Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PROCEDE DE COMPENSATION EN TEMPERATURE D'UN DETECTEUR
D'IMAGE
La présente invention concerne un procédé de compensation en
température d'un détecteur d'image qui le rend pratiquement insensible aux
fluctuations de température et qui lui garantit notamment une dynamique
d'image sensiblement constante quelle que soit la température.
Dans ce type de détecteur d'image l'acquisition d'une image
s'effectue par un ou plusieurs points photosensibles formés chacun d'une
photodiode et d'un interrupteur. Les points photosensibles sont réalisés à
l'aide de techniques de dépôts en films minces de matériaux semi-
conducteurs tel que le silicium amorphe hydrogéné (aSiH). Ces points
lo photosensibles arrangés en matrice ou barrette permettent de détecter des
images contenues dans un rayonnement visible ou proche du visible. Les
signaux qu'ils produisent sont ensuite généralement numérisés de manière à
pouvoir être stockés, traités aisément.
Ces arrangements de points photosensibles trouvent uné
application particulièrement intéressante dans le domaine médical ou celui
du contrôle industriel où ils détectent des images radiologiques. Il suffit de
les
recouvrir d'un scintillateur et d'exposer ce dernier à un rayonnement X
porteur d'une image radiologique. Le scintillateur convertit le rayonnement X
incident en un rayonnement dans la bande de longueurs d'onde auxquelles
sont sensibles les points photosensibles.
On trouve maintenant des matrices photosensibles de grandes
dimensions qui peuvent posséder plusieurs millions de points
photosensibles.
On se réfère à la figure 1 qui montre un détecteur d'image de type
connu en matrice. Il ne possède que neuf points photosensibles pour ne pas
surcharger inutilement la figure. Chaque point photosensible P1 à P9 est
formé d'une photodiode Dp et d'un élément à fonction d'interrupteur Dc
représenté sous la forme d'une diode de commutation. On aurait pu choisir
comme élément à fonction d'interrupteur un transistor. La photodiode Dp et
la diode de commutation Dc sont reliées entre elles dans un montage tête-
bêche.
Chaque point photosensible P1 à P9 est connecté entre un
conducteur de ligne Y1 à Y3 et un conducteur de colonne X1 à X3. Les
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conducteurs de ligne Yl à Y3 sont reliés à un dispositif d'adressage 3 connu
sous la dénomination anglo-saxonne de driver . Il peut y avoir plusieurs
drivers 3 si la matrice est de grande taille. Le dispositif d'adressage 3
comporte généralement des registres à décalage, des circuits de
commutation, des circuits d'horloge. Le dispositif d'adressage 3 porte les
conducteurs de ligne Yl à Y3 à des tensions qui, soit isolent les points
photosensibles P1 à P3 reliés au même conducteur de ligne Y1 du reste de
la matrice, soit les mettent en conduction. Le dispositif d'adressage 3 permet
de réaliser un adressage séquentiel des conducteurs de ligne Yl à Y3.
Les conducteurs de colonne Xl à X3 sont reliés à un dispositif de
lecture CL.
Lors d'une phase de prise d'image durant laquelle les points
photosensibles P1 à P9 sont exposés à un signal à capter et qu'ils sont dans
un état réceptif, c'est-à-dire que leurs diodes photosensibles Dp et de
commutation Dc polarisées en inverse constituent chacune une capacité, il
se produit une accumulation de charges au point de jonction A entre les deux
diodes Dp, Dc. La quantité de charges est sensiblement proportionnelle à
l'intensité du signal reçu que ce soit un éclairement très intense, dans la
mesure où l'on reste dans la gamme linéaire de détection des diodes
photosensibles, ou l'obscurité. Suit ensuite une phase de lecture, durant
laquelle on applique aux conducteurs de ligne Y1 à Y3 séquentiellement une
impulsion de lecture qui met les photodiodes Dp en conduction et permet
l'évacuation des charges accumulées dans les conducteurs de colonne Xl à
X3 vers le dispositif de lecture CL.
On va voir plus en détails le dispositif de lecture CL. Il comporte
autant de circuits de lecture que de conducteurs de colonne Xl à X3 et ces
circuits de lecture sont de type circuit intégrateur de charges 5. Chaque
circuit intégrateur de charges est réalisé par un amplificateur opérationnel
G1
à G3 monté en intégrateur à l'aide d'un condensateur de lecture C1 à C3.
Chaque condensateur est monté entre l'entrée négative de l'amplificateur
opérationnel G1 à G3 et sa sortie S1 à S3. Chaque conducteur de colonne
Xl à X3 est relié à l'entrée négative d'un amplificateur opérationnel G1 à G3.
L'entrée positive de chacun des amplificateurs opérationnels G1 à G3 est
portée à une tension de référence d'entrée VR constante qui impose à
chaque conducteur de colonne Xl à X3 cette tension de référence. Chaque
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amplificateur opérationnel G1 à G3 comporte un interrupteur de remise à
zéro Il à 13 monté en parallèle avec le condensateur Cl à C3.
Les sorties S1 à S3 des circuits intégrateurs sont connectées à un
dispositif de multiplexage 6 qui délivre en série des signaux correspondant
aux charges qui ont été intégrées par les circuits intégrateurs de charges. En
phase de lecture ces signaux correspondent aux charges accumulées par
tous les points photosensibles d'une même ligne. Les signaux délivrés par le
dispositif de multiplexage 6 sont ensuite numérisés dans au moins un
convertisseur analogique-numérique 7, les signaux numérisés en sortie du
1 o convertisseur analogique-numérique 7 traduisent le contenu de l'image à
détecter. Ces signaux numérisés sont transmis à un système de gestion 8
qui peut les stocker, les traiter et les afficher.
Des défauts affectent la qualité des images utiles de tels
dispositifs photosensibles.
Les composants semi-conducteurs des points photosensibles
présentent de la rémanence qui est liée notamment à leur structure cristalline
imparfaite. Des charges correspondant à une phase de prise d'image ne sont
pas lues pendant la phase de lecture associée et sont restituées lors de la
phase de lecture d'une image ultérieure. Pour essayer de s'affranchir des
problèmes de rémanence, il a été proposé, notamment dans la demande de
brevet EP-A- 364 314, d'ajouter à la charge due au signal à capter une
charge d'entraînement et d'appliquer entre deux impulsions de lecture une
impulsion de polarisation dont l'amplitude est généralement inférieure à celle
de l'impulsion de lecture.
Les composants semi-conducteurs des points photosensibles
sont pas tous exactement identiques et la matrice de points photosensibles
présente localement des zones altérées. Les composants du dispositif de
lecture CL apportent également des inhomogénéités.
On a pris l'habitude d'effectuer une correction de l'image utile avec
une image dite d'offset connue sous la dénomination française d'image noire.
Cette image noire est réalisée en début de cycle de fonctionnement en
exposant le détecteur d'image, lors de la phase de prise d'image, à un signal
d'intensité nulle, puis en réalisant la phase de lecture.
L'image d'offset est réalisée en l'absence de tout éclairement et
les charges lues, au niveau d'un point photosensible, lors de la phase de
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lecture correspondante sont issues des trois catégories suivantes. La
première représente les charges d'entraînement dont la valeur est donnée
par :
Q = (VP2 -VP1) Cp
avec :
VP2 amplitude de l'impulsion de lecture,
VP1 amplitude de l'impulsion de polarisation, ces impulsions de lecture et de
polarisation sont délivrées par le circuit d'adressage 3,
Cp capacité du point photosensible P1 à P9.
La seconde catégorie de charges correspond aux charges issues
du courant de fuite de la photodiode Dp du point photosensible lu, ce courant
s'établissant entre l'application de deux impulsions de lecture ou de
polarisation successives.
La troisième catégorie de charges correspond aux charges issues
du courant de fuite provenant de tous les points photosensibles reliés au
même conducteur de colonne que celui qui est lu et ce, uniquement durant la
phase de lecture.
Or, on s'est aperçu que si la première catégorie de charges était
relativement stable en température, il n'en est pas de même pour les deux
autres catégories de charges. L'image d'offset varie avec la température.
Cette variation est peut être très significative, par exemple à 25 C, la
charge
électrique, accumulée au niveau d'un point photosensible de l'image d'offset
et convertie en tension par le circuit intégrateur de charges 5, peut être de
0,5 Volt alors qu'elle peut atteindre 2 Volts à 50 C.
Ce phénomène est gênant mais il peut être combattu de manière
astreignante, en prenant souvent des images d'offset et en corrigeant l'image
utile avec ces images d'offset, avec une fréquence suffisamment grande par
rapport aux constantes de temps thermiques du dispositif photosensible.
De plus on s'aperçoit que ce phénomène génère d'autres
inconvénients plus on travaille à haute température. Le détecteur d'image
voit sa dynamique se dégrader avec la température. Les images qu'il produit
sont de moins en moins contrastées plus la température augmente, de moins
en moins de nuances peuvent être rendues. La dynamique de l'image est
dégradée.
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En effet, le convertisseur analogique/numérique 7 possède une
plage de codage fixe pour numériser les valeurs des tensions délivrées par le
dispositif de multiplexage 6 pour chacun des points photosensibles. Une
valeur typique de la plage de codage est comprise entre 0 Voit et 5 Volts. Si
5 à 40 C, le niveau de l'offset d'un point photosensible est 1, 8 Volts, il
ne
reste plus que 3, 2 Volts de disponibles pour coder le niveau de ce point
photosensible dans l'image utile.
La présente invention vise à s'affranchir des problèmes évoqués
précédemment et liés aux variations de la température ambiante et propose
lo un procédé de compensation en température d'un détecteur d'image le
rendant pratiquement insensible aux fluctuations inévitables de la
température ambiante.
Pour y parvenir, le procédé selon l'invention est un procédé de
compensation en température d'un détecteur d'image comportant des points
photosensibles, sensibles à la température ambiante, reliés chacun à un
conducteur de ligne et un conducteur de colonne, chacun des points
photosensibles étant reliés par un de ses conducteurs à un circuit de lecture.
Les points photosensibles sont partagés en des points photosensibles
détecteurs destinés à être exposés à une information lumineuse traduisant
l'image à détecter, les circuits de lecture associés à ces points
photosensibles délivrant chacun une tension de mesure représentative de
l'image à détecter et en des points photosensibles aveugles protégés de
l'information lumineuse, les circuits de lecture associés à ces points
photosensibles aveugles délivrant chacun une tension d'obscurité servant
pour la compensation en température. Le procédé consiste, lors de la
détection d'une image, à recueillir les tensions d'obscurité, puis à élaborer
une valeur de correction moyenne à partir des tensions d'obscurité provenant
d'une ou plusieurs images détectées et à utiliser la valeur de correction
moyenne pour générer une tension de correction à partir de la valeur de
correction moyenne à appliquer, lors de la détection d'une image ultérieure,
aux circuits de lecture associés aux points photosensibles détecteurs de
manière à ce qu'ils délivrent une tension de mesure rendue sensiblement
indépendante de la température.
Plus particulièrement, il consiste à convertir dans un convertisseur
analogique-numérique les tensions de mesure et d'obscurité des points
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photosensibles, à élaborer la valeur moyenne de correction à partir des
tensions d'obscurité numérisées, cette valeur moyenne de correction servant
à piloter un convertisseur numérique-analogique qui délivre la tension de
correction à appliquer aux circuits de lecture associés aux points
photosensibles détecteurs.
Il est préférable d'élaborer la valeur moyenne de correction par un
moyennage simple à partir de tensions d'obscurité provenant de plusieurs
images détectées.
Des résultats encore meilleurs sont obtenus, si on élabore la
1 o valeur moyenne de correction par un moyennage glissant à partir des
tensions d'obscurité provenant de plusieurs images détectées.
Pour rendre encore plus efficace la compensation, le moyennage
sera compatible avec la constante de temps thermique du détecteur d'image,
pour cela la valeur moyenne de correction est élaborée à partir de tensions
d'obscurités provenant d'une ou plusieurs images détectées, l'intervalle de
temps séparant la détection de l'image la plus ancienne et la détection de
l'image la plus récente servant dans le moyennage, étant inférieur à la
constante de temps thermique du détecteur.
La présente invention concerne aussi un détecteur d'image
compensé en température comportant des points photosensibles reliés
chacun à un conducteur de ligne et un conducteur de colonne, chaque point
photosensible étant relié par un de ses conducteurs à un circuit de lecture.
Les points photosensibles sont partagés en des points photosensibles
détecteurs destinés à être exposés à une information lumineuse traduisant
l'image à détecter, les circuits de lecture associés à ces points
photosensibles délivrant chacun une tension de mesure représentative de
l'image à détecter et en des points photosensibles aveugles protégés de
l'information lumineuse, les circuits de lecture associés à ces points
photosensibles aveugles délivrant chacun une tension d'obscurité servant
pour la compensation en température. II comporte des moyens pour recueillir
les tensions d'obscurité lors de la détection d'une image et pour élaborer une
valeur de correction moyenne à partir des tensions d'obscurité recueillies,
provenant d'une ou plusieurs images détectées et des moyens pour générer,
à partir de la valeur de correction moyenne, une tension de correction
destinée à être appliquée aux circuits de lecture associés aux points
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photosensibles détecteurs, lors de la détection d'une image ultérieure, de
manière à ce que les points photosensibles détecteurs délivrent une tension
de mesure rendue sensiblement indépendante de la température.
Les moyens pour recueillir les tensions d'obscurité et pour
élaborer la valeur moyenne de correction reçoivent les tensions d'obscurité
sous forme numérique d'au moins un convertisseur analogique-numérique
placé entre les circuits de lecture et les moyens pour élaborer la valeur
moyenne de correction.
Les moyens pour générer la tension de correction comportent un
1 o convertisseur numérique-analogique placé entre les moyens pour recueillir
les tensions d'obscurité et pour élaborer la valeur moyenne de correction et
les circuits de lecture des points photosensibles détecteurs.
Le circuit de lecture associé à un point photosensible détecteur est
un circuit intégrateur de charges comportant un condensateur dont une
armature reçoit des charges du point photosensible détecteur via le
conducteur de charges et dont l'autre armature est portée à la tension de
correction.
Le circuit de lecture associé à un point photosensible aveugle est
un circuit intégrateur de charges comportant un condensateur dont une
armature reçoit des charges du point photosensible aveugle via le
conducteur et dont l'autre armature est portée à une tension de référence
fixe.
De manière simple, de manière à ne pas dégrader la résolution du
détecteur d'image, il est préférable que les points photosensibles aveugles
soient reliés à une portion extrême d'un conducteur de ligne.
On recouvrira les points photosensibles aveugles d'un matériau
opaque à l'information lumineuse auxquels sont exposés les points
photosensibles détecteurs, tel que de la peinture noire.
Lorsque les points photosensibles détecteurs sont recouverts d'un
matériau scintillateur qui transforme un rayonnement X en l'information
lumineuse, les points photosensibles aveugles sont recouverts d'un matériau
opaque au rayonnement X tel que du plomb, le matériau opaque lorsqu'il est
présent se trouve entre le plomb et les points photosensibles aveugles.
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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront
à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures qui
représentent :
- la figure 1, déjà décrite une vue de dessus schématique d'un
détecteur d'image connu ;
- la figure 2a une vue de dessus d'un exemple d'un détecteur
d'image selon l'invention ;
- la figure 2b une coupe du détecteur d'image de la figure 2a.
Sur ces figures, les échelles ne sont pas respectées dans un souci
lo de clarté.
On se réfère aux figures 2a, 2b. Les points photosensibles 01 à
06 et RI à R9 sont représentés de la même manière que sur la figure 1 avec
une photodiode Dp et un élément à fonction d'interrupteur Dc représenté
sous la forme d'une diode de commutation. Cette diode de commutation
aurait pu être remplacée par un transistor. La photodiode Dp et la diode de
commutation Dc sont reliées entre elles dans un montage tête-bêche.
Chaque point photosensible est connecté entre un conducteur de ligne Y1 à
Y3 et un conducteur de colonne W1, W2 et Z1 à Z3. Les points
photosensibles 01 à 06 et R1 à R9 sont arrangés en matrice selon des
lignes et des colonnes. Par rapport à l'exemple de la figure 1, le détecteur
d'image comporte plus de points photosensibles et plus de conducteurs de
colonne mais le même nombre de conducteurs de ligne. Les conducteurs de
ligne sont reliés à un dispositif d'adressage 3 comparable à celui décrit à la
figure 1.
Selon une caractéristique de l'invention, les points photosensibles
sont partagés en deux catégories, des points photosensibles détecteurs RI
R9 destinés à être exposés à une information lumineuse porteuse de l'image
à détecter et des points photosensibles aveugles 01 à 06 servant pour la
compensation en température. Ces points photosensibles aveugles 01 à 06
sont masqués de l'information lumineuse porteuse de l'image à détecter.
Lors de la détection d'une image, que se soit une image utile ou une image
d'offset, les points photosensibles aveugles ne reçoivent rien. Ces points
photosensibles aveugles 01 à 06 seront lus comme les points
photosensibles détecteurs R1 à R9.
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Les points photosensibles aveugles 01 à 06 sont reliés à des
portions 20 extrêmes des conducteurs de lignes Y1 à Y3. Dans l'exemple
décrit ils sont localisés en début de ligne, ils pourraient être localisés en
fin
de ligne.
Le nombre de points photosensibles aveugles n'est pas critique
une dizaine par ligne semble raisonnable si une ligne compte environ 2000
points photosensibles détecteurs. Ces points photosensibles 01 à 06, R1 à
R9 sont implantés sur un support isolant référencé 21.
Pour masquer les points photosensibles aveugles 01 à 06 vis à
lo vis de l'information lumineuse, on les recouvre d'un matériau PN opaque à
l'information lumineuse, de la peinture noire par exemple convient très bien.
Dans la configuration où le détecteur d'image selon l'invention est
utilisé dans une application radiologique, les points photosensibles
détecteurs R1 à R9 sont recouverts d'un matériau scintillateur SC qui
transforme un rayonnement X en un rayonnement dans la bande de
'longueurs d'onde auxquelles sont sensibles les points photosensibles
détecteurs R1 à R9. Quant aux points photosensibles aveugles 01 à 06, ils
ne sont pas recouverts du matériau scintillateur SC mais d'un matériau PB
opaque au rayonnement X, uné couche de plomb par exemple. Dans cette
configuration, le matériau PN opaque à l'information lumineuse est optionnel
mais si on en utilise, on le place entre les points photosensibles aveugles 01
à 06 et le matériau PB opaque au rayonnement X.
Toute la surface du détecteur d'image du côté d'où provient le
rayonnement X est recouvert d'un matériau de protection PP à base par
exemple de fibres de carbone.
Comme dans l'exemple de la figure 1, le dispositif de lecture CL
comporte autant de circuits de lecture 30a, 30b que de conducteurs de
colonne W1, W2 et Z1 à Z3 et ces circuits de lecture sont de type circuits
intégrateurs de charges. Les circuits 30a sont reliés aux conducteurs W1 et
W2 et les circuits 30b aux conducteurs Z1 à Z3. Ils reçoivent des charges via
ces conducteurs. Chaque circuit intégrateur 30a, 30b reçoit également en
entrée une tension de référence d'entrée VR fixe. Chaque circuit intégrateur
de charge 30a, 30b comporte un condensateur d'intégration 31 a, 31 b dont
une armature reçoit les charges via le conducteur W1 à W2, Z1 à Z3 auquel
est relié le circuit intégrateur 30a, 30b. Ces charges proviennent
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essentiellement du point photosensible qui est en train d'être lu. L'autre
armature du condensateur 31a, 31b est portée à un potentiel que l'on va
expliciter. S'il s'agit d'un circuit de lecture 30a relié à un conducteur W1,
W2
menant à un point photosensible aveugle 01 à 06, cette tension est une
5 tension de référence absolue VDRO. S'il s'agit d'un circuit de lecture 30b
relié à un conducteur Z1 à Z3 menant à un point photosensible détecteur R1
à R9, cette tension est une tension de correction VDR asservie à la
température.
La tension Vs2 présente en sortie 32b d'un circuit de lecture 30b
10 relié à un conducteur Z1 à Z3 menant à un point photosensible détecteur R1
à R9 vaut alors :
Vs2 = VDR- Q/C
avec Q quantité de charges intégrées par le condensateur intégrateur 31 b et
C capacité du condensateur intégrateur 31 b.
La tension présente en sortie 32a d'un circuit de lecture 30a est
obtenue de manière analogue.
Chaque circuit intégrateur 30a, 30b comporte un interrupteur de
2o remise à zéro la, lb respectivement monté en parallèle avec le condensateur
intégrateur 31 a, 31 b correspondant.
Les sorties 32a, 32b des circuits de lecture sont connectées à un
dispositif de multiplexage 60 qui délivre en série des signaux correspondant
aux charges qui ont été intégrées par les circuits intégrateurs de charges. En
phase de lecture ces signaux correspondent aux charges accumulées par
tous les points photosensibles d'une même ligne. Les signaux délivrés par le
dispositif de multiplexage 60 sont ensuite numérisés dans au moins un
convertisseur analogique-numérique (CAN) 70. Les signaux numérisés sont
transmis à un dispositif de gestion 80 qui peut les recueillir c'est à dire
les
stocker, les traiter et éventuellement les afficher.
Lors d'une phase de lecture, les circuits de lecture 30b associés
aux points photosensibles détecteurs R1 à R9 délivrent chacun une tension
de mesure traduisant l'exposition reçue par le point photosensible détecteur
tandis que les circuits de lecture 30a associés aux points photosensibles
aveugles 01 à 06 délivrent chacun une tension d'obscurité servant à
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effectuer la compensation en température du détecteur d'image puisque les
points photosensibles aveugles ne sont pas exposés.
Lors de la détection d'une image, on recueille les tensions
d'obscurité, elles sont délivrées, sous forme numérique en sortie du
convertisseur analogique-numérique 70, au dispositif de gestion 80. Puis on
élabore dans le dispositif de gestion une valeur de correction moyenne à
partir des tensions d'obscurité provenant d'une ou plusieurs images
détectées. Sur la figure 2a, le dispositif de gestion 80, réalisé avec une ou
plusieurs mémoires et un dispositif de calcul est représenté distinct d'un
i o dispositif d'affichage 80. 1 qui permet de visualiser les images détectées
. On
pourrait envisager que les deux dispositifs soient confondus.
On trouve de plus des moyens 90 pour générer, à partir de la
valeur de correction moyenne la tension de correction VDR à appliquer aux
circuits de lecture 30b associés aux points photosensibles détecteurs R1 à
R9, lors de la détection d'une image ultérieure à compenser. Ces moyens 90
pour générer Ial tension de correction VDR ont leur entrée reliée au
dispositif
de gestion 80 et leur sortie aux circuits de lecture 30b reliés à un
conducteur
menant à des points photosensibles détecteurs. Ils sont représentés sous la
forme d'un convertisseur numérique-analogique (CNA) 90.
Compte tenu de cette tension de correction VDR, les tensions de
mesûre à la sortie 32b des circuits de lecture 30b restent sensiblement
indépendantes de la température.
Pour améliorer l'efficacité de la compensation en température, il
est préférable d'élaborer la valeur moyenne de correction par un moyennage
sur un grand nombre d'images. Il est possible d'effectuer un moyennage
simple, c'est à dire que toutes les images utilisées pour le moyennage sont
affectées d'un même poids. L'efficacité est encore améliorée si on effectue
un moyennage glissant, c'est à dire que les images les plus anciennes
utilisées dans la moyenne sont affectées d'un poids moindre que celui des
images les plus récentes.
Pour affiner encore la correction, il est préférable de réaliser un
moyennage compatible avec la constante de temps thermique du détecteur
d'image. Dans cette optique, la valeur moyenne de correction est élaborée à
partir de tensions d'obscurités provenant d'une ou plusieurs images
détectées, l'intervalle de temps séparant la détection de l'image la plus
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ancienne et la détection de l'image la plus récente servant dans le
moyennage étant inférieur à la constante de temps thermique du détecteur.
Cela signifie que si la constante de temps thermique du détecteur
vaut dix minutes, le moyennage se fera pendant au maximum dix minutes.
