用于异步基于时间的图像感测的系统和方法技术方案

图像传感器包含多个像素，每个像素包含光敏元件和光信号转换器，所述光信号转换器适于在第一输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成线性比例的电流信号并且在第二输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成对数的电压信号。每个像素进一步包含：检测器，所述检测器适于在所述检测器的与所述光信号转换器的所述第二输出的所述电压信号成比例的信号超过阈值时生成触发信号；以及光时间转换器，所述光时间转换器适于在时间域中测量并且编码所述光敏元件上的光强度。光时间转换周期可以是由所述光时间转换器响应于接收到所述触发信号而启动的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于异步基于时间的图像感测的系统和方法
本公开总体上涉及图像感测领域。更具体地但非限制性地，本公开涉及用于异步基于时间的图像感测的系统和方法。本文中所公开的图像传感器和技术可以用于各种应用和视觉系统(如安全系统、自主车辆和受益于快速且有效的运动检测的其它系统)中。
技术介绍
现存的图像传感器使用包括半导体电荷耦接装置(CCD)、互补型金属氧化物半导体(CMOS)传感器、N型金属氧化物半导体(NMOS)传感器或其它传感器的多个像素以便捕获场景的数字图像。然而，常规的图像传感器在检测快速运动时很慢，因为每个帧都被捕获为场景的完整图像。此外，此类图像传感器产生大量数据，从而以指数方式增加例如从捕获到的图像中筛选出运动信息所需的后处理量。实际上，许多现有技术不需要由捕获完整图像的图像传感器提供的大量细节。例如，安全系统或其它类似系统可能仅对运动数据感兴趣并且对图像中没有运动的部分不感兴趣。在另一个实例中，自主车辆必须快速且有效地处理捕获到的数据以便做出与人感知时间(通常大约1秒或更短时间)相当的决策。当必须丢弃大量数据(例如，通过后处理)以便获得捕获到的数据的与情形有关的部分时，此种效率受到限制。
技术实现思路
鉴于前述内容，本公开的实施例提供了一种具有多个像素的异步图像传感器。与现存的图像传感器相比，通过异步地操作，所述图像传感器使用较少的功率并且产生较少的多余数据。另外，异步图像传感器的输出限于所关注的像素(例如，可能由于运动而发生改变的像素)，从而消除了对昂贵或效率低下的后处理标识所关注的像素的需要。因此，减少捕获到的图像中的数据冗余是由像素本身而不是通过昂贵的后处理来执行的。此外，本公开的实施例提供了一种基于时间的图像传感器。通过在图像传感器内执行光时间转换，模拟输出需要较少的后处理以转换成数字输出。另外，光时间转换可以在逐像素的基础上执行。这减少了对复杂的读出系统的需要，因为像素的输出准备好立即转换成数字信号而不需要通过辅助电路进行进一步处理(如采样和保持和/或其它处理)。根据本公开的示例性实施例，提供了一种异步基于时间的图像传感器，所述异步基于时间的图像传感器包含多个像素。所述像素可以布置成阵列。每个像素可以包含：光敏元件；光信号转换器，所述光信号转换器连接到所述光敏元件；检测器；以及光时间转换器，所述光时间转换器连接到所述光信号转换器的第一输出。所述光信号转换器可以被配置成在所述第一输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成线性比例的电流信号并且在第二输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成对数的电压信号。所述检测器可以被配置成在所述检测器的与所述光信号转换器的所述第二输出的所述电压信号成比例的信号超过至少一个阈值时自主地且独立于其它像素的检测器生成触发信号。在一些实施例中，所述检测器的所述信号是电压信号或电流信号。在仍另外的实施例中，所述检测器被配置成响应于检测到所述光信号转换器的所述第二输出的预定义条件而生成触发信号。在一些实施例中，所述光时间转换器可以被配置成在时间域中测量并且编码所述光敏元件上的光强度。在一些实施例中，光时间转换周期是由所述光时间转换器响应于从所述检测器接收到所述触发信号而启动的。在一些实施例中，所述光时间转换器可以被配置成将所述光时间转换周期的启动传送到所述多个像素外部的读出系统。另外地或可替代地，所述光时间转换器被配置成将所述光时间转换周期的完成传送到所述读出系统。在光光转换器与读出系统通信的任何实施例中，所述读出系统可以被配置成将每个像素的地址信息与从相应像素的所述光时间转换器接收到的光时间转换周期启动和完成信息组合。在此类实施例中，所述像素地址信息和所述光时间转换周期启动和完成信息可以通过所述多个像素外部的数字处理系统进行同步并且加时间戳。在以上所列的实施例中的任何实施例中，所述光时间转换器可以包括至少一个电容器，所述至少一个电容器被配置成在所述光时间转换周期期间通过所述光信号转换器的所述第一输出的所述电流信号来充电，并且所述光时间转换周期可以是由所述光时间转换器响应于用比较器检测到所述电容器两端的电压已经达到参考电压而完成的。在此类实施例中，所述参考电压可以在多个参考电压水平之间变化。例如，所述光时间转换器可以被配置成每次所述电容器两端的所述电压达到所述参考电压时，将所述参考电压减小到不同的参考电压水平。在以上所列的实施例中的任何实施例中，所述光时间转换器可以被配置成通过断开与电容器并联的开关而启动所述光时间转换周期。在此类实施例中，所述光时间转换器还可以被配置成在断开所述开关以启动所述光时间转换周期之前闭合所述开关以使所述电容器放电。在以上所列的实施例中的任何实施例中，所述光时间转换器可以被配置成响应于从所述检测器接收到所述触发信号而向所述检测器发送复位信号。另外地或可替代地，当在当前的光时间转换周期完成之前接收到另一个触发信号时，所述光时间转换器可以被进一步配置成复位并且启动新的光时间转换周期。在以上所列的实施例中的任何实施例中，到所述光信号转换器的第一电源电压可以不同于到所述光时间转换器的第二电源电压。在以上所列的实施例中的任何实施例中，所述光信号转换器可以是增益增强型光信号转换器。根据本公开的另一个示例性实施例，提供了一种异步基于时间的图像传感器，所述异步基于时间的图像传感器包含多个像素。每个像素可以包含：光敏元件；光信号转换器，所述光信号转换器连接到所述光敏元件；检测器；电容器和开关，所述电容器和所述开关并联连接到所述光信号转换器的第一输出；比较器，所述比较器连接到所述第一输出；以及逻辑电路，所述逻辑电路连接到所述比较器和所述检测器。所述光信号转换器可以被配置成在所述第一输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成线性比例的电流信号并且在第二输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成对数的电压信号。所述检测器可以被配置成在所述检测器的与所述光信号转换器的所述第二输出的所述电压信号成比例的信号超过阈值时自主地且独立于其它像素的检测器生成触发信号。在一些实施例中，所述检测器的所述信号是电压信号或电流信号。在仍另外的实施例中，所述检测器被配置成响应于检测到所述光信号转换器的所述第二输出的预定义条件而生成触发信号。在一些实施例中，所述逻辑电路可以被配置成响应于从所述检测器接收到所述触发信号而通过断开所述开关来启动光时间转换周期并且响应于所述比较器检测到所述电容器两端的电压达到参考电压而完成所述光时间转换周期。另外，所述逻辑电路可以被配置成将所述光时间转换周期的启动和完成传送到所述图像传感器外部的读出系统。在以上实施例的情况下，所述电容器可以在所述光时间转换周期期间通过所述光信号转换器的所述第一输出的所述电流信号来充电。在一些实施例中，所述读出系统可以配置成将每个像素的地址信息与从相应像素的所述逻辑电路接收到的光时间转换周期启动和完成信息组合。在此类实施例中，所述像素地址信息和所述光时间转换周期启动和完成信息可以通过所述多个像素外部的数字处理系统进行同步并且加时间戳。...

【技术保护点】
1.一种异步基于时间的图像传感器，其包含多个像素，每个像素包括：/n光敏元件；/n光信号转换器，所述光信号转换器连接到所述光敏元件并且适于在第一输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成线性比例的电流信号并且在第二输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成对数的电压信号；/n检测器，所述检测器适于在所述检测器的与所述光信号转换器的所述第二输出的所述电压信号成比例的信号超过阈值时自主地且独立于其它像素的检测器生成触发信号；以及/n光时间转换器，所述光时间转换器连接到所述光信号转换器的所述第一输出并且适于在时域中测量并且编码所述光敏元件上的光强度，其中光时间转换周期是由所述光时间转换器响应于从所述检测器接收到所述触发信号而启动的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180430 EP 18170201.01.一种异步基于时间的图像传感器，其包含多个像素，每个像素包括：
光敏元件；
光信号转换器，所述光信号转换器连接到所述光敏元件并且适于在第一输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成线性比例的电流信号并且在第二输出上提供与照射在所述光敏元件上的光的强度成对数的电压信号；
检测器，所述检测器适于在所述检测器的与所述光信号转换器的所述第二输出的所述电压信号成比例的信号超过阈值时自主地且独立于其它像素的检测器生成触发信号；以及
光时间转换器，所述光时间转换器连接到所述光信号转换器的所述第一输出并且适于在时域中测量并且编码所述光敏元件上的光强度，其中光时间转换周期是由所述光时间转换器响应于从所述检测器接收到所述触发信号而启动的。


2.根据权利要求1所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述光时间转换器适于将所述光时间转换周期的启动和/或所述光时间转换周期的完成传送到所述多个像素外部的读出系统。


3.根据权利要求2所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述光时间转换器包括至少一个电容器，所述至少一个电容器适于在所述光时间转换周期期间通过所述光信号转换器的所述第一输出的所述电流信号来充电，并且进一步地其中所述光时间转换周期是由所述光时间转换器响应于用比较器检测到所述电容器两端的电压已经达到参考电压而完成的。


4.根据权利要求3所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述读出系统适于将每个像素的地址信息与从相应像素的所述光时间转换器接收到的光时间转换周期启动和完成信息组合，优选地其中所述像素地址信息和所述光时间转换周期启动和完成信息通过所述多个像素外部的数字处理系统进行同步并且加时间戳。


5.根据前述权利要求中任一项所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述参考电压能够在多个参考电压水平之间变化，任选地其中每次所述电容器两端的所述电压达到所述参考电压时，所述参考电压减小到不同的参考电压水平。


6.根据前述权利要求中任一项所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述光时间转换器适于通过断开与电容器并联的开关来启动所述光时间转换周期和/或在断开所述开关以启动所述光时间转换周期之前闭合所述开关以使所述电容器放电。


7.根据前述权利要求中任一项所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述光时间转换器适于响应于从所述检测器接收到所述触发信号而向所述检测器发送复位信号。


8.根据前述权利要求中任一项所述的异步基于时间的图像传感器，其中当在当前的光时间转换周期完成之前接收到另一个触发信号时，所述光时间转换器适于复位并且启动新的光时间转换周期。


9.根据前述权利要求中任一项所述的异步基于时间的图像传感器，其中到所述光信号转换器的第一电源电压不同于到所述光时间转换器的第二电源电压。


10.根据前述权利要求中任一项所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述光信号转换器是增益增强型光信号转换器。


11.根据权利要求1所述的异步基于时间的图像传感器，其中所述光时间转换器包括：
电容器和开关，所述电容器和所述开关并联连接到所述光信号转换器的所述第一输出；
比较器，所述比较器连接到所述第一输出；以及
连接到所述比较器和所述检测器的逻辑电路，所述逻辑电路适于响应于从所述检测器接收到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·费纳特，D·马托林，C·普斯奇，
申请(专利权)人：普罗菲斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR