CN204991709U - 具有带有集成金属层的红外成像器的系统 - Google Patents

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Abstract

提供了使用集成电路实现、操作和制造红外成像装置的各种技术。在一个实例中，一种具有带有集成金属层的红外成像器的系统包括焦平面阵列(FPA)集成电路，该焦平面阵列集成电路包括适于成像场景的红外传感器阵列，多个有源电路部件，布置在该电路部件上方且与之连接的第一金属层，布置在第一金属层上方的且连接到第一金属层的第二金属层，和布置在第二金属层上方的且在红外传感器下方的第三金属层。第三金属层被连接到第二金属层和红外传感器。第一、第二和第三金属层是在红外传感器和电路部件之间的FPA的仅有金属层。其中第一、第二和第三金属层适于在电路部件和红外传感器之间按路线传输信号。

Description

具有带有集成金属层的红外成像器的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年11月27日提出的申请号为61/730,435，题为“INFRAREDIMAGERWITHINTEGRATEDMETALLAYERS”的美国临时申请的权益，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
本申请还要求申请号为61/748,018，申请日为2012年12月31日，题为“COMPACTMULTI-SPECTRUMIMAGINGWITHFUSION”的美国临时专利申请的权益，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
技术领域
本使用新型的一个或者多个实施方式通常涉及热成像装置，更具体地，例如，涉及用于实现这种装置的集成电路。
背景技术
红外成像装置，诸如红外摄像机或其它装置，通常用红外传感器阵列来实现。这种装置通常被实现为具有提供在红外传感器和相关电路之间的互连的集成电路。例如，这种互连可提供在红外传感器和读出集成电路(ROIC)的各种部件之间。
许多现有的红外成像装置用相对大的红外传感器阵列来实现。遗憾的是，随着红外传感器的数量的增加，通常需要更大数量的互连金属层，以提供在红外传感器和ROIC部件之间的信号路径。这使集成电路的设计复杂化，并增加了它们的相关制造成本。
实用新型内容
提供了使用集成电路实现、操作和制造红外成像装置的各种技术。在一个实施方式中，一种系统包括焦平面阵列(FPA)集成电路，该焦平面阵列集成电路包括：适于成像场景的红外传感器阵列；多个有源电路部件；布置在该电路部件上方且连接到该电路部件的第一金属层；布置在第一金属层上方且连接到第一金属层的第二金属层；布置在第二金属层上方且在红外传感器下方的第三金属层，其中第三金属层被连接到第二金属层和红外传感器；其中第一、第二和第三金属层是在红外传感器和电路部件之间FPA仅有的金属层；并且其中第一、第二和第三金属层适于在电路部件和红外传感器之间按路线传送信号。
在一个实施方式中，电路部件包括包含有多个列放大器、列多路复用器和行多路复用器的读出集成电路；所述信号对应于由所述红外传感器捕获的图像帧；和第一金属层、第二金属层和第三金属层适于从红外传感器向读出集成电路按路线传送信号。
在一个实施方式中，电路部件包括偏置电路，其中所述信号包括经由所述第一金属层、第二金属层和第三金属层从所述偏置电路向所述红外传感器按路线传送的偏置电压。所述偏置电路可以适于响应于从1.5伏特至2.8伏特范围中选择的调节电压提供所述偏置电压。电路部件可以进一步包括低压差稳压器，其适于响应于从2.8伏特至11伏特范围中选择的外部供应电压向所述偏置电路提供所述调节电压。
在一个实施方式中，电路部件包括MOSFET晶体管。
在一个实施方式中，焦平面阵列集成电路进一步包括：在所述有源的电路部件上方且在所述红外传感器下方的多层绝缘层，其中所述电路部件、所述第一金属层、所述第二金属层、所述第三金属层和所述红外传感器被对应的各个绝缘层隔开；穿过所述绝缘层的第一层以将所述第一金属层连接到所述电路部件的第一组通孔；穿过所述绝缘层的第二层以将所述第二金属层连接到所述第一金属层的第二组通孔；穿过所述绝缘层的第三层以将所述第三金属层连接到所述第二金属层的第三组通孔；和穿过所述绝缘层的第四层以将所述红外传感器连接到所述第三金属层的第四组通孔。
在一个实施方式中，所述信号是第一信号；所述第二金属层适于在所述电路部件中的第一电路部件和第二电路部件之间按路线传送第二信号；和其中所述第三金属层适于在所述电路部件中的第三电路部件和第四电路部件之间按路线传送第三信号。
在一个实施方式中，所述红外传感器是微测辐射热仪；红外传感器的所述阵列尺寸为80乘60；并且所述系统是适于插入到尺寸小于8.5mm乘8.5mm的插槽中的红外成像模块。
在一个实施方式中，所述系统进一步包括适于处理有意模糊的图像帧的处理器，其中所述模糊的图像帧包括与所述场景有关的模糊的热图像数据和由所述系统引入的噪声，其中所述处理器适于：使用所述模糊的图像帧确定多个非均匀校正项，以减少所述噪声的至少一部分；和将所述非均匀校正项应用于由所述红外传感器捕获的图像帧。
在另一个实施方式中，一种方法包括使用焦平面阵列(FPA)集成电路成像场景，该焦平面阵列集成电路包括：适于成像场景的红外传感器阵列，多个有源电路部件，布置在该电路部件上方且连接到该电路部件的第一金属层，布置在第一金属层上方且连接到第一金属层的第二金属层，布置在第二金属层上方且在红外传感器下方的第三金属层，其中第三金属层被连接到第二金属层和红外传感器，并且其中第一、第二和第三金属层是在红外传感器和电路部件之间FPA仅有的金属层；和经由第一、第二和第三金属层在电路部件和红外传感器之间按路线传送信号。
在另一个实施方式中，一种制造焦平面阵列(FPA)集成电路的方法包括：形成多个有源电路部件；在该有源电路部件的上方，形成多个绝缘层；在该有源电路部件上方形成第一、第二和第三金属层；在金属层和绝缘层上方形成多外红外传感器；其中电路部件、第一金属层、第二金属层、第三金属层和红外传感器被对应的各个绝缘层隔开；其中第一、第二和第三金属层是在红外传感器和电路部件之间FPA仅有的金属层；并且其中第一、第二和第三金属层适于在电路部件和红外传感器之间按路线传送信号。
本实用新型的范围由权利要求书限定，通过引用的方式将这部分合并于此。通过考虑下面对一个或者多个实施方式的详细描述，将会向本领域技术人员提供对本实用新型实施方式的更加完整的理解以及其中附加的优点的实现。下面将参考首先会简要描述的附图。
附图说明
图1示出了根据本公开实施方式的、被配置为在主机装置中实现的红外成像模块。
图2示出了根据本公开实施方式的、装配后的红外成像模块。
图3示出了根据本公开实施方式的、并列的置于插座之上的红外成像模块的分解图。
图4示出了根据本公开实施方式的、包括红外传感器阵列的红外传感器组件的框图。
图5示出了根据本公开实施方式的、确定非均匀校正(NUC)项的各种操作的流程图。
图6示出了根据本公开实施方式的、相邻像素之间的差值。
图7示出了根据本公开实施方式的平场校正技术。
图8示出了根据本公开实施方式的、应用在图像处理流水线中的图5的各种图像处理技术和其他操作。
图9示出了根据本公开实施方式的时域噪声削减步骤。
图10示出了根据本公开实施方式的、图8的图像处理流水线的几个步骤的具体的实施细节。
图11示出了根据本公开实施方式的、附近像素中的空间相关的固定模式噪声(FPN)。
图12示出了根据本公开实施方式的、包括红外传感器阵列和低压差稳压器的红外传感器组件的另一个实现方式的框图。
图13示出了根据本公开实施方式的、图12的红外传感器组件的一部分的电路图。
图14示出了根据本公开实施方式的红外传感器组件的一部分的横截面图。
图15示出了根据本公开实施方式的制造红外传感器组件的过程。
通过参考下面的详细说明，将会更好的理解本实用新型的实施方式及其优点。应当理解的是，相同的参考数字用于表示在一副或者多幅附图中示出的相同元件。
具体实施方式
图1示出了根据本公开实施方式的、被配置为在主机装置102中实现的红外成像模块100(例如，红外照相机或者红外成像装置)。在一个或者多个实施方式中，可根据晶圆级封装技术或者其他封装技术，实现小形状因子的红外成像模块100。
在一个实施方式中，红外成像模块100可被配置为在小型的便携式主机装置102中实现，例如，移动电话、平板电脑装置、膝上型电脑装置、个人数字助理、可见光照相机、音乐播放器或者任何其他合适的移动装置。就这方面而言，红外成像模块100可用于向主机装置102提供红外成像功能。例如，红外成像模块100可被配置为捕获、处理、和/或管理红外图像，并将该红外图像提供给主机装置102，主机装置102能够以任何期望的方式来使用该红外图像(例如，对该红外图像进行进一步的处理、存储到存储器中、显示、由运行在主机装置102中的各种应用程序使用、输出到其他装置、或者其他应用)。
在各种实施方式中，红外成像模块100可被配置为在低电压电平和宽温度范围内工作。例如，在一个实施方式中，红外成像模块100可使用约2.4伏、2.5伏、2.8伏或更低的电压的电源工作，并且可在约-20℃到约+60℃的温度范围中工作(例如，在约80℃的环境温度范围中提供合适的动态范围和性能)。在一个实施方式中，通过使红外成像模块100在低电压电平下工作，与其他类型的红外成像装置相比，红外成像模块100自身所产生的热量较少。因此，红外成像模块100在工作时，可利用简化的措施来补偿这种自身产生的热量。
如图1所示，主机装置102可包括插座104、快门105、运动传感器194、处理器195、存储器196、显示器197和/或其他部件198。插座104可被配置为如箭头101所示的接收红外成像模块100。就这方面而言，图2示出了根据本公开实施方式的、装配在插座104中的红外成像模块100。
可由一个或者多个加速度计、陀螺仪或者可用于检测主机装置102的运动的其他合适的装置来实现运动传感器194。处理模块160或者处理器195可对运动传感器194进行监控并且运动传感器194向处理模块160或者处理器195提供信息，以检测运动。在各种实施方式中，运动传感器194可实现为主机装置102的一部分(如图1所示)，也可实现为红外成像模块100、或者连接到主机装置102或与主机装置102接触的其他装置的一部分。
处理器195可实现为任何合适的处理装置(例如，逻辑装置、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)或者其他装置)，主机装置102可使用上述处理装置来执行适当的指令，例如，存储在存储器196中的软件指令。显示器197可用于显示捕获的和/或处理后的红外图像和/或其他图像、数据和信息。其他部件198可用于实现主机装置102的任何功能，如可能期望的各种应用(例如，时钟、温度传感器、可见光照相机或者其他部件)。另外，机器可读介质193可用于存储非临时性指令，可将该非临时性指令加载到存储器196中并由处理器195执行。
在各种实施方式中，可大量生产红外成像模块100和插座104，以推动它们的广泛应用，例如，其可应用在移动电话或者其他装置(例如，需要小形状因子的装置)中。在一个实施方式中，当红外成像模块100安装到插座104中时，红外成像模块100和插座104的组合所显示出的整体尺寸大约为8.5mm×8.5mm×5.9mm。
图3示出了根据本公开的实施方式的、并列的置于插座104之上的红外成像模块100的分解图。红外成像模块100可包括透镜镜筒110、外壳120、红外传感器组件128、电路板170、基座150和处理模块160。
透镜镜筒110可至少部分的装入光学元件180(例如，透镜)，通过透镜镜筒110中的孔112，所述光学元件180在图3中部分的可见。透镜镜筒110可包括大致呈圆柱形的延长部分114，其可用于使透镜镜筒110与外壳120中的孔122接触。
例如，可由安装在基板140上的帽130(例如，盖子)来实现红外传感器组件128。红外传感器组件128可包括按列或者其他方式设置在基板140上并由帽130覆盖的多个红外传感器132(例如，红外探测器)。例如，在一个实施方式中，红外传感器组件128可实现为焦平面阵列(FPA)。这种焦平面阵列可实现为例如真空封装的组件(例如，由帽130和基板140密封)。在一个实施方式中，红外传感器组件128可实现为晶片级封装(例如，红外传感器组件128可以是与设置在晶片上一组真空包装组件相分离的单片)。在一个实施方式中，红外传感器组件128可实现为使用约2.4伏、2.5伏、2.8伏或者类似的电压的电源来工作。
红外传感器132可被配置为检测目标场景的红外辐射(例如，红外能量)，所述目标场景包括：例如中波红外波段(MWIR)、长波红外波段(LWIR)、和/或如在特定应用中所期望的其他热成像波段。在一个实施方式中，可根据晶片级封装技术来提供红外传感器组件128。
红外传感器132可实现为例如微辐射热计探测器，或者以任意期望的阵列方向图案配置以提供多个像素的其他类型的热成像红外传感器。在一个实施方式中，红外传感器132可实现为具有17微米像素间距的氧化钒(VOx)探测器。在各种实施方式中，可使用约32×32阵列的红外传感器132、约64×64阵列的红外传感器132、约80×64阵列的红外传感器132或者其他大小的阵列。
基板140可包括各种电路，其中包括例如读出集成电路(ROIC)，在一个实施方式中，该读出集成电路(ROIC)的尺寸比约5.5mm×5.5mm小。基板140还可包括接合焊盘142，其可用于当如图3所示的那样装配好红外成像模块100时，与放置在外壳120的内表面上的相辅相成的连接点相接触。在一个实施方式中，可利用执行电压调节的低压差稳压器(LDO)来实现ROIC，以降低引入到红外传感器组件128中的噪声，从而提供改进的电源抑制比(PSRR)。另外，通过实现具有ROIC的LDO(例如，在晶圆级封装内)，可消耗更少的管芯面积并且需要的离散管芯(或者芯片)较少。
图4示出了根据本公开的实施方式的、包括红外传感器132阵列的红外传感器组件128的框图。在示出的实施方式中，红外传感器132作为ROIC402的单位晶格阵列的一部分。ROIC402包括偏置产生和定时控制电路404、列放大器405、列多路复用器406、行多路复用器408和输出放大器410。可通过输出放大器410将红外传感器132捕获的图像帧(即，热图像)提供给处理模块160、处理器195和/或任何其他合适的部件，以执行本文所描述的各种处理技术。尽管图4示出的是8×8的阵列，但是任何期望的阵列配置均可用于其他实施方式中。ROIC和红外传感器的进一步描述可在2000年2月22日公开的美国专利No.6,028,309中找到，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
红外传感器阵列128可捕获图像(例如，图像帧)，并以各种速率从它的ROIC提供这种图像。处理模块160可用于对捕获的红外图像执行适当的处理，并且可以根据任何适当的结构来实现该处理模块160。在一个实施方式中，处理模块160可实现为ASIC。就这方面而言，这种ASIC可被配置为高性能的和/或高效率的执行图像处理。在另一个实施方式中，可利用通用中央处理单元(CPU)来实现处理模块160，所述CPU可被配置为执行适当的软件指令，以进行图像处理、调整以及通过各种图像处理块进行图像处理、处理模块160和主机装置102之间的互相配合的交互和/或其他操作。在另一个实施方式中，可利用现场可编程门阵列(FPGA)来实现处理模块160。在其他实施方式中，如本领域技术人员所理解的，可利用其他类型的处理和/或逻辑电路来实现处理模块160。
在这些和其他实施方式中，处理模块160还可与其他合适的部件来实现，例如，易失性存储器、非易失性存储器和/或一个或者多个接口(例如，红外检测器接口、内部集成电路(I2C)接口、移动行业处理器接口(MIPI)、联合测试行动组(JTAG)接口(例如，IEEE1149.1标准测试访问端口和边界扫描结构)、和/或其他接口)。
在一些实施方式中，红外成像模块100可进一步包括一个或者多个致动器199，其可用于调整红外传感器组件128捕获的红外图像帧的焦点。例如，致动器199可用于移动光学元件180、红外传感器132和/或彼此相关的其他部件，以根据本文所描述的技术来选择性地聚焦和散焦红外图像帧。可根据任何类型的运动感应设备或者装置来实现致动器199，并且可将致动器199放置在红外成像模块100内部或者外部的任何位置，以适应不同的应用。
当将红外成像模块100装配好后，外壳120随后可将红外传感器组件128、基座150以及处理模块160完全的密封起来。外壳120可便于红外成像模块100的各种部件的连接。例如，在一个实施方式中，外壳120可提供用于连接各种部件的电连接部件126，下面将对其进行详细描述。
当将红外成像模块100装配好时，电连接部件126(例如，导电路径、电气轨迹或者其他类型的电连接部件)可与接合焊盘142电气连接。在各种实施方式中，可将电连接部件126嵌入到外壳120中、设置在外壳120的内表面上和/或由外壳120提供所述电连接部件126。如图3所示，电连接部件126可终止于突出于外壳120的底表面的连接部件124中。当将红外成像模块100装配好时，连接部件124可与电路板170连接(例如，在各种实施方式中，外壳120可置于电路板170的顶部)。处理模块160可通过合适的电连接部件与电路板170电连接。因此，红外传感器组件128可例如通过导电路径与处理模块160电连接，所述导电路径可由接合焊盘142、外壳120内部表面上的相辅相成的连接点、外壳120的电连接部件126、连接部件124及电路板170提供。有利的是，这种布置的实现可无需在红外传感器组件128和处理模块160之间设置焊线。
在各种实施方式中，可使用任何期望的材料(例如，铜或者任何其他合适的导电材料)来制造外壳120中的电连接部件126。在一个实施方式中，电连接部件126可有助于对红外成像模块100产生的热量进行散热。
其他连接可用于其他实施方式中。例如，在一个实施方式中，传感器组件128可通过陶瓷板连接到处理模块160，所述陶瓷板通过焊线连接到传感器组件128并通过球栅阵列(BGA)连接到处理模块160。在另一个实施方式中，传感器组件128可直接安装到刚柔性板上并与焊线电连接，并且可利用焊线或者BGA将处理模块160安装并且连接到刚柔性板。
本文所阐述的红外成像模块100和主机装置102的各种应用只是为了举例，而不是限制。就这方面而言，本文所描述的各种技术中的任何一个均可应用到任何红外照相机系统、红外成像器或者用于进行红外/热成像的其他装置。
红外传感器组件128的基板140可安装到基座150上。在各种实施方式中，基座150(例如，底座)可例如由通过金属注射成形(MIM)形成的铜制造，并且对所述基座150进行黑色氧化处理或者镍涂层处理。在各种实施方式中，基座150可由任何期望的材料制造，例如，可根据特定应用，由例如锌、铝或者镁制造，并且，基座150可通过任何期望的应用流程形成，例如，可根据特定应用，例如通过铝铸件、MIM或者锌的快速铸造来形成。在各种实施方式中，基座150可用于提供结构支撑、各种电路路径、热散热器性能以及其他合适的功能。在一个实施方式中，基座150可以是至少部分使用陶瓷材料实现的多层结构。
在各种实施方式中，电路板170可容纳外壳120，从而可在物理上支撑红外成像模块100的各种部件。在各种实施方式中，电路板170可实现为印刷电路板(例如，FR4电路板或者其他类型的电路板)、刚性或者柔性的互连设备(例如，互连带或者其他类型的互连设备)、柔性电路基板、柔性塑料基板或者其他合适的结构。在各种实施方式中，基座150可实现为具有描述的电路板170的各种功能和属性，反之亦然。
插座104可包括被配置为容纳红外成像模块100(例如，如图2所示的装配后的视图)的腔体106。红外成像模块100和/或插座104可包括合适的卡片、臂、销、紧固件或者任何其他合适的接合部件，所述接合部件可用于通过摩擦、张力、粘附和/或任何其他合适的方式将红外成像模块100固定到插座104，或者将红外成像模块100固定到插座104内部。插座104可包括接合部件107，其可在当红外成像模块100插入到插座104的腔体106中时，接合外壳120的表面109。其他类型的接合部件可用于其他实施方式中。
红外成像模块100可通过适当的电连接部件(例如，触点、销、电线或者任何其他合适的连接部件)与插座104电连接。例如，插座104可包括电连接部件108，其可与红外成像模块100的相应的电连接部件(例如，互连焊盘、触点、或者在电路板170侧面或者底表面上的其他电连接部件、接合键盘142或者基座150上的其他电连接部件、或者其他连接部件)接触。电连接部件108可由任何期望的材料(例如，铜或者任何其他合适的导电材料)制造。在一个实施方式中，电连接部件108可被机械的压扁，以当红外成像模块100插入到插座104的腔体106中时可贴着红外成像模块100的电连接部件。在一个实施方式中，电连接部件108可至少部分的将红外成像模块100固定到插座104中。其他类型的电连接部件可用于其他实施方式中。
插座104可通过类似类型的电连接部件与主机102电连接。例如，在一个实施方式中，主机102可包括穿过孔190与电连接部件108连接的电连接部件(例如，焊接连接、搭扣式连接或者其他连接)。在各种实施方式中，这种电连接部件可置于插座104的侧面和/或底部。
可通过倒装芯片技术来实现红外成像模块100的各种部件，所述倒装芯片技术可用于将部件直接安装到电路板上，而无需通常用于焊线连接的额外的间隙。倒装芯片连接例如可用于在紧凑小形状因子应用中减少红外成像模块100的整体尺寸。例如，在一个实施方式中，可使用倒装芯片连接部件将处理模块160安装到电路板170。例如，可使用这种倒装芯片配置来实现红外成像模块100。
在各种实施方式中，可根据如申请号为12/844,124，申请日为2010年7月27日的美国专利申请和申请号为61/469,651，申请日为2011年3月30日的美国临时专利申请所记载的各种技术(例如，圆晶级封装技术)，来实现红外成像模块100和/或相关的部件，通过引用的方式将其作为整体合并于此。另外，根据一个或者多个实施方式，可根据如下所述文献记载的各种技术来实现、校正、测试和/或使用红外成像模块100和/或相关的部件，所述文献例如为：如公开号为7,470,902、公开日为2008年12月30日的美国专利，公开号为6,028,309、公开日为2000年2月22日的美国专利，公开号为6,812,465、公开日为2004年11月2日的美国专利，公开号为7,034,301、公开日为2006年4月25日的美国专利，公开号为7,679,048、公开日为2010年3月16日的美国专利，公开号为7,470,904、公开日为2008年12月30日的美国专利，申请号为12/202,880、申请日为2008年9月2日的美国专利申请以及申请号为12/202,896、申请日为2008年9月2日的美国专利申请，通过引用的方式将上述文献作为整体合并于此。
如所述的，在一些实施方式中，主机装置102可包括其它部件198，诸如非热摄像机(例如，可见光摄像机)。非热摄像机可以是小形状因子成像模块或成像装置，且可以以类似的方式被实现为本文公开的，但具有响应非热频谱的辐射(例如，可见光波长、紫外线波长或其它非热波长的辐射)的一个或多个传感器的红外成像模块100的各种实施方式。例如，在一些实施方式中，非热摄像机可用电荷耦合装置(CCD)传感器、电子倍增CCD(EMCCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、科学级CMOS(sCMOS)传感器或其它传感器实现。
在一些实施方式中，可将非热摄像机与红外成像模块100并置在一起，并定位其方向以使非热摄像机的视野(FOV)与红外成像模块100的FOV至少部分重叠。在一个实例中，根据通过引用的方式并入本文的申请号为61/748,018的美国临时专利申请中描述的各种技术，红外成像模块100和非热摄像机可被实现为共用公共基板的双传感器模块。
对于具有这种非热光摄像机的主机装置102的实施方式，根据全部的通过引用的方式并入本文的、例如申请号为61/473,207、12/766,739、13/105,765或13/437,645的美国专利、或者申请号为PCT/EP2011/056432的国际专利所记载的各种技术，各种部件(例如，处理器195、处理模块160和/或其它处理部件)可配置成叠加、融合、混合或以其它方式组合由红外成像模块100捕获的红外图像(例如，包括热图像)和由非热摄像机捕获的非热图像(例如，包括可见光图像)。
再次参考图1，在各种实施方式中，主机装置102可包括快门105。就这方面而言，可在红外成像模块100安装在插座中时，将快门105选择性的放置在插座104上(例如，如箭头103所确定的方向)。就这方面而言，快门105例如可用于在红外成像模块100不使用时对其进行保护。快门105还可用作温度参考，如本领域技术人员所应当理解的，所述温度参考作为红外成像模块100的校正过程(例如，非均匀性校正(NUC)过程或者其他校正过程)的一部分。
在各种实施方式中，快门105可由各种材料制造，例如，聚合物、玻璃、铝(例如，涂漆的或者经过阳极氧化处理后的)或者其他材料。在各种实施方式中，快门105可包括一个或者多个涂层(例如，均匀的黑体涂层或者反射性的镀金涂层)，其用于选择性地过滤电磁辐射和/或调整快门105的各种光学属性。
在另一个实施方式中，可将快门105固定在适当位置以全天候的保护红外成像模块100。在这种情况下，快门105或者快门105的一部分可由基本上不会过滤掉需要的红外线波长的合适的材料(例如，聚合物，或者诸如硅、锗、硒化锌或硫系玻璃的红外透射材料)制造。如本领域技术人员所应当理解的，在另一个实施方式中，快门可实现为红外成像模块100的一部分(例如，在透镜镜筒或者红外成像模块100的其他部件内，或者作为透镜镜筒或者红外成像模块100的其他部件的一部分)。
可选的，在另一个实施方式中，无需提供快门(例如，快门105或者其他类型的外部或者内部快门)，而是可使用无快门的技术进行NUC步骤或者其他类型的校正。在另一个实施方式中，使用无快门技术的NUC步骤或者其他类型的校正可与基于快门的技术结合进行。
可根据下述文献记载的各种技术中的任意一种来实现红外成像模块100和主机装置102，所述文献为：申请号为61/495,873，申请日为2011年6月10日的美国临时专利申请；申请号为61/495,879，申请日为2011年6月10日的美国临时专利申请；以及申请号为61/495,888，申请日为2011年6月10日的美国临时专利申请。通过引用的方式将上述文献作为整体合并于此。
在各种实施方式中，主机装置102和/或红外成像模块100的部件可实现为本地系统，或者实现为部件之间通过有线和/或无线网络进行通信的分布式系统。因此，可根据特定实施的需要，通过本地和/或远程部件来执行本公开所提及的各种操作。
图5示出了根据本公开实施方式的、确定NUC项的各种操作的流程图。在一些实施方式中，可由对红外传感器132捕获的图像帧进行处理的处理模块160或者处理器195(二者通常也指处理器)来执行图5的操作。
在块505，红外传感器132开始捕获场景的图像帧。通常，场景将会是主机装置102当前处于的真实环境。就这方面而言，快门105(如果可选的提供)可打开以允许红外成像模块从场景接收红外辐射。在图5所示的所有操作期间，红外传感器132可连续地捕获图像帧。就这方面而言，连续地捕获图像帧可用于如下文所进一步讨论的各种操作。在一个实施方式中，可对捕获的图像帧进行时域滤波(例如，根据块826的步骤对捕获的图像帧进行时域滤波，本文将根据图8对其进一步描述)，并且在所述图像帧被用于图5所示的操作之前，由其他项(例如，工厂增益项812、工厂偏移项816、先前确定的NUC项817、列FPN项820以及行FPN项824，本文将根据图8对其做进一步描述)对它们进行处理。
在块510，检测到NUC步骤的启动事件。在一个实施方式中，NUC步骤可响应于主机装置102的物理移动而启动。例如，可由被处理器轮询的运动传感器194来检测这种移动。在一个例子中，用于可能会以特定的方式来移动主机装置102，例如，通过有意的来回移动主机装置102，使主机装置102做“消除”或者“重击”运动。就这方面而言，用户可根据预定的速率和方向(速度)，例如，通过上下、左右或者其他类型的运动来移动主机装置102从而启动NUC步骤。在这个例子中，这种移动的使用可允许用户直观的操作主机装置102，以模拟对捕获的图像帧的噪声“消除”。
在另一个例子中，如果检测到运动超过阈值(例如，运动超过了期望的正常使用)，则可由主机装置102来启动NUC步骤。可以预期的是，主机装置102的任何期望的类型的空间移位均可用于启动NUC步骤。
在再另一个例子中，如果自从先前执行的NUC步骤以来，已经过去了最小时间，则可由主机装置102启动NUC步骤。在另一个例子中，如果自从先前执行的NUC步骤以来，红外成像模块100已经经历了最小的温度改变，则可由主机装置102启动NUC步骤。在另外的例子中，可连续地启动并重复NUC步骤。
在块515，检测到NUC步骤启动事件之后，确定是否应该真正地执行NUC步骤。就这方面而言，可基于一个或者多个附加条件是否满足，来选择性地启动NUC步骤。例如，在一个实施方式中，除非自从先前执行的NUC步骤以来，已经过去了最小时间，否则不会执行NUC步骤。在另一个实施方式中，除非自从先前执行的NUC步骤以来，红外成像模块100已经经历了最小的温度变化，否则不会执行NUC步骤。其他标准或者条件可用于其他实施方式中。如果已经满足合适的标准或者条件，流程图就会继续到块520。否则，流程图返回到块505。
在NUC过程中，模糊图像帧可用于确定NUC项，所述NUC项可应用于捕获的图像帧以校正FPN。如所讨论的，在一个实施方式中，可通过累加运动场景的多个图像帧(例如，当场景和/或热成像仪处于运动的状态时捕获的图像帧)来获得模糊图像帧。在另一个实施方式中，可通过使热成像仪的光学元件或者其他部件散焦，来获得模糊图像帧。
因此，块520提供了两种方法的选择。如果使用基于运动的方法，则流程图继续到块525。如果使用基于散焦的方法，则流程图继续到块530。
现在参考基于运动的方法，在块525，检测到运动。例如，在一个实施方式中，可基于红外传感器132捕获的图像帧检测运动。就这方面而言，合适的运动检测步骤(例如，图像配准步骤、帧到帧的差值计算或者其他合适的步骤)可应用于捕获的图像帧，以确定是否存在运动(例如，是否已经捕获到静态的或者运动的图像帧)。例如，在一个实施方式中，能够确定连续图像帧的像素的周围的像素或者区域发生改变的数量已经超过了用户定义的数量(例如，百分比和/或阈值)。如果至少给定百分比的像素已经发生改变且发生改变的像素的数量至少为用户定义的数量，则可以非常肯定的检测到运动，从而流程图转到块535。
在另一个实施方式中，可以在每个像素的基础上确定运动，其中，只累加那些显示出明显变化的像素，以提供模糊图像帧。例如，可以为每个像素设置计数器，所述计数器用于保证每个像素累加的像素值的数量相同，或者用于根据每个像素实际上累加的像素值的数量来对像素值取平均。可执行其他类型的基于图像的运动检测，例如，执行拉东(Radon)变换。
在另一个实施方式中，可基于运动传感器194提供的数据来检测运动。在一个实施方式中，这种运动检测可包括检测主机装置102是否在空间中沿着相对笔直的轨迹移动。例如，如果主机装置102正沿着相对笔直的轨迹移动，那么下述情况是可能的：出现在成像后的场景中的某些对象可能不够模糊(例如，场景中的对象与笔直轨迹对准或者基本上沿着平行于所述笔直轨迹的方向移动)。因此，在该实施方式中，只有主机装置102显示出运动、或者没有显示出运动但沿着特定轨迹运动时，运动传感器194才能检测到运动。
在再另一个实施方式中，可使用运动检测步骤和运动传感器194二者。因此，使用这些各种实施方式中任意一个，能够确定在场景的至少一部分和主机装置102相对于彼此之间运动的同时(例如，这可由主机装置102相对于场景移动、场景的至少一部分相对于主机装置102移动或者上述两种情况引起)，是否捕获到每个图像帧。
可以预期的是，检测到运动的图像帧可显示出捕获的场景的某些次级模糊(例如，与场景相关的模糊的热图像数据)，所述次级模糊是由于红外传感器132的热时间常数(例如，微辐射热时间常数)与场景移动交互而引起的。
在块535，对检测到运动的图像帧进行累加。例如，如果检测到连续的一系列图像帧的运动，则可对系列图像帧进行累加。做为另外一个例子，如果只检测到某些图像帧的运动，则可忽略掉没有运动的图像帧并不对这些没有运动的图像帧进行累加。因此，可基于检测到的运动，选择连续的或者不连续的一系列图像帧进行累加。
在块540，对累加的图像帧进行平均以提供模糊图像帧。因为累加的图像帧是在运动期间捕获到的，所以我们期望图像帧之间实际的场景信息将会不同，从而导致模糊之后的图像帧中的场景信息被进一步的模糊(块545)。
相比而言，在运动期间，在至少短时间内以及场景辐射的至少有限变化时，FPN(例如，由红外成像模块100的一个或者多个部件引起的)保持不变。结果是，在运动期间捕获到的时间和空间上接近的图像帧将会遭受相同的或者至少类似的FPN。因此，尽管连续图像帧中的场景信息可能会改变，但是FPN将保持基本不变。通过对运动期间捕获到的多个图像帧进行平均，所述多个图像帧将会模糊场景信息，但是不会模糊FPN。结果是，与场景信息相比，FPN将在块545提供的模糊图像帧中保持的更加清楚。
在一个实施方式中，在块535和540中，对32个或者更多图像帧进行累加和平均。然而，任何期望数量的图像帧均可用在其他实施方式中，只是随着帧的数量的减少，校正精度通常会降低。
现在参考基于散焦的方法，在块530，进行散焦操作以有意地使红外传感器132捕获的图像帧散焦。例如，在一个实施方式中，一个或者多个致动器199可用于调整、移动或者平移光学元件180、红外传感器组件128和/或红外成像模块100的其他部件，以使得红外传感器132捕获场景的模糊的(例如，没有聚焦)图像帧。也可考虑使用其他不基于致动器的技术来有意地使红外图像帧散焦，例如，如人工(例如，用户启动的)散焦。
尽管图像帧中的场景可能会出现模糊，但是通过散焦操作，FPN(例如，由红外成像模块100的一个或者多个部件引起)将会保持不受影响。结果是，场景的模糊图像帧(块545)将会具有FPN，并且与场景信息相比，所述FPN将在所述模糊图像中保持的更加清楚。
在上面的讨论中，已经描述的基于散焦的方法与单个捕获的图像帧有关。在另一个实施方式中，基于散焦的方法可包括当红外成像模块100已经被散焦时对多个图像帧进行累加，并且对散焦的图像帧进行平均以消除时域噪声的影响并在块545提供模糊图像帧。
因此，可以理解的是，既可通过基于运动的方法也可通过基于散焦的方法来在块545提供模糊的图像帧。因为运动、散焦或者上述二者均会使很多的场景信息模糊，所以可实际上将模糊图像帧认为是原始捕获的有关场景信息的图像帧的低通滤波版本。
在块505，对模糊图像帧进行处理以确定更新的行和列的FPN项(例如，如果之前没有确定行和列的FPN项，那么更新的行和列的FPN项可以是块550的第一次迭代中的新的行和列的FPN项)。如本公开所使用的，根据红外传感器132和/或红外成像模块100的其他部件的方向，术语行和列可互换的使用。
在一个实施方式中，块550包括确定每行模糊图像帧(例如，每行模糊图像帧可具有其自身的空间FPN校正项)的空间FPN校正项，以及还确定每列模糊图像帧(例如，每列模糊图像帧可具有其自身的空间FPN校正项)的空间FPN校正项。这种处理可用于减少空间并减少热成像仪固有的行和列FPN的缓慢变化(1/f)，这种缓慢变化例如是由ROIC402中的放大器的1/f噪声特征引起，所述1/f噪声特征可表现为图像帧中的垂直和水平条。
有利的是，通过利用模糊图像帧确定空间行和列的FPN，会降低将实际成像的场景中的垂直和水平物体误认为是行和列噪声的风险(例如，真实场景内容被模糊，而FPN保持不被模糊)。
在一个实施方式中，可通过考虑模糊图像帧的相邻像素之间的差值来确定行和列FPN项。例如，图6示出了根据本公开实施方式的、相邻像素之间的差值。具体地，在图6中，将像素610与它附近的8个水平相邻像素进行比较：d0-d3在一侧，d4-d7在另一侧。可对相邻像素之间的差值进行平均，以获得示出的像素组的偏移误差的估计值。可对行或者列中的每个像素的偏移误差均进行计算，并且得到的平均值可用于校正整个行或者列。
为了防止将真实的场景数据解释为噪声，可使用上限阈值和下限阈值(thPix和-thPix)。落入该阈值范围之外的像素值(在该例子中，是像素d1和d4)不用于获得偏移误差。另外，这些阈值可限制行和列FPN校正的最大量。
申请号为12/396,340，申请日为2009年3月2日的美国专利申请记载了执行空间行和列FPN校正处理的更具体的技术，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
再次参考图5，将在块550确定的更新的行和列FPN项进行存储(块552)并将其应用于(块555)块545提供的模糊图像帧。在应用这些项之后，可降低模糊图像帧中的一些空间行和列的FPN。然而，因为这些项通常应用于行和列，所以附加的FPN可保持，例如，空间不相关的FPN与像素到像素的偏移或者其他原因相关。与单个行和列可能不直接相关的、空间相关的FPN的邻域也可保持不变。因此，可进行进一步的处理以确定NUC项，下面将对其进行描述。
在块560，确定模糊图像帧中的局部反差值(例如，相邻像素或者小组像素之间的梯度边缘值或者绝对值)。如果模糊图像帧中的场景信息包括还没有被明显模糊的反差区域(例如，原始场景数据中的高反差边缘)，那么可由块560的反差确定步骤来识别这些特征。
例如，可计算模糊图像帧中的局部反差值，或者任何其他类型的边缘检测步骤可应用于识别作为局部反差区域的一部分的、模糊图像中的某些像素。可以认为以这种方式标记的像素包含很高空间频率的场景信息，可将该很高空间频率的场景信息解释为FPN(例如，这种区域可对应于还没有被充分模糊的场景的部分)。因此，可将这些像素排除在用于进一步确定NUC项的处理之外。在一个实施方式中，这种反差检测处理可依赖于高于与FPN相关的期望反差值的阈值(例如，可以认为显示出的反差值高于阈值的像素是场景信息，而认为那些低于阈值的像素是显示FPN)。
在一个实施方式中，在行和列FPN项已经应用于模糊图像帧之后，可对模糊图像帧执行块560的反差确定(例如，如图5所示)。在另一个实施方式中，可在块550之前执行块560，以在确定行和列FPN项之前确定反差(例如，以防止基于场景的反差对于确定该项有影响)。
在块560之后，可以预期的是，残留在模糊图像帧中的任何高空间频率分量可一般的归因于空间不相关的FPN。就这方面而言，在块560之后，已经将很多其他噪声或者真正需要的基于场景的信息去除或者排除在模糊图像帧之外，这是因为：对图像帧的有意地模糊(例如，通过从块520到545的运动或者散焦)、行和列FPN项的应用(块555)以及反差的确定(块560)。
因此，可以预期的是，在块560之后，任何残留的高空间频率分量(例如，显示为模糊图像帧中的反差或者差别区域)均可归因于空间不相关的FPN。因此，在块565，对模糊图像帧进行高通滤波。在一个实施方式中，这可包括应用高通滤波器以从模糊图像帧中提取高空间频率分量。在另一个实施方式中，这可包括对模糊图像帧应用低通滤波器，并提取低通滤波后的图像帧和没有滤波的图像帧之间的差值以获得高空间频率分量。根据本公开的各种实施方式，可通过计算传感器信号(例如，像素值)和其相邻信号之间的平均差值来实现高通滤波器。
在块570，对高通滤波后的模糊图像帧进行平场校正处理，以确定更新的NUC项(例如，如果先前没有进行NUC步骤，那么更新的NUC项可以是块570的第一次迭代中的新的NUC项)。
例如，图7示出了根据本公开实施方式的平场校正技术700。在图7中，可通过使用像素710的相邻像素712到726的值来确定模糊图像帧的每个像素710的NUC项。对于每个像素710来说，可基于各种相邻像素的值之间的绝对差值来确定数个梯度。例如，可确定下述像素之间的绝对差值：像素712和714之间(从左到右的对角梯度)、像素716和718之间(从上到下的垂直梯度)、像素720和722之间(从右到左的对角梯度)以及像素724和726之间(从左到右的水平梯度)。
可对这些绝对差值进行求和，以提供像素710的求和梯度。可确定像素710的权重值，所述权重值与求和梯度成反比。可对模糊图像帧的全部像素710执行该步骤，直到为每个像素710提供加权值。对于具有低梯度的区域(例如，被模糊的区域或者具有低对比度的区域)来说，权重值将会接近1。相反，对于具有高梯度的区域来说，权重值将会为0或者接近0。如由高通滤波器估计的NUC项的更新值与权重值相乘。
在一个实施方式中，通过将一定量的时间衰减应用到NUC项确定步骤，能够进一步地降低将场景信息引入到NUC项的风险。例如，可选择位于0和1之间的时间衰减因子λ，这样存储的新的NUC项(NUCNEW)是旧的NUC项(NUCOLD)和估计的更新的NUC项(NUCUPDATE)的平均加权值。在一个实施方式中，这可表示为：NUCNEW＝λ·NUCOLD+(1-λ)·(NUCOLD+NUCUPDATE)。
尽管已经描述了根据梯度来确定NUC项，但是适当的时候也可使用局部反差值来代替梯度。也可使用其他技术，例如，标准偏差计算。可执行其他类型的平场校正步骤以确定NUC项，包括：例如公开号为6,028,309，公开日为2000年2月22日的美国专利；公开号为6,812,465，公开日为2004年11月2日的美国专利；以及申请号为12/114,865，申请日为2008年5月5日的美国专利申请所记载的各种步骤。通过引用的方式将上述文献作为整体合并于此。
再次参考图5，块570可包括对NUC项的附加处理。例如，在一个实施方式中，为了保留场景信号的平均值，可通过从每个NUC项中减去NUC项的平均值来将全部NUC项的和归一化到0。同样的在块570，为了避免行和列噪声影响NUC项，可从每行和列的NUC项中减去每行和列的平均值。结果是，使用在块550确定的行和列FPN项的行和列FPN滤波器可以更好地过滤掉将NUC项应用到捕获的图像之后(例如，在块580所进行的步骤，本文将对此作进一步地描述)的进一步的迭代中(例如，如图8所详细示出的)的行和列噪声。就这方面而言，行和列FPN滤波器通常可使用更多的数据来计算每行和每列的偏移系数(例如，行和列的FPN项)，并且与基于高通滤波器来捕获空间上不相关的噪声的NUC项相比，可从而提供更加可靠的、用于减少空间相关的FPN的可选项。
在块571-573，可以可选地对更新的NUC项执行附加高通滤波和进一步的确定处理以消除空间相关的FPN，所述空间相关的FPN具有比先前由行和列FPN项消除的空间频率更低的空间频率。就这方面而言，红外传感器132或者红外成像模块100的其他部件的一些变化可产生空间相关的FPN噪声，不能容易地将所产生的空间相关的FPN噪声建模为行或者列噪声。这种空间相关的FPN可包括例如传感器组件或者红外传感器132组上的窗样缺损，所述红外传感器132组与相邻的红外传感器132相比，其响应不同的辐射度。在一个实施方式中，可使用偏移校正来减少这种空间相关的FPN。如果这种空间相关的FPN的数量很多，则也可在模糊图像帧中检测到噪声。由于这种类型的噪声可影响相邻像素，具有很小内核的高通滤波器可能不能检测到相邻像素中的FPN(例如，高通滤波器使用的全部值可从与受到影响的像素附近的像素中提取，从而所述全部值可被同样的偏移误差影响)。例如，如果使用小的内核执行块565的高通滤波(例如，只考虑落入受到空间相关的FPN影响的像素的附近范围中的直接相邻的像素)，则可能不能检测到广泛分布的空间相关的FPN。
例如，图11示出了根据本公开实施方式的、附近像素中的空间相关的FPN。如采样的图像帧1100所示，像素1110附近的像素可表现出空间相关的FPN，所述空间相关的FPN不准确的与单个行和列相关，并且分布于附近的多个像素(例如，在该例子中，附近的像素约为4×4的像素)。采样的图像帧1100还包括一组像素1120和一组像素1130，所述像素1120表现出在滤波计算中没有使用的基本上均匀的响应，所述像素1130用于估计像素1110附近的像素的低通值。在一个实施方式中，像素1130可以是可分为2个的多个像素，以便于硬件或者软件的有效计算。
再次参考图5，在块571-573，可以可选的对更新的NUC项执行附加高通滤波和进一步的确定处理，以消除空间相关的FPN，例如，像素1110表现出的空间相关的FPN。在块571，将在块570确定的更新的NUC项应用到模糊图像帧。因此，此时，模糊图像帧将会已经用于初步校正空间相关的FPN(例如，通过在块555应用更新的行和列FPN项)，并且也用于初步校正空间不相关的FPN(例如，通过在块571应用更新的NUC项)。
在块572，进一步的应用高通滤波器，该高通滤波器的核比块565中使用的高通滤波器的核大，并且可在块573进一步地确定更新的NUC项。例如，为了检测像素1110中存在的空间相关的FPN，在块572应用的高通滤波器可包括来自像素的足够大的相邻区域的数据，从而能够确定没有受到影响的像素(例如，像素1120)和受到影响的像素(例如，像素1110)之间的差值。例如，可使用具有大核的低通滤波器(例如，远大于3×3像素的N×N内核)，并且可减去得到的结果以进行适当的高通滤波。
在一个实施方式中，为了提高计算效率，可使用稀疏内核，从而仅使用N×N附近区域内的较少数量的相邻像素。对于任何给定的使用较远的相邻像素的高通滤波器操作(例如，具有大核的高通滤波器)来说，存在将实际的(可能模糊的)场景信息建模为空间相关的FPN的风险。因此，在一个实施方式中，可将用于在块573确定的更新的NUC项的时间衰减因子λ设置为接近1。
在各种实施方式中，可重复块571-573(例如，级联)，以利用递增的核尺寸迭代地执行高通滤波，从而提供进一步更新的NUC项，所述进一步更新的NUC项用于进一步校正需要的相邻尺寸区域的空间相关的FPN。在一个实施方式中，可根据通过块571-573的先前操作所得到的更新的NUC项是否已经将空间相关的FPN真正的消除，来确定执行这种迭代的决定。
在块571-573完成之后，作出是否将更新的NUC项应用到捕获的图像帧的决定(块574)。例如，如果整个图像帧的NUC项的绝对值的平均值小于最小的阈值，或者大于最大的阈值，则可认为该NUC项是假的或者不能提供有意义的校正。可选的，可将阈值标准应用到各个像素，以确定哪个像素接收到更新的NUC项。在一个实施方式中，阈值可对应于新计算的NUC项和先前计算的NUC项之间的差值。在另一个实施方式中，阈值可独立于先前计算的NUC项。可应用其他测试(例如，空间相关性测试)以确定是否应用该NUC项。
如果认为NUC项是假的或者不可能提供有意义的校正，则流程图返回到块505。否则，存储最新确定的NUC项(块575)以替代先前的NUC项(例如，由图5中先前执行的迭代确定)，并将所述最新确定的NUC项应用到(块580)捕获的图像帧。
图8示出了根据本公开实施方式的、应用在图像处理流水线800中的图5的各种图像处理技术和其他操作。就这方面而言，流水线800标识了在用于校正红外成像模块100提供的图像帧的全部迭代图像的处理方案的情况下，图5的各种操作。在一些实施方式中，可由对通过红外传感器132捕获的图像帧进行操作的处理模块160或者处理器195(二者通常也指处理器)来提供流水线800。
可将红外传感器132捕获的图像帧提供给帧平均器804，所述帧平均器804求多个图像帧的积分以提供具有改进的信噪比的图像帧802。可通过红外传感器132、ROIC402以及实现为支持高图像捕获速率的红外传感器组件128的其他组件来有效地提供帧平均器804。例如，在一个实施方式中，红外传感器组件128可以以240Hz的帧速率(例如，每秒捕获240幅图像)来捕获红外图像帧。在该实施方式中，例如可通过使红外传感器组件128工作在相对较低的电压(例如，与移动电话的电压相兼容)，以及通过使用相对较小的红外传感器132阵列(例如，在一个实施方式中，为64×64的红外传感器阵列)，来实现这样高的帧速率。
在一个实施方式中，可以以较高的帧速率(例如，240Hz或者其他帧速率)将这种来自红外传感器组件128的红外图像帧提供给处理模块160。在另一个实施方式中，红外传感器组件128可以在较长的时间段或者多个时间段进行积分，从而以较低的帧速率(例如，30Hz、9Hz或者其他帧速率)将积分后的(例如，取平均后的)红外图像帧提供给处理模块160。有关可用于提供较高图像捕获速率的实现方案的详细信息可在本文之前引用过的申请号为61/495,879的美国临时专利申请中找到。
通过流水线800处理的图像帧802用于确定各种调整项和增益补偿，其中，由各种项、时域滤波来对所述图像帧802进行调整。
在块810和814，将工厂增益项812和工厂偏移项816应用于图像帧802，以分别补偿在制造和测试期间所确定的各种红外传感器132和/或红外成像模块100的其他部件之间的增益和偏移差。
在块580，将NUC项817应用于图像帧802，以如上所述的校正FPN。在一个实施方式中，如果还没有确定NUC项817(例如，在已经启动NUC步骤之前)，则可能不会执行块580，或者可将初始值用于不会导致图像数据改变的NUC项817(例如，每个像素的偏移值将等于0)。
在块818到822，分别将列FPN项820和行FPN项824应用到图像帧802。如上所述可根据块550来确定列FPN项820和行FPN项824。在一个实施方式中，如果还没有确定列FPN项820和行FPN项824(例如，在已经启动NUC步骤之前)，则可能不会执行块818和822，或者可将初始值用于不会导致图像数据改变的列FPN项820和行FPN项824(例如，每个像素的偏移值将等于0)。
在块826，根据时域噪声消减(TNR)步骤对图像帧802执行时域滤波。图9示出了根据本公开实施方式的TNR步骤。在图9中，对当前接收到的图像帧802a和先前时域滤波后的图像帧802b进行处理以确定新的时域滤波后的图像帧802e。图像帧802a和802b包括分别以像素805a和805b为中心的局部相邻像素803a和803b。相邻像素803a和803b对应于图像帧802a和802b内的相同位置，并且是图像帧802a和802b全部像素的子集。在示出的实施方式中，相邻像素803a和803b包括5×5像素的区域。其他尺寸的相邻像素可用于其他实施方式中。
确定相邻像素803a和803b对应的像素的差值并对其求平均，以为对应于像素805a和805b的位置提供平均增量值805c。平均增量值805c可用于在块807确定权重值，以将其应用到图像帧802a和802b的像素805a和805b。
在一个实施方式中，如曲线图809所示，在块807确定的权重值可与平均增量值805c成反比，以使得当相邻像素803a和803b之间差别较大时，权重值迅速的降低到0。就这方面而言，相邻像素803a和803b之间较大差别可表示场景内已经发生了变化(例如，由于运动而发生的变化)，并且在一个实施方式中，可对像素802a和802b进行适当的加权，以避免在遇到帧到帧的场景改变时引入模糊。权重值和平均增量值805c之间的其他关联可用于其他实施方式中。
在块807确定的权重值可用于像素805a和805b，以确定图像帧802e的相应像素805e的值(块811)。就这方面而言，像素805e可具有根据在块807确定的平均增量值805c和权重值对像素805a和805b加权平均(或者其他组合)后的值。
例如，时域滤波后的图像帧802e的像素805e可能是图像帧802a和802b的像素805a和805b的加权和。如果像素805a和805b之间的平均差别是由于噪声引起的，那么可以预期的是，相邻像素805a和805b之间的平均值的变化将会接近于0(例如，对应于不相关的变化的平均值)。在这种情况下，可以预期的是，相邻像素805a和805b之间的差值的和将会接近于0。在这种情况下，可对图像帧802a的像素805a进行适当的加权，以有助于生成像素805e的值。
然而，如果该差值的和不为0(例如，在一个实施方式中，甚至很接近于0)，那么可将变化解释为是由运动引起的，而不是由噪声引起的。因此，可基于相邻像素805a和805b所表现出的平均值的变化来检测运动。在这种情况下，可对图像帧802a的像素805a施加较大的权重，而对图像帧802b的像素805b施加较小的权重。
其他实施方式也是可以考虑的。例如，尽管描述的是根据相邻像素805a和805b来确定平均增量值805c，但是在其他实施方式中，可根据任何期望的标准(例如，根据单个像素或者其他类型的由一系列像素组成的像素组)来确定平均增量值805c。
在上面的实施方式中，已经将图像帧802a描述为当前接收到的图像帧，并且已经将图像帧802b描述为先前经过时域滤波后的图像帧。在另一个实施方式中，图像帧802a和802b可以是红外成像模块100捕获到的还没有经过时域滤波的第一和第二图像帧。
图10示出了与块826所执行的TNR步骤有关的详细的实施细节。如图10所示，分别将图像帧802a和802b读入到行缓冲器1010a和1010b，并且在将图像帧802b(例如，先前图像帧)读入到行缓冲器1010b之前，可将其存储到帧缓冲器1020中。在一个实施方式中，可由红外成像模块100和/或主机装置102的任何合适的部件提供的一块随机存储器(RAM)来实现行缓冲器1010a-b和帧缓冲器1020。
再次参考图8，可将图像帧802e传送到自动增益补偿块828，其对图像帧802e进行进一步地处理，以提供主机装置102可根据需要使用的结果图像帧830。
图8进一步地示出了用于如所讨论的确定行和列FPN项以及NUC项所执行的各种操作。在一个实施方式中，这些操作可使用如图8所示的图像帧802e。因为已经对图像帧802e进行了时域滤波，所以可消除至少某些时域噪声，从而不会不经意的影响对行和列FPN项824和820以及NUC项817的确定。在另一个实施方式中，可使用没有经过时域滤波的图像帧802。
在图8中，图5的块510、515和520集中的表示在一起。如所讨论的，可响应于各种NUC步骤启动事件以及基于各种标准或者条件来选择性地启动和执行NUC步骤。还如所讨论的，可根据基于运动的方法(块525、535和540)或者基于散焦的方法(块530)来执行NUC步骤，以提供模糊的图像帧(块545)。图8进一步地示出了先前所讨论的关于图5的各种附加块550、552、555、560、565、570、571、572、573和575。
如图8所示，可确定行和列FPN项824和820以及NUC项817，并且以迭代的方式应用上述项，以使得使用已经应用了先前项的图像帧802来确定更新的项。结果是，图8的所有步骤可重复地更新，并应用这些项以连续地减少主机装置102将要使用的图像帧830中的噪声。
再次参考图10，其示出了图5和图8中与流水线800有关的各种块的详细的实施细节。例如，将块525、535和540显示为以通过流水线800接收的图像帧802的正常帧速率操作。在图10所示的实施方式中，将在块525所做的决定表示为决定菱形(decisiondiamond)，其用于确定给定图像帧802是否已经充分的改变，从而可以认为如果将图像帧加入到其他图像帧中，该图像帧将会增强模糊，因此将该图像帧进行累加(在该实施方式中，通过箭头来表示块535)和平均(块540)。
同样的在图10中，将对列FPN项820的确定(块550)显示为以更新速率操作，在该例子中，由于在块540执行的平均处理，该更新速率为传感器帧速率(例如，正常帧速率)的1/32。其他更新速率可用于其他实施方式中。尽管图10仅标识出了列FPN项820，但是可以以相同的方式，以降低的帧速率来实现行FPN项824。
图10还示出了与块570的NUC确定步骤有关的详细的实施细节。就这方面而言，可将模糊图像帧读入到行缓冲器1030(例如，由红外成像模块100和/或主机装置102的任何合适的部件提供的一块RAM来实现)。可对模糊图像帧执行图7的平场校正技术700。
鉴于本公开的内容，应当理解的是，本文描述的技术可用于消除各种类型的FPN(例如，包括很高幅度的FPN)，例如，空间相关的行和列FPN以及空间不相关的FPN。
其他实施方式也是可以考虑的。例如，在一个实施方式中，行和列FPN项和/或NUC项的更新速率可与模糊图像帧中的模糊的估计数量成反比，和/或与局部反差值(例如，在块560确定的局部反差值)的大小成反比。
在各种实施方式中，描述的技术优于传统的基于快门的噪声校正技术。例如，通过使用无快门的步骤，不需要设置快门(例如，如快门105)，从而可以减少尺寸、重量、成本和机械复杂度。如果不需要机械的操作快门，还可降低提供给红外成像模块100或者由红外成像模块100产生的电源和最大电压。通过将作为潜在的故障点的快门去除，将会提高可靠性。无快门的步骤还消除了由通过快门成像的场景的暂时性堵塞所引起的潜在的图像中断。
同样的，通过有意地使用从真实场景(不是快门提供的均匀场景)捕获的模糊图像帧来校正噪声，可对辐射水平与期望成像的那些真实场景类似的图像帧进行噪声校正。这能够改进根据各种描述的技术所确定的噪声校正项的精度和效率。
如所讨论的，在各种实施方式中，红外成像模块100可被配置为在低电压下工作。特别的，可通过被配置为在低功耗下工作和/或根据其他参数工作的电路来实现红外成像模块100，所述其他参数允许红外成像模块100方便有效地在各种类型的主机装置102(例如，移动装置及其他装置)中实现。
例如，图12示出了根据本公开实施方式的、包括红外传感器132和低压差稳压器(LDO)1220的红外传感器组件128的另一个实现方式的框图。如图所示，图12还示出了各种部件1202、1204、1205、1206、1208和1210，可以以与先前描述的有关图4的相应的部件相同或者相似的方式来实现这些部件。图12还示出了偏置校正电路1212，其可用于对提供给红外传感器132的一个或者多个偏置电压进行调整(例如，以补偿温度改变、自热和/或其他因素)。
在一些实施方式中，可将LDO1220设置为红外传感器组件128的一部分(例如，位于相同的芯片上和/或晶片级封装为ROIC)。例如，可将LDO1220设置为具有红外传感器组件128的FPA的一部分。如所讨论的，这种实现可减少引入到红外传感器组件128中的电源噪声，从而提供改进的PSRR。另外，通过利用ROIC来实现LDO，可消耗较少的模片面积，并且需要较少的分离模片(或者芯片)。
LDO1220通过馈电线1232接收电源1230提供的输入电压。LDO1220通过馈电线1222向红外传感器组件128的各种部件提供输出电压。就这方面而言，LDO1220可响应于从电源1230接收到的单输入电压，向红外传感器组件128的各个部件提供基本上相同的调节输出电压。
例如，在一些实施方式中，电源1230可提供从大约2.8v到大约11v范围的输入电压(例如，在一个实施方式中为大约2.8v)，并且LDO1220可提供从大约1.5v到大约2.8v范围的输出电压(例如，在一个实施方式中大约为2.5v)。就这方面而言，无论电源1230是提供大约9v到大约11v的传统电压范围，还是提供低电压(例如，大约2.8v)，LDO1220都可用于提供恒定的调节输出电压。因此，尽管为输入和输出电压提供了多种电压范围，但是可以预期的是，不管输入电压如何变化，LDO1220的输出电压将会保持不变。
与用于FPA的传统电源相比，将LDO1220实现为红外传感器组件128的一部分具有很多优点。例如，传统的FPA通常依赖于多个电源，所述多个电源中的每一个可分开的向FPA供电，并且分开的分布于FPA的各个部件。通过由LDO1220对单电源1230进行调节，合适的电压可分别的提供给(例如，以减少可能的噪声)低复杂性的红外传感器组件128的所有部件。即使来自电源1230的输入电压发生改变(例如，如果由于电池或者用于电源1230的其他类型的装置的充电或者放电而使输入电压增加或者降低)，LDO1220的使用还使得红外传感器组件128仍能以恒定的方式工作。
图12中示出的红外传感器组件128的各种部件也可实现为在比传统装置使用的电压更低的电压下工作。例如，如所讨论的，LDO1220可实现为提供低电压(例如，大约2.5v)。这与通常用于为传统的FPA供电的多个较高电压形成了鲜明的对比，所述多个较高电压例如为：用于为数字电路供电的大约3.3v到大约5v的电压；用于为模拟电路供电的大约3.3v的电压；以及用于为负载供电的大约9v到大约11v的电压。同样的，在一些实施方式中，LDO1220的使用可减少或者消除对提供给红外传感器组件128的单独负参考电压的需要。
参考图13，可进一步地理解红外传感器组件128的低电压操作的其他方面。图13示出了根据本公开实施方式的、图12的红外传感器组件128的一部分的电路图。特别的，图13示出了连接到LDO1220和红外传感器132的偏置校正电路1212的其他部件(例如，部件1326、1330、1332、1334、1336、1338和1341)。例如，根据本公开的实施方式，偏置校正电路1212可用于补偿偏置电压中依赖于温度的变化。通过参考公开号为7,679,048、公开日为2010年3月16的美国专利中标示的相似的部件，可进一步地理解这些其他附件的操作，通过引用的方式将其作为整体合并于此。还可根据公开号为6,812,465、公开日为2004年11月2日的美国专利中标示的各种部件来实现红外传感器组件128，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
在各种实施方式中，全部或者部分偏置校正电路1212可实现在如图13所示的整体阵列基础上(例如，用于集中在阵列中的所有红外传感器132)。在其他实施方式中，可在单个传感器基础上实现全部或者部分偏置校正电路1212(例如，对每个传感器132都全部或者部分地复制)。在一些实施方式中，图13的偏置校正电路1212和其他部件可实现为ROIC1202的一部分。
如图13所示，LDO1220向沿着馈电线1222中的一个的偏置校正电路1212提供负载电压Vload。如所讨论的，在一些实施方式中，Vload可以大约为2.5v，与此形成对比的是，可用作传统红外成像装置中的负载电压的大小大约为9v到大约11v的较高的电压。
基于Vload，偏置校正电路1212在节点1360提供传感器偏置电压Vbolo。Vbolo可通过适合的开关电路1370(例如，由图13中的虚线表示的)分发至一个或者多个红外传感器132。在一些例子中，可根据本文之前引用的公开号为6,812,465和7,679,048的专利中标示出的合适的部件来实现开关电路1370。
每个红外传感器132均包括通过开关电路1370接收Vbolo的节点1350以及可接地的另一个节点1352、基底和/或负参考电压。在一些实施方式中，节点1360处的电压与节点1350处的Vbolo基本相同。在其他实施方式中，可调整在节点1360处的电压，以补偿与开关电路1370和/或其他因素有关的可能的压降。
可利用通常比传统红外传感器偏置所使用的电压较低的电压来实现Vbolo。在一个实施方式中，Vbolo可以在从大约0.2v到大约0.7v的范围。在另一个实施方式中，Vbolo可以在大约0.4v到大约0.6v的范围。在另一个实施方式中，Vbolo大约为0.5v。相比之下，传统红外传感器通常使用的偏置电压大约为1v。
与传统的红外成像装置相比，根据本公开的红外传感器132的较低偏置电压的使用使得红外传感器组件128能够具有显著降低的功耗。特别的，每个红外传感器132的功耗以偏置电压的平方减少。因此，电压的降低(例如，从1.0v降到0.5v)提供了显著的功耗的降低，特别是当所述电压的降低应用到红外传感器阵列中的多个红外传感器132时。这种功率的降低还可导致红外传感器阵列128的自热的减少。
根据本公开的其他实施方式，提供了用于降低由工作在低电压的红外成像装置提供的图像帧中的噪声效应的各种技术。就这方面而言，当红外传感器组件128以所描述的低电压工作时，如果不对噪声、自热和/或其他现象进行校正，所述噪声、自热和/或其他现象会在红外传感器组件128所提供的图像帧中变得更加明显。
例如，参考图13，当LDO1220以本文所述的方式保持在低电压Vload时，Vbolo也将保持在它的相应的低电压，并且可降低它的输出信号的相对尺寸。因此，噪声、自热和/或其他现象可对从红外传感器132读出的较小的输出信号产生较大的影响，从而导致输出信号的变化(例如，错误)。如果不进行校正，这些变化可能表现为图像帧中的噪声。此外，尽管低电压工作可以降低某些现象(例如，自热)的总体数量，但是较小的输出信号可使得残留的误差源(例如，残留的自热)在低电压工作期间对输出信号产生不成比例的影响。
为了补偿这种现象，可利用各种阵列尺寸、帧率和/或帧平均技术来实现红外传感器组件128、红外成像模块100和/或主机装置102。例如，如所讨论的，各种不同的阵列尺寸可考虑用于红外传感器132。在一些实施方式中，可利用范围从32×32到160×120的阵列尺寸的红外传感器132来实现红外传感器132。其他例子的阵列尺寸包括80×64、80×60、64×64以及64×32。可使用任何期望的尺寸。
有利的是，当利用这种相对小的阵列尺寸实现红外传感器组件128时，所述红外传感器组件128可以在无需对ROIC及相关电路进行较大变动的情况下，以相对高的帧率来提供图像帧。例如，在一些实施方式中，帧率的范围可以从大约120Hz到大约480Hz。
在一些实施方式中，阵列尺寸和帧率可以相对于彼此之间增减(例如，以成反比例的方式或者其他方式)，以使得较大的阵列实现为具有较低的帧率，而较小的阵列实现为具有较高的帧率。例如，在一个例子中，160×120的阵列可提供大约为120Hz的帧率。在另一个实施方式中，80×60的阵列可提供相应的大约为240Hz的较高的帧率。其他帧率也是可以考虑的。
通过阵列尺寸和帧率相对于彼此之间的增减，无论实际的FPA尺寸或者帧率为多少，FPA的行和/或列的特定读出定时都可以保持不变。在一个实施方式中，读出定时可以为大约每行或列63微秒。
如之前关于图8的讨论，红外传感器132捕获的图像帧可提供给帧平均器804，所述帧平均器804求多个图像帧的积分以提供具有低帧率(例如，大约30Hz、大约60Hz或者其他帧率)和改进的信噪比的图像帧802(例如，处理后的图像帧)。特别的，通过对由相对小的FPA提供的高帧率图像帧进行平均，可将图像帧802中由于低电压工作而产生的图像噪声有效的平均掉和/或显著的减少。因此，红外传感器组件128可以工作在由如所讨论的LDO1220提供的相对低的电压，并且在帧平均器804对产生的图像帧802进行处理之后，红外传感器组件128不会受到所述产生的图像帧802中的额外的噪声及相关的副作用的影响。
其他实施方式也是可以考虑的。例如，尽管示出了红外传感器132的单个阵列，但是可以预期的是，可一起使用多个这样的阵列以提供较高分辨率的图像帧(例如，一个场景可以在多个这样的阵列上成像)。这种阵列可设置在多个红外传感器组件128和/或设置在同样的红外传感器组件128中。如所描述的，每个这样的阵列均可工作在低电压，并且也可为每个这样的阵列配置相关的ROIC电路，以使得每个阵列仍然可以相对高的帧率工作。共享或者专用帧平均器804可对由这种阵列提供的高帧率图像帧进行平均，以减少和/或消除与低电压工作相关的噪声。因此，当工作在低电压时仍然可获得高分辨率红外图像。
在各种实施方式中，可将红外传感器组件128实现为合适的尺寸，以使得红外成像模块100能够与小形状因子的插座104(例如，用于移动装置的插座)一起使用。例如，在一些实施方式中，可将红外传感器组件128实现为范围为大约4.0mm×大约4.0mm到大约5.5mm×大约5.5mm(例如，在一个实施方式中，大约4.0mm×大约5.5mm)的芯片尺寸。可将红外传感器组件128实现为这种尺寸或者其他合适的尺寸，以使得能够与实现为各种尺寸的插座104一起使用，所述插座104的尺寸例如为：8.5mm×8.5mm、8.5mm×5.9mm、6.0mm×6.0mm、5.5mm×5.5mm、4.5mm×4.5mm和/或其他插座尺寸，例如，如本文之前引用的申请号为61/495,873的美国临时专利申请表1所示的那些尺寸。
在各种实施方式中，红外传感器组件128可通过集成电路来实现。与常规红外成像装置相比，这种集成电路可以以减少层和互连数量的紧凑形式提供。具体地，限定数量的金属层(例如，在一些实施方式中，不多于三个)可提供在有源电路部件和红外传感器组件128的红外传感器132之间。
例如，图14示出了根据本公开实施方式的红外传感器组件128的一部分的横截面图。具体地，图14示出了通过FPA的单个红外传感器132得到的、并示出下面的各种集成电路层的红外传感器组件128的横截面图。
红外传感器组件128可用布置在各层1401顶面上的红外传感器132来实现。层1401例如可用本文先前描述的红外传感器组件128的基板140来代表。层1401包括外延层1402、有源电路部件1408、绝缘层1404和1406A-D，以及金属层1410A-C。在层1401内部可适当地提供通孔1460A-D、附加层和/或附加部件。
如图14所示，有源电路部件1408可提供在外延层1402(例如，硅层)上和/或外延层1402中。在一些实施方式中，有源电路部件1408可以是ROIC402/1202的任何部件，诸如，例如偏置产生和定时控制电路404/1204、列放大器405/1205、列多路复用器406/1206、行多路复用器408/1208、输出放大器410/1210、偏置校正电路1212、LDO1220、开关电路1370和/或适当的各种部件。
在图14中，有源电路部件1408可用仅为实例目的提供的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)1420和1440来代表。就这方面而言，有源电路部件1408可包括许多附加的和/或其它类型的电路部件(例如，分布在其它红外传感器132下面和/或在红外传感器组件128的ROIC402/1202和/或其它部分中的别处)。例如，在一些实施方式中，许多有源电路部件1408可以以可横过红外传感器组件128的实质上单层部件(例如，如图14所示)提供。
将晶体管1420实现为包括源极/漏极区1422和1424、栅极1425(例如，包括氧化层1426和多晶硅层1428)、沟道区1430和N阱1432的PMOS晶体管。将晶体管1440实现为包括源极/漏极区1422和1444、栅极1445(例如，包括氧化层1446和多晶硅层1448)和沟道区1450的NMOS晶体管。还可以考虑有源电路部件1408的其它实现。
绝缘层1404提供在外延层1402上，并可被实现为例如硅层或二氧化硅层。有源电路部件1408可提供在绝缘层1404上和/或绝缘层1404中。
附加绝缘层1406A-D提供在绝缘层1404的上方，并可被实现为例如硅层和/或二氧化硅层。如所示，有源电路部件1408可提供在绝缘层1406A上和/或绝缘层1406A中。
金属层1410A-C布置在各绝缘层1406A-D之间。例如，在一些实施方式中，金属层1410A可布置在绝缘层1406A和1406B之间，金属层1410B可布置在绝缘层1406B和1406C之间，金属层1410C可布置在绝缘层1406C和1406D之间。
红外传感器132布置在绝缘层1406D的顶面上。有源电路部件1408、金属层1410A、金属层1410B、金属层1410C和红外传感器132被对应的各绝缘层1406A-D隔开，并通过穿过绝缘层1406A-D的各通孔1460A-D(例如，金属互连)互连。
例如，一组通孔1460A将金属层1410A与有源电路部件1408连接在一起，一组通孔1460B将金属层1410B与金属层1410A连接在一起，一组通孔1460C将金属层1410C与金属层1410B连接在一起，且一组通孔1460D将红外传感器132与金属层1410C连接在一起。虽然示出了特定通孔1460A-D，但可以使用更多或更少数量的通孔。例如，虽然将通孔1460A示出为将金属层1410A连接到有源电路部件1408的各源极/漏极区1422、1424、1442和1444，但可以提供附加通孔以将栅极1425和1445连接到金属层1410A(例如，在图14得到的特定横截面图中没有示出)。
虽然通孔1460A-D示出为连接邻近地层叠的有源电路部件1408、金属层1410A-C和红外传感器132，但可以提供附加通孔以将红外传感器组件128的各部分互连在一起。例如，在一些实施方式中，可提供其它通孔，以在不需要其它中间连接件的情况下，通过其它金属层1410A-C或其它通孔1460A-D直接将任何有源电路部件1408、金属层1410A-C和/或红外传感器132连接在一起。
通过由金属层1410A-C和通孔1460A-D(例如，大致在分别用箭头1403和1405确定的方向上的上下各层1401)提供的各个连接，可使信号在有源电路部件1408和红外传感器132之间按路线传送(例如，传递)。这种信号(例如，电流或电压)可包括，例如，偏置信号(例如，以偏置红外传感器132和/或各有源电路部件1408)、对应于由红外传感器132捕获的图像帧的信号和/或其它信号。
在一些实施方式中，金属层1410A可用于在邻近的或附近的有源电路部件1408之间提供局部连接以在它们之间按路线传送信号。例如，如图14所示，经由通孔1460A各个晶体管1420和1440连接到金属层1410A。金属层1410A可以实施有适当的信号路径(例如，在图14得到的特定横截面图中未示出)，以将存在于晶体管1420和1440上方的金属层1410A的各部分连接在一起。
在一些实施方式中，金属层1410B可用于在各有源电路部件1408，诸如，存在于红外传感器组件128的不同区域的有源电路部件块或组(例如，在大致的单层中相对于彼此基本上水平布置的各有源电路部件1408)之间提供区域连接。例如，在红外传感器组件128的不同区域，金属层1410B可连接到金属层1410A的不同部分(例如，经由通孔1460B)。信号可从局部的有源电路部件1408(例如，在一些实施方式中，晶体管1420和/或1440)经由通孔1460A按路线向上传送到金属层1410A和经由通孔1460B按路线向上传送到金属层1410B。金属层1410B可按路线传送这种信号至红外传感器组件128的远端区域。在远端区域中，信号可按路线传送到远端有源电路部件1408，经由通孔1460B从金属层1410B向下到金属层1410A，并经由通孔1460A向下到远端有源电路部件1408。
在一些实施方式中，金属层1410C可用于在各有源电路部件1408，诸如，存在于红外传感器组件128的不同区域的有源电路部件块或组(例如，在大致的单层中相对于彼此基本水平布置的和/或在多层中相对于彼此垂直布置的各有源电路部件1408)之间提供区域连接。例如，在红外传感器组件128的不同区域，金属层1410C可连接到金属层1410B的不同部分(例如，经由通孔1460C)，并且信号可经由通孔1460C在金属层1410B和1410C之间按路线传送。
在一些实施方式中，金属层1410C可用于在红外传感器132和红外成像模块128的其它部分(例如，有源电路部件1408和/或其它部分)之间提供连接。例如，在红外传感器组件128的不同区域，红外传感器132可连接至金属层1410C的不同部分(例如，经由通孔1460D)，并且经由通孔1460D信号可在红外传感器132和金属层1410C之间按路线传送。
因此，金属层1410A-C和通路1460A-D提供了导电路径的灵活且紧凑的互连网络，以在有源电路部件1408、红外传感器132和/或红外传感器组件128的其它部分的任何期望的组合之间按路线传送各种信号。
如所述的，红外成像模块100可被配置为以低电压级操作，且可用配置成以低功率操作的、和/或依据使红外成像模块100能够方便且有效地在各种类型的主机装置102，诸如移动装置和其它装置中实现的其它参数的电路来实现。将红外传感器组件128实现为在有源电路部件1408和红外传感器132之间最多有三层金属层(例如，金属层1410A、1410B和1410C)的FPA，提供了在常规实现之上的这些和各种其它优势。
例如，由于信号可经由最多三层金属层1410A-C和相关的通孔1460A-D在有源电路部件1408和红外传感器132之间传送，所以减少了电路连接的总长度。另外，通过使用以低电压运行的相对小的红外传感器132的阵列，可以减小由基本水平连接(例如，金属层1410A-C)表现出的电阻效果。就这方面而言，用以低电压运行的小的红外传感器132的阵列，可以减小从阵列基本水平(例如，经由金属层1410A-C)传送到接合垫(例如，接合垫142)的电流。由于这样降低了电流，所以可用更大的电阻实现基本水平的信号通路，且可用更少数量的金属层(例如，三层金属层1410A-C)实现红外传感器组件128。这与为减小水平电阻、在彼此的顶面上层叠大量金属层并用于按路线传送水平电流的常规实现形成了对比。
而且，将红外传感器组件128实现为在有源电路部件1408和红外传感器132之间最多有三层金属层的FPA，减小了红外传感器组件128的复杂性，这降低了制造成本并提高了制造产量。
可根据各种技术制造红外传感器组件128。虽然本文描述了根据各种过程制造的红外传感器组件128的层1401，但可以适当地使用其它过程。
图15示出了根据本公开实施方式的制造红外传感器组件128的过程。在操作1510中，形成外延层1402。在操作1520中，形成有源电路部件1408(例如，形成在外延层1402和/或绝缘层1404和1406A上和/或形成在外延层1402和/或绝缘层1404和1406A中)。例如，在各种实施方式中，可在外延层中形成一个或多个N-阱1432和/或P-阱，并且可在外延层1402的顶面上形成各种其它结构(例如，晶体管1420和1440的剩余部分)。虽然在图14中示出了几个实例结构，但可以如希望地形成任何集成电路部件。在一些实施方式中，作为操作1520的一部分，可形成绝缘层1404和/或1406A。
在操作1530中，形成绝缘层1406A-D、金属层1410A-C和通孔1460A-D。在一些实施方式中，作为操作1530的一部分，还可以形成绝缘层1404。在一些实施方式中，操作1530可被实现为像形成各种金属层1410A-C和它相关的绝缘层1406A-D和通孔1460A-D一样的重复过程。例如，在形成绝缘层1406A、通孔1460A和金属层1410A之后，可以在重复过程在它们上方形成剩余组的层。此后，在操作1540中，在绝缘层1406D的顶面上形成红外传感器132。在操作1550中，可形成红外传感器组件128的特定实现所需的附加结构(图14中未示出)。
虽然关于图14和15已描述了红外传感器组件128的特定结构，但可考虑其它实现。例如，可在图14示出的各层1401的上方、下方和/或之间，提供各种实现中所需的附加层。
虽然已描述了三层金属层1410A-C，但是可将本公开的原则应用于使用不同数量金属层的其它实施方式。例如，在一些实施方式中，红外传感器组件128可如各种实现所需的、用一层、两层、三层、四层、五层、六层或更多数量的金属层来实现。在合适的情况下，还可在这种实现中提供各种相关的通孔，以互连一层或多层这种金属层、有源电路部件1408和/或红外传感器132。
而且，仅为了实例的目的提供图14示出的特定电路。如此，可根据本公开实现其它类型的电路部件(例如，有源或无源)。
在合适的情况下，可通过硬件、软件或者硬件和软件的结合来实现本公开所提供的各种实施方式。同样的在合适的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可将本文所提出的各种硬件部件和/或软件部件合并为包括软件、硬件和/或二者的复合部件。在合适的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可将本文所提出的各种硬件部件和/或软件部件分离为包括软件、硬件或二者的子部件。另外，在合适的情况下，可以预期的是，软件部件能够实现为硬件部件，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/或数据可存储在一个或者多个非暂时性机器可读介质中。还可以预期的是，可使用一个或者多个通用或者专用计算机和/或计算机系统、网络和/或其他方式来实现本文所提及的软件。在合适的情况下，本文所描述的各种步骤的顺序可以改变、合并为复合步骤和/或分离为子步骤，以提供本文所描述的功能。
以上所描述的实施方式仅为了举例说明，而不是限制本实用新型。还应当理解的是，根据本实用新型的原理，许多修改和改变是可能的。因此，本实用新型的范围仅由下面的权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种具有带有集成金属层的红外成像器的系统，其特征在于，包括：
焦平面阵列集成电路，其包括：
适于成像场景的红外传感器的阵列；
多个有源的电路部件；
布置在所述电路部件上方且连接到所述电路部件的第一金属层；
布置在所述第一金属层上方且连接到所述第一金属层的第二金属层；
布置在所述第二金属层上方且在所述红外传感器下方的第三金属层，其中第三金属层被连接到第二金属层和红外传感器；
其中所述第一金属层、第二金属层和第三金属层是所述红外传感器和所述电路部件之间的焦平面阵列的仅有的金属层；和
其中所述第一金属层、第二金属层和第三金属层适于在所述电路部件和所述红外传感器之间按路线传送信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中：
所述电路部件包括包含有多个列放大器、列多路复用器和行多路复用器的读出集成电路；
所述信号对应于由所述红外传感器捕获的图像帧；和
所述第一金属层、第二金属层和第三金属层适于从所述红外传感器向所述读出集成电路按路线传送信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述电路部件包括偏置电路，其中所述信号包括经由所述第一金属层、第二金属层和第三金属层从所述偏置电路向所述红外传感器按路线传送的偏置电压。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，其中所述偏置电路适于响应于从1.5伏特至2.8伏特范围中选择的调节电压提供所述偏置电压。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，其中电路部件进一步包括低压差稳压器，其适于响应于从2.8伏特至11伏特范围中选择的外部供应电压向所述偏置电路提供所述调节电压。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述电路部件包括MOSFET晶体管。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述焦平面阵列集成电路进一步包括：
在所述有源的电路部件上方且在所述红外传感器下方的多层绝缘层，其中所述电路部件、所述第一金属层、所述第二金属层、所述第三金属层和所述红外传感器被对应的各个绝缘层隔开；
穿过所述绝缘层的第一层以将所述第一金属层连接到所述电路部件的第一组通孔；
穿过所述绝缘层的第二层以将所述第二金属层连接到所述第一金属层的第二组通孔；
穿过所述绝缘层的第三层以将所述第三金属层连接到所述第二金属层的第三组通孔；和
穿过所述绝缘层的第四层以将所述红外传感器连接到所述第三金属层的第四组通孔。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中：
所述信号是第一信号；
所述第二金属层适于在所述电路部件中的第一电路部件和第二电路部件之间按路线传送第二信号；和
其中所述第三金属层适于在所述电路部件中的第三电路部件和第四电路部件之间按路线传送第三信号。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中：
所述红外传感器是微测辐射热仪；
红外传感器的所述阵列尺寸为80乘60；和
所述系统是适于插入到尺寸小于8.5mm乘8.5mm的插槽中的红外成像模块。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括适于处理有意模糊的图像帧的处理器，其中所述模糊的图像帧包括与所述场景有关的模糊的热图像数据和由所述系统引入的噪声，其中所述处理器适于：
使用所述模糊的图像帧确定多个非均匀校正项，以减少所述噪声的至少一部分；和
将所述非均匀校正项应用于由所述红外传感器捕获的图像帧。
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