DE102014108971A1 - Calibration method and correction method for a shutterless infrared camera system and the like - Google Patents

Calibration method and correction method for a shutterless infrared camera system and the like Download PDF

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Abstract

Die Erfindung, die sowohl ein Kalibrier- als auch ein Korrekturverfahren für ein verschlussloses Infrarotkamerasystem betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Korrektur aufgenommener Infrarotbilder (IR-Bilder) zur Verfügung zu stellen, welches ohne mechanische Hilfsmittel auskommt und sowohl für Infrarotkamerasysteme mit temperaturstabilisiertem als auch mit temperaturunstabilisiertem Sensor einsetzbar ist, sowie ein Verfahren, mittels dem auch Infrarotkamerasysteme mit hohen Sensorauflösungen mit deutlich reduziertem Zeitaufwand kalibriert werden können. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass unter definierten Bedingungen eine einen von der Umgebungstemperatur beeinflussten Störanteil des gelieferten Signals repräsentierende Messunsicherheit in Abhängigkeit von einer Sensortemperatur und/oder mindestens einer Kameratemperatur bestimmt wird, wobei die Einflüsse der Umgebungstemperatur durch Korrekturfunktionen in Abhängigkeit von der Sensortemperatur und/oder der Kameratemperatur abgeschätzt werden und deren kamerasystemspezifischen Korrekturkoeffizienten in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit zur späteren Korrektur eines Infrarotbildes in einem Korrekturverfahren hinterlegt werden.The invention, which relates to both a calibration and a correction method for a shutterless infrared camera system, the object of the invention to provide a method for correcting recorded infrared images (IR images) available, which does not require mechanical aids and both for infrared camera systems with temperature-stabilized as well as with temperature-stabilized sensor can be used, as well as a method by means of which also infrared camera systems with high sensor resolutions can be calibrated with significantly reduced expenditure of time. The object is achieved by determining a measurement uncertainty representing a disturbance component of the supplied signal influenced by the ambient temperature as a function of a sensor temperature and / or at least one camera temperature under defined conditions, wherein the influences of the ambient temperature are determined by correction functions as a function of the sensor temperature and / or or the camera temperature are estimated and their camera system-specific correction coefficients are stored in a memory unit of the signal processing unit for later correction of an infrared image in a correction process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kalibrierverfahren für ein verschlussloses Infrarotkamerasystem umfassend ein Gehäuse, eine infrarotdurchlässige Optik, eine Sensormatrix im folgenden Sensor genannt, bestehend aus mehreren Sensorelementen, die eine in das Gehäuse einfallende Strahlung detektieren und im Ansprechen darauf jeweils ein Signal an eine Signalverarbeitungseinheit liefern sowie jeweils einen Offset und eine Empfindlichkeit aufweisen, wobei für jedes Sensorelement eine Offsetkorrektur in Abhängigkeit von einer in einem Temperaturschrank regelbaren Umgebungstemperatur sowie von regelbaren Strahlungsquellen durchgeführt wird. The invention relates to a calibration method for a shutterless infrared camera system comprising a housing, an infrared-transmissive optics, called a sensor matrix in the following sensor, consisting of a plurality of sensor elements which detect a radiation incident in the housing and in response to each deliver a signal to a signal processing unit and respectively have an offset and a sensitivity, wherein for each sensor element, an offset correction in dependence on an adjustable in a temperature cabinet ambient temperature and controllable radiation sources is performed.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Korrekturverfahren für ein verschlussloses Infrarotkamerasystem umfassend ein Gehäuse, eine infrarotdurchlässige Optik, eine Sensormatrix im folgenden Sensor genannt, bestehend aus mehreren Sensorelementen, die eine in das Gehäuse einfallende Strahlung detektieren und im Ansprechen darauf jeweils ein Signal an eine Signalverarbeitungseinheit liefern, wobei für jedes Sensorelement eine Offsetkorrektur durch eine Korrekturrechnung mit kamerasystemspezifischen Korrekturparametern durchgeführt wird. The invention further relates to a correction method for a shutterless infrared camera system comprising a housing, an infrared-transmissive optics, called a sensor matrix in the following sensor, consisting of a plurality of sensor elements which detect a radiation incident in the housing and in response to each deliver a signal to a signal processing unit, wherein for each sensor element, an offset correction is performed by a correction calculation with camera system-specific correction parameters.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Infrarotkamerasystem, umfassend ein Gehäuse, eine infrarotdurchlässige Optik, eine Sensormatrix bestehend aus mehreren Sensorelementen und eine digitale Signalverarbeitungseinheit, welches das Kalibierverfahren und das Korrekturverfahren nutzt. The invention further relates to an infrared camera system, comprising a housing, an infrared-transmissive optical system, a sensor matrix comprising a plurality of sensor elements and a digital signal processing unit, which uses the calibration method and the correction method.

Oberflächentemperaturen und deren Verteilung werden mittels Infrarotkameras bestimmt. Hierzu kommen meist ungekühlte Mikrobolometer in Form von Sensormatrizen zum Einsatz. Eine Sensormatrix besteht aus einzelnen Mikrobolometersensoren, die in einer großen Anzahl in Zeilen i und Spalten j angeordnet sind. Die Einzelsensoren der Sensormatrix werden auch Sensorelement oder Pixel genannt, wobei jedes Sensorelement eindeutig einer Position ij der Sensormatrix zugeordnet wird. Einfallende Strahlung wird absorbiert und die resultierende Temperaturänderung bewirkt eine Änderung des elektrischen Widerstandes innerhalb des Sensormaterials. Zyklisch wird ein konstanter elektrischer Strom durch die Einzelsensoren geschickt, wobei sich aus der Widerstandsänderung eine veränderliche Signalspannung ergibt. Diese wird durch digitale Signalverarbeitungsschritte weiterverarbeitet, wobei schließlich eine Infrarotaufnahme in Form eines Infrarotbildes (IR-Bild) der Oberflächentemperatur eines zu untersuchenden Objektes oder einer Messszene abgebildet werden kann. Dabei dient eine Kalibrierung der Infrarotkamera bzw. des Infrarotkamerasystems (IR-Kamera) dazu, aus einem Messsignal (Rohbild) unter Berücksichtigung aller technisch-physikalischen Eigenschaften der IR-Kamera ein strahlungsproportionales Ausgangssignal (IR-Bild) zu berechnen. Surface temperatures and their distribution are determined by infrared cameras. Mostly uncooled microbolometers in the form of sensor matrices are used for this purpose. A sensor matrix consists of individual microbolometer sensors arranged in a large number in rows i and columns j. The individual sensors of the sensor matrix are also called sensor element or pixel, each sensor element being uniquely assigned to a position ij of the sensor matrix. Incident radiation is absorbed and the resulting temperature change causes a change in the electrical resistance within the sensor material. Cyclically, a constant electric current is sent through the individual sensors, whereby the change in resistance results in a variable signal voltage. This is further processed by digital signal processing steps, wherein finally an infrared image in the form of an infrared image (IR image) of the surface temperature of an object to be examined or a measurement scene can be mapped. In this case, a calibration of the infrared camera or the infrared camera system (IR camera) is used to calculate a radiation-proportional output signal (IR image) from a measurement signal (raw image), taking into account all the technical-physical properties of the IR camera.

Die Ausgangssignalspannung eines Sensorelementes ist proportional zum ausgetauschten Strahlungsfluss. Die Strahlungs-Spannungs-Kennlinien der einzelnen Sensorelemente einer Sensormatrix variieren in bestimmten Grenzen. The output signal voltage of a sensor element is proportional to the exchanged radiation flux. The radiation-voltage characteristics of the individual sensor elements of a sensor matrix vary within certain limits.

Infrarotdurchlässige Linsen fokussieren Bereiche des Objektraumes auf die Sensorelemente. Aufgrund des großen Öffnungswinkels der Sensorelemente detektieren diese sowohl die Strahlungsanteile von der beobachteten Szene als auch Strahlungsanteile, welche vom Innenraum der Infrarotkamera stammen (1). Der Betrag der Störstrahlungsanteile ist von verschiedenen Faktoren abhängig, u.a. von der Umgebungstemperatur und von den Wärmeverlusten innerhalb der Infrarotkamera. Diese Abhängigkeit von äußeren Umständen bewirkt, dass sich der Betrag an detektierter Störstrahlung unvorhersehbar ändert und die Temperaturmessung beeinflusst. Für eine möglichst geringe Messunsicherheit muss der Einfluss der Störstrahlung auf das Ausgangssignal jedes Sensorelementes korrigiert werden. Infrared-transparent lenses focus areas of the object space on the sensor elements. Due to the large opening angle of the sensor elements, these detect both the radiation components of the observed scene and radiation components which originate from the interior of the infrared camera ( 1 ). The amount of interference radiation components depends on various factors, including the ambient temperature and the heat losses within the infrared camera. This dependence on external circumstances causes the amount of detected interference radiation to change unpredictably and influence the temperature measurement. For the lowest possible measurement uncertainty, the influence of the interference radiation on the output signal of each sensor element must be corrected.

Die Hauptkennlinienparameter eines Mikrobolometer-Sensorelementes sind die Empfindlichkeit (gain) und der Arbeitspunkt (Offset). Technologiebedingt haben die einzelnen Sensorelemente eines Mikrobolometerarrays individuell unterschiedliche Arbeitspunkte (Offsets) und Empfindlichkeiten und somit voneinander abweichende Kennlinien bezüglich des einfallenden Strahlungsflusses. Durch eine Korrektur dieser Ungleichförmigkeit (auch NUC – Non-Uniformity-Correction genannt) können alle Sensorelemente auf eine einheitliche Kennlinie, eine sogenannte Normkennlinie, umgerechnet werden. Bisher wird die Ungleichförmigkeit der Sensorelement-Strahlungsfluss-Spannungskennlinien korrigiert, indem eine sensorelementabhängige Differenzspannung vom Bildmittelwert bei homogener Objektstrahlung und konstanter Umgebungstemperatur berechnet wird. Die Koeffizienten der einzelnen linearen Differenzspannungsverläufe werden durch einen Kennlinienabgleich bestimmt. Dafür werden zwei Infrarotaufnahmen einer homogenen Strahlungsquelle bei verschiedenen Temperaturen (Objekttemperaturen), welche den gesamten Sichtbereich der Infrarotkamera abdecken, benötigt. The main characteristic parameters of a microbolometer sensor element are the sensitivity (gain) and the operating point (offset). Due to the technology, the individual sensor elements of a microbolometer array have individually different operating points (offsets) and sensitivities and thus different characteristic curves with respect to the incident radiation flow. By correcting this nonuniformity (also called NUC - Non-Uniformity Correction), all sensor elements can be converted to a uniform characteristic curve, a so-called standard characteristic curve. So far, the non-uniformity of the sensor element radiation flux voltage characteristics is corrected by a sensor element-dependent differential voltage is calculated from the average image value at homogeneous object radiation and constant ambient temperature. The coefficients of the individual linear differential voltage curves are determined by a characteristic comparison. This requires two infrared images of a homogeneous radiation source at different temperatures (object temperatures) covering the entire field of view of the infrared camera.

Mikrobolometersensoren können mit und ohne Temperaturstabilisierung betrieben werden. Da die beiden Hauptkennlinienparameter der Sensorelemente, Empfindlichkeit und Offset, von der Sensortemperatur abhängen, sind diese bei einem temperaturstabilisierten Mikrobolometersensor nahezu konstant. Ist der Sensor nicht temperaturstabilisiert, variieren die Kennlinienparameter in Abhängigkeit von der Sensortemperatur. Unter der Annahme, dass alle Sensorelement dieselbe Arbeitspunkttemperatur besitzen, ist die Änderung der Empfindlichkeit und des Offsets für alle Sensorelemente gleich groß. Microbolometer sensors can be operated with and without temperature stabilization. Since the two main characteristic parameters of the sensor elements, sensitivity and offset, depend on the sensor temperature, these are almost constant in the case of a temperature-stabilized microbolometer sensor. If the sensor is not temperature-stabilized, the characteristic parameters vary depending on the sensor temperature. Assuming that all sensor elements have the same operating temperature, the change in sensitivity and offset is the same for all sensor elements.

Aufgrund von Wärmeleitung durch das Kameragehäuse ist die Sensortemperatur an die Umgebungstemperatur gekoppelt. Somit wirken sich Änderungen der Umgebungstemperatur sowohl auf den Betrag des absorbierten Strahlungsflusses als auch auf die Kennlinienparameter, Empfindlichkeit und Offset der einzelnen Sensorelemente aus. Die Sensortemperatur steht während einer Messung als zusätzliche Messgröße am jeweiligen Sensorelementausgang zur Verfügung. Dadurch ist es möglich, den Einfluss der Sensortemperaturabhängigkeit auf die Signalspannung jedes Sensorelements zu korrigieren. Due to heat conduction through the camera body, the sensor temperature is coupled to the ambient temperature. Thus, changes in the ambient temperature affect both the amount of absorbed radiation flux as well as the characteristic parameters, sensitivity and offset of the individual sensor elements. The sensor temperature is available during a measurement as an additional measured variable at the respective sensor element output. This makes it possible to correct the influence of the sensor temperature dependence on the signal voltage of each sensor element.

Der Anteil der Störstrahlung an der jeweiligen Signalspannung eines Sensorelements wird bisher in den meisten Fällen unter Zuhilfenahme eines optischen Verschlusses (Shutters) bestimmt, um anschließend vom Messsignal abgezogen zu werden und damit das Ausgangssignal zu korrigieren. Beispielsweise wird in Budzier, H., „Radiometrische Kalibrierung ungekühlter Infrarot-Kameras“, TUDpress, Dresden, 2014, ISBN 978-3-944331-45-4 , der Shutter geschlossen, so dass ausschließlich die Innenraumstrahlung von jedem Sensorelement der Sensormatrix detektiert wird. Dieser Offset der Ausgangsspannung wird anschließend über die Shutterkennlinie gewichtet und vom Messsignal bei geöffnetem Shutter subtrahiert. Dazu wird die sogenannte Shutterkennlinie aufgenommen, die das Verhältnis von Shutter-auf-Signal und Shutter-zu-Signal in Abhängigkeit von der Infrarotkamerainnentemperatur darstellt. Ändert sich die Infrarotkamerainnentemperatur um einen gewissen Wert oder ist eine bestimmte Zeit vergangen, wird dieser Vorgang wiederholt. The proportion of interfering radiation at the respective signal voltage of a sensor element has hitherto been determined in most cases with the aid of an optical shutter (shutter), in order subsequently to be subtracted from the measurement signal and thus to correct the output signal. For example, in Budzier, H., "Radiometric Calibration of Uncooled Infrared Cameras", TUDpress, Dresden, 2014, ISBN 978-3-944331-45-4 , the shutter is closed, so that only the interior radiation is detected by each sensor element of the sensor matrix. This offset of the output voltage is then weighted via the shutter characteristic curve and subtracted from the measuring signal when the shutter is open. For this purpose, the so-called shutter characteristic is recorded, which represents the ratio of shutter-to-signal and shutter-to-signal as a function of the infrared camera temperature. If the infrared camera temperature changes by a certain amount of time or if a certain amount of time has passed, this process is repeated.

Ein zweites Verfahren ist aus Olbrycht, R. et al., „Thermal drift compensation method for microbolometer thermal cameras“, Applied Optics, Vol. 51, No. 11, S. 1788ff., 2012 bekannt. Anstelle eines Shutters wird ein Infrarotfilter verwendet, welcher zyklisch in den Strahlengang der Infrarotkamera eingeschwenkt wird. Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen dem Korrekturverfahren mit Shutter. A second procedure is over Olbrycht, R. et al., "Thermal drift compensation method for microbolometer thermal cameras", Applied Optics, Vol. 51, no. 11, p. 1788ff., 2012 known. Instead of a shutter, an infrared filter is used, which is cyclically swung into the beam path of the infrared camera. The further method steps correspond to the correction method with shutter.

Die beiden zuvor beschriebenen Verfahren setzen auf zusätzliche, mechanisch bewegte Hilfsmittel, Shutter bzw. Infrarotfilter, welche die Konstruktionsmöglichkeiten von Infrarotkameras einschränken und mechanisch anfällig sind. The two methods described above rely on additional, mechanically moving aids, shutters or infrared filters, which limit the design possibilities of infrared cameras and are mechanically susceptible.

Vorteilhaft wären daher ein Infrarotkamerasystem und ein zugehöriges Korrekturverfahren, welches auf die mechanischen Komponenten verzichten kann. In Bieszczad, G. et al., „Method of detectors offset correction in thermovision camera with uncooled microbolometer focal plane array“, SPIE Proceedings, Vol. 7481, 74810O-1-8, 2009 , wird ein Verfahren offenbart, welches den Betrag der Störstrahlung anhand der Sensortemperatur für jedes Sensorelement abschätzt und vom Messwert subtrahiert, wobei allerdings nur der temperaturabhängige Offset betrachtet wird. Während die Infrarotkamera auf eine homogene und konstante Strahlungsquelle gerichtet ist, wird die Umgebungstemperatur in Intervallen über den gesamten zulässigen Bereich variiert. Bevor die Messwerte aufgenommen werden, wird gewartet, bis die Temperaturverteilung in der Infrarotkamera einen stationären Zustand angenommen hat. Für jedes Sensorelement wird die Ausgleichsrechnung zur Abschätzung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Sensortemperatur als Polynom 2. Ordnung durchgeführt. Während der Infrarotmessung steht die Sensortemperatur ständig als Parameter zur Verfügung. Dieses Verfahren kommt zwar ohne zusätzliche Hilfsmittel aus, jedoch beschränkt es sich auf Infrarotkameras mit nicht temperaturstabilisiertem Sensor. Zusätzlich wird die Ausgleichsrechnung der Korrekturlinie für jedes Pixel durchgeführt und benötigt entsprechend viel Zeit während der Kalibrierung der Infrarotkamera. Bei derzeit üblichen Sensorauflösungen von 640 × 480 Sensorelementen bzw. Pixel liegt der Zeitaufwand im Bereich mehrerer Stunden. Ein weiterer Nachteil besteht in der stark verzögerten Reaktion der Sensortemperatur auf eine Änderung der Umgebungstemperatur. Dies führt dazu, dass die Messunsicherheit nach einer sprunghaften Änderung der Umgebungstemperatur deutlich ansteigt und nur langsam wieder abnimmt. Therefore, an infrared camera system and an associated correction method, which can dispense with the mechanical components, would be advantageous. In Bieszczad, G. et al., "Method of detectors offset correction in a thermovision camera with an uncooled microbolometer focal plane array", SPIE Proceedings, Vol. 7481, 74810O-1-8, 2009 , a method is disclosed which estimates the amount of spurious radiation based on the sensor temperature for each sensor element and subtracts it from the measured value, although only the temperature-dependent offset is considered. While the infrared camera is aimed at a homogeneous and constant radiation source, the ambient temperature is varied at intervals over the entire permissible range. Before the measured values are recorded, it is waited until the temperature distribution in the infrared camera has assumed a stationary state. For each sensor element, the compensation calculation for estimating the output voltage as a function of the sensor temperature is carried out as polynomial 2nd order. During infrared measurement, the sensor temperature is constantly available as a parameter. Although this method does not require additional aids, it is limited to infrared cameras with non-temperature-stabilized sensor. In addition, the compensation calculation of the correction line is performed for each pixel and takes correspondingly much time during the calibration of the infrared camera. At current sensor resolutions of 640 × 480 sensor elements or pixels, the time required is in the range of several hours. Another disadvantage is the greatly delayed reaction of the sensor temperature to a change in the ambient temperature. As a result, the measurement uncertainty increases significantly after a sudden change in the ambient temperature and only slowly decreases again.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Korrektur aufgenommener Infrarotbilder (IR-Bilder) zur Verfügung zu stellen, welches ohne mechanische Hilfsmittel auskommt und sowohl für Infrarotkamerasysteme mit temperaturstabilisiertem als auch mit temperaturunstabilisiertem Sensor einsetzbar ist, sowie ein Verfahren, mittels dem auch Infrarotkamerasysteme mit hohen Sensorauflösungen mit deutlich reduziertem Zeitaufwand kalibriert werden können. It is therefore an object of the invention to provide a method for correcting recorded infrared images (IR images) available, which works without mechanical aids and can be used both for infrared camera systems with temperature-stabilized and temperature-stabilized sensor, and a method by which also infrared camera systems high sensor resolutions can be calibrated with significantly less time.

Die Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass unter definierten Bedingungen eine einen von der Umgebungstemperatur beeinflussten Störanteil des gelieferten Signals repräsentierende Messunsicherheit in Abhängigkeit von einer Sensortemperatur und/oder mindestens einer Kameratemperatur bestimmt wird, wobei die Einflüsse der Umgebungstemperatur durch Korrekturfunktionen in Abhängigkeit von der Sensortemperatur und/oder der Kameratemperatur abgeschätzt werden und deren kamerasystemspezifischen Korrekturkoeffizienten in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit zur späteren Korrektur eines Infrarotbildes hinterlegt werden. The object is achieved on the method side by determining a measurement uncertainty representing a noise component influenced by the ambient temperature of the supplied signal as a function of a sensor temperature and / or at least one camera temperature, the influences of the ambient temperature being determined by correction functions as a function of the sensor temperature and / or the camera temperature are estimated and their camera system-specific correction coefficients are stored in a memory unit of the signal processing unit for later correction of an infrared image.

In einer Ausgestaltung des Kalibrierverfahrens wird das Kalibrierverfahren für ein Infrarotkamerasystem mit temperaturstabilisiertem Sensor eingesetzt. Dabei wird davon ausgegangen, dass sowohl die Empfindlichkeit aller Sensorelemente der Sensormatrix als auch der Offset aller Sensorelemente der Sensormatrix konstant sind und falls Unterschiede bei den Hauptkennlinienparametern zwischen den Sensorelementen vorliegen, diese nur in bestimmten Grenzen variieren. In one embodiment of the calibration method, the calibration method is used for an infrared camera system with temperature-stabilized sensor. It is assumed that both the sensitivity of all sensor elements of the sensor matrix and the offset of all sensor elements of the sensor matrix are constant and if there are differences in the main characteristic parameters between the sensor elements, these vary only within certain limits.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Kalibrierverfahren für ein Infrarotkamerasystem mit einem temperaturunstabilisierten Sensor eingesetzt. Daher muss bei einem Kalibrierverfahren sowohl die sensortemperaturabhängige Empfindlichkeitsänderung als auch die sensortemperaturabhängige Offsetänderung der Sensorelemente berücksichtigt werden. In another embodiment of the invention, the calibration method for an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor is used. Therefore, both the sensor temperature-dependent sensitivity change and the sensor temperature-dependent offset change of the sensor elements must be taken into account in a calibration process.

Für ein Infrarotkamerasystem mit temperaturstabilisiertem Sensor wird das folgende Kalibrierverfahren vorgeschlagen: Für die Sensormatrix wird ein Arbeitspunkt eingestellt, wobei ein Objekttemperaturbereich und ein Umgebungstemperaturbereich vorgegeben werden. Es wird eine kameratemperaturspezifische Ungleichförmigkeit aller Sensorelemente mittels eines ersten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt, wobei n ≥ 2 ist und Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Umgebungstemperaturen und einer konstanten, homogenen Objekttemperatur durchgeführt wird. For an infrared camera system with temperature-stabilized sensor, the following calibration method is proposed: For the sensor matrix, an operating point is set, wherein an object temperature range and an ambient temperature range are specified. A camera-temperature-specific nonuniformity of all sensor elements is determined by means of a first characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 2 and correction coefficient matrices a n, ij with n = 0, 1, 2,... N stored in the memory unit, where Nonuniformity correction is performed at n + 1 different ambient temperatures and a constant, homogeneous object temperature.

Weiterhin wird eine Korrekturkurve zur Berücksichtigung einer Kamerainnenraumstrahlung ermittelt, wobei die Kameratemperatur an m Stellen innerhalb des Gehäuses des Infrarotkamerasystems, mit m ≥ 1, gemessen wird und die Abhängigkeit der Signalspannung des Sensors von der Kameratemperatur mittels einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Polynomapproximation mindestens zweiter Ordnung ermittelt wird, wobei die Polynomkoeffizienten αK,m, βK,m, γK,m in der Speichereinheit gespeichert werden. Dabei sind die Anzahl m und die Position der Temperaturmessstellen innerhalb des Gehäuses des Infrarotkamerasystems besonders wichtig, um den genauen Einfluss der unterschiedlichen Kameratemperaturen innerhalb des Gehäuses auf die Signalspannung des Sensors zu ermitteln. Furthermore, a correction curve for the consideration of a camera interior radiation is determined, wherein the camera temperature is measured at m locations within the housing of the infrared camera system, with m ≥ 1, and determines the dependence of the signal voltage of the sensor on the camera temperature by means of a compensation calculation, in particular a polynomial approximation at least second order where the polynomial coefficients α K, m , β K, m , γ K, m are stored in the memory unit. The number m and the position of the temperature measuring points within the housing of the infrared camera system are particularly important in order to determine the exact influence of the different camera temperatures within the housing on the signal voltage of the sensor.

Weiterhin wird eine objekttemperaturspezifische Ungleichförmigkeit des Infrarotkamerasystems mittels eines zweiten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt, wobei n ≥ 1 ist und Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Objekttemperaturen und einer konstanten Umgebungstemperatur durchgeführt wird. Die Kameratemperatur wird an den m Stellen innerhalb des Gehäuses des Infrarotkamerasystems, mit m ≥ 1, gemessen und dient als Bezugskameratemperatur für das spätere Korrekturverfahren. Furthermore, an object temperature-specific nonuniformity of the infrared camera system is determined by means of a second characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 1 and correction coefficient matrices b n, ij with n = 0, 1, 2, ... n are stored in the memory unit, wherein the Nonuniformity correction is performed at n + 1 different object temperatures and a constant ambient temperature. The camera temperature is measured at the m points within the housing of the infrared camera system, with m ≥ 1, and serves as the reference camera temperature for the later correction procedure.

Der erste Kennlinienabgleich muss mindestens vom Grad n = 2, also anhand von drei Stützstellen, erfolgen und entspricht somit einer Drei-Punkt-Korrektur. Der zweite Kennlinienabgleich muss mindestens vom Grad n = 1, also anhand von zwei Stützstellen, erfolgen und entspricht somit einer Zwei-Punkt-Korrektur. Um die Messunsicherheit der korrigierten Signalspannungen der Sensorelemente zu reduzieren, können beide Kennlinienabgleiche zum gleichen Grad (aber mindestens zum Grad n = 2) als Drei-Punkt-Korrektur durchgeführt werden. The first characteristic adjustment must be at least of degree n = 2, ie based on three interpolation points, and thus corresponds to a three-point correction. The second characteristic adjustment must be at least of the degree n = 1, that is, based on two interpolation points, and thus corresponds to a two-point correction. In order to reduce the measurement uncertainty of the corrected signal voltages of the sensor elements, both characteristic adjustments can be performed to the same degree (but at least to the degree n = 2) as a three-point correction.

Nach jedem Kalibrierschritt sollte eine Bestimmung von Sensorelementen erfolgen, deren Verhalten außerhalb definierter Grenzen liegt. Die Ausgangsignale dieser Sensorelemente werden für alle weiteren Schritt ignoriert und durch gemittelte Ausgangssignale benachbarter Sensorelemente ersetzt. Dies führt zu einer geringeren Messunsicherheit der korrigierten IR-Bilder. After each calibration step, a determination should be made of sensor elements whose behavior lies outside defined limits. The output signals of these sensor elements are ignored for all further steps and replaced by averaged output signals of adjacent sensor elements. This leads to a lower measurement uncertainty of the corrected IR images.

Den korrigierten Signalspannungen der einzelnen Sensorelemente können in einem letzten Signalverarbeitungsschritt, einem sogenannten radiometrischen Abgleich, Temperaturen zugeordnet werden. Bei diesem radiometrischen Abgleich wird mit Hilfe kalibrierter Strahlungsquellen bei unterschiedlichen Objekttemperaturen eine Umrechnungsvorschrift bestimmt, um den korrigierten Sensorsignalspannungen absolute Objekttemperaturen zuzuordnen. Diese Umrechnungsvorschrift wird in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit gespeichert. The corrected signal voltages of the individual sensor elements can be assigned temperatures in a last signal processing step, a so-called radiometric adjustment. In this radiometric adjustment, a conversion rule is determined with the aid of calibrated radiation sources at different object temperatures in order to assign absolute object temperatures to the corrected sensor signal voltages. This conversion rule is stored in a memory unit of the signal processing unit.

Für ein Infrarotkamerasystem mit temperaturunstabilisiertem Sensor wird das folgende Kalibrierverfahren vorgeschlagen: Für die Sensormatrix wird ein Arbeitspunkt eingestellt, wobei ein Objekttemperaturbereich und ein Umgebungstemperaturbereich vorgegeben werden. Es wird eine sensortemperaturabhängige Empfindlichkeitsänderung aller Sensorelemente mit einem Polynom zweiter Ordnung approximiert und es werden Korrekturkoeffizienten g2, g1, g0 in der Speichereinheit gespeichert, wobei eine Signalspannungsdifferenzänderung von mindestens zwei verschiedenen konstanten Objekttemperaturen in Abhängigkeit von der gemessenen Sensortemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen gemessen wird. For an infrared camera system with temperature-stabilized sensor, the following calibration method is proposed: For the sensor matrix, an operating point is set, wherein an object temperature range and an ambient temperature range are specified. A sensor temperature-dependent sensitivity change of all sensor elements is approximated with a second-order polynomial and correction coefficients g 2 , g 1 , g 0 are stored in the memory unit, wherein a signal voltage difference change of at least two different constant object temperatures is measured as a function of the measured sensor temperature at different ambient temperatures ,

Weiterhin wird eine sensortemperaturabhängige Offsetänderung aller Sensorelemente mit einem Polynom dritter Ordnung approximiert und es werden Korrekturkoeffizienten o3, o2, o1, o0 in der Speichereinheit gespeichert, wobei bei einer konstanten Objekttemperatur in Abhängigkeit von der Sensortemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen eine Signalspannungsänderung gemessen wird. Nach diesen Berechnungsschritten verhält sich das Infrarotkamerasystem so, alle wäre der Sensor temperaturstabilisiert. Die folgende Kalibrierung gleicht also der eines Infrarotkamerasystems mit einem temperaturstabilisierten Sensor. Es wird eine kameratemperaturspezifische Ungleichförmigkeit aller Sensorelemente mittels eines ersten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt, wobei n ≥ 2 ist und Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Umgebungstemperaturen und einer konstanten, homogenen Objekttemperatur durchgeführt wird. Furthermore, a sensor temperature-dependent offset change of all sensor elements is approximated with a third-order polynomial and correction coefficients o 3 , o 2 , o 1 , o 0 in the Stored storage unit, wherein at a constant object temperature as a function of the sensor temperature at different ambient temperatures, a signal voltage change is measured. After these calculation steps, the infrared camera system behaves this way, all the sensor would be temperature stabilized. The following calibration is similar to that of an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor. A camera-temperature-specific nonuniformity of all sensor elements is determined by means of a first characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 2 and correction coefficient matrices a n, ij with n = 0, 1, 2,... N stored in the memory unit, where Nonuniformity correction is performed at n + 1 different ambient temperatures and a constant, homogeneous object temperature.

Weiterhin wird eine Korrekturkurve zur Berücksichtigung einer Kamerainnenraumstrahlung ermittelt, wobei die Kameratemperatur an m Stellen innerhalb des Gehäuses des Infrarotkamerasystems, mit m ≥ 1, gemessen wird und die Abhängigkeit der Signalspannung des Sensors von der Kameratemperatur mittels einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Polynomapproximation mindestens zweiter Ordnung ermittelt wird, wobei die Polynomkoeffizienten αK,m, βK,m, γK,m in der Speichereinheit gespeichert werden. Furthermore, a correction curve for the consideration of a camera interior radiation is determined, wherein the camera temperature is measured at m locations within the housing of the infrared camera system, with m ≥ 1, and determines the dependence of the signal voltage of the sensor on the camera temperature by means of a compensation calculation, in particular a polynomial approximation at least second order where the polynomial coefficients α K, m , β K, m , γ K, m are stored in the memory unit.

Weiterhin wird eine objekttemperaturspezifische Ungleichförmigkeit des Infrarotkamerasystems mittels eines zweiten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt, wobei n ≥ 1 ist und Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Objekttemperaturen und einer konstanten Umgebungstemperatur durchgeführt wird. Die Kameratemperatur wird an den m Stellen innerhalb des Gehäuses des Infrarotkamerasystems, mit m ≥ 1, gemessen und dient zusammen mit der ebenfalls gemessenen Sensortemperatur als Bezugstemperatur für das spätere Korrekturverfahren. Furthermore, an object temperature-specific nonuniformity of the infrared camera system is determined by means of a second characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 1 and correction coefficient matrices b n, ij with n = 0, 1, 2, ... n are stored in the memory unit, wherein the Nonuniformity correction is performed at n + 1 different object temperatures and a constant ambient temperature. The camera temperature is measured at the m points within the housing of the infrared camera system, with m ≥ 1, and, together with the sensor temperature also measured, serves as the reference temperature for the later correction procedure.

Der erste Kennlinienabgleich muss mindestens vom Grad n = 2, also anhand von drei Stützstellen, erfolgen und entspricht somit einer Drei-Punkt-Korrektur. Der zweite Kennlinienabgleich muss mindestens vom Grad n = 1, also anhand von zwei Stützstellen, erfolgen und entspricht somit einer Zwei-Punkt-Korrektur. Um die Messunsicherheit der korrigierten Signalspannungen der Sensorelemente zu reduzieren, können beide Kennlinienabgleiche zum gleichen Grad (aber mindestens zum Grad n = 2) als Drei-Punkt-Korrektur durchgeführt werden. The first characteristic adjustment must be at least of degree n = 2, ie based on three interpolation points, and thus corresponds to a three-point correction. The second characteristic adjustment must be at least of the degree n = 1, that is, based on two interpolation points, and thus corresponds to a two-point correction. In order to reduce the measurement uncertainty of the corrected signal voltages of the sensor elements, both characteristic adjustments can be performed to the same degree (but at least to the degree n = 2) as a three-point correction.

Nach jedem Kalibrierschritt sollte eine Bestimmung von Sensorelementen erfolgen, deren Verhalten außerhalb definierter Grenzen liegt. Die Ausgangsignale dieser Sensorelemente werden für alle weiteren Schritt ignoriert und durch gemittelte Ausgangssignale benachbarter Sensorelemente ersetzt. Dies führt zu einer geringeren Messunsicherheit der korrigierten IR-Bilder. After each calibration step, a determination should be made of sensor elements whose behavior lies outside defined limits. The output signals of these sensor elements are ignored for all further steps and replaced by averaged output signals of adjacent sensor elements. This leads to a lower measurement uncertainty of the corrected IR images.

Den korrigierten Signalspannungen der einzelnen Sensorelemente können in einem letzten Signalverarbeitungsschritt, einem sogenannten radiometrischen Abgleich, Temperaturen zugeordnet werden. Bei diesem radiometrischen Abgleich wird mit Hilfe kalibrierter Strahlungsquellen bei unterschiedlichen Objekttemperaturen eine Umrechnungsvorschrift bestimmt, um den korrigierten Sensorsignalspannungen absolute Objekttemperaturen zuzuordnen. Diese Umrechnungsvorschrift wird in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit gespeichert. The corrected signal voltages of the individual sensor elements can be assigned temperatures in a last signal processing step, a so-called radiometric adjustment. In this radiometric adjustment, a conversion rule is determined with the aid of calibrated radiation sources at different object temperatures in order to assign absolute object temperatures to the corrected sensor signal voltages. This conversion rule is stored in a memory unit of the signal processing unit.

Die Rohdatenerfassung der IR-Bilder und die Erfassung der jeweils zugehörigen Sensor- und Kameratemperaturen für die einzelnen Schritte des Kalibrierverfahrens können in einer beliebigen Reihenfolge erfolgen und sind für die abschließende Bereitstellung der Korrekturkoeffizienten bzw. Polynomkoeffizienten nicht entscheidend. Vielmehr ist es wichtig, dass die ermittelten Korrekturkoeffizienten bzw. Polynomkoeffizienten für eine spätere Korrektur eines Infrarotbildes in einer Speichereinheit hinterlegt werden. The raw data acquisition of the IR images and the acquisition of the respectively associated sensor and camera temperatures for the individual steps of the calibration process can be carried out in any order and are not decisive for the final provision of the correction coefficients or polynomial coefficients. Rather, it is important that the determined correction coefficients or polynomial coefficients for a subsequent correction of an infrared image are stored in a memory unit.

Die Aufgabe wird ebenfalls verfahrensseitig dadurch gelöst, dass die in dem Kalibrierverfahren ermittelten Korrekturkoeffizienten bzw. Polynomkoeffizienten nachfolgend von einem erfindungsgemäßen Korrekturverfahren genutzt werden, wobei das Korrekturverfahren folgende Schritte aufweist:

  • – In einem ersten Korrekturschritt wird eine sensortemperaturabhängige Empfindlichkeitsänderung mit einem Polynom zweiten Grades korrigiert,
  • – in einem zweiten Korrekturschritt wird eine sensortemperaturabhängige Offsetänderung mit einem Polynom dritten Grades korrigiert,
  • – in einem dritten Korrekturschritt wird eine kameratemperaturspezifische Ungleichförmigkeit mittels eines Kurvenabgleichs vom Grad n, mit n ≥ 2 korrigiert,
  • – in einem vierten Korrekturschritt wird der Einfluss einer Kamerainnenraumstrahlung entsprechend einer Korrekturkurve korrigiert,
  • – in einem fünften Korrekturschritt wird eine objekttemperaturspezifische Ungleichförmigkeit des Infrarotkamerasystems mittels eines Kurvenvergleichs vom Grad n, mit n ≥ 1 korrigiert. Dabei werden die infrarotkamerasystemspezifische Korrekturkoeffizienten, welche in einem vorgeschalteten Kalibrierverfahren unter bekannten Bedingungen ermittelt wurden, für die Korrektur einer Infrarotaufnahme verwendet.
The object is also achieved in terms of the method in that the correction coefficients or polynomial coefficients determined in the calibration method are subsequently used by a correction method according to the invention, the correction method comprising the following steps:
  • In a first correction step, a sensor temperature-dependent sensitivity change is corrected with a second-degree polynomial,
  • In a second correction step, a sensor temperature-dependent offset change is corrected with a third-degree polynomial,
  • In a third correction step, a camera-temperature-specific nonuniformity is corrected by means of a curve adjustment of the degree n, with n ≥ 2,
  • In a fourth correction step, the influence of a camera interior radiation is corrected according to a correction curve,
  • In a fifth correction step, an object temperature-specific nonuniformity of the infrared camera system is corrected by means of a curve comparison of the degree n, with n ≥ 1. The infrared camera system-specific correction coefficients, which were determined in a preceding calibration method under known conditions, are used for the correction of an infrared recording.

In einer Ausgestaltung des Korrekturverfahrens nutzt der erste Korrekturschritt Korrekturkoeffizienten g2, g1, g0, die aus einer gemessenen Signalspannungsdifferenzänderung zwischen mindestens zwei verschiedenen konstanten Objekttemperaturen in Abhängigkeit von einer gemessenen Sensortemperatur θs ermittelt werden. In one refinement of the correction method, the first correction step uses correction coefficients g 2 , g 1 , g 0 , which are determined from a measured signal voltage difference change between at least two different constant object temperatures as a function of a measured sensor temperature θ s .

In einer weiteren Ausgestaltung des Korrekturverfahrens nutzt der zweite Korrekturschritt Korrekturkoeffizienten o3, o2, o1, o0, die aus einer Signalspannungsänderung bei einer konstanten Objekttemperatur in Abhängigkeit der Sensortemperatur θs bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ermittelt werden. In a further refinement of the correction method, the second correction step uses correction coefficients o 3 , o 2 , o 1 , o 0 , which are determined from a signal voltage change at a constant object temperature as a function of the sensor temperature θ s at different ambient temperatures.

In einer weiteren Ausgestaltung des Korrekturverfahrens nutzt der dritte Korrekturschritt Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2, ... n, die bei n + 1 verschiedenen Umgebungstemperaturen und einer konstanten, homogenen Objekttemperatur ermittelt werden. In a further refinement of the correction method, the third correction step uses correction coefficient matrices a n, ij with n = 0, 1, 2,... N, which are determined at n + 1 different ambient temperatures and a constant, homogeneous object temperature.

In einer weiteren Ausgestaltung des Korrekturverfahrens nutzt der vierte Korrekturschritt Polynomkoeffizienten αK,m, βK,m, γK,m einer Korrekturkurve und gemessene Kameratemperaturen θK,m an m verschiedenen Stellen innerhalb des Gehäuses des Infrarotkamerasystems, mit m ≥ 1, wobei die Polynomkoeffizienten aus der Abhängigkeit der Signalspannung des Sensors von der Kameratemperatur θK,m an verschiedenen Stellen m innerhalb des Gehäuses des Infrarotkamerasystems, mit m ≥ 1 ermittelt werden. In a further embodiment of the correction method, the fourth correction step uses polynomial coefficients α K, m , β K, m , γ K, m of a correction curve and measured camera temperatures θ K, m at m different locations within the housing of the infrared camera system, with m ≥ 1, where the polynomial coefficients from the dependence of the signal voltage of the sensor on the camera temperature θ K, m at different positions m within the housing of the infrared camera system, with m ≥ 1 are determined.

In einer weiteren Ausgestaltung des Korrekturverfahrens nutzt der fünfte Korrekturschritt Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij mit n = 0, 1, 2, ... n, die bei n + 1 verschiedenen Objekttemperaturen und einer konstanten Umgebungstemperatur ermittelt werden. In a further refinement of the correction method, the fifth correction step uses correction coefficient matrices b n, ij with n = 0, 1, 2,... N, which are determined at n + 1 different object temperatures and a constant ambient temperature.

Vorzugsweise kann das Korrekturverfahren durch einen radiometrischen Abgleich erweitert werden. Dabei werden die Signalspannungen in absolute Objekttemperaturen mit Hilfe einer Umrechnungsvorschrift umgerechnet, wobei diese Umrechnungsvorschrift in einem radiometrischen Abgleich im Rahmen eines Kalibrierprozesses des Infrarotkamerasystems mit Hilfe kalibrierter Strahlungsquellen bei unterschiedlichen Objekttemperaturen ermittelt wurde. Preferably, the correction method can be extended by a radiometric adjustment. The signal voltages are converted into absolute object temperatures with the aid of a conversion rule, this conversion rule being determined in a radiometric adjustment as part of a calibration process of the infrared camera system using calibrated radiation sources at different object temperatures.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens werden für einen temperaturunstabilisierten Sensor die Korrekturschritte eins bis fünf durchgeführt, d.h. vom ersten Korrekturschritt bis zum fünften Korrekturschritt. In one embodiment of the correction method according to the invention, the correction steps one to five are carried out for a temperature-unstabilized sensor, i. from the first correction step to the fifth correction step.

In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens werden für einen temperaturstabilisierten Sensor lediglich die Korrekturschritte drei bis fünf durchgeführt, d.h. vom dritten Korrekturschritt bis zum fünften Korrekturschritt. Die ersten beiden Korrekturschritte sind nicht notwendig, da bei einem Infrarotkamerasystem mit einem temperaturstabilisierten Sensor davon ausgegangen wird, dass die Empfindlichkeit und der Offset der Sensorelement bei sich ändernder Umgebungstemperatur für alle Sensorelemente konstant bleiben. In another embodiment of the correction method according to the invention, only the correction steps three to five are carried out for a temperature-stabilized sensor, i. from the third correction step to the fifth correction step. The first two correction steps are not necessary because in an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor it is assumed that the sensitivity and the offset of the sensor element remain constant with changing ambient temperature for all sensor elements.

Anordnungsseitig wird die Aufgabe durch ein Infrarotkamerasystem gelöst, wobei im Inneren des Gehäuses des Infrarotkamerasystems mindestens zwei eine Kameratemperatur messende Temperaturmessmittel angeordnet sind. On the arrangement side, the object is achieved by an infrared camera system, wherein at least two temperature measuring means measuring a camera temperature are arranged in the interior of the housing of the infrared camera system.

In einer Ausgestaltung des Infrarotkamerasystems ist das Temperaturmessmittel als ein Thermoelement und / oder ein thermischer Widerstand ausgebildet. In one embodiment of the infrared camera system, the temperature measuring means is designed as a thermocouple and / or a thermal resistance.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen The accompanying drawings show

1 eine schematische Darstellung der von den Sensorelementen detektierten Strahlungsflüsse aus dem betrachteten Halbraum, 1 a schematic representation of the detected by the sensor elements radiation flows from the considered half space,

2 eine schematische Darstellung der Kalibrieranordnung eines Infrarotkamerasystems, 2 a schematic representation of the calibration of an infrared camera system,

3 einen schematischen Ablauf eines Korrekturverfahrens für ein Infrarotkamerasystem mit einem temperaturstabilisierten Sensor, wobei drei Kamerainnenraumtemperaturen gemessen werden und beide Kennlinienabgleiche zum Grad n = 2 erfolgen und die Matrixmultiplikationen elementweise durchgeführt werden, 3 a schematic sequence of a correction method for an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor, wherein three camera interior temperatures are measured and both characteristic adjustments to degree n = 2 done and the matrix multiplications are performed element by element,

4 einen schematischen Ablauf eines Korrekturverfahrens für ein Infrarotkamerasystem mit einem temperaturunstabilisierten Sensor, wobei drei Kamerainnenraumtemperaturen gemessen werden und beide Kennlinienabgleiche zum Grad n = 2 erfolgen und die Matrixmultiplikationen elementweise durchgeführt werden, 4 a schematic sequence of a correction method for an infrared camera system with a temperature-unstabilized sensor, wherein three camera interior temperatures are measured and both characteristic adjustments to degree n = 2 done and the matrix multiplications are performed element by element,

5 eine Übersicht zur Bestimmung der Korrekturkoeffizienten-Matrizen für eine Drei-Punkt-Korrektur, wobei die Matrixmultiplikationen elementweise durchgeführt werden, 5 an overview for determining the correction coefficient matrices for a three-point correction, wherein the matrix multiplications are performed element-by-element,

6 eine Übersicht zur Bestimmung der Korrekturkoeffizienten-Matrizen für eine Zwei-Punkt-Korrektur, wobei die Matrixmultiplikationen elementweise durchgeführt werden. 6 an overview for determining the correction coefficient matrices for a two-point correction, wherein the matrix multiplications are performed element by element.

2 zeigt schematisch ein Infrarotkamerasystem 11 in einem Temperaturschrank 1, wobei der vollständige Sichtbereich 10 des Infrarotkamerasystems 11 von einem Flächenstrahler 2 ausgefüllt wird. Eine bewegliche schwarzmattierte Blende 3 kann in den Sichtbereich des Infrarotkamerasystems hineingeschwenkt werden, so dass diese den Sichtbereich des Infrarotkamerasystems vollständig bedeckt. Mit diesem Aufbau können die Bedingungen zur Kalibrierung des Infrarotkamerasystems 11 gezielt eingestellt sowie kontrolliert werden. 2 schematically shows an infrared camera system 11 in a temperature cabinet 1 , where the full field of view 10 of the infrared camera system 11 from a surface radiator 2 is completed. A movable black matte screen 3 can be pivoted into the field of view of the infrared camera system so that it completely covers the field of view of the infrared camera system. With this setup, the conditions for calibrating the infrared camera system 11 targeted and controlled.

In einem ersten Ausführungsbeispiel soll das Kalibrierverfahren eines Infrarotkamerasystems 11 mit temperaturstabilisiertem Sensor näher erläutert werden. Dabei kann der Sensor des Infrarotkamerasystems 11 beispielsweise durch ein Peltierelement auf einer konstanten Temperatur gehalten werden. Durch die konstante Sensortemperatur wird davon ausgegangen, dass die Empfindlichkeit und der Offset der einzelnen Sensorelemente konstant und unabhängig von der Umgebungstemperatur sind. Während der Kalibrierung befindet sich das Infrarotkamerasystem in einem Temperaturschrank 1, dessen Temperatur geregelt werden kann. Die Temperatur im Temperaturschrank 1 stellt die Umgebungstemperatur des Infrarotkamerasystems 11 dar und beeinflusst die Kamerainnenraumtemperatur des Infrarotkamerasystems 11. In a first embodiment, the calibration method of an infrared camera system 11 be explained in more detail with temperature-stabilized sensor. In this case, the sensor of the infrared camera system 11 be maintained for example by a Peltier element at a constant temperature. Due to the constant sensor temperature it is assumed that the sensitivity and the offset of the individual sensor elements are constant and independent of the ambient temperature. During calibration, the infrared camera system is located in a temperature cabinet 1 whose temperature can be regulated. The temperature in the temperature cabinet 1 Sets the ambient temperature of the infrared camera system 11 and affects the camera interior temperature of the infrared camera system 11 ,

In einem Kalibrierschritt soll die Ungleichförmigkeit der Sensorelemente bezüglich des Einflusses unterschiedlicher Umgebungstemperaturen, d.h. unterschiedlicher Kamerainnenraumstörstrahlungsanteile so korrigiert werden, dass alle Sensorelemente in gleicher Weise auf Änderungen der Kamerainnenraumstörstrahlungsanteile reagieren. Das Infrarotkamerasystem 11 ist dabei auf einen Flächenstrahler 2 mit einer homogenen Strahlungsfläche mit einer konstanten Temperatur und damit einer konstanten Ausstrahlung Φ gerichtet ist. Nun werden mindestens drei Umgebungstemperaturen TU1, TU2, TU3 im Temperaturschrank 1 eingestellt, wobei die Kameratemperatur des Infrarotkamerasystems 11 an die Umgebungstemperatur gekoppelt ist. Vorzugsweise werden die Temperaturen im Temperaturschrank 1 so eingestellt, dass sie den Werten der oberen und unteren Grenze des zulässigen Umgebungstemperaturmessbereiches des Infrarotkamerasystems 11 entsprechen. Die verbleibende Anzahl benötigter Temperaturen sollten sich gleichmäßig über den Umgebungstemperaturmessbereich verteilen. Im eingeschwungenen Zustand werden die unkorrigierten Sensorelementspannungen Up,ij an den mindestens drei Stützstellen, d.h. bei den eingestellten Umgebungstemperaturen TU1, TU2, TU3 gemessen, wobei die Absolutwerte der Temperaturen hier nicht interessieren. Aus den gemessenen Signalspannungen Up,ij aller Sensorelemente an den jeweiligen Stützstellen werden die elementeweise quadrierten Werte Up,ij 2, der Mittelwert U p und die Differenzen zum Mittelwert ΔUp,ij berechnet. Unter Verwendung der Berechnungsvorschrift aus 5 werden die Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij für eine Kennlinienabgleich in Form einer Drei-Punkt-Korrektur berechnet. Unter der Annahme, dass sich die Abweichungen der Signalspannungskurven der Sensorelemente von einer Normkurve bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und somit unterschiedlichen Kamerainnenraumstrahlungen als quadratischer Zusammenhang ergibt, ist eine Drei-Punkt-Korrektur ausreichend. Um die Messunsicherheit weiter zu verringern, können mehr als drei Stützstellen zur Berechnung der Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij herangezogen werden. Dazu werden mehrere Sätze von Hilfs-Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij“ für unterschiedliche Kombinationen von jeweils drei Stützstellen berechnet, wobei die äußere Stützstellen gleich bleiben und nur die dritte benötigte Stützstelle variiert wird. Die berechneten Hilfs-Korrekturkoeffizienten-Matrizen vom jeweils gleichen Grad n (mit n = 0, 1, 2) werden anschließend gemittelt und ergeben die endgültige Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij. Diese Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2 werden für ein späteres Korrekturverfahren einer Infrarotaufnahme unter realen Messbedingungen in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems 11, beispielsweise in einem FPGA, gespeichert. Nach diesem ersten Schritt der Kalibrierung ist das korrigierte Infrarotbild homogen für unterschiedliche Umgebungstemperaturen und der Absolutwert der korrigierten Signalspannungen entspricht dem Betrag des Mittelwertes der unkorrigierten Signalspannungen alle Sensorelemente. In a calibration step, the non-uniformity of the sensor elements with respect to the influence of different ambient temperatures, ie, different internal camera interference radiation components should be corrected so that all sensor elements react in the same way to changes in the camera interior interference radiation components. The infrared camera system 11 is doing on a surface spotlight 2 is directed with a homogeneous radiation surface with a constant temperature and thus a constant radiation Φ. Now at least three ambient temperatures T U1 , T U2 , T U3 in the temperature cabinet 1 adjusted, the camera temperature of the infrared camera system 11 is coupled to the ambient temperature. Preferably, the temperatures in the temperature cabinet 1 adjusted to the values of the upper and lower limits of the allowable ambient temperature range of the infrared camera system 11 correspond. The remaining number of required temperatures should be evenly distributed over the ambient temperature measuring range. In the steady state, the uncorrected sensor element voltages U p, ij are measured at the at least three interpolation points, ie at the set ambient temperatures T U1 , T U2 , T U3 , the absolute values of the temperatures not being of interest here. From the measured signal voltages U p, ij of all sensor elements at the respective interpolation points, the mean squared values U p, ij 2 become the mean value U p and calculates the differences to the mean ΔU p, ij . Using the calculation rule 5 For example, the correction coefficient matrices a n, ij are calculated for a characteristic adjustment in the form of a three-point correction. Assuming that the deviations of the signal voltage curves of the sensor elements from a standard curve at different ambient temperatures and thus different camera internal radiation results as a quadratic relationship, a three-point correction is sufficient. In order to further reduce the measurement uncertainty, more than three sample points can be used to calculate the correction coefficient matrices a n, ij . For this purpose, a plurality of sets of auxiliary correction coefficient matrices a n, ij "are calculated for different combinations of three interpolation points, the outer interpolation points remaining the same and only the third required interpolation point being varied. The calculated auxiliary correction coefficient matrices of the same degree n (with n = 0, 1, 2) are then averaged to give the final correction coefficient matrices a n, ij . These correction coefficient matrices a n, ij with n = 0, 1, 2 are used in a memory unit of the signal processing unit for a later correction procedure for infrared acquisition under real measuring conditions 7 of the infrared camera system 11 stored in an FPGA, for example. After this first step of the calibration, the corrected infrared image is homogeneous for different ambient temperatures and the absolute value of the corrected signal voltages corresponds to the magnitude of the mean value of the uncorrected signal voltages of all the sensor elements.

In einem anderen Kalibrierschritt soll der Einfluss unterschiedlicher Umgebungstemperaturen, d.h. unterschiedlicher Kamerainnenraumstörstrahlungsanteile, anhand der gemessenen Kamerainnenraumtemperatur, im Folgenden als Kameratemperatur bezeichnet, betragsmäßig korrigiert werden, wobei das Infrarotkamerasystem auf einen homogen strahlenden Flächenstrahler 2 mit einer konstanten Temperatur Tobj gerichtet ist und wobei die Umgebungstemperatur im Temperaturschrank 1 nach einem vorgegebenen, aber beliebigen Temperaturregime verändert wird. Während sich die Temperatur im Temperaturschrank 1 ständig ändert, wird über die Zeit t an mindestens einer Stelle innerhalb des Infrarotkamerasystems die Kameratemperatur θK,1 und der Mittelwert aller Sensorelemente U p gemessen. Dabei erfolgt die Messung zu verschiedenen Zeitpunkten i. Vorzugsweise sind mehrere Temperatursensoren innerhalb des Gehäuses 4 des Infrarotkamerasystems angeordnet und die Kameratemperatur kann an mehreren Stellen m = 1, 2, 3, ... gleichzeitig gemessen werden. Es wird angenommen, dass sich eine Umgebungstemperaturänderung unterschiedlich auf den Kamerainnenraum auswirkt und der Gesamtstörstrahlungsanteil als lineare Überlagerung verschiedener Strahlungsanteile angesehen werden kann, welche sich durch Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen m innerhalb der Kamera abschätzen lassen können. In another calibration step, the influence of different ambient temperatures, ie different camera interior interference radiation components, based on the measured camera interior temperature, hereinafter referred to as the camera temperature to be corrected in terms of magnitude, the infrared camera system on a homogeneous radiating surface radiator 2 is directed at a constant temperature T obj and where the ambient temperature in the temperature cabinet 1 is changed according to a predetermined, but any temperature regime. While the temperature in the temperature cabinet 1 constantly changes, over time t at at least one point within the infrared camera system, the camera temperature θ K, 1 and the average value of all sensor elements U p measured. The measurement takes place at different times i. Preferably, a plurality of temperature sensors are within the housing 4 of the infrared camera system arranged and the camera temperature can be measured at several points m = 1, 2, 3, ... simultaneously. It is assumed that an ambient temperature change has a different effect on the camera interior and the total interference radiation component can be regarded as a linear superposition of different radiation components, which can be estimated by temperature measurements at various points m within the camera.

Ziel dieses Schrittes ist es, den Einfluss unterschiedlicher Umgebungstemperaturen und damit Kamerainnenraumtemperaturen betragsmäßig zu korrigieren, so dass der korrigierte Absolutwert der Signalspannung unabhängig von der Umgebungstemperatur ist. Der Signalspannungsanteil UK,m, hervorgerufen durch die Kamerainnenraumstrahlung, wird indirekt über die Messung der Kamerainnenraumtemperaturen θK,m an den Stellen m bestimmt und mit einem quadratischen Polynom UK,mK,m)= αK,m·θK,m 2 + βK,m·θK,m + γK,m approximiert. Diese Gleichung ist durch die große Anzahl von aufgenommenen Messwerten un der zugehörigen Kameratemperaturen zum jeweiligen Messzeitpunkt i überbestimmt, so dass sich die Koeffizienten αK,m, βK,m, γK,m durch eine Ausgleichsrechnung bestimmen lassen. Diese werden ebenfalls in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems, beispielsweise in einem FPGA für ein späteres Korrekturverfahren einer Infrarotaufnahme unter realen Messbedingungen abgelegt. The aim of this step is to correct the influence of different ambient temperatures and thus camera interior temperatures in terms of absolute value, so that the corrected absolute value of the signal voltage is independent of the ambient temperature. The signal voltage component U K, m , caused by the camera interior radiation, is determined indirectly via the measurement of the camera interior temperatures θ K, m at the points m and with a quadratic polynomial U K, mK, m ) = α K, m · θ K, m 2 + β K, m · θ K, m + γ K, m approximated. This equation is overdetermined by the large number of recorded measured values and the associated camera temperatures at the respective measuring time i, so that the coefficients α K, m , β K, m , γ K, m can be determined by a compensation calculation. These are also stored in a memory unit of the signal processing unit 7 of the infrared camera system, for example, stored in an FPGA for a later correction method of infrared recording under real measurement conditions.

In einem weiteren Kalibrierschritt soll die Ungleichförmigkeit der Sensorelemente bezüglich des Einflusses unterschiedlicher Objektstrahlungen so korrigiert werden, dass alle Sensorelemente in gleicher Weise auf Änderungen in der Objektstrahlung reagieren. Dafür befindet sich das Infrarotkamerasystem in einen Temperaturschrank 1. Die Umgebungstemperatur wird auf einem konstanten Wert TU gehalten, wobei die sich dabei einstellenden Kameratemperaturen θK0,m gemessen werden und als Bezugskameratemperaturen für das Korrekturverfahren dienen. Die Temperatur des Flächenstrahlers 2 auf den das Infrarotkamerasystem gerichtet ist, wird variiert. Dabei werden mindestens zwei unterschiedliche Flächenstrahlertemperaturen, d.h. Objekttemperaturen TObj,1, TObj,2 eingestellt. Zur Verringerung der Messunsicherheiten kann die Anzahl der Objekttemperaturen Tobj der Anzahl an eingestellten Umgebungstemperaturen TU aus dem Kalibrierschritt zur Korrektur der Ungleichförmigkeit des Einflusses unterschiedlicher Umgebungstemperaturen, d.h. Kameratemperaturen, entsprechen. In diesem Fall erfolgt die Bestimmung der Korrekturkoeffizienten analog zur dargestellten Berechnungsvorschrift in 5. Bei einer Zwei-Punkt-Korrektur werden wieder die Sensorelementspannungen Up,ij an den mindestens zwei Stützstellen, d.h. bei den eingestellten Objekttemperaturen gemessen, wobei die Absolutwerte der Temperaturen auch hier nicht interessieren. Aus den gemessenen Signalspannungen Up,ij aller Sensorelemente an den jeweiligen Stützstellen werden der Mittelwert U p und die Differenzen zum Mittelwert ∆Up,ij berechnet. Unter Verwendung der dargestellten Berechnungsvorschrift in 6 werden die Korrekturkoeffizient-Matrizen bn,ij für einen Kennlinienabgleich in Form einer Zwei-Punkt-Korrektur berechnet. Unter der Annahme, dass sich die Abweichungen der Signalspannungskurven der Sensorelemente von einer Normkurve bei unterschiedlichen Objekttemperaturen als linearer Zusammenhang ergeben, ist eine Zwei-Punkt-Korrektur ausreichend. Diese Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij mit n = 0, 1, 2 werden für ein späteres Korrekturverfahren einer Infrarotaufnahme unter realen Messbedingungen in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems 11, beispielsweise in einem FPGA gespeichert. Nach diesem Schritt und der Durchführung der vorher genannten Kalibrierschritte ergibt sich bei konstanter Objektstrahlung ein homogenes, umgebungstemperaturunabhängiges und damit auch kamerainnenraumtemperaturunabhängiges Infrarotbild. In a further calibration step, the nonuniformity of the sensor elements with respect to the influence of different object radiations is to be corrected so that all sensor elements react in the same way to changes in the object radiation. For this, the infrared camera system is located in a temperature cabinet 1 , The ambient temperature is maintained at a constant value T U , whereby the thereby adjusting camera temperatures θ K0, m are measured and serve as reference camera temperatures for the correction process. The temperature of the surface radiator 2 to which the infrared camera system is directed is varied. In this case, at least two different Flächenstrahlertemperaturen, ie object temperatures T Obj, 1 , T Obj, 2 are set. To reduce the measurement uncertainties, the number of object temperatures T obj can correspond to the number of set ambient temperatures T U from the calibration step for correcting the nonuniformity of the influence of different ambient temperatures, ie camera temperatures. In this case, the determination of the correction coefficients takes place analogously to the calculation rule shown in FIG 5 , In the case of a two-point correction, the sensor element voltages U p, ij are again measured at the at least two reference points, ie at the set object temperatures, the absolute values of the temperatures also not being of interest here. From the measured signal voltages U p, ij all sensor elements at the respective support points are the average U p and calculates the differences to the mean ΔU p, ij . Using the illustrated calculation rule in 6 For example, the correction coefficient matrices b n, ij are calculated for a characteristic adjustment in the form of a two-point correction. Assuming that the deviations of the signal voltage curves of the sensor elements from a standard curve at different object temperatures result in a linear relationship, a two-point correction is sufficient. These correction coefficient matrices b n, ij with n = 0, 1, 2 are for a later correction method of an infrared image under real measuring conditions in the memory unit of the signal processing unit 7 of the infrared camera system 11 stored in an FPGA, for example. After this step and the execution of the aforementioned calibration steps results in constant object radiation, a homogeneous, ambient temperature independent and thus also camera interior temperature independent infrared image.

Vor dem ersten und nach jedem einzelnen Kalibrierschritt können diejenigen Sensorelemente bestimmt werden, deren Verhalten, d.h. beispielsweise deren Ausgangssignalspannungen außerhalb definierter Grenzen liegen. Die Ausgangssignale dieser Sensorelemente werden für alle weiteren Schritte ignoriert und durch gemittelte Ausgangssignale benachbarter Sensorelemente ersetzt. Before the first and after each individual calibration step, those sensor elements whose behavior, i. E. For example, their output signal voltages are outside defined limits. The output signals of these sensor elements are ignored for all further steps and replaced by averaged output signals of adjacent sensor elements.

Durch den radiometrischen Abgleich werden den korrigierten Signalspannungen der einzelnen Sensorelemente Temperaturen zugeordnet. Dazu wird das Infrarotkamerasystem auf kalibrierter Strahlungsquellen gerichtet, deren absolute Objekttemperaturen bekannt sind. Die betrachteten Objekttemperaturen sollten gleichmäßig über den zulässigen Messbereich des Infrarotkamerasystems verteilt sein. Die Umrechnungsvorschrift von Sensorsignalspannung in absolute Objekttemperatur kann durch eine Funktion mit Hilfe einer Ausgleichrechnung oder durch eine Zuordnungstabelle (Look-up table) beschrieben und in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems 11 gespeichert werden. The radiometric calibration assigns temperatures to the corrected signal voltages of the individual sensor elements. For this purpose, the infrared camera system is aimed at calibrated radiation sources whose absolute object temperatures are known. The observed object temperatures should be evenly distributed over the permissible measuring range of the infrared camera system. The conversion rule from sensor signal voltage to absolute object temperature can be described by a function with the aid of a compensation calculation or by an assignment table (look-up table) and in a memory unit of the signal processing unit 7 of the infrared camera system 11 get saved.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel soll das Kalibrierverfahren eines Infrarotkamerasystems mit einem temperaturunstabilisierten Sensor näher erläutert werden. Im Gegensatz zu einem Infrarotkamerasystem mit einem temperaturstabilisierten Sensor bei dem davon ausgegangen wird, dass die Sensorkenngrößen (Empfindlichkeit und Offset) nicht von der Umgebungstemperatur beeinflusst werden, ändert sich bei einem Infrarotkamerasystem mit einem temperaturunstabilisierten Sensor die Normkennlinie der Sensorparameter mit der Änderung der Umgebungstemperatur. Es ist daher zwingend notwendig, zunächst eine Empfindlichkeits- und Offset-Kalibrierung durchzuführen, um die temperaturabhängige Korrektur der Normkennlinie vorzunehmen. In a second embodiment, the calibration of an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor will be explained in detail. In contrast to an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor which assumes that the sensor parameters (sensitivity and offset) are not influenced by the ambient temperature, in an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor, the standard characteristic of the sensor parameters changes with the change of the ambient temperature. It is therefore imperative that a sensitivity and offset Perform calibration to perform the temperature-dependent correction of the standard characteristic curve.

Dafür befindet sich das Infrarotkamerasystem in einem Temperaturschrank 1, dessen Temperatur geregelt werden kann. Für Empfindlichkeitskalibrierung sind mindestens zwei homogene und konstante Flächenstrahler 2 mit unterschiedlichen Strahlertemperaturen (θobj1, θobj2 mit θobj1 ≠ θobj2) notwendig. In der Kalibrieranordnung (2) befindet sich außerhalb des Temperaturschrankes 1 und im Strahlengang 10 zwischen den Flächenstrahlern 2 und dem Infrarotkamerasystem 11 eine schwarzmattierte Blende 3, die die Objektstrahlung der Flächenstrahler 2 auf das Infrarotkamerasystem 11 unterbrechen kann und für den Sensor 6 des Infrarotkamerasystems 11 einen homogenen Flächenstrahler 2 darstellt. Das Infrarotkamerasystem 11 ist auf die beiden Flächenstrahler 2 gerichtet, wobei die Strahlung beider Flächenstrahler mit nur geringer Verzögerungszeit, d.h. zum annähernd gleichen Zeitpunkt ti vom Infrarotkamerasystem gesehen wird, so dass die Kameratemperatur 8a, 8b vor und nach dem Ein- bzw. Ausschwenken der Blende 3 als gleich angesehen werden kann. For this, the infrared camera system is located in a temperature cabinet 1 whose temperature can be regulated. For sensitivity calibration, there are at least two homogeneous and constant area radiators 2 with different radiator temperatures (θ obj1 , θ obj2 with θ obj1 ≠ θ obj2 ). In the calibration arrangement ( 2 ) is outside the temperature cabinet 1 and in the beam path 10 between the surface radiators 2 and the infrared camera system 11 a black matte screen 3 that the object radiation of the surface radiator 2 on the infrared camera system 11 can interrupt and for the sensor 6 of the infrared camera system 11 a homogeneous surface radiator 2 represents. The infrared camera system 11 is on the two area radiators 2 directed, wherein the radiation of both surface radiators with only a small delay time, ie, seen at approximately the same time t i from the infrared camera system, so that the camera temperature 8a . 8b before and after swiveling in or out the aperture 3 can be considered the same.

In einem ersten Teilschritt wird die Umgebungstemperatur im Temperaturschrank 1 nach einem vorgegebenen aber beliebigen Temperaturregime verändert und die Blende 3 wiederholt für kurze Zeit in den Strahlengang 10 zwischen den Flächenstrahlern 2 und dem Infrarotkamerasystem 11 eingeschwenkt, dass das Infrarotkamerasystem 11 abwechselnd die homogene Strahlungsfläche der Blende 3 und die des Flächenstrahlers 2 sieht. Es werden wiederholt Rohdatensätze an Sensorelementspannungen Up,ij aufgenommen, welche sich hinsichtlich ihrer Strahlungsquelle unterscheiden lassen. Aus diesen Daten wird der Mittelwert U p der Sensorelementspannungen berechnet. Anschließend wird die Differenzspannung des ersten berechneten Mittelwertes beim Blick auf die schwarzmattierte Blende 3 und des zweiten berechneten Mittelwertes beim Blick auf den Flächenstrahler 2, über der Zeit t zu verschiedenen Zeitpunkten ti berechnet und gespeichert, wobei die Umgebungstemperatur TU im Temperaturschrank 1 variiert wird, wodurch sich die Sensortemperatur ändert. Mit steigender Sensortemperatur ändert sich diese Differenzspannung. Diese Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit lässt sich mit einem Polynom zweiten Grades beschreiben: GVS) = g2·θS 2 + g1·θS + g0. Mit den Differenzspannungswerten aus der aufgenommenen Messreihe wird eine Ausgleichsrechnung zur Bestimmung der Polynomkoeffizienten der überbestimmten Gleichung GVS) = g2·θS 2 + g1·θS + g0 durchgeführt und zur Verwendung für ein späteres Korrekturverfahren einer Infrarotaufnahme unter realen Messbedingungen in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems 11, beispielsweise in einem FPGA, gespeichert. In a first step, the ambient temperature in the temperature cabinet 1 changed after a predetermined but arbitrary temperature regime and the aperture 3 repeated for a short time in the beam path 10 between the surface radiators 2 and the infrared camera system 11 swung in that the infrared camera system 11 alternately the homogeneous radiation surface of the aperture 3 and the surface radiator 2 sees. There are repeatedly recorded raw data sets of sensor element voltages U p, ij , which can be distinguished with respect to their radiation source. From this data becomes the mean U p calculated the sensor element voltages. Subsequently, the difference voltage of the first calculated mean value when looking at the black-matted aperture 3 and the second calculated mean value when looking at the area radiator 2 , calculated over the time t at different times t i and stored, the ambient temperature T U in the temperature cabinet 1 is varied, whereby the sensor temperature changes. As the sensor temperature rises, this difference voltage changes. This temperature dependence of the sensitivity can be described by a polynomial of second degree: G VS ) = g 2 S 2 + g 1 S + g 0 . With the differential voltage values from the acquired measurement series, a compensation calculation is performed to determine the polynomial coefficients of the overdetermined equation G VS ) = g 2 S 2 + g 1 S + g 0 and used for a later infrared absorption correction method real measurement conditions in the memory unit of the signal processing unit 7 of the infrared camera system 11 stored in an FPGA, for example.

Die Sensortemperaturabhängigkeit des Sensorelement-Offsets lässt sich mit einem Polynom dritten Grades beschreiben: OVS) = o3·θS 3 + o2·θS 2 + o1·θS + o0, wobei diese Änderung jedoch nicht direkt gemessen werden kann, da sich bei variabler Umgebungstemperatur sowohl die Sensortemperatur θS als auch die Kamerainnenraumtemperatur θK ändern. Der Einfluss der sich ändernden Kamerainnenraumstrahlung kann in Abhängigkeit von θK mit einem Polynom zweiten Grades beschrieben werden: OKK) = k2·θK 2 + k1·θK + k0. Zur Bestimmung der Sensortemperaturabhängigkeit des Offsets müssen bei sich ändernder Umgebungstemperatur beide Einflüsse auf die Sensorsignalspannungen, nämlich der Einfluss des sich in Abhängigkeit von der Sensortemperatur ändernde Sensorelement-Offsets und der Einfluss der sich in Abhängigkeit von der Kameratemperatur ändernden Kamerainnenraumstrahlung, berücksichtigt werden. The sensor temperature dependence of the sensor element offset can be described by a third degree polynomial: O VS ) = o 3 · θ S 3 + o 2 · θ S 2 + o 1 · θ S + o 0 , but this change is not can be measured directly, since both the sensor temperature θ S and the camera interior temperature θ K change at variable ambient temperature. The influence of the changing internal camera radiation can be described as a function of θ K with a second degree polynomial: O KK ) = k 2 · θ K 2 + k 1 · θ K + k 0 . To determine the sensor temperature dependence of the offset, both influences on the sensor signal voltages, namely the influence of the sensor element offset which changes as a function of the sensor temperature and the influence of the camera internal radiation, which changes as a function of the camera temperature, must be taken into account.

Dazu ist das Infrarotkamerasystem 11 auf eine homogene Strahlungsquelle 2 mit konstanter Objekttemperatur gerichtet. Die Umgebungstemperaturen im Temperaturschrank 1 werden nach einem vorgegebenen aber beliebigen Temperaturregime verändert. Die Rohdatensätze an Sensorelementspannungen Up,ij sowie die Sensortemperatur θS und die Kameratemperatur θK,m werden an mindestens zwei unterschiedlichen Stellen m im Inneren des Gehäuses 4 des Infrarotkamerasystems 11 über die Zeit t gemessen. Mit einer Ausgleichsrechnung werden die Koeffizienten der linearen Überlagerung aller Einflüsse O(θS, θK,m) = OVS) + ∑OK,mK,m) bestimmt. Durch die große Anzahl an Stützstellen ist die Gleichung überbestimmt. Die Koeffizienten, mit denen sich der Einfluss der Sensortemperatur unter Verwendung der Gleichung OKK) = k2·θK 2 + k1·θK + k0 berechnen lässt, werden zur Verwendung für ein späteres Korrekturverfahren einer Infrarotaufnahme unter realen Messbedingungen in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems 11, beispielsweise in einem FPGA, gespeichert. This is the infrared camera system 11 to a homogeneous radiation source 2 directed with constant object temperature. The ambient temperatures in the temperature cabinet 1 are changed according to a given but arbitrary temperature regime. The raw data sets at sensor element voltages U p, ij and the sensor temperature θ S and the camera temperature θ K, m are at least two different locations m in the interior of the housing 4 of the infrared camera system 11 measured over time t. The coefficients of the linear superposition of all influences O (θ S , θ K, m ) = O VS ) + ΣO K, mK, m ) are determined with a compensation calculation. Due to the large number of nodes, the equation is overdetermined. The coefficients with which the influence of the sensor temperature can be calculated by using the equation O KK ) = k 2 · θ K 2 + k 1 · θ K + k 0 will be used for a later correction method of infrared taking real Measurement conditions in the memory unit of the signal processing unit 7 of the infrared camera system 11 stored in an FPGA, for example.

Als Ergebnis dieser Kalibrierschritte ist es möglich, den Einfluss der Sensortemperatur auf die Empfindlichkeit und den Offset der Sensorelemente des Infrarotkamerasystems zu korrigieren, so dass sich die korrigierten Signalspannungen verhalten als wäre der Sensor temperaturstabilisiert. Die nachfolgenden Schritte zur Kalibrierung entsprechen denen eines Infrarotkamerasystems mit einem temperaturstabilisierten Sensor, siehe dazu die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel für ein Kalibrierverfahren eines Infrarotkamerasystems mit temperaturstabilisiertem Sensor. As a result of these calibration steps, it is possible to correct the influence of the sensor temperature on the sensitivity and the offset of the sensor elements of the infrared camera system, so that the corrected signal voltages behave as if the sensor is temperature-stabilized. The following steps for calibration correspond to those of an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor, see the comments on the first exemplary embodiment of a calibration method of an infrared camera system with temperature-stabilized sensor.

Im Unterschied zu einem Infrarotkamerasystem mit temperaturstabilisiertem Sensor wird beim zweiten Kennlinienabgleich eines Infrarotkamerasystems mit temperaturunstabilisiertem Sensor neben den Kameratemperaturen θK0,m auch noch die Sensortemperatur θS0 gemessen. Zusammen werden diese Temperaturen als Bezugstemperaturen für das Korrekturverfahren verwendet. In contrast to an infrared camera system with temperature-stabilized sensor, the second characteristic curve calibration of an infrared camera system with temperature-stabilized sensor also measures the sensor temperature θ S0 in addition to the camera temperatures θ K0, m . Together, these temperatures are used as reference temperatures for the correction process.

Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel für das Korrekturverfahren unter Verwendung eines temperaturstabilisierten Sensors angegeben werden. 3 zeigt den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens. Dabei nimmt das Infrarotkamerasystem während einer Temperaturmessung eine Objektszene auf. Die unkorrigierten Sensorelementspannungen aller Sensorelemente des Sensorelementarrays werden als sogenannte Rohdaten Up,ij an die Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems 11 weitergegeben. Für jedes Sensorelement wird mit den aus dem Kalibrierverfahren abgelegten Koeffizienten-Matrizen a2,ij a1,ij, a0,ij entsprechend einer Drei-Punkt-Korrektur eine korrigierte Sensorelementspannung U**p,korr,ij zur Ungleichförmigkeitskorrektur bezüglich einer sich ändernden Kameratemperatur berechnet. Da im Kalibierverfahren die Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2 unter Verwendung von mindestens drei Stützstellen berechnet wurden, wird die Korrektur der Ungleichförmigkeit bezüglich der Kamerainnenraumstrahlung als Kennlinienabgleich vom Grad n = 2 durchgeführt. An exemplary embodiment of the correction method using a temperature-stabilized sensor will be given below. 3 shows the schematic sequence of the correction method according to the invention. The infrared camera system records an object scene during a temperature measurement. The uncorrected sensor element voltages of all sensor elements of the sensor element array are transmitted to the signal processing unit as so-called raw data U p, ij 7 of the infrared camera system 11 passed. For each sensor element, with the coefficient matrices a 2, ij a , ij , a 0, ij corresponding to a three-point correction, a corrected sensor element voltage U ** p, corr, ij for non-uniformity correction with respect to a changing sensor element voltage U ** p Camera temperature calculated. In the calibration method, since the correction coefficient matrices a n, ij where n = 0, 1, 2 were calculated by using at least three nodes, the correction of the nonuniformity in the camera internal radiation is performed as the characteristic adjustment of the degree n = 2.

Der Einfluss der Kamerainnenraumtemperatur, d.h. der Kamerainnenraumstrahlung wird mittels der Korrekturfunktion UKK) berechnet und die Differenz zum Korrekturwert UKK0) bei der durch die Kalibrierung vorgegeben Bezugskameratemperatur θK0 von der korrigierten Sensorspannung U**p,korr subtrahiert, mit UKK) = UK,1K,1) + UK,2K,2) + UK,3K,3) + ... + UK,mK,m), wobei zur Bestimmung von UKK) die Kameratemperatur an mindestens einer Stelle innerhalb des Gehäuses 4 des Infrarotkamerasystems, vorzugsweise an zwei oder mehr Stellen mit m = 1, 2, 3, ... gemessen und die aus dem Kalibrierverfahren abgelegten Koeffizienten αK,m, βK,m, γK,m entsprechend dem Polynom zweiten Grades verwendet werden. The influence of the camera interior temperature, ie the internal camera radiation, is calculated by means of the correction function U KK ) and the difference to the correction value U KK0 ) is subtracted from the corrected sensor voltage U ** p, cor at the reference camera temperature θ K0 preset by the calibration , with U KK ) = U K, 1K, 1 ) + U K, 2K, 2 ) + U K, 3K, 3 ) + ... + U K, mK, m ), where for determining U KK ) the camera temperature at at least one location within the housing 4 of the infrared camera system, preferably at two or more locations with m = 1, 2, 3,... measured and the coefficients α K, m , β K, m , γ K, m stored from the calibration method are used in accordance with the second-order polynomial ,

Anschließend erfolgt noch die Ungleichförmigkeitskorrektur bezüglich unterschiedlicher Objekttemperaturen, d.h. Objektstrahlung, wobei für jedes Sensorelement mit den aus dem Kalibrierverfahren abgelegten Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij entsprechend einer Zwei-Punktkorrektur eine korrigierte Sensorelementspannung Up,korr,ij berechnet wird. Als Ergebnis ergibt sich bei konstanter Objektstrahlung ein homogenes, umgebungstemperaturunabhängiges Infrarotbild. Subsequently, the nonuniformity correction takes place with respect to different object temperatures, ie object radiation, wherein a corrected sensor element voltage U p, korr, ij is calculated for each sensor element with the correction coefficient matrices b n, ij stored from the calibration method in accordance with a two-point correction. As a result, with constant object radiation, a homogeneous, ambient temperature-independent infrared image results.

Die Signalspannungen der während der Kalibrierung bestimmten Sensorelemente, deren Ausgangsspannungssignale außerhalb definierter Grenzen liegen, werden ignoriert und durch die korrigierten Signalspannungen benachbarter Sensorelement ersetzt. The signal voltages of the sensor elements determined during the calibration, whose output voltage signals lie outside defined limits, are ignored and replaced by the corrected signal voltages of adjacent sensor elements.

Die korrigierten Signalspannungen der Sensorelemente werden zuletzt in Temperaturen umgerechnet, wobei die Umrechnungsvorschrift des während der Kalibrierung durchgeführten Abgleiches verwendet wird. The corrected signal voltages of the sensor elements are finally converted into temperatures using the conversion rule of the calibration performed during the calibration.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Infrarotkamerasystem 11 mit temperaturunstabilisiertem Sensor. Dabei nimmt das Infrarotkamerasystem 11 während einer Temperaturmessung eine Objektszene auf. Die unkorrigierten Sensorelementspannungen aller Sensorelemente des Sensorelementarrays werden als sogenannte Rohdaten Up,ij an die Signalverarbeitungseinheit 7 des Infrarotkamerasystems 11 weitergegeben. Im ersten Korrekturschritt wird die sensortemperaturabhängige Empfindlichkeitsänderung der Sensorelemente anhand der aktuell gemessenen Sensortemperatur θS zu Ug,korr,ij mit einem Polynom zweiten Grades unter Verwendung der im Kalibrierverfahren bestimmten Koeffizienten g2, g1, g0, welches durch den Korrekturwert bei der in der Kalibrierung gemessenen Bezugssensortemperatur θS0 normiert wird, korrigiert. Anschließend erfolgt die Korrektur der sensortemperaturabhängigen Offsetänderung durch Uo,korr,ij = Ug,korr,ij + o3·θS 3 + o2·θS 2 + o1·θS + o0 – OVS0), wobei die im Kalibrierverfahren ermittelten Korrekturkoeffizienten o3, o2, o1, o0 und die Bezugssensortemperatur θS0 genutzt werden. Nach diesem Korrekturschritt verhalten sich die Sensorelemente der Sensormatrix des Infrarotkamerasystems so, als läge ein Infrarotkamerasystem mit temperaturstabilisiertem Sensor vor. Die übrigen Korrekturschritte erfolgen analog zum ersten Ausführungsbeispiel für das Korrekturverfahren unter Verwendung eines temperaturstabilisierten Sensors. 4 shows a second embodiment of an infrared camera system 11 with temperature-stabilized sensor. It takes the infrared camera system 11 during a temperature measurement on an object scene. The uncorrected sensor element voltages of all sensor elements of the sensor element array are transmitted to the signal processing unit as so-called raw data U p, ij 7 of the infrared camera system 11 passed. In the first correction step, the sensor temperature-dependent sensitivity change of the sensor elements on the basis of the currently measured sensor temperature θ S to U g, korr, ij with a second degree polynomial using the determined in the calibration process coefficients g 2 , g 1 , g 0 , which by the correction value in the in the calibration measured reference sensor temperature θ S0 is corrected. Subsequently, the sensor temperature-dependent offset change is corrected by U o, corr, ij = U g, corr, ij + o 3 · θ S 3 + o 2 · θ S 2 + o 1 · θ S + o 0 - O VS0 ), wherein the determined in the calibration method correction coefficients o 3 , o 2 , o 1 , o 0 and the reference sensor temperature θ S0 are used. After this correction step, the sensor elements of the sensor matrix of the infrared camera system behave as if an infrared camera system with temperature-stabilized sensor were present. The remaining correction steps are carried out analogously to the first exemplary embodiment of the correction method using a temperature-stabilized sensor.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Temperaturschrank temperature cabinet
2 2
Flächenstrahler mit Objekttemperatur Panel radiator with object temperature
3 3
Blende cover
4 4
Gehäuse casing
5 5
infrarotdurchlässiges Linsensystem infrared-transparent lens system
6 6
Sensormatrix mit Sensorelementen Sensor matrix with sensor elements
7 7
Signalverarbeitungseinheit Signal processing unit
8a, b8a, b
Temperaturmessmittel  Temperature measurement means
10 10
Sichtbereich des Infrarotkamerasystems Viewing range of the infrared camera system
11 11
Infrarotkamerasystem Infrared camera system
θS θ S
Sensortemperatur sensor temperature
θK θ K
Kamerainnenraumtemperatur Camera interior temperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Budzier, H., „Radiometrische Kalibrierung ungekühlter Infrarot-Kameras“, TUDpress, Dresden, 2014, ISBN 978-3-944331-45-4 [0010] Budzier, H., "Radiometric Calibration of Uncooled Infrared Cameras", TUDpress, Dresden, 2014, ISBN 978-3-944331-45-4 [0010]
  • Olbrycht, R. et al., „Thermal drift compensation method for microbolometer thermal cameras“, Applied Optics, Vol. 51, No. 11, S. 1788ff., 2012 [0011] Olbrycht, R. et al., "Thermal drift compensation method for microbolometer thermal cameras", Applied Optics, Vol. 51, no. 11, p. 1788ff., 2012 [0011]
  • Bieszczad, G. et al., „Method of detectors offset correction in thermovision camera with uncooled microbolometer focal plane array“, SPIE Proceedings, Vol. 7481, 74810O-1-8, 2009 [0013] Bieszczad, G. et al., "Method of detectors offset correction in a thermovision camera with an uncooled microbolometer focal plane array", SPIE Proceedings, Vol. 7481, 74810O-1-8, 2009 [0013]

Claims (16)

Kalibrierverfahren für ein verschlussloses Infrarotkamerasystem (11) umfassend ein Gehäuse (4), eine infrarotdurchlässige Optik (5), eine Sensormatrix (6) im folgenden Sensor genannt, bestehend aus mehreren Sensorelementen, die eine in das Gehäuse (4) einfallende Strahlung detektieren und im Ansprechen darauf jeweils ein Signal an eine Signalverarbeitungseinheit (7) liefern sowie jeweils einen Offset und eine Empfindlichkeit aufweisen, wobei für jedes Sensorelement eine Offsetkorrektur in Abhängigkeit von einer in einem Temperaturschrank (1) regelbaren Umgebungstemperatur sowie von regelbaren Strahlungsquellen (2) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unter definierten Bedingungen eine einen von der Umgebungstemperatur beeinflussten Störanteil des gelieferten Signals repräsentierende Messunsicherheit in Abhängigkeit von einer Sensortemperatur und/oder mindestens einer Kameratemperatur bestimmt wird, wobei die Einflüsse der Umgebungstemperatur durch Korrekturfunktionen in Abhängigkeit von der Sensortemperatur und/oder der Kameratemperatur abgeschätzt werden und deren kamerasystemspezifischen Korrekturkoeffizienten in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) zur späteren Korrektur eines Infrarotbildes hinterlegt werden. Calibration method for a shutterless infrared camera system ( 11 ) comprising a housing ( 4 ), an infrared-transmissive optic ( 5 ), a sensor matrix ( 6 ) in the following sensor, consisting of several sensor elements, the one in the housing ( 4 ) detect incident radiation and, in response thereto, respectively send a signal to a signal processing unit ( 7 ) and each having an offset and a sensitivity, wherein for each sensor element an offset correction as a function of a temperature in a ( 1 ) controllable ambient temperature and of controllable radiation sources ( 2 ), characterized in that under defined conditions, a measuring uncertainty representing a noise component influenced by the ambient temperature of the supplied signal is determined as a function of a sensor temperature and / or at least one camera temperature, the influences of the ambient temperature being determined by correction functions as a function of the sensor temperature and or the camera temperature are estimated and their camera system-specific correction coefficients in a memory unit of the signal processing unit ( 7 ) are deposited for later correction of an infrared image. Kalibrierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierverfahren für ein Infrarotkamerasystem mit einem temperaturstabilisierten Sensor eingesetzt wird. Calibration method according to claim 1, characterized in that the calibration method is used for an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor. Kalibrierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierverfahren für ein Infrarotkamerasystem mit einem temperaturunstabilisierten Sensor eingesetzt wird. Calibration method according to claim 1, characterized in that the calibration method is used for an infrared camera system with a temperature-stabilized sensor. Kalibrierverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, – dass für die Sensormatrix (6) ein Arbeitspunkt eingestellt wird, wobei ein Objekttemperaturbereich und ein Umgebungstemperaturbereich vorgegeben werden, – dass eine kameratemperaturspezifische Ungleichförmigkeit aller Sensorelemente mittels eines ersten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt wird, wobei n ≥ 2 ist und Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Umgebungstemperaturen und einer konstanten, homogenen Objekttemperatur durchgeführt wird, – dass eine Korrekturkurve zur Berücksichtigung einer Kamerainnenraumstrahlung ermittelt wird, wobei die Kameratemperatur an m Stellen innerhalb des Gehäuses (4) des Infrarotkamerasystems (11), mit m ≥ 1, gemessen wird und die Abhängigkeit der Signalspannung des Sensors (6) von der Kameratemperatur mittels einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Polynomapproximation mindestens zweiter Ordnung ermittelt wird, wobei die Polynomkoeffizienten αK,m, βK,m, γK,m in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, – dass eine objekttemperaturspezifische Ungleichförmigkeit des Infrarotkamerasystems (11) mittels eines zweiten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt wird, wobei n ≥ 1 ist und Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Objekttemperaturen und einer konstanten Umgebungstemperatur durchgeführt wird. Calibration method according to claims 1 and 2, characterized in that - for the sensor matrix ( 6 an operating point is set, wherein an object temperature range and an ambient temperature range are specified, that a camera-temperature-specific nonuniformity of all sensor elements is determined by means of a first characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 2 and correction coefficient matrices a n, ij with n = 0, 1, 2, ... n in the memory unit of the signal processing unit ( 7 ), wherein the nonuniformity correction is carried out at n + 1 different ambient temperatures and a constant, homogeneous object temperature, - that a correction curve for the consideration of a camera interior radiation is determined, the camera temperature at m locations within the housing ( 4 ) of the infrared camera system ( 11 ), with m ≥ 1, and the dependence of the signal voltage of the sensor ( 6 ) is determined from the camera temperature by means of a compensation calculation, in particular a polynomial approximation of at least second order, the polynomial coefficients α K, m , β K, m , γ K, m in the memory unit of the signal processing unit ( 7 ), that an object temperature-specific nonuniformity of the infrared camera system ( 11 ) is determined by means of a second characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 1 and correction coefficient matrices b n, ij with n = 0, 1, 2,... n in the memory unit of the signal processing unit ( 7 ), wherein the nonuniformity correction is performed at n + 1 different object temperatures and a constant ambient temperature. Kalibrierverfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, – dass für die Sensormatrix (6) ein Arbeitspunkt eingestellt wird, wobei ein Objekttemperaturbereich und ein Umgebungstemperaturbereich vorgegeben werden, – dass eine sensortemperaturabhängige Empfindlichkeitsänderung mit einem Polynom zweiter Ordnung approximiert wird und Korrekturkoeffizienten g2, g1, g0 in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, wobei eine Signalspannungsdifferenzänderung von mindestens zwei verschiedenen konstanten Objekttemperaturen in Abhängigkeit von der gemessenen Sensortemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen gemessen wird, – dass eine sensortemperaturabhängige Offsetänderung mit einem Polynom dritter Ordnung approximiert wird und Korrekturkoeffizienten o3, o2, o1, o0 in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, wobei eine Signalspannungsänderung bei einer konstanten Objekttemperatur in Abhängigkeit von der Sensortemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen gemessen wird, – dass eine kameratemperaturspezifische Ungleichförmigkeit aller Sensorelemente mittels eines ersten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt wird, wobei n ≥ 2 ist und Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Umgebungstemperaturen und einer konstanten, homogenen Objekttemperatur durchgeführt wird, – dass eine Korrekturkurve zur Berücksichtigung einer Kamerainnenraumstrahlung ermittelt wird, wobei die Kameratemperatur an m Stellen innerhalb des Gehäuses (4) des Infrarotkamerasystems, mit m ≥ 1, gemessen wird und die Abhängigkeit der Signalspannung des Sensors von der Kameratemperatur mittels einer Ausgleichsrechnung, insbesondere einer Polynomapproximation mindestens zweiter Ordnung ermittelt wird, wobei bestimmte Polynomkoeffizienten αK,m, βK,m, γK,m in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, – dass eine objekttemperaturspezifische Ungleichförmigkeit des Infrarotkamerasystems mittels eines zweiten Kennlinienabgleichs vom Grad n bestimmt wird, wobei n ≥ 1 und Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij mit n = 0, 1, 2, ... n in der Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit (7) gespeichert werden, wobei die Ungleichförmigkeitskorrektur bei n + 1 verschiedenen Objekttemperaturen und einer konstanten Umgebungstemperatur durchgeführt wird. Calibration method according to claims 1 and 3, characterized in that - for the sensor matrix ( 6 an operating point is set, wherein an object temperature range and an ambient temperature range are specified, that a sensor temperature-dependent sensitivity change is approximated with a second-order polynomial and correction coefficients g 2 , g 1 , g 0 in the memory unit of the signal processing unit 7 ), wherein a signal voltage difference change of at least two different constant object temperatures depending on the measured sensor temperature at different ambient temperatures is measured, - that a sensor temperature dependent offset change is approximated with a third order polynomial and correction coefficients o 3 , o 2 , o 1 , o 0 in the memory unit of the signal processing unit ( 7 ), wherein a signal voltage change is measured at a constant object temperature as a function of the sensor temperature at different ambient temperatures, - that a camera temperature specific nonuniformity of all sensor elements is determined by means of a first characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 2 and correction coefficient matrices a n , ij with n = 0, 1, 2, ... n in the memory unit of the signal processing unit ( 7 ), wherein the nonuniformity correction is carried out at n + 1 different ambient temperatures and a constant, homogeneous object temperature, - that a correction curve for the consideration of a camera interior radiation is determined, the camera temperature at m locations within the housing ( 4 ) of the infrared camera system, with m ≥ 1, and the dependence of the signal voltage of the sensor on the camera temperature is determined by means of a compensation calculation, in particular a Polynomapproximation at least second order, wherein certain polynomial coefficients α K, m , β K, m , γ K, m in the memory unit of the signal processing unit ( 7 ), that an object temperature-specific nonuniformity of the infrared camera system is determined by means of a second characteristic adjustment of degree n, where n ≥ 1 and correction coefficient matrices b n, ij with n = 0, 1, 2,... n in the memory unit of FIG Signal processing unit ( 7 ), wherein the nonuniformity correction is performed at n + 1 different object temperatures and a constant ambient temperature. Kalibrierverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kennlinienabgleich eine Drei-Punkt-Korrektur darstellt. Calibration method according to one of the preceding claims, characterized in that the first characteristic adjustment represents a three-point correction. Korrekturverfahren für ein verschlussloses Infrarotkamerasystem (11) umfassend ein Gehäuse (4), eine infrarotdurchlässige Optik (5), eine Sensormatrix (6) im folgenden Sensor genannt, bestehend aus mehreren Sensorelementen, die eine in das Gehäuse (4) einfallende Strahlung detektieren und im Ansprechen darauf jeweils ein Signal an eine Signalverarbeitungseinheit (7) liefern, wobei für jedes Sensorelement eine Offsetkorrektur durch eine Korrekturrechnung mit kamerasystemspezifischen Korrekturparametern durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Korrekturschritt eine sensortemperaturabhängige Empfindlichkeitsänderung mit einem Polynom zweiten Grades korrigiert wird, – in einem zweiten Korrekturschritt eine sensortemperaturabhängige Offsetänderung mit einem Polynom dritten Grades korrigiert wird, – in einem dritten Korrekturschritt eine kameratemperaturspezifische Ungleichförmigkeit mittels eines Kurvenabgleichs vom Grad n, mit n ≥ 2 korrigiert wird, – in einem vierten Korrekturschritt der Einfluss einer Kamerainnenraumstrahlung entsprechend einer Korrekturkurve korrigiert wird, – in einem fünften Korrekturschritt eine objekttemperaturspezifische Ungleichförmigkeit des Infrarotkamerasystems mittels eines Kurvenvergleichs vom Grad n, mit n ≥ 1 korrigiert wird, – wobei infrarotkamerasystemspezifische Korrekturkoeffizienten für die Korrektur verwendet werden. Correction procedure for a shutterless infrared camera system ( 11 ) comprising a housing ( 4 ), an infrared-transmissive optic ( 5 ), a sensor matrix ( 6 ) in the following sensor, consisting of several sensor elements, the one in the housing ( 4 ) detect incident radiation and, in response thereto, respectively send a signal to a signal processing unit ( 7 ), wherein for each sensor element an offset correction by a correction calculation with camera system-specific correction parameters is carried out, characterized in that - a sensor temperature-dependent sensitivity change is corrected with a second degree polynomial in a first correction step, - in a second correction step a sensor temperature-dependent offset change with a third polynomial - corrected in a third correction step, a camera temperature-specific nonuniformity by means of a curve adjustment of degree n, with n ≥ 2, - is corrected in a fourth correction step, the influence of a camera interior radiation according to a correction curve, - in a fifth correction step, an object temperature specific nonuniformity of Infrared camera system is corrected by means of a curve comparison of the degree n, with n ≥ 1, - wherein infrared camera system-specific Ko correction coefficients are used for the correction. Korrekturverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Korrekturschritt in Abhängigkeit von einer gemessenen Sensortemperatur θs eine sensortemperaturabhängige Empfindlichkeitsänderung korrigierende Korrekturkoeffizienten g2, g1, g0 nutzt, die aus einer gemessenen Signalspannungsdifferenzänderung zwischen mindestens zwei verschiedenen konstanten Objekttemperaturen in Abhängigkeit von einer gemessenen Sensortemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ermittelt werden. Correction method according to claim 7, characterized in that the first correction step in dependence on a measured sensor temperature θ s uses a sensor temperature-dependent sensitivity change correcting correction coefficients g 2 , g 1 , g 0 , which consists of a measured signal voltage difference change between at least two different constant object temperatures depending on a measured sensor temperature can be determined at different ambient temperatures. Korrekturverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Korrekturschritt in Abhängigkeit von einer gemessenen Sensortemperatur θs eine sensortemperaturabhängige Offsetänderung korrigierende Korrekturkoeffizienten o3, o2, o1, o0 nutzt, die aus einer Signalspannungsänderung bei einer konstanten Objekttemperatur in Abhängigkeit von der Sensortemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ermittelt werden. Correction method according to Claim 7, characterized in that the second correction step uses, as a function of a measured sensor temperature θ s, a correction coefficient o 3 , o 2 , o 1 , o 0 correcting sensor temperature-dependent offset change, which changes from a signal voltage change at a constant object temperature depending on the Sensor temperature can be determined at different ambient temperatures. Korrekturverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Korrekturschritt Korrekturkoeffizienten-Matrizen an,ij mit n = 0, 1, 2, ... n nutzt, die bei n + 1 verschiedenen Umgebungstemperaturen und einer konstanten, homogenen Objekttemperatur ermittelt werden. Correction method according to claim 7, characterized in that the third correction step uses correction coefficient matrices a n, ij with n = 0, 1, 2, ... n, which are determined at n + 1 different ambient temperatures and a constant, homogeneous object temperature. Korrekturverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Korrekturschritt Polynomkoeffizienten αK,m, βK,m, γK,m einer Korrekturkurve und einer gemessenen Kameratemperatur θK,m an m verschiedenen Stellen innerhalb des Gehäuses (4) des Infrarotkamerasystems (11), wobei m ≥ 1, nutzt, wobei die Polynomkoeffizienten der Korrekturkurve aus der Abhängigkeit der Signalspannung des Sensors von der Kameratemperatur θK,m an verschiedenen Stellen m, mit m ≥ 1 ermittelt werden. Correction method according to claim 7, characterized in that the fourth correction step polynomial coefficients α K, m , β K, m , γ K, m a correction curve and a measured camera temperature θ K, m at m different locations within the housing ( 4 ) of the infrared camera system ( 11 ), where m ≥ 1, wherein the polynomial coefficients of the correction curve are determined from the dependence of the signal voltage of the sensor on the camera temperature θ K, m at different locations m, with m ≥ 1. Korrekturverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der fünfte Korrekturschritt Korrekturkoeffizienten-Matrizen bn,ij mit n = 0, 1, 2, ... n nutzt, die bei n + 1 verschiedenen Objekttemperaturen und einer konstanten Umgebungstemperatur ermittelt werden. Correction method according to claim 7, characterized in that the fifth correction step uses correction coefficient matrices b n, ij with n = 0, 1, 2, ... n, which are determined at n + 1 different object temperatures and a constant ambient temperature. Korrekturverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Infrarotkamerasystem (11) mit einem temperaturunstabilisierten Sensor die Korrekturschritte ein bis fünf durchgeführt werden. Correction method according to claim 7, characterized in that for an infrared camera system ( 11 ) with a temperature-unstabilized sensor, the correction steps one to five are performed. Korrekturverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Infrarotkamerasystem (11) mit einem temperaturstabilisierten Sensor lediglich die Korrekturschritte drei bis fünf durchgeführt werden. Correction method according to claim 7, characterized in that for an infrared camera system ( 11 ) with a temperature-stabilized sensor only the correction steps three to five are performed. Infrarotkamerasystem, umfassend ein Gehäuse (4), eine infrarotdurchlässige Optik (5), eine Sensormatrix bestehend aus mehreren Sensorelementen (6) und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (7), welches das Kalibierverfahren und das Korrekturverfahren der vorherigen Ansprüche nutzt, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Gehäuses (4) des Infrarotkamerasystems (11) mindestens zwei eine Kameratemperatur messende Temperaturmessmittel (8a, 8b) angeordnet sind. Infrared camera system comprising a housing ( 4 ), an infrared-transmissive optic ( 5 ), a sensor matrix consisting of several sensor elements ( 6 ) and a digital signal processing unit ( 7 ) using the calibration method and the correction method of the preceding claims, characterized in that inside the housing ( 4 ) of the infrared camera system ( 11 ) at least two camera temperature measuring Temperature measuring means ( 8a . 8b ) are arranged. Infrarotkamerasystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmessmittel (8a, 8b) als ein Thermoelement und / oder ein thermischer Widerstand ausgebildet ist. Infrared camera system according to claim 15, characterized in that the temperature measuring means ( 8a . 8b ) is formed as a thermocouple and / or a thermal resistor.
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