[发明专利]具有被配置用于不同光谱响应的传感器的红外传感器阵列

说明书

提供了用于红外成像和气体检测的改进技术。在一个示例中，一种系统包括传感器阵列，该传感器阵列被配置为从包括背景部分和气体的场景接收红外辐射。传感器阵列包括第一组红外传感器，该组红外传感器被配置为具有对应于与背景部分关联的红外辐射的第一波长范围的第一光谱响应。传感器阵列还包括第二组红外传感器，该组红外传感器被配置为具有对应于与气体关联的红外辐射的第二波长范围的第二光谱响应。系统还包括读出集成电路(ROIC)，该ROIC被配置为响应于所接收的红外辐射，分别提供由第一组红外传感器和第二组红外传感器捕获的第一图像和第二图像的像素值。还提供了另外的系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月29日提交且标题为“INFRARED SENSOR ARRAY WITHSENSORS CONFIGURED FOR DIFFERENT SPECTRAL RESPONSES”的美国临时专利申请号62/612272的优先权和权益，据此通过引用将该申请全文并入。

技术领域

本发明总体涉及红外成像，更具体地涉及使用热图像的气体检测。

背景技术

在光学气体成像(OGI)领域，采用各种技术来检测气体的存在。例如，特定气体可在特定波长以特有方式发射和/或吸收红外(例如，热)辐射。可以捕获场景的图像并对其进行分析，以确定某些波长的辐射的有无。通过将这些波长与和已知气体关联的波长进行比较，可以确定关注的特定气体的存在。

当根据这种技术对场景进行成像时，通常优选的是去除与关注的气体无关的背景辐射。在一些情况下，这可以在没有滤波的情况下执行。例如，可以采用某些操作来去除顺序捕获的图像，并且基于小的帧间变化来检测气体的存在。不幸的是，这种去除可能除掉了与气体关联的图像的大得不成比例的部分，并且无法用于量化。

其它技术依赖于滤波。例如，可以将来自目标场景的红外辐射提供给单独的传感器阵列。这种方法允许对传感器阵列进行不同的滤波，并且可以独立地校准传感器阵列的积分周期，使得来自不同传感器阵列的结果图像彼此平衡。不幸的是，这种方法可能在由不同定位的传感器阵列捕获的图像之间表现出视差。虽然在一些情况下可以使用分束器来将红外辐射传递到传感器阵列以减少视差，但是这种布置仍然需要各种部件之间的精确对准，以避免例如由系统部件的振动、由不同阵列捕获的图像的时间未对准以及其它因素引起的错误图像。

因此，许多现有系统通常昂贵、需要高功率、并且实施起来相对较大且笨重。而且，许多这种系统可能还依赖于昂贵的冷却检测器，这些检测器增加了另外的成本和复杂性。由此，需要一种改进的热成像方法，该方法允许可靠地捕获目标场景的多个图像，以允许准确且可靠的气体检测。

发明内容

提供了用于红外(例如，热)成像和气体检测的改进技术。单个焦平面阵列(FPA)的各组红外传感器(例如，检测器)可以被配置为具有不同的光谱响应。因此，不同组的红外传感器可以对从场景接收的同一入射红外辐射做出不同的响应。因此，可以捕获响应于不同波长(例如，对应于不同波段的不同波长范围)的不同图像。另外，例如通过提供红外传感器中的各种结构的不同物理配置和/或通过对由不同组的红外传感器提供的信号执行附加处理，这些信号可以相对于彼此平衡(例如，归一化)。

在一些实施方式中，不同组的红外传感器可以彼此交错并且分布在整个FPA中。因此，相邻的红外传感器可以捕获彼此空间对准和时序一致的不同图像。例如，红外传感器可以响应于不同的光谱带，以捕获图像中的不同特征(例如，在一个图像中的关注气体和在另一图像中的场景的背景部分)。这种图像可以有利地用于以改进的准确度和高置信度检测气体的存在。