專利名稱：成像裝置和控制裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像裝置以及控制所述裝置的方法。所述裝置包括使之能發(fā)射或檢測圖像的矩陣裝置。換言之，對于任何矩陣屏幕或攝像機，都可以實施本發(fā)明。
(2)背景技術(shù)矩陣裝置包括成行和成列的許多點。這些點是連續(xù)地使用的，從而使得裝置對于向它提供操作所必需能量的電源電壓中的瞬時變化敏感。作為對付這種瞬時變化的保護措施，已經(jīng)使用了線性電源，這種電源由于輸出在時間上極穩(wěn)定的直流電壓的特性而廣為人知。一般，線性電源的體積較大，因此不適用于移動矩陣裝置。此外，線性電源消耗相當大的能量。線性電源的這兩個缺點經(jīng)常使它們必須遠離矩陣裝置，移動的也好，其它的也好，這就可能引發(fā)其它干擾問題，例如，在連接電源和矩陣裝置的電纜中的電磁干擾問題。
此外，曾嘗試使用斬波(chopped)電源來提供矩陣裝置操作所需要的能量。這些電源與線性電源比較，體積要小許多，而且能量消耗也較小，因此可以把它們放得接近矩陣裝置。因此，可以使電磁干擾最小化。另一方面，斬波電源提供的電壓與線性電源提供的電壓相比較在時間上是較不穩(wěn)定的。因此，斬波電源對矩陣裝置所發(fā)射或檢測的圖像產(chǎn)生相當大的干擾。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明能夠減輕上述各種缺點。為了這個目的，本發(fā)明的主題是一種成像裝置，它包括電源、矩陣成像裝置、同步裝置，按掃描頻率對矩陣成像裝置的矩陣進行掃描，電源把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成允許對矩陣成像裝置供電的至少一個直流輸出電壓，其特征在于電源是斬波型的，還在于斬波電源按取決于掃描頻率的斬波頻率對直流輸入電壓進行斬波。
實施本發(fā)明可以不管使矩陣裝置同步的方式。作為例子，可以連續(xù)地使用矩陣的行中的每個點，并且可以連續(xù)地把矩陣的所有行串在一起。還有可能在使用下一行之前同時使用一行中的所有點，因此把矩陣的所有行串在一起。
可以采用沿單行和多列安排的點來實施本發(fā)明，以構(gòu)成條狀陣列。
在輸出電壓或斬波電源的電壓中的主要瞬時變化是與斬波頻率同步的。通過矩陣裝置掃描頻率的同步，一個輸出電壓或多個輸出電壓中的瞬時變化所產(chǎn)生的干擾變成重復(fù)性的，有可能通過例如偏移圖像的手段來校正這些干擾。
為了這個目的，本發(fā)明的主題是一種控制成像裝置的方法，所述成像裝置包括電源、矩陣成像裝置，按掃描頻率對矩陣成像裝置的矩陣進行掃描，電源把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成允許對矩陣成像裝置供電的至少一個直流輸出電壓，其特征在于電源是斬波型的，還在于斬波電源按取決于掃描頻率的斬波頻率對直流輸入電壓進行斬波，并在于對有用的圖像施加隨偏移圖像而定的校正。
當用于矩陣攝像機，以及當對攝像機捕獲到的數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)字處理(這種處理會提高圖像的增益)時，對實施本發(fā)明特別感興趣。特別的，這種處理不但放大了圖像還放大了它所包含的干擾。不實施本發(fā)明，就會存在圖像被這種處理所放大的干擾掩蔽起來的危險性。作為例子，這種類型的處理被用來增強低亮度圖像，或用在使用X射線進行的醫(yī)學(xué)成像中，以便從病人的單次X射線曝光來看清不同的部分。更精確地，從單次急射(snapshot)有可能產(chǎn)生數(shù)個不同的可見圖像，例如，從一個圖像可以看到血管，而從另一個圖像可以看到骨頭。通過增加攝像機捕獲的部分數(shù)據(jù)的增益來選擇要看的部分。
(4)


閱讀了通過附圖來示意的本發(fā)明的詳細說明，將會較好地理解本發(fā)明和明白其它優(yōu)點，其中圖1以方框圖的形式表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的各個單元；圖2a和2b表示斬波電源輸出電壓的示例瞬時變化；圖3以圖解形式表示包括矩陣光敏裝置的一個裝置的實施例。
(5)具體實施方式
為了簡化說明，在各張圖紙中的相同的單元將含有相同的布局標記。
在圖1中表示的裝置包括斬波電源1、由點的矩陣形成的矩陣成像裝置2以及同步裝置3。斬波電源轉(zhuǎn)換直流輸入電壓Dce，以形成至少一個直流輸出電壓DCs而向矩陣裝置2供電。斬波電源1使直流輸入電壓Dce按所謂的斬波頻率進行斬波，然后對斬波信號進行平均以形成直流輸出電壓DCs。根據(jù)矩陣裝置2和同步裝置的能量要求，同一個斬波電源可以提供數(shù)個輸出電壓DCs。同步裝置3向矩陣裝置2提供同步信號Sc，其所謂的掃描頻率能夠按順序使用矩陣裝置2的各個點。同步裝置3向斬波電源1提供斬波信號Sh。信號Sh的斬波頻率取決于掃描頻率。
作為例子，按50赫茲的頻率對矩陣裝置定義的圖像進行掃描，而斬波頻率在200千赫的數(shù)量級。然后，同步裝置定義作為掃描頻率的倍數(shù)的斬波頻率。斬波電源1的制造提出了一個需要斬波頻率必須遵從的頻率跨度。既然是這樣，選擇上面定義的倍數(shù)，以使乘以這個倍數(shù)后的掃描頻率在這個跨度內(nèi)。
通過對直流輸入電壓進行斬波，然后通過對斬波信號進行平均而產(chǎn)生直流輸出電壓DCs，直流輸出電壓DCs包括與斬波頻率同步化的干擾。這些干擾與斬波電源提供的能量有關(guān)。
作為例子，圖2a表示在示波器屏幕上觀察到的輸出電壓DCs的干擾。在示波器的第一通道①上示出斬波信號Sh。這是在斬波頻率處選通的一個周期性的信號。在第二通道②上示出信號DCs。顯示的定標(scale)是每分度一毫伏的數(shù)量級。信號DCs與在第一通道①上的信號Sh同步，展現(xiàn)出斬波頻率的波動。信號DCs還展現(xiàn)出也與斬波頻率同步的尖峰p1。
此外，在圖2b中示出在斬波電源附近輻射的磁場。正如圖2a一樣，在示波器的通道①上示出斬波信號Sh。另一方面，在通道②上示出跨越一定匝數(shù)的電感器兩端形成的電壓，該電感器被放置在緊靠斬波電源處?？缭诫姼衅鲀啥说碾妷呵€圖給出斬波電源輻射的磁場的圖像。在通道②上示出的電壓展現(xiàn)出與斬波信號Sh同步的尖峰p2。
通過使矩陣裝置2的掃描和斬波電源的斬波同步，對于發(fā)射和接收的每個圖像，由電源傳導(dǎo)或輻射的干擾將出現(xiàn)在矩陣圖像裝置2的相同點處。
在圖3中表示的裝置包括斬波電源1、矩陣成像裝置以及同步裝置3。斬波電源1接收兩個輸入端子11和12之間的直流輸入電壓Dce，以及在輸入端子13上的同步信號Sc。斬波電源1在兩個輸出端子14和15分別輸送兩個直流電壓VP1和VP2。斬波電源1包括由初級繞組E1和兩個次級繞組S1和S2組成的變壓器T、三個電容器C1到C3、五個二極管D1到D5、兩個電感器L1和L2、一個電子開關(guān)I以及用于電子開關(guān)I的控制裝置16。
把電容器C1連接在端子11和12之間。把端子12連接到初級繞組E1的中間端子17。把端子11連接到二極管D1的陽極以及通過電子開關(guān)I連接到初級繞組F1的第一端端子18。把二極管D1的陰極連接到初級繞組E1的第二端端子19。二極管D1能夠預(yù)防在初級繞組E1的端子之間形成過電壓。
把二極管D2的陽極連接到次級繞組S1的第一端子20，并把二極管D3的陽極連接到次級繞組S1的第二端子21。把兩個二極管D2和D3的陰極都連接到電感器L1的第一端子。電感器L2的第二端子形成輸出端子14，并通過電容器C2連接到次級繞組S2的第二端子23。二極管D4和D5、電感器L2和電容器C2對流過次級繞組S1的交流電進行整流，使之形成直流電壓VP1。
同樣，把二極管D4的陽極連接到次級繞組S2的第一端子22，并把二二極管D5的陽極連接到次級繞組S2的第二端子23。把兩個二極管D4和D5的陰極都連接到電感器L2的第一端子。電感器L1的第二端子形成輸出端子15，并通過電容器C3連接到次級繞組S1的第二端子21。二極管D2和D3、電感器L1和電容器C3對流過次級繞組S1的交流電進行整流，使之形成直流電壓VP2。
電子開關(guān)I的控制裝置16接收來自同步裝置3的斬波信號Sh。控制裝置16還接收電壓VP1。裝置16按信號Sh的頻率使開關(guān)I斷開和閉合的方式，使得在初級繞組E1中產(chǎn)生交變電流。這個電流在次級繞組S1和S2中產(chǎn)生其它交變電流。通過改變開關(guān)I閉合持續(xù)期與斷開持續(xù)期之間的比值來調(diào)整電壓VP1。這種調(diào)整是作為所接收的電壓VP1的函數(shù)而通過裝置16來實現(xiàn)的。這種調(diào)整模式在文獻中稱為“脈寬調(diào)制”。
作為一種改變，可以用例如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)型的、受裝置16控制的電子開關(guān)來代替二極管D3和D5。
矩陣成像裝置2包括光敏點P1到P9，分別由根據(jù)頭-尾配置串聯(lián)安裝的光敏二極管Dp和開關(guān)二極管Dc構(gòu)成。矩陣成像裝置2包括與成列導(dǎo)體X1到X3交叉的成行導(dǎo)體Y1到Y(jié)3，在每個相交處，光敏點連接在行導(dǎo)體和列導(dǎo)體之間。因此，沿行L1到L3和列CL1到CL3來排列光敏點P1到P9。
在圖2的例子中，只表示出定義9個光敏點的三行和三列，但是這種矩陣可以具有更大的容量，可能增加到數(shù)百萬個點。例如，產(chǎn)生具有沿3000行和3000列(在40cm×40cm數(shù)量級的面積內(nèi))排列的光敏點的矩陣是很普通的，或者排列成單行、多列構(gòu)成一檢測帶狀陣列。
光敏裝置包括形成行控制電路的同步裝置3，其輸出SY1、SY2、SY3分別連接到行導(dǎo)體Y1、Y2、Y3。行控制電路3具有各種元件(未示出)，例如，諸如時鐘電路、開關(guān)電路、移位寄存器，使之能夠執(zhí)行對行導(dǎo)體Y1到Y(jié)3的順序?qū)ぶ罚a(chǎn)生斬波信號Sh。行控制電路3接收用于定義施加到行導(dǎo)體和一個源上的偏置脈沖幅度的電壓VP1，以及用于定義施加到行導(dǎo)體的讀出脈沖的幅度的電壓VP2。這兩個電壓可能是同一個電壓。
在P1到P9的每個光敏點中，兩個二極管Dp、Dc連接在一起，既可以通過它們的陰極連接，也可以通過它們的陽極連接，如例子所示。把光敏二極管Dp的陰極連接到列導(dǎo)體X1到X3，而把開關(guān)二極管的陰極連接到行導(dǎo)體Y1到Y(jié)3。
把列導(dǎo)體X1到X3連接到讀出電路CL，該電路包括例如積分電路5以及多路復(fù)用器電路6，它們形成例如可以是CCD型(代表“電荷耦合器件”)的、具有并行輸入和串行輸出的移位寄存器。各列導(dǎo)體連接到作為積分器安裝的放大器G1到G3的負輸入端“-”。把積分電容器C1到C3安裝在負輸入端“-”和各放大器的輸出端S1到S3之間。G1到G3各放大器的第二輸入端“+”連接到一個電位上，在例子中是參考電位Vr，該電位實質(zhì)上是加到所有列導(dǎo)體X1到X3上的。每個放大器包括與每個積分電容器C1到C3并聯(lián)安裝的稱作重置開關(guān)的單元I1到I3(例如，由MOS型晶體管構(gòu)成)。
把放大器的輸出端S1到S3連接到多路復(fù)用器6的輸入端E1到E3。這種傳統(tǒng)的配置使之有可能在多路復(fù)用器6的輸出端SM處以“串行”和行行相接(L1到L3)的形式傳送對應(yīng)于積累在所有光敏點P1到P9的點“A”處的電荷的信號。
應(yīng)該注意，為了完成在圖2的例子中是由開關(guān)二極管Dc承擔(dān)的開關(guān)功能，使用晶體管的方法也是人們熟知的；后者與二極管相比，在連接方面比較復(fù)雜，但是它在“導(dǎo)通”狀態(tài)的質(zhì)量上有優(yōu)勢。
為了得到最優(yōu)質(zhì)量的有用圖像，根據(jù)已知為黑圖像(black image)并且一般在操作周期的開始處捕獲和存儲的所謂的偏移圖像來執(zhí)行有用圖像的校正。這個偏移圖像是當光敏裝置暴露在零強度信號時得到的圖像，以及對應(yīng)于一種背景圖像。偏移圖像作為光敏點的部件的電狀態(tài)、它們的電氣特性的分散性以及當然它們的電源電壓的函數(shù)而改變。當已經(jīng)把光敏裝置暴露于對應(yīng)于暴露于電磁輻射的有用信號時就讀出了有用圖像。它包括了偏移圖像。校正在于執(zhí)行有用圖像和偏移圖像之間的減法。
權(quán)利要求
1.一種包括電源(1)、矩陣成像裝置(2)的成像裝置，按一個掃描頻率對矩陣成像裝置的矩陣進行掃描，電源(1)把直流輸入電壓(Dce)轉(zhuǎn)換成允許對矩陣成像裝置(2)供電的至少一個直流輸出電壓(DCs)，其特征在于，電源(1)是斬波型的，并且斬波電源(1)按取決于掃描頻率的斬波頻率對直流輸入電壓(Dce)進行斬波。
2.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其特征在于，所述斬波電源(1)按是掃描頻率的倍數(shù)的斬波頻率對直流輸入電壓(Dce)進行斬波。
3.如權(quán)利要求1和2中之一所述的成像裝置，其特征在于，進一步包括同步裝置(3)，同步裝置(3)把頻率為掃描頻率的一個信號(Sc)提供給矩陣成像裝置(2)，同步裝置(3)以斬波頻率將信號(Sh)提供給斬波電源(1)。
4.控制成像裝置的過程，所述成像裝置包括電源(1)、矩陣成像裝置(2)、同步裝置(3)，按一個掃描頻率對矩陣成像裝置的矩陣進行掃描，電源(1)把直流輸入電壓(Dce)轉(zhuǎn)換成允許對矩陣成像裝置(2)供電的至少一個直流輸出電壓(DCs)，其特征在于，電源(1)是斬波型的，并且斬波電源(1)按取決于掃描頻率的斬波頻率對直流輸入電壓進行斬波，偏移圖像在有用圖像之前，以及把根據(jù)偏移圖像的校正施加于有用圖像。
5.如權(quán)利要求4所述的控制過程，其特征在于，所述校正在于從有用圖像減去所述偏移圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及成像裝置和控制該裝置的過程。所述裝置包括電源(1)、允許發(fā)射或檢測圖像的矩陣裝置，按一個掃描頻率對矩陣成像裝置的矩陣進行掃描，電源(1)把直流輸入電壓(Dce)轉(zhuǎn)換成允許對矩陣成像裝置(2)供電的至少一個直流輸出電壓(DCs)。電源(1)是斬波型的，并且按取決于掃描頻率的斬波頻率對直流輸入電壓進行斬波。在控制上述成像裝置的過程中，偏移圖像在有用圖像之前，以及把根據(jù)偏移圖像的校正施加于有用圖像。
文檔編號H04N5/217GK1509566SQ02808910
公開日2004年6月30日 申請日期2002年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者S·里卡迪, V·泰克西耶, M·米歇爾, S 里卡迪, 宋饕 申請人:特里克塞爾聯(lián)合股份公司