專利名稱：用于降低光敏器件的圖像信號(hào)中的噪聲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制光敏器件的方法，所述光敏器件包括例如通過(guò)用于沉積半導(dǎo)線材料的技術(shù)所產(chǎn)生的多個(gè)光敏點(diǎn)的矩陣。本發(fā)明主要而不排他地應(yīng)用于檢測(cè)輻射圖像的光敏器件。
背景技術(shù)：
使用半導(dǎo)線材料的技術(shù)例如為-絕緣玻璃支撐板上的氫化非晶硅(aSiH)；
-晶體硅襯底上的CMOS；
-晶體硅襯底上的電荷耦合電路(CXD)，所述技術(shù)能夠產(chǎn)生多個(gè)光敏點(diǎn)的矩陣，其能夠基于可見(jiàn)光或近可見(jiàn)光輻射來(lái)產(chǎn)生圖像。然而這些矩陣可以用在檢測(cè)輻射圖像的構(gòu)架內(nèi)。因此，這足以在X-射線輻射與矩陣之間插入閃爍屏，以將X-射線輻射轉(zhuǎn)換成光敏點(diǎn)對(duì)其靈敏的波長(zhǎng)帶中的發(fā)光輻射。X-射線還可以憑借光導(dǎo)材料(例如a-Se，、CdTe、Pb0、PbI2等)而直接轉(zhuǎn)換成電荷。在這種情況下，每個(gè)光敏點(diǎn)包括電荷存儲(chǔ)電容器。形成這些矩陣的光敏點(diǎn)一般包括與實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)切換功能的元件相關(guān)聯(lián)的光敏元件。光敏點(diǎn)被安裝在行導(dǎo)線與列導(dǎo)線之間。根據(jù)需要，光敏器件還包括被布置為矩陣或帶(strip)的多個(gè)光敏點(diǎn)。所述光敏元件通常包括與開(kāi)/關(guān)切換元件串聯(lián)安裝的二極管。開(kāi)/關(guān)切換元件例如可為所謂的切換二極管，其“導(dǎo)通”或“打開(kāi)”狀態(tài)與正向?qū)⑵浯蜷_(kāi)的偏置對(duì)應(yīng)、并且其“阻止”或“關(guān)閉”狀態(tài)與其反向偏置對(duì)應(yīng)。兩個(gè)二極管以所謂的“頭尾連接”的配置方式在不同傳導(dǎo)方向上安裝。這種布置是公知的，尤其是法國(guó)專利申請(qǐng)第86 14058號(hào)(公開(kāi)號(hào)2 605166)，在該專利中描述了具有兩個(gè)二極管以“頭尾連接”配置的形式的多個(gè)光敏點(diǎn)的矩陣、用于讀取多個(gè)光敏點(diǎn)的方法以及產(chǎn)生例如這種光敏器件的方式。列導(dǎo)線被連接到將在光敏元件中積聚的電荷轉(zhuǎn)換成信號(hào)并且傳送這些信號(hào)作為輸出的讀取電路。具體而言，所述讀取電路可以包括多級(jí)。在這些級(jí)中，第一級(jí)可以將電荷轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；第二級(jí)可以放大這些信號(hào)；第三級(jí)可以對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用，以“串聯(lián)”地并且逐行地傳送作為讀取電路的輸出，多路復(fù)用信號(hào)包括表示在光敏元件中積聚的電荷的信號(hào)；以及第四級(jí)可以將模擬多路復(fù)用信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。與任意電子器件類似，讀取電路引入了電子噪聲，該電子噪聲被加到代表積聚電荷的信號(hào)中并且限制了信噪比。在這種情況下，在讀取電路的每一級(jí)都生成了噪聲，并且很有可能在圖像采集鏈路上也產(chǎn)生了噪聲。更普遍地，在模擬信號(hào)的每次修正或轉(zhuǎn)換中均引入噪聲，直到這一信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)為止。在第一級(jí)產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)于某些圖像采集模式可能具有非常小的幅度(尤其當(dāng)X-射線輻射曝光時(shí)間較短時(shí))的情況下，噪聲特別難以處理。因此，信噪比非常小，例如接近于1，并且所謂的有用信號(hào)(即代表在光敏元件中積聚的電荷的信號(hào))可能難以從整個(gè)信號(hào)中提取，即難以從包括在同一時(shí)間的有用信號(hào)和噪聲的信號(hào)中提取。
通過(guò)圖像采集鏈路生成的噪聲可以通過(guò)光敏器件的設(shè)計(jì)來(lái)限制。然而，噪聲的生成很大程度上取決于使用光敏器件的模式，特別是光敏點(diǎn)持續(xù)曝光的時(shí)間、讀取電荷的速度以及應(yīng)用于信號(hào)的放大增益。因而，在光敏器件的設(shè)計(jì)期間，在各個(gè)可能使用的模式之間必須做出折衷。例如從以FR 2 625 593號(hào)公開(kāi)的法國(guó)專利申請(qǐng)中得知用于降低在將各光敏點(diǎn)中積聚的電荷傳遞到電荷放大器期間所生成的噪聲的一種解決方案。該專利描述了一種用于讀取無(wú)源光敏點(diǎn)的方法，在該方法中如下步驟被按序執(zhí)行N次將 在矩陣的每一列上存在的電荷傳遞到中間存儲(chǔ)帶，復(fù)制此電荷，將復(fù)制的電荷列向(column-wise)取平均值并且恢復(fù)到原始電荷的列。之后電荷平均值被傳遞到下一級(jí)。在每次傳遞到中間存儲(chǔ)帶期間引入的噪聲一般與其他噪聲沒(méi)有關(guān)聯(lián)。因此，取平均值能夠部分地消除所述噪聲。然而，盡管在該專利中描述的解決方案確實(shí)能夠全面降低圖像采集鏈路所引入的噪聲，然而其僅處于在光敏點(diǎn)與電荷放大器之間傳遞電荷的級(jí)中。在圖像采集鏈路的所有其它級(jí)所引入的噪聲沒(méi)有被降低。此外，在該專利中描述的解決方案僅應(yīng)用于讀取無(wú)源光敏點(diǎn)，也就是說(shuō)，電荷被轉(zhuǎn)換成讀取電路中的電壓的光敏點(diǎn)，而不是如同有源光敏點(diǎn)的情況直接地轉(zhuǎn)換成光敏點(diǎn)中 的電壓的光敏點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是顯著地減輕所有或某些上述缺陷。為此目的，本發(fā)明的主題是一種控制光敏器件的方法，所述光敏器件包括以行和列編組的光敏點(diǎn)的矩陣，所述方法包括在每個(gè)光敏點(diǎn)能夠積聚電荷的過(guò)程中采集圖像的步驟和讀取該圖像的步驟，所述讀取步驟包括將在各光敏點(diǎn)處積聚的電荷轉(zhuǎn)換成代表該電荷的模擬信號(hào)的在先子步驟和處理這些模擬信號(hào)從而能夠獲得數(shù)字圖像的子步驟，所述方法的特征在于所述處理子步驟對(duì)于同一個(gè)所述光敏點(diǎn)和對(duì)于同一個(gè)采集步驟重復(fù)N次，其中N為大于或等于2的整數(shù)；所述方法的特征在于所述讀取步驟包括將每個(gè)光敏點(diǎn)處理的所述N個(gè)信號(hào)取平均值以在每個(gè)采集步驟提供單個(gè)數(shù)字圖像的子步驟。根據(jù)特定實(shí)施例，所述模擬信號(hào)為電壓。所述處理子步驟可以包括-將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；-對(duì)所述模擬信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用；-緊鄰多路復(fù)用之前對(duì)所述模擬信號(hào)進(jìn)行采樣/保持；-放大所述模擬信號(hào)，或適當(dāng)?shù)胤糯笏鰯?shù)字信號(hào)。根據(jù)特定實(shí)施例，采集所述光敏點(diǎn)(P1到匕)未經(jīng)歷曝光的圖像(稱為補(bǔ)償(offset)圖像)的步驟(E2)以及讀取該補(bǔ)償圖像的步驟(E3)在采集所述光敏點(diǎn)(P1到P9)經(jīng)歷曝光的圖像(稱為有用圖像)的每個(gè)步驟(E2)之前，讀取所述補(bǔ)償圖像的步驟(E3)與讀取所述有用圖像的步驟(E3)為相同步驟，根據(jù)所述補(bǔ)償圖像來(lái)校正所述有用圖像。在第一變型中，所述處理子步驟在考慮下一行之前對(duì)于同一行重復(fù)N次。 在第二變型中，所述處理子步驟在重復(fù)之前依次考慮每一行。根據(jù)第一實(shí)施例，在對(duì)所述處理子步驟的所述每個(gè)光敏點(diǎn)重復(fù)N次之后，代表所有所述光敏點(diǎn)的電荷的所述模擬信號(hào)被重置為零。
根據(jù)第二實(shí)施例，在考慮下一行之前，代表所考慮的行的所有所述光敏點(diǎn)的電荷的所述模擬信號(hào)被重置為零。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)顯著地在于，其能夠降低幾乎整個(gè)圖像采集鏈路中生成的噪聲。具體而言，可以降低電荷被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)而產(chǎn)生的噪聲。


在閱讀了以示例方式給出的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，將更好地理解本發(fā)明并且其他優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中關(guān)聯(lián)如下附圖提供實(shí)施例的描述，附圖表示如下
圖I為可以應(yīng)用本發(fā)明的第一示范性無(wú)源光敏器件；圖2為可以應(yīng)用本發(fā)明的第二示范性無(wú)源光敏器件；圖3為可以應(yīng)用本發(fā)明的示范性有源光敏器件；圖4為用于根據(jù)本發(fā)明的方法的可能步驟；圖5、6以及7為示出了用于將處理操作排序并且將用于光敏器件的矩陣的各行的信號(hào)重置為零的各種可能的時(shí)序具體實(shí)施例方式圖I表示感光器件I的簡(jiǎn)化圖，感光器件I包括以傳統(tǒng)方式編組的矩陣2。矩陣2包括光敏點(diǎn)P1到P9，每個(gè)光敏點(diǎn)由根據(jù)頭尾連接配置方式而串聯(lián)安裝的光敏二極管Dp和切換二極管Dc形成。矩陣包括在每個(gè)交叉點(diǎn)交叉的列導(dǎo)線X1到X3和行導(dǎo)線Y1到Y(jié)3,以及在行導(dǎo)線Y1到Y(jié)3與列導(dǎo)線X1到X3之間連接的光敏點(diǎn)P1到P9。因而光敏點(diǎn)P1到P9根據(jù)行L1到L3和列Cl1到Cl3進(jìn)行布置。這些光敏點(diǎn)也被稱為像素。在圖I的示例中，僅表示限定了九個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9的三行和三列，但是該矩陣可具有更大容量，可大到數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。例如生成具有被布置為3000行和3000列(在40cmx40cm級(jí)別的區(qū)域中)、或甚至被布置為單行和數(shù)列以構(gòu)成檢測(cè)帶、或被布置為單行和單列以構(gòu)成單個(gè)光敏點(diǎn)的光敏點(diǎn)的這些矩陣是正常的。光敏器件I包括行控制電路3，某些行控制電路的輸出SYp SY2、SY3分別連接到行導(dǎo)線Yp Y2以及Y3。行控制電路3具有并未示出的多個(gè)元件，例如時(shí)鐘電路、切換電路以及移位寄存器，這些元件允許行控制電路3執(zhí)行行導(dǎo)線YpY2以及Y3的按序?qū)ぶ贰９饷羝骷蘒還包括電壓源4，其將用于限定被施加到行導(dǎo)線YpY2以及Y3的偏置脈沖的幅度的電壓VP1傳遞到行控制電路3 ;以及電壓源13，其將用于限定被施加到行導(dǎo)線YpY2以及Y3的讀取脈沖的幅度的電壓VP2傳遞到行控制電路3。這兩個(gè)電壓源4和13能夠可選地合并成一個(gè)。在每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9中，兩個(gè)二極管Dp和Dc通過(guò)他們的陽(yáng)極(如圖I所示)或通過(guò)它們的陰極而連接在一起。光電二極管Dp的陰極連接到列導(dǎo)線X1到X3,并且切換二極管Dc的陰極連接到行導(dǎo)線Y1到Y(jié)3。在圖像采集或圖像捕捉階段中，即矩陣2曝光至所謂的“有用”發(fā)光信號(hào)的階段期間，每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9的兩個(gè)二極管Dp和Dc反向偏置。在這種狀態(tài)下，這兩個(gè)二極管的每一個(gè)制定電容。應(yīng)注意，兩個(gè)二極管Dp和Dc —般被設(shè)計(jì)成使得光電二極管Dp表現(xiàn)的電容例如高50倍的量級(jí)。在采集圖像期間，通過(guò)所屬光敏點(diǎn)P1到P9的曝光，在光電二極管Dp中產(chǎn)生電荷。此電荷在接合兩個(gè)二極管Dp和Dc的點(diǎn)處所形成的節(jié)點(diǎn)上的點(diǎn)A處積聚,該電荷的電荷量取決于曝光強(qiáng)度。同時(shí)對(duì)連接到同一行導(dǎo)線Y1到Y(jié)3的所有光敏點(diǎn)，逐行執(zhí)行光敏點(diǎn)P1到P9的讀取。為此目的，行控制電路3將所謂的幅度讀取脈沖VP2施加到所尋址的每個(gè)行導(dǎo)線￥1到￥3。沒(méi)有被尋址的行導(dǎo)線保持在參考電勢(shì)Vr或靜止電勢(shì)。該參考電勢(shì)Vr例如為地電勢(shì)。被施加到行導(dǎo)線Y1到Y(jié)3的電勢(shì)可能與被施加到列導(dǎo)線X1到X3的電勢(shì)為相同電勢(shì)。光敏點(diǎn)P1到匕的點(diǎn)A處可能的電荷積聚使得這一點(diǎn)處的電壓降低，即光電二極管Dp的反向偏置電壓降低。利用這種操作模式，將讀取脈沖施加到行導(dǎo)線Y1到Y(jié)3的效果是恢復(fù)到連接到此行導(dǎo)線的所有光敏點(diǎn)的點(diǎn)A的電勢(shì)，該偏置電平在曝光至有用發(fā)光信號(hào)之前被處理。這導(dǎo)致與在相應(yīng)點(diǎn)A處積聚的電荷成比例的電流在每個(gè)列導(dǎo)線X1到X3中流動(dòng)。列導(dǎo)線X1到X3連接到讀取電路CL,該讀取電路CL在圖I的示例中包括積分電路
5、多路復(fù)用器電路6、視頻放大器7以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器8。積分電路5包括像列導(dǎo)線X1到X3一樣多的放大器，即在圖I的示例中為三個(gè)放大器G1到G3。積分電路5還包括積分電容器C1到C3和用于每個(gè)放大器G1到G3的開(kāi)/關(guān)切換元件I1到13。每個(gè)列導(dǎo)線X1到X3連接到作為積分器安裝的放大器G1到G3的反向輸入端積分電容器C1到C3安裝在反向輸入端與每個(gè)放大器的輸出端S1到S3之間。每個(gè)放大器G1到G3的第二輸入端“ + ”被連接到在圖I的示例中為參考電勢(shì)Vr的電勢(shì)。因此，此電勢(shì)被強(qiáng)加于所有列導(dǎo)線X1到X3。每個(gè)放大器包括與每個(gè)積分電容器C1到C3并聯(lián)安裝的所謂的重置為零的開(kāi)/關(guān)切換元件工工到込。開(kāi)/關(guān)切換元件I1到I3例如為MOS型晶體管。因而積分電路5將在列導(dǎo)線X1到X3上流動(dòng)的電荷轉(zhuǎn)換成電壓。放大器G1到G3的輸出端S1到S3連接到多路復(fù)用器電路6的輸入端Ent1到Ent3。多路復(fù)用器電路6例如由可能為電荷I禹合型的具有并聯(lián)輸入和串聯(lián)輸出的移位寄存器(一般被稱為來(lái)自英文描述“電荷稱合器件”(Charged-Coupled Device)的C. C. D)形成。此傳統(tǒng)布置能夠在多路復(fù)用器電路6的輸出端處“串聯(lián)”并逐行地(從L1到L3)傳遞代表在所有光敏點(diǎn)P1到P9的點(diǎn)A處積聚的電荷的電壓。這些電壓被稱為多路復(fù)用信號(hào)SM。之后，多路復(fù)用信號(hào)SM可以被視頻放大器7放大并且通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器8被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)SN。應(yīng)注意，為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)切換功能(在圖I的示例中由切換二極管Dc達(dá)成)，也應(yīng)知道使用晶體管。后者相對(duì)于二極管表現(xiàn)出更復(fù)雜的連接，但是其在“打開(kāi)”狀態(tài)的質(zhì)量上具有優(yōu)點(diǎn)。圖2示意性示出光敏器件I'，其與圖I的光敏器件的不同之處主要在于其包括矩陣2'，在矩陣2'中切換二極管DC被例如通過(guò)用于在薄層中沉積膜的技術(shù)產(chǎn)生的晶體管T所取代。這種晶體管在英文文獻(xiàn)中被稱為術(shù)語(yǔ)“薄膜晶體管”(TFT)。用于在薄層中沉積膜的技術(shù)也可以被用于生成圖I和圖2中表示的矩陣2和2'的其它元件。在圖2示出的附圖中，以示例的方式，在每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9中，晶體管T通過(guò)其源S連接到光電二極管Dp的陰極，即連接到點(diǎn)A，其柵極G連接到光敏點(diǎn)所屬的行導(dǎo)線Y1到Y(jié)3,并且其漏極D被連接到光敏點(diǎn)P1到P9所屬的列導(dǎo)線X1到X3。所有光電二極管Dp的陽(yáng)極連接到行控制電路3的輸出端SY4。輸出端SY4傳遞量級(jí)例如為-5伏特的、相對(duì)于參考電勢(shì)Vr或地電勢(shì)為負(fù)的所謂的偏置電壓Vlrolm,。此偏置電壓Vptjlm用于構(gòu)成光電二極管Dp的反向偏置。行控制電路3例如從電壓源4接收此偏置電壓。
為了更好的理解圖I和圖2中表示的器件的一般性操作，可以參考以FR 2 760585和FR 2 605 166號(hào)公開(kāi)的法國(guó)專利申請(qǐng)。圖I和圖2描述了其中光敏點(diǎn)P1到P9被稱為無(wú)源的光敏器件I和I'的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明對(duì)光敏點(diǎn)被稱為有源(即在圖像采集階段期間積聚的電荷被轉(zhuǎn)換成處于像素量級(jí)的電壓而不超出積分電路中的矩陣的光敏點(diǎn))的光敏器件也應(yīng)用的非常好。圖3不出這樣一種光敏器件1〃，其包括光敏點(diǎn)P1到P4的兩行L1和L2和兩列Cli和Cl2的矩陣2"。行控制電路3包括分別連接到兩個(gè)行導(dǎo)線Y1和Y2的兩個(gè)輸出端SY1和SY20行控制電路3還包括分別連接到兩個(gè)重置為零的導(dǎo)線Ykazi和Yeaz2的兩個(gè)輸出端Skazi和SKAZ2。每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P4包括光電二極管Dp和三個(gè)晶體管1\、T2以及T3。每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P4的第一晶體管T1通過(guò)其柵極G連接到認(rèn)為光敏點(diǎn)P1到P4所屬的行L1或L2的重置為零的導(dǎo)線Yeazi和Ykaz2,通過(guò)其漏極D連接到使漏極D經(jīng)受重置為零的電勢(shì)Vkaz的電壓源31，以及通過(guò)其源極S連接到被認(rèn)為屬于光敏點(diǎn)P1到P4的光電二極管Dp的陰極。所有光電二極管Dp的陽(yáng)極連接到公共電勢(shì)，例如地電勢(shì)。相同點(diǎn)A可以被限定在晶體管T1的源極 S與光電二級(jí)管Dp的陰極之間。該點(diǎn)A還連接到相同光敏點(diǎn)P1到P4的第二晶體管T2的柵極G。該晶體管T2的源極S連接到相同光敏點(diǎn)P1到P4的第三晶體管T3的源極S，并且所有晶體管T2的漏極D連接到使漏極D經(jīng)受電源電勢(shì)Vdd的電壓源32。每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P4的第三晶體管T3還通過(guò)其柵極G連接到認(rèn)為光敏點(diǎn)P1到P4所屬的行L1或L2的行導(dǎo)線Y1或Y2，還通過(guò)其漏極D連接到認(rèn)為光敏點(diǎn)P1到P4所屬的列Cl1或Cl2的列導(dǎo)線X1或X2。晶體管T1能夠?qū)⒐饷酎c(diǎn)P1到P4重置到它們的初始狀態(tài)，即重置到它們被曝光到輻射之前具有的狀態(tài)。具體而言，當(dāng)重置為零脈沖被重置為零導(dǎo)線Yeazi或Ykaz2上的行控制電路3分派時(shí)，晶體管T1能夠返回被認(rèn)為是起始電勢(shì)的行L1或L2的所有光敏點(diǎn)P1到P4的點(diǎn)A的電勢(shì)，在這種情況下為重置為零電勢(shì)VKAZ。通過(guò)行控制電路3分派的重置為零脈沖例如由電壓源4"所提供。當(dāng)晶體管T3處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，晶體管T2能夠?qū)Ⅻc(diǎn)A與列導(dǎo)線X1和X2隔離，或當(dāng)晶體管T3處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)將點(diǎn)A處的電壓的值復(fù)制(在一個(gè)常數(shù)內(nèi))到列X1和X2。晶體管T3能夠選擇期望將點(diǎn)A處的信號(hào)復(fù)制到列導(dǎo)線&和&的行1^或1^。讀取光敏點(diǎn)P1到P4也逐行執(zhí)行。行控制電路按序?qū)⒆x取脈沖施加到每個(gè)行導(dǎo)線Y1和Y2。屬于被讀取的行L1或L2的光敏點(diǎn)P1到P4的點(diǎn)A處的電壓接著通過(guò)晶體管T2復(fù)制到列導(dǎo)線X1和X2。電壓被復(fù)制到偏移電壓內(nèi)。與圖I和圖2的光敏器件I和I'不同，光敏器件I"不包括任何積分電路，在點(diǎn)A處積聚的電荷所獲得的電勢(shì)復(fù)制到晶體管T2的源極S的電平。列導(dǎo)線X1和X2直接連接到多路復(fù)用器6的輸入端Ent1和Ent2。多路復(fù)用器6 —般包括由采樣保持級(jí)構(gòu)成的輸入級(jí)。多路復(fù)用器6傳遞也可以通過(guò)視頻放大器7進(jìn)行放大并且可以通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器8進(jìn)行數(shù)字化以提供數(shù)字信號(hào)SN的多路復(fù)用信號(hào)SM作為輸出。參考僅包括光敏點(diǎn)的兩行和兩列的光敏器件I"提供了圖3。當(dāng)然，本發(fā)明應(yīng)用于更大容量的矩陣。此外，每個(gè)光敏點(diǎn)可以包括多于三個(gè)晶體管并且電源電壓Vdd和重置為零電壓Vkaz可以對(duì)于每個(gè)光敏點(diǎn)不相同。像素的電子器件還可以更復(fù)雜并且例如包括電荷放大器取代晶體管T2。在圖I到圖3的光敏器件1、1'以及I"中，認(rèn)為電荷通過(guò)光電二極管Dp在光敏點(diǎn)P1到P9的曝光期間積聚。然而，該電荷可以通過(guò)任何光敏元件積聚，例如光電晶體管。
圖4示出用于例如參考圖I、圖2以及圖3所描述的控制光敏器件的方法的可能步驟。根據(jù)本發(fā)明的控制方法可以包括第一步驟E1，被稱為初始步驟。根據(jù)特定實(shí)施例，適于圖3中所表示的光敏器件1"，在該步驟El期間光敏點(diǎn)P1到P9被重置為零，除非另有說(shuō)明，它們被重置為它們的初始狀態(tài)。在下文中描述的圖5和圖6中示出了該特定實(shí)施例。對(duì)于例如在圖I和圖2中表示的無(wú)源光敏器件I和I'，光敏點(diǎn)P1到P9沒(méi)有被重置為零，而是通過(guò)各開(kāi)/關(guān)切換 元件I1到I3積分電容器C1到C3的端子兩端的電壓被重置為零。控制方法包括在每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9能夠積聚電荷的過(guò)程中采集圖像的步驟E2以及讀取該圖像的步驟E3。在步驟&的過(guò)程中，矩陣2、2'、2〃曝光至有用發(fā)光信號(hào)，例如源于接收已經(jīng)穿過(guò)期望獲得放射圖像的病人的身體的一部分的X-射線的閃爍物的有用發(fā)光信號(hào)。通常，逐行執(zhí)行讀取圖像，但是也可逐像素執(zhí)行或?qū)D像的所有像素同時(shí)執(zhí)行讀取圖像。步驟E3包括將在所考慮的行的各光敏點(diǎn)處積聚的電荷轉(zhuǎn)換成代表該電荷的模擬信號(hào)的在先子步驟E31 ；對(duì)于每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9重復(fù)處理這些模擬信號(hào)N次的子步驟E32 (N為大于或等于二的整數(shù))，每個(gè)處理子步驟E32能夠獲得不同數(shù)字圖像的一行；以及將每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9處理的N個(gè)信號(hào)取平均值的子步驟E35。N個(gè)處理的信號(hào)關(guān)于考慮的光敏點(diǎn)P1到P9取平均值以在圖像采集鏈路的終點(diǎn)對(duì)每個(gè)采集步驟提供單個(gè)數(shù)字圖像。值N可以被用戶特別地確定為光敏點(diǎn)P1到P9的曝光時(shí)間和用戶期望獲得的數(shù)字圖像的信噪比的函數(shù)。值N可以通過(guò)兩個(gè)圖像采集之間可用的時(shí)間限制。通常，N大于2，但是為了不過(guò)分減慢讀取速率，N優(yōu)選在2和10之間選擇。通過(guò)積分電路5在圖I和圖2中表示的光敏器件I和I'和通過(guò)晶體管T2在圖3表示的光敏器件I"中執(zhí)行子步驟E31，然后代表電荷的模擬信號(hào)為電壓。子步驟E32可以包括對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用322以對(duì)每個(gè)處理子步驟E32串聯(lián)地提供多路復(fù)用信號(hào)SM。多路復(fù)用322例如由在圖I到圖3中表示的多路復(fù)用器6執(zhí)行。有利地，在圖像采集鏈路中采樣保持單元在多路復(fù)用器6之前，在這些附圖并未示出。在根據(jù)本發(fā)明的方法中采樣/保持321緊接在多路復(fù)用322之前。根據(jù)特定實(shí)施例，處理子步驟E32包括將模擬信號(hào)數(shù)字化324，除非另有說(shuō)明，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)在通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器8的多路復(fù)用322之后可以被明顯地?cái)?shù)字化。仍然根據(jù)特定實(shí)施例，子步驟E32包括模擬和/或數(shù)字信號(hào)的放大323。放大323例如涉及多路復(fù)用信號(hào)SM。其可以通過(guò)視頻放大器7執(zhí)行。盡管參考子步驟E32提供的描述表示其中模擬信號(hào)首先被多路復(fù)用、放大、接著數(shù)字化的處理操作，然而必須理解的是多路復(fù)用322、放大323以及數(shù)字化324可以以不同次序發(fā)生。此外，其它處理操作可以對(duì)光敏AP1 to P9引起的模擬信號(hào)執(zhí)行，例如放大和濾波。然而，提供處理模擬信號(hào)的圖像采集鏈路的整個(gè)部分(包括數(shù)字化324)的重復(fù)特別有利，因?yàn)樵诓蓸?保持321、多路復(fù)用322、放大323以及數(shù)字化324期間的這個(gè)實(shí)例中，可能在圖像采集鏈路的每個(gè)階段都引入噪聲。還能夠提供重復(fù)將電荷轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)直到信號(hào)被顯示器所接收的整個(gè)圖像采集鏈路。接著盡可能近的對(duì)一般包括至少一個(gè)微控制器或可編程邏輯電路的圖像采集鏈路的一部分中的顯示器執(zhí)行對(duì)信號(hào)取平均值。根據(jù)本發(fā)明，在采集圖像的每個(gè)步驟E2之后，處理子步驟E32重復(fù)N次，對(duì)于光敏點(diǎn)的每一行都這樣做。對(duì)于每個(gè)步驟E2，因此在每行獲得N個(gè)多路復(fù)用信號(hào)SM。根據(jù)特定實(shí)施例，通過(guò)計(jì)數(shù)器的讀數(shù)的方式來(lái)獲得子步驟E32的重復(fù)次數(shù)，其值由n表示。根據(jù)此特定實(shí)施例，在初始步驟El期間，計(jì)數(shù)器的讀數(shù)的值n被設(shè)定為值I。完成處理子步驟E32之后，能夠在子步驟E33中確定計(jì)數(shù)器的值n是否等于值N。如果不是這種情況，能夠在子步驟E34中增加一個(gè)單位的計(jì)數(shù)器的值n，而整體重復(fù)子步驟E32。如果計(jì)數(shù)器的值n等于值N，則每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9獲得的N個(gè)處理信號(hào)接著在子步驟E35取平均值。在逐行處理期間，獲得的N個(gè)處理信號(hào)來(lái)源于同一行的每個(gè)光敏點(diǎn)，例如為P1到P3。步驟E3對(duì)于每行(像素P4到P6，接著像素P7到P9)重復(fù)。平均值例如為算術(shù)或平方平均值。其還可被加權(quán)為計(jì)數(shù)器的讀數(shù)的值n或某些信號(hào)的幅度的函數(shù)。還能夠消除信號(hào)的異常值，例如在預(yù)定括號(hào)之外的值。取平均值可以顯著地對(duì)N個(gè)多路復(fù)用和數(shù)字信號(hào)執(zhí)行。通過(guò)取平均值子步驟E35所獲得的信號(hào)接著可以以相同方式被圖像采集鏈路的其它部分使用，如同其遺留給單個(gè)處理子步驟E32引起的信號(hào)。本發(fā)明能夠降低在噪聲與兩個(gè)處理操作之間的其它噪聲至少部分無(wú)關(guān)的情況下處理模擬信號(hào)的子步驟E32引起的電噪聲，因此被部分消除。具體而言，對(duì)于完全無(wú)關(guān)的噪聲，N個(gè)處理子步驟E32的處理總噪聲相對(duì)于單個(gè)子步驟E32引起的噪聲被除以N的平方根(VN )。因此，應(yīng)該意識(shí)到對(duì)于兩個(gè)處理子步驟E32 (N=2)，噪聲已經(jīng)被降低了大于40個(gè)百分 t匕。對(duì)于實(shí)時(shí)處理，處理子步驟E32沒(méi)有重復(fù)多于特定次數(shù)，以不減慢讀取速率。對(duì)于每一行的光敏點(diǎn)(2 ^ N ^ 10),子步驟E32例如重復(fù)2到10次。完成讀取步驟E3之后，信號(hào)可選地經(jīng)歷步驟E4中的后處理并且可以在步驟E5.中使用和/或顯示。后處理例如可以涉及每個(gè)光敏點(diǎn)P1到P9的增益校正。增益校正(逐像素)是必須的，只要在光敏點(diǎn)P1到P9積聚的電荷與對(duì)于該電荷的積分電壓的比的發(fā)展不與所有光敏點(diǎn)P1到P9的相同線性系數(shù)對(duì)應(yīng)。根據(jù)特定實(shí)施例，采集補(bǔ)償圖像(即光敏點(diǎn)P1到P9沒(méi)有經(jīng)歷曝光的圖像)的步驟和讀取該補(bǔ)償圖像的步驟在采集有用圖像(即光敏點(diǎn)P1到P9已經(jīng)經(jīng)歷曝光的圖像)的每個(gè)步驟E2之前。在后處理步驟E4,期間，能夠根據(jù)補(bǔ)償圖像來(lái)校正有用圖像。只要光敏器件
1、1'以及I"中使用的半導(dǎo)線元件(尤其是光電二極管Dp、切換二極管Dc和晶體管1\、T2及T3)不是全部嚴(yán)格地一致，補(bǔ)償校正一般是必須的。利用包括補(bǔ)償圖像的有用圖像，根據(jù)補(bǔ)償圖像校正有用圖像可以由有用圖像與補(bǔ)償圖像之間的逐個(gè)像素的減法來(lái)執(zhí)行。在電荷/電壓轉(zhuǎn)換階段沒(méi)有被重置為零的情況下，補(bǔ)償校正包括相關(guān)雙采樣。仍然根據(jù)特定實(shí)施例，讀取補(bǔ)償圖像的步驟與讀取有用圖像的步驟E3相同。除非另有說(shuō)明，代表在沒(méi)有曝光時(shí)光敏點(diǎn)P1到匕中積聚的電荷并且被稱為補(bǔ)償信號(hào)的模擬信號(hào)被處理N次，接著逐像素取平均值，從而以與有用信號(hào)相同的方式降低處理子步驟E32所生成的噪聲。根據(jù)特定實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的控制方法包括處理子步驟E32和取平均值的E35的多種排序，處理子步驟E32可以根據(jù)排序進(jìn)行區(qū)分。通過(guò)示例的方式，第一處理子步驟E32可以包括模擬信號(hào)的采樣/保持312和多路復(fù)用322，第二子步驟E32可以包括多路復(fù)用信號(hào)SM的放大323和數(shù)字化324，每個(gè)子步驟E32在由此得到的N個(gè)信號(hào)在第一和第二取平均值子步驟E35中取平均值之前分別重復(fù)N次。圖5和圖6通過(guò)時(shí)序圖表示根據(jù)矩陣2、2'或2〃的行處理模擬信號(hào)的操作的次序的兩種不同可能性。對(duì)于之后的描述，考慮被編組為NI行乘以Ne列的光敏點(diǎn)的矩陣。在時(shí)序圖中，高狀態(tài)被認(rèn)為是有源狀態(tài)，低狀態(tài)被認(rèn)為是無(wú)源狀態(tài)。圖5示出在考慮下一行之前對(duì)于同一行處理子步驟E32被重復(fù)N次的第一種可能性。更具體而言，根據(jù)該可能性，對(duì)來(lái)自同一行的像素的N個(gè)信號(hào)執(zhí)行逐行取平均值。除非另有說(shuō)明，如果考慮給定行的像素，則與列(也指列的注腳)對(duì)應(yīng)的每個(gè)讀取電路收集來(lái)自位于該行中的像素的N個(gè)連續(xù)信號(hào)。應(yīng)明了，在讀取像素期間，電勢(shì)讀數(shù)朝向漸進(jìn)值發(fā)展，后者與通過(guò)像素收集的電荷對(duì)應(yīng)。通過(guò)收集該電勢(shì)的N個(gè)連續(xù)采樣，通過(guò)采樣保持單元321，每個(gè)依次收集的采樣接近漸進(jìn)值。因而，對(duì)于所考慮的行的每個(gè)像素，這些N個(gè)采樣的平均值進(jìn)一步由在像素中收集的電荷表示，這與N個(gè)讀數(shù)僅通過(guò)N次完全采集(在某些行上)采取的方式的情況相比，執(zhí)行這些N次采集而無(wú)需將光敏點(diǎn)重置為零。在該示例中，N已經(jīng)被選作等于3，但是其他大于或等于2的任意整數(shù)值也是可以的。第一時(shí)序圖C5kaz表示將光敏點(diǎn)重置到零的周期Tmz。關(guān)于圖3，時(shí)序圖Tkaz表示用于重置為零導(dǎo)線Ykazi和Ykaz2.的信號(hào)的可能形狀。第二時(shí)序圖C5ra￡P(guān)。表示采集圖像的步驟E2的周期I；xp。，即光敏點(diǎn)經(jīng)歷輻射期間的周期。三個(gè)其它時(shí)序圖C51，、C52以及C5n1 r分別表示第一、第二以及最后一行的信號(hào)被子步驟E32處理的周期T51、T52以及T5N1。關(guān)于圖3，時(shí)間表C51和C52表示可能能夠分別施加到行導(dǎo)線Y1和Y2的信號(hào)。時(shí)序圖C5KAZ、C5expo, C51、C52以及C5n1示出
-周期Teaz在每個(gè)周期Texp。之前；-當(dāng)完成周期Texp。時(shí)，第一行的Ne信號(hào)被處理了三次；-在最后處理第一行的信號(hào)之后，第二行的Ne信號(hào)被依次處理三次；-以此類推，直到相應(yīng)信號(hào)被處理三次為止的最后一行。之后，可以執(zhí)行子步驟E35和步驟^和^。一旦處理最后一行的子步驟E32的最后一次迭代完成，可以執(zhí)行采集圖像的新步驟e2。當(dāng)然，對(duì)于無(wú)源光敏器件，根據(jù)參考圖4描述的讀取步驟E3,在第一處理子步驟E32之前，屬于其信號(hào)將被處理的行的光敏點(diǎn)的電荷必須被轉(zhuǎn)換。圖6示出在對(duì)處理模擬信號(hào)(處理子步驟E32在重復(fù)之前按序考慮每行)的操作排序的第二種可能性。在該示例中，N被選擇為等于2。在圖6中，將光敏點(diǎn)重置到零的時(shí)序圖C6kaz和曝光光敏點(diǎn)的C6ra￡P(guān)。分別與時(shí)序圖C5kaz和C5ra￡P(guān)。相同。三個(gè)其它時(shí)序圖C61，X62以及C6n1分別表示其間通過(guò)子步驟E32處理第一、第二以及最后一行的信號(hào)的周期T61、T62以及T6N1。與圖5的時(shí)序圖相反，時(shí)序圖C6EAZ、C6expo, C61, C62以及C6n1示出了，在完成曝光周期Traiptj之后，第一行Ne信號(hào)被處理第一次，接著是第二行的Ne信號(hào)，以此類推直到相應(yīng)信號(hào)也被處理第一次的最后一行為止。之后第一行、第二行以及接下來(lái)的行被處理第二次，直到最后一行。在處理最后一行的子步驟E32迭代N次之后，可以執(zhí)行取平均值步驟E35、接著后處理步驟E4以及使用和/或顯示步驟E5。也可以執(zhí)行采集圖像的新步驟E2。根據(jù)特定實(shí)施例,如圖5和圖6中所示,在針對(duì)每個(gè)光敏點(diǎn)重復(fù)處理子步驟E32N次之后，表示所有光敏點(diǎn)的電荷的模擬信號(hào)被重置為零。因此，通過(guò)考慮兩個(gè)連續(xù)有用圖像，根據(jù)用于獲得第一圖像的子步驟E32的N次重復(fù)將模擬信號(hào)重置到零與采集下一圖像的重置到零在先步驟E2對(duì)應(yīng)。圖7通過(guò)時(shí)序圖示出了 N等于2時(shí)根據(jù)本發(fā)明的方法的另一特定實(shí)施例。第一時(shí)序圖C7expo存在采集圖像的步驟E2的周期I；xp。。三個(gè)時(shí)序圖C71、C72、C7N1分別表示其間通過(guò)子步驟E32處理第一、第二以及最后一行的信號(hào)的周期T71、T72以及T7N1。三個(gè)其它時(shí)序圖C7eazi>C7eaz2以及C7kazn1分別表示其間第一、第二以及最后一行的信號(hào)分別被重置為零的周期Teazi, >Teaz2以及!1—。根據(jù)該特定實(shí)例，表示所考慮的行的所有光敏點(diǎn)的電荷的模擬信號(hào)在考慮下一行之前被重置為零。本實(shí)施例尤其適用于連續(xù)的曝光周期Traip。，或至少適用于大于處理所有光敏點(diǎn)引起的信號(hào)的整個(gè)持續(xù)時(shí)間的周期。在圖7中，考慮曝光光敏點(diǎn)的步驟E2與讀取步驟E3并行執(zhí)行。根據(jù)參考圖5描述的可能性執(zhí)行處理信號(hào)的操作的排序，即在考慮下一行之前對(duì)于同一行來(lái)說(shuō)處理子步驟E32被重復(fù)N次。另一方面，在處理第一行的信號(hào)的子步驟E32重復(fù)N次之后，在周期Tkazi期間，這些信號(hào)被重置為零。第二行的信號(hào)在周期!^^期間被重置為零之前被處理N次，對(duì)于矩陣2、2'或2"的所有行以此類推，直到其中相應(yīng)信號(hào)在周期Tkazn1期間被重置為零之前被處理N次的最后一行。接著，執(zhí)行步驟E35、E4以及E5。之后，因而可以通過(guò)新的讀取步驟E3獲得新的圖像，其中依次處理各行的信號(hào)。 本發(fā)明能夠降低在簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)方式的圖像采集鏈路所生成的噪聲，而不需要對(duì)圖像采集鏈路的硬件進(jìn)行修改。針對(duì)每個(gè)光敏點(diǎn)所執(zhí)行的處理操作的次數(shù)N可以容易地根據(jù)期望的信噪比和圖像采集鏈路的硬件資源而改變。
權(quán)利要求
1.一種控制光敏器件(1，I'，I")的方法，所述光敏器件(1，I'，1")包括以行(L1至IJ L3)和列(Cl1到Cl3)編組的光敏點(diǎn)汜到匕)的矩陣(2，2'，2")，所述方法包括采集圖像的步驟(E2)和讀取該圖像的步驟(E3)，在所述采集圖像的步驟(E2)的過(guò)程中，每個(gè)光敏點(diǎn)(P1到P9)能夠積聚電荷，所述讀取步驟(E3)包括將在各光敏點(diǎn)(P1到P9)處積聚的電荷轉(zhuǎn)換成代表該電荷的模擬信號(hào)的在先子步驟(E31),以及處理這些模擬信號(hào)從而能夠獲得數(shù)字圖像的子步驟(E32),所述方法的特征在于所述處理子步驟(E32)包括對(duì)所述模擬信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用(322)以對(duì)每個(gè)處理子步驟(E32)串行提供多路復(fù)用信號(hào)，所述方法的特征在于所述處理子步驟(E32)對(duì)于同一光敏點(diǎn)(P1到P9)和對(duì)于同一采集步驟(E2)重復(fù)N次，其中N為大于或等于2的整數(shù)，并且所述方法的特征在于所述讀取步驟(E3)包括將針對(duì)每個(gè)光敏點(diǎn)(P1到P9)處理的N個(gè)信號(hào)取平均值以針對(duì)每個(gè)采集步驟(E2)提供單個(gè)數(shù)字圖像的子步驟(E35X
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述模擬信號(hào)為電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述處理子步驟(E32)包括所述模擬信號(hào)(SM)到數(shù)字信號(hào)(SN)的轉(zhuǎn)換(324)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述處理子步驟(E32)包括緊鄰所述模擬信號(hào)的多路復(fù)用(322)之前對(duì)所述模擬信號(hào)進(jìn)行采樣/保持(321)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述處理子步驟(E32)包括所述模擬信號(hào)的放大(323 )，或如有需要所述數(shù)字信號(hào)(SN)的放大(323 )。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，采集所述光敏點(diǎn)(P1到P9)未經(jīng)歷曝光的圖像的步驟(E2)以及讀取該補(bǔ)償圖像的步驟(E3)在采集所述光敏點(diǎn)(P1到P9)經(jīng)歷曝光的圖像的每個(gè)步驟(E2)之前，讀取所述補(bǔ)償圖像的步驟(E3)與讀取所述有用圖像的步驟(E3)為相同步驟，根據(jù)所述補(bǔ)償圖像來(lái)校正所述有用圖像，所述未經(jīng)歷曝光的圖像稱為補(bǔ)償圖像，所述經(jīng)歷曝光的圖像稱為有用圖像。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述處理子步驟(E32)在考慮下一行之前對(duì)于同一行重復(fù)N次。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到6中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述處理子步驟(E32)在重復(fù)之前依次考慮每一行。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在對(duì)所述每個(gè)光敏點(diǎn)(P1到P9)重復(fù)N次所述處理子步驟(E32)之后，表示所有所述光敏點(diǎn)的電荷的所述模擬信號(hào)被重置為零。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在考慮下一行之前，表示所考慮的行的所有所述光敏點(diǎn)(P1到P9)的電荷的所述模擬信號(hào)被重置為零。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制光敏器件的方法，所述光敏器件包括以行和列編組的光敏點(diǎn)的矩陣。本發(fā)明能夠主要但不排他地應(yīng)用于對(duì)X射線圖像進(jìn)行檢測(cè)的光敏器件中。所述方法包括采集圖像的步驟(E2)和讀取該圖像的步驟(E3)，在所述采集圖像的步驟(E2)期間，每個(gè)光敏點(diǎn)能夠積聚電荷。所述讀取步驟(E3)包括將在各光敏點(diǎn)處積聚的電荷轉(zhuǎn)換成代表該電荷的模擬信號(hào)的在先子步驟(E31)，以及處理這些模擬信號(hào)從而能夠獲得數(shù)字圖像的子步驟(E32)。根據(jù)本發(fā)明，所述處理子步驟(E32)對(duì)于同一光敏點(diǎn)和對(duì)于同一采集步驟(E2)重復(fù)N次，其中N為大于或等于2的整數(shù)，所述讀取步驟(E3)包括將針對(duì)每個(gè)光敏點(diǎn)處理的N個(gè)信號(hào)取平均值以針對(duì)每個(gè)采集步驟(E2)提供單個(gè)數(shù)字圖像的子步驟(E35)。
文檔編號(hào)H04N5/357GK102763403SQ201080054461
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者B·博塞, G·克雷特爾 申請(qǐng)人:原子能和輔助替代能源委員會(huì), 特里賽爾公司