CN113837954A - 处理由辐射热计检测器和相关设备收集的原始图像的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理原始图像的方法，其特征在于由检测器的辐射热计组Bol(i,j)中的第一辐射热计Bol1(i,j)和第二辐射热计Bol2(i,j)收集的第一原始测量值Pix1(i,j)和第二原始测量值Pix2(i,j)，第一辐射热计Bol1(i,j)关闭，由计算机基于参考测量值PixREF(i,j)来执行该方法，该参考测量值PixREF(i,j)包括分别与第一辐射热计Bol1(i,j)和第二辐射热计Bol2(i,j)相关联的第一参考测量值Pix1REF(i,j)和第二参考测量值Pix2REF(i,j)，该方法包括：a)相关步骤，将第一原始测量值Pix1(i,j)和第一参考测量值Pix1REF(i,j)关联；b)校正原始图像的步骤，其包括基于参考测量值PixREF(i,j)和步骤(a)的结果，计算每个辐射热计Bol(i,j)的校正图像的校正测量值PixCor(i,j)。

Description

处理由辐射热计检测器和相关设备收集的原始图像的方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理由设置有辐射热计矩阵阵列的检测器收集的原始图像的方法。根据本发明的处理方法尤其旨在校正由检测器的辐射热计的特征中的离散引起的不均匀性。
本发明还涉及能够实现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辐射热计的检测器以及一种实施该计算机程序的计算机。
背景技术
从现有技术已知的红外检测器(或成像器)通常包括以n行和m列的矩阵阵列的形式组织的辐射热计。
当它们暴露在场景中以获取图像时，这些对场景温度敏感的辐射热计会经历电阻的变化。换句话说，在每个辐射热计中流动的电流取决于场景的温度，但也取决于环境温度。
特别是，辐射热计矩阵阵列的辐射热计Bol(i，j)的测量值Sp(i，j)根据以下规律发展：
Figure BDA0003126377100000011
其中：
-Tamb是环境温度，也与成像器的温度有关；
-Tscene是辐射热计i，j所见场景的温度；
-Resp是辐射热计的响应能力；
-S0，Tamb是辐射热计在场景温度等于成像器温度时的输出值。
项Resp反映了辐射热计将输入信号(特别是辐射)转换为电信号，尤其是电流的能力。项Resp取决于用于设计辐射热计的材料及其架构，与其电阻率密切相关。后者作为环境温度的函数以及该环境温度与场景温度之间的差异的函数而变化。推算场景温度需要知道成像器Tamb的温度，因此检测器一般还设置有温度传感器。
在实践中，这种检测器还设置有另外的辐射热计，称为盲测辐射热计，它们不暴露在场景中。它们的电阻率以及因此流过它们的电流仅取决于环境温度Tamb。
因此，流过盲测辐射热计和辐射热计矩阵阵列的辐射热计的电流的差分测量可以推断其电阻率的变化。
通常，辐射热计矩阵阵列的每一列与在差分测量期间为所述列的辐射热计中的每一个实施的盲测辐射热计相关联。然而，可以设想其他配置，特别是为多列辐射热计合并单个盲测辐射热计。
能够使用这种设备获得的场景的原始图像(图1)通常无法使用，并且需要额外的处理。
特别地，图1中所示的图像显示了检测器的辐射热计的定位，更特别地显示了不均匀性(“像素化效应”)。这种效应源于从一个辐射热计到另一个辐射热计的电阻的显著分散。
该图像还具有柱状外观，这是由盲测辐射热计之间的电阻分散引起的。
已经考虑了各种解决方案来克服这些问题。
已经特别提出在检测器上实施机械快门。机械快门特别放置在检测器的前面，以便收集相对于环境温度的参考图像，然后从场景图像中减去该参考图像。
这种在原理上比较简单的布局，却不尽如人意。
具体而言，实施快门和与其相关联的机动装置在成本和体积方面都存在问题。
此外，一旦环境温度发生变化，就必须刷新参考图像。
替代地，已经提出表征在参考温度下的响应，特别是检测器的温度，特别是其每个辐射热计的温度。
这种表征包括在各种温度下的参考测量，其中检测器的所有辐射热计都用快门关闭。
然后，参考测量可以确定每个辐射热计的温度变化，从而构建保存在检测器存储空间中的校准表。
因此，在操作期间，检测器通过针对每个辐射热计减去通过基于校准表的插值获得的值来校正原始图像。
然而，能够减少从一个辐射热计到另一个辐射热计的图像的非均匀性影响的这种解决方案并不令人满意。
具体而言，获取参考测量值的过程很长，并且会产生检测器的额外生产成本。
此外，由于与此相关的成本，专用于保存校准表的存储空间是不期望的。
在说明书末尾引用的文件[1]和[2]中提出了基于算法的第三种方法，该方法可以校正图像的非均匀性。
现有技术中已知的这些方法也不令人满意。
具体来说，这些方法通常实施起来很繁琐，而且它们的鲁棒性值得怀疑。
此外，这些方法需要实施繁琐的计算装置，这进一步损害了实施它们的检测器的成本。
最后，在说明书末尾引用的文件[3]中提出了第四种方法，用于通过参考矩阵阵列确定来校正辐射热计收集的原始测量值。该方法对于校正原始图像中容易观察到的像素化效果和柱状外观是相对稳健的。
然而，这两个方面是通过两个单独的程序来纠正的，这样第四种方法会受益于简化。
本发明的一个目的是提出一种用于处理由具有辐射热计的检测器收集的图像的方法，该方法更易于实施并且不需要机械部件的附接和与其相关联的机器人技术。
本发明的另一个目的是提出一种方法，该方法可以校正在原始图像中观察到的柱效应。
发明内容
本发明的目的至少部分地通过以下方法实现：一种处理原始图像的方法，其特征在于，原始测量值Pix(i，j)包括第一原始测量值Pix1(i，j)和第二原始测量值Pix2(i，j)，所述第一原始测量值Pix1(i，j)和第二原始测量值Pix2(i，j)分别由检测器的以n行(Li)和m列(Cj)的矩阵阵列的形式布置的辐射热计Bol(i，j)的组中的第一辐射热计Bol1(i，j)和第二辐射热计Bol2(i，j)收集，在获取原始测量值Pix(i，j)期间被封闭第一辐射热计Bol1(i，j)，由计算机基于参考测量值PixREF(i，j)来执行该方法，该参考测量值PixREF(i，j)包括分别与第一辐射热计Bol1(i，j)和第二辐射热计Bol2(i，j)相关联的第一参考测量值Pix1REF(i，j)和第二参考测量值Pix2REF(i，j)，该方法包括：
a)相关步骤，对于每个第一辐射热计Bol1(i，j)，将第一原始测量值Pix1(i，j)和第一参考测量值Pix1REF(i，j)关联；
b)校正原始图像的步骤，其包括基于参考测量值PixREF(i，j)和相关步骤(a)的结果，计算至少每个第二辐射热计Bol(i，j)的校正图像的校正测量值PixCor(i，j)。
根据一种实施方式，相关步骤(a)包括线性回归，使得第一原始测量值Pix1(i，j)和第一参考测量值Pix1REF(i，j)满足以下关系：
Pix1(i，j)＝α.Pix1REF(i，j)+Pixoffset
其中α和Pixoffset是线性回归期间确定的项。
根据一种实施方式，校正步骤(b)包括根据以下关系计算至少每个第二辐射热计Bol(i，j)的校正测量值PixCor(i，j)：
PixCor(i，j)＝Pix(i，j)-α.PixREF(i，j)-Pixoffset
根据一种实施方式，参考测量值PixREF(i，j)被保存在检测器的存储空间中。
根据一种实施方式，检测器设置有安装在光阑上的透镜，该光阑在检测器的角落处封闭第一辐射热计Bol1(i，j)。
根据一种实施方式，参考测量值PixREF(i，j)是在校准检测器的步骤中通过使用快门屏蔽所有辐射热计获得的，快门保持在与检测器相同的温度。
根据一种实施方式，参考测量值PixREF(i，j)是在校准步骤期间由辐射热计实际收集的信号的平均测量值。
根据一种实施方式，检测器还包括盲测辐射热计Bolblind(j)，每个盲测辐射热计Bolblind(i，j)被实施用于对其特定的至少一列辐射热计Bol(i，j)的辐射热计进行差分测量；每个盲测辐射热计Bolblind(i，j)有利地与单列(Cj)辐射热计(Bol(i，j))相关联。
本发明还涉及一种计算机程序，当它由计算机执行时，导致实施根据本发明的方法。
本发明还涉及一种上部，包括：
-检测器，其设置有以n行(Li)和m列(Cj)的矩阵阵列形式布置的辐射热计Bol(i，j)，辐射热计包括第一辐射热计Bol1(i，j)和第二辐射热计Bol2(i，j)，第一辐射热计Bol1(i，j)被封闭；
-计算机，其设置有根据本发明的计算机程序。
附图说明
其他特征和优点将在以下以非限制性示例的方式并参考附图对处理图像的方法的描述中变得明显，其中：
图1是由具有以80行×80列的矩阵阵列布置的辐射热计的检测器获得的场景的原始图像；
图2是具有安装在光阑上的透镜的检测器的示意图，可根据本发明实施；
图3是作为第一参考测量值Pix1REF(i，j)(水平轴)的函数的第一原始测量值Pix1(i，j)(在垂直轴上)的基于图表的描绘；
图4a是由根据本发明的检测器收集的原始测量值Pix(i，j)形成的原始图像；
图4b是根据本发明的项由校正测量值PixCor(i，j)形成的校正图像。
具体实施方式
现在将参考图1至4b描述本发明。
图2示出了设有多个辐射热计的检测器1，表示为Bol(i，j)，以n行(表示为“Li”)和m列(表示为“Cj”)的矩阵阵列的形式布置。
索引为i，j的辐射热计对应于布置在行i与列j的交叉处的辐射热计。
在辐射热计Bol(i，j)中，可以区分第一辐射热计Bol1(i，j)和第二辐射热计Bol2(i，j)。
特别地，辐射热计Bol(i，j)被布置成使得第一辐射热计Bol1(i，j)被关闭，而第二辐射热计Bol2(i，j)暴露于要成像的场景。
换句话说，只有第二辐射热计Bol2(i，j)对来自要成像的场景的(热)辐射敏感，而第一辐射热计Bol1(i，j)不接收或感知来自所述场景的任何辐射。
因此，根据本发明的项，第一辐射热计Bol1(i，j)的定义可以涉及从检测器1的所有辐射热计Bol(i，j)中选择所述第一辐射热计Bol1(i，j)。在这方面，该选择可以基于与关闭所述第一辐射热计Bol1(i，j)的有效性有关的考虑。
还应理解，第一辐射热计Bol1(i，j)的关闭是永久性的，并且这可以通过形成检测器的组成部分的特定固定元件(例如，在说明书的其余部分中描述的光阑)来实现。“固定元件”应理解为表示所述元件不可移动且不可机动。
第一辐射热计Bol1(i，j)可以例如被光阑封闭，在光阑上安装有透镜2，该透镜2布置在场景和检测器1之间。在此配置中，第一辐射热计Bol1(i，j)布置在检测器的角落中。然而，本发明不限于这种布局，并且第一辐射热计Bol1(i，j)可以例如形成辐射热计的完整列，特别是与辐射热计矩阵阵列相邻的列。
还应理解，第一辐射热计Bol1(i，j)，因为它被遮蔽，所以仅对与在数据采集期间将其关闭的光阑相关联的辐射敏感，该光阑有利地处于与检测器1相同的温度。
图2中的检测器还可以包括多个盲测辐射热计BolBLIND(j)。
检测器1还包括具有计算处理器的计算机4，用于执行根据本发明的方法的各个步骤。计算机还可以包括用于保存原始测量值、参考测量值或中间测量值的存储空间。
最后，检测器1可以包括温度探测器5，其旨在评估参考温度，特别是检测器的温度，表示为Tamb。温度探测器可以例如包括PN结。
根据本发明的方法提出校正检测器1收集的原始图像中的缺陷。原始图像的特征特别地在于原始测量值Pix(i，j)组，这些原始测量值代表每个辐射热计i、j观察到的场景的温度Tscene。这些原始测量值Pix(i，j)源自每个辐射热计实际传送的信号Sp(i，j)，并通过以下公式代表观察到的场景：
Figure BDA0003126377100000061
其中：
-Tamb是成像器的温度；
-Tscene是辐射热计i，j所见场景的温度；
-Resp(i，j)是辐射热计的响应能力；
-S0，Tamb是辐射热计在场景温度等于环境温度时的输出值。
应当理解，温度Tamb是成像器的每个辐射热计的温度，并且在与成像器所在的周围环境热平衡的情况下，这与环境温度相同。
每个辐射热计Bol(i，j)的响应能力Resp(i，j)可以在检测器的生产期间或在其首次使用之前确定。特别地，确定响应能力Bol(i，j)可以涉及第一和第二校准测量。第一校准测量可以特别地包括将检测器，更特别地所有辐射热计暴露于保持在有利地等于所述辐射热计的温度的第一温度的物体或黑体，该温度在下面表示为Tamb。第二校准测量可以包括将检测器第二次暴露于保持在第二温度的另一黑体，该第二温度不同于第一温度，例如高于第一温度。简单地，知道参考温度，特别是检测器的温度，以及第一和第二温度，就可以推导出每个辐射热计Bol(i，j)的响应能力Resp(i，j)。响应能力Resp(i，j)特别地保存在计算机4的存储空间中。
该校准程序仍然易于执行，并且不需要实施消耗大量内存空间和大量计算资源的算法。
图1显示了由原始测量值Pix(i，j)形成的图像的一个示例。在现有技术”部分讨论的这个图1表现出均匀性缺陷和柱状外观。
不均匀性主要是由形成检测器的辐射热计的电阻的分散引起的。
在图像的角落也可能观察到较暗的区域。这些对应于原始测量值Pix(i，j)，称为第一原始测量值Pix1(i，j)，由第一辐射热计Bol1(i，j)收集。这些暗区是由第一辐射热计Bol1(i，j)被安装有透镜的光阑封闭造成的，并将用于校正原始图像中实际观察到的缺陷。
也可以看到与第二辐射热计Bol2(i，j)的原始测量值Pix(i，j)(称为第二原始测量值Pix2(i，j))对应的更亮的中心区域。
最后，图1还呈现出柱状外观，这是由盲测辐射热计BolBLIND(j)的电阻分散引起的。在这方面，每个盲测辐射热计BolBLIND(j)被实施用于对其特定的至少一列辐射热计的辐射热计进行差分测量；每个盲测辐射热计BolBLIND(j)有利地与单列(Cj)辐射热计Bol(i，j)相关联。
应当注意的是，如果所有列都与同一个盲测辐射热计相关联，则不会观察到柱效应。然而，这种配置是不可取的，因为这个单一的盲测辐射热计的任何缺陷都会导致整个检测器无法工作。
根据本发明的方法包括第一原始测量值Pix1(i，j)和第一参考测量值Pix1REF(i，j)之间的相关步骤(a)。
第一参考测量值Pix1REF(i，j)特别是由第一辐射热计Bol1(i，j)中的每一个通过应用掩膜或快门收集的测量值，覆盖整个检测器1(因此所有的第一和第二辐射热计)，并保持在参考温度，例如保持在与所述检测器1相同的温度，例如20℃。
掩膜或快门不应与上述光阑混淆。具体而言，掩膜是为了校准目的或为了在其生产期间确定辐射热计的技术特征而放置在检测器(辐射热计)前面的部件。使用检测器时不考虑此掩膜。
可以理解，在获取第一参考测量值Pix1REF(i，j)时，第二辐射热计Pix2REF(i，j)也获取第二参考测量值Pix2REF(i，j)。这些第二参考测量值Pix2REF(i，j)与第一参考测量值Pix1REF(i，j)一样，对应于保持在参考温度(例如与检测器的温度相同)的场景的图像。这些第二参考测量值Pix2REF(i，j)特别在根据上述的本发明的步骤(b)期间使用。
第一参考测量值Pix1REF(i，j)和第二参考测量值Pix2REF(i，j)可以保存在计算机4的存储空间中。这些参考测量值可以在校准程序的过程中获得，并且有利地与上述第一校准测量值同时获得。
根据本发明的相关步骤(a)可以涉及线性回归。特别地，相关步骤(a)可以涉及通过线性回归确定系数α和Pixoffset，特别是基于第一参考测量值Pix1REF(i，j)确定，使得：
Pix1(i，j)＝α.Pix1REF(i，j)+Pixoffset
图3示出了作为第一参考测量值Pix1REF(i，j)(水平轴)的函数的第一原始测量值Pix1(i，j)(垂直轴)的图表。可以清楚地观察到线性趋势，因此可以通过线性回归来证明相关性的选择。
这方面是出乎意料的，因为没有技术元素可以预见这种行为。相反，考虑到定义辐射热计操作的多个技术参数，预计会出现更加不稳定的趋势。
特别是在没有对第一参考测量值Pix1(i，j)的柱状外观进行任何事先校正或校准的情况下，通过线性回归获得相关性，从而仍然可以获得令人满意的处理方法，因此需要更少的计算资源。
根据本发明的方法还包括校正原始测量值Pix(i，j)的步骤(b)。
校正原始图像的步骤(b)特别地包括基于参考测量值PixREF(i，j)和相关步骤(a)的结果，计算每个辐射热计Bol(i，j)的校正图像的校正测量值PixCor(i，j)。
特别地，步骤(b)可以涉及计算校正的测量值PixCor(i，j)。原始测量值的这种校正可能涉及所有原始测量值Pix(i，j)或仅涉及代表场景的第二原始测量值Pix2(i，j)。应当注意的是，第二个替代方案在计算资源方面仍然更有利。
校正测量值PixCor(i，j)可以通过以下关系计算：
PixCor(i，j)＝Pix(i，j)-α.PixREF(i，j)-Pixoffset
因此，计算校正测量值PixCor(i，j)取决于参考测量值PixREF(i，j)，而不需要对其进行任何事先校正或校准。
在这方面，图4a和4b说明了根据本发明的校正对检测器1从场景收集的图像的影响。
特别地，图4a是场景的原始图像，代表个体，由检测器1收集。然而，像素化和柱效应不允许在此图像中区分该个体。
就其而言，图4b示出了根据本发明的项校正的图像。该图像不再呈现像素化和柱状外观，可以非常清晰地区分该个体。
因此，根据本发明的方法可以校正由辐射热计检测器形成的图像所固有的缺陷。根据本发明的方法尤其可以校正通常在通过辐射热计检测器形成的图像中观察到的像素化和柱效应。
根据本发明的方法在计算资源方面表现出相对低的消耗，保持高度稳健和高效。
此外，该方法不涉及任何设置有机动化装置的附加机械部件，从而降低了其制造和使用成本。
本发明还涉及一种计算机程序，当它由计算机执行时，导致实施根据本发明的校正方法。
本发明还涉及一种设备，包括：
-检测器，其设置有以n行(Li)和m列(Cj)的矩阵阵列形式布置的辐射热计Bol(i，j)，辐射热计包括第一辐射热计Bol1(i，j)和第二辐射热计Bol2(i，j)，第一辐射热计Bol1(i，j)被封闭；
-计算机，其配备有根据本发明的计算机程序。
参考文献
[1]EP2940991B1.
[2]US2010237245A1.
[3]EP 3594643A1.

Claims (9)

1.一种处理原始图像的方法，其特征在于，原始测量值Pix(i,j)包括第一原始测量值Pix1(i,j)和第二原始测量值Pix2(i,j)，所述第一原始测量值Pix1(i,j)和第二原始测量值Pix2(i,j)分别由检测器的以n行(Li)和m列(Cj)的矩阵阵列的形式布置的辐射热计Bol(i,j)的组中的第一辐射热计Bol1(i,j)和第二辐射热计Bol2(i,j)收集，在获取原始测量值Pix(i,j)期间所述第一辐射热计Bol1(i,j)被封闭，由计算机基于参考测量值PixREF(i,j)来执行所述方法，所述参考测量值PixREF(i,j)包括分别与所述第一辐射热计Bol1(i,j)和所述第二辐射热计Bol2(i,j)相关联的第一参考测量值Pix1REF(i,j)和第二参考测量值Pix2REF(i,j)，所述参考测量值PixREF(i,j)在校准检测器的步骤期间通过用快门遮蔽所有辐射热计获得，所述快门保持在参考温度，所述方法包括：
a)相关步骤，包括在所述第一原始测量值Pix1(i,j)和所述第一参考测量值Pix1REF(i,j)之间对每个第一辐射热计Bol1(i,j)的线性回归，满足以下关系：
Pix1(i，j)＝α.Pix1REF(i，j)+Pixoffset
其中α和Pixoffset是线性回归期间确定的项；
b)校正原始图像的步骤，其包括基于所述参考测量值PixREF(i,j)和所述相关步骤a)的结果，计算至少每个第二辐射热计Bol(i,j)的校正图像的校正测量值PixCor(i,j)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校正步骤b)包括根据以下关系计算至少每个第二辐射热计Bol(i,j)的校正测量值PixCor(i,j)：
PixCor(i，j)＝Pix(i，j)-α.PixREF(i，j)-Pixoffset
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述参考测量值PixREF(i,j)被保存在所述检测器的存储空间中。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述检测器设置有安装在光阑上的透镜，所述光阑在检测器的角落处封闭第一辐射热计Bol1(i,j)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述参考温度是等于检测器温度的温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述参考测量值PixREF(i,j)是在所述校准步骤期间由辐射热计实际收集的信号的平均测量值。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述检测器还包括盲测辐射热计Bolblind(j)，每个盲测辐射热计Bolblind(i,j)被实施用于对其特定的至少一列辐射热计Bol(i,j)的辐射热计进行差分测量；每个盲测辐射热计Bolblind(i,j)有利地与单列(Cj)辐射热计(Bol(i,j))相关联。
8.一种计算机程序，当它由计算机执行时，导致实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.一种设备，包括：
-检测器，其设置有以n行(Li)和m列(Cj)的矩阵阵列形式布置的辐射热计Bol(i,j)，所述辐射热计包括第一辐射热计Bol1(i,j)和第二辐射热计Bol2(i,j)，所述第一辐射热计Bol1(i,j)被封闭；
-计算机，其设置有根据权利要求8所述的计算机程序。
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