处理图像的方法与流程

本发明涉及一种处理由具有测辐射热计矩阵的检测器收集的原始图像的方法。特别地，根据本发明的处理方法旨在校正由于检测器的测辐射热计的特性的分散而导致的不均匀性。

本发明还涉及一种能够实现根据本发明的方法的所有步骤的计算机程序。

本发明最后涉及一种包括测辐射热计和实现该计算机程序的计算单元的检测器。

背景技术：

通常，现有技术中已知的红外检测器包括根据n行和m列以矩阵方式布置的测辐射热计。

当它们通过视域暴露于场景以获取图像时，这些对场景温度敏感的测辐射热计会经历其电阻的变化。换句话说，在每个测辐射热计中流动的电流取决于场景温度，并且还取决于环境温度。

特别地，测辐射热计矩阵的测辐射热计pix_(i,j)的测量s_(i,j)根据以下定律演变：

其中：

-tamb是环境温度，更特别的是成像仪的温度；

-tscene是测辐射热计观测到的场景的温度；

-resp(tamb)是测辐射热计的响应度，其取决于环境温度；

-s0,tamb是对于场景温度等于环境温度的测辐射热计的输出值。

项resp(tamb)取决于用于测辐射热计的设计的材料及其架构。

场景温度的推导要求环境温度tamb是已知的，因此检测器通常还设置有温度传感器。

检测器还可以设置有额外的测辐射热计，即所谓的盲测辐射热计，它们不暴露于场景。在其中流动的电流则仅取决于环境温度。

因此，根据这样的配置，暴露的测辐射热计的电阻变化的确定基于在所述暴露的测辐射热计和盲测辐射热计中流动的电流之间的差分测量。

通常，测辐射热计矩阵的每列与盲测辐射热计相关，该盲测辐射热计在差分测量期间针对所述列的每个测辐射热计实施。然而，可以设想其他配置，尤其是用于若干列测辐射热计的单个盲测辐射热计的公共汇集。

能够用这种装置获得的场景的原始图像(图1)通常是不可利用的，并且需要额外的处理。

特别地，图1中所示的图像揭示了检测器的测辐射热计的定位，更具体地说是非均匀性(“像素化效应”)。这种效应起源于在各测辐射热计中的电阻的显著分散。

该图像还呈现出列状外观，这是由于盲测辐射热计之间的电阻的分散。

为了减轻这些问题，可以设想各种解决方案。

特别地，可以提出在检测器上实施机械快门。特别地，机械快门被放置在检测器的前面，以便收集与环境温度有关的参考图像，该参考图像随后从场景的图像中减去。

然而，这种布置原则上相对简单，但并不令人满意。

实际上，快门的实施以及与之相关的机动化都会带来成本和体积问题。

此外，一旦环境温度变化，必须刷新参考图像。

可替代地，已经提出表征检测器的温度响应，特别是其每个测辐射热计的温度响应。

该表征包括在各种温度下的参考测量，其中检测器的所有测辐射热计都被快门遮住。

然后，参考测量使得可以确定每个测辐射热计的温度变化，从而构建保持在检测器的存储空间中的校准表。

因此，当操作时，对于每个测辐射热计，检测器通过减去由基于校准表的内插件获得的值来校正原始图像。

然而，使得可以减小各测辐射热计的图像的不均匀性效应的该解决方案并不令人满意。

实际上，获取参考测量的过程很漫长，并且在检测器的制造中产生成本超支。

此外，专用于保存校准表的存储空间(考虑到与其相关的成本)是不希望的。

最后，在说明书末尾引用的文献[1]和[2]中提出了基于使得可以校正图像的不均匀性的算法的第三种方法。

现有技术中已知的这些方法也不令人满意。

实际上，这些方法通常很难实施，并且它们的稳健性是有争议的。

而且，这些方法需要实施笨重的计算装置，这相应地以它们实施其中的检测器的成本为代价。

本发明的一个目的是提出一种处理由检测器收集的图像的方法，该检测器具有比现有技术中已知的技术更简单的测辐射热计，并且不需要实施机械部件以及与之相关的机器自动化。

本发明的另一个目的是提出一种方法，使得可以校正在原始图像上观察到的列状效果。

技术实现要素：

本发明的目的至少部分地通过一种由计算单元执行的用于处理原始图像的方法实现，其特征在于，原始测量s_(i,j)由检测器的并且根据n行和m列以矩阵方式布置的测辐射热计pix_(i,j)收集，所述测辐射热计pix_(i,j)包括暴露的测辐射热计和被遮住的掩蔽的测辐射热计，该方法包括：

a)计算与掩蔽的测辐射热计相关的掩蔽项s_mask_norm_(i,j)，该计算包括从给定列的每个掩蔽测辐射热计的原始测量s_(i,j)中减去所述列的掩蔽的测辐射热计的原始测量s_(i,j)的平均值；

b)使掩蔽项s_mask_norm_(i,j)与掩蔽的测辐射热计的校准分量s_mask_cal_(i,j)之间相关，根据以下关系确定：

所述项s_mask_ref_(i,j)是在参考温度下并且通过用也保持在参考温度的掩蔽件来掩蔽检测器获得的掩蔽的测辐射热计参考测量；

c)校正原始图像的步骤，该步骤包括基于相关步骤b)的结果来计算每个测辐射热计的校正图像的校正测量s_cor_(i,j)。

根据一实施方式，检测器包括专用于保存校准分量s_mask_cal_(i,j)的存储空间。

根据一实施方式，相关步骤b)包括线性回归，使得每个掩蔽项s_mask_norm_(i,j)和校准分量s_mask_cal_(i,j)满足以下关系：

s_mask_norm_(i,j)＝β.s_mask_cal_(i,j)+doffset

其中β和doffset是线性回归期间确定的项。

根据一实施方式，校正步骤c)包括根据以下关系计算每个测辐射热计的校正测量s_cor_(i,j)：

s_cor_(i,j)＝s_(i,j)-β.s_cal_(i,j)-doffset

其中，对于给定的辐射热计，s_cal_(i,j)是根据以下关系确定的校准分量：

项s_ref_(i,j)是在参考温度下并且通过用也保持在参考温度的掩蔽件来掩蔽检测器的测辐射热计的参考测量。

根据一实施方式，校准分量s_cal_(i,j)保存在检测器的存储空间中。

根据一实施方式，该方法还包括以下步骤：

d)对于列中的每一列，计算对应于所考虑的列的掩蔽的测辐射热计的测量s_(i,j)的平均值的列项col_mask_(j)；

e)使列项col_mask_(j)和掩蔽的测辐射热计的校准坐标c_mask_cal_(j)之间相关，根据以下关系确定：

f)将校正图像进行附加校正以形成最终图像，附加校正包括：

基于校正测量s_cor_(i,j)并且基于相关步骤e)的结果来计算最终图像的最终测量s_fin_(i,j)。

根据一实施方式，相关步骤e)包括线性回归，使得列项col_mask_(j)和校准坐标c_mask_cal_(j)满足以下关系：

col_mask_(j)＝α.c_mask_cal_(j)+coloffset

其中α和coloffset是线性回归期间确定的项。

根据一实施方式，附加校正步骤f)包括根据以下关系计算每个测辐射热计的最终测量s_fin_(i,j)：

s_fin_(i,j)＝s_cor_(i,j)-α.col_cal_(j)-coloffset

其中，对于给定列的测辐射热计(pix_(i,j))，col_cal_(i,j)是根据以下关系确定的校准坐标：

根据一实施方式，检测器设置有安装在光圈上的透镜，所述光圈在检测器的角部的水平处遮住掩蔽的测辐射热计。

根据一实施方式，检测器还包括盲测辐射热计，每个盲测辐射热计被实施用于特定于此的至少一列测辐射热计中的测辐射热计的差分测量，有利地，每个盲测辐射热计与单列测辐射热计相关。

本发明还涉及一种计算机程序，当其由计算机执行时，其实现本发明的方法的实施。

本发明还涉及一种装置，包括：

-检测器，其具有根据n行和m列以矩阵方式布置的多个测辐射热计，所述多个测辐射热计包括暴露于场景的暴露的测辐射热计和被遮住的掩蔽的测辐射热计，

-计算单元，其配备有根据本发明的计算机程序。

本发明还涉及根据本发明的装置的实施，用于房间中的检测，尤其是人检测。

附图说明

参考附图，其他特征和优点在通过非限制性示例给出的用于处理图像的方法的以下描述中将变得显而易见，其中：

-图1是由检测器获得的场景的原始图像，该检测器具有根据80行×80列的矩阵布置的测辐射热计；

-图2是检测器的示意图，该检测器具有安装在能够根据本发明实施的光圈上的透镜；

-图3是由与检测器保持在参考温度的快门遮住的检测器收集的参考图像；

-图4是基于图3的参考图像计算的矢量(所谓的列参考矢量)的分量的图示；

-图5是基于图3的参考图像和图4的矢量确定的矩阵(所谓的列参考矩阵)的分量的图示；

-图6是基于图3的参考图像计算的矢量(所谓的掩蔽的参考矢量)的分量的图示；

-图7是基于图3的参考图像和图6的矢量确定的矩阵(所谓的掩蔽的参考矩阵)的分量的图示；

-图8是根据掩蔽的校准分量s_mask_cal_(i,j)(水平轴)的掩蔽项s_mask_norm_(i,j)(在垂直轴上)的值的图表图示；

-图9a和9b分别是根据本发明的原始图像和校正的均匀图像；

-图10是根据掩蔽的校准分量c_mask_cal_(i,j)的掩蔽项c_mask_norm_(i,j)(在垂直轴上)的值的图表图示；

-图11表示最终图像；

-图12仅示出了图9a的原始图像的列状外观的校正。

具体实施方式

现在将结合图1至11描述本发明。

图2图示了具有根据n行(表示为“li”)和m列(表示为“cj”)以矩阵方式布置的多个测辐射热计(表示为pix_(i,j))的检测器。

编号i、j的测辐射热计对应于设置在行i与列j的交叉点处的测辐射热计。

在测辐射热计pix_(i,j)中，可以区分暴露于要成像的场景的所谓的暴露的测辐射热计pix_exp_(i,j)和测辐射热计被遮住的所谓的掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)。

掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)例如被光圈遮住，在光圈上安装有设置在场景和检测器1之间的透镜2。根据这种配置，掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)设置在检测器的角部。然而，本发明不限于这种布置，并且掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)可以例如形成完整的测辐射热计列，特别是沿测辐射热计矩阵的边的列。

图2的检测器还可以包括多个盲测辐射热计bol_blind_(j)。

检测器1还包括计算单元4，计算单元4配备有用于执行根据本发明的方法的各个步骤的计算处理器。计算单元还可以包括用于保存原始、参考或中间测量的存储空间。

最后，检测器1可包括用于评估所述检测器所处环境的温度的温度探针5。温度探针可以例如包括pn结。

根据本发明的方法提出校正由检测器1收集的原始图像的缺陷。

在这方面，“现有技术”部分中讨论的图1展示出均匀性和列状外观的缺陷。

不均匀性主要是由于形成检测器的测辐射热计的电阻的分散。

也可以在图像角部的水平处观察到较暗的区域。这些暗区是由于掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)被其上安装透镜的光圈遮住，并将用于校正在原始图像上观察到的不均匀性。掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)的原始测量s_(i,j)在后面提交文件中被表示为掩蔽原始测量s_m_(i,j)。

可以观察到对应于原始测量s_(i,j)(表示暴露的测辐射热计pix_exp_(i,j)的暴露原始测量s_e_(i,j))的更清晰的中心区域。

最后，图1还揭示了列状外观，这是由于盲测辐射热计bol_blind_(j)的电阻的分散。在这方面，每个盲测辐射热计bol_blind_(j)被实施用于特定于此的至少一列测辐射热计中的测辐射热计的差分测量，有利地，每个盲测辐射热计bol_blind_(j)与测辐射热计pix_(i,j)的单列cj相关。

要注意的是，如果所有列都与相同的盲测辐射热计相关，则不会观察到列状效果。然而，这种配置是不希望的，因为该单盲测辐射热计的失效会使检测器完全不可操作。

根据本发明的方法可以包括当测辐射热计pix_(i,j)由与检测器保持在温度(所谓的参考温度tr，例如在20℃)的快门遮住时确定测辐射热计pix_(i,j)的响应s_(i,j)(表示为s_ref_(i,j))。

响应s_ref_(i,j)可以通过检测器的简单测量获得，其中快门位于测辐射热计pix_(i,j)的前面。在这方面，图3图示了由检测器收集的参考图像。

基于这些参考测量确定矢量，即具有分量c_ref_col(j)(对于j范围从1到m)的所谓的列参考矢量v_ref_col(在图4中图示)。

分量c_ref_col(j)由以下关系确定：

换句话说，每个分量c_ref_col(j)是列j的参考测量s_ref_(i,j)的平均值。

还可以确定每个与测辐射热计pix_(i,j)相关的校准分量s_col_cal_(i,j)的矩阵，即所谓的列参考矩阵m_pix_col_cal(在图5中图示)。

然后，以下列方式计算列j的每个测辐射热计pix_(i,j)的分量s_col_cal_(i,j)：

s_col_cal_(i，j)＝s_ref_(i，j)-c_ref_col_(j)

换句话说，检测器的列j的测辐射热计pix_(i,j)的校准分量s_col_cal_(i,j)对应于所述测辐射热计的参考测量，从该参考测量中减去列j的所有测辐射热计的参考测量s_ref_(i,j)的平均值。

列校准矩阵m_pix_col_cal，比如随后在提交文件中描述的，有利地实施为校正由检测器收集的原始图像的列状外观。

补充地或可替代地，仍然基于参考测量s_ref_(i,j)，可以确定具有分量c_mask_cal_(j)的矢量，即所谓的掩蔽的参考矢量v_ref_pix(在图6中图示)。

分量c_mask_cal_(j)由以下关系确定：

其中，数据s_mask_ref_(i,j)仅对应于掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)的响应s_ref_(i,j)。

换句话说，每个分量c_mask_cal_(j)是与列j的掩蔽的测辐射热计相关的参考测量s_ref_(i,j)的平均值。

还可以确定具有每个与掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)相关的分量s_mask_cal_(i,j)的矩阵，即所谓的掩蔽参考矩阵m_pix_mask_cal(在图7中表示)。

针对列j的每个掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)的校准分量s_mask_cal_(i,j)根据以下公式确定：

s_mask_cal_(i，j)＝s_mask-ref_(i，j)-c_mask_cal_(j)

换句话说，检测器的列j的测辐射热计pix_mask_(i,j)的校准分量s_mask_cal_(i,j)对应于所述测辐射热计的参考测量，从该参考测量中减去列j的所有掩蔽的测辐射热计的参考测量的平均值。

掩蔽校准矩阵m_pix_mask_cal和列状校准矩阵m_pix_col_cal的建立在检测器的制造期间实施，并且它们的分量有利地保存在检测器的专用存储空间中，例如保存在计算单元4的存储空间中。

根据本发明的方法包括步骤a)计算矩阵(所谓的掩蔽矩阵)的项(所谓的掩蔽项s_mask_norm_(i,j))。

特别地，每个掩蔽项s_mask_norm_(i,j)与掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)相关。

确定与列cj的掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)有关的掩蔽项s_mask_norm_(i,j)包括从掩蔽的原始测量s_m_(i,j)中减去列cj的掩蔽的原始测量(表示为s_m_(j))的平均值。

特别地，列j的每个掩蔽项s_mask_norm_(i,j)根据以下关系确定：

s_mask_norm_(i，j)＝s_m_(i，j)-s_m_(j)

确定掩蔽项s_mask_norm_(i,j)的步骤之后是步骤b)，即使所述掩蔽项s_mask_norm_(i,j)与掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)的掩蔽校准分量s_mask_cal_(i,j)之间相关。

图8特别针对每个掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)图示了根据掩蔽校准分量s_mask_cal_(i,j)的掩蔽项s_mask_norm_(i,j)(在垂直轴上)的值。在该图中，掩蔽项s_mask_norm_(i,j)根据掩蔽的校准分量s_mask_cal_(i,j)线性变化。

然后，这两个项之间的相关性可以包括根据以下关系的线性回归：

s_mask_norm_(i,j)＝β.s_mask_cal_(i,j)+doffset

其中β和doffset是线性回归期间确定的项。

然后，这些可以在校正步骤c)期间根据以下关系校正每个测辐射热计的原始测量s_(i,j)：

s_cor_(i,j)＝s_(i,j)-β.s_col_cal_(i,j)-doffset

图9a和9b图示了上文所述的校正的效果。特别地，图9a是原始图像，而图9b示出了图像的不均匀性校正的效果。尽管列状外观在图9b中仍是明显的，但其提供了迄今为止在原始图像上无法检测到的人的闪现。

根据本发明的方法还可以实施列状外观的校正。列状外观的校正可以独立于上文给出的均匀性校正执行。

此外，根据本发明的方法可以包括在步骤d)期间，对于列cj中的每一列，计算对应于所考虑的列的掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)的测量s_(i,j)的平均值的列项col_mask_(j)。

然后，在步骤e)期间，可以将这些列项col_mask_(j)与掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)的校准坐标c_mask_cal_(j)相关。

图10特别针对每个掩蔽的测辐射热计pix_mask_(i,j)图示了根据列j的掩蔽测辐射热计pix_mask_(i,j)的校准坐标c_mask_cal_(j)的列项col_mask_(j)(在垂直轴上)的值。在该图中，项col_mask_(j)根据校准的坐标c_mask_cal_(j)线性变化。

相关性可以包括线性回归，使得列项col_mask_(j)和校准的坐标c_mask_cal_(j)满足以下关系：

col_mask_(j)＝α.c_mask_cal_(j)+coloffset

其中α和coloffset是线性回归期间确定的项。

然后，根据本发明的方法可以包括将校正图像进行附加校正(步骤f)以形成最终图像。

附加校正尤其包括基于校正测量s_cor_(i,j)并且基于相关步骤的结果来计算最终图像的最终测量s_fin_(i,j)。

例如，附加校正包括根据以下关系计算每个测辐射热计pix_(i,j)的最终测量s_fin_(i,j)：

s_fin_(i,j)＝s_cor_(i,j)-α.col_cal_(j)-coloffset

在图11中图示的如此校正的图像不再呈现列状外观。

应当理解，原始图像的列状和非均匀性外观具有不同的起源，因此可以独立地校正。

特别地，可以反转这些校正的实施顺序。

在这方面，图12仅示出了图9a的原始图像的列状外观的校正。

本发明还涉及一种计算机程序，当该计算机程序由计算机或计算单元执行时，实现根据本发明的方法的实施。

本发明使得可以以差异化的方式校正具有测辐射热计矩阵的检测器的原始图像的列状和非均匀性外观。

特别地，本发明仅需要在参考温度下的参考测量以校正原始图像。

本发明可以有利地用于房间中的检测，尤其是人的检测。

参考文献

[1]ep2940991b1

[2]us2010237245a1