SE529510C2 - Metod för korrektion av olikheter hos detektorelement ingående i en IR-detektor - Google Patents

Description

20 25 30 529 510 2 För att hantera detta görs en ny offset kalibrering för varje användníngstillfälle. Detta görs genom att ett objekt med jänm temperatur förs in framför detektorn. Alla signalnivåer korrigeras då så att de ger samma utsignal. Av praktiska/mekaniska skäl fälls normalt en ”spade” in framför detektorn för att verka som ett objekt med jämn temperatur. Detta ger för det mesta en acceptabel bild. Nackdelar med denna metod är bl a att: 0 Av praktiska skäl kan inte spaden sitta utanför kameran. De störningar som införs på grund av läge och temperatur på optik och mekanik som ej är beläget mellan spade och detektor kommer inte at korrigeras bort. 0 Den avbildade scenen kan ha en temperatur som avviker kraftigt från ”spadens” ternperatrlr. Om sensorelementen inte har helt linjär respons för alla temperaturer kommer detta att införa störningar i bilden. 0 Spaden kostar pengar. 0 När spaden är infälld tappar man bild. 0 Spaden har inte helt homogen temperatur. 0 Spaden är mekaniskt komplicerad och kan t.ex. fastna i extrem kyla. 0 Kamerans respons begränsas ibland av att man måste kunna hantera en väldigt varm spade som egentligen ligger utanför det intressanta ternperaturintervallet.

Ett flertal metoder är även kända för scenbaserad korrektion av olikheter hos detektorelement. I sammanhanget används ofta begreppet scenbaserad NUC, där NUC står för Non Uniforrnity Correction. Genom dessa kända metoder kan införbara objekt i form av spade helt eller åtminstone delvis avvaras. Förenklat kan sägas att de bygger på att energi från samma punkt i en scen samplas med flera olika detektorelement.

Samplingaina härrör från olika tidpunkter och kameran och/eller scenen är i rörelse.

Energin antas vara konstant över ett kortare tidsintervall och om olika detektorelement ger olika utsignal för samma energi beror detta på någon störning som då korrigeras bort. Två huvudsakliga metoder har beskrivits. 10 15 20 25 30 5293 510 1 Detektom flyttas (t.ex. i s.k. micro scanning system) 2 Kamerarörelser och/eller scenförändringar uppmäts med någon bildbaserad rörelseestimeringsmetod (s.k. optical flow).

Enligt uppfinningsidén föreslås att mäta rörelsen medelst mikromekaniska gyron som mäter vinkelhastigheten parallellt med och vinkelrätt mot scenens optiska axel, att den uppmätta rörelsen samordnas med en tillhörande bild, att skillnaden mellan senaste bilden och närmast föregående eller medelvärdet av ett flertal föregående bilder beräknas som offsetpararnetrar, att offsetpararnetrarna uppdateras genom korrigering av tidigare offsetparainetrar med senaste offsetparametrar och att senaste bild korrigeras för statiskt brus genom att applicera senast framtagna offsetparametrar på senaste bild.

Med fördel används solid state rate-gyron som niikromekaniska gyron. Sådana gyron har ett fördelaktigt pris och förhållandevis liten volym och låg vikt. Särskilt föreslås solid state rate-gyron tillverkade med MEMS-teknologi, där MEMS står för gjkro- glectro-mekaniska-gystem.

För att ytterligare förbättra prestanda hos ingående gyron kan dessa kalibreras under drift. En sådan kalibrering kan innebära att skalfaktorn individanpassas till varje ingående gyro och att gyrona löpande kompenseras för temperaturvariationen. Vidare kan gyronas drift kompenseras löpande och kalibrering kan utföras med hjälp av lågpassfiltrering då gyrot står still. Kriterium för att ingen rörelse firms kan därvid erhållas från en rörelseestimeringsalgoritrn baserad på bilddata vid hög korrelation.

Vidare kan den från gyrona erhållna vinkelrörelsen användas som estimat för att beräkna rörelsen med arman rörelseestimeringsmetod baserad endast på bilddata. De båda resultaten kan järnföras och gyrot kan kompenseras för vinkeldrift och skalfaktorfel.

En lämplig metod enligt uppfinningen kännetecknas därvid av att den uppmätta rörelsen används som estimat för att beräkna rörelsen med rörelseestimeringsmetod baserad på scendata. Man kan alltså från gyrot, för vaij e ny bild, erhålla en deltavinkel 10 15 20 25 30 529 510 4 relativt föregående bild som kan användas som ett bra estimat till en rörelseestimeringsmetod baserad på bilddata.

Om korrelationen mellan gyrosignalemas estimat och rörelseestimeringsmetoden baserad på scendata ger ett armat resultat än gyrosignalema kan bedömd tillförlitlighet för rörelseestimeringsrnetoden baserad på scendata ligga till grund för hur data används.

Således föreslår metoden i en tillförlitlighetssituation att ingående gyrons kalibreringsparametrar korrigeras om korrelationen med rörelseestimeringsmetoden baserad på scendata ger annat resultat än gyrosignalerna och rörelseestimeringsmetoden baserad" på scendata anses tillförlitlig. I en annan tillförlitlighetssituation föreslås att enbart gyrodata används om rörelseestimeringsmetoden baserad på scendata bedöms otillförlitlig.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare i exemplifierad form under hänvisning till bifogade ritning där: Figur 1 schematiskt visar ett exempel på en utrustning med en gyroförsedd kamera i samverkan med en scen för utförande av metoden enligt uppfinningen.

Figur 2 schematiskt visar ett exempel på en detektor som kan ingå i kameran enligt figurl.

Figur 3 i blockschemaform schematiskt illustrerar hur metoden enligt uppfinningen kan utföras.

Enligt figur l är en kamera l anordnad riktad mot en scen 2. Kameran kan i princip röra sig i en tredimensionell rymd. För att mäta kamerans rörelser relativt scenen som i detta exempel antas fix är kameran försedd med tre gyron 3, 4 och 5. En i kameran ingående detektor 6 visas i figur 2. Detektorn 6 innefattar ett flertal detektorelement här anordnade i m kolumner och n rader. 10 15 20 25 30 529 510 s Om vi nu antar att detektorelementet 8 mottar en signal S8 från punkten 10 i ett första karneraläge och att detektorelementet 9 under en senare tidpunkt mottar en signal S9 från samma punkt då detektorelernentet 9 intagit detektorelementets 8 tidigare position, bör i princip signalen S8 och S9 vara lika stora. Om detta är fallet är det en klar indikation på att de två detektorelementen 8 och 9 är inbördes väl kalibrerade. I det fall att S8 och S9 skiljer sig kan detta istället vara en indikation på behov av kalibrering. Genom att kartlägga signalerna från ingående detektorelement vid olika tidpunkter och därmed olika kamera och detektorpositioner kan enligt principema ovan för två detektorelement utvidgas att gälla en större grupp detektorelement.

Vidare kan signalerna mätas vid ett flertal tidpunkter och därvid kan medelvärdesbildning tillämpas på mätresultaten.

Nedan beskrivs stegvis för en NUC-tillärnpning hur metoden grovt kan fungera: 1. Synkronoserinssignal (ex. VSYNC) triggar gyromätsystemet och momentant rnätvärde erhålls. 2. Mätsignalen från gyro digitaliseras (vid behov). 3 Gyrosignalen korrigeras för ternperaturdrifi och eventuellt andra kända och korrigerbara mätfel. 4 Gyrosignalen (rad/s) omvandlas till pixel/s med for specifik detektorupplösning och specifikt synfält aktuella skalfaktorer. (Vid pågående zoomning är inte gyrosignalen intressant.) Slutligen omvandlas gyrosignalen till Apixel i horisontal- respektive vertikalled. (Eventuellt uppmäts även vinkelhastighet runt optisk axel. Dessa värden ges i Aradianer.) 5 Gyrosignalerna används som estimat för någon beräkningseffektiv metod för bildbaserad rörelseestimering. 6 Om den bildbaserade rörelseestimeringen ger annat resultat än gyrosignalema och rörelseestimeringen anses tillförlitlig (enligt något godhetstal) så korrigeras kalibreringsparametrar för gyrot och vi undviker härmed drift. 7 Om rörelseestimeringen baserad på bilddata inte antas tillförlitlig, vilket är fallet då vi har mycket låg kontrast i bilden, så används bara korrigerade gyrodata. 10 15 20 25 5629 510 8 Rörelsen för aktuell bild lagras så att pixeldata kan jämföras med de pixeldata i föregående bild(er) som avbildar samma punkt i scenen. 9 Ett olinjärt filter används för att beräkna ett viktat medelvärde av olika sampel av samma punkt i scenen mätt med flera olika sensorelement. Om rörelsen antas vara nära normalfördelad kan detta viktade medelvärde antas vara det ”sanna” mätvärdet för den punkten i scenen. 10 En viss pixels medelavvikelse från det ”sanna” värdet antas härröra fiån någon störning och värdet från denna pixel korrigeras framöver för att eliminera denna avvikelse varpå en bild utan statiskt brus erhålls.

Genom att variera filter i punkt 9 och 10 kan man på liknande sätt också eliminera temporalt brus och också syntetiskt höja upplösningen i bilden med s.k. ”dynamic super resolution”.

I figur 3 illustreras schematiskt i blockschernaforrn hur metoden för korrektion av olikheter i detektorelement kan ske.

Iblocket ll ingår gyron som levererar vinkelförändringar till blocket 12 där korrektion av gyronas drift och skalfaktorer sker. I blocket 13 omvandlas vinkelförändringarna till bildkoordinater. På utgången av blocket 13 erhålls information i form av gyrobaserad relativ rörelse mellan kamera och scen/bild. I block 14 utförs en bildbaserad rörelse-estimering med information från gyrona som startvärde. Vid hög korrelation i bildestimeringen kan utdata även användas för kalibrering av ingående gyron. I ett block 16 registreras bilden Bildn från ett bildalstrande system visat genom ett block 15. Registrerade bilder Bilda tillsammans med relativ rörelse AxnAyn lagras i en bildstack 17 för att sedan bearbetas i en NUC- process 18. NUC-processen genererar offsetparametrar baserat på den bildinformation som finns lagrad i bildstacken l7. En korrigerad bild Bildkofi erhålls genom att den senaste bilden Bildn levererad av det bildalstrande systemet korrigeras med offsetpararnetrama Offsetm i ett block 19.

NUC-processen kan beskrivas enligt följande då bildstacken består av två bilder med inbördes rörelse. 10 15 20 529 §10 l. Beräkna skillnaden i signal för de delar av bildema som överlappar varandra, dvs den scen som är synlig i båda bildema. Matematiskt kan detta uttryckas genom sambandet Offsetn = Bildn~ Bildm. 2. Uppdatera offsetpararnetrarna för de sensor- eller detektorelement som motsvarar den överlappande delen. Om det antages att positionsfelen och det temporala bruset är normalfórdelade kommer medelvärdet av ett stort antal mätningar av signalskillnader för olika sensor- eller detektorelement som mäter samma punkt i scenen att motsvara det statiska bruset.

Matematiska antaganden av den exemplifierade typen Offsetmt = 0,99*Offsetm + 0,l*Offsct,, kan då ställas upp. Givetvis kan 0,9_9 och 0,1 ersättas med andra värden som i sammanhanget befinns lämpliga iberoende av vilket inflytande det senast offset-värdet (Offsetn) skall ges. 3. Applicera det accumulerade offsetvärdet på aktuell bild så att denna korrigeras för statiskt brus. Matematiskt kan detta uttryckas genom sambandet Bildkm = Bild” - Offsetm Om en djupare bildstack används, t ex 7 bilder, beräknas aktuell offset för ett sensor- eller detektorelement istället som skillnaden mellan medelvärdet av flera mätningar från flera sensorelement av en punkt i scenen och aktuell mätning med aktuellt sensorelement. I övrigt är processen densamma som for fallet med två bilder.

Uppfinningen är inte begränsad till de i ovanstående såsom exempel visade utfóringsfonnerna utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (7)

10 15 20 25 30 529 510 Patentkrav

1. Metod för korrektion av olikheter i signalniväi olika bildpunkter ingående i en lR-kamera baserad på att en scen som iakttages under rörelse i tiden hos detektorelement, hos en kamera i vilken detektorelementen är anordnade och/eller hos scenen, varvid avvikande utsignal för samma energi i scenen uppmätt med olika detektorelement korrigeras så att de ger väsentligen samma utsignal, källllelßßkllad av att rörelsen mäts medelst mikromekaniska gyron som mäter vinkelhastigheten parallellt med och vinkelrätt mot scenens optiska axel, att den uppmätta rörelsen samordnas med en tillhörande bild, att skillnaden mellan senaste bilden och närmast föregående eller medelvärdet av ett flertal föregående bilder beräknas som offsetparametrar, att offsetparametrarna uppdateras 'genom korrigering av tidißafe offsetparametrar med senaste offsetparametrar och att senaste bild korrigeras för statiskt brus genom att applicera senast framtagna offsetparametrar på Senaste bild-

2. Metod enligt patentkravet l, kännetecknad av att som mikromekaniska gyron används solid state rate-gyron.

3. Metod enligt patentkravet 2, kännetecknad av att rate- gyron är tillverkade i MEMS-teknologi används.

4. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att gyrona kalibreras under drift.

5. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att den uppmätta rörelsen används som estimat för att beräkna rörelsen med rörelseestimeringsmetod baserad på scendata,

6. Metod enligt patentkravet 5, kännetecknad av att ingående gyrons kalibreringsparametrar korrigeras om kor-relationen med rörelseestimeringsmetoden baserad på scendata ger annat resultat än gyrosignalerna och rörelseestimeringsmetoden baserad på scendata anses tillförlitlig. 529 510 9

7. Metod enligt patentkravet 5, kännetecknad av att enbart gyrodaïa äHVäfldS Om rörelseestimeringsmetoden baserad på scendata bedöms otillfórlitlig.