Фотоприемное устройство

Фотоприемное устройство (ФПУ), выполненное в интегральной схеме, содержащее фоточувствительные элементы (ФЧЭ), элементы, обеспечивающие пропорциональность сигнала ФЧЭ времени экспозиции, элементы запоминания накопленного за время экспозиции сигнала, элементы передачи накопленного сигнала от элементов запоминания на сигнальные шины, координатные шины адресной выборки элементов передачи сигналов, схему управления адресной выборкой, усилители, соединенные входами через ключи адресной выборки с сигнальными шинами, элементы запоминания выходных сигналов усилителей и их коммутации в один или более выходных каналов ФПУ. Техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей ФПУ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации изображений со сжатием избыточной информации.

Известны фотоприемные устройства (ФПУ), выполненные в интегральной схеме, содержащие фоточувствительные элементы (ФЧЭ), элементы, обеспечивающие пропорцианальность сигнала ФЧЭ времени экспозиции, элементы запоминания накопленного за время экспозиции сигнала, элементы передачи накопленного сигнала от элементов запоминания на сигнальные шины, координатные шины адресной выборки элементов передачи сигналов, схему управления адресной выборкой, усилители, соединенные входами через ключи адресной выборки с сигнальными шинами, элементы запоминания выходных сигналов усилителей и их коммутации в один или более выходных каналов ФПУ. (см., например, Proc. Agard Symposium on Impact of CCD and SAW Devices on Signal Processing and Imagery in Advanced Systems, # 230 (Oct. 11-15, 1997), G.I.Michon и др., "Charge Injection Devices (CID) Hadamard Focal Plane Processor for Image Bandwidth Compression").

В этом источнике описываются устройства, содержащие элементы, необходимые для выполнения функций, используемых при сжатии информации в изображениях (см. Р.Гонсалес, Р.Вулс Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005, с.683-690), а именно: элементы запоминания сигнала, элементы передачи сигнала под управлением координатных шин адресной выборки на сигнальные шины с возможностью параллельного суммирования от группы ячеек. Недостатком этих устройств является совмещение элементов запоминания с чувствительными элементами с накоплением заряда. При обработке изображения для сжатия информации необходимо многократное считывание сигналов одного и того же кадра (в различных сочетаниях ячеек). Совмещение приводит к суперпозиции обрабатываемого и накапливаемого кадров, т.е. к потере разрешения по времени.

В устройстве, приведенном в описании ф. Indigo фотоприемной матрицы ISC9705 Standart 320 (см. http://www.indigosystems.com/PDF/9705spec.pdf), чувствительные элементы с накоплением заряда и элементы запоминания накопленного заряда разделены. ФПУ содержит также элементы передачи сигналов под управлением координатных шин адресной выборки на сигнальные шины. Оно является наиболее близким аналогом к заявленному изобретению. Однако в нем на сигнальных шинах не могут суммироваться сигналы от групп ячеек. Отсутствует также функция суммирования и вычитания сигналов от групп сигнальных шин.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей ФПУ.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном фотоприемном устройстве, выполненном в интегральной схеме, содержащем фоточувствительные элементы, элементы, обеспечивающие пропорцианальность сигнала ФЧЭ времени экспозиции, элементы запоминания накопленного за время экспозиции сигнала, элементы передачи накопленного сигнала от элементов запоминания на сигнальные шины, координатные шины адресной выборки элементов передачи сигналов, схему управления адресной выборкой, усилители, соединенные входами через ключи адресной выборки с сигнальными шинами, элементы запоминания выходных сигналов усилителей и их коммутации в один или более выходных каналов ФПУ, предложено:

- элементы передачи накопленных сигналов совместно с сигнальными шинами выполнить в виде сумматоров сигналов на сигнальных шинах от группы элементов запоминания накопленного сигнала, выбранных схемой управления адресной выборкой для считывания,

- схему управления адресной выборкой выполнить таким образом, чтобы выборка сигналов производилась параллельно из группы элементов запоминания накопленных сигналов по заданным координатам,

- усилители выполнить суммирующими по положительному и отрицательному входам сигналов, поступающих параллельно через ключи, управляемые схемой управления адресной выборкой, от группы сигнальных шин с заданными координатами.

Кроме того, предложено элементы запоминания накопленных сигналов и элементы передачи накопленного сигнала на сигнальные шины выполнить в виде зарядовосвязанных МОП-конденсаторов с передачей зарядов, управляемой координатными шинами адресной выборки, а схему управления адресной выборкой выполнить таким образом, чтобы передача заряда производилась через зарядовосвязанные конденсаторы как к сигнальным шинам, так и в обратном направлении.

Дополнительно, элементы передачи накопленных сигналов на сигнальные шины выполнить в виде зарядоуправляемых генераторов тока.

Дополнительные признаки изобретения направлены на дальнейшее улучшение технических характеристик устройства. Применение зарядовосвязанных конденсаторов сокращает площадь кристалла, а использование зарядоуправляемых генераторов тока соответствует стандартной КМОП технологии и следовательно удешевляет изготовление ФПУ.

Указанный выше технический результат достигается совокупностью приведенных выше новых признаков изобретения.

Расширение функциональных возможностей ФПУ позволяет ему передавать на выход информацию об изображении в сжатом виде, реализуя, например, алгоритм сжатия Уолша-Адомара.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих устройство, реализующее заявляемое изобретение:

фиг.1 иллюстрирует известное устройство (прототип);

фиг.2 показывает электрическую схему предлагаемого устройства;

фиг.3 показывает вариант электрической схемы предлогаемого устройства с использованием генераторов тока.

Фотоприемное устройство, выполненное в интегральной схеме, состоит (см. фиг.1, 2 и 3) из фоточувствительных элементов 1, элементов 2, обеспечивающих пропорцианальность сигнала ФЧЭ времени экспозиции, элементов 3 запоминания накопленного за время экспозиции сигнала, элементов 4 передачи накопленных сигналов, выполненных совместно с сигнальными шинами 5 в виде сумматоров сигналов на сигнальных шинах 5 от группы элементов 3 запоминания накопленного сигнала, выбранных для считывания под управлением координатных шин 6 выборки, схемы управления 7 адресной выборкой, выполненной таким образом, чтобы выборка сигналов производилась параллельно из группы элементов 3 запоминания накопленных сигналов по заданным координатам, усилителей 8, выполненных суммирующими по положительному и отрицательному входам сигналов, поступающих параллельно через ключи 9, управляемые схемой управления 7 адресной выборкой, от группы сигнальных шин 5 с заданными координатами, элементов 10 запоминания выходных сигналов усилителей и их коммутации в один или более выходных каналов ФПУ.

Устройство работает следующим образом. После предустановки фоточувствительного элемента 1 и по завершению экспозиции накопленный в фотодиоде заряд при включении элементов передачи накопленных сигналов 2 (транзистор ТХ) и подаче на координатную шину адресной выборки 6 высокого потенциала перетекает в зарядовосвязанный с ним МОП-конденсатор, являющийся элементом запоминания 3. После зарядки затем сигнальной шины 5 высоким потенциалом и последующим снятии его с шины адресной выборки 6 происходит перетекание зарядов из элементов запоминания 3 в зарядовосвязанные с ним элементы передачи заряда 4, которые, будучи связанными с сигнальной шиной 5, меняют ее заряд и, следовательно, потенциал. Изменение потенциала на сигнальной шине является сигналом. В матрице сигнальная шина 5 имеет по сравнению с МОП-конденсаторами ячейки много большую емкость, поэтому на нее могут суммироваться заряды многих ячеек, одновременно подключаемых к ней в соответствии с алгоритмом сжатия информации в изображении. При изменении последовательности подачи высоких потенциалов на шинах 5 и 6 на обратную происходит обратное перетекание заряда с сигальной шины 5 в элемент запоминания 3, т.е. считанная информация восстановливается. Эти операции не затрагивают накопления заряда в ФЧЭ.

В варианте, показанном на фиг.3, заряд, пропорциональный хранимому заряду на элементе 3, передается на сигнальную шину 5 через элемент 4 передачи заряда, выполненный в виде зарядоуправляемого генератора тока. При этой операции информация в ячейке не разрушается, поэтому нет необходимости в обратной передаче зарядов.

В соответствие с алгоритмом сжатия через установленные устройством управления 7 ключи 9 суммированные по ячейкам выбранных строк сигналы выбранных сигнальных шин суммируются или вычитаются по столбцам усилителями 8. Результаты передаются на элементы запоминания выходных сигналов усилителей, а с них через коммутационные элементы - на один или более выходных каналов ФПУ.

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемые варианты его исполнения, предполагает его дальнейшее возможное совершенствование специалистами, и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.

1. Фотоприемное устройство (ФПУ), выполненное в интегральной схеме, содержащее фоточувствительные элементы (ФЧЭ), элементы, обеспечивающие пропорциональность сигнала ФЧЭ времени экспозиции, элементы запоминания накопленного за время экспозиции сигнала, элементы передачи накопленного сигнала от элементов запоминания на сигнальные шины, координатные шины адресной выборки элементов передачи сигналов, схему управления адресной выборкой, усилители, соединенные входами через ключи адресной выборки с сигнальными шинами, элементы запоминания выходных сигналов усилителей и их коммутации в один или более выходных каналов ФПУ, отличающееся тем, что элементы передачи накопленных сигналов совместно с сигнальными шинами выполнены в виде сумматоров сигналов на сигнальных шинах от группы элементов запоминания накопленного сигнала, выбранных схемой управления адресной выборкой для считывания, схема управления адресной выборкой выполнена таким образом, что выборка сигналов производится параллельно из группы элементов запоминания накопленных сигналов по заданным координатам, усилители выполнены суммирующими по положительному и отрицательному входам сигналов, поступающих параллельно через ключи, управляемые схемой управления адресной выборкой, от группы сигнальных шин с заданными координатами.

2. Фотоприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы запоминания накопленных сигналов и элементы передачи накопленного сигнала на сигнальные шины выполнены в виде зарядовосвязанных МОП конденсаторов с передачей зарядов, управляемой координатными шинами адресной выборки, а схема управления адресной выборкой выполнена таким образом, что передача заряда производится через зарядовосвязанные конденсаторы как к сигнальным шинам, так и в обратном направлении.

3. Фотоприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы передачи накопленных сигналов на сигнальные шины выполнены в виде зарядоуправляемых генераторов тока.