[发明专利]热图像摄像机

说明书

技术领域

本发明涉及一种热图像摄像机，具有基于像素的探测器单元、处理器单元和图像中间存储单元，其中所述探测器单元被构造用于利用至少两个不同的灵敏度对在其上成像的情景的热辐射进行基于像素的拍摄，并交替地读出较高灵敏的和较低灵敏的图像，并且所述处理器单元被设置用于控制读出、预处理、中间存储以及把至少两个依次从探测器单元读出的较高和较低灵敏的图像结合为共同的输出图像。 

背景技术

热图像摄像机由一系列制造商以不同的实施来提供。“热图像（W?rmebild）”通常被理解为由红外或热辐射的光学成像所产生的图像。在技术上，热图像可以在近红外区域中通过例如CCD或CMOS传感器的对可见光常用的技术来产生。在中和远红外区域中的热图像通过“微测辐射热计”来产生，其中所述微测辐射热计作为由温度灵敏的电阻组成的矩阵来布置，并且如果由于制造公差以及由于由偏置偏压（Bias-Vorspannung）所产生的自热而引起的其信号不均匀性被校正，那么在其整体上提供热图像。由微测辐射热计组件组成的热图像摄像机通常包含像素阵列，其微测辐射热计由于偏压（偏置）而允许与温度有关的电流强度。矩阵状布置的微测辐射热计组件通常也称作FPA（“Focal Plane Array(焦平面阵列)”）。如果这样的温度灵敏型探测器阵列通过红外光学系统来曝光，那么可以拍摄热图像并从而产生温度图像。 

为了清楚地理解技术背景，将以下的术语作为紧接着的阐述的基础。 

以所谓的“帧”来进行图像拍摄。帧理解为矩阵状探测器阵列（FPA）的同时针对图像所记录的像素强度值的数据组。也就是说，通常在整个矩阵布置的各个读出过程的结果中产生帧。矩阵状布置的图像元素的读出通常以行的方式进行，其中每个行接着在其侧以列的方式被读出。于是帧是完整的读出过程的像素（像素强度）的矩阵。只要指的是在公制上有秩序地读出的像素强度的总体，那么帧也同义地被称作当前读出的图像。 

“基于像素”这里被理解为，热图像以确定的数量和位置的布置被离散，其中在所述位置处测量其辐射强度。这通常是行列矩阵结构，但并不局限于这样的笛卡尔布置。这里所示的方法本身并不是以矩阵结构为前提，而是在其他的像素布置的情况下也保持有效。重要的仅仅是，如果不同的图像应该被相互结算，比如在背景图像校正时的热图像与背景图像或者具有不同热灵敏度的热图像，那么布置是相同的。基于像素在此意味的是，针对每个像素位置来进行相应的校正或处理计算。诸如灵敏度特征等的参数在最通常的情况下于是可以从像素位置到像素位置地变化，也即对于整个热图像不必是相同的。对于像素强度的函数曲线的说明，不仅对于所处理的、校正的、而且对于平均的或加权的信号值，其前提是对于概念“（严格）单调上升/下降”、“可逆单值函数”、“线性/非线性函数”、“（严格）凹/凸函数”等概念的数学理解。 

利用概念“权函数”来指一组因子，在如此被加权的帧被继续处理之前，该组因子在图像数据组（帧）上被用作加权。这里利用“百分比权函数”指的是，权应该总是位于0和1之间。 

“像素强度”被理解为分配给探测器矩阵的各个像素位置的强度值。与之不同，“图像强度”被理解为作为整体分配给图像的强度说明。对于二者，存在不同的实现可能性。在下文中描述，在微测辐射热计组件的情况下各个微测辐射热计的像素强度通常如何被确定。如果作为整体需要关于图像强度的陈述，那么为此例如可以形成所有像素强度的总和。但其他的定义（比如所有像素强度的平均值、子帧、也即总阵列的子矩阵或ROI=“感兴趣区域（Region Of Interest）”、也即总阵列的有关的、任意形成的部分面的、像素强度的总和或平均值等）也是可能的。 

在热图像摄像机的应用中，在由热图像摄像机要拍摄的场景中同时存在的温度差经常太大，以致于所述温度差不能由电子装置的动态范围（用于拍摄、分析和表示热图像所采用的电子处理链的近似线性的动态的调制范围）适当地、也即在无由于饱和或噪声引起的失真的情况下转换为热图像，并且大多也太大，以致于不被使用者有意义地解释。对此的例子是由消防队使用热图像摄像机。这里，在消防队使用的情况下同时在图像中不仅应该检测火灾发生地的高温，而且应该检测在失火区域中要救援的人的低温，使得一眼就可以从所示的热图像获悉能够实现快速而对准目标的处理的所有信息。