JP5114493B2 - 電子形式の画像を生成する方法、画像生成用画像センサのための画像素子ならびに画像センサ - Google Patents
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Description
Bermak, "A CMOS imager with PFM/PWM based analog-to-digital converter", Circuits and Systems, 2002. ISCAS 2002. IEEE International Symposium on, 2002;
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これら上述のすべての方法は基本的に本発明のアプローチとは異なっている。なぜならばこれらはたとえば、ピクセルフィールド(フレーム"Frame")全体のための露光サイクルを、または少なくとも行ごとに(たとえばローリング・シャッター・モード"rolling-shutter mode")、外部から(すなわちグローバルなスタート信号またはリセット信号により)開始させるからであり、あるいは輝度情報をインター・スパイク・インターバル"Inter-Spike-Intervalle"として連続的な「リクエスト・アクノーレッジ・リセット積分」"Request-Acknowledge-Reset-Integrate"サイクルにコーディングするからである。
通常動作モード
通常動作モード中、ピクセルの露光測定のリセットは同じピクセルにおけるトランジェントデテクタ1によってトリガされる。いっそう効率的な、すなわちいっそう小さい実現形態を達成する目的で、既述のように行ごとおよび列ごとに生成されるリセット信号の結合を介した「迂回」が選択される。選択的に、トランジェントデテクタ1のイベントが発生した後の露光測定リセットのトリガをランダムに遅延させることができ、これによって多数のトランジェントデテクタが同時にイベントを発生させたときにバスアービタにおけるデータコリジョンを回避することができる。本発明によれば有利には、露光測定のリセットは同じピクセルの行もしくは列におけるトランジェントデテクタ1のアクノーレッジ信号Ack_Tによりトリガされ、これはアービタ_T5により生成される。これによってデータコリジョンがすでにアービタ_T5により捕捉される。ただし、これとは別のストラテジも可能である。
自律モードの場合、露光測定はトランジェントデテクタ1とは無関係に動作し、たとえば参照フレームの取得などのために、あとで述べるようにグローバルなリセットによって露光測定をアクティブにすることができる。
シーケンシャルモードを使用する目的は、自律モードにおいてたとえば画一的なシーン(領域)において発生する可能性のあるアービタコリジョンを低減し、それにもかかわらず比較的高速に、捕捉されたシーンの完全な画像を得るためである。シーケンシャルモードの場合、あるピクセルにおける露光測定のリセットは、先行する列のピクセルにおける露光測定の終了によってトリガされる。これはアービタ_B6のAck_B(N−1)信号の使用により達成される。つまり後続の列におけるピクセルの露光測定の開始は、シーンの変化には依存しない。あとで説明するように、たとえばピクセルフィールドの第1の列全体の露光測定が手動で励起されると、それによってすべての行における露光測定のシーケンシャルなトリガが引き起こされ、その際、個々の行におけるピクセルの露光測定が互いに無関係にトリガされ、これは先行する列におけるピクセルの露光測定にのみ依存している。先行のピクセルにおける露光測定の終了をシグナリングするAck_B(N−1)を使用することにより遅延は先行のピクセルの露光に依存することになり、このことから非画一的な遅延が発生し、したがって均等なアービタ負荷が生じることになる。オプションとして可能であるのは、あるピクセルの露光測定の開始を、先行のピクセルの露光測定開始とともに調節可能な所定の遅延時間後にトリガすることである。行と列を入れ替えても内容的には同じ結果が得られる。
ランダムモードの場合、以下の作用が利用される。すなわち、それ相応に仕様選定されたコンポーネントあるいは構造をチップ上にいくつも同じように実装させた場合、製造プロセスにおける公差によって定まるパラメータたとえば電流または電圧は、種々の実装においてスタティックなばらつきを有する。本発明の有利な実施形態によれば、C1,C2と増幅器A2の入力側とのノード点において種々のピクセル間でばらつきのある電流を形成する目的で、小さいサイズに選定されたトランジェントデテクタ1の「リセット」スイッチ(トランジスタ)における漏れ電流のばらつきが利用される。この場合、リセットトランジスタの漏れ電流のサイズは、そのバルク電位の作用を受ける可能性がある。この電流によりトランジェントデテクタのイベントが生成され、それらのイベントの発生はピクセルごとにランダムであり、それらのレートをバルク電位によって制御することができる。トランジェントデテクタのイベントによって、やはり通常動作モード中のように露光測定がトリガされる。したがって捕捉されたシーンにおける個々の画素は設定可能なレートでランダムに更新される。
露光測定のグローバルなリセット:ROIにより選択されたピクセルの場合、露光測定はGlobalRst信号(グローバルリセット信号)におけるパルスによって同時に開始される。これによってROI全体に関してきわめて高速に画像が供給されるが、アービタにおいてデータコリジョンが発生する可能性がある。
Claims (31)
- 画像素子により電子形式でシーンのイメージを生成する方法において、
1つの自律的な画像素子における露光測定が、該画像素子により観察されるシーンセクションにおける輝度変化の自動的な非同期の検出イベントを介して、同じ画像素子の一部分によって励起され、
前記露光測定の結果が画像素子のアドレスとともに記憶装置および/または後続処理装置へ非同期で伝達されることを特徴とする方法。 - 前記露光測定の終了は、画像素子において露光に依存する物理的な量が設定可能な閾値に達することにより決定され、該時点において画像素子のアドレスが後続処理装置へ伝達され、前記露光測定をトリガするイベントの時点と前記閾値への到達時点との時間差が、画像素子の露光に対する尺度として用いられる、請求項1記載の方法。
- 積分開始時点に第1の電圧値に達した後、前記画像素子のアドレスが伝達され、同じ画像素子において第2の電圧値に達すると、該画像素子のアドレスが新たに伝達され、前記双方の異なる電圧値に到達した時点の時間差が、前記画像素子の露光に対する尺度として用いられる、請求項1記載の方法。
- 輝度変化の検出と露光測定に関する情報がパラレルに互いに無関係に伝達される、請求項1から3のいずれか1項記載の方法。
- 画像素子における露光測定は該画像素子における輝度変化により開始され、該輝度変化の発生は後続処理装置への画像素子のアドレス伝達により付加的にシグナリングされる、請求項1から4のいずれか1項記載の方法。
- 画像素子に生じた電圧値が所定の期間にわたる積分後に求められ、画像素子露光に対する尺度として使用され、後続処理装置へ伝達される、請求項1記載の方法。
- 画像素子のグループに対する露光測定の開始は共通に許可または阻止される、請求項1から6のいずれか1項記載の方法。
- 画像素子のグループに対する輝度変化の検出は共通に許可または阻止される、請求項1から7のいずれか1項記載の方法。
- 少なくとも1つの画像素子における参照露光測定は、少なくとも1つの任意の時点で外部から開始される、請求項1から8のいずれか1項記載の方法。
- 画像素子のランダム励起およびこれに伴う露光測定の開始が行われる、請求項9記載の方法。
- 複数の画像素子における複数の行有利にはすべての平行な行における露光測定が、該行の最初の画像素子においてそれぞれ実質的に同時に開始され、1つの画像素子における露光測定の積分が終了すると、同じ行のそれぞれ次の画像素子において露光測定が開始される、請求項9記載の方法。
- 任意に設定可能なパターン有利には関連する領域に従って配置されている画像素子において実質的に同時に露光測定が開始される、請求項9記載の方法。
- 参照露光測定は、画像センサの画像素子による輝度変化の検出と同時に、および該検出には依存せずに行われる、請求項9から12のいずれか1項記載の方法。
- 画像素子に対する露光測定の外部からの開始が、該画像素子を含む列と行全体をそれぞれアクティブにし、該アクティブを行う信号のAND結合により行われる、請求項1から13のいずれか1項記載の方法。
- 画像を生成する画像センサのための画像素子において、
露光測定装置と、露光測定結果と画像素子アドレスを非同期でイベント制御により評価回路へ伝達する回路(4)と、前記評価回路と接続されている輝度変化検出回路(1)が設けられており、
前記輝度変化検出回路(1)は輝度変化を検出すると、前記露光測定装置(2,3)と、露光測定結果およびアドレスを非同期でイベント制御により伝達する前記回路(4)を始動させる信号を送出することを特徴とする、
画像を生成するための画像センサのための画像素子。 - 前記輝度変化検出回路(1)から前記露光測定装置(2,3)および露光測定結果と画像素子アドレスを非同期でイベント制御により伝達する前記回路(4)への信号ラインは分離可能であり、前記露光測定装置(2,3)と前記非同期でイベント制御により伝達する回路(4)を始動させる外部の制御ラインが設けられている、請求項15記載の画像素子。
- 前記露光測定装置(2,3)は閾値判定器(3)を備えた積分回路を有しており、該露光測定装置(2,3)は、露光測定結果および画像素子アドレスを非同期でイベント制御により伝達する回路(4)とともに1つの回路(12)にまとめられている、請求項15または16記載の画像素子。
- 閾値判定器(3)として2段型の演算増幅器が用いられ、付加的なトランジスタ(M8)により回路の静止状態において、スタティックな電流つまりは前記閾値判定器における電力消費がほぼゼロまで低減される、請求項17記載の画像素子。
- 前記閾値判定器(3)のための比較電圧を積分過程中、設定可能な2つの別個の値の間で切り替え可能であり、それぞれ供給すべき比較電圧の選択および切替時点の決定は、露光測定結果と画像素子アドレスを非同期でイベント制御により伝達する回路(4)により自動的に画像素子において行われる、請求項17または18記載の画像素子。
- 互いに独立した2つのパラレルなバスアービタ(5,6)が設けられており、該2つのアービタを介して互いに別個に、前記輝度変化検出回路(1)と前記露光測定回路(12)が前記評価回路と接続されている、請求項15から19のいずれか1項記載の画像素子。
- 前記露光測定回路(2)は、設定可能な積分時間をもつ積分回路を有しており、結果として生じた電圧値のためのアナログ/ディジタル変換器(10)と接続されている、請求項15から20のいずれか1項記載の画像素子。
- 前記アナログ/ディジタル変換器(10)は、輝度変化の検出の伝送とは別個のデータバス(11)を介して前記評価回路と接続されている、請求項21記載の画像素子。
- 前記輝度変化検出回路(1)は、信号を前処理し有利にはアドレスイベントプロトコルにより非同期伝送を行うアナログ回路を備えたトランジェントデテクタを有している、請求項15から22のいずれか1項記載の画像素子。
- 複数の画像素子を備え電子形式で画像を生成する画像センサにおいて、
前記画像素子は請求項15から23のいずれか1項記載の画像素子に従って構成されていることを特徴とする画像センサ。 - 露光測定のために前記画像素子を強制的に励起する励起回路(14)が設けられている、請求項24記載の画像センサ。
- 前記画像素子は行形式で配置されており、前記励起回路(14)は各行におけるそれぞれ第1の画像素子を実質的に同時に強制的に励起し、各画像素子における露光測定の終了を伝達し、同じ行におけるそれぞれ次の画像素子を強制的に励起する、請求項24または25記載の画像センサ。
- 輝度変化検出回路における漏れ電流を調節する回路が設けられている、請求項24、25または26記載の画像センサ。
- 複数の画像素子から成るグループのための露光測定回路(12)を実質的に同時に強制的に励起するための回路が設けられており、前記複数の画像素子から成るグループはまえもって設定可能な任意のパターン有利には関連する領域に従い配置されている、請求項24から27のいずれか1項記載の画像センサ。
- 複数の画像素子から成る行全体または列全体に対する露光測定回路(12)のためにそれぞれ1つのリセット論理回路が設けられており、前記画像素子自体において2つのリセット論理回路の信号のAND論理結合が行われる、請求項24から28のいずれか1項記載の画像センサ。
- それぞれ少なくとも1つの行および/または少なくとも1つの列に対し、該行および/または列の露光測定回路(12)のアクティブ状態または非アクティブ状態への移行が、ロード機能を有する書き込みレジスタチェーンを介して共通に行われる、請求項24から29のいずれか1項記載の画像センサ。
- それぞれ少なくとも1つの行および/または少なくとも1つの列に対し、該行および/または列の輝度変化検出回路(1)および画像素子アドレスを非同期でイベント制御により評価回路へ伝達する回路のアクティブ状態または非アクティブ状態への移行が、ロード機能を有する書き込みレジスタチェーンを介して共通に行われる、請求項24から30のいずれか1項記載の画像センサ。
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