本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，光電探測(cè)類傳感器得到廣泛應(yīng)用。以單光子雪崩二極管探測(cè)器(spad)為基礎(chǔ)，相關(guān)的時(shí)間延遲積分(tdi)陣列得到開發(fā)，基于spad陣列的tdi芯片在拍攝快速移動(dòng)物體時(shí)具有低功耗高清晰度的優(yōu)勢(shì)。以spad器件作為感光單元的像素具有對(duì)光敏感、響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)，但其可能出現(xiàn)暗計(jì)數(shù)過(guò)高或者無(wú)響應(yīng)的問(wèn)題，從而使該級(jí)計(jì)數(shù)值過(guò)高或過(guò)低，即出現(xiàn)壞點(diǎn)。當(dāng)多級(jí)tdi的spad陣列中某一級(jí)出現(xiàn)壞點(diǎn)得到錯(cuò)誤計(jì)數(shù)值后，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)值便會(huì)隨著轉(zhuǎn)移計(jì)數(shù)器在之后的每一級(jí)電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，最后陣列輸出錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)值。對(duì)于級(jí)數(shù)較高的時(shí)間延遲積分spad陣列，每行的光子計(jì)數(shù)值要經(jīng)歷較多的像素，更容易在一行的轉(zhuǎn)移中遇到壞點(diǎn)。

2、spad像素的屏蔽技術(shù)早已有之，通過(guò)控制某個(gè)spad像素的驅(qū)動(dòng)電路，該像素便會(huì)關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽的效果，但是像素的屏蔽技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)屏蔽但是卻不能降低spad陣列中某級(jí)壞點(diǎn)像素對(duì)整級(jí)光子計(jì)數(shù)值的影響，從而影響了spad陣列的有效性和穩(wěn)定性。

3、將像素的屏蔽技術(shù)用于時(shí)間延遲積分spad陣列，并輔之以壞點(diǎn)恢復(fù)技術(shù)，可以有效減少多級(jí)spad陣列中壞點(diǎn)對(duì)計(jì)數(shù)值的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，包括如下步驟：

4、步驟一：對(duì)工作在檢測(cè)模式下時(shí)間延遲積分spad陣列中每個(gè)像素在一個(gè)曝光周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)；

5、步驟二：依次輸出所有光子的計(jì)數(shù)值并依據(jù)計(jì)數(shù)值檢測(cè)結(jié)果判斷當(dāng)前像素是否為壞點(diǎn)并記錄壞點(diǎn)位置，由壞點(diǎn)位置得到屏蔽矩陣，并依據(jù)屏蔽矩陣通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)壞點(diǎn)像素的屏蔽；

6、步驟三：當(dāng)spad陣列工作于tdi模式時(shí)最后一級(jí)像素完成曝光后輸出光子計(jì)數(shù)值，依據(jù)該計(jì)數(shù)值所在屏蔽矩陣行中屏蔽像素?cái)?shù)完成計(jì)數(shù)值恢復(fù)。

7、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的時(shí)間延遲積分spad陣列工作于檢測(cè)模式，此時(shí)陣列所有像素在一個(gè)曝光周期內(nèi)進(jìn)行曝光記錄光子數(shù)，隨后所有像素關(guān)斷并將計(jì)數(shù)值一級(jí)一級(jí)向后傳遞直至全部傳出，全部傳出的計(jì)數(shù)值送至檢測(cè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行壞點(diǎn)判斷，若判斷為壞點(diǎn)則進(jìn)行記錄，得到屏蔽矩陣。

8、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的時(shí)間延遲積分spad陣列中每個(gè)像素均有獨(dú)立開關(guān)控制單元，由行列總線依據(jù)屏蔽矩陣進(jìn)行選擇，可以在任何位置實(shí)現(xiàn)可配置關(guān)斷操作從而完成屏蔽，當(dāng)時(shí)間延遲積分spad陣列工作于tdi模式下時(shí)屏蔽的像素會(huì)在轉(zhuǎn)移信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下將上一級(jí)像素的計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)移給下一級(jí)像素。

9、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的開關(guān)控制單元包括邏輯門和d觸發(fā)器，開關(guān)控制單元的輸入信號(hào)由開啟像素的行列總線與關(guān)斷的行列總線以及陣列開關(guān)組成；在陣列開關(guān)打開的狀態(tài)下，所有像素在開啟行列總線的選擇下依次進(jìn)入工作模式，當(dāng)檢測(cè)計(jì)算機(jī)完成判斷得到屏蔽矩陣后屏蔽行列總線依據(jù)屏蔽矩陣選中像素進(jìn)行關(guān)閉

10、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的時(shí)間延遲積分spad陣列屬于多級(jí)tdi陣列。

11、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，通過(guò)檢測(cè)每級(jí)tdi陣列中每個(gè)像素的計(jì)數(shù)值來(lái)判斷該級(jí)像素是否損壞，根據(jù)判斷的結(jié)果生成屏蔽矩陣，并根據(jù)屏蔽矩陣對(duì)損壞像素通過(guò)控制電路進(jìn)行關(guān)斷屏蔽，關(guān)斷的像素中轉(zhuǎn)移計(jì)數(shù)器會(huì)將上一級(jí)的光子計(jì)數(shù)值直接轉(zhuǎn)給下一級(jí)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)屏蔽矩陣中每行的屏蔽像素個(gè)數(shù)，最終在每行最后一級(jí)電路的光子輸出值上依據(jù)屏蔽矩陣中該行屏蔽像素個(gè)數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償處理，得到正常的光子計(jì)數(shù)值。

12、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的tdi陣列包含m×l列像素，包括m×1輸出列像素和(l-1)個(gè)m×1前級(jí)列像素，對(duì)tdi陣列中m×l個(gè)像素進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)可以通過(guò)檢測(cè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

13、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的檢測(cè)計(jì)算機(jī)讀出所有像素在一個(gè)曝光周期內(nèi)的光子計(jì)數(shù)值后由檢測(cè)計(jì)算機(jī)判斷每個(gè)像素的計(jì)數(shù)值是否過(guò)高或過(guò)低，并得出屏蔽矩陣。

14、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的屏蔽矩陣的大小為m×l，元素為1或0；若計(jì)數(shù)值正常則該像素正常，標(biāo)記位置為1；若計(jì)數(shù)值過(guò)高或過(guò)低則判斷為出現(xiàn)壞點(diǎn)，標(biāo)記位置為0；若第x行第y列出現(xiàn)壞點(diǎn)(x<＝m,y<＝l)，則將屏蔽矩陣中(x，y)位置的值改為0；檢測(cè)計(jì)算機(jī)完成所有的像素判斷后得到屏蔽矩陣。

15、如上所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，所述的在完成檢測(cè)模式并根據(jù)屏蔽矩陣對(duì)像素進(jìn)行屏蔽處理后該時(shí)間延遲積分spad陣列便可工作在tdi模式正常使用，此時(shí)設(shè)第x行最后一級(jí)電路在完成曝光后輸出光子計(jì)數(shù)值q，對(duì)q進(jìn)行恢復(fù)處理便可得到正確的計(jì)數(shù)值，從而減小壞點(diǎn)對(duì)結(jié)果的影響；所述的光子計(jì)數(shù)值q共經(jīng)過(guò)m級(jí)像素，設(shè)其中有n個(gè)像素進(jìn)行了計(jì)數(shù)值屏蔽，此時(shí)該spad陣列所對(duì)應(yīng)的屏蔽矩陣中第x行共有n個(gè)元素0和(m-n)個(gè)元素1，所輸出的光子計(jì)數(shù)值q是(m-n)個(gè)曝光周期內(nèi)得到的光子計(jì)數(shù)值結(jié)果；由檢測(cè)計(jì)算機(jī)依據(jù)光子計(jì)數(shù)值q與屏蔽矩陣該行中元素0的個(gè)數(shù)n進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，qr＝q/(m-n)*m，qr即為像素陣列經(jīng)過(guò)屏蔽修復(fù)后得到的光子計(jì)數(shù)值。

16、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明基于已有的spad像素壞點(diǎn)屏蔽技術(shù)，將該技術(shù)與時(shí)間延遲積分spad陣列相結(jié)合，通過(guò)屏蔽技術(shù)與恢復(fù)技術(shù)的共用有效降低了spad陣列中某級(jí)壞點(diǎn)像素對(duì)整級(jí)光子計(jì)數(shù)值的影響，極大地提高了spad陣列的有效性和穩(wěn)定性，使其可以應(yīng)用于更多環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)景。

技術(shù)特征：

1.一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的時(shí)間延遲積分spad陣列工作于檢測(cè)模式，此時(shí)陣列所有像素在一個(gè)曝光周期內(nèi)進(jìn)行曝光記錄光子數(shù)，隨后所有像素關(guān)斷并將計(jì)數(shù)值一級(jí)一級(jí)向后傳遞直至全部傳出，全部傳出的計(jì)數(shù)值送至檢測(cè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行壞點(diǎn)判斷，若判斷為壞點(diǎn)則進(jìn)行記錄，得到屏蔽矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的時(shí)間延遲積分spad陣列中每個(gè)像素均有獨(dú)立開關(guān)控制單元，由行列總線依據(jù)屏蔽矩陣進(jìn)行選擇，可以在任何位置實(shí)現(xiàn)可配置關(guān)斷操作從而完成屏蔽，當(dāng)時(shí)間延遲積分spad陣列工作于tdi模式下時(shí)屏蔽的像素會(huì)在轉(zhuǎn)移信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下將上一級(jí)像素的計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)移給下一級(jí)像素。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的開關(guān)控制單元包括邏輯門和d觸發(fā)器，開關(guān)控制單元的輸入信號(hào)由開啟像素的行列總線與關(guān)斷的行列總線以及陣列開關(guān)組成；在陣列開關(guān)打開的狀態(tài)下，所有像素在開啟行列總線的選擇下依次進(jìn)入工作模式，當(dāng)檢測(cè)計(jì)算機(jī)完成判斷得到屏蔽矩陣后屏蔽行列總線依據(jù)屏蔽矩陣選中像素進(jìn)行關(guān)閉。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的時(shí)間延遲積分spad陣列屬于多級(jí)tdi陣列。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：通過(guò)檢測(cè)每級(jí)tdi陣列中每個(gè)像素的計(jì)數(shù)值來(lái)判斷該級(jí)像素是否損壞，根據(jù)判斷的結(jié)果生成屏蔽矩陣，并根據(jù)屏蔽矩陣對(duì)損壞像素通過(guò)控制電路進(jìn)行關(guān)斷屏蔽，關(guān)斷的像素中轉(zhuǎn)移計(jì)數(shù)器會(huì)將上一級(jí)的光子計(jì)數(shù)值直接轉(zhuǎn)給下一級(jí)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)屏蔽矩陣中每行的屏蔽像素個(gè)數(shù)，最終在每行最后一級(jí)電路的光子輸出值上依據(jù)屏蔽矩陣中該行屏蔽像素個(gè)數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償處理，得到正常的光子計(jì)數(shù)值。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的tdi陣列包含m×l列像素，包括m×1輸出列像素和(l-1)個(gè)m×1前級(jí)列像素，對(duì)tdi陣列中m×l個(gè)像素進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)可以通過(guò)檢測(cè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的檢測(cè)計(jì)算機(jī)讀出所有像素在一個(gè)曝光周期內(nèi)的光子計(jì)數(shù)值后由檢測(cè)計(jì)算機(jī)判斷每個(gè)像素的計(jì)數(shù)值是否過(guò)高或過(guò)低，并得出屏蔽矩陣。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的屏蔽矩陣的大小為m×l，元素為1或0；若計(jì)數(shù)值正常則該像素正常，標(biāo)記位置為1；若計(jì)數(shù)值過(guò)高或過(guò)低則判斷為出現(xiàn)壞點(diǎn)，標(biāo)記位置為0；若第x行第y列出現(xiàn)壞點(diǎn)(x<＝m,y<＝l)，則將屏蔽矩陣中(x，y)位置的值改為0；檢測(cè)計(jì)算機(jī)完成所有的像素判斷后得到屏蔽矩陣。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種時(shí)間延遲積分spad陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，其特征在于：所述的在完成檢測(cè)模式并根據(jù)屏蔽矩陣對(duì)像素進(jìn)行屏蔽處理后該時(shí)間延遲積分spad陣列便可工作在tdi模式正常使用，此時(shí)設(shè)第x行最后一級(jí)電路在完成曝光后輸出光子計(jì)數(shù)值q，對(duì)q進(jìn)行恢復(fù)處理便可得到正確的計(jì)數(shù)值，從而減小壞點(diǎn)對(duì)結(jié)果的影響；所述的光子計(jì)數(shù)值q共經(jīng)過(guò)m級(jí)像素，設(shè)其中有n個(gè)像素進(jìn)行了計(jì)數(shù)值屏蔽，此時(shí)該spad陣列所對(duì)應(yīng)的屏蔽矩陣中第x行共有n個(gè)元素0和(m-n)個(gè)元素1，所輸出的光子計(jì)數(shù)值q是(m-n)個(gè)曝光周期內(nèi)得到的光子計(jì)數(shù)值結(jié)果；由檢測(cè)計(jì)算機(jī)依據(jù)光子計(jì)數(shù)值q與屏蔽矩陣該行中元素0的個(gè)數(shù)n進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，qr＝q/(m-n)*m，qr即為像素陣列經(jīng)過(guò)屏蔽修復(fù)后得到的光子計(jì)數(shù)值。

技術(shù)總結(jié)
一種時(shí)間延遲積分SPAD陣列的壞點(diǎn)檢測(cè)、屏蔽與恢復(fù)方法，包括如下步驟：步驟一：對(duì)工作在檢測(cè)模式下時(shí)間延遲積分SPAD陣列中每個(gè)像素在一個(gè)曝光周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)；步驟二：依次輸出所有光子的計(jì)數(shù)值并依據(jù)計(jì)數(shù)值檢測(cè)結(jié)果判斷當(dāng)前像素是否為壞點(diǎn)并記錄壞點(diǎn)位置，由壞點(diǎn)位置得到屏蔽矩陣，并依據(jù)屏蔽矩陣實(shí)現(xiàn)對(duì)壞點(diǎn)像素的屏蔽；步驟三：當(dāng)SPAD陣列工作于TDI模式時(shí)最后一級(jí)像素完成曝光后輸出光子計(jì)數(shù)值，依據(jù)該計(jì)數(shù)值所在屏蔽矩陣行中屏蔽像素?cái)?shù)完成計(jì)數(shù)值恢復(fù)。本發(fā)明將SPAD像素壞點(diǎn)屏蔽技術(shù)與時(shí)間延遲積分SPAD陣列相結(jié)合，通過(guò)屏蔽技術(shù)與恢復(fù)技術(shù)的共用有效降低了SPAD陣列中某級(jí)壞點(diǎn)像素對(duì)整級(jí)光子計(jì)數(shù)值的影響，極大地提高了SPAD陣列的有效性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：毛成,李家昌,孔祥順,閆鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9