具有集成压缩感知的读出集成电路制造技术

根据一方面，提供一种具有集成压缩采样(CS)的读出集成电路(ROIC)。所述ROIC包括耦接到包括多个光电探测器的光电探测器阵列的输入，并且配置为通过根据一组压缩采样测量矩阵对多个光电探测器的值进行采样和求和来生成压缩图像数据，并且将作为压缩图像数据的所得编码聚合提供给信号处理器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成压缩感知的读出集成电路

技术介绍
在过去的几十年中，焦平面阵列(FPA)在光电探测器阵列尺寸方面以指数方式增大。光电探测器阵列尺寸的增大导致了对从FPA捕获和传输图像所需的功率、带宽和复杂性日益更多的要求。解决带宽问题的传统方法涉及使用以硬件或软件实现的图像压缩。然而，这些方法在进行用于减小带宽的处理之前需要采集整个图像，因此需要对FPA中的每个光电探测器进行采样。采集之后对视频数据进行压缩的传统做法在面积、功率和架构复杂性方面都有所损失。
技术实现思路
一些方面和实施例涉及用于FPA的具有集成压缩感知(CS)的读出集成电路(ROIC)。如下面更详细地论述的那样，具有集成CS的ROIC通过根据各种CS方法对光电探测器进行采样而大幅减小了用于描述整个图像的样本数。根据一方面，提供一种具有集成压缩采样(CS)的读出集成电路(ROIC)。具有集成CS的ROIC包括耦接到包括多个光电探测器的光电探测器阵列的输入和操作上连接到光电探测器阵列的CS部件。所述CS部件配置为通过基于一组压缩采样测量矩阵(CSMM)生成光电探测器值的多个和(sum)来生成压缩图像数据，并且将所述压缩图像数据输出到例如信号处理器，所述压缩采样测量矩阵包括至少一个编码测量向量。根据一实施例，所述多个光电探测器可通过行地址和列地址独立寻址。根据一实施例，所述至少一个编码测量向量由伪随机数源(其可以是存储器或随机数生成器)生成。根据一实施例，所述多个光电探测器被分割成多个区域，所述多个区域中的每个区域包括至少一组光电探测器。根据一实施例，所述多个区域中的至少一个区域的压缩率为1。根据一实施例，至少一组光电探测器包括光电探测器的至少4×4矩阵，其中所述CS部件还配置为基于至少一个编码测量值向量选择性读取所述至少一组中的光电探测器的子集来并行地计算多个和，将所述多个和聚合成编码聚合，以及将所述编码聚合储存在压缩图像数据中。根据一实施例，CS部件还配置为将所述至少一个测量代码向量储存在压缩图像中。根据一实施例，所述至少一个编码测量代码向量包括十进制0和十进制1中的至少一个。根据一实施例，所述至少一组为第一组和第二组，其中所述压缩图像数据包括分别所述第一组的至少一个编码聚合和所述第二组的至少一个编码聚合。根据一实施例，压缩图像数据包括总共数量的编码聚合，其在数量上总计为如对多个光电探测器中的每个光电探测器进行测量的潜在光电探测器值的一部分(fraction)。根据一方面，提供一种FPA成像系统。该FPA成像系统包括存储器、耦接到所述存储器的至少一个处理器、包括多个光电探测器的光电探测器阵列、耦接到所述至少一个处理器和所述光电探测器阵列的具有集成CS的ROIC、以及图像重建引擎，所述图像重建引擎配置为指示所述至少一个处理器基于压缩图像数据重建至少一幅图像。具有集成CS的ROIC配置为通过基于一组压缩采样测量矩阵(CSMM)生成光电探测器值的多个和来生成压缩图像数据，并且将所述压缩图像数据输出到所述至少一个处理器，所述CSMM包括至少一个编码测量向量。根据一实施例，压缩图像数据包括至少一个编码聚合。根据一实施例，所述至少一个编码聚合表示多个区域中的至少一个区域。根据一实施例，压缩图像数据包括至少一个测量代码向量。根据一实施例，所述至少一个区域为第一区域和第二区域，所述重建引擎还配置为指示所述至少一个处理器基于所述第一区域和所述至少一个测量代码向量来重建第一图像，基于所述第二区域和所述至少一个测量代码向量来重建第二图像，其中所述第一图像和所述第二图像被并行地重建，并且组合所述第一图像和所述第二图像。根据一实施例，所述至少一个处理器是图形处理单元(GPU)和现场可编程门阵列(FPGA)中的至少一种。根据至少一方面，提供一种具有集成压缩采样(CS)的读出集成电路(ROIC)。该ROIC包括：输入，耦接到包括多个光电探测器的光电探测器阵列；掩码生成器和控制部件，配置为生成多个压缩采样测量矩阵(CSMM)，每个CSMM描述对光电探测器阵列的至少一部分进行采样的采样模式；以及计算元件阵列，耦接到所述输入和所述掩码生成器和控制部件。所述计算元件阵列配置为从光电探测器阵列接收多个光电探测器值，从掩码生成器和控制部件接收CSMM，通过根据多个CSMM对光电探测器阵列进行采样来生成压缩图像数据，以及将压缩图像数据提供给至少一个处理器。在一实施例中，计算元件阵列包括多个计算元件，每个计算元件包括耦接到逻辑核的存储器。存储器可包括例如2端口静态随机存取存储器(SRAM)。存储器可存储压缩图像数据，逻辑核可配置为确定压缩图像数据。可理解，ROIC还可包括块映射部件，配置为将多个光电探测器值的至少一部分指引到多个计算元件中的每个计算元件。在一实施例中，掩码生成器和控制部件包括伪随机数生成器和唯一随机数生成器中的至少一种。在一实施例中，掩码生成和控制部件包括存储器，其中掩码生成和控制部件至少部分地通过从存储器读取至少一个储存的CSMM来生成多个CSMM。在一实施例中，多个CSMM每个包括十进制0、十进制1和十进制-1中的至少一个。在一实施例中，光电探测器阵列包括多个部分。在一实施例中，光电探测器阵列的多个部分中的一个或多个部分的压缩率为1。在一实施例中，计算元件阵列还配置为通过根据多个CSMM对光电探测器阵列的多个部分进行选择性采样来并行地计算多个编码聚合，其中压缩图像数据包括多个编码聚合。在一实施例中，ROIC还包括耦接在输入和计算元件阵列之间的模数转换器(ADC)，其配置为对从光电探测器阵列接收到的多个光电探测器值进行数字化。可理解，多个光电探测器可包括多个数字像素，多个光电探测器值可包括多个像素值。根据至少一方面，提供一种焦平面阵列(FPA)成像系统。所述FPA成像系统包括至少一个处理器、包括多个光电探测器的光电探测器阵列、以及耦接在至少一个处理器和光电探测器阵列之间的具有集成压缩采样(CS)的读出集成电路(ROIC)。所述ROIC配置为：生成多个压缩采样测量矩阵(CSMM)，每个CSMM描述对多个光电探测器的至少一部分进行采样的采样模式；通过根据多个CSMM对多个光电探测器进行采样来生成压缩图像数据；以及将压缩图像数据输出到所述至少一个处理器。在一实施例中，光电探测器阵列包括多个数字像素。在一实施例中，ROIC包括掩码生成器和控制部件，其配置为生成多个CSMM。在一实施例中，掩码生成器和控制部件包括伪随机数生成器和唯一随机数生成器中的至少一种。在一实施例中，ROIC包括计算元件阵列，其包括耦接到逻辑核的存储器，配置为生成压缩图像数据。在一实施例中，FPA还包括图像重建引擎，其配置为指示至少一个处理器基于压缩图像数据重建至少一幅图像。下面还详细论述了其他方面、实施例、示例和优点。本文公开的实施例和/或示例可根据本文公开的原理中的至少一个以任何方式与其他实施例和/或示例组合，对“实施例”、“一些实施例”、“替代实施例”、“各种实施例”、“一个实施例”、“示例”、“一些示例”、“替代示例”、“各种示例”、“一个示例”等的提及不一定是互斥的，旨在表明所描述的特定特征、结构、或特性可包括在至少一个实施例和/或示例中。本文中这些术语的出现不一定都指的是同一实施例和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有集成压缩采样(CS)的读出集成电路(ROIC)，包括：输入，耦接到包括多个光电探测器的光电探测器阵列；掩码生成器和控制部件，配置为生成多个压缩采样测量矩阵(CSMM)，每个CSMM描述对所述光电探测器阵列的至少一部分进行采样的采样模式；以及计算元件阵列，耦接到所述输入和所述掩码生成器和控制部件，所述计算元件阵列配置为：从所述光电探测器阵列接收多个光电探测器值；从所述掩码生成器和控制部件接收CSMM；通过根据多个CSMM对光电探测器阵列进行采样来生成压缩图像数据；以及将所述压缩图像数据提供给至少一个处理器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.12 US 62/023,8421.一种具有集成压缩采样(CS)的读出集成电路(ROIC)，包括：输入，耦接到包括多个光电探测器的光电探测器阵列；掩码生成器和控制部件，配置为生成多个压缩采样测量矩阵(CSMM)，每个CSMM描述对所述光电探测器阵列的至少一部分进行采样的采样模式；以及计算元件阵列，耦接到所述输入和所述掩码生成器和控制部件，所述计算元件阵列配置为：从所述光电探测器阵列接收多个光电探测器值；从所述掩码生成器和控制部件接收CSMM；通过根据多个CSMM对光电探测器阵列进行采样来生成压缩图像数据；以及将所述压缩图像数据提供给至少一个处理器。2.如权利要求1所述的ROIC，其中，所述计算元件阵列包括多个计算元件，每个计算元件包括耦接到逻辑核的存储器。3.如权利要求2所述的ROIC，其中，所述存储器包括2端口静态随机存取存储器(SRAM)。4.如权利要求2所述的ROIC，其中，所述存储器储存所述压缩图像数据，所述逻辑核配置为确定所述压缩图像数据。5.如权利要求2所述的ROIC，还包括块映射部件，配置为将所述多个光电探测器值的至少一部分指引到所述多个计算元件中的各个计算元件。6.如权利要求1所述的ROIC，其中，所述掩码生成器和控制部件包括伪随机数生成器和唯一随机数生成器中的至少一种。7.如权利要求1所述的ROIC，其中，所述掩码生成器和控制部件包括存储器，所述掩码生成器和控制部件至少部分地通过从所述存储器读取至少一个储存的CSMM来生成所述多个CSMM。8.如权利要求1所述的ROIC，其中，所述光电探测器阵列包括多个部分。9.如权利要求8所述的ROIC，其中，所述光电探测器阵列的所述多个部分中的一个或多个部分的压缩率为1。10.如权利要求8所述的RO...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·C·吉本斯，M·S·德纳姆，E·J·博维尔，D·U·费拉基格，
申请(专利权)人：雷神公司，
类型：发明
国别省市：美国,US