CN101938598B - 图像拾取装置、图像拾取系统及其控制方法 - Google Patents

图像拾取装置、图像拾取系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及图像拾取装置、图像拾取系统及其控制方法。一种图像拾取装置包括：检测单元，其中，像素矩阵将放射线或光转换成模拟电信号；读取电路，被配置为通过逐行地读取所述模拟电信号执行信号处理操作；A/D转换器，被配置为将从读取电路输出的像素信号转换成像素数据；校正处理单元，被配置为校正所述像素数据。控制单元执行控制处理，使得所述读取电路在执行预定行的信号处理操作的时段中向A/D转换器输出复位信号，所述A/D转换器在所述时段中将所述复位信号转换成多条复位数据，并且，所述校正处理单元对从A/D转换器输出的所述多条复位数据取平均值，并且对于取平均值的复位数据与从A/D转换器输出的像素数据执行减法处理。

Description

图像拾取装置、图像拾取系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及适用于医学诊断或工业无损检查(nondestructiveinspection)的图像拾取装置、放射线成像装置和图像拾取系统，更具体地，涉及能够使用低噪声读取电路读取从平面检测器输出的信号作为数字数据的图像拾取装置、放射线成像装置和图像拾取系统。
背景技术
近年来，作为用于使用X射线的医学图像诊断或无损检查的图像拾取装置，使用由半导体材料制成的平面检测器(以下，称为平板检测器(FPD))的放射线成像装置在实际中被使用。使用FPD的放射线成像装置可通过用FPD将穿过诸如患者之类的测试对象的诸如X射线之类的放射线转换成模拟电信号，并将该模拟电信号转换成数字图像信号，执行数字照相。FPD可被用作用于静态图像捕获(一般的图像捕获)和运动图像捕获(荧光透视法)的数字图像拾取装置。
美国专利No.6538591和日本专利公开No.2000-188724公开了用于如上所述的图像拾取装置中的信号输出电路(读取电路)。美国专利No.6538591公开了一种信号传送装置，该信号传送装置用于使用读取开关顺序地读取来自多个运算放大器的并行信号作为串行信号，并且用模拟-数字(A/D)转换电路(ADC)单元将经由输出缓冲放大器传输的串行信号转换成数字数据。日本专利公开No.2000-188724公开了通过在美国专利No.6538591中公开的信号传送装置中的输出缓冲放大器之前的级处设置可编程增益放大器(PGA)而获得的电路。在美国专利No.6538591中公开的信号传送装置和在日本专利公开No.2000-188724中公开的电路具有优异的信噪比(S/N)特性和高的读取速度，并且适于像素数量的增大。
要求在美国专利No.6538591和日本专利公开No.2000-188724中公开的信号输出电路实现芯片尺寸的进一步减小和更高的集成度。因此，需要用于信号输出电路中的元件的尺寸的进一步减小。但是，当在信号输出电路中使用小的元件时，发生1/f(闪烁)噪声。可通过增大元件尺寸减小1/f噪声。但是，反过来也成立。即，当使用小的元件时，不能减小1/f噪声。在这种情况下，由设置在读取开关的之后的级处的输出缓冲放大器、PGA或ADC单元导致的1/f噪声在图像上产生低频伪像(artifact)。特别地，由于放射线成像装置需要宽的动态范围，因此必须在这些放射线成像装置中使用低噪声读取电路。
发明内容
本发明提供图像拾取装置和图像拾取系统，即使在信号输出电路中使用小的元件，所述图像拾取装置和图像拾取系统也能够减少在获取的图像上由1/f噪声导致的伪像。
根据本发明的实施例的图像拾取装置包括：检测单元，具有用于将放射线或光转换成模拟电信号的像素矩阵；读取电路，被配置为执行信号处理操作，所述信号处理操作用于逐行地读取从像素矩阵输出的模拟电信号；模拟-数字(A/D)转换器，被配置为将从读取电路传输的像素信号转换成作为数字数据的像素数据；校正处理单元，被配置为对于像素数据执行校正处理；和控制单元，被配置为控制所述读取电路、所述A/D转换器和所述校正处理单元。所述读取电路包含复位单元，所述复位单元被配置为向A/D转换器输出复位信号。所述控制单元控制所述读取电路、所述A/D转换器和所述校正处理单元，使得所述读取电路在执行预定行的信号处理操作的时段中向A/D转换器输出多个复位信号，所述A/D转换器在所述时段中将所述多个复位信号转换成作为数字数据的多条复位数据，并且，所述校正处理单元对从A/D转换器输出的所述多条复位数据取平均值，并且对于取平均值的复位数据与从A/D转换器输出的像素数据执行减法处理。
根据本发明的实施例的图像拾取系统包括：图像拾取装置；和显示单元，能够利用由所述图像拾取装置获取的图像数据显示图像。
提供一种图像拾取装置的控制方法，该图像拾取装置包括：检测单元，其中，像素矩阵将放射线或光转换成模拟电信号；读取电路，被配置为执行信号处理操作，所述信号处理操作用于逐行地读取从像素矩阵输出的模拟电信号；A/D转换器，被配置为将从读取电路传输的像素信号转换成作为数字数据的像素数据；和校正处理单元，被配置为对于像素数据执行校正处理，该控制方法包括以下的步骤：控制所述读取电路，以在执行预定行的信号处理操作的时段中，输出从包含于读取电路中的复位单元输出的多个复位信号，并且向A/D转换器输出所述像素信号；控制所述A/D转换器，以在所述时段中将从读取电路输出的像素信号转换成作为数字数据的像素数据，并且将从读取电路输出的所述多个复位信号转换成作为数字数据的多条复位数据；以及控制所述校正处理单元，以将在所述时段中对从A/D转换器输出的所述多条复位数据取平均值，并且对于从A/D转换器输出的像素数据与取平均值的复位数据执行减法处理。
根据本发明的实施例，能够提供图像拾取装置和图像拾取系统，即使使用小的元件，所述图像拾取装置和图像拾取系统也能够减少在获取的图像上由1/f噪声导致的伪像。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征对于本领域技术人员将变得清晰。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的图像拾取装置的示意性框图。
图2A和图2B是根据本发明的第一实施例的图像拾取装置的示意性等效电路图。
图3是描述由根据本发明的第一实施例的图像拾取装置执行的图像拾取操作的时序图。
图4A是示出包含于根据本发明的第一实施例的图像拾取装置中的校正处理单元的框图。
图4B是描述由根据本发明的第一实施例的图像拾取装置执行的校正处理的时序图。
图5A和图5B是示出本发明的实施例的效果的示例性图像。
图6是描述由根据本发明的第二实施例的图像拾取装置执行的图像拾取操作的时序图。
图7是示出包含于根据本发明的第二实施例的图像拾取装置中的校正处理单元的框图。
图8是描述由根据本发明的第三实施例的图像拾取装置执行的图像拾取操作的时序图。
图9是包含于根据本发明的第四实施例的图像拾取装置中的读取电路的等效电路图。
图10A和图10B是描述使用根据本发明的实施例的图像拾取装置的放射线成像系统的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施例。
第一实施例
图1是根据本发明的第一实施例的图像拾取装置的示意性框图。参照图1，图像拾取装置100包括：检测单元101，其中，以矩阵形式布置用于将放射线或光转换成模拟电信号的多个像素；和驱动电路102，用于驱动检测单元101，以使检测单元101输出模拟电信号。在第一实施例中，为了简化说明，检测单元101包含8行×8列的矩阵形式的像素，并且该检测单元101被分成包含4个像素列的第一像素组101a和包含4个像素列的第二像素组101b。作为从包含于第一像素组101a中的像素输出的模拟电信号的像素信号被第一读取电路103a读取。从第一读取电路103a输出的像素信号113被第一A/D转换器104a转换成数字数据114。从第二像素组101b输出的模拟电信号被第二读取电路103b读取，然后被第二A/D转换器104b转换成数字数据。从第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b输出的各条数字数据在数字数据处理单元105中经受信号处理(在后面描述)、数字多路复用处理、偏移校正等，然后作为数字图像信号被输出。信号处理部分106包括包含第一读取电路103a和第二读取电路103b的读取电路单元103、包含第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b的A/D转换单元104、以及数字数据处理单元105。图像拾取装置100还包括电源单元107，该电源单元107用于向信号处理部分106供给相应的偏压。电源单元107向读取电路单元103和A/D转换单元104供给基准电压Vref1、Vref2或Vref3。图像拾取装置100还包括控制单元108，该控制单元108用于控制信号处理部分106和电源单元107中的至少一个。控制单元108向电源单元107供给控制信号118，向读取电路单元103供给控制信号116、117和120，并且向驱动电路102供给驱动控制信号119。响应驱动控制信号119，驱动电路102向检测单元101供给驱动信号111。
图2A是根据本发明的第一实施例的图像拾取装置的示意性等效电路图。在图2A中，使用相同的附图标记标识已参照图1描述了的部分，并且因此将省略其描述。检测单元101包含以矩阵形式布置的像素201。参照图2A，矩阵中的像素201的数量为8×8像素，并且以8行和8列被布置。像素201中的每一个包括用于将放射线或光转换成电荷的转换元件S和用于输出与所述电荷对应的电信号的开关元件T。作为用于将光转换成电荷的转换元件S，优选使用光电转换元件，例如，主要由非晶硅制成并被设置在诸如玻璃基板之类的绝缘基板上的PIN光电二极管。作为用于将放射线转换成电荷的转换元件S，优选使用间接转换元件或直接转换元件，通过在上述的光电转换元件的放射线入射侧设置用于将放射线转换成可检测光谱带的光的波长转换器获得所述间接转换元件，所述直接转换元件用于将放射线直接转换成电荷。作为开关元件T，优选使用具有控制端子和两个主端子的晶体管。当光电转换元件被设置在像素中的绝缘基板上时，使用薄膜晶体管(TFT)作为开关元件T。转换元件S的一个电极与开关元件T的两个主端子中的一个电连接，并且，转换元件S的另一电极经由共用线与偏压电源107电连接。包含于行方向的多个像素中的开关元件T，例如，开关元件T11～T18，各自的控制端子与第一行中的驱动线G1电连接。逐行地经由驱动线从驱动电路102向开关元件T供给用于控制开关元件的导通状态的驱动信号。包含于列方向的多个像素中的开关元件T，例如，开关元件T11～T81，各自的另一主端子与第一列中的信号线Sig1电连接。当开关元件T处于导通状态时，开关元件T经由信号线向读取电路单元103输出与转换元件S的电荷对应的电信号。沿列方向设置的多个信号线Sig1～Sig8并行地向读取电路单元103传送从检测单元101中的多个像素输出的电信号。在第一实施例中，检测单元101被分成各自具有四列像素的第一像素组101a和第二像素组101b。通过读取电路单元103中的第一读取电路103a并行读取从第一像素组101a中的像素输出的模拟电信号，并且，通过读取电路单元103中的第二读取电路103b并行读取从第二像素组101b中的像素输出的模拟电信号。
第一读取电路103a包含第一放大电路单元202a和第一采样保持电路单元203a，所述第一放大电路单元202a用于放大从第一像素组101a并行输出的电信号，所述第一采样保持电路单元203a用于采样和保持从第一放大电路单元202a传输的电信号。第二读取电路103b类似地包含第二放大电路单元202b和第二采样保持电路单元203b。第一读取电路103a还包含第一多路复用器204a和第一可变放大器205a，所述第一多路复用器204a用于顺序地接收从第一采样保持电路单元203a并行输出的电信号，并且输出串行信号作为图像信号，所述第一可变放大器205a是用于对于图像信号执行阻抗转换并且输出转换后的信号的输出缓冲器。第二读取电路103b类似地还包含第二多路复用器204b和第二可变放大器205b。从像素传输的电信号经由信号缓冲器SFS被输入到第一可变放大器205a或第二可变放大器205b中。噪声分量经由噪声缓冲器SFN被输入到第一可变放大器205a或第二可变放大器205b中。第一可变放大器205a使用从像素传输的电信号和所述噪声分量执行减法，并且向第一A/D转换器104a输出所述减法的结果。第二可变放大器205b类似地使用从像素传输的电信号和噪声分量执行减法，并且向第二A/D转换器104b输出减法的结果。电源单元107向第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b供给基准电压Vref3。这里，在预定的时刻，基准电压Vref2经由复位开关SRS从电源单元107被输入到第一读取电路103a和第二读取电路103b的信号缓冲器SFS的栅极。在预定的时刻，基准电压Vref2经由复位开关SRN从电源单元107被输入到第一读取电路103a和第二读取电路103b的噪声缓冲器SFN的栅极。即，在预定的时刻，复位开关SR向缓冲器SF的栅极供给基准电压Vref2，以便将可变放大器的输入复位。
控制单元108向第一放大电路单元202a和第二放大电路单元202b供给控制信号116，向复位开关SRS和复位开关SRN供给控制信号117a，向第一多路复用器204a和第二多路复用器204b供给控制信号117b，向第一采样保持电路单元203a和第二采样保持电路单元203b供给控制信号120s、120n和120oe，向第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b供给控制信号129，并且，向数字数据处理单元105供给控制信号130。
图2B是详细描述读取电路单元103的等效电路图。放大电路单元202具有与各信号线对应的放大电路。放大电路包含用于放大从像素读取的电信号(像素信号)并输出放大的信号的运算放大器A、积分电容器Cf和用于使积分电容器Cf复位的复位开关RC。运算放大器A从反相输入端子接收输出的电信号，并且从输出端子输出放大的电信号。基准电压Vref1从电源单元107被输入到运算放大器A的同相输入端子。积分电容器Cf被连接在运算放大器A的反相输入端子和输出端子之间，并且与复位开关RC并联连接。采样保持电路单元203具有奇数行信号采样保持电路、偶数行信号采样保持电路、奇数行噪声采样保持电路和偶数行噪声采样保持电路。这些采样保持电路与各放大电路对应。奇数行信号采样保持电路包含采样开关SHOS和采样电容器Chos，所述采样开关SHOS用于对从奇数编号的行中的像素输出的电信号进行采样，所述采样电容器Chos用于存储奇数编号的行的像素信号。偶数行信号采样保持电路包含采样开关SHES和采样电容器Ches，所述采样开关SHES用于对从偶数编号的行中的像素输出的电信号进行采样，所述采样电容器Ches用于存储偶数编号的行的像素信号。奇数行噪声采样保持电路包含采样开关SHON和采样电容器Chon，所述采样开关SHON用于在对奇数编号的行的像素信号采样之前对运算放大器的噪声分量进行采样，所述采样电容器Chon用于存储噪声信号。偶数行噪声采样保持电路包含采样开关SHEN和采样电容器Chen，所述采样开关SHEN用于在对偶数编号的行的像素信号采样之前对运算放大器的噪声分量进行采样，所述采样电容器Chen用于存储噪声信号。多路复用器204包含用于奇数行信号采样保持电路的开关MSOS、用于偶数行信号采样保持电路的开关MSES、用于奇数行噪声采样保持电路的开关MSON和用于偶数行噪声采样保持电路的开关MSEN。这些开关与各放大电路对应。多路复用器204顺序地选择这些开关，由此将像素并行信号或噪声并行信号转换成串行传号。
将参照图2A、图2B和图3描述根据本发明的实施例的图像拾取装置的操作。图3是描述根据本发明的第一实施例的图像拾取装置的图像拾取操作的时序图。
首先，图像拾取装置100逐行地执行像素输出操作。当检测单元101被暴露于放射线或光时，各转换元件S产生与所述放射线或光对应的电荷。当控制单元108向复位开关RC供给控制信号116时，复位开关RC将积分电容器Cf复位，并且，放大电路单元被复位。当控制单元108向采样保持电路单元供给控制信号120n和120oe时，奇数行噪声采样保持电路的采样开关SHON被接通，并且复位放大单元的噪声分量被传送到采样电容器Chon。当采样开关SHON被关断时，噪声分量被存储在采样电容器Chon中。当驱动电路102向第一行中的驱动线G1供给驱动信号时，开关元件T11～T18被接通。结果，与由第一行中的转换元件S11～S14产生的电荷对应的模拟电信号分别通过信号线Sig1～Sig4从像素被并行传送到第一读取电路103a，并且，与由第一行中的转换元件S15～S18产生的电荷对应的模拟电信号分别通过信号线Sig5～Sig8从像素被并行传送到第二读取电路103b。当控制单元108向采样保持电路单元供给控制信号120s和120oe时，奇数行信号采样保持电路的采样开关SHOS被接通，并且，读取的像素信号经由放大电路被传送到采样电容器Chos。此时，放大电路的噪声分量被加到像素信号。当采样开关SHOS被关断时，包含噪声分量的像素信号被存储在采样电容器Chos中。
随后，图像拾取装置100执行以下的信号处理操作。当控制单元108向复位开关SRS和SRN供给控制信号117a时，复位开关SRS和SRN被接通，基准电压Vref2被供给到信号缓冲器SFS和SFN的栅极，并且，第一可变放大器205a和第二可变放大器205b的输入被复位。即，复位开关SRS和SRN是用于向A/D转换器输出复位信号的复位单元。此时，第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b将第一可变放大器205a和第二可变放大器205b的输出转换成数字数据Nd1和数字数据Nd4，并且分别将数字数据Nd1和数字数据Nd4输出到数字数据处理单元105。数字数据Nd1和数字数据Nd4分别包含第一可变放大器205a和第二可变放大器205b的1/f噪声分量，并且分别是第一可变放大器205a的复位数据和第二可变放大器205b的复位数据。当复位开关SRS和SRN被关断时，第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b将第一可变放大器205a和第二可变放大器205b的输出转换成数字数据Sd1和数字数据Sd4，并且分别将数字数据Sd1和数字数据Sd4输出到数字数据处理单元105。此操作被称为伪复位数据输出操作。
当复位开关SRS和SRN被再次接通时，基准电压Vref2被供给到信号缓冲器SFS和SFN的栅极，并且，第一可变放大器205a和第二可变放大器205b的输入被再次复位。此时，响应从控制单元108传输的控制信号129，第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b将第一可变放大器205a和第二可变放大器205b的输出转换成数字数据N(1，1)和数字数据N(1，5)，并且分别将数字数据N(1，1)和数字数据N(1，5)输出到数字数据处理单元105。与数字数据Nd1和数字数据Nd4类似，数字数据N(1，1)和数字数据N(1，5)分别包含第一可变放大器205a和第二可变放大器205b的1/f噪声分量，并且分别是第一可变放大器205a的复位数据和第二可变放大器205b的复位数据。此操作被称为复位数据输出操作。
当控制单元108向各多路复用器供给控制信号117b时，第一多路复用器204a中的开关MSOS1和开关MSON1被接通。结果，包含从第一列中的像素输出的噪声分量的像素信号经由信号缓冲器SFS被输入到第一可变放大器205a中，并且，噪声分量经由噪声缓冲器SFN被输入到第一可变放大器205a中。第二多路复用器204b中的开关MSOS5和MSON5被同时接通。结果，包含从第五列中的像素输出的噪声分量的像素信号经由信号缓冲器SFS被输入到第二可变放大器205b中，并且，噪声分量经由噪声缓冲器SFN被输入到第二可变放大器205b中。各可变放大器计算包含噪声分量的像素信号与该噪声分量之间的差值，放大计算的结果，并且输出放大的像素信号。结果，从放大电路的输出去除各放大电路的噪声分量。第一A/D转换器104a将输出的像素信号转换成数字数据S(1，1)，并且将数字数据S(1，1)输出到数字数据处理单元105。第二A/D转换器104b将输出的像素信号转换成数字数据S(1，5)，并且将数字数据S(1，5)输出到数字数据处理单元105。数字数据S(1，1)和数字数据S(1，5)中的每一个是通过向像素信号添加可变放大器的1/f噪声分量而获得的数据。此操作被称为像素数据输出操作。
随后，再次执行复位数据输出操作。分别从第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b向数字数据处理单元105输出数字数据N(1，2)和数字数据N(1，6)。
对第二列和第六列执行像素数据输出操作。分别从第一A/D转换器104a和第二A/D转换器104b向数字数据处理单元105输出数字数据S(1，2)和数字数据S(1，6)。
顺序地依次执行复位数据输出操作、对于第三列和第七列的像素数据输出操作、复位数据输出操作和对于第四列和第八列的像素数据输出操作。从而，数字数据N(1，3)、数字数据N(1，7)、数字数据S(1，3)、数字数据S(1，7)、数字数据N(1，4)、数字数据N(1，8)、数字数据S(1，4)和数字数据S(1，8)被输出到数字数据处理单元105。
随后，将伪复位数据输出操作执行两次。数字数据Nd2、数字数据Nd5、数字数据Sd2、数字数据Sd5、数字数据Nd3、数字数据Nd6、数字数据Sd3、数字数据Sd6被输出到数字数据处理单元105。
数字数据处理单元105对于从A/D转换器输出的这些数据执行要在后面描述的校正处理，并且，输出校正后的像素数据D(1，1)～D(1，4)和D(1，5)～D(1，8)。
因此，以行为单位的信号处理操作包含伪复位数据输出操作、以列为单位的复位数据输出操作和像素数据输出操作，以及执行两次的伪复位数据输出操作。通过以行为单位的像素输出操作和以行为单位的信号处理操作，实现以行为单位的像素读取操作。重复以行为单位的像素读取操作，使得实现单幅图像的读取操作。
在第一实施例中，在执行第一行的信号处理操作的同时执行第二行的像素输出操作。与第一行的情况类似，通过复位开关RC将积分电容器Cf复位，使得放大电路被复位。当偶数行噪声采样保持电路的采样开关SHEN被接通时，复位放大电路的噪声分量被传送到采样电容器Chen。当采样开关SHEN被关断时，噪声分量被存储在采样电容器Chen中。当驱动电路102向第二行中的驱动线G2供给驱动信号时，第二行中的开关元件T21～T28被接通。与由第二行中的转换元件S21～S24产生的电荷对应的模拟电信号各自通过信号线Sig1～Sig4从像素被并行传送到第一读取电路103a。与由第二行中的转换元件S25～S28产生的电荷对应的模拟电信号各自经由信号线Sig5～Sig8从像素被并行传送到第二读取电路103b。当偶数行信号采样保持电路的采样开关SHES被接通时，读取的像素信号经由放大电路被传送到采样电容器Ches。此时，向像素信号添加放大电路的噪声分量。当采样开关SHES被关断时，包含噪声分量的像素信号被存储于采样电容器Ches中。在第二行的像素数据输出操作中，与第一行的像素数据输出操作的情况类似，除了顺序地接通各多路复用器中的开关MSES和开关MSEN以外，执行与对于第一行执行的操作类似的操作。由于执行上述的输出操作和上述的信号处理操作，因此能够在执行以行为单位的前一信号处理操作的同时执行以行为单位的下一输出操作。因此，与在完成以行为单位的前一信号处理操作之后执行以行为单位的下一输出操作的情况相比，可以减少读取单幅图像的操作所需要的时间。
下面，将参照图4A和图4B描述由数字数据处理单元105执行的校正处理。图4A是描述包含于数字数据处理单元105中的校正处理单元400的框图。图4B是描述由校正处理单元400执行的校正处理的时序图。在第一实施例中，对于各A/D转换器设置校正处理单元400。在以下的描述中，假定对于第一A/D转换器104a设置校正处理单元400。但是，校正处理单元400可对于通过执行从第一和第二A/D转换器输出的各条数据的数字多路复用而获得的数据执行校正处理。
校正处理单元400包含复位数据处理单元401、像素数据处理单元402和加法器403。复位数据处理单元401包含多个延迟元件411～414、加法器415和乘法器416。像素数据处理单元402包含多个延迟元件421和422。
响应从控制单元108传输的控制信号130，N_CLK被供给到复位数据处理单元401中的延迟元件411～414，并且，S_CLK被供给到像素数据处理单元402中的延迟元件421和422。从第一A/D转换器104a输出的数字数据Nd1被输入到校正处理单元400，并且根据N_CLK的上升而被存储在复位数据处理单元401中的延迟元件411中。随后，数字数据Sd1被输入到校正处理单元400，并且根据S_CLK的上升而被存储在像素数据处理单元402中的延迟元件421中。随后，数字数据N(1，1)被输入到校正处理单元400中，并且根据N_CLK的上升而被存储在延迟元件411中，并且，数字数据Nd1被存储在延迟元件412中。随后，数字数据S(1，1)被输入到校正处理单元400中，并且根据S_CLK的上升而被存储在延迟元件421中。随后，数字数据N(1，2)被输入到校正处理单元400中并且根据N_CLK的上升而被存储在延迟元件411中，数字数据N(1，1)被存储在延迟元件412中，并且，数字数据Nd1被存储在延迟元件413中。随后，数字数据S(1，2)被输入到校正处理单元400中并且根据S_CLK的上升而被存储在延迟元件421中，并且，数字数据S(1，1)被存储在延迟元件422中并且然后从延迟元件422被输出到加法器403。随后，数字数据N(1，3)被输入到校正处理单元400中并且根据N_CLK的上升而被存储在延迟元件411中，数字数据N(1，2)被存储在延迟元件412中，数字数据N(1，1)被存储在延迟元件413中，并且，数字数据Nd1被存储在延迟元件414中。延迟元件411～414的输出被输出到加法器415并且然后被加法器415相加。为了取平均值而通过乘法器416计算加法结果的四分之一(0.25)，然后将其输出到加法器403。加法器403对于从像素数据处理单元402输出的数据与从复位数据处理单元401输出的数据执行减法处理，并且输出校正后的像素数据D(1，1)。可如何计算校正后的像素数据的一个可能的例子如下。即，校正后的像素数据D(1，1)被计算如下：
S(1，1)-(Nd1+N(1，1)+N(1，2)+N(1，3))/4。校正后的像素数据D(1，2)类似地被计算如下：
S(1，2)-(N(1，1)+N(1，2)+N(1，3)+N(1，4))/4。即，在校正处理中，在执行以行为单位的信号处理操作的时段中，读取电路单元向A/D转换器供给多个复位信号。A/D转换器将复位信号转换成多条复位数据。校正处理单元对从A/D转换器输出的各条复位数据取平均值。校正处理单元通过对于在同一时段中从A/D转换器输出的预定行的像素数据与取平均值的复位数据执行减法处理，获取校正后的像素数据。换句话说，减法处理包括从在预定时段期间从A/D转换器输出的预定行的像素数据减去取平均值的复位数据。如在图4B中由带阴影的各条数据示例性示出的那样，在预定时段(例如，一个时钟循环)期间在基本上相同的时刻(同时)输出取平均值的复位数据和像素数据。
在第一实施例中，在时间上接近要经受校正处理的像素数据并在该像素数据之前获得的两条复位数据以及在时间上接近该像素数据并在该像素数据之后获得的两条复位数据即总共四条复位数据被取平均值。但是，复位数据的数量不限于此。在校正目标像素数据之前获得的复位数据的数量与在校正目标像素数据之后获得的复位数据的数量相同的条件下，可以使用任意数量的复位数据。类似地，在以上的描述中，为了取平均值而通过乘法器416计算加法结果的四分之一(0.25)并且然后将其输出到加法器403。乘法器416的计算不限于四分之一；可基于例如1/f噪声的量来确定其它的百分比。
将参照图5A和图5B描述本发明的效果。图5A是示出当不执行上述的校正处理时获得的图像的图。图5B是示出当执行上述的校正处理时获得的图像的图。通过比较图5A和图5B，可以理解，当不执行上述的校正处理时(图5A)，水平带条形式的噪声是很明显的。相反，在当执行上述的校正处理时获得的图像(图5B)中，条带形式的噪声不明显。这种显著的效果的原因是，通过对包含高频噪声分量和低频1/f噪声分量的多条复位数据取平均值，抑制高频噪声分量。即，可以考虑对这些复位数据取平均值相当于对这些复位数据进行低通滤波(LPF)。因此，包含于在取平均值之后获得的复位数据中的噪声几乎是低频1/f噪声。当要被取平均值的复位数据的数量增大时，LPF的精度提高。通过对于包含低频1/f噪声分量的像素数据和在取平均值之后获得的复位数据执行减法处理，能够有效地从像素数据去除1/f噪声分量。可以考虑，减法处理相当于对像素数据进行高通滤波(HPF)。即，在上述的校正处理中，可对于像素数据元素中的每一个执行LPF和HPF二者，但是不对于各像素元素使用实际的滤波硬件。当要用于减法处理的各条数据在时间上更加相互接近时，HPF的程度提高。通过减少作为条带形式的噪声的起因的1/f噪声分量，可以充分减少所得图像上的伪像。因此，使用用于执行上述的校正处理的校正处理单元400，即使使用具有小的元件尺寸的读取电路或A/D转换器，也能够减少由读取电路或A/D转换器产生的1/f噪声在获取的图像上造成的伪像。
在第一实施例中，并行地使用两个读取电路单元和两个A/D转换器(其中一个与第一像素组101a对应，其中的另一个与第二像素组101b对应)输出像素数据。在这种情况下，第一读取电路103a和第一A/D转换器104a的组的噪声特性与第二读取电路103b和第二A/D转换器104b的组的噪声特性可能相互不同。在获取的图像上，可能通过第一像素组101a和第二像素组101b产生图像阶梯。当执行上述的校正处理时，能够有效地减少由各读取电路单元和各A/D转换器导致的噪声。因此，即使并行地使用读取电路单元并且并行地使用A/D转换器，也可抑制这种图像阶梯的产生。
第二实施例
下面，将参照图6和图7描述本发明的第二实施例。除了校正处理单元以外，在第二实施例中使用的装置与在第一实施例中使用的装置相同。在第二实施例中执行的操作与在第一实施例中执行的操作不同。已在第一实施例中描述的配置和操作的详细描述将被省略。
图6是描述根据第二实施例的图像拾取操作的时序图。图7是描述根据第二实施例的校正处理单元700的框图。在根据第二实施例的信号处理操作中，不执行伪复位数据输出操作。因此，第二实施例中的信号处理操作和读取操作所需要的时间段比第一实施例中的短。在根据第二实施例的校正处理中，使用通过以行为单位的信号处理操作获得的所有的复位数据执行取平均值的处理。校正处理单元700包含复位数据处理单元701、像素数据处理单元702和加法器703。复位数据处理单元701包含加法器711、延迟元件712和乘法器713。图4B所示的N_CLK被供给到延迟元件712。像素数据处理单元702例如由先入先出(FIFO)寄存器构成。图4B所示的S_CLK被供给到像素数据处理单元702。
从第一A/D转换器104a输出的数字数据N(1，1)被输入到校正处理单元700，并且根据N_CLK的上升而被存储在复位数据处理单元701中的延迟元件712中。随后，数字数据S(1，1)被输入到校正处理单元700中，并且根据S_CLK的上升而被存储在像素数据处理单元702中的FIFO中。随后，数字数据N(1，2)被输入到校正处理单元700中。加法器711将数字数据N(1，2)和数字数据N(1，1)相加，并且根据N_CLK的上升而在延迟元件712中存储相加的结果。随后，数字数据S(1，2)被输入到校正处理单元700，并且根据S_CLK的上升而被存储在FIFO中。随后，数字数据N(1，3)被输入到校正处理单元700中。加法器711将数字数据N(1，3)、数字数据N(1，1)和数字数据N(1，2)相加，并且根据N CLK的上升而在延迟元件712中存储相加的结果。随后，数字数据S(1，3)被输入到校正处理单元700中，并且根据S_CLK的上升而被存储于FIFO中。随后，数字数据N(1，4)被输入到校正处理单元700中。加法器711将数字数据N(1，4)、数字数据N(1，1)、数字数据N(1，2)和数字数据N(1，3)相加，并且根据N_CLK的上升而在延迟元件712中存储相加的结果。为了取平均值，通过乘法器713计算相加结果的四分之一，并且然后将其输入到加法器703中。随后，数字数据S(1，4)被输入到校正处理单元700中，并根据S_CLK的上升而被存储在FIFO中。数字数据S(1，1)从FIFO被输入到加法器703中。加法器703对于从像素数据处理单元702输出的数据和从复位数据处理单元701输出的数据执行减法处理，并且输出校正后的像素数据D(1，1)。校正后的像素数据D(1，1)被计算如下：
S(1，1)-(N(1，1)+N(1，2)+N(1，3)+N(1，4))/4。校正后的像素数据D(1，2)被计算如下：
S(1，2)-(N(1，1)+N(1，2)+N(1，3)+N(1，4))/4。
在第二实施例中，当行方向的像素数量增大时，与第一实施例相比，LPF的精度提高。可更有效地执行校正处理。由于不执行伪复位数据输出操作，因此，与第一实施例相比，能够减少信号处理操作和读取操作所需要的时间段。但是，由于直到所有的复位数据被逐行地输入到校正处理单元700之前不能开始像素数据的校正处理，因此校正处理所需要的时间段会增大。
第三实施例
将参照图8描述本发明的第三实施例。在第三实施例中，在第三实施例中执行的操作与在第一和第二实施例中执行的操作不同。已在第一和第二实施例中描述的配置和操作的详细描述将被省略。
图8是描述根据第三实施例的图像拾取操作的时序图。在以行为单位的信号处理操作的时段中，在执行第一像素数据输出操作之前执行第一伪复位数据输出操作。在执行了最后的像素数据输出操作之后执行第二伪复位数据输出操作。在像素数据输出操作之间不执行复位数据输出操作。因此，第三实施例中的信号处理操作和读取操作所需要的时间段比第一和第二实施例中的短。在根据第三实施例的校正处理中，使用通过以行为单位的伪复位数据输出操作获得的各条复位数据执行取平均值的处理。校正后的像素数据D(1，1)被计算如下：
S(1，1)-(Nd1+Nd2)/2。校正后的像素数据D(1，2)被计算如下：S(1，2)-(Nd1+Nd2)/2。
在第三实施例中，由于不在像素数据输出操作之间执行复位数据输出操作，因此，与第一和第二实施例相比，能够减少信号处理操作和读取操作所需要的时间段。但是，由于直到在最后的复位数据输出操作中获得的复位数据被输入到校正处理单元之前，不能开始像素数据的校正处理，因此开始校正处理之前的时间段会增大。
第四实施例
下面，将参照图9描述本发明的第四实施例。在第四实施例中，读取电路具有与在第一实施例中描述的配置不同的配置，并且，使用读取电路的方法与在第一实施例中描述的方法不同。将参照第一读取电路103a描述第四实施例和第一实施例之间的差异。
图9是描述根据第四实施例的读取电路的等效电路图。在第四实施例中，作为第一放大电路单元202a，使用具有可变放大因子的放大电路。控制单元108根据图像捕获模式而在放大电路单元202的放大因子之间进行切换。在适用于成像诊断的放射线成像装置中，例如，控制单元108可通过向放大电路单元202供给控制信号116sw而根据荧光透视模式(运动图像捕获模式)或一般图像捕获模式(静态图像捕获模式)在放大电路单元202的放大因子之间进行切换。在第四实施例中，放大电路单元202的放大因子被控制，使得在荧光透视模式中设定的放大因子是在一般图像捕获模式中使用的放大因子的十倍。
当放大电路单元202的放大因子高时，包含于像素数据中的噪声主要是由检测单元101和放大电路单元202产生的噪声。因此，由第一可变放大器205a和第一A/D转换器104a产生的1/f噪声分量的影响变得相对较小。由1/f噪声导致的伪像在图像上变得不明显。
在第四实施例中，控制单元108控制读取电路单元103和校正处理单元400，使得在放大电路单元202的放大因子高的第一图像捕获模式中不执行上述的校正处理，并且在放大电路单元202的放大因子低的第二图像捕获模式中执行上述的校正处理。当在不执行校正处理时获得的图像上，条带形式的噪声小于或等于随机噪声的十分之一时，可以不执行校正处理。当条带形式的噪声大于随机噪声的十分之一时，需要执行校正处理。类似地，当在当不执行校正处理时获得的图像上，图像阶梯部分小于或等于随机噪声的十分之一时，可以不执行校正处理。当图像阶梯部分大于随机噪声的十分之一时，需要执行校正处理。事先基于上述的准则确定是否在各图像捕获模式中执行校正处理，并且，控制单元108执行上述的控制处理。
因此，执行控制处理，使得在不需要校正处理的图像捕获模式中不执行校正处理。结果，能够减少图像捕获操作所需要的时间段，并且能够增大读取帧速率。非常希望例如如第四实施例中那样可在荧光透视中增大读取帧速率，以便减少患者对于放射线的暴露。
示例性应用
图10A和图10B示出根据本发明的实施例的移动放射线成像系统的一个示例性应用。图10A是示出使用能够执行荧光透视和静态图像捕获的移动放射线成像装置的放射线成像系统的示意图。图10A示出从C型臂601取下图像拾取装置100并且利用在C型臂601处设置的放射线产生装置206执行图像捕获的情况。C型臂601保持放射线产生装置206和图像拾取装置100。显示单元602可通过由图像拾取装置100获取的图像数据显示图像。床603被用于在上面放置测试对象604。台车605允许放射线产生装置206、图像拾取装置100和C型臂601移动。移动控制装置606可控制放射线产生装置206、图像拾取装置100和C型臂601。移动控制装置606可对于由图像拾取装置100获取的图像信号执行图像处理，并且将产生的图像数据传送到显示单元602。由移动控制装置606产生的图像数据可经由诸如电话线之类的传送单元而被传送到远程位置。因此，能够用图像数据在例如为医生室的远程位置的显示屏上显示图像，或者在医生室中的诸如光盘之类的存储单元中存储该图像数据。这允许医生室中的医生执行医学诊断。传送的图像数据可通过胶片处理器被记录在胶片上。控制单元108可整体或部分地被设置在图像拾取装置100中，或者，可被设置在移动控制装置606中。
图10B是示出使用能够执行荧光透视和静态图像捕获的移动放射线成像装置的放射线成像系统的图。图10B示出从C型臂601取下图像拾取装置100、并且在不使用设置在C型臂601处的放射线产生装置206的情况下用放射线产生装置607执行图像捕获的情况。控制单元108不仅可控制放射线产生装置206，而且还可控制放射线产生装置607。
可通过用例如计算机执行程序，实现本发明的实施例。此外，用于向计算机供给上述的程序的介质，例如，存储上述的程序的诸如光盘只读存储器(CD-ROM)之类的计算机可读记录介质，或者用于传输上述的程序的诸如因特网之类的传输介质，可包含于本发明的范围内。可作为本发明的实施例应用所述程序。程序、记录介质、传送介质和程序产品包含于本发明的范围内。在上述的实施例中，图像拾取装置100中的数字数据处理单元执行校正处理。但是，图像拾取装置100的外部装置，例如，移动控制装置606，可执行校正处理。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。例如，本发明的至少一个实施例被描述为适用于在医学诊断或工业无损检查中进行成像的图像拾取装置。其它的实施例可适用于一般的摄影或者甚至实验物理中的成像。因此，在本说明书中描述的放射线可包含X射线、电磁波诸如γ射线、α射线和β射线。因此，以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这些变更方式和等同的结构和功能。

Claims (15)

1.一种图像拾取装置，包括：
检测单元，具有用于将放射线或光转换成模拟电信号的像素矩阵；
读取电路，被配置为执行信号处理操作，所述信号处理操作用于逐行地读取从像素矩阵输出的模拟电信号；
模拟-数字A/D转换器，被配置为将从读取电路传输的像素信号转换成作为数字数据的像素数据；
校正处理单元，被配置为对于像素数据执行校正处理；和
控制单元，被配置为控制所述读取电路、所述A/D转换器和所述校正处理单元，
其中，所述读取电路包含复位单元，所述复位单元被配置为向A/D转换器输出复位信号，以及
所述控制单元控制所述读取电路、所述A/D转换器和所述校正处理单元，使得所述读取电路在预定行的信号处理操作被执行的时段中向A/D转换器输出多个复位信号，所述A/D转换器在所述时段中将所述多个复位信号转换成作为数字数据的多条复位数据，并且，所述校正处理单元对从A/D转换器输出的所述多条复位数据取平均值，并且对于取平均值的复位数据与从A/D转换器输出的像素数据执行减法处理。
2.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，被配置为执行信号处理操作的所述读取电路进一步被配置为执行复位数据输出操作和像素数据输出操作，所述复位数据输出操作用于使读取电路和A/D转换器向校正处理单元输出复位数据，所述像素数据输出操作用于使读取电路和A/D转换器输出像素数据。
3.根据权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述校正处理单元对满足一个条件的所述多条复位数据取平均值，所述条件是：所述多条复位数据在时间上接近所述像素数据，并且所述像素数据之前和之后的复位数据的数量相同。
4.根据权利要求3所述的图像拾取装置，其中，所述信号处理操作还包括伪复位数据输出操作，所述伪复位数据输出操作用于在所述时段中执行的第一个像素数据输出操作之前或者在所述时段中执行的最后的像素数据输出操作之后使读取电路和A/D转换器输出复位数据。
5.根据权利要求2所述的图像拾取装置，其中，所述校正处理单元对于在所述时段中从A/D转换器输出的所有的所述多条复位数据取平均值。
6.根据权利要求2所述的图像拾取装置，
其中，所述信号处理操作包括第一伪复位数据输出操作和第二伪复位数据输出操作，所述第一伪复位数据输出操作用于在所述时段中执行的第一个像素数据输出操作之前使读取电路和A/D转换器输出复位数据，所述第二伪复位数据输出操作用于在所述时段中执行的最后的像素数据输出操作之后使读取电路和A/D转换器输出复位数据，并且所述信号处理操作在第一个像素数据输出操作和最后的像素数据输出操作之间不包括复位数据输出操作，以及
所述校正处理单元对于在第一伪复位数据输出操作中输出的复位数据和在第二伪复位数据输出操作中输出的复位数据取平均值。
7.根据权利要求1所述的图像拾取装置，
其中，所述图像拾取装置具有多个图像捕获模式，以及
所述控制单元控制读取电路、A/D转换器和校正处理单元，使得在所述多个图像捕获模式中的第一图像捕获模式中不执行所述校正处理，并且在所述多个图像捕获模式中的第二图像捕获模式中执行所述校正处理，其中，在所述第一图像捕获模式中，当不执行校正处理时获得的图像上的条带形式的噪声不大于随机噪声的十分之一，而在所述第二图像捕获模式中，所述图像上的条带形式的噪声大于随机噪声的十分之一。
8.一种图像拾取系统，包括：
根据权利要求1所述的图像拾取装置；和
显示单元，能够用由所述图像拾取装置获取的图像数据显示图像。
9.一种图像拾取装置的控制方法，该图像拾取装置包括：检测单元，其中，像素矩阵将放射线或光转换成模拟电信号；读取电路，被配置为执行信号处理操作，所述信号处理操作用于逐行地读取从像素矩阵输出的模拟电信号；A/D转换器，被配置为将从读取电路传输的像素信号转换成作为数字数据的像素数据；和校正处理单元，被配置为对于像素数据执行校正处理，该控制方法包括以下的步骤：
控制所述读取电路，以在预定行的信号处理操作被执行的时段中，输出从包含于读取电路中的复位单元输出的多个复位信号，并且向A/D转换器输出所述像素信号；
控制所述A/D转换器，以在所述时段中，将从读取电路输出的像素信号转换成作为数字数据的像素数据，并且将从读取电路输出的所述多个复位信号转换成作为数字数据的多条复位数据；以及
控制所述校正处理单元，以将在所述时段中对从A/D转换器输出的所述多条复位数据取平均值，并且对于从A/D转换器输出的像素数据与取平均值的复位数据执行减法处理。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其中，所述信号处理操作包括复位数据输出操作和像素数据输出操作，所述复位数据输出操作用于使读取电路和A/D转换器向校正处理单元输出复位数据，所述像素数据输出操作用于使读取电路和A/D转换器输出像素数据。
11.根据权利要求9所述的控制方法，其中，所述校正处理单元对满足一个条件的所述多条复位数据取平均值，所述条件是：所述多条复位数据在时间上接近所述像素数据，并且所述像素数据之前和之后的复位数据的数量相同。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其中，所述信号处理操作还包括伪复位数据输出操作，所述伪复位数据输出操作用于在所述时段中执行的第一个像素数据输出操作之前或者在所述时段中执行的最后的像素数据输出操作之后使读取电路和A/D转换器输出复位数据。
13.根据权利要求10所述的控制方法，其中，使用在所述时段中从A/D转换器输出的所有的所述多条复位数据执行取平均值的处理。
14.根据权利要求10所述的控制方法，
其中，所述信号处理操作包括第一伪复位数据输出操作和第二伪复位数据输出操作，所述第一伪复位数据输出操作用于在所述时段中执行的第一个像素数据输出操作之前使读取电路和A/D转换器输出复位数据，所述第二伪复位数据输出操作用于在所述时段中执行的最后的像素数据输出操作之后使读取电路和A/D转换器输出复位数据，并且所述信号处理操作在第一个像素数据输出操作和最后的像素数据输出操作之间不包括复位数据输出操作，以及
对于在第一伪复位数据输出操作中输出的复位数据和在第二伪复位数据输出操作中输出的复位数据取平均值。
15.根据权利要求9所述的控制方法，
其中，所述图像拾取装置具有多个图像捕获模式，以及
在所述多个图像捕获模式中的第一图像捕获模式中不执行所述校正处理，并且在所述多个图像捕获模式中的第二图像捕获模式中执行所述校正处理，其中，在所述第一图像捕获模式中，当不执行校正处理时获得的图像上的条带形式的噪声小于或等于随机噪声的十分之一，而在所述第二图像捕获模式中，所述图像上的条带形式的噪声大于随机噪声的十分之一。
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