(例如，32個(gè)光子)的像素使曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器遞增。一旦在過程框436中使曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器T遞增，處理便接著循環(huán)回到過程框426，其中將像素進(jìn)一步曝光于入射光達(dá)額外曝光時(shí)間。在所圖解說明的實(shí)例中，每一額外曝光將針對(duì)所述像素逝去的總曝光時(shí)間增加到2倍。
[0038]在每一曝光時(shí)間期間對(duì)光子的計(jì)數(shù)繼續(xù)如上文所描述而循環(huán)直到在決策框434中確定曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器已達(dá)到閾值曝光時(shí)間計(jì)數(shù)(例如，T = 11)為止。一旦已達(dá)到子幀閾值曝光時(shí)間計(jì)數(shù)(例如，T = 11)，過程框438便展示針對(duì)尚未達(dá)到子幀閾值光子計(jì)數(shù)(例如，32個(gè)光子)的每一像素保存閾值曝光時(shí)間計(jì)數(shù)T(例如，T= 11)。過程框440展示針對(duì)每一像素組合相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)T與光子計(jì)數(shù)。類似于圖2中所描述的實(shí)例，根據(jù)本發(fā)明的教示，組合相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)T (1...η) 252與相應(yīng)光子計(jì)數(shù)(1...η) 254以形成子幀的每一像素的像素子幀值(1...η) 256。
[0039]決策框442展示確定幀中是否存在任何更多待處理的子幀。如果否，那么過程框444展示使子幀值遞增且接著處理循環(huán)回到過程框426。然而，如果已處理所有子幀，那么過程框446展示接著對(duì)幀的所有像素子幀值求平均以確定像素陣列的平均像素幀值。在一個(gè)實(shí)例中，可將所有子幀一起求和以獲得像素陣列的經(jīng)求和像素幀值。
[0040]可如下圖解說明執(zhí)行流程圖422的處理步驟的實(shí)例。假定最初將像素曝光于入射光達(dá)I μ S(即，I μ SX2(h))的單位時(shí)間，則如果某一像素計(jì)數(shù)器在此曝光時(shí)間期間計(jì)數(shù)到32個(gè)光子的閾值光子計(jì)數(shù)，那么停止所述像素中的計(jì)數(shù)且針對(duì)所述像素保存T = I (4位二進(jìn)制0001)的曝光時(shí)間計(jì)數(shù)。其它像素中的計(jì)數(shù)將繼續(xù)。
[0041]假定曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器花費(fèi)2 μ s (即，I μ sX 2(H))遞增到T = 2，則如果像素計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到32個(gè)光子的閾值光子計(jì)數(shù)，那么停止所述像素中的計(jì)數(shù)且針對(duì)所述像素保存T =2(4位二進(jìn)制0010)的曝光時(shí)間計(jì)數(shù)。其它像素中的計(jì)數(shù)將繼續(xù)。
[0042]假定曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器花費(fèi)4μ s(即，I μ s X 2^)遞增到T = 3，則如果像素計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到32個(gè)光子的閾值光子計(jì)數(shù)，那么停止所述像素中的計(jì)數(shù)且針對(duì)所述像素保存T =3(4位二進(jìn)制0011)的曝光時(shí)間計(jì)數(shù)。其它像素中的計(jì)數(shù)將繼續(xù)。
[0043]繼續(xù)所述實(shí)例，假定曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器花費(fèi)512 μ s (即，I μ以2_))遞增到T =10，則如果像素計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到32個(gè)光子的閾值光子計(jì)數(shù)，那么停止所述像素中的計(jì)數(shù)且針對(duì)所述像素保存T = 10(4位二進(jìn)制1010)的曝光時(shí)間計(jì)數(shù)。其它像素中的計(jì)數(shù)將繼續(xù)。
[0044]當(dāng)Ims (即，I μ SXZ(1H))已逝去時(shí)，停止計(jì)數(shù)且針對(duì)所述像素保存T = 11 (4位二進(jìn)制1011)的曝光時(shí)間計(jì)數(shù)。
[0045]最終，針對(duì)每一像素組合相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)T與光子計(jì)數(shù)。在一個(gè)實(shí)例中，組合相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)T與光子計(jì)數(shù)以形成像素陣列的每一像素的對(duì)應(yīng)像素子幀值。根據(jù)本發(fā)明的教示，在已處理幀的所有16個(gè)子幀之后，對(duì)所有16個(gè)像素子幀值求平均以確定幀的平均像素幀值。如先前所提及，根據(jù)本發(fā)明的教示，平均或經(jīng)求和像素幀值將減少重像。
[0046]包含發(fā)明摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說明實(shí)例的以上描述并非打算為窮盡性或限制于所揭示的精確形式。盡管出于說明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實(shí)施例及實(shí)例，但可在不背離本發(fā)明的較寬廣精神及范圍的情況下做出各種等效修改。
[0047]可根據(jù)以上詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明的實(shí)例做出這些修改。所附權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于說明書及權(quán)利要求書中所揭示的特定實(shí)施例。相反，范圍將完全由所附權(quán)利要求書來確定，所述權(quán)利要求書將根據(jù)所創(chuàng)建的權(quán)利要求解釋原則來加以理解。因此，應(yīng)將本說明書及圖視為說明性而非限制性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種成像系統(tǒng)，其包括: 像素陣列，其包含多個(gè)像素，其中所述像素中的每一者包含經(jīng)耦合以響應(yīng)于入射光而檢測光子的單光子雪崩二極管SPAD ； 光子計(jì)數(shù)器，其包含于讀出電路中，耦合到每一像素以對(duì)由每一像素檢測到的光子的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，其中所述光子計(jì)數(shù)器經(jīng)耦合以在針對(duì)每一像素達(dá)到閾值光子計(jì)數(shù)時(shí)停止對(duì)每一像素中的光子進(jìn)行計(jì)數(shù)； 控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作，所述控制電路包含經(jīng)耦合以對(duì)在每一像素檢測到所述閾值光子計(jì)數(shù)之前逝去的曝光時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器，其中針對(duì)所述像素陣列的每一像素組合相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)與光子計(jì)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括耦合到所述讀出電路以存儲(chǔ)從所述多個(gè)像素讀出的圖像數(shù)據(jù)的功能邏輯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中每一像素進(jìn)一步包含耦合到每一SPAD的猝滅元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，所述像素陣列中的所述多個(gè)像素被布置成多個(gè)行及多個(gè)列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述像素陣列包含于第一芯片中，且其中所述讀出電路包含于第二芯片中，其中所述第一及第二芯片堆疊在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中針對(duì)所述像素陣列的每一像素組合所述相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)與光子計(jì)數(shù)以確定所述像素陣列的每一像素的像素幀值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中針對(duì)所述像素陣列的每一像素組合所述相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)與光子計(jì)數(shù)以確定所述像素陣列的每一像素的像素子幀值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像系統(tǒng)，其中平均像素幀值為所述像素陣列的每一像素的幀的所有像素子幀值的平均值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中每次使所述曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器遞增時(shí)，逝去的所述曝光時(shí)間就增加2倍。
10.一種操作像素陣列的方法，其包括: 將像素陣列的像素曝光于入射光； 對(duì)由每一像素檢測到的光子進(jìn)行計(jì)數(shù)； 停止對(duì)達(dá)到閾值光子計(jì)數(shù)的像素中的光子的計(jì)數(shù)； 保存已達(dá)到所述閾值光子計(jì)數(shù)的像素的逝去曝光時(shí)間計(jì)數(shù)； 保存在曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器已達(dá)到閾值曝光時(shí)間計(jì)數(shù)之后尚未達(dá)到所述閾值光子計(jì)數(shù)的像素的所述閾值曝光時(shí)間計(jì)數(shù)；以及 針對(duì)所述像素陣列的每一像素組合相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)與光子計(jì)數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括在尚未達(dá)到所述閾值光子計(jì)數(shù)的像素的每一曝光之后使所述曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器遞增直到所述曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器達(dá)到所述閾值曝光時(shí)間計(jì)數(shù)為止。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中每次使所述逝去曝光時(shí)間計(jì)數(shù)遞增時(shí)，逝去的曝光時(shí)間就增加2倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括在對(duì)所述光子進(jìn)行計(jì)數(shù)之前初始化光子計(jì)數(shù)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括在對(duì)所述光子進(jìn)行計(jì)數(shù)之前初始化曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中針對(duì)所述像素陣列的每一像素組合所述相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)與光子計(jì)數(shù)以確定所述像素陣列的每一像素的像素幀值。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括在對(duì)所述光子進(jìn)行計(jì)數(shù)之前初始化子幀計(jì)數(shù)器。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中針對(duì)所述像素陣列的每一像素組合所述相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)與光子計(jì)數(shù)以確定所述像素陣列的每一像素的像素子幀值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括對(duì)所述像素陣列的每一像素的幀的所有像素子幀值求平均以確定所述像素陣列的每一像素的平均像素幀值。
【專利摘要】本申請案揭示一種具有光子計(jì)數(shù)器的低功率成像系統(tǒng)及一種操作像素陣列的方法。一種成像系統(tǒng)包含像素陣列，所述像素陣列包含多個(gè)像素。所述像素中的每一者包含經(jīng)耦合以響應(yīng)于入射光而檢測光子的單光子雪崩二極管SPAD。讀出電路中所包含的光子計(jì)數(shù)器耦合到每一像素以對(duì)由每一像素檢測到的光子的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述光子計(jì)數(shù)器經(jīng)耦合以在針對(duì)每一像素達(dá)到閾值光子計(jì)數(shù)時(shí)停止對(duì)每一像素中的光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。控制電路耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作。所述控制電路包含經(jīng)耦合以對(duì)在每一像素檢測到所述閾值光子計(jì)數(shù)之前逝去的曝光時(shí)間的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)的曝光時(shí)間計(jì)數(shù)器。針對(duì)所述像素陣列的每一像素組合相應(yīng)曝光時(shí)間計(jì)數(shù)與光子計(jì)數(shù)。
【IPC分類】G01J1-00, H04N5-30
【公開號(hào)】CN104702861
【申請?zhí)枴緾N201410311079
【發(fā)明人】代鐵軍, 王睿
【申請人】全視科技有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年7月1日
【公告號(hào)】US20150163429