NO163470B - Anordning for en rekke av forodioder angbragt i en matrise - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for

en rekke av fotodioder anbragt i en matrise, som er integrert til det samme halvledersubstratet som en bildebehandler forbundet med fotodiodene, hvor bildebehandleren er av en type som tillater parallell signalbehandling, slik som bildeomdanning av bildesignalene som kommer fra fotodiodene.

Datamaskinbasert bildebehandling er allerede blitt inn-ført i 60-årene, men det er først under de siste år at det er industrielt av interesse, ettersom utstyr og algoritmer har nådd et tilstrekkelig modenhetsnivå. Den-

ne type av bildebehandling har hittil vært realisert i diskrete systemer hvor et TV-kamera og en datamaskin har vært de grunnleggende komponenter.

For å nå en mer virkningsfull bruk av denne teknikk, har oppfinnerne på den tiende nordiske Halvlederkonvensjon, juni 1982, foreslått en integrert løsning som innbefatter et kamera i form av en fotodiodematrise samt en bildebehandler. En slik bildebehandler kjennetegnes ved en høy parallellitet og utfører derfor hurtige ope-rasjoner på bilder.

Denne type system har hittil kun vært realisert som prototyper. Ved anvendelse av disse, er det blitt klart at virkningsgraden som ønskes ved integreringen settes på spill på grunn av.at bildebehandlingsresultatet ikke kan ekstraheres hurtig og virkningsfullt fra kretsen. En av ulempene er at et resulterende bilde må utleses fra kretsen ettersom dette bildet generelt er basisen for etterfølgende, numeriske beregninger. Ettersom antallet av forbindelser til kretsen er betydelig mindre enn antallet av bildeelementer, må denne utlesning finne sted seriemessig, hvilket eliminerer noe av hastighetsfor-

delen ved en hurtig bildebehandler.

Den foreliggende oppfinnelse tilsikter å bøte på denne ulempe, og dette oppnås ved at anordningen innbefatter at

anordningen innbefatter en digital krets av en kombinatorisk eller sekvensmessig type anbragt på nevnte substrat og forbundet med behandleren og utformet til å bestemme antallet og/eller posisjonen av bildeelementene som fotodiodene og bildebehandleren har etablert for å oppfylle et digitalt kriterium.

Oppfinnelsen reduserer behovet for å utlese bildedata

ved å tilveiebringe meget komprimert informasjon som lett kan bringes ut og anvendes for ytterligere behandling.

I det etterfølgende skal oppfinnelsen forklares ytterligere med henvisning til den vedlagte tegning,

hvor fig. 1 viser et blokkskjema over en anordning ifølge oppfinnelsen integrert på et enkelt halvledersub-strat. Fig. 2 viser en foretrukket utførelsesform av den digitale kretsen ifølge et spesielt kjennetegn ved oppfinnelsen. Fig. 3 viser en foretrukket utførelsesform av en kretsblokk som inngår.i oppfinnelsen.

I fig. 1 representerer 1 en diodematrise som består av

et antall fotodioder (PD) som via en databuss 2 er forbundet med en bildebehandler 3 med så mange kanaler som antallet av fotodioder i matrisen. Selv om det ikke er klart fremhevet, er det innlysende at samtlige signaler omformes til digital form for å kunne mottas og behandles av bildebehandleren. Fotodiodematrisen 1 og bildebehandleren 3 er anbragt på et felles halvleder-substrat under anvendelse av etablert halvlederteknologi og bildebehandleren er av den tidligere nevnte type og i stand til å utføre parallelle bildebehandlingsopera-sjoner.

En slik bildebehandler 3 innbefatter en rekke av bilde-registre (P^)5, en global logisk enhet (GLU) 6, en naboliggende logisk enhet (NLU) 7, en punktlogisk .enhet (PLU) 8 og et akkumulatorregister (A) 9. Bilderegistrene 5 kommuniserer de> av bussen 2 med en av inngangene., på GLU 6 og med utgangen 10 hos akkumulatorregisteret 9. Nevnte'utgang er også koplet til den andre inngangen av GLU 6 og til en inngang av PLU 8. Utgangen fra GLU 6 er forbundet med inngangen hos NLU 7 og utgangen av denne enhet er forbundet med den andre inngangen hos PLU 8. Utgangen fra PLU 8 er i sin tur forbundet med inngangen hos akkumulatorregisteret. GLU 6 er innrettet til å merke ut slike objekter i et bilde som leveres fra akkumulatorregisteret, som pekes på av et bilde D som kommer fra databussen 2, hvor bildet i sin tur kan ha sin opp^-rinnelse enten fra diodematrisen 1 eller bilderegisteret rekken 5. Å peke på et objekt betyr^ at man angir at minst et bildeelement i bildet A tilhører objektet som skal merkes ut og derfor har en viss binær verdi. Bruk av bildet D for å peke på et objekt betyr at et tilsvarende bildeelement er gitt av nevnte binære verdi.

En foretrukket konstruksjon av GLU 6 er vist i fig. 3. For hver fotodiode i diodematrisen 1, innbefatter GLU 6 en kretsblokk 11 som hver består av to.OG-porter 12, 13 og ELLER-porter 14, 15 og 16 som hver har to innganger. En inngang av OG-porten 12, 13 er tilkoplet akkumulatorregisteret 9, mens den andre inngangen er tilkoplet den respektive utgang hos ELLER-portene 14, hhv. 15. Utgangen hos OG-portene er forbundet med begge innganger hos ELLER-porten 16. En inngang hos ELLER-portene 14, 15 er forbundet med databussen 2. Den andre inngangen.hos ELLER-porten 14 er forbundet med'utgangen fra OG-porten 12 i den naboliggende GLU kretsblokken på en side, mens den andre inngangen av ELLER-porten 15 er forbundet med utgangen hos OG-porten 13 i den naboliggende GLU kretsblokken på den andre siden. Kretsblokken 11 arbeid-er som følger: Hvis et tilsvarende bildeelement tilhører et object, dvs. A=l, finnes der en mulighet for at bildeelementet vil bli merket ut, dvs. G=l. Betingelsen for at bildeelementet skal merkes ut er at minst en av utgangene hos portene 14, 15 settes til "en". Dette er tilfellet enten når bildepunktet er nøyaktig det som ut-pekes, dvs. D=l, eller når utgangene hos portene 12 eller 13 i de naboliggende GLU- kretsblokkene settes til "en", dvs. når de tilsvarende bildeelementene er funnet å tilhøre objektet.

Virkningen av dette er av kretsblokkene 11 som inngår i GLU 6 samvirker innbyrdes med utgangssignalene fra portene 12 og 13. Utgangssignalet (L) fra porten 12 kan anses å gå fra kretsblokk til kretsblokk i én retning og utgangssignalet fra porten 13 og gå fra kretsblokk til kretsblokk i den andre retningen.

NLU 7 er anordnet for å sammenligne hvert lokale areal av et bilde som kommer fra GLU 6 med en mal (template). Når bildet sammenfaller med malen, markeres dette med en logisk "en". På alle andre steder får bildet den logiske verdi "null". NLU 7 anvendes derfor til å markere kanter og isolerte punkter, men kan også bevirkes til å

forskyve eller å omsnu bildet.

PLU 8 er anordnet til å utføre bestemte logiske opera-sjoner av typen OG, ELLER og EKSKLUSIV-ELLER mellom to bilder, fra hhv. akkumulatorregisteret 9 og fra NLU 7. Eksempelvis anvendes EKSKLUSIV-ELLER operasjonen for å markere forskjeller mellom nevnte bilder.

Bilderegisterrekken 5 og akkumulatorregisteret 9 anvendes for mellomlagring av bilder.

Ifølge oppfinnelsen innbefatter anordningen en digital krets 17 av kombinatorisk eller sekvensmessig type. Kretsen 17 som anbragt på substratet 4 er konstruert til å bestemme antallet og/eller posisjonen av bildeelementene som via diodematrisen 1 og bildebehandleren 3 er blitt etablert for å oppfylle et digitalt kriterium. I fig. 1 er eksempelvis kretsen 17 tilkoplet utgangen 10 hos akkumulatorregisteret 9, men det er innlysende at kretsen 17 alternativt kan tilkoples et hvilket som helst punkt i behandleren hvor bilder eksisterer. På utgangen 18 fra kretsen 17 som kan tilkoples en beregningsenhet, fortrinnsvis en datamaskin, oppnås et digitalt tall, som kan danne basisen for beregningen av et antall karakteristika for et objekt, slik som posisjonen, lengden, omkretsen, arealet og posisjonen for tyngdepunktet.

Oppbygningen av en foretrukket utformning av en digital krets 17 ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 2. Kretsen innbefatter et antall komparatorer 19 som er det samme som antallet av fotodioder i matrisen 1. I fig. 2 er nevnte antall eksempelvis 8.

Til hver utgang hos de respektive komparatorer er en multiplikator med to innganger tilkoplet. Den digitale kretsen 17 innbefatter også en digital adderer 21, hvis innganger er tilkoplet utgangene hos multiplikatoren 20 og hvis utganger danner utgangen 17 i kretsen.

Hver komparator 19 er konstruert til å gi verdien 1 på utgangen hvis et tilsvarende bildeelement sammenfaller med en ytre betingelse, f.eks. levert fra den tidligere nevnte datamaskin.

Til den andre inngangen hos de respektive multiplikatorer anvendes konstante verdier 1, 2, 3 .... 8 som tilsvarer posisjonen for det respektive fotodiodebilde-punktet og de respektive utganger hos multiplikatorene bestemmer så posisjonen av bildepunktet når nevnte kri-terier er oppfylt og er ellers numerisk 0. Addereren 21, konstruert til å summere samtlige verdier som kommer fra multiplikatoren 20 og dens utgangssignal, som er en

enkelt resulterende numerisk verdi, er et mål på antallet av og/eller summen av posisjonene for bildeelementene som oppfyller nevnte kriterium. Det første tilfellet oppnås når multiplikatorene forbipasseres slik at utgangssignalene fra komparatorene 19 direkte når

addereren 21.

Det er innlysende at oppfinnelsen ikke kan anses å være begrenset til den viste utførelsesform på tegningen og beskrevet ovenfor, men innenfor oppfinnelsens omfang kan varieres på mange måter. Dette vedrører særlig konstruk-sjonen, av den digitale kretsen 17 og GLU 6, som ved hjelp av Boolsk algebra kan omdannes med en uendret funksjon slik at andre portkombinasjoner enn de som er vist oppnås .

Claims (3)

1. Anordning for en rekke (1) av fotodioder anbragt i en matrise, som er integrert på det samme halvledersubstratet (4) som en bildebehandler (3) som er tilkoplet fotodiodene, hvor bildebehandleren (3) er av en type som tillater parallell signalbehandling, slik som bildeomdanning av bildesignaler som kommer fra fotodiodene, karakterisert ved at anordningen innbefatter en digital krets (17) av en kombinatorisk eller sekvensmessig type anbragt på nevnte substrat (4) og forbundet med behandleren (3) og utformet til å bestemme antallet og/eller posisjonen av. bildeelementene som fotodiodene (1) og bildebehandleren (3) har etablert for å oppfylle et digitalt kriterium.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte digitale krets (17) innbefatter det samme antallet av komparatorer (19) som der er fotodioder og hvor komparatorene (19) er forbundet med bildebehandleren og anordnet til å generere det numeriske siffer "en" på utgangen av hvert bildeelement som tilsvarer et ytre kriterium, det samme antall multiplikatorer (20) som der er komparatorer (19) og hvor multiplikatoren (20) er tilkoplet respektive kom-paratorutgaftg og innrettet til å generere en utmatning som indikerer posisjonen av bildepunktet når nevnte kriterium er oppfylt og forøvrig numeriske "null", og en digital adderer (21) hvor inngangene er forbundet med utgangene hos multiplikatorene (20) og hvor utmatningen er et mål på antallet og/eller posisjonen av bildeelementene som oppfyller nevnte kriterium.

3. Anordning som angitt i krav 1, innbefattende krets-blokker (11) , en for hver fotodiode, for å markere bil-depunkter som tilhører et sammenhengende objekt, karakterisert ved at hver kretsblokk (11) er innrettet til å generere et binært signal som til svarer objektet når bildepunktet som tilhører dette dels oppfyller et spesielt kriterium for objektet og dels er utpekt til å tilhøre objektet eller når bildepunktene nærmest det er merket ut.