ES2227571T3 - Dispositivo de formacion de imagen termica. - Google Patents

Abstract

UN DISPOSITIVO REPRODUCTOR INFRARROJO TERMICO (10) INCLUYE UN DETECTOR TERMICO (50) QUE TIENE UNA PLURALIDAD DE ELEMENTOS DETECTORES ESPACIADOS AGRUPADOS LINEALMENTE SEPARADOS (50'', 50'''',50''''''...). UN ESCENARIO PARA SER VISTO SE ESCANEA A TRAVES DEL DETECTOR (50) CON COMPAS SUCESIVOS DEL ESCENARIO DESPLAZADOS DE ACUERDO AL ESPACIO ENTRE LOS ELEMENTOS DETECTORES ADYACENTES (50'',50'''',50''''''...) PARA CAPTURAR INFORMACION DE IMAGEN PARA EL ESCENARIO ENTERO POR ENLACES DE SUCESIVAS LINEAS DE BARRIDO DESDE LA PLURALIDAD DE ELEMENTOS DETECTORES (50'', 50'''', 50''''''...). CADA BARRIDO COMPLETO DE LA ESCENA VISUALIZADA A TRAVES DEL DETECTOR (50) CREA UN CAMPO DE IMAGEN QUE INCLUYE UNA LINEA DE BARRIDO PARA CADA ELEMENTO DETECTOR (50'', 50'''', 50''''''...). CADA LINEA DE BARRIDO INCLUYE PUNTA MULTIPLE, O ELEMENTOS DE IMAGEN DE LA ESCENA VISUALIZADA, CADA UNA TIENE UN VALOR INDICATIVO DEL BRILLO DE INFRARROJO TERMICO DE LA ESCENA VISUALIZADA A LA SITUACION CORRESPONDIENTE A LA LARGO DE LA LINEA DE BARRIDO. UNASUMA DE LINEA DE BARRIDO PARA CADA LINEA DE BARRIDO SE CREA AÑADIENDO LOS VALORES ABSOLUTOS DE LOS VALORES DE LAS PUNTAS PARA CADA LINEA DE BARRIDO. LA MEDIA DE ESTAS SUMAS DE BARRIDO SE EMPLEA COMO UN FACTOR DEL CONTROL DE GANANCIA PARA CONTROLAR EL BRILLO DE LA IMAGEN VISIBLE QUE REPLICA LA ESCENA VISUALIZADA. POSTERIORMENTE, EL VALOR DE UNA MEDIA DE LAS SUMAS DE LAS LINEAS DE BARRIDO SE USA PARA LIMITAR LAS VARIACIONES DE GANANCAI QUE PODRIA SER DE OTRA FORMA EFECTUADA LAS MEDIAS DE LA SUMA DE LINEAS USADAS PARA CONTROLAR EL FACTOR DE GANANCIA. EN CONSECUENCIA, CUANDO UNA FUENTE DE COLOR ALTAMENTE RADIANTE (COMO UN FUEGO) LOCALIZADO ESTA DENTRO DEL CAMPO DE VISTA DEL DISPOSITIVO DE REPRODUCCION TERMICA, ENTONCES EN AREAS FUERA DE LA IMAGEN DESDE EL BRILLO CAUSADO POR EL FUEGO DE LA IMAGEN NO LLEGA A SER OSCURA Y UNA IMAGEN VISIBLE DE BUENOS CONTRASTES SE MANTIENE PERMITIENDO LAS CARACTERISTICAS DE LA IMAGEN QUE SERA VISUALIZADA.

Description

Dispositivo de formación de imagen térmica.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención corresponde al campo de los dispositivos de formación de imagen. Más particularmente, esta invención se refiere a dispositivos para recibir luz infrarroja invisible procedente de una escena ambiental, y para proporcionar una imagen de luz visible que reproduce dicha escena.

Tecnología relacionada con ésta

Se dispone desde hace muchos años de dispositivos de visión nocturna. Una categoría de estos dispositivos de visión nocturna convencionales utiliza tecnología de intensificación de imagen. Esta tecnología consiste en el uso de un dispositivo conocido en general como tubo intensificador de imagen. Dicho tubo es esencialmente un dispositivo intensificador y modificador de frecuencia que recibe la luz ambiental, cuya luz puede incluir luz visible demasiado débil para permitir una visión natural (es decir, los denominados telescopios de "luz estelar"), o luz invisible próxima a la infrarroja en una primera banda de frecuencia, y que responden proporcionando una imagen visible muy intensificada en una luz fosforescente monocroma de amarillo verdoso.

Dicho dispositivo de visión nocturna intensificador de imagen convierte la luz ambiental disponible de baja intensidad en una imagen visible, que puede ser utilizada por una persona usuaria del dispositivo para observación o para apuntar un arma, por ejemplo bajo condiciones de luz demasiado débil para permitir la observación de una escena ambiental con visión natural. Estos dispositivos de visión nocturna intensificadores de imagen requieren una cierta luz residual, tal como la luz de la luna o de las estrellas en el ambiente en que actúen. Esta luz es en general rica en radiación próxima a la infrarroja, que es invisible por el ojo humano. La presente generación de telescopios de visión nocturna utilizan una "ventana" que responde fotoeléctricamente,. conocida como fotocátodo, que responde a la luz ambiental débil o invisible enfocada en esta "ventana" desde una escena invisible, para proporcionar una formación de fotoelectrones que fluye como una carga de espacio movida bajo la influencia de un campo electrostático aplicado, y que reproduce la escena que se está observando. Esta formación de fotoelectrones es proporcionada a una placa de microcanal, que amplifica dicha formación de electrones a un nivel mucho más alto. Para llevar a cabo esta amplificación en la placa de microcanal, la formación de fotoelectrones es introducida en una multitud de pequeños canales (o microcanales) que se abren sobre las superficies opuestas de la placa. Mediante la emisión secundaria de electrones desde las superficies interiores de estos canales es producida una lluvia de electrones en configuración correspondiente a la imagen de nivel bajo. La lluvia de electrones, a una intensidad muy por encima de la producida por el fotocátodo, es dirigida luego sobre una pantalla fosforescente, de nuevo mediante la aplicación de un campo electrostático. El fósforo de la pantalla produce una imagen de luz visible, que reproduce la imagen de bajo nivel.

Los tubos intensificadores de imagen han evolucionado desde los denominados de "Generación I", a los más recientes de la "Generación III", que proporcionan mayor amplificación de la luz disponible y mayor sensibilidad a la luz infrarroja algo más profunda dentro de la parte infrarroja del espectro. No obstante, estos dispositivos intensificadores de imagen se limitan en cuanto a la profundidad dentro de la parte infrarroja del espectro, a aquélla en la pueden trabajar.

Otra categoría de dispositivo de visión nocturna convencional está representada por los dispositivos de formación de imagen térmica en una disposición de plano focal enfriado criogénicamente. Estos dispositivos utilizan un detector que responde fotoeléctricamente, que es enfriado a una temperatura dentro de un cierto margen criógeno para reducir el ruido térmico indeseado. El detector incluye una pluralidad de elementos detectores, o "pixeles", cada uno de los cuales proporciona una señal eléctrica indicadora del flujo de luz infrarroja que cae sobre el elemento detector. Algunos de dichos dispositivos utilizan una disposición de plano focal de observación amplia y fija, mientras que otros tienen una disposición de plano focal lineal de elementos detectores, y requieren el uso de un explorador o scanner para mover secuencialmente partes de la escena observada a través del detector. En cada caso, debido a que el detector es enfriado a temperaturas criógenas, puede proporcionar una respuesta eléctrica a la luz infrarroja invisible, mucho más profunda dentro de la parte infrarroja del espectro de lo que es posible con los dispositivos intensificadores de imagen. La señal eléctrica proporcionada por dicho detector debe ser tratada y convertida en una imagen visible. A tal fin, muchos de tales dispositivos de esta categoría han utilizado tubos de rayos catódicos, visualizadores de cristal líquido, y otras de dichas tecnologías de visualización, para proporcionar una imagen visible al usuario de ellos.

Convencionalmente, ha sido conocido en la técnica de los dispositivos de formación de imagen térmica promediar el nivel de la señal procedente de la escena ambiental, con objeto de controlar la ganancia aplicada a las señales de la imagen procedentes de dicha escena. Esta señal de ganancia promediada tiene en cuenta todas las fuentes térmicas en el campo de visión del dispositivo convencional, y aplica un factor de ganancia destinado a proporcionar el mejor contraste promediado para una vista de la escena. Estos factores de corrección de ganancia han sido calculados en base a un histograma de los niveles de la señal, sobre un valor medio de raíz de dichos niveles, y sobre el valor absoluto del promedio de la señal. No obstante, ha de tenerse en cuenta que en el espacio ambiental existe un contraste muy bajo en el espectro infrarrojo térmico. El grado de contraste disponible es análogo al de la observación de un conejo blanco sentado sobre un campo cubierto de nieve. Además, puede imaginarse la dificultad de ver a este conejo si el sol está bajo en el horizonte detrás del conejo y el reflejo sobre la nieve. Para personas de visión normal, las pupilas del ojo se contraen debido a la luz brillante procedente del sol. En esta situación, la pequeña diferencia de contraste entre el conejo y el campo nevado hará prácticamente imposible ver a aquél.

De igual modo, con un dispositivo de formación de imagen térmica convencional, un objeto caliente o fuego de fuerte radiación en el campo de visión, actúa como el sol, lo que hace que la ganancia aplicada a la escena observada se reduzca (al igual que cerrar la pupila de un ojo). En consecuencia, todos los demás objetos de la escena se oscurecen. Aún en emplazamientos de la escena lejos del fuego brillante y caliente, las características de dicha escena no pueden ser obtenidas debido a que el factor de ganancia es reducido hasta el punto de que toda la imagen, excepto el fuego, es oscura y sin contraste. Además, debido en especial al contraste muy bajo en el espacio ambiental observado en la parte infrarroja térmica del espectro, un punto caliente comparativamente pequeño en el campo de visión de un dispositivo de formación de imagen infrarroja térmica convencional puede hacer que dicha imagen se oscurezca tan seriamente, que todas las demás características de interés de la escena carezcan de contraste, y efectivamente no aparezcan en la imagen, Estos objetos de los que no se forma imagen son efectivamente invisibles para el usuario de dicho dispositivo convencional.

Un dispositivo de la categoría de formación de imagen infrarroja térmica es conocido de acuerdo con la patente de EE.UU. núm. 4.873.442, concedida el 10 de Octubre de 1989 a Robert W. Klatt (citada de aquí en adelante como la patente .442). El dispositivo de la patente .442 utiliza un sensor con una formación lineal de detectores elementales, cada uno de ellos separado del elemento detector inmediatamente adyacente una distancia aproximadamente igual al tamaño de los propios elementos detectores a todo lo largo de la formación lineal. De acuerdo con ello, el sensor puede captar aproximadamente la mitad de la información de imagen procedente de la escena u objeto del espacio de cada campo, o explorar con el sensor a través de dicho espacio del objeto. No obstante, para detectar y compensar la falta de uniformidad en la respuesta de los elementos detectores, la patente .442 enseña superponer las líneas de exploración de todos los elementos detectores en sucesivos campos de exploración, de modo que cada campo pierde información de imagen de al menos un elemento detector. Es decir, que ningún campo de la patente .442 utiliza todos los elementos detectores para responder a la señal (información de imagen) procedente de la escena. Al menos un elemento detector en un extremo de la formación lineal explora un espacio fuera del espacio del objeto, y proporciona información de imagen no útil. De acuerdo con el ejemplo expuesto en la patente .442, cada campo pierde una parte fraccional de su información de imagen máxima posible, cuya fracción es igual a 1/n, siendo n el número de elementos detectores. Los restantes n-1 elementos detectores son utilizados para captar la mitad de la información de imagen procedente del espacio del objeto por cada campo. Cada campo presenta así un 90 por ciento de la información de imagen que podría contener si se utilizasen todos los elementos detectores. De acuerdo con ello, cada cuadro de dos campos de la patente .442 presenta una imagen completa del espacio del objeto, pero representa sólo el 90 por ciento de la información de imagen que podría proporcionar si todos los elementos detectores fuesen utilizados en cada cuadro. Adicionalmente, el número posible de líneas de resolución que el sensor puede proporcionar no es utilizado del todo por la patente .442.

Otra desventaja significativa de esta categoría de dispositivo de visión nocturna es la requerida para el enfriamiento criógeno del detector. Los dispositivos anteriores de esta categoría utilizaban un recipiente Dewer, dentro del cual tenía que disponerse un suministro de fluido criógeno (tal como nitrógeno líquido) por el usuario del dispositivo. La utilidad de dichos dispositivos resultaba seriamente limitada por el requerimiento del relleno ocasional del refrigerante criógeno. Dispositivos posteriores de este tipo han utilizado enfriamiento criógeno desarrollado por enfriadores de ciclo Sterling inverso. No obstante, dichos enfriadores requieren una considerable cantidad de energía, no carecen de su propio mantenimiento y de problemas de fiabilidad, y en general son ruidosos.

La solicitud de patente de Reino Unido núm. 2.248.742 describe un dispositivo térmico de formación de imágenes que incluye una formación detectora que responde a la radiación térmica infrarroja. Dicha formación detectora cuenta con una pluralidad de elementos detectores separados dispuestos linealmente que definen cooperativamente una dimensión en longitud de dicha formación detectora. Un dispositivo explorador explora una escena observada a través de la pluralidad de elementos detectores en una dirección en general perpendicular a la dimensión longitudinal. Cada uno de la pluralidad de elementos detectores proporciona la correspondiente señal eléctrica individual indicadora de la radiación térmica infrarroja que incide sobre ellos, y los elementos detectores individuales de dicha pluralidad varían entre sí. El dispositivo de formación de imágenes térmicas comprende: una conexión eléctrica de corriente continua individual desde cada uno de la pluralidad de elementos detectores al correspondiente de una pluralidad de amplificadores analógicos de ganancia variable. Un circuito de compensación responde a las diferencias en las señales eléctricas procedentes de elementos detectores identificados de la pluralidad de ellos que han explorado la misma parte de la escena observada para proporcionar una respectiva señal de compensación para los elementos detectores identificados. Unos circuitos electrónicos aplican las respectivas señales de compensación a la pluralidad de circuitos electrónicos conectados a los respectivos elementos detectores de la pluralidad de ellos, para reducir al mínimo las diferencias. Una pluralidad de amplificadores analógicos de ganancia variable reciben la corriente de señales analógicas indicadoras del flujo térmico de radiación infrarroja incidente sobre la formación detectora. Una pluralidad de circuitos de corrección de ganancia proporcionan una señal de corrección de ganancia que controla el valor de la ganancia de los respectivos amplificadores analógicos de ganancia variable de la pluralidad de ellos.

La solicitud de patente de EE.UU. núm, 4.334.244 describe un sistema amplificador de imagen adaptable en el que se calcula la diferencia entre el valor promediado y un valor medio.

Sumario de la invención

A la vista de las deficiencias de la tecnología convencional, un objeto principal de esta invención es evitar una o más de dichas deficiencias.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de formación térmica de imágenes que tenga un aparato de corrección de ganancia que responda tanto al promedio del valor absoluto de las señales de imagen procedentes de la escena observada, como a la media de dichos valores absolutos de señal de imagen, de modo que un punto caliente comparativamente pequeño en el campo de visión del dispositivo no haga que la totalidad de la imagen se oscurezca y se pierda el contraste.

De acuerdo con un aspecto, la presente invención proporciona un dispositivo de formación de imagen térmica que incluye una formación detectora que responde a la radiación térmica infrarroja, cuya formación detectora tiene una pluralidad de elementos detectores dispuestos linealmente, un dispositivo explorador que explora la escena observada a través de la pluralidad de elementos detectores, y que individualmente y en respuesta a la radiación infrarroja incidente, cada uno de la pluralidad de elementos detectores proporciona la correspondiente de una pluralidad de señales detectoras; cuyo aparato de formación de imagen térmica comprende: un circuito de valor absoluto que proporciona una pluralidad correspondiente de señales de valor absoluto, cada una de las cuales indica el respectivo valor absoluto de una de la pluralidad de señales detectoras durante una exploración de la escena observada a través del detector, un circuito promediador que proporciona una señal de valor promediado indicadora del promedio de la pluralidad de señales de valor absoluto, un circuito compilador de valor medio que proporciona una señal de valor medio indicadora de la media de la pluralidad de señales de valor absoluto, y un aparato de corrección de ganancia que proporciona una pluralidad correspondiente de señales detectoras corregidas de ganancia y que responden tanto a la señal de valor promediado como a la señal de valor medio, con objeto de establecer la ganancia de dicho aparato de corrección de ganancia a un nivel que presenta un oscurecimiento excesivo de la escena visualizada, mediante la aplicación de una señal compensatoria de aumento de ganancia.

Estos y otros objetos y ventajas adicionales de la presente invención serán apreciados en la lectura de la siguiente descripción detallada de al menos un ejemplo de realización preferida de la invención, tomada en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que con los mismos números de referencia se indican características similares, o características que son análogas entre sí en su estructura o función.

Descripción de los dibujos

La fig. 1 es una representación esquemática de los componentes físicos que cooperan funcionalmente de un dispositivo de formación de imagen térmica que materializa la invención.

La fig. 2 es un diagrama de bloques de un dispositivo de formación de imagen térmica de acuerdo con la invención.

Las figs. 3a y 3b corresponden respectivamente a una vista exterior y a una vista despiezada en perspectiva de un dispositivo de formación de imagen térmica que materializa la invención.

La fig. 4 es una vista esquemática de un sensor de disposición lineal utilizado en una realización de la invención que aquí se describe.

Las figs. 5a y 5b presentan respectivamente un diagrama esquemático de las facetas de un espejo explorador del dispositivo de formación de imagen térmica que materializa la invención, y una tabla de las familias de ángulo de faceta del espejo, junto con la identificación de tres miembros de esta familia de ángulos de faceta que tienen un ángulo de referencia de faceta o uno de un par de ángulos de faceta de transposición.

La fig. 6 es una tabla de exploración secuencial del espacio de imagen para tres cuadros sucesivos, cada uno de los cuales tiene cuatro campos secuenciales.

Las figs. 7 y 8 presentan unos diagramas de bloque relacionados que muestran el circuito de tratamiento de señal y la metodología utilizada para conseguir una detección y compensación económicas y no uniformes, así como un control del nivel de brillo de la escena global en un aparato de observación de acuerdo con la presente invención; y

La fig. 9 presenta un diagrama de bloques del circuito utilizado para el control de ganancia de la imagen de vídeo en el dispositivo de formación térmica de imágenes que materializa la presente invención.

Descripción detallada de un ejemplo de realización preferida de la invención Resumen general

En la fig. 1 se muestra esquemáticamente un dispositivo 10 de formación de imagen térmica, con sus componentes físicos de funcionalidad cooperativa suspendidos en el espacio y sin mostrar el alojamiento de soporte (cuyo alojamiento está, por supuesto, incluido en una realización física del dispositivo), de modo que estos componentes y el diagrama del trazado de los rayos de luz en el dispositivo pueden ser observados también. Vista la fig. 1 en detalle, el dispositivo de formación de imagen térmica incluye un grupo óptico de objetivo indicado en general con el número 12. Este grupo óptico de objetivo incluye varias lentes (indicadas con las referencias 12', 12'', 12''', etc.), las cuales son transparentes a la luz en la banda espectral de interés (pero no necesariamente transparentes a la luz visible). El grupo óptico 12 de objetivo está apuntado hacia una escena ambiental que ha de ser observada, de modo que luz infrarroja procedente de esta escena (indicada por la flecha de número 14) pueda ser recibida y enfocada por este grupo óptico. Se entiende que el grupo óptico 12 de objetivo de la fig. 1 es representativo solamente, y que dicho grupo puede ser retirado y reemplazado con ópticas de objetivo de configuraciones diferentes, como se describirá. El grupo óptico 12 de objetivo concentra y dirige la luz recibida a través de una ventana 16, la cual es parte permanente de una porción 18 del sensor básico del dispositivo 10. En conjunción con el alojamiento (que se describe más adelante) de la porción 18 del sensor básico, esta ventana 16 limita una cámara obturada 20 en la que son recibidos casi todos los restantes componentes del dispositivo 10, como se ilustra en la fig. 1.

Dentro de la cámara 20 del alojamiento es recibido un explorador o scanner 22. Este scanner 22 incluye un bastidor 24, de configuración en general triangular o de trípode, visto en planta. El bastidor 24 del scanner incluye una parte 26 de pared superior triangular 26, y tres partes 28 de pata pendiente, de las que sólo dos son visibles en la fig. 1. Portado por la porción 26 de pared hay un motor del scanner, indicado en general con el número 30. Este motor 30 del scanner incluye un árbol de accionamiento giratorio extendido verticalmente (no visible en el dibujos), que porta accionablemente un espejo de exploración 32 de facetas múltiples, circular y a modo de disco. El espejo de exploración 32 incluye varias facetas o caras 32a, 32b, etc. dispuestas hacia fuera y circunferencialmente, de las que sólo unas pocas se ven en los dibujos. Este espejo 12 de exploración gira en un plano en general horizontal, para reflejar la luz 14 recibida a través de la ventana 16 y del grupo óptico 12 de objetivo hacia un grupo de óptica de imagen, indicado en general con el número 34. Ha de apreciarse que debido al giro del espejo explorador 32, la facetas 32a, 32b, etc., cambian continuamente su ángulo en el plano horizontal con respecto a la escena observada a través del grupo óptico 12 de objetivo.

Considerando con gran detalle el grupo óptico 34 de imagen, se aprecia que la luz (flecha 14) reflejada desde una faceta del espejo explorador 32 pasa a través de una lente 36 y hacia un par de espejos 38, 40 en ángulo y espaciados verticalmente. El espejo 40 refleja esta luz a través de un par de lentes adicionales 42 y 44, hacia una ventana 46 portada por el recipiente Dewar 48. Este recipiente Dewar 48 incluye un alojamiento aislante térmicamente, indicado con línea de trazos y la referencia 48'. Dicho recipiente Dewar 48 aloja un detector 50 de infrarrojos de plano focal lineal, que tiene una multitud de pequeños detectores de infrarrojos dispuestos linealmente, indicados en conjunto en la fig. 1 con la línea vertical 50' sobre el detector 50. Cada uno de los elementos detectores 50' del detector 50 proporciona la correspondiente de una multitud de señales eléctricas, cada una de las cuales es indicadora del nivel de flujo de luz infrarroja que llega al elemento detector particular. Estas señales eléctricas son proporcionadas hacia fuera del recipiente Dewer 48 mediante una interfaz eléctrica (que se describirá), e indicada en la fig. 1 con la línea de trazos 52.

Para enfriar el detector 50 a una temperatura suficientemente baja de modo que los electrones excitados térmicamente (en oposición a los electrones excitados por fotones de luz infrarroja que llegan al detector 50) no produzcan un nivel de ruido indeseablemente alto que podría ocultar la deseada señal de imagen fotoeléctrica, el recipiente Dewer 48 incluye un enfriador 54 de efecto Peltier invertido de etapas múltiples (es decir, termoeléctrico). El enfriador termoeléctrico 54 tiene una cara de enfriamiento en la que está montado el detector 50 para ser enfriado, y una cara de caldeo en relación de transferencia térmica con un disipador térmico indicado con el número 56. En la realización física del dispositivo 10 de formación de imagen, el disipador térmico 56 está definido por una parte metálica del alojamiento para el dispositivo 10, como se apreciará. Se entiende que debido al cambio continuo en los ángulos de cada faceta 32a, 32b, etc., del espejo explorador 32, al girar éste en un plano horizontal, la escena reflejada desde cada faceta particular barre horizontalmente a través de la formación lineal de elementos detectores 50' (es decir, perpendicularmente a la formación lineal vertical de dichos elementos detectores). Los elementos detectores 50' proporcionan como respuesta señales eléctricas (a través de la interfaz 52) que son indicadoras de los niveles de flujo de una luz infrarroja que llega a los correspondientes elementos detectores 50' de la pluralidad de ellos desde una porción particular de la escena durante cualquier barrido de una parte de dicha escena por medio del detector 50.

Para proporcionar una parte visible que sea observada por un usuario del dispositivo 10 de formación de imagen, un módulo 58 de una formación de proyección de diodos emisores de luz (LEDs) es portado por una parte 60 de la pestaña abierta del bastidor de exploración 26. Este módulo 58 de formación de proyección de LEDs incluye una formación lineal 62 de dichos LEDs, la cual incluye una multitud de LEDs individuales (no visibles en la fig. 1 pero indicados con el número de flecha 62), cada uno de los cuales emite individualmente luz visible cuando es activado. Los LEDs 62' de la formación 62 están dispuestos linealmente a lo largo de una línea vertical, de modo similar a la disposición lineal de los elementos detectores 50' del detector 50. Los LEDs 62' proporciona las partes respectivas de una imagen visible, como se apreciará. La luz procedente de los LEDs 62' es dirigida y proyectada por un grupo de lentes de proyección, indicado en general con el número 64, sobre una faceta del espejo 32, como se indica con los números de referencia de flecha 14'. Los números 14 y 14' son utilizados intencionadamente con respecto a la luz infrarroja invisible que porta la información de imagen procedente de una escena, y la luz visible reproduce dicha escena para ser observada por un usuario del dispositivo 10.

Desde el espejo 32 (es decir, desde una faceta 32' particular de este espejo), la luz visible procedente de los LEDs 62' es reflejada hacia un grupo de lentes oculares, indicado en general con el número 66. Dicho grupo 66 de lentes oculares incluye varias lentes individuales, indicadas con las respectivas referencias numéricas 66', 66'', etc. Junto con dichas lentes 66', 66'', etc., una unidad 68 de visualización de estado está interpuesta en el grupo 66 de lentes oculares. Esta unidad 68 de visualización de estado define una abertura a través de la cual es percibida la imagen visible, e incluye varios LEDs individuales que cuando se iluminan son visibles periféricamente por el usuario del dispositivo 10. Estos LEDs individuales están indicados con las referencias 68', 68'', etc. Finalmente, el dispositivo 10 de formación de imágenes incluye un par de obturadores 70 de la pieza ocular. Estos obturadores 70 están cerrados por empuje o tracción para evitar las emanaciones de luz procedentes del dispositivo 10 cuando la cara del usuario no presiona contra un miembro de la pieza ocular desplazable (que se describe más adelante). Cuando dicho usuario presiona contra el miembro de la pieza ocular desplazable, los obturadores 70 se abren para permitir que aquél observe la imagen de luz visible proporcionada por el módulo visualizador de proyección de los LEDs, y el espejo giratorio 32.

Pasando ahora a la fig. 2, en ella se muestra un diagrama de bloques esquemático y funcional del dispositivo 10 de formación de imágenes. Este dispositivo 10 de formación de imagen térmica está dividido en partes funcionalmente modulares, como se indica por las cajas definidas por líneas que rodean los diversos componentes del dispositivo, y algunos de los módulos incluyen varios submódulos o componentes. El módulo 72 trata tanto la luz invisible como la luz visible, e incluye el grupo 12 de óptica de objetivo que recibe la luz infrarroja invisible 14 procedente de una escena que ha de ser observada, el explorador o scanner 22, y el grupo 34 de óptica de imagen que dirige la luz invisible hacia el detector 50. Este módulo 72 de dirección de la luz recibe también luz visible procedente de la formación 62 de LEDs, e incluye el grupo 64 de lentes de proyección que proyecta esta luz hacia el scanner 22, y el grupo ocular de lentes 66 proporciona la imagen a un usuario del dispositivo.

El módulo de detección 74 está encerrado dentro del recipiente Dewar 48, y recibe la luz infrarroja invisible enfocada 14 procedente de la escena que ha de ser observada. Este módulo 74 incluye el detector 50, junto con el circuito de lectura 76, y proporciona canales múltiples de señal 78 de imagen eléctrica (un canal por cada elemento detector de la formación 50 de detector lineal, según la descripción anterior) a un circuito multiplexor (MUX) 80. El MUX 80 proporciona la salida 52 de interfaz eléctrica en forma de señal de imagen analógica en serie. El módulo detector 74 incluye también un circuito de activación 82 que proporciona órdenes de control al circuito de lectura 76. Una memoria sólo de lectura eléctricamente programable y borrable (EEPROM) 84 está incluida en el módulo de detección 74 para almacenar localmente y proporcionar datos sobre el funcionamiento del circuito de lectura 76, y proporciona factores de compensación localmente para un cierto número de compensaciones de control de ganancia y de no uniformidad, en conexión con el detector 50 de infrarrojos. Como puede verse en la fig. 2, los diversos circuitos del módulo 74 tienen una interfaz eléctrica con otros módulos del dispositivo 10.

Las señales 52 de imagen analógica en serie proporcionadas por el módulo 74 son recibidas por un procesador de señal analógica (ASP) 86, que está situado en un módulo 88 de tratamiento y control (P&C). Una señal 90 de imagen analógica en serie tratada es proporcionada por el ASP 86 a un convertidor de analógico a digital (ADC) 92. Una señal 94 de imagen digital en serie tratada resultante es proporcionada a un generador de temporización 96. Este generador 96 tiene una interfaz con el circuito multiplexor 80, para el control del tiempo de funcionamiento de este circuito. Una memoria 98 de cuadro está en interfaz con el generador de temporización, de modo que la información de imagen que es global para la escena que se está observando pueda ser almacenada y recuperada para uso al proporcionar el ajuste de ganancia, contraste, y otros factores de compensación utilizables en el tratamiento de las señales de imagen obtenidas desde el módulo 74 de detección. El generador de temporización 96 proporciona también un sistema ancho de señal de control de dicha temporización, indicado con la referencia 100. Esta señal de control de temporización es utilizada para accionar otras diversas características del dispositivo 10 de formación de imagen, incluido el control de la velocidad de giro y posición del espejo 32, de modo que se logre una correlación en tiempo del funcionamiento del detector 50, el espejo 32, y la formación 62 de LEDs.

Una señal 102 de imagen digital en serie, compensada y correlacionada en tiempo, es proporcionada por el generador de temporización 96 al módulo de visualización 104. Este módulo de visualización 104 incluye el módulo 58 de la formación de LEDs de proyección, junto con un circuito activador 106 para recibir la señal 102 y activar los LEDs individuales 62' en respuesta a dicha señal. Una memoria sólo de lectura, programable y borrable eléctricamente (EEPROM) 108 tiene una interfaz con el circuito activador 106 para recibir y almacenar para uso futuro valores que han de ser empleados en el funcionamiento del dispositivo 10. Por ejemplo, la EPROM 108 puede ser utilizada para almacenar información de estas dimensiones del espacio, lo que permitirá al dispositivo 10 ser utilizado para estimar distancias a personal o vehículos de tamaño conocido. Para proporcionar al usuario del dispositivo 10 de formación de imágenes información útil adicional, tal como líneas de tamaño comparativo separadas para personas y tipos diversos de vehículos, de modo que puedan ser estimados los alcances, o con un retículo de varias clases y tamaños de acuerdo con la distancia a un objeto que se está observando y el uso que se está haciendo del dispositivo 10 en un momento particular, el módulo visualizador 102 incluye también otra memoria sólo de lectura, programable y borrable eléctricamente (EEPROM) 110 para almacenar dicha información sobre la imagen. Esta información, seleccionada por el usuario del dispositivo 10, es proporcionada a un circuito 112 generador de simbología, que a su vez proporciona una señal 114 de simbología 114 a la formación 62 de LEDs. Dicha formación 62 incluye diodos emisores de luz (LEDs) separados para recibir la señal 114.

Para completar esta descripción del dispositivo 10 de formación de imágenes como se ilustra en la fig. 2, ha de hacerse notar que el dispositivo 10 incluye un módulo 116 de entrada-salida (I/O). Este módulo I/O 116 permite a un usuario del dispositivo 10 introducir órdenes a través de un juego de controles 118 accesibles exteriormente, tal como un juego de conmutadores pulsadores de contacto momentáneo, que pueden ser accionados desde el exterior del alojamiento del dispositivo 10. Los controles 118 tienen una interfaz con un microprocesador 118, que es una parte del sistema de control distribuido, que incluye también otro microprocesador 122 en el módulo 88 de P&C. Los microprocesadores 120 y 122 tienen una interfaz con las EEPROMs 108 y 110, junto con los circuitos servidos por los datos y órdenes almacenados en estas EEPROMs. El microprocesador 120 tiene una puerta 120' de interfaz de datos accesible exteriormente, de modo que todos los datos y programas almacenados en los microprocesadores 120, 122, y las EEPROMs en interfaz con estos microprocesadores, y los circuitos servidos, sean insertados y cambiados mediante acceso a la puerta 120'. Finalmente, se aprecia que el módulo P&C 88 proporciona entrada de energía al sistema desde una fuente de alimentación, tal como un paquete de baterías 124. El convertidor de energía de DC/DC 126 proporciona energía a los diversos módulos y componentes del dispositivo 10, a niveles de corriente y tensión apropiados. Uno de los circuitos alimentado desde el convertidor 126 es un controlador 128 para el enfriador termoeléctrico 54.

Pasando ahora a las figs. 3a y 3b, es presentado en ellas una realización física en unas vistas en perspectiva exterior y despiezada, respectivamente. El dispositivo 10 de formación de imágenes incluye un alojamiento 130 de cámara de dos piezas. Este alojamiento incluye dos piezas 130a y 130b que cooperan obturadamente (a través de un miembro obturador intermedio 132) para limitar la cámara 20 dentro de este alojamiento. La parte 130a del alojamiento 130 está fabricada de metal colado no magnético (por ejemplo aluminio), tiene forma que se asemeja a una L en su sección transversal, y proporciona una parte 134 de pared inferior, una parte 136 de pared lateral, y un par abierto de partes de pared opuestas anterior (138) y posterior (140). Esta parte 130a del alojamiento proporciona un disipador de calor para el enfriador termoeléctrico 54, y una base (es decir, en realidad un banco óptico) en el que están montados los componentes óptico y otros del dispositivo 10, como se apreciará.

La parte 138 de pared anterior de la parte 130a del alojamiento define una parte reentrante 142, que define hacia delante un rebaje algo cónico (no visible en el dibujo), y que en su extremo posterior porta la ventana 16 de la abertura 144 de esta pared. El grupo óptico 12 de objetivo es portado en esta pared anterior 138 por un alojamiento 146 que en su extremo posterior define una parte cónica 148 para recepción dentro del rebaje anterior de la parte 130a del alojamiento. El alojamiento 146 está acoplado retirablemente a la parte 130 del alojamiento, para conectar con el grupo óptico 12 de objetivo en su emplazamiento apropiado, y es retirable también de modo que una óptica de potencia diferente pueda ser adaptada a la parte sensora 18. En la abertura 150 de la parte 140 de pared posterior, el grupo 66 de lentes oculares es portado obturadamente en una parte 152 del alojamiento.

Dentro de la cámara 20 del alojamiento 130, el scanner 24 está sujeto a la pared inferior 134 mediante tres tornillos 154, cada uno de los cuales pasa a través del respectivo orificio extendido verticalmente definido centralmente con respecto a una correspondiente de las tres patillas 28 del bastidor 24 del scanner. Estos tornillos se acoplan a rosca respectivamente en los orificios definidos por la pared inferior 134. Capturado entre los extremos inferiores 134 de las patillas del bastidor 24 del scanner y la pared inferior 134 del alojamiento 130 hay un conjunto electrónico 156. Este conjunto electrónico 156 incluye una placa de circuito y muchos de los dispositivos de circuito separados e integrados que incluyen el microcontrolador 122, que son necesarios para efectuar las funciones expuestas con respecto a las figs. 1 y 2. Montado también en la parte inferior 130 del alojamiento, además de los componentes y módulos ya identificados, indicados en la fig. 3b con sus números de referencia ya citados, hay un conjunto de cable electrónico 158. Este cable porta una puerta 12' de interfaz de datos accesible exteriormente, y el conectador para ella se extiende obturadamente a través de un orificio dispuesto en la parte 130b de alojamiento, como se aprecia en esta figura.

Un módulo electrónico de control 160 con su propio conjunto de cable va montado también en el alojamiento 140 y proporciona los conmutadores 118 de entrada de control de contacto momentáneo y el microcontrolador 120, identificados con respecto a la fig. 2. Finalmente, recibidos en el alojamiento 130 y circunscritos a la parte reentrante 142 de la pared frontal 138 hay un conmutador de lámina magnético y un conjunto 162 de cable. Este conjunto de cable con sus diversos conmutadores de lámina que responden magnéticamente, actúan bajo la acción de uno o más imanes portados en los respectivos emplazamientos por varios de los grupos ópticos de objetivo que pueden ser utilizados con el sensor básico 18. Estos imanes están situados en emplazamientos particulares (es decir, en una posición codificada) sobre cada juego de lentes de objetivo, con objeto de proporcionar al usuario niveles diferentes de amplificación de una escena distante y diferente simbología, apropiada para el uso particular para el que el juego de lentes de objetivo al que se adapta el sensor 18. Cuando el sensor básico responde a la instalación de un grupo de lentes particular, se proporciona al usuario automáticamente una simbología y otros ajustes internos del funcionamiento del sensor 18. Los conmutadores de lámina son capaces también de detectar los emplazamientos particulares de los imanes sobre los grupos de lentes (con lo que se identifica así el grupo de lentes particular) a través de una parte 138 de pared frontal no magnética del alojamiento 130. Por tanto, no es necesaria una entrada física de un operador para identificar un grupo de lentes particular para el sensor 18, y la cámara 20 permanece obturada.

Observando ahora la parte 130b del alojamiento, se aprecia en ella que esta parte define un rebaje 164 de compartimiento de batería en una parte posterior de dicho alojamiento 130. Este rebaje se abre tanto hacia arriba como hacia atrás sobre la parte 130b del alojamiento 130b. La batería 124 es recibida dentro del rebaje 164, y está cubierta obturadamente en este rebaje por un miembro de puerta abisagrado 166, con un miembro obturador intermedio 168. La puerta 166 tiene forma parecida a una L vista lateralmente, y está abisagrada adyacente a su borde posterior a la parte 130b del alojamiento. La puerta 166 porta un dispositivo 170 de pestillo adyacente a su extremo anterior, y está acoplada retirablemente a un rebaje de esta parte del alojamiento, para retener la puerta 166 en su posición cerrada, como se aprecia en la fig. 3a.

Corrección de no uniformidad del elemento detector y control global del nivel de imagen

Pasando ahora a la fig. 4, en ella se aprecia que el detector 50 incluye un sustrato semiconductor 172, sobre el cual están definidos los elementos detectores 50'. Estos elementos detectores 50' son de tamaño limitado (es decir, aproximadamente de 50 micrómetros y se muestran como rectangulares con iguales dimensiones de borde (es decir, cuadrados), aunque otras configuraciones geométricas de los detectores 50' pueden ser utilizadas con igual éxito dentro del alcance de la presente invención. Los elementos detectores 50' pueden ser definidos sobre el sustrato 172 mediante deposición química de vapor u otras técnicas de fabricación de semiconductores apropiadas, con el uso de un material fotoconductivo que responde a los rayos infrarrojos, tal como, por ejemplo, tellururo de cadmio y mercurio. Estos elementos detectores 50' se hacen más conductivos en respuesta al flujo de luz infrarroja incidente. En consecuencia, cada elemento detector 50' proporciona una respectiva señal eléctrica indicadora de un flujo de luz infrarroja (fotones) incidente sobre el elemento detector durante el intervalo de muestreo. Con fines de identificación, los elementos detectores 50' son designados con el sufijo n, el cual varía de 1 a 40 desde la parte superior a la inferior del detector 50. Dicho detector 50 incluye 40 elementos detectores 50', cada uno de ellos espaciado del elemento detector inmediatamente adyacente una separación vertical igual sustancialmente a tres veces la dimensión vertical de borde del detector 50'. Es decir, que los bordes adyacentes de los elementos 50' están separados aproximadamente 150 micrómetros, o un espacio suficiente para permitir que tres elementos detectores adicionales sean insertados entre elementos detectores adyacentes, con los lados adyacentes tocándose.

Las figuras 5a y 5b presentan primero una representación esquemática del espejo explorador 32, con una representación en la línea 174 del ángulo de una faceta 32a, etc., del espejo 32 con respecto a la perpendicular al plano de giro de este espejo. El ángulo de la línea 174 está exagerado en la fig. 5a, de modo que el lector pueda apreciar que la faceta asociada del espejo 32 está en ángulo para reflejar la luz incidente con un ángulo seleccionado con respecto al plano de dicho espejo 32. Cada una de las facetas 32a, 32b, 32c, etc., del espejo 32 forman un ángulo selectivo para mover verticalmente la escena reflejada al ser proyectada sobre el detector 50 un cuarto de la distancia de separación entre elementos detectores adyacentes 50', en comparación con la posición de la escena reflejada por las facetas adyacentes. La fig. 5b muestra que las facetas 32a, 32b, 32c, etc. están dispuestas en familias, con los miembros de la primera familia dispuestos adyacentes entre sí secuencialmente en torno al espejo 32, y seguidos en secuencia inmediata por la segunda familia de facetas, y así sucesivamente en torno al espejo 50. Cada faceta 32a, 32b, etc., a medida que gira el espejo 32 explora la escena observada a través del detector 50, cuyo detector capta un cuarto de esta imagen como campo de imagen, y cada familia de facetas crea un cuadro completo de información de imagen, como se describe en detalle más adelante.

Observando más la fig. 5b, se aprecia que cada familia de facetas (cuadro) incluye una faceta 32b, 32f, 32j, que es una referencia de faceta (32b) o una faceta de transposición (32f, o 32j). La faceta de referencia 32b es un miembro ordinario de la familia de facetas 32a-d, de la que cada faceta desplaza la parte de imagen reflejada sobre el detector 50 un cuarto de la distancia de separación entre los detectores 50', en comparación con las facetas adyacentes de la familia. No obstante, las facetas de transposición 32f y 32j están en ángulo adicionalmente hacia arriba y hacia abajo, respectivamente, para reflejar la parte de imagen sobre el detector 50, de modo que parte de imagen previamente explorada a través del elemento detector 50'_{n} sea explorada a través del detector 50'_{n+1}, o 50'_{n-1}, como se describe mejor con referencia a la fig. 6.

En la fig. 6 se presenta una tabla que de arriba a abajo muestra la exploración a través de un espacio de la imagen de 160 líneas de exploración horizontales (es decir, 160 líneas de resolución vertical), que el presente dispositivo de formación de imagen térmica consigue con sólo cuarenta detectores. La exploración vertical de arriba a abajo de la tabla de la fig. 6 es representativa de la distancia vertical desde arriba a abajo del detector 50, como se expone en la fig. 4. La primera columna (para la faceta 32a) de la fig. 6 representa con una flecha asociada a cada número de elemento detector, el aspecto horizontal de estas líneas de exploración extendidas a través de la escena observada para los detectores de número 1 a 40 (50'_{n} -
50'_{n+39}). Preferiblemente, cada elemento detector es muestreado 512 veces durante el intervalo en que la escena observada es explorada a través de los elementos detectores 50' por cada faceta 32' del espejo de exploración 32. La siguiente columna de la fig. 6, para la faceta de referencia 32b, indica que el campo subsiguiente de la imagen procedente de la escena observada es reflejado por la faceta 32b sobre los detectores 50', con un desplazamiento vertical de un cuarto de la distancia entre detectores adyacentes 50'. De manera similar, cada línea de exploración horizontal para esta campo incluye 512 intervalos de muestreo o pixeles por cada elemento detector 50'. Los emplazamientos del detector en el campo de referencia 32b están rodados por un círculo en la fig. 6.

Las siguientes dos facetas 32c y 32d captan de modo similar el respectivo un cuarto de la información de la imagen procedente de la escena observada, y cada uno tiene 512 intervalos de muestreo horizontales por cada línea de exploración. Las líneas de exploración horizontales del primer campo están intercaladas, de modo que los cuatro campos formen un cuadro de la imagen completo. De acuerdo con ello, se aprecia que el primer cuadro completo de cuatro campos, captado al explorar cuatro facetas sucesivas 32a a 32d la escena observada sobre el detector 50, captan la totalidad de dicha escena con intercalación de las líneas de exploración procedentes de 40 elementos detectores, para conseguir 160 líneas de resolución vertical y 512 pixeles de resolución horizontal.

Observando ahora el siguiente cuadro de la fig. 6, que es captado por las facetas 32e a 32h al reflejar éstas las respectivas partes de la escena observada a través del detector 50, se aprecia que este cuadro incluye un transpuesto correspondiente a la faceta 32f, en el que las líneas de exploración horizontales de la escena observada son reflejadas sobre los detectores 50'_{2} a 50'_{40}, con la posición relativa del detector 50'_{1} desplazada hacia arriba fuera del campo de visión del dispositivo 10 de formación de imagen. Es decir, que la parte reflejada de la escena observada lo es por la faceta 32f sobre los elementos detectores 50', que están transpuestos un elemento detector hacia arriba en comparación con la posición de estas partes de la escena en el campo 32b. De nuevo, el emplazamiento de los elementos detectores en el campo 32f está rodeado por un círculo en la fig. 6. El segundo cuadro incluye toda la información de imagen para la escena observada, con la excepción de la línea de exploración horizontal en el campo 32f, que es proporcionada por el elemento detector 50'_{40}. Dado que dicho elemento detector 50'_{40} es utilizado para detectar la línea de exploración de la escena en el emplazamiento del elemento detector 50'_{39}, la línea de exploración donde dicho detector 50'_{40} habría de estar situado de modo ordinario (línea 158) tiene un valor cero. En comparación de los cuadros primero y segundo, se aprecia que el campo de referencia (32b) y el campo transpuesto 32f tienen la misma información de imagen vista por los detectores 50'_{1} a 50_{39} en el primer cuadro, como es visto por los detectores 50'_{2} a 50'_{39} en el segundo cuadro.

De igual modo, el tercer cuadro de la fig. 6 incluye los campos 32i a 32l de formación de imagen, reflejas sobre el detector 50 por las correspondientes facetas identificadas del espejo 32. Este cuadro incluye el campo transpuesto 32j (con los emplazamientos de los elementos detectores rodeados por un círculo en la fig. 6), que está transpuesto relativamente hacia abajo mediante un emplazamiento de elemento detector, y tiene las partes de la escena observadas por los elementos detectores 50'_{2} a 50'_{40} en el campo de referencia 32b reflejado sobre los elementos detectores 50'_{1} a 50'_{39}. Es decir, que en este caso, la posición relativa del elemento detector 50'_{40} está fuera del campo de visión del dispositivo 10 de formación de imágenes, y la línea de exploración horizontal que de otro modo sería captada por el elemento detector 50'_{1} tiene un valor cero. Debido a que estos elementos detectores han observado la misma parte de la escena, los niveles de la señal procedente de dichos elementos detectores deben los mismos.

Igualmente, en comparación con los cuadros segundo y tercero, se aprecia que el campo 32f y el campo 32j tienen la misma información de imagen vista por los detectores 50'_{3} a 50'_{40} en el segundo cuadro, y por los detectores 50'_{1} a 50'_{38} en el tercer cuadro. Debido a que los elementos detectores han observado la misma parte de la escena, los niveles de señal procedente de estos elementos detectores deben ser los mismos. Si no es así, esto indica una diferencia en la capacidad de respuesta de los propios elementos detectores. Son posibles dos comparaciones de no uniformidad para todos los elementos detectores, excepto los elementos 50'_{1} y 50'_{40}, vistos los emplazamientos rodeados por un circulo en la fig. 6, Es posible una comparación para estos últimos dos elementos detectores 50'.

Después del tercer cuadro, el espejo explorador 32 ha completa un giro, y la secuencia antes descrita se repite. Observando la tabla de la fig. 6, se aprecia que el cuadro 1 es completado con un tanto por ciento de la información de imagen que los elementos detectores 50' podrían captar posiblemente, Los cuadros 2 y 3 están casi completos, con la excepción de la ausencia de una línea de exploración horizontal por cada cuadro (es decir, la línea 158 en el cuadro 2, y la línea 2 en el cuadro 3), de modo que cada uno de estos cuadros incluye 159 líneas de exploración horizontales. En general, cada secuencia de tres cuadros incluye 160 + 159 + 159 líneas de exploración para un total de 478 líneas de exploración horizontales de información de imagen, fuera de un total posible de 480 de tales líneas, Esta efectividad en la captación de imagen es equivalente al 99,6 % de la información posible de imagen que podría ser obtenida con los 40 detectores 50' con entrelazado de 4:1. Una resolución de 160 líneas verticales con 512 pixeles horizontales por línea es proporcionada preferiblemente por cada cuadro, como ha sido expuesto anteriormente.

Observando ahora las figs. 7 y 8 juntas, se muestra en ellas la arquitectura del circuito de tratamiento de señal y la metodología utilizada para obtener la detección y la compensación de la no uniformidad en la fotoconductividad, y la respuesta al flujo de luz infrarroja de los elementos detectores 50', así como un control global de la intensidad (es decir, nivel general del brillo de la imagen térmica infrarroja) para la imagen captada por el dispositivo 10 de formación de la imagen térmica. A la vista primero de la fig. 7, en ella se aprecia que cada uno de los elementos detectores 50' del detector 50 tiene la respectiva conexión analógica de corriente continua al correspondiente canal del multiplexor 80, y con referencia a la conexión 76 del circuito de lectura explicada en general con referencia a la fig. 2. Esta conexión no está acoplada a corriente alterna, como sería convencional. Cada conexión incluye el respectivo amplificador de ganancia fija 176, que proporciona la respectiva señal amplificada a un circuito conmutador 178, que efectúa la conmutación de las señales amplificadas procedentes de los elementos detectores 50' y amplificadores 176 dentro de una corriente de señales analógicas en serie (se hace referencia a la señal transferida por la interfaz eléctrica 52 presentada en la fig. 2). Cada amplificador 176 recibe la respectiva señal de compensación procedente de un circuito 180 de interfaz en serie a través del respectivo circuito 181 de digital a analógico (DAC). Como se explicará, las señales de compensación por cada elemento detector 50' son seleccionada para compensar sobre una base dinámica las diferencias de falta de uniformidad en los elementos detectores 50'. Estas diferencias o faltas de uniformidad son detectadas por comparación de la respuesta de estos elementos detectores cuando son vistos en la misma línea de exploración horizontal de los campos 32b, 32f, o 32j, como antes se ha señalado, en particular con referencia a la fig. 6.

La corriente resultante de señales de imagen analógicas en serie es proporcionada, a través de la interfaz 52 a un procesador 86 de señal analógica. En dicho procesador 86 de señal analógica se aplica una corrección de ganancia global para el nivel de la señal de vídeo a cada señal analógica, por un convertidor 182 de digital a analógico de corrección de ganancia. Como se apreciará, estas señales de corrección de ganancia son seleccionadas a la vista de una corrección de nivel global aplicada previamente, de modo que las señales resultantes, amplificadas por una parte amplificadora 184 del ASP 86 son entregadas al convertidor 92 de A/D en correspondencia con el promedio del punto medio o escala media para una señal de entrada a este convertidor 92, con referencia de nuevo a la fig. 2.

Para conseguir este tratamiento de la señal, el generador de temporización 96 recibe las señales de vídeo de la escena digitales procedentes de un convertidor A/D 92. Para una detección y corrección de no uniformidad, el generador de temporización utiliza un par de registradores de 40 líneas 186 y 188. Estos registradores son utilizados para acumular secuencialmente y retener valores de suma de línea para las líneas de exploración del campo de referencia 32b, y para campos transpuestos 32f y 32j, al ser estos campos recibidos secuencialmente por el detector 50. Al recibir cada campo secuencial los valores del campo anterior son desplazados del registrador 186 al registrador 188 sobre la base de superposición de escritura, con fines de comparación. Es decir, que los niveles de señal para todos los 512 pixeles de cada línea de exploración de estos campos son sumados juntos en los registradores 186, 188, y son promediados por el microprocesador 122. La fig. 8 muestra gráficamente la metodología de tratamiento de señal llevada a cabo como antes se ha descrito, y como se describe también más adelante. El microprocesador 122 tiene una interfaz en paralelo con el generador de temporización 96, cuya interfaz es indicada con el bloque de circuito 190 y la flecha 190'. El microprocesador 122 ejecuta el necesario cálculo de promedio de línea de exploración por cada campo, y la necesaria comparación entre los valores medios de la línea de exploración para los campos 32b, 32f, y 32j sobre una base secuencial de campo por campo, para calcular las necesarias señales compensadas por cada detector, en un intento dinámico para activar las diferencias secuenciales entre los detectores que miran a la misma parte de la escena observada a cero. Se efectúa una integración en tiempo de los valores de corrección de las señales compensadas (véase el bloque 192 en la fig. 8) de modo que dichos valores para los elementos detectores cambien a una velocidad que permita la obtención panorámica del dispositivo de formación térmica de la imagen sobre una escena, sin que las variaciones en ella así causadas den lugar a aberraciones o extracorrientes espurias en la imagen observada. Los niveles de la señal compensada resultante son proporcionados por el microprocesador 122 a través de la interfaz 190 al registrador 194 en serie-paralelo y a la interfaz 180 en serie por la conexión indicada por la flecha 196.

Adicionalmente, los mismos convertidores de D/A 181 que son utilizados para proporcionar los valores compensados a los amplificadores 176, son utilizados también para recibir y aplicar una señal de control de nivel global mediante la superposición con la señal compensada de corrección de no uniformidad. Es decir, que la fig. 8 muestra que el efecto de las señales compensadas de corrección de no uniformidad de detector a detector, y de una señal de control o corrección de nivel global, son aplicados a los amplificadores 176 por suma de estas señales. La señal compensada de nivel global es aplicada en común a todos los 40 DACs 181, y es proporcionada por el microprocesador 122. Esta señal de corrección global o señal compensada es equivalente a la "placa" térmica sobre la que existe la información térmica de la imagen de la escena. La altura de esta placa térmica es variable, y depende del promedio de la temperatura del fondo de la escena observada con el dispositivo 10. Este nivel del promedio de la señal térmica del fondo es restado de las señales procedentes de los detectores 50', de modo que se acceda más fácilmente a la información térmica de la imagen en estas señales. Además, el microprocesador 122 calcula el promedio de todas las 40 líneas promediadas calculadas anteriormente, y proporciona la señal compensada de nivel global a los DACs a través de la interfaz 180, para superposición con las señales compensadas de corrección de no uniformidad, de modo que el promedio de todas las líneas promediadas satisfaga el criterio seleccionado.

Como antes se ha dicho, el criterio seleccionado es que la señal proporcionada por el amplificador 184 al convertidor de A/D 92 sea un promedio situado en un nivel a escala media para una señal de entrada a este convertidor 92. Esta señal es indicada con la flecha número 196' en la fig. 8. Se apreciará que este cálculo de nivel global y la disposición de la señal compensada tiene el efecto de utilizar una escena observada como fuente de referencia térmica para el dispositivo 10 de formación térmica de la imagen. No se requiere fuente de referencia térmica alguna distinta a la propia escena observada, lo que constituye un ahorro considerable en cuanto a consumo de energía, complejidad, tamaño, y peso del dispositivo 10. Igualmente, dicho dispositivo 10 ajusta automáticamente las diversas temperaturas de las escenas observadas, de modo que el nivel de señal hacia el convertidor 92 se mantenga dentro de un margen seleccionado. Como resultado, no es necesario ajuste alguno del dispositivo 10 cuando un usuario de él cambie en su observación de una escena relativamente fría, por ejemplo de un océano, a una escena más cálida, por ejemplo, un bosque después de la puesta del sol en un día caluroso. El dispositivo 10 ajusta interiormente la señal compensada de nivel global, de modo que el usuario vea una imagen que no sea demasiado brillante ni demasiado débil, sino que tenga un brillo uniforme.

Control de ganancia con el uso tanto del promedio como de la media de los valores absolutos de la señal de imagen.

Observando de nuevo la fig. 7 se apreciará que el procesador de señal analógica (ASP) 86 incluye un convertidor de digital a analógico (DAC) 182 que recibe la entrada de una orden procedente del microprocesador 122, cuya entrada es indicada por la flecha 198. La fig. 8 muestra que el procedimiento y el módulo de control 88 incluyen un aparato corrector de ganancia 200 para calcular y aplicar una señal de corrección de ganancia al DAC 182. Para apreciar la razón de este aparato de control de ganancia, ha de tenerse en cuenta que el medio ambiental tiene un contraste muy bajo en el espectro infrarrojo. Además, ha de hacerse notar la dificultad que normalmente experimenta un observador cuando trata de mirar al paso las luces delanteras brillantes de un coche que se aproxima. En un dispositivo de formación de imagen térmica, un objeto caliente o un fuego en el campo de visión actúan como dichas luces delanteras brillantes, y tienen el efecto de causar un nivel de señal muy alto procedente de esa parte de la escena donde está el objeto caliente que forma la imagen. Como resultado, la parte restante de la escena se oscurece. Debido al bajo contraste en el espectro infrarrojo, un punto caliente comparativamente pequeño en el campo de visión de un dispositivo de formación de imagen (térmica) infrarroja puede hacer que la escena se oscurezca, de modo que no se forme imagen de otros objetos de interés en la escena, o que dicha imagen tenga un contraste tan bajo que sea difícil de percibir. Estos objetos de los que no se forma imagen son en efecto invisibles para el usuario de dicho dispositivo.

Convencionalmente, se conoce promediar en dispositivos de formación de imagen infrarroja, el nivel de señal procedente de la escena como antes se ha expuesto, y aplicar un factor de corrección de ganancia basado en este nivel de la señal de imagen promediada de la escena. No obstante, este sistema convencional presenta la desventaja de que permite que la mayor parte de la imagen observada se oscurezca, en el caso de que el usuario sitúe en su campo de visión un objeto caliente o un fuego. Por supuesto que de éstos se obtendrá la imagen de un punto brillante. No obstante, el usuario quedará efectivamente cegado con respecto a otros objetos de los que no se forme imagen por el dispositivo térmico convencional de formación de ellas. Con objeto de evitar el oscurecimiento de la imagen, el presente dispositivo 10 de formación térmica de ella incluye una aparato 200 de corrección de ganancia, que se presenta más particularmente en la fig. 9.

En la fig. 9 se aprecia que el aparato 200 de corrección de ganancia utiliza el microprocesador 122 para poner en práctica las funciones ilustradas esquemáticamente. Es decir, que un calculador 202 de valor absoluto proporciona señales de valor absoluto evaluadas positivamente indicadoras de la señal de vídeo proporcionada al convertidor 92 de A/D. Estas señales de valor absoluto son proporcionadas tanto a un filtro 204 de paso bajo como a un compilador 206 de valor medio. El filtro 204 de paso bajo proporciona una señal de salida, indicada con la flecha 208, que es indicadora del valor promediado de los valores absolutos de la señal de imagen analógica proporcionada por el ASP 86. Un convertidor 210 de analógico a digital proporciona una señal de salida digital indicada con la flecha 212, que es indicadora digitalmente del promedio de los valores absolutos de la señal de imagen de vídeo procedente del ASP 86.

De igual modo, el compilador 206 de valor medio proporciona una indicación del valor de la señal que es la media de todas las señales de imagen proporcionadas por el ASP 86. Es decir, que el compilador 206 proporciona simplemente una indicación de cuál es el valor de la señal de imagen absoluta media, y la mitad de las señales de imagen tienen un valor absoluto por encima de dicho valor, y la otra mitad por debajo de él. Esta señal de valor medio (flecha 214) es comparada en la bifurcación 216 con un valor de punto medio establecido proporcionado desde el indicador 218 de punto establecido. En el caso de que haya una diferencia entre el valor medio del valor absoluto real y el valor del punto establecido desde el indicador de este punto (deseablemente, este valor es cero), entonces la diferencia es convertida a escala por el amplificador 220 y proporcionada a una bifurcación 222. En esta bifurcación, un indicador 224 de punto establecido proporciona un valor de dicho punto para limitar el grado de corrección que puede ser efectuado por el compilador 206 de valor medio. La señal resultante (flecha 226) es aplicada a la bifurcación 228, en oposición a la señal 212 de valor absoluto promediado. Un registrado 230 de ganancia recibe la señal resultante (es decir, una señal promediada de valor absoluto limitada por una media a escala de la señal de valor absoluto) y proporciona está señal a través de un integrador de tiempo interior a la unidad de ganancia variable o aparato 200.

Como resultado de este circuito de control de ganancia mostrado en la fig. 9, el funcionamiento del dispositivo de formación de imagen térmica cuando se observa una escena de temperatura en general uniforme, es esencialmente igual al de un dispositivo de formación de imágenes térmicas convencional. Es decir, que el valor medio de las señales de imagen será esencialmente igual al valor promediado (considerados ambos como valores absolutos), y el compilador de valor medio no tendrá efecto virtualmente sobre la ganancia aplicada a la imagen de vídeo. No obstante, en el caso de que el usuario sitúe, por ejemplo un fuego, en el campo de visión del dispositivo de formación de imagen térmica, entonces aunque este fuego represente sólo una pequeña fracción del área de la escena observada, su emisión térmica será mucho mayor que la del resto de la escena, y el valor promediado de la señal de imagen (conexión 52) resulta muy aumentado. Como resultado, el promedio del valor absoluto para esta imagen será mucho mayor, y el registrador de ganancia será activado hasta un valor de ganancia inferior. La ganancia será reducida justamente como si el dispositivo de formación de la imagen fuese dirigido a un campo de visión caliente de alta emisión. No obstante, en este caso las características del campo de visión (distintas al fuego) son relativamente frías, y es necesaria una ganancia más alta para estas característica de imagen. De acuerdo con ello, en tales condiciones la media del valor absoluto será aumentada sólo ligeramente, debido a que aunque el fuego tiene una emisión altamente térmica, representa sólo una pequeña parte del área total de la escena. En consecuencia, una disminución en la señal de ganancia aplicada como resultado de la acción reguladora de la parte de señal promediada del circuito (es decir, LPF 204) será significativamente inferior al valor medio, debido a que afecta a toda la escena. El compilador de valor medio funciona para aplicar una señal compensatoria de aumento de ganancia que estabiliza la ganancia para el dispositivo de formación de imagen a un nivel que permite que se vean otros objetos y características del campo de visión. En tales condiciones, la parte visualizada 58 de la imagen del fuego será activada hasta la saturación, pero el resto de la visualización no será oscurecida excesivamente, y se obtendrá aún la imagen de otras características del campo de visión del dispositivo 10.

Aunque la presente invención se ha expuesto, descrito, y definido con referencia a una realización particularmente preferida de ella, tal referencia no implica una limitación de la invención ni debe deducirse tal limitación. La invención es capaz de numerosas modificaciones, alteraciones, y equivalentes, como puedan imaginar los expertos en las técnicas correspondientes. La realización preferida mostrada y descrita de esta invención es sólo un ejemplo, y no es exhaustiva del alcance de ella. En consecuencia, la invención está destinada a ser limitada sólo por el alcance de las reivindicaciones adjuntas, que comprenden un reconocimiento completo de las equivalencias en todos los aspectos.

Claims (10)

1. Un dispositivo (10) de formación de imagen térmica, que incluye una formación detectora (50) que responde a la radiación térmica infrarroja, cuya formación detectora (50) tiene una pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...) dispuestos linealmente, un dispositivo explorador (22) que explora una escena observada por medio de dicha pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...) individualmente en respuesta a una radiación infrarroja incidente, y cada uno de dicha pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...) proporciona la correspondiente de una pluralidad de señales detectoras, caracterizado porque dicho dispositivo (10) de formación de imagen térmica comprende:

- un circuito (202) de valor absoluto que proporciona una correspondiente pluralidad de señales de valor absoluto, cada una de las cuales indica el respectivo valor absoluto de una de dicha pluralidad de señales detectoras durante una exploración de la escena observada a través de dicho detector (50);

- un circuito promediador (208) que proporciona un señal (208) de valor promediado indicadora del promedio de dicha pluralidad de señales de valor absoluto, un circuito compilador (206) de valor medio que proporciona una señal de valor medio indicadora de la media de dicha pluralidad de señales de valor absoluto; y

- un aparato (200) de corrección de ganancia que proporciona una correspondiente pluralidad de señales detectoras de ganancia corregidas, y que responde tanto a la señal de valor promediado como a la señal de valor medio, con objeto de estabilizar la ganancia de dicho aparato de corrección de ganancia a un nivel que evita el excesivo oscurecimiento de la escena visualizada mediante la aplicación de una señal compensadora de aumento de ganancia.

2. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 1, que incluye un amplificador analógico (200) de ganancia variable, y un circuito (206, 218, 224, 230) de corrección de ganancia que recibe dicha señal de valor promediado y que responde proporcionando una señal de corrección de ganancia que controla el valor de ganancia de dicho amplificador analógico (200) de ganancia variable.

3. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 2, en el que dicho circuito (206, 218, 224, 210) de corrección de ganancia incluye un indicador (218) de punto medio establecido que proporciona un valor de punto establecido para dicha señal de valor medio, y un comparador (216) que proporciona una señal de comparación media indicadora de una diferencia entre dicho valor de la señal de punto establecido y la citada señal de valor medio; cuyo circuito (206, 218, 224, 230) de corrección de ganancia incluye además un indicador (224) de punto establecido de valor medio que proporciona un valor de punto establecido para dicha señal de valor promediado, y un comparador respectivo (222) que recibe dicha señal de valor medio y la citada señal de valor de punto establecido, y que responde proporcionando una señal de comparación del promedio indicadora de una diferencia entre ambas.

4. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica, en el que dicho circuito (206, 218, 224, 230) incluye además un comparador (228) que recibe dicha señal de comparación del promedio y la citada señal de comparación media como una limitación de la señal primitiva, y que responde proporcionando una señal de corrección limitada para dicho amplificador analógico de ganancia variable (200), para el control de su ganancia variable.

5. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 1, en el que:

- dicha pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...) dispuestos linealmente son elementos detectores espaciados que definen cooperativamente una dimensión longitudinal de dicha formación detectora (50), cuyo dispositivo explorador (22) explora una escena observada por medio de dicha pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...) en una dirección en general perpendicular a dicha dimensión longitudinal, y cada uno de la citada pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50'''...) proporciona una correspondiente señal eléctrica individual indicadora de la radiación térmica infrarroja incidente sobre él, cuyos elementos detectores individuales (50', 50'', 50''',..) varían entre sí, y el dispositivo de formación de imagen térmica comprende también:

- una conexión eléctrica individual de corriente continua procedente de cada una de dicha pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50'''...) hasta el correspondiente de una pluralidad de amplificadores analógicos (176) cuya ganancia puede ser fijada, y cada uno de dicha pluralidad de amplificadores analógicos (176) tiene una conexión eléctrica a un multiplexor (178) para dar salida a una corriente en serie de señales analógicas (52) indicadoras del flujo de radiación térmica infrarroja incidente sobre dicha formación detectora (50); un circuito de compensación (96) que responde a diferencias en las señales eléctricas procedentes de elementos detectores identificados de la pluralidad de ellos (50', 50'', 50''',...) que han explorado la misma parte de dicha escena observada para proporcionar una respectiva señal de compensación (196) para dichos elementos detectores identificados (50', 50'', 50''',...); y un circuito eléctrico (76) que aplica dichas respectivas señales de compensación (196) a los amplificadores (176) de dicha pluralidad de ellos conectados a los respectivos elementos detectores (50', 50'', 50''',...) de la pluralidad de ellos, de modo que se modifique su ganancia para reducir al mínimo dichas diferencias;

- un amplificador analógico (86) de ganancia variable que recibe dicha corriente de señales analógicas indicadoras del flujo de radiación térmica infrarroja incidente sobre dicha formación detectora (50), y un circuito (96) corrector de ganancia que recibe dicha señal de valor promediado y que responde proporcionando una señal de corrección de ganancia que controla el valor de ganancia de dicho amplificador (86) analógico de ganancia variable.

6. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 5, que incluye además un circuito (122) para proporcionar una señal de corrección de nivel igualmente a cada uno de dicha pluralidad de amplificadores analógicos (176) de ganancia fija para superposición con la respectiva de dichas señales de compensación.

7. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 6, que incluye además un convertidor (92) de analógico a digital que recibe de dicho otro amplificador analógico (86) de ganancia variable la corriente en serie de señales analógicas indicadoras del flujo de radiación térmica infrarroja incidente sobre dicha formación detectora (50), cuyo convertidor (92) de analógico a digital tiene un valor de señal de escala media para una señal de entrada a él, y dicho circuito (122) para proporcionar una señal de nivel de corrección igualmente a cada uno de dicha pluralidad de amplificadores analógicos (176) de ganancia fija para superposición a una respectiva de dichas señales de compensación que proporciona dicha señal de corrección de nivel, a un nivel que hace que dicha corriente en serie de señales analógicas promediadas recibidas por dicho convertidor (92) de analógico a digital correspondan sustancialmente con dicho valor de señal a escala media.

8. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 7, en el que dicho circuito de compensación (96) incluye un aparato registrador (186, 188) que tiene una capacidad igual al doble del número de elementos detectores (50', 50'', 50''',...) de dicha pluralidad de ellos, y una primera parte (186) de dicho aparato registrador (186, 188) recibe y almacena en correspondientes emplazamientos de él los valores de dichas señales eléctricas correspondientes a una primera exploración de la escena observada a través de dicho detector (50), y una segunda parte (188) del citado aparato registrador (186, 188) recibe y almacena en correspondientes emplazamientos de él los valores de dichas señales eléctricas que corresponden a una exploración sucesiva de dicha escena a través de la citada pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...); y un aparato de cálculo (122) compara los valores almacenados de dichas partes primera y segunda (186, 188) del registrador para identificar aquéllos de dicha pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...) que han explorado la misma parte de la escena observada para proporcionar la respectiva señal de compensación para dichos elementos detectores identificados (50', 50'', 50''',...).

9. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 8, en el que dicho circuito eléctrico (76) que aplica las respectivas señales de compensación a los correspondientes de dicha pluralidad de amplificadores (176) conectados a los respectivos de dicha pluralidad de elementos detectores (50', 50'', 50''',...), incluye una pluralidad de convertidores (181) de digital a analógico (DAC), y cuyo circuito de compensación (122) proporciona las correspondientes de dichas señales de compensación a los respectivos de dicha pluralidad de convertidores DAC (181) en formato digital en serie, y cada uno de dichos convertidores DAC (181) proporciona individualmente una correspondiente señal analógica de compensación a los respectivos de dicha pluralidad de amplificadores analógicos (176) de ganancia fija.

10. El dispositivo (10) de formación de imagen térmica de la reivindicación 9, en el que dicho circuito (96) que proporciona una correspondiente señal de corrección de nivel igualmente a cada uno de dichos amplificadores analógicos (176) de ganancia fija, para superposición con las respectivas de dichas señales de compensación, incluye un microprocesador (122) que proporciona dicha señal de corrección de nivel igualmente a los respectivos de dicha pluralidad de convertidores DAC (181), y cada uno de dichos convertidores DAC (181) proporciona individualmente una correspondiente señal analógica igual de corrección de nivel al respectivo de dicha pluralidad de amplificadores analógicos (176) de ganancia fija.