DE69921683T2 - Bilderzeugungssystem mit mehreren bilderfassungsmodi - Google Patents

Description

• Technischer Hintergrund
• Die Erfindung betrifft ein Bilderzeugungssystem mit mehreren Erfassungsmodi.
• Mit Bezug auf 1 kann ein digitales Bilderzeugungssystem 7 eine Digitalkamera 12 aufweisen, die einen Bilderfassungssensor oder einen Bildgeber 18 umfasst, um ein optisches Bild 11 elektrisch zu erfassen. Um dies durchzuführen umfasst der Bildgeber 18 üblicherweise eine Feldanordnung 13 (in 2 gezeigt) von Photonen detektierenden Pixelsensoren 20, die in einer fokalen Ebene, auf die das Bild 11 fokussiert wird, angeordnet sind. Bei einem Bildgeber, der linear kodierte Intensitätswerte des erfassten Bildes (nachfolgend als linearer Bildgeber bezeichnet) zur Verfügung stellt, akkumuliert jeder Pixelsensor 20 üblicherweise während einer Integrationszeit oder eines Intervalls Photonen von Lichtenergie eines Abschnittes oder eines Pixels einer Abbildung des Bildes 11, das auf die fokale Ebene (durch die Optik in der Kamera 12) fokussiert ist. Nach dem Ablauf des Integrationsintervalls gibt jeder Pixelsensor 20 (z. B. über eine analoge Spannung) die akkumulierte Ladung (für den zugeordneten Pixel) an, die umgekehrt eine Intensität eines Abschnittes des Pixelbereichs angibt.
• Die Kamera 12 verarbeitet üblicherweise die Angaben von den Pixelsensoren 20, um einen Rahmen von digitalen Daten zu bilden (der das erfasste Bild digital darstellt) und überträgt den Rahmen (z. B. über einen seriellen Bus 15) an einen Computer 14 zur Verarbeitung. Bei einem Video kann die Kamera 12 nachfolgend mehrere optische Bilder erfassen und mehrere Rahmen von Daten bereitstellen, von denen jeder eines der erfassten Bilder angibt. Der Computer 14 kann dann die Rahmen verwenden, um das erfasste Video auf einer Anzeigeeinheit 9 wiederzugeben.
• Mit Bezug auf 2 können die Sensoren 20 z. B. in Reihen und Spalten angeordnet sein. Diese Anordnung ermöglicht den Spaltendecodierern 22 und den Zeilendecodierern 24 die analogen Pixelwerte von den Sensoren 20 nach der Erfassung des Bildes 11 selektiv auszulesen. Die Decodierer 22 und 24 leiten die ausgewählten Pixelwerte an die Spaltendecodier- und Signalverarbeitungsschaltkreis 22 weiter, der z. B. Analog-/Digitalkonverter (ADCs) und Schaltkreise zum kompensieren von Rauschen und/oder Nichtlinearitäten, die durch die Sensoren 20 hervorgerufen werden können. Der Schaltkreis 22 kann die resultierenden Datensignale an eine Eingangs-/Ausgangs-(I/O)Schnittstelle 28 bereitstellen, die einen Schaltkreis umfasst, um den Bildgeber 18 mit anderen Schaltkreisen in der Kamera 12 zu verbinden. Eine Steuereinheit 30 kann die oben beschriebenen Funktionen des Bildgebers 18 koordinieren.
• Bei einem linearen Bildgeber bestimmt die Dauer des Integrationsintervalls, wie lange die Pixelsensoren 20 messen oder dem optischen Bild 11 ausgesetzt sind. Auf diese Weise können die Pixelsensoren 20 unterbelichtet werden, wenn die Dauer des Integrationsintervalls zu kurz ist, und überbelichtet werden, wenn die Dauer zu lang ist. Um die korrekte Belichtungszeit einzustellen, kann die Kamera 12 die Dauer des Integrationsintervalls abhängig von der Messung der Helligkeit des optischen Bildes 11 durch die Kamera steuern. Auf diese Weise verwendet die Kamera 12 üblicherweise eine kürzere Dauer bei hoher Helligkeit (um eine Überbelichtung der Pixelsensoren 20 zu vermeiden) als bei niedriger Helligkeit (um eine Unterbelichtung der Pixelsensoren 20 zu vermeiden). Die Bewertung der Helligkeit durch die Kamera kann z. B. während eines Kalibrations- oder Vormessmodus der Kamera 12 durchgeführt werden.
• Die Intensitäten, die durch den Bildgeber 18 erfasst werden, können einen Bereich von verfügbaren Intensitätswerten, die verfügbarer Dynamikbereich genannt werden, abdecken. Wenn die Intensitätsniveaus über einen großen Abschnitt des verfügbaren Dynamikbereichs verteilt sind, erscheint das Bild klarer, wenn die Intensitätsniveaus über einen geringeren Abschnitt des verfügbaren Dynamikbereichs verteilt sind.
• Der Typ des Bildgebers kann die Grenzen des verfügbaren Dynamikbereichs bestimmen. Z. B. erfasst der lineare Bildgeber Intensitäten über einen Dynamikbereich, der zum Erfassen von Fotografien geeignet ist. Ein weiterer Typ eines Bildgebers kann logarithmische kodierte Intensitätswerte des erfassten Bildes (nachfolgend als logarithmischer Bildgeber bezeichnet) zur Verfügung stellen. Der logarithmische Bildgeber erfasst typischerweise Intensitäten über einen viel größeren Dynamikbereich als der lineare Bildgeber.
• Aufgrund seiner Fähigkeit, Intensitäten über einen großen Dynamikbereich zu erfassen und aufgrund anderer Faktoren ist ein logarithmischer Bildgeber üblicherweise besser für Objekterkennungsanwendungen (z. B. Maschinensichtanwendungen) geeignet als der lineare Bildgeber und umgekehrt ist ein linearer Bildgeber aufgrund seiner Rauschunterdrückungseigenschaften und aufgrund anderer Faktoren typischerweise besser geeignet, Fotografien zu erfassen, als der logarithmische Bildgeber. Als Ergebnis können die zwei Typen von Bildgebern üblicherweise nicht bei bestimmten Anwendungen ausgetauscht werden. Daher ist eine Kamera, die einen logarithmischen Bildgeber verwendet, üblicherweise nicht optimiert, um Fotografien aufzunehmen, und eine Kamera, die einen linearen Bildgeber benutzt, ist üblicherweise nicht für Maschinensichtanwendungen optimiert.
• Eine Bilderfassungsanordnung, ähnlich zu der des Oberbegriffes des Anspruchs 1 ist in dem Dokument FR-A-2751823 offenbart. Weitere Beispiele von Anordnungen nach dem Stand der Technik sind in den Druckschriften EP-A-0793380 und WO-A-97/09819 offenbart.
• Somit besteht ein fortgesetzter Bedarf für ein Bilderfassungssystem, das sich einem oder mehreren der oben angegebenen Probleme annimmt.
• Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Bilderfassungssystem gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1 zur Verfügung. Einige der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Bei einer Ausführungsform umfasst eine Pixelsensoranordnung das Empfangen eines Signals für einen von mehreren Bilderfassungsmodi für die Feldanordnung. Die Feldanordnung ist so gestaltet, um in den angegebenen Modus versetzt zu werden.
• Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Bilderfassungssystem eine Feldanordnung von Pixelsensoren und einen Modussteuerschaltkreis. Der Modussteuerschaltkreis ist so gestaltet, um ein Signal von einem Bilderfassungsmodus aus einer Anzahl von Bilderfassungmodi für die Feldanordnung zu empfangen und die Feldanordnung abhängig von dem Signal zu konfigurieren.
• Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Bilderfassungssystem eine Feldanordnung von Pixelsensoren und einen Modussteuerschaltkreis. Die Feldanordnung ist so gestaltet, um logarithmisch kodierte Lichtintensitätswerte während eines ersten Modus und linear kodierte Lichtintensitätswerte während eines zweiten Modus zur Verfügung zu stellen. Der Modussteuerschaltkreis ist so gestaltet, dass die Feldanordnung wahlweise in den ersten oder zweiten Modus versetzt wird.
• Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Bilderfassungssystem mindestens eine Feldanordnung von Pixelsensoren und einen Schaltkreis. Der Schaltkreis ist mit der einen oder den mehreren Feldanordnungen verbunden und so gestaltet, um ein Signal für den ausgewählten Bilderfassungsmodus aus einer Gruppe von Bilderfassungsmodi zu empfangen und verwendet die eine oder die mehreren Feldanordnungen, um zweite Werte eines Bildes, das gemäß dem ausgewählten Bilderfassungsmodus erfasst wurde, zur Verfügung zu stellen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines digitalen Bilderfassungssystems gemäß dem Stand der Technik.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildgebers der Kamera nach 1.
• 3 ist eine schematische Darstellung eines Bildgebers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• 4 ist eine schematische Darstellung eines Pixelsensors des Bildgebers der 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• Die 5, 6, 7 und 8 zeigen Spannungsverläufe, die den Betrieb des Bildgebers der 3 darstellen, wenn der Bildgeber in einen linearen Erfassungsmodus versetzt ist.
• Die 9, 10, 11 und 12 zeigen Spannungsverläufe, die die Funktion der Feldanordnung der 3 darstellen, wenn der Bildgeber in einem logarithmischen Erfassungsmodus versetzt ist.
• Die 13, 14 und 15 sind schematische Diagramme von digitalen Kameras gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
• Ausführliche Beschreibung
• Mit Bezug auf 3 umfasst eine Ausführungsform 140 eines digitalen Bildgebers gemäß der Erfindung eine Feldanordnung 119 von Pixelsensoren 118, die in einer fokalen Ebene angeordnet sind, auf die zu erfassende optische Bilder fokussiert werden. Auf diese Weise detektiert jeder Pixelsensor 118 eine Lichtintensität, die auf einen Abschnitt oder einen Pixel der fokalen Ebene auftrifft. Der Bildgeber 140 umfasst einen Modussteuerschaltkreis 124, um die Feldanordnung 119 in einen von mindestens zwei verschiedenen Bilderfassungsmodi zu versetzen, ein Merkmal, das es ermöglicht, die Feldanordnung 119 in zahlreichen Anwendungen zu verwenden, die verschiedene verfügbare Dynamikbereiche erfordern.
• Z. B. kann bei einigen Ausführungsformen eine digitale Kamera den Bildgeber 140 verwenden, um optische Abbildungen zu erfassen, und der Modussteuerschaltkreis 124 kann die Feldanordnung 119 entweder in einen logarithmischen Modus oder in einen linearen Modus einstellen. Auf diese Weise stellt die Feldanordnung 119 in dem logarithmischen Modus logarithmisch kodierte Pixelwerte eines erfassten Bildes zur Verfügung, so dass der Bildgeber 140 im Wesentlichen ein logarithmischer Bildgeber ist. In dem linearen Modus stellt die Feldanordnung 119 linear kodierte Pixelwerte eines erfassten Bildes zur Verfügung, so dass der Bildgeber 140 im Wesentlichen ein linearer Bildgeber ist. Als Ergebnis dieser Anordnung kann eine Kamera, die den Bildgeber 140 umfasst, beispielsweise sowohl für Maschinensicht- als auch Fotografieanwendungen verwendet werden.
• Als weiteres Beispiel für die Verwendung des Bildgebers 140 mit einer Kamera kann der Bildgeber 140 in mehr als einem Modus verwendet werden, um das Erfassen und Verbessern einer Fotografie. Z. B. kann die Feldanordnung 119 einen Schnappschuss eines Bildes erfassen, wenn sie in den logarithmischen Modus eingestellt ist und einen weiteren Schnappschuss des Bildes erfassen, wenn sie sich in dem linearen Modus befindet. Als Beispiel kann die Kamera den resultierenden linear erfassten Rahmen verwenden, um die zugrunde liegende Fotografie zu bilden und den resultierenden logarithmisch erfassten Rahmen verwenden, um Vormessungs- oder Nachverarbeitungsfunktionen auszuführen. Z. B. kann der logarithmisch erfasste Rahmen verwendet werden, um die Integrationszeit für die lineare Erfassung des Bildes zu bestimmen. Als weiteres Beispiel kann der logarithmisch erfasste Rahmen verwendet werden, um festzustellen, wenn ein bestimmter linear erfasster Pixelwert gesättigt ist und, wenn dies der Fall ist, kann der entsprechend logarithmisch erfasste Pixelwert anstelle des linear erfassten Pixelwerts eingesetzt werden.
• Somit können die Vorteile der oben beschriebenen Anordnung zumindest in einem der nachfolgend aufgeführten Punkte bestehen: Ein einfacher Bildgeber kann mehrere Bilderfassungsmodi aufweisen; eine Kamera, die den Bildgeber beinhaltet, kann für verschiedene Bilderfassungsanwendungen verwendet werden, die deutlich verschiedene verfügbare Dynamikbereiche erfordern, wie Maschinensicht- oder Fotografieanwendungen; und eine Kamera, die den Bildgeber beinhaltet, kann die verschiedenen Modi verwenden, um Vormessungs- und Nachverarbeitungsfunktionen auszuführen. Andere Vorteile können ebenso möglich sei.
• Der Bildgeber 140 umfasst eine Steuereinheit 129, die über eine Eingabe/Ausgabe-(I/O)Schnittstelle 128 eine Anfrage empfängt, um die Feldanordnung 119 beispielsweise in den logarithmischen oder linearen Modus zu versetzen. Der Bildgeber 140 kann Teil einer digitalen Kamera sein, und die Quelle der Anfrage kann zum Beispiel ein Knopf auf der Kamera oder einem Computer sein, der mit der Kamera gekoppelt ist, wie es nachfolgend beschrieben wird. Abhängig von der Anfrage kann die Steuereinheit 129 bei einigen Ausführungsformen ein Logiksignal (ein sog. MODE-Signal) aktivieren (mit beispielsweise einem High-Pegel), um den logarithmischen Modus anzuzeigen, und das MODE-Signal deaktivieren (z. B. durch einen Low-Pegel), um den linearen Modus anzuzeigen. Der Modussteuerschaltkreis 124 versetzt die Feldanordnung 119 in den Modus, der durch das MODE-Signal angezeigt wird.
• Mit Bezug auf 4 kann insbesondere der Modussteuerschaltkreis 124 eine Spannung (V_G genannt) bereitstellen, die durch den Modus steuerkreis 124 bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann bei einigen Ausführungsformen jeder Pixelsensor 118 einen n-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) 150 umfassen, der die V_G-Spannung an seinem Gate-Anschluss empfängt. Die V_G-Spannung steuert umgekehrt, ob der Pixelsensor 118 die Intensität eines zugehörigen Pixels linear oder logarithmisch angibt. Der Pixelsensor 118 kann auch ein fotosensitives Element, wie z. B. eine Fotodiode 152 aufweisen, die einen Strom (I_PD genannt) abhängig von Photonen einer Energie leitet, die von den zugehörigen Pixel des zu erfassenden Bildes empfangen wurde. Bei einigen Ausführungsformen ist die Kathode der Fotodiode 152 mit einem Source-Anschluss des MOSFET 150 verbunden und dient auch als ein Erfassungsknoten 160 für den Pixelsensor 118. Der Erfassungsknoten 160 stellt eine Spannung (V_PD genannt) zur Verfügung, die die Intensität des Pixels anzeigt. Die Anode der Fotodiode 152 kann mit einem negativen Versorgungsspannungniveau (V_SS genannt, wie gezeigt) oder Masse verbunden sein. Eine signifikante parasitäre Kapazität (nicht gezeigt) kann zwischen dem Erfassungsknoten 160 und der Masse vorhanden sein und die Antwort des Pixelsensors 118, der nachfolgend beschrieben wird, beeinflussen. Der Kapazitätswert dieser parasitären Kapazität kann im allgemeinen der Gate-Kapazität des MOSFET 156 und dem Kapazitätswert der Fotodiode 152 zugerechnet werden. Der Drain-Anschluss des MOSFET 150 kann mit einem positiven Versorgungsspannungsniveau (V_CC genannt) verbunden sein.
• Jeder Pixelsensor 118 stellt einen Wert für eine gemessene Pixelintensität einer zugeordneten Bitleitung 158 zur Verfügung. Insbesondere kann der Wert bei einigen Ausführungsformen durch die V_PD-Spannung bereitgestellt werden, die abgetastet wird (wie nachfolgend beschrieben), um eine Spannung (V_BITLINE) auf der Bitleitung 158 bereitzustellen. Zum Zwecke des Abtastens der V_PD-Spannung kann der Pixelsensor 118 einen n-Kanal MOSFET 156 aufweisen, der als ein Source-Folger arbeitet. Auf diese Weise weist der MOSFET 156 einen Gate-Anschluss, der mit dem Knoten 160 verbunden ist, einen Source-Anschluss, der mit der Bitleitung 158 verbunden ist, und einen Drain-Anschluss auf, der operativ mit dem positiven Versorgungsspannungsniveau V_CC verbunden ist. Ein weiterer n-Kanal MOSFET 154 kann mit seinem Drain-Source-Pfad in Reihe mit dem Drain-Source-Pfad des MOSFET 156 verbunden sein und wird betrieben, um das Abtasten der V_PD-Spannung ein- und auszuschalten. Wenn eine Spannung (V_WL genannt) des Gate-Anschlusses des MOSFET 154 aktiviert wird (z. B. mit einem High-Pegel) leitet der MOSFET 154, wodurch der MOSFET 156 einen Wert der V_PD-Spannung an die Bitleitung 158 leitet und bereitstellt. Wie gezeigt, ist bei einigen Ausführungsformen der Drain-Source-Pfad des MOSFET 154 zwischen dem positiven Versorgungsspannungniveau V_CC und dem Drain-Anschluss des MOSFET 156 verbunden. Jedoch kann bei anderen Ausführungsformen der Drain-Source-Pfad des MOSFET 154 zwischen dem Source-Anschluss des MOSFET 156 und der Bitleitung 158 angeschlossen sein.
• Mit Bezug auf die 5, 6, 7 und 8 kann der Pixelsensor 118 auf folgende Weise arbeiten, wenn die Feldanordnung 119 in den linearen Modus versetzt ist. Insbesondere misst jeder Pixelsensor 118 die Intensität des zugehörigen Pixels mit Hilfe von Integrationsintervallen (beispielsweise das Integrationsintervall von dem Zeitpunkt T₁ bis zu dem Zeitpunkt T₂ und dem Integrationsintervall von dem Zeitpunkt T₅ bis zu dem Zeitpunkt T₆), von denen jedes durch T_INT in 5 bezeichnet ist. Vor dem Beginn eines beispielhaften Integrationsintervalls 139 initialisiert der Modussteuerschaltkreis 124 den Pixelsensor 118, in dem das V_G-Signal (siehe 5) von dem Zeitpunkt T₀ bis zum Zeitpunkt T₁ kurz aktiviert wird (indem es z. B. auf einen High-Pegel gesetzt wird). Die aktivierte V_G-Spannung veranlasst umgekehrt den MOSFET 150, leitfähig zu werden und die V_PD-Spannung (siehe 6) auf eine Anfangsspannung zu ziehen, die ungefähr gleich dem Versorgungsspannungsniveau V_CC minus der Schwellspannung des MOSFET 150, z. B., entspricht. Um einen Wert der Anfangsspannung der V_PD-Spannung zu erhalten (zum Zwecke einer späteren Berechnung der aufintegrierten Intensität), aktiviert ein Zeilendecodierer 121 (siehe 3) die V_WL-Spannung (siehe 7) für eine Zeile während des Zeitintervalls von dem Zeitpunkt T₀ bis zu dem Zeitpunkt T₁, um die MOSFETs 154 und 156 leitfähig werden zu lassen. Zum Zeitpunkt T₁ deaktiviert der Zeilendecodierer 121 die V_WL-Spannung von dem Zeitpunkt T₁ bis zu dem Zeitpunkt T₂ (indem sie z. B. auf ein Low-Potential gesetzt wird), um die MOSFETs 154 und 156 für die Dauer des Integrationsintervalls 139 auszuschalten.
• Während des Integrationsintervalls 139 entzieht der I_PG-Strom der Diode 152 die Ladung, die in der parasitären Kapazität gespeichert ist, die mit dem Abtastknoten 160 verbunden ist. Das Entziehen der Ladung verursacht umgekehrt einen linearen Abfall der V_PD-Spannung (siehe 6), was näherungsweise zu einer Flanke von I_PG/C führt, wobei „C" der Kapazitätswert der parasitären Kapazität darstellt. Am Ende des Integrationsintervalls 139 aktiviert der Zeilendecodierer 121 die V_WL-Spannung von dem Zeitpunkt T₂ zu dem Zeitpunkt T₃, um die MOSFETs 154 und 156 zu veranlassen, eine Wert der V_PD-Spannung (das ist die V_BITLINE-Spannung (siehe 8)) an die Bitleitung 158 zu leiten. Somit können aus den zwei abgetasteten V_PD-Spannungen (eine zu Beginn des Integrationsintervall und eine zum Ende) die akkumulierten Photonen und somit die Intensität des Pixel bestimmt werden.
• Das obige Beispiel veranschaulicht, das korrelierte doppelte Abtasten der V_PD-Spannung während des linearen Modus. Jedoch sind andere Ausführungsformen möglich. Z. B. kann bei einigen Ausführungsformen der Rücksetzwert der V_PD-Spannung, die verwendet wird, um die akkumulierten Photonen eines bestimmten Indikationsintervalls zu berechnen, der Rücksetzwert des nächsten Integrationsintervall sein, da der Rücksetzwert im Wesentlichen zwischen aufeinander folgenden Integrationsintervallen nicht wesentlich variieren kann.
• Mit Bezug auf die 9, 10, 11 und 12 stellt der Modussteuerschaltkreis 124 bei dem logarithmischen Modus die V_G-Spannung (siehe 9) auf ein DC-Spannungsniveau ein, das den MOSFET 150 in einem Unterschwellspannungsbereich betreibt, in dem die Spannungskennlinie (das ist die V_GS-I_PD-Beziehung) des MOSFETs 150 einer expotentialen Kurve folgt. Als Ergebnis stellt die V_PD-Spannung (siehe 10) einen logarithmischen Intensitätswert des zugeordneten Pixels dar.
• Insbesondere stellt die V_PD-Spannung eine annähernd sofortige Darstellung der Intensität zur Verfügung, die lediglich durch die RC(Widerstand-Kapazität)-Zeitkonstanten des Pixelsensors 118 verzögert ist, und nicht durch die Dauer des Indikationsintervalls. Als Ergebnis kann lediglich ein kleines Zeitintervall (ungefähr 0,3 ms (ms) als Beispiel für den logarithmischen Modus) notwendig sein, um ein Bild für den logarithmischen Modus zu erfassen, verglichen zu dem linearen Modus. Dadurch können z. B. zwei oder mehr Werfe (gezeigt durch die Pulse 170 und 172 der V_WL-Spannung, die in 11 gezeigt sind, und durch die resultierenden Pulse 174 und 176 der V_BITLINE-Spannung, die in 12 gezeigt sind) der eintreffenden Intensität in einem Zeitintervall erhalten werden, das kürzer ist als ein Zeitintervall beim linearen Modus.
• Mit Bezug auf 3 kann der Bildgeber 140 bei einigen Ausführungsformen in der folgenden Weise arbeiten, um ein Bild zu erfassen. Insbesondere können die Pixelsensoren 118 ungeachtet des Modus der Feldanordnung 119 einige Zeit benötigen, um das erfasste Bild anzugeben. Nachdem diese Zeit verstrichen ist, liest der Zeilendecodierer 121 die eintreffenden Intensitäten aus den Pixelsensoren 118 durch die wahlweise (über die geeignete V_WL-Spannung) elektrisch ausgewählten Zeilen des Pixelsensors 118 aus. Wenn diese ausgewählt sind, überträgt der Pixelsensor 118 den Wert der detektierten Intensität (über die Bitleitung 158) an den Signalverarbeitungsschaltkreis 126. Der Spaltendecodierer und der Signalverarbeitungsschaltkreis 126 können verwendet werden, um Gruppen der Werte für jede Zeile auszuwählen. Der Schaltkreis 126 kann z. B. Rauschen der Werte filtern und die Werte vor dem Übertragen der Daten an eine I/O-Schnittstelle 128 in digitale Daten konvertieren. Die I/O-Schnittstelle 128 kann Puffer umfassen, um zeitweilig Daten zu speichern, und einen Schaltkreis, um den Bildgeber 140 mit externen Schaltkreisen (z. B. anderen Komponenten einer digitalen Kamera) zu verbinden.
• Der Bildgeber 140 kann auch einen Multiplexer Schaltkreis 127 umfassen, um selektiv die Werte von den Pixelsensoren 118, die von dem ausgewählten Bilderfassungsmodus abhängen, selektiv weiterzuleiten. Zum Beispiel kann der Schaltkreis 127 einen Teil des Schaltkreises 126 auswählen, um das doppelt korrelierte Abtasten, das während des linearen Bilderfassungsmodus durchgeführt wird, auszuführen und einen weiteren Teil des Schaltkreises 126 auswählen, um das Abtasten während des logarithmischen Modus durchzuführen.
• Bei einigen Ausführungsformen kann der Bildgeber 140 auch die Steuereinheit 129 umfassen, die einen Schaltkreis aufweist, wie z. B. Zustandsapparate und Zeitgeber, um das Timing, das Empfangen der Werte von der Feldanordnung 119, den Modus der Feldanordnung 119 und den generellen Datenfluss durch den Bildgeber 140 zu steuern. Die Steuereinheit 129 kann das MODE-Signal bereitstellen, das die Steuereinheit 129 aktiviert (z. B. auf einen High-Pegel treibt), um den logarithmischen Modus anzuzeigen und zu deaktivieren (z. B. auf einen Low-Pegel treibt), um den linearen Modus anzuzeigen. Wenn die Steuereinheit 129 das MODE-Signal aktiviert (um den logarithmischen Modus anzuzeigen) stellt der Modussteuerschaltkreis 124 die V_G-Spannung auf eine vorbestimmte DC-Spannung ein, die jeden der MOSFETs 150 in einen Unterschwellspannungsarbeitsbereich versetzt. Auf ähnliche Weise, wenn die Steuereinheit 129 das Modussignal deaktiviert (um den linearen Modus anzuzeigen), pulst der Modussteuerschaltkreis 124 die V_G-Spannung zu geeigneten Zeiten (wie in 5 gezeigt), um die Integration durch die Pixelsensoren 118 zu steuern.
• Bei einigen Ausführungsformen kann der Modussteuerschaltkreis 124 (siehe 3) einen Multiplexer 123 aufweisen, der eine DC-Spannung (V_BIAS genannt) an einem Eingangsanschluss und eine andere Spannung (V_RESET genannt) an einem weiteren Eingangsanschluss empfängt. Der Modussteuerschaltkreis 124 kann einen Spannungsreferenzschaltkreis 130 umfassen, der die V_BIAS-Spannung zur Verfügung stellt und die V_BIAS-Spannung auf ein Niveau einstellt, das geeignet ist, um die MOSFETs 150 der Pixelsensoren 118 in den Unterschwellspannungsarbeitsbereich während des logarithmischen Modus zu versetzen. Die Steuereinheit 129 stellt die V_RESET-Spannung zur Verfügung und pulst die V_RESET-Spannung in geeigneter Weise, um das Ein-/Ausschaltverhalten des MOSFETs 150 während des linearen Modus zu steuern. Der Multiplexer 123 stellt die V_G-Spannung an einem Ausgangsanschluss zur Verfügung und empfängt das MODE-Signal an einem ausgewählten Anschluss. Bei einigen Ausführungsformen pulst die Steuereinheit 129 die V_RESET-Spannung, um ein Bild gemäß dem linearen Modus zu erfassen, ungeachtet, ob die Feldanordnung 119 sich in dem logarithmischen oder linearen Modus befindet, da der Multiplexer 123 die geeignete V_G-Spannung (d. h., die V_BIAS- oder die V_RESET-Spannung) an die MOSFETs 150 bereitstellt.
• Zum Benachrichtigen der Steuereinheit 129 über den gewünschten Modus kann die Steuereinheit 129 Anfragen von einem Schaltkreis (nachfolgend beschrieben) außerhalb des Bildgebers 140 über eine I/O-Schnittstelle 128 empfangen. Z. B. kann mit Bezug auf 13 bei einigen Ausführungsformen der Bildgeber 140 Teil einer digitalen Kamera 210 sein, die Schaltkreise umfasst, die mit dem Bildgeber 140 zusammenarbeiten. Neben dem Bildgeber 140 kann die Kamera 210 eine Optik 260 aufweisen, um das optische Bild auf die fokale Ebene des Bildgebers 140 zu fokussieren. Eine Erfassungs- und Signalverarbeitungseinheit 148 kann mit dem Bildgeber 140 zusammenarbeiten, um das Pixelbild zu erfassen und einen Datenrahmen, der das Pixelbild angibt, an einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 263 zu übertragen. Um dies durchzuführen, kann die Erfassungs- und Signalverarbeitungseinheit 148 mit einem Bus 220 verbunden sein, an dem sich ein Speichercontroller 261 befindet, der den Rahmen von dem Bus 220 empfängt und Signale erzeugt, um die Daten in dem Speicher 263 zu speichern.
• Die Kamera 210 kann auch eine Kompressionseinheit 268 umfassen, die mit dem Speicher 263 zusammenarbeitet, um die Größe des Rahmens vor dem Speichern des komprimierten Rahmens in einem Flash-Speicher 278 zu komprimieren. Um dies durchzuführen, kann die Kompressionseinheit 268 mit dem Bus 220 verbunden sein, an dem sich ein Flash-Speichercontroller 274 befindet, der den komprimierten Rahmen von dem Bus 220 empfängt und Signale generiert, um die Daten in dem Flash-Speicher 278 zu speichern. Um den komprimierten Rahmen an einen Computer zu übertragen, kann die Kamera 210 eine serielle Busschnittstelle 266 aufweisen, die mit dem Bus 220 verbunden ist, um den komprimierten Rahmen von entweder dem Speicher 263 oder dem Flash-Speicher 278 zu empfangen. Um dies durchzuführen, generiert die serielle Busschnittstelle 266 Signale auf einem seriellem Bus 280 (z. B. einem Universal Serial Bus (USB)), um z. B. den komprimierten Rahmen an einen Computer 300 zu übertragen. Der USB ist detailliert in der Spezifikation für den Universal Serial Bus, Version 1.0, veröffentlicht am 15. Januar 1996, beschrieben und im Internet auf www.intel.com verfügbar.
• Die vom Bildgeber 140 extern angeordneten Schaltkreise können die Quelle einer Anfrage an den Bildgeber 140 sein, die Feldanordnung 119 in einen bestimmten Bilderfassungsmodus zu versetzen. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen der Computer 300 eine Anfrage an die Kamera 210 über die serielle Busschnittstelle 266 übertragen, um den Modus der Feldanordnung 119 einzustellen, wie z. B. den linearen Modus oder den logarithmischen Modus. Ein Prozessor oder Mikroprozessor 262 (einen Pentium-basierter Mikroprozessor, einen Advanced Risk Machine (ARM) Mikroprozessor, einen 80 × 86-Prozessor oder einen Mikroprozessor als einige wenige Beispiele) der Kamera, können zum Beispiel ein Signal über die Anfrage über die serielle Busschnittstelle 266 empfangen und ein Signal für die Anfrage an den Bildgeber 140 übertragen.
• Bei einigen Ausführungsformen kann die Quelle der Anfrage, die Feldanordnung 119 in einen bestimmten Bilderfassungsmodus zu versetzen, von den Schaltkreisen der Kamera 210 kommen, wie z. B. von einem Schalter oder Knopf 290 der Kamera 210. Als Beispiel kann die Kamera 210 eine Druckknopfschnittstelle 291 umfassen, um den Status des Druckknopfes 290 an dem Mikroprozessor 262 anzuzeigen. Der Mikroprozessor 262 kann mit dem Bus 220 über eine Busschnittstelle 270 verbunden sein.
• Bei einigen Ausführungsformen kann die Anfrage automatisch generiert werden. Zum Beispiel zum Verbessern eines erfassten fotografischen Bildes kann die Kamera 210 ein Bild zweimal erfassen, wie oben beschrieben: einmal mit der linearen Feldanordnung und ein weiteres Mal mit der logarithmischen Feldanordnung. Auf diese Weise kann der Mikroprozessor 262 automatisch die Anfrage generieren, die Feldanordnung 119 umzukonfigurieren, um das Bild ein zweites Mal zu erfassen. Als weiteres Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen der Mikroprozessor 262 automatisch die Anfrage generieren, um die Feldanordnung 119 in einem bestimmten Modus zu konfigurieren, der von einem oder mehreren Faktoren, wie z. B. Belichtungsbedingungen, Auflösung usw. abhängt.
• Andere Ausführungsformen liegen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche. Z. B. kann die Feldanordnung bei einigen Ausführungsformen in von dem linearen und logarithmischen Modus verschiedenen Bilderfassungsmodi versetzt werden. Als weiteres Beispiel kann der Bildgeber ein Teil von Bildgebersystemen sein, die sich von einer Kamera unterscheiden, wie beispielsweise einem Scanner.
• Mit Bezug auf 14 kann als weiteres Beispiel die Kamera 210 durch eine Kamera 400 ersetzt sein. Die Kamera 400 hat einen ähnlichen Aufbau wie die Kamera 210 mit den Unterschieden, die nachfolgend ausgeführt werden. Insbesondere umfasst ein Bildgeber 404 (der den Bildgeber 140 ersetzt) der Kamera 400 mehr als eine Feldanordnung 406 von Pixelsensoren. Auf diese Weise kann jede Feldanordnung 406 in einem verschiedenen Modus konfiguriert werden und abhängig von dem gewünschten Bilderfassungsmodus ausgewählt werden. Somit kann als Beispiel eine der Feldanordnungen 406 in einen linearen Modus versetzt werden und eine weitere Feldanordnung 406 in einen logarithmischen Modus versetzt werden. Der Modus einer bestimmten Feldanordnung 406 kann permanent eingestellt sein oder nicht (abhängig von der bestimmten Ausführungsform), da der Modus der bestimmten Feldanordnung 406 umkonfiguriert werden kann, wie oben beschrieben wurde.
• Die elektrische Auswahl der bestimmten Feldanordnung 406 kann durch einen Modussteuerschaltkreis 405 des Bildgebers 404 durchgeführt werden (der den Modussteuerschaltkreis 124 des Bildgebers 140 ersetzt). Auf diese Weise kann der Modussteuerschaltkreis 405 ein Signal über den ausgewählten Modus empfangen (das direkt von einer Steuereinheit stammt, (wie z. B. von einer Steuereinheit, die z. B. in einigen Aspekten der Steuereinheit 129 ähnelt) oder z. B. indirekt von dem Mikroprozessor 262) und mit dem Multiplexerschaltkreis 405 des Bildgebers 404 zusammenarbeiten, um die geeignete Feldanordnung 406 abhängig von dem Signal auszuwählen.
• Zum Fokussieren des zu erfassenden Bildes auf der geeigneten Feldanordnung 406 kann die Kamera 400 eine Umlenkungsoptik 402 aufweisen, die das Bild von der Optik 260 auf die ausgewählte Feldanordnung 406 lenkt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Umlenkungsoptik 402 beispielsweise eines oder mehrere Galvanometer aufweisen, die die Position der Linsen und/oder Spiegel der Umlenkungsoptik steuert. Die Mikrogalvanometer können z. B. durch die Erfassungs- und Signalverarbeitungseinheit 148 der Kamera 400 gesteuert werden.
• Mit Bezug auf 15 kann als weiteres Beispiel die Kamera 210, 400 durch eine Kamera 500 ersetzt sein, die einen Bildgeber 504 mit mehreren Pixelsensor-Feldanordnungen 506 umfasst. Dabei können die Feldanordnungen 506 in verschiedene Modi versetzt werden. Somit kann als Beispiel eine Feldanordnung 506 in einen linearen Bilderfassungsmodus und eine weitere Feldanordnung 506 in einen logarithmischen Bilderfassungsmodus versetzt werden. Die Kamera 500 kann einen Strahlteiler 502 umfassen, der Abbildungen eines zur erfassenden optischen Bildes auf die fokalen Ebenen der Feldanordnungen 506 fokussiert. Ein Multiplexer-Schaltkreis 505 des Bildgebers 504 kann eines oder mehrere der Feldanordnungen 506 zum Zweck der Bilderfassung und/oder Bildscannens auswählen. Somit kann als ein Beispiel die Steuereinheit des Bildgebers 504 (in einigen Aspekten z. B. ähnlich zur Steuereinheit 129) einen besonderen Bilderfassungsmodus angeben, und der Multiplexer-Schaltkreis 505 kann die Signale, die von einer der Feldanordnungen 506 abhängig von der Auswahl der Steuereinheit ausgewählt sind, abgeben. Der Mikroprozessor 262 der Kamera 500 kann z. B. die Steuereinheit anweisen, welcher Bilderfassungsmodus ausgewählt wird. Die Feldanordnung 506 kann das optische Bild gleichzeitig erfassen oder nicht, je nach besonderer Ausführungsform.
• Während die Erfindung mit Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen offenbart worden ist, sind dem Fachmann bei Kenntnis dieser Offenbarung verschiedene Modifikationen und Variationen offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche all diese Modifikationen und Variationen, die innerhalb dem Bereich der Erfindung fallen, abdecken.

Claims (4)

1. Bilderfassungssystem (140) umfassend: eine Feldanordnung (119) von Pixelsensoren (118), die jeweils ein fotosensitives Element (152) umfassen, wobei die Sensoren (118) so gestaltet sind, um einen logarithmisch kodierten Wert der Lichtintensitäten in einem ersten Modus und einen linear kodierten Wert der Lichtintensitäten in einem zweiten Modus bereitstellen; gekennzeichnet durch: einen Modussteuerschaltkreis (124), der so gestaltet ist, dass die Feldanordnung (119) durch Umschalten wahlweise in entweder den ersten oder den zweiten Modus versetzt wird; und einen Transistor (150), der mit dem fotosensitiven Element (152) verbunden ist, um das fotosensitive Element zu veranlassen, einen der logarithmisch kodierten Werte in dem ersten Modus und einen der linear kodierten Werte in dem zweiten Modus bereit zu stellen.
2. Bilderfassungssystem (140) nach Anspruch 1, wobei der Modussteuerschaltkreis (124) umfasst: einen Multiplexer-Schaltkreis (127), der so gestaltet ist, dass abhängig von einem der ersten Werte der Ausgang der Feldanordnung in einem ersten Modus an einen Verarbeitungsschaltkreis zum Verarbeiten der logarithmisch kodierten Werte geleitet wird, und dass abhängig von einem zweiten Wert der Ausgang der Feldanordnung in einem zweiten Modus an den Verarbeitungsschaltkreis zum Verarbeiten der linear kodierten Angaben geleitet wird.
3. Bilderfassungssystem (140) nach Anspruch 1, umfassend: einen Prozessor (129), der gestaltet ist, um mit dem Modussteuerschaltkreis (124) zusammenzuarbeiten, so dass der erste und der zweite Modus ausgewählt werden.
4. Bilderfassungssystem (140) nach Anspruch 1, wobei das Bilderfassungssystem (140) eine Kamera umfasst.