测器上形成所述场景的一图像，所述场景的一视野是部分由所述图像形成光学构件定义；及

(ii)一第一个楔形的构件及一第二个楔形的构件，所述第一个楔形的构件与所述第一滤波器相关联，所述第二个楔形的构件与所述第二滤波器相关联，所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件中的每一个楔形的构件被固定地定位在从所述图像形成光学构件起算大于一最小阈值距离的一距离处，所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件中的每一个楔形的构件引导来自所述场景的所述视野的辐射通过所述图像形成光学构件到所述检测器上，所述最小阈值距离由

决定，d为所述最小阈值距离，D为在所述图像形成光学构件的一光圈直径，θ为所述图像形成光学构件的一垂直视野，使得所述辐射通过一f数小于1.5的所述光学系统被分离地成像在所述第一个检测器区域上及所述第二个检测器区域上，两个场景图像中的每一个场景图像被形成在所述第一个检测器区域及所述第二个检测器区域中的每一个检测器区域上而包括在一个各别的波段中的辐射。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一滤波器及所述第二滤波器中的每一个为一带通滤波器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一滤波器被设置在所述第一个楔形的构件的一第一表面或一第二表面中的一个上，并且所述第二滤波器被设置在所述第二个楔形的构件的一第一表面或一第二表面中的一个上。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述第一个楔形的构件的所述第一表面是所述第一个楔形的构件相对于所述图像形成光学构件的一最接近表面，并且所述第二个楔形的构件的所述第一表面是所述第二个楔形的构件相对于所述图像形成光学构件的一最接近表面，并且所述第一个楔形的构件的所述第二表面是所述第一个楔形的构件相对于所述场景的一最接近表面，并且所述第二个楔形的构件的所述第二表面是所述第二个楔形的构件相对于所述场景的一最接近表面。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：一种抗反射材料被设置在所述第一个楔形的构件的一第一表面及一第二表面中的至少一个上，并且被设置在所述第二个楔形的构件的一第一表面及一第二表面中的至少一个上。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件相对于一辐射光学路径对称地被设置。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件中的每一个相对于从所述场景到所述检测器的一辐射光学路径以一各别的角度被取向。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：由于所述第一个楔形的构件及所述第二个楔形的构件的存在，导致所述垂直视野相对于由所述图像形成光学构件定义的所述装置的所述视野减半。

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