CN111174916A - 用于处理图像的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理原始图像的方法，该原始图像由与成像器(1)的有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联的原始测量Sp(i,j)表征，所述有源热辐射计以矩阵阵列布置，成像器(1)处于环境温度Tamb下并且还包括盲热辐射计Bb_(k)，该方法由配备有存储器的计算机(4)执行，该方法包括以下步骤：a)根据参考温度Tr下的有源热辐射计和盲热辐射计各自的电阻RTr(i,j)和RTr(k)分别计算它们在温度Tamb下的电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)的步骤，所述电阻存储在存储器中；b)根据步骤a)中计算的电阻和根据原始测量Sp(i,j)来确定由每个有源热辐射计Bpix_(i,j)实际测量的温度Tsc(i,j)的步骤。

Description

用于处理图像的方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理由配备有热辐射计的矩阵阵列的成像器收集的原始图像的方法。具体地，根据本发明的处理方法旨在校正由于成像器的热辐射计的分散特性而导致的不均匀性。
本发明还涉及能够实施根据本发明的方法的所有步骤的计算机程序。
本发明最后涉及一种包括热辐射计的成像器和实施该计算机程序的计算机。
背景技术
现有技术中已知的红外探测器通常包括被组织成n行m列矩阵阵列的热辐射计。
当这些对场景温度敏感的热辐射计为了获取图像而暴露在场景中时，它们会感受到它们的电阻变化。换句话说，流经每个热辐射计的电流取决于场景的温度，也取决于环境温度。
具体地，对热辐射计的矩阵阵列中的热辐射计Bpix_(i,j)的测量Sp(i,j)根据以下关系而变化：
Figure BDA0002265453350000011
其中：
-Tamb是环境温度，尤其是成像器的温度；
-Tscene是热辐射计感受到的场景温度，
-Resp(Tamb)是热辐射计的响应度，该响应度取决于环境温度；
-S0,Tamb是场景温度等于环境温度时由热辐射计输出的值。
术语Resp(Tamb)取决于用于制造热辐射计的材料以及热辐射计的结构。
场景温度的推导需要已知环境温度Tamb，因此成像器通常还配备有温度传感器。
成像器还可以配备有额外的热辐射计，称为盲热辐射计，它们不暴露在场景中。流经盲热辐射计的电流仅取决于环境温度。
因此，在这种配置中，暴露的热辐射计的电阻变化的确定是基于流经所述暴露的热辐射计和盲热辐射计的电流之间的差动测量。
通常，热辐射计的矩阵阵列的每一列与盲热辐射计相关联，该盲热辐射计在差动测量期间用于所述列的每一个热辐射计。然而，可以设想其他配置，特别是多列热辐射计使用单个公共的盲热辐射计。
用这种设备能够获得的场景的原始图像(图1)通常是不可利用的，并且需要额外的处理。
具体地，图1所示的图像揭示了探测器的热辐射计的布置，更具体地，揭示了不均匀性(“像素化效应”)。这种效应的根源在于从一个热辐射计到下一个热辐射计的电阻的大量分散。
图像还具有柱状外观，这是由于盲热辐射计之间电阻的分散。
为了缓解这些问题，已经设想了各种解决方案。
具体地，已经提出了在成像器上放置机械快门。具体地，机械快门被放置在探测器的前面，以便相对于环境温度收集参考图像，随后从场景的图像中减去该参考图像。
这种布置原则上相对简单，但并不令人满意。
具体地，快门的实施以及与之相关联的机动化(motorization)产生了成本和体积两方面的问题。
此外，当环境温度变化时，必须刷新参考图像。
可替换地，已经提出了表征探测器的温度响应，特别是探测器的每个热辐射计的温度响应。
该表征包括在不同温度下的参考测量，成像器的所有热辐射计都用快门关闭。
然后，参考测量允许确定每个热辐射计的温度变化，从而构建存储在探测器的存储空间中的校准表。
因此，在操作中，探测器通过对每个热辐射计从校准表中减去通过插值获得的值来校正原始图像。
这种解决方案允许图像从一个热辐射计到下一个热辐射计的不均匀性的效应得以降低，然而它并不令人满意。
具体地，用于获取参考测量的过程是耗时的，并且增加了探测器的制造成本。
此外，由于与存储空间相关联的成本，专用于保存校准表的存储空间是不期望的。
最后，说明书末尾引用的文献[1]和[2]中提出了基于允许校正图像的不均匀性的算法的第三种方法。
这些已知的现有技术的方法也不令人满意。
具体地，这些方法通常繁琐难以实施，并且这些方法的健壮性也有待商榷。
此外，这些方法需要使用强大的计算手段，这对采用这些方法的探测器的成本具有相应的负面影响。
本发明的一个目的是提供一种用于处理由配备有热辐射计的成像器收集的图像的方法，该方法比已知的现有技术简单，并且不需要采用机械部件和与之相关的自动化。
本发明的另一目的是提供一种允许校正在原始图像中观察到的柱状效应的方法。
发明内容
本发明的目的至少部分地通过一种用于处理原始图像的方法来实现，该原始图像由与成像器的有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联的原始测量Sp(i,j)来表征，该有源热辐射计以n行m列的矩阵阵列布置，该成像器处于环境温度Tamb并且还包括盲热辐射计Bb_(k)，每个盲热辐射计Bb_(k)被用于特定于该盲热辐射计的至少一列热辐射计的有源热辐射计Bpix_(i,j)的差动测量，每个盲热辐射计Bb_(k)有利地与单列有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联，该方法由配备有存储器的计算机执行，该方法包括以下步骤：
a)根据参考温度Tr下有源热辐射计和盲热辐射计各自的电阻RTr(i,j)和RTr(k)分别计算它们在温度Tamb下的电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)的步骤，所述电阻存储在存储器中；
b)根据步骤a)中计算的电阻和根据原始测量Sp(i,j)确定由每个有源热辐射计Bpix_(i,j)实际测量的温度Tsc(i,j)的步骤。
根据一个实施例，基于激活能Ea执行步骤a)计算温度Tamb下的电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)，该激活能Ea表示形成有源热辐射计Bpix_(i,j)和盲热辐射计Bb_(k)中每一个的材料。
根据一个实施例，电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)使用以下关系来计算：
Figure BDA0002265453350000041
和
Figure BDA0002265453350000042
根据一个实施例，有源热辐射计Bpix_(i,j)实际测量的温度Tsc(i,j)遵循以下关系：
Figure BDA0002265453350000043
其中：
-Resp(Tamb,i,j)是热辐射计的响应度；
-S0,Tamb(i,j)是实际测量温度等于环境温度时由有源热辐射计Bpix_(i,j)输出的值。
根据一个实施例，在实际测量温度等于环境温度时，与列的有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联的值S0,Tamb(i,j)取决于分别能够流经所述有源热辐射计Bpix_(i,j)的电流I0,pix(i,j)和能够流经与该列相关联的盲热辐射计Bb_(k)的电流I0,b(j)之间的差。
根据一个实施例，步骤a)之前是步骤a1)，步骤a1)利用电容跨阻抗放大器获取原始测量Sp(i,j)，该电容跨阻抗放大器被布置成使得每列的所有有源热辐射计Bpix_(i,j)和与所述列相关联的盲热辐射计Bb_(k)连接到电容跨阻抗放大器之一的负输入端，所述放大器的正输入端接收参考电压。
根据一个实施例，由计算机控制的开关器件，特别是晶体管，被插入到有源热辐射计和盲热辐射计中的每一个与电容跨阻抗放大器之间，有源热辐射计和盲热辐射计连接到电容跨阻抗放大器。
根据一个实施例，在实施该方法之前，执行测量电阻RTr(i,j)和RTr(k)的步骤。
根据一个实施例，确定列的有源热辐射计Bpix_(i,j)的电阻RTr(i,j)或与所述列相关联的盲热辐射计Bb_(k)的电阻RTr(k)包括测量能够流经讨论中的热辐射计的电流。
根据一个实施例，测量能够流经讨论中的热辐射计的电流包括闭合插入到讨论中的所述热辐射计与电容跨阻抗放大器之间的开关，其他开关保持断开。
本发明还涉及一种计算机程序，当该计算机程序由计算机实施时，允许执行根据本发明的方法。
本发明还涉及一种成像器，其配备有：
-成像器的有源热辐射计Bpix_(i,j)，所述热辐射计以n行m列的矩阵阵列布置；
-盲热辐射计Bb_(k)，每个盲热辐射计Bb_(k)用于特定于该盲热辐射计的至少一列热辐射计的有源热辐射计Bpix_(i,j)的差动测量，每个盲热辐射计Bb_(k)有利地与单列有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联；
-配备有根据本发明的计算机程序的计算机。
本发明还涉及将根据本发明的成像器用于检测，特别是对房间中的人的检测。
附图说明
参考附图，从以下通过非限制性示例给出的处理图像的方法的描述，其他特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1是用配备有热辐射计的成像器获得的场景的原始图像，热辐射计以80行×80列的矩阵阵列布置；
-图2是能够根据本发明实施的成像器的示意图，该成像器配备有安装在光圈上的透镜；
-图3是成像器的等效电路图的表示，图3特别示出了第一列C1和第X列CX的有源热辐射计Bpix_(i,j)；
-图4a示出了由给定有源热辐射计的单个开关器件的闭合产生的等效电路图；
-图4b示出了由给定盲热辐射计的单个控制晶体管的闭合而产生的等效电路图，并且没有电流流经其他有源热辐射计和盲热辐射计。
具体实施方式
现在将参照图1至图4b描述本描述。
图2示出了配备有多个有源热辐射计的成像器，该多个有源热辐射计表示为Bpix_(i,j)，布置成n行(表示为“Li”)和m列(表示为“Cj”)的矩阵阵列。
索引为i、j的热辐射计对应于放置在i行和j列交叉点的热辐射计。
图2的成像器还可以包括多个盲热辐射计Bb_(k)。
每个盲热辐射计Bb_(k)用于特定于该盲热辐射计的至少一列热辐射计的有源热辐射计Bpix_(i,j)的差动测量。
特别地，每个盲热辐射计Bb_(k)与单列(Cj)有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联。
成像器1还包括配备有计算处理器的计算机4，该计算处理器用于执行根据本发明的方法的各个步骤。
计算机还可以包括存储空间，以用于保存原始测量和/或对成像器1的操作有用的参数。
最后，成像器1可以包括温度探针5，温度探针5用于评估在其中发现所述探测器的环境的温度。温度探针可以例如包括PN结。
图3是成像器1的等效电路图的表示。图3特别示出了第一列C1和第X列CX有源热辐射计Bpix_(i,j)。
列Cj的每个有源热辐射计Bpix_(i,j)和与所述列相关联的盲热辐射计Bb_(j)通过由计算机控制的开关器件I，特别是晶体管，连接到公共线BL(j)。
每条公共线BL(k)的末端连接到电容跨阻抗放大器CTIA的负输入端E-。正输入端E+就其本身而言上升到参考电压Vbus。
开关器件1的使用允许有源热辐射计或盲热辐射计中的每一个被单独寻址，从而利用电容跨阻抗放大器CTIA之一测量它们的输出信号。
根据本发明的方法提出校正原始图像的缺陷，该原始图像由与有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联的原始测量Sp(i,j)表征。
根据本发明的方法包括步骤a)，分别计算有源热辐射计Bpix_(i,j)和盲热辐射计Bb_(k)在温度Tamb下的电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)。
具体地，这些电阻根据参考温度Tr下所述热辐射计的相应电阻RTr(i,j)和RTr(k)来计算，所述电阻存储在计算机的存储器中。
在步骤a)之前，在步骤a1)中，可以分别确定有源热辐射计Bpix_(i,j)和盲热辐射计Bb_(k)在参考温度Tr下的电阻RTr(i,j)和RTr(k)。
例如，在成像器的制造过程中执行步骤a1)。
然后，步骤a1)包括确定每个有源热辐射计Bpix_(i,j)在参考温度下的电阻的第一子步骤a11)。
第一子步骤a11)采用保持在参考温度Tr下并被放置在成像器1前面的掩模(将理解成像器也保持在参考温度Tr下)。
然后分别测量流经每个有源热辐射计Bpix_(i,j)的电流。
具体地，测量给定的有源热辐射计Bpix_(a,b)的电流Ipix_(a,b)包括闭合连接到公共线BL(b)的开关器件，其他开关保持断开。与盲热辐射计相关联的开关GSK也保持断开，以便抵消能够流经其中的电流。
这种配置产生的等效电路图如图4a所示。
与列“b”相关联的电容跨阻抗放大器CTIA的输出端S的电压VCTIA遵循以下关系式(1)：
Figure BDA0002265453350000071
Cint是放大器CTIA的电容，以及Tint是在测量电流Ipix_(a,b)的步骤中的积分时间。
此外，电流Ipix_(a,b)取决于热辐射计的几何和电气特性以及控制该热辐射计的特性。
更具体地，电流Ipix_(a,b)也遵循以下关系(2)：
Figure BDA0002265453350000072
μn是形成讨论中的热辐射计的材料中的电子迁移率；
Cox是控制热辐射计的晶体管的栅极的单位面积电容；
kn＝μn.Cox是NMOS增益因子；
W/L是控制热辐射计的晶体管的沟道的宽长比；以及
Vth,N是控制热辐射计的NMOS晶体管的阈值电压。
因此，从关系式(1)和(2)推导出参考温度Tr下的参考电阻RTr(i,j)。
步骤a1)然后包括确定每个盲热辐射计Bb_(k)在参考温度下的电阻的第二子步骤a12)。
子步骤a12)类似于子步骤a11)。
具体地，第二子步骤a12)也采用保持在参考温度Tr下并放置在成像器1前面的掩模(将理解成像器也保持在参考温度Tr下)。
然后分别测量流经每个盲热辐射计Bb_(k)的电流。
具体地，测量给定的盲热辐射计Bb_(l)的电流Ib_(l)包括闭合控制该盲热辐射计的晶体管GSK，以便将其连接到公共线BL(l)，其他开关保持断开。
这种配置产生的等效电路图如图4b所示。
与列“l”相关联的电容跨阻抗放大器CTIA的输出端S的电压VCTIA遵循以下关系式(3)：
Figure BDA0002265453350000081
此外，电流Ib_(l)取决于热辐射计的几何和电气特性以及控制热辐射计的特性。
更具体地，电流Ib_(l)也遵循以下关系式，即关系式(4)：
Figure BDA0002265453350000082
μp是形成讨论中的热辐射计的材料中的空穴迁移率；
Cox是控制热辐射计的晶体管的栅极的单位面积电容；
Kp＝μp.Cox是PMOS增益因子；
W/L是控制热辐射计的晶体管的沟道的宽长比；和
Vth,P是控制热辐射计的PMOS晶体管的阈值电压。
因此，从关系式(3)和(4)推导出参考温度Tr下的参考电阻RTr(l)。
因此，参考电阻RTr(i,j)和RTr(k)的确定采用通常集成在成像器中的组件。换句话说，没有必要为了实施根据本发明的方法而修改成像器。
计算环境温度Tamb下电阻可以涉及激活能Ea，激活能Ea表示形成有源热辐射计Bpix_(i,j)和盲热辐射计Bb_(k)中每一个的材料。
更具体地，电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)使用以下关系式计算：
Figure BDA0002265453350000083
和
Figure BDA0002265453350000084
根据本发明的方法还包括步骤b)，基于步骤a)中计算的电阻和原始测量Sp(i,j)确定由每个有源热辐射计Bpix_(i,j)实际测量的温度Tsc(i,j)。
具体地，由有源热辐射计Bpix_(i,j)实际测量的温度Tsc(i,j)遵循以下关系式(7)：
Figure BDA0002265453350000085
其中：
-Resp(Tamb,i,j)是热辐射计的响应度；
-S0,Tamb(i,j)是实际测量温度等于环境温度时由有源热辐射计Bpix_(i,j)输出的值。
在这方面，实际测量温度等于环境温度时，与列Cj的有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联的值S0,Tamb(i,j)取决于分别能够流经所述有源热辐射计Bpix_(i,j)的电流I0,pix(i,j)和能够流经与列Cj相关联的盲热辐射计Bb_(j)的电流I0,b(j)之间的差。
换句话说，对于每个有源热辐射计，术语S0,Tamb(i,j)遵循以下关系式，即关系式(8)：
Figure BDA0002265453350000091
电流I0,pix(i,j)和I0,b(j)分别取决于电阻RTamb(i,j)和RTamb(j)。
因此，可以使用以下关系式，从关系式(7)和(8)推导出由每个热辐射计实际测量的温度Tsc(i,j)：
Figure BDA0002265453350000092
这样对原始图像执行的处理允许获得没有像素化效应和柱状外观的、经温度补偿的最终图像。
本发明还涉及一种计算机程序，当该计算机程序被计算机实施时，允许执行根据本发明的处理方法。
本发明还涉及一种成像器，该成像器配备有：
-以n行Li和m列Cj的矩阵阵列布置的有源热辐射计Bpix_(i,j)；
-盲热辐射计Bb_(k)，每个盲热辐射计Bb_(k)用于特定于该盲热辐射计的至少一列热辐射计的有源热辐射计Bpix_(i,j)的差动测量，每个盲热辐射计Bb_(k)有利地与单列(Cj)有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联；
-配备有计算机程序的计算机。
最后，本发明还涉及一种将根据本发明的成像器用于检测的方法，特别是对房间中的人的检测。
参考文献
[1]EP2940991B1
[2]US2010237245A1

Claims (13)

1.一种用于处理原始图像的方法，该原始图像由与成像器(1)的有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联的原始测量Sp(i,j)表征，所述有源热辐射计以n行(Li)和m列(Cj)的矩阵阵列布置，成像器(1)处于环境温度Tamb下并且还包括盲热辐射计Bb_(k)，每个盲热辐射计Bb_(k)用于特定于所述盲热辐射计的至少一列热辐射计的有源热辐射计Bpix_(i,j)的差动测量，每个盲热辐射计Bb_(k)有利地与单列(Cj)有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联，所述方法由配备有存储器的计算机(4)执行，所述方法包括以下步骤：
a)根据参考温度Tr下有源热辐射计和盲热辐射计各自的电阻RTr(i,j)和RTr(k)分别计算它们在温度Tamb下的电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)的步骤，所述电阻存储在存储器中；
b)根据步骤a)中计算的电阻和根据原始测量Sp(i,j)确定由每个有源热辐射计Bpix_(i,j)实际测量的温度Tsc(i,j)的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在温度Tamb下计算电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)的步骤a)是基于激活能Ea来执行的，所述激活能Ea表示形成有源热辐射计Bpix_(i,j)和盲热辐射计Bb_(k)中的每一个的材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电阻RTamb(i,j)和RTamb(k)使用以下关系计算：
Figure FDA0002265453340000011
和
Figure FDA0002265453340000012
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，由有源热辐射计Bpix_(i,j)实际测量的温度Tsc(i,j)遵循以下关系：
Figure FDA0002265453340000013
其中：
-Resp(Tamb,i,j)是热辐射计的响应度；
-S0,Tamb(i,j)是实际测量温度等于环境温度时由有源热辐射计Bpix_(i,j)输出的值。
5.根据权利要求4的方法，其中，在实际测量温度等于环境温度时，与列(Cj)的有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联的值S0,Tamb(i,j)取决于分别能够流经所述有源热辐射计Bpix_(i,j)的电流I0,pix(i,j)和能够流经与列(Cj)相关联的盲热辐射计Bb_(k)的电流I0,b(j)之间的差。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，步骤a)之前是步骤a1)，所述步骤a1)利用电容跨阻抗放大器(CTIA)获取原始测量Sp(i,j)，所述电容跨阻抗放大器(CTIA)被布置成使得每个列(Cj)的所有有源热辐射计Bpix_(i,j)和与所述列(Cj)相关联的盲热辐射计Bb_(k)连接到电容跨阻抗放大器(CTIA)之一的负输入端(E-)，所述放大器(CTIA)的正输入端(E+)接收参考电压(Vbus)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，由计算机控制的开关器件，特别是晶体管，被插入到有源热辐射计和盲热辐射计中的每一个与电容跨阻抗放大器(CTIA)之间，所述有源热辐射计和盲热辐射计连接到所述电容跨阻抗放大器。
8.根据权利要求7的方法，其中，在实施所述方法之前，执行测量电阻RTr(i,j)和RTr(k)的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定列(Cj)的有源热辐射计Bpix_(i,j)电阻RTr(i,j)或与所述列(Cj)相关联的盲热辐射计Bb_(k)的电阻RTr(k)包括测量能够流经讨论中的热辐射计的电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，测量能够流经讨论中的热辐射计的电流包括闭合插入到讨论中的所述热辐射计与电容跨阻抗放大器(CTIA)之间的开关，其他开关保持断开。
11.一种计算机程序，当所述计算机程序被计算机实施时，允许执行根据权利要求1至10中的一项所述的方法。
12.一种成像器，其配备有：
-成像器(1)的有源热辐射计Bpix_(i,j)，所述有源热辐射计以n行(Li)和m列(Cj)的矩阵阵列布置；
-盲热辐射计Bb_(k)，每个盲热辐射计Bb_(k)用于特定于所述盲热辐射计的至少一列热辐射计的有源热辐射计Bpix_(i,j)的差动测量，每个盲热辐射计Bb_(k)有利地与单列(Cj)有源热辐射计Bpix_(i,j)相关联；
-配备有根据权利要求11所述的计算机程序的计算机。
13.将根据权利要求12所述的成像器用于检测，特别是对房间中的人的检测。
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