DE102014108971A1 - Calibration method and correction method for a shutterless infrared camera system and the like - Google Patents
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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 (
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
Ein zweites Verfahren ist aus
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
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.
- 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
In einem ersten Ausführungsbeispiel soll das Kalibrierverfahren eines Infrarotkamerasystems
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
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
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,m(θK,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
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
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
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
In einem ersten Teilschritt wird die Umgebungstemperatur im Temperaturschrank
Die Sensortemperaturabhängigkeit des Sensorelement-Offsets lässt sich mit einem Polynom dritten Grades beschreiben: OV(θS) = 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: OK(θK) = 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 V (θ S ) = 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 K (θ K ) = 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
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.
Der Einfluss der Kamerainnenraumtemperatur, d.h. der Kamerainnenraumstrahlung wird mittels der Korrekturfunktion UK(θK) berechnet und die Differenz zum Korrekturwert UK(θK0) bei der durch die Kalibrierung vorgegeben Bezugskameratemperatur θK0 von der korrigierten Sensorspannung U**p,korr subtrahiert, mit UK(θK) = UK,1(θK,1) + UK,2(θK,2) + UK,3(θK,3) + ... + UK,m(θK,m), wobei zur Bestimmung von UK(θK) die Kameratemperatur an mindestens einer Stelle innerhalb des Gehäuses
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.
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
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