A new approach to shutterless operation of microbolometer based infrared cameras

Bu tezde mikrobolometre tabanlı kızılötesi görüntüleme sistemlerinin örtücüsüz (İng. "Shutterless") operasyonu için algoritma sunulmaktadır. Bu tezde kullanılan mikrobolometrenin aktif malzemesi vanadyum oksittir ve ODTÜ MEMS Merkezi'nde üretilmiştir. Mikrobolometre matris büyüklüğü 480x640 ve piksel büyüklüğü 17 μm'dir. Bu mikrobolometre detektör ve referans direncinde oluşan CTIA tipinde okuma devresine sahiptir. Gerilim değerleri denge durumunda odak düzlem matrisindeki piksellerin birbirleriyle olan etkileşimleri düşünülerek optimize edilmiştir. Bu etkileşimler ve optimum gerilim değerlerini bulmak için bir algoritma önerilmiştir. Bu metotla elde edilen piksellerin çıktı dağılımları analiz edilmiştir ve düzensizlik (RNU) değerleri tarama ve ikili arama olan standart metotlar ile karşılaştırılmıştır. Bu metotlar ve önerilen algoritma 5 farklı örneğe uygulanmıştır. Çalışabilirlikte iyileşme gözlenir ve RNU değerleri genellikle standart yöntemlerle bulunan değerin yarısı kadar azaltılır. Vanadyum oksit malzemenin TCR'si doğrusal olmayan sıcaklık özelliklerine sahip olmasına rağmen, en az iki kalibrasyon noktası kullanarak her 1 °C için optimum gerilimleri bulmak amacıyla bir yöntem önerilmiştir. Kazanç ve ofset katsayılarını içeren 2 noktalı düzeltme tekdüzelik geliştirmek için yazılım tabanlı düzeltme olarak kullanılmıştır. Kazanç ve ofset katsayıları sıcaklığa göre modellenmiştir ve bu katsayıları tahmin etmenin bir yolu sunulmuştur. Küçük sıcaklık değişimlerine karşı piksel çıktılarındaki değişiklikleri açıklamak için kullanılan sıcaklık kayması 1 °C aralık için modellenmiştir ve sıcaklık kayması telafisi yöntemi de önerilmiştir. Önerilen örtücüsüz algoritma 0 °C ile 50 °C arasındaki sıcaklık aralığı için üç farklı mikrobolometreye uygulanmıştır. Algoritma ile RNU değerleri %1'in altında tutulmuştur ve düşük sıcaklıklarda yaklaşık %0,5'e kadar düşürülmüştür. Kızılötesi görüntülerden hesaplanan PSNR değerleri yaklaşık 50 dB'dir. Sıcaklık kayması telafisi piksel çıkışlarında iyi stabilite sağlamıştır ve çıkışta maksimum kayma %6 civarında gözlemlenmiştir. Önerilen algoritma gerekli kalibrasyon sıcaklıklarının sayısını 51'den 12'e düşürür, bu da %76 civarında daha düşük kalibrasyon süresi anlamına gelir. Matris sayısını 102'den 16'ya düşürerek standart yöntemin yaklaşık %84'ü kadar daha düşük bellek alanı gerektirir. Sonuçlar, önerilen algoritmanın mikrobolometreler için örtücüsüz uygulamada kullanılabileceğini göstermektedir.