CN110476416B - 多个成像模式下红外成像的系统和方法 - Google Patents

多个成像模式下红外成像的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于在多个成像模式下促进红外成像的系统和方法的技术。一种设备可以包括红外图像捕获电路和至少一个处理电路。红外图像捕获电路可以被配置为检测第一红外数据并基于第一红外数据和多个成像模式中的第一成像模式生成第一像素值。至少一个处理电路可以被配置为将第一像素值和与第一成像模式相关联的一组饱和阈值进行比较。至少一个处理电路可以还被配置为基于第一像素值的比较在多个成像模式中选择成像模式。至少一个处理电路还可以被配置为基于选择的成像模式设置红外图像捕获电路以生成第二像素值。

Description

多个成像模式下红外成像的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年1月26日提交的、标题为“SYSTEMS AND METHODS FORINFRARED IMAGING IN MULTIPLE IMAGING MODES”的美国临时申请第62/450,967号的权益和优先权，其全文以引用方式并入本文中。
本专利申请涉及2016年6月3日提交的、标题为“SYSTEMS AND METHODS FORENHANCED DYNAMIC RANGE INFRARED IMAGING”的国际专利申请第PCT/US2016/035848号，该国际专利申请又请求2015年6月5日提交的、标题为“SYSTEMS AND METHODS FORENHANCED DYNAMIC RANGE INFRARED IMAGING”的美国临时专利申请第62/171,962号的权益和优先权，上述申请每一个的全文以引用方式并入本文中。
技术领域
一个或多个实施例总体涉及成像设备，并且更具体地说，例如，涉及用于在多个成像模式下促进红外(IR)成像的系统和方法。
背景技术
场景的热(例如红外)图像通常对于例如监测、检查和/或维护的目的以及监视是有用。通常，提供热成像设备(例如IR摄像机)以捕获一系列热图像并产生热视频序列，其中热图像可以包括具有表示从观察的真实世界场景发射的热辐射的数据值的像素。
例如，IR摄像机可以使用检测IR辐射(例如热IR辐射)的焦平面阵列(FPA)来提供热IR图像。通过IR摄像机光路的热IR辐射可以由FPA的IR检测器接收，该IR检测器提供热IR图像的像素的图像数据。
对于温度变化较大的场景，可能无法通过IR摄像机的单次曝光捕获高场景内温度范围的全跨度。如果IR摄像机针对较低的辐照度进行了优化，则较高辐照度的区域(例如，较热的区域)通常会饱和。在这种情况下，对于处于饱和水平或高于饱和水平的不同IR辐射强度，热IR图像的像素值可以用相同的饱和值表示，并且因此在热IR图像中不能彼此区分。如果IR摄像机针对较高的辐照度进行了优化，则较低辐照度的区域(例如，较冷的区域)可能被掩埋在IR摄像机的噪声本底中，并且例如由于信噪比(SNR)较低而看起来被冲蚀(washed out)和/或充满噪声。对于特定的IR摄像机和场景的预期温度范围，可以通过调整快门速度、积分时间、接收放大器增益、跨像素偏移、相关联光学器件的速度和/或与IR摄像机相关联的其他参数来优化成像。然而，使用单一积分时间可能无法完全涵盖场景的温度变化。
发明内容
在一个或多个实施例中，一种设备包括红外图像捕获电路，其被配置为使用多个成像模式中的第一成像模式捕获与第一多个像素值相关联的第一红外图像。多个成像模式中的每一个都与相应一组特性相关联。该设备进一步包括至少一个处理电路，其与红外图像捕获电路通信耦合并且被配置为确定是否至少阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值。至少一个处理器电路进一步配置为当确定少于阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值时，将设备保持在单模式状态，其中单模式状态与使用多个成像模式中的一个捕获单个红外图像相关联。至少一个处理器电路进一步被配置为当确定至少阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值时，将设备转换为超帧状态，其中超帧状态与使用多个成像模式中的不同成像模式捕获至少两个红外图像中的每一个相关联。
在一个或多个实施例中，一种设备包括红外图像捕获电路，其被配置为使用多个成像模式中的第一成像模式捕获与第一多个像素值相关联的第一红外图像。多个成像模式中的每一个都与相应一组特性相关联。该设备进一步包括与红外图像捕获电路通信耦合的至少一个处理电路。至少一个处理电路被配置为确定是否至少阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值。至少一个处理电路进一步被配置为当确定少于阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值时，将设备保持在第一成像模式中。至少一个处理电路进一步被配置为当确定至少阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值时，将设备从第一成像模式转换为不同的模式状态。
在一个或多个实施例中，一种设备包括红外图像捕获电路，其被配置为检测第一红外数据并基于第一红外数据和多个成像模式中的第一成像模式生成第一像素值。该设备进一步包括至少一个处理电路，其被配置为将第一像素值和与第一成像模式相关联的第一组饱和阈值进行比较。至少一个处理电路进一步被配置为基于第一像素值的比较在多个成像模式中选择成像模式。至少一个处理电路进一步被配置为基于基于第一像素值的比较而选择的成像模式设置红外图像捕获电路来生成第二像素值。
在一个或多个实施例中，一种方法包括检测第一红外数据。该方法进一步包括基于第一红外数据和多个成像模式中的第一成像模式生成第一像素值。该方法进一步包括基于第一像素值和与第一成像模式相关联的第一组饱和阈值在多个成像模式中为第二像素值选择成像模式。该方法进一步包括基于选择的成像模式生成第二像素值。
本发明的范围由权利要求界定，权利要求通过引用并入本节。通过考虑对一个或多个实施例的以下详细描述，本领域技术人员将对本发明实施例有更完整的理解，并实现其附加优点。将参考将首先简要描述的附图。
附图说明
图1说明了根据本公开的一个或多个实施例的IR成像设备的框图。
图2和图3说明了根据本公开的一个或多个实施例的示例IR成像设备。
图4说明了根据本公开的一个或多个实施方式的示例处理管道的示例。
图5和图6说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式下促进IR成像的示例过程的流程图。
图7说明了根据本公开的一个或多个实施例的检测器矩形阵列以及与每个检测器相关联的像素值和成像模式的示例。
图8到图11说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式下促进IR成像的示例电路布置。
图12说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式下促进IR成像的示例过程的流程图。
图13说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式下促进IR成像的示例电路布置。
图14和图15说明了根据本公开的一个或多个实施例在多个成像模式下促进IR成像的示例过程的流程图。
本公开的实施例及其优点最好通过参考以下详细描述来理解。应理解，类似附图标记用于标识一个或多个图中所示的类似元件。
具体实施方式
下文所述的详细描述旨在描述主题技术的各种配置，而不是旨在仅表示主题技术可以在其中实施的配置。附图并入本文，并且构成详细描述的一部分。为了提供对主题技术的透彻理解的目的，详细描述包括具体的细节。然而，对于本领域技术人员来说，明确并且显而易见的是，主题技术不限于本文所述的具体细节，并且可以使用一个或多个实施例来实现。在一个或多个实例中，结构和组件以框图形式显示，以避免使主题技术的构思模糊不清。主题公开的一个或多个实施例由一个或多个图说明和/或结合一个或多个图描述，并且在权利要求中阐述。
图1说明了根据本公开的一个或多个实施例的示例IR成像设备100(例如，热IR成像设备)的框图。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。
IR成像设备100包括IR图像捕获电路105、处理电路120、运动传感器125、存储器130、显示器135、机器可读介质140和/或其他组件145。IR图像捕获电路105包括IR图像检测器电路110(例如，热IR检测器电路)和读出电路115(例如，读出集成电路(ROIC))。在某些方面，IR图像捕获电路105可以捕获(例如，检测、感测)波长在约700nm到约1mm的范围或其部分内的IR辐射。例如，在某些方面，IR图像捕获电路105可以对中波IR(MWIR)辐射(例如，波长为2-5μm的电磁辐射)和/或长波IR(LWIR)辐射(例如，波长为7-14μm的电磁辐射)敏感(例如，更好地检测)。
IR图像捕获电路105可以捕获与场景(例如，真实世界场景)相关联的IR图像。为了捕获IR图像，IR图像检测器电路110可以检测IR图像数据150(例如，以IR辐射的形式)，并基于IR图像数据150生成IR图像的像素值。IR图像可以称为IR帧或IR图像帧。在某些情况下，IR图像检测器电路110可以包括IR检测器阵列，这些IR检测器可以检测IR辐射，将检测到的IR辐射测量转换为电信号(例如，电压、电流等)，并基于电信号生成像素值。阵列中的每个IR检测器可以捕获IR图像数据150的相应部分，并基于IR检测器捕获的相应部分生成像素值。IR检测器生成的像素值可以称为IR检测器的输出。IR检测器可以称为检测器、传感器或IR传感器。
IR图像可以是或者可以被视为包括像素的数据结构，并且是IR图像数据150的表示，每个像素具有像素值，该像素值表示从场景的一部分发射或反射并且由生成像素值的IR检测器接收的IR辐射。基于上下文，像素可以指IR图像检测器电路110的IR检测器，其生成相关联的像素值或由生成的像素值形成的IR图像的像素(例如，像素位置、像素坐标)。
在一个方面，IR图像检测器电路110生成的像素值可以依据基于通过转换检测到的IR辐射获得的电信号生成的数字计数值来表示。例如，在IR图像检测器电路110包括或以其他方式耦合到模数转换器(ADC)电路的情况下，ADC电路可以基于电信号生成数字计数值。对于可以用14位表示电信号的ADC电路，数字计数值可以在0到16383之间。在这样的情况下，IR检测器的像素值可以是从ADC电路输出的数字计数值。在其他情况下(例如，在没有ADC电路的情况下)，像素值本质上可以是模拟的，具有作为或指示电信号的值的值。一般来说，IR图像检测器电路110上入射并检测到的较大量IR辐射与较高的数字计数值和较高的温度相关联。
在各种实施例中，IR图像检测器电路110可以是FPA、可以包括FPA或可以是FPA的一部分。通过非限制性示例，IR图像检测器电路110可以是微测辐射热计FPA或光子检测器FPA。微测辐射热计FPA可以由热检测器阵列形成，这些热检测器以热能的形式检测IR辐射，并基于检测到的热能的量生成像素值。微测辐射热计FPA可以包括IR检测材料，例如非晶硅(a-Si)、氧化钒(VOX)、其组合和/或其他检测材料。微测辐射热计FPA通常不需要制冷。在一个方面，装备有非制冷FPA(例如，非制冷微测辐射热计FPA)的IR成像设备(例如，IR成像设备100)可以称为非制冷IR成像设备(例如，非制冷IR摄像机)。
光子检测器FPA可以由光子检测器阵列形成，该光子检测器以光子的形式检测IR辐射，并基于检测到的光子数量(例如，与收集到的光子相关联的能量)生成像素值。光子检测器FPA可以包括IR检测材料，例如砷化铟镓(InGaAs)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)、锗、其组合和/或其他检测材料。光子检测器FPA可以包括量子阱红外光电检测器(QWIP)。光子检测器FPA通常需要制冷。在一个方面，装备有制冷FPA(例如，制冷光子检测器FPA)的IR成像设备(例如，IR成像设备100)可以称为制冷IR成像设备。
读出电路115可以被用作IR图像检测器电路110和处理电路120之间的接口，该IR图像检测器电路110检测IR图像数据150，该处理电路120处理由读出电路115读出的检测到的IR图像数据150。图像捕获帧速率可以指IR图像由IR图像检测器电路110以序列方式检测并由读出电路115读出到处理电路120的速率(例如，图像每秒)。读出电路115可以根据积分时间读出由IR图像检测器电路110生成的像素值。在一个方面，对于光子检测器FPA，积分时间可以是，或者可以指示从收集(例如，捕获和保留)IR辐射时开始到读出收集到的IR辐射时结束的时间间隔。在这点上，IR图像捕获电路105捕获的信号水平(例如，IR辐射水平)可以取决于应用的积分时间。例如，对于给定像素(例如，IR检测器)，与较短的积分时间相比，较长的积分时间可以与收集到更多IR辐射相关联。在一个方面，对于微测辐射热计FPA，积分时间可以是或可以指示微测辐射热计被偏置的时间间隔。在这种情况下，较长的积分时间可以与IR信号的较高增益相关联，但不会收集更多的IR辐射。IR辐射可以以光子的形式收集(例如，由光子检测器)和/或以热能的形式收集(例如，由微测辐射热计)。
处理电路120可以执行操作以处理从读出电路115接收到的像素值。通过非限制性示例，处理电路120可以对像素值执行操作(例如非均匀性校正(NUC)、空间和/或时间滤波和/或辐射测量(radiometric)转换)。在某些情况下，处理电路120可以组合多个IR图像(例如，每个IR图像与相应的一组像素值相关联)以生成组合的IR图像，例如在超帧中。
处理电路120可以实现为任何适当的处理设备，例如，通过非限制性示例，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、逻辑设备、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、其组合和/或其他设备。处理电路120可以包括硬件和软件处理功能的组合，并且可以提供有或通信地耦合到其他组件以执行适当的指令，例如存储在存储器130和/或机器可读介质140中的软件指令和/或处理参数(例如，滤波系数、NUC校正项)。
运动传感器125可以由一个或多个加速度计、陀螺仪和/或其他可用于检测IR成像设备100的运动的适当设备来实现。运动传感器125提供的信息可以促进由处理电路120执行的图像处理操作(例如，空间滤波、时间滤波)，例如，通过促进场景中的运动相对于IR成像设备100的运动之间的区分。在某些情况下，运动传感器125可以实现为IR成像设备100的一部分和/或实现在附接到IR成像设备100或以其他方式与IR成像设备100连接的其他设备中。
存储器130可以被用于存储用于促进IR成像设备100的操作的信息。存储器130可以存储信息，例如要由IR成像设备100的各种组件(例如，处理电路120)执行的指令、与处理操作相关联的参数(例如，滤波系数)、与先前生成的图像相关联的信息(例如，用于时间滤波)和/或其他信息。通过非限制性示例，存储器130可以包括非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程(EEPROM)、闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)等。存储器130可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)等。
IR成像设备100可以包括显示器135。显示器135(例如屏幕、触摸屏、显示器)可以用于显示捕获和/或处理的IR图像和/或其他图像、数据和/或信息。例如，图像(或图像的视觉表示)可以显示为单个静态图像和/或显示为视频序列中的一系列图像。在一个方面，显示器135可以显示信息，例如将颜色与温度相关的图例。在某些情况下，图例可以标识用于表示图像的调色板(例如，颜色调色板(color pallette))，例如提供调色板的名称(例如，由用户和/或调色板开发人员给出的名称)。
显示器135可以根据显示器通信协议和/或显示器135的规格(例如显示器135的分辨率)接收图像。IR成像设备100可以包括机器可读介质140。机器可读介质140可以是非易失性存储装置，用于存储要加载到存储器130中并由IR成像设备100的各个组件(例如，IR图像捕获电路105、处理电路120等)使用的指令和/或处理参数。此外，IR成像设备100可以包括其他组件145。通过非限制性示例，其他组件145可以用于实现各种应用可能需要的IR成像设备100的任何特征(例如时钟、温度传感器、可见光摄像机或其他组件)。在各种实施例中，显示器135、机器可读介质140和其他组件145可以实现为IR成像设备100(如图1所示)的一部分和/或实现在附接到IR成像设备100或以其他方式与IR成像设备100连接的其他设备中。
在一个或多个实施例中，可以在多个离散成像模式下操作IR成像设备100。可以基于使用单个成像模式捕获的像素值或使用不同成像模式捕获的不同组的像素值的组合生成IR图像。在一个或多个方面，IR成像设备100可以允许调整快门速度、积分时间、接收放大器增益、跨像素偏移、相关联的光学器件的速度和/或对IR成像设备100的其他调整，以实现成像模式。
每个成像模式可以与关于IR图像的捕获和/或处理的特性相关联。通过非限制性示例，与IR图像的捕获相关联的特性可以包括灵敏度、动态范围、可以可靠地表示的最低温度和可以可靠地表示的最高温度。灵敏度可以是或可以指示IR成像设备100(例如，IR图像检测器电路110的检测器)可以分辨的最小温差。动态范围可以是，或者可以指示在IR图像中可以表示的最低温度和最高温度之间的范围(例如，差)。在某些情况下，动态范围可以指温度范围(例如，总可表示温度范围)与最小可检测温度的比值。场景的低于最低温度的区域可能被掩埋在IR成像设备100的噪声本底中，并在IR图像中看起来被冲蚀和/或充满噪声。场景的高于最高温度的区域导致IR图像中的饱和，其中饱和区域以与最高温度的区域相同的方式被表示。例如，当IR图像检测器电路110使用ADC电路生成数字计数值时，处于或高于最高温度的温度都可以被映射到可由ADC电路表示的最高值(例如，对于14位ADC电路来说为16383)。换句话说，IR图像不能区分高于最高温度的区域和处于最高温度的区域。在某些方面，捕获的IR图像可以基于用于捕获IR图像的成像模式而被不同地处理(例如，使用不同的处理管道)。相对于图4描述处理管道的示例。
在实施例中，每个成像模式可以与一个或多个不同的调色板(例如，颜色调色板)相关联。值得注意的是，调色板作为影响图像呈现的一个示例参数而提供。可能影响图像呈现的其他参数可以包括自动增益控制(AGC)参数，例如最大增益、伽马(例如，自动颜色增强(ACE))和线性百分比。替代地或者除了将调色板与每个成像模式相关联之外，这些参数中的一个或多个可以与每个成像模式相关联。
处理电路120可以根据调色板将红外图像中每个像素的值映射到对应的颜色值或灰度值，例如用于显示目的(例如，使用显示器135)。在某些情况下，处理电路120可以生成红外图像的像素值，并将相关联的调色板应用于生成的像素值。在这些情况下，调色板实际上可以是在后处理期间应用的映射。在这点上，用户可以通过改变应用于红外图像的调色板来定制红外图像的视觉表示。
在一个方面，当成像模式改变时，正被用于显示捕获和/或处理的IR图像的调色板可以自动改变。这样的自动改变可以向用户提供成像模式已改变的可见指示。用于提供红外图像的视觉表示的调色板可以基于表示不同但彼此相邻的红外强度水平(例如温度)的像素之间的感知颜色距离(例如，感知颜色对比度)进行设计和/或选择。在某些情况下，为了便于改进用户体验，用户可以选择、定义或重新定义(例如，从工厂设置的默认设置)与每个成像模式或成像模式的每个组合(例如，超帧状态)相关联(例如，用于显示)的调色板。
对于不同的用户和/或不同的应用，红外图像的易于解释的可视化可以有所不同。作为非限制性示例，调色板可以包括彩虹调色板(例如，围绕彩虹的颜色设计)、灰度调色板(例如，在本文中也称为白热调色板)、铁虹(ironbow)调色板(例如，围绕白炽物体的颜色设计)、熔岩调色板以及医学调色板。在一个方面中，在显示红外图像时，还可以将与调色板相关联的图例与红外图像一起显示，以将红外图像的不同颜色值(例如，RGB值)或灰度值(例如，强度值)与相应的温度或温度范围相关联。
作为示例，默认设置可以是选择铁虹调色板以便于显示与高增益模式相关联的红外图像，并选择熔岩调色板以便于显示与低增益模式相关联的红外图像。在本例中，在一种情况下，当红外图像具有与高增益模式相关联的第一像素和与低增益模式相关联的第二像素时，铁虹调色板可以应用于第一像素，并且熔岩调色板可以应用于第二像素。在另一种情况下，当第一像素的数量超过第二像素的数量时，铁虹调色板可以用于红外图像，并且当第二像素的数量超过第一像素的数量时，熔岩调色板可以用于红外图像。在红外图像具有基于两个或更多个增益模式的组合生成的像素的情况下，默认设置可以选择铁虹调色板、熔岩调色板或与铁虹调色板和熔岩调色板不同的其他调色板。在某些情况下，可以使用将调色板与成像模式相关联的其他方式，其中关联是用户定义的。在这点上，在一个方面，用户可以调整默认设置、重新定义任何默认调色板(例如，重新定义铁虹调色板提供的映射)、创建新的用户定义调色板和/或用户自定义红外图像的可视化的其他方式。
需要注意的是，灵敏度和动态范围可以使用不同的量来表示，包括温度、数字计数值、电测量(例如，IR图像检测器电路110生成的电压和/或电流)、辐照度值和/或其他量。
在一个方面，使用较长的积分时间可以将IR成像设备100优化为具有较窄的温度范围(例如较小的动态范围)和/或较低的最高温度，因为接收来自高辐照度/温度区域(例如，高温物体)的IR辐射的IR图像检测器电路110的检测器将饱和。在一个方面，使用较短的积分时间可以将IR成像设备100优化为具有较宽的温度范围(例如，较大的动态范围)和/或较高温度的最高温度。在某些情况下，当积分时间太短时，场景所有区域的辐照度可能很低，以至于所有区域的SNR都不足(例如，因为检测器接收低IR辐射)。对于SNR不足的区域，显示时IR图像可能会看起来充满噪声/颗粒。在某些情况下，第一成像模式可以使用较长的积分时间，而第二成像模式可以使用较短的积分时间。
使用成像模式中的一个或多个可以促进适应不同辐照度/温度水平的场景。在一个或多个实施例中，使用多个图像捕获模式可以促进IR成像设备(例如，非制冷IR成像设备)捕获涉及温度变化较大的图像场景。可用于IR成像设备100的成像模式可以包括例如高增益(HG)模式和低增益(LG)模式。高增益模式可以与较高的灵敏度相关联，而低增益模式可以与较高的动态范围(例如，较宽的温度范围)相关联。在这点上，与低增益模式相比，高增益模式可以与较低的动态范围(例如，较窄的温度范围)相关联。低增益模式可以具有比高增益模式低的最低温度和/或高的最高温度。在某些情况下，高增益模式可以使用较长的积分时间，并且低增益模式可以使用较短的积分时间。使用高增益模式生成的IR图像可以称为高增益IR图像。使用低增益模式生成的IR图像可以称为低增益IR图像。
高增益模式可以提供较高的灵敏度，但在成像相对热(或冷)的物体时会饱和，而低增益模式可以提供较大的场景温度范围，但灵敏度较低。在这点上，高增益模式的较高灵敏度可以由低增益模式的较高动态范围补充。因此，利用使用不同成像模式(例如，高增益和低增益模式)捕获的IR图像可以允许生成展现高增益模式的较高灵敏度(例如，在至少一部分场景温度范围上)和低增益模式的较高动态范围的组合IR图像。
在一些实施例中，除高增益和低增益模式外，IR成像设备100可以在其他模式下操作，例如灵敏度和/或动态范围在高增益模式和低增益模式之间的中增益模式。附加成像模式可以允许更精细地调整和/或扩展灵敏度、动态范围、最低温度和/或最高温度，以适应IR成像设备100可能遇到的各种场景/应用。在一个方面，这些成像模式中的每一个都可以具有用于显示捕获和/或处理的图像的一组相关联的调色板(例如，颜色调色板)。成像模式与调色板的这样的关联可以由用户和/或调色板的开发人员设置。
在一个方面，用于显示捕获和/或处理的图像的调色板可以响应于从任何一个成像模式(例如，HG模式)到另一个成像模式(例如，LG模式)的相关联的改变而自动改变。调色板的这种自动改变可以提供成像模式(例如，增益状态)已经改变的可见指示(例如，对用户)，和/或可以允许通过使用调色板定制每个成像模式中提供的图像的图像呈现。例如，在消防应用或成像模式经常改变的其他应用中，自动改变可以提供允许用户(例如，消防员、情况观察者和/或其他人)评估环境的改变的可见指示。在某些情况下，用户可以在不同的调色板之间切换和/或调整每个调色板，以方便地调整图像呈现，从而提供用户自定义并便于改进用户体验。
图2说明了根据本公开的一个或多个实施例的IR成像设备100或其部分的示例。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。
IR成像设备100包括IR图像捕获电路105、开关205、处理管道210、处理管道215、开关逻辑220和组合逻辑225。IR图像捕获电路105包括IR图像检测器电路110和读出电路115。处理管道210和215可以称为热管道。读出电路115可以用作IR图像检测器电路110和信号处理电路(例如，处理管道210和215、组合逻辑225)之间的接口，该IR图像检测器电路110检测IR图像数据150，该信号处理电路处理读出电路115读出的检测的IR图像数据150。在一些实施例中，图1所示的处理电路120可以包括开关逻辑220、处理管道210和215和/或组合逻辑225和/或其一些部分。在其他实施例中，IR图像捕获电路105或其一部分(例如，读出电路115)可以包括开关逻辑220或其一部分。
在图2中，IR成像设备100可以在第一成像模式和/或第二成像模式下操作。当IR成像设备100在第一成像模式下操作时，开关205可以被配置为将读出电路115耦合到与第一成像模式相关联的处理管道210。读出电路115可以将由IR图像检测器电路110生成的IR图像提供(例如，路由)到处理管道210。当IR成像设备100在第二成像模式下操作时，开关205可以被配置为将读出电路115耦合到与第二成像模式相关联的处理管道215。读出电路115可以将从IR图像检测器电路110获得的IR图像数据提供给处理管道215。
在本公开全文中出于解释目的，除非另有说明，否则第一成像模式可以是与比低增益模式更高的灵敏度相关联的高增益模式，并且第二成像模式可以是与比高增益模式更高的动态范围相关联的低增益模式。
为了配置开关205，开关逻辑220可以生成控制信号，以将读出电路115与处理管道210或215之一耦合。处理管道210和215可以与分别与第一和第二成像模式相关联的处理参数和/或处理操作相关联(例如，针对第一和第二成像模式进行优化)。在这点上，处理管道210和处理管道215分别针对第一成像模式和第二成像模式生成输出IR图像。关于图4描述处理管道210的示例。
在一些实施例中，IR成像设备100可以在单模式状态或超帧状态下操作。在单模式状态下，可以严格基于使用单成像模式捕获和处理的IR图像(例如，用于形成IR图像的像素值)生成IR图像235。在一个方面，在单模式状态中使用的单成像模式可以是与最高灵敏度(例如，第一成像模式)相关联的成像模式(例如，在IR成像设备100可用的成像模式中)。在这些方面，IR成像设备100可以使用IR图像捕获电路105基于检测到的IR图像数据150捕获IR图像，并使用处理管道210处理捕获的IR图像以生成输出IR图像。在单模式状态下，与第二成像模式相关联的处理管道215不用于生成输出IR图像。
在某些情况下，处理管道210可以(例如，通过通信路径230)绕过组合逻辑225，并将其输出IR图像作为IR图像235提供。例如，处理管道210可以将其输出IR图像提供给存储设备(例如，存储器130)或其接口、呈现显示器(例如，显示器135)或其接口，和/或进行其他处理而其输出IR图像未通过组合逻辑225被路由。在其他情况下，由于在单模式状态下不使用组合，因此组合逻辑225可以接收处理管道210的输出IR图像，并将输出IR图像作为IR图像235传递，而不进一步处理。
当IR成像设备100在超帧状态下操作时，可以基于使用第一成像模式捕获和处理的IR图像以及使用第二成像模式捕获和处理的IR图像来生成IR图像235。处理管道210可以向组合逻辑225提供第一模式IR图像(例如，高增益IR图像)，并且处理管道215可以向组合逻辑225提供第二模式IR图像(例如，低增益IR图像)。组合逻辑225可以确定第一模式IR图像的像素值超过饱和阈值的部分(例如，像素位置、像素坐标)，称为阈值超过像素；第一模式IR图像的像素值不超过饱和阈值的部分，称为非阈值超过像素；以及第二模式IR图像的对应于第一模式IR图像的阈值超过像素的部分。组合逻辑225可以基于第一模式图像的非阈值超过像素和第二模式IR图像的对应于第一模式IR图像的阈值超过像素的部分的像素值来生成输出IR图像。在某些情况下，处理管道210和/或215可以包括T-线性转换，以便于在组合逻辑225中组合图像。
因此，饱和(或足够接近饱和)的第一模式IR图像的像素的信息可以替换为第二模式IR图像中对应像素的信息，或与该第二模式IR图像中对应像素的信息混合/融合。组合逻辑225可以在每个像素的基础上生成输出IR图像235。因此，IR图像235可以是拼接图像，或者是来自第一模式IR图像和第二模式IR图像的像素的混合图像。
在一些实施例中，IR成像设备100可以基于IR成像设备100在单模式状态下操作时捕获的先前IR图像的特性从单模式状态转换到超帧状态。例如，当IR成像设备100在单模式状态下操作时所捕获的先前IR图像的至少阈值数量的像素值超过饱和阈值时，IR成像设备100可以转换到超帧状态。在某些情况下，可以(例如，通过读出电路115)向开关逻辑220提供指示(例如，一个或多个位)，所述指示关于是否至少阈值数量的像素值超过饱和阈值，开关逻辑220可以根据该指示生成控制信号至读出电路115和/或开关205以实现转换(在需要的情况下)。一旦处于超帧状态，当第一模式IR图像中阈值超过像素的数量低于像素值的阈值数量时，IR成像设备100可以从超帧状态转换到单模式状态。
饱和阈值可以是预设值。在某些情况下，超过饱和阈值的像素值可以是或可以被认为是处于或接近饱和。饱和阈值可以以各种量来提供，例如数字计数值、辐照度值和温度。类似地，用于转换到超帧状态或退出超帧状态的像素值的阈值数量可以是预设数量。在这点上，用于从超帧状态转换到单模式状态的像素值的阈值数量可以与用于从单模式状态转换到超帧状态的像素值的阈值数量相同，或者可以不同。
像素值的阈值数量和/或饱和阈值可以表示为绝对值和/或百分比。例如，对于256×256像素阵列(例如，IR图像检测器电路110包括65536个检测器)，阈值数量可以设置为6554个像素，或者等效地设置为总像素数量的约10％。在这种情况下，处理电路120确定256×256像素阵列中的至少6554个像素是否具有超过饱和阈值的像素值。作为示例，饱和阈值可以设置为数字计数值9830(例如，使用14位可表示最大数字计数值的约60％)。作为另一个示例，饱和阈值可以设置为150℃的温度。作为另一个示例，饱和阈值可以设置为IR图像捕获电路105可以表示的最大计数值(例如，对于具有14位动态范围的ADC电路来说是16383)。
阈值数量和/或饱和阈值可以基于应用设置。例如，消防应用可能涉及不希望从IR成像设备100输出的IR图像具有任何饱和像素的情况，而其他应用可能对饱和像素的存在有较不严格的要求。在某些情况下，IR成像设备100可以具有阈值数量和/或饱和阈值的多个预设值，用户可以从中选择和/或用户可以手动设置阈值数量和/或饱和阈值。
使用超帧状态，其中将使用不同成像模式生成的红外图像进行组合，便于扩展IR成像设备100的动态范围，例如相对于使用与较低动态范围相关联的单成像模式的情况。在两个成像模式组合用于超帧状态的情况下，与超帧状态相关联的输出帧速率(例如，IR图像序列被输出的速率)通常是单模式状态的一半。
在一个或多个实施例中，默认情况下，IR成像设备100可以在单模式状态下(例如，使用第一成像模式)操作，除非饱和事件导致IR成像设备100从单模式状态转换出。在某些情况下，当至少阈值数量的像素值超过饱和阈值时，认为发生了饱和事件。在这点上，当不需要扩展动态范围(例如，捕获的IR图像具有很少或没有饱和像素)时，IR成像设备100可以默认地利用单模式状态来保持高灵敏度和较快的输出帧速率，并且当需要扩展动态范围时，转换到超帧状态(与较低输出帧速率相关联)。例如，当非常热的物体进入场景时，IR成像设备100可以转换到超帧状态，在这种情况下，利用扩展的动态范围来捕获包含场景的由于热物体引起的较高温度和/或较宽温度范围的温度范围。
在某些方面，主题技术可以促进非制冷IR检测器的超帧，与制冷IR检测器相比，非制冷IR检测器通常与较低的帧速率(例如，60Hz或更低)相关联。在这点上，IR成像设备100的帧速率可以在单模式状态下保持较高的帧速率(例如，约60Hz)，除非需要扩展的动态范围(例如，通过使用超帧状态实现)。例如，在IR成像设备100非制冷的情况下，与单模式状态相关联的输出帧速率可以约为60Hz，而与使用两个成像模式的超帧状态相关联的输出帧速率可以约为30Hz。
图3说明了根据本公开的一个或多个实施例的IR成像设备100或其一部分的示例。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。图2中的描述总体适用于图3，其中图2和图3之间的差异示例以及本文提供的其他描述是为了清晰和简单。
IR成像设备100包括IR图像捕获电路105、开关205、处理管道210、处理管道215、开关逻辑220、组合逻辑225、混合逻辑305和显示逻辑310。在图3中，IR成像设备100可以能够捕获可见光图像数据315(例如，来自可见光谱)和/或接收来自另一成像设备的可见光图像数据315。在某些情况下，可以以同步方式捕获IR图像数据150和可见光图像数据315，使得IR图像数据150和可见光图像数据315表示在相同(或几乎相同的)时间点的相同场景。在某些情况下，IR图像数据150和可见光图像数据315的捕获之间的时间偏移可以被知晓并(例如通过校准、缓冲和/或后处理(例如，在混合逻辑305中))被补偿。
混合逻辑305可以用于将可见光图像数据315与IR图像(例如，从处理管道210或组合逻辑225的输出)组合/混合，以生成保留颜色信息(例如，与可见光谱相关联)和来自IR图像的IR信息(例如，IR亮度信息)的组合/混合图像。显示逻辑310可以用于提供组合/混合图像，以便在包括在或以其他方式耦合到IR成像设备100中的呈现设备(例如，显示器135)中显示。例如，显示逻辑310可以处理组合/混合图像，使其符合显示器通信协议和/或呈现显示器的规格(例如，显示器135的分辨率)，并为了显示将处理的组合/混合图像320提供到呈现显示器。
尽管图2和图3说明了IR成像设备100的示例，但是可以利用其他方式实现IR成像设备100。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。在某些情况下，处理管道210和215可以是能够并行操作的两个单独的处理管道。在某些情况下，不是具有两个单独的处理管道，处理管道210和215可以是单个管道，其可以被配置为根据需要调整处理参数，以处理在第一成像模式或第二成像模式下的IR图像(或其一部分)。在这些情况下，开关205可以表示将参数设置/调整(例如，切换)为用于处理IR图像(或其一部分)的适当成像模式的参数。
在某些情况下，处理电路120包括混合逻辑305和/或显示逻辑310。例如，图2所示的IR成像设备100的示例可以包括显示逻辑(例如，显示逻辑310)和/或图3所示的IR成像设备100的示例可以不包括显示逻辑310。在某些情况下，混合逻辑305和/或显示逻辑310可以位于与IR成像设备100分开的设备中，并且可以基于设备和IR成像设备100之间的有线和/或无线连接与IR成像设备100通信耦合。
图4说明了根据本公开的一个或多个实施方式的图2的处理管道210的示例。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。
处理管道210包括非均匀性校正(NUC)电路405、空间滤波器410、时间滤波器415和辐射测量转换电路420。参考图2或图3，NUC电路405可以经由开关205耦合到读出电路115，并且辐射测量转换电路420可以耦合到组合逻辑225。NUC电路405可以对从读出电路115接收的像素值执行NUC，以补偿IR图像检测器电路110的各个IR检测器之间对入射IR辐射的非均匀响应。可以基于与第一成像模式相关联的校正项对像素值执行NUC。
空间滤波器410可以接收从NUC电路405输出的像素值，并基于空间滤波器参数(例如，滤波器系数)在空间域中对像素值执行空间滤波。时间滤波器415可以接收从空间滤波器410输出的像素值，并基于时间滤波器参数和与先前IR图像(例如，使用处理管道210和/或215生成的先前IR图像)相关联的信息在时间域中对像素值执行时间滤波。在某些情况下，时间滤波可以在空间滤波之前发生。在某些情况下，空间滤波和时间滤波可以一起发生(例如，滤波可以在空间和时间域中同时发生)，而不是作为两个离散的、连续的滤波操作。滤波可以用于基于同一IR图像中相邻像素的像素值(例如，空间滤波)和/或先前IR图像的像素的像素值(例如，时间滤波)来减少与IR图像像素的像素值相关联的噪声。
辐射测量转换电路420可以接收从时间滤波器415输出的像素值。辐射测量转换电路420可以将接收到的像素值转换为与第一成像模式相关联的像素值输出。例如，辐射测量转换电路420可以对接收到的像素值执行缩放或其他处理，以根据第一成像模式的辐射测量项生成第一模式辐射测量图像。在一个方面，辐射测量转换可以用于处理(例如，变换)像素值以与场景温度成比例。
在某些情况下，在辐射测量转换之前，像素值与入射辐照度成比例。例如，辐射测量转换可以包括基于普朗克方程(或其逆方程)的转换(例如，非线性转换)，普朗克方程(或其逆方程)描述场景温度和辐照度之间的转换。在某些情况下，这样的方程可以没有封闭形式的解。可以以Signal_Out＝B/ln[R/(Signal_In–O)+F]的形式提供近似，其中R、F、B和O是辐射测量项。R、F、B和O具有恒定值，并且通常通过对于多个已知输入场景温度的曲线拟合像素输出来校准。第一成像模式和第二成像模式对于辐射测量项通常没有相同的值。
各种项、参数、先前IR图像等可以存储在组件本身的本地缓冲区(例如，NUC电路的存储器)、存储器130和/或与IR成像设备100通信耦合或以其他方式可访问的其他存储器中。在一些实施例中，图2的处理管道215具有与图4中的处理管道210所示组件类似的组件(例如，NUC电路、空间滤波器等)。处理管道215可以具有其自己的一组校正项、滤波参数(例如，噪声滤波参数)、辐射测量项等，其特定用于第二成像模式和/或针对第二成像模式进行优化。在某些情况下，调色板可以应用于处理管道210或215的输出，以提供IR图像的可视化。
图5说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进在多个成像模式下的IR成像的示例过程500的流程图。为了解释目的，本文主要参照图1-3中的IR成像设备100来描述示例过程500；然而，示例过程500不限于图1-3的IR成像设备100。注意，一个或多个操作可以根据需要组合、省略和/或以不同的顺序执行。在一个或多个实施例中，可以使用第一成像模式对由IR图像捕获电路105捕获的每个IR图像执行图5的框。
在框505处，IR图像捕获电路105使用IR成像设备100可用的多个成像模式中的第一成像模式捕获与像素值相关联的第一IR图像(例如，由像素值形成/从像素值形成)。在某些情况下，IR成像设备100在框505处以单模式状态操作。如前所述，在某些情况下，第一成像模式可以是与最高灵敏度(例如，但是最低动态范围)相关联的成像模式。例如，第一成像模式可以是高增益模式。第一IR图像可以通过检测IR图像数据150(例如，以IR辐射的形式)并基于检测到的IR图像数据150生成形成第一IR图像的像素值来捕获。在某些情况下，IR图像检测器电路110包括多个检测器(例如，热检测器)，每个检测器基于该检测器检测到的IR图像数据150的部分来生成像素值。来自每个检测器的像素值可以用于形成第一IR图像的相应部分(例如，像素位置、像素坐标)。像素值可以由读出电路115读出并提供给处理电路120进行处理。在一些实施例中，处理电路120基于第一IR图像针对第一成像模式生成输出IR图像。例如，处理管道210可以从读出电路115接收形成第一IR图像的像素值，并基于像素值生成输出IR图像。
在框510处，处理电路120确定是否至少阈值数量的由IR图像捕获电路105生成的像素值超过饱和阈值。例如，像素值的阈值数量可以是像素值总数量的15％，并且饱和阈值可以是13930的数字计数值(例如，使用14位可表示最大数字计数值的约85％)。在该示例中，处理电路120确定是否像素值的总数量的至少15％具有超过13930的数字计数值。
如果处理电路120确定少于阈值数量的由IR图像捕获电路105生成的像素值超过饱和阈值，则在框515处处理电路120将IR成像设备100保持在单模式状态。在这方面，例如，IR成像设备100可以保持设置在第一成像模式。在框520处，IR图像捕获电路105使用第一成像模式捕获单个红外图像。如前所述，可以通过检测IR图像数据并基于检测到的IR图像数据生成像素值来捕获单个红外图像。在框525处，处理电路120基于单个红外图像和第一成像模式生成形成输出IR图像(例如，使用处理管道210)的像素值。参考图2，输出IR图像可以绕过组合逻辑225，或者可以通过组合逻辑225传递(例如，不进行进一步处理)。
如果处理电路120确定至少阈值数量的像素值超过饱和阈值，则在框530处处理电路120将IR成像设备100从单模式状态转换为超帧状态。当IR成像设备100处于超帧状态时，在框535处，IR图像捕获电路105使用第一成像模式捕获第二IR图像(例如，第一模式图像)，并且在框540处，IR图像捕获电路105使用第二成像模式捕获第三IR图像(例如，第二模式图像)。在第二IR图像读出到处理管道210完成后，由处理电路120(例如，使用开关逻辑220)生成的控制信号可以导致开关205将读出电路115耦合到处理管道215，并且允许第三IR图像读出到处理管道215。
在框545处，处理电路120基于第二IR图像和第三IR图像生成输出IR图像。例如，处理电路120可以包括通过组合第二IR图像和第三IR图像生成输出IR图像的组合逻辑225。输出IR图像可以称为组合IR图像、超帧IR图像或IR超帧，因为输出IR图像是基于多个IR图像或其部分的组合(例如，使用不同成像模式生成的IR图像的组合)生成的。在某些情况下，第一成像模式与与第二成像模式相比的较高的灵敏度但较低的动态范围相关联。因此，相对于严格基于单模式状态下的第一模式图像生成的输出IR图像的情况，将第二IR图像和第三IR图像组合成输出IR图像扩展了IR成像设备100的动态范围。
在一个或多个方面，处理电路120(例如，形成处理电路120一部分的组合逻辑225)可以确定第二IR图像的与超过饱和阈值的像素值(称为阈值超过像素)相关联的部分(例如，像素位置、像素坐标)，第二IR图像的与不超过饱和阈值的像素值(称为非阈值超过像素)相关联的部分，以及第三IR图像的且对应于第二IR图像的阈值超过像素的相关联像素值的部分。然后，处理电路120可以基于第二IR图像的非阈值超过像素和第三IR图像的对应于第二IR图像的阈值超过像素的像素生成输出IR图像。
在一些实施例中，IR成像设备100可以在超帧状态下使用两个以上的成像模式。在这些实施例中，在框535处，IR图像捕获电路105可以使用第一成像模式捕获第二IR图像(例如，第一模式图像)，并且在框540处，IR图像捕获电路105可以使用不同于第一成像模式的相应成像模式捕获至少一个其他IR图像中的每一个。在框545处，处理电路120可以基于第二IR图像和至少一个其他IR图像中的每一个生成组合IR图像。
例如，IR成像设备100可以具有可用的三个成像模式：与最高灵敏度(例如，和最低动态范围)相关联的第一成像模式、与最低灵敏度(例如，和最高动态范围)相关联的第二成像模式和与第一和第二成像模式之间的灵敏度(例如，和动态范围)相关联的第三成像模式。第一、第二和第三成像模式可以分别称为高增益模式、低增益模式和中增益模式。在这些情况下，可以定义一个或多个超帧状态。例如，第一超帧状态可以涉及基于从第一、第二和第三成像模式中的每一个生成的相应IR图像来生成组合IR图像。作为另一个示例，第二超帧状态可以涉及基于从第一和第三成像模式中的每一个生成的相应IR图像来生成组合IR图像。在使用第三成像模式生成的IR图像具有至少阈值数量的超过饱和阈值的像素值(例如，为了进一步扩展IR成像设备100的动态范围)情况下，IR成像设备100可以从第二超帧状态转换为第一超帧状态。在某些方面，IR成像设备100的转换不是从单模式状态转换为超帧状态或者相反，而是可以从单模式状态(例如，第一成像模式)转换为另一单模式状态(例如，第二成像模式)。
在一个或多个实施例中，用于确定成像模式的决策逻辑可以包含在读出电路115中(例如，而不是在片外电子设备中)。在某些情况下，在读出电路115中实现决策逻辑可以促进在读出时针对每个捕获的IR图像在每像素的基础上选择成像模式。例如，决策逻辑可以将给定像素的像素值与阈值进行比较，基于比较选择用于下一像素的成像模式，并且使用选择的成像模式读出下一像素的像素值。
在读出电路115中实现决策逻辑可以允许以更快的帧速率(例如，60Hz)生成包括与多个成像模式相关联的IR图像信息的组合IR图像，因为组合IR图像可以不在每个成像模式下获取完整的IR图像并将它们组合成单个IR图像(这会降低帧速率)的情况下形成。在某些情况下，在读出时做出的每像素决策可以允许以与读出电路115的本机帧速率相同或大约相同的输出帧速率从IR成像设备100输出IR帧。例如，即使在IR图像包含使用多个(例如，两个)成像模式生成的像素值的情况下，来自读出电路115的IR图像可以是例如60Hz而不是30Hz。此外，由于IR帧不是基于在不同时间点获取的两个单独的IR图像合成的，因此可以减少或避免例如在不同时间点之间发生的图像场景中的运动(其可能导致图像伪影)的问题。
读出电路115的输出流可以包括像素值和对下游处理的用于捕获像素值的成像模式的指示(例如，一个或多个位)。下游处理可以指在读出之后进行的任何处理，例如，由图4所示的处理管道210执行的处理、由图3所示的混合逻辑305执行的处理等。
图6说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式中促进IR成像的示例过程600的流程图。为了解释目的，本文主要参照图1-3中的IR成像设备100来描述示例过程600；然而，示例过程600不限于图1-3的IR成像设备100。
在步骤605中，IR图像检测器电路110检测IR图像数据150(例如，IR辐射)。在步骤610中，IR图像检测器电路110基于IR图像数据150和第一成像模式生成第一像素值。在一个方面，IR图像检测器电路110和/或读出电路115可以生成与第一像素值相关联的指示(例如，标志)，其指示基于第一成像模式生成第一像素值。
在步骤615中，读出电路115和/或处理电路120将第一像素值和与第一成像模式相关联的一组饱和阈值进行比较。在步骤620中，读出电路115和/或处理电路120基于在步骤615中执行的比较在可用成像模式中选择成像模式。例如，基于比较，读出电路115可以生成关于是否使用第一成像模式或第二成像模式来捕获第二像素值的指示(例如，标志)。在这点上，IR成像设备100可以从一个单模式状态转换为另一个单模式状态。在步骤625中，读出电路115和/或处理电路120将IR图像捕获电路105设置为基于选择的成像模式生成第二像素值。在一些实施例中，读出电路115可以包括用于执行步骤615、620和625的决策逻辑。在这些实施例中，通过在读出电路115中包括决策逻辑，读出电路115可以选择成像模式，其中在读出IR图像(例如，到处理电路120)时，针对给定的IR图像在每像素的基础上操作像素。在一个方面，决策逻辑可以是或者可以耦合到开关逻辑220，并且可以生成和/或处理指示和/或基于指示配置开关205。
作为示例，考虑IR成像设备100具有两个可用的成像模式的情况，与较高灵敏度相关联的高增益模式和与较高动态模式相关联的低增益模式，并且在步骤605中检测IR图像数据，并在步骤610中使用高增益模式生成第一像素值。高到低饱和阈值与高增益模式相关联。低到高饱和阈值与低增益模式相关联。高到低和低到高饱和阈值可以称为转换阈值。在这种情况下，在步骤615中，读出电路115和/或处理电路120可以将第一像素值和与高增益模式相关联的高到低饱和阈值进行比较。在步骤620中，当第一像素值小于高到低饱和阈值时，读出电路115和/或处理电路120可以选择高增益模式，并且当第一像素值至少为高到低饱和阈值时，可以选择低增益模式。在步骤625中，读出电路115和/或处理电路120可以适当地设置IR成像设备100。步骤625中，第二像素值可以基于针对IR成像设备100设置的成像模式而生成。
考虑IR图像捕获电路105在步骤605中检测IR图像数据150，并使用低增益模式在步骤610中生成第一像素值。在这种情况下，在步骤615中，读出电路115和/或处理电路120可以将第一像素值和与低增益模式相关联的低到高饱和阈值进行比较。在步骤620中，当第一像素值至少为低到高饱和阈值时，读出电路115和/或处理电路120可以选择低增益模式，并且当第一像素值小于低到高饱和阈值时可以选择高增益模式，并且，在步骤625中，适当设置IR成像设备100。在步骤625中，第二像素值可以基于针对IR成像设备100设置的成像模式而生成。
作为另一个示例，考虑IR成像设备100具有三个可用的成像模式的情况，高增益模式(例如，最高灵敏度、最低动态范围)、低增益模式(例如，最低灵敏度、最高动态范围)和中增益模式(例如，中灵敏度、中动态范围)，并在步骤605中检测IR图像数据150，并使用高增益模式在步骤610中分别生成第一像素值。在这种情况下，在步骤615中，读出电路115和/或处理电路120可以将第一像素值与高到中饱和阈值与高到低饱和阈值进行比较。类似地，低增益模式和中增益模式可以各自与两个相应的转换阈值相关联。
在一些实施例中，IR图像f的像素p的输出(例如，像素值)可以确定用于另一图像(例如，图像f+1)中的像素和/或同一IR图像f的像素的成像模式。IR图像f和f+1可以指由IR图像检测器电路110生成的时间上相邻的图像。在这点上，参照图6，在步骤625中的第二像素值可以是与第一像素相同的IR图像中的像素，或者可以是另一IR图像(例如，时间上相邻的IR图像)中的像素。
在一些实施例中，基于IR图像f的像素p的输出，决策逻辑可以确定要用于IR图像f+1的对应像素p的成像模式。在一个方面，决策逻辑可以作为读出电路115、处理电路120和/或片外逻辑中的一部分在每像素的基础上实现。IR图像f+1的对应像素p可以具有与IR图像f的像素p相同的像素坐标。在这些实施例中，可以在切换与IR图像f的像素p相关联的成像模式的决策和决策生效的时间之间引入延迟。在某些情况下，在较大但短暂的温度变化通过IR图像检测器电路110的瞬时视场(IFOV)的情况下，延迟可能是不利的。例如，如果像素p正在对冷背景成像，并且热物体突然通过其在IR图像f上的IFOV，则IR图像f的其余像素在IR图像f期间可能保持在高增益模式，并且其输出可能对于IR图像f饱和。如果物体快速通过IFOV，则像素p也可能不必要地对于IR图像f+1切换到低增益模式。在某些情况下，延迟可能增加用于存储对于每个像素的决策的存储器和/或电路，直到下一个图像，并且在以后(根据需要)实现成像模式转换。
在一些实施例中，基于IR图像f的像素p的输出，决策逻辑可以确定要用于相同IR图像f的像素p+1的成像模式。在这些实施例中，存在于像素p与其近邻像素p+1的读出之间的时间间隔可以用于允许读出电路115的成像模式从用于像素p的成像模式转换为用于像素p+1的成像模式(如果需要)。在某些方面，与非制冷读出电路(例如，ROIC)架构相关联的时间间隔足以允许转换。
为了解释的目的，IR图像检测器电路110的检测器阵列可以由行和列构成。例如，在使用每列一个放大器顺序读出阵列的每行的读出电路架构中，在行r和列c的每个像素(例如，检测器)的输出可以用于改变放大器对于其在下一行r+1和同一列c的近邻像素(例如，近邻检测器)的特性(例如，增益)，以实现对成像模式的改变。然而，IR图像检测器电路110的检测器不需要布置成行和列。
图7说明了根据本公开的一个或多个实施例的检测器的矩形阵列(例如，检测器的4×4阵列)和与每个检测器相关联的像素值和成像模式的示例。在图7中，读出电路115一次一行从上到下(即，从行1开始)地从检测器的矩形阵列读取像素值。在这种情况下，邻近像素p的像素p+1可以是同一列但在相邻行的像素(例如，根据读出电路115的读出)。每个像素p可以与指示用于生成像素p的像素值的检测器的行数和列数的像素坐标/位置相关联。在图7中，像素值以计数(例如，数字计数值)给出。然而，在其他情况下，像素值可以以其他方式给出，例如电信号(例如电压、电流)、温度和/或辐照度值。
在图7中，高增益模式与12000计数的高到低饱和阈值相关联，并且低增益模式与4000计数的低到高饱和阈值相关联。对于在高增益模式下生成的像素p处的像素值，可以将像素值与高到低饱和阈值进行比较。当像素值不超过高到低饱和阈值时，可以使用高增益模式生成下一个像素值(例如，对于相邻像素p+1)。当像素值超过高到低饱和阈值时，可以使用低增益模式生成下一个像素值。
对于在低增益模式下生成的像素p处的像素值，可以将像素值与低到高饱和阈值进行比较。当像素值不超过低到高饱和阈值时，可以使用高增益模式生成下一个像素值(例如，对于相邻像素p+1)。当像素值超过低到高饱和阈值时，可以使用低增益模式生成下一个像素值。
在图7中，显示了一个示例，其中当前IR图像(例如，IR图像f)中的像素值可以确定使用哪个成像模式来在同一IR图像中生成相邻像素值。热物体705侵占在(列2，行1)和(列3，行1)处的像素(例如，IR检测器)，并导致使用高增益模式捕获的这些像素处的像素值(例如，13000计数)高于12000计数的高到低阈值。由于在(列2，行1)处的像素值超过12000的高到低阈值，因此在(列2，行1)处的像素值导致下一行(列2，行2)处的相邻像素要在低增益模式下操作。类似地，由于在(列3，行1)处的像素值超过12000的高到低阈值，因此在(列3，行1)处的像素值导致在(列3，行2)处的相邻像素要在低增益模式下操作。
在低增益模式下捕获在(列2，行2)和(列3，行2)处的像素值，并且计数为6000。由于像素值(列2，行2)和(列3，行2)超过低到高饱和阈值，因此在(列2，行3)和(列3，行3)处的像素在低增益模式下操作。在(列2，行3)和(列3，行3)处的像素值低于低到高阈值，因此其分别在(列2，行4)和(列3，行4)处的近邻像素在高增益模式下操作。
在图7中，根据读出电路115的读出顺序，为每个像素一次一行地设置成像模式。列c处第一行中的像素的像素值用于确定同一列c处第二行中的像素的成像模式。在某些情况下，默认地，第一像素(例如，第一行像素)在高增益模式下操作。在其他情况下，第一像素可以基于先前IR图像中的第一像素生成的像素值以及用于生成这些像素值的成像模式来操作。
例如参考图7，对高到低和低到高阈值的利用可以基于像素之间的空间关系。例如，在像素p饱和(或接近饱和)的情况下，其近邻(neighbor)(例如，沿水平和/或垂直方向)也可能饱和(或接近饱和)。这样的空间关系通常适用于当对大的热物体成像时，并且在某些情况下也可以适用于对小的热物体成像。对于许多IR成像设备，例如非制冷IR成像设备(例如，非制冷IR摄像机)，光学模糊可能阻止热点源完全成像到单个像素上。也就是说，每一个热物体，即使是小的热物体，都可能具有不饱和但是高到足以影响对于相邻像素操作的外围，如图7所示。
在一些实施例中，高到低饱和阈值和低到高饱和阈值可以与不同的温度相关联。高到低饱和阈值可以设置为数字计数值，其指示不同于与低到高饱和阈值相关联的温度的温度。例如，参照图7，12000计数的高到低饱和阈值可以与150℃的温度相关联，并且4000计数的低到高饱和阈值可以与140℃的温度相关联。在某些情况下，转换到高增益模式和低增益模式或从高增益模式和低增益模式转换时的温度差可以帮助避免IR成像设备100在高增益模式和低增益模式之间来回振荡(例如，由于由给定像素检测到的小温度变化)。例如，这种振荡可以会对生成的IR图像(或IR图像视频序列)的质量和用户体验产生不利影响。与成像模式转换相关联的温度差可以称为迟滞效应。另外，相同的计数值可以指示在不同成像模式下被检测时的不同温度。例如，对于第一成像模式(例如，高增益模式)，像素的计数值12000可以指示该像素成像的位置的温度为150℃。相比之下，对于第二成像模式(例如，低增益模式)，像素的计数值12000可以指示该像素成像的位置的温度为450℃。
与低增益模式相比，高增益模式可以与更高响应度相关联。例如，在高增益模式的响应度是低增益模式的四倍的情况下，响应度比率(也称为响应率)为4。参照该示例，在高增益模式下，20℃背景可以产生8000计数的像素输出值，并且150℃的目标(例如，物体)可以产生13000计数的像素值。然后在低增益模式下，20℃背景和150℃目标之间的预期差为1250计数(5000/4)。在这点上，如果温度与辐照度呈线性关系，则低增益模式的温度范围可以是高增益模式的四倍。在一个方面，由于辐照度通常是场景温度的非线性函数，具有导数dI/dT(其中I是辐照度，并且T是温度)，所以低增益模式的辐照度范围可能与高增益模式的辐照度范围的四倍稍有不同(例如，略小于四倍)。
低增益模式下的噪声通常高于响应率的倒数。在这点上，低增益模式的SNR通常比高增益模式差。例如，低增益模式下的噪声可以只有高增益模式的一半，而响应度是高增益模式的四分之一。在本示例中，低增益模式下的SNR可以是高增益模式的SNR的一半，因为信号减少了四倍，而噪声减少了两倍。因此，在一个方面，单模式状态可以利用高增益模式(例如，而不是低增益模式)来利用通常与高增益模式相关联的较高SNR。从单模式状态到超帧状态的切换可能会受到影响，以便在适当时允许扩展的动态范围。
图8说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式中促进IR成像的示例电路布置800。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。
电路布置800包括IR检测器805、放大器布置810和815、ADC电路820、决策逻辑825和开关830、835、840和845。作为示例，在图8中，IR检测器805表示为辐射敏感可变电阻。在本示例中，辐射敏感可变电阻可以是微测辐射热计或者可以是微测辐射热计的一部分。
在某些方面，电路布置800可以是图1的IR图像捕获电路105的一部分。例如，IR图像检测器电路110可以利用IR检测器805和放大器布置810和815来检测IR辐射并基于IR检测器805检测到的IR辐射生成像素值。在某些情况下，开关830、835、840和845可以表示与读出电路115对IR检测器805读出相关联的定时。在某些情况下，决策逻辑825可以是读出电路115的一部分，以便于在每像素的基础上选择成像模式。
放大器布置810包括放大器和反馈阻抗Zhigh。放大器布置815包括放大器和反馈阻抗Zlow。在某些情况下，放大器布置810和815可以分别用于第一成像模式(例如，HG模式)和第二成像模式(例如，LG模式)。放大器布置810和815的放大器特性(例如，增益、输入阻抗、输出阻抗)和/或反馈阻抗可以针对不同的成像模式被不同地配置。例如，放大器布置810中的放大器的增益可以不同于放大器布置815中的放大器的增益，和/或反馈阻抗Zhigh可以不同于反馈阻抗Zlow。尽管图8与两个成像模式相关联，但电路布置800可以扩展以允许附加成像模式(例如，使用附加放大器布置)。
当开关830和835处于关闭状态(例如，开状态)时，放大器布置810接收IR检测器805的输出，基于IR检测器805的输出生成电信号(例如，电压、电流)，并向ADC电路820提供电信号(例如，用于转换为数字计数值)。当开关830和835处于打开状态(例如，关状态)时，放大器布置810与图8所示的其余组件隔离。类似地，当开关840和845处于关闭状态时，放大器布置815接收IR检测器805的输出，基于IR检测器805的输出生成电信号，并向ADC电路820提供电信号。当开关840和845处于打开状态时，放大器布置815与图8所示的其余组件隔离。在某些情况下，开关830、835、840和845的状态(例如，关闭或打开状态)也可以根据与成像模式相关联的读出时间进行设置。
决策逻辑825可以基于与当前像素相关联的ADC电路820的输出(例如，数字计数值)，确定要用于下一像素的成像模式。如例如关于图6和图7所讨论的，决策逻辑825可以将与当前像素相关联的数字计数值和与用于当前像素的成像模式相关联的转换阈值进行比较。例如，当使用高增益模式捕获当前像素并且与当前像素相关联的数字计数值高于转换阈值(例如，高到低饱和阈值)时，决策逻辑825可以为下一个像素选择低增益模式。下一个像素可以与当前像素在同一个IR图像中，或者可以在另一个IR图像(例如，包含当前像素的IR图像之后的空间上相邻的IR图像)中。
在某些方面，决策逻辑825可以是如图2所示的开关逻辑225、可以包括该开关逻辑225或者可以是该开关逻辑225的一部分。在某些方面，决策逻辑825和/或开关逻辑225可以是读出电路115的一部分。在这些方面，虽然决策逻辑825可以在读出电路115的数字部分中实现，但决策逻辑825也可以在模拟域中实现(例如，基于放大器布置810或815的输出，而无需中间的ADC电路)。
在某些情况下，决策逻辑825可以生成信号(例如，电压信号)，该信号配置开关830、835、840和845。替代地或者另外，决策逻辑825可以生成指示将IR成像设备100转换到哪个成像模式的信号，并向电路(例如，开关逻辑225)提供该信号，以生成控制信号，从而配置开关830、835、840和845。在某些情况下，ADC电路820和/或决策逻辑825可以由不同像素共享(例如，以时间复用方式)。在这些情况下，可以将来自不同像素的输出提供给ADC电路820和/或决策逻辑825，并且决策逻辑825可以生成用于设置对于接收到的每个像素值(例如，来自像素和/或来自ADC电路820)的成像模式的信号。读出电路115的输出流可以包括像素值和对下游处理的用于捕获像素值的成像模式的指示(例如，一个或多个位)。
图9说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进在多个成像模式中的IR成像的示例电路布置900。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行改变。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。图8中的描述通常适用于图9，其中图8和图9之间的差异示例以及本文提供的其他描述的目的是为了清晰和简单。通过使用较少数量的放大器布置(例如，图9中的一个与图8中的两个相比)，可以节省芯片所占面积和/或可以降低功耗。
电路布置900包括IR检测器805、放大器布置905、ADC电路820、决策逻辑910和开关915。放大器布置905包括放大器和可变反馈阻抗Zvar。放大器布置905的特性可以调整以实现不同的成像模式。例如，可变反馈阻抗Zvar的阻抗值可以调整以实现放大器布置905的不同有效增益，并且相应地实现不同的成像模式。在某些情况下，放大器可以包括可以独立于调整可变反馈阻抗Zvar而进行调整的组件。
在图9中，可以利用决策逻辑910基于放大器布置905的输出将放大器布置905从在一个成像模式下操作切换到在另一个成像模式下操作。决策逻辑910可以将与像素相关联的ADC电路820的输出和与用于捕获像素的像素值的成像模式相关联的转换阈值进行比较。例如，如果像素当前在高增益模式下操作，如果像素输出超过转换阈值(例如，高到低饱和阈值)，则可以发生切换到低增益模式的决策。如果像素当前在低增益模式下操作，如果像素输出落于不同的转换阈值(例如，低到高饱和阈值)以下，则可以发生切换到高增益模式的决策。与图8中的决策逻辑825类似，虽然决策逻辑910可以在读出电路115的数字部分中实现，但决策逻辑910也可以在模拟域中实现(例如，基于放大器布置905的输出，而无需插中间ADC电路)。在某些情况下，决策逻辑910可以生成信号(例如电压信号)，该信号配置开关915以将检测信号(例如电流信号)从IR检测器805耦合到放大器布置905。与捕获IR图像数据和相关联的读出相关联的定时可以通过使用此类控制信号来实现。在其他情况下，开关915的开或关状态可以由其他控制电路(例如，由IR图像检测器电路110和/或读出电路115提供)控制。
在一个或多个实施例中，可以在单个帧期间捕获与不同成像模式相关联的值。在一个方面，可以对ROIC(例如，读出电路115)做出决策，以便读出第一成像模式像素值(例如，高增益模式像素值)或第二成像模式像素值(例如，低增益模式像素值)。在某些情况下，这种像素值可以与一个或多个位一起读出，所述一个或多个位指示(例如，向下游处理)像素值是与第一成像模式还是第二成像模式相关联。在一个方面，像素保持不饱和，同时也为那些不饱和的像素保持最大增益(例如，并且因此最小噪声等效温差(NEDT))。此外，通过在单个帧期间捕获不同的成像模式，相对于采用两个成像模式的情况(例如，30Hz的帧速率，其中对于第一成像模式摄取一个图像并对于第二成像模式摄取一个图像)，可以保持较高的帧速率(例如，60Hz)。
图10说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进在多个成像模式中的IR成像的示例电路布置1000。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。图9的描述通常适用于图10，为清晰和简单的目的，本文提供了差异示例和其他描述。
电路布置1000包括IR检测器805、放大器布置905、ADC电路820、开关915、决策逻辑1005、低通滤波器(LPF)1010和开关1015。放大器布置905的特性可以调整以实现不同的成像模式。可以利用决策逻辑1005基于放大器布置905的输出将放大器布置905从在一个成像模式下操作切换到在另一个成像模式下操作。例如，在图10中，通过调整放大器布置905的可变反馈阻抗Zvar，决策逻辑1005可以导致从一个成像模式转换到另一个成像模式。当开关1015打开(例如，处于关状态)时，可以使用LPF 1010来从放大器布置905的输出降低噪声。当开关1015关闭(例如，处于开状态)时，LPF 1010短路，并且放大器布置905的输出不被LPF1010滤波(例如，输出直接路由到ADC电路820)。因此，开关1015可以用于选择性地短路LPF1010。当开关1015打开时，LPF 1010可以称为被接通并且当开关1015关闭时，LPF 1010可以称为被断开。尽管图10(及随后的图)使用开关1015来有效地接通或断开LPF 1010，但也可替代地或附加地可以使用其他方式接通或断开LPF 1010。
在实施例中，在操作电路布置1000时，决策逻辑1005可以关闭开关1015以短路LPF1010，并酌情设置可变反馈阻抗Zvar以实现较高增益模式(例如，HG模式)。如果由ADC电路820提供的放大器布置905的输出的数字计数值超过转换阈值(例如，高到低饱和阈值)，则决策逻辑1005可以酌情设置可变反馈阻抗Zvar，以导致从较高增益模式到较低增益模式的转换。
在某些情况下，在预定时间量T1(例如，用户和/或制造商指定的时间量)之后，决策逻辑1005保持在t＝T1时使成像模式生效，并且开关1015打开，以允许LPF 1010对放大器布置905的输出进行滤波。例如，如果较高增益模式在t＝T1时生效(例如，到t＝T1之前ADC电路820的输出不超过转换阈值)，则决策逻辑1005对于t>T1将电路布置1000的操作保持在高增益模式下。如果低增益模式在t＝T1时生效(例如，在t＝T1之前发生从较高增益模式到较低增益模式的转换)，则决策逻辑1005对于t>T1将电路布置1000的操作保持在低增益模式下。
在实施例中，预定的时间量T1可以是总的线(line)时间Tline的百分比。例如，可以将预定的时间量T1设置为总的线时间的约20％(例如，T1＝0.20Tline)。在一个方面，总的线时间是有源检测器(例如，有源测辐射热计，例如IR检测器805)被偏置的持续时间。在一整行检测器(例如，测辐射计)一起被偏置的情况下，总的线时间可以是总的帧时间除以线数量。例如，当对256行的帧速率为60Hz时，线时间为(1/60)Hz/256线≈65μs/线。
在预定时间量T1之前，在有效关断LPF 1010的情况下(例如，通过接通开关1015)，放大器布置905的输出通常会快速移动以接近其最终值，从而允许在执行滤波之前做出成像模式决策。开关1015可以由决策逻辑1005和/或其他提供具有适当定时的控制信号的控制电路控制。在预定时间量T1之后，有效地接通LPF 1010(例如，通过关断开关1015)，以允许对与决策逻辑1005选择的成像模式相关的输出进行滤波，以减少噪声。例如，LPF 1010可以通过滤掉高频噪声分量来限制放大器布置905的输出的噪声带宽。
选择的成像模式下放大器布置905的输出可以由ADC820数字化。决策逻辑1005可以生成一个或多个位，以指示与放大器布置905的输出相关联的选择的成像模式。在这点上，决策逻辑1005可以提供数字化像素值(例如，放大器布置905的输出的数字化表示)连同每个数字化像素值的一个或多个相关联的位，以向下游处理(例如，由处理管道210或215执行)提供数字化像素值的选择的成像模式的指示。在具有两个成像模式(例如，高增益和低增益模式)的情况下，选择的成像模式的指示可以是单个位，以指示相关联的样本(例如，数字值)是在第一成像模式还是第二成像模式下摄取的。通过在单个帧内(例如，在总的线时间内)在成像模式之间进行选择性切换，可以在较高增益模式下对小信号进行采样，并且在单个帧内，可以在较低增益模式下对大信号进行采样。
图11说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进在多个成像模式下的IR成像的示例电路布置1100。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。图10的描述通常适用于图11，为清晰和简单的目的，本文提供了差异示例和其他描述。
电路布置1100包括IR检测器805、ADC电路820、开关915、LPF 1010、开关1015、决策逻辑1105、放大器布置1110、可变阻抗Z1115和开关1120。放大器布置1110包括放大器和反馈阻抗Zfb。可以调整可变阻抗1115的阻抗值以实现电路布置1100的不同有效增益，并且相应地实现不同的成像模式。
可变阻抗1115可以经由开关1120选择性地耦合到IR检测器805。例如，一个或多个成像模式可以通过关闭开关1120将可变阻抗1115耦合到IR检测器805来实现，而一个或多个其他成像模式可以通过打开开关1120将可变阻抗1115与IR检测器805解耦来实现。尽管可变阻抗1115被描述为单个电阻，但可变阻抗1115可以包括多个电阻元件和/或电抗元件。作为一个示例，可变阻抗1115可以包括与IR检测器805并联的一个或多个电阻。作为另一个示例，阻抗1115可以包括与IR检测器805并联的一个或多个电阻以及与IR检测器805串联的一个或多个电阻。在某些情况下，可变阻抗1115的一个或多个这些电阻和/或电抗元件可以是调整的以实现不同的成像模式。
可以利用决策逻辑1105基于放大器布置905的输出将电路布置1100从在一个成像模式下操作切换到在另一个成像模式下操作。通过调整可变阻抗1115和/或选择性地将可变阻抗1115耦合到IR检测器805，决策逻辑1105可以导致从一个成像模式转换到另一个成像模式。开关1015可以用于选择性地短路LPF 1010。在某些方面，电路布置1100的操作类似于电路布置1000的操作，除了通过控制电路布置1100中的可变阻抗1115和/或开关1120来实现不同的成像模式之外。
尽管图11说明了这样一个示例，其中决策逻辑1105可以通过调整可变阻抗1115和/或经由开关1120选择性地将可变阻抗1115耦合到IR检测器805来选择性地实现不同的成像模式，替代地或者另外，决策逻辑1105可以以其他方式选择性地实现不同的成像模式。在某些情况下，替代调整可变阻抗1115或者除了调整可变阻抗1115之外，电路布置1100可以包括可被调整(例如，通过决策逻辑1105)的组件，例如将反馈阻抗Zfb实现为先前如图10所示的可变反馈阻抗。在这些情况下，放大器布置905、可变阻抗1115和/或反馈阻抗Zfb的放大器特性(例如，增益、输入阻抗、输出阻抗)可以针对不同的成像模式被不同地配置。
图12说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进在多个成像模式下的IR成像的示例过程1200的流程图。为了解释的目的，本文主要分别参考图10和图11的电路布置1000和1100来描述示例过程1200；然而，示例过程1200不限于电路布置1000和1100。注意，一个或多个操作可以根据需要组合、省略和/或以不同的顺序执行。在一个或多个实施例中，可以对由IR图像捕获电路105捕获的IR图像的每个像素执行图12的框。
在框1205处，LPF 1010关断。通过接通开关1015(例如，将开关1015设置为关闭状态)，例如通过使用决策逻辑(例如，1005、1105)和/或其他控制电路的控制信号，可以关断LPF 1010。在框1210处，决策逻辑选择第一成像模式(例如，高增益模式)。通过调整与电路布置(例如，1000、1100)相关联的增益，决策逻辑可以导致在第一成像模式下的操作。例如，决策逻辑可以通过调整阻抗Zvar和/或阻抗Z1115来调整电路布置提供的增益。在框1215处，IR图像检测器电路110使用选择的成像模式(例如，在框1210处选择的高增益模式)检测红外数据。红外数据基于使用IR检测器805而捕获的红外辐射。
在框1220处，确定是否已经过了预定时间量T1。作为示例，预定时间量可以是总的线时间的百分比，例如总的线时间的约20％。当未经过预定时间量时，过程1200从框1220继续到框1225。在框1225处，确定基于检测到的红外数据的像素值是否超过转换阈值。像素值可以使用ADC电路820生成。当像素值不超过转换阈值时，过程1200从框1225继续到框1230。在框1230处，决策逻辑将第一成像模式保持为选择的成像模式。该过程继续到框1215，其中IR图像检测器电路110继续使用第一成像模式检测红外数据。当像素值超过饱和阈值时，过程1200从框1225继续到框1235。在框1235处，决策逻辑选择第二成像模式。该过程继续到框1215，其中IR图像检测器电路110使用第二成像模式检测红外数据。
当已经过预定时间量时，过程1200从框1220继续到框1240。在这点上，一旦经过预定时间量，决策逻辑就不再能改变成像模式。在框1240处，LPF 1010接通。例如，LPF 1010可以从时间t＝T0＝0到时间t＝T1关断，并在时间t＝T1或在时间t＝T1之后接通。在本示例中，时间t＝T0＝0可以是预先确定的时间，其标识在框1215处开始检测红外数据的初始时间。在某些情况下，t＝0+(例如，紧接指定为零的时间之后的时间)可以是有源检测器(例如，IR检测器805)开始被偏置的时间。预定时间t＝T2可以设置为LPF 1010接通的时间。在某些情况下，T2＝T1 +或之后。在某些情况下，可以将T2设置为晚于T1，以在接通LPF 1010之前允许一定的延迟，即使在成像模式在时间t＝T1或接近t＝T1发生改变的情况下也是如此。作为示例，在T1(例如，T1＝0.20Tline和T2＝0.35Tline)之后，可以在总的线时间的约15％接通LPF1010。在其他情况下，不使用延迟以使得T2＝T1 +(例如，紧接T1之后的时间)，在这种情况下，可以在决策逻辑(例如，1005、1105)可以调整成像模式的最后时刻t＝T1接通LPF 1010。如前所述，IR图像捕获电路105可以包括和/或可以耦合到控制电路(例如，时钟电路)，该控制电路根据预定时间T0、T1和T2在适当的时间提供适当的控制信号以进行操作。
在框1245处，IR图像检测器电路110使用选择的成像模式(例如，高增益模式或低增益模式)检测红外数据。在框1250处，ADC电路820生成与选择的成像模式相关联的像素值。在一个方面，像素值可以称为电路布置的输出像素值。在某些情况下，决策逻辑可以将输出像素值连同指示选择的成像模式的位(或多个位)一起传递，以便于路由到与选择的成像模式相关联的处理管道和/或由其进行处理。在这点上，可以基于选择的成像模式(例如显示和/或存储之前)，将来自ADC电路820的输出像素值提供给适当的处理管道(例如，处理管道210或215)。替代地或者另外，可以使用与选择的成像模式相关联的调色板映射来自ADC电路820的输出像素值，以便于显示。在某些情况下，在由适当的处理管道处理后，调色板可以应用于输出像素值。
在一些实施例中，过程1200可以促进高增益模式(例如，第一成像模式)和低增益模式(例如，第二成像模式)之间的选择。这样的选择可以允许在高增益模式(例如，为了更高的灵敏度)下对小信号(例如，距离饱和较远的信号)进行采样和在低增益模式(例如，为了更高的动态范围)下对大信号进行采样。尽管参照两个成像模式来描述过程1200，但在其他实施例中，可以使用两个以上的成像模式。
图13说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式下促进IR成像的示例电路布置1300。然而，并非所有所描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括图中未示出的附加组件。组件的布置和类型可以在不违背本文所述权利要求的精神或范围的情况下进行变化。可以提供附加组件、不同组件和/或更少组件。图10的描述通常适用于图13，为清晰和简单的目的，本文提供了差异示例和其他描述。
电路布置1300包括IR检测器805、放大器布置905、开关915、LPF 1010、开关1015、决策逻辑1305、ADC电路1310和ADC电路1315。放大器布置905包括放大器和可变反馈阻抗Zvar。可变反馈阻抗Zvar的阻抗值可以调整以实现放大器布置905的不同有效增益，并相应地实现不同的成像模式。在某些情况下，放大器布置905可以包括替代调整可变反馈阻抗Zvar或者除了调整可变反馈阻抗Zvar之外可以被调整的组件。
在某些方面，在操作电路布置1300时，决策逻辑1305可以导致电路布置1300在较低增益模式(例如，LG模式)下操作，并关闭开关1015以短路LPF 1010。例如，决策逻辑1305可以根据需要设置可变反馈阻抗Zvar，以实现较低增益模式。在预定时间量T1之后，可以对在较低增益模式下的放大器布置905的输出进行采样。例如，可以将预定时间量T1设置为总的线时间的约10％到20％之间(例如，T1可以在0.10Tline到0.20Tline之间)。在一个方面，由于样本没有被LPF 1010滤波(例如，LPF 1010短路)，所以放大器布置905的输出可能具有高噪声。由于样本是在低增益模式下捕获的，所以来自IR检测器805的大信号通常不饱和。在某些情况下，较高的噪声通常对于较高的信号(例如，幅度较大的信号)较可接受。
在低增益模式下对输出进行采样后，决策逻辑1305可以导致电路布置1300的操作从较低增益模式转换为较高增益模式(例如，HG模式)，并允许放大器布置905的输出在接通LPF 1010之前移到新的输出水平。在某些情况下，可以在预定时间量T2接通LPF 1010。例如，预定时间量T2可以设置为总的线时间的约20％到约40％之间(例如，T2可以在0.20Tline到0.40Tline之间)。在这点上，从预定时间t＝T0＝0到预定时间T2可将LPF1010关断。LPF1010可以继续对从放大器布置905输出的信号进行滤波，并在总的线时间Tline结束时对信号进行采样。在某些情况下，在总的线时间结束时对信号进行采样可以通过滤波最大限度地降低噪声。
ADC电路1310可以数字化T1时捕获的较低增益模式样本(例如，数字化可以在T1之后的某个时间执行)。ADC电路1315可以数字化在总的线时间结束时捕获的较高增益模式样本(例如，数字化可以在t＝Tline之后的某个时间执行)。决策逻辑1305可以选择较低增益模式样本或较高增益模式样本中的一个。在一个方面，当较高增益模式样本具有高于阈值(例如，饱和阈值)的值时，决策逻辑1305可以选择较低增益模式样本。否则，当较高增益模式样本没有高于阈值的值时，决策逻辑1305可以选择较高增益模式样本。例如，阈值可以是14746(例如，14位的16384最大计数值的约90％)，并且当较高增益模式样本在14746处或14746以上(例如，从14746到16384)时，决策逻辑1305可以选择较低增益模式样本，并且当较高增益模式样本低于14746(例如，从0到14745)时，可以选择较高增益模式样本。决策逻辑1305可以生成指示与选择的样本相关联的成像模式的一个或多个位。在上述具有两个成像模式的示例中，决策逻辑1305可以生成值为1的位，以指示选择的样本为较高增益模式样本，和值为0的位，以指示选择的样本为较低增益模式样本，或反之亦然。决策逻辑1305可以提供数字化像素值(例如，放大器布置905的输出的数字化表示)连同每个数字化像素值的一个或多个相关联的位，以向下游处理(例如，由处理管道210执行)提供数字化像素值的选择的成像模式的指示。
在某些情况下，ADC电路1310和1315可以各自包括或可以耦合到由适当控制信号和相关定时控制的一个或多个开关和/或一个或多个电抗元件(例如电容)，以允许对来自放大器布置905或LPF 1010的输出数字化。例如，ADC电路1310可以包括和/或可以耦合到由开关和电容形成的采样保持电路。开关可以选择性地打开或关闭，以便于在t＝T1时对较低增益模式样本进行采样，并保持来自放大器布置905的较低增益模式信号，以及对保持的低增益模式信号进行数字化。类似地，例如，ADC电路1315可以包括和/或可以耦合到由开关和电容形成的采样保持电路。开关可以选择性地打开或关闭，以便于对来自放大器布置905的较高增益模式信号进行采样和保持以及对保持的较高增益模式信号进行数字化。
尽管图13说明了具有两个增益模式(例如，高增益和低增益模式)的示例，但在其他实施例中，电路布置1300可以容纳两个以上的增益模式。在这些实施例中，在帧内，决策逻辑1305可以根据需要调整放大器布置905，以在不同的时间实现不同的成像模式。与每个增益模式相关联的样本可以在相应时间被捕获。例如，在具有高增益模式、中增益模式和低增益模式的情况下，电路布置1300可以从t＝0到t＝T1操作在低增益模式下，其中低增益模式在t＝T1时被采样，从t＝T1 +(例如，紧接T1之后)到t＝T2操作在中增益模式下，以及从t＝T2 +到t＝Tline操作在高增益模式下。在某些情况下，LPF 1010可以在t＝T3时接通，其中Tline>T3>T2，并且在t＝T3之前关断。
图14说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式中促进IR成像的示例过程1400的流程图。为了解释目的，本文主要参考图13的电路布置1300来描述示例过程1400；然而，示例过程1400不限于电路布置1300。注意，一个或多个操作可以根据需要组合、省略和/或以不同的顺序执行。在一个或多个实施例中，可以对由IR图像捕获电路105捕获的IR图像的每个像素执行图14的框。
在框1405处，关断LPF 1010。通过接通开关1015(例如，将开关1015设置为关闭状态)，可以关断LPF 1010。在框1410处，IR图像检测器电路110使用第一成像模式(例如，低增益模式)检测第一红外数据。第一红外数据基于使用IR检测器805捕获的红外辐射。例如，在某些情况下，通过将可变阻抗Zvar和/或另一阻抗(例如，可变阻抗Z1115)设置为与第一成像模式相关联的阻抗值，决策逻辑1305可以导致IR图像检测器电路110在第一成像模式下的操作。在框1415处，ADC电路1310在第一预定时间T1获得第一成像模式样本。例如，ADC电路1310可以包括或可以耦合到采样保持电路，该采样保持电路在第一预定时间t1对第一红外数据进行采样以获得第一成像模式样本，并且保持第一成像模式样本至少直到第一成像模式样本被ADC电路1310数字化。
在框1420处，决策逻辑1305生成适当的控制信号，以将电路布置1300从第一成像模式转换为第二成像模式(例如，高增益模式)。决策逻辑1305可以通过调整与IR图像检测器电路110相关联的增益(例如通过调整可变阻抗Zvar的阻抗值)导致在第二成像模式下的操作。在框1425处，IR图像检测器电路110使用第二成像模式检测第二红外数据。第二红外数据基于使用IR检测器805捕获的红外辐射。在框1430处，LPF 1010在第二预定时间t2(例如，其中T2>T1)接通。在一种情况下，第二预定时间T2发生在IR图像检测器电路110开始使用第二成像模式检测第二红外数据之后，以允许放大器布置905的输出在接通LPF 1010之前移动到新的输出水平。在框1435处，ADC电路1315获得第二成像模式样本。例如，第二成像模式样本可以在总的线时间Tline结束时获得。ADC电路1315可以包括或可以耦合到采样保持电路，该采样保持电路在线时间结束时对第二红外数据进行采样以获得第二成像模式样本并且保持第二成像模式样本至少直到第二成像模式样本被ADC电路1315数字化。第一预定时间T1的示例范围可以在0.10Tline和0.20Tline之间。第二预定时间T2的示例范围可以在0.20Tline和0.40Tline之间。在这些示例中，在T1和T2之间，当电路布置1300使用第二成像模式检测第二红外数据时，LPF 1010被关断。
在框1440处，ADC电路1310基于第一成像模式样本生成第一像素值。在框1445处，ADC电路1315基于第二成像模式样本生成第二像素值。例如，可以在获得第一成像模式样本之后(例如，在t＝T1之后)的某个时间生成第一像素值，并且可以在获得第二成像模式样本之后(例如，在t＝Tline之后)的某个时间生成第二像素值。在框1450处，进行关于第二像素值是否超过阈值的确定。例如，阈值可以是最大计数值(例如，14位为14746)的90％。当确定第二像素值不超过阈值时，过程1400继续到框1455。在框1455处，决策逻辑1305选择第二像素值作为电路布置1300的输出像素值。当确定第二像素值超过阈值时，过程1400继续到框1460。在框1460处，决策逻辑1305选择第一像素值作为电路布置1300的输出像素值。在一个方面，输出像素值(例如，选择的第一或第二像素值)可以提供给适当的下游管道进行处理。在这点上，决策逻辑1305可以生成一个或多个位来指示与像素值(例如，第一或第二像素值)相关联的成像模式，该像素值被选作框1455或1460处的输出像素值。可以提供处理后的输出像素值进行显示(例如，在对处理后的输出像素值应用调色板之后)和/或存储。
尽管上述描述主要参考具有与超过一个成像模式相关联的像素的图像，但在一些实施例中，每个图像只能与单个成像模式相关联(例如，图像的所有像素与相同的成像模式相关联)。
在一个实施例中，每个红外图像可以与多个成像模式中的单个成像模式相关联。每个成像模式可以与调色板相关联。在一个方面，当成像模式改变时，用于显示捕获和/或处理的IR图像的调色板可以自动改变。这样的自动改变可以向用户提供成像模式已经改变的可见指示。对于不同的用户和/或不同的应用，红外图像的易于可解释的可视化可以有所不同。通过非限制性示例的方式，调色板可以包括彩虹调色板、灰度调色板、铁虹调色板、熔岩调色板和医学调色板。在一个方面，在显示红外图像时，还可以将与调色板相关联的图例与红外图像一起显示，以将红外图像的不同颜色值(例如，RGB值)或灰度值(例如，强度值)与相应的温度或温度范围相关联。
图15说明了根据本公开的一个或多个实施例的用于在多个成像模式下促进IR成像的示例过程1500的流程图。为了解释的目的，本文主要参照图1-3的IR成像设备100来描述示例过程1500；然而，示例过程1500不限于图1-3的IR成像设备100。注意，一个或多个操作可以根据需要组合、省略和/或以不同的顺序执行。
在框1505处，IR图像捕获电路105使用选择的成像模式捕获红外图像。例如，IR图像捕获电路105可以捕获红外图像数据并处理捕获的红外图像数据(例如，使用与选择的成像模式相关联的处理管道)以提供红外图像。在框1510处，IR图像捕获电路105使用与选择的成像模式相关联的调色板提供红外图像进行显示。在某些情况下，红外图像可以由显示器135显示。在框1515处，IR图像捕获电路105确定是否转换到不同的成像模式。例如，当选择的成像模式为第一成像模式(例如，高增益模式)时，当红外图像中至少阈值数量的像素(例如，红外图像的至少15％)超过与第一成像模式相关联的饱和阈值(例如，高到低饱和阈值，例如14位情况下的12000计数)时，IR图像捕获电路105可以确定转换到第二成像模式。当选择的成像模式为第二成像模式(例如，低增益模式)时，当红外图像中至少阈值数量的像素低于与第二成像模式相关联的低到高饱和阈值时，IR图像捕获电路105可以确定转换到第一成像模式。
当确定不转换到不同的成像模式时，该过程从框1515继续到框1505。在这点上，IR图像捕获电路105使用用于捕获先前红外图像的相同成像模式捕获下一个红外图像。当确定要转换到不同的成像模式时，该过程从框1515继续到框1520。在框1520处，IR图像捕获电路105选择不同的成像模式以转换到不同的成像模式。参考图9，IR图像捕获电路105可以通过调整IR图像检测器电路110的每个检测器的可变反馈阻抗Zvar的阻抗值来实现转换。然后，过程1500为下一个红外图像继续到框1505。作为示例，与高增益模式和低增益模式相关联的调色板可以分别是铁虹调色板和熔岩调色板。从高增益模式到低增益模式的转换可以导致从铁虹调色板到熔岩调色板的对应转换。所用调色板中的这种转换在显示时(例如，通过显示器135)对用户可见。
在一个或多个实施例中，一种方法可以包括操作包括红外图像捕获电路(例如，105)和至少一个处理电路(例如，120)的设备。该方法可以包括使用红外图像捕获电路捕获与使用多个成像模式中的第一成像模式的第一多个像素值相关联的第一红外图像。多个成像模式中的每一个都可以与相应一组特性相关联。在一个方面，该组特性可以包括灵敏度、动态范围、可由红外图像捕获电路表示的最低温度或可由红外图像捕获电路表示的最高温度中的至少一个。至少一个处理电路可以与红外图像捕获电路通信耦合。该方法还可以包括使用至少一个处理电路确定至少阈值数量的第一多个像素值是否超过饱和阈值。该方法还可以包括当确定少于阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值时，使用至少一个处理电路将设备保持在第一成像模式中，并且当确定至少阈值数量的第一多个像素超过饱和阈值时，将设备从第一成像模式转变为不同的模式状态。在某些情况下，第一成像模式(例如，高增益模式)可以与比多个成像模式中的每个其余成像模式(例如，低增益模式)低的动态范围相关联。
在某些方面，该方法可以包括使用红外图像捕获电路，通过检测第一红外数据并基于第一红外数据和第一成像模式生成第一多个像素值来捕获第一红外图像。红外图像捕获电路可以包括多个红外检测器电路。多个红外检测器电路中的每一个可以被配置为通过检测第一红外数据的相应部分并基于第一成像模式和第一红外数据的该相应部分生成第一多个像素值中的相应一个来捕获第一红外图像的相应部分。第一红外图像可以由第一多个像素值形成。
在某些方面，不同的模式状态可以是超帧状态。超帧状态可以与使用多个成像模式中的不同成像模式捕获至少两个红外图像中的每一个相关联。当设备处于超帧状态时，该方法还可以包括，使用红外图像捕获电路，使用第一成像模式(例如，高增益模式)捕获第二红外图像，以及使用多个成像模式中的相应成像模式捕获至少一个其他红外图像中的每一个，其中每个相应的成像模式(例如，低增益模式、中增益模式等)可以不同于第一成像模式。该方法还可以包括，使用至少一个处理电路，基于第二红外图像和至少一个其他红外图像中的每一个来生成组合的红外图像。
在某些情况下，至少一个其他红外图像可以包括使用多个成像模式中的第二成像模式捕获的第三红外图像。为了生成组合的红外图像，该方法可以包括确定与第三红外图像的部分相关联的一组像素值，该第三红外图像的部分对应于第二红外图像的与被确定为超过饱和阈值的像素值相关联的部分，以及基于与被确定为不超过饱和阈值的第二红外图像相关联的像素值和所述一组像素值来生成组合的红外图像。
方法还可以包括，使用至少一个处理电路，使用与第一成像模式相关联的第一调色板提供第一红外图像进行显示，以及使用不同于第一调色板的第二调色板提供组合的红外图像的至少一部分进行显示。在某些情况下，该方法还可以包括使用一个或多个显示器(例如，135)显示使用第一调色板的第一红外图像以及使用第二调色板的组合的红外图像的该一部分。
在某些方面，不同的模式状态可以是多个成像模式中的第二成像模式。在某些情况下，第二成像模式可以是与比第一成像模式高的动态范围相关联的任何成像模式。在这些方面，该方法还可以包括，使用红外图像捕获电路，当确定至少阈值数量的第一多个像素值超过饱和阈值时，使用第二成像模式捕获与第二多个像素值相关联的第二红外图像。该方法还可以包括，使用至少一个处理电路，使用与第一成像模式相关联的第一调色板提供第一红外图像进行显示，以及使用与第二成像模式相关联的第二调色板提供第二红外图像进行显示。在某些情况下，该方法还可以包括使用一个或多个显示器显示使用第一调色板的第一红外图像和使用第二调色板的第二红外图像。
在一个或多个实施例中，一种方法可以包括操作包括红外图像捕获电路(例如，105)和至少一个处理电路(例如，120)的设备。该方法可以包括，使用红外图像捕获电路，检测第一红外数据并基于第一红外数据和多个成像模式中的第一成像模式(例如，低增益模式、高增益模式)来生成第一像素值。该方法还可以包括，使用至少一个处理电路，将第一像素值和与第一成像模式相关联的第一组饱和阈值进行比较，基于第一像素值的比较在多个成像模式中选择成像模式，以及基于基于第一像素值的比较而选择的成像模式设置红外图像捕获电路来提供输出像素值。在某些情况下，该方法可以包括，使用至少一个处理器电路，基于与选择的成像模式相关联的调色板提供输出像素值进行显示。在某些情况下，红外图像捕获电路的读出电路(例如，115)可以包括至少一个处理电路。
在某些方面，红外图像捕获电路可以包括被配置为检测第一红外数据的红外检测器(例如，805)、耦合到红外检测器的放大器布置(例如，905、1110)、耦合到放大器布置的低通滤波器(例如，1010)和耦合到低通滤波器并被配置为生成第一像素值的模数转换器电路(例如，820)。在某些情况下，第一成像模式可以是高增益模式。在某些情况下，第一成像模式可以是相对于多个成像模式中的其余成像模式具有最低动态范围和最高灵敏度的成像模式。
可以在第一预定时间(例如，t＝T0＝0)和第二预定时间(例如，t＝T1)之间关断低通滤波器。低通滤波器可以在第二预定时间接通。该方法还可以包括，使用至少一个处理电路，到第一和第二预定时间之间的第三预定时间(例如，t＝T2)之前选择成像模式。在某些情况下，该方法还可以包括，使用至少一个处理电路，调整与设备相关联的增益以从第一成像模式转换到选择的成像模式。例如，可以通过调整放大器布置的可变反馈阻抗(例如图10的可变阻抗Zvar)来调整增益。
在某些方面，该方法还可以包括检测第二红外数据并基于第二红外数据和多个成像模式中的第二成像模式生成第二像素值。在某些情况下，与第一成像模式相比，第二成像模与较高的动态范围相关联。在其他情况下，与第一成像模式相比，第二成像模式与较低的动态范围相关联。
该方法还可以包括，当第一像素值不超过第一组饱和阈值中的任何饱和阈值时，使用至少一个处理电路选择第一成像模式。在某些情况下，该方法还可以包括，当第一像素值超过第一组饱和阈值中的至少一个饱和阈值时，使用至少一个处理电路选择第二成像模式。当第一成像模式为选择的成像模式时，输出像素值可以基于第一像素值。当第二成像模式为选择的成像模式时，输出像素值可以基于第二像素值。在这种情况下，与第一成像模式相比，第二成像模式可以与较低的动态范围相关联。
在某些方面，红外图像捕获电路可以包括第一模数转换器电路和第二模数转换器电路。该方法可以进一步包括，使用第一模数转换器电路在第一预定时间对第一像素值进行采样，并对第一像素值进行数字化，以获得数字化的第一像素值。该方法可以进一步包括使用第二模数转换器电路在第二预定时间对第二像素值进行采样，并对第二像素值进行数字化，以获得数字化的第二像素值。该方法可以进一步包括当第一像素值超过第一组饱和阈值中的至少一个饱和阈值时，使用至少一个处理电路选择第二成像模式。取决于选择的成像模式，输出像素值可以基于数字化的第一像素值或数字化的第二像素值。在一个方面，红外图像捕获电路可以进一步包括低通滤波器，其被配置为在第一预定时间和第二预定时间之间的第三预定时间之前关断。第一预定时间可以是总的线时间(例如，Tline)。第二预定时间可以在第一预定时间之前。
在某些方面，基于第一像素值的比较而选择的成像模式可以包括多个成像模式中的第二成像模式。该方法可以进一步包括，使用红外图像捕获电路基于第二成像模式生成输出像素值。该方法可以进一步包括，使用至少一个处理电路，生成包括第一像素值和输出像素值的红外图像。该方法可以进一步包括，使用至少一个处理电路，将输出像素值和与第二成像模式相关联的第二组饱和阈值进行比较，基于输出像素值的比较在多个成像模式中选择成像模式，并基于基于输出像素值的比较做出的选择来设置红外图像捕获电路以生成第二像素值。
在某些方面，该方法可以进一步包括，使用红外图像捕获电路，在检测第一红外数据之后检测第二红外数据，并基于第二红外数据和基于第一像素值的比较而选择的成像模式生成输出像素值。该方法可以进一步包括，使用红外图像捕获电路，基于第一红外数据生成第一红外图像，并基于第二红外数据生成第二红外图像。第一红外图像包括第一像素值。第二红外图像包括输出像素值。在某些情况下，第一红外图像可以与多个像素坐标相关联，第二红外图像可以与相同的多个像素坐标相关联，并且第一像素值和输出像素值可以与多个像素坐标中的相同像素坐标相关联。
在一个或多个实施例中，一种方法可以包括操作包括红外图像捕获电路(例如，105)和至少一个处理电路(例如，120)的设备。该方法可以包括使用红外图像捕获电路基于多个成像模式中的第一成像模式(例如，低增益模式、高增益模式)捕获第一红外图像。该方法可以包括，使用至少一个处理电路，使用与第一成像模式相关联的第一调色板提供红外图像进行显示。该方法可以包括使用至少一个处理电路，基于红外图像确定是否转换到多个成像模式中的第二成像模式，其中第二成像模式不同于第一成像模式。该方法可以包括当确定要转换到不同的成像模式时，使用至少一个处理电路转换到不同的成像模式。转换可以包括从使用第一调色板转换到使用与第二成像模式相关联的第二调色板。作为示例，与高增益模式和低增益模式相关联的调色板可以分别是铁虹调色板和熔岩调色板。在一个方面，转换可以包括，当第一红外图像中至少阈值数量的像素超过与第一成像模式相关联的饱和阈值时，转换到第二成像模式。该方法可以进一步包括使用红外图像捕获电路基于第二成像模式捕获第二红外图像，并且使用至少一个处理电路，提供红外图像以使用第二调色板进行显示。
尽管上述描述主要参考双成像模式，但本公开的一个或多个实施例也适用于n个成像模式，其中n≥2。例如，可以使用一个或多个放大器布置(例如，放大器布置810、815、905)来实现n＝4成像模式，并且可以使用决策逻辑(例如，决策逻辑825、910、1005、1105、1305)来基于一组条件来选择最佳成像模式。基于在给定成像模式下操作的当前IR图像的当前像素和相关联的转换阈值，可以为下一个IR图像中的下一个像素和/或当前IR图像中的下一个像素选择最佳成像模式。例如，当在第一成像模式下操作当前像素时，转换阈值可以包括第一到第二模式转换阈值、第一到第三模式转换阈值和第一到第四模式转换阈值。类似地，第二、第三和第四成像模式各自与相应一组三个转换阈值相关联。
根据实施例，提供了一种机器可读介质(例如，计算机可读介质)，在其上存储的非暂时性信息，该信息被配置为控制IR成像设备100的组件，例如IR图像捕获电路105和处理电路120，以执行本文描述的任何步骤或功能。根据实施例，提供一种计算机程序产品，其包括适于控制IR成像设备100的组件以执行本文描述的任何步骤或功能的代码部分。值得注意的是，与成像模式(例如，第一、第二、第三成像模式)和预定时间(例如，第一、第二、第三预定时间)相关联的索引/标识符(例如，第一、第二、第三)可以是任意的，并且用于便于区分不同的成像模式和不同的预定时间。例如，在一种情况下，第一成像模式和第二成像模式可以分别指高增益模式和低增益模式。在另一种情况下，第一成像模式和第二成像模式可以分别指低增益模式和高增益模式。作为另一个示例，第一预定时间可以与第二预定时间相同、在其之前或之后。
在适用的情况下，本公开提供的各种实施例可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。此外，在适用的情况下，本文阐述的各种硬件组件和/或软件组件可以组合成包含软件、硬件和/或两者的复合组件，而不背离本公开的精神。在适用的情况下，本文阐述的各种硬件组件和/或软件组件可以分为包含软件、硬件或两者的子组件，而不背离本公开的精神。此外，在适用的情况下，设想到软件组件可以作为硬件组件实现，反之亦然。
根据本公开的软件，例如非易失性指令、程序代码和/或数据，可以存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还设想到，本文所确定的软件可以使用一个或多个通用或专用的计算机和/或计算机系统(联网和/或其他方式)来实现。在适用的情况下，可以改变本文描述的各种步骤的顺序，组合成复合步骤，和/或分为子步骤，以提供本文描述的特征。
上述描述并不旨在将本公开限于为公开的准确形式或特定使用领域。上述实施例说明但不限于本发明。设想本发明的各种替代实施例和/或修改，无论在本文中明确描述或暗示，都可以根据本公开进行。因此，本发明的范围仅由随附的权利要求限定。

Claims (18)

1.一种用于在多个成像模式中进行红外成像的设备，所述设备包括：
红外图像捕获电路，所述红外图像捕获电路被配置为使用多个成像模式中的第一成像模式捕获与第一多个像素值相关联的第一红外图像，其中，所述多个成像模式中的每一个都与相应一组特性相关联；以及
至少一个处理电路，所述至少一个处理电路与所述红外图像捕获电路通信耦合，并且被配置为：
确定是否至少阈值数量的所述第一多个像素值超过饱和阈值；
当确定少于所述阈值数量的所述第一多个像素值超过所述饱和阈值时，将所述设备保持在所述第一成像模式；并且
当确定至少所述阈值数量的所述第一多个像素值超过所述饱和阈值时，将所述设备从所述第一成像模式转换到超帧状态，其中，所述超帧状态与使用所述多个成像模式中的不同成像模式捕获至少两个红外图像中的每一个相关联。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述设备处于所述超帧状态时：
所述红外图像捕获电路还被配置为：
使用所述第一成像模式捕获第二红外图像；以及
使用所述多个成像模式中的相应的成像模式捕获至少一个其他红外图像中的每一个，其中，每个相应的成像模式不同于所述第一成像模式；并且
所述至少一个处理电路还被配置为基于所述第二红外图像和所述至少一个其他红外图像中的每一个生成组合的红外图像。
3.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述至少一个其他红外图像包括使用所述多个成像模式中的第二成像模式捕获的第三红外图像，以及
所述至少一个处理电路被配置为通过以下方式生成所述组合的红外图像：
确定与对应于所述第二红外图像的部分的所述第三红外图像的部分相关联的一组像素值，所述第二红外图像的所述部分与被确定为超过所述饱和阈值的像素值相关联；以及
基于与被确定为不超过所述饱和阈值的所述第二红外图像相关联的像素值和所述一组像素值来生成所述组合的红外图像。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个处理电路还被配置为：
使用与所述第一成像模式相关联的第一调色板提供所述第一红外图像进行显示；以及
使用与所述第一调色板不同的第二调色板提供所述组合的红外图像的至少一部分进行显示；
其中，与所述多个成像模式中的每一个其余成像模式相比，所述第一成像模式与较低的动态范围相关联。
5.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述红外图像捕获电路被配置为通过检测第一红外数据并基于所述第一红外数据和所述第一成像模式生成所述第一多个像素值来捕获所述第一红外图像，
所述红外图像捕获电路包括多个红外检测器电路，
所述多个红外检测器电路中的每一个被配置为通过检测所述第一红外数据的相应部分并基于所述第一成像模式和所述第一红外数据的所述相应部分生成所述第一多个像素值中的相应一个来捕获所述第一红外图像的相应部分，以及
所述第一红外图像由所述第一多个像素值形成。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述相应一组特性包括灵敏度、动态范围、所述红外图像捕获电路能表示的最低温度或所述红外图像捕获电路能表示的最高温度中的至少一个。
7.一种用于在多个成像模式中进行红外成像的设备，所述设备包括：
红外图像捕获电路，所述红外图像捕获电路被配置为检测第一红外数据并基于所述第一红外数据和多个成像模式中的第一成像模式生成第一像素值；以及
至少一个处理电路，所述至少一个处理电路被配置为：
将所述第一像素值和与所述第一成像模式相关联的第一组饱和阈值进行比较；
基于所述第一像素值的比较，在所述多个成像模式中选择成像模式；
基于根据所述第一像素值的比较而选择的所述成像模式，设置所述红外图像捕获电路以提供输出像素值；
所述红外图像捕获电路还被配置为：基于所述第一红外数据和基于所述比较而选择的所述成像模式，生成所述输出像素值；并且
所述至少一个处理电路还被配置为：生成包括所述第一像素值和所述输出像素值的红外图像。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述红外图像捕获电路包括：
红外检测器，所述红外检测器被配置为检测所述第一红外数据；
放大器布置，所述放大器布置耦合到所述红外检测器并且被配置为基于所述第一红外数据生成放大器输出；
低通滤波器，所述低通滤波器耦合到所述放大器布置并且被配置为选择性地滤波所述放大器输出，以生成经滤波的输出；以及
模数转换器电路，所述模数转换器电路耦合到所述低通滤波器，并且所述模数转换器电路被配置为基于在低通滤波器关断时的放大器输出以及低通滤波器打开时的经滤波的输出来生成所述第一像素值。
9.根据权利要求8所述的设备，其中：
所述低通滤波器在第一预定时间和第二预定时间之间关断，
所述低通滤波器在所述第二预定时间接通，并且
所述至少一个处理电路被配置为到在所述第一预定时间和所述第二预定时间之间的第三预定时间之前选择所述成像模式。
10.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述红外图像捕获电路还被配置为检测第二红外数据并基于所述第二红外数据和所述多个成像模式中的第二成像模式生成第二像素值，以及
当所述第二成像模式为选择的成像模式时，所述输出像素值基于所述第二像素值。
11.根据权利要求10所述的设备，其中：
所述至少一个处理电路被配置为当所述第一像素值不超过所述第一组饱和阈值中的任何饱和阈值时选择所述第一成像模式，
当所述第一成像模式为选择的成像模式时，所述输出像素值基于所述第一像素值，并且
与所述第一成像模式相比，所述第二成像模式与较高的动态范围相关联。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述红外图像捕获电路包括：
第一模数转换器(ADC)电路，所述第一模数转换器电路被配置为在第一预定时间对所述第一像素值进行采样，并对所述第一像素值进行数字化以获得数字化的第一像素值；以及
第二ADC电路，所述第二ADC电路被配置为在第二预定时间对所述第二像素值进行采样，并对所述第二像素值进行数字化以获得数字化的第二像素值，
其中：
所述输出像素值基于所述数字化的第一像素值或所述数字化的第二像素值，
所述至少一个处理电路被配置为当所述第一像素值超过所述第一组饱和阈值中的至少一个饱和阈值时选择所述第二成像模式，并且
所述红外图像捕获电路的读出电路包括所述至少一个处理电路。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述红外图像捕获电路还包括：
低通滤波器，所述低通滤波器被配置为在所述第一预定时间和所述第二预定时间之间的第三预定时间之前被关闭，
其中：
所述第二预定时间在所述第一预定时间之前，
所述第一预定时间是总的线时间，并且
与所述第二成像模式相比，所述第一成像模式与较低的动态范围相关联。
14.根据权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个处理电路还被配置为基于与选择的成像模式相关联的调色板提供所述输出像素值进行显示。
15.根据权利要求7所述的设备，其中：
基于所述第一像素值的比较而选择的所述成像模式包括所述多个成像模式中的第二成像模式；
所述至少一个处理电路还被配置为：
将所述输出像素值和与所述第二成像模式相关联的第二组饱和阈值进行比较；
基于所述输出像素值的比较，在所述多个成像模式中选择成像模式；以及
基于根据所述输出像素值的比较进行的选择，设置所述红外图像捕获电路来生成第二像素值，其中所述红外图像包括第一像素值、第二像素值和输出像素值。
16.根据权利要求7所述的设备，其中，所述红外图像捕获电路还被配置为：
在检测所述第一红外数据之后检测第二红外数据；
基于所述第二红外数据和基于所述第一像素值的比较而选择的所述成像模式来生成所述输出像素值；
基于所述第一红外数据生成第一红外图像，其中，所述第一红外图像包括所述第一像素值；以及
基于所述第二红外数据生成第二红外图像，其中，所述第二红外图像包括所述输出像素值；
其中：
所述第一红外图像与多个像素坐标相关联，
所述第二红外图像与所述多个像素坐标相关联，并且
所述第一像素值和所述输出像素值与所述多个像素坐标中的相同像素坐标相关联。
17.一种用于在多个成像模式中进行红外成像的方法，所述方法包括：
操作包括红外图像捕获电路和至少一个处理电路的设备；
使用所述红外图像捕获电路，来利用多个成像模式中的第一成像模式捕获与第一多个像素值相关联的第一红外图像，其中，所述多个成像模式中的每一个都与相应一组特性相关联；
使用至少一个处理电路，来确定是否至少阈值数量的所述第一多个像素值超过饱和阈值；并且
当确定少于所述阈值数量的所述第一多个像素值超过所述饱和阈值时，使用至少一个处理电路将所述设备保持在所述第一成像模式；并且当确定至少所述阈值数量的所述第一多个像素值超过所述饱和阈值时，使用至少一个处理电路将所述设备从所述第一成像模式转换到超帧状态，其中，所述超帧状态与使用所述多个成像模式中的不同成像模式捕获至少两个红外图像中的每一个相关联。
18.一种用于在多个成像模式中进行红外成像的方法，所述方法包括：
操作包括红外图像捕获电路和至少一个处理电路的设备；
使用红外图像捕获电路，来检测第一红外数据并基于所述第一红外数据和多个成像模式中的第一成像模式生成第一像素值；
使用至少一个处理电路，将所述第一像素值和与所述第一成像模式相关联的第一组饱和阈值进行比较；基于所述第一像素值的比较，在所述多个成像模式中选择成像模式；并且基于根据所述第一像素值的比较而选择的所述成像模式，设置所述红外图像捕获电路以提供输出像素值；
使用红外图像捕获电路，基于所述第一红外数据和基于所述比较而选择的所述成像模式，生成所述输出像素值；以及
使用至少一个处理电路，来生成包括所述第一像素值和所述输出像素值的红外图像。
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