CN109682840B - 自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统，包括：空闲时，信号读出控制开关处于截止工作区；等待曝光时，处于低漏电区；曝光开始，当任意一行信号读出控制开关的总漏电流超出预设值时，曝光触发信号起效，各信号读出控制开关设置为截止工作状态，直至曝光结束；信号读出时，各信号读出控制开关逐行处于导通工作区。探测系统包括：图像传感器阵列；提供偏置电压的偏压模块；读取各检测单元中电流的读出模块；调整各信号读出控制开关的栅源电压的驱动模块。本发明将待曝光的信号读出控制开关设定为低漏电区，通过漏电流的变化起效曝光触发信号，而后快速恢复到截止工作状态，以此避免光电二极管的信号损失，提高检测精度。

Description

自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统

技术领域

本发明涉及平板探测领域，特别是涉及一种自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统。

背景技术

不论在工业无损探伤领域还是医疗领域或宠物市场等领域，X射线摄影越来越多的要求X射线探测器具备自动感知X射线曝光并实现采集的功能。通过这项功能能够大大简化摄影系统的连接，降低复杂度和成本，同时也降低操作者的操作难度。

以非晶硅X射线探测器为代表的间接检测型探测器都需要在光电二极管阵列等感光元件前覆有一层闪烁体将X射线转变为可见光，再由感光元件进行光信号获取。为了减少被拍摄体吸收X射线的剂量，设计者都会使用转化效率较高的材料制作闪烁体以提高灵敏度。另一方面，由于闪烁体不能完全吸收所有X射线，则残余X射线透过闪烁体和图像传感器阵列后，在探测器的支撑结构、电路板等物体发生散射，部分散射再次返回到闪烁体上促使闪烁体发光，由于这些散射线与发生散射物体的材质、界面形态等有关，因此会形成不均匀的背景影像，叠加在正常图像上，劣化图像质量。因此，一般探测器会在图像传感器阵列后设置一层消背散射层，消背散射层为均匀、高X射线吸收率的物质，如铅、铅合金、钨合金等等。如图1所示，X射线探测器一般包括位于底层的消背散射层11、位于所述消背散射层11上的基板12，形成于所述基板12表面的图像传感器阵列13，以及，位于所述图像传感器阵列13上的闪烁体14。

现有实现X射线曝光探测的方式大体可分成两类：

一类是在图像传感器阵列后部额外装一个高灵敏度的曝光传感器15捕获透过闪烁体和图像传感器后的残余X射线或者图像传感器吸收后剩余的闪烁体产生的可见光给出曝光信号。这类方案由于只利用了残余射线或者可见光，因此需要曝光传感器15的灵敏度极高，容易受到干扰信号影响。如图2所示，在实际应用中，由于消背散射层的存在，进一步大幅消减了残余X射线或可见光的强度，使得这类方案在较低剂量率拍摄条件中存在不能准确获取曝光信息的风险。另外，这类方案是对局部残余光线(可见光或X射线)探测，一旦被测物体高X射线吸收部分将遮挡，可能进一步加剧导致无法准确判断曝光信息的风险。

还有一类方案直接利用图像传感器阵列对X射线曝光的响应作为曝光探测信号。具体方法是按照一定速率依次打开每一行的信号读出开关，通过读出电路获得每一行的响应，当侦测到当前行与前一行(或前若干行)的输出变化超过阈值后输出曝光起始信号。这种方式受到读出电路采样频率的限制，对曝光起始点判断的时间精度较低；同时，由于当前行的光电二极管响应被读出，使该行对于X射线的响应与其他光电二极管明显不同，需要后期进行响应修正获得“正常”值；更为重要的是，虽然对这种方式读出了一整行的数据，但是由于读出电路是对一行上的每一个光电二极管分别采样，因此，其灵敏度与单个光电二极管相接近，只能应用在较高X射线剂量率的场合。

因此，如何提高曝光检测的灵敏度、避免误检测及对采集图像质量产生影响，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统，用于解决现有技术中曝光检测灵敏度低、误检测多及对采集图像质量产生影响等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自动曝光检测方法，所述自动曝光检测方法至少包括：

等待曝光时，图像传感器阵列中的信号读出控制开关工作于低漏电区；

曝光开始，流经所述图像传感器阵列中信号读出控制开关的漏电流发生变化；当其中任意一行信号读出控制开关对应的总漏电流超出预设值时，曝光触发信号起效，所述图像传感器阵列中各信号读出控制开关均设置为截止工作状态，直至曝光结束。

可选地，通过调整所述信号读出控制开关的栅源电压来调整所述信号读出控制开关的工作状态。

可选地，所述低漏电区的漏电流介于截止工作区对应的最大漏电流的1～100倍之间。

更可选地，所述信号读出控制开关为薄膜晶体管。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像传感器的探测方法，所述图像传感器的探测方法至少包括：

空闲时，所述图像传感器中的信号读出控制开关处于截止工作区；

等待曝光及曝光时，所述图像传感器采用上述自动曝光检测方法实现曝光检测并完成曝光；

在信号读出时，各信号读出控制开关逐行处于导通工作区，以逐行读出信号，完成图像采集。

可选地，所述信号读出控制开关位于截止工作区、低漏电区及导通工作区的栅源电压依次增大。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像传感器的探测系统，所述图像传感器的探测系统至少包括：

图像传感器阵列，由多个检测单元排列形成；

偏压模块，连接各检测单元，为各检测单元提供偏置电压；

读出模块，连接各检测单元的输出端，用于读取各检测单元中的电流；

驱动模块，连接各检测单元中信号读出控制开关的栅极及所述读出模块的输出端，根据不同工作过程调整各信号读出控制开关的栅源电压，进而控制各检测单元的工作状态。

优选地，所述驱动模块包括时序电路及栅极控制电路；所述时序电路用于产生逐行控制各信号读出控制开关的时序信号；所述栅极控制电路连接所述时序电路，基于所述时序信号为各行信号读出控制开关提供栅极电压，进而实现工作状态的控制。

优选地，所述检测单元包括信号读出控制开关及光电二极管；所述信号读出控制开关的一端连接所述读出模块，另一端连接所述光电二极管的阴极，栅极连接所述驱动模块；所述光电二极管的阳极连接所述偏压模块。

更优选地，所述信号读出控制开关为薄膜晶体管。

如上所述，本发明的自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统，具有以下有益效果：

本发明的自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统将待曝光的信号读出控制开关设定为工作在低漏电区，通过信号读出控制开关漏电流的变化起效曝光触发信号，而后快速恢复到截止工作状态，以此避免光电二极管的信号损失，提高检测精度。

附图说明

图1显示为现有技术中的X射线探测器示意图。

图2显示为现有技术中的通过曝光传感器检测曝光发生的原理示意图。

图3显示为本发明的图像传感器的探测系统的结构示意图。

图4显示为本发明的图像传感器的探测方法的原理示意图。

图5显示为本发明的薄膜晶体管的工作原理示意图。

元件标号说明

11 消背散射层

12 基板

13 图像传感器阵列

14 闪烁体

15 曝光传感器

2 图像传感器的探测系统

21 图像传感器阵列

22 偏压模块

23 读出模块

24 驱动模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图3所示，本实施例提供一种图像传感器的探测系统2，所述图像传感器的探测系统2包括：

图像传感器阵列21，偏压模块22，读出模块23及驱动模块24。

如图3所示，所述图像传感器阵列21包括多个检测单元，用于感知光信号。

具体地，所述检测单元包括信号读出控制开关及光电二极管PD。在本实施例中，所述信号读出控制开关优选为N型薄膜晶体管TFT(Thin Film Transistor)，所述薄膜晶体管TFT的漏极连接所述读出模块23，源极连接所述光电二极管PD的阴极，栅极连接所述驱动模块24。所述光电二极管PD的阳极连接所述偏压模块22。

需要说明的是，所述信号读出控制开关可采用任意能实现开关功能的器件，且连接关系基于不同器件类型而适应性调整，不以本实施例为限。

如图3所示，所述偏压模块22连接各检测单元，为各检测单元提供偏置电压。

具体地，所述偏压模块22连接各光电二极管PD的阳极，各光电二极管PD据用相同的偏置电压。

如图3所示，所述读出模块23连接各检测单元的输出端，用于读取各检测单元中的电流。

具体地，所述读出模块23包括多个放大电路，同一列薄膜晶体管TFT的漏极连接同一放大电路，以此实现同一行信号的同时读出。当所述图像传感器阵列21等待曝光时，所述读出模块23读出各薄膜晶体管TFT的漏电流；当所述图像传感器阵列21读出信号时，所述读出模块23读出各光电二极管PD检测到的电信号。

如图3所示，所述驱动模块24连接各检测单元中信号读出控制开关的栅极及所述读出模块23的输出端，根据不同工作过程调整各信号读出控制开关的栅源电压，进而控制各检测单元的工作状态。

具体地，在本实施例中，所述驱动模块24包括时序电路及栅极控制电路。所述时序电路用于产生逐行控制各薄膜晶体管TFT的时序信号。所述栅极控制电路连接所述时序电路，基于所述时序信号为各行薄膜晶体管TFT提供栅极电压，进而实现工作状态的控制。

更具体地，当所述图像传感器阵列21等待曝光时，所述驱动模块24通过控制各薄膜晶体管TFT的栅极电压使得所述薄膜晶体管TFT工作于低漏电区；当所述图像传感器阵列21曝光时，所述驱动模块24控制各薄膜晶体管TFT工作于截止工作区；当所述图像传感器阵列21读出信号时，所述驱动模块24控制各薄膜晶体管TFT工作于导通工作区；当所述图像传感器阵列21空闲时，所述驱动模块24控制各薄膜晶体管TFT工作于截止工作区。

实施例二

如图4所示，本实施例提供一种图像传感器的探测方法，在本实施例中，所述图像传感器的探测方法基于所述图像传感器的探测系统2实现，在实际应用中，任意可实现本方法的硬件电路或软件代码均适用于本实施例的图像传感器的探测方法。所述图像传感器的探测方法包括：

1)空闲时，图像传感器中的信号读出控制开关处于截止工作区。

具体地，当图像传感器不进行图像采集时，所述驱动模块24逐行给所述薄膜晶体管TFT的栅极提供电压，使得各薄膜晶体管TFT处于截止工作状态。

更具体地，如图5所示，薄膜晶体管TFT的漏电流It与栅源电压Vgs相关。对于N型薄膜晶体管，通过调整所述栅源电压Vgs的值使得所述薄膜晶体管TFT关断较为彻底(漏电在fA量级)，此时所述栅源电压Vgs的工作范围可称为截止工作区。

2)等待曝光时，所述图像传感器阵列中的信号读出控制开关工作于低漏电区。

具体地，当所述图像传感器需要进行图像采集时，所述驱动模块24逐行给所述薄膜晶体管TFT的栅极提供电压，使得各薄膜晶体管TFT处于低漏电区。

更具体地，如图5所示，通过调整所述薄膜晶体管TFT的栅源电压Vgs，使得所述薄膜晶体管TFT处于低漏电区，此时，所述薄膜晶体管TFT的漏电流大于截止工作区的漏电流，但所述薄膜晶体管TFT又未充分导通，漏电流依然维持在较低水平(例如几百fA～几百pA，根据具体需求调整)。

需要说明的是，薄膜晶体管TFT的类型、工艺、加在源极和漏极两端的偏压不同，薄膜晶体管TFT的低漏电区对应的栅源电压Vgs会不同，一般低漏电区对应的漏电流It介于薄膜晶体管TFT完全关断状态对应的漏电流It的1～100倍之间(不包括边界)，在本实施例中优选为截止工作区对应的最大漏电流的1～100倍之间；所述栅源电压Vgs可继续增大，但信号损失会增大，性能会降低，可根据实际需要设定所述低漏电区对应的栅源电压Vgs，不以本实施例为限。

3)曝光开始，所述图像传感器阵列中信号读出控制开关的总漏电流发生变化，曝光触发信号起效，所述图像传感器阵列中各信号读出控制开关均设置为截止工作状态，直至曝光结束。

具体地，当所述图像传感器阵列检测到光信号后，各光电二极管PD中的电荷增加，所述薄膜晶体管TFT的栅源电压Vgs增大，如图5所示，相应的所述薄膜晶体管TFT的漏电流增大，该漏电流被所述读出模块23读出，虽然单个薄膜晶体管TFT的漏电流很小(几百fA～几百pA)，但是由于通常的图像传感器阵列每条Data line上都连接有上千个感光元，因此读出的总漏电流仍可获得较为明显的信号变化。当流经所述图像传感器阵列中任意一行薄膜晶体管TFT的总漏电流大于一设定值时，判定曝光开始，如图4所示，曝光触发信号起效。所述驱动模块24根据时序逐行控制所述图像传感器阵列中的薄膜晶体管TFT的栅极电压，使得各薄膜晶体管TFT工作于截止工作区，直至曝光结束。

4)信号读出时，各信号读出控制开关逐行处于导通工作区，以逐行读出信号，完成图像采集。

具体地，当所述图像传感器需要进行读出信号时，所述驱动模块24逐行给所述薄膜晶体管TFT的栅极提供电压，使得各薄膜晶体管TFT处于导通工作区。

更具体地，如图5所示，通过调整所述栅源电压Vgs的值使得所述薄膜晶体管TFT导通时阻抗较小，此时所述栅源电压Vgs的工作范围可称为导通工作区。

本发明通过读出模块对每一根信号线上的漏电流水平进行监测；当图像传感器阵列受到曝光时，漏电流的大小发生变化，该变化经读出模块检测到后，立即反馈给驱动模块，使得薄膜晶体管TFT的栅源电压Vgs处于截止工作区以避免光电二极管信号的损失。

本发明的栅源电压Vgs通过调整栅极电压来实现控制，由于栅极电流极小，因此在探测到曝光信号后栅源电压Vgs可以快速恢复到截止工作区。此外，由于低漏电区时薄膜晶体管TFT的漏电流依然很低，因此，曝光探测区域损失的信号量对于整个曝光过程来说极少。

本发明检测的信号量来自于整个图像传感器阵列对曝光的响应，由于图像传感器阵列上的每个光电二极管都有较高的灵敏度，而一般图像传感器阵列的光电二极管数量通常在一百万个(1024x1024)以上，所以本发明具有非常高的灵敏度。

相对于背景技术中的第一类曝光探测方式，本发明的检测信号来源于整个阵列上的所有光电二极管，因此可以对面阵上任意位置曝光进行探测，有效避免现有方案中曝光传感器容易被被测物高吸收部分遮挡的问题。

相对于背景技术中的第二类曝光探测方式，本发明的薄膜晶体管TFT的栅源电压Vgs在等待曝光时处于低漏电区，从光电二极管中读出的电荷信号占总信号量的比例极小，对图像质量的影响极小，无需后期修正或仅需简单修正，后续处理简单。

综上所述，本发明提供一种自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统，所述图像传感器的探测方法包括：空闲时，所述图像传感器中的信号读出控制开关处于截止工作区；等待曝光时，图像传感器阵列中的信号读出控制开关工作于低漏电区；曝光开始，流经所述图像传感器阵列中信号读出控制开关的漏电流发生变化；当其中任意一行信号读出控制开关对应的总漏电流超出预设值时，曝光触发信号起效，所述图像传感器阵列中各信号读出控制开关均设置为截止工作状态，直至曝光结束；在信号读出时，各信号读出控制开关逐行处于导通工作区，以逐行读出信号，完成图像采集。图像传感器的探测系统包括：图像传感器阵列，由多个检测单元排列形成；偏压模块，连接各检测单元，为各检测单元提供偏置电压；读出模块，连接各检测单元的输出端，用于读取各检测单元中的电流；驱动模块，连接各检测单元中信号读出控制开关的栅极及所述读出模块的输出端，根据不同工作过程调整各检测单元的栅源电压，进而控制各检测单元的工作状态。本发明的自动曝光检测方法、图像传感器的探测方法及系统将待曝光的信号读出控制开关设定为工作在低漏电区，通过信号读出控制开关漏电流的变化起效曝光触发信号，而后快速恢复到截止工作状态，以此避免光电二极管的信号损失，提高检测精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种图像传感器的探测方法，其特征在于，所述图像传感器的探测方法至少包括：

空闲时，所述图像传感器中的信号读出控制开关处于截止工作区；

等待曝光时，所述信号读出控制开关工作于低漏电区；

曝光开始，流经所述信号读出控制开关的漏电流发生变化，当其中任意一行信号读出控制开关对应的总漏电流超出预设值时，曝光触发信号起效，各信号读出控制开关均设置为截止工作状态，直至曝光结束；

在信号读出时，各信号读出控制开关逐行处于导通工作区，以逐行读出信号，完成图像采集；

其中，所述信号读出控制开关位于截止工作区、低漏电区及导通工作区的栅源电压依次增大。

2.根据权利要求1所述的图像传感器的探测方法，其特征在于：通过调整所述信号读出控制开关的栅源电压来调整所述信号读出控制开关的工作状态。

3.根据权利要求1所述的图像传感器的探测方法，其特征在于：所述低漏电区的漏电流介于截止工作区对应的最大漏电流的1～100倍之间。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的图像传感器的探测方法，其特征在于：所述信号读出控制开关为薄膜晶体管。

5.一种图像传感器的探测系统，基于如权利要求1～4任意一项所述的图像传感器的探测方法，其特征在于，所述图像传感器的探测系统至少包括：

图像传感器阵列，由多个检测单元排列形成；

偏压模块，连接各检测单元，为各检测单元提供偏置电压；

读出模块，连接各检测单元的输出端，用于读取各检测单元中的电流；

驱动模块，连接各检测单元中信号读出控制开关的栅极及所述读出模块的输出端，根据不同工作过程调整各信号读出控制开关的栅源电压，进而控制各检测单元的工作状态。

6.根据权利要求5所述的图像传感器的探测系统，其特征在于：所述驱动模块包括时序电路及栅极控制电路；所述时序电路用于产生逐行控制各信号读出控制开关的时序信号；所述栅极控制电路连接所述时序电路，基于所述时序信号为各行信号读出控制开关提供栅极电压，进而实现工作状态的控制。

7.根据权利要求5所述的图像传感器的探测系统，其特征在于：所述检测单元包括信号读出控制开关及光电二极管；所述信号读出控制开关的一端连接所述读出模块，另一端连接所述光电二极管的阴极，所述信号读出控制开关的栅极连接所述驱动模块；所述光电二极管的阳极连接所述偏压模块。

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