產生圖像的方法和線性傳感器照相機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及線性傳感器照相機，其旨在通過掃描來觀察場景，該場景參照照相機而相對運動。這些照相機尤其旨在用于檢查物體，例如檢查傳輸帶上的行李，或者檢查用于控制工業生產的物體。
【背景技術】
[0002]傳感器可以包括單行像素或者多行像素，并且在后者的情況下，其可以采用所謂的TDI( “時間延遲積分(Time Delay Integrat1n)”)模式來工作，以增加信噪比，在TDI模式中，各種行的像素連續地看到同一個圖像行，并且在它們看到相同的圖像行的瞬間由各種行而光產生的電荷被疊加在一起。
[0003]將理解的是，在TDI傳感器的情況下，運動的速度優選地與圖像行的捕捉頻率同步是非常重要的。如果情況并非如此，則未看到相同圖像行的信號也將被疊加在一起。這是為什么提供了這樣的照相機，其用于處理接收關于相對運動的速度的信息項的輸入，并且這個信息項用于限定對于像素的行進行讀取的周期性。
[0004]即使傳感器不在TDI模式下工作，并且即使其僅具有一行像素，將圖像行的捕捉周期參照相對運動的速度進行同步也是重要的。如果情況并非如此，則重構的圖像將在運動的方向上變得扁平或者伸長。此外，在圖像拍攝期間的速度波動將引起重構圖像不可控制的變形。在這種情況下，照相機接收關于相對運動的速度的信息項，該信息項限定了行讀取的周期性。
[0005]此外，對于給定的照明條件，由傳感器產生的信號電平實質上依賴于累積時間，在累積時間期間，像素將光產生的電荷在讀取這些電荷之前進行累積。如果以讀取時段?Υ來周期性地讀取電荷，則累積時間Ti仍受限于IY的值；實際上，可以在時段?\的持續時間中對電荷進行累積，但是在這個周期結束時，需要讀取它們并且以新的讀取為目的來重新預置像素。在CCD傳感器的情況下，通過將電荷傳輸至讀取寄存器(或者用于TDI傳感器的像素的其它行)來進行重新預置；在具有有源像素的傳感器的情況下，通過將像素的電荷存儲節點清空來進行重新預置。
[0006]如果運動的速度較快，則讀取時段IY將較短，并且因此累積時間將較短。在這種情況下，優選地是將在讀取時段?Υ的整個期間對電荷進行累積。相反地，如果運動的速度較慢，則優選地是，照相機包括用于調整累積時間以使得僅在讀取時段的部分期間對電荷進行累積的裝置，否則就會存在使像素飽和的風險。
[0007]在利用了用于控制累積持續時間的裝置的情況下，即使速度變化，也可以在圖像的穩定亮度方面達到峰值，這是因為其足以獨立于讀取時段而提供固定的累積持續時間，固定的累積持續時間由經過傳感器的圖像的運動速度來確定。但是在行讀取時段?Υ期間對光進行累積的情況下，電子圖像的亮度水平與這個持續時間?Υ成比例地變化。因此，電子圖像的亮度水平根據從一個圖像至另一個圖像，甚至在成像的過程中運動的速度波動而變化。這在圖像拍攝期間速度變化很多的情況下特別不方便。
[0008]運動速度的變化可能源自運動系統不受控制的波動。它們還可能源自有意的變化，例如，在期望檢查物體的情況下，從幾乎零的運動速度開始、之后加速、穩定、然后制動。在后者的情況下，其可能需要以恒定的累積持續時間來工作，從而不經受產生的這種電子圖像的全局亮度變化。因此，這需要利用具有累積時間控制的照相機來工作。但是利用累積時間控制的照相機在快速時敏感性方面的效率較低，具體地是因為其沒有利用整個的讀取時段時間來累積光產生的電荷。實際上，在這種情況下，對于固定的行讀取時段OY)，累積時間可能不大于?Υ-ΤΜ，其中，Tm為將進一步解釋的停滯時間。

【發明內容】

[0009]為了即使在照明和運動的可變條件下，尤其在圖像的捕捉期間運動的可變條件下也能便于獲得良好的圖像，根據本發明提出了通過照相機來產生圖像的方法，所述照相機包括線性圖像傳感器，所述線性圖像傳感器參照要觀察的圖像而相對運動，所述傳感器針對每個觀察到的圖像點，提供表示該點在有效的累積持續時間Ti (其可能變化)內的照度的輸出電平，所述照相機包括:同步輸入裝置，其用于接收關于相對運動的速度的信息項；用于建立圖像行讀取周期時段?Υ的裝置，所述圖像行讀取周期時段?\與相對運動的速度成反比；用于接收期望的累積持續時間TiD的值。所述方法的特征在于，其包括分別的兩種工作模式。
[0010]-第一工作模式，其中有效的累積持續時間Ti等于讀取周期時段IV，并且其中，照相機針對每個圖像點提供了照度測量電平，所述照度測量電平與乘以了期望的累積持續時間TiD與行讀取時段T [的比值的傳感器的輸出電平成比例。
[0011]-以及第二工作模式，其具有小于讀取周期時段IY的累積持續時間，并且其中，照相機針對每行提供了照度測量電平，所述照度測量電平與未對期望的累積持續時間TiD與行讀取時段?Υ的比值進行加權的傳感器的輸出電平成比例。
[0012]根據相對運動的速度來進行第一模式與第二模式之間的選擇，只要讀取周期時段低于閾值，則利用第一模式，在超過這個閾值的情況下，則利用第二模式。
[0013]因而，假設由運動速度約束的讀取時段IV在快照期間變化，并且針對特定行變得不同于期望的累積持續時間TiD，則照相機將針對這些行提供加權了比值TiD/IY的矯正信號(signal rectifie);矯正電平進行補償，實際上，實際的累積持續時間不再為TiD，而是Tlo例如，IY變為小于Ti D，并且由照相機提供的矯正電平變得高于通過傳感器提供的實際電平；因此，照相機利用持續時間TiD來仿真快照，盡管這個持續時間實際上不用于這些行。相反地，例如如果假設期望的累積持續時間TiD等于環境允許的最小讀取時段(該環境對應于設想應用中運動的最大速度)，并且假設運動的速度變慢，則實際的累積持續時間將增加而超過期望的持續時間；然后照相機將提供矯正電平，其加權了比值TiD/IY，且低于由傳感器提供的實際值。
[0014]這涉及累積持續時間等于讀取周期時段的情況，通過補償由于運動速度變化而導致的電平變化，使得整體的亮度水平變得一致。期望的累積持續時間TiD的值將不用于進行有效的累積持續時間的調整，因為累積持續時間等于讀取周期的持續時間，但是其僅用于建立乘法因子TiD/IY，該因子補償速度波動，并且對于表示圖像的電子信號提供一致性。
[0015]然后，本發明適用于傳感器以TDI模式工作的照相機，也就是說在與讀取周期同步的運動的過程中，對看到同一個圖像點的兩個或多個像素中的信號求和。
[0016]在第二工作模式中，具有小于讀取周期時段IY的累積持續時間，排序裝置建立了等于期望的累積持續時間TiD的有效的累積持續時間。因此，存在不具有有效的累積持續時間(其等于周期時段)控制的第一模式、以及具有有效的累積持續時間(其等于期望的持續時間)控制的第二模式。
[0017]在具有CMOS有源像素的傳感器中，其中每個像素包括光電二極管、電荷存儲節點、用于重新預置存儲節點的晶體管、電荷傳輸晶體管、以及用于讀取存儲節點的電位的晶體管，讀取時段I；由傳輸脈沖的周期性來限定，其保證在讀取電荷之前電荷從光電二極管至存儲節點的傳輸。如果進行了有效的累積持續時間的調整，則通過在兩個周期性傳輸脈沖之間建立額外的電荷傳輸脈沖來實現，這個脈沖以這個額外的脈沖清空存儲節點的電荷的方式而建立在存儲節點的電位通過重新預置晶體管來進行重新預置的時刻處。在具有用于重新預置光電二極管的電位的額外晶體管的像素中，通過用于重新預置光電二極管的電位的脈沖來控制這個二極管，從而進行有效的累積持續時間的調整，有效的累積持續時間通過將這個重新預置脈沖的結束與之后的傳輸脈沖的結束分開的時間來進行限定。
[0018]對于具有這兩種工作模式的照相機，優選地提供了:只要讀取周期時段低于閾值，則照相機以第一模式工作，在超過這個閾值時，照相機以第二模式工作。該閾值取決于運動的速度(其針對給定期望的累積持續時間)。
[0019]對于從不具有累積持續時間控制的模式切換至具有累積持續時間控制的模式的運動速度閾值為傳感器讀取周期時段的閾值，這是因為運動速度和周期持續時間相關。讀取周期持續時間閾值IYs被選擇為等于期望的累積持續時間Ti D和值T M之和，其中T M為估計的停滯時間的持續時間，在停滯時間期間，在傳感器以累積時間控制模式工作的情況下電荷不能在像素行中累積。這個估計的停滯時間的持續時間與傳感器的構造相關。
[0020]在具體的實施方案中，在不具有累積持續時間控制的情況下照相機可以在TDI模式下工作，但是在具有累積持續時間控制的情況下照相機不能在TDI模式下工作。在這種情況下，需要區分TDI模式下的累積持續時間與非TDI模式下的累積持續時間，因為它們不具有相同的意義，這是由于具有N行的TDI模式給出比同一累積持續時間高N倍的信號電平。如將進一步