CN110574362A - 低成本且高性能测辐射热计电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种测辐射热计电路包括基板，有效测辐射热计的焦平面阵列(FPA)设置在该基板上。每个有效测辐射热计配置成接收外部红外(IR)辐射以及与基板基本上热隔离。测辐射热计电路还包括屏蔽于外部IR辐射热并且与基板基本上热隔离的盲测辐射热计的一个或多个盲阵列。基于来自一个或多个盲阵列的对应列或行的输出的统计特性校正、减少或抑制来自FPA的每列和/或每行的输出中的噪声。还可以使用一个或多个盲阵列校正、减少或抑制FPA捕获的IR图像的每一帧中的噪声。

Description

低成本且高性能测辐射热计电路和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月22日提交的名称为“LOW COST AND HIGH PERFORMANCEBOLOMETER CIRCUITRY AND METHODS(低成本且高性能测辐射热计电路和方法)”的美国临时专利申请No.62/462,321的优先权和权益，该临时专利申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明的一个或多个实施例总体上涉及热成像装置，并且更具体地，例如，涉及测辐射热计电路和相关的处理。

背景技术

在本领域中经常使用测辐射热计(该测辐射热计响应于光学发热而改变其电阻)来检测入射红外(IR)辐射的强度或捕获入射IR辐射强度的多像素IR图像。通常，为了测量入射IR辐射，在热辐射测量计上施加偏置(例如，偏置电压或电流)，以便可以测量其电阻或其任何变化并将电阻或任何变化转换成指示在测辐射热计处所接收的IR辐射强度的信号。在这方面，许多传统的测辐射热计电路包括大量专用于在所需水平上产生和控制测辐射热计上的偏置的电路。例如，传统的偏置产生和控制电路可以在测辐射热计传导路径中包括晶体管或其他控制机构以及驱动这种晶体管或其他控制机构的电路，以在面对部件的操作特性的变化或不匹配和改变环境或内部条件时，产生并保持测辐射热计上的所需的偏置。

遗憾的是，在测辐射热计传导路径中的这种附加的晶体管或其他控制机构不仅增加了传统测辐射热计电路的尺寸、成本、复杂性和功耗，而且还在敏感的测辐射热计传导路径中引入噪声。此外，因为这样的附加的晶体管或其他控制机构可以通过限制测辐射热计传导路径上的电流和/或电压来控制偏置，所以可用于偏置测辐射热计的电压和/或电流有效地减少到电源电压或电流的仅一部分，这反过来降低了传统的测辐射热计电路的灵敏度。即使采用这种昂贵的偏置产生和控制方法，传统的测辐射热计电路通常也表现出减小的用于表示IR辐射强度的可用信号范围(例如，减小的信号摆幅)，因为由于环境和内部条件的变化(例如，测辐射热计的自发热(也称为脉冲的偏置发热或脉冲偏置发热))或其他因素而需要允许对输出信号产生影响。因此，需要一种高性能测辐射热计电路，其在所需水平上产生并保持测辐射热计上的偏置和/或提供大的可用信号范围，而没有与传统测辐射热计相关的成本、尺寸、复杂性、噪声和功耗。

发明内容

公开了各种技术用于测辐射热计电路和方法，以提供测辐射热计上所需的偏置以产生输出信号。例如，在一个实施例中，一种测辐射热计电路可包括基板；有效测辐射热计，其配置成接收外部红外(IR)辐射并且与基板基本上热隔离；电阻性负载，其中，有效测辐射热计和电阻性负载配置成串联连接在从电源电压节点到公共电压节点的测辐射热计传导路径中；放大器电路，其包括具有第一输入的运算放大器(op-amp)，该第一输入耦接到电阻性负载和有效测辐射热计之间的测辐射热计传导路径中的节点；以及可变电压源，其耦接到运算放大器的第二输入以提供参考电压电平，其中放大器电路配置成响应于由于外部IR辐射的有效测辐射热计的电阻变化，通过保持运算放大器的第一输入处的参考电压电平而产生到放大器电路的电流，并且其中放大器电路还配置成将电流转换为运算放大器的输出处的输出电压，该输出电压指示在有效测辐射热计处接收的外部红外辐射的强度。

根据一个或多个实施例，测辐射热计电路可以在具有多个行和列的有效测辐射热计的焦平面阵列(FPA)中实现，以使用合适的时间复用技术生成表示多像素IR图像的输出信号。在一些实施例中，还可以生成一系列这样的IR图像帧。

在一些实施例中，电阻性负载包括串联连接的热短路(thermally shorted)测辐射热计和晶体管(例如，MOSFET)，以作为产生到有效测辐射热计的负载电流的电流源操作。在一些实施例中，热短路测辐射热计的电阻大于有效测辐射热计的电阻，并且电源电压节点提供的电源电压电平高于适用于在热短路测辐射热计的电阻与有效测辐射热计的电阻近似的标称情况下产生负载电流的标称电压电平。在其他实施例中，电阻性负载的电阻近似于有效测辐射热计的电阻。

在一些实施例中，放大器电路包括将运算放大器的输出耦接到运算放大器的第一输入的电阻性增益以将放大器电路配置成反馈放大器，电阻性增益包括热短路测辐射热计，其与基板热短路以操作成放大器电路的温度补偿增益，并且放大器电路配置成响应于参考电压电平，通过耦接到测辐射热计传导路径节点的运算放大器的第一输入，保持有效测辐射热计上的偏置电压和电阻性负载上的负载偏置电压，并响应于流过电阻性增益的电流产生输出电压。流到放大器电路的电流响应于通过施加到电阻性负载的负载偏置电压产生的电流与通过施加到有效测辐射热计的偏置电压产生的电流之间的差异而产生，该有效测辐射热计表现出由于外部IR辐射的电阻变化。

在其他实施例中，放大器电路还包括电容器，其将运算放大器的输出耦接到运算放大器的第一输入以将放大器电路配置成积分放大器；缓冲器，其连接到测辐射热计传导路径节点；以及电阻器，其连接到运算放大器的第一输入，缓冲器和电阻器串联连接以将测辐射热计传导路径节点耦接到运算放大器的第一输入。放大器电路配置成保持连接到运算放大器的第一输入的电阻器的一端处的参考电压电平，并且电阻器的另一端配置成经由缓冲器接收在测辐射热计传导路径节点处的、响应于流过有效测辐射热计的负载电流而设置的电压电平，该有效测辐射热计表现出由于外部IR辐射的电阻变化。电阻器两端之间的电压差产生到放大器的电流，并且放大器电路配置成通过电容器对电流进行积分以产生输出电压。

在一些实施例中，测辐射热计电路配置成基于与测辐射热计传导路径和放大器电路相关联的开关的选择性打开或关闭而在正常模式或低功率模式下操作，其中在正常模式下，运算放大器的输出提供表示在有效测辐射热计处接收的外部IR辐射强度的输出电压，在低功率模式下，运算放大器的输出被驱动到预定的电压电平，并且运算放大器、测辐射热计传导路径或两者都与电源断开。

根据一个或多个实施例，在FPA中实现的测辐射热计电路可以包括多个有效测辐射热计，其布置在具有多个列和行的FPA中，多个列电路，每个都与一列测辐射热计FPA相关联并且每个包括电阻性负载、放大器电路和与测辐射热计传导路径和放大器电路相关联的开关，以及控制电路，其配置成控制开关以在正常成像模式或低功率检测模式下操作测辐射热计FPA，其中在正常成像模式下，测辐射热计FPA的所有列在正常模式下操作，并且其中在低功率检测模式中，测辐射热计FPA的一些列在正常模式下操作，而测辐射热计FPA的其余列在低功率模式。在一些实施例中，控制电路还可以配置成使用在正常模式下操作的测辐射热计FPA的那些列来检测外部IR辐射的变化，同时在低功率检测模式下操作测辐射热计FPA，并且响应于检测到外部IR辐射的变化从低功率检测模式切换到测辐射热计FPA的正常成像模式。在一些实施例中，当捕获每个IR图像帧时，从测辐射热计FPA的所有列以循环(round-robin)方式选择以正常模式操作的那些列，以便减少对测辐射热计FPA的列的老化效应。

在一个实施例中，测辐射热计电路可包括：基板；有效测辐射热计，其配置成接收外部红外(IR)辐射并且与基板基本上热隔离；第一电阻性元件，其中有效测辐射热计和第一电阻性元件配置成串联连接在从电源电压节点到公共电压节点的传导路径中，并且其中第一电阻性元件为测辐射热计提供电阻性负载；放大器，其第一输入连接到传导路径中的第一电阻性元件和有效测辐射热计之间的节点；第二电阻性元件，其将放大器的输出耦接到第一输入以将放大器配置成反馈放大器；和可变电压源，其耦接到放大器的第二输入以提供参考电压电平，响应于参考电压电平，放大器通过第一输入保持测辐射热计上的偏置并在输出处产生表示在有效测辐射热计处接收的外部IR辐射强度的输出信号。

在另一个实施例中，第一电阻性元件可以是与基板热短路的第一测辐射热计，以为有效测辐射热计提供温度补偿的电阻性负载。在另一个实施例中，第二电阻性元件可以是与基板热短路的第二测辐射热计，以为放大器提供温度补偿的电阻性增益。根据实施例，测辐射热计电路还可以包括降低来自输出信号的噪声的低通滤波器(LPF)和/或对输出信号进行采样的采样和保持电路。对于一些实施例，可以使用数模转换器(DAC)来实现可变电压源，该数模转换器配置成响应于偏置调节位而生成参考电压电平。对于一些实施例，可变电压源可以使用参考传导路径来实现，该参考传导路径包括串联连接的第三电阻性元件和盲测辐射热计，其镜像于有效测辐射热计传导路径以跟踪由于有效测辐射热计的自发热引起的电阻变化。根据一些实施例的测辐射热计电路可以允许通过在测辐射热计电路的一个或多个部分中提供的偏移调节电路来进行附加的偏置调节。在各种实施例中，测辐射热计电路可以在包括读出集成电路(ROIC)的焦平面阵列中实现，以使用合适的时间复用技术生成表示多像素IR图像的输出信号。

在另一实施例中，一种在测辐射热计电路中产生输出信号的方法包括：将有效测辐射热计选择性地串联连接到电阻性负载以形成从电源电压节点到公共电压节点的测辐射热计传导路径，其中有效测辐射热计配置成接收外部红外(IR)辐射并且与有效测辐射热计附接到其上的基板基本上热隔离；向运算放大器(op-amp)提供参考电压电平，该运算放大器具有耦接到在电阻性元件和有效测辐射热计之间的测辐射热计传导路径中的节点的第一输入，其中参考电压电平通过运算放大器的第二输入接收；响应于由于外部IR辐射的有效测辐射热计的电阻变化，通过保持运算放大器的第一输入处的参考电压电平来产生到运算放大器的电流；以及将电流转换为运算放大器输出处的输出电压，该输出电压表示在有效测辐射热计处接收的外部IR辐射的强度。

根据一个或多个实施例的方法可以关于具有多个行和列的有效测辐射热计的焦平面阵列(FPA)执行，以使用合适的时间复用技术生成表示多像素IR图像的输出信号。在一些实施例中，还可以生成一系列这样的IR图像帧。

在一些实施例中，该方法还包括通过选择性地打开或关闭与测辐射热计传导路径和运算放大器相关联的开关，选择性地使测辐射热计电路在正常模式或低功率模式下操作，其中在正常模式下，输出运算放大器提供表示在有效测辐射热计处接收的外部IR辐射强度的输出信号，并且在低功率模式下，运算放大器的输出被驱动到预定电压电平，并且放大器、测辐射热计传导路径或两者都与电源断开。

根据一个或多个实施例，关于测辐射热计的FPA执行的方法可以进一步包括选择性地使测辐射热计FPA在正常成像模式或低功率检测模式中操作，其中在正常成像模式中，测辐射热计FPA的所有列在正常模式下操作，并且在低功率检测模式中，测辐射热计FPA的一些列在正常模式下操作，而测辐射热计FPA的其余列在低功率模式下操作。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：使用在正常模式下操作的测辐射热计FPA的那些列来检测外部IR辐射的变化，同时在低功率检测模式下操作测辐射热计FPA；以及响应于检测到外部IR辐射的变化，从低功率检测模式切换到测辐射热计FPA的正常成像模式。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：使用测辐射热计FPA捕获一系列表示外部IR辐射的IR图像帧，并且在低功率检测模式下操作测辐射热计FPA时，当捕获每个IR图像帧时从测辐射热计FPA的所有列中以循环方式选择以正常模式操作的那些列，以减少对测辐射热计FPA的列的老化效应。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括：通过包括串联连接的热短路测辐射热计(其可以具有比有效测辐射热计更大的电阻)和晶体管的电阻性负载产生到有效测辐射热计的负载电流以用作电流源，以及提供高于适用于在电阻性负载的电阻与有效测辐射热计的电阻近似的标称情况下产生负载电流的标称电压电平的电源电压电平。

在一些实施例中，运算放大器的第一输入经由电阻性增益耦接到运算放大器的输出，以形成反馈放大器配置；电阻性增益包括与基板热短路的测辐射热计；该方法还包括响应于参考电压电平，通过耦接到测辐射热计传导路径节点的运算放大器的第一输入保持有效测辐射热计上的偏置电压和电阻性负载上的负载偏置电压。在这样的实施例中，电流的产生包括响应于通过施加到电阻性负载的负载偏置电压产生的电流与通过施加到有效测辐射热计的偏置电压产生的电流之间的差异而产生电流，该有效测辐射热计表现出由于外部IR辐射的电阻变化，并且电流的转换包括响应于流过电阻性增益的电流产生输出电压。

在其他实施例中，运算放大器的第一输入通过电容器耦接到运算放大器的输出以形成积分放大器配置；测辐射热计传导路径节点通过串联连接的缓冲器和电阻器耦接到运算放大器的第一输入；并且该方法还包括：响应于流过有效测辐射热计的负载电流在测辐射热计传导路径节点处设置电压电平，该有效测辐射热计表现出由于外部IR辐射的电阻变化；通过缓冲器接收电压电平以将电压电平传送到电阻器的一端；以及保持电阻器另一端处的参考电压电平。在这样的实施例中，电流的产生包括响应于电阻器的一端的电压电平和电阻器的另一端的参考电压电平之间的差而产生电流，并且电流的转换包括对流向电容器的电流进行积分以产生输出电压。

在一个实施例中，一种偏置有效测辐射热计以产生输出信号的方法包括选择性地将有效测辐射热计串联连接到第一电阻性元件以形成传导路径，其中有效测辐射热计配置成接收外部IR辐射并且与有效测辐射热计附接到其上的基板基本上热隔离；向放大器提供参考电压，该放大器具有连接到在传导路径中的第一电阻性元件和测辐射热计之间的节点的第一输入，其中参考电压经由放大器的第二输入接收，并且其中第一输入通过第二电阻性元件耦接到放大器的输出以形成反馈放大器配置；利用跟踪由于反馈放大器配置的参考电压的节点处的电压，偏置测辐射热计的一端和第一电阻性元件的一端；以及将通过第二电阻性元件的电流转换为放大器输出端处的输出信号，其中电流响应于偏置和至少部分地由于外部IR辐射的测辐射热计的电阻变化而产生。在更进一步的实施例中，该方法可以包括根据本文结合测辐射热计电路讨论的各种技术的各种附加特征、变化或修改。

此外，各种技术被公开用于差分域中的热成像的测辐射热计电路和相关方法，其中每个像素值表示相邻红外检测器之间的入射IR辐射强度的差。例如，在一个实施例中，测辐射热计电路可以包括测辐射热计阵列，每个测辐射热计配置成响应于在每个测辐射热计处施加的偏置和在该处接收的入射红外(IR)辐射而产生像素信号，其中测辐射热计阵列的每列包括具有输入和输出的放大器；第一多个开关，每个开关配置成选择性地向每列的相应的一个测辐射热计提供电源电压；第二多个开关，每个开关配置成选择性地将每列的相应的相邻对的测辐射热计的像素信号的差路由到放大器的输入；以及第三多个开关，其配置成选择性地向每列的相应的一个测辐射热计提供公共电压。

测辐射热计电路可包括控制电路，该控制电路配置成产生用于开关的控制信号。例如，控制电路可以配置成生成控制信号以关闭第一多个开关中的一个、第二多个开关中的一个、以及第三多个开关中的一个，同时打开第一、第二和第三多个开关中的剩余开关，使得偏置被施加到每列的所选择的相邻对的测辐射热计，并且在放大器的输出处产生表示对于所选择的相邻对的像素信号的差的差分信号。

根据各种实施例的控制电路可以配置成生成控制信号以选择性地打开或关闭开关，以获得包括多行这样的差分信号的各种类型的差分帧(或差分图像帧)。例如，在一个实施例中，控制电路可以配置成重复产生控制信号以顺序地获得每列的第一多个相邻对的测辐射热计的偶数差分信号，该偶数差分信号对应于通过从第一多个相邻对的测辐射热计中的对应偶数行的像素信号减去奇数行的像素信号获得的那些差分信号；并且控制电路可以进一步配置成重复生成控制信号以顺序地获得每列的第二多个相邻对的测辐射热计的奇数差分信号，该奇数差分信号对应于通过从第二多个相邻对的测辐射热计中的对应奇数行的像素信号减去偶数行的像素信号获得的那些差分信号。这样，控制电路可以配置成根据指定的定时选择性地打开或关闭开关，使得可以通过测辐射热计电路获得偶数和奇数差分帧。在一些实施例中，控制电路可以配置成重复产生控制信号以在相反方向上获得附加的偶数和奇数行的差分信号。

在一些实施例中，测辐射热计电路可以包括处理器(作为测辐射热计的焦平面阵列的一部分提供或者外部地提供，例如在其中可以实现测辐射热计电路的主机装置中提供)，其配置成组合偶数差分信号和奇数差分信号以产生包括偶数行和奇数行差分信号的差分图像，以及通过累积地添加差分图像的不同行而将差分图像重构为直接图像。因此，在这样的实施例中，可以将差分域中的信号转换为直接IR图像，其中每个像素值对应于在每个检测器处接收的IR辐射强度。

在一些实施例中，测辐射热计电路可包括一行或多行盲测辐射热计，其基本上与入射IR辐射隔离，其中一行或多行盲测辐射热计可选择性地连接到测辐射热计阵列的对应的一行或多行，以提供表示参考IR强度水平的像素信号。盲测辐射热计行(或多行)可以用于获得有用于重构直接图像和其他目的的参考测量信号(或绝对测量信号)。例如，在一个实施例中，控制电路还可以配置成生成附加控制信号以选择性地将一行或多行盲测辐射热计连接到对应的一行或多行测辐射热计，以获得对应的一行或多行参考测量信号，该参考信号表示提供参考IR强度水平的盲测辐射热计的像素信号与对应测辐射热计的像素信号之间的差异。

在一些实施例中，测辐射热计电路可以包括跨阻抗反馈放大器和相关联的电路，其配置成设置和保持测辐射热计上的偏置，而没有与用于测辐射热计电路的传统偏置电路技术相关联的复杂性、成本、尺寸、功耗和噪声。

根据本公开的另一实施例，一种方法可包括：接收偶数差分图像帧和奇差分图像帧，其中偶数差分图像帧包括偶数行差分数据，该差分数据表示在偶数行的测辐射热计阵列处接收的红外(IR)辐射强度减去(less)在相应相邻奇数行的测辐射热计阵列处接收的IR辐射强度，并且其中奇差分图像帧包括奇数行差分数据，该差分数据表示在奇数行的测辐射热计阵列处接收的IR辐射强度减去在相应相邻的偶数行的测辐射热计阵列处接收的IR辐射强度；组合偶数和奇数差分图像帧以产生包括偶数行和奇数行差分数据的合成差分图像；以及通过从顶部到底部或从底部到顶部累积地添加差分行以生成多行直接图像来从合成差分图像生成直接图像。在一个实施例中，偶数和奇差分图像帧可以由本文公开的测辐射热计电路的各种实施例生成。

在一些实施例中，可以将各种列、行和/或像素降噪滤波器应用于差分图像帧和/或合成差分图像。可以包括各种其他新颖的降噪技术。例如，在一个实施例中，该方法可以进一步包括比较合成差分图像和生成的直接图像之间的局部平滑度以识别生成的直接图像中的、表现出更多噪声的局部区域，以及响应于所识别的局部区域应用列、行和/或像素降噪滤波器到生成的直接图像。在根据一个实施例的另一示例中，该方法可以进一步包括将一个或多个绝对测量行(例如，包含绝对测量信号的行)与所生成的直接图像的对应的一行或多行进行比较，以识别所生成的直接图像中的残余空间噪声。在根据一个实施例的又一示例中，该方法还可包括将一个或多个绝对测量行与所生成的直接图像的对应的一行或多行进行比较，以确定与所生成的直接图像中的残余噪声有关的统计度量。

在一些实施例中，盲参考像素(例如，来自盲测辐射热计的输出)可以用于减少或校正行噪声和列噪声。例如，测辐射热计电路可以设置有多列盲测辐射热计和/或多行盲测辐射热计用作盲参考像素。这些盲参考像素可用于减少或校正在有效阵列中产生的噪声。特别地，可以确定盲像素的平均值(例如，一行中盲测辐射热计的平均输出)并将其用于减少列噪声。可以从该行中的每个有效像素中减去所确定的盲像素平均值，以校正或去除噪声。以类似的方式，盲测辐射热计列也可以用来消除行噪声。此外，可以使用盲测辐射热计列和/或行来减小帧噪声(例如，与每个整个帧相关联的噪声，例如帧反弹噪声)。

本发明的范围由权利要求限定，这些权利要求通过引用结合到本部分中。通过考虑以下一个或多个实施例的详细描述，将向本领域技术人员提供对本发明实施例的更完整的理解以及其附加优点的实现。将参考首先简要描述的附图。

附图说明

图1示出了根据本公开实施例的具有测辐射热计阵列的测辐射热计电路的框图。

图2A示出了根据本公开实施例的向测辐射热计提供期望水平的偏置的测辐射热计电路。

图2B示出了根据本公开实施例的测辐射热计电路，其向测辐射热计提供期望水平的偏置并且实现低功率操作模式。

图3示出了根据本公开实施例的向多个测辐射热计提供期望水平的偏置的测辐射热计电路。

图4A示出了根据本公开实施例的测辐射热计电路，其向多个测辐射热计提供期望水平的偏置并且补偿测辐射热计自发热。

图4B示出了根据本公开另一个实施例的测辐射热计电路，其向多个测辐射热计提供期望水平的偏置并且补偿测辐射热计自发热。

图4C示出了根据本公开另一个实施例的测辐射热计电路，其向多个测辐射热计提供期望水平的偏置并且补偿测辐射热计自发热。

图4D示出了根据本公开实施例的测辐射热计电路，其包括图2B的测辐射热计电路并使用多个测辐射热计启用低功率检测操作模式。

图5A示出了根据本公开实施例的获得差分图像的测辐射热计电路。

图5B至5D示出了根据本公开各种实施例的框图，其示出了用于图5A的测辐射热计电路的各种盲测辐射热计布置。

图6A示出了根据本公开实施例的获得差分图像的测辐射热计电路的一部分。

图6B示出了根据本公开实施例的获得相邻列之间的差分信号的测辐射热计电路的一部分。

图7A到7D示出了根据本公开实施例的框图，其示出了如何使用图5A的测辐射热计电路捕获各种差分帧。

图8示出了根据本公开另一实施例的获取差分图像的测辐射热计电路。

图9示出了根据本公开实施例的、从由图5A或图8的测辐射热计电路捕获的差分帧生成直接图像的过程的流程图。

图10示出了根据本公开实施例的可以在差分帧上执行的降噪处理的流程图。

图11示出了根据本公开实施例的可以在合成差分图像上执行的降噪处理的流程图。

图12示出了根据本公开实施例的可以在重构的直接图像上执行的降噪处理的流程图。

图13示出了根据本公开实施例的配置成在主机装置中实现的热成像模块。

图14示出了根据本公开的实施例的包括有效测辐射热计阵列和盲测辐射热计列和行的测辐射热计电路。

图15示出了根据本公开实施例的使用盲参考像素的降噪处理的流程图。

图16示出了根据本公开实施例的具有不同数量的参考的行噪声抑制图。

图17示出了根据本公开实施例的具有不同数量的参考的帧噪声抑制图。

通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本发明的实施例及其优点。应当理解，相同的附图标记用于标识附图的一个或多个中所示的相同元件。

具体实施例

图1示出了根据本公开实施例的示例性测辐射热计电路100。测辐射热计电路100包括多个有效测辐射热计102，其可以配置成以矩形、正方形、圆形、线形或其他形状布置的阵列。在一些非限制性示例中，有效测辐射热计102可以被设置为具有80×60、160×120、320×240尺寸的矩形阵列或者特定应用所需的任何其他尺寸。测辐射热计电路100可包括各种部件和电路，可统称为读出集成电路(ROIC)，其与有效测辐射热计102接口以产生如本文进一步描述的输出。诸如测辐射热计电路100的一些实施例的测辐射热电路具有在基板上一起形成的有效测辐射热计阵列和相关电路，该测辐射热电路也可以称为焦平面阵列(FPA)。

ROIC的一些部分(例如，用于特定测辐射热计的开关)可以与有效测辐射热计102中的每个特定一个相关联并且放置在其附近。有效测辐射热计102中的每一个连同其ROIC的相关部分也可以称为单位单元。由于有效测辐射热计102可以配置成阵列，因此对应的单位单元可以形成单位单元阵列104。而且，在成像的背景下，每个有效测辐射热计102也可以称为像素。

有效测辐射热计102可以设置在基板106上，但是与基板106基本上热隔离(例如，从基板106释放，使得有效测辐射热计102基本上不受基板106热影响)。有效测辐射热计102可以配置成从外部场景接收红外辐射，例如，通过诸如红外透射透镜的光学元件引导到有效测辐射热计102上。如本领域技术人员将理解的，入射在有效测辐射热计102上的红外(“IR”)辐射改变有效测辐射热计102的温度，并因此改变电阻率。有效测辐射热计102的温度和电阻率也可以跟踪基板106的温度，但是因为有效测辐射热计102与基板106热隔离，所以由基板引起的温度变化速率比由于入射红外辐射引起的温度变化速率慢。测辐射热计电路100的ROIC包括各种部件和电路，其配置成基于由于入射红外辐射引起的有效测辐射热计102的电阻率变化来产生输出。

在一个方面，测辐射热计电路100可以包括偏置电路108，该偏置电路108配置成在产生这样的输出时控制有效测辐射热计102上的偏置(例如，偏置电压或电流)。通常，可以在测辐射热计上施加偏置，以便可以测量测辐射热计的电阻(或其任何变化)。根据测辐射热计电路100的各种实施例，偏置电路108可以用于将施加在有效测辐射热计102上的偏置控制到如本文进一步描述的适当的水平，使得有效测辐射热计测量的标称值可以调节到落在期望的范围内。因此，根据一些实施例，偏置电路108可以配置成基于存储在校准数据存储器109中的校准数据(例如，存储为二进制位的调节值)来设置偏置。在其他实施例中，可以将这样的校准数据从测辐射热计电路100外部的源(例如，从外部处理器和/或存储器)直接提供到偏置电路108或经由校准数据存储器109提供。

在一些实施例中，偏置电路108可以配置成为所有有效测辐射热计102全局地设置偏置。在其他实施例中，偏置电路108可以配置成向每个单独的一个或一组有效测辐射热计102提供特定的偏置电平。在其他实施例中，偏置电路108可以配置成为所有有效测辐射热计102设置全局偏置电平并且应用专用于每一个或一组有效测辐射热计102的调节。

如所讨论的，测辐射热计电路100包括呈阵列或其他布置的多个有效测辐射热计102。根据测辐射热计电路100的一个或多个实施例，可以通过将有效测辐射热计102适当地复用到ROIC的各种部件来实现电路的减少和互连。例如，在一个实施例中，不是为单位单元阵列104的每一行112复制类似的电路，而是可以将行112复用到包括公共部件116到128的列电路114，该列电路114可以时分复用的方式用于所有行112。如本文进一步讨论的，根据一个或多个实施例，列电路114的部件可包括负载测辐射热计116、放大器118、反馈电阻器120、低通滤波器(“LPF”)122、采样和保持电路124、比较器126、锁存器128和/或其他部件。

在图1所示的例子中，单位单元阵列104的每列具有列电路114中对应的一个列，使得单列中的单位单元的所有行可以复用到单个对应的列电路。多个列电路114又可以由列复用器130复用，例如，从而以复用的方式产生单位单元阵列104的组合输出。可以预期，在其他实施例中，列电路可以以比单位单元阵列104中的列数更多或更少的数量提供。还可以预期，单位单元阵列104可包括适当的ROIC部件以产生输出而无需复用。应当注意，这里的术语“列”和“行”仅用作标签以便于说明，因此可以根据所描述的结构互换使用。

在一个或多个实施例中，测辐射热计电路100可以包括定时和控制电路132，其配置成生成用于复用有效测辐射热计102和列电路114的控制信号。例如，定时和控制电路132可以配置成控制与有效测辐射热计102和列电路114相关联的开关，以根据指定的定时选择性地将有效测辐射热计102连接到适当的列电路114，从而使有效测辐射热计102能够被时分复用到列电路114。在一些实施例中，定时和控制电路132还可以配置成提供测辐射热计电路100的其他部件的定时控制。例如，偏置电路108的部分、盲测辐射热计单元或其他部件可以通过由定时和控制电路132根据适当的定时产生的控制信号，与有效测辐射热计102的复用一起选择性地启用和/或连接。在另一示例中，校准数据(例如，存储在校准数据存储器109中的调节位)或者其他数据可以响应于来自定时和控制电路132的控制信号，根据指定的定时提供(例如，发送、传输和/或锁存)到测辐射热计电路100的适当的部件(例如，偏置电路108)。

在一些实施例中，可以为有效测辐射热计102提供附加的开关，其允许有效测辐射热计102的配置以测量相邻的有效测辐射热计102之间的电阻变化的差异，并且定时和控制电路132可以配置成产生用于这样的附加开关的控制信号，以使得能够通过测辐射热计电路100捕获差分图像(例如，表示入射在相邻的有效测辐射热计102上的红外辐射的差异)。如本文进一步描述的，根据这些实施例配置成获得差分图像的测辐射热计电路100可以通过有效测辐射热计102、基板或环境温度变化之间的变化、以及有效测辐射热计102的自发热(例如，脉冲偏置发热)来有益地减小对输出信号的影响。此外，根据这些实施例的测辐射热计电路100可以用于通过从相邻像素的局部差异重构场景图像来获得具有高场景动态范围的图像。

根据一些实施例的测辐射热计电路100可包括盲测辐射热计134。类似于有效测辐射热计102，盲测辐射热计134与基板106热隔离(例如，释放)。然而，与有效测辐射热计102不同，盲测辐射热计134被屏蔽以免受来自外部场景的红外辐射。这样，盲测辐射热计134响应于来自外部场景的入射辐射水平基本上不改变温度，但是由于基板106中的自发热(例如，脉冲偏置发热)和温度变化而改变温度。因为有效测辐射热计102和盲测辐射热计134由于自发热和基板温度变化而改变到一阶轨道温度，所以盲测辐射热计134可配置成用于调节有效测辐射热计102的偏置的参考和/或用于从差分图像重构场景图像的参考，根据本文进一步讨论的各种实施例。实现盲测辐射热计134的一些示例技术可以在2012年7月31日提交的名称为“Determination of an Absolute Radiomeric Value Using BlockedInfrared Sensors(使用阻塞红外传感器确定绝对辐射值)”的国际专利申请No.PCT/US2012/049051中找到。盲测辐射热计134连同其相关电路(例如，相关开关)可称为盲测辐射热计单元。

根据一些实施例的测辐射热计电路100可包括斜坡(ramp)发生器136。斜坡发生器136可以配置成生成斜坡信号，用于在测辐射热计电路100中执行斜坡比较模数(A/D)转换或用于其他用途(例如，作为检测时钟速率的参考信号)。在测辐射热计电路100的其他实施例中，例如在不包括A/D转换电路的实施例中，可以从测辐射热计电路100中省略斜坡发生器136。例如，根据一些实施例，A/D转换电路和斜坡发生器可以在测辐射热计电路100的外部。

根据一些实施例的测辐射热计电路100可包括温度传感器138，其配置成检测与测辐射热计电路100的基板106相关联的环境温度。通过温度传感器138获得的基板温度读数可以例如用于在一系列基板温度上获得并应用校准数据。在一些实施例中，温度传感器138可以紧邻有效测辐射热计102和/或盲测辐射热计134设置在基板106上，使得由温度传感器138获得的温度读数可以紧密跟踪影响这些部件的基板温度。在一些实施例中，测辐射热计电路100可以配置成基于由温度传感器138检测的温度输出基板温度读数，使得基板温度读数可以由测辐射热计电路100外部的部件(例如，通过测辐射热计电路100外部的处理器)访问。例如，这种基板温度读数可用于通过处理器或其他逻辑装置执行各种校正(例如，非均匀性校正)和校准处理。

在一些实施例中，测辐射热计电路100可以包括处理器或其他逻辑装置140，其配置成基于存储在配置数据存储器142中的配置数据来执行与测辐射热计电路100相关联的各种操作。例如，在一个实施例中，处理器或其他逻辑装置140可以配置成执行本文下面公开的各种处理的至少一部分。在其他实施例中，其他外部部件(例如，主机装置的处理器)或内部部件(例如，定时和控制电路132)可以附加地或替代地配置成执行本文下面公开的各种处理的至少一部分。

根据一个或多个实施例，处理器或其他逻辑装置140可以用处理器件的任何适当组合来实现，例如通用中央处理单元(“CPU”)、包括现场可编程逻辑装置(“FPGA”)的可编程逻辑装置(“PLD”)、硬连线专用集成电路(“ASIC”)、数字信号处理器(DSP)、图像信号处理器(ISP)、或可通过执行从配置数据存储器142提供的指令和/或通过根据从配置数据存储器142提供的配置数据(例如，FPGA配置数据)配置逻辑电路来执行处理操作的其他逻辑装置。

如所讨论的，图1是便于描述和解释本公开一个或多个实施例的测辐射热计电路100及其各种部件的框图。这样，图1的框图不旨在限制其中所示的各种部件的尺寸、数量、布置或方向。例如，尽管盲测辐射热计由

图1中的单位单元阵列104上方的盲测辐射热计134的行表示，但是根据各个实施例的测辐射热计电路100的特定实施例，由盲测辐射热计134表示的一些或所有盲测辐射热计可被设置为与单位单元阵列104的列相邻的盲测辐射热计的一个或多个列(例如，如本文进一步讨论的，从而实现用于偏置列的盲测辐射热计)。

图2A示出了根据本公开实施例的示例电路200A，其配置成向有效测辐射热计202提供期望水平的偏置以生成输出299。与具有偏置控制能力的传统测辐射热计电路相比，根据各种实施例的电路200A可有利地实现复杂性、成本和噪声的降低，同时提供所需水平的更大量的偏置以实现对入射红外辐射的增加响应，如本文进一步讨论。

电路200A可以表示测辐射热计电路100的一部分的实施例示例。例如，有效测辐射热计202可表示有效测辐射热计102中的一个，并且电路200A的其他部件可表示对应的偏置电路118和列电路114的部件，其中有效测辐射热计102中的一个可选择性地耦接到对应列电路114(例如，通过根据来自定时和控制电路118的控制信号进行切换)，以形成电路200A的实施例。然而，应该认识到，电路200A不限于测辐射热计电路100，并且针对电路200A公开的技术适用于本领域技术人员将理解的各种类型的红外检测器电路实施例。例如，电路200A可以表示FPA的单位单元。在另一示例中，电路200A可表示实现单元件红外检测器的电路。

电路200A包括在传导路径206(也称为测辐射热计传导路径206)中串联耦接的有效测辐射热计202(标记为“R_det”)和测辐射热计216(也称为负载测辐射热计并由标记“R_load”标识)，传导路径206从电源电压节点208延伸到公共电压节点210(其为电路200A的接地电压或其他公共电压电平)。有效测辐射热计202是热隔离测辐射热计，其配置成响应于入射红外辐射201接收和改变其电阻，类似于上面讨论的有效测辐射热计102。测辐射热计216为传导路径206提供电阻性负载，并且热短路(例如，热分流)到可以在其上设置电路200A的基板。在一个示例中，热短路测辐射热计216可以被设置为列电路114的部件(例如，作为负载测辐射热计116，在图1中也标记为“R_load”)，并且通过应用导热材料而热短路到基板106。热短路测辐射热计216对基板表现出高导热性，因此其温度可以由基板温度支配，而入射红外辐射和自发热对热短路测辐射热计216的温度几乎没有影响。另外，有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216可以例如通过使用相同材料或具有类似TCR的不同材料，形成为展现出相同或基本相同的电阻温度系数(TCR)。

因为有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216都跟踪变化的基板温度到一阶，并且因为它们可以形成为表现出类似的TCR，所以基板温度的变化不应该明显地影响有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216上的电压降或电流的比率。因此，热短路测辐射热计216可以用作电路200A的基板温度补偿负载，其可以抵消基板温度变化对施加在有效测辐射热计202上的偏置的大部分影响。然而，应当理解，可以替代热短路测辐射热计216或者除了热短路测辐射热计216之外，使用其他合适的部件或电路来实现电路200A的负载(例如，包括温度补偿负载、非补偿负载、或其他可变或非可变负载)。

电路200A包括放大器218(例如，运算放大器)，其中一个输入217(例如，反相输入)耦接到导路径径206中的有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216之间的节点211。放大器218的输出219可以通过另一个用作反馈电阻器的热短路测辐射热计220(标记为“R_f”)耦接到其输入端217，从而将放大器218配置成反馈放大器(例如，互阻抗放大器)。与热短路测辐射热计216一样，热短路测辐射热计220的温度(并因此电阻)跟踪基板温度，但可能不会受到入射红外辐射201或自发热的明显影响。因此，热短路测辐射热计220可以用作基板温度补偿反馈电阻器，其基本上保持相对于有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216的期望电阻，并因此在一定范围的基板温度上保持反馈放大器的期望增益比。放大器218、热短路测辐射热计220和可与放大器218和/或热短路测辐射热计220相关联的其他部件在本文中可称为属于电路200A的放大器电路。

放大器218的另一输入221(例如，非反相输入)可以被设置有参考电压V_ref。由于放大器218的输入221和217之间的高阻抗和反馈配置，放大器218的输入217处的电压电势跟随V_ref，即输入221处提供的电压。换句话说，在输入221处提供的V_ref可以为反馈放大器配置设置虚拟接地，其也是输入217处的电压电势。因为输入217耦接到节点211，所以有效测辐射热计202由节点211处的V_ref和公共电压节点210处的电压偏置，而热短路测辐射热计216被电源电压节点208处的电源电压和节点211处的V_ref偏置。也就是说，例如，提供给放大器218的V_ref可以用于虚拟地设置有效测辐射热计202(例如，检测器测辐射热计R_det)和热短路测辐射热计216(例如，负载测辐射热计R_load)上的偏置，而不需要在传导路径206中的附加电路(例如，CMOS晶体管)来设置和保持所需的偏置电平。

在各种实施例中，可以根据V_ref设置有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216上的偏置，使得响应于由于入射红外辐射201引起的有效测辐射热计202的电阻变化，放大器218处的输出电压处于期望范围内。例如，在一些实施例中，可以设置V_ref，使得电流203(标记为“I_load”并且还称为负载电流，该电流响应于在负载测辐射热计R_load上施加的、在电源电压节点208处的电源电压电平和节点211处的电压电平V_ref之间的电压电势，通过负载测辐射热计R_load(例如，热短路测辐射热计216)产生)是与通过检测器测辐射热计R_det(例如，有效测辐射热计202)的电流205(标记为“I_det”)减去由于响应于来自外部场景的入射红外辐射201产生的电阻变化而产生的电流207(标记为“I_scene”)一阶相同或基本相同。因此，在这样的实施例中，通过有效测辐射热计202的电流205(I_det)与通过热短路测辐射热计216的电流203(I_load)之间的差可以表示电流207(I_scene)，其响应于入射红外辐射201由于有效测辐射热计202的电阻变化而导致。

由于入射红外辐射201引起的该电流207(I_scene)流过热短路测辐射热计220(反馈测辐射热计Rf)，原因在于热短路测辐射热计220表示反馈配置中的放大器218的低阻抗路径。然后，放大器218的输出219处的电压(V_out)是V_out＝I_scene x电阻(R_f)，其中电阻(R_f)表示热短路测辐射热计220的电阻值。因此，例如，场景电流比输出电压增益大约是电阻(R_f)/电阻(R_det)的比率。有利地，该增益比率可以在变化的基板温度下保持基本恒定，因为热短路测辐射热计220和有效测辐射热计202的温度以及因此的电阻变化将基板温度跟踪到如上所述的一阶。对于其他实施例，也预期，除了热短路测辐射热计220之外或替代热短路测辐射热计220，其他可变或不可变阻抗部件或电路可用于实现放大器218的反馈电阻器。

在各种实施例中，输入221处的参考电压V_ref可以由耦接到输入221的可变电压源250提供。例如，在一些实施例中，可变电压源250可以使用数模转换器(DAC)来实现，例如CMOS DAC或其他合适的DAC，其可以用于通过提供对应的数字数据(例如，二进制位)来输出期望的电压电平。允许调节其输出电压的其他合适的可变电压源(例如，通过适当的输入或控制信号)在其他实施例中可以用以实现可变电压源250。因此，通过向实现可变电压源250的CMOS DAC提供适当的二进制位或以其他方式调节可变电压源250的输出电压以设置参考电压V_ref，可以根据需要设置有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216上的偏置，例如，使得流过热短路测辐射热计220以产生输出电压V_out的电流主要或仅仅是电流207(I_scene)，其与由于如上所述的入射红外辐射201引起的有效测辐射热计202处的电阻变化相关联。

可以理解，当制造器件实现电路200A的时，可能存在各种部件的性能特性的自然变化。例如，在制造时，与测辐射热计202,216和220相关联的红外辐射吸收系数、电阻、TCR、热容量和热导率可能存在与预期设计参数小的偏差。根据电路200A的各种实施例，可以通过经由可变电压源250方便地调节参考电压V_ref来调节用于有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216的偏置以校正这种偏差。

例如，如果电路200A在FPA中实现，例如在测辐射热计电路100的实施例中，则由制造工艺产生的这种变化可能导致FPA中的像素之间的响应的不均匀性。如上面针对一个示例所讨论的，阵列中的一个有效测辐射热计102可以选择性地耦接到列电路114中的对应一个以形成电路200A，每个列电路114包括负载测辐射热计116、反馈电阻器120和放大器118，其中所选择的有效测辐射热计102、负载测辐射热计116、反馈电阻器120和放大器118可以分别对应于电路200A的测辐射热计202,216,220和放大器218。在测辐射热计电路100的这种实施例中，有效测辐射热计102和列电路114的不同组合可以表现出不同的响应特性(例如，对于给定的入射红外辐射产生不同的输出电压)，如果对于每种组合调节参考电压Vref和因此的有效测辐射热计102和负载测辐射热计116的偏置以校正制造变化或其他变化。

在这方面，根据一些实施例，可以在电路200A上用标签A、B、C和D指定的一个或多个不同位置处提供偏移调节电路260，以对偏置进行附加的和/或微调。例如，在一些实施例中，偏移调节电路260可以包括位置A、B或两者处的可变电压源(例如，DAC)，使得有效测辐射热计202、热短路测辐射热计216或两者上的偏置可以通过改变位置A、B或两者处的电压电平进一步调节。因此，例如，如果电路200A在测辐射热计电路100中实现，则可以使用包括一个或多个可变电压源的偏移调节电路260在每个像素的基础上(例如，提供专用于每个像素的调节)进一步调节有效测辐射热计102、负载测辐射热计116或两者上的偏置以校正不均匀性。

在一些实施例中，偏移调节电路260可以设置在位置C处，并且配置成修改或以其他方式调节由可变电压源250提供到放大器218的输入221的电压，以提供参考电压V_ref的每个像素调节，从而提供每个像素的偏置调节。在一些实施例中，偏移调节电路260可以被设置为放大器218的一部分或附加(例如，在位置D处)，并且配置成响应于接收用于每个像素的校准数据(例如，调节位)而改变放大器218的一个或多个特性，从而提供每个像素的偏置调节。在位置C和/或D处提供偏移调节的实施例有利地允许偏移调节电路260从传导路径206去除。因为在这些实施例中偏移调节电路260可以从传导路径206去除，所以电源电压的较大部分可以有利地用于偏置传导路径206中的有效测辐射热计202，并且偏移调节电路260可以不经历并且因此不需要被设计成在流过传导路径206电流的大的变化下工作。

对于一些实施例，还可以预期，除了偏移调节电路260之外或替代偏移调节电路260，可以利用可变电压源250来为FPA中的每个像素或一组像素提供特定调节，而不是为整个FPA提供统一的参考电压V_ref来设置全局偏置。

根据一些实施例，电路200A可以包括耦接到放大器218的输出219的低通滤波器(“LPF”)222。如上所述，输出219处的输出电压(V_out)可以表示指示要检测的入射红外辐射201的强度的信号。然后，耦接到输出219的LPF 222可以通过滤除高频噪声分量来限制这种信号中的噪声带宽。在各种实施例中，LPF 222可以实现为电阻器—电容器(RC)网络LPF、开关电容器LPF或任何其他合适的LPF实现方式。在一些实施例中，电路200A可以包括采样和保持电路224，其配置成从放大器218接收输出电压(V_out)或者从LPF 222接收滤波信号，并且在将其作为电路200A的模拟输出信号(例如，输出299)传递之前保持它(例如，基本上保持相同的电压电平)一预定时间。然后可以进一步处理模拟输出信号(例如，转换成数字信号)或者要不然根据需要将其用于电路200A的应用。

因此，上述电路200A的各种实施例可以配置成设置和保持对有效测辐射热计202和热短路测辐射热计216的期望水平的偏置，以产生指示在有效测辐射热计202处接收的入射红外辐射201的强度的放大输出信号。鉴于传统的测辐射热计电路通常需要大量的电路用于偏置控制，电路200A的各种实施例可以有利地实现偏置产生和控制，而没有太多的传统偏置控制电路以及伴随的复杂性、尺寸、成本和噪声。

特别地，例如，根据电路200A的各种实施例，可以从有效测辐射热计202的传导路径206和热短路测辐射热计216中去除诸如传统偏置控制所需的CMOS晶体管的各种电路和部件。另外，对于传统偏置电路产生参考信号(例如，用于驱动传导路径206上的CMOS晶体管的栅极)所需的相关参考测辐射热计和其他参考电路可能不是电路200A的各种实施例所必需的。

从传导路径206去除诸如偏置控制CMOS晶体管的部件不仅降低了与这种电路相关的复杂性、尺寸和成本，而且还去除了CMOS晶体管和其他电路可能从电路200A的敏感前端引入的噪声(例如，传导路径206)。另外，通过使用诸如CMOS DAC的低阻抗可变电压源250来设置偏置，与具有偏置控制能力的传统测辐射热计电路相比，根据各种实施例的电路200A可以有利地表现出更低的噪声。此外，通过去除诸如限制电流和/或电压以控制偏置的偏置控制CMOS晶体管和参考电路的常规电路，电源电压的更大部分(例如，电源电压节点208处的电源电压和公共电压节点210处的公共或接地电压之间的电压电势)可以专用于偏置有效测辐射热计202。因此，例如，可以向有效测辐射热计202提供更大的偏置以改善响应。

此外，在这方面，电路200A的各种实施例可以使用热短路测辐射热计220在反馈配置中经由放大器218提供期望水平的输出，而不需要积分放大器(例如，使用大电容器)来提供通常在传统的测辐射热计电路中需要的(例如，由于较小的偏置而需要)大的增益。使用热短路测辐射热计220的反馈配置中的放大器218可以不仅具有优于通常需要大电容器和附加的缓冲器的积分放大器的尺寸优势，而且还可以允许对增益比进行更方便和稳定的控制。也就是说，通过为热短路测辐射热计220选择合适的电阻值，可以方便地为电路200A设定所需的增益比，热敏测温计220也可以用作基板温度补偿的反馈电阻器以在变化的基板温度上提供稳定的增益比，如上面所讨论。在一些实施例中，例如，可以提供一个或多个开关223(例如，CMOS开关)，每个开关可以打开或关闭以选择性地短路热短路测辐射热计220的对应的一个或多个部分，从而调节热短路测辐射热计220的电阻值，进而调节电路200A的增益比。因此，在这样的实施例中，可以打开或关闭一个或多个开关223中的适当的一个(例如，通过向开关223提供控制位或控制信号)以方便地调节电路200A的增益比，举例来说，假如例如当入射IR辐射201来自火灾或热物体时存在大量信号。相反，为了控制传统测辐射热计电路中的积分放大器的增益比，可能需要调节积分时间的复杂过程。

因此，根据各种实施例的电路200A的这些有益方面可以允许红外传感器、用于红外成像的FPA、或其他传感器或成像装置以比利用传统测辐射热计电路可实现的更低成本、复杂性、噪声和/或更小的占地面积来实现。复杂性、尺寸、噪声和成本的这种降低可以有利地导致红外成像FPA或其他成像或传感器设备具有更高分辨率(例如，较小像素间距处的较大数量的像素)和性能(例如，更好的响应和低噪声)，但例如具有较低的制造成本、较小的尺寸和较低的功率要求。

以上讨论的图2A的电路200A是示例性电路，以示出根据本公开各种实施例的各种技术，其向检测器测辐射热计提供期望水平的偏置，以产生指示入射红外辐射强度的输出信号。这样，应当理解，上面针对电路200A讨论的各种技术可以在各种各样的电路设备中实现，并且根据本公开的原理可以进行多种修改和变化。例如，可以反转电路极性，例如通过反转电源和反转相关电路部件的极性。此外，出于说明的目的，识别以上结合电路200A讨论的各种路径、节点和位置，并且不应将其理解为限于电路200A的特定物理位置。而是，本领域技术人员可以认识到实现结合电路200A所示的本公开的原理的电路或设备中的对应路径、节点和位置。另外，出于说明的目的，识别与电路200A相关的电流流动方向，并且本领域技术人员应认识到，所示方向可以反转或不反转，这取决于电路200A的操作期间的实际电压电势。

图2B示出了根据本公开实施例的类似于电路200A的电路200B的示例，但是还配置成启用低功率操作模式。例如，电路200B可以选择性地以低功率模式或正常模式操作。在根据一些实施例的低功率模式中，放大器218和/或传导路径206与电源断开，而放大器218的输入217和输出219被驱动到预定电压电平。在正常模式中，电路200B以针对上述电路200A所述的方式操作，以从放大器218的输出219处的外部场景产生指示入射红外辐射201的强度的输出信号。

在这方面，根据本公开的一个或多个实施例，电路200B可以包括与负载测辐射热计216、有效测辐射热计202和放大器218相关联的多个开关240-244(也标记为“SW1”至“SW5”)。在一个或多个实现方式中，开关240-244(SW1-SW5)可以实现为CMOS开关。在所示实施例中，开关240(SW1)配置成选择性地将负载测辐射热计216连接到电源电压节点208或从电源电压节点208断开，而开关241(SW2)配置成选择性地将有效测辐射热计202连接到公共电压节点或从公共电压节点断开210。因此，通过选择性地打开和关闭开关240和241，测辐射热计传导路径206可以连接到电源或从电源断开。在所示实施例中，开关244(SW5)配置成选择性地将放大器216连接到公共电压节点210或从公共电压节点210断开放大器216，从而向放大器216选择性地提供或切断电源。如上面针对电路200A所讨论的，应当理解，如本领域技术人员将理解的，可以根据具体实现方式反转电路200B的相关电路部件的极性。因此，在其他实施例中，可以提供开关240以选择性地将相关的负载测辐射热计216连接到公共电压节点210或从公共电压节点210断开，并且例如，可以提供开关241和245以选择性地将相关部件连接到电源电压节点208或从电源电压节点208断开相关部件。

在所示实施例中，开关242(SW3)配置成选择性地将放大器218的输出219连接到放大器的输入217或从放大器的输入217断开(例如，将放大器218的输出219选择性短路到其输入217)，以及开关243(SW4)配置成选择性地将放大器的输出219连接到电源电压节点208或者与电源电压节点208断开。在其他实施例中，开关243(SW4)可以配置成选择性地将放大器的输出219连接到节点或与节点断开，该节点在电源电压节点208处提供除电源电压电平之外的预定电压电平。因此，例如，放大器218的输出219可以通过关闭开关243(SW4)被驱动到并保持稳定电平(例如，电源电压节点208处的电源电压电平)。此外，例如，通过打开开关240和241(SW1和S W2)将导路径径206与电源断开以及通过关闭开关243和244(SW3和SW4)将放大器218的输出219连接到电源电压节点208并将输出219短路到放大器218的输入217，可以将放大器218的输入217和221以及输出219都驱动到并保持在稳定电平(例如，电源电压节点208处的电源电压电平)。在放大器218的输入217和221以及输出219保持在稳定电平的情况下，可以如上所述通过打开开关240(SW5)从放大器218切断电源，以减少电路200B的功耗，同时提供稳定的预定输出电平。

因此，在所示实施例中，通过将开关240,241和244(SW1、SW2和SW5)设置在关闭位置并且将开关242和243(SW3和SW4)设置为打开位置可以在正常模式下操作电路200B，通过将开关240、241和244(SW1、SW2和SW5)设置在打开位置并且将开关242和243(SW3和SW4)设置在关闭位置可以在低功率模式下操作电路200B。在另一个实施例中，通过将开关240(SW1)设置在打开位置并省略开关241(例如，电路未断开)或者通过将开关241(SW2)设置在打开位置并省略开关240(例如，电路未断开)，可以在低功率模式下操作电路200B，从而将测辐射热计传导路径206与电源断开，同时将放大器218的节点211和输入217驱动到预定电压电平(例如，基于电源电压电平，如果省略开关240，或者基于公共电压电平，如果省略开关241)。放大器218也断开电源，并且通过将开关243设置在关闭位置并且将开关244设置在打开位置，将其输出驱动到预定电平(例如，电源电压电平)。由于节点211和输入217通过部分测辐射热计传导路径而不是放大器218的输出219被驱动到预定电压电平，所以在该实施例中也可以省略开关242(SW3)。在又一个实施例中，通过将开关240、241和243(SW1、SW2和SW4)设置在打开位置并且将开关242和244(SW3和SW5)设置在关闭位置，可以在低功率模式下操作电路200B。这种低功率模式也可以称为像素停止(killed-pixel)模式并且提供较少的功率节省，但是可以允许受控的响应和用于坏(开路或短路)有效测辐射热计的电流水平，同时继续将参考电压电平驱动到节点211，例如，用于准备列中的下一个有效测辐射热计。可以理解，在具有像素停止或其他低功率模式的那些实施例中，并非所有开关240-244都是必需的。在一些实施例中，控制电路(例如定时和控制电路132和/或处理器140)可以配置成生成控制信号以将开关240-244设置为以低功率模式或正常模式操作电路200B。

如上所述，当在低功率模式下操作时，测辐射热计传导路径206和放大器218与电源断开以减少电路200B的功耗，同时为电路200B提供稳定的预定输出电平。结果，当电路200B被实现为较大电路或设备的一部分时，电路200B可以选择性地以低功率模式操作以节省功率，而不会不期望地影响较大电路或设备的其他部分的功能。例如，多个电路200B可以在FPA中实现，例如在测辐射热计电路100的实施例中，其可以包括用于每个列或单元的电路200B。在这样的实现方式中，用于某些列或单元的电路200B可以在正常模式下操作，而列或单元的其余部分可以在低功率模式下操作，从而减少FPA的总功耗。此外，在低功率模式下操作的那些列或单位单元的输出将不会表现为噪声或随机伪像，而是将保持在如上所述的稳定的预定值，这可以有利地允许FPA捕获的IR图像将用于一些目的，即使在某些列或单位单元处于低功率模式时。下面参考根据本公开的一个或多个实施例的图4D讨论配置成在低功率模式下使用部分FPA的FPA的其他示例。尽管电路200B在图2B中被示出为具有作为基本配置的电路200A，但是应当理解，结合电路200B的实施例描述的技术和原理也适用于具有有效测辐射热计、电阻性负载、放大器和/或通常在测辐射热计电路中发现的其他合适的部件。

图3示出了根据本公开实施例的包括电路200A的实施例的测辐射热计电路300。测辐射热计电路300可以包括一个或多个列电路块314(单独地标识为列电路块314(1)到314(M)，其中M可以表示单位单元阵列104中的期望列数)。每个列电路块314可以与一个或多个有效测辐射热计302相关联。在图3中，为清楚起见，只有那些与列电路块314(1)相关联的一个或多个有效测辐射热计302(单独标识为列电路块302(1)到302(N)，其中N可以表示单位单元阵列104中期望的行数)示出，但是应该理解，可以提供图3中未明确示出的其他有效测辐射热计302，并将其与其他列电路块314(2)至314(M)相关联。

每个有效测辐射热计302可以伴随有开关370和372，用于选择性地启用和连接到对应的一个列电路块314。在一些实施例中，一个或多个盲测辐射热计(图3中未示出)可另外与每个列电路块314相关联。这种盲测辐射热计可以用与上面针对测辐射热计电路100讨论的盲测辐射热计134相同或类似的方式实现，并且配置成通过伴随的开关选择性地启用并连接到每个列电路块314，例如以提供参考信号水平用于校准和其他目的。

在一些方面，列电路块314可以表示列电路114中的一个，并且有效测辐射热计302可以代表测辐射热电路100的有效测辐射热计102中的一个，其中，有效测辐射热计102可以通过开关选择性地耦接到对应的一个列电路114，以形成包括如上所述的电路200A的实施例的电路。因此，根据各种实施例的测辐射热计电路300还可包括列复用器330、校准数据存储器309、定时和控制电路332、斜坡发生器336、温度传感器338、处理器或其他逻辑装置340、和/或配置数据存储器342，所有这些都可以以用与其测辐射热计电路100的对应部件类似的方式实现。

根据各种实施例，每个列电路块314可包括热短路测辐射热计316、放大器318(运算放大器)、热短路测辐射热计320(例如，反馈测辐射热计)、LPF 322(例如，RC LPF)、和/或采样和保持电路324，其可分别对应于电路200A的热短路测辐射热计216、放大器218、热短路测辐射热计220、LPF 222和采样和保持电路224。放大器318、热短路测辐射热计320以及可与放大器318和/或热短路测辐射热计220相关联的其他部件在本文中可称为属于用于列电路块314的放大器电路。

如可以理解的，列电路块314的各种部件可以配置成形成上面讨论的电路200A的对应部分。例如，与电路200A一样，热短路测辐射热计320可以并联耦接在放大器318的反相输入317和输出319上，从而将放大器318配置成反馈放大器。热短路测辐射热计320可以配置有电阻以提供期望的增益。例如，热短路测辐射热计320可以配置成呈现电阻Rf xRb，如图3所示，其中Rf可以表示增益因子，Rb可以表示有效测辐射热计302的电阻。

在各种实施例中，热短路测辐射热计316可以在一端耦接到电源电压节点308，并且在另一端耦接到电路路径306，电路路径306通向一个或多个相关联的有效测辐射热计302(1)-302(N)。有效测辐射热计302(1)-302(N)可以以与电路200A的有效测辐射热计202相同或类似的方式实现。通常，考虑到例如供电电压范围、测辐射热计电路300的其他部件的操作特性、期望的偏置范围以及其他实施参数，可以根据测辐射热电路300的特定实施例确定热短路测辐射热计316的电阻和有效测辐射热计302的电阻。例如，热短路测辐射热计316的电阻与有效测辐射热计302的电阻的比率可以设置为K，例如，通过提供具有K x Rb电阻的热短路测辐射热计316，其中K可以是用于特定实现参数的任何期望的值，并且不必是整数。在所示实施例中，热短路测辐射热计316和有效测辐射热计302具有相似的电阻(即，热短路测辐射热计316与有效测辐射热计的电阻比率约为1)。

在各种实施例中，有效测辐射热计302(1)-302(N)中的一个可以在一端通过开关370耦接到热短路测辐射热计316，并且在另一端通过另一个开关372耦接到偏移调节DAC(ODAC)360。例如，一个或多个有效测辐射热计302可以分别被选择性地启用并且电连接到对应的一个列电路块314的热短路测辐射热计316和ODAC 360(例如，通过根据来自定时和控制电路332的控制信号打开或关闭的开关370和372)，以形成测辐射热计传导路径并用与上面针对电路200A讨论的有效测辐射热计202相同或类似的方式操作。开关370和372以及相关的开关电路(例如，实现为定时和控制电路332的一部分)可以使用用于多像素测辐射热计电路的适当技术来实现，该技术包括这样的技术：例如，名称为“MichrobolomterFocal Plane Array Methods and Circuitry”美国专利No.6,812,465和名称为“Systemsand Methods for Seletcting Microbolomters within Microbolometer Focal PlaneArrays”的美国专利No.7,679,048中所描述的那些技术，其全部内容并入本文。

因此，在一个方面，在连接和启用的一个有效测辐射热计302和热短路测辐射热计316上的偏置可以以上面针对电路200A所讨论的方式设置和保持。因此，放大器318的反相输入317可以耦接到电路路径306上的有效测辐射热计302和热短路测辐射热计316之间的节点(指定为“Col”)，而放大器318的非反相输入321可以提供有参考电压V_ref。如此配置，连接且启用的一个有效测辐射热计302可以由ODAC 360的输出362和出现在节点Col处的参考电压电平V_ref偏置，如上面针对电路200A所讨论的。

在各种实施例中，每个列电路块314的ODAC 360可以耦接到电源电压节点308和公共电压节点310，并且配置成响应于偏移调节位364在其输出362处生成期望的电压电平(例如，指示期望的偏移电压的一串二进制位)。因此，根据一些实施例的ODAC 360可以实现用于测辐射热计电路300的偏移调节电路260。也就是说，每个列电路块314的ODAC 360可以对有效测辐射热计302上的偏置应用调节，该偏置被选择性地启用并且电连接到每个列电路块314。

在这方面，在一些实施例中，ODAC 360可用于调节用于对应列电路块302的有效测辐射热计偏置。在一些实施例中，ODAC 360可用于在有效测辐射热计302上施加偏置的每个像素调节。在这样的实施例中，校准数据存储器309可以配置成针对测辐射热计电路300中的每个像素(例如，针对有效测辐射热计302中的每一个)存储对应的偏移调节位364，并且定时和控制电路332可以配置成提供对应的偏移调节位364到与每行有效测辐射热计302的切换和启用相关的对应的一个列电路块314的ODAC360。在各种实施例中，ODAC 360可以包括电阻器—网络DAC、CMOS DAC或用于实现偏移调节电路260的任何其他合适类型的DAC。

在各种实施例中，测辐射热计电路300可以包括CMOS偏置电路350，其耦接到放大器318的非反相输入321以提供参考电压Vref。因此，根据一个或多个实施例的CMOS偏置电路350可以包括CMOS DAC，其配置成响应于偏置调节位352(例如，指示期望的参考电压V_ref的二进制位串)生成期望的电压电平。因此，根据各种实施例的CMOS偏置电路350可以实现用于测辐射热计电路300的可变电压源250。也就是说，在测辐射热计电路300中，CMOS偏置电路350可以配置成基于偏置调节位352(例如，存储在校准数据存储器309中并从校准数据存储器309提供)来提供期望电平的参考电压V_ref，以用于对于所有列电路块314和有效测辐射热计302的所有行全局地设置和保持偏置。在一些实施例中，CMOS偏置电路350还可以包括用于锁存和/或加载偏置调节位352的相关电路，并且可以对应于测辐射热计电路100的偏置电路108。

在施加期望水平的偏置的情况下，由于有效测辐射热计302处的入射红外辐射引起的电阻变化在放大器318的输出319处产生放大的输出电压，如上面针对电路200A所讨论的。放大器318的输出319耦接到LPF322，其在测辐射热计电路300的实施例中被实现为电阻器—电容器(RC)网络LPF(例如，如图3中所示)。在另一端，LPF 322耦接到采样和保持电路324，其可以使用一个或多个开关和一个或多个电容器(如图3中所示)来实现，以基本上保持滤波的模拟电压电平(例如，滤波的模拟信号)，其表示在有效测辐射热计302处接收的入射红外辐射的强度。

在各种实施例中，每个列电路块314可包括比较器326、开关327、电容器329和锁存器328，其可用于将在采样和保持电路324处捕获的滤波的模拟电压电平转换为数字输出值(例如，通过执行斜坡比较A/D转换)。例如，比较器326可以配置成从采样和保持电路324接收电压电平并且从斜坡发生器336接收斜坡信号，并且比较电压电平和斜坡信号以在斜坡信号基本上与电压电平匹配时进行触发(例如，生成关闭开关327的信号)。

在这方面，测辐射热计电路300还可以包括计数器331(例如，在一些实施例中为数字计数器)，其配置成响应于接收时钟信号递增(或根据计数器331的实现递减)计数值(例如，以一个或多个计数信号编码)。计数器331递增或递减的计数值可以具有与斜坡发生器336产生的斜坡信号基本相似的周期(例如，基本相同时间地复位为零或基值)。当比较器326触发时，可以选择当前计数值并将其存储在锁存器328中作为数字值。每个列电路块314的锁存器328的输出可以耦接到列复用器330，列复用器330配置成对于每个列电路块314复用存储在锁存器328中的数字值，以产生用于测辐射热计电路300中的所有列的数字输出信号390。在各种实施例中，定时和控制电路332、处理器或其他逻辑装置340、和/或测辐射热计电路300的其他部件可以配置成根据预定定时重复生成用于所有行的有效测辐射热计302的数字输出信号390，以使得数字输出信号390的级联可以数字地表示在测辐射热计电路300的有效测辐射热计302处接收的红外辐射的图像帧。因此，例如，测辐射热计电路300的实施例可以配置成捕获一系列红外图像帧。

因此，关于图3讨论的测辐射热计电路300的各种实施例可以实现用于多列和多行有效测辐射热计302的电路200A的一个或多个实施例，其有效测辐射热计302形成FPA以生成红外成像数据的模拟和/或数字输出。根据本公开的其他实施例的在FPA的环境中实现电路200A的一个或多个实施例的其他测辐射热计电路在下面参考图4A到8示出。

图4A示出了根据本公开另一实施例的包括电路200A的实施例的测辐射热计电路400A。在一个方面，例如，用于测辐射热计电路400A的各种实施例的可变电压源250的实施例可以有利地改变参考电压V_ref以补偿有效测辐射热计的自发热。

有效测辐射热计的自发热通常由于在它们被偏置以获得入射红外辐射的测量值时通过有效测辐射热计的电流(例如，图2中所示的I_det)和功率消耗而发生。在这种意义上，有效测辐射热计的自发热也可以称为偏置发热或脉冲偏置发热，例如在FPA的有效测辐射热计周期性地连接到列电路并且偏置一段时间的情况下，如上面针对图1和3所讨论的，这导致有效测辐射热计发热和冷却的脉冲。如上面简要讨论的那样，有效测辐射热计的温度和因而的电阻受到自发热的影响，因为有效测辐射热计与基板隔离(例如，释放)，而热短路测辐射热计的温度不会受到自发热的影响，原因在于基板的热短路起到散热器的作用。

可以理解，由于自发热引起的有效测辐射热计的温度变化可能限制用于测量在有效测辐射热计处接收的入射红外辐射的可用输出信号范围(或输出信号摆动)，即使当使用热短路测辐射热计作为温度补偿负载，以及甚至当用于有效测辐射热计和热短路测辐射热计的偏置设置并保持在预定电平时。为了减少有效测辐射热计自发热的这种不期望的影响，测辐射热计电路400A的各种实施例可以响应于有效测辐射热计的自发热，改变偏置设置参考电压V_ref，以校正由于自发热引起的有效测辐射热计的电阻变化。

更具体地，在各种实施例中，实现用于测辐射热计电路400A的可变电压源250的偏置电路450可包括一个或多个偏置列454，每个偏置列提供(例如，在图4A中标记为“BCol”的节点处)一个电压水平，该电压水平响应于跟踪有效测辐射热计302的自发热的一个或多个相关的盲测辐射热计434的自发热而变化。例如，在图4A中，分别识别偏置列454(1)至454(B)，其中“B”表示偏置电路450中的期望数量的偏置列，并且盲测辐射热计434(1)至434(R₁)被单独地识别，其中“R₁”表示与偏置列454(1)相关联的盲测辐射热计的数量。其他偏置列454(2)至454(B)可以各自与对应数字(表示为R₂,R₃,...,R_B)的盲测辐射热计相关联(未在图4A中明确示出)，其中R₁,R₂,R₃,…,R_B根据实施例可以相同或不同。

盲测辐射热计434可以用与上面结合图1讨论的盲测辐射热计134类似的方式实现。也就是说，盲测辐射热计434与基板热隔离(例如，释放)，同时基本上被屏蔽(例如，屏蔽到一般制造工艺允许的程度)而不受入射的红外辐射，因此它们的温度由于自发热和基板温度变化而改变，但不由于入射红外辐射而改变。在一个或多个实施例中，盲测辐射热计434可以被实施为表现出与有效测辐射热计302类似的TCR和电阻值。

每个偏置列454包括热短路测辐射热计456，其可以以与热短路测辐射热计316类似的方式实现并且用作温度补偿负载。热短路测辐射热计456可以选择性地耦接到串联在从供电电压节点308延伸到公共电压节点310的传导路径中的一个盲测辐射热计434，从而镜像包括热短路测辐射热计316和有效测辐射热计302的传导路径以测量入射IR辐射。由于使用盲测辐射热计434对有效测辐射热计302进行镜像，所述盲测辐射热计434跟踪由于自发热而在有效测辐射热计302处的电阻变化，每个偏置列454可以用作提供变化的电压电平(例如，当从标记为BCol的节点取得时)的分压器，该变化的电压电平表示偏置设置参考电压V_ref应该处于什么电平，以使列电路块414的放大器418的输出电压(例如，输出信号)主要地或完全地代表来自场景的入射红外辐射，假如温度变化可归因于在有效测辐射热计302处的自发热。在这个意义上，偏置列454也可以称为参考传导路径。

在这方面，热短路测辐射热计456与连接和启用的一个盲测辐射热计434之间的节点BCol可以耦接到放大器418的输入421(例如，非反相输入)，以在节点BCol处提供作为参考电压V_ref的电压电平到放大器418。在一个或多个实施例中，每个偏置列454的节点BCol和放大器418的输入421可以经由缓冲器458耦接，缓冲器458配置成响应于偏置调节位452调节来自BCol的输入电压并输出调节后的输入电压。在这样的实施例中，可以应用偏置调节位452(例如，存储在校准数据存储器309中)以对由例如一个或多个偏置列454提供的变化的、自发热补偿电压电平进行全局精细调节。如果提供两个或更多个偏置列454(例如，B>＝2)，则通过分别连接列454(1)到454(B)的节点BCol到缓冲器458的并联路径对偏置列454(1)到454(B)的节点BCol处的电压电平进行平均，从而例如向放大器418提供更精确的参考电压V_ref。因此，一些实施例可以包括用于每个偏置列454的列开关453，其可以打开或关闭(例如，通过控制位)以选择性地断开对应的偏置列454，假如特定偏置列454不是例如提供精确的参考电压V_ref。

如上所述，每个偏置列454可包括一个或多个相关联的盲测辐射热计434。在一些实施例中，可以为每个偏置列454提供多个相关联的盲测辐射热计434，并且将其选择性地启用并连接到热短路测辐射热计456以形成上面讨论的分压器。更具体地，对于一些实施例，可以为每个盲测辐射热计434提供开关433和435，并且基于来自定时和控制电路332的信号，根据适当的定时选择性地关闭或打开开关433和435。例如，定时和控制电路332可以配置成控制用于盲测辐射热计434的开关433和435以及用于有效测辐射热计302的开关370和372，使得每个盲测辐射热计434可以被选择性地启用和连接以在与选择和启用对应的一个有效测辐射热计302相关联(例如，同步)的节点BCol处产生电压电平，从而允许在被偏置(例如，在其偏置时段或偏置脉冲期间)的同时启用并连接的一个盲测辐射热计434跟踪对应的一个有效测辐射热计302的自发热。

在与有效测辐射热计302的切换同步或以其他方式一致的多个盲测辐射热计434之间的这种切换不仅能够跟踪有效测辐射热计302的脉冲偏置发热模式，而且还可以在再次偏置之前允许足够时间供盲测辐射热计434冷却到与对应的有效测辐射热计302相似的温度。在一些实施例中，每个偏置列454可以包括与测辐射热计电路400A中的有效测辐射热计302的行数相同数量的盲测辐射热计434(例如，R₁＝R₂＝...＝R_B＝N)。也就是说，对于每行有效测辐射热计302，根据这些实施例在每个偏置列454中提供对应的盲测辐射热计434。这样的实施例可以允许盲测辐射热计434镜像对应的有效测辐射热计302的脉冲偏置发热和冷却定时。

在一个示例中，偏置列454与缓冲器458一起可以由图1中的偏置电路108表示。在另一个示例中，盲测辐射热计434和相关联的开关433和435可以由图1中的盲测辐射热计134的单元(例如，作为单位单元阵列104旁边的列而不是单位单元阵列104上方所示的行)表示，而偏置列454的剩余部分与缓冲器458一起可以由图1中的偏置电路108表示。

测辐射热计电路400A的剩余部分可以根据上面结合图1到3描述的各种实施例和替代方案来实现。例如，在测辐射热计电路400A的实施例中，LPF 422可以用开关电容器电路实现，该开关电容器电路包括一个或多个电容器425A-B和一个或多个相关开关423A-B，如关于图2的LPF 222简要讨论的。在图4A所示的示例中，开关电容器电路配置成根据期望的定时(例如，基于时钟信号)打开或关闭开关423A和423B，以实现期望的模拟信号滤波特性。然而，对于其他实施例，用于测辐射热计电路400A的LPF 422可替代地使用如针对测辐射热计电路300的LPF 322所示的RC网络来实现，或者使用本文所述的其他部件和技术。相反，这里描述的其他测辐射热计电路实施例(例如，测辐射热计电路300)可以利用开关电容器电路来实现LPF。

另外，在图4A所示的测辐射热计电路400A的实施例中，电路200A的偏移调节电路260可以实现为放大器418的一部分或与放大器418结合，如上面结合图2简要讨论的。具体地，根据各种实施例的放大器418可以配置成响应于从用于对应的列电路块414的校准数据存储器309接收的偏移调节位464或其中的像素，对其输入417和/或421处的电压电平和/或放大器418的其他操作特性进行调节。用于图4所示的各种实施例的放大器418因此可以允许例如跨有效测辐射热计302的每列或每个像素微调偏置。

如上面结合偏移调节电路260所讨论的，提供偏移调节电路260作为放大器418的一部分或与放大器418结合的测辐射热计电路的实施例可以有利地允许较大部分的电源电压可用于偏置有效测辐射热计302。对于其他实施例，用于测辐射热计电路400A的偏移调节电路260可替代地使用ODAC 360或本文描述的其他部件和技术来实现。相反，本文描述的其他测辐射热计电路实施例可以利用针对放大器418描述的技术来实现偏移调节电路260。

从前面的讨论可以理解，与传统的测辐射热计电路相比，上述测辐射热计电路400A的各种实施例不仅可以向有效测辐射热计302提供了复杂性、尺寸、成本和降噪的适当的偏置，而且也响应有效测辐射热计302的自发热改变了偏置以校正自发热的不良影响，从而有利地增加了指示有效测辐射热计302处的入射IR辐射的输出信号的可用范围(或信号摆动)。

图4B示出了根据本公开另一实施例的具有多列和多行有效测辐射热计302(例如，布置在FPA中)的测辐射热计电路400B。测辐射热计电路400B类似于测辐射热计电路400A，但配置成相对于测辐射热计电路400A降低噪声。具体地，测辐射热计电路400B包括在热短路测辐射热计416和耦接到放大器418的输入417的节点(例如，图4B中标记为“Col”的节点)之间的晶体管470(例如，根据一些实施例的MOSFET 470)。根据一个或多个实施例的以这种方式串联连接的热短路测辐射热计416和晶体管470在本文中也可以称为每个列电路块414的电阻性负载。

晶体管470的源极(例如，MOSFET 470的源极)被设置为相对于其栅极的电压电平，从而在热短路测辐射热计416上产生与电源电压节点308的电压差。热短路测辐射热计416上的该电压差通过有效测辐射热计302产生负载电流。因此，串联连接的热短路测辐射热计416和晶体管470可以基本上作为产生负载电流的电流源操作。类似地，在一个或多个实施例中，测辐射热计电路400B可以包括在热短路测辐射热计466和耦接到放大器418的输入421的节点(例如，图4B中标记为“BCol”的节点)之间的晶体管472(例如，根据一些实施例的MOSFET 472)。串联连接的热短路测辐射热计466和晶体管472可以类似地操作为电流源，其为每个偏置列产生与盲测辐射热计434类似的负载电流。通过提供晶体管470和472，热短路测辐射热计416和466分别与节点Col和BCol隔离，从而减少来自发热短路测辐射热计416和466的噪声。

有效测辐射热计302上的电压由有效测辐射热计302的电阻和由热短路测辐射热计416和晶体管470产生的负载电流限定。类似地，盲测辐射热计434上的电压由盲测辐射热计434的电阻和由热短路测辐射热计466和晶体管472产生的负载电流限定。因此，随着这些负载电流的增加，有效测辐射热计302和盲测辐射热计434上的偏置也可以增加。利用负载电流在有效测辐射热计302上提供期望的偏置电平(例如，偏置电流)，可以响应于流过由于外部红外辐射而展现出电阻变化的有效测辐射热计302的负载电流来确定电压电平(例如，在节点Col处)。利用负载电流在盲测辐射热计434上提供期望的偏置电平(例如，偏置电流)，可以应于流过跟踪有效测辐射热计302的自发热的盲测辐射热计434的负载电流确定到放大器418的输入421的参考电压电平(例如，在节点BCol处)。根据一个或多个实施例，MOSFET 470和472可以实现为pMOS晶体管。

在所示实施例中，MOSFET 470和472的栅极可以连接到可变电压源，例如DAC 476，其响应于调节位向栅极提供可变电压电平。因此，通过控制由可变电压源提供给MOSFET470和472的栅极的可变电压电平，可以对负载电流进行粗调或微调，从而对有效测辐射热计偏置和增益进行粗调或微调。另外，通过具有晶体管(例如，MOSFET 470和472)，可以减小从输入421处的电压到放大器418的输入417处的电流的增益，这反过来有利地降低了来自放大器418的噪声。因此，根据一个或多个实施例的测辐射热计电路400B可以降低来自放大器418以及来自热短路测辐射热计416和466的噪声。

在一个或多个实施例中，热短路测辐射热计416和466可以具有增加的电阻和对应的电源电压电平(例如，电源电压节点308处的电压电平)的增加，以减少相对于测辐射热计电路400A的噪声，此外，通过用晶体管470和472隔离热短路测辐射热计416和466来降低噪声。通常，根据各种实施例，列电路块414中的热短路测辐射热计416与有效测辐射热计302的电阻的比率可以大于针对测辐射热计电路400A的比率，使得可以在用于测辐射热计电路400A中的标称电源电压电平(其中热短路测辐射热计316和有效测辐射热计302具有如上所述的较小的电阻比率)上增加测辐射热计电路400B的供电电压电平，同时与在测辐射热计电路400A中那样对于有效测辐射热计302保持类似的负载电流。例如，如果在测辐射热计电路400A的标称情况下热短路测辐射热计316与有效测辐射热计302的电阻比率是K(例如，热短路测辐射热计316的电阻是KxRb，其中Rb表示如上对于图3所述的有效测辐射热计302的电阻)，测辐射热计电路400B中的热缩短测辐射热计416与有效测辐射热计302的电阻比率可以是L，其中L>K(例如，热短路测辐射热计416的电阻是L x Rb)。

在图4B的非限制性示例性实施例中，热短路测辐射热计416的电阻大于有效测辐射热计302的电阻(即，热短路测辐射热计416与有效测辐射热计302的电阻比率大于1)，与测辐射热计电路400A相反，其中热短路测辐射热计316和有效测辐射热计302具有相似的电阻(即，热短路测辐射热计316与有效测辐射热计302的电阻比率约为1)。类似地，测辐射热计电路400B的增加的供电电压电平允许用于偏置列454的热短路测辐射热计466的电阻大于盲测辐射热计434的电阻，同时向测辐射热计434中提供与测辐射热计400A相似的负载电流。在一些实施例中，测辐射热计电路400B可包括热短路测辐射热计416和466，其电阻是有效测辐射热计302和盲测辐射热计434的电阻的两到四倍。在所示的实施例中，热短路测辐射热计416和466的电阻大约是有效测辐射热计302和盲测辐射热计434的电阻的四倍(在图4B中标为“4X Rb”)。随着电源电压电平的适当增加，从电阻性负载(例如，热短路测辐射热计416和466)流向有效测辐射热计302和盲测辐射热计434的负载电流可以基本上类似于测辐射热计电路400A中的标称负载电流。同时，由于电阻性负载(例如，热短路测辐射热计416和466)的电阻增加，来自电阻性负载的电流噪声将减小，从而获得降噪益处。

图4C示出了根据本公开的又一实施例的具有多列和多行有效测辐射热计302(例如，布置在FPA中)的测辐射热计电路400C。测辐射热计电路400C类似于测辐射热计电路400B，但是通过将放大器418配置成积分放大器来代替测辐射热计电路400B的反馈放大器配置而具有相对于测辐射热计电路400B减少数量的测辐射热计结构。具体地，对于每列电路块414，测辐射热计电路400C包括电容器484，其将输出419连接到放大器418的输入417；以及串联的缓冲器480和电阻器482(在图4C中也标记为“Rint”)，它们一起将在MOSFET 470和有效测辐射热计302之间的测辐射热计传导路径中的一个节点(图4C中标记为“Col”)耦接到放大器418的输入417，使得通过电阻器482的电流差被集成到电容器484上。更具体地，基于利用MOSFET 470和热短路电阻器416的组合产生的负载电流，基于标称有效测辐射热计电阻以及入射在有效测辐射热计302上的外部IR辐射，在有效测辐射热计302上产生电压，如上所讨论。类似地，盲测辐射热计434在Bcol上产生参考电压电平，因为来自MOSFET472和热短路电阻器466的类似负载电流通过盲测辐射热计434，如上所讨论。响应于流过有效测辐射热计302的负载电流而设置的电压电平(其表现出由于外部IR辐射引起的电阻变化)被缓冲器480接收并通过缓冲器480到电阻器482的一端，同时来自偏置列434的参考电压电平(例如，在Bcol处)被缓冲器458接收并通过缓冲器458传送到输入421并保持在放大器418的输入417处，并因此如上所述，通过使用虚拟接地保持在电阻器482的另一端。在电阻器482上放置的这两个电压电平的差产生电流，该电流取决于入射在有效测辐射热计302上的外部IR辐射，并且电流由放大器418和电容器484积分。

因此，在测辐射热计电路400C的实施例中，电容器484取代作为测辐射热计电路400B的反馈放大器配置中的电阻性增益操作的热短路测辐射热计320。这可能增加产量，因为通常在硅上制造的复杂结构的测辐射热计被去除。此外，去除热短路测辐射热计320可有助于优化用于制造的硅芯片上的测辐射热计电路400B的尺寸和/或布局，因为用于反馈放大器配置的热短路测辐射热计320通常占据制造的芯片的特定位置的大部分。

在所示实施例中，提供电阻器482并将其连接到放大器418的输入417，从而形成RC积分器放大器配置以提供所需增益，降低噪声带宽，并减小脉冲偏置发热对输出信号的影响。在所示实施例中，缓冲器480设置在电阻器482(Rint)和Col节点之间，以便复制Col节点上的电压而不破坏通过测辐射热计传导路径的电流。然而，在其他实施例中，可以省略缓冲器480和/或电阻器482以进一步减小芯片的尺寸。这些附加部件(即缓冲器480和电阻器482)可能引入附加的噪声。然而，如上面针对测辐射热计电路400B所讨论并且也适用于测辐射热计电路400C，具有高电阻热短路测辐射热计416和高电源电压的降噪效果可以通过附加部件在很大程度上抵消附加噪声。

例如，发明人结合本公开进行的计算表明，相对于图4A的测辐射热计电路400A，总噪声仅有一些不显著的增加。在另一方面，MOSFET 478、缓冲器480、电阻器482和电容器484占据的附加区域也可以被释放的区域抵消，并且通过去除测辐射热计电路400A/400B的热短路测辐射热计320获得布局灵活性。因此，参考图4A-4C描述的满足所需设计目标、约束和权衡的任何实施例都可以用来提供低成本、高性能的测辐射热计电路。放大器418、电容器484、电阻器482和/或缓冲器480在本文中可以称为属于用于测辐射热计电路400C的每个列电路块414的放大器电路。

图4D示出了包括图2B的电路200B的测辐射热计电路400D，用于多列和多行有效测辐射热计302(例如，布置在FPA中)以实现根据本公开实施例的低功率检测操作模式。如图所示，在根据一个或多个实施例的测辐射热计电路400D中，每列电路块414(例如，对于测辐射热计FPA的每列)包括上面针对电路200B所讨论的开关240-244(SW1-SW5)，其与用于列的热短路测辐射热计316、放大器418和有效测辐射热计302。因此，在测辐射热计电路400D的实施例中，每个列电路块414可以单独地在上面针对电路200B讨论的低功率模式或正常模式下操作。

另外，在提供一个或多个偏置列454以实现可变电压源250来补偿测辐射热计自发热的实施例中，每个偏置列454可以单独地在低功率模式或正常模式下操作。因此，每个偏置列454包括与参考传导路径相关联的开关445,446和453(在图4D中也标记为“SW6”至“SW8”)。在所示实施例中，开关445(SW6)被配置成将热短路测辐射热计456(其作为参考传导路径的电阻性负载)与电源电压节点308选择性地连接或断开，同时开关446(SW7)配置成将盲测辐射热计434选择性地连接到公共电压节点310或与公共电压节点310断开。因此，通过选择性地打开和关闭开关445和446，参考传导路径(例如，包括热短路测辐射热计456和盲测辐射热计434)可以连接到电源或与电源断开。如上面针对图4A所讨论的，开关453(也称为列开关453)配置成在测辐射热计电路400D中选择性地将对应的偏置列454连接到放大器418的输入421或与放大器418的输入421断开(例如，经由缓冲器458)。

在一个实施例中，通过将开关445和446(SW6和SW7)设置在打开位置以使偏置列454(参考传导路径)与电源断开，可以在低功率模式下操作每个偏置列454。在另一个实施例中，除了通过打开开关445和446将偏置列454与电源断开之外，可以打开开关453(SW8)以将偏置列454与放大器418的输入421(例如，经由缓冲器458)断开以在低功率模式下操作。

在各种实施例中，测辐射热计电路400D的定时和控制电路332和/或处理器或其他逻辑装置340可以配置成生成控制信号以选择性地打开或关闭开关240-244、445、446和453，来以正常模式或低功率模式操作每个列电路块414和偏置列454。在一个实施例中，定时和控制电路332和/或处理器或其他逻辑装置340可以配置成在正常模式下操作测辐射热计电路400D的几个所选列(例如，一个或多个所选列电路块414)，同时以低功率模式操作其余的列来捕获红外图像帧。类似地，在测辐射热计电路400D中提供一个或多个偏置列454的情况下，可以在正常模式下操作几个选定的偏置列454，而可以在低功率模式下操作其余的偏置列454以提供参考电压电平。在一个非限制性示例中，仅10％的列电路块414和偏置列454(例如，FPA中的160列中的16列和10个偏置列中的1列)可以在正常模式下操作，而其余的在低功率模式下操作以节省电量。

这种操作模式在本文中也可称为低功率检测模式，其降低测辐射热计电路400D所消耗的功率，但同时使用在正常模式下操作的那些列的测辐射热计电路400D，允许测辐射热计电路400D用于检测场景中的变化(例如，来自场景的外部红外辐射的变化)。例如，在一个实施例中，定时和控制电路332和/或处理器或其他逻辑装置340可以配置成响应于在低功率检测模式中检测到场景的变化，通过从低功率检测模式切换到“正常成像模式”来“唤醒”测辐射热计电路400D，“正常成像模式”以正常模式操作所有列的测辐射热计电路400D来捕获全红外图像帧。因此，测辐射热计电路400D可以在被成像的场景中没有感兴趣的活动(例如，从场景发射的红外辐射没有或几乎没有变化)时以低功率检测模式操作以节省功率，但是在检测到活动(例如，从场景发射的红外辐射变化)时切换到正常成像模式来捕获场景的红外图像帧。

在一些实施例中，当以低功率检测模式操作测辐射热计电路400D以捕获一系列红外图像帧时，定时和控制电路332和/或处理器或其他逻辑装置340可以配置成循环通过列电路块414和偏置列454以选择几个列电路块414和偏置列454在正常模式下操作。也就是说，当捕获每个IR图像帧时，从循环测量电路400D的所有列电路块414和偏置列454以循环方式选择以正常模式操作的那些列电路块414和偏置列454。在出于说明目的给出的非限制性示例中，测辐射热计电路可具有160个有效列(例如，具有有效测辐射热计302的列电路块414)和10个偏置列，并且以低功率检测模式使用10％的有效列和偏置列，其中偏置列1和有效列1到16(仅为了识别目的而给出列号)可以在捕获的第一图像帧中以正常模式操作，偏置列2和有效列17-32在第二图像帧中以正常模式操作，偏置列3和有效列33-48等等，直到循环重新开始时的第11帧图像。以这种方式循环通过列电路块414和偏置列454可以有利地防止使一些列电路块414的部件(例如，与每个列电路块414相关联的有效测辐射热计302)和偏置列454(例如，与每个偏置列454相关联的盲测辐射热计434)的部件比其他部件用的更多的“老化效应”，如果在低功率检测模式下频繁或有规律地操作测辐射热计电路400D。以循环方式通过列电路块414和偏置列454的这种循环还允许所有测辐射热计由于脉冲偏置发热而保持大致相同的温度，以使得当从低功率模式切换到正常操作时，将阵列中的所有测辐射热计回到相同温度以获得均匀图像所需的时间最短。

因此，测辐射热计电路400D的实施例可以在低功率检测模式下操作，以提供有利的功率节省，同时在需要时唤醒以捕获全红外图像帧。尽管测辐射热计电路400D在图1中示出为具有测辐射热计电路400A作为基础架构，但是应当理解，结合测辐射热计电路400D的实施例描述的技术和原理也适用于具有有效测辐射热计、电阻性负载、放大器和/或其他通常在测辐射热计电路中找到的部件的其他测辐射热计电路。例如，可以根据以上讨论的300、400B和400C、下面讨论的测辐射热计电路500和800、或任何其他合适的测辐射热计电路提供测辐射热电路，其根据针对电路200B和测辐射热计电路400D的各种实施例所讨论的原理和技术启用低功率模式和/或低功率检测操作模式。此外，尽管上面将低功率检测模式示出为在低功率模式下操作整个列(例如，包括列电路块302中的所有有效测辐射热计302)，但是对于其他实施例也考虑，可以以每个像素为基础操作低功率检测模式，其中列的仅一个或多个选定的有效测辐射热计302以低功率模式操作，而不是整列。

还考虑了减少有效测辐射热计自发热或脉冲偏置发热的影响的其他技术。例如，图5A示出了根据本公开实施例的测辐射热计电路500，其中可以启用两个相邻行的有效测辐射热计并且类似地偏置以在减少不希望的自发热效应的情况下产生输出信号。

根据各种实施例，测辐射热计电路500可包括一个或多个列电路块514(1)至514(M)，每个列电路块与多个有效测辐射热计502相关联。在图5A中，为了清楚起见，仅示出了与列电路块502(1)相关联的那些有效测辐射热计502(1)到502(N)，但是应该理解，图5A中未示出的其他有效测辐射热计502可以被设置并与其他列电路块514(2)-514(M)关联。例如，根据一些实施例，可以在测辐射热计电路500中设置M×N个有效测辐射热计502，其中M个列电路块514的每个具有N行有效测辐射热计502。

根据各种实施例，两个相邻的有效测辐射热计502(例如，有效测辐射热计502(1)和502(2)以及图5A中详细示出的相关电路)可以被选择性地连接和启用，以使得两个相邻的有效测辐射热计可以形成电路路径，其在一端耦接到电源电压节点308并且在另一端耦接到ODAC 360，同时将两个相邻的有效测辐射热计之间的节点(例如，图5A中在有效测辐射热计502(1)和502(2)之间标识的节点503(1))耦接到放大器318的输入(例如，反相输入317)。在这方面，可以设置多个开关580、582和584(例如，在图5A中详细示出的开关580(1)-580(3)、582(1)-582(3)和584(1)-584(3))并根据来自定时和控制电路332的控制信号选择性地打开和关闭，如本文进一步描述的。

例如，当开关580(1)、582(2)和584(3)关闭而其余开关580、582和584打开时，有效测辐射热计502(1)可以耦接到电源电压节点308，并且有效测辐射热计502(2)可以耦接到ODAC 360，其中节点503(1)耦接到放大器318的反相输入317(例如，经由图5A中标记为“Col”的节点505，以在有效测辐射热计502(1)和502(2)之间路由像素信号的差异，如下面进一步讨论的)。以类似的方式，可以根据由来自定时和控制电路332的控制信号指定的定时，选择性地启用成对的有效测辐射热计502(3)和502(4)至502(N-1)和502(N)，并将其连接到列电路块502(1)。在一些情况下，耦接到电源电压节点308的有效测辐射热计(例如，在该示例中，如有效测辐射热计502(1)中)可以被称为该对的顶部检测器，并且直接或通过ODAC 360耦接到公共电压节点310的有效测辐射热计(例如，在该示例中，如有效测辐射热计502(2)中)可被称为该对中的底部检测器。

因此，在测辐射热计电路500的各种实施例中，所选择的一对相邻有效测辐射热计502的顶部检测器(其是接收入射IR辐射的有效测辐射热计)可代替在测辐射热计电路200A-B、300或400A-B中作为非有效负载(例如，对入射IR辐射无响应)操作的热短路测辐射热计216或316。在其他方面，除了缺少热短路测辐射热计316之外，每个列电路块514(1)-514(M)可以包括与列电路块314或414类似的部件。因此，通过在有效测辐射热计502(1)和502(2)上施加适当的偏置，测辐射热计电路500的放大器318的输出319处的放大的输出电压可以对应于一对相邻的有效测辐射热计502中的底部检测器(例如，有效测辐射热计502(2))和顶部检测器(例如，有效测辐射热计502(1))之间的入射IR辐射强度的差异(例如，像素信号的差异)，而不是对应于由测辐射热计电路200A-B、300或400A-D的实施例提供的在每个有效测辐射热计202、302或402处接收的入射IR辐射的某绝对水平。在这个意义上，测辐射热计电路500可以被称为实现差分架构或差分成像架构，其输出信号可以表示与直接图像域(例如，其中每个像素值指示在每个检测器处接收的IR辐射的强度)不同的差分域(difference domain)(例如，其中每个像素值表示相邻检测器之间的入射IR辐射强度的差异)中的图像。

有利地，在根据测辐射热计电路500的各种实施例的布置中使用一对相邻的有效测辐射热计502减少了自发热或脉冲偏置发热对输出信号的不期望的影响，因为所选择的对中的两个有效测辐射热计(例如，有效测辐射热计502(1)和502(2))表现出类似的自发热或脉冲偏置发热，使得该对的自发热效应自然地被消除。此外，在测辐射热计电路500的实施例中，环境温度变化的影响得到很好的补偿，原因在于成对的相邻有效测辐射热计502通常在FPA中彼此物理接近，并因此暴露于类似的环境温度条件。另一个优点是相邻的有效测辐射热计502通常在诸如它们的电阻、TCR、热容量和导热率之类的操作特性方面表现出很小的变化，因此需要很少或不需要调节来补偿测辐射热计操作特性的变化，而在分离的热短路测辐射热计216或316用作负载时，可能需要这样的调节。

因此，测辐射热计电路500的各种实施例可以有利地允许去除或减少补偿自发热、测辐射热计变化和/或环境温度变化通常所需的各种部件和电路，从而允许进一步降低复杂性、尺寸和成本。此外，因为测辐射热计电路500的各种实施例获得IR辐射强度的局部差异而不是直接测量，所以可以实现高场景动态范围。换句话说，根据测辐射热计电路500的一个或多个实施例实现的差分成像架构可以有利地允许捕获具有更宽范围的IR辐射强度的场景的图像。在这方面，在相邻的有效测辐射热计502处接收的入射IR辐射的强度通常是相似的(例如，由于通过光学元件的长波长IR辐射的衍射极限以及将入射的IR辐射涂抹或模糊到相邻的有效测辐射热计502上的其他因素)，这进一步便于通过差分架构捕获高场景动态范围。

如下文进一步描述的，如果需要用于测辐射热计电路500的特定应用，则可以将利用测辐射热计电路500的一个或多个实施例获得的差分域中的图像重构为直接图像域中的图像。例如，如果要呈现来自由测辐射热计电路500的实施例捕获的场景的IR辐射以便人类用户观看和容易理解，则使用测辐射热计电路500获得的差分图像可以被重构(例如，转换)成在直接图像域中的图像(例如，热图)，其中每个像素值对应于在每个检测器处接收的IR辐射强度。另一方面，对于视频/图像分析或其他图像处理应用，例如，差分图像可能是足够的或甚至是有益的，因此不需要将其重构为直接图像。

在这方面，对于一些实施例，测辐射热计电路500可以包括一个或多个参考行，用于便于将差分图像准确且高效地重构成直接图像。例如，在一个或多个实施例中，测辐射热计电路500可包括一个或多个热短路测辐射热计、盲测辐射热计、热电堆和/或其他温度感测部件以提供环境温度或环境IR强度水平，其可用作将差分图像重构(例如，转换)成直接图像的参考点。

在图5A所示的实施例中，可以为每个列电路块502提供一个或多个盲测辐射热计534(在图5A中，为了清楚，仅示出了那些与一个电路块502(1)相关联的盲测辐射热计534(1)到534(R)，其中R可以表示在测辐射热计电路500中盲测辐射热计行的所需数量)，并且一个或多个盲测辐射热计534配置成通过相关联的开关586、587和588选择性地启用并连接到放大器318的输入317并且连接到与每个列电路块514相关联的有效测辐射热计502中的一个。例如，盲测辐射热计534(1)可以通过关闭开关586和587(例如，基于来自定时和控制电路332的控制信号)连接到电源电压节点308和节点505(图5A中标记为“Col”)，而有效测辐射热计502(1)可以通过关闭开关584(1)和582(2)连接到公共电压节点310(通过ODAC360)并连接到节点505(Col)。当如在该示例中选择性地被启用和连接时，由于入射IR辐射而流过有效测辐射热计502(1)的电流和由于环境温度而流过盲测辐射热计534(1)的电流(因为盲测辐射热计被屏蔽于入射IR辐射)之间的差异可以根据上面参考图2和图3所述的原理放大并转换成放大器318的输出319处的输出电压电平，从而在参考水平上提供指示在有效测辐射热计502(1)处接收的入射IR辐射强度的输出信号。

以类似的方式，根据实施例，盲测辐射热计534可以选择性地启用并连接作为一个或多个其他有效测辐射热计502的参考。在根据一个或多个实施例的一个特定示例中，每列可以提供两个盲测辐射热计534，一个用于为顶行上的有效测辐射热计(例如，有效测辐射热计502(1))提供参考，另一个用于为底行上的有效测辐射热计(例如，有效测辐射热计502(N))提供参考，如图5B所示。在根据一个或多个实施例的另一个特定示例中，每列可以提供四个盲测辐射热计534(1)至534(4)，两个如前一示例中那样用于顶行和底行的有效测辐射热计502，另外两个用于两个中间行的有效测辐射热计502，如图5C所示。在根据一个或多个实施例的另一特定示例中，除了用于顶行和底行的有效测辐射热计502的两个盲测辐射热计之外，可以在每列提供的所有有效测辐射热计502的四分位数(quartile)中为每两行提供盲测辐射热计534，如图5D所示。也就是说，如果假设每列的有效测辐射热计502的数量是16(例如，N＝16)，则可以提供分别与例如有效测辐射热计502(1)、502(4)、502(5)、502(8)、502(9)、502(12)、502(13)和502(16)相关联的八个盲测辐射热计534(1)至534(8)。

参考图6A和7A-7D讨论根据本公开一个或多个实施例的有效测辐射热计502、盲测辐射热计534和相关切换逻辑的进一步细节。图6A根据本公开的实施例示出了电路部分600A，其可以表示测辐射热计电路500的一部分，包括多行有效测辐射热计502、多行盲测辐射热计534、以及可以与列电路块514中的任何一个相关联的伴随组的开关580、582、584、586、587和588。图7A-7D根据本公开的实施例示出了如何利用测辐射热计电路500的实施例获得差分图像帧。

如图6A所示，根据一个或多个实施例，测辐射热计电路500的部分600A可包括第一组开关580(1)至580(N+1)、第二组开关582(1)至582(N+1)、以及第三组开关584(1)至584(N+1)，用于选择性地启用和连接有效测辐射热计502(1)至502(N)，以获得表示两个相邻(例如，邻近的或毗邻的)的有效测辐射热计502(1)至502(N)之间的IR辐射强度差异的输出信号。可以关闭第一组开关580以将对应的一个有效测辐射热计502连接到电源电压节点308。在这个意义上，第一组开关580也可以称为“V负载启用”开关(在图6A中标记为VLDEN(l)至VLDEN(N+1))。可以关闭第二组开关582以通过列电路块514的节点505(在图5A和图6A中标记为“Col”)将对应的一个有效测辐射热计502连接到放大器318的输入317。在这个意义上，第二组开关582也可以称为“列启用”开关(在图6A中标记为COLEN(l)至COLEN(N+1))。可以关闭第三组开关584以根据实施例经由或不经由ODAC 360将对应的一个有效测辐射热计502连接到公共电压节点310。在这个意义上，第三组开关584也可以称为“公共启用”开关(在图6A中标记为COMEN(l)至COMEN(N+1))。

如上面参考图5A所讨论的，开关580(1)(或VLDEN(1))、开关582(2)(或COLEN(2))和开关584(3)(或COMEN(3))可以响应于来自定时和控制电路332的控制信号关闭，同时其余的开关580、582和584可以打开，以获得差分信号(例如，表示在有效测辐射热计502(2)处接收的入射IR辐射强度相对于在有效测辐射热计502(1)处接收的入射IR辐射强度的输出信号)。根据一个或多个实施例，测辐射热计电路500的定时和控制电路332和/或处理器或其他逻辑装置340可以配置成生成控制信号以重复这种选择性启用和连接，以便以顺序方式获得每列有效测辐射热计502中的每偶数行的差分信号。以这种方式，可以获得帧(例如，具有列和行的图像帧)，其包括指示行i的入射IR辐射强度水平减去行i-1(其中i＝2,4,6,....)的入射IR辐射强度水平的差分信号(例如，数字或模拟信号或数据值)。这样的帧在这里也可以称为“偶数向下(even-down)”差分帧，因为它包含指示在偶数行处相对于在它们之前的各个奇数行的入射IR辐射强度的信号。

根据本公开的实施例，在图7A中示出了如何获得(例如，由测辐射热计电路500的实施例采样和/或读出)这样的偶数向下差分帧的示例。在图7A中，有效测辐射热计502的阵列和两行盲测辐射热计534由框表示，而曲线箭头指示哪些行的有效测辐射热计502或盲测辐射热计534被比较以产生差分信号和比较的方向(例如，在一对中从顶部检测器到底部检测器的方向)。因此，如图7A所示，可以通过经由多组开关580、582和584选择性地启用和连接有效测辐射热计502来获得偶数向下差分帧，以产生差分行，其包括指示每个偶数行的入射IR辐射强度减去在它之前的对应奇数行的入射IR强度的信号。

在各种实施例中，测辐射热计电路500的定时和控制电路332和/或处理器或其他逻辑装置340可以配置成生成用于多组开关580、582和584的另外的控制信号，以选择性地启用和连接有效测辐射热计502以获得奇数向下(odd-down)差分帧，其包括表示在奇数行处的入射IR辐射强度相对于在它们之前的对应偶数行的入射IR辐射强度的差分信号。根据本公开的实施例，在图7B中示出了如何获得这种奇数向下差分帧的示例。

如图7B所示，奇数向下差分帧中的第一差分行可以通过选择性地启用和连接一行盲测辐射热计534(例如，图7B中的盲参考行1)以与第一行(例如，图7B中的行1)有效测辐射热计502进行比较702来获得。如本文进一步讨论的，第一差分行因此可以包括以某些绝对项(例如，在由盲测辐射热计534的行提供的参考温度水平上)指示第一行有效测辐射热计502处的入射IR辐射强度的信号，该信号例如可以有利地用于将差分图像帧准确地重构为直接图像。在这个意义上，第一差分行以及可以以绝对项表示入射IR辐射强度的其他差分行也可以称为绝对测量行。

在一些实施例中，奇数向下差分帧可以包括基于另一行盲测辐射热计534(例如，图7B中的盲参考行2)和最后一行(例如，图7B中的行N)有效测辐射热计502之间的比较704的附加差分行(例如，作为最后差分行)。因此，附加差分行可以包括以绝对项表示最后一行有效测辐射热计502处的入射IR辐射强度的信号。如本文进一步讨论的，由附加差分行(或附加绝对测量行)提供的绝对项中的信号可用于估计和/或减少重构的直接图像中的各种类型的噪声。

对于剩余的行i＝3,5,7,....,N-1的有效测辐射热计502，获得对应的差分行，其包括表示行i处的入射IR辐射强度减去行i-1处的入射IR辐射强度的差分信号。因此，奇数向下差分帧和偶数向下差分帧可以一起包括针对所有相邻行的有效测辐射热计502获得的差分行，其中第一和最后一个差分行是包括以绝对项测量的信号的绝对测量行。在这方面，在一个或多个实施例中，可以在偶数向下差分图像之后立即获得奇数向下差分帧，或者反之亦然，以便以隔行方式捕获所有相邻行的有效测辐射热计502之间的差分信号。在一个方面，这种隔行捕获可以有利地允许两个相邻行的有效测辐射热计502之间的自发热的更好匹配。例如，相邻行的有效测辐射热计502，当它们被选择性地连接和偏置以获得奇数向下(或偶数向下)差分信号时，将在先前的偶数向下(或奇数向下)差分帧中被偏置和自发热之后具有相似的冷却时间(例如，仅相差一行时间)，因此表现出类似的自发热特性(例如，起始温度和/或发热速率)。相比之下，如果在一帧中以逐行方式捕获所有相邻行的差分信号，则相邻行的有效测辐射热计502将没有相似的冷却时间。

在一些实施例中，可以获得附加的或替代的差分帧，其中多行有效测辐射热计502之间的比较在与偶数向下和奇数向下差分帧中进行的那些方向相反的方向上进行。例如，可以获得偶数向上和奇数向上差分帧。根据一个或多个实施例，可以通过经由多组开关580、582和584选择性地启用和连接有效测辐射热计502以产生差分行来获得偶数向上差分帧，所述差分行包括指示每个偶数行的入射IR辐射强度减去它后面的对应奇数行的入射IR辐射强度的信号。根据一个或多个实施例，可以通过经由多组开关580、582和584选择性地启用和连接有效测辐射热计502以产生差分行来获得奇数向上差分帧，所述差分行包括指示每个奇数行的入射IR辐射强度减去它后面的对应偶数行的入射IR辐射强度的信号。

更具体地说，如图7C的例子所示，对于行i＝2,4,...,N-2的有效测辐射热计502，获得偶数向上差分帧中的对应差分行，其包括表示行i处的入射IR辐射强度减去行i+1处的入射IR辐射强度的差分信号。偶数向上差分帧中的第一和最后一个差分行可以基于分别与对应行的盲测辐射热计534的比较706和708，因此除了比较706和708在与比较702和704在相反方向上进行之外，类似于如图7B中所示的在奇数向下差分帧中获得的第一和最后一个差分行。

此外，如图7D的示例所示，可以获得奇数向上差分帧，其包括指示行i处的入射IR辐射强度水平减去行i+1处的入射IR辐射强度水平的差分行信号，其中i＝1,3,5,…,N-l。如本文进一步描述的，在一些实施例中另外获得的偶数向上差分帧和奇数向上差分帧可以与偶数向下差分图像和奇数向下差分图像一起使用，以识别和减少差分图像和/或重构的直接图像中的某些类型的噪声，例如，空间列噪声。

表1总结了根据本公开实施例的用于获得偶数向下、奇数向下、偶数向上和奇数向上差分帧的示例切换顺序。如上所述，测辐射热计电路500的定时和控制电路332和/或处理器或其他逻辑装置340可以配置成生成控制信号以选择性地打开或关闭开关580、582、584、586、587和588(例如，在图6A中也标记为开关VLDEN、COLEN、COMEN、BVLDEN、BCOLEN和BCOMEN)，以便以顺序方式产生差分信号来获得差分帧。应当注意，该示例中的切换顺序不是限制性的，并且可以以其他适当的顺序执行，条件是根据所需的定时如表1所示选择性地关闭和打开适当的开关以获得每对相邻有效测辐射热计行的差分信号。

表1

因此，在一个或多个实施例中，可以根据以上结合图6A和7A-7D以及表1描述的切换技术，利用测辐射热计电路500获得包括多对相邻行的有效测辐射热计502的差分信号的偶数向下、奇数向下、偶数向上和奇数向上差分帧。差分帧可以作为数字输出信号590提供，其包含每个差分帧中的所有列的所有适用差分行(例如，偶数或奇数)的数字形式的差值，其方式类似于以上针对测辐射热计电路300所描述的转换和复用数字输出信号390。

应注意，对于一些实施例并非都需要所有四种类型的差分帧。如本文所讨论的，偶数向下差分帧和奇数向下差分帧一起或者偶数向上差分帧和奇数向上差分帧一起可以以隔行方式捕获整组差分行，因此在一些实施例中，可能足以产生差分图像和/或重构的直接图像。如本文所讨论的，其他实施例可以利用四种类型差分图像中的三种或四种来识别和减少某些类型的噪声。

还应注意，虽然以隔行方式获得偶数和奇数差分行的实施例由图6A和7A-7D说明，但是可以应用上面讨论的切换技术的原理来获得逐行差分帧，该逐行差分帧在每个帧内包括用于所有对的相邻有效测辐射热计行的所有差分行。例如，可以使用具有由电路部分600A示出的切换电路的测辐射热计电路500的实施例来获得向下逐行差分帧以及附加地或替代地向上逐行差分帧。还应注意，可以以任何期望的顺序获得四种类型的差分帧，并不限于图7A-7D中指示的顺序。

如上面结合图5A-5D所讨论那样，对于一些实施例，测辐射热计电路500可包括多于或少于两行的盲测辐射热计534以用于参考行。对于这样的实施例，可以根据本文公开的切换技术的原理适当地修改切换顺序和对应的差分帧，以将多于或少于两个盲测辐射热计行与各个对应的有效测辐射热计行(例如，对于一些实施例，中间两行有效测辐射热计或四分位数行有效测辐射热计)进行比较以获得差分帧。而且，尽管在图6A中，示例性切换电路被示为在相邻有效测辐射热计502之间具有共用触点603(1)-603(N)，但是可以修改上述切换技术的原理(例如，通过重复适当的开关、节点和/或电路路径)以用于在相邻测辐射热计之间没有共用触点的其他实施例(例如，其中有效测辐射热计502可具有隔离的触点)。

可以预期，对于一些实施例，除了相邻行之间的差分信号之外或代替相邻行之间的差分信号，可以捕获相邻列的有效测辐射热计502之间的差分信号(本文中也称为列差分信号)。例如，可以为测辐射热计电路500提供一组开关，以选择性地连接相邻列的有效测辐射热计502来获得相邻列的有效测辐射热计502之间的入射IR辐射的差。图6B示出了根据本公开实施例的与测辐射热计电路500的两个相邻列的有效测辐射热计502相关联的切换电路。在图6B中，电路部分600B各自代表有效测辐射热计502和开关电路的至少一部分，其可以与测辐射热计电路500的一个列电路块514相关联。在这方面，电路部分600B类似于图6A的电路600A，但是电路部分600B中的相邻行的有效测辐射热计502不像电路部分600A中所示的有效测辐射热计502那样具有共用触点。

图6B根据本公开的实施例示出了用于测辐射热计电路500的两个相邻列j和j+1(即，任意两个相邻列)的有效测辐射热计502的两个这样的电路部分600B，具有一组开关578(单独标识为开关578(1)(j)到578(N)(j)，其中N可以表示测辐射热计电路500的单位单元阵列中的所需行数)，开关578被配置成选择性地连接相邻列j和j+1中的对应对的有效测辐射热计502。有效测辐射热计502和开关580、582、584也在图6B中单独标识成对于列j的有效测辐射热计502(1)(j)至502(N)(j)和开关580(1)(j)至580(N)(j)、582(1)(j)至582(N)(j)、584(1)(j)至584(N)(j)，和对于列j+1的有效测辐射热计502(1)(j+1)至502(N)(j+1)和开关580(1)(j+1)至580(N)(j+1)、582(1)(j+1)至582(N)(j+1)、584(1)(j+1)至584(N)(j+1)，但是为了避免混乱，图6A不重复盲测辐射热计534和到ODAC 360和节点308、310、505的传导路径。

在具有配置成选择性地连接相邻列的有效测辐射热计502的开关578的实施例中，定时和控制电路332和/或其他逻辑装置/电路可以配置成生成控制信号以选择性地打开或关闭开关578、580、582和584中的适当的开关，以获得表示在相邻列的有效测辐射热计502(例如，在有效测辐射热计502(i)(j)和502(i)(j+1)之间)处接收的入射IR辐射强度的差异的差分信号。在这种控制信号的一个示例顺序中，开关578(1)(j)、580(1)(j)、584(1)(j+1)以及开关582(1)(j)或582(1)(j+1)可以关闭，同时可以打开开关578、580、582和584中的剩余开关，以获得表示在有效测辐射热计502(1)(j+1)处接收的入射IR辐射强度相对于在测辐射热计502(1)(j)处接收的入射IR辐射强度的差分信号。

对于该示例以类似的方式继续，开关578(i)(j)、580(i)(j)、584(i)(j+1)以及开关582(i)(j)或582(i)(j+1)可以选择性地关闭，同时选择性地打开剩余开关，以获得有效测辐射热计502(i)(j+1)相对于有效测辐射热计502(i)(j)的差分信号，其中i＝2,3,…,N。类似于偶数向下和奇数向下差分帧，在一帧中逐行对于并列的j＝1,3,5,...,M-1(或者对于j＝1,3,5,...,M-2，如果M是奇数)，以及在后续帧中对于j＝2,4,6,....,M(或对于j＝2,4,6,....,M-1，如果M是奇数)，可以获得列j和j+1之间的列差分信号，其中M可表示例如测辐射热计电路500的单位单元阵列中的所需列数。

如可以理解的，在要获得列差分信号而不是行差分信号的实施例中，测辐射热计电路500可以包括比存在的列少的列电路块514(例如，用于每两列的一个列电路块514可以是足够的)。还可以预期，可以以与图7A-7D中所示的盲参考行类似但列对列比较经过修改的方式提供盲参考列。对于具有盲参考列的实施例，根据上面结合图6A-6B和7A-7D讨论的技术，可以修改用于获得列差分信号的切换顺序以获得一个或多个绝对测量列。此外，在一些实施例中，可以在相反方向上获得列之间的差分信号(例如，其中列j+1中的有效测辐射热计502(i)(j+1)是提供有电源电压的顶部检测器)。例如，开关578(i)(j)、580(i)(j+1)、584(i)(j)以及开关582(i)(j)或582(i)(j+1)可以选择性地关闭，同时选择性地打开剩余开关，以获得有效测辐射热计502(i)(j)相对于有效测辐射热计502(i)(j+1)的差分信号，其中i＝1,2,…,N。

应该理解的是，开关578和上面结合图6B讨论的切换顺序仅是用于一个或多个实施例的示例，以示出根据本公开获得两个相邻列之间的列差分信号的技术的原理，并且各种修改是可能的并且在本公开的范围和精神内。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，可以提供附加开关(例如，由于特定的测辐射热计FPA制造要求或者要不然根据特定实施方式的需要，通过在其他节点处重复一组或多组开关以简化定时和控制，以改善路由和信号质量)，和/或切换顺序可以包括不同的顺序或组合(例如，由于附加/重复的开关，选择性地关闭两个或更多个开关而不是来自一组中的一个开关，同时打开来自该组的剩余的开关)。在另一示例中，替代如图6B所示在关闭时直接连接相邻列j和j+1中的有效测辐射热计502(i)(j)和502(i)(j+1)，开关578可以配置成选择性地将一个列j中的有效测辐射热计502(i)(j)连接到相邻列的另一列j+1的节点505(j+1)(节点Col(j+1))，或反之亦然，从而在关闭时间接连接相邻列中的有效测辐射热计502(i)(j)和502(i)(j+1)。如下文进一步讨论的，在两个相邻列的有效测辐射热计502之间获得的列差分信号可以有助于减少从差分帧重构的图像中的噪声。

图8示出了根据本公开另一实施例的实现差分架构的测辐射热计电路800。如图8所示，代替实现偏移调节电路260的ODAC 360和实现用于测辐射热计电路300和500的可变电压源250的CMOS偏置电路350，电路200A的偏移调节电路260可以利用复用器860和偏置电路850一起实现，偏置电路850配置成响应于偏置调节位852在多个连接851上提供期望范围的参考电压电平。此外，测辐射热计电路800可以类似于测辐射热计电路500。

根据各种实施例，复用器860(例如，在一个实施例中利用传输门复用器实现)可以配置成响应于偏移调节位864将在多个连接851中选定的一个连接处提供的电压电平传送到放大器318的输入321。例如，偏置电路850可以由偏置调节位852设置，以在对应的连接851上以0.05伏增量提供V_ref-0.2伏和V_ref+0.2伏之间的电压电平，同时复用器860可以基于偏移调节位864选择性地传送一个电压电平(例如，V_ref+0.15伏)。以这种方式，偏置调节位852可以用于通过经由连接851设置多个参考电压电平来提供粗略的全局偏置调节，连接851中的一个可以使用偏移调节位864来选择以基于每个像素对或每列提供对有效测辐射热计502上的偏置的精细调节。

此外，如上面结合偏移调节电路260所讨论的，因为复用器860在有效测辐射热计502的传导路径之外并且因此不必在大电流变化下操作，所以由复用器860提供的偏移调节可以在温度上更稳定和准确，并且与在有效测辐射热计502的传导路径中使用DAC(例如，ODAC 360)以提供偏移调节的实施例相比，更大部分的电源电压可用于偏置有效测辐射热计502。应当注意，作为示例，偏置电路850和复用器860被示出用于测辐射热计电路800，并且代替CMOS偏置电路350、ODAC 360和/或偏移可调节放大器418，本文公开的其他测辐射热计电路(例如，测辐射热计电路300或400A-D)也可以利用偏置电路850和复用器860来实现可变电压源250和偏移调节电路260。虽然以上示出了具有偏置电路350/850、放大器318和配置成设置和保持有效测辐射热计502的偏置的其他相关部件的实施例以说明本公开的差分架构的原理，但是还应该注意还设想了其他实施例，其利用具有其他偏置控制机构和/或其他放大器配置(例如，积分放大器)的测辐射热计电路来实现差分架构的原理。

现在转到图9，示出了根据本公开实施例的用于处理差分帧的过程900。例如，可以对使用上述测辐射热计电路500或800的各种实施例捕获的差分帧910执行过程900的实施例，以在直接图像域中生成图像(例如，从差分帧重构)，其中图像的每个像素包含指示在每个检测器处接收的IR辐射强度的数据。在一些实施例中，过程900还可以减少可能存在于差分帧和/或重构的直接图像中的各种类型的噪声。

根据实施例，可以对差分帧920执行过程900，差分帧920包括以隔行方式连续获得的偶数向下差分帧和奇数向下差分帧、以隔行方式连续获得的偶数向上差分帧和奇数向上差分帧、或者用测辐射热计电路500或800连续获得的所有四种类型的差分帧中的三个或四个。如上所述，在一个或多个实施例中，可以以数字格式提供差分帧910，该数字格式数字地表示对于每个差分帧中的所有列的所有对应差分行(例如，偶数或奇数)的差值。

在一些实施例中，可以在框920执行用于减少差分帧910中的列噪声的各种操作。在这方面，本公开的发明人通过结合本公开进行的各种实验已经认识到，差分帧中的噪声表现出与由非差分测辐射热计电路(例如，测辐射热计电路300或400A-D)捕获的直接图像中的噪声所表现出的性质相似的性质，但是在将差分帧重构为直接图像之后，可能引入或以其他方式存在其他类型的噪声。因此，发明人设计了可以在重构成直接图像之前在差分域中执行的某些降噪操作以及可以在重构之后在直接域中执行的某些其他降噪操作，以减少引入或以其他方式存在于重构的直接图像中的其他类型的噪声。

此外，在这方面，发明人通过各种实验已经认识到，差分帧中的列噪声可以在不同类型的差分帧910之间至少部分地不相关。因此，在框920，可以针对每种类型的差分帧单独地执行列降噪，以避免在不同类型的差分帧910之间混合任何不相关的列噪声。还参考图10，根据本公开的实施例，示出了可以在框920处执行的示例的列降噪过程1000。

如本领域所理解的，列噪声是一种可以通过每列电路的变化来解释并且表现为图像中的垂直条纹(例如，影响整个列)的噪声。此外，列噪声的某些部分可以是空间(例如，基本上不随时间变化)或1/f(例如，随时间缓慢变化)噪声，而列噪声的其他部分可以是时间噪声。根据各种实施例的列降噪处理1000可以与时间噪声分开处理空间和1/f噪声。

因此，在框1020，可以在每种类型的差分帧中减少空间和1/f列噪声。例如，如果差分帧910包括四种类型的差分帧(例如，偶数向下、奇数向下、偶数向上和奇数向上)，则可以对四种类型的差分帧单独地执行减少空间列噪声的操作，以使得这四种类型中的每一种可以具有与其相关联的相应的对应空间列噪声校正项。在各种实施例中，可以估计空间列噪声，并且可以使用适当的空间列降噪技术来获得适当的校正项。例如，在一个或多个实施例中，可以根据名称为“Systems and Mehods for Processing Infrared Images(用于处理红外图像的系统和方法)”的美国专利No.8,208,026以及名称为“Row and Column NoiseReduction in Thermal Images(热图像中的行和列降噪)”的美国专利申请No.14/029,716中公开的技术，在差分帧中估计和减少空间列噪声，两篇专利文件通过引用并入本文。

在框1040，可以针对每种类型的差分帧减少时间列噪声。在一些实施例中，可以通过将特定列中的时间变化与相邻列中的时间变化进行比较来估计每种类型的差分帧中的时间列噪声。可以通过确定一系列差分帧910中相同类型的当前和先前差分帧之间的信号水平的变化来测量时间变化。在一些特定示例中，可以将特定列中的时间变化与两个(每侧一个)或四个(每侧两个)相邻列的时间变化进行比较。

在这方面，本公开的发明人已经观察到由于实际场景而导致的差分帧的时间变化很可能影响相邻列(例如，在相邻列之间时间变化相关)。因此，在一个或多个实施例中，如果列的平均信号水平的时间变化与相邻列的那些不相关，则将其估计为时间列噪声(例如，不是由于实际场景中的时间变化而导致的)。在一个或多个实施例中，可以通过应用具有在时间变化方面与相邻列的相关度成反比的阻尼因数的无限脉冲响应(“IIR”)滤波器减少以这种方式针对特定列估计的时间列噪声。在其他实施例中，可以使用其他适当的滤波器，其滤波强度响应于在时间变化方面与相邻列的相关度而被调节。

因此，通过在框920执行根据一个或多个实施例的过程1000，可以在差分帧910中估计和减少空间、1/f和/或时间噪声。应该注意，过程1000的操作可以以任何期望的顺序执行。也就是说，取决于实施例，可以在空间列噪声之前减小时间列噪声，或者反之亦然。

返回到过程900，在框930，可以将偶数和奇数差分帧融合或组合成具有用于所有对的相邻有效测辐射热计行的差分行的差分图像。如上面结合图6A和7A-7D所讨论的那样，偶数向下差分帧和奇数向下差分帧、或者偶数向上差分帧和奇数向上差分帧每个可以分别连续地以隔行方式捕获偶数差分行和奇差分行。因此，对于捕获两种类型的差分帧(例如，偶数向下差分帧和奇数向下差分帧一起、或者偶数向上差分帧和奇数向上差分帧一起)的实施例，偶数和奇数差分帧可以通过从偶数差分帧获取偶数行以及从奇数差分帧获取奇数差分行来组合或融合。

对于捕获三种或四种类型的差分帧的实施例，可以通过对来自不同类型差分帧的对应差分行进行平均或累积来获得组合或融合(例如，合成)差分图像中的差分行。例如，来自偶数向下差分帧的偶数差分行可以与来自对应偶数向上差分图像帧的对应偶数差分行进行平均或累积，和/或来自奇数向下差分帧的奇数差分行可以与来自对应奇数差分图像帧的对应奇数差分行进行平均或累积。类似地，对于通过测辐射热计电路500或800捕获逐行差分帧的实施例，可以对对应的差分行进行平均或累积。

在一些实施例中，不同类型的连续捕获的差分帧910可根据差分帧910之间的运动量和/或有效测辐射热计502的热时间常数(例如，固有响应时间)，在组合或融合之前对准或配准。例如，如果连续差分帧910之间存在太多运动和/或如果有效测辐射热计502快速响应场景变化，则可以根据传统图像配准技术对准或配准连续差分帧910，使得差分帧910可以与一致的视野更准确地融合或组合。

因此，在框930之后，将差分帧910融合或组合成合成差分图像，其包括用于所有对的相邻有效测辐射热计行的所有差分行(例如，偶数行和奇数行)。在一些实施例中，在框940处，可以对差分域中的这种合成差分图像执行进一步的降噪操作。还参考图11，根据本公开的实施例，示出了可以在框940执行的示例性降噪处理1100。

在框1120，可以在这种合成差分图像中减少空间和1/f行噪声。如本领域所理解的，行噪声是这样一种类型的噪声，其可以通过每行电路的变化来解释并且在图像中表现为水平条纹(例如，影响整行)，并且可以包括空间、1/f和/或时间分量。行噪声可以在合成差分图像中处理，而不是单独在每种类型的差分帧上处理，原因在于每个差分行中的所有差分信号都有效地受到该行的相同噪声的影响。在各种实施例中，可以估计空间行噪声，并且可以使用适当的空间行降噪技术来获得适当的校正项。例如，在一个或多个实施例中，根据美国专利No.8,208,026和先前本文中参考的美国专利申请No.14/029,716中公开的技术，可以在合成差分图像中估计和减少空间行列噪声。

在框1140，可以在合成差分图像中减少时间行噪声。可以通过比较每行的时间变化与其相邻行的时间变化来估计和过滤时间行噪声，其方式类似于上面讨论的估计滤波时间列噪声，但是被适当地修改以处理行而不是列。

在框1160，可以在合成差分图像中减少空间每个像素噪声。如本领域所理解的，由于有效测辐射热计502、光学元件、机械元件中的变化或影响每个有效测辐射热计502的响应特性的其他变化，每个像素噪声可包括空间相关或结构化噪声(也称为固定图案噪声)。在各种实施例中，可以估计这种空间每个像素噪声，并且可以使用适当的空间列降噪技术来获得适当的校正项。例如，在一个或多个实施例中，根据名称为“Systems and Mehodsfor Processing Infrared Images(用于处理红外图像的系统和方法)”的美国专利No.8,208,026以及名称为“Row and Column Noise Reduction in Thermal Images(热图像中的行和列降噪)”的美国专利申请No.14/029,716中公开的技术，可以在差分帧中估计和减少空间列噪声，两篇专利文件通过引用并入本文。

每个像素噪声还可以包括在图像中随机出现的空间不相关的时间噪声(例如，作为白噪声)。因此，在框1180，可以使用适当的时间每个像素降噪(或随机降噪)技术来估计和减少时间每个像素噪声。例如，在一个或多个实施例中，可以通过应用名称为“Methodsand Systems for Suppressing Noise in Images(用于抑制图像中的噪声的方法和系统)”的美国专利申请No.US 13/943,035中公开的技术来减少时间每个像素噪声，通过引用将上述申请并入本文。应该注意，过程1100的操作可以以任何期望的顺序执行。也就是说，根据实施例，可以在空间噪声之前降低时间噪声，和/或可以在行噪声之前降低每个像素噪声。

返回到过程900，在框920和/或940可选地减少差分域中的各种类型的噪声之后，可以在框950将合成差分图像重构为直接图像域中的图像。如上所述，在直接图像中，每个像素值可以指示在每个检测器处接收的IR辐射的强度，而不是相邻行之间的强度水平的差。因此，例如，可以将直接图像呈现(例如，在显示器上)为用户可查看的热图像(例如，热图)，以供人类用户观看和容易理解，无论是否进一步处理。对于诸如视频/图像分析的应用或其他不需要人类用户查看的图像处理应用，过程900可以在框950之前结束。

在各种实施例中，可以通过将所有差分行从顶部到底部、或者替代地从底部到顶部进行积分以将差分图像重构为直接图像。在一个或多个实施例中，将所有差分行从顶部到底部积分或反之可以包括获得从顶部到底部或从底部到顶部的差分行的累积和。对于其中第一和/或最后一个差分行可以是包括以绝对项测量的信号的绝对测量行的实施例(例如，通过与盲测辐射热计534提供的参考进行比较，如上面关于图5A-5D、6A和7A-7D所讨论的)，将累积和存储为来自顶部或来自底部差分行的重构图像中的每个新行会产生直接图像，其中所有像素指示相对于对应行的盲测辐射热计534提供的参考的入射IR强度。

在没有绝对测量行的其他实施例中，从差分图像重构直接图像可以涉及校正列偏移的统计方法。例如，在一个实施例中，可以计算重构图像中的偏移的平均值，并且可以基于平均偏移值来校正重构图像的每列的偏移以近似直接图像。在另一个实施例中，可以获得列的垂直梯度(例如，在差分图像或重构图像中)并在相邻列之间进行比较以校正列偏移。更具体地，在相邻列中表现出类似垂直梯度的行可能对应于相同的场景特征(例如，由有效测辐射热计捕获的场景中的道路、天空、建筑物或其他基本上均匀的特征)，因此相邻列可以是通过以下方式来标准化以接近真实信号水平：调节相邻列的列偏移以使得对于对应于相同场景特征的这些行，列到列的差异被最小化。在这个意义上，根据这样的实施例的列偏移的调节可以被视为最大化具有相似梯度的区域的相邻列之间的平滑度。在可以如上结合图6B所讨论的那样获得列差分信号的实施例中，可以基于通过列差分信号表示的、相邻列之间的入射IR辐射强度的实际测量差异来标准化或以其他方式调节重构图像中的相邻列之间的像素或列偏移(无论是否使用绝对测量行)，以便更准确地重构。

在一些实施例中，在将差分图像重构为直接图像之后，可以在框960减少用于减少在直接图像中引入或以其他方式存在的一种或多种类型的噪声的各种操作。图12示出了根据本公开实施例的降噪过程1200，其可以在框960处对重构的直接图像执行以减少一种或多种类型的噪声。

在框1210，可以在从差分图像重构的直接图像中估计和减少帧偏置噪声。传统上，由于测辐射热计电路的特性，帧偏置噪声表现为在整个图像平面上(例如，在整个图像帧上)均匀或基本均匀的固定偏移。在差分图像中或在没有差分的情况下用测辐射热计电路直接捕获的直接图像中可以忽略这样的均匀偏移，因为它简单地将整个图像平面移位了(例如，增大或减小整个图像的信号水平)某个均匀量。然而，对于从差分图像重构的直接图像，由于直接图像重构中的差分行的积分或累积加和，差分图像中这样的均匀偏移可能导致重构的直接图像的倾斜(例如，信号从顶部到底部行逐步增加或减少)。

在各种实施例中，可以通过将差分图像的附加绝对测量行(例如，不是重构中的起始行的绝对测量行)与直接图像的对应末行进行比较来估计从差分图像重构的直接图像中的帧偏置噪声。由于重构的直接图像的末行应该包括与没有帧偏置噪声的附加绝对测量行基本相同的信号(例如，相同的数据值)，所以重构的直接图像的末行与所有列上的附加绝对测量行之间的信号的平均差可以用作当前直接图像的帧倾斜的估计。根据一个或多个实施例，可以获得重构的直接图像的末行和附加绝对测量行之间的平均差，并且对于多个直接图像进一步平均以提供直接图像中固定的(例如，静态或缓慢变化的)倾斜的估计，换句话说，帧偏置噪声。

在一些实施例中，可以通过从差分图像的所有像素减去估计的帧偏置噪声的每个像素贡献(例如，通过将估计的帧偏置噪声除以每列的行数来获得)来减少重构的直接图像中的帧偏置噪声。在其他实施例中，通过从重构的直接图像减去基于估计的帧倾斜的垂直斜坡，可以在重构的直接图像中减少帧偏置噪声。例如，垂直斜坡可以基于估计的帧倾斜的时间平均均值以根据行位置产生变化的信号水平。

根据实施例，可以在用于估计帧偏置噪声的直接图像中、随后获得的直接图像中或两者中减少帧偏置噪声。例如，根据一些实施例，估计的帧偏置噪声可以存储在存储器中并且应用于减少随后获得的重构的直接图像中的帧偏置噪声。

在框1220，在一些实施例中，可以在从差分图像重构的直接图像中估计和减少帧反弹(bounce)噪声。帧反弹噪声是时变偏移(如果在差分图像中)或倾斜(如果在重构的直接图像中)，其可能在图像之间变化(例如，图像帧到图像帧变化)，而帧偏置噪声是静态或缓慢变化的偏移或如上所述的倾斜。因此，在一个或多个实施例中，在从多个直接图像估计和减去帧偏置噪声之后，可以获得帧反弹噪声作为多个直接图像中的每一个中的每帧残余帧倾斜。然后可以在差分域中(例如，通过减去每个像素偏移)或在直接图像域中(例如，通过减去垂直斜坡)去除每帧残余帧倾斜，以减少每个对应直接图像的帧反弹噪声，方式与上面针对框1210讨论的减少帧偏置噪声类似。

在框1230，根据一个或多个实施例，可以在从差分图像重构的直接图像中估计和减少空间列和像素噪声(固定图案噪声)。如上面利用过程1000和1100所讨论的，可以在重构之前在差分域中减小空间列和像素噪声。然而，在差分图像中可能存在一些残余空间列和像素噪声(残余固定图案噪声)，其在对应的重构的直接图像中可能表现为错误的列倾斜。

因此，在一个或多个实施例中，可以通过将每列的一个或多个附加绝对测量行与每列的对应一个或多个重构(例如，积分或累积加和的)行进行比较来识别由于残余空间(或固定图案)噪声引起的这种错误的倾斜。根据一个或多个实施例，如果一个或多个附加绝对测量行与对应的一个或多个重构行不同，则可以检测到列的错误倾斜，并且如果在多个图像上平均的差异基本上不是零(例如，大于指定阈值)，则可以检测到残余空间(或固定图案)噪声。如果以这种方式检测到残余空间(或固定图案)噪声，则可以通过调节差分图像中的每个列或者通过从重构的直接图像中的每个列减去适当的垂直斜坡来减少噪声。

在框1240，根据一个或多个实施例，可估计直接图像中的残余噪声以调节各种降噪参数。根据实施例，可以从直接图像估计残余噪声，不管具有或不具有以上针对其应用的框1210-1230所讨论的一个或多个降噪操作。在各种实施例中，可以通过将差分图像的一个或多个附加绝对测量行处的信号(例如，数据值)与对应的重构直接图像的对应的一行或多行处的信号进行比较来估计残余噪声。例如，在一个实施例中，可以为所有列确定一个或多个附加绝对测量行与对应的重构行之间的差异，并且这些差异的标准偏差可以用作仍然存在的残余噪声量的度量。

在一个或多个实施例中，基于与一个或多个附加绝对测量行的比较而确定的差异的标准偏差或其他度量可用于调节降噪参数。例如，如果标准偏差很大或者其他度量指示仍存在大量残余噪声，则可以调节以下针对框1260和1270讨论的重构的直接图像上的一个或多个进一步降噪操作的各种参数、和/或以上针对过程1000和1100讨论的差分域中的一个或多个降噪操作的各种参数(例如，通过增加滤波器强度)，使得可以将更激进的降噪应用于差分帧、差分图像和/或重构的直接图像。

在框1250，根据一个或多个实施例，可以针对重构的直接图像的一个或多个部分(例如，局部区域)调节降噪参数。在这个方面，本公开的发明人通过结合本公开进行的各种实验已经观察到，重构的直接图像的一些局部区域(例如，在提供对应于顶部和底部行的绝对测量行时重构的直接图像的中间行)比其他区域表现出更多的噪声。因此，在一个或多个实施例中，可以识别这种有噪声的局部区域，并且可以进一步调整所识别的局部区域的降噪参数以减少噪声。

例如，在一个实施例中，可以确定局部平滑度(例如，局部区域的信号水平的变化)，并在差分图像和对应的重构直接图像之间对其进行比较。如果差分域中的区域是平滑的(例如，采样差异的小变化)但是直接图像域中的对应区域不平滑，则可以确定该特定区域需要进一步滤波，并且可以通过调节降噪参数来将更激进的滤波应用到重构的直接图像中的该特定区域。

在框1260，根据一个或多个实施例，可以对从差分图像重构的直接图像执行进一步的降噪操作。例如，可以适当地修改并在重构的直接图像上执行先前在本文中结合过程1000和1100提及的各种空间和时间、列/行和每个像素降噪技术。如上所述，可以通过应用借助框1240和1250的操作调节的降噪参数来调整各种降噪操作以更有效地降噪。

在框1270，可以使用IIR或有限脉冲响应(“FIR”)滤波器来组合多个重构的直接图像，以进一步减少重构的直接图像中的时间噪声。IIR或FIR滤波器的滤波器强度和其他参数可以基于通过框1240和/或1250的操作调节的参数。

返回图9，在根据图12的示例性降噪过程1200在框960处执行降噪并使用重构的直接图像之后，可以提供重构的直接图像970，其中的噪声进一步减少。因此，根据上面参考图5A-5D、6A-6B、7A-7D和8-12讨论的本公开的实施例，可以使用具有各种有益特征的测辐射热计电路500或800获得差分图像，并且将差分图像重构为使各种类型噪声从其有效去除的直接图像。更具体地，例如，测辐射热计电路500或800有利地提供高场景动态，同时减少自发热和部件特性的变化的不良影响，而不增加如上所述的传统测辐射热计电路的复杂性、尺寸和成本，同时过程900到1200有利地利用绝对测量行来将差分图像准确地重构为直接图像，以有效地减少各种类型的噪声(例如，帧偏置噪声、帧反弹噪声和残余固定图案噪声)，并调节各种降噪参数。此外，过程900到1200有利地识别并应用分别对差分帧、差分图像和重构的直接图像有效的降噪操作。

[[利用参考降低行噪声]]

如上所述，测辐射热计阵列被偏置并读出以形成图像帧，然后可以将该图像帧显示给用户。在每个图像帧期间，测辐射热计被偏置并读出仅一小段时间，例如，以减少脉冲偏置发热。在许多测辐射热计电路中，用于偏置测辐射热计的有源电路可以偏置并一次一行地读出测辐射热计。但是，由于每行在不同时间采样，所以时间噪声可能会导致每行的输出电平不同。这可能导致行之间的显著差异以及行之间的不相关噪声，同时每行内的噪声是高度相关的，因此在显示给用户的图像中脱颖而出(例如，作为水平线)。

为了去除或校正这样的行噪声，根据本公开的实施例，可以使用盲参考像素(例如，来自盲测辐射热计的输出)。如图14所示，测辐射热计电路1400可以包括配置成检测辐射的有效测辐射热计的有效阵列1410。有效阵列1410可以表示例如图1的单位单元阵列104或图3、4A、4B、4C或4D的有效测辐射热计302阵列的实施例、或在各种已知测辐射热计FPA中找到的有效测辐射热计阵列的其他实现方式。

根据本公开的实施例，测辐射热计电路1400进一步设置有盲测辐射热计的阵列1430(在本文中也称为盲阵列1430)和/或盲测辐射热计的阵列1420(在本文中也称为盲阵列1420)，盲测辐射热计的阵列1430包括盲测辐射热计的行，其每个对应于一行或多行的有效阵列1410，盲测辐射热计的阵列1420包括有效测辐射热计的列，其每个对应于一列或多列的有效阵列1410。盲阵列1420和1430中的盲测辐射热计用作盲参考像素，并且可以以类似于盲测辐射热计134/534的方式实现，以将它们屏蔽于外部IR辐射以及使它们与基板基本上热隔离。这些盲参考像素可以用于减少或校正在有效阵列1410中产生的行或列噪声。在一些实施例中，测辐射热计电路1400可以进一步包括盲阵列1440，该盲阵列1440包括与盲阵列1420的行相对应的行和与盲阵列1430的列相对应的列，其输出可以用于减少盲阵列1420中的行噪声/或减少盲阵列1430中的列噪声。如图14所示，根据一个或多个实施例，盲阵列1430可以邻近有效阵列1410的一侧(例如，左侧或右侧)设置，盲阵列1420可以邻近有效阵列1410的顶部或底部设置。

在一些实施例中，盲阵列1430包括与有效阵列1410相同数量的行，使得盲阵列1430对于有效阵列1410的每一行具有一个对应的行。类似地，在一些实施例中，盲阵列1420包括与盲阵列1410相同数量的列。在一些实施例中，盲阵列1430包括多列盲测辐射热计，使得用于每个盲阵列行的、来自多列盲测辐射热计的输出可以用来减少有效阵列1410的对应行中的噪声，如下文进一步所述。类似地，在一些实施例中，盲阵列1420包括多行盲测辐射热计，使得用于每个盲阵列的、来自多行盲测辐射热计的输出可用于减少有效阵列1410的对应列中的噪声，如在下文中进一步描述的。

有效阵列1410和盲阵列1420、1430和1440可被配置成通过以与上述针对图1的列电路114以及定时和控制电路132类似的方式根据定时信号选择有效阵列1410的每一行以及盲阵列1430的相应行并将其连接到列电路1414，以逐行方式被读出。这样，每一行的输出可以受到针对每一行而不同出现的时间噪声或与每一行的读出相关联的其他噪声的影响。影响每一行的这种“行噪声”出现在有效阵列1410和盲阵列1430行上，但是盲阵列1430的行更清楚地捕获行噪声，因为盲阵列1430被屏蔽于来自场景的外部IR辐射并且不捕获该外部IR辐射。

在有效阵列1410的所有行被读出并组合以形成被有效阵列1410捕获的IR图像的一帧之前或之后，盲阵列1420的行通过根据定时信号选择性地连接到列电路1414也可以以逐行方式被读出。由于有效阵列1410的每一列和盲阵列1420的对应列可以通过列电路1414中相关联的一个读出，因此对于每一列，“列噪声”可能会看上去有所不同，这归因于列电路1414中的每个列通过其读出的特定一个。这种影响每一列的列噪声在有效阵列1410和盲阵列1420列中均被捕获，但是盲阵列1420的列更明显地捕获列噪声，因为盲阵列1420的列屏蔽于并且不捕获来自场景的外部IR辐射。

在盲阵列1430的每行中捕获的行噪声可用于减少有效阵列1410的相应行中的行噪声。特别地，根据一个或多个实施例，可以确定并使用(例如，通过处理器/逻辑装置140或340)用于盲阵列1430的每一行的盲测辐射热计的输出的统计特性，以减少有效阵列1410的相应行中的噪声。可以选择统计特性，以使其代表行噪声，同时消除或抑制其他噪声分量的影响(例如，与盲阵列1430的每个列和每个盲测辐射热计相关联的噪声)。例如，对于其中盲阵列1430包括多列盲测辐射热计的实施例，可以将来自行内的多个盲像素的输出平均以表示该行的行噪声的平均值，同时平均出列和像素噪声的影响。然后可以从用于有效阵列1410的对应行的每个有效测辐射热计的输出(例如，每个有效像素输出)中减去来自盲阵列1430的每一行的平均输出，以从中去除行噪声。

类似地，在盲阵列1420的每一列中捕获的列噪声可用于减少有效阵列1410的对应列中的列噪声。特别地，根据一个或多个实施例，可以确定并使用针对盲阵列1420的每一列的盲测辐射热计的输出的统计特性，以减少有效阵列1410的对应列中的噪声。可以选择统计特性，以使其代表列噪声，同时去除或抑制其他噪声分量(例如，与盲阵列1430的每一行和每个盲测辐射热计相关联的噪声)的影响。例如，对于其中盲阵列1420包括多行盲测辐射热计的实施例，可以对多行盲测辐射热计的输出求平均以表示该列的列噪声的平均值，同时平均出行和像素噪声的影响。然后可以从用于有效阵列1410的对应列的每个有效测辐射热计的输出(例如，每个有效像素输出)中减去来自盲阵列1420的每个列的平均输出，以从中去除列噪声。

在一些实施例中，可以以类似的方式利用盲阵列1440，以减少盲阵列1420中的行噪声来通过盲阵列1420更准确地捕获列噪声，和/或以减少盲阵列1430中的列噪声来通过盲阵列1430更准确地捕获行噪声。在一些实施例中，可以利用针对盲阵列1430的所有行确定的统计特性(例如，平均值)和/或针对盲阵列1420的所有列确定的统计特性(例如，平均值)来从有效阵列1410捕获的IR图像的每个帧中减少帧噪声(例如，与每个整个帧相关的噪声，例如帧反弹噪声)。

例如，如果一帧中所有像素的值在帧与帧之间变化，则认为这是帧噪声。这样，在较快的行读出时间可能看不到的电路或电源中的时间漂移可能会被视为帧与帧之间的差异。通过平均盲列阵列(盲阵列1430)中的所有像素或平均盲行阵列(盲阵列1420)中的所有盲像素，盲阵列平均值可以跟踪帧到帧变化，并且可以用于将帧减去有效阵列1410中的帧到帧差异。因为与仅包括来自帧时间的最开始或最结束的数据的盲行阵列1420相比，盲列阵列1430包括来自整个帧时间的不同时间点的数据，所以盲列阵列1430可以更好地跟踪帧到帧变化。

图15示出了降噪处理1500，其中使用盲参考像素来降低行噪声。在框1502，可以接收来自盲测辐射热计的输出。例如，可以接收并使用盲阵列1430中的一行的盲测辐射热计的输出，以减少有效阵列1410的相应行中的噪声。

在框1504，可以确定一行的盲测辐射热计的输出的统计特性。在一个示例中，可以确定该行中的盲像素的平均值(例如，该行中的盲测辐射热计的平均输出)以表示行噪声，同时减少像素和列噪声的影响。在一个或多个实施例中，框1504可包括从确定统计特性中排除异常盲像素。与同一行盲阵列1430中的其他盲像素相比，异常盲像素可能会产生不一致的响应，并且可能包括停留在生成高输出的热盲像素或不产生输出的死盲像素。可以检测和去除来自这种异常盲像素的输出(例如，通过比较该行中所有盲像素的信号电平和噪声并去除那些统计上离群的像素)。

异常盲像素是由于缺陷或工艺变化不能以与典型像素相同的方式起作用而导致的盲像素。这些缺陷可能会导致盲测辐射热计产生的输出与其他测辐射热计相比，轨迹偏高、轨迹偏低、明显偏移偏高或偏低。与其他测辐射热计相比，缺陷也可能导致这些测辐射热计改变其对温度的响应方式。另一个缺陷可能是过多噪声的像素。通过设置在给定操作条件下预期输出是什么的阈值，可以在校准中识别和/或在每个帧中动态识别这些异常盲像素。

在框1506处，可基于所确定的统计特性来调整有效阵列1410的对应行中的每个有效像素的输出。例如，可以从有效阵列1410的对应行中的每个有效像素中减去所确定的盲像素平均值，以校正或去除与该行相关联的时间噪声。以这种方式减少或去除的行噪声可以主要包括白噪声(例如，随机时间噪声)。在一些实施例中，可以使用多于两个的参考像素(例如，为盲阵列1430提供的多于两列)来降低噪声，原因在于具有几个(例如，两个或更少)参考像素会增加最终的行噪声，因为来自参考的像素和列噪声可能大于它们应消除的原始行噪声。如下面在本文中进一步讨论的，发明人通过与本公开有关的实验发现了盲列的数量范围，该范围可以适当地减少行噪声而对于盲测辐射热计不需要太多额外的列。

以这种方式使用盲参考像素来去除行噪声可以允许对将被释放的行噪声有贡献的CMOS电路和/或测辐射热计组件，因为现在可以通过使用盲参考像素来去除那些行噪声。这可能有利地导致较小的尺寸和/或较小的功率。

在框1508，如果有效阵列1410存在执行行降噪的另外的行，则处理1500可以流回到框1502以对有效阵列1410中的下一行执行行降噪。如果不存在，则处理1500可流至框1510并终止。在各种实施例中，处理1500的各种操作可以由软件例程、硬件组件或软件和硬件的组合来执行。在一个示例中，与测辐射热计电路相关联的处理器/逻辑装置140或340可以被配置成执行处理1500的各种操作，例如，执行适当的指令以接收与一行中的盲测辐射热计和有效测辐射热计的输出相对应的数字数据，以及确定盲像素的统计特性并通过处理数字数据来调整有效测辐射热计的输出。在另一个示例中，测辐射热计电路可以包括适当的模拟和/或数字组件，以执行至少一些操作，例如，测辐射热计输出的接收和平均。在另一个示例中，由处理器/逻辑装置140或340执行的硬件组件和软件例程的组合可用于执行处理1500。

本公开的实施例还包括使用盲阵列1420去除列噪声的处理。可以以与处理1500类似的方式来执行该过程，但是使用盲阵列1420的每一列中的盲测辐射热计从有效阵列1410中的对应列去除噪声。然而，因为测辐射热计(包括有效和盲热辐射热计)被偏置并且以如上所述的逐行方式读出，所以在有效阵列1410捕获IR图像的帧之前或之后，对盲阵列1420的行进行采样，而不是与有效阵列1410的相应列一起读出。这样，与使用盲阵列1430的行降噪不同，使用盲阵列1420的列降噪可以主要去除粉红噪声(例如，1/f噪声)，但是留下一些残留的列噪声。在一些实施例中，可以同时执行使用盲阵列1430的行降噪和使用盲阵列1420的列降噪。在一些实施例中，如上所述，也可以使用盲阵列1440去除来自盲阵列1420和/或1430的列和/或行噪声。在一些实施例中，帧噪声也可以如上所述那样被去除。

发明人已经对根据本公开的各种实施例的测辐射热计电路1400以及行和列降噪处理1500的实施方案进行了各种实验和验证。例如，根据本公开实施例的可以被N个盲列(即，盲列的数量＝N)识别和去除的行噪声可以表示为：

在另一示例中，根据本公开实施例的可以由N个盲行识别和去除的列噪声可以由以下等式表示：

在等式1和2中，V_{nrow_final}是从有效阵列1410中的对应行减去盲平均值(例如，盲阵列1430的每一行的平均值)之后预期的行噪声。类似地，V_{nrow_final}是从有效阵列1410中的对应列减去盲平均值(例如，盲阵列1420的每一列的平均值)之后预期的列噪声。V_nrow是有效阵列(和盲阵列)的初始行噪声，其是平均行电平行到行的变化。V_npix是有效阵列(和盲阵列)中的初始像素噪声，其是去除行、列和帧噪声后的平均像素电平的变化。V_ncol是有效阵列(和盲阵列)中的初始列噪声，其是平均列电平列到列的变化。

图16示出了根据本公开实施例的、根据等式1利用一行中不同数量N个盲像素(列)从系统测量结果确定的行噪声抑制图。这些图表明，随着参考数量的变化，系统测量结果和用于行噪声的ROIC建模之间具有良好的相关性。

上面参考图16描述的行和列降噪技术的实施例还可以有益地降低帧噪声(例如，与由测辐射热计电路1400生成的图像的每一帧相关联的噪声)。例如，图17示出了根据本公开实施例的具有不同数量的参考的帧反弹抑制图。在与图17的图表相关的示例性实现方式和实验中，由N个盲列识别和减少的帧噪声可以表示为：

其中，“rows”项表示有效阵列1410中的行数。在使用N个盲列来去除帧噪声的实施例中，可以对每个帧的N个盲列输出的所有行求平均，并且可以减去该平均值以识别和减少所有帧噪声。

类似地，在示例性实现方式和实验中，由N个盲行识别和减少的帧噪声可以表示为：

其中，“cols”项表示有效1410中的列数。然而，与盲列不同，使用N个盲行的实施例可能不会完全去除帧噪声，因为它们是在每个帧的开始(或结束)而不是在整个帧时间被采样一次。

如图17所示，根据等式3和4，使用两个或更多个参考行或列减少了帧反弹噪声。该建模与降噪的系统测量结果很好地相关。例如，用于四个盲行和四个盲列的大约60％的ROIC模型估计值都非常接近用于相同数量的盲行和盲行的大约55％至60％的系统测量结果。因此，可以修改使用盲参考像素以减少行和/或列噪声的实施例(例如，以平均N个盲列的所有行并调整每个帧)以也降低帧噪声。

转到图13，根据本公开的实施例示出了可以包括测辐射热计电路300、400A-D、500或800的实施例的热成像模块1300。图13中还示出了根据本公开实施例的主机装置1302，其中热成像模块1300可以配置成在主机装置1302中实现。

对于一个或多个实施例，热成像模块1300可以以小的形状因子并且根据晶片级封装技术或其他封装技术来实现。在这方面，根据一个或多个实施例，热图像模块1300可以包括壳体1304，其包围测辐射热计电路300、400A-D、500或800以及用于生成(例如，捕获)表示来自场景1350的入射IR辐射201的热图像数据的其他部件。此外，在这方面，热图像模块1300可以包括光学元件1306，例如IR透射透镜，其配置成将入射IR辐射201透射和聚焦在测辐射热计电路300、400A-D、500或800的FPA上。在一些实施例中，热成像模块1300的这些和其他方面可以根据用于提供小形状因子红外成像模块的各种技术来实现，例如在名称为“Infrared Camera System Architectures(红外摄像机系统架构)”的美国专利申请No.14/101,258中公开了此技术，其全部内容通过引用合并于此。

在一个实施例中，主机装置1302可以是小型便携式装置，诸如移动电话、平板计算装置、膝上型计算装置、个人数字助理、可见光摄像机、音乐播放器或任何其他适当的便携式装置。在这方面，热成像模块130可用于向主机装置1302提供热成像功能。例如，热成像模块1300可以配置成捕获、处理和/或以其他方式管理热图像并且将这样的热图像提供给主机装置1302以便以任何期望的方式使用(例如，用于进一步处理，用于存储在存储器中，用于显示，由在主机装置1302上运行的各种应用使用，用于导出到其他装置，或其他用途)。

在其他实施例中，主机装置1302可以是其他类型的电子装置，其配置成接收热成像模块1300并将由热成像模块1300提供的热图像用于特定应用。例如，主机装置1302可以表示固定地或可调节地安装(例如，提供平移-倾斜-缩放特征)的监视摄像机、车辆电子设备(例如，在用于汽车、飞机和船的传感器系统中)或其他非便携式电子装置。在另一个示例中，主机装置1302可以包括装置附件，其配置成接收热成像模块1300以提供热成像能力，并且其根据名称为“Device Attachment with Infrared Imaging Sensor(具有红外成像传感器的装置附件)”的国际专利申请No.PCT/US2013/062433中公开的各种技术来实现，其全部内容通过引用并入本文。

在各种实施例中，主机装置1302可包括插座1310、快门(shutter)1312、处理器1314、存储器1316、显示器1318、运动传感器1320和/或其他部件1322。插座1310可以配置成接收热成像模块1300(由箭头1311所示)，并且快门1312可以选择性地定位在插座1310上(例如，如箭头1313所示)，同时热成像模块1300安装在其中。

处理器1314可以实现为主机装置1302可以用来执行适当指令的任何适当的处理装置(例如，逻辑装置、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)或其他装置)，所述指令例如在存储器1316中提供的软件指令(例如，从存储非暂时性软件指令的机器可读介质1322传送或下载)。如上所述，在一些实施例中，处理器1314可以配置成执行过程900至1200的各种操作的至少一部分，其可以被编码为存储器1316中提供的软件指令。例如，根据实施例，处理器1314可以配置成独立于或结合测辐射热计电路500或800的处理器或逻辑装置340执行过程900至1200的至少一部分。

运动传感器1320可以由一个或多个加速度计、陀螺仪或可以用于检测主机装置1302的运动的其他适当装置来实现。运动传感器1320可以由处理器1314或处理器/逻辑装置340监测并向其提供信息以检测运动。

显示器1318可用于显示捕获的和/或处理的热图像和/或其他图像、数据和信息。运动传感器1320可以由一个或多个加速度计、陀螺仪或可以用于检测主机装置1302的运动的其他适当装置来实现。运动传感器1320可以由处理器1314或处理器/逻辑装置340监测并向其提供信息以检测运动。其他部件1322可以用于实现主机装置1302的任何特征，这根据各种应用的需要(例如，可见光摄像机或其他部件)。

因此，如上所述有利地允许低成本、小占地面积和高性能热成像的测辐射热计电路300、400A-D、500或800可以设置在小形状因子热成像模块1300中并且集成到用于热成像应用的各种类型装置的主机1302中。

在适用的情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现本公开提供的各种实施例。同样在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以组合成包括软件、硬件和/或两者的合成部件。在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件分成包括软件、硬件或两者的子部件。另外，在适用的情况下，预期软件部件可以实现为硬件部件，反之亦然。

根据本公开的软件(例如，非暂时性指令、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。还预期本文中识别的软件可以是使用一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统实现、其被联网和/或不被联网。在适用的情况下，本文描述的各种步骤的顺序可以改变、组合成合成步骤、和/或分成子步骤以提供本文描述的特征。

上述实施例说明但不限制本发明。还应该理解，根据本发明的原理可以进行许多修改和变化。因此，本发明的范围仅由附随的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种测辐射热计电路，包括：

基板；

按行和列布置的有效测辐射热计的焦平面阵列(FPA)，所述有效测辐射热计配置成接收外部红外(IR)辐射并与所述基板基本上热隔离，

屏蔽于所述外部红外辐射并与所述基板基本上热隔离的盲测辐射热计的盲阵列，所述盲阵列包括与所述焦平面阵列的行对应的行；

控制电路，所述控制电路配置成根据定时信号选择所述焦平面阵列的每行和所述盲阵列的对应行，从而以逐行方式读出所述焦平面阵列和所述盲阵列的每行，以逐行方式读出的来自所述焦平面阵列的所有行的输出被组合以表示由所述焦平面阵列捕获的红外图像的帧；以及

逻辑装置，所述逻辑装置配置成基于来自所述盲阵列的对应行的输出的统计特性来降低来自所述焦平面阵列的每行的输出中的噪声。

2.根据权利要求1所述的测辐射热计电路，其中，所述盲阵列邻近所述FPA的一侧设置。

3.根据权利要求1所述的测辐射热计电路，其中，由所述逻辑装置确定的统计特性表示与在去除每行的有效测辐射热计和盲测辐射热计之间共同的噪声的影响的同时读出所述焦平面阵列和所述盲阵列的每行相关联的噪声。

4.根据权利要求1所述的测辐射热计电路，其中：

所述盲阵列包括与所述焦平面阵列相同数量的行和多个列；以及

所述统计特性包括针对所述盲阵列的每行的、来自所述盲阵列的所述多个列的输出的平均值。

5.根据权利要求4所述的测辐射热计电路，其中，所述平均值是来自所述盲测辐射热计的输出之和除以所述盲测辐射热计的数量。

6.根据权利要求4所述的测辐射热计电路，其中，所述逻辑装置配置成至少通过从所述焦平面阵列的行中的每个有效测辐射热计的输出中减去从针对该行的盲阵列的多个列确定的输出的平均值来降低来自所述焦平面阵列的每行的输出中的噪声。

7.根据权利要求1所述的测辐射热计电路，其中，所述逻辑装置还配置成基于来自盲测辐射热计的阵列的所有行的输出的统计特性来降低所述红外图像的帧中的噪声。

8.根据权利要求1所述的测辐射热计电路，其中，所述逻辑装置还配置成排除来自异常盲测辐射热计的输出，以确定来自所述盲阵列的对应行的输出的统计特性。

9.根据权利要求1所述的测辐射热计电路，其中：

所述盲阵列是第一盲阵列；

所述测辐射热计电路还包括屏蔽于外部红外辐射并且与基板基本上热隔离的盲测辐射热计的第二盲阵列，该第二盲阵列包括与所述焦平面阵列相同数量的列和多个行；以及

所述逻辑装置还配置成基于来自所述第二盲阵列的对应列的输出的平均值来降低来自所述焦平面阵列的每列的输出中的噪声。

10.根据权利要求9所述的测辐射热计电路，其中，所述逻辑装置还配置成基于来自所述第二盲阵列的所有列的输出的平均值来降低所述红外图像的帧中的噪声。

11.一种测辐射热计电路，包括：

基板；

按行和列布置的有效测辐射热计的焦平面阵列(FPA)，所述有效测辐射热计配置成接收外部红外(IR)辐射并与所述基板基本上热隔离；

屏蔽于所述外部红外辐射并与所述基板基本上热隔离的盲测辐射热计的盲阵列，所述盲阵列包括与所述焦平面阵列的列相关联的列；

多个列电路，每个列电路与所述焦平面阵列的列和所述盲阵列的对应列相关联，所述多个列电路配置成根据定时信号选择性地连接到所述焦平面阵列或所述盲阵列的行，从而以逐行方式读出所述焦平面阵列或所述盲阵列的每行，以逐行方式读出的来自所述焦平面阵列的所有行的输出被组合以表示由所述焦平面阵列捕获的红外图像的帧；以及

逻辑装置，所述逻辑装置配置成基于来自所述盲阵列的对应列的输出的统计特性来降低来自所述焦平面阵列的每列的输出中的噪声。

12.根据权利要求11所述的测辐射热计电路，其中，

所述盲阵列包括与所述焦平面阵列相同数量的列和多个行；

所述列电路在选择性地连接到所述焦平面阵列的每行之前或之后被选择性地连接到所述盲阵列的每行，使得在捕获红外图像的帧之前或之后读出所述盲阵列的输出；以及

所述统计特性包括针对所述盲阵列的每列的、来自所述盲阵列的多个行的输出的平均值。

13.一种在测辐射热计电路中生成输出的方法，该方法包括：

通过按行和列布置的有效测辐射热计的焦平面阵列(FPA)接收外部红外(IR)辐射，所述有效测辐射热计配置成接收外部红外(IR)辐射并与其上设置有所述焦平面阵列的基板基本上热隔离；

通过屏蔽于所述外部红外辐射并与所述基板基本上热隔离的盲测辐射热计的盲阵列来补偿所述有效测辐射热计的输出；以及

根据定时信号选择所述焦平面阵列的每行和所述盲阵列的对应行，从而以逐行方式读出所述焦平面阵列和所述盲阵列的每行，以逐行方式读出的来自所述焦平面阵列的所有行的输出被组合以表示由所述焦平面阵列捕获的红外图像的帧，

其中，所述盲阵列的补偿包括基于来自所述盲阵列的对应行的输出的统计特性来降低来自所述焦平面阵列的每行的输出中的噪声。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述统计特性表示与在去除每行的有效测辐射热计和盲测辐射热计之间共同的噪声的影响的同时读出所述焦平面阵列和所述盲阵列的每行相关联的噪声。

15.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述盲阵列包括与所述焦平面阵列相同数量的行和多个列；以及

所述统计特性包括针对所述盲阵列的每行的、来自所述盲阵列的多个列的输出的平均值。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述平均值是来自所述盲测辐射热计的输出之和除以所述盲测辐射热计的数量。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，降低来自所述焦平面阵列的每行的输出中的噪声包括：从所述焦平面阵列的行中的每个有效测辐射热计的输出中减去从针对该行的所述盲阵列的多个列确定的输出的平均值。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述盲阵列对有效测辐射热计的输出的补偿还包括：基于来自所述盲测辐射热计的阵列的所有行的输出的统计特性来降低红外图像的帧中的噪声。

19.根据权利要求13所述的方法，进一步包括排除来自异常盲测辐射热计的输出，以确定来自所述盲阵列的对应行的输出的统计特性。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述盲阵列是第一盲阵列，所述方法还包括：

通过盲测辐射热计的第二盲阵列补偿所述有效测辐射热计的输出，所述盲测辐射热计屏蔽于外部红外辐射并且与所述基板基本上热隔离，该第二盲阵列包括与所述焦平面阵列相同数量的列和多个行，

其中，所述第二盲阵列的补偿包括基于来自所述第二盲阵列的对应列的输出的平均值来降低来自所述焦平面阵列的每列的输出中的噪声。