[发明专利]无需温度调节用于对检测器输出的图像进行校正的方法以及实现该方法的检测器

说明书

技术领域

本发明涉及红外成像和利用辐射热计的高温测定技术领域。更具体地说，本发明涉及与检测频带和所使用的辐射热材料的类型无关的辐射热计检测器技术领域。

背景技术

传统上，为红外成像设计的检测器被制造为单元检测器或者辐射热计的一维或者二维阵列，所述辐射热计采用借助具有高热阻的支臂悬置在通常由硅形成的基底上方的薄膜的形式。这种悬置薄膜组件形成通常被称为“网膜”的阵列检测元件。

基底通常包括用于顺序寻址单元检测器的装置和用于电激励单元检测器并且预处理这些辐射热计产生的电信号的装置。该基底和所集成的装置通常被称为“读出电路”。

为了利用该检测器获得景物，将景物通过适当光学元件投影到网膜上，网膜排列在光学元件的焦面上，并且定时电激励信号通过读出电路施加到每个辐射热计或者每行辐射热计，以获得构成每个所述单元检测器达到的温度的图像的电信号。然后，读出电路将该信号处理到较大或者较小的范围，然后，如果适用，则利用封装之外的电子器件处理，以产生所观看的景物的热图像。

这种检测器在其制造成本和实现方面具有许多优点，但是也具有限制采用这种检测器的系统的性能的缺点。特别是，在所获得的图像的均匀性方面存在问题。实际上，当对均匀图像曝光时，不是所有的辐射热计都精确发出相同的信号，并且这导致在这样获得的图像中产生固定空间噪声，并且该噪声对所产生的图像的质量具有严重的负面影响。通常被称为“偏移色散”。

然后，通过从所述图像的每个像素中减去存储在“偏移表”中的对应于该像素的偏移，对由辐射热计阵列获得的图像校正偏移色散，其中“偏移表”是在工厂通过用具有已知恒温的黑体曝光网膜来进行校准而获得的。因此，均匀景物的校正图像基本上是均匀的。

然而，确定偏移表通常是费事耗时的任务。实际上，它包括将具有已知均匀温度的景物，即，传统上的均匀温度黑体，展现在检测器之前，在需要时仔细确保基本上等于黑体的温度的恒定网膜温度。

此外，辐射热计的偏移取决于其温度，因此，如果辐射热计的温度偏离用于确定偏移表的温度，则后者变得无关紧要，并且校正不令人满意。

为了克服第一种热辐射检测器的问题，利用例如珀尔帖效应模块或者加热器，对焦面进行温度控制。意图是确保辐射热计的温度变化仅由发自所观看的景物的辐照引起。

在具有温控焦面的第一种检测器中，根据单个预定温度设定值，执行温度调节。这被称为“单温控制模式”。这种情况的优点是，检测器的工作温度范围基本上被限制在所述设定值附近，因此，可以适用单个偏移表。这样限制了工厂校准的范围。另一方面，检测器的能量消耗与最佳值相去甚远，并且这甚至可能变成单独便携式检测器情况的限制因素。实际上，当检测器的环境温度基本上偏离温度设定值时，用于温度控制目的的能量相当大。不仅如此，即使进行温度控制，也不能确保良好的恒温。该检测器始终受到来自网膜环境（特别装配有网膜的封装）的温度扰动的影响；该封装及其相关元件（光学元件、光圈等）的温度根据来自其外部环境的辐照和其它干扰而随意变化。实际上，始终存在偏离温度设定值的瞬变，并且这些瞬变越大，则环境温度偏离设定值越多。

因为单温控模式消耗能量，并且环境温度偏离焦面的单一温度设定值越多，则单温控模式的精度越来越低，所以被称为“多温控检测器”的第二种温控检测器使用几个温度设定值，以使环境温度与网膜的温度之差保持低于预定阈值。这样将温控用途消耗的能量降低到最小，并且偏移校正的不准确度与温度无关。然而，其前提条件是具有每个温度设定值的偏移表。为了从多温控模式的优点获得最大好处，偏移表的数量通常大，并且这涉及对这些表非常冗长的工厂校准，因此，制造成本相当高。此外，在使用中，发现存在从第一温度设定值到第二温度设定值的变化时的过渡期间导致检测器产生的图像的质量降低。

因为温控检测器消耗大量能量并且笨重，所以开发了通常称为无TEC（无热电冷却）检测器的非温控检测器或者“非冷却”检测器。

在例如文献EP 1953509和US 6433333描述的第一种无TEC检测器中，在检测器的假定工作范围内，对于焦面上的各种温度，在工厂获取多个偏移表，然后，将它们存储在检测器中。通常，为了设定检测器的环境温度，将检测器布置在恒温箱中，恒温箱用于使一系列稳定温度级中的每个保持约1小时。在最终的分析中，该校准处理花费几个小时的时间，并且需要恒温箱，因此，对于制造商而言特别昂贵。