KR100568891B1 - Sensor system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장면의 필터링된 이미지에 대응하는 센서 신호(Sout)를 발생시키는 센서 시스템(800)을 제공한다. 시스템(800)은 다소자 어레이(526)와 어레이 상에 투영된 이미지들에 응답하여 소자 신호들을 제공하기 위한 연관된 처리 회로들과 어레이(526) 상에 이미지들을 투영하기 위한 투영 렌즈 집합(502)으로 구성된다. 렌즈 집합(502)은 측정 국면 동안 측정 신호와 교정 국면 동안 국부적 공간적 평균 보정 신호를 발생시키기 위해 상이하게 흐릿한 장면의 이미지들을 어레이(526)상으로 투영한다. 광 확산 셔터(522)는 상이하게 흐릿한 이미지들을 발생시키기 위해 사용된다. 시스템(800)은 차 신호를 제공하기 위해 각 소자의 측정 및 교정 신호들을 다른 것으로부터 차감하며, 측정 국면 동안 센서 신호(Sout)를 발생시키기 위해 이러한 신호를 사용한다. 교정 국면은 어레이 온도 또는 입사 방사 세기의 변화에서 반복되므로, 환경의 변화에도 불구하고 센서 신호(Sout)에서 고정된 패턴 노이즈는 감소하며, 드물게 측정 국면만을 인터럽트한다. The present invention provides a sensor system 800 for generating a sensor signal S out corresponding to a filtered image of a scene. System 800 is more or less an array 526 and associated processing circuits for providing device signals in response to images projected on the array and projection lens set 502 for projecting images on array 526. It consists of. Lens set 502 projects images of differently blurred scenes onto array 526 to generate a measurement signal during the measurement phase and a local spatial average correction signal during the correction phase. Light diffusing shutter 522 is used to generate differently blurred images. System 800 subtracts the measurement and calibration signals of each device from the others to provide a difference signal and uses this signal to generate a sensor signal S out during the measurement phase. Since the calibration phase is repeated at changes in the array temperature or incident radiation intensity, fixed pattern noise in the sensor signal S out is reduced in spite of changes in the environment, rarely interrupting only the measurement phase.
센서 시스템, FPN 보정, 산란 수단, 작동 수단, 투영 수단Sensor system, FPN correction, scattering means, actuation means, projection means
Description
본 발명은 장면(scene)의 방사(radiation)를 감지하는 센서 시스템에 관한 것이다. 이는 또한 이러한 방사를 감지하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor system for sensing radiation of a scene. It also relates to a method of detecting such radiation.
방사 센서 시스템들은 종래 기술에서 잘 알려져 있다. 이들은 예를 들면, 휴대가능한 소비자 비디오와 디지털 카메라들 및 응급 서비스들에서 사용되는 열 영상기들에서 또한 광범위하게 응용된다. Radiation sensor systems are well known in the art. They are also widely applied, for example, in thermal imagers used in portable consumer video and digital cameras and emergency services.
통상적인 시스템은 소자들의 2 차원 어레이를 포함하는 센서를 포함하며, 각각은 연관된 신호 처리 회로를 갖는다. 장면으로부터의 방사는 어레이 상에 투영되고 각 소자는 자신과 연관된 처리 회로를 통해 식 [1]에 주어진 바와 같은 출력 Sk 로 반응한다; 여기서 인덱스 k 는 소자들을 유일하게 식별하는데 사용되는데, 즉, Sk는 k 번째 소자 회로의 출력이다. 출력 Sk 은 그것에 연관된 소자 또는 처리 회로 내에서 발생되거나 또는 장면 자체에서 발생하는 원치않는 인위 결과들(artefacts)을 포함한다. A typical system includes a sensor that includes a two dimensional array of elements, each having an associated signal processing circuit. Emission from the scene is projected onto the array and each element reacts with the output S k as given in equation [1] through the processing circuit associated with it; Where index k is used to uniquely identify the elements, that is, S k is the output of the k-th element circuit. The output S k contains unwanted artefacts that occur in the element or processing circuit associated therewith or occur in the scene itself.
여기서, here,
Sk = k번째 소자와 연관된 처리 회로를 통해 k 번째 소자로부터 발생된 출력;S k = output generated from the k th element through the processing circuit associated with the k th element;
Ak = k 번째 소자 반응도 함수;A k = k-th device reactivity function;
Rfk = k 번째 소자에서 수신된 장면으로부터의 특징 정보 또는 장면 콘트라스트 방사;Rf k = feature contrast or scene contrast emission from the scene received at the kth element;
Rpedk = k 번째 소자에서 수신된 장면으로부터의 배경 방사;Rped k = background radiation from the scene received at the kth element;
Bk = k 번째 소자와 그것에 연관된 처리 회로내에서 발생된 오프셋 신호;B k = offset signal generated in the k-th element and the processing circuit associated with it;
Nk = k 번째 소자와 그것에 연관된 처리 회로내에서 발생된 노이즈 신호;N k = noise signal generated in the k-th element and its associated processing circuit;
각 소자로부터의 출력들 Sk 는 센서 신호를 제공하기 위해 결합된다. Outputs S k from each device are combined to provide a sensor signal.
연관된 회로들을 포함하는 센서는 CCD(charge coupled device)들 또는 MOS(metal oxide semiconductor) 디바이스들에 기초할 수 있다. 특히 MOS 디바이스들이 사용되면, 소자 반응도 함수 Ak 에서 원치않는 편차들이 있다는 것, 즉, 소자들이 상이한 반응도들을 가지며, 동일하게 수신된 방사 세기에 반응하여 상이한 출력들 Sk 을 제공한다는 것이 발견된다. 이 편차는 종종 CCD들을 포함하는 센서들의 편차보다 더 크다. MOS 검출 및 처리 회로의 호환성으로 이득을 얻기 위해 오랫동안 숙원이었던 것에도 불구하고 소비자 비디오 카메라들에 CCD들을 포함하는 센서들보다 MOS 디바이스들을 포함하는 센서들의 광범위한 사용이 방해되었다. 이 점에 대하여, MOS 디바이스들을 작동하는데 전원과 제어 신호들을 제공하는 것은 대응하는 CCD들을 작동하는데 그들을 제공하는 것과 비교하여 덜 복잡하고 덜 비용이 들게 하는 경향이 있으며; 이것은 전자의 경우에서 공급 전압들과 같은 회로 파라미터들이 호환가능하기 때문이다. 편차는 출력들 Sk 에서 FPN(fixed pattern noise)이 발생하게 하며, 이는 반점이 있는(speckled) 장면을 묘사하는 대응하는 센서 신호를 야기한다. 더욱이, 소자들은 또한 소자들 사이에 오프셋 신호 Bk 의 상이한 값들을 갖는다. 낮은 레벨의 방사 세기에 반응하도록 사용된 센서들에 대하여, 그들의 검출기 소자들 및 연관된 처리 회로들 내에서 발생된 노이즈 Nk 는 종종 문제가 되는데, 특히 플리커 노이즈(flicker noise)는 주파수에 비례하여 역으로 증가하는 노이즈 스펙트럼 밀도를 갖는 Nk 에 기여한다. The sensor including associated circuits may be based on charge coupled devices (CCDs) or metal oxide semiconductor (MOS) devices. In particular when MOS devices are used, it is found that there are unwanted deviations in the device reactivity function A k , ie the devices have different reactivity and provide different outputs S k in response to the same received radiation intensity. This deviation is often greater than the deviation of sensors that include CCDs. Despite long-standing pursuits to benefit from the compatibility of MOS detection and processing circuitry, the widespread use of sensors containing MOS devices has been hindered than those containing CCDs in consumer video cameras. In this regard, providing power and control signals to operate MOS devices tends to be less complex and less expensive than providing them to operate corresponding CCDs; This is because in the former case circuit parameters such as supply voltages are compatible. The deviation causes FPN (fixed pattern noise) to occur at outputs S k , which results in a corresponding sensor signal depicting the speckled scene. Moreover, the elements also have different values of the offset signal B k between the elements. For sensors used to respond to low levels of radiation intensity, noise N k generated in their detector elements and associated processing circuits is often problematic, in particular flicker noise being inversely proportional to frequency. Contribute to N k with increasing noise spectral density.
센서가 장면으로부터 방사를 수신할 때, 출력 Sk 는 장면으로부터의 일반적인 배경 방사에 대응하는 원치않는 페디스탈(pedestal) 성분을 장면 내의 특징들에 대응하는 특징 또는 콘트라스트 성분과 함께 포함한다. 이것은 특히 When the sensor receives the radiation from the scene, the output S k includes an unwanted pedestal component corresponding to the general background radiation from the scene along with the characteristic or contrast component corresponding to the features in the scene. This is especially
(ⅰ) 센서가 적외선 방사를 검출할 때;(Iii) the sensor detects infrared radiation;
(ⅱ) 장면이 약 300 K의 주위 온도에 있을 때; 및(Ii) the scene is at an ambient temperature of about 300 K; And
(ⅲ) 특징 성분을 발생시키는, 장면 Rfk 내의 온도 편차들이 1K 보다 작을 때; 적절하다.(Iii) when the temperature deviations within scene Rf k are less than 1K, generating a feature component; proper.
페디스탈 성분은 특징 성분보다 천배 또는 그 이상 큰 팩터일 수 있다. 이는 나쁜 신호 콘트라스트를 야기하며, 다른 신호 처리가 인가되지 않는다면 출력들 Sk에서 온도 편차들을 식별하기 어렵게 할 것이다. The pedestal component may be a factor of one thousand or more greater than the feature component. This causes bad signal contrast and will make it difficult to identify temperature deviations at outputs S k unless other signal processing is applied.
페디스탈 성분의 존재는 장면으로부터의 방출들(emissions), 특히 적외선 방출들을 감지하는 센서 시스템의 설계 및 수행시 제약들 및 제한들을 부과한다. 이는 종종 장면 콘트라스트에 관한 오프셋 에러들 및 인위 결과들에 의해 좌우되는, 장면의 이미지를 나타내는 센서 신호를 야기한다. The presence of the pedestal component imposes constraints and restrictions on the design and performance of a sensor system that detects emissions from the scene, in particular infrared emissions. This often results in a sensor signal representing an image of the scene, which is governed by offset errors and artificial results with respect to scene contrast.
상술된 페디스탈 성분의 문제점을 해결하는 해결책은 미국 특허 번호 US 5 155 348에 기재되어 있다. 이는 적외선 방사에 반응하는 128 ×128 광검출기 소자들의 2 차원 어레이를 포함하는 센서에 대한 판독 회로를 설명하며, 각 소자는 각각의 판독 회로에 연결된다. 회로는 교정 및 측정 국면들을 갖는다. A solution to the problem of the pedestal component described above is described in US Pat. No. 5,155,348. This describes a readout circuit for a sensor comprising a two-dimensional array of 128 × 128 photodetector elements responsive to infrared radiation, with each device connected to a respective readout circuit. The circuit has calibration and measurement aspects.
교정 국면(calibration phase) 동안, 교정 이미지가 소자들 상에 투영된다. 이미지는 보여질 장면과 유사한 온도의 특색없는 교정 개체 또는 장면의 전체적으로 흐릿하고 특색없는 균일한 이미지에 대응할 수 있다. 각 소자는 교정 이미지에 반응하여 신호를 발생시키고, 교정 이미지와 반응하는 각 소자에 의해 발생된 신호에 대응하여 소자의 각각의 회로는 회로 내에 포함된 저장 커패시터 Cc 상에 교정 신호를 저장하도록 배열된다. 이는 어레이를 가로지르는 페디스탈 성분에 대한 보정(correction)을 제공한다. During the calibration phase, a calibration image is projected onto the elements. The image may correspond to an uncharacteristic correction object at a temperature similar to the scene to be viewed or an overall blurry and uncharacteristic uniform image of the scene. Each device generates a signal in response to a calibration image and each circuit of the device is arranged to store a calibration signal on a storage capacitor C c included in the circuit in response to the signal generated by each device reacting with the calibration image. do. This provides a correction for the pedestal component across the array.
측정 국면 동안, 장면의 포커싱된 이미지가 어레이상에 투영되고 각 소자에서 측정 신호를 발생시킨다. 교정 신호는 차 신호를 제공하기 위해 각 소자에 대한 측정 신호로부터 차감된다. 차 신호는 출력 신호를 제공하기 위해 적분된다. 회로들은 멀티플렉서(multiplexer)에 의해 스캔된 각각의 출력 신호들을 혼합 센서 신호를 제공하기 위해 생산한다. During the measurement phase, a focused image of the scene is projected onto the array and generates a measurement signal at each element. The calibration signal is subtracted from the measurement signal for each device to provide a difference signal. The difference signal is integrated to provide an output signal. Circuits produce each output signal scanned by a multiplexer to provide a mixed sensor signal.
이러한 해결책은 각 소자에서 페디스탈 성분을 제거함으로써 혼합 센서 신호의 동적인 범위를 감소시킨다. 이는 예를 들면, 12 비트 해상도 대신에 8 비트 해상도의 아날로그 디지털 변환기들을 사용하게 하는 멀티플렉서로부터 센서 신호를 수신하는 원격 회로들의 동적 범위 성능의 필요조건들을 완화시킨다. This solution reduces the dynamic range of the mixed sensor signal by eliminating the pedestal component in each device. This alleviates the requirements of the dynamic range performance of remote circuits, for example, receiving sensor signals from a multiplexer that allows the use of 8-bit resolution analog-to-digital converters instead of 12-bit resolution.
FPN 을 감소시키는 기술은 미국 특허 번호 5 373 151에서 설명된다. 명세서는 포커싱되고 디포커싱된(defocused) 신호들 각각에 대응하여 각 소자에서 발생하기 위해 다소자 포컬 플랜 어레이(multielement focal plane array) 상에 장면의 포커싱된 그리고 주기적으로 디포커싱된 이미지들을 투영하는 광학 시스템에 관한 것이다. 각 소자에 대한 차 신호는 그것의 포커싱된 신호로부터 그것의 연관된 디포커싱된 신호를 차감함으로써 유도된다. 소자들로부터의 차 신호들은 FPN 인위 결과들이 감소되는 시스템 출력을 제공하기 위해 함께 결합된다.Techniques for reducing FPN are described in US Pat. No. 5 373 151. The specification describes optical projection of focused and periodically defocused images of a scene onto a multielement focal plane array for generation in each device corresponding to each of the focused and defocused signals. It's about the system. The difference signal for each element is derived by subtracting its associated defocused signal from its focused signal. The difference signals from the elements are combined together to provide a system output in which FPN artificial results are reduced.
종래 기술의 FPN 보정의 사용에도 불구하고, 종래 기술의 이미지 품질은 최초의 보정이 제시하는 것만큼 양호하게 유지되지 않으며 반복적으로 재교정할 필요가 있음이 실험에서 발견된다. 이런 모순에 대한 이유들은 현재 종래 기술에 설명되지 않았다.Despite the use of prior art FPN correction, it is found in the experiment that the prior art image quality does not remain as good as the original correction suggests and needs to be recalibrated repeatedly. The reasons for this contradiction are not currently described in the prior art.
더 효과적인 FPN 보정을 갖는 센서 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.It is an object of the present invention to provide a sensor system with more effective FPN correction.
본 발명은 장면의 필터링된(filtered) 이미지에 대응하는 센서 신호를 발생시키는 센서 시스템으로서, The present invention is a sensor system for generating a sensor signal corresponding to a filtered image of a scene,
(ⅰ) 제 1 및 제 2 검출 국면들 동안 소자 신호들을 발생시키는 복수의 검출기 소자들을 포함하는 검출 수단; 및(Iii) detection means including a plurality of detector elements for generating element signals during the first and second detection phases; And
(ⅱ) 두 검출 국면들로부터의 소자 신호들을 처리하고, 고정된 패턴 노이즈(fixed pattern noise)가 중화되는(counteracted) 센서 신호를 발생시키기 위한 처리 수단을 포함하는, 상기 센서 시스템을 제공하며,(Ii) processing means for processing device signals from two detection phases, and generating processing means for generating a sensor signal from which fixed pattern noise is counteracted,
시스템이 검출기 소자 반응도에 영향을 미치는 입사 방사에 의한 검출 수단의 조도에 반응하는 감지 수단을 포함하고, 조도 변화에 반응하여 두 검출 국면들을 반복하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. The system is characterized in that it comprises sensing means responsive to illuminance of the detection means by incident radiation affecting the detector element responsiveness and is configured to repeat both detection phases in response to a change in illuminance.
본 발명은 센서 시스템이 검출 수단의 반응도에 영향을 미치는 조도의 변화에 반응하여 필요한 경우에 FPN 을 감소시키기 위해 재교정을 수행하는 이점을 제공한다. The present invention provides the advantage that the sensor system performs a recalibration to reduce FPN if necessary in response to changes in illuminance affecting the responsiveness of the detection means.
특허 명세서 US 5 155 348(Ballingall 및 Blenkinsop)에 기술된 검출 회로와 특허 명세서 US 5 373 151(Eckel 등)에 기술된 시스템이 갖는 첫번째 문제점은 그들의 검출기 소자들의 식 1의 반응도 함수 Ak 가 온도에 영향을 받는다는 것이다. 결과적으로, 이 2개의 명세서들에서 기술된 FPN 보정은 그들의 검출기 소자의 온도가 변할 때 부정확해진다. 또한, 두번째 문제점은 검출기 소자들의 함수 Ak 의 편차가 수신된 방사 레벨에 의해 변화할 것이라는 것인데; 예를 들면, 다소자 검출기 어레이에서 소자들은 종종 상대적으로 보다 높게 수신된 방사 레벨들에서 서로 동일한 반응도들과 상대적으로 보다 낮게 수신된 방사 레벨들에서 서로 다른 반응도들을 나타낸다. 이것은 상대적으로 보다 높게 수신된 방사 레벨들에서 결정된 FPN 보정이 보다 낮게 수신된 방사 레벨들에서 사용되는 경우 부정확할 것임을 의미한다. 소자들의 반응도 함수 Ak 의 이러한 온도와 방사 레벨 감도는 종래의 기술에서 식별되지 않는다. The first problem with the detection circuit described in patent specification US 5 155 348 (Ballingall and Blenkinsop) and the system described in patent specification US 5 373 151 (Eckel et al.) Is that the reactivity function A k of equation 1 of their detector elements Is affected. As a result, the FPN correction described in these two specifications becomes inaccurate when the temperature of their detector element changes. In addition, a second problem is that the deviation of the function A k of the detector elements will vary with the received radiation level; For example, in more or less detector arrays, the elements often exhibit the same responsiveness at relatively higher received radiation levels and different reactivity at relatively lower received radiation levels. This means that FPN correction determined at relatively higher received radiation levels will be incorrect if used at lower received radiation levels. This temperature and radiation level sensitivity of the reactivity function A k of the devices is not identified in the prior art.
첫번째 문제점을 해결하기 위한 종래의 접근은 예를 들면, 검출기 어레이와 열적으로 결합된 온도 제어 소자들을 사용함으로써, 다소자 검출기 어레이의 온도를 안정화시키는 것이다. 온도 제어 소자들은 예를 들면, 펠티에(Peltier) 소자들이 벌크(bulk), 비용, 고전력 소비 및 느린 열 반응에 연관된 단점들을 갖는다 하더라도 펠티에 소자들을 포함할 수 있다. 게다가, 종래의 다수의 광학 시스템들은 전체적인 검출기 어레이 조도를 안정하게 하기 위해 조리개(iris) 성분들을 포함하는데; 이러한 조리개 성분들은 자동 노출 제어를 포함하는 종래의 35㎜ 필름 카메라들에서 자주 사용된다. 이러한 조리개 성분들은 종종 기계적인 장착이 쉬운 정밀 광학 부품들이다. The conventional approach to solving the first problem is to stabilize the temperature of the detector array somewhat, for example, by using temperature control elements thermally coupled with the detector array. Temperature control elements may include, for example, Peltier elements, although Peltier elements have disadvantages associated with bulk, cost, high power consumption and slow thermal response. In addition, many conventional optical systems include iris components to stabilize the overall detector array illumination; These aperture components are often used in conventional 35 mm film cameras that include automatic exposure control. These aperture components are often precision optical components that are easy to mechanically mount.
FPN 감소가 특허 명세서들 US 5 155 348(Ballingall 및 Blenkinsop)과 US 5 373 151(Eckel 등)에 기술되었다 하더라도, FPN 을 감소시키기 위한 규칙적이고 빈번한 재교정은, Although FPN reduction is described in patent specifications US 5 155 348 (Ballingall and Blenkinsop) and US 5 373 151 (Eckel et al.), Regular and frequent recalibration to reduce FPN,
(ⅰ) 연관된 교정 국면 동안 센서 신호의 인터럽션이 발생하고; 및(Iii) interruption of the sensor signal occurs during the associated calibration phase; And
(ⅱ) 흐릿하고 흐릿하지 않은 이미지들을 제공하기 위해 기계적으로 작동되는 광학 성분들이 기계적인 장착이 용이하고 신뢰할 수 없는 문제점들과 연관되기 때문에 바람직하지 못하다. (Ii) Optical components that are mechanically operated to provide blurry and non-blur images are undesirable because they are associated with easy mechanical mounting and unreliable problems.
센서가 높은 프레임 속도들, 예를 들어 비디오 애플리케이션들에서 25 이미지/초로 출력할 때, 교정 국면이 지속 기간에서 측정 국면과 거의 같거나 더 큰, 재교정을 위한 그의 센서 신호의 주기적인 인터럽션은 바람직하지 못하다. 광학 성분들의 기계적인 작동은 상대적으로 느린 진행인데, 예를 들면, 포커싱되고 디포커싱된 이미지들을 투영하기 위해 콤팩트 선형 작동기(compact linear actuator)를 사용하여 1㎜ 의 거리를 통해 50g 렌즈를 작동시키는데에는 솔레노이드들과 같은 콤팩트 선형 작동기들을 사용하여 종종 50msec가 걸릴 것이다. 센서 신호의 인터럽션은 플리커로 될 수 있는데, 예를 들면, 센서 신호가 비주얼 피드백 제어 시스템에서 사용될 때 불안정 문제점들을 제어 할 수 있다. 비주얼 피드백 제어 시스템들은 예를 들면, 농업에서 사용하기 위한 로봇식의 열매 채집 장비와 안전 검사 시스템들을 포함한다. When the sensor outputs at 25 frame / second in high frame rates, e.g. video applications, the periodic interruption of its sensor signal for recalibration, for which the calibration phase is almost equal to or greater than the measurement phase in duration, Not desirable Mechanical operation of the optical components is a relatively slow progression, for example to operate a 50 g lens through a distance of 1 mm using a compact linear actuator to project focused and defocused images. It will often take 50 msec using compact linear actuators such as solenoids. Interruption of the sensor signal can be flicker, for example, to control instability problems when the sensor signal is used in a visual feedback control system. Visual feedback control systems include, for example, robotic fruit picking equipment and safety inspection systems for use in agriculture.
상술된 문제점들은, 본 발명에 따라, 교정 국면이 가장 최근에 실행되었을 때 그 값과 비교하여 임계량 이상으로 변화하는 센서 특성들에 영향을 미치는 조도에 반응하여 그 교정 국면을 수행하기 위해 특허 명세서들 US 5 155 348 (Ballingall 및 Blenkinsop)와 US 5 373 151(Eckel 등)에 설명된 바와 같이 FPN 을 감소시키기 위한 교정 및 측정 국면들을 실행하는데 적합한 센서를 배열함으로써 감소된다. The above-described problems, according to the present invention, provide patent specifications for carrying out the calibration phase in response to illuminance that affects sensor characteristics that change more than a threshold amount when compared to its value when the calibration phase was most recently performed. As described in US 5 155 348 (Ballingall and Blenkinsop) and US 5 373 151 (Eckel et al.), By reducing the arrangement of sensors suitable for implementing calibration and measurement phases to reduce FPN.
본 발명의 시스템에서; In the system of the present invention;
(ⅰ) 감지 수단은 또한 검출 수단의 온도 변화에 바람직하게 반응하고; (Iii) the sensing means also preferably reacts to a change in temperature of the detecting means;
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(ⅱ) 시스템은 미리 설정된 값보다 큰 검출 수단 온도 변화에 반응하여 제 1 및 제 2 국면들을 반복하도록 바람직하게 구성된다. (Ii) The system is preferably configured to repeat the first and second phases in response to a detection means temperature change greater than a preset value.
센서에서 FPN 감소는 이미지들 중 하나를 장면의 국부적 공간적 평균 이미지로 함으로써 달성할 수 있다. 국부적 공간적 평균 이미지는 이미지들 중 하나를 장면의 확산 이미지로 함으로써 얻어질 수 있다. 그러므로, 시스템은 확산 이미지 국면 동안 적어도 하나의 소자 신호가 발생되도록 검출 수단 상의 장면 이미지들을 투영하는 투영 수단을 포함할 수 있다. FPN reduction in the sensor can be achieved by making one of the images a local spatial averaged image of the scene. The local spatial average image can be obtained by making one of the images a diffuse image of the scene. Therefore, the system may comprise projection means for projecting scene images on the detection means such that at least one device signal is generated during the diffuse image phase.
투영 수단은 장면과 검출 수단 사이에 방사 산란 수단을 삽입하기 위한 작동 수단을 포함할 수 있다. 이것은 확산 이미지들을 발생시키는 실제적인 기계 배열의 이점을 제공한다. 예를 들면, 산란 수단은 정확도와 비교하여 상대적으로 낮은 기계 정밀성을 갖는 확산 이미지들을 발생시키기 위해 삽입될 수 있는데, 투영 수단은 그 위에 미세하게 포커싱된 이미지를 투영하는 검출 수단에 대해 유지되어야 한다; 그러므로, 시스템은 검출 수단에 대해 투영 수단의 위치를 방해하지 않는 산란 수단의 단지 부정확한 삽입만으로 미세하게 포커싱된 이미지를 투영하는 것에서 흐릿한 이미지를 투영하는 것으로 변환될 수 있다. The projection means may comprise actuation means for inserting radiation scattering means between the scene and the detection means. This offers the advantage of a practical mechanical arrangement for generating diffuse images. For example, scattering means can be inserted to generate diffuse images with relatively low mechanical precision in comparison with accuracy, the projection means having to be maintained for the detection means for projecting the finely focused image thereon; Therefore, the system can be converted from projecting a finely focused image to projecting a blurry image with only an incorrect insertion of scattering means which does not disturb the position of the projection means relative to the detection means.
작동 수단은 적어도 하나의 솔레노이드 수단 및 장면과 검출 수단 사이에 산란 수단을 삽입하기 위해 산란 수단을 병진시키고 회전시키는 수단을 포함할 수 있다. 이는 작동 수단이 예를 들면, 시스템의 엔클로저, 캐비닛 또는 케이스의 형태와 같은, 시스템의 외부 패키징에 의해 부과된 다양한 기계적 압박들에 적절하게 적응될 수 있다는 이점을 제공한다. The actuation means may comprise at least one solenoid means and means for translating and rotating the scattering means for inserting the scattering means between the scene and the detection means. This provides the advantage that the actuation means can be suitably adapted to the various mechanical pressures imposed by the external packaging of the system, for example in the form of an enclosure, cabinet or case of the system.
산란 수단은 그라운드 유리 판, 반투명한 플라스틱 시트, 한장의 트레이싱 페이퍼, 마이크로프리즘 시트, 프레넬 판 및 위상 판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이는 확산 이미지들을 발생시키는데 사용하는 실제적인 정수들을 선택하는 이점을 제공한다. The scattering means may comprise at least one of a ground glass plate, a translucent plastic sheet, a tracing paper, a microprism sheet, a fresnel plate and a phase plate. This offers the advantage of choosing the actual integers used to generate the diffuse images.
투영 수단은 포커싱된 이미지로부터 하나의 소자 상에 수신할 수 있는 방사에 대응하는 방사가 2개의 소자들 사이에서 수신되고 이미지가 확산될 때는 소자들의 64%의 소자들에 의해 수신되도록 구성될 수 있다. 이는 FPN 감소를 달성하기 위한 실제적인 흐릿한 영역에 유용하다는 이점을 제공한다. The projection means can be configured such that radiation corresponding to the radiation that can be received on one element from the focused image is received between the two elements and received by 64% of the elements when the image is diffused. . This offers the advantage that it is useful for practical blurry areas to achieve FPN reduction.
시스템은 System
(ⅰ) 검출 수단 상에 장면 이미지들을 투영하기 위한 투영 수단을 포함하고, (Iii) projection means for projecting scene images onto the detection means,
(ⅱ) 투영 수단은 국면들 중 하나 동안에는 검출 수단 상에 국부적 공간적 평균 이미지를 투영하고, 국면들 중 다른 하나 동안에는 포커싱된 측정 이미지를 투영하도록 구열되며, (Ii) the projection means are arranged to project a local spatial average image on the detection means during one of the phases, and to project a focused measurement image during the other of the phases,
(ⅲ) 처리 수단은 국부적 평균 및 측정 이미지들로부터 유도된 소자 신호들로부터 센서 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. (Iii) the processing means may be configured to generate the sensor signal from the device signals derived from the local mean and measured images.
이는 FPN 감소가 검출 수단 상에 장면의 국부적 공간적 평균 이미지를 투영하기 위해 시스템내로 투영 수단을 포함시킴으로써 달성가능하다는 이점을 제공한다. This provides the advantage that FPN reduction is achievable by including projection means into the system to project a local spatial average image of the scene onto the detection means.
측정 이미지는 국부적 공간적 이미지보다 먼저 검출 수단 상에 투영될 수 있으므로, 센서 신호에서 이미지 톤 반전을 제공한다. 이는 동시에 FPN 과 톤 반전을 동시에 수행하는 시스템의 이점을 제공한다. 여기서의 톤 반전은 다른 영역들보다 더 방사 방출적이며 신호에서 표시된 다른 영역들과 비교하여 센서 신호에서 상대적으로 어두운 영역들로 표시되는 장면의 영역들로 규정된다. The measured image can be projected onto the detection means before the local spatial image, thus providing image tone inversion in the sensor signal. This provides the advantage of a system that simultaneously performs FPN and tone inversion. Tone reversal here is defined as areas of the scene that are more radiated than other areas and are displayed as relatively dark areas in the sensor signal compared to other areas indicated in the signal.
투영 수단은 장면에서 검출 수단으로의 방사 전달에 관해 제 1 실질적 비산란 상태와 제 2 확산 상태 사이의 두 경우들에서 제어될 수 있도록 구성된 액정 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 이는 장착이 쉬운 기계적으로 작동되는 성분들을 사용할 필요성이 없는 확산 이미지들을 발생시키기 위해 간단한 접근이 되는 이점을 제공한다. The projection means may comprise a liquid crystal spatial light modulator configured to be able to be controlled in both cases between the first substantially non-scattered state and the second diffused state with respect to radiation transfer from the scene to the detection means. This provides the advantage of a simple approach to generating diffuse images that do not require the use of mechanically operated components that are easy to mount.
액정 변조기는 디바이스에 인가된 제어 전위에 반응하여 선택가능한 산란 및 비산란 상태들을 갖는 PDLC(polymer dispersed liquid crystal device)일 수 있다. 이는 종래적으로 하나의 상태에서 다른 상태로 스위칭가능하며 액정 디바이스들의 유사하지 않는 다른 타입들을 작동하기 위해 극성 필터들을 필요로하지 않는 간단한 디바이스가 되는 이점을 제공한다. 게다가, 이는 더 빠르게 반응하고 기계적으로 작동되는 확산 셔터들보다 더 조밀하다. The liquid crystal modulator may be a polymer dispersed liquid crystal device (PDLC) having scattering and non-scattering states selectable in response to a control potential applied to the device. This offers the advantage of being a simple device that is conventionally switchable from one state to another and does not require polar filters to operate dissimilar types of liquid crystal devices. In addition, it is denser than diffuse shutters that respond faster and operate mechanically.
시스템은 하나 또는 그 이상의 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 개인 전자 오거나이저(organizer) 및 이동 전화에 포함될 수 있다. 시스템이 디지털 스틸 카메라 또는 디지털 카메라에서 사용될 때, 이는 이 카메라들에서 사용되는 CMOS 검출기들을 허용하는 FPN 보정을 제공한다. 개인 전자 기구는 종종 구성된 전자 부품들을 이용할 수 있도록 그들의 배터리들로부터 제한된 공급 전위에서 작동한다; 본 발명은 예를 들면 오거나이저들에게 보여진 문서들을 이미지화하고 스캐닝하기 위해 오거나이저들을 구성할 CMOS 디바이스들을 사용하는 센서 시스템을 허용한다. 이동 전화를 구성하는 본 발명은 이동 전화에 이미지들의 데이터 엔트리를 제공하여 비디오폰을 제공하고; 본 발명은 특히, 이동 전화가 드물게 사용되어 사용시 극도의 온도 편차들에 영향을 받을 때 향상된 이미지 품질의 이점을 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은 다소자 검출기를 포함하는 센서 시스템에 의해 획득된 장면의 이미지를 향상시키는 방법을 제공하며, 방법은,
(a) 검출기 상에 입사한 방사 세기를 검출하는 단계;
(b) 검출기 상에 입사한 방사 세기의 변화에 반응하여, 고정된 패턴 노이즈에서 변화를 중화하도록 시스템을 재교정하는 단계를 포함한다.The system may be included in one or more digital still cameras, video cameras, personal electronic organizers, and mobile phones. When the system is used in digital still cameras or digital cameras, it provides FPN correction that allows the CMOS detectors used in these cameras. Personal electronic devices often operate at limited supply potential from their batteries to make use of configured electronic components; The present invention allows for example a sensor system that uses CMOS devices to configure organizers to image and scan documents shown to the organizers. The present invention constituting a mobile telephone provides a video phone by providing a data entry of images to the mobile telephone; The present invention provides the advantage of improved image quality, especially when mobile phones are rarely used and are subject to extreme temperature variations in use.
In another aspect, the invention provides a method of enhancing an image of a scene obtained by a sensor system comprising a somewhat self-detecting detector, the method comprising:
(a) detecting the radiation intensity incident on the detector;
(b) recalibrating the system to neutralize the change in fixed pattern noise in response to a change in radiation intensity incident on the detector.
본 발명은 또한 입사한 방사 세기를 검출하도록 구성된 다수의 검출기 소자들을 갖는 검출기를 포함하는 센서 시스템에 의해 이미징을 향상시키는 방법을 제공하는데, 방법은,The invention also provides a method of enhancing imaging by a sensor system comprising a detector having a plurality of detector elements configured to detect incident radiation intensity, the method comprising:
(a) 각 소자에서 제 1 신호를 제공하도록 제 1 국면 동안 검출기 상에 제 1 이미지를 투영하는 단계;(a) projecting a first image onto the detector during the first phase to provide a first signal at each device;
(b) 각 소자에서 제 2 신호를 제공하도록 제 2 국면 동안 검출기 상에 제 2 이미지를 투영하는 단계로서, 제 1 및 제 2 이미지들 중 하나는 포커싱되고 다른 하나는 부분적으로 흐릿하게 되는, 상기 투영 단계;(b) projecting a second image on the detector during the second phase to provide a second signal at each device, wherein one of the first and second images is focused and the other is partially blurred; Projection step;
(c) 고정된 패턴 노이즈를 중화하고 각각 차 신호를 제공하도록 각 소자에서 제 1 및 제 2 신호들을 처리하는 단계; 및(c) processing the first and second signals at each device to neutralize the fixed pattern noise and provide a difference signal, respectively; And
(d) 미리 정해진 임계치를 초과하는 값으로 변하는 검출기 상에 입사한 방사 세기에 반응하여 단계들 (a) 내지 (c)를 반복하는 단계를 포함한다.(d) repeating steps (a) to (c) in response to radiation intensity incident on the detector that changes to a value that exceeds a predetermined threshold.
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다른 양태에서, 본 발명은 FPN 보정을 수행하는데 사용하는 국부적 공간적 평균 이미지를 발생시키는 문제점을 해결한다. 종래 기술에서, 예를 들면, 특허 명세서 US 5 155 348(Ballingall 및 Blenkinsop) 및 US 5 373 151(Eckel 등)에서 기술된 시스템에서, 국부적 공간적 평균 이미지는 장면의 디포커싱된 이미지를 투영함으로써 생성된다. 이는 그들이 포커싱되고 디포커싱된 이미지들을 투영하는 상태들 사이에서 작동 광학 투영 성분들을 포함한다. In another aspect, the present invention solves the problem of generating a local spatial mean image that is used to perform FPN correction. In the prior art, for example, in the systems described in patent specifications US 5 155 348 (Ballingall and Blenkinsop) and US 5 373 151 (Eckel et al.), A local spatial average image is generated by projecting a defocused image of a scene. . This includes operative optical projection components between the states in which they project focused and defocused images.
이러한 양태에서, 본 발명은 장면의 필터링된 이미지에 대응하는 센서 신호를 발생시키는 센서 시스템으로서, In this aspect, the present invention provides a sensor system for generating a sensor signal corresponding to a filtered image of a scene,
(ⅰ) 제 1 및 제 2 검출 국면들 동안 각각 제 1 및 제 2 소자 신호들을 발생시키는 복수의 검출기 소자들을 포함하는 검출 수단; 및(Iii) detection means including a plurality of detector elements for generating first and second element signals, respectively, during the first and second detection phases; And
(ⅱ) 센서 신호를 발생시키는데 사용하기 위해 소자 신호들로부터 차 신호를 유도하는 처리 수단을 포함하는, 상기 센서 시스템을 제공하며,(Ii) providing said sensor system comprising processing means for deriving a difference signal from the device signals for use in generating a sensor signal,
시스템은 검출기 수단(528) 상에 장면 이미지들을 투영하는 투영 수단을 포함하여 적어도 하나의 소자 신호가 확산 이미지 국면 동안 발생되도록 하는 것을 특징으로 한다. The system is characterized in that it comprises projection means for projecting scene images onto detector means 528 such that at least one device signal is generated during the diffuse image phase.
본 발명은 국부적 공간적 평균 이미지를 발생시키기 위해 실제적으로 접근하는 이점을 제공한다. 예를 들면, 투영 수단이 갖는 정확성과 비교하여 비교적 낮은 기계적 정밀성을 갖는 산란 수단을 삽입함으로써 확산 이미지가 확산 이미지 국면 동안 발생될 수 있는데 투영 수단은 그 위에 미세하게 포커싱된 이미지를 투영하는 검출 수단에 관련하여 유지되어야 한다; 그러므로, 시스템은 검출 수단에 대해 투영 수단의 위치를 방해하지 않는 산란 수단의 단지 부정확한 삽입만으로 미세하게 포커싱된 이미지를 투영하는 것에서 흐릿한 이미지를 투영하는 것으로 변환될 수 있다. The present invention provides the advantage of a practical approach to generating a local spatial mean image. For example, by inserting scattering means having a relatively low mechanical precision compared to the accuracy of the projection means, a diffuse image can be generated during the diffuse image phase, the projection means being provided to a detection means for projecting a finely focused image thereon. Must be maintained in relation to it; Therefore, the system can be converted from projecting a finely focused image to projecting a blurry image with only an incorrect insertion of scattering means which does not disturb the position of the projection means relative to the detection means.
본 발명은 보다 완전히 이해되기 위해, 그의 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여, 단지 예로써, 이제 설명될 것이다. In order that the present invention may be more fully understood, embodiments thereof will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 센서 시스템의 개략도.1 is a schematic diagram of a sensor system.
도 2 는 도 1의 시스템의 종래 기술의 포컬 플랜 어레이의 개략도.2 is a schematic diagram of a prior art focal plan array of the system of FIG.
도 3 은 도 2의 어레이 상의 축을 따른 검출기 신호들의 그래프. 3 is a graph of detector signals along an axis on the array of FIG.
도 4 는 전체적인 페디스탈 보정과 또한 국부적 페디스탈 보정에 의해 보정된 도 3의 신호들의 그래프.4 is a graph of the signals of FIG. 3 corrected by global pedestal correction and also by local pedestal correction.
도 5 는 어레이에서 분리된 랜덤 액세스 메모리를 포함하는 본 발명의 실시예의 개략도.5 is a schematic diagram of an embodiment of the invention that includes random access memory separated in an array.
도 6 은 수신된 방사 세기의 함수로서 소자 반응도를 도시한 그래프.6 is a graph showing device reactivity as a function of received radiation intensity.
도 7 은 소자 온도의 함수로서 소자 반응도를 도시한 그래프.7 is a graph depicting device reactivity as a function of device temperature.
도 8 은 조도 및 온도 센서들을 포함하는 도 5의 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한 도면.8 shows an alternative embodiment of the invention of FIG. 5 including illuminance and temperature sensors.
도 9, 10, 11, 12 는 FPN 보정에 의해 제공된 이미지 품질 향상을 도시하는 도 5의 본 발명의 실시예를 사용하여 기록된 4개의 도면.9, 10, 11, 12 are four diagrams recorded using the embodiment of the present invention of FIG. 5 showing the image quality enhancement provided by FPN correction.
도 13 은 FPN 반점의 위치들이 아웃라인 도면에서 원형들로 나타난 도 9 내지 12 에서 도시된 도면들의 아웃라인 도면.FIG. 13 is an outline view of the views shown in FIGS. 9-12 in which the positions of the FPN spots are shown in circles in the outline view.
FPN 감소가 도 1을 참조하여 이제 설명될 것이다. 도 1에서, 일반적으로 1 로 표시된 센서 시스템의 개략도가 도시된다. 이것은 개체(2), 이미징 렌즈(4) 및 포컬 플레인 어레이(6)를 포함한다. 어레이(6)는 소자(10)와 같은 균일하게 분포된 검출기 소자들의 어레이가 그의 앞면 소자 표면(12)상에 접착되는 기판(8)을 포함한다. 표면(12)은 도시된 바와 같이 더 긴 측면 길이 h를 갖는 직사각형 영역이다. 각 소자는 도시된 바와 같이 중심들 사이에서 소자간 거리 p로 가장 가까이 인접하여 이웃하는 소자들과 일정한 간격을 유지한다. 개체(2), 렌즈(4) 및 어레이(6)는 표면(12)에 수직으로 교차하는 광학 축 z-z' 상에 순서대로 위치한다. 어레이(6)는 3개의 대안적인 위치들, 즉, 렌즈(4)에 의해 어레이(6)상에 투영된 개체(2)의 부분적으로 흐릿하고 완전히 흐릿한 균일한 이미지들로, 각각 포커싱된 위치들인, 위치들 Q1, Q2, Q3 로 도시된다. 위치들 Q1, Q2, Q3 에서, 어레이(6)는 축 z-z' 을 따라 각각 0, w1, w2 의 거리들에 있다. 소자들은 검출기 신호들을 제공하기 위해 개체(2)의 대응하는 영역들에서 방출된 광자들에 반응한다. FPN reduction will now be described with reference to FIG. 1. In FIG. 1, a schematic diagram of a sensor system, indicated generally at 1, is shown. This includes the
렌즈(4)를 통해 전달되는 개체(2)로부터 방출되고 반사된 방사는 위치 Q1에서 어레이(6)상에 입사할 때 축 z-z' 에 대하여 0 내지 αmax 라디안의 각도 범위로 정해진다. 위치 Q1에서 어레이(6)의 하나의 소자(10)에 입사하는 방사는 식들 [2], [3] 각각에 의해 제공되는 바와 같이 위치들 Q2, Q3에서 소자(10)로부터 Fmax 까지의 거리로 표면(12)상에 퍼진다. The radiation emitted and reflected from the
본 명세서의 목적을 위해, 포커싱된 이미지는 실질적으로 포커스에 있는 것이며 즉, Fmax 는 거리 p 보다 작다. 부분적으로 흐릿한 이미지는 공간적 특징들은 식별될 수 있지만 그것의 미세한 공간적 특징들은 흐릿한 것이다. 디포커싱된 이미지는 공간적 특징들이 실질적으로 식별될 수 없도록 균일하게 흐릿한 것이다. For the purposes of this specification, the focused image is substantially in focus, ie F max is less than the distance p. Partially blurry images may have spatial features identified but their fine spatial features are blurred. The defocused image is uniformly blurred so that the spatial features cannot be substantially identified.
도 2에서, z-z' 방향으로 보여지는 도 1의 어레이(6)의 표면(12)에 대한 정면도가 도시된다. 명확성을 위해, 5 ×5 소자들의 2 차원 필드를 포함하는 어레이가 128 ×128 소자들, 즉 128 열의 소자들과 128 행의 소자들의 필드를 포함하는 어레이(6)를 나타내기 위하여 도 2에 도시된다. 행들 및 열들은 서로 수직이다. 축 x-x' 는 표면(12)에 병렬인 것으로 도시되며, 한 행의 소자들, 즉, 도시된 바와 같이 어레이(6)의 한쪽 에지 근처의 소자 E1 과 어레이(6)의 다른 쪽 에지 근처의 소자 E128 을 포함하는 한 행의 소자들을 교차한다. 소자들 E2 내지 E127 은 소자 E1 과 소자 E128 사이의 축 x-x' 을 따라 인접하여 순서대로 위치하는데, 예를 들어 소자 E2 는 소자 E1 과 소자 E3 사이에 위치하며, 소자 E127 은 소자 E126 과 소자 E128 사이에 위치하는 등이다. In FIG. 2, a front view of the
도 3에서, 소자들 E1 내지 E30 의 각각으로부터, 즉 축 x-x' 을 따라 소자 E1 에서 소자 E128 까지 거리의 약 4분의 1에 위치하는 소자 E1 에서 소자 E30 까지의 한 행의 소자들로부터, 검출기 신호들의 그래프가 도시된다. 그래프는 축 x-x' 을 따라 소자 위치 거리를 표시하는 횡좌표 축(31)을 갖는다. 이는 또한 소자들로부터 검출기 신호들에 대응하는 세로좌표 축(31)을 갖는다. 축(31)은 그래프의 콘트라스트 정보가 세로좌표 축(31)에 대해 과장되게 도시된 불연속선(32)을 포함한다. 굴곡들(33a(솔리드 선), 33b(대시 선), 33c(체인 선))은 위치 Q1에서 포커싱된 이미지, 위치 Q2에서 부분적으로 흐릿한 이미지와 위치 Q3에서 디포커싱된 이미지에 대한 검출기 신호들에 각각 대응한다. 굴곡(33a)은 개체(2)에서 온도 편차들로부터 발생하는 방사 방출 편차들에 대응하는 소자들(E3, E4, E11, E12, E13, E14, E19, E20)의 특징 정보를 포함한다. 소자들(E3, E4)의 편차는 소자들(E11, E12, E13, E14, E19, E20)의 편차들보다 작다. 굴곡(33c)은 개체(2)로부터의 평균 방사 방출에 대응하며 종래 기술에서와 같이 페디스탈 성분 제거를 위한 보정 신호로서 사용된다. 굴곡(33c)의 불규칙들은 소자들 사이의 반응도의 차이들로부터 발생한다. 굴곡(33b)은 어레이(6)를 가로질러 변화하는 개체(2)로부터의 국부적 평균 방산 방출에 대응한다.In FIG. 3, one row from device E 1 to device E 30 located from each of devices E 1 to E 30 , ie at about one quarter of the distance from device E 1 to device E 128 along axis xx '. From the elements of, a graph of detector signals is shown. The graph has an
도 4에서, 굴곡들(33b, 33c)이 각각 굴곡들(35b, 35a)을 제공하기 위해 굴곡(33a)으로부터 차감된 소자들 E1 내지 E30 의 각각으로부터의 검출기 신호들의 그래프가 도시된다. 굴곡들(35a, 35b)은 솔리드 및 대시 선들로 각각 도시된다. 횡좌표 축(30)은 도 2에서 축 x-x' 을 따라 소자 위치 거리에 대응한다. 선(36)은 제로 값에 대응한다. 세로좌표 축(38)은 각 소자에 대한 페디스탈 성분이 차감된 보정된 소자 신호에 대응한다. 굴곡(35a)은 라디오미터 출력에서와 같은 개체(2)로 부터의 상대적 공간적 방출에 대응한다. 굴곡(35b)은 개체(2)로부터 방출시 국부적 편차들이 강조되는 굴곡(35a)의 필터링된 버전에 대응한다. In FIG. 4, a graph of detector signals from each of the elements E 1 to E 30 subtracted from the
굴곡(35a)은 Aa 내지 Ab 의 제 1 동적 범위내에 포함된다. 소자들 E3, E4 에서 국부적 편차는 Da 내지 Db의 제 2 동적 범위내에 포함된다. 국부적 페디스탈 성분들의 제거는 Ba 내지 Bb의 제 3 동적 범위내에 포함되는 굴곡(35b)을 야기한다. Ca 내지 Cb의 제 4 동적 범위는 굴곡(35b)에 소자들 E3, E4 의 국부적 편차를 포함한다. The
제 4 동적 범위와 제 3 범위의 비는 제 2 범위와 제 1 범위의 비와 비교하여 더 크다. The ratio of the fourth dynamic range to the third range is greater compared to the ratio of the second range and the first range.
결국, 굴곡(35b)은 상대적인 라디오미터 출력에 대응하지는 않지만 개체의 다른 영역들로부터 발생하는 더 큰 편차들에 관련하여 강조된 개체(2)로부터의 방출의 작은 국부적 편차들을 포함한다. 따라서, 특징 에지들은 개체로부터 결정된 바와 같이 개체(2)의 비주얼 명료도를 높이는 굴곡(35b)에서 강조된다. As a result, the
위치 Q2 에서 제공된 부분적인 흐릿함의 정도는 굴곡(35b)에서 바람직한 필터링 정도를 제공하기 위해 선택될 수 있다. 위치 Q1 에서 포커싱된 이미지의 점이 위치 Q2 의 이미지에 100% 흐릿하게 되는 경우, 굴곡(35a, 35b)은 필터링이 달성되지 않는 경우와 동일하게 된다. 흐릿한 정도가 완전한 포커스에 접근하기 위해 감소되는 경우, 즉 위치들 Q1, Q2 이 일치하는 경우, 굴곡(35b)은 모든 소자들에 대해 제로 값일 것이다. 실제로, 흐릿한 정도는 예를 들어, 위치 Q1 의 이미지의 한 점이 어레이(6)의 소자들의 25% 까지 최근방의 연속하는 소자들(p)을 넘어서 퍼지는 범위에서 흐릿해지도록 선택될 수 있다. 흐릿한 정도는 수동 또는 자동 제어에 의해, 원하는 필터링 정도를 제공하기 위해 조절가능하게 만들어질 수 있다. The degree of partial blurring provided at position Q 2 may be selected to provide the desired degree of filtering at the
시스템(1)의 동작을 더 설명하기 위하여, 표면(12)을 이루는 데카르트의 x-y 평면내에 배열된 소자들(E)상으로 렌즈(4)에 의해 투영된 개체(2)의 이미지가 식[5]에 설명된다.To further explain the operation of the system 1, the image of the
여기서 here
x0, y0 = 포커스에서, 즉 위치 Q1 에서, 이미지를 포함하는 z=0인 평면의 x-축, y-축 데카르트 좌표;x 0 , y 0 = x-axis, y-axis Cartesian coordinates of the plane containing z = 0 at the focus, ie at position Q 1 ;
z = 축 z-z' 을 따른, 예를 들면 위치 Q2 의 z 축 데카르트 좌표;z = z-axis Cartesian coordinates along position Q 2 , for example;
x, y = z 가 0 과 같지 않을 때, 예를 들면 위치 Q2 에서, 흐릿해진 이미지를 포함하는 평면의 x-축, y-축 데카르트 좌표;when x, y = z is not equal to 0, for example at position Q 2 , the x-axis, y-axis Cartesian coordinates of the plane containing the blurred image;
K = 렌즈(4)에 의해 제공된 흐릿한 함수; 및K = blurry function provided by lens 4; And
L = 이미지를 기술하는 함수L = function describing the image
굴곡(35b)은 제 1 및 제 2 이미지들 사이의 차인 차 신호 D(x0, y0)에 대응하고, 제 1 이미지는 위치 Q1 에서 z1 = 0 인 z 세로좌표를 가지며, 제 2 이미지는 식[6]에 의해 기술된 바와 같이 위치 Q2 에서 z2 = w1 인 z 세로좌표를 갖는다. The
w1 = 0 인 조건에서, 함수들(L(x, y, z1) 및 L(x, y, z2))은 동일할 것이고, 특징 정보를 둘 다 포함하겠지만 제로인 D(x, y)가 될 것이다. 이는 동일하게 흐릿한 이미지들이 위치들 Q1, Q2 에서 어레이(6)상에 투영되는 경우 임의의 특징 정보가 없는 굴곡(35b)에서 결과적으로 발생한다; 이는 위치들 Q1, Q2 가 동일한 경우 발생한다. Under the condition w 1 = 0, the functions L (x, y, z 1 ) and L (x, y, z 2 ) will be the same and will contain both feature information but zero D (x, y) Will be. This happens as a result of the
함수 K를 기하학적인 광학 강제들로 통제함으로써, 렌즈(4)로부터 획득가능한 흐릿한 정도에 대한 한계 Fmax 는 식[7]에 의해 기술된다. By controlling the function K with geometrical optical forcings, the limit F max for the degree of blurring obtainable from the lens 4 is described by equation [7].
여기서here
αmax = 어레이(6)상에 이미지를 형성하는 방사의 축 z-z'에 관한 최대 방사선 반각도.α max = maximum radiation half-angle with respect to the axis z-z 'of radiation forming an image on the
그러므로, 포커싱된 이미지가 식 [7]에서 z = 0 인 위치 Q1 의 어레이(6)로 표현되는 경우, ztanαmax 보다 작은 이미지 특징들은 D(x, y)에 의해 표시된 굴곡(35b)에서 결과적으로 필터링된 출력으로 강조될 것이다. 이 이미지 특징들은 흐릿해짐으로써 영향을 받는 이미지에 존재하는 비균일한 공간적 성분들에 대응할 것이다. 이 공간적 성분들은 일반적으로 이미지를 해석하는데 중요한 특징 정보에 대응한다. Therefore, if the focused image is represented by an
본 발명의 센서 시스템(500)이 도 5에 도시된다. 이는 카메라(502), 제어기 유닛(504), 프레임 기억장치(RAM)(506), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(508), 2개의 어드레스 래치들(510, 512), 디멀티플렉서(DEMUX)(514) 및 감산기 유닛(516)을 구비한다. 이들은 도면에 도시된 바와 같이 그리고 나중에 기술된 바와 같이 함께 접속된다. The
카메라(502)는 이미징 렌즈 유닛(520), 작동시키는 메커니즘(524)에 의해 작동되는 반투명 셔터(522), 및 소자(528a)와 같은 소자들(528)을 광검출하는 MOS(metal oxide semiconductor)의 어레이(526)를 포함한다. 렌즈 유닛(520), 셔터(522) 및 어레이(526)는 시스템(500)의 광학 축(도시되지 않음)을 따라 배치된다. 셔터(522)는 어레이(526)보다 렌즈 유닛(520) 근처에 장착된다; 이는 셔터(522)가 렌즈 유닛(520)보다 어레이(526)에 더 가까이 장착되는 경우 이용가능한 것보다 교정을 위해 더 확산되는 이미지를 갖는 시스템(500)을 제공한다. 정수들(520 내지 528)과 연관된 바이어싱 저항들, 클럭 신호선들 및 전원 선들은 당업자들에 잘 알려져 있기 때문에 도 5에 포함되지 않는다. The
어레이(526)는 400㎚ 내지 1000㎚ 파장 범위에서 방사에 반응하는 소자들을 광검출하는 512 ×512의 어레이를 포함하는 C-CAM Technologies SA 에 의해 제조된 특허받은 FUGA-15 디바이스이다. 이는 그로부터 아날로그 출력 S1 을 제공하기 위해 각 광검출 소자(528)로부터 출력을 멀티플렉스하기 위해 전기 회로들을 포함한다. 어레이는 또한 어드레스 입력들(ADX, ADY)과 인에이블링 입력들(ENX, EXY)을 포함한다. 회로들은 입력들(ENX, ENY)이 인에이블 상태로 설정될 때 입력들(ADX, ADY)에서 제공된 어드레스들에 의해 참조된 소자(528)로부터 출력 S1 에서 신호를 제공하기 위해 구성된다.
제어기 유닛(504)은 Altera 에 의해 제조된 FPGA(fully programmable gate array) 타입의 Max9000으로 40㎒ 클럭 속도로 동작하기 위해 구성된다. RAM(506)은 Cypress Semiconductor Ltd. 에 의해 제조된 CY62170 타입의 4개의 특허받은 정적 랜덤 액세스 메모리 디바이스들의 한 세트를 구비한다. 이는 512 ×512 메모리 셀들로 배열되며, 각 셀은 16 비트의 정보를 저장한다. ADC(508)는 Analogue Devices Inc. 에 의해 제조된 12 비트 파이프라인 세미플래시 변환기 디바이스 타입의 ADS800 과 어레이(526)와 세미플래시 변환기 디바이스 사이를 버퍼하기 위해 Analogue Devices Inc.에 의해 제조된 비디오 증폭기 타입의 AD817AN을 포함한다. 래치들(510, 512)은 각각 Quality Semiconductor Ltd. 에 의해 제조된 2개의 QS74FCT373 옥텔 래치 디바이스들을 구비한다. 디멀티플렉서(514)는 2개의 출력들 S3A, S3B 과 단일 입력(S2)을 제공하기 위해 쌍들로 구성되는 Quality Semiconductor Ltd. 에 의해 제조된 4개의 옥텔 버퍼 디바이스들 타입의 QS74FCT541을 포함한다. 감산기 유닛(516)은 알려진 종류의 표준 병렬 입력, 병렬 출력 12 비트 디바이스이다. The
메커니즘(524)은 제어기 유닛(504)으로부터 메커니즘에 제공되는 제어 입력 SERVO에 따라 제 1 및 제 2 위치들 사이에서 셔터(522)를 움직이도록 배열된다. The
셔터(522)는 유닛(520)에서 어레이(526)까지 통과하는 방사를 인터셉트하지 않도록 제 1 위치에 위치하며, 유닛(520)에서 어레이(526)까지 통과하는 방사를 산란하도록 제 2 위치에 위치한다. 셔터(522)는 방사 입사의 실질적으로 5% 만을 희석하는 동안 보이는 방사를 전달하고 산란하는 그라운드 유리 판을 포함한다. 이는 셔터가 제 1 위치인 경우, 어레이(526)의 중앙 영역의 소자(528) 즉, 기준 소자에 의해 수신된 방사가 산란되는 산란 특징을 제공하며 그의 90%가 제 2 위치의 어레이(526)의 기준 소자에 연속적인 소자들(528)의 64%에 대해 기준 소자에 최근방으로 인접한 소자들의 범위로 조명한다(illuminate). 셔터(522)는 시스템(500)의 교정을 수행하는데 적절한 흐릿하게 전송된 이미지를 제공하는 것을 돕는 많은 광 산란 사이트들을 포함한다. The
ADC(508)은 출력 S1 을 동등한 12 비트 디지털 출력 S2 으로 변환하기 위해 배치된다. 디멀티플렉서(514)는 제어 입력 Men에서 제어 유닛(504)에 의해 지시되는 것과 같이 그것의 입력 S2 을 그것의 2개의 출력들 S3A, S3B 로 디멀티플레스하도록 구성된다.
RAM(506)은 어드레스 입력들(ADX, ADY), 인에이블 입력(Ren) 및 쌍방향의 입출력 버스(BUS)를 포함한다. 이것은 제어기(504)가 그것의 Ren 입력을 통해 그것을 지시할 때 그것의 입력들(ADX, ADY)에서 어드레스 참조와 연관된 메모리 셀에 데이터를 저장하고 검색하도록 구성된다. 데이터는 그의 버스를 통해 RAM(506)으로 입력되고 그로부터 출력된다. The
감산기(516)는 시스템(500)으로부터 출력 Sout 을 제공하기 위해 그것의 입력들(IN1, IN2)의 데이터 입력간의 차를 계산하도록 구성된다.
시스템(500)의 동작은 도 5를 참조하여 이제 설명될 것이다. 카메라(502)의 동작은 'S' 로 표시된 장면을 향하여 카메라를 지시함으로써 시작된다. The operation of
시스템(500)의 교정 모드에서, 메커니즘은 렌즈 유닛(520)과 어레이(526) 사이에 셔터를 삽입하기 위해 제 2 위치로 셔터(522)를 이동하도록 제어기 유닛(504)에 의해 지시를 받는다. 장면은 어레이(526)상에 장면의 확산되어 투영된 이미지를 형성하기 위해 셔터(522)를 통해 유닛(520)에 의해 전송된 가시적인 방사를 방출한다. 소자들(528)은 확산 이미지와 반응하고 각 소자의 출력은 제어기 유닛(504)으로부터의 지시에 의해 출력 S1 으로 멀티플렉스된다. ADC(508)는 어레이(526)로부터 출력 S1 을 그의 출력 S2에 의해 디지털 신호로 변환한다. 출력 S2는 디멀티플렉서(514)를 통해 RAM(506)으로 입력되는 출력 S3B로 디멀티플렉스되며 다음에 저장된다. 따라서 어레이(526)의 각 소자(528)로부터의 출력은 교정 데이터를 제공하기 위해 RAM(506)내의 대응하는 메모리 셀에 저장된다. In the calibration mode of the
시스템(500)의 측정 모드에서, 카메라(502)는 상술된 교정 모드에서와 같이 장면을 향한다. 메커니즘(524)은 장면으로부터 방사를 차단하지 않는 제 1 위치로 셔터(522)가 이동하도록 제어기 유닛(504)에 의해 지시를 받는다. 유닛(520)은 장면의 확산되지 않은 이미지를 어레이(526)상에 투영하고 소자들(528)은 이에 반응한다. 어레이(526)는 ADC(508)에서 그것의 출력 S2 의 디지털 신호로 변환되는 출력 S1을 제공하는 소자들(528) 중 하나로부터 출력을 멀티플렉스하도록 제어기(504)에 의해서 지시를 받는다. 다음에 출력 S2 은 멀티플렉서(514)를 통해 감산 유닛(516)의 입력 IN1 으로 멀티플렉스된다. 또한 제어 유닛(504)은 RAM(506)에 그의 버스에 저장된 데이터를 출력이 입력 IN1 에 있는 소자(528)에 대응하는 입력 IN2 으로 출력하도록 지시를 내린다. 감산 유닛(516)은 입력들 IN1, IN2의 신호들 사이의 차를 계산하고 시스템(500)으로부터 출력을 제공하기 위해 출력 Sout 에서 이 차를 출력한다. 제어기 유닛(504)은 어레이(526)내의 각 소자(528)마다 이러한 감산 연산을 반복한다. In the measurement mode of the
출력 Sout 은 장면의 확산 이미지로 각 소자(528)의 반응에 대해 장면의 확산되지 않은 이미지와의 반응을 차감한 것에 대응한다. 소자 오프셋과 반응도에서 플리커 노이즈와 편차들, 즉 FPN으로 인한 결점들은 측정 모드 동안 어레이(526)로부터 직접 S1 의 출력과 비교하여 출력 Sout 에서 제공된 데이터에서 감소된다. 온도를 갖는 소자 오프셋과 반응도의 온도 종속으로 인한 결점들이 또한 출력 Sout에서 감소된다. The output S out corresponds to the diffuse image of the scene minus the response to the non-diffuse image of the scene to the response of each
시스템(500)은 본 발명을 실행하기 위해 종래 기술에서 사용된 일반적으로 이용가능한 성분들을 사용하는 이점을 제공한다. 셔터(522)는 교정과 측정 모드들 사이에서 스위칭할 때 어레이(526)에 대한 렌즈 유닛(520)의 위치를 변경하기 위한 요구 조건없이 FPN 감소에 대해 확산 이미지를 제공한다. 게다가, 셔터(522)는 상대적으로 부정확하게 렌즈 유닛(520)과 어레이(526) 사이에 삽입될 수 있고 어레이(526)에 대하여 렌즈 유닛(520)을 이동함으로써 FPN 감소를 위해 발생한 흐릿한 이미지들과 비교해 볼 때 FPN 감소의 이점을 또한 제공한다.
시스템(500)은 복수의 애플리케이션들에 사용될 수도 있는데 예를 들면,
(ⅰ) 정적인 이미지들을 기록하기 위한 디지털 스틸 카메라들에서;(Iii) in digital still cameras for recording static images;
(ⅱ) 움직이는 이미지들을 기록하기 위한 비디오 카메라들에서;(Ii) in video cameras for recording moving images;
(ⅲ) 예를 들면 문서들을 기록하기 위한 개인 전자 오거나이저들에서;(Iii) for example in personal electronic organizers for recording documents;
(ⅳ) 이동 전화기들에서, 사용될 수 있다. (Iii) in mobile telephones, may be used.
시스템(500)이 디지털 스틸 카메라 또는 비디오 카메라에서 사용될 때, 이는 이 카메라들에서 사용될 CMOS 검출 소자들을 허용하는 FPN 보정을 제공한다. 개인 전자 오거나이저들은 종종 그에 구성된 전자 성분들을 위해 그들의 배터리들로부터 이용가능한 제한된 공급 전위들로 작동한다; CMOS 검출 소자들을 사용하는 센서 시스템(500)은 예를 들어, 오거나이저들에 나타난 문서들을 이미징하고 스캐닝하는 오거나이저들을 구성할 수 있다. 이동 전화기를 이루는 본 발명은 이동 전화기에 이미지들의 데이터 엔트리를 제공하여 비디오폰을 제공하고; 본 발명은 향상된 이미지 품질에 대한 이점을 제공한다. When the
출력 Sout 은 스크린상에 디스플레이될 수 있고, 다른 디스플레이나 다른 처리를 위해 메모리 디바이스내에 저장되거나 프린트될 수도 있으며, 여기서 시스템(500)은 전자 카메라 시스템의 일부를 형성한다. 메모리 디바이스는 전기 공급이 제거될 때 데이터 유지를 제공하는 재기록 가능한 EEPROM 일 수 있다. The output S out may be displayed on the screen and may be stored or printed in a memory device for other display or other processing, where the
시스템(500)의 MOS 어레이(526)는 CCD 어레이로 대체될 수 있다. 시스템(500)은 이 실시예에서 MOS 어레이(526)에서와 같이, 즉 플리커 노이즈, FPN 및 오프셋 드리프트의 감소와 유사한 이점들을 제공할 것이다. 게다가, 메커니즘(524)은 셔터(522)를 선형으로 그리고 회전하게 움직이는 것 중 적어도 하나를 위한 모터와 솔레노이드의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. The
게다가, 렌즈 유닛(520)은 셔터(522)를 사용하는 대신 부분적으로 흐릿한 장면의 이미지를 어레이상에 투영하기 위해 교정 모드 동안 어레이(526)에 대한 메커니즘(524)에 의해 움직될 수도 있다.In addition, the
셔터(522)는 장면으로부터 방사를 확산하기 위해 그라운드 유리 판 대신에, 반투명한 플라스틱 시트, 한 장의 트레이싱 페이퍼, 마이크로프리즘 시트, 하나 또는 그 이상의 프레넬 판들, 또는 하나 또는 그 이상의 위상 판들을 포함할 수 있다. 셔터(522)는 표준 (SLR) 반사 카메라에서와 같이 중요하게 장착될 수 있다. 대안적으로, 이는 어레이(526)와 렌즈 유닛(520)사이에 빠른 삽입과 추출을 위해 회전가능한 캐리어 상에 장착될 수 있다. The
셔터(522)와 그것을 작동시키는 메커니즘(524)은 투명하고 부분적으로 불투명한 상태들 사이에서 작동하기 위해 구성된 액정 셔터로 대체될 수도 있다; 액정 셔터는 공간적 광 변조기의 형태이다. 이 경우에, 셔터(522)의 움직임은 교정과 측정 모드들 사이에서 스위칭할 때 필요하지 않다. 액정 셔터는 한 상태에서 셔터를 통해 전달된 가시적인 방사를 산란시키기 위해 그리고 그것에 인가된 바이어스 전위에 따라 다른 상태에서 셔터를 통해 실질적으로 산란하지 않는 광을 전송하기 위해 구성된 PDLC(polymer dispersed liquid crystal device)일 수 있다. PDLC 는 연속적인 등방성의 폴리머 매트릭스내에서 분산된 네마틱 액정의 작은 물방울(droplet)들을 포함한다; 이는 액정을 갖는 모노머를 혼합함으로써 그리고 다음에 폴리머 매트릭스내의 액정 작은 물방울들의 고체 부유(suspension)를 형성하기 위해 모노머를 중합시킴으로써 제조된다. PDLC에 사용되는 네마틱 액정은 양의 유전 이방성을 가질 수 있는데 따라서 제 1 상태에서 제로 바이어스가 그에 인가될 때 그것을 통해 광을 산란하고 제 2 상태에서 바이어스 전위가 그에 인가될 때 그것을 통해 실질적으로 산란되지 않은 광을 전달한다. 대안적으로, 액정은 음의 유전 이방성을 가질 수도 있는데 따라서 제 1 상태에서 바이어스가 그에 인가될 때 그것을 통해 광을 산란하고 제 2 상태에서 제로 바이어스 전위가 그에 인가될 때 그것을 통해 실질적으로 산란되지 않는 광을 전달한다. 음의 유전 이방성을 갖는 액정은 디바이스에 바이어스 전위를 인가함으로써 발생되는 전계에 직각으로 정렬되는 분자들을 포함한다; 이는 시스템(500)의 교정 동안만 바이어스 전위를 필요로 하기 때문에 이점이 된다. 게다가, 시스템(500)은 교정 모드와 측정 모드를 교대로 실행하도록 작동될 수도 있고, 또는 교정 모드로 되돌아가기 전에 여러 번 그것의 측정 모드를 실행하도록 구성될 수 있다. 게다가, 시스템은 또한 장면을 바라보는 경우 연관된 교정 모드에 의해 우선 수행되는 측정 모드를 실행하도록 구성될 수도 있다; 이는 시스템이 교정 모드를 즉시 먼저 실행하지 않고 한 장면을 포착하기 위한 오퍼레이터를 허용하는 스틸 카메라에 사용되는 이점을 제공한다. The
시스템(500)에서 RAM(506)은 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 디바이스로 대체될 수 있다. DRAM들은 일반적으로 SRAM 보다 더 적은 비용이 들기 때문에 시스템(500)의 비용이 감소되도록 한다. 시스템(500)은 어레이(526)가 다수의 신호 출력들을 제공하는 어레이로 대체되도록 구성될 수도 있으며, 각 출력은 그의 출력이 신호 S2 를 제공하기 위해 멀티플렉스되는 그 자신의 ADC에 접속된다. 이는 사용될 더 느린 ADC들을 허용하는데; 이는 특히 어레이가 512 ×512 소자들 이상을 포함할 때 이점이 된다.In
본 발명에 따라, 정확하게 시스템(500)을 교정하기 위해 요구된 보정이 조도에 종속하고 온도에 종속하는 것이 놀랍게도 발견되었다. 이는 종래 기술에 기재되지 않았으며, FPN 보정의 에러들은 확률상 임의 특질로 간주될 수도 있었다. 그러나, 본 발명의 목적들을 위한 실험적인 조사는 어레이(526)내의 광검출 소자들(528)이 소자상에 입사한 방사 세기의 함수로 그리고 소자 온도의 함수로 둘 다 변화하는 반응도 Ak 를 각각 나타냄이 발견되었다. 게다가, 각 소자는 일반적으로 어레이(526)내의 다른 소자들의 반응도와 상이할 유일한 반응도 Ak 를 나타낸다. 도들 6 및 7 은 그래프들(600 및 700) 각각에서 입사한 방사 세기와 소자 온도의 함수로서 소자 반응도 Ak를 도시한다. In accordance with the present invention, it has surprisingly been found that the correction required to calibrate the
그래프(600)는 소자(528) 상에 입사한 방사 세기 IR 에 대응하는 횡좌표 축(602)과, 소자 반응도 Ak 에 대응하는 세로좌표 축(604)을 갖는다. 3개의 굴곡들(610, 612, 614)은 서로에 관해 평균, 보다 높은, 보다 낮은 반응도들을 각각 갖는 제 1 , 제 2 및 제 3 소자들과 반응하는 광검출기를 나타낸다. 3개의 굴곡들(610, 612, 614) 전부는 소자 반응 포화 효과들로 인해 방사 세기 IR 의 증가하고 감소하는 크기의 반응도를 도시한다.
IR2 의 방사 세기에서, 굴곡들(612 및 614)은 제 2 및 제 3 소자들이 굴곡(610)의 제 1 소자와 비교하여 각각 반응도에서 ΔAA 와 -ΔAB의 차를 보임을 나타낸다. FPN 보정이 IR2 의 방사 세기에 대해 종래 기술로서 수행되는 경우, -IR2ΔAA 와 IR2ΔAB 의 오프셋 보정들은 교정 모드에서 제 1 소자 신호로 매치하기 위해 제 2 및 제 3 소자들에 의해 각각 발생된 신호들에 인가될 것이다. 그러나, 이러한 오프셋 보정들은 -IR1ΔAC 와 IR1ΔAD 의 오프셋 보정들 대신에 제 2 및 제 3 소자들에 대해 각각 적절히 쓰일 때 어레이(526)의 입사한 IR1 의 상이한 방사 세기에 대해 잘못될 것이다. 그러므로, 하나의 입사 방사 세기 IR2 에 대해 적용가능한 FPN 보정은 2가지의 이유들, 즉, 세기와 소자 반응도들이 둘 다 변경되기 때문에 이런 다른 세기 IR1 에 대해 잘못될 것이다. At the radial intensity of I R2 , the
도 7에서, 그래프(700)는 소자 온도 T 를 나타내는 횡좌표 축(702)과 소자 반응도 Ak 를 나타내는 세로좌표 축(704)을 갖는다. 이는 평균적인, 상대적으로 높은, 상대적으로 낮은 반응도를 각각 갖는 제 1, 제 2 및 제 3 소자들에 대한 3개의 반응 굴곡들(710, 712, 714)을 갖는다. 굴곡들(710, 712, 714)은 증가하는 온도 T로 증가하는데 그 이유는,In FIG. 7,
(a) 온도 T가 증가함에 따라 소자 밴드갭이 감소하고,(a) the device bandgap decreases with increasing temperature T,
(b) 온도 T가 증가함에 따라 소자 누설 전류가 증가하기 때문이다.(b) This is because the device leakage current increases as the temperature T increases.
온도 T가 증가함에 따른 소자(528)의 밴드갭의 감소는 첫째로 광자 유도된 전자-정공 쌍들의 발생으로부터 일어나는 각 소자(528)의 더 효율적인 광전류의 발생을 야기하며; 둘째로, 이는 광전류를 출력 신호로 전환하는 각 소자에서 이득을 증가시킨다. 각 굴곡(710, 712, 714)은 서로 상이한 기울기를 갖는다. The reduction in the bandgap of
온도 T2 에서, 제 2 및 제 3 소자들은 제 1 소자와 관련하여 각각 ΔAE 와 -ΔAF 만큼 상이한 반응도를 갖는다. 온도 T2 와 수신된 방사 세기 IR 에 대해 종래 기술에 따라 수행된 FPN 보정은 제 1 소자 신호와 각각 매치하기 위해 제 2 및 제 3 소자들에 의해 발생된 신호들에 인가되는 -IRΔAE 와 IRΔAF 의 오프셋 보정들을 야기한다. 그러나 이러한 오프셋 보정들은 -IRΔAG 와 IRΔAH 의 오프셋 보정들이 제 2 및 제 3 소자들 각각에 대해 적절한 상이한 온도 T1 에 관해서는 잘못될 것이다. 그러므로, 한 온도로 결정된 FPN 보정은 반응도 Ak가 온도로 변하기 때문에 다른 것으로 잘못된다. At temperature T 2 , the second and third devices have different degrees of reactivity with respect to the first device by ΔA E and -ΔA F, respectively. FPN correction performed according to the prior art for the temperature T 2 and the received radiation intensity I R is applied to the signals generated by the second and third elements to match the first element signal, respectively, -I R ΔA Resulting in offset corrections of E and I R ΔA F. However, these offset corrections will be wrong with respect to a different temperature T 1 where offset corrections of −I R ΔA G and I R ΔA H are appropriate for each of the second and third elements. Therefore, the FPN correction determined at one temperature is wrong because the reactivity A k changes with temperature.
시스템(500)이 예를 들어, 정적인 이미지들을 기록하는 스틸 카메라인, 카메라에서 사용될 때, 관찰되고 기록되어질 각 장면마다 교정과 측정 모드들 둘 다를 실행하는 것이 바람직하다. 이는 이전 장면과 비교하여 조도에 관해 각 장면이 상이할 수 있기 때문이다. 게다가, 시스템(500)의 온도는 장면마다 변할 수도 있다. When the
그러나, 시스템(500)이 비디오 카메라를 구성할 때 각 측정 모드에 대해 교정 모드를 실행하는 것이 항상 실용적이지는 않는데 이는 교정 모드가 약 50 프레임/초의 상대적으로 높은 프레임 갱신 속도를 사용하기 때문이다. 이는 조도 또는 온도 변화에만 반응하는 교정 모드를 실행하도록 시스템(500)을 이루는 비디오 카메라들에서 바람직하다. 교정 모드는 교정 모드를 수행하도록 제어기 유닛(504)에 지시하기 위해 시스템(500)을 구성하는 스위치를 누르는 오퍼레이터에 의해 수동적으로 실행될 수 있다. However, it is not always practical to run the calibration mode for each measurement mode when the
도 8에 도시된 시스템(500)의 변경된 버전은 일반적으로 800으로 표시된다. 시스템(800)은 온도와 조도 데이터를 시스템에 제공하기 위해 온도와 조도 센서들(802, 804)이 어레이(526)를 구성하고 제어기 유닛(504)에 접속되는 것을 제외하고는 시스템(500)에서 동일한 참조 항목들을 포함한다. The modified version of the
제어기 유닛(504)은 센서들(802, 804)로부터 교정 모드가 실행되는 때마다 참조 데이터와 같은 데이터를 기록하기 위해 구성된다. 제어기 유닛(504)이 하나 또는 그 이상의 전류 온도와 조도 데이터가 참조 데이터에서 임계량 이상으로 변화됨을 검색할 때, 교정 모드는 실행되고 그 다음에 전류 데이터는 참조 데이터로 기록된다. 온도 및 조도 센서들(802, 804)은 어레이(526)의 일부로서 통합되거나 인접하여 위치할 수 있다. 온도 센서(802)의 구성은 어레이(526)의 변화에 의해 트리거가능하게 되어 재교정을 허용하며 그러므로 비교적 드물게 시스템(800) 동작을 인터럽트하는 동안 온도에 의존하는 FPN 과 오프셋 드리프트에 대해 자동 보정을 제공한다.The
상술된 재교정과 측정 모드들은 시스템(800)이 어레이(526)에 대한 연속 시간 MOS 검출기, 예를 들면 FUGA-15 디바이스와, 재설정 시에 작동하는 MOS 재설정 검출기들 및, 예를 들면 상업적으로 이용가능한 JPL APS 시스템에서 사용되는 노출 사이클들로 구성될 때 실행될 수 있다. 연속 시간 검출기는 동시에 입사하는 방사에 대응하는 각각의 소자들로부터 출력 신호를 제공하는 반면에 재설정 검출기는 재설정 시간동안 그것에 입사한 완전한 방사에 대응하는 각각의 소자들로부터 출력 신호를 제공한다. 연속 시간 검출기들은 일반적으로 재설정 검출기들보다 더 큰 FPN을 나타낸다. 시스템들(500, 800)이 APS 시스템의 재설정 검출기을 포함할 때, 검출기를 재설정하고 제 2 위치로 셔터(522)를 이동함으로써 장면의 확산 이미지로 한번 노출할 필요가 있으며, 그 다음에 제 1 위치로 셔터(522)를 제거함으로써 장면의 확산되지 않은 이미지의 장면을 재설정하고 노출할 필요가 있다. FUGA-15 디바이스와 같은 연속 시간 검출기들은 재설정될 필요가 없다는 이점을 제공한다. The recalibration and measurement modes described above may be used by the
시스템들(500, 800)이 가시적인 방사에 반응하더라도, 어레이(526), 렌즈 유닛(520) 및 셔터(522)는 예를 들면 적외선 방사와 X-선 방사 파장들에서와 같이, 다른 방사 파장들에서 작동 가능한 동일한 항목들로 대체될 수도 있다. Although the
도 9, 10, 11, 12 를 이제 참조하면, 시스템(500)의 출력 Sout 에서 제공되는 것과 같은 4개의 장면이 도시된다. 도 9는 시스템(500)이 교정되어 밝게 조명될 때의 장면에 대응한다. 도 9에서, FPN 은 눈에 띄지 않는다. 장면의 조도가 시스템(500)의 재교정없이 어두운 장면을 제공하기 위해 이어서 감소되었을 때, FPN 은 도 10에서 도시된 바와 같이 더 밝은 반점들로 눈에 띄게 된다. 이러한 더 밝은 반점들은 도 11에 도시된 바와 같이 어두운 장면에 대한 시스템(500)을 재교정함으로써 제거될 수 있다. 도 11에서, FPN은 눈에 띄지 않는다. 그러나, 장면의 조도가 이어서 다시 증가되었을 때, FPN은 도 12에서 도시된 바와 같이 더 어두운 반점들로 눈에 보이게 된다. 유사한 효과는 시스템(500)의 온도가 교정 후에 변경되었을 때 발생한다. 그러므로, 도 9 내지 12 는 환경 파라미터들의 변화들에 반응하여 시스템(500)의 재교정, 예를 들면 장면 조도가 출력 Sout 에서 제공된 이미지 품질을 유지하는데 필요하다는 것을 설명한다. Referring now to FIGS. 9, 10, 11, 12, four scenes are shown as provided at the output S out of the
도 13은 특히 눈에 띄는 FPN의 위치들이 도 13에서 원들로 표시된 도 9 내지 12에서 도시된 도면들의 아웃라인 도이다. FIG. 13 is an outline view of the figures shown in FIGS. 9-12, in which positions of particularly noticeable FPNs are indicated by circles in FIG.
본 발명은 그 소자들 각각이 하나 또는 그 이상의 카드뮴-수은 텔루르-포토다이오드, MOS 판독을 갖는 포토다이오드, MOS 판독을 갖는 포토트랜지스터, MOS 판독을 갖는 포토게이트 및 CCD 판독을 갖는 포토다이오드를 포함하는 다소자 어레이들에 사용될 수도 있다. The invention comprises one or more of the devices comprising one or more cadmium-mercury tellurium-photodiodes, photodiodes with MOS reads, phototransistors with MOS reads, photogates with MOS reads and photodiodes with CCD readouts. More or less may be used for arrays.
상술한 본 발명의 실시예들이 적외선 및 가시 방사에 반응하도록 배열된다 하더라도, 본 발명은 이러한 방사에 반응하는 다소자 어레이를 사용함으로써, 그리고 반사기들과 같은 하나 또는 그 이상의 포커싱 디바이스들을 사용함으로써 초음파, X-선 또는 마이크로파 방사에 반응하여 배열되고, 어레이 상에 다른 것에 관해 다르게 흐릿해지는 정도의 이미지들을 투영하기 위해 이러한 방사에 대해 배열되는 대안적인 실시예일 수 있다. Although the embodiments of the present invention described above are arranged to respond to infrared and visible radiation, the present invention uses ultrasonic wave, by using a somewhat smaller array that responds to such radiation, and by using one or more focusing devices such as reflectors. It may be an alternative embodiment that is arranged in response to X-rays or microwave radiation, and is arranged for such radiation to project images of a different degree of blurring with respect to others on the array.
시스템들(500, 800)은 실질적으로 포커싱된 이미지와 부분적으로 흐릿한 이미지가 교정 모드와 측정 모드 각각 동안, 어레이(526)상에 투영되도록 작동할 수도 있으며, 따라서 신호는 실질적으로 포커싱된 이미지에 대응하여 RAM(506)내에 기록된다. 이는 출력 Sout 에서 신호로 이미지 톤 반전이 달성된다는 이점을 제공한다. The
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