图像传感器、成像单元和生成灰阶图像的方法技术

一种图像传感器包括时间分辨传感器和处理器。所述时间分辨传感器响应于探测到从物体反射的一个或多个光子而输出一对第一信号与第二信号。第一信号的振幅对所述第一信号的所述振幅和第二信号的振幅的和的第一比率与所探测到的所述一个或多个光子的飞行时间成比例。第二信号的振幅对第一信号的振幅和所述第二信号的所述振幅的和的第二比率与所探测到的所述一个或多个光子的所述飞行时间成比例。所述处理器基于所述一对第一信号与第二信号来确定反射光脉冲的物体的表面反射率且可生成灰阶图像。也提供一种成像单元和一种生成灰阶图像的方法。

Image sensor, imaging unit and method of generating gray scale image

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、成像单元和生成灰阶图像的方法[相关申请的交叉参考]本申请主张在2018年7月24日提出申请的美国临时申请第62/702,891号的优先权利，所述美国临时申请的公开内容全文并入本文中供参考。
本文所公开主题总体来说涉及图像传感器。更具体来说，本文所公开主题涉及一种也可从累加光子探测事件中生成灰阶图像的飞行时间(Time-of-Fight，TOF)图像感测器。
技术介绍
三维(Three-dimensional，3D)成像系统越来越多地用于各种各样的应用，例如工业生产、视频游戏、计算机图形、机器人外科手术、消费型显示器、监控视频、3D建模、房地产销售等。现有的3D成像技术可例如包括基于飞行时间(TOF)的范围成像、立体视觉系统和结构光(structuredlight，SL)方法。在TOF方法中，基于已知的光速来分辨到3D物体的距离—通过针对图像的每一点测量光信号在照相机与3D物体之间行进所花费的往返时间。TOF照相机可使用无扫描方法来以每一个激光脉冲或光脉冲俘获整个场景。TOF方法的一些示例性应用可包括先进汽车应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：/n时间分辨传感器，包括至少一个像素，所述时间分辨传感器响应于通过所述至少一个像素探测到与朝物体投射的光脉冲对应的一个或多个光子而输出一对的第一信号与第二信号，所述一个或多个光子是从所述物体反射，所述一对中的所述第一信号的振幅对所述一对中的所述第一信号的所述振幅和所述一对中的所述第二信号的振幅的和的第一比率与所探测到的所述一个或多个光子的飞行时间成比例，且所述一对中的所述第二信号的所述振幅对所述一对中的所述第一信号的所述振幅和所述一对中的所述第二信号的所述振幅的所述和的第二比率与所探测到的所述一个或多个光子的所述飞行时间成比例；以及/n处理器，基于所述一对的第一信号与...

【技术特征摘要】
20180724 US 62/702,891;20180924 US 16/140,5291.一种图像传感器，包括：
时间分辨传感器，包括至少一个像素，所述时间分辨传感器响应于通过所述至少一个像素探测到与朝物体投射的光脉冲对应的一个或多个光子而输出一对的第一信号与第二信号，所述一个或多个光子是从所述物体反射，所述一对中的所述第一信号的振幅对所述一对中的所述第一信号的所述振幅和所述一对中的所述第二信号的振幅的和的第一比率与所探测到的所述一个或多个光子的飞行时间成比例，且所述一对中的所述第二信号的所述振幅对所述一对中的所述第一信号的所述振幅和所述一对中的所述第二信号的所述振幅的所述和的第二比率与所探测到的所述一个或多个光子的所述飞行时间成比例；以及
处理器，基于所述一对的第一信号与第二信号来确定反射所述光脉冲的所述物体的表面反射率。


2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述处理器还基于所述一对的第一信号与第二信号来确定到所述物体的距离。


3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述时间分辨传感器响应于对于朝所述物体投射的多个光脉冲而言在所述至少一个像素处探测到一个或多个光子而输出多对的第一信号与第二信号，所述一个或多个光子是从所述物体反射，所述多对的第一信号与第二信号中每一对的第一信号与第二信号与相应光脉冲对应，且
其中所述处理器基于多对的第一信号与第二信号来确定反射所述多个光脉冲的所述物体的表面反射率。


4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述时间分辨传感器响应于在多个像素中的每一个像素处探测到与朝物体投射的相应光脉冲对应的一个或多个光子而输出所述多对的第一信号与第二信号中每一对的第一信号与第二信号，所述一个或多个光子是从所述物体反射，且
其中所述处理器还基于所述多对的第一信号与第二信号来生成所述物体的灰阶图像。


5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述处理器生成通过所述多个像素中的预定像素探测到的光子的抵达时间的至少一个直方图以生成所述灰阶图像。


6.根据权利要求书3所述的图像传感器，其中所述时间分辨传感器还包括多个像素，所述多个像素中的至少一个像素包括：
至少一个单光子雪崩二极管，所述至少一个单光子雪崩二极管中的每一个单光子雪崩二极管响应于现用光闸信号而基于探测到入射在所述每一个单光子雪崩二极管上且从所述物体反射的一个或多个光子来生成输出信号；
逻辑电路，耦合到所述至少一个单光子雪崩二极管的所述输出信号，所述逻辑电路用于生成第一使能信号和第二使能信号，所述第一使能信号响应于所述现用光闸信号的开始而为现用且响应于所述至少一个单光子雪崩二极管的所述输出信号而为非现用，且所述第二使能信号响应于所述至少一个单光子雪崩二极管的所述输出信号而为在现用中且响应于所述现用光闸信号的结束而为非现用；以及
差分时间到电荷转换器电路，耦合到所述第一使能信号和所述第二使能信号，所述差分时间到电荷转换器电路包括：
电容装置，具有第一端子和第二端子，所述第二端子耦合到地电压；
第一开关装置，具有第一端子、第二端子和第三端子，所述第一开关装置的所述第一端子耦合到所述电容装置的所述第一端子，所述第一开关装置的所述第二端子耦合到第一浮动扩散节点，所述第一开关装置的所述第三端子耦合到所述第一使能信号，且所述第一开关装置响应于所述第一使能信号而将所述电容装置上的第一电荷转移到所述第一浮动扩散节点；
第二开关装置，具有第一端子、第二端子和第三端子，所述第二开关装置的所述第一端子耦合到所述电容装置的所述第一端子，所述第二开关装置的所述第二端子耦合到第二浮动扩散节点，所述第二开关装置的所述第三端子耦合到所述第二使能信号，且所述第二开关装置响应于所述第二使能信号而将所述电容装置上的剩余电荷转移到所述第二浮动扩散节点；以及
输出电路，用于输出所述一对的第一信号与第二信号，所述第一信号包括第一电压且所述第二信号包括第二电压，所述第一电压是基于所述第一浮动扩散节点上的所述第一电荷，所述第二电压是基于所述第二浮动扩散节点上的所述剩余电荷。


7.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括基于斜坡函数改变的驱动信号，所述驱动信号响应于从中探测到所述一个或多个光子的光脉冲的开始时间而开始改变直到所述现用光闸信号结束，如果所述第一使能信号为现用，则所述驱动信号连接到所述第一开关装置的所述第三端子，且如果所述第二使能信号为现用，则所述驱动信号连接到所述第二开关装置的所述第三端子。


8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述第一电压对所述第一电压和所述第二电压的和的第一比率还与所述一个或多个光子的所述飞行时间减去延迟时间成比例，且所述第二电压对所述第一电压和所述第二电压的所述和的第二比率还与所述一个或多个光子的所述飞行时间减去所述延迟时间成比例，所述延迟时间包括所述光脉冲的传输时间的开始到所述驱动信号开始改变的时间之间的时间。


9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述电容装置包括电容器或钉扎二极管。


10.一种成像单元，包括：
光源，以朝物体的表面投射的一系列光脉冲照射所述物体；
时间分辨传感器，包括至少一个像素，所述时间分辨传感器与所述光源同步且响应于在所述至少一个像素处探测到与光脉冲对应的一个或多个光子而输出一对的第一信号与第二信号，所述一个或多个光子是从所述物体的所述表面反射，所述一对中的所述第一信号的振幅对所述一对中的所述第一信号的所述振幅和所述一对中的所述第二信号的振幅的和的第一比率与所探测到的所述一个或多个光子的飞行时间成比例，且所述一对中的所述第二信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：一兵·米歇尔·王，石立龙，伊利亚·奥夫相尼科夫，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR