CN1221126C - 成像装置和控制装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成像装置和控制该装置的过程。所述装置包括电源(1)、允许发射或检测图像的矩阵装置，按一个扫描频率对矩阵成像装置的矩阵进行扫描，电源(1)把直流输入电压(Dce)转换成允许对矩阵成像装置(2)供电的至少一个直流输出电压(DCs)。电源(1)是斩波型的，并且按取决于扫描频率的斩波频率对直流输入电压进行斩波。在控制上述成像装置的过程中，偏移图像在有用图像之前，以及把根据偏移图像的校正施加于有用图像。

Description

成像装置和控制装置的方法

(1)技术领域

本发明涉及成像装置以及控制所述装置的方法。所述装置包括使之能发射或检测图像的矩阵装置。换言之，对于任何矩阵屏幕或摄像机，都可以实施本发明。

(2)背景技术

矩阵装置包括成行和成列的许多点。这些点是连续地使用的，从而使得装置对于向它提供操作所必需能量的电源电压中的瞬时变化敏感。作为对付这种瞬时变化的保护措施，已经使用了线性电源，这种电源由于输出在时间上极稳定的直流电压的特性而广为人知。一般，线性电源的体积较大，因此不适用于移动矩阵装置。此外，线性电源消耗相当大的能量。线性电源的这两个缺点经常使它们必须远离矩阵装置，移动的也好，其它的也好，这就可能引发其它干扰问题，例如，在连接电源和矩阵装置的电缆中的电磁干扰问题。

此外，曾尝试使用斩波(chopped)电源来提供矩阵装置操作所需要的能量。这些电源与线性电源比较，体积要小许多，而且能量消耗也较小，因此可以把它们放得接近矩阵装置。因此，可以使电磁干扰最小化。另一方面，斩波电源提供的电压与线性电源提供的电压相比较在时间上是较不稳定的。因此，斩波电源对矩阵装置所发射或检测的图像产生相当大的干扰。

(3)发明内容

本发明能够减轻上述各种缺点。为了这个目的，本发明的主题是一种成像装置，它包括电源、矩阵成像装置、同步装置，按扫描频率对矩阵成像装置的矩阵进行扫描，电源把直流输入电压转换成允许对矩阵成像装置供电的至少一个直流输出电压，其特征在于电源是斩波型的，还在于斩波电源按取决于扫描频率的斩波频率对直流输入电压进行斩波。

实施本发明可以不管使矩阵装置同步的方式。作为例子，可以连续地使用矩阵的行中的每个点，并且可以连续地把矩阵的所有行串在一起。还有可能在使用下一行之前同时使用一行中的所有点，因此把矩阵的所有行串在一起。

可以采用沿单行和多列安排的点来实施本发明，以构成条状阵列。

斩波电源一个或多个输出电压中的主要瞬时变化是与扫描频率同步的。通过矩阵装置扫描频率的同步，一个输出电压或多个输出电压中的瞬时变化所产生的干扰变成重复性的，有可能通过例如偏移图像的手段来校正这些干扰。

为了这个目的，本发明的主题是一种控制成像装置的方法，所述成像装置包括电源、矩阵成像装置，按扫描频率对矩阵成像装置的矩阵进行扫描，电源把直流输入电压转换成允许对矩阵成像装置供电的至少一个直流输出电压，其特征在于电源是斩波型的，还在于斩波电源按取决于扫描频率的斩波频率对直流输入电压进行斩波，并在于对有用的图像施加随偏移图像而定的校正。

当用于矩阵摄像机，以及当对摄像机捕获到的数据执行数字处理(这种处理会提高图像的增益)时，对实施本发明特别感兴趣。特别的，这种处理不但放大了图像还放大了它所包含的干扰。不实施本发明，就会存在图像被这种处理所放大的干扰掩蔽起来的危险性。作为例子，这种类型的处理被用来增强低亮度图像，或用在使用X射线进行的医学成像中，以便从病人的单次X射线曝光来看清不同的部分。更精确地，从单次急射(snapshot)有可能产生数个不同的可见图像，例如，从一个图像可以看到血管，而从另一个图像可以看到骨头。通过增加摄像机捕获的部分数据的增益来选择要看的部分。

(4)附图说明

阅读了通过附图来示意的本发明的详细说明，将会较好地理解本发明和明白其它优点，其中：

图1以方框图的形式表示根据本发明的装置的各个单元；

图2a和2b表示斩波电源输出电压的示例瞬时变化；

图3以图解形式表示包括矩阵光敏装置的一个装置的实施例。

(5)具体实施方式

为了简化说明，在各张图纸中的相同的单元将含有相同的布局标记。

在图1中表示的装置包括斩波电源1、由点的矩阵形成的矩阵成像装置2以及同步装置3。斩波电源转换直流输入电压Dce，以形成至少一个直流输出电压DCs而向矩阵装置2供电。斩波电源1使直流输入电压Dce按所谓的斩波频率进行斩波，然后对斩波信号进行平均以形成直流输出电压DCs。根据矩阵装置2和同步装置的能量要求，同一个斩波电源可以提供数个输出电压DCs。同步装置3向矩阵装置2提供同步信号Sc，其所谓的扫描频率能够按顺序使用矩阵装置2的各个点。同步装置3向斩波电源1提供斩波信号Sh。信号Sh的斩波频率取决于扫描频率。

作为例子，按50赫兹的频率对矩阵装置定义的图像进行扫描，而斩波频率在200千赫的数量级。然后，同步装置定义作为扫描频率的倍数的斩波频率。斩波电源1的制造提出了一个需要斩波频率必须遵从的频率跨度。既然是这样，选择上面定义的倍数，以使乘以这个倍数后的扫描频率在这个跨度内。

通过对直流输入电压进行斩波，然后通过对斩波信号进行平均而产生直流输出电压DCs，直流输出电压DCs包括与斩波频率同步化的干扰。这些干扰与斩波电源提供的能量有关。

作为例子，图2a表示在示波器屏幕上观察到的输出电压DCs的干扰。在示波器的第一通道①上示出斩波信号Sh。这是在斩波频率处选通的一个周期性的信号。在第二通道②上示出信号DCs。显示的定标(scale)是每分度一毫伏的数量级。信号DCs与在第一通道①上的信号Sh同步，展现出斩波频率的波动。信号DCs还展现出也与斩波频率同步的尖峰p1。

此外，在图2b中示出在斩波电源附近辐射的磁场。正如图2a一样，在示波器的通道①上示出斩波信号Sh。另一方面，在通道②上示出跨越一定匝数的电感器两端形成的电压，该电感器被放置在紧靠斩波电源处。跨越电感器两端的电压曲线图给出斩波电源辐射的磁场的图像。在通道②上示出的电压展现出与斩波信号Sh同步的尖峰p2。

通过使矩阵装置2的扫描和斩波电源的斩波同步，对于发射和接收的每个图像，由电源传导或辐射的干扰将出现在矩阵图像装置2的相同点处。

在图3中表示的装置包括斩波电源1、矩阵成像装置以及同步装置3。斩波电源1接收两个输入端子11和12之间的直流输入电压Dce，以及在输入端子13上的同步信号Sc。斩波电源1在两个输出端子14和15分别输送两个直流电压VP1和VP2。斩波电源1包括由初级绕组E1和两个次级绕组S1和S2组成的变压器T、三个电容器C1到C3、五个二极管D1到D5、两个电感器L1和L2、一个电子开关I以及用于电子开关I的控制装置16。

把电容器C1连接在端子11和12之间。把端子12连接到初级绕组E1的中间端子17。把端子11连接到二极管D1的阳极以及通过电子开关I连接到初级绕组E1的第一端端子18。把二极管D1的阴极连接到初级绕组E1的第二端端子19。二极管D1能够预防在初级绕组E1的端子之间形成过电压。

把二极管D2的阳极连接到次级绕组S1的第一端子20，并把二极管D3的阳极连接到次级绕组S1的第二端子21。把两个二极管D2和D3的阴极都连接到电感器L1的第一端子。电感器L2的第二端子形成输出端子14，并通过电容器C2连接到次级绕组S2的第二端子23。二极管D4和D5、电感器L2和电容器C2对流过次级绕组S1的交流电进行整流，使之形成直流电压VP1。

同样，把二极管D4的阳极连接到次级绕组S2的第一端子22，并把二极管D5的阳极连接到次级绕组S2的第二端子23。把两个二极管D4和D5的阴极都连接到电感器L2的第一端子。电感器L1的第二端子形成输出端子15，并通过电容器C3连接到次级绕组S1的第二端子21。二极管D2和D3、电感器L1和电容器C3对流过次级绕组S1的交流电进行整流，使之形成直流电压VP2。

电子开关I的控制装置16接收来自同步装置3的斩波信号Sh。控制装置16还接收电压VP1。装置16按信号Sh的频率使开关I断开和闭合的方式，使得在初级绕组E1中产生交变电流。这个电流在次级绕组S1和S2中产生其它交变电流。通过改变开关I闭合持续期与断开持续期之间的比值来调整电压VP1。这种调整是作为所接收的电压VP1的函数而通过装置16来实现的。这种调整模式在文献中称为“脉宽调制”。

作为一种改变，可以用例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)型的、受装置16控制的电子开关来代替二极管D3和D5。

矩阵成像装置2包括光敏点P1到P9，分别由根据头—尾配置串联安装的光敏二极管Dp和开关二极管Dc构成。矩阵成像装置2包括与成列导体X1到X3交叉的成行导体Y1到Y3，在每个相交处，光敏点连接在行导体和列导体之间。因此，沿行L1到L3和列CL1到CL3来排列光敏点P1到P9。

在图2的例子中，只表示出定义9个光敏点的三行和三列，但是这种矩阵可以具有更大的容量，可能增加到数百万个点。例如，产生具有沿3000行和3000列(在40cm×40cm数量级的面积内)排列的光敏点的矩阵是很普通的，或者排列成单行、多列构成一检测带状阵列。

光敏装置包括形成行控制电路的同步装置3，其输出SY1、SY2、SY3分别连接到行导体Y1、Y2、Y3。行控制电路3具有各种元件(未示出)，例如，诸如时钟电路、开关电路、移位寄存器，使之能够执行对行导体Y1到Y3的顺序寻址，并产生斩波信号Sh。行控制电路3接收用于定义施加到行导体和一个源上的偏置脉冲幅度的电压VP1，以及用于定义施加到行导体的读出脉冲的幅度的电压VP2。这两个电压可能是同一个电压。

在P1到P9的每个光敏点中，两个二极管Dp、Dc连接在一起，既可以通过它们的阴极连接，也可以通过它们的阳极连接，如例子所示。把光敏二极管Dp的阴极连接到列导体X1到X3，而把开关二极管的阴极连接到行导体Y1到Y3。

把列导体X1到X3连接到读出电路CL，该电路包括例如积分电路5以及多路复用器电路6，它们形成例如可以是CCD型(代表“电荷耦合器件”)的、具有并行输入和串行输出的移位寄存器。各列导体连接到作为积分器安装的放大器G1到G3的负输入端“-”。把积分电容器C1到C3安装在负输入端“-”和各放大器的输出端S1到S3之间。G1到G3各放大器的第二输入端“+”连接到一个电位上，在例子中是参考电位Vr，该电位实质上是加到所有列导体X1到X3上的。每个放大器包括与每个积分电容器C1到C3并联安装的称作重置开关的单元I1到I3(例如，由MOS型晶体管构成)。

把放大器的输出端S1到S3连接到多路复用器6的输入端E1到E3。这种传统的配置使之有可能在多路复用器6的输出端SM处以“串行”和行行相接(L1到L3)的形式传送对应于积累在所有光敏点P1到P9的点“A”处的电荷的信号。

应该注意，为了完成在图2的例子中是由开关二极管Dc承担的开关功能，使用晶体管的方法也是人们熟知的；后者与二极管相比，在连接方面比较复杂，但是它在“导通”状态的质量上有优势。

为了得到最优质量的有用图像，根据已知为黑图像(black image)并且一般在操作周期的开始处捕获和存储的所谓的偏移图像来执行有用图像的校正。这个偏移图像是当光敏装置暴露在零强度信号时得到的图像，以及对应于一种背景图像。偏移图像作为光敏点的部件的电状态、它们的电气特性的分散性以及当然它们的电源电压的函数而改变。当已经把光敏装置暴露于对应于暴露于电磁辐射的有用信号时就读出了有用图像。它包括了偏移图像。校正在于执行有用图像和偏移图像之间的减法。

Claims (5)

1.一种包括电源(1)、矩阵成像装置(2)的成像装置，按一个扫描频率对矩阵成像装置的矩阵进行扫描，电源(1)把直流输入电压(Dce)转换成允许对矩阵成像装置(2)供电的至少一个直流输出电压(DCs)，其特征在于，电源(1)是斩波型的，并且斩波电源(1)按斩波频率对直流输入电压(Dce)进行斩波，扫描频率与斩波频率是同步的。

2.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述斩波电源(1)按是扫描频率的倍数的斩波频率对直流输入电压(Dce)进行斩波。

3.如权利要求1和2中之一所述的成像装置，其特征在于，进一步包括同步装置(3)，同步装置(3)把频率为扫描频率的一个信号(Sc)提供给矩阵成像装置(2)，同步装置(3)以斩波频率将信号(Sh)提供给斩波电源(1)。

4.一种控制成像装置的方法，所述成像装置包括电源(1)、矩阵成像装置(2)、同步装置(3)，按一个扫描频率对矩阵成像装置的矩阵进行扫描，电源(1)把直流输入电压(Dce)转换成允许对矩阵成像装置(2)供电的至少一个直流输出电压(DCs)，其特征在于，电源(1)是斩波型的，并且斩波电源(1)按斩波频率对直流输入电压进行斩波，扫描频率与斩波频率是同步的，偏移图像先于有用图像，并将基于偏移图像的校正施加于有用图像。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述校正在于从有用图像减去所述偏移图像。

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