Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Comparative study on various microbolometer structures

Nazdrowicz J., Szermer M., Maj C., Zabierowski W., Napieralski A.

International Journal of Microelectronics and Computer Science

|

2016

|

Vol. 7, nr 1

16--25

EN

Meaningful progress in the fields of MEMS is associated with the continuous development of the micromachining technologies. One of the most promising devices in MEMS is thermal sensors. When the first microbolometer appeared on the market, a huge interest in thermal detectors was observed. This paper is a short overview study on microbolometer geometry, different solutions and possibilities to implement them as electrical models.

2

Wpływ rodzaju promiennika podczerwieni na skuteczność korekcji wzmocnienia matryc mikrobolometrycznych

Olbrycht R., Więcek B.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2011

|

R. 57, nr 10

1127-1129

PL

Artykuł porusza problem korekcji współczynników wzmocnienia matryc mikrobolometrycznych w kamerach termowizyjnych przy użyciu promienników podczerwieni. Przedstawiona metoda nie wymaga używania dwóch modeli ciał doskonale czarnych. Nowością jest porównanie efektów uzyskiwanych przy użyciu dużego (pierścieniowego) i małego (punktowego) promiennika podczerwieni. Wskazano możliwość wystąpienia artefaktów w macierzy wyznaczanej przy użyciu małego promiennika, oraz stwierdzono ich brak podczas stosowania dużego promiennika.

EN

The paper describes the problem of correcting microbolometer gain coefficients in thermal cameras. There is presented the reference approach (Section 2) which requires to record thermograms of two blackbody model surfaces in different temperatures [1, 2, 3]. The authors propose a different method (Section 3) [4, 5], which is based on using an infrared emitter built into the thermal camera (Fig. 2). The novelty in this paper is analysis of the dependence between the emitter size and correction efficiency. In particular, the comparison of small, spotlight emitter (Fig. 1a) and larger, toroidal one (Fig. 1b) is provided. For qualitative comparison of correction results, the matrices of the calculated gain correction factors are shown in Fig. 3. One may notice some artifacts in Fig. 3c (obtained with the small emitter). The quantitative analysis (namely, the calculated values of the root mean square error for centre regions of matrices) confirms the presence of artifacts. Also the histograms of the calculated matrices (Fig. 4) are in coherence with the above observations. The conclusion is that a large emitter is better for determination of gain correction factors with the proposed method (root mean square error was about 0,0096 in this particular case). In case of a small emitter the unwanted point artifacts may occur.

3

Ocena skuteczności kalibracyjnych metod korekcji niejednorodności w zastosowaniu do matrycy detektorów mikrobolometrycznych

Orżanowski T.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 4

177-186

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań metod korekcji niejednorodności odpowiedzi matrycy detektorów podczerwieni (IR), w których współczynniki korekcyjne wyznacza się na podstawie odpowiedzi matrycy na jednorodne promieniowanie IR ciała czarnego. Badania prowadzone były przy użyciu matrycy mikrobolometrycznej wykonanej w technologii krzemu amorficznego oraz systemu i cyfrowego przetwarzania sygnału z matrycy, zaprojektowanego w układzie programowalnym FPGA. Jako źródeł promieniowania IR użyto powierzchniowych ciał czarnych wykonanych w Instytucie Optoelektroniki WAT. Testowane były algorytmy korekcji niejednorodności z liniową oraz nieliniową aproksymacją charakterystyk detektorów IR w matrycy. Przedstawiono również modyfikację algorytmu korekcji dwupunktowej, w którym do kompensacji niejednorodności odpowiedzi detektorów bolometrycznych użyto zewnętrznej przesłony na obiektyw.

EN

In this paper, the nonuniformity correction (NUC) methods for an uncooled infrared focal plane array (IRFPA) that use the detectors response on an uniform radiance of infrared reference to calculate the suitable NUC coefficients are evaluated. Tests were carried on an amorphous silicon microbolometer IRFPA by using a digital system implemented on a field-programmable gate array (FPGA) device to readout the IRFPA output. As the infrared references, extended surface blackbodies developed at the Institute of Optoelectronics, MUT were applied to tests. The NUC algorithms with linear and nonlinear approximations of the IR detector characteristics were examined. Moreover, the modified two-point nonuniformity correction method which uses an external shutter of the lens to compensate an influence of a camera housing temperature change on the microbolometers response is also presented.

4

Kompensacja rozrzutu czułości detektorów mikrobolometrycznych w obserwacyjnej kamerze termowizyjnej

Orżanowski T., Sosnowski T., Kastek M.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2008

|

Z. 237

21-30

PL

W artykule jest przedstawiony algorytm kompensacji rozrzutu czułości detektorów mikrobolometrycznych oraz jego realizacja sprzętowa i zastosowanie. Algorytm zawiera właściwości korekcji jednopunktowej i korekcji dwupunktowej, które są stosowane do kompensacji niejednorodności odpowiedzi matryc detektorów podczerwieni. W zaproponowanym algorytmie liczba operacji matematycznych wykonywanych sprzętowo podczas korekcji odpowiedzi detektora w matrycy jest ograniczona do jednego mnożenia i dwóch operacji dodawania. Algorytm korekcji był testowany z matrycą mikrobolometryczną o rozdzielczości 384x288 pikseli i rozmiarze detektora 35 µm firmy ULIS (Francja). Źródłem jednorodnego promieniowania podczerwonego było specjalne ciało czarne o dużej powierzchni promieniującej. W wyniku badań uzyskano niejednorodność odpowiedzi matrycy po korekcji poniżej 0,16 % dla zakresu temperatury ciała czarnego od 20°C do 50°C i temperatury otoczenia 21°C ± 2,5°C. Niejednorodność odpowiedzi matrycy bez korekcji wynosiła 8,1 %.

EN

A nonuniformity correction (NUC) algorithm for microbolometer infrared focal plane array (FPA) and its hardware implementation and application are presented. The NUC algorithm includes features of the one-point correction and the two-point correction which are used for compensation of FPA response nonuniformity. In proposed NUC algorithm the number of mathematical operations performed by hardware to compensate a response nonuniformity of particular detectors in array is reduced to one multiplication and two additions. As the uniform infrared source a special extended black body was applied. The NUC algorithm was tested with the 384x288 microbolometers FPA with 35µm pixel-pitch manufactured by ULIS (France). During tests the microbolometer FPA response nonuniformity (RNU) after correction was obtained under 0.16% (std dev/mean) at the blackbody temperature range from 20°C to 50°C and the ambient temperature of 21°C ± 2.5°C. The RNU value without any correction was equaled 8.1%.

5

Implementacja algorytmu korekcji niejednorodności odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej w układzie programowalnym

Orżanowski T., Sosnowski T., Kastek M.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2008

|

R. 54, nr 8

526-528

PL

W artykule jest przedstawiony algorytm korekcji niejednorodności odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej oraz jego implementacja w układzie programowalnym FPGA. Algorytm NUC (nonuniformity correction) łączy właściwości korekcji jednopunktowej i korekcji dwupunktowej, które są stosowane do kompensacji niejednorodności odpowiedzi matrycy detektorów podczerwieni. Podstawowa różnica między zaproponowanym algorytmem NUC a standardowym algorytmem korekcji dwupunktowej jest w sposobie wyznaczania współczynników korekcji przesunięć charakterystyk poszczególnych mikrobolometrów w matrycy. Pozwala to zredukować liczbę operacji matematycznych wykonywanych sprzętowo podczas korekcji do jednego mnożenia i dwóch operacji dodawania. Wszystkie moduły cyfrowe użyte do przetwarzania sygnału wyjściowego z matrycy, zbierania danych i wyświetlania obrazu zostały zaprojektowane za pomocą zestawu laboratoryjego Altera DSP Development Kit Stratix II Edition. Zaproponowany algorytm NUC był testowany z matrycą mikrobolometryczną 384´288 pikseli o rozmiarze detektora 35 žm firmy ULIS (Francja). Podczas badań uzyskano niejednorodność odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej po korekcji NUC poniżej 0,16 % (std dev/mean) dla zakresu temperatury ciała czarnego od 20 °C do 50 °C i zmiany temperatury otoczenia š2.5 °C. Niejednorodność odpowiedzi matrycy bez korekcji wynosiła 8,1 %.

EN

A nonuniformity correction (NUC) algorithm for microbolometer infrared focal plane array (FPA) and its implementation on a field programmable gate array (FPGA) device are presented. The NUC algorithm integrates features of the one-point correction and the two-point correction (TPC) to compensate FPA response nonuniformity. The main difference between the proposed NUC algorithm and the standard TPC is in the way of offset coefficients evaluation for individual microbolometers in FPA. It allows reducing the number of mathematical operations performed by hardware to one multiplication and two additions. All digital modules for processing of FPA output, data collection, and image displaying have been designed by the use of the Altera DSP Development Kit Stratix II Edition. The proposed NUC algorithm was tested with the ULIS 384´288 microbolometer FPA with 35žm pixel-pitch. During tests the microbolometer FPA response nonuniformity (RNU) after correction was obtained under 0.16% (std dev/mean) at the blackbody temperature range from 20°C to 50°C and the ambient temperature change of š2.5°C. The RNU value was equaled 8.1% without any correction.

6

Badania niejednorodności odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej w kamerze termowizyjnej

Orżanowski T., Madura H., Sosnowski T., Bieszczad G.

Pomiary, Automatyka, Komputery w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2008

|

nr 2

7-10

PL

W artykule zostały przedstawione wyniki badań niejednorodności odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej zastosowanej w modelu kamery termowizyjnej. Kompensacja niejednorodności odpowiedzi była realizowana według standardowego algorytmu korekcji dwupunktowej. Badania prowadzono na specjalnie wykonanym do tego celu stanowisku laboratoryjnym z dwoma powierzchniowymi ciałami czarnymi i układem kolimatora. Opisane są również budowa i właściwości detektora bolometrycznego oraz działanie scalonego układu odczytu w matrycy mikrobolometrycznej.

EN

The paper presents test results of response nonuniformity of microbolometer focal plane array used in thermal camera model. A response nonuniformity compensation was performed according to the standard two-point correction algorithm. The investigations were carried out by means of the developed test stand containing two extended blackbodies and collimator system. The bolometer structure, detector performance, and the operation of a readout integrated circuit in microbolometer focal plane array are also described.

7

Implementacja algorytmów korekcji niejednorodności matryc detektorów mikrobolometrycznych w układzie FPGA

Orżanowski T., Sosnowski T.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2006

|

R. 52, nr 11

8-11

PL

W artykule przedstawiono realizację sprzętową algorytmów korekcji niejednorodności odpowiedzi detektorów w matrycach mikrobolometrycznych. Opisano dwie podstawowe metody kalibracyjne: jednopunktową (OPC) i dwupunktową (TPC). Na podstawie danych pomiarowych matrycy mikrobolometrycznej firmy ULIS wyznaczono współczynniki korekcyjne oraz odpowiedź matrycy zawierającą stały wzorzec szumu (FPN). Do wykonania sprzętowej korekcji niejednorodności użyto zestawu uruchomieniowego DSP Development Kit Stratix II Edition (Altera). W wyniku implementacji algorytmu TPC uzyskano maksymalną wartość niejednorodności resztkowej (RNU) 0,15 % w zakresie temperatury od 273 K do 343 K. W przypadku korekcji jednopunktowej maksymalna wartość RNU była ponad 3 razy większa dla tego samego zakresu temperatury.

EN

In this paper the hardware implementation of response nonuniformity correction (NUC) algorithms of microbolometer focal plane arrays (FPAs) is presented. Two basic calibration methods: one-point correction (OPC) and two-point correction (TPC) are described. The NUC coefficients and FPA response containing fixed pattern noise have been evaluated on the basis of measurement data of the ULIS microbolometer FPA. The DSP Development Kit Stratix II Edition (Altera) has been used to perform the hardware NUC. As a result of TPC algorithm implementation, we have obtained the residual nonuniformity (RNU) of 0.15 % (max.) in temperature range from 273 K to 343 K. In case of OPC implementation the RNU maximum value was over three times higher at the same temperature range.

8

Analiza układu odczytu do matrycy detektorów mikrobolometrycznych

Orżanowski T., Madura H., Powiada E., Pasierbiński J.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2006

|

R. 52, nr 9

16-20

PL

W artykule opisano budowę i działanie scalonego układu odczytu (ROIC) stosowanego w matrycach mikrobolometrycznych detektorów podczerwieni. Omówiono właściwości pojemnościowego wzmacniacza transimpedancyjnego użytego w układzie ROIC do odczytu sygnału z pojedynczego mikrobolometru w matrycy. Przedstawiono podstawowe parametry monolitycznych matryc mikrobolometrycznych z detektorami z krzemu amorficznego domieszkowanego wodorem. Opisano również metodę dwupunktowej kalibracji stosowaną do korekcji niejednorodności matryc detektorów podczerwieni.

EN

In this paper we describe the structure and the operation of a readout integrated circuit (ROIC) used in microbolometer infrared focal plane arrays (IRFPAs). The properties of a capacitive transimpedance amplifier employed in ROIC to readout a signal from a single microbolometer in FPA are analyzed in detail. The basic parameters of monolithic microbolometer IRFPAs with IR detectors made of hydrogen doped amorphous silicon are presented. The two-point calibration method for a non-uniformity correction (NUC) of IRFPAs is also described.