ES2821479T3

ES2821479T3 - Procedimiento para la determinación de factores de corrección de características de un detector de matriz que representa la imagen en el rango espectral de infrarrojo

Info

Publication number: ES2821479T3
Application number: ES19155665T
Authority: ES
Inventors: Florian Gagel
Original assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2018-02-10
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2021-04-26
Anticipated expiration: 2039-02-06
Also published as: US11215425B2; US20190249956A1; EP3524925B1; DE102018001076A1; EP3524925A1

Abstract

Procedimiento para la determinación de los factores de corrección de características (Ω, Γ, Θ) de un detector de matriz (8) que reproduce en el rango espectral de infrarrojos, que comprende una pluralidad de elementos detectores dispuestos bidimensionalmente los unos respecto a los otros, que pueden emitir respectivamente, como señal, un valor de elemento de imagen (22) o en el que las señales de varios elementos detectores se pueden combinar para formar un único valor de elemento de imagen (22), en el que se registra con el detector de matriz (8) una superficie (20) de temperatura homogénea (TBB) (18) a dos temperaturas diferentes (TBB) de la superficie (20) con respectivamente dos imágenes de diferente tiempo de integración (t), caracterizado por que para cada uno de los elementos de imagen se determinan, a partir de los respectivamente cuatro valores de elemento de imagen (22) a las dos temperaturas (TBB), sendas inclinaciones de señal (σ) a lo largo del tiempo de integración (t) para cada uno de los elemento de imagen (24) y por que a partir de la diferencia de las inclinaciones de señal (σ) se determina (28) la ganancia del elemento de imagen, almacenándose los factores de corrección de características (Γ) para la ganancia (32).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la determinación de factores de corrección de características de un detector de matriz que representa la imagen en el rango espectral de infrarrojo

La invención se refiere a un procedimiento para la determinación de factores de corrección de características de un detector de matriz que representa la imagen en el rango espectral de infrarrojo.

Los vehículos controlados de forma automatizada pueden disponer de un detector de matriz en el que se visualiza una zona la escena del objeto circundante. Se evalúa el contenido de la imagen y se controla el vehículo en función de los resultados de la evaluación, por ejemplo, guiándolo alrededor de un obstáculo detectado u orientándolo hacia un objetivo detectado. Sin embargo, especialmente en el caso de las imágenes infrarrojas, existe el problema de que, debido a los procesos de fabricación, los elementos individuales del detector de matriz presentan desviaciones de imagen evidentes los unos respecto a los otros, por lo que incluso en una imagen sin objetos representados se aprecian estructuras claras. Estas estructuras de imagen pueden dar lugar a una conducción errónea del vehículo y por lo tanto deben ser corregidas lo mejor posible.

Esta corrección de los detectores infrarrojos se conoce como Corrección/Compensación de No Uniformidad (NUC). Sin embargo, dependiendo de la fabricación del detector de la matriz, incluso después de esa corrección quedan importantes artefactos de imagen que interfieren con el control fiable del vehículo.

Por el documento FR 3000789 A1 se conoce un procedimiento para el calibrado de un detector montado en un cono de un misil. Se genera una imagen de un cuerpo negro a una primera temperatura y se calcula un desplazamiento, así como una ganancia para cada elemento de imagen para un tiempo de integración del detector. Lo mismo se calcula para una imagen generada a una segunda temperatura. Si existieran múltiples tiempos de integración, los pasos de cálculo de un desplazamiento y de una ganancia se repetirían para cada uno de los tiempos de integración del detector a la primera y a la segunda temperatura.

Por lo tanto, el objetivo de la invención consiste en proponer un procedimiento perfeccionado para la corrección de características de un detector de matriz de imágenes en el rango espectral infrarrojo.

Esta tarea se resuelve mediante un procedimiento según las características de la reivindicación 1, en el que se registra con el detector de matriz una superficie de temperatura homogénea a dos temperaturas diferentes con respectivamente dos imágenes de distinto tiempo de integración y en el que se determina para cada uno de los elementos de la imagen una inclinación de la señal a lo largo del tiempo de integración a partir de los cuatro valores de los elementos de la imagen a cada una de las dos temperaturas y se almacenan factores de corrección de las curvas características para la ganancia.

Un detector de matriz comprende una pluralidad de elementos detectores dispuestos bidimensionalmente los unos respecto a los otros, que pueden emitir respectivamente como señal un valor de elemento de imagen que aumenta a lo largo del tiempo de integración y que en lo sucesivo también se define como señal. Las señales de varios elementos detectores también se pueden combinar para formar un único valor de elemento de imagen, por lo que a continuación se hace una distinción entre elemento detector y elemento de imagen. La señal depende, por una parte, de la corriente de fotones O que cae sobre un elemento detector y, por otra parte, de las propiedades del elemento detector que determinan la conversión de la corriente de fotones en la señal.

La señal puede estar compuesta por tres componentes, la desviación de señal w, también llamada simplemente desviación, la ganancia y y la corriente oscura 0. Mientras que la desviación de señal w es independiente de la corriente de fotones O y del tiempo de integración t, la señal aumenta en función del tiempo de integración por la ganancia y y la corriente oscura 0, dependiendo son embargo sólo la ganancia y de la corriente de fotones O.

En resumen, resulta la siguiente relación:

.v, =coí / ( 7,/(cP í ) 0 ¡ )

siendo

Si: la señal del elemento detector i,

O: el flujo de fotones,

wí: la desviación de la señal del elemento detector i,

Yí: la ganancia del elemento detector i y

0i: la corriente oscura del elemento detector i.

Para obtener una señal corregida S, el valor medido debe ser corregido con los factores de corrección de características para la desviación de la señal, la ganancia y la corriente oscura, de modo que resulte la siguiente relación:

siendo

Si: la señal corregida del elemento detector i,

Oi: el factor de corrección de características para la desviación de la señal del elemento detector i,

H: el factor de corrección de características para la ganancia del elemento detector i y

0 ^í: el factor de corrección de características para la corriente oscura del elemento detector i.

La ganancia y el factor de corrección de características de la ganancia son términos equivalentes, dado que el conocimiento de la ganancia de un elemento de imagen implica el conocimiento del factor de corrección de características de la ganancia de estos elementos de imagen que resulta de la relación entre la ganancia del elemento de imagen y un valor de referencia que puede ser el mismo para todos los elementos de imagen. Por lo tanto, los términos de ganancia y factor de corrección de características para la ganancia se utilizarán, de aquí en adelante, de manera equivalente. Lo mismo se aplica al desplazamiento de la señal y a la corriente oscura. En lo que sigue se omitirá también, por razones de claridad, el índice i, determinándose los factores de corrección de características convenientemente para cada elemento de la imagen. Si se dispone para cada elemento detector de un elemento de imagen, los factores de corrección de características se determinan convenientemente para cada elemento detector.

Mientras que la desviación de la señal o sus factores de corrección de características son relativamente fáciles de determinar para cada elemento de la imagen, la determinación de la ganancia es más compleja. Sin embargo, la invención proporciona un procedimiento sencillo para la determinación por elementos de imagen de los factores de corrección de características de la ganancia, por lo que la señal de los elementos de imagen o elementos detectores puede ser corregida muy bien con dichos factores. La imagen global resulta mucho más homogénea, especialmente si la desviación de la señal se corrige opcionalmente de forma adicional, y el vehículo se puede controlar de manera más segura.

La superficie de temperatura homogénea irradia en cada zona registrada con la misma temperatura o distribución de temperatura, pudiéndose utilizar un radiador negro espectralmente homogéneo cuya temperatura se encuentra en el rango espectral de infrarrojos. Al tomar una imagen de la zona de temperatura homogénea conviene que todas las señales de los elementos de la imagen o de los elementos detectores sean iguales. En la realidad, éste no es el caso. En este sentido se pueden emplear desviaciones de un valor de referencia común, por ejemplo, del valor medio de la ganancia a través de todos los elementos de la imagen, para la determinación de los factores de corrección de características por elementos de imagen. Como factores de corrección de características para la ganancia se pueden utilizar las desviaciones de las inclinaciones o diferencias de inclinación del valor medio de las inclinaciones o diferencias. La determinación de los factores de corrección de características para la ganancia se realiza convenientemente en un edificio, por ejemplo, en un laboratorio, y antes de utilizar el detector de matriz en un vehículo. Los factores de corrección de características para la desviación de la señal también se pueden determinar durante el uso del detector en un vehículo.

Los tiempos de integración son diferentes para las dos imágenes de la misma temperatura, por lo que se pueden utilizar los mismos pares de tiempo de integración para las diferentes temperaturas. Sin embargo, también es posible seleccionar tres o cuatro tiempos de integración diferentes, de modo que cada una de las cuatro imágenes se tome con un tiempo de integración individual.

Para cada temperatura se dispone de dos señales de diferente fuerza, por medio de las cuales se puede aplicar una función lineal en función del tiempo de integración. En este caso, la inclinación de la señal es constante. A partir de las dos inclinaciones diferentes para las dos temperaturas se puede determinar para cada elemento de imagen una diferencia de inclinación, por ejemplo, en forma de un valor. De la misma manera se puede determinar un valor de referencia para todos los elementos de imagen, por ejemplo, un valor medio de todas las inclinaciones de la señal o de las diferencias de inclinación, una mediana u otro valor adecuado. La diferencia entre la diferencia de inclinación específica del elemento de imagen y el valor de referencia de inclinación se puede almacenarse como factor de corrección de características. El almacenamiento se produce convenientemente guardando los datos en una memoria a la que puede acceder convenientemente un sistema electrónico de procesamiento de imágenes para la corrección de las imágenes registradas por el detector de matriz.

Como ya se ha mencionado, es útil que, en una forma de realización ventajosa de la invención, los factores de corrección de características para la desviación de la señal para cada uno de los elementos de imagen se determinen a partir de al menos dos valores de elementos de imagen asignados a una de las temperaturas. Se considera, por ejemplo, el valor de la señal que resulta de la recta de inclinación con el valor del tiempo de integración t = 0. La desviación de la señal se resta convenientemente de los valores de los elementos de imagen, determinándose la ganancia a partir de los valores de los elementos de imagen restantes.

La homogeneidad de la temperatura de la zona mostrada del radiador de cuerpo negro es de esencial importancia para la calidad de la corrección de la señal. Por lo tanto, es aconsejable reproducir una imagen del cuerpo negro o de la zona de temperatura homogénea en un edificio para obtener el mejor control posible sobre el área fotografiada. Por consiguiente, es ventajoso que los factores de corrección de características de la ganancia se determinen mientras el detector de matriz está en un edificio. Los factores de corrección de características para la desviación de la señal también se pueden determinar en el edificio. Sin embargo, es posible que la desviación de señal varíe considerablemente a lo largo de un período de días, semanas o meses, de modo que se desvíe considerablemente de los valores de laboratorio en su uso posterior. No obstante, dado que la desviación de señal no depende de la temperatura ni del tiempo de integración, también se puede determinar durante el uso posterior del detector de matriz en un vehículo, por ejemplo, en un misil teledirigido. Las características de los elementos detectores asignados a los elementos de imagen se pueden corregir en este caso durante su uso mediante el empleo de los factores de corrección de características para la desviación de señal. Por supuesto, también es posible determinar y almacenar la desviación de señal en condiciones de laboratorio. Así se puede determinar una corrección de desviación durante el uso, con lo que es posible completar o sobreescribir los factores de corrección de características determinados en el laboratorio durante el uso.

Si la potencia de radiación de la superficie de temperatura homogénea es continua a lo largo del tiempo, se pueden tomar imágenes de diferentes tiempos de integración más o menos cercanas en el tiempo. Sin embargo, si se debe determinar la desviación de la señal en uso, se reproduce en el detector de matriz una escena de objeto presumiblemente muy fluctuante del entorno. Especialmente en esta situación resulta muy ventajoso que las dos imágenes con diferentes tiempos de integración se tomen directamente una tras otra. Directamente puede significar aquí que no haya más imágenes o un máximo de tres imágenes más tomadas por el detector de matriz entre las dos imágenes. Por ejemplo, las imágenes son tomadas por el detector de matriz alternándolas continuamente en diferentes tiempos de integración.

Se puede lograr una corrección de imagen aún más extensa si se define una corriente oscura para cada uno de los elementos de imagen usando al menos los valores de los elementos de imagen asignados a una de las temperaturas. Las características de los elementos detectores asignados a los elementos de imagen se pueden corregir ahora utilizando los factores de corrección de características de la corriente oscura.

La corriente oscura también depende del tiempo de integración, por lo que las inclinaciones de señal se forman por un lado a partir del componente constante de la corriente oscura y, por otra parte, partir de un componente de la ganancia de inclinación del flujo de fotones o de inclinación de la temperatura. Sólo la ganancia reacciona a los cambios de escena. El problema consiste aquí en que, aunque exista una dependencia teórica del flujo de fotones de la temperatura del cuerpo negro, la respuesta total del detector o la señal de los elementos detectores individuales incluyen tantas variables que no existe ningún modelo simple para la función de la señal en función del flujo de fotones. Lo único que es seguro es la monotonía en la temperatura, por lo que la señal crece a medida que la temperatura aumenta. En consecuencia, la separación entre la ganancia y la corriente oscura es difícil. Sin embargo, debido a su insensibilidad a los cambios de temperatura, la corriente oscura sólo asume el papel de una compensación, es decir, es constante con la temperatura. Utilizando las inclinaciones, la corriente oscura puede ser sustraída en la medida en que sólo es una constante de inclinación de los elementos individuales de la imagen.

En este sentido, una de las inclinaciones de señal o una suma de las dos inclinaciones de señal puede ser utilizada como corriente oscura. En este contexto, una suma es una cantidad que contiene la suma o diferencia de las dos inclinaciones de señal, por ejemplo, el valor medio de las dos inclinaciones de señal. La desviación del valor medio de las dos inclinaciones de la señal de un elemento de imagen o de un elemento detector del valor medio de la diferencia de la inclinación de señal en todos los elementos de imagen o elementos detectores puede utilizarse como factor de corrección de características de la corriente oscura. En lugar del valor medio también se puede utilizar, por regla general, otro valor adecuado, por ejemplo, una mediana o sólo una de las dos inclinaciones de señal.

En otra forma de realización ventajosa de la invención, la ganancia se determina a partir de la diferencia entre las dos inclinaciones de señal. La diferencia entre las dos inclinaciones de señal proporciona exactamente la parte de la señal que depende del flujo de fotones, de modo que puede utilizarse como ganancia.

Por consiguiente, los factores de corrección de características de la ganancia se pueden formar a partir de la diferencia media de las inclinaciones de señal dividida entre las diferencias individuales de los elementos de imagen de la inclinación de señal. Por lo tanto, para cada elemento de imagen o elemento detector, la diferencia de la inclinación de señal se puede dividir entre la diferencia media de la inclinación de todos los elementos de imagen o elementos detectores. En lugar de la diferencia media, se puede utilizar otro valor formado por la diferencia a través de todos los elementos de imagen, por ejemplo, la mediana u otro valor adecuado.

En cuanto a la secuencia de determinación de los distintos factores de corrección de características es ventajoso que en primer lugar se determinen los factores de corrección de características para la desviación de señal, después para la corriente oscura y finalmente para la ganancia. La determinación de los factores de corrección de características de la corriente oscura puede incluir el uso de los factores de corrección de características para la desviación de señal. La determinación de los factores de corrección de características de la ganancia también puede realizarse utilizando los factores de corrección de características para la corriente oscura.

Se puede lograr una corrección más precisa de la desviación de señal si los factores de corrección de características para la desviación de señal se determinan a partir de los valores de la imagen de ambas temperaturas de registro, por ejemplo, calculando el valor medio de las dos desviaciones de señal. En realidad, las dos líneas de inclinación no se cruzarán exactamente en el punto cero del tiempo de integración. Por lo tanto, el uso del valor medio de las dos desviaciones de señal llevará a una mejora de la corrección a través de todos los elementos de imagen.

Las dos temperaturas diferentes del radiador de temperatura homogénea se seleccionan convenientemente de manera que el rango de temperatura entre ellas cubra al menos predominantemente el rango espectral de detección principal del detector de matriz. Las temperaturas entre 0 °C y 150 °C, en particular entre 30 °C y 120 °C, son especialmente adecuadas. Las otras temperaturas o colores infrarrojos del detector de matriz se pueden corregir de manera que los factores de corrección de características de las dos temperaturas se interpolen para dichas temperaturas. La interpolación incluye posteriormente también la extrapolación. La interpolación o extrapolación puede ser lineal o utilizar una función dependiendo del flujo de radiación de la temperatura.

La temperatura del detector de matriz es otra variable de inclinación en los factores de corrección de características. Por lo tanto, dependen de la temperatura del detector. En este sentido resulta ventajoso que se determine la temperatura del detector de matriz y que los factores de corrección de características se determinen en función de la temperatura del detector. Los factores de corrección de características se determinan convenientemente para varias temperaturas diferentes de los detectores. Los factores de corrección de características para otras temperaturas de los detectores pueden crearse después por interpolación o extrapolación.

La invención se refiere a un procedimiento para controlar un misil teledirigido, en el que los factores de corrección de características se determinan en particular mediante el procedimiento según la invención mencionado anteriormente. Los factores de corrección de características para la ganancia y especialmente también para la corriente oscura se determinan antes de la utilización del misil, convenientemente colocando el detector de matriz dentro de un edificio. Los factores de corrección de características para la desviación pueden determinarse o corregirse en un despliegue posterior.

El misil teledirigido, que contiene el detector de matriz en su cabezal de búsqueda, puede ser llevado a un lugar de despliegue y lanzado allí. Con el detector de matriz se puede registrar, antes o después del lanzamiento, un entorno con dos imágenes con diferentes tiempos de integración, siendo posible determinar una desviación de señal para cada uno de los elementos de imagen a partir de los dos valores de imagen. Debido a la fuerte fluctuación de la escena, es aconsejable grabar las dos imágenes de diferente tiempo de integración directamente una después de la otra. Ahora se pueden determinar, para cada uno de los elementos de la imagen, una desviación de señal o los factores de corrección de características para la desviación de señal a partir de los dos valores de imagen. En un paso más, las imágenes se pueden corregir usando los factores de corrección de características para la desviación de señal y la ganancia. El misil teledirigido puede ser controlado usando las imágenes corregidas al menos para la ganancia. Para conseguir un rápido rastreo del objetivo o control del misil, se considera ventajoso que las dos imágenes con diferentes tiempos de integración ya se tomen durante el enfriamiento del detector de matriz. El enfriamiento se produce para establecer una disponibilidad para el funcionamiento del detector de matriz. De esta manera, la desviación de señal o sus curvas características se pueden determinar incluso antes de que el detector de matriz esté plenamente operativo.

La invención se refiere además a un misil teledirigido con un cabezal de búsqueda que contiene un detector de matriz, una memoria de datos y una unidad de control para controlar el vuelo de la misión. Para la corrección fiable de las imágenes para su uso en el control de misiles, la memoria de datos contiene factores de corrección de características para la ganancia de los elementos detectores del detector de matriz. Estos se han obtenido convenientemente de acuerdo con el procedimiento según la invención antes descrito.

Independientemente del procedimiento por el cual se han determinado los factores de corrección de características para la ganancia, la corriente oscura y/o la desviación de la señal de los elementos detectores del detector de matriz, es ventajoso que la unidad de control esté preparada para determinar los factores de corrección de características para la desviación de la señal de los elementos detectores del detector de matriz a la vista de dos imágenes de escena de diferente tiempo de integración tomadas directamente una tras otra durante una misión. Así se pueden mantener reducidos los artefactos de imagen debidos a una desviación de señal que fluctúa mientras tanto.

La descripción de variantes de realización ventajosas de la invención dada hasta ahora contiene numerosas características que se reproducen parcialmente de forma agrupada en algunas de las reivindicaciones dependientes. Sin embargo, las características también se pueden considerar convenientemente de manera individual y agrupar en combinaciones lógicas, especialmente en el caso de referencias a reivindicaciones, por lo que una sola característica de una reivindicación dependiente se puede combinar con una, varias o todas las características de otra reivindicación dependiente. Además, estas características pueden combinarse individualmente y en cualquier combinación adecuada tanto con el procedimiento según la invención como con el dispositivo según invención de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Por lo tanto, las características del procedimiento han de considerarse también como propiedades de la correspondiente unidad del dispositivo formuladas objetivamente y las características del dispositivo han de considerarse como características correspondientes del procedimiento.

Las propiedades, características y ventajas de esta invención descritas anteriormente, así como la forma en la que se logran, se comprenderán de forma más clara y evidente en relación con la siguiente descripción de los ejemplos de realización aplicación, que se explican con mayor detalle en relación con los dibujos. Los ejemplos de realización sirven para explicar la invención y no limitan la invención a la combinación de características indicadas en ella, ni siquiera en lo que se refiere a las características funcionales. Además, las características adecuadas de cada ejemplo de realización también se pueden considerar explícitamente de forma aislada, se pueden eliminar de un ejemplo de realización, incorporar a otro ejemplo de realización para complementarlo y/o combinar con cualquiera de las reivindicaciones.

Se muestra en la:

Figura 1 un misil teledirigido con un detector de matriz en un cabezal de búsqueda;

Figura 2 un diagrama de flujo para la determinación de los factores de corrección de características;

Figura 3 un diagrama de flujo para la corrección de señales de los elementos detectores de un detector de matriz;

Figura 4 un diagrama en el que las señales de los elementos detectores se trazan a lo largo del tiempo de integración y

Figura 5 un diagrama con una curva característica de la señal modificada matemáticamente a través del tiempo de integración.

La figura 1 muestra un misil teledirigido 2 con un cabezal de búsqueda 4, que presenta un sistema óptico 6, que reproduce una escena del ambiente delante del misil teledirigido 2 en un detector de matriz 8. El detector de matriz 8 es un detector de matriz sensible en el rango espectral de infrarrojos y comprende m x n elementos detectores dispuestos en filas y columnas, de forma hexagonal o de alguna otra manera en una superficie sobre la que el sistema óptico 6 proyecta las imágenes. El tipo de detector de matriz es una matriz de plano focal (FPA). Las señales de los elementos detectores del detector de matriz 8 son evaluadas por una unidad de control 10, que identifica un objeto como tal a partir del contenido de las imágenes producidas por el detector de matriz 8. El objeto puede ser un obstáculo o un objetivo, dirigiendo la unidad de control 10 el vuelo del misil teledirigido 2 alrededor del obstáculo o hacia el objetivo. El control se realiza, por ejemplo, a través de aletas de dirección orientables 12, con las que se puede dirigir el vuelo del misil 2 y, por ejemplo, llevar un cuerpo activo 14 a un objetivo.

Las señales de los elementos detectores individuales del detector de matriz 8 no son homogéneas en su señal. Por lo tanto, con exactamente la misma corriente de fotones incidente proporcionan una señal diferente. Esto conduce a errores de imagen que pueden dificultar considerablemente la detección del objeto, especialmente si todavía está lejos del misil 2. Para la corrección de estos artefactos es posible almacenar para cada elemento detector del detector de matriz 8 factores de corrección de características en una memoria de datos 16 a la que puede acceder la unidad de control 10. Con esta memoria, la señal de los elementos individuales del detector puede ser corregida para que los errores de imagen se reduzcan.

La figura 2 muestra un diagrama de flujo para la determinación de estos factores de corrección de características. Para ello, en un primer paso de procedimiento 18, se reproduce una superficie 20 de temperatura homogénea, por ejemplo, de un radiador negro en un edificio, en el detector de matriz 8. La superficie 20 sólo se representa esquemáticamente en la figura 1. Para la reproducción basta con que en el edificio se encuentre sólo el cabezal de búsqueda 4 o sólo el detector de matriz 8 con un sistema óptico adecuado 6 y una unidad de evaluación.

A continuación, se toman dos imágenes de esta superficie 20, tomándose las imágenes con diferentes tiempos de integración. Después se visualiza en el detector de la matriz 8 otra superficie o la misma superficie 20 con otra temperatura homogénea y se toman de nuevo dos imágenes con diferente tiempo de integración.

Un resultado de este paso de procedimiento se representa esquemáticamente en la figura 4. La figura 4 muestra una señal s provocada por un flujo de fotones O que inciden el elemento detector, trazada a lo largo del tiempo de integración t de la imagen grabada. Se representan los cuatro puntos de medición 22a a 22d, que el elemento detector ha emitido como señales para las cuatro imágenes. La primera imagen tomada con la temperatura del cuerpo negro Tbb1 ha proporcionado los dos puntos de medición 22a y 22b. Las otras dos imágenes tomadas a la temperatura más alta del cuerpo negro Tbb2 proporcionan los puntos de medición 22c y 22d. Los pares de tiempo de integración para las dos temperaturas de cuerpo negro Tbb pueden ser iguales, pero no es necesario que lo sean. En la figura 4 los tiempos de integración t de las cuatro imágenes son diferentes entre sí.

La señal s se compone esencialmente de tres componentes de señal: la desviación de señal w, la ganancia de la señal o simplemente la ganancia y y la corriente oscura 0. La desviación de señal w es constante durante el tiempo de integración t, como se muestra en la figura 4 con la línea recta en w. Dependen del tiempo de integración la ganancia y y la corriente oscura 0. Mientras que la corriente oscura 0 aumenta linealmente con el tiempo de integración t, no depende de la temperatura Tbb de la superficie grabada 20. En la figura 4 la parte de corriente oscura de la señal s se muestra sombreada. Ciertamente no se conoce, pero es la misma para las dos temperaturas Tbb.

En el siguiente paso de procedimiento 24 se calculan las inclinaciones 01 y 02 de las señales s en función del tiempo de integración t. Las inclinaciones 01,2 se indican en la figura 4 con flechas dobles y resultan directamente de una línea recta que pasa por los dos puntos de medición 22a, 22b o 22c, 22d para una temperatura TBB. En caso de un desarrollo ideal de las dos líneas, éstas se cruzan con la desaparición del tiempo de integración t = 0 y marcan la desviación de señal w de la señal s. Ésta se representa en la figura 4 con una línea horizontal discontinua. Por consiguiente, en el paso de procedimiento 26 se calcula la desviación de señal w para el elemento detector. Dado que la realidad difiere del caso ideal mostrado en la figura 4, es útil seleccionar el valor medio de las dos desviaciones de señal w, que resultan de los puntos de intersección de las líneas de la inclinación a través de los puntos de medición 22 con una línea para t = 0.

La desviación de señal w se puede determinar ahora para cada elemento detector, siendo posible determinar a partir de estos valores un valor de referencia para la desviación de señal. De las diferencias entre las distintas desviaciones de señal w y el valor de referencia resultan los factores de corrección de características Q para la desviación de señal de cada elemento detector. Para los demás cálculos la desviación de señal w se puede restar de la señal s o de los puntos de medición 22. Sin embargo, esto es opcional.

En el siguiente paso 28, se determina la ganancia y para el elemento detector. La ganancia y depende de la temperatura del cuerpo negro Tbb y resulta de la diferencia entre las dos inclinaciones c, como se indica en la figura 4 por medio de la flecha doble. La ganancia y sólo puede determinarse para las dos temperaturas de cuerpo negro Tbb, pero puede interpolarse o extrapolarse como factor de corrección de características r para otras temperaturas de cuerpo negro Tbb. Por ejemplo, los factores de corrección de características r para la ganancia se almacenan linealmente respecto a la temperatura del cuerpo negro Tbb, de modo que las correcciones para cualquier otra temperatura del cuerpo negro Tbb pueden ser calculadas a partir de estos datos. En lugar de la linealización también se puede seleccionar otra función f. El problema aquí es que, de hecho, existe una dependencia teórica del flujo de fotones O (Tbb) de la temperatura del cuerpo negro Tbb para el flujo de fotones O. Sin embargo, en la respuesta global del detector entran además sensibilidades espectrales, la naturaleza de las cabezas cuánticas de los semiconductores, los detalles de conversión Ad, etc., por lo que no existe un modelo simple para la función f. Sólo la monotonía de la Tbb es segura. Se podría medir la función en el laboratorio, pero esto no es necesario para determinar los factores de corrección de características puesto que, aunque los factores f1: = f(O(TBB1)) y f2: = f(O(TBB2)) sean, son globalmente iguales para todos los elementos detectores.

En otro paso del procedimiento 30 se determina la corriente oscura 0 para los distintos elementos de imagen y, conociendo todos los valores de la corriente oscura 0, se pueden determinar los factores de corrección de características 0 para la corriente oscura. En relación con las inclinaciones c, la corriente oscura 0 asume el papel de una desviación. Se puede restar como una constante de inclinación, resultando: c (1) = c - 0. c (1) es una primera corrección de la inclinación c. La inclinación absoluta de la corriente oscura 0 no tiene por qué ser conocida y puede fijarse en un valor, por ejemplo, la inclinación C1 a la temperatura inferior del cuerpo negro Tbb1, o en la inclinación media de las dos inclinaciones C1 y C2. Esto se muestra, a modo de ejemplo, en la figura 5.

La figura 5 muestra un diagrama de una señal s modificada matemáticamente de un elemento detector del detector de matriz 8. La señal s se traza a lo largo del tiempo de integración t y reproduce en su inclinación la relación c (1) = c - 0, asumiéndose como corriente oscura 0 la inclinación C1. y y 0 permanecen sin cambios en las mediciones reales de la figura 4. Este cálculo se basa en la suposición teórica de que dos imágenes con diferentes tiempos de integración t fueron tomadas a una temperatura del cuerpo negro Tbb0 de 0 K. El flujo de fotones O es 0, mientras que la corriente oscura 0 existe en principio y resultaría directamente de la inclinación C0, por lo que se conoce la corriente oscura 0. Esta se puede restar según la ecuación c(1) = c - 0, como se representa en la figura 5.

Ahora se conocen las tres magnitudes: desviación de señal w, corriente oscura 0 y ganancia y para el elemento detector correspondiente. De esta manera se puede proceder en relación con múltiples elementos detectores o con todos los elementos detectores. Se pueden determinar los valores de referencia para la desviación de señal, la corriente oscura y la ganancia, a partir de los cuales se pueden calcular después, con los valores individuales, los distintos factores de corrección de características Q, 0 y r de desviación de señal, corriente oscura y ganancia para cada elemento detector.

Para obtener una imagen corregida con un brillo comparable al de la imagen original, se pueden seleccionar ahora las tres magnitudes, que son la desviación de señal Q, la corriente oscura 0 y la ganancia r, de manera que la señal corregida para cada magnitud se corrija al valor medio de la misma. Por ejemplo, si se establece 0 = c (Tbb1), el resultado es una imagen corregida según la figura 5: c (3) (Tbb1) = Media(c(TBB1)), que está bien corregida como una constante. Por lo tanto, la ganancia individual r del elemento detector es reemplazada por el valor medio. Para llegar a los valores corregidos en tamaño original según la figura 4, pero corregidos, se considera c 2 = Media(A(TBB1, Tbb2)) Media(c(TBB1)). Asimismo, se pueden hacer correcciones lineales interpoladas y extrapoladas entre los dos gradientes. Por último, la desviación media de la señal MeanQ se puede añadir independientemente del tiempo de integración.

En cuanto a cálculos concretos, la determinación de los factores de corrección de características se puede llevar a cabo como sigue. A partir de los cuatro valores medidos 22 s(t1/2, TBB1/2) en dos tiempos de integración diferentes t 1 y t2, así como de dos temperaturas de cuerpo negro Tbb1 y Tbb2, se calculan primero la desviación w, así como las inclinaciones c en relación con el tiempo de integración t:

^c(T^bbi) = (s(t2, T ^bbi) - s(ti, T ^bb-ⁱ))/ (tz-ti)

^cí(T^bb2) = (s(tz, TBB2) - s(ti, TBB2)) / (tz-ti)

®(TBB1) = s(ti, Tbbi ) - ti ct(TBB1)

®(Tbb2) = s(ti, TBB2) - ti cr(TBB2)

Según el modelo, se debería considerar que w (Tbb1) = Q(Tbb2), lo que se cumple normalmente con una buena aproximación. Sin embargo, para la corrección se utiliza el valor medio algo mejorado w = (w (Tbb1) w(Tbb2)) / 2. Lógicamente, esto no se aplica a las inclinaciones c, dado que dependen de la temperatura del cuerpo negro Tbb. Según el modelo se considera c(Tbb) = y^O(Tbb)) 0.

A partir de estos valores se tienen que determinar ahora los coeficientes individuales de ganancia y corriente oscura Y y 0, que además dependen de la temperatura del detector. El detector de matriz 8 se ha enfriado, por ejemplo, a 104 Kelvin. A partir de las dos ecuaciones:

^ct(T ^{b b i}) = yf(dJ(TBBi)) 0

ü (T BB2) = y f(cTj(TsB2)) ⁰

se calcula la diferencia:

A (T bB1, T bB2)> o (T BB2) - o (T bBi ) - y (f(íf)(TBB2) ■ f(®(TBB2))

La parte de corriente oscura se cae debido al cálculo de la diferencia. Los términos de corrección multiplicativa r en la ganancia de los elementos detectores se calculan entonces individualmente por medio de la ecuación

r - Mean(A(TBBi, T bb2))/ A(Tbbi, T bb2)

En la que Mean(...) define el mensaje robusto a través de toda la imagen y garantiza la normalización de las correcciones al valor medio 1. También sería posible realizar la normalización de manera logarítmica, que se adapta un poco mejor al carácter multiplicador de la corrección de r.

Queda el cálculo de la parte de corriente oscura 0, que es independiente de la temperatura de la escena, pero que después entra en el cálculo de los factores de corrección de características por multiplicación con el tiempo de integración. La extrapolación exacta a f(O=0) o también f=0, que a su vez requeriría el conocimiento de f, tampoco es necesaria para la corrección, ya que un desfase constante en f(O) puede tenerse en cuenta igualmente en la parte de corriente oscura (aunque ésta se pondere con y, sólo tiene que ser constante). Formalmente, ni siquiera los valores negativos de O son un problema. Como punto de referencia para la corrección se considera

9 - (o(Tbbi ) cr(Tbbi )) / 2

como valor medio de las dos imágenes de inclinación. También se podría usar cualquiera de las dos imágenes de inclinación, pero la fórmula superior es simétrica y proporciona resultados ligeramente mejores.

La corrección de las desviaciones de la corriente oscura se realiza con 0 = Mean(0) - 0, por lo que la corrección media es cero.

Como resultado de la medición en el laboratorio se dispone de los conjuntos de coeficientes ("imágenes") Q, r, 0. Los dos tiempos de integración t y las dos temperaturas de los detectores Tbb seleccionados para la medición en laboratorio son en principio arbitrarios, pero deben seleccionarse de manera que, en primer lugar, cubran bien la dinámica típica y, en segundo lugar, no se encuentren en el rango no lineal de las características del detector.

Otro parámetro es la temperatura del detector Td, que hasta ahora no se ha tenido en cuenta y que se ha considerado como constante. Para poder llevar a cabo una corrección de la curva característica para diferentes temperaturas de los detectores, especialmente durante el enfriamiento, se realizarían correspondientemente mediciones a diferentes temperaturas de los detectores Td y se almacenarían los coeficientes de interpolación correspondientes en el misil 2, de modo que se obtienen

a = q (Td), r = r(TD), © = ©(Td)

y se utilizan de acuerdo con la temperatura actual del detector Td.

Dado que la imagen de desviación Q puede no ser tan estable en el tiempo como la imagen de ganancia r, no es necesario almacenar las desviaciones independientes del tiempo de integración, ya que pueden ser calculadas dinámicamente a partir de las imágenes dobles s(t1), s(t2), de forma análoga a las mediciones de laboratorio:

O = s(ti) - ti (s(t2) - s(ti)) / (t2-ti)

Con la existencia de los tres conjuntos de parámetros, la imagen corregida scorr se obtiene ahora al aplicar la corrección de la curva característica a la imagen de salida s, registrada con el tiempo de integración t, con

Scorr = (s - Q - 10) r Mean(Q) t Mean(0) _

En esta forma se puede ver muy bien que la corrección de la desviación está compuesta por la imagen independiente del tiempo de integración Q y la corriente oscura integrada de forma sincronizada t 0. La adición de las imágenes de valor medio Mean(Q) t Mean(0) garantiza la obtención del valor medio, es decir, Mean(s) = Mean(scorr).

A la vista de los factores de corrección de características Q, r, 0 se puede controlar ahora, por ejemplo, el misil teledirigido 2 u otro misil. Un procedimiento como éste se representa, a modo de ejemplo, en la figura 3. En un primer paso de procedimiento 32, los factores de corrección de características r, 0 y, opcionalmente, también Q se determinan trazando una superficie de temperatura homogénea 20 en el detector de matriz 8 y registrando la superficie 20 a dos temperaturas con respectivamente dos imágenes de diferente tiempo de integración t. Las temperaturas de los cuerpos negros son, por ejemplo, 25°C y 65°C. Esto se hace convenientemente en un edificio, de modo que el misil teledirigido 2, su cabezal de búsqueda 4 o sólo el sistema óptico 6 con el detector de matriz 8 y la unidad de control 10 o una unidad de procesamiento de imágenes, que procesa los datos de imagen del detector de matriz 8, se encuentran en un edificio. Los factores de corrección de características r, 0 y opcionalmente Q se almacenan en una memoria de datos 16.

En el siguiente paso de procedimiento 34, el misil teledirigido 2 puede ser transportado a un lugar de despliegue o se transporta en primer lugar a un lugar de almacenamiento y después, desde allí, a un lugar de despliegue. Durante el despliegue 36 del misil 2, el detector de matriz 8 se enfría hasta su temperatura de funcionamiento, por ejemplo, a menos de 150 Kelvin.

Antes, durante o después del enfriamiento del detector de matriz 8 a su temperatura de funcionamiento, se determinan en el paso de procedimiento 38 los factores de corrección de características Q. Esto se hace con al menos dos imágenes, que se toman inmediatamente una tras otra, y a partir de las cuales se determina la inclinación o, tal como se ha descrito anteriormente. En este caso, las dos imágenes no son de una superficie de temperatura homogénea, sino que pueden proceder de una escena del entorno situado alrededor o delante del misil teledirigido 2. Dado que la desviación de señal es independiente del tiempo de integración y de la temperatura de la escena grabada, cualquier escena puede ser fundamentalmente adecuada para el cálculo de los factores de corrección de características Q para la desviación de la señal. Conviene asignarlos a la temperatura del detector Td y, si es necesario, realizar el procedimiento, en su caso, para dos temperaturas diferentes del detector Td, a fin de poder determinar la desviación de señal por extrapolación incluso a la temperatura de funcionamiento del detector de matriz 8.

A continuación, el misil teledirigido 2 se lanza y la escena del objeto frente al cabezal de búsqueda 4 del misil teledirigido 2 se reproduce en el detector de matriz 8. En el paso de procedimiento 40, las señales s de los distintos elementos de imagen del detector de matriz 8 se corrigen mediante los factores de corrección de características Q, r, 0 y las imágenes s obtenidas de esas señales corregidas son analizadas por la unidad de control 10 para dirigir el misil teledirigido 2, por ejemplo, hasta un blanco que irradia en el rango de infrarrojos. Los factores de corrección de características Q, r, 0 están disponibles en la memoria de datos 16 como función de la temperatura del detector Td o como una base de datos multidimensional, mediante la cual los factores de corrección de características Q, r, 0 pueden calcularse por interpolación a la temperatura real del detector.

Lista de referencias

2 Misil teledirigido

4 Cabezal de búsqueda

6 Sistema óptico

8 Detector de matriz

10 Unidad de control

12 Ala de dirección

14 Cuerpo activo

16 Memoria de datos

18 Tomar imágenes

20 Superficie

22a-d Punto de medición

24 Calcular o

26 Calcular Q

28 Calcular r

30 Calcular 0

32 Determinar los factores de corrección de características

34 Transporte al lugar de utilización

36 Enfriamiento del detector de la matriz

38 Determinación de Q

40 Corrección de las señales

s Señal

t Tiempo de integración

T Temperatura

O Flujo de fotones

Y Ganancia de un elemento detector determinado a partir de valores medidos r Factores de corrección de la curva característica para la ganancia

0 Corriente oscura de un elemento detector determinada a partir de valores medidos 0 Factores de corrección característicos de la corriente oscura

w Desviación de la señal de un elemento detector determinada a partir de valores medidos Q Factores de corrección de características para la desviación de la señal

o Inclinación

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la determinación de los factores de corrección de características (Q, r, 0 ) de un detector de matriz (8) que reproduce en el rango espectral de infrarrojos, que comprende una pluralidad de elementos detectores dispuestos bidimensionalmente los unos respecto a los otros, que pueden emitir respectivamente, como señal, un valor de elemento de imagen (22) o en el que las señales de varios elementos detectores se pueden combinar para formar un único valor de elemento de imagen (22), en el que se registra con el detector de matriz (8) una superficie (20) de temperatura homogénea (Tbb) (18) a dos temperaturas diferentes (Tbb) de la superficie (20) con respectivamente dos imágenes de diferente tiempo de integración (t),

caracterizado por que

para cada uno de los elementos de imagen se determinan, a partir de los respectivamente cuatro valores de elemento de imagen (22) a las dos temperaturas (Tbb), sendas inclinaciones de señal (o) a lo largo del tiempo de integración (t) para cada uno de los elemento de imagen (24) y por que a partir de la diferencia de las inclinaciones de señal (o) se determina (28) la ganancia del elemento de imagen, almacenándose los factores de corrección de características (r) para la ganancia (32).

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado por que,

para cada uno de los elementos de imagen, la desviación de señal se determina (26) a partir de al menos dos valores de elemento de imagen (22) asignados a una de las temperaturas (Tbb), por que la desviación de señal se resta de los valores de los elementos de imagen (22) y por que después se determina la ganancia (28).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,

caracterizado por que,

los factores de corrección de características (r) se determinan para la ganancia mientras que el detector de matriz (8) está en un edificio, y los factores de corrección de características (Q) se determinan para la desviación de la señal durante un despliegue posterior de un misil teledirigido (2) que contiene el detector de matriz (8).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

las dos imágenes con diferente tiempo de integración (t) se toman inmediatamente una detrás de la otra.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

mediante el uso de al menos los puntos de imagen asignados a la temperatura (Tbb) se define una corriente oscura (0) para cada uno de los elementos de la imagen y se corrigen las curvas características de los elementos detectores asignados a los elementos de la imagen (30, 40) utilizando los factores de corrección de características (0) para la corriente oscura.

6. Procedimiento según la reivindicación 5,

caracterizado por que

como corriente oscura (0) se utiliza una de las inclinaciones de señal (o) o una suma de las dos inclinaciones de señal (o).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

como ganancia (y) se emplea la diferencia entre las dos inclinaciones de señal (o).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

el factor de corrección de características (r) para la ganancia es la diferencia media de las inclinaciones de la señal (o) dividida por la diferencia individual de los elementos de imagen de las inclinaciones de señal (o).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

la desviación de señal (w) se determina a partir de los valores de los elementos de imagen (22) de las temperaturas de registro (Tbb) y por que el factor de corrección de características (Q) para la desviación de señal de los elementos de imagen se determina como valor medio de las dos desviaciones de señal (w).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

los factores de corrección de características (Q, r, 0 ) se interpolan a partir de las dos temperaturas (Tbb) para una pluralidad de otras temperaturas diferentes.

11. Procedimientos según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

se determina la temperatura del detector de matriz (8) y se determinan los factores de corrección de características (Q, r, 0 ) en función de la temperatura del detector

12. Procedimiento para el control de un misil teledirigido (2), en el que los factores de corrección de características (Q, r, 0 ) se determinan de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

el misil teledirigido (2), que contiene el detector de matriz (8) en un cabezal de búsqueda (4), se dirige a un lugar de despliegue (34) y se lanza allí, por que con el detector de matriz (8) se registra un entorno con dos imágenes con diferentes tiempos de integración (t), y se determina una desviación de señal (38) para cada uno de los elemento de imagen a partir de los valores de los dos elementos de imagen (22), corrigiéndose las curvas características de los elementos detectores asignados a los elementos de imagen mediante el uso de los factores de corrección de características (Q, r) para la desviación de señal y la ganancia (40) y controlándose el misil teledirigido (2) a la vista de las imágenes del detector de matriz (8) corregidas de esta forma.

13. Procedimiento según la reivindicación 12,

caracterizado por que

las dos imágenes se toman durante un enfriamiento del detector de matriz (8), que se produce para establecer la disponibilidad para el funcionamiento del detector de matriz (8).

14. Misil teledirigido (2) con un cabezal de búsqueda (4) que comprende un detector de matriz (8), una memoria de datos (16) y una unidad de control (10) para controlar el vuelo de una misión,

caracterizado por que

la memoria de datos (16) contiene factores de corrección de características (r) determinados según una de las reivindicaciones anteriores en relación con la ganancia de los elementos detectores del detector de matriz (8).

15. Misil teledirigido (2) según la reivindicación 14,

caracterizado por que

la unidad de control (10) está preparada para determinar los factores de corrección de características (Q) para la desviación de señal de los elementos detectores del detector de matriz (8) a la vista de dos imágenes de escena de diferente tiempo de integración (t) tomadas directamente una tras otra durante una operación.