^2013/35149;2013年3月15日提出的美国专利申请吣.13/839，118 ; 和2012年4月6日提出的美国临时专利申请No. 61/621,385 ;所有这些申请都通过引用的 方式整体并入本文。本文所描述的或者引用本文的其他申请或专利中所描述的各种技术都 可应用于各种热装置、非热装置以及本文描述的应用。
[0066] 现在转向附图，图1示出了电气监测系统100的示例。电气柜105装有各种电气 设备，例如，电气开关设备，导体，计算机，服务器，和/或其他恰当的设备。该电气设备可 包括示例的电导体110。放置红外摄像机115以监测机柜105内的电气设备的热状态。例 如，可安装摄像机115以利用机柜105上的观察口 120对电气设备成像。以这种方式，由于 通常情况下，电气柜内导体周围需要一定量的空隙，因此，摄像机115的主要部分实际位于 机柜105的外部，以增强安全性和合规问题。但是，可以理解摄像机115也可以基本或全部 放置在机柜105内。例如，摄像机115可以利用磁铁、紧固件、粘合剂、和/或其他恰当的技 术，固定到机柜105的内表面或者机柜105内其他恰当的表面。虽然图1中示出了单个摄 像机115,但是可以根据需要设置另外的摄像机，以对机柜105内的电气设备一些或所有 部分成像。
[0067] 可使用由流经电导体110的电流产生的电磁场以方便地为摄像机115供电，以避 免技术人员需要周期性的更换用于供电的电池或硬导线AC或DC。可以利用电感耦合或电 容耦合收获电磁场。例如，电感耦合收获由电导体110内的电流130同轴产生的磁场125。 电感耦合因此包括和磁场125正交放置的线圈135,使得在线圈135中感应出电流。电导 体110因此用作初级线圈，其通过空芯将电能传递至次级线圈135。在替代的实施方式中， 磁芯变压器可用于感应地收获电能。线圈135可以构造为具有谐振槽路，以增加与电导体 110的耦合。为了利用该生成的电流来产生电源，电能收获电路140耦合至线圈135,并对 电池（或超级电容器）145充电。电池145为摄像机115、控制电子器件150以及无线通信 接口 155供电。控制电子器件150控制摄像机115,用以利用无线接口 155和（一个或多 个）天线160将产生的热图像无线发送至远程监测站（例如，图4的一个或多个显示系统 420)。外壳165保护监测系统100。
[0068] 还可用发送可见光图像和/或其他非热图像作为发送热图像的补充。因此，可以 用可见光摄像机或其他非热成像传感器作为红外摄像机115的补充。另外，也可以发送关 于热图像的参数数据，例如帧速率和曝光时间。并且，无线发送可以包括识别监测的电气柜 (例如，识别码）和其位置的信息。另外，系统100可监测电气参数，例如电流，功率，电压或 相角信息，并将监测的电气参数无线发送至远程监测站。
[0069] 控制电子器件150可以针对设置故障条件，即图像指示温度超过预设容忍度，来 分析来自摄像机115的热图像。在这方面，监测系统100可以构造为具有嵌入在电气柜门 或者外壳的点式温度传感器，其经布置以用于监测电气柜105内的特殊目标。系统100可 以将温度读数与热图像的无线传输打包。另外，电气柜105可以进一步构造为具有有机玻 璃窗口，以允许技术人员直观地观察机柜内部。
[0070] 在替代的实施方式中，监测系统100可以利用电容耦合来代替线圈135。在电容耦 合中，线圈135由导电板136代替。导电板136中的一者接地于电气柜105的地面137。机 柜105内的电气活动在板136之间感应出差分电荷，其被收获用于为监测系统100供电。不 管使用电感还是电容耦合，可以理解通过这样的耦合能收获的电量一般很小。例如，由电能 收获电路140产生的能量通常是微瓦至毫瓦的范围。与此相比，典型地，红外摄像机的运 行和通过例如WiFi或蓝牙的无线传输需要多得的电能。为了节省电能，控制电子器件150 可以命令摄像机115仅周期性的捕获图像。例如，帧速率可以是每分钟几帧的范围或更少。
[0071] 为了成功利用这些相对较少的电能来运行，摄像机115可以构造为如图2所示。在 该小形状因子的实施方式中，摄像机115通过不包含快门来节省电能和成本。根据下面对 噪声的讨论，能更好的理解图2的实施方式。红外成像设备（例如，热成像器），经常受到 各种类型噪声，例如，高空间频率固定图案噪声（FPN)。一些FPN可和红外传感器的行和/ 或列相关。例如，以列噪声出现的FPN噪声可能由列放大器中的变化引起，并可包括Ι/f分 量。该列噪声会抑制在想要的场景的垂直特征和垂直FPN之间进行区分的能力。其他FPN 在空间上可不相关，例如，由像素至像素的信号偏移引起的噪声，其也包括Ι/f分量。
[0072] 传统的移除FPN的方法依赖于内部或外部快门，其选择性的放置在红外成像设备 的红外传感器的前面，以提供基本均匀的场景。在快门放置在红外传感器前面时，可以基于 基本均匀的场景捕获的图像，校准红外传感器。该过程记为非均匀性校正（NUC)程序。但 是，在本文讨论的应用中，想要实现红外成像的小形状因子和低功率操作。包括快门会增加 尺寸，成本以及这些设备的电能需求。因此，本文公开的红外摄像机通过创新性的NUC程序 避免需要快门。
[0073] 图2示意了配置成实现没有快门的NUC的低功率、小形状因子红外摄像机的实施 方式115的分解图。红外摄像机115可以包括透镜筒210,外壳220 (例如，包括配置成接 收用于基于插座的安装方式的插座的接合部件的表面209)，红外传感器组件228,电路板 270,基座250,以及处理模块260。
[0074] 透镜筒210可至少部分围绕光学元件280 (例如，透镜），光学元件280在图2中通 过透镜筒210中的孔212部分可见。透镜筒210包括基本为圆柱形的延伸部件214,其用于 将透镜筒210与外壳220中的孔222连接。
[0075] 红外传感器组件228实现为，例如，具有安装在衬底240上的帽230 (例如，盖子）。 红外传感器组件228可以包括多个红外传感器232 (例如，红外检测器），其中多个红外传感 器232在衬底240上以阵列或其他方式实现且由帽230覆盖。例如，在一个实施方式中，红 外传感器组件228可以实现为焦平面阵列（FPA)。这样的焦平面阵列可以实现为，例如，真 空封装组件（例如，由帽230和衬底240密封）。在一个实施方式中，红外传感器组件228 可以实现为晶圆级封装（例如，红外传感器组件228可以从晶片上设置的一组真空封装组 件中单分出来）。在一个实施方式中，红外传感器组件228可以配置成利用大约2. 4伏，2. 5 伏，2. 8伏，或相似电压的电源来运行。
[0076] 红外传感器232可配置成检测来自电气柜内目标场景的红外辐射（例如，红外能 量），其包括，例如，中波红外波带（MWIR)，长波红外波带（LWIR)，和/或其他在特殊实现方 式中想要的热成像带。在一个实施方式中，红外传感器组件228可以根据晶圆级封装技术 提供。
[0077] 红外传感器232可以实现为，例如，以任何想要的阵列图案布置的微测辐射热计 或其他类型的热成像红外传感器，以提供多个像素。在一个实施方式中，红外传感器232可 以实现为具有17μπι像素间距的氧化钒（VOx)检测器。在各种实施方式中，可以使用大约 为32乘32的红外传感器阵列，大约64乘64的红外传感器阵列，大约80乘64的红外传感 器阵列，或其他阵列大小的红外传感器阵列，来布置红外传感器232。
[0078] 衬底240可以包括各种电路，包括，例如，读出集成电路（R0IC)，其在一个实施方 式中的尺寸为小于大约5. 5mm乘5. 5mm。衬底240也可以包括焊垫242,其用于接触从位于 摄像机外壳220内表面的电气连接件226延伸出来的互补的突出连接件224和/或接触外 壳165的恰当的连接件（图1)。
[0079] 在一个实施方式中，R0IC可以实现为具有低压差调节器（LD0)以执行电压调整， 从而降低引入红外传感器组件228的电源噪声，并因此提供改进的电源抑制比（PSRR)。并 且，通过与R0IC实现LD0(例如，晶圆级封装内），会消耗更少的裸片面积，并且需要更少的 离散的裸片（或芯片）。
[0080] 红外传感器组件228可以捕获图像（例如，图像帧），并以不同速率从R0IC提供这 些图像。处理模块260可以用于对捕获的红外图像执行恰当的处理并且可以根据任何恰当 的架构实现。在一个实施方式中，处理模块260可以实现为ASIC。在这方面，这种ASIC可 以配置成以高性能和/或高效率执行图像处理。在另一实施方式中，处理模块260用通用 中央处理单元（CPU)实现，其配置成执行恰当的软件指令以执行图像处理并和控制电子器 件150配合（图1)。
[0081] 参考图3的流程图，可更好地理解摄像机115实行的NUC程序。在块305,红外传 感器232开始捕获电气柜场景的图像帧。在块310,检测NUC过程发起事件。例如，如果从 先前执行的NUC过程开始已经消逝最小时间，则NUC过程可由控制电子器件150发起（图 1)。在进一步的实例中，如果从先前执行的NUC过程开始红外摄像机110已经经历了最低 温度变化，则NUC过程可由控制电子器件150发起。
[0082] 在块315,检测到NUC过程起始事件之后，确定是否确实实际应该执行NUC过程。 就这方面而言，基于是否满足一个或多个附加条件，可选择性发起NUC过程。例如，在一个 实施例中，除非从先前执行的NUC过程开始红外摄像机115已经经历了最小温度变化，否则 不执行NUC过程。在其他实施例中可使用其他标准或条件。如果已经满足合适的标准或条 件，则流程图继续到块320。否则，流程图返回到块305。
[0083] 在块320,可执行散焦操作以有意地使红外传感器232捕获的图像帧散焦。例如， 在一个实施例中，一个或多个致动器299(图2)可用于调整、移动或以其他方式平移光学元 件280、红外传感器组件228和/或红外摄像机110的其他部件，以使红外传感器232捕获 电气柜场景的模糊的（例如，未聚焦的）图像帧。也可考虑其他基于非致动器的技术以有 意地使红外图像帧散焦，例如手动（例如，用户发起的）散焦。在块345,电气柜场景的模糊 图像帧会被提供有FPN，该FPN在该模糊图像中比在聚焦图像中限定得更清楚。
[0084] 在上面的讨论中，已针对单独捕获的图像帧描述了基于散焦的方法。在另一个实 施例中，基于散焦的方法可包括在红外摄像机115已经散焦时积累多个图像帧，并将散焦 图像帧进行平均，以移除时间噪声的影响并在块345提供模糊的图像帧。该散焦过程可被 认为充当对电气柜图像的低通滤波器。也可以考虑其他技术以获得模糊图像诸如，例如， 2012年6月8日提出的国际专利申请No.PCT/US2012/041749和2011年10月7日提出的美 国专利申请No. 61/545, 056所阐述的各种的技术，通过引用的方式将它们整体并入本文。 在块350,处理该模糊图像帧以确定更新的行和列FPN项（例如，如果先前没有确定行和列 FPN项，则该更新的行和列FPN项可以是在块350第一次迭代中的新的行和列FPN项）。如 在本公开文本中使用的，取决于红外传感器232和/或红外摄像机115的其他部件的取向， 可以互换地使用术语行和列。
[0085] 在一个实施方式中，块350包括对于模糊图像帧的每一行确定空间FPN校正项 (例如，每行都具有其自己的空间FPN校正项），也包括对于模糊图像帧的每一列确定空间 FPN校正项（例如，每列都具有其自己的空间FPN校正项）。可以使用该处理来降低在热图 像中固有的、由例如Ι/f噪声特性引起的空间的且缓慢变化（Ι/f)的行和列FPN，其中该1/ f噪声特性在图像帧中会呈现为垂直和水平条纹。
[0086] 有利地，通过利用模糊图像帧确定空间行和列FPN项，会降低实际成像的场景中 的垂直和水平物体被错认为是行和列噪声的风险（例如，在FPN保持不模糊时，真实场景内 容将被模糊）。
[0087] 在一个实施方式中，可以通过考虑模糊图像帧的相邻像素之间的差异来确定行和 列FPN项。例如，模糊图像帧中的像素可以和其最相近的8个水平相邻像素比较。可将相 邻像素之间的差异求平均，以获得产生的像素组的偏移误差的估计。可以对于行或列中每 个像素计算偏移误差，并且平均的结果可用于校正整个行或列。
[0088] 为了防止真实场景的数据被解释为噪声，可以使用上限和下限阈值。落于这些阈 值外面的像素值则不能用于获得偏移误差。另外，行和列FPN校正的最大量可以由这些阈 值限制。
[0089] 在2009年3月2日申请的美国专利申请No.12/396, 340中提出了用于执行空间 行和列FPN校正处理的其他技术，在本文中将其全部并入作为参考。
[0090] 再次参考图3,在块350中确定的更新的行和列FPN项在块352中存储，并在块355 中应用于在块345中获得模糊图像的帧。在应用这些项后，可以减少模糊图像帧中的空间 行和列FPN中的一些。然而，由于这些项通常用于行和列，所以会保留另外的FPN，例如与像 素至像素的漂移或其他原因相关的空间非相关FPN。空间相关FPN的邻域也可保留，其不直 接与各个行和列相关。因此，可以按照下述讨论执行进一步处理以确定NUC项。
[0091] 在块360,确定模糊图像帧中的局部对比度值（例如，在相邻的像素或像素小组之 间的梯度的边缘或绝对值）。如果模糊图像帧中的场景信息包括没有明显模糊的反差区域 (例如，原始场景数据中的高对比度边缘），那么，可以通过块360中的对比度确定过程识别 该特征。
[0092]例如，可以计算模糊图像帧中的局部对比度值，或者可以应用任何其他期望类型 的边缘检测过程来将模糊图像中的某些像素识别为局部对比度区域的一部分。用该种方式 标记的像素可以认为包含过量的高空间频率的场景信息，其会解释为FPN(例如，这些区 域可对应于没有被充分模糊的场景的部分）。因此，可以排除这些像素而不在对NUC项的 进一步确定中使用这些像素。在一个实施方式中，该对比度检测处理可依赖于比与FPN相 关的期望对比度值高的阈值（例如，展示了高于阈值的对比度值的像素可以认为是场景信 息，而那些低于阈值的像素可以认为是展示了FPN)。
[0093] 在一个实施方式中，可在行和列FPN项已经应用于模糊图像的帧之后，在模糊图 像帧上执行块360的对比度确定。在另一实施方式中，块360可以在块350之前执行，以在 确定行和列FPN项之前确定对比度（例如，防止基于场景的对比度对这些项的确定做出贡 献）。
[0094] 块360之后，可预期在模糊图像帧中保留的任何高空间频率含量可大体上归因于 空间不相关FPN。在这方面，块360之后，其他噪声或者实际的想要的基于场景的信息中的 许多已经从模糊图像帧中去除或者排除，这是由于：对图像帧的有意的模糊（在块320中的 散焦）、行和列FPN项的应用（块355)以及对比度确定（块360)。
[0095] 因此，可以预期在块360之后，任何保留的高空间频率含量（例如，被显示为模糊 图像帧中的对比度或差异的区域）可都归因于空间不相关FPN。相应的，在块365中，模糊 图像帧被高通滤波。在一个实施方式中，这可包括应用高通滤波器以从模糊图像帧中提取 高空间频率含量。在另一实施方式中，这可包括将低通滤波器应用于模糊图像帧，并取低通 滤波后的图像帧和未滤波的模糊图像帧之间的差以获得高空间频率含量。根据本公开文本 的各种实施方式，可以通过计算传感器信号（例如，像素值）和其相邻者之间的平均差来实 现高通滤波器。
[0096] 在块370中，在高通滤波后的模糊图像帧上执行平场校正过程，以确定更新的NUC 项（例如，如果NUC过程之前没有执行过，那么更新的NUC项可以是块370的第一次迭代中 的新的NUC项）。为了执行平场校正，对于模糊图像帧的每个像素可以利用其相邻像素的值 来确定NUC项。对于每个像素来说，可以基于各种相邻像素的值之间的绝对差确定几个梯 度。例如，可以在像素之间确定绝对值差，以建立从左至右的对角梯度，从顶端至底端的垂 直梯度，从右至左的对角梯度以及从左至右的水平梯度。
[0097] 这些绝对差可被求和，以用于为正在被检查的像素提供合计的梯度。可以为被检 查的像素确定权重值，其与合计的梯度成反比。可以对模糊图象帧的所有像素执行该过 程，直到为每个像素提供权重值。对于具有低梯度的区域来说（例如，模糊的或具有低对比 度的区域），权重值将接近于一。相反，对于具有高梯度的区域来说，权重值将为零或者接近 于零。由高通滤波器估计的NUC项的更新与权重值相乘。
[0098] 在一个实施方式中，通过将一定量的时间衰减应用于NUC项确定过程可以进一步 减少将场景信息引入NUC项的风险。例如，可以在0和1之间选择时间衰减因数λ，使得存 储的新的NUC项（NUCNEW)是旧的NUC项（NUC0LD)和估计的更新的NUC项（NUCUPDATE)的 加权平均。在一个实施方式中，这可以表达为NUCNEW=λ·Νυ〇3υ)+(1-λ)，（順(：0〇)+斯〇] PDATE)〇
[0099] 虽然已经就梯度描述了NUC项的确定，但是如果合适则可以使用局部对比度值替 代。也可以使用其他的技术，例如，标准偏差计算。可以执行其他类型的平场校正过程确定 NUC项，包括，例如，2000年2月22日公布的美国专利No. 6,028,309,2004年11月2日公 布的美国专利No. 6, 812, 465,以及2008年5月5日申请的美国专利申请No. 12/114, 865中 提出的各种过程，其全部并入本文作为参考。
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