DE4329042B4 - Method for dynamically correcting the sensor characteristics of a matrix image sensor - Google Patents

Method for dynamically correcting the sensor characteristics of a matrix image sensor Download PDF

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Abstract

Verfahren zur dynamischen Korrektur der Sensor-Kennlinien eines Matrix-Bildsensors, die aus einer Anordnung von einzelnen Detektorelementen besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) der Bildsensor eine Abtastbewegung über ein beobachtetes Gesichtsfeld hinweg ausführt,
b) die dynamische Korrektur der Sensor-Kennlinien aus einem Vergleich der bei dieser Abtastbewegung von benachbarten Detektorelementen erhaltenen Signale in einer Bildverarbeitung durchgeführt wird und
c) die Signalstärke und zeitliche Koinzidenz der Signalinhalte benachbarter Detektorelemente zur Unterscheidung derjenigen Signalanteile, die durch den Bildinhalt des abgetasteten Gesichtsfeldes bestimmt sind, und der durch Unterschiede der Detektorelemente bestimmten Signalanteile analysiert werden.Method for the dynamic correction of the sensor characteristics of a matrix image sensor, which consists of an arrangement of individual detector elements,
characterized in that
a) the image sensor performs a scanning movement over an observed field of view,
b) the dynamic correction of the sensor characteristics is performed from a comparison of the signals obtained in this scanning movement from adjacent detector elements in an image processing, and
c) the signal strength and temporal coincidence of the signal contents of adjacent detector elements for distinguishing those signal components which are determined by the image content of the scanned field of view, and the signal components determined by differences in the detector elements.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Korrektur der Sensor-Kennlinien eines Matrix-Bildsensors.The The invention relates to a method for the dynamic correction of the sensor characteristics a matrix image sensor.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Korrektur von Sensor-Kennlinien bei Matrix-Bildsensoren, die im Infrarot-Spektralbereich arbeiten. Solche Matrix-Bildsensoren werden beispielsweise in passiven, bildverarbeitenden Infrarot-Zielsuchköpfen angewandt, durch welche Lenkflugkörper oder endphasengelenkte Geschosse auf ein Ziel gelenkt werden.Especially The invention relates to the correction of sensor characteristics for matrix image sensors operating in the infrared spectral range. Such matrix image sensors are used, for example, in passive, infrared imaging homing heads, through which guided missiles or end-directed missiles are directed to a target.

Die Matrix-Bildsensoren sind üblicherweise von einer zweidimensionalen Anordnung von Detektorelementen gebildet. Auf dieser Anordnung wird ein Bild eines beobachteten Szenariums erzeugt. Jedes der Detektorelemente liefert ein Signal nach Maßgabe der Helligkeit des durch das Detektorelement erfaßten Bildelements. Diese Signale werden digitalisiert und einer Bildverarbeitung unterworfen. Das Ausgangssignal hängt dabei von der Helligkeit des Bildelements nach einer Sensor-Kennlinie ab. Diese Sensor-Kennlinie ist von Detektorelement zu Detektorelement verschieden. Der durch die Strahlung aus dem Szenarium herrührenden Helligkeit des Bildelements kann außerdem Strahlung überlagert sein, die von flugkörperfesten Teilen, z.B. einem sich während des Fluges erwärmenden Dom, auf das Detektorelement fällt. Ein und dieselbe Helligkeit des Szenariumsbildes kann daher an den verschiedenen Detektorelementen zu unterschiedlichen Signalamplituden führen. Die Sensor-Kennlinien haben dadurch unterschiedlichen Versatz (offset) und unterschiedliche Steigung (gain). Diese Unterschiede der Sensor-Kennlinien führen dazu, daß der eigentlichen Bildinformation an dem Matrix-Bildsensor ein sensorbedingtes festes Muster überlagert ist. Man bezeichnet diesen Signalanteil als "Fixed Pattern Noise".The Matrix image sensors are usually of a two-dimensional array of detector elements formed. On this arrangement becomes an image of an observed scenario generated. Each of the detector elements provides a signal in accordance with the Brightness of the pixel detected by the detector element. These signals are digitized and subjected to image processing. The output signal depends on it from the brightness of the picture element to a sensor characteristic from. This sensor characteristic is from detector element to detector element different. The one resulting from the radiation from the scenario Brightness of the pixel can also be superimposed by radiation be that of missile-resistant Dividing, e.g. one during the Warming up the flight Dom, falls on the detector element. One and the same brightness of the scenario image can therefore be due to the different Detector elements lead to different signal amplitudes. The Sensor characteristics therefore have different offset and different slope (gain). These differences of the sensor characteristics to lead to that the actual image information on the matrix image sensor sensor-related superimposed solid pattern is. This part of the signal is called "Fixed Pattern Noise".

Es ist bekannt, solche Unterschiede in den Sensor-Kennlinien der einzelnen Detektorelemente mittels einer "Zweipunktkorrektur" zu korrigieren. Dabei wird das gesamte bildaufnehmende System mit dem Matrix-Bildsensor anhand von zwei homogenen Referenzflächen kalibriert. Unter der Annahme, daß die Sensor-Kennlinien mit ausreichender Genauigkeit als linear angesehen werden können, liefert diese Zweipunktkorrektur für jedes Detektorelement einen Korrekturwert für den Versatz und die Steigung der Sensor-Kennlinie.It is known, such differences in the sensor characteristics of each To correct detector elements by means of a "two-point correction". In the process, the entire image-capturing system is used with the matrix image sensor calibrated using two homogeneous reference surfaces. Under the Assumption that the Sensor characteristics with sufficient accuracy considered linear can be provides this two-point correction for each detector element one Correction value for the offset and the slope of the sensor characteristic.

Eine solche Kalibrierung ist für den praktischen Einsatz von passiven Infrarot-Zielsuchköpfen nicht geeignet. Insbesondere kann eine solche Kalibrierung nicht die Drift der Parameter berücksichtigen, die im realen Einsatzfall auftritt, oder Änderungen, die sich aus einer Veränderung des Schielwinkels des Matrix-Bildsensors relativ zur Struktur des Flugkörpers ergeben.A such calibration is for the practical use of passive infrared homing heads not suitable. In particular, such a calibration may not be the drift take into account the parameter that occurs in real use cases, or changes resulting from a change the squint angle of the matrix image sensor relative to the structure of missile result.

Es ist weiterhin bekannt, die Sensor-Kennlinien der Detektorelemente während der Fertigung des Systems in einem sehr aufwendigen Kalibrierungsprozess über den gesamten Arbeitsbereich zu vermessen. Die Sensor-Kennlinien werden in einem digitalen Speicher festgehalten. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig. Langzeitdriften und Einflüsse aus der Infrarot-Information selbst können damit nicht kompensiert werden.It is also known, the sensor characteristics of the detector elements while the production of the system in a very complex calibration process over the entire work area to be measured. The sensor characteristics are recorded in a digital memory. This procedure is very consuming. Long-term drift and influences from infrared information yourself can so that it can not be compensated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Unterschiede in den Sensor-Kennlinien der Detektorelemente eines Matrix-Bildsensors auf einfache Weise zu korrigieren.Of the Invention is based on the object, differences in the sensor characteristics of the detector elements a matrix image sensor in a simple way to correct.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass

  • a) der Bildsensor eine Abtastbewegung über ein beobachtetes Gesichtsfeld hinweg ausführt,
  • b) die dynamische Korrektur der Sensor-Kennlinien aus einem Vergleich der bei dieser Abtastbewegung von benachbarten Detektorelementen erhaltenen Signale in einer Bildverarbeitung durchgeführt wird und
  • c) die Signalstärke und zeitliche Koinzidenz der Signalinhalte benachbarter Detektorelemente zur Unterscheidung derjenigen Signalanteile, die durch den Bildinhalt des abgetasteten Gesichtsfeldes bestimmt sind, und der durch Unterschiede der Detektorelemente bestimmten Signalanteile analysiert werden.
According to the invention, this object is achieved in that
  • a) the image sensor performs a scanning movement over an observed field of view,
  • b) the dynamic correction of the sensor characteristics is performed from a comparison of the signals obtained in this scanning movement from adjacent detector elements in an image processing, and
  • c) the signal strength and temporal coincidence of the signal contents of adjacent detector elements for distinguishing those signal components which are determined by the image content of the scanned field of view, and the signal components determined by differences in the detector elements.

Der Grundgedanke der Erfindung ist folgender: Wenn ein Szenarium mittels des Matrix-Bildsensors weiträumig abgetastet wird, dann werden benachbarte Detektorelemente des Matrix-Bildsensors während dieser Abtastbewegung im Wesentlichen übereinstimmende Bildinhalte beobachten. Wenn ein Detektorelement z. B. bei einer Abtastbewegung nacheinander Wolken, freien Himmel und einen Wald erfasst, dann wird auch das benachbarte Detektorelement nacheinander Wolken, freien Himmel und Wald mit etwa den gleichen Helligkeitswerten erfassen. Die Signalverläufe der von den benachbarten Detektorelementen gelieferten Signale sind ähnlich, wenn sie auch im zeitlichen Ablauf und in der Signalform geringfügig voneinander abweichen mögen. Die Signalverläufe zeigen aber Unterschiede in der Signal-Fluktuation und der Mittelwerte der Signale. Solche Unterschiede sind im Wesentlichen durch Unterschiede der Sensor-Kennlinien der miteinander verglichenen, benachbarten Detektorelemente bedingt. Bei gleichen Sensor-Kennlinien sollten die Mittelwerte und die Signal-Fluktuationen der Signa le benachbarter Detektorelemente im Wesentlichen gleich sein. Aus solchen Unterschieden der Signalverläufe kann daher umgekehrt auf die Unterschiede der Sensor-Kennlinien geschlossen werden. Das ermöglicht einen Abgleich der Sensor-Kennlinien und damit eine Minimierung des "Fixed Pattern Noise". Dieser Abgleich kann im Betrieb des Matrix-Bildsensors vor beliebigem Hintergrund erfolgen und benötigt keine zusätzlichen Referenzflächen. Ein entscheidender Vorteil ist dabei, daß dieser Abgleich der Sensor-Kennlinien am jeweils aktuellen Arbeitspunkt des Matrix-Bildsensors erfolgt.The basic idea of the invention is as follows: If a scenario is scanned widely by means of the matrix image sensor, then adjacent detector elements of the matrix image sensor will observe substantially identical image contents during this scanning movement. If a detector element z. If, for example, during a scanning movement, clouds, free sky and a forest are detected successively, then the adjacent detector element will also successively detect clouds, free sky and forest with approximately the same brightness values. The signal curves of the signals supplied by the adjacent detector elements are similar, although they may differ slightly in terms of timing and signal form. However, the waveforms show differences in the signal fluctuation and the mean values of the signals. Such differences are mainly due to differences in the sensor characteristics of the compared, adjacent detector elements. For the same sensor characteristics, the Mittelwer te and the signal fluctuations of the Signa le adjacent detector elements to be substantially equal. From such differences in the waveforms can therefore be inferred vice versa on the differences of the sensor characteristics. This allows a comparison of the sensor characteristics and thus a minimization of the "Fixed Pattern Noise". This adjustment can take place in the operation of the matrix image sensor against any background and requires no additional reference surfaces. A decisive advantage is that this adjustment of the sensor characteristics takes place at the respective current operating point of the matrix image sensor.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.refinements The invention are the subject of the dependent claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.One embodiment The invention is described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail.

1 ist eine schematische Darstellung und veranschaulicht die Abtastbewegung über das von dem Matrix-Bildsensor beobachtete Szenarium hinweg mit drei unmittelbar benachbarten Detektorelementen. 1 Figure 4 is a schematic diagram illustrating the scanning movement over the scenario observed by the matrix image sensor with three immediately adjacent detector elements.

2 zeigt schematisch die Signalverläufe, die sich bei einer solchen Abtastbewegung an den drei benachbarten Detektorelementen ergeben. 2 schematically shows the waveforms that result in such a scanning movement at the three adjacent detector elements.

3 ist ein Ablaufdiagramm und veranschaulicht den Ablauf des Kalibrierverfahrens für Matrix-Bildsensoren. 3 is a flow chart and illustrates the flow of the calibration process for matrix image sensors.

4 zeigt die Vorrichtung zur Durchführung der dynamischen Korrektur. 4 shows the device for performing the dynamic correction.

In 4 ist mit 10 ein optisches System bezeichnet. Das optische System bildet ein im Unendlichen liegendes Szenarium auf einem Matrix-Bildsensor 12 ab. Der Matrix-Bildsensor 12 weist eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen mit Zeilen und Spalten auf. Jedes der Detektorelemente liefert ein Signal nach Maßgabe der Helligkeit des von dem Detektorelement erfaßten Bildelements entsprechend einer Sensor-Kennlinie dieses Detektorelements. Solche Matrix-Bildsensoren sind an sich bekannt und daher hier nicht im einzelnen beschrieben. Der Matrix-Bildsensor bildet einen Teil eines CCD und wird seriell, Detektorelement für Detektorelement, ausgelesen. Die so erhaltene analoge Bildinformation wird durch einen Analog-Digital-Wandler 14 in digitale Daten umgesetzt und einer digitalen Bildverarbeitung, dargestellt durch einen Block 16 zugeführt.In 4 is with 10 an optical system called. The optical system forms an infinite scenario on a matrix image sensor 12 from. The matrix image sensor 12 has a two-dimensional array of detector elements with rows and columns. Each of the detector elements provides a signal in accordance with the brightness of the pixel detected by the detector element in accordance with a sensor characteristic of that detector element. Such matrix image sensors are known per se and therefore not described in detail here. The matrix image sensor forms part of a CCD and is read out in series, detector element for detector element. The analog image information thus obtained is transmitted through an analog-to-digital converter 14 converted into digital data and a digital image processing, represented by a block 16 fed.

Das Signal, das von einem Detektorelement geliefert wird, hängt von der Helligkeit des von dem Detektorelement erfaßten Bildelements nach einer Sensor-Kennlinie ab. Die Sensor-Kennlinie kann im Bereich eines Arbeitspunktes näherungsweise als linear angesehen werden. Die Sensor-Kennlinie zeigt einen Versatz und eine Steigung. Versatz bedeutet dabei, daß einem Helligkeitskontrast null aus dem abgebildeten Szenarium ein endliches Signal des Detektorelements zugeordnet ist. Anteile dieses endlichen Signals können durch die Eigenschaften des Detektorelements bedingt sein. Das endliche Signal kann aber auch dadurch hervorgerufen werden, daß das Detektorelement ständig von einer konstanten Strahlung von der Struktur des Flugkörpers beaufschlagt ist. In dem letzteren Falle hängt der Versatz auch vom Schielwinkel des Matrix-Bildsensors relativ zu der Struktur ab. Die Steigung der Sensor-Kennlinie ist die Änderung des Signals bei einer Änderung der Helligkeit, also die Empfindlichkeit des Detektorelements. Die Sensor-Kennlinien der Detektorelemente sind von Detektorelement zu Detektorelement verschieden. Auch bei einer gleichmäßigen Ausleuchtung des Matrix-Bildsensors würde sich daher in der durch die Signale der Detektorelemente dargestellten Bildinformation ein Rauschen in Form eines festen Musters ergeben.The Signal supplied by a detector element depends on the brightness of the detected by the detector element pixel after a sensor characteristic from. The sensor characteristic may be considered approximately linear in the range of one operating point become. The sensor characteristic shows an offset and a slope. Offset means that one Brightness contrast zero from the depicted scenario a finite Signal is assigned to the detector element. Shares of this finite Signals can be conditioned by the properties of the detector element. The finite Signal can also be caused by the fact that the detector element constantly from a constant radiation from the structure of the missile applied is. In the latter case depends the offset also from the squint angle of the matrix image sensor relative to the structure. The slope of the sensor characteristic is the change the signal when changing the Brightness, so the sensitivity of the detector element. The sensor characteristics of the detector elements are different from detector element to detector element. Also at a uniform illumination of the matrix image sensor Therefore, in the illustrated by the signals of the detector elements Picture information result in a noise in the form of a fixed pattern.

Bei der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Anordnung werden die verschiedenen Kennlinien der Detektorelemente aneinander angeglichen. Zu diesem Zweck wird durch eine Verschwenkvorrichtung 18 eine weiträumige Verschwenkung des von dem Matrix-Bildsensor erfaßten Gesichtsfeldes eingeleitet. Das ist durch die Verbindung 20 in 4 angedeutet. Die Verschwenkvorrichtung 18 ist von einem Korrekturrechner 22 angesteuert. Das ist in 4 durch eine Verbindung 24 angedeutet.When referring to 4 described arrangement, the different characteristics of the detector elements are matched to each other. For this purpose, by a pivoting device 18 introduced a wide-scale pivoting of the field of view detected by the matrix image sensor. That's through the connection 20 in 4 indicated. The pivoting device 18 is from a correction calculator 22 driven. Is in 4 through a connection 24 indicated.

Der Korrekturrechner 22 bewirkt eine analoge Vorkorrektur von den Detektorelementen des Matrix-Bildsensors 12 nacheinander gelieferten analogen Signale. Die Signale, die an einem Ausgang 26 des Matrix-Bildsensors 12 erscheinen, liegen an einem Eingang eines Differenzverstärkers 28. An dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 28 liegt ein Signal von einem Digital-Analog-Wandler 30. Durch den Digital-Analog-Wandler 30 und den Differenzverstärker 28 kann dem Signal des Detektorelements ein konstanter Signalanteil überlagert werden. Dadurch kann der Versatz der Kennlinie des Detektorelements korrigiert werden. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 28 liegt an einem Verstärker 32 mit veränderbarem Verstärkungsgrad. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 32 ist durch ein analoges Steuersignal veränderbar, das von einem Digital-Analog-Wandler 34 geliefert wird. Das ist durch die Verbindung 36 in 4 angedeutet. Damit kann die Steigung der Kennlinie des Detektorelements korrigiert werden. Die Digital-Analog-Wandler 30 und 34 erhalten Eingangssignale von dem Korrekturrechner 22. Hierdurch werden Die Kennlinien der verschiedenen Detektorsignale des Matrix-Bildsensors 12 weitgehend aneinander angeglichen.The correction calculator 22 causes an analog pre-correction of the detector elements of the matrix image sensor 12 successively supplied analog signals. The signals connected to an output 26 of the matrix image sensor 12 appear, are located at an input of a differential amplifier 28 , At the other input of the differential amplifier 28 is a signal from a digital-to-analog converter 30 , Through the digital-to-analog converter 30 and the differential amplifier 28 can be superimposed on the signal of the detector element, a constant signal component. Thereby, the offset of the characteristic of the detector element can be corrected. The output signal of the differential amplifier 28 is located on an amplifier 32 with variable gain. The gain of the amplifier 32 is variable by an analog control signal, that of a digital-to-analog converter 34 is delivered. That's through the connection 36 in 4 indicated. Thus, the slope of the characteristic of the detector element can be corrected. The digital-to-analog converter 30 and 34 receive input signals from the correction computer 22 , As a result, the characteristics of the various detector signals of the matrix image sensor 12 largely aligned with each other.

Die Ausgangssignale des Verstärkers 32 liegen an dem Analog-Digital-Wandler 14. Die digitalen Ausgangsdaten des Analog-Digital-Wandlers 14 sind auf einen zweiten Korrekturrechner 38 geschaltet. Der Korrekturrechner 38 liefert an einem Ausgang 40 Eingangsdaten für die Bildverarbeitung 16.The output signals of the amplifier 32 are located on the analog-to-digital converter 14 , The digital output data of the analog-to-digital converter 14 are on a second correction computer 38 connected. The correction calculator 38 delivers at an exit 40 Input data for image processing 16 ,

Der Korrekturrechner 22 ist von einem Ausgang 42 der Bildverarbeitung 16 gesteuert.The correction calculator 22 is from an exit 42 the image processing 16 controlled.

Die Korrekturrechner 22 und 38 stehen über Verbindungen 44 und 46 in Datenaustausch.The correction calculator 22 and 38 are about connections 44 and 46 in data exchange.

Die weiträumige Schwenkbewegung des Matrix-Bildsensors 12 ist in 1 für drei Detektorelemente dargestellt. Die drei Detektorelemente sind in einer Zeile des Matrix-Bildsensors in den Spalten i-1, i und i+1 angeordnet. Die Detektorelemente bewegen sich bei der Schwenkbewegung längs dreier dicht nebeneinander parallel verlaufender Bahnen 48, 50 und 52. Diese Bahnen 48, 50, 52 überstreichen in dem beobachteten Szenarium beispielsweise zunächst Wolken 54, dann einen Bereich mit freiem Himmel 56 und schließlich einen Wald 58. Es treten dabei Signalverläufe Si-1(t), Si(t) und Si+1(t) auf, wie sie in 2 dargestellt sind.The long-range pivoting movement of the matrix image sensor 12 is in 1 shown for three detector elements. The three detector elements are arranged in a row of the matrix image sensor in columns i-1, i and i + 1. The detector elements move during the pivoting movement along three closely parallel adjacent tracks 48 . 50 and 52 , These tracks 48 . 50 . 52 In the observed scenario, for example, clouds are initially painted over 54 , then an open-air area 56 and finally a forest 58 , There are signal curves S i-1 (t), S i (t) and S i + 1 (t), as they appear in 2 are shown.

Es ist erkennbar, daß die drei Detektorelemente ähnliche Bildinhalte erfassen. Die Signalverläufe der Signale der verschiedenen Detektorelemente sollten daher ähnlich sein, auch wenn natürlich geringfügige Unterschiede auftreten. Der Wald mag in dem von dem Detektorelement i in einem bestimmten Zeitpunkt erfaßten Bildelement etwas dunkler sein als in dem benachbarten, von dem Detektorelement i-1 zu diesem Zeitpunkt erfaßten Bildelement. Es wird aber in beiden Fällen "Wald" erfaßt, so daß die Abweichung der Helligkeitswerte klein sein sollte. Insbesondere sollte aber der generelle Charakter der Signalverläufe über die gesamte abgetastete Bahn hinweg der gleiche sein. Mittelwerte und Fluktuationen der Signalverläufe sollten im wesentlichen übereinstimmen. Bei den schematisch dargestellten Signalverläufen Si-1(t) und Si(t) ist der generelle Charakter der Signalverläufe der gleiche. Es ist aber erkennbar, daß die Signalverläufe nicht genau übereinstimmen. Der Mittelwert der Signalverläufe ist unterschiedlich, und die Fluktuationen der Signale sind bei dem unteren Signalverlauf Si(t) kleiner als bei dem oberen Signalverlauf Si-1(t). Das ist zurückzuführen auf einen Versatz der Kennlinien der beiden Detektorelemente gegeneinander und eine unterschiedliche Steigung der Kennlinien, d.h. Empfindlichkeit der Detektorelemente. Die Mittelwerte und ein Maß für die Fluktuation der Signale kann dann dazu benutzt werden, die unterschiedlichen Kennlinien der Detektorelemente durch geeignete analoge Signale an dem Eingang des Differenzverstärkers 28 und der Verbindung 36, die den Verstärkungsgrad des Verstärkers 32 bestimmt, aneinander anzugleichen.It can be seen that the three detector elements detect similar image contents. The waveforms of the signals of the various detector elements should therefore be similar, although of course slight differences occur. The forest may be somewhat darker in the picture element detected by the detector element i at a certain time than in the adjacent picture element detected by the detector element i-1 at that time. However, in both cases, "forest" is detected, so that the deviation of the brightness values should be small. In particular, however, the general character of the waveforms should be the same throughout the entire scanned trajectory. Means and fluctuations of the waveforms should be substantially the same. In the case of the signal curves S i-1 (t) and S i (t) shown schematically, the general character of the signal curves is the same. However, it can be seen that the waveforms do not match exactly. The mean value of the waveforms is different and the fluctuations of the signals are smaller in the lower waveform Si (t) than in the upper waveform S i-1 (t). This is due to an offset of the characteristics of the two detector elements against each other and a different slope of the characteristics, ie sensitivity of the detector elements. The average values and a measure of the fluctuation of the signals can then be used to determine the different characteristics of the detector elements by means of suitable analog signals at the input of the differential amplifier 28 and the connection 36, which determines the gain of the amplifier 32 determined to align with each other.

Der Signalverlauf Si+1(t) des Detektorelements i+1 weicht von den Signalverläufen Si-1(t) und Si(t) deutlich ab. Er zeigt nicht den generellen Charakter dieser Signalverläufe, obwohl das nach dem Verlauf der Bahn 52 eigentlich zu erwarten wäre. Es sei angenommen, daß auch die übrigen benachbarten Detektorelemente, z.B. ein Detektorelement i+2 ähnliche Signalverläufe liefern wie die Detektorelemente i-1 und i. In diesem Fall kann auf einen Defekt des Detektorelements geschlossen werden. Das Signal Si+1(t) des defekten Detektorelements kann durch ein Signal ersetzt werden, das beispielsweise durch Interpolation aus den Signalen den benachbarten Detektorelemente gebildet wird.The signal curve S i + 1 (t) of the detector element i + 1 deviates significantly from the signal curves S i-1 (t) and S i (t). He does not show the general character of these waveforms, although that after the course of the train 52 actually expected. Let it be assumed that the other adjacent detector elements, for example a detector element i + 2, provide similar signal profiles to the detector elements i-1 and i. In this case, it can be concluded that a defect of the detector element. The signal Si + 1 (t) of the defective detector element can be replaced by a signal which is formed for example by interpolation from the signals of the adjacent detector elements.

Ein weiteres Kriterium für eine Störung an einem Detektorelement wird das Auftreten periodischer Signalanteile benutzt. Die weiträumige Abtastbewegung kann so gewählt werden, daß periodische Signalanteile aus der Bildinformation vermieden werden. Solche periodischen Signalanteile sind dann auf Sensorstörungen im Bereich der Elektronik zurückzuführen und können so identifiziert werden.One another criterion for a disorder at a detector element, the occurrence of periodic signal components used. The long-range Scanning motion can be selected be that periodic signal components be avoided from the image information. Such periodic signal components are then on sensor disturbances attributed in the field of electronics and can be identified.

Für den Abgleich der Kennlinien muß eine Referenz vorgegeben werden. Es muß eine Kennlinie eines Detektorelementes bestimmt werden, auf welche die Kennlinien der anderen Detektorelemente abgeglichen werden.For the balance the characteristic curves must have a reference be specified. It has to be one Characteristic of a detector element are determined, to which the Characteristics of the other detector elements are adjusted.

Zu diesem Zweck werden zunächst zwei benachbarte Detektorelemente ausgewählt, die eine deutliche Signalfluktuation und eine gute Koinzidenz der Signalverläufe zeigen. Die ausgewählten Detektorelemente sollen weiterhin möglichst keine periodischen Signalanteile liefern. Es sollen Für diese Detektorelemente auch keine sonstigen Fehlermeldungen aus dem Sensorsystem vorliegen. Diese ausgewählten Detektorelemente dienen als Referenz-Detektorelemente. Für die Referenz-Detektorelemente werden der Signalmittelwert und die Signalfluktuation bestimmt. Unter Berücksichtigung dieser Werte wird für die Referenz-Detektorelemente eine lineare Kennlinie eingestellt, die durch den aktuellen Arbeitspunkt geht und optimal an den Übertragungsbereich der nachgeschalteten Signalverarbeitung angepaßt ist. Da die so bestimmte Kennlinie unmittelbar im Bereich des aktuellen Arbeitspunktes liegt, ist eine lineare Näherung ausreichend genau.To this purpose will be first two adjacent detector elements selected, which has a significant signal fluctuation and show a good coincidence of the waveforms. The selected detector elements should continue as possible provide no periodic signal components. It should be for this Detector elements also no other error messages from the sensor system available. These selected Detector elements serve as reference detector elements. For the reference detector elements are the signal mean and the signal fluctuation are determined. Considering these values will be for the reference detector elements a linear characteristic set by the current operating point goes and optimally to the transmission range of downstream signal processing is adjusted. Because the so determined Characteristic curve lies directly within the range of the current operating point, is a linear approximation sufficiently accurate.

Anschließend werden für ein weiteres, abzugleichendes Detektorelement, das zu einem Referenz-Detektorelement benachbart ist, der Mittelwert des Signals und die Signalfluktuation bestimmt. Dieser Mittelwert des Signals und diese Signalfluktuation werden mit den entsprechenden Werten des Referenz-Detektorelements verglichen. Das gestattet es, die Kennlinie des abzugleichenden Detektorelements in der in 4 angedeuteten Weise mittels des Differenzverstärkers 28 und des regelbaren Verstärkers 32 an die Kennlinie des Referenz-Detektorelementes anzupassen. Das so abgeglichene Detektorelement bildet nun seinerseits ein neues "Referenz-Detektorelement" für ein weiteres, dem abgeglichenen Detektorelement benachbartes Detektorelement.Subsequently, for a further detector element to be matched, which is adjacent to a reference detector element, the mean value of the signal and the signal fluctuation. This average value of the signal and this signal fluctuation are compared with the corresponding values of the reference detector element. This allows the characteristic of the detector element to be adjusted in the in 4 indicated manner by means of the differential amplifier 28 and the adjustable amplifier 32 to adapt to the characteristic of the reference detector element. The thus calibrated detector element in turn forms a new "reference detector element" for a further, the matched detector element adjacent detector element.

Auf diese Weise werden in einem Rekursionsverfahren ausgehend von den Referenz-Detektorelementen die Kennlinien der übrigen Detektorelemente nacheinander an die Kennlinien der Referenz-Detektorelemente angeglichen. Der Korrekturbereich wächst dabei näherungsweise kreisförmig um die Referenz-Detektorelemente herum an, bis der gesamte Matrix-Bildsensor 12 korrigiert ist.In this way, in a recursion method, starting from the reference detector elements, the characteristics of the remaining detector elements are successively adjusted to the characteristic curves of the reference detector elements. The correction area grows approximately circularly around the reference detector elements around until the entire matrix image sensor 12 corrected.

Dabei können auch, wie beschrieben, Defekte an einzelnen Detektorelementen festgestellt und durch Interpolation "geheilt" werden.there can also, as described, detected defects on individual detector elements and be "healed" by interpolation.

Die beschriebene Abgleichprozedur wird wiederholt, sei es während des Durchlaufens einer einzigen Abtastbahn, sei es mit mehrfachem Durchlaufen der Abtastbahn. Nach einem ersten Abgleich der Kennlinien aller Detektorelemente sollten auch die Signalverläufe benachbarter Detektorelemente mit ihren Mittelwerten und Signalfluktuationen weitgehend übereinstimmen. Es ergibt sich jedenfalls eine Konvergenz. Aus den nach mehreren Durchgängen verbleibenden Abweichungen der Signalverläufe kann auf die erreichte Genauigkeit des Abgleichs geschlossen werden. Wenn eine ausreichende Genauigkeit erreicht ist, wird der Abgleichvorgang abgeschlossen.The The adjustment procedure described is repeated, whether during the Passing a single scan path, be it with multiple passes the scanning path. After a first comparison of the characteristics of all Detector elements should also have the signal characteristics of adjacent detector elements their mean and signal fluctuations are broadly in line. In any case, there is a convergence. From the after several crossings remaining deviations of the signal curves can be achieved on the Accuracy of the adjustment to be closed. If sufficient Accuracy is reached, the adjustment process is completed.

Der Abgleichvorgang kann aber auch fortlaufend weitergeführt werden. Der Abgleichvorgang kann auch durch ein Gütekriterium aus der Bildverarbeitung jederzeit wieder aktiviert werden.Of the Adjustment process can also be continued continuously. The adjustment process can also be performed by a quality criterion from image processing be reactivated at any time.

Es gibt Anwendungen, bei denen keine strukturierte Bildinformation zur Verfügung steht. Der Bildhintergrund stellt dann eine homogene Referenzfläche dar. Dieser Fall liegt beispielsweise vor, wenn ein Punktziel in Form eines Flugzeugs vor einem homogenen Hintergrund (klarem Himmel) erfaßt werden soll. Diese Situation führt keineswegs zu einem Versagen des beschriebenen Abgleichverfahrens. Anhand der Bewertungskriterien insbesondere für die zeitliche Koinzidenz der Signale benachbarter Detektorelemente wird erkannt, daß es sich um einen Fall mit Rauschbegrenzung handelt. Durch das Abgleichverfahren werden die Werte des Versatzes der Kennlinien gut aneinander angeglichen. Die Rauschwerte werden auf einen über das Bildfeld des Matrix-Bildsensors 12 gleichen Pegel gebracht. Das ist das richtige Abgleichverfahren für die Erfassung von Punktzielen vor homogenem Hintergrund, da hierbei Schwellwerte vorgegeben werden, die aus den Rauschpegeln abgeleitet sind. Sobald strukturierte Bildinformation im Bildfeld des Matrix-Bildsensors auftritt, können in der beschriebenen Weise die Steigungen der Kennlinien im aktuellen Arbeitspunkt bestimmt werden. Da die Korrektur in den aktuellen Arbeitspunkten erfolgt, ist die für die Bestimmung der Steigungen der Kennlinien erforderliche Genauigkeit gering.There are applications where structured image information is not available. The background image then represents a homogeneous reference surface. This case is, for example, when a point target in the form of an aircraft in front of a homogeneous background (clear sky) is to be detected. This situation in no way leads to a failure of the described matching method. On the basis of the evaluation criteria, in particular for the temporal coincidence of the signals of adjacent detector elements, it is recognized that this is a case with noise limitation. Due to the adjustment method, the values of the offset of the characteristic curves are well matched to one another. The noise values are applied to one via the image field of the matrix image sensor 12 same level brought. This is the correct matching method for the detection of point targets in front of a homogeneous background, as this thresholds are given, which are derived from the noise levels. As soon as structured image information occurs in the image field of the matrix image sensor, the slopes of the characteristic curves in the current operating point can be determined in the manner described. Since the correction takes place in the current operating points, the accuracy required for determining the slopes of the characteristic curves is low.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Abgleichverfahrens:
Es erfolgt eine Initialisierung durch die Bildverarbeitung 16 (4). Das ist in 3 durch das Rechteck 60 dargestellt. Dadurch wird eine Abtastbewegung angeregt, wie sie durch die Kurven 48, 50 und 52 in 1 angedeutet ist. Das ist in 3 durch das Rechteck 62 dargestellt. Die Abtastbewegung kann durch die in vielen Systemen wie Zielsuchköpfen sowieso vorhandenen mechanischen Mittel zum Verschwenken des Momentan-Gesichtsfeldes des Matrix-Bildsensors 12 angeregt werden. Es konnen aber auch Nick- Gier- oder Rollbewegungen eines Sensorträgers wie eines Lenkflugkörpers oder eines endphasengelenkten Geschosses angeregt werden. Dieses Verfahren ist insbesondere bei Systemen mit starrem Sensor günstig. Bei vielen Lenkflugkörpern und endphasengelenkten Geschossen sind für eine ausreichend weiträumige Abtastbewegung des Matrix-Bildsensors 12 sowieso Restschwingungen in Nick-, Gier- und Rollrichtung aufgrund der Flugmechanik vorhanden. Dadurch kann der Abgleichprozess fortlaufend und parallel zu der "normalen" Bildverarbeitung durchgeführt werden. 3 shows a flowchart of the adjustment method:
It is initialized by the image processing 16 ( 4 ). Is in 3 through the rectangle 60 shown. This stimulates a scanning movement, as seen through the curves 48 . 50 and 52 in 1 is indicated. Is in 3 through the rectangle 62 shown. Scanning motion can be accomplished by the mechanical means, which is present anyway in many systems, such as homing heads, for pivoting the instantaneous field of view of the matrix image sensor 12 be stimulated. However, pitching or rolling motions of a sensor carrier such as a guided missile or an end-phase guided missile may also be excited. This method is particularly favorable in systems with a rigid sensor. In many missiles and Endphasengelenkten projectiles are for a sufficiently spacious scanning movement of the matrix image sensor 12 anyway residual vibrations in the pitch, yaw and roll direction due to the flight mechanics available. As a result, the adjustment process can be carried out continuously and in parallel with the "normal" image processing.

Aus Signalverläufen, welche für die verschiedenen Detektorelemente während der Abtastbewegung erhalten werden, werden die Mittelwerte der Signale gebildet. Außerdem werden die Signalfluktuationen ausgewertet. Das ist in 3 durch das Rechteck 64 dargestellt.From signal traces obtained for the various detector elements during the scan, the mean values of the signals are formed. In addition, the signal fluctuations are evaluated. Is in 3 through the rectangle 64 shown.

Die Signale werden bewertet. Referenz-Detektorelemente werden ausgewählt. Das ist in 3 durch das Rechteck 66 dargestellt. Bei der Bewertung werden Statusinformationen von dem Sensorsystem verarbeitet. Das ist in 3 durch einen Pfeil 68 angedeutet. Das Vorliegen einer Rauschbegrenzung bei homogenem Hintergrund wird angezeigt. Das ist in 3 durch einen Pfeil 70 angedeutet.The signals are evaluated. Reference detector elements are selected. Is in 3 through the rectangle 66 shown. In the evaluation, status information is processed by the sensor system. Is in 3 through an arrow 68 indicated. The presence of a noise limit on a homogeneous background is displayed. Is in 3 through an arrow 70 indicated.

Die Kennlinien der Detektorelemente werden in der beschriebenen Weise rekursiv aneinander angeglichen. Das ist in 3 durch das Rechteck 72 dargestellt. Defekte Detektorelemente werden angezeigt. Das ist in 3 durch einen Pfeil 74 angedeutet.The characteristic curves of the detector elements are recursively adjusted to one another in the manner described. Is in 3 through the rectangle 72 shown. Defective detector elements are activated shows. Is in 3 through an arrow 74 indicated.

Bei der Wiederholung des Abgleichverfahrens wird die Konvergenz geprüft, d.h. die verbleibenden Unterschiede der Signalverläufe benachbarter Detektorelemente. Das ist in 3 durch das Rechteck 76 dargestellt.In the repetition of the alignment process, the convergence is checked, ie the remaining differences in the signal characteristics of adjacent detector elements. Is in 3 through the rectangle 76 shown.

Bei Erreichen einer vorgegebenen Genauigkeit oder dann, wenn eine weitere Verbesserung der Genauigkeit nicht mehr eintritt, wird das Abgleichverfahren abgebrochen. Das ist in 3 durch das Rechteck 78 dargestellt. Die erzielte Genauigkeit wird ausgegeben. Das ist in 3 durch einen Pfeil 80 angedeutet.If a given accuracy is reached, or if further improvement in accuracy no longer occurs, the adjustment process is aborted. Is in 3 through the rectangle 78 shown. The achieved accuracy is output. Is in 3 through an arrow 80 indicated.

Claims (7)

Verfahren zur dynamischen Korrektur der Sensor-Kennlinien eines Matrix-Bildsensors, die aus einer Anordnung von einzelnen Detektorelementen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Bildsensor eine Abtastbewegung über ein beobachtetes Gesichtsfeld hinweg ausführt, b) die dynamische Korrektur der Sensor-Kennlinien aus einem Vergleich der bei dieser Abtastbewegung von benachbarten Detektorelementen erhaltenen Signale in einer Bildverarbeitung durchgeführt wird und c) die Signalstärke und zeitliche Koinzidenz der Signalinhalte benachbarter Detektorelemente zur Unterscheidung derjenigen Signalanteile, die durch den Bildinhalt des abgetasteten Gesichtsfeldes bestimmt sind, und der durch Unterschiede der Detektorelemente bestimmten Signalanteile analysiert werden.Method for dynamic correction of the sensor characteristics of a matrix image sensor, which consists of an array of individual detector elements, characterized in that a) the image sensor carries out a scanning movement over an observed field of view, b) the dynamic correction of the sensor characteristics from a Comparing the signals obtained in this scanning movement from adjacent detector elements in an image processing; and c) the signal strength and temporal coincidence of the signal contents of adjacent detector elements to distinguish those signal components determined by the image content of the scanned field of view and the signal components determined by differences in the detector elements to be analyzed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Detektorelement die Signalmittelwerte und die Signalfluktuationen bestimmt werden.Method according to claim 1, characterized in that that for each detector element the signal averages and the signal fluctuations be determined. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) für ein ausgewähltes Paar von benachbarten Detektorelementen die Arbeitspunkte und Kennlinien aneinander angepasst werden und b) ausgehend von diesem ausgewählten Paar von Detektorelementen fortschreitend die Kennlinien und Arbeitspunkte jeweils angrenzender Detektorelemente an den Arbeitspunkt und die Kennlinie des ausgewählten Paares angepasst werden.Method according to claim 2, characterized, that a) for a selected one Pair of adjacent detector elements the operating points and characteristics together be adapted and b) starting from this selected pair From detector elements progressively the characteristics and operating points each adjacent detector elements to the operating point and the Characteristic of the selected Couple are adjusted. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Paar von ausgewählten Detektorelementen nach den Bewertungskriterien ausgewählt wird, dass die Signalfluktuation möglichst groß und die zeitliche Koinzidenz der Signalverläufe möglichst gut ist.Method according to claim 3, characterized that said pair of selected detector elements according to the evaluation criteria is selected, that the signal fluctuation as big as possible and the temporal coincidence of the waveforms is as good as possible. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Vergleich des Signalverlaufs eines Detektorelements mit den Signalverläufen mehrerer benachbarter Elemente defekte Detektorelemente festgestellt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that from the comparison of the signal waveform of a detector element with the signal curves several adjacent elements detected defective detector elements become. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung eines Defekts eines Detektorelementes aus den Signalen der benachbarten Detektorelemente rechnerische Signalwerte für das defekte Detektorelement gebildet werden.Method according to claim 5, characterized in that that upon detection of a defect of a detector element the signals of the adjacent detector elements computational signal values for the defective detector element are formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass periodische Signalanteile bei der Bildverarbeitung unterdrückt werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that periodic signal components are suppressed during image processing.
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