[发明专利]用于处理来自像素集的成像数据的方法和像素阵列架构

说明书

提供了用于处理来自像素集的成像数据的方法和像素阵列架构。一种用于图像传感器的像素包括光子传感器、存储器和累加器。光子传感器元件部将信号输出到累加器，然后累加器可将存储在存储器中的值相加在一起，并且可将结果传送到另一像素的存储器。像素可以是模拟的或数字的，并且可在用于压缩感测成像的像素阵列中使用。在成像期间，还可使用伪随机掩码。在成像期间收集的数据可用于压缩感测，并且可被发送到离线存储设备以进行处理。

技术领域

在此公开的主题涉及关于图像传感器的压缩感测。更具体地，在此公开的主题涉及提供用于压缩感测的数据的方法和对应的像素架构。

背景技术

下面的背景技术仅意在提供理解在此公开的发明理念和构思的上下文所需的信息。因此，本背景技术部分可包含可取得专利的主题，并且不应被视为现有技术的公开。

在信号处理中，存在许多用于获取和重构信号的技术。一种这样的技术被称为压缩感测(compressed or compressive sensing)。压缩感测的构思基于可从比奈奎斯特-香农(Nyquist-Shannon)采样定理所需的样本更少的样本重构稀疏信号的原理。压缩感测尝试通过找到欠定系统(underdetermined system)的解来重构信号。欠定系统是其中存在比等式更多的变量的欠定系统。数码地拍摄图像并尝试重构图像可以是欠定系统的一个示例。

Duarte等人(Marco Duarte、Mark Davenport、Dharmpal Takhar、Jason Laska、Ting Sun、Kevin Kelly和Richard Baraniuk，经由压缩采样的单像素成像(Single-pixelimaging via compressive sampling)。(IEEE信号处理杂志，25(2)，第83页，2008年3月))的用于压缩感测光学系统的一种设计包括将入射光束的部分朝向单个光电二极管传感器反射的数字微镜装置(digitalmicro-mirror device)。对于每个时钟周期，图像的一部分可由光电二极管成像，并且数据被离线发送以用压缩感测算法进行处理。该方法需要额外的处理，并且没有顾及多个像素。此外，该技术可被限于静止物体并且具有低分辨率。因此，存在对一种压缩感测硬件设计的需要，以顾及具有较高分辨率的较好的感测选项。使用较好的分辨率，可获得包括高速成像、飞行时间感测和高动态范围成像的附加应用。

发明内容

示例实施例提供了一种用于图像传感器的像素，所述像素可包括光子传感器、存储器和累加器。光子传感器可用于收集光子信息。累加器可用作临时存储设备，以保持光子信息的中间数据值，并且将光子信息的数据值加在一起。光子传感器可连接到累加器，存储器可连接到累加器。在一些实施例中，存储器和累加器可以是提供存储和累加数据或电荷的两个功能的单个装置。在光子检测事件期间，光子传感器可将光子转换成电信号，并且可将数据发送到累加器。另外，存储器可将数据发送到累加器，累加器可将数据值相加在一起。所述像素可以是模拟配置或数字配置。

示例实施例提供了可在用于压缩感测的读出方法中的像素阵列中使用的像素行或像素列。像素行可包括串联连接在一起的数字像素或模拟像素。第一像素的累加器可连接到第二像素的存储器，对于像素行以此类推。数据总线可连接到像素的存储器，并且可提供时钟信号。像素之一的累加器可连接到离线存储设备，离线存储设备可用于收集和处理从像素行收集的压缩感测数据。

示例实施例提供了可用于压缩感测的像素的像素阵列。在感测期间可存在应用于像素阵列上的掩码。

示例实施例提供了一系列像素，其中，数据可在像素之间被传送。在第一时钟周期中，第一像素可从光子信息元件收集第一光子计数，并且将第一光子信息存储在累加器中，将来自与第一像素相关联的存储器的第二光子计数添加到累加器中以获得第三光子信息，将第三光子信息发送到与第二像素相关联的存储器，并且将传感器元件和累加器中的值重置为零。