CN101394574A - 图像记录装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于记录图像的装置，该装置包括具有多个感光图像单元(30)的图像传感器(28)。可以选择性地寻址图像单元(30)以便读取它们的图像信号值。根据本发明的一个方面，装置还包括多个用于存储识别代码的存储单元(38)，每个图像单元(30)被分配有识别代码。图像单元(30)和存储单元(38)彼此耦合，以便当从图像单元(30)读取图像信号值时，也能读取分配的识别代码。
Description
本申请是2005年4月8日提交的申请号为200580013080.3的发明专利申请《图像记录装置及方法》的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于记录图像的装置，该装置包括图像传感器，该图像传感器具有多个适于被选择性寻址的感光图像单元，以便读取其图像信号值。
本发明还涉及用于该装置的图像传感器，以及使用具有多个感光图像单元的传感器以记录图像的方法，其中，图像单元能够被选择性地寻址以便读取其图像信号值。
背景技术
例如，这种装置和方法可以从WO 01/78411A1可以获知。
该文件公开了用于维护例如自动操作设备危险区域的危险区域的维护装置。该维护装置基于使用摄像机记录危险区域的图像的构思，并且使用图像传感器会更加精确。记录的图像然后经过评估以用于确立未授权目标是否位于该危险区域。如果位于该危险区域，那么维护装置初始化合适的动作。举例而言，维护装置通过将受监控的装置关闭或者将其控制为安全休眠状态而将其带入安全状态。WO 01/78411的维护装置因此实现了目前通常使用光障、光帘、维护围栏等的任务。
这种新颖的维护装置因此实现了安全重要任务。这样必须确保维护装置功能上的可靠，尤其到达将在维护装置的操作中由于操作失误而对人造成的任何危险可靠排除的程度。因此该新颖的维护装置需要具有单故障安全，并且需要至少满足欧洲标准EN954-1的类别3的要求或者与之相称的安全要求。优选的是，甚至需要满足EN954-1类别4的要求或者与之相称的要求。这需要在操作过程中在装置上进行规则功能测试。
为了使得危险区域的安全性可靠持久，上述WO 01/78411A1提出了选择性地使由维护装置记录的目标图像处于动态。这样在目标图像中人工引入的对变化的评估提供了用于被监控的图像传感器的功能可靠性。这就能够早期检测固定故障，例如图像传感器中的单个或者多个图像单元提供与目标图像无关的连续的图像信号值。
然而，选择性改变目标图像需要在图像传感器中影响入射光方向光线路径的元件。这就使得已知的维护装置相当复杂和昂贵。
作为可选方案，WO 03/067900A1提出了一种方法，其中根据对来自图像传感器的图像信号值的统计分析来检测图像传感器的功能可靠性。这涉及评估来自图像传感器的图像信号值的噪声响应。噪声响应的改变能够得出图像传感器操作中可能的故障。
发明内容
本发明的目的在于提供另一方法，该方法如开始所描述地在操作时可靠地检测装置操作中的故障。
如开始所描述的，该目的通过一种装置完成，该装置包括多个用于存储识别代码的存储单元，每个图像单元具有分配的识别代码，并且存储单元和图像单元彼此耦合，以便当从图像单元读取图像信号值时，也能够读取分配的识别密码。在这种情况下，尤其优选的是存储单元集成在图像传感器中，正如本文如下所述。在这种情况下，本发明的目的通过具有多个感光图像单元的图像传感器实现，而感光图像单元如前所述还包括多个存储单元。
本发明的目的还可以通过如本文开始所述的方法获得，该方法包括以下步骤：
a)提供存储单元中的识别代码，存储单元与图像单元耦合，使每个图像单元被分配有识别代码，
b)从至少一个图像单元中读取图像信号值，
c)读取分配给至少一个图像单元的识别代码，
d)检测所读取的识别代码是否与已经读取的分配给至少一个图像单元的识别代码匹配，以及
e)根据步骤d)的结果使用读取的图像信号值。
因此，本发明基于执行附加保护机构的构思，其可以用于确保从图像单元读取的图像信号值实际上来自被寻址的图像单元。这就可以在图像单元级可靠地检测寻址故障以及图像传感器的控制电路的操作中的其他故障。尽管这些故障基本上通过选择性地使目标图像处于动态或者通过外部提供的测试图像也可以被检测，但是本发明具有在监控操作期间允许连续故障检测以及具有低硬件复杂度的优点。因此，与目前已知的故障检测措施相比，本发明价格便宜。并且本发明还可用于目前已知的故障检测措施中，以确保合适保护装置的功能可靠性更加可靠。
因此，上述目的得到完全地实现。
在本发明的优选改进中，提供一种寻址单元，该寻址单元被配置以在读取时共同地寻址彼此分配的存储单元和图像单元。
在该改进中，图像单元和它们的分配存储单元通过寻址单元彼此耦合。寻址单元使得图像单元和分配的存储单元能够在一个工作周期被读取，即几乎同时读取。这实现图像单元和分配的存储单元之间的非常简单和直接的耦合。从而可以非常快和可靠地检测寻址故障。
在本发明的更优选的改进中，存储单元集成在图像传感器中。
在本发明的该改进中，存储单元与感光图像单元位于同一芯片上。首先，该改进允许更紧凑的实施。此外，在该改进中，存储单元和感光单元之间的分配可以在芯片上实施，这就使得分配更加直接和可靠。此外，在该改进中的存储单元可以相对便宜地集成到新颖的保护装置中。
在进一步的改进中，存储单元基本上是图像传感器中的图像单元的形式，所述图像单元包含与光无关的信号值。
该改进对于将存储单元集成到图像传感器是一种尤其简单和便宜的方法。这样，通过使用相同的制造方法和至少与感光图像单元大致相同的方法步骤形成存储单元。由于图像单元和存储单元的不同功能，它们之间容易存在细节上的差异。例如，存储单元与感光图像单元不同，不需要感光(光电)区域，即使出于工艺经济的考虑，可以提供感光区域。另外，与感光图像单元不同，有可能尤其用限定的信号值具体“加载”存储单元，这根据所使用的图像传感器，将导致存储单元和图像单元在电路设计上存在不同。然而，这里优选的改进为，可以与图像传感器中感光图像单元完全相同的方式寻址和读取存储单元。这就使得操作过程中故障的检测尤其简单和可靠。此外，在本发明的该改进中可以容易和可靠地识别其它故障源，如几个图像单元之间的耦合。这些耦合可以理解为使得来自一个或多个图像单元的图像信号值取决于来自其他图像单元的图像信号值。在本发明的该改进中的存储单元如图像单元一样实施的事实意味着，这些故障源也影响存储单元，并且根据已知的识别代码能够可靠识别所述故障源。
在另一个改进中，多行排列图像单元，并且每行分配一识别代码。
在该改进中，不是每个单个图像单元具有其自己的识别代码。而是，图像传感器中每行中的图像单元被分配有一公用的识别代码。这个改进在硬件方面和评估方面简化了实施，因为图像传感器常常以行读取。
在再一个改进中，图像单元以多行排列，并且每行包括多个存储单元。
如果存储单元像图像单元一样实施，该改进尤其具有优点，因为当读取图像单元时，识别代码将同时被自动发送。与此不同的是，另外还有可能只为每行图像传感器提供单个存储单元。然后使用不同的电平，也就是说例如以模拟方式可以编码不同的识别代码。优选改进简化了评估，因为可以数字编码多行，并且通常数字处理来自现代图像传感器的图像信号值。
在另一改进中，图像传感器中的图像单元形成公用图像单元区域，并且存储单元形成公用存储单元区域。优选，存储单元区域与图像单元区域的至少一侧相连。
可选的是，基本上有可能在图像单元区域分布存储单元，即在图像单元之间配置存储单元。然而，图像单元和存储单元之间的物理分离允许更容易和便宜地制造的优选图像传感器。此外，由于该改进，可以获得更高分辨率的“完全”图像。优选的改进甚至更易于制造，尤其如果存储单元如同图像单元一样实施。
在另一改进中，图像单元多列排列，并且每列被分配有识别代码。
此外，如果图像传感器的每行还被分配具有识别代码的存储单元，则该改进尤其有利。在该情况下，可以非常容易并且便宜地将单独的识别代码分配到每个图像单元。另一方面，可以用成列的编码替换成行的编码而具有上述优点。
在另一改进中，具有控制单元，该控制单元连接到存储单元、并且被设计为以循环或者非循环的方式改变，以尤其是取消存储在存储单元中的识别代码。在更优选地实施例中，每次读取图像信号值时，即在每个图像(帧)之后，改变识别代码。
在该改进中，识别代码具有限定的动态行为以允许容易地检测其它故障源，例如固定故障以及图像单元之间的耦合。此外，这是一种非常容易的方式来识别图像传感器是否在提供持续更新的实况图像或者是否一直在读取相同的图像数据，而无需外部帮助。因此故障监控尤其有效。
在另一改进中，将识别代码作为错误检测码存储在存储单元中。在优选示例性实施例中，使用CRC检查和以及/或者使用称为走步码(walkingcode)或者2/5码(2-out-of-5 code)的汉明码来保护识别码。2/5码具有多个位分别从一个码字变化到另一个码字的特性，这意味着当读取相邻识别码时，可以更容易并且以更高级可靠性识别故障。
当然，上述特征以及下面即将说明的内容不仅可以用于各个提出的组合，也可以用于其它组合或者其自身，而不脱离本发明的精神。
附图说明
本发明的示例性实施例在附图中示出并且将在下面的说明书中得到更详细的说明，在附图中：
图1示意示出自动操作设备中用于维护危险区域的本发明装置；
图2简化示出用于图1装置的图像记录单元；
图3简化示出根据本发明另一示例性实施例的图像传感器。
具体实施方式
图1中，新颖性装置的实施例整体上表示为标号10。
这里的装置10用于维护由于自动装置14的自动移动(如箭头所示)导致的危险区域12。一旦人(图中未显示)进入危险区域12，自动装置14必须进入休眠的安全位置。上述是通过使用新颖装置10完成的。出于完整性的考虑，应当指出本发明不仅可用于防护自动装置，并且可以用于防护尤其由于技术设备的自动移动所引起的任何其他危险区域。此外，本发明还可用于任何其他通过使用图像传感器可视化监视3D区域的应用。
装置10包括图像记录单元16和评估和控制单元18。标号20表示光源，该光源由评估和控制单元18启动以便照明自动装置14及其危险区域12。如果自动装置14区域内的基础亮度足以以所需的识别可靠性执行图像评估，则可以免去光源20。
标号22表示两个在危险区域中的参考目标。每个参考目标22具有限定的位置和限定的对比度，这样允许进一步对装置10进行功能检查。例如，可使用参考目标22监视：图像记录单元16位于指定的位置、并且没有被严重损害到不能对危险区域12进行可靠监视。
图像记录单元16由评估和控制单元18启动，其在其他情况还包括其他功能测试。此外，如果合适，评估和控制单元18执行图像评估并且将自动装置14带到休眠的安全位置。作为图1中单独示出的图像记录单元16和评估和控制单元18的可选方案，也可以合并上述图像记录单元16和评估和控制单元18。此外评估和控制单元18也可以集成在自动装置14的操作控制器(这里未显示)上。
如图2所示，图像记录单元16包括用于将危险区域12的图像26映射到图像传感器28上的透镜24。图像传感器28具有多个图像单元30，其通常称为像素。优选，这是使用CMOS技术的图像传感器，但是本发明并不限于此。图像单元尤其在RAM的行、列、块中或其它情况被单独选择性选址，然而，本发明并不限于其图像单元可以单独读取的图像传感器。从而，“选择性选址”特征还包括这样的图像传感器，其中图像单元只能成组地，例如成行或成列的读取。
标号32表示将图像单元30中的模拟图像信号值转换为数字图像信号值的A/D转换器。数字图像信号值然后被提供到微控制器34。除微控制器外，这里还能使用FPGA(现场可编程逻辑阵列)或者其他信号处理电路。根据性能，微控制器34还可执行图像评估部分或者甚至作为评估和控制单元18(图1)。在优选的示例性实施例中，微控制器34被实施为具有双通道冗余(这里未显示)，冗余部分彼此相互监视，以确保该区域中的高级故障保险。
标号36表示寻址单元，该寻址单元用于生成读取各图像单元30所需的地址信号。与图2中所示相比，寻址单元也可在同一芯片上实施为图像传感器28。在本发明的一示例性实施例中，寻址单元36生成两个称作线使能和帧使能的控制信号。这些控制信号用于启动对图像单元30的图像信号值的逐行读取。此外，寻址单元36以本领域公知的方式生成时钟信号(这里未显示)，所述时钟信号同步化对各图像信号值的逐行读取。
标号38表示包括多个存储单元(这里未显示)的存储器。图像单元存储分配给图像传感器28中的各图像单元30的识别代码(这里未显示)。存储器38通过寻址单元36，尤其与图像传感器28并行地被启动。存储器38将分配给图像单元30的识别代码与各图像信号值同步地发送到微控制器34。
图2示出具有识别代码的存储器38与图像传感器28分开实施的一个可能的实施例。然而，与此相比，目前更优选的是，将存储器38集成到图像传感器28中，正如下面参照图3所描述的。想比较而言，图2所示的设计具有无需修改图像传感器28的优点，即当单独设置图像传感器28和存储器38时，有可能使用常规图像传感器28。
然而，不考虑实际的实施，优选的是，存储器38的内容，即识别代码通过微控制器34或者其他合适的控制单元可以改变。在一尤其优选的实施例中，在读取每个新图像后，微控制器34取消分配给各图像单元30的识别代码。这在图2中通过微控制器34和存储器38之间的双箭头表示。在更简化的实施例中，相比较而言，固定指定识别代码并且在图像记录单元16的操作中不能改变识别代码。
在图3中，优选的图像传感器的实施例整体上表示为标号50。图像传感器50具有图像单元区域52，图像单元区域52具有多个感光图像单元30。在一优选实施例中，感光表面区域具有640×480个图像单元的尺寸，其允许以VGA分辨率记录图像26。然而，本发明不限于此，并且可同样用于更大或者更小的图像传感器。原则上，本发明也可应用到公知的行传感器，行传感器的感光表面区域仅包括具有多个图像单元的一行。然而，在更优选的实施例中，图像传感器50是具有阵列状布局的图像单元30的二维图像传感器。
在其左侧和顶部边缘，图像传感器50具有存储器单元区域54，该存储器单元区域54具有多个存储单元，在该示例性实施例中，存储单元区域54由不透明层56覆盖，以便存储单元的内容不依赖于光的入射。与此相比，图像单元区域52以本领域公知的方式是开放的，即，在这种情况下，入射光可以照明图像单元30。为了说明的目的，图3中的层56以部分截断的方式示出以示出位于其下的存储单元。
在图像传感器50下方，图3示出放大形式的单行58。在左侧，行58具有九个存储单元60，存储单元各自的信号值均是固定的。在各存储单元60中的信号值在行58中形成分配到图像单元30的识别代码。以相同的方式，在图像单元区域52上方设置的存储单元在列中形成识别图像单元30的识别代码。然而，在本发明更简化的实施例中，识别行中或者列中的图像单元30已经足够。
在最简化的情况中，识别代码62是表示各行数(或列数)的双代码。然而，在优选实施例中，使用错误检测码，如汉明码、2/5码或者走步码。此外，通过本领域公知的CRC或者类似方式来保护识别码62。
在进一步实施例中，存储单元是“装载”有识别代码的“标准”图像单元。这可以通过提供电流或者电压来实现，例如，在图像单元中感应电荷(优选的是直到饱和，即，在最大照明的基础上)或者尽可能快地放电。在更优选的实施例中，至少一些“标准”图像单元具有第一和第二操作模式。在第一操作模式中，它们作为“标准”图像单元工作。在第二操作模式中，它们作为本发明的存储单元工作。优选，通过施加启动晶体管的适当信号来外部地实现切换，例如，打开或关闭电源或者放电电流。该实施例具有的优点在于，当无需识别代码时(这种是例如无需永久但只是周期性地执行功能测试的情况)，图像传感器的可用图像表面的尺寸可以增加。
Claims (13)
1.一种用于记录图像的装置，包括具有多个感光图像单元(30)的图像传感器(28；50)，所述图像单元(30)适于被选择性地寻址，以便读取它们的图像信号值，其特征在于包括多个存储单元(38；60)，其用于存储识别代码(62)，其中每个所述图像单元(30)被分配有识别代码(62)，并且所述图像单元(30)和所述存储单元(38；60)彼此耦合，从而当从图像单元(30)读取图像信号值时，也可读取分配的识别代码(62)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于包括寻址单元(36)，其被配置为在读取时共同寻址彼此分配的所述存储单元(38；60)和图像单元(30)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述存储单元(60)被集成在所述图像传感器(50)上。
4.如权利要求1-3中一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述存储单元(60)基本上是所述图像传感器(50)的图像单元(30)的形式，所述图像单元(30)包含与光无关的信号值。
5.如权利要求1-4中一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述图像单元(30)被设置为多行(58)，所述每行(58)被分配有识别代码(62)。
6.如权利要求1-5中一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述图像单元(30)被设置为多行(58)，所述每行(58)包括多个存储单元(60)。
7.如权利要求1-6中一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述图像传感器(50)上的图像单元(30)形成公用图像单元区域(52)，并且所述存储单元(60)形成公用存储单元区域(54)，所述公用存储单元区域(54)优选与所述图像单元区域(52)的至少一侧相连。
8.如权利要求1-7中一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述图像单元(30)被配置为多列，所述每列被分配有识别代码。
9.如权利要求1-8中一项权利要求所述的装置，其特征在于包括控制单元(34)，其连接到所述存储单元(38；60)，并且所述控制单元(34)被设计为周期性或者非周期性地改变，从而尤其取消存储在所述存储单元(38；60)中的识别代码(62)。
10.如权利要求1-9中一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述识别代码(62)被作为错误检测码存储在所述存储单元(38；60)中。
11.一种用于记录图像的图像传感器，包括多个适于被选择性寻址以读取其中的图像信号值的感光图像单元(30)，其特征在于包括多个存储单元(60)，其用于存储识别代码(62)，其中每个所述图像单元(30)被分配有识别代码(62)，并且每个所述图像单元(30)和存储单元(60)彼此耦合，从而当从图像单元(30)读取图像信号值时，也可读取所述分配的识别代码(62)。
12.一种利用具有多个感光图像单元(30)的图像传感器记录图像的方法，其中选择性寻址所述图像单元(30)以读取其中的图像信号值，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)在耦合到所述图像单元(30)的存储单元(38；60)中提供识别代码(62)，其中对每个所述图像单元(30)分配识别代码(62)；
b)从至少一个图像单元(30)中读取图像信号值；
c)读取分配到所述至少一个图像单元(30)中的所述识别代码(62)；
d)检测所述读取的识别代码(62)是否与已经读取的分配到所述至少一个图像单元(30)的识别代码相匹配；以及
e)根据步骤d)的结果使用读取的所述图像信号值。
13.一种将根据权利要求1-10中一项权利要求的装置用于图像记录单元(16)的用途，以用于维护危险区域(12)，尤其是维护自动操作设备(14)的危险区域。
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