A new approach to shutterless operation of microbolometer based infrared cameras
Mikrobolometre tabanlı kızılötesi kameraların örtücüsüz çalışmasına yeni bir yaklaşım
- Tez No: 661937
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
This thesis presents an algorithm for the shutterless operation of microbolometer based infrared imaging systems. The active material of the microbolometer used in the thesis is vanadium oxide and it is produced in METU MEMS Center. The array size of the microbolometer is 480x640 and pixel pitch is 17 μm. The microbolometer has a CTIA type readout circuit which consists of detector and reference resistance. Voltage values are optimized at steady-state considering interactions between pixels in the focal plane array (FPA). An algorithm to find these interactions and optimum voltage values is proposed. Output distributions of the pixels obtained with the method are analyzed and residual nonuniformity (RNU) values are compared to standard methods which are sweep and binary search. These methods and the proposed algorithm are applied to five different samples. Improvement in the operability is observed and RNU values are decreased generally half of the value found with standard methods. A method is proposed to find optimum voltages for each 1 °C by using at least two calibration points although TCR of vanadium oxide material has nonlinear temperature characteristics. 2-point correction, which contains gain and offset coefficients, is used as the software-based correction to improve the uniformity. Gain and offset coefficients are modeled for temperature and a way to estimate these coefficients is presented. Temperature drift, which is used to explain alterations in pixel outputs against small temperature variations, is modeled for 1 °C interval and the temperature drift compensation method is also proposed. The proposed shutterless algorithm is applied to three different microbolometers for the temperature range between 0 °C to 50 °C. RNU values are kept below 1% with the algorithm and decreased down to around 0.5% at low temperatures. The PSNR values calculated from infrared images are about 50 dB. Temperature drift compensation provides good stability at the pixel outputs and maximum shift at the output is observed around 6%. The proposed algorithm decreases the number of required calibration temperatures down to 12 from 51 which means a lower calibration time of around 76%. It requires lower memory space about 84% of the standard method by decreasing the array number from 102 to 16. The results show that the proposed algorithm can be used in the shutterless application for microbolometers.
Benzer Tezler
- A New approach to the design optimization of switching reluctance motors
Başlık çevirisi yok
ÖMER FARUK YAĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1990
Orta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- A New approach to analog integrated circuit optimization
Tümleşik analog devre optimizasyonuna yeni bir yaklaşım
GÜNER ALPAYDIN
Doktora
İngilizce
2000
Boğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- A New approach to borax pentahydrate production
Boraks pentahidrat üretiminde yeni bir yaklaşım
HASAN ÇEBİ
- A New approach to time-frequency localized signal design
Zaman ve frekansta lokalize sinyal tasarımına yeni bir yaklaşım
ZAFER AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
İhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- A new approach to estimate settlements under footings on rammed aggregate pier groups
Tokmaklanmış taş kolon gruplarına oturan temellerdeki oturmaların tahmini için yeni bir yaklaşım
ÖZGÜR KURUOĞLU