ITMI990668A1 - Procedimento per correggere i valori del grigio di immagini di una camera digitale a infrarosso - Google Patents

Description

"migliorati".

Affinché oggetti stazionari con alta frequenza locale non influenzino i coefficienti di correzione l'immagine sul detettore e il detettore vengono mossi reciprocamente.

(Figura 2)

Descrizione del trovato

La ditta AIM AEG Infrarot Module GmbH produce già dagli anni settanta detettori ad infrarosso di elevata qualità con i relativi componenti, come refrigeratore ed elettronica di lettura. 1 detettori vengono impiegati nell'ambito militare, nella ricerca, in medicina e a livello industriale. Nei detettori della generazione più recente i singoli elementi sono disposti in una struttura bidimensionale nella superficie e non richiedono più scanner meccanici per la produzione d'immagini. Nel caso del detettore bidimensionale è possibile riprodurre una scena direttamente con un'ottica adatta sul chip fotosensibile. I singoli elementi vengono letti in modo seriale e mediante l'ulteriore trattamento elettronico dei dati vengono ricomposti a formare una struttura di dati bidimensionale, un'immagine.

In seguito alla disomogeneità del detettore, di tipo tecnologico, nei singoli elementi si verifica un errore di riproduzione. Compaiono disomogeneità sia invarianti nel tempo sia anche varianti nel tempo. Dalla domanda di brevetto tedesco DE 19715 983.4 è noto un procedimento per correggere i valori del grigio di immagini di una camera digitale ad infrarosso, in cui in una memoria di un sistema di trattamento delle immagini sono memorizzati coefficienti di correzione K per ogni punto d'immagine j del detettore. Il noto procedimento presenta le seguenti fasi. In un primo momento ha luogo il rivelamento dei valori del grigio Uj di un'immagine. Successivamente i valori del grigio Uj dell'immagine vengono corretti con l'ausilio dei coefficienti di correzione K nel sistema di trattamento delle immagini e i valori del grigio corretti Ukj vengono memorizzati temporaneamente. Dopo la filtrazione dei valori del grigio corretti Ukj per mezzo di un filtro adattativo M, agente localmente, il rimanente errore di riproduzione ej viene determinato con l'ausilio dei valori del grigio Ukj dell'immagine corretta non filtrata e con l'ausilio dei valori del grigio F(UKj) dell'immagine corretta filtrata e i coefficienti di correzione K vengono migliorati con l'ausilio del rimanente errore di riproduzione determinato ej. Da ultimo ha luogo la memorizzazione dei coefficienti di correzione migliorati K nella memoria del sistema di trattamento delle immagini.

Tuttavia questo noto procedimento presenta l'inconveniente che oggetti stazionari con alta frequenza locale, ad esempio bordi, in seguito al procedimento di correzione alla lunga subiscono risoluzione ed entrano anch'essi nei coefficienti di correzione "migliorati". Nel caso di un cambio di scena quindi si verificano cosiddette immagini fantasma, provocate dai coefficienti di correzione "migliorati".

L'invenzione si pone pertanto il compito di perfezionare il noto procedimento per correggère i valori del grigio di immagini di una camera digitale ad infrarosso, in modo tale che oggetti stazionari di alta frequenza locale non abbiano influenza sui coefficienti di correzione.

Questo problema viene risolto mediante un procedimento avente le caratteristiche delle rivendicazioni indipendenti. L'ulteriore esecuzione dei procedimenti ha luogo conformemente alle caratteristiche delle rivendicazioni dipendenti.

In un procedimento per correggere i valori del grigio di immagini di una camera digitale ad infrarosso con detettore bidimensionale, laddove in una memoria di un sistema di trattamento delle immagini sono memorizzati coefficienti di correzione Kj per ogni punto d'immagine j e i coefficienti di correzione Kj vengono continuamente migliorati con l'ausilio di un procedimento di correzione dinamico, è previsto il fatto di muovere reciprocamente l'immagine sul detettore e il detettore. Di conseguenza si ottiene che, per scene statiche con oggetti stazionari di alta frequenza locale, queste non influenzano il miglioramento dei coefficienti di correzione, poiché cambia l'ubicazione della riproduzione sul detettore.

Inoltre è previsto che l'immagine sul detettore e il detettore vengano mossi reciprocamente ciclicamente. Di conseguenza è possibile ottenere il movimento in modo semplice con accorgimenti periodici. La valutazione può avvenire in modo corrispondentemente semplice.

In un'esecuzione vantaggiosa del procedimento, il movimento relativo dell'immagine ha luogo in ragione di una frazione della distanza fra i pixel in direzione di movimento relativa fra riproduzione e detettore.

È particolarmente vantaggioso quando il movimento relativo dell'immagine ha luogo in ragione di metà della distanza fra i pixel in direzione di movimento. In tal caso, con corrispondente trattamento dell'informazione d'immagine, si ottiene un raddoppio della risoluzione dell'immagine rispetto alla risoluzione fisica del detettore.

In un'ulteriore esecuzione è previsto che, in seguito al movimento ciclico, in un primo momento vengono occupate posizioni fra pixel vicini e successivamente posizioni fra pixel più lontani. Questo percorso speciale del movimento dell'immagine sul detettore provvede affinché la distanza temporale fra le immagini risulti ottimizzata relativamente alla condensazione a formare un'immagine complessiva di risoluzione più alta.

È previsto rispettivamente l'assiemaggio di quattro immagini a formare un'immagine complessiva con risoluzione doppia. Al riguardo si impiegano i coefficienti di correzione su ogni immagine (parziale).

Nel caso di una camera digitale a infrarosso con un detettore bidimensionale ed un sistema di trattamento delle immagini, laddove in una memoria del sistema di trattamento delle immagini sono memorizzati coefficienti di correzione per ogni punto d'immagine j del detettore e i coefficienti di correzione vengono continuamente migliorati con l'ausilio di un procedimento di correzione dinamico, un microscanner è disposto nel percorso dei raggi della camera ad infrarosso e muove l'immagine sul detettore e rispetto al detettore.

Breve descrizione delle figure

In particolare:

la figura 1 mostra la successione dell'allocazione del centro di un punto d'immagine della scena attorno a 4 punti d'immagine del detettore,

la figura 2 mostra uno schema a blocchi dei componenti della camera ad infrarosso,

la figura 3 mostra la sincronizzazione fra microscanner e trattamento delle immagini.

L'invenzione serve a migliorare dati d'immagine che sono stati ripresi con mosaici detettori ad infrarosso. Il miglioramento avviene per mezzo di un accorgimento ottico, un cosiddetto microscanner, che guida l'informazione d'immagine, in arrivo sull'ottica, a passi in differenti posizioni intermedie (figura 1) attorno ad un punto d'immagine e in tal modo fornisce un più compatto campionamento o esplorazione della scena rispetto a quanto corrisponderebbe al numero di punti d'immagine preassegnato del detettore. Ad ogni variazione di posizione del microscanner, tutti i punti d'immagine della matrice detettore sono rivolti verso rispettivamente un altro posto della scena osservata. L'informazione della scena, cadente su un determinato punto d'immagine del detettore, non deriva così più specificamente da un punto della scena ma fornisce in modo casuale la radiazione IR di diversi punti della scena su un punto d'immagine. In seguito a questa causualizzazione il microscanner, interagendo con il procedimento di correzione descritto nella domanda di brevetto tedesco 197 15 983.4, offre la possibilità di determinare e correggere le disomogeneità del detettore senza l'ausilio di raggi di riferimento e senza movimento nella scena osservata. Oggetti stazionari con alta frequenza locale, ad esempio bordi, in seguito al movimento della riproduzione sul detettore non influenzano ora il procedimento di correzione.

La figura 1, in rappresentazione schematica, mostra la successione dell'allocazione del centro di un punto della scena dell'immagine dopo deflessione in seguito al microscanner. Nella figura 1, per<' >ragioni di chiarezza, si sono esemplificativamente evidenziati quattro punti d'immagine A-D del detettore e mediante tratteggio sono state caratterizzate superfici IR-attive degli elementi detettori.

Il microscanner richiede più cicli di lettura dell'intero detettore, per condensare in un'immagine intera le 4 immagini parziali - nell'esempio mostrato in figura 1 L'immagine completa contiene quindi dati, che sono stati esposti e letti con riferimento a 4 differenti istanti. In caso di inadeguata selezione della successione delle posizioni, punti d'immagine vicini derivano quindi da epoche, che sono reciprocamente distante fino ad un istante d'immagine completa - usualmente circa 40 ms -. Nell'esempio mostrato in figura 1 in tal caso ciò si verificherebbe per le posizioni 1 e 4, quando le quattro posizioni, seguendo una linea circolare immaginaria, vengono raggiunti consecutivamente. La successione diversa da ciò, mostrata in figura 1, delle quattro posizioni raggiunte nella sequenza 1, 2, 4, 3, che in modo non monotono segue il senso di rotazione indicato come linea circolare, in caso di lettura secondo righe dei dati d'immagine conformemente al procedimento illustrato nel seguito consente una minima differenza di tempo fra l'esposizione di una delle quattro immagini parziali e la lettura di due righe vicine e riduce al minimo la distanza temporale di rispettivamente due punti d'immagine vicini. Dati d'immagine dalle epoche 1 e 2, rispettivamente 3 e 4, sono distanziati rispettivamente in ragione di un quarto del tempo dell'immagine completa. Dati d'immagine dalle epoche 1 e 4, rispettivamente 2 e 3, sono distanziati rispettivamente in ragione di un mezzo tempo dell'immagine completa. La distanza temporale massima fra immagini vicine successive risulta così più. corta, in ragione del fattore 2, rispetto ad una successione scelta diversamente. Questa proprietà è importante per il trattamento ulteriore meccanico di dati d'immagine, ad esempio in tracker.

I detettori ad infrarosso con più di un elemento, oppure anche i detettori ad un elemento in presenza di instabilità temporali, in seguito ad inevitabili tolleranze di produzione, oppure anche a fluttuazioni temporali, presentano disomogeneità nelle immagini. I diversi difetti si presentano come fluttuazioni di luminosità nell'immagine, che, anche osservando scene del tutto omogenee senza una qualsiasi traccia termica, non scompaiono. I difetti di conseguenza comportano effettivamente difetti d'immagine in scene dinamiche e possono essere formalizzati come la distribuzione disomogenea di sottofondo a tensione continua (offset) e andamento di guadagno (gain) di singoli punti d'immagine (pixel) rispetto al comportamento medio nelle immagini. L'eliminazione di questi difetti d'immagine (non uniformity) avviene con l'ausilio di un adatto hardware e software, che viene indicato come NUC (non uniformity correction).

L'invenzione combina lo speciale NUC descritto nel DE 197 15 983.4, con un microscanner e fornisce i seguenti vantaggi:

- è sufficiente la calibratura in fabbrica del detettore per correggere in tempo reale le disomogeneità del detettore senza che siano necessari costosi accorgimenti sul posto oppure scene pseudocasualizzate in rapido movimento,

- la capacità di compensazione di instabilità temporali nel detettore mediante un algoritmo dell'osservatore, ad autoapprendimento, che riconosce ed elimina dinamicamente nuove disomogeneità risultanti, ma conserva in misura estremamente ampia reali informazioni di scena,

- l'aumento della risoluzione geometrica del detettore mediante microscanner con contemporanea minimizzazione della spaziatura temporale.

Dopo una precisa misurazione del detettore, effettuata una volta, per identificare tutte le disomogeneità, inclusi effetti non-lineari, senza ripetuta postcalibratura, il procedimento consente di far funzionare anche detettori termicamente e temporalmente istabili, come ad esempio HgCdTe nel LWIR (banda di lunghezza d'onda di 8 - 10 μιη) senza dover necessariamente accettare un peggioramento dell'immagine a causa di disomogeneità. Inoltre il procedimento si imposta automaticamente su scene dinamiche nell'ambito in cui è stata, effettuata la precisa misurazione del detettore. Previo adeguato tempo di apprendimento il procedimento mediante l'algoritmo dell'osservatore può fornire dati di detettore ben corretti, anche nel caso di instabilità delle condizioni di esercizio o di temperature significativamente fluttuanti della scena, senza richiedere una postcalibratura sotto le condizioni modificate.

Un adatto congegno di calcolo è rappresentato schematicamente in figura 2. Il microscanner viene sincronizzato tramite un PLL dal sistema esterno di ulteriore trattamento. Questo anello PLL introdotto dall'esterno offre la possibilità di sincronizzare differenti sorgenti d'immagine, come ad esempio un canale a luce diurna e l'immagine ad infrarosso. A tale scopo il microscanner riceve un segnale FFS-S, che chiama la prima di, ad esempio, quattro immagini parziali del detettore, che dovranno successivamente essere condensate a formare un'immagine completa. Il microscanner da parte sua fornisce quattro impulsi di sincronizzazione d'immagine FFS-M al detettore IR, per prelevare da questo rispettivamente un'immagine per le posizioni raggiunte. Il detettore IR, sincronicamente al suo svolgimento temporale interno, fornisce proprie righe e impulsi di avviamento d'immagine LS-D e FS-D all'unità di trattamento delle immagini M-VIP. Inoltre il detettore fornisce i dati digitalizzati, nell'esempio DD-O - DD13 profondò 14 bit e inoltre una informazione, precisante che sull'uscita sono applicati dati validi, DV-D.

Il M-VIP contiene più processori di segnali digitali, abbreviazione DSP, per compiti descritti in seguito. Un DSP corregge i dati grezzi forniti - a valle di una memoria first in first out (FIFO) come memoria tampone asincrona -mediante i noti coefficienti di correzione. Un secondo DSP migliora continuamente i coefficienti di correzione con l'ausilio del procedimento noto. Un terzo DSP seleziona i dati con il massimo anticipo, per righe, secondo la successione mostrata in figura 3 e li fornisce in una uscita FIFO. Fra i diversi DSP esistono ulteriori memorie first in first out (FIFO) per consentire una asincronicità di tutte le operazioni sulla stessa base dei dati d'immagine corretti e dei coefficienti di correzione.

Il sistèma esterno fornisce un impulso di sincronizzazione per la riga d'immagine che compare esternamente come una riga dell'immagine completa. Questo impulso LS-S commuta periodicamente una doppia-FIFO cosicché per dati di uscita sono disponibili sempre una prima FIFO per il sistema esterno per la lettura ed una seconda FIFO per il M-VIP per la registrazione.

Il M-VIP fornisce al sistema esterno un impulso di avviamento d'immagine FS-V come informazione, precisante che è pronta per il prelievo la prima riga di una nuova immagine completa.

I dettagli della successione temporale sono rappresentati schematicamente in figura 3.

Claims (8)

1. Rivendicazioni 1. Procedimento per correggere i valori del grigio d'immagini di una camera digitale ad infrarosso con un detettore bidimensionale, laddove in una memoria di un sistema di trattamento delle immagini sono memorizzati coefficienti di correzione per ogni punto di immagine j e i coefficienti di correzione Kj vengono continuamente migliorati con l'ausilio di un procedimento di correzione dinamico, caratterizzato dal fatto che l'immagine sul detettore e il detettore vengono mossi reciprocamente.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'immagine sul detettore e il detettore vengono mossi reciprocamente ciclicamente.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il movimento relativo dell'immagine ha luogo in ragione di una frazione della distanza fra i pixel in direzione di movimento.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il movimento relativo dell'immagine ha luogo in ragione di metà della distanza fra i pixel in direzione di movimento.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che mediante il movimento ciclico vengono occupate dapprima posizioni fra pixel vicini e successivamente posizioni fra pixel più lontani.
6. 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1-5, caratterizzato dal fatto che 4 immagini vengono composte a formare un'immagine complessiva con risoluzione doppia.
7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1-6, caratterizzato dal fatto che i coefficienti di correzione vengono impiegati su ogni immagine.
8. 8. Camera digitale ad infrarosso con un detettore bidimensionale ed un sistema di trattamento delle immagini, laddove in una memoria del sistema di trattamento delle immagini sono memorizzati coefficienti di correzione Kj per ogni punto d'immagine j del detettore e i coefficienti di correzione vengono continuamente migliorati con l'ausilio di un procedimento di correzione dinamico, caratterizzata dal fatto che un microscanner è disposto nel percorso dei raggi della camera ad infrarosso e muove l'immagine sul detettore e rispetto al detettore.