DE102010023166B4

DE102010023166B4 - Wärmebildkamera

Info

Publication number: DE102010023166B4
Application number: DE102010023166.5A
Authority: DE
Inventors: Frank WEISBACH; Markus WANSING; Ingo Kaneblei
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: DE102010023166A1; GB2481090A; US8357898B2; GB2481090B; GB201107717D0; CN102281401A; US20110297828A1; CN102281401B

Abstract

Wärmebildkamera mit einer pixelbasierten Detektoreinheit, einer Prozessoreinheit und einer Bildzwischenspeichereinheit, wobei die Detektoreinheit zur pixelbasierten Aufnahme von Wärmestrahlung einer auf sie abgebildeten Szene mit mindestens zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten und abwechselnden Auslesung von höher empfindlichen und niedriger empfindlichen Bildern ausgebildet ist und die Prozessoreinheit zur Steuerung der Auslesung, Vorverarbeitung, Zwischenspeicherung und Verknüpfung von wenigstens zwei aufeinanderfolgend aus der Detektoreinheit ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Bildern zu einem gemeinsamen Ausgabebild vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Bildzwischenspeichereinheit als gemeinsamer Akkumulator (8) sowohl für höher empfindliche als auch für niedriger empfindliche Originalbilder (B) ausgebildet ist und an seinem Ausgang das gemeinsame Ausgabebild bereitstellt, – dem Akkumulator (8) eine Bild-Gewichtungseinheit (12) vorgeschaltet ist, zur pixelweisen Gewichtung der abwechselnd aus der Detektoreinheit (1) ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Originalbilder (B) mit einer einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion (G) und zur pixelweisen Gewichtung des im Akkumulator zwischengespeicherten Ausgabebildes (A) mit einer zur einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion (G) komplementären Gewichtungsfunktion (1 – G) sowie zur additiven Überlagerung beider Bilder zur fortlaufenden Aktualisierung des Ausgabebildes (A) auf Basis von abwechselnd aus der Detektoreinheit (1) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen ausgelesenen Originalbildern (B).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmebildkamera mit einer pixelbasierten Detektoreinheit, einer Prozessoreinheit und einer Bildzwischenspeichereinheit, wobei die Detektoreinheit zur pixelbasierten Aufnahme von Wärmestrahlung einer auf sie abgebildeten Szene mit mindestens zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten und abwechselnden Auslesung von höher empfindlichen und niedriger empfindlichen Bildern ausgebildet ist und die Prozessoreinheit zur Steuerung der Auslesung, Vorverarbeitung, Zwischenspeicherung und Verknüpfung von wenigstens zwei aufeinanderfolgend aus der Detektoreinheit ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Bildern zu einem gemeinsamen Ausgabebild vorgesehen ist.
Wärmebildkameras werden von einer Reihe von Herstellern in unterschiedlichen Ausführungen angeboten. Unter einem „Wärmebild” wird im Allgemeinen ein durch optische Abbildung von Infrarot- oder Wärmestrahlung erzeugtes Bild verstanden. Technisch lässt sich ein Wärmebild im nahen Infrarot-Bereich durch die für sichtbares Licht gängigen Technologien, wie CCD- oder CMOS-Sensoren, erzeugen. Ein Wärmebild im mittleren und fernen Infrarot-Bereich wird durch „Mikrobolometer” erzeugt, wobei diese als eine Matrix aus temperaturempfindlichen Widerständen angeordnet sind und in ihrer Gesamtheit ein Wärmebild liefern, wenn deren Signalinhomogenitäten, die durch Fertigungstoleranzen und durch von einer Bias-Vorspannung erzeugten Eigenerwärmungen verursacht sind, korrigiert werden. Wärmebildkameras aus Mikrobolometer-Bauelementen enthalten üblicherweise ein Pixel-Array, dessen Mikrobolometer aufgrund der Vorspannung (Bias) eine temperaturabhängige Stromstärke zulassen. Matrixförmig angeordnete Mikrobolometer-Bauelemente werden üblicherweise auch als FPA („Focal Plane Array”) bezeichnet. Wird ein solches temperaturempfindliches Detektorarray über eine Infrarot-Optik belichtet, können Wärmebilder aufgenommen und damit Temperatur-Bilder erzeugt werden.
Zum klaren Verständnis des technischen Hintergrundes wird den nachfolgenden Darlegungen die folgende Terminologie zugrunde gelegt.
Die Bildaufnahme erfolgt in so genannten ”Frames”. Unter einem Frame wird der Datensatz der gleichzeitig für ein Bild aufgenommenen Pixelintensitätswerte des matrixförmigen Detektorarrays (FPA) verstanden. Das heißt, ein Frame entsteht üblicherweise im Ergebnis eines einzelnen Auslesevorgangs der gesamten Matrixanordnung. Das Auslesen der matrixförmig angeordneten Bildelemente erfolgt üblicherweise zeilenweise, wobei jede Zeile anschließend ihrerseits spaltenweise ausgelesen wird. Ein Frame ist dann die Matrix der Pixel (Pixelintensitäten) von einem kompletten Auslesevorgang. Der Frame wird auch synonym als aktuell ausgelesenes Bild bezeichnet, insoweit die Gesamtheit der metrisch geordnet ausgelesenen Pixelintensitäten gemeint ist.
Unter ”pixelbasiert” wird hier verstanden, dass das Wärmebild mit einer bestimmten Anzahl und Anordnung von Positionen diskretisiert ist, an denen Strahlungsintensitäten gemessen werden. Dies ist üblicherweise eine Zeilen-Spalten-Matrixstruktur, ist aber nicht auf solche kartesischen Anordnungen beschränkt. Die hier dargestellten Verfahren setzen nicht per se eine Matrixstruktur voraus, sondern bleiben auch bei einer anderen Anordnung der Pixel gültig. Wichtig ist lediglich, dass die Anordnung gleich ist, wenn verschiedene Bilder miteinander verrechnet werden sollen, wie beispielsweise Wärmebild und Untergrundbild bei einer Untergrundbildkorrektur oder Wärmebilder mit unterschiedlicher thermischer Empfindlichkeit. Pixelbasiert bedeutet dabei, dass eine entsprechende Korrektur- oder Verarbeitungsrechnung für jede Pixelposition erfolgt. Parameter, wie Empfindlichkeits-Charakteristiken etc., können dann im allgemeinsten Fall von Pixelposition zu Pixelposition variieren, müssen also nicht für das ganze Wärmebild gleich sein. Für die Beschreibung von Funktionsverläufen von Pixelintensitäten, sowohl für verarbeitete, korrigierte als auch gemittelte oder gewichtete Signalwerte, wird das mathematische Verständnis der Begriffe „(streng) monoton steigend/fallend”, „umkehrbar eindeutige Funktion”, „lineare/nicht lineare Funktion”, „(streng) konkave/konvexe Funktion” etc. vorausgesetzt.
Mit dem Begriff „Gewichtsfunktion” ist ein Satz von Faktoren gemeint, der auf einen Bilddatensatz (Frame) als Gewichtung angewendet wird, bevor der so gewichtete Frame weiter verarbeitet wird. Mit „prozentuale Gewichtsfunktion” ist hier gemeint, dass die Gewichte stets zwischen 0 und 1 liegen sollen.
Unter „Pixelintensität” wird ein Intensitätswert verstanden, der einer einzelnen Pixelposition der Detektormatrix zugeordnet ist. Im Unterschied dazu wird unter „Bildintensität” eine Intensitätsangabe verstanden, die dem Bild als Ganzem zugeordnet ist. Für beide gibt es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten. Wie bei Mikrobolometer-Bauelementen die Pixelintensität der einzelnen Mikrobolometer üblicherweise ermittelt wird, ist unten beschrieben. Wird eine Aussage über die Bildintensität als Ganzes benötigt, so kann man hierzu beispielsweise die Summe aller Pixelintensitäten bilden. Es sind aber auch andere Definitionen (z. B. Mittelwert aller Pixelintensitäten, Summe oder Mittelwert der Pixelintensitäten eines Subframes, d. h. einer Teilmatrix des Gesamtarrays oder eines ROI = „Region Of Interest” d. h. einer zusammenhängenden, beliebig geformten Teilfläche des Gesamtarrays etc.) möglich.
Bei der Anwendung von Wärmebildkameras sind die Temperaturunterschiede, die gleichzeitig in einer durch die Wärmebildkamera aufzunehmenden Szenerie vorhanden sind, häufig zu groß, als dass sie vom Dynamikbereich der Elektronik (annähernd linearer dynamischer Aussteuerungsbereich der zur Aufnahme, Auswertung und Darstellung der Wärmebilder eingesetzten elektronischen Verarbeitungskette) adäquat, d. h. ohne Verfälschungen durch Sättigung oder Rauschen, in Wärmebilder umgesetzt werden können, und meist auch zu groß, um vom Anwender sinnvoll interpretiert zu werden. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz von Wärmebildkameras durch die Feuerwehr. Hier sollen im Falle eines Feuerwehreinsatzes sowohl die hohen Temperaturen des Brandherdes, als auch die niedrigen Temperaturen von im Brandbereich zu bergenden Menschen gleichzeitig im Bild erfasst werden, sodass alle Informationen, die ein schnelles zielgerichtetes Handeln ermöglichen, auf einen Blick dem dargestellten Wärmebild zu entnehmen sind.
Die Mikrobolometer-Bauelemente selbst können durch Steuerung der Bias-Vorspannung oder der Integrationszeit der einzelnen Mikrobolometer bzw. ihrer als Integrator geschalteter Transimpedanzverstärker wahlweise für verschiedene Empfindlichkeiten angesteuert werden, und zwar über einen sehr großen Temperaturbereich. Die Schwierigkeit liegt daher nicht in erster Linie im Sensitivitätsbereich der Mikrobolometer-Bauelemente, sondern in der Auswahl geeigneter Temperaturbereiche und einer geeigneten Darstellung. Es ist sowohl zu vermeiden, dass die Bilder übersteuern, als auch dass die Detailtreue bei niedrigen Temperaturen darunter leidet, dass kleine Signale vom Rauschen der einzelnen Mikrobolometer verfälscht werden, weil der (streng monoton steigende) Dynamikbereich auf hohe Temperaturen abgestimmt ist.
Deshalb gehen die Bemühungen dahin, alternierend zwei jeweils mit höherer bzw. niedrigerer Empfindlichkeit aufgenommene Thermographie-Aufnahmen zu generieren und in geeigneter Weise gemeinsam auf einem Display darzustellen, um sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen eine nicht übersteuerte, detailtreue Abbildung zu erreichen. Zur Unterscheidung der zwei Wärmebilder, die mit deutlich unterschiedlichen Empfindlichkeiten des FPA aufgenommen worden sind, werden nachfolgend die Begriffe „höher empfindliches Bild” und „niedriger empfindliches Bild” verwendet, wobei bei mehr als zwei Bildern, die mit unterschiedlich eingestellten Detektorempfindlichkeiten aufgenommen werden, auch noch von „mittel empfindlichen Bildern” gesprochen wird.
Im Stand der Technik ist es bereits aus der GB°2 435 974 A bekannt, zwei alternierend aufgenommene Thermographie-Aufnahmen in einem gemeinsamen Bild darzustellen. Allerdings werden dort die mit höherer bzw. niedrigerer Dynamik alternierend aufgenommenen Thermographie-Aufnahmen jeweils einzeln zwischengespeichert und dann beide Bilder einer gemeinsamen Darstellung zugeführt. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass sie sehr speicherintensiv ist bzw. zusätzliche Speicherbandbreite benötigt. Weiterhin verzögert das Zwischenspeichern die Bildfolge gegenüber einer unmittelbaren Signalverarbeitung um ein oder mehrere Frames. Das sogenannte Pipeline-Delay vergrößert sich, was für Echtzeitanwendungen äußerst unerwünscht ist.
Eine generelle Methode zur Verwendung höher und niedriger empfindlicher Pixel ist beispielsweise auch in der JP 2004-222183 A beschrieben, wobei dort die Kamera, die mit höher und niedriger empfindlichen Pixeln ausgestattet ist, eine Eingabeeinheit für einen Belichtungskorrekturwert aufweist, auf dessen Basis die Bilder unterschiedlicher Empfindlichkeiten mit einem Belichtungsbetrag verrechnet und zu einem kombinierten Bild zusammengefügt werden und der zur Erweiterung oder Einschränkung des Dynamikbereichs verwendet wird. Auf einer sehr ähnlichen Basis arbeitet ein thermisches Abbildungssystem, das aus der US 2007/0211157 A1 bekannt ist. Bei dieser Lösung wird ebenfalls wiederholt zwischen zwei Empfindlichkeitseinstellungen des Detektorarrays umgeschaltet, wobei unter Verwendung eines Schwellwertkriteriums das geeignete Empfindlichkeitsniveau pixelweise ausgewählt und zur Anzeige gebracht wird. In diesen beiden Fällen ist jeweils nachteilig, dass eine quasi-simultane parallele Verarbeitung beider mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten aufgenommener Bilder erfolgen muss, und die pixelweise Kombination der Bilddaten von willkürlich gesetzten oder empirisch gefundenen Korrekturwerten oder Schwellwerten abhängt, die entweder laufend an die aktuelle thermische Szenerie angepasst oder anhand bestimmter Kriterien vorgewählt werden müssen.
Ein ähnliches Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Kombinieren zweier aufeinanderfolgend unterschiedlich belichteter Bilder sind aus der US 2009/0059039 A1 bekannt. Dabei werden auf die Ausgangssignale der einzelnen Pixel des ersten Bildes und des zweiten Bildes eine über einen Belichtungsfaktor angepasste Wichtungsfunktion beziehungsweise die dazu komplementäre Wichtungsfunktion angewendet. Nach einer ersten Zwischenspeicherung zur Gewichtung der Pixelsignale wird erst bei der Überlagerung der Signale beider Bilder in einem zweiten Speicher das Endbild mit einem gesteigerten Dynamikumfang erhalten, wobei zeitliche Verzögerungen durch die mehrfache Zwischenspeicherung eine Echtzeitdarstellung des Endbildes beeinträchtigen.
In der Veröffentlichung LIU, Xingiao; EL GAMAL, Abbas: Photocurrent Estimation from Multiple Nondestructive Samples in a CMOS Image Sensor. Proceedings of SPIE, Vol. 4306(2001), pp. 450–458 ist eine Möglichkeit zur Erhöhung des von mit CMOS-Sensoren aufgenommenen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen beschrieben. Es wird ein rekursiver Algorithmus und ein nicht rekursiver Algorithmus beschrieben, wobei der nicht rekursive Algorithmus bessere Ergebnisse liefert und der rekursive Algorithmus die Rechenleistung und den Speicherbedarf senkt. Um die Sensorpixel nicht in Sättigung und nicht in Bereichen hohen Dunkelstromrauschens für die Bildüberlagerung zu verwenden, werden bei dem Verfahren während der normalen Belichtungszeit mehrfach regelmäßig die bis dahin in den Pixeln akkumulierten Ladungen ohne Störung oder Abbau von Ladungen ausgelesen. Solche Zwischenauslesungen erfordern elektronischen Zusatzaufwand und sind bei Mikrobolometern nicht möglich. Ferner sind aus der US 3 777 130 A typische rekursive Filterstrukturen bekannt, die häufig in Multiply-Akkumulatoren von digitalen Signalprozessoren zur Anwendung kommen.
Mit in US 5 455 621 A und EP 1 592 235 A1 beschriebenen Bildverarbeitungsverfahren lassen sich ebenfalls Bilder mit hohem Dynamikumfang erzeugen, indem zu unterschiedlichen Zeiten mehrere unterschiedlich belichtete Bilder aufgenommen und zwischengespeichert und abhängig vom Signalniveau jeweils mit einem Faktor gewichtet werden. Die gewichteten Signale werden addiert und mittels Kompressionsfunktion wieder auf einen Standardsignalniveau normiert. Auch hier sind die Verzögerungen einer Echtzeitdarstellung des Endbildes nicht zuträglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Aufnahme und Darstellung von Wärmebildern zu finden, die Aufnahmen mit zwei verschiedenen Dynamikbereichen in einem gemeinsamen Wärmebild zu vereinigen gestattet, wobei gleichzeitig Rauschen und Drift der Pixelsignale sowie der Speicherbedarf für die Zwischenspeicherung und Verarbeitung reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei Wärmebildkamera mit einer pixelbasierten Detektoreinheit, einer Prozessoreinheit und einer Bildzwischenspeichereinheit, wobei die Detektoreinheit zur pixelbasierten Aufnahme von Wärmestrahlung einer auf sie abgebildeten Szene mit mindestens zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten und abwechselnden Auslesung von höher empfindlichen und niedriger empfindlichen Bildern ausgebildet ist und die Prozessoreinheit zur Steuerung der Auslesung, Vorverarbeitung, Zwischenspeicherung und Verknüpfung von wenigstens zwei aufeinanderfolgend aus der Detektoreinheit ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Bildern zu einem gemeinsamen Ausgabebild vorgesehen ist, dadurch gelöst, dass die Bildzwischenspeichereinheit als gemeinsamer Akkumulator sowohl für höher empfindliche als auch für niedriger empfindliche Originalbilder ausgebildet ist und an seinem Ausgang das gemeinsame Ausgabebild bereitstellt und dass dem Akkumulator eine Bild-Gewichtungseinheit vorgeschaltet ist, zur pixelweisen Gewichtung der abwechselnd aus der Detektoreinheit ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Originalbilder mit einer einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion G und zur pixelweisen Gewichtung des im Akkumulator zwischengespeicherten Ausgabebildes mit einer zur einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion komplementären Gewichtungsfunktion (1 – G) sowie zur additiven Überlagerung beider Bilder zur fortlaufenden Aktualisierung des Ausgabebildes auf Basis von abwechselnd aus der Detektoreinheit mit wenigstens zwei unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen ausgelesenen Originalbildern.
Vorteilhaft wird dem Akkumulator eine Folge von abwechselnd aus der Detektoreinheit mit mehr als zwei unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Originalbildern jeweils gewichtet zugeführt, wobei die Aktualisierung jeweils auf Basis des aktuell im Akkumulator bereitgestellten und komplementär gewichteten Ausgabebildes erfolgt, so dass im Akkumulator ein gemeinsames Ausgabebild mit Pixelintensitäten aus mindestens drei unterschiedlich empfindlichen Originalbildern erzeugt werden kann. Es ist ebenfalls zweckmäßig, dem Akkumulator eine Folge von abwechselnd aufeinanderfolgend aus der Detektoreinheit mit mindestens zwei Empfindlichkeitseinstellungen ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Originalbildern jeweils gewichtet zuzuführen, wobei die Aktualisierung jeweils auf Basis des aktuell im Akkumulator bereitgestellten und komplementär gewichteten Ausgabebildes erfolgt, so dass sich ein gleitend gemitteltes Ausgabebild der Folge von abwechselnd aufgenommenen höher und niedriger empfindlichen Bildern ergibt.
Die Bild-Gewichtungseinheit weist in einer ersten Variante vorzugsweise einen Bild-Gewichtungsmultiplizierer zur Gewichtung des ausgelesenen Originalbildes mit der einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion G, einen Akku-Gewichtungsmultiplizierer zur Gewichtung des aus dem Akkumulator vorhandenen Ausgabebildes mit der komplementären Gewichtsfunktion (1 – G) sowie einen Addierer zur pixelweisen Addition der beiden gewichteten Bilder auf, dem das gewichtete Bild des ausgelesenen Originalbildes sowie das komplementär gewichtete im Akkumulator vorliegende Ausgabebild zugeführt wird und dessen Ausgang der Akkumulator nachgeordnet ist.
In einer bevorzugten zweiten Variante ist die Bild-Gewichtungseinheit aufeinanderfolgend aus einem ersten Akku-Addierer, dem das aus der Detektoreinheit mit definierter Empfindlichkeit ausgelesene Originalbild sowie das im Akkumulator vorliegende Ausgabebild zugeführt ist, um aus Originalbild und Ausgabebild pixelweise Differenzen zu bilden, einem nachgeordneten Bild-Gewichtungsmultiplizierer zur Gewichtung des so entstandenen Differenzbildes mit der einstellbaren Gewichtungsfunktion G sowie einem Bild-Addierer, dem das gewichtete Differenzbild aus Originalbild und Ausgabebild vom Bild-Gewichtungsmultiplikator und das im Akkumulator vorliegende Ausgabebild zugeführt sind, zusammengesetzt, um die komplementäre Gewichtung des im Akkumulator vorliegenden Ausgabebildes gegenüber dem neuen Originalbild zu realisieren.
Die Gewichtungsfunktion G ist für höher empfindliche und niedriger empfindliche Bilder zweckmäßig unterschiedlich, wobei eine Auswahleinheit zur Bereitstellung unterschiedlicher Gewichtungsfunktionen für das ausgelesene Originalbild je nach eingestellter Detektorempfindlichkeit sowie entsprechend angepasster komplementärer Gewichtungsfunktionen (1 – G) vorgesehen ist.
Vorteilhaft weist die Prozessoreinheit Mittel zur Steuerung der Gewichtung der Pixelintensität jeder Pixelposition eines höher empfindlichen Bildes mit einem ersten Gewichtsfaktor der ersten prozentualen Gewichtungsfunktion und der Gewichtung der Pixelintensität jeder Pixelposition eines oder weiterer niedriger empfindlicher Bilder mit einem zweiten oder weiteren Gewichtsfaktor der zweiten oder weiteren prozentualen Gewichtungsfunktionen auf, wobei die ersten, zweiten und weiteren Gewichtungsfunktionen zugeordnet auf die unterschiedlichen höher und niedriger empfindlichen Bilder anwendbar sind.
Die Detektoreinheit weist vorzugsweise aufgrund ihrer unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen für jedes Pixel eines höher empfindlichen Bildes eine minimal mögliche Intensität und eine maximal mögliche Intensität und für jedes Pixel eines niedriger empfindlichen Bildes eine minimal mögliche Intensität und eine maximal mögliche Intensität auf, wobei die erste prozentuale Gewichtungsfunktion einen monotonen Abfall von einem ersten maximalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität bis zu einem ersten minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität und die zweite oder weitere prozentuale Gewichtungsfunktion einen monotonen Anstieg von einem zweiten minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität zu einem zweiten maximalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität aufweist.
Die Detektoreinheit weist zweckmäßig für jedes Pixel eines höher empfindlichen Bildes eine untere Umschalt-Schwellintensität zwischen der minimal möglichen und der maximal möglichen Intensität und für jedes Pixel eines niedriger empfindlichen Bildes eine obere Umschalt-Schwellintensität zwischen der maximal möglichen und der minimal möglichen Intensität auf, wobei

– die erste prozentuale Gewichtungsfunktion unterhalb der unteren Umschalt-Schwell-Intensität im Wesentlichen konstant ist und oberhalb der unteren Umschalt-Schwellintensität einen monotonen Abfall von einem ersten maximalen Prozentgewicht bei der unteren Umschalt-Schwellintensität zu einem ersten minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität aufweist und
– die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion unterhalb der oberen Umschalt-Schwellintensität einen monotonen Anstieg von einem zweiten minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität zu einem zweiten maximalen Prozentgewicht bei der oberen Umschalt-Schwellintensität aufweist und oberhalb der oberen Umschalt-Schwellintensität im Wesentlichen konstant ist.

Weiterhin weist die Detektoreinheit vorteilhaft für jedes Pixel eines höher empfindlichen Bildes eine untere Umschalt-Schwellintensität zwischen der minimal möglichen und der maximal möglichen Intensität und für jedes Pixel eines niedriger empfindlichen Bildes eine obere Umschalt-Schwellintensität zwischen der maximal möglichen und der minimal möglichen Intensität auf, wobei

– die erste prozentuale Gewichtungsfunktion unterhalb der unteren Umschalt-Schwellintensität einen monotonen Anstieg von einem ersten unteren minimalen Prozentgewicht zu einem ersten maximalen Prozentgewicht und oberhalb der unteren Umschalt-Schwellintensität bis zur maximal möglichen Intensität einen monotonen Abfall vom ersten maximalen Prozentgewicht bei der unteren Umschalt-Schwellintensität bis zu einem ersten oberen minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität sowie
– die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion zwischen der minimal möglichen Intensität und der oberen Umschalt-Schwellintensität einen monotonen Anstieg von einem zweiten unteren minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität bis zu einem zweiten maximalen Prozentgewicht bei der oberen Umschalt-Schwellintensität aufweist und oberhalb der oberen Umschalt-Schwell-Intensität einen monotonen Abfall vom zweiten maximalen Prozentgewicht bei der oberen Umschalt-Schwellintensität bis zu einem zweiten oberen minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität aufweist. Zweckmäßig ist die untere Umschalt-Schwell-Intensität gleich der oberen Umschalt-Schwell-Intensität.

Es erweist sich als vorteilhafte erst Variante, dass zumindest einer der monotone Abfälle bzw. Anstiege der Gewichtsfunktionen eine konvexe Funktion ist. Es kann aber auch zumindest eine der monotonen Abfälle oder Anstiege eine lineare Funktion sein.
Das maximale Prozentgewicht für ein Pixel eines höher oder niedriger empfindlichen Bildes wird vorteilhaft auf ein höheres Prozentgewicht gesetzt, wenn die Betragsdifferenz seiner Pixelintensität zur Intensität des entsprechenden Pixels im Akkumulator über einem Abschalt-Schwellwert liegt. Dabei beträgt das höhere Prozentgewicht vorzugsweise 100%.
Die Erfindung basiert auf der Grundüberlegung, dass alternierend mit höherer und niedrigerer Empfindlichkeit (Dynamik) aufgenommene Thermographie-Aufnahmen, die jeweils einzeln zwischengespeichert und dann zu einer gemeinsamen Darstellung verrechnet werden, ihre individuellen Rauschanteile und Signalschwankungen (zeitliche Drift) kumulativ verstärkt ins gemeinsame Ausgabebild einbringen oder diesbezüglich vor ihrer Verrechnung einzeln korrigiert werden müssen. Deshalb macht die Erfindung von einem iterativ aktualisierten Zwischenspeicher (Akkumulator) Gebrauch, bei dem alternierend das höher und das niedriger empfindliche Bild nur anteilig (d. h. gewichtet) mit dem bereits im Zwischenspeicher vorhandenen, ebenfalls gewichteten, Vorgängerbild (Ausgabebild) verrechnet wird.
Mit der dargestellten Lösung werden zwei Wirkungen erzielt: Einerseits werden höher und niedriger empfindliche Bilder im Verhältnis ihrer Gewichte gemischt und so zu einem gemeinsamen Ausgabebild kombiniert. Andererseits bewirkt ihre Gewichtung in Relation zum aktuellen Ausgabebild eine Unterdrückung zeitlicher Schwankungen der Pixelintensität (Rauschen). Dieser Effekt kommt dadurch zustande, dass jedes Einzelbild nur mit einem gewissen Anteil zum Ausgabebild beiträgt, indem das Ausgabebild im Sinne gleitender Mittelwerte für die einzelnen Pixelintensitäten aktualisiert wird. Die Verwendung des so genannten Akkumulators spart zudem die separate Zwischenspeicherung jedes der abwechselnd mit höherer und niedrigerer Empfindlichkeit ausgelesenen Einzelbilder, was sowohl eine Bauteil- und Kostenersparnis als auch eine nicht unerhebliche technische Erleichterung bedeutet, da die Speicherzugriffe gegenüber der bei zwei Zwischenspeichern elektronisch anspruchsvoll hohen Taktrate halbiert werden können.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, eine neue Art der Aufnahme und Darstellung von Wärmebildern zu realisieren, bei der zwei mit verschiedenen Dynamikbereichen aufgenommene Wärmebilder in einem gemeinsamen Ausgabebild vereinigt werden können, wobei gleichzeitig das Rauschen der Pixelsignale sowie der Speicherbedarf für die Zwischenspeicherung und Verarbeitung reduziert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine Ausführungsform der Wärmebildkamera gemäß der Erfindung;
2: den Prozessablauf der Aktualisierung des Akkumulators;
3a, b: eine Darstellung der Detektorkennlinien für höher und niedriger empfindliche Detektoreinstellungen als Pixelintensitäten über der Temperatur der abgebildeten Szene,
4a: eine Ausführungsform der Gewichtung der Pixelintensität eines Pixels für hohe und niedrige Temperatur durch Umschaltung der Gewichtungsfunktionen auf Basis einer definierten Umschalt-schwellintensität;
4b: eine prozentuale Gewichtsfunktionen in einer Ausführungsform der Erfindung;
4c: eine prozentuale Gewichtsfunktion in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5: eine Ausführungsform für eine schnelle Umschaltung der Gewichtungsfunktion bei plötzlicher Änderung der Temperaturverhältnisse über die Zeit.
1 zeigt die Komponenten einer Wärmebildkamera gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und ihre Vernetzung. Zur Aufnahme eines Wärmebildes wird mittels einer IR-Optik 16 IR-Strahlung auf ein matrixförmige Detektoreinheit 1 – nachfolgend auch: FPA 1 (Focal Plane Array) – abgebildet, das mittels der zugehörigen Ausleseeinheit 2 pixelbasiert als kompletter Frame ausgelesen wird und als Original-Bild B der abgebildeten thermischen Szene weitergeleitet wird.
Eine Prozessoreinheit 5 steuert mittels einer Verschluss-Steuerung 4 eine als Shutter 3 bezeichnete Verschlusseinheit zum Öffnen oder Schließen des Abbildungsstrahlenganges an. Bei geöffnetem Shutter 3 wird ein Originalbild B erzeugt. Bei geschlossenem Shutter 3 wird ein Untergrundbild des Shutters 3 als Referenz erzeugt, das zum Ausgleich von Inhomogenitäten der Mikrobolometer-Bauelemente des FPA 1 verwendet wird („Non-Uniformity-Correction” NUC, hier nicht näher betrachtet). Die Prozessoreinheit 5 steuert ferner über einen Vorspannungs-Erzeuger 6a die Bias-Vorspannung der Mikrobolometer des FPA 1 oder mittels der Integrationszeit-Vorgabeeinheit 6b über die Ausleseeinheit 2 die Integrationszeit. Sowohl durch Wahl der Bias-Vorspannung als auch durch Wahl der Integrationszeit lässt sich die Ausleseeinheit 2 derart betreiben, dass abwechselnd ein höher empfindliches oder ein niedriger empfindliches Bild als Originalbild B entsteht. Die Prozessoreinheit 5 unterliegt außerdem einer Taktsteuerung 7 und erzeugt in einer bestimmten Reihenfolge wiederkehrend höher empfindliche und niedriger empfindliche Originalbilder B sowie Untergrundbilder, wobei letztere als Referenzsignal zur ständigen Kalibrierung der Mikrobolometer bzw. der Normierung der Pixelintensitäten dienen.
Die Prozessoreinheit 5 gibt ferner ein Auswahlsignal 9 für ein höher oder niedriger empfindliches Bild an weitere Kamerakomponenten aus, um sie darüber zu informieren, ob das aktuell gemessene Originalbild B ein höher empfindliches oder niedriger empfindliches Bild ist. In Abhängigkeit von diesem Signal wählt eine Auswahleinheit 10 für die prozentuale Gewichtsfunktion G eine Gewichtsfunktion G_H für ein höher empfindliches Bild (erste prozentuale Gewichtsfunktion) oder eine Gewichtsfunktion G_N für ein niedriger empfindliches Bild (zweite prozentuale Gewichtsfunktion) aus. Mit „prozentuale Gewichtsfunktion” ist hier gemeint, dass die Gewichte immer durch Faktoren zwischen 0 und 1 dargestellt sind.
Die Gewichtsfunktion G (bzw. separate Gewichtsfunktionen G_H und G_N für das höher und das niedriger empfindliche Bild) beaufschlagt in einem Bildgewichtungs-Multiplikator 11a die Originalbilder B gemäß B'_ij = G·B_ij für alle i, j (Zeilen- bzw. Spaltenindex) pixelweise mit einem Gewichtsfaktor, um ein gewichtetes Bild B' zu erzeugen.
Die Wärmebildkamera 100 weist ferner lediglich eine als Akkumulator 8 bezeichnete Bildzwischenspeichereinheit auf. Der Akkumulator 8 wird durch die aus dem Detektor 1 abwechselnd ausgelesenen höher empfindlichen und niedriger empfindlichen und gewichteten Bilder B' fortlaufend aktualisiert. Hierzu wird ein gewichtetes aktuelles Akkumulatorbild A' berechnet, indem der Akkugewichtungs-Multiplikator 11b das aktuelle Ausgabebild A des Akkumulators 8 (das zugleich das aktuelle Ausgabebild A für Display 14 und/oder Schnittstelle 15 darstellt) ebenfalls unter Verwendung der Gewichtsfunktion G (bzw. separaten Gewichtsfunktionen G_H und G_N für das höher und das niedriger empfindliche Bild) gewichtet, allerdings mit der komplementären Gewichtsfunktion (1 – G), die wiederum pixelweise, also gemäß A'_ij = (1 – G)·A_ij anzuwenden ist.
Ein Bildaddierer 13 addiert anschließend pixelweise das gewichtete Bild B' und das komplementär gewichtete aktuelle Akkumulatorbild A'. Das Ergebnis A_ij,n+1 = G·B_ij,n+1 + (1 – G)·A_ij,n wird als neues Akkumulatorbild A_n+1 in den Akkumulator 8 eingespeichert.
Die Prozessoreinheit 5 kann ferner sowohl lesend als auch schreibend auf einen Gain-Zwischenspeicher 20 und auf einen Offset-Zwischenspeicher 21 zugreifen. Mit diesen Zwischenspeichern 20 und 21 für Verstärkung (Gain) und Null-Abweichung (Offset) sind vorzugsweise jeweils Speicher für Werte-Arrays gemeint, da Gain und Offset im Normalfall für jede Pixelposition individuell verschieden sind. Sie können jedoch auch als Speicher für Einzelwerte ausgeführt sein.
Verstärkung und Offset dienen vorzugsweise einer Zweipunkt-Korrektur für Wärmebilder und Untergrundbilder. Diese Korrekturen können pixelweise individuell oder einheitlich für alle Pixelpositionen erfolgen. Die Werte bzw. Wertematrizen für die Verstärkung (Gain) werden üblicherweise als werkseitige Kalibrierung fest vorgegeben, können aber auch im laufenden Kamerabetrieb festgelegt werden. Der Offset bzw. die Offsetmatrix wird üblicherweise in der Wärmebildkamera im laufenden Betriebsregime ermittelt.
Es sei ferner angemerkt, dass die Prozessoreinheit 5 eine Zweipunktkorrektur oder sonstige Berechnung mit Gain- und Offset-Werten sowohl an den unmittelbar gemessenen Wärmebildframes (Originalbilder B) oder Untergrundframes (Untergrund-Referenz) als auch an den bereits gewichteten Bildern B' vornehmen kann. Jegliche sinnvolle Kombination ist hierbei ebenfalls möglich, da die Einheiten quasi per Datenbus miteinander verbunden sind.
2a zeigt die sukzessive Aktualisierung des Akkumulators 8 als einfaches prinzipielles Flussdiagramm mit dem prozentualen Gewicht G und dem davon abgeleiteten Gewicht (1 – G). 2b zeigt eine alternative Ausgestaltung, die mathematisch das gleiche Ergebnis liefert wie die Ausführung in 2a. Die Berechnung des im Akkumulator 8 zwischenzuspeichernden neuen Ausgabebildes A_n+1 erfolgt hier gemäß der Formel A_ij,n+1 = A_ij,n + G·(B_ij,n+1 – A_ij,n).
Dabei bildet der Addierer 12b die Differenz zwischen dem neu vom FPA 1 ausgegebenen Originalbild B_n+1 und dem im Akkumulator 8 vorliegenden Ausgabebild A_n. Der Bild-Gewichtungsmultiplizierer 11b gewichtet die Differenz beider Bilder mittels der Gewichtsfunktion G (genau genommen: mittels separat eingestellter Gewichtsfunktionen G_H und G_N für das höher und das niedriger empfindliche Bild, wie sie beispielhaft in 4a–4c angegeben sind) und führt sie dem Bild-Addierer 13b zu. Dieser summiert die derart gewichtete Differenz und das im Akkumulator 8 vorliegenden Ausgabebild A_n. Das Ergebnis wird dann als neues Ausgabebild A_n+1 in den Akkumulator (8) eingespeichert, von wo aus es im Display 14 angezeigt oder der Schnittstelle 15 zur Weiterverarbeitung in einem externen Computer 200 zugeführt werden kann. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass nur ein Multiplizierer benötigt wird und bei gleicher Grundfunktion – wie in der Basisvariante gemäß 2a – die wesentliche Menge der pixelweisen Operationen als einfache Additionschritte ausgeführt werden können.
Die Variante von 2c baut auf der vereinfachten Verarbeitung gemäß 2b auf, und zeigt die Möglichkeit, dass man auf dieselbe Art und Weise auch mehrere Originalbilder B, die abwechselnd bei drei oder mehr unterschiedlichen Einstellungen der Detektorempfindlichkeit des FPA 1 ausgelesen werden, mit den oben angegebenen zwei Addierern 12b und 13b sowie nur einem Bild-Gewichtungsmultiplizierer 11b Ausgabebilder A in nur einem Akkumulator 8 zur Zwischenspeicherung verknüpfen und aktualisieren kann.
Bei der Bildverarbeitung werden nicht zuerst quasi-simultan zwei Bilder unterschiedlicher Empfindlichkeit aufgenommen, zwischengespeichert und dann miteinander zum gemeinsamen Ausgabebild A verrechnet, sondern es wird mit einer als Akkumulator 8 bezeichneten Zwischenspeichereinheit gearbeitet.
Dabei wird das FPA 1 als Detektoreinheit von der Prozessoreinheit 5 derart angesteuert, dass es im Wechsel immer ein höher empfindliches Bild und ein niedriger empfindliches Bild (sowie in einem bestimmten Zeittakt auch ein Untergrundbild bei geschlossenem Shutter 3) erzeugt. Zu einem gegebenen Zeitpunkt (außerhalb der Verschlusszeit des Shutters 3) liegt daher stets genau eines der abwechselnd ausgelesenen höher empfindlichen und niedriger empfindlichen Bilder zusammen mit der Information vor, ob es sich um ein höher empfindliches oder ein niedriger empfindliches Bild handelt.
Dieses ausgelesene Originalbild B wird pixelweise mit der prozentualen Gewichtsfunktion G gewichtet und mit dem im Akkumulator 8 gespeicherten Akkumulatorbild A verknüpft. Die Verknüpfung erfolgt durch pixelweise Addition des gewichteten Bildes B' mit einem gewichteten Akkumulatorbild A', das durch pixelweise Multiplikation des vorhandenen Akkumulatorinhalts mit dem zu hundert Prozent komplementären Anteil der Gewichtsfunktion G, also mit dem Gewicht (1 – G) erzeugt wurde. Im Ergebnis der Addition entsteht ein Ausgabebild, mit dem gleichzeitig der Inhalt des Akkumulators 8 aktualisiert wird. D. h. das neue Akkumulatorbild A wird bei jedem Schritt iterativ fortlaufend aktualisiert, nämlich bei Auslesung eines höher empfindlichen Bildes mit diesem, bei Auslesen eines niedriger empfindlichen Bildes mit einem solchen. Eine gesonderte und parallele Zwischenspeicherung von höher empfindlichen bzw. niedriger empfindlichen Bildern wird dadurch vermieden und somit Speicherplatz gespart. Zu erwähnen ist, dass für das höher empfindliche Bild eine Gewichtsfunktion G_H und für das niedriger empfindliche Bild eine Gewichtsfunktion G_N zur Anwendung kommt, die in der Regel voneinander verschieden sind.
Die gewichtete Aktualisierung des Akkumulators 8 ermöglicht es ferner, kurzzeitige Schwankungen der Bildintensität über mehrere Bilder gleitend zu mitteln und damit zeitliche Schwankungen im Ausgabebild (Rauschen) deutlich zu reduzieren. Die Stärke dieser „gleitenden Mittelung” ist über die Wahl der Gewichte der Gewichtsfunktionen und damit die Anzahl der zur Mittelung verwendeten Original-Bilder B einstellbar.
Bei der Erfindung werden also nicht einfach ein höher empfindliches und ein niedriger empfindliches Bild miteinander kombiniert und ausgegeben. Vielmehr sammelt der Akkumulator 8 in der Regel Informationen aus mehreren Orignalbildern B, die dann mit jeweils unterschiedlichem Gewicht im aktuellen Ausgabebild A enthalten sind. Dabei können die Gewichtsanteile von höher und niedriger empfindlichen Bildern im Akkumulator 8 verschieden sein. Das Verhältnis der Gewichtsanteile entspricht einem bestimmten Mischungsverhältnis von höher und niedriger empfindlichen Originalbildern B. Da die Gewichte G_H und G_N nicht konstant sein müssen, sondern typischerweise jeweils Funktionen der Pixelintensität sind, können die Gewichtsanteile von höher und niedriger empfindlichen Bildern auch von Pixel zu Pixel variieren. Durch entsprechende Wahl der Gewichte G_H und G_N kann man allerdings den Akkumulator 8 auch derart betreiben, dass nur je ein höher empfindliches und ein niedriger empfindliches Origialbild B verrechnet werden, oder dass alle Pixel dasselbe Gewicht haben.
Die Verarbeitungsstruktur der Prozessoreinheit 5 mit der Bild-Gewichtungseinheit 12, bestehend aus den Multiplizieren 11a und 12a und dem Addierer 13a, bildet zusammen mit dem Akkumulator 8, ein rekursives, zeitdiskretes (getaktetes) Tiefpassfilter (in der Technik auch als IIR-Tiefpassfilter bezeichnet). Seine Wirkung entspricht näherungsweise der eines kontinuierlichen Filters mit der Zeitkonstante t_F/G (t_F = Frame- oder Taktzeit, G = Gewichtungsfaktor G_H bzw. G_N). Zeitliche Schwankungen der Pixelintensität (Rauschen) werden dadurch gemittelt und so unterdrückt. Die Gewichte G_H und G_N bestimmen also nicht nur das Mischungsverhältnis von höher zu niedriger empfindlichem Bild, sondern auch die Stärke der Rauschunterdrückung. G_H und G_N müssen nicht konstant sein, sondern können mit der Pixelintensität variieren. Damit kann die Filterwirkung abhängig von der Pixelintensität gesteuert werden. Insgesamt wird hierbei das Ziel verfolgt, die Rauschunterdrückung an das vorliegende Rauschverhalten anzupassen. Bei niedrigen Temperaturen (und damit kleinen Signalen) rauscht der Detektor 1 im Verhältnis stärker als bei hohen Temperaturen (und damit großen Signalen).
Mit zunehmendem Gewichtsfaktor wird das Filter schneller. Bei G = 100% wird ein Pixel des aktuellen Originalbildes B mit dem nächsten Frame sofort und ungemittelt in den Akkumulator 8 geschrieben. Der Tiefpass lässt sich auf diese Weise unwirksam machen, wenn keine Filterwirkung gewünscht ist. Dieses „Abschalten” kann auch pixelweise erfolgen. Gibt es beispielsweise im Wärmebild schnelle Änderungen (durch sich bewegende Objekte oder infolge eines Kameraschwenks), könnten einzelne Pixel diesen Änderungen nicht schnell genug folgen, und die Objektkonturen würden einen Schweif nachziehen. Um das zu vermeiden, wird in einer Ausführungsform der Erfindung das Gewicht eines Pixels auf einen höheres Prozentgewicht (z. B. 100%) gesetzt, wenn die Betragsdifferenz seiner Pixelintensität zur Intensität des entsprechenden Pixels im Akkumulator 8 über einem Abschalt-Schwellwert I_AS liegt. Das Pixel wird dann schneller (bzw. sofort und ungemittelt) in den Akkumulator 8 geschrieben. Den Abschalt-Schwellwert I_AS legt man typischerweise dicht über die vom Rauschen verursachte Schwankungsbreite, so dass der Tiefpass nur selektiv für rauschende Pixel wirkt, die in einem 2·I_AS breiten „Schlauch” liegen, nicht aber für Pixel, die sich rasch aufgrund von Objekten im Wärmebild ändern (5).
Es versteht sich ferner, dass in der Prozessoreinheit 5 der Prozessor (CPU) selbst auch alle Bild-Berechnungen durchführen kann. Es müssen dann keine gesonderten Bauelemmente für die Bild-Berechnungen vorgesehen werden.
Der aktuelle Akkumulatorinhalt wird als Ausgabebild A einem Display 14 und/oder einer Computerschnittstelle 15 zugeführt, um es für den Anwender sichtbar auszugeben oder in einem externen Rechner 200 zu archivieren oder anderweitig weiterzuverarbeiten.
Über die Computerschnittstelle 15 können auch andere Parameter zwischen Wärmebildkamera 100 und externem Rechner 200 in eine oder in beide Richtungen übertragen werden. Beispielsweise kann der externe Rechner 200 Parameter der Wärmebildkamera 100 vorgeben, oder die Wärmebildkamera 100 kann neben dem Ausgabebild A noch Parameter oder weitere Messgrößen, wie etwa die Substrat-Temperatur des Mikrobolometer-Bauelements zum Rechner übertragen.
Um Wärmebilder mit verschiedenen Sensitivitäten zu erhalten, wird durch mindestens einen der drei Einflussfaktoren, Biasspannung, Verstärkung und Integrationszeit die Empfindlichkeit des FPA 1 im Wechsel auf zwei verschiedene Weisen derart angesteuert, dass das FPA 1 entweder empfindlicher oder weniger empfindlich wird. Allerdings sind die hier dargelegten Methoden nicht von der Art der Empfindlichkeits-Einstellung abhängig, sondern können auch mit irgendeiner anderen Art von Empfindlichkeits-Einstellung realisiert werden. Wichtig ist lediglich, dass es eine Bildaufnahme mit zwei verschiedenen Empfindlichkeitseinstellungen gibt.
Die Bildaufnahme erfolgt mit Hilfe einer Detektoreinheit 1 aus Mikrobolometern, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert und die pixelbasierte temperatursensitive Strukturen, z. B. aus amorphem Silizium, aufweisen. Um den elektrischen Widerstand zu messen, wird in der Regel jedes Mikrobolometer mit einer Bias-Vorspannung beaufschlagt, und über einen FET-Schalter durch ein von außen angelegtes Freischalt-Signal mit dem Eingang eines integrierenden Transimpedanzverstärkers (nicht gezeichnet) verbunden.
Die Verstärkung des Transimpedanzverstärkers kann bei Bedarf von außen eingestellt werden. Die Integrationszeit kann ebenfalls vom Anwender in bestimmten Grenzen variiert werden. Durch jeden der drei Einflussfaktoren Bias-Vorspannung, Verstärkung und Integrationszeit kann im Prinzip die Empfindlichkeit der Detektoreinheit 1 gesteuert werden. Es ist ferner üblich, ein Mess- und ein Blind-Bolometer in einer Brückenschaltung zu betreiben.
3 zeigt die Signalintensität eines Pixels (Pixelintensität) für die höhere und die niedrigere Empfindlichkeitseinstellung der Detektoreinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. In 3 ist eine Kennlinie für hohe Temperaturen, die bei der Detektoreinstellung zur Erzeugung niedriger empfindlicher Bilder vorliegt, und eine Kennlinie für niedrige Temperatur, die bei der Detektoreinstellung zur Erzeugung höher empfindlicher Bilder zu beobachten ist, dargestellt. Die Kennlinien schneiden sich im Punkt T_S, I_S. Bei Objekttemperaturen unter dem Schnittpunkt T_S nimmt die Empfindlichkeit des Detektors im niedrig empfindlichen Bereich schnell ab. Man wird deshalb bei Pixelintensitäten unter I_S das Gewicht G_N verringern und das Gewicht G_H erhöhen, sodass im Ausgabebild zunehmend die höher empfindliche Kennlinie wirksam wird. Bei Objekttemperaturen über dem Schnittpunkt T_S besteht dagegen die Gefahr, dass der Detektor im höher empfindlichen Bereich übersteuert bzw. in die Sättigung läuft. Deshalb reduziert man bei Pixelintensitäten über I_S das Gewicht G_H und erhöht das Gewicht G_N, sodass im Ausgabebild zunehmend die niedriger empfindliche Kennlinie wirksam wird. Mittels der Gewichte G_H und G_N läst sich jedoch auch die Stärke der Rauschunterdrückung steuern. G_H und G_N dürfen dabei beliebige Werte zwischen 0 und 100% annehmen. Es ist zulässig und ohne Einfluss auf den Mittelwert der Pixelintensitäten des Ausgabebildes, dass die Summe von G_H und G_N ungleich 100% ist. Ebenso ist es in diesem Zusammenhang nicht erforderlich, dass G_H und G_N in einer bestimmten Relation zueinander stehen, beispielsweise gleich sind. Beide Gewichte wirken unabhängig voneinander. Lediglich in dem Fall, dass beide Gewichte 0 sind, würde das Ausgabebild nicht aktualisiert werden, und das letzte Bild als permanentes Standbild zu sehen sein.
Zur Vereinfachung der folgenden Erläuterungen für die Anwendung von Gewichtsfunktionen auf die Bilder mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen der Detektoreinheit 1 werden nachfolgend für das höher empfindliche Bild „erste” Funktionen, Einflussgrößen und Parameter und für das niedriger empfindliche Bild „zweite” Funktionen, Einflussgrößen und Parameter eingeführt.
In 4a sind unter Zugrundelegung der Kennlinienverläufe gemäß 3 für das höher empfindliche Bild und das niedriger empfindliche Bild jeweils eigene prozentualen Gewichtsfunktionen vorgesehen. Dabei ist für das höher empfindliche Bild eine erste prozentuale Gewichtungsfunktion G_H maßgeblich und für das niedriger empfindliche Bild kommt eine zweite prozentuale Gewichtsfunktion G_N zum Einsatz. Diese unterschiedlichen Gewichtsfunktionen G_H und G_N sind für bestimmte Intervalle der Pixelintensität, bei denen entweder das höher empfindliche oder das niedriger empfindliche Bild allein vertreten sein soll, jeweils allein anzuwenden. In der Ausführung von 4a wird zu diesem Zweck bei der Pixelintensität I_m, bei der sich die Kennlinien der höheren und niedrigeren Empfindlichkeitseinstellung der Detektoreinheit 1 schneiden, ein Umschaltschwellwert I_US festgelegt, bei dem zwischen den Gewichtsfunktionen G_H und G_N umgeschaltet wird. Die Gewichtungsfunktionen G_H und G_N müssen dabei keinen gleichen oder gleichbleibenden Funktionsverlauf oder gleiches prozentuales Niveau aufweisen. In 4a ist beispielhaft dargestellt, wie mittels der Gewichtsfunktion G_H das zu niedrigen Intensitäten hin zunehmende Rauschen kompensiert werden kann. Der Verlauf von G_H wird dabei so gewählt, dass er näherungsweise dem Verlauf des Anstiegs der höher empfindlichen Kennlinie aus 3 folgt. Die Gewichte G_H und G_N können, aber müssen dabei nicht bis auf 100% ansteigen. Die „nahtlose” Umschaltung zwischen den Gewichtungsfunktionen G_H und G_N bei der Pixelintensität I_m = I_m ist grundsätzlich eine sinnvolle und besonders unkomplizierte Variante, um die erfindungsgemäße gleitende Mittelung des Ausgabebildes A bei abwechselnd gewichteter Aktualisierung im Akkumulator 8 (als Bildzwischenspeichereinheit) zuletzt erzeugten Ausgabebildes A zufriedenstellend zu erreichen.
4b zeigt bei einer Ausführungsform der Erfindung ein komplementäres Ineinandergreifen der zwei prozentualen Gewichtsfunktionen G_H und G_N für das höher empfindliche Bild und das niedriger empfindliche Bild. Die prozentualen Gewichtsfunktionen G_H und G_N sind für bestimmte Intervalle der Pixelintensität, bei denen entweder das höher empfindliche oder das niedriger empfindliche Bild allein vertreten sein soll, jeweils als Plateau, d. h. konstant, ausgeführt. In einem Übergangsbereich fällt dann die erste Gewichtsfunktion G_H für das höher empfindliche Bild streng monoton bis auf Null ab, und die Gewichtsfunktion G_N für das niedriger empfindliche Bild steigt von Null streng monoton an, bis sie ihrerseits ein Plateau erreicht. Mit den Plateaubereichen beider Gewichtungsfunktion G_H bzw. G_N stellt man sicher, dass in Bereichen sehr hoher oder sehr niedriger Pixelintensitäten immer nur die hierfür zutreffende prozentuale Gewichtungsfunktion G_H bzw. G_N allein wirksam ist. Das Plateau der höher empfindlichen und das Plateau der niedriger empfindlichen Gewichtungsfunktion können, müssen aber nicht – wie bereits zu 4a erklärt – übereinstimmen.
Wie in 4b zu erkennen, ist für das höher empfindliche Bild eine erste prozentuale Gewichtungsfunktion G_H maßgeblich, die in einem bestimmten Bereich der Pixelintensität einen streng monotonen Abfall von einem ersten maximalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Pixelintensität zu einem ersten minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Pixelintensität aufweist, während im selben Intervall der Pixelintensität für das niedriger empfindliche Bild die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion G_N einen monotonen Anstieg von einem zweiten minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Pixelintensität zu einem zweiten maximalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Pixelintensität aufweist.
Wie in 4b weiter zu sehen ist, ist die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion G_N mit einem Plateau versehen, das in einem entsprechenden Argumentbereich alle Intensitätswerte einheitlich mit dem gleichen Prozentsatz gewichtet. Die erste prozentuale Gewichtungsfunktion hat lediglich einen Peak. Das Ineinandergreifen beider Gewichtungsfunktionen G_H bzw. G_N wird dann derart realisiert, dass G_H von dem Peak monoton auf 0 abfällt, während G_N von 0 monoton auf das Plateau ansteigt. Auf diese Weise vermeidet man einen unstetigen, abrupten Übergang zwischen beiden Detektorkennlinien, der sich beim einfachen Umschalten der Kennlinien ergibt, wenn ihr Schnittpunkt nicht exakt mit dem Umschaltpunkt übereinstimmt.
Konkret lässt sich dies derart realisieren, dass die Detektoreinheit 1 für jedes Pixel des höher empfindlichen Bildes eine minimal mögliche Pixelintensität, eine maximal mögliche Pixelintensität sowie eine untere Umschalt-Schwellintensität I_Su zwischen diesen beiden aufweist. Die erste prozentuale Gewichtungsfunktion G_H ist dabei zwischen der minimal möglichen Intensität und der unteren Umschalt-Schwellintensität I_Su im Wesentlichen konstant (Plateau). Zwischen der unteren Umschalt-Schwellintensität I_Su und der maximal möglichen Intensität, d. h. ohne Übersteuerung detektierbaren Intensität, weist die erste prozentuale Gewichtungsfunktion G_H einen streng monotonen Abfall von einem maximalen Prozentgewicht bei der unteren Umschalt-Schwellintensität I_Su zu einem minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität auf.
Entsprechend komplementär weist die Detektoreinheit 1 für jedes Pixel des niedriger empfindlichen Bildes eine minimal mögliche Intensität, d. h. noch über dem Rauschen detektierbare Intensität, eine maximal mögliche Intensität sowie eine obere Umschalt-Schwellintensität I_So zwischen diesen beiden auf. Die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion G_N hat dabei zwischen der minimal möglichen Intensität und der oberen Umschalt-Schwellintensität I_So einen streng monotonen Anstieg von einem minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität zu einem maximalen Prozentgewicht bei der oberen Umschalt-Schwellintensität I_So. Zwischen der oberen Umschalt-Schwellintensität I_So und der maximal möglichen Intensität ist die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion G_N dann im Wesentlichen konstant (Plateau).
4c zeigt die prozentuale Gewichtsfunktionen G_H und G_N bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführung wird zwar ebenfalls durch einen monotonen Anstieg der ersten Gewichtsfunktion G_H von Null aus bzw. monotonen Abfall der zweiten Gewichtsfunktion G_N auf Null sichergestellt, dass einerseits der Übergang zwischen beiden Kennlinien der Detektorempfindlichkeitseinstellungen weich erfolgt, aber andererseits für sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, das heißt außerhalb des Übergangsbereiches, jeweils nur eine der beiden Kennlinien wirksam ist. Allerdings hat die Gewichtsfunktion G_H in ihrem alleinigen Gültigkeitsbereich gemäß 4c kein ausgeprägtes Plateau mehr, sondern wird im unteren Bereich der für die höher empfindliche Detektoreinstellung zulässigen Pixelintensität durch eine streng monoton wachsende konvexe Funktion beschrieben, die wie in 4a einer zusätzlichen Rauschminderung dient. Im oberen Bereich der für die höher empfindliche Detektoreinstellung zulässigen Pixelintensität setzt ab der unteren Umschalt-Schwellintensität I_Su der streng monotone Abfall ein, der bei der oberen Umschalt-Schwellintensität I_So ein minimales Gewicht (z. B. Null) erreicht. Zwischen diesen beiden gegensätzlichen Funktionsverläufen der höher empfindlichen Detektoreinstellung kann auch noch ein kurzer Plateaubereich (nicht gezeichnet) eingefügt werden. Die zweite Gewichtsfunktion G_N weist zwischen der unteren Umschalt-Schwellintensität I_Su (minimal mögliche Intensität der niedriger empfindlichen Detektoreinstellung) und der oberen Umschalt-Schwellintensität I_So (maximal mögliche Intensität der höher empfindlichen Detektoreinstellung) einen streng monotonen Anstieg von einem minimalen Prozentgewicht (z. B. Null) zu einem maximalen Prozentgewicht auf, das bei der oberen Umschalt-Schwellintensität I_So in ein Plateau bis zur maximalen Pixelintensität übergeht. Das Plateau der zweiten Gewichtsfunktion G_N hat in diesem Beispiel ein größeres prozentuales Gewicht als das maximale Gewichtein mögliches kurzes Plateau der ersten Gewichtsfunktion G_H, da dieser Bereich keine so starke Rauschunterdrückung erfordert.
In weiteren Ausführungsformen können die Gewichtsfunktionen auch nichtstetige Treppenkurven sein. Damit sind besonders einfache Varianten realisierbar. Beispielsweise kann die Detektoreinheit 1 für jedes Pixel des höherempfindlichen Bildes eine minimal mögliche Intensität und eine maximal mögliche Intensität sowie mehrere erste Umschalt-Schwellintensitäten (nicht gezeichnet) aufweisen, und die erste prozentuale Gewichtungsfunktion G_H für Intensitäten unterhalb der ersten Umschalt-Schwellintensität ein erstes maximales Prozentgewicht, und für Intensitäten oberhalb der ersten Umschalt-Schwellintensität ein erstes reduziertes Prozentgewicht, oberhalb der nächsten Umschalt-Schwellintensität ein weiter reduziertes Prozentgewicht aufweisen usw. Entsprechend kann die Detektoreinheit für jedes Pixel des niedriger empfindlichen Bildes eine minimal mögliche Intensität und eine maximal mögliche Intensität sowie mehrere zweite Umschalt-Schwellintensitäten (nicht gezeichnet) aufweisen, für die die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion G_N ein zweites maximales Prozentgewicht sowie ein erstes reduziertes Prozentgewicht und weitere reduzierte Prozentgewichte aufweisen.
In allen vorstehend beschriebenen Ausführungen werden die Prozentwerte der Gewichte nach praktischen Gesichtspunkten gewählt, um insbesondere eine gute Rauschreduktion zu erreichen. Gleichzeitig soll Bewegungsartefakten, wie Nachziehen eines Schweifes, Verschmieren des Bildes oder Auftreten von Echos, entgegengewirkt werden.
Indem beispielsweise bei niedrigen Temperaturen (hohe Detektorempfindlichkeit) durch ein niedriges Prozentgewicht für eine gute Mittelung gesorgt wird, und gleichzeitig bei höheren Temperaturen durch ein höheres Prozentgewicht für eine schnelle Reaktion der Kamera auf Veränderungen, beispielsweise Bewegung von Objekten, kann erreicht werden, dass eine Rauschunterdrückung nur dort erfolgt, wo das Rauschen stört: bei niedrigen Temperaturen. Gleichzeitig wird den genannten Bewegungs-Artefakten entgegengewirkt, die auftreten könnten, wollte man die gute Mittelung für alle Bildanteile durchführen.
Unabhängig von den in 4a bis 4c gezeichneten Ausführungsformen kann zumindest einer der streng monotonen Abfälle bzw. Anstiege eine konvexe Funktion oder eine konkave Funktion sein, auch wenn die monotonen Abfälle bzw. Anstiege als bevorzugte Ausführung linear dargestellt sind.

Claims

Wärmebildkamera mit einer pixelbasierten Detektoreinheit, einer Prozessoreinheit und einer Bildzwischenspeichereinheit, wobei die Detektoreinheit zur pixelbasierten Aufnahme von Wärmestrahlung einer auf sie abgebildeten Szene mit mindestens zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten und abwechselnden Auslesung von höher empfindlichen und niedriger empfindlichen Bildern ausgebildet ist und die Prozessoreinheit zur Steuerung der Auslesung, Vorverarbeitung, Zwischenspeicherung und Verknüpfung von wenigstens zwei aufeinanderfolgend aus der Detektoreinheit ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Bildern zu einem gemeinsamen Ausgabebild vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Bildzwischenspeichereinheit als gemeinsamer Akkumulator (8) sowohl für höher empfindliche als auch für niedriger empfindliche Originalbilder (B) ausgebildet ist und an seinem Ausgang das gemeinsame Ausgabebild bereitstellt, – dem Akkumulator (8) eine Bild-Gewichtungseinheit (12) vorgeschaltet ist, zur pixelweisen Gewichtung der abwechselnd aus der Detektoreinheit (1) ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Originalbilder (B) mit einer einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion (G) und zur pixelweisen Gewichtung des im Akkumulator zwischengespeicherten Ausgabebildes (A) mit einer zur einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion (G) komplementären Gewichtungsfunktion (1 – G) sowie zur additiven Überlagerung beider Bilder zur fortlaufenden Aktualisierung des Ausgabebildes (A) auf Basis von abwechselnd aus der Detektoreinheit (1) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen ausgelesenen Originalbildern (B).
Wärmebildkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Akkumulator (8) eine Folge von abwechselnd aus der Detektoreinheit (1) mit mehr als zwei unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Originalbildern (B) jeweils gewichtet zugeführt ist, wobei die Aktualisierung jeweils auf Basis des aktuell im Akkumulator (8) bereitgestellten und komplementär gewichteten Ausgabebildes (A') erfolgt, so dass im Akkumulator (8) ein gemeinsames Ausgabebild (A) mit Pixelintensitäten aus mindestens drei unterschiedlich empfindlichen Originalbildern (B) erzeugt werden kann.
Wärmebildkamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Akkumulator (8) eine Folge von abwechselnd aufeinanderfolgend aus der Detektoreinheit (1) mit mindestens zwei Empfindlichkeitseinstellungen ausgelesenen höher und niedriger empfindlichen Originalbildern (B) jeweils gewichtet zugeführt ist, wobei die Aktualisierung jeweils auf Basis des aktuell im Akkumulator (8) bereitgestellten und komplementär gewichteten Ausgabebildes (A') erfolgt, so dass sich ein gleitend gemitteltes Ausgabebild (A) der Folge von abwechselnd aufgenommenen höher und niedriger empfindlichen Bildern ergibt.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bild-Gewichtungseinheit (12) einen Bild-Gewichtungsmultiplizierer (11a) zur Gewichtung des ausgelesenen Originalbildes (B) mit der einstellbaren prozentualen Gewichtungsfunktion (G), einen Akku-Gewichtungsmultiplizierer (12a) zur Gewichtung des aus dem Akkumulator (8) vorhandenen Ausgabebildes (A) mit der komplementären Gewichtsfunktion (1 – G) sowie einen Addierer (13a) zur pixelweisen Addition der beiden gewichteten Bilder (B'; A') aufweist, dem das gewichtete Bild (B') des ausgelesenen Originalbildes (B) sowie das komplementär gewichtete im Akkumulator (8) vorliegende Ausgabebild (A) zugeführt wird und dessen Ausgang der Akkumulator (8) nachgeordnet ist.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bild-Gewichtungseinheit (12) aufeinanderfolgend aus einem ersten Akku-Addierer (12b), dem das aus der Detektoreinheit (1) mit definierter Empfindlichkeit ausgelesene Originalbild (B) sowie das im Akkumulator (8) vorliegende Ausgabebild (A) zugeführt ist, um aus Originalbild (B) und Ausgabebild (A) pixelweise Differenzen zu bilden, einem nachgeordneten Bild-Gewichtungsmultiplizierer (11b) zur Gewichtung des so entstandenen Differenzbildes mit der einstellbaren Gewichtungsfunktion (G) sowie einem Bild-Addierer (13b), dem das gewichtete Differenzbild aus Originalbild (B) und Ausgabebild (A) vom Bild-Gewichtungsmultiplikator (11b) und das im Akkumulator (8) vorliegende Ausgabebild (A) zugeführt sind, zusammengesetzt ist, um die komplementäre Gewichtung (1 – G) des im Akkumulator (8) vorliegenden Ausgabebildes (A) gegenüber dem neuen Originalbild (B) zu realisieren.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion (G) für höher empfindliche und niedriger empfindliche Bilder unterschiedlich ist, wobei eine Auswahleinheit (10) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gewichtungsfunktionen (G_H; G_M; ...; G_N) für das ausgelesene Originalbild (B) je nach eingestellter Detektorempfindlichkeit sowie entsprechend angepasster komplementärer Gewichtungsfunktionen (1 – G) vorgesehen ist.
Wärmebildkamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (5) Mittel zur Steuerung der Gewichtung der Pixelintensität jeder Pixelposition eines höher empfindlichen Bildes mit einem ersten Gewichtsfaktor der ersten prozentualen Gewichtungsfunktion (G_H) und der Gewichtung der Pixelintensität jeder Pixelposition eines oder weiterer niedriger empfindlicher Bilder mit einem zweiten oder weiteren Gewichtsfaktor der zweiten oder weiteren prozentualen Gewichtungsfunktionen (G_M; ...; G_N) aufweist, wobei die ersten, zweiten und weiteren Gewichtungsfunktionen (G_H; G_M; ... G_N) zugeordnet auf die unterschiedlichen höher und niedriger empfindlichen Bilder anwendbar sind.
Wärmebildkamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (1) aufgrund ihrer unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen für jedes Pixel eines höher empfindlichen Bildes eine minimal mögliche Intensität und eine maximal mögliche Intensität und für jedes Pixel eines niedriger empfindlichen Bildes eine minimal mögliche Intensität und eine maximal mögliche Intensität aufweist, wobei die erste prozentuale Gewichtungsfunktion (G_H) einen monotonen Abfall von einem ersten maximalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität bis zu einem ersten minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität und die zweite oder weitere prozentuale Gewichtungsfunktion (G_N; G_M) einen monotonen Anstieg von einem zweiten minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität zu einem zweiten maximalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität aufweist.
Wärmebildkamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (1) für jedes Pixel eines höher empfindlichen Bildes eine untere Umschalt-Schwellintensität (I_Su) zwischen der minimal möglichen und der maximal möglichen Intensität und für jedes Pixel eines niedriger empfindlichen Bildes eine obere Umschalt-Schwellintensität (I_So) zwischen der maximal möglichen und der minimal möglichen Intensität aufweist, wobei – die erste prozentuale Gewichtungsfunktion (G_H) unterhalb der unteren Umschalt-Schwell-Intensität im Wesentlichen konstant ist und oberhalb der unteren Umschalt-Schwellintensität (I_Su) einen monotonen Abfall von einem ersten maximalen Prozentgewicht bei der unteren Umschalt-Schwellintensität (I_Su) zu einem ersten minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität aufweist und – die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion (G_N) unterhalb der oberen Umschalt-Schwellintensität (I_So) einen monotonen Anstieg von einem zweiten minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität zu einem zweiten maximalen Prozentgewicht bei der oberen Umschalt-Schwellintensität (I_So) aufweist und oberhalb der oberen Umschalt-Schwellintensität (I_So) im Wesentlichen konstant ist.
Wärmebildkamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (1) für jedes Pixel eines höher empfindlichen Bildes eine untere Umschalt-Schwellintensität (I_Su) zwischen der minimal möglichen und der maximal möglichen Intensität und für jedes Pixel eines niedriger empfindlichen Bildes eine obere Umschalt-Schwellintensität (I_So) zwischen der maximal möglichen und der minimal möglichen Intensität aufweist, wobei – die erste prozentuale Gewichtungsfunktion (G_H) unterhalb der unteren Umschalt-Schwellintensität (I_Su) einen monotonen Anstieg von einem ersten unteren minimalen Prozentgewicht zu einem ersten maximalen Prozentgewicht und oberhalb der unteren Umschalt-Schwellintensität (I_Su) bis zur maximal möglichen Intensität einen monotonen Abfall vom ersten maximalen Prozentgewicht bei der unteren Umschalt-Schwellintensität (I_Su) bis zu einem ersten oberen minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität sowie – die zweite prozentuale Gewichtungsfunktion (G_N) zwischen der minimal möglichen Intensität und der oberen Umschalt-Schwellintensität (I_So) einen monotonen Anstieg von einem zweiten unteren minimalen Prozentgewicht bei der minimal möglichen Intensität bis zu einem zweiten maximalen Prozentgewicht bei der oberen Umschalt-Schwellintensität (I_So) aufweist und oberhalb der oberen Umschalt-Schwell-Intensität (I_So) einen monotonen Abfall vom zweiten maximalen Prozentgewicht bei der oberen Umschalt-Schwellintensität (I_So) bis zu einem zweiten oberen minimalen Prozentgewicht bei der maximal möglichen Intensität aufweist.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Umschalt-Schwell-Intensität (I_Su) gleich der oberen Umschalt-Schwell-Intensität (I_So) ist.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der monotone Abfälle bzw. Anstiege eine konvexe Funktion ist.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der monotonen Abfälle oder Anstiege eine lineare Funktion ist.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das maximale Prozentgewicht für ein Pixel eines höher oder niedriger empfindlichen Bildes auf ein höheres Prozentgewicht gesetzt wird, wenn die Betragsdifferenz seiner Pixelintensität zur Intensität des entsprechenden Pixels im Akkumulator (8) über einem Abschalt-Schwellwert (I_AS) liegt.
Wärmebildkamera nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das höhere Prozentgewicht 100% beträgt.