特别用于将时变图像数据的取样亮度感测和异步检测相结合的光电阵列制造技术

本发明专利技术涉及一种光电阵列(1)，其包括：多个单元(10)，其中所述单元(10)的每一个包括装置(20)，所述装置(20)被设置为生成与射在所述各单元(10)上的光的强度(L)成比例的光电流(I)，其中所述单元(10)的每一个包括连接至用于生成所述光电流(I)的所述各装置(20)的变化检测电路(100)，该变化检测电路(100)被设置为仅当变化事件(30)发生时生成输出信号，在所述变化事件(30)发生时由于来自所述各单元(10)的之前的变化事件，所述强度(L)变化一阈值量(T、T’)。根据本发明专利技术，用于生成所述光电流(I)的所述装置(20)还被用来估计作为在所述各单元(10)的光的亮度的测量值的所述光电流(I)的大小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】特别用于将时变图像数据的取样亮度感测和异步检测相结合的光电阵列
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的特别用于检测时变图像数据的光电阵列，即光敏元件的阵列。
技术介绍
这样的光电阵列通常包括多个单元(例如，单元阵列)，每一个单元(也称为像素)具有用于根据各单元的光强度生成信号(例如，光电流)的装置(例如，光电二极管或光电晶体管)。单元阵列可以是单元的拓扑一维或二维阵列，其可以具有或者不具有矩形边界。各单元还包括变化检测电路，其可以按照US7728269B2中详细描述的细节构造(其中变化检测电路特别通过电压缓冲器与包括用于生成光电流的所述装置的光电传感器电路绝缘)。将这样的变化检测电路设置为异步地发出变化事件，该变化事件是由于来自像素(单元)的上一次的变化事件使亮度变化一阈值量的信号。因为这些事件特别表示射到各单元的入射光的对数强度变化，这些事件表示“时间衬比(temporalcontrast)”。例如US2003/0015647公开的使用光电阵列的实时人工视觉通常被限于对光电阵列进行取样的帧频。为了看出快速变化的事物，必须使用高帧频，然后这样的光电阵列生成大量的冗余数据，该冗余数据需要强大的和昂贵的后处理。另一方面，通过引证的方式并入本文的US7728269B2中公开的技术教导使视觉传感器低延时地且大幅减少冗余地对场景反射比变化作出反应。但是，其不适于感测静态场景。
技术实现思路
因此，本专利技术的基本问题是提供减少上述缺点的光电阵列并由此更适合实时人工视觉。该问题由具有权利要求1的特征的光电阵列解决。根据其，用于生成所述光电流的各装置(例如光电元件)还被用来估计各单元的亮度(特别是绝对亮度)(例如，用恒定速率与异步变化事件对比)。该亮度与各单元的光电流的大小成比例。更具体地，各单元被设置为(例如，通过各变化检测电路)异步检测变化事件和更新在以所述(例如相对低的)恒定速率取样的规则亮度样本之间的各变化事件时的亮度。更具体地，根据本专利技术的光电阵列的所述变化检测电路被设置为当(且仅当)变化事件发生时生成输出信号，由于各单元的之前变化事件(也称为异步检测)所以在变化发生时在各单元的所述光强度(特别是至少)变化一阈值量，其中当所述强度增加阈值量时所述输出信号是所谓的ON信号，并且当所述强度减少阈值量时所述输出信号是所谓的OFF信号。更具体地，所述光电阵列包括连接至所述单元的编码器，该编码器被设置为确定生成输出信号的各单元的地址(即，在单元阵列内的各单元的位置)以及所述强度是否增加(ON信号)或减少(OFF信号)所述阈值量。对应的地址和输出信号(ON或OFF)作为事件被提供至缓冲器，该缓冲器所述能够由如在US7728269B2中详细描述的外部接收器访问。因此，根据本专利技术的光电阵列从其所有单元(像素)能够生成ON和OFF事件(输出信号)，其中这些事件的速率取决于光信号(强度)变化的速率。由于在光电阵列外的数据通信只在入射光强度变化时发生，这使得在其源极(source)的数据量，即单独单元(像素)显著减少。同时，各单元的所述单个光电元件(例如光电二极管或光电晶体管)还被用于确定在所述单元的亮度(即，光电流的大小)，使得由于基于变化检测电路的输出的异步事件获得非常高的时间分辨率，能够以相对低的取样速率读取亮度并且还能够非常低延时地对变化做出反应。这与传统摄像机相比，显著降低了要被处理的数据量。更具体地，用于生成与射到各单元上的入射光的强度成比例的光电流的所述装置由光电元件形成，例如光电二极管或光电晶体管，其中更具体地，各单元仅包括单个光电二极管或光电晶体管(光电元件)。另外，如上所述，变化检测电路被特别设置成当(并且仅当)变化事件发生时，生成输出信号，在变化事件发生时由于来自所述各单元的之前的变化事件，所述强度(至少)变化一阈值量，其中当所述强度增大阈值量时所述输出信号是ON信号，当所述强度减小阈值量时所述信号是OFF信号。因此，所述输入信号能够通过在各ON事件即，在ON信号发生时，通过加上给定强度(阈值量)而被重建，而所述输入信号能够在各OFF事件，即，在OFF信号发生时，通过减去相同的给定强度(阈值量)而被重建。为了能够读取表示亮度的信号，即在各单元(像素)的光电流的当前大小，根据本专利技术的光电阵列特别包括被设置为使得能够读取所述信号的亮度读取电路。在这方面，所述亮度读取电路被特别连接至(例如反馈)晶体管的漏极，其中所述晶体管的源极被连接至用于生成光电流的所述装置，更具体地单个光电二极管的n型区，所述光电二极管的p型区特别是接地的。当然，通过用p型器件代替n型器件和用n型器件代替p型器件可以构造补充电路。这适用于在本申请中描述的所有电路。根据本专利技术的实施方式的核心特征是由光电流直接驱动亮度读取电路，而不是首先被复制。复制小电流导致大的失配并且难以用于典型地小光电流。本专利技术因此使用反馈电路并因此避免复制任何光电流。在这方面，亮度值与光电流(即光电二极管信号)单调地相关，但是其可以与光电流值线性地或非线性地相关，即在对数像素(单元)的情况下，亮度与光电流对数地相关。变化检测电路会异步地发出变化事件信号，该信号亮度由于各像素(单元)的上一次变化事件已经变化一阈值量。更具体地，这些事件表示对数的强度变化。因此，这些事件表示下文表示的“时间衬比”。根据本专利技术的一个方面，光电阵列(即，亮度读取电路)适于以恒定速率或变化速率在连续时间点上确定(或取样)亮度，其中更具体地，所述速率(特别是至少临时地)小于变化事件的平均速率，其中更具体地，取决于阵列的尺寸、可用的处理所述亮度样本的计算资源和所述亮度样本与所述变化事件的期望比率，所述速率在0.1Hz和100Hz之间，特别是在1Hz和100Hz之间。本专利技术的又一方面是变化检测电路的变化事件能够被用于亮度之间内插和外插。在这方面，光电阵列特别被设置为通过在ON事件的情况下，在最后的时间点上取样的亮度增加相应的阈值量，并且通过在OFF事件的情况下，在最后的时间点上取样的亮度减去阈值量，来估计各个单元在两个连续的时间点之间的亮度。在这方面，作为亮度的测量值的光电流的大小还可以通过电压表示(参见下文)。然后，增加的/减去的阈值也是电压。为了更准确的外插，每当对该对应的像素(单元)定期地(即在上述时间点时)读取强度(亮度)时，能够复位变化检测电路，这意味着由于上一个亮度样本变化事件代码大小发生变化。假如亮度的粗略外插是充分的，变化检测和强度(亮度)读数能够完全独立，即光电阵列然后被设置使得变化检测电路与亮度读取电路完全独立。在这种情况下，由于上一次变化事件，变化事件代码大小发生变化。为了读取光电阵列的各单元(像素)的亮度，所述亮度读取电路特别设置为将在电容器上的各单元的光电流进行积分从而确定光电流的当前大小为在各单元亮度的测量值，如在传统APS像素中那样(参照EricR.Fossum,“ActivePixelSensors:AreCCD’sDinosaurs？”Proc.SPIEVol.1900,Charge-CoupledDevicesandSolidStateOpticalSensorsIII,p.2-14,1993)。根据另一种可能性，亮度读取电路被设置为使用在亚阈值范围中的一个或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电阵列，其包括：多个单元(10)，其中所述单元(10)的每一个包括装置(20)，所述装置(20)被设置为生成与射在所述各单元(10)上的光的强度(L)成比例的光电流(I)，并且其中所述单元(10)的每一个包括连接至用于生成所述光电流(I)的所述各装置(20)的变化检测电路(100)，所述变化检测电路(100)被设置为仅当变化事件(30)发生的情况下生成输出信号，在所述变化事件(30)发生时，由于来自所述各单元(10)的之前的变化事件(30)，所述强度(L)变化一阈值量(T、T’)，其特征在于，所述光电流(I)还被设置为通过用于生成所述光电流(I)的所述装置(20)确定在所述各单元(10)上的亮度(B’)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.19 EP 11194387.41.一种光电阵列，其包括：多个单元(10)，其中所述单元(10)的每一个包括装置(20)，所述装置(20)被设置为生成与射在所述各单元(10)上的光的强度(L)成比例的光电流(I)，并且其中所述单元(10)的每一个包括连接至用于生成所述光电流(I)的所述各装置(20)的变化检测电路(100)，所述变化检测电路(100)被设置为仅当变化事件(30)发生的情况下生成输出信号，在所述变化事件(30)发生时，由于来自所述各单元(10)的之前的变化事件(30)，所述强度(L)变化一阈值量(T、T’)，所述光电流(I)还被设置为通过用于生成所述光电流(I)的所述装置(20)确定在所述各单元(10)上的亮度(B’)，其特征在于，各单元(10)包括亮度读取电路(300)，其被设置为允许读取表示在各单元(10)的亮度(B)的信号(Vout)，其中所述光电阵列(1)的每个单元(10)被设置为通过所述光电流(I)直接驱动所述亮度读取电路(300)，其中所述光电流直接驱动所述亮度读取电路，而不是首先被复制。2.根据权利要求1所述的光电阵列，其特征在于，各单元(10)被设置为以恒定速率确定所述亮度(B’)并且在被检测的变化事件(30)更新所述亮度(B’)。3.根据权利要求1或2所述的光电阵列，其特征在于，用于生成所述光电流(I)的所述装置(20)由光电二极管或光电晶体管形成。4.根据权利要求1或2所述的光电阵列，其特征在于，用于生成所述光电流(I)的所述装置(20)由单个光电二极管或光电晶体管形成。5.根据权利要求1所述的光电阵列，其特征在于，所述变化检测电路(100)被设置为当且仅当变化事件(30)发生时则生成输出信号，在所述变化事件(30)发生时由于来自所述各单元(10)的所述之前的变化事件，所述强度(L)变化一阈值量(T、T’)，其中当所述强度(L)增加阈值量(T)时，所述输出信号是ON信号，并且当所述强度(L)减少阈值量(T’)时，所述输出信号是OFF信号。6.根据权利要求1所述的光电阵列，其特征在于，其中更具体地，所述各单元(10)的所述光电流(I)或由此导出的数量被用作在所述各单元(10)的亮度(B)的测量值。7.根据权利要求6所述的光电阵列，其特征在于，所述亮度读取电路(300)被连接至晶体管(Mfb)的漏极(D)，其中所述晶体管(Mfb)的源极(S)被连接至用于生成所述光电流(I)的所述装置(20)。8.根据权利要求6所述的光电阵列，其特征在于，所述亮度读取...

【专利技术属性】
技术研发人员：托拜厄斯·德尔布鲁克，拉斐尔·伯纳，
申请(专利权)人：苏黎世大学，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH