[发明专利]校正灵敏度的方法和用于实现该方法的矩阵图像传感器

说明书

本发明涉及矩阵图像传感器，尤其是涉及用于校正由矩阵的不同基本 敏感点或像素的物理特性的散布产生的空间噪声的方法。该空间噪声在红 外图像传感器的情况下特别重要，不管是测量由红外辐射产生的电流的光 电元件传感器，还是测量由辐射产生的加热温度的测辐射热元件传感器。

空间噪声产生损坏有用图像或甚至使其变得不可利用的寄生图像：假 定传感器所观察到的景象是均匀地平均亮度的图像，该传感器提供不均匀 的图像，如果此不均匀度超过某个程度，这是不可接受的；此外，所观察 到的图像取决于此均匀亮度的程度，这使该噪声变得更令人不舒服，因为 两个像素的状态的差异取决于它们所接收的亮度。

不仅对于针对基准亮度产生的信号电平，而且对于根据亮度的像素响 应曲线的斜率，像素的状态事实上从一个像素到另一像素不同。

为了将因此在矩阵传感器中产生的空间噪声减到最少，已经提出了对 给定亮度的均匀图像测量不同像素的输出信号电平并将每个像素的信号电 平单独地偏移，以便所有像素归并为相同的基准(第一级校正)。也提出了 提高两个不同的均匀亮度的级别，以便不仅校正级别偏移，而且校正变化 的斜率(第二级校正)。

为了同时校正级别和斜率，在对两个不同的均匀亮度测量了来自每个 像素的信号之后，可例如以下列方式继续进行：

-在第一阶段，对于均匀的照度之一，执行将信号电平归并为对所有像 素共同的相同值的校正，该值可以被视为基准值的值，

-在第二阶段，在使每个像素的信号电平偏移了该像素所专有的一个值 之后，执行增益校正，以便在校正信号的基准值周围的变化的斜率对所有 像素都是相同的；对每个像素计算为两个亮度得到的校正信号之间的差异， 并对每个像素确定增益，使得被该增益乘的该差异等于对所有像素共同的 一个值；然后对每个像素执行校正，该校正包括使校正信号电平之间的差 异和基准值乘以该像素所专有的增益；这给出加到公共基准值的被加倍校 正的信号，以获得最终的信号。

为了考虑级别的散布和考虑增益的散布，这些方法因此实际上需要从 具有基准亮度的一个或两个均匀图像开始的手工校准，这很不方便；另外， 如果空间噪声随着时间漂移，则应重新进行该校准。

还提出了根据大量连续图像的观察，执行所采集的图像的每个点的校 正计算，同时假定由于随着时间的过去接收的图像的多样性，像素所接收 的光的强度的统计平均值和统计方差对所有像素是相同的。因此，计算在 该时间内对每个像素接收的信号的平均值，并执行像素的当前信号的校正， 以使相应于对该像素检测的平均值和对所有像素共同的平均基准值之间的 差异的值的当前大小偏移。这将所有信号的平均电平归并为相同的基准值， 该基准值来自统计平均值而不是均匀的基准亮度的屏幕的观察。

同样，计算在大量图像上的每个像素的方差，该方差以某种方式表示 信号电平根据亮度变化的曲线的斜率的近似；并将增益校正应用于当前信 号的变化，该校正是所计算的方差和对所有像素共同的基准方差之间的差 异。基准方差可为所有像素的方差的平均值。这将每个像素的变化的斜率 归并为相同的基准值。

这个解决方案非常有利，因为它不需要从基准屏幕开始的任何校准。

但是这些计算非常繁重，因为它们需要采集大量图像，将其全部储存， 进行该大量图像上的每个像素的平均值的计算，以及计算对于每个像素的 方差。实际上，对于预先记录的图像系列，这只能由强大的计算机实现。 不可在摄影的摄像机中采集并直接处理图像。因此，尽管该解决方案在理 论上对预录的图像的处理是可利用的，但它对快镜图像的拍摄是根本不可 应用的。

在一定数量的图像传感器中，对给定平均亮度的信号电平的散布证实 比在整个可能亮度数值范围上由于斜率变化造成的散布更强。一般，如果 在有效亮度范围中的信号变化的幅度引起像素间大约为该幅度的八分之一 的信号散布，则像素彼此间的信号的平均幅度的散布可达到该有效范围中 的变化幅度的八倍。这种影响还来自于这样的事实：由在可接收到的亮度 范围中的像素获得的信号变化常常不超过该像素所提供的电信号的平均电 平的1％到2％。因此在这些传感器中校正响应级的散布特别关键。