本申请涉及光电探测技术领域，特别涉及一种可应用于辐射探测、激光探测以及工业和医学断层成像等技术的成像装置和包括该成像装置的成像系统。
背景技术
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
低通量光子探测技术是一种可探测较低光通量密度(例如，10-19～10-6w/mm2)的光信号的光子探测技术，其可应用于许多领域，例如，医学成像(特别是，正电子发射断层成像(pet))、国土安全、高能物理实验和其它成像的关键领域。在低通量光子探测技术中，光信号以在空间和时间维度上离散分布的光子(即，光能量的最小单元)的形式被成像装置中的像素单元探测。一般对应用于低通量光子探测技术的成像装置的要求如下：能够对单光子做出响应，能够分辨单光子在像素单元中被探测的位置，以及能够记录一段时间内连续到达同一位置的光子数。
为了实现对单光子的探测，一般采用光电倍增管(pmt)、单光子雪崩二极管(spad)、硅光电倍增器(sipm)等器件作为成像装置的像素阵列中的像素单元，以满足不同应用系统中对探测效率、噪声特性、磁场兼容性、像素单元尺寸等性能的要求。上述像素单元的共同特征在于：当探测到单光子，立即产生一个对应的电脉冲信号。在上述应用领域的成像装置中，像素单元一般以阵列形式配置。因此，上述低通量光子探测技术中要解决的关键问题在于：如何确定探测到的光子的位置信息，以及如何高速地探测并读出每个像素单元中的光子数。
图1为现有技术中的一种成像装置。如图1所示，成像装置100由含有多个像素单元101的阵列构成，像素单元101包含探测器102以及1bit存储器103。探测器102可以为pmt、spad或sipm，其可以在探测到光信号(即，受到光子冲击)时产生电脉冲信号；1bit存储器103可以用于记录探测器102是否探测到光子，其可以具有“0”和“1”这两种状态，其中，“0”表示初始状态以及探测器102未探测到光子，“1”表示探测器102已探测到光子。成像装置100的工作原理如下：当探测器102探测到光子后产生电脉冲信号，并将所产生的电脉冲信号发送给1bit存储器103；当1bit存储器103接收到探测器102产生的电脉冲信号后，将其状态从初始状态“0”改变为“1”；同时探测器102受到1bit存储器103的状态控制而不再产生电脉冲信号；在读出1bit存储器103的状态后将其状态重置为初始状态，探测器102相应地在1bit存储器103的状态控制下重新接收光信号以产生电脉冲信号。当对所有像素单元101持续循环扫描一段时间后，可以统计每个像素单元101中累计探测到的光子数。
图2为现有技术中的另一种成像装置。如图2所示，成像装置200包括由多个像素单元201构成的阵列、行地址存储器202、列地址存储器203。像素单元201中包含pmt、spad或sipm等器件以作为探测器，行地址存储器202和列地址存储器203中均包含有与像素单元201对应的存储单元。当行地址存储器202和列地址存储器203处于初始状态时，这两个存储器中的所有存储单元的状态均记为“0”，当某一像素单元201产生电脉冲信号时，行地址存储器202和列地址存储器203中对应的存储单元立即改变状态，记为“1”。通过读出行地址存储器202和列地址存储器203中保存的行地址及列地址编码，可以获知像素单元201探测到的光子数和位置。
技术实现要素：
在实现本申请的过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：
图1中的技术方案的问题在于：像素单元101中的计数数据随系统时钟同步变化，当在两个相邻时钟信号间到达多个光子时，像素单元101仅记录第一个被探测的光子，而在重置前无法再次记录其它光子，因此无法准确地探测出所接收的光子数。
图2中的技术方案的问题在于：当成像装置200中同时有两个及以上像素单元201探测到光子时，其无法准确地获取探测到的光子数量。例如，当该成像装置200中第2行第3列的像素单元201和第3行第2列的像素单元201同时产生电脉冲信号时，行地址存储器所记录的行地址编码为“0110”、列地址存储器所记录的列地址编码为“0110”，则从该成像装置200的输出结果无法判断出探测到的光子位于第2行第2列、第2行第3列、第3行第3列、第3行第2列这4个像素单元201中的哪几个位置，因而也无法获知其数量。
因此，有必要采用一种新的成像装置，以准确地探测出所接收的光子数。
为了解决以上技术问题，本申请提供了一种成像装置以及系统，以实现准确地探测出所接收的光子数的目的。
为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：
一种成像装置可以包括：像素阵列，其包括多个像素单元，每个所述像素单元均被配置为探测光子并响应于探测到的所述光子来进行计数，并且按照预设顺序来读出所记录的计数数据，以获得对应的图像，其中，每个所述像素单元的探测关闭信号输入端与在紧邻其之前进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接，每个所述像素单元的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接。
优选地，每个所述像素单元均可以包括配置为探测所述光子并产生与所述光子对应的电信号的探测器以及配置为对所述探测器所产生的电信号进行计数的第一计数器。
优选地，所述探测器可以包括单光子雪崩二极管、光电倍增管、硅光电倍增器、超导体单光子探测器、可见光光子计数器、混合光探测器或微通道板。
优选地，所述第一计数器可以具体被配置为在接收到所述电信号时，按照第一预定方式来进行计数；在未接收到所述电信号时，保存之前记录的计数数据。
优选地，所述第一预定方式可以包括加法运算或者减法运算。
优选地，所述第一计数器还可以被配置为按照包括电压、电流或电荷的电性形式或者包括磁场强度或磁通量的磁性形式来保存所述计数数据。
优选地，所述第一计数器还被可以配置为按照第二预定方式来输出所述计数数据。
优选地，所述第二预定方式可以包括直接输出所述计数数据的方式或者以预设编码形式对所述计数数据编码后再输出所述计数数据的方式。
优选地，所述第二预定方式还可以包括预设周期的方式，所述预设周期包括所述第一计数器被重置的周期或所述第一计数器完成计数的周期。
优选地，所述计数数据可以与所述第一计数器从最开始的初始状态到第一次被重置前从所述探测器接收的电信号的个数对应，或者与所述第一计数器每一次被重置后从所述探测器接收的电信号的个数对应。
优选地，所述第一计数器可以包括多位异步计数器或多位同步计数器。
优选地，所述像素单元还可以包括淬灭电路，所述淬灭电路被配置为淬灭所述探测器的响应状态并恢复所述探测器在探测到光子时产生电信号的能力。
优选地，所述像素单元还可以包括电压调整器，所述电压调整器被配置为调整所述探测器的偏置电压，以使所述探测器能够正常探测光子。
优选地，所述像素单元还可以包括甄别器，所述甄别器被配置为将所述探测器输出的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号发送给所述第一计数器。
优选地，所述成像装置还可以包括选通控制器，其与每个所述像素单元的所述读出控制信号输入端连接，并且被配置为控制每个所述像素单元的操作状态。
优选地，所述选通控制器可以包括第二计数器、行译码器、列译码器以及逻辑单元，所述第二计数器用于对外部时钟信号进行计数并且控制所述行译码器与所述列译码器分别产生行、列选通信号，所述逻辑单元与每个所述像素单元的所述读出控制信号输入端连接，并且通过对所述行译码器和所述列译码器所产生的行、列选通信号进行逻辑运算来产生对应像素单元的选通信号。
优选地，所述第二计数器可以包括4位同步二进制加计数器，所述行译码器包括行选通2-4译码器，并且所述列译码器包括列选通2-4译码器。
优选地，所述逻辑单元可以包括具有逻辑“与”功能的单元，所述逻辑单元的输入端分别连接至所述行译码器的输出端和所述列译码器的输出端，所述逻辑单元的输出端连接至对应像素单元的所述读出控制信号输入端。
优选地，所述成像装置还可以包括时钟输入接口，其用于输入时钟信号，以控制所述成像装置的整体操作。
优选地，所述成像装置还可以包括数据输出总线，其与每个所述像素单元的数据输出端均连接，或者与整个像素阵列的总输出端连接，以输出每个所述像素单元所记录的所述计数数据。
本申请还描述了一种成像系统，该成像系统可以包括时钟电路、光源以及上述成像装置，其中，所述时钟电路与所述成像装置连接，并且被配置为产生时钟信号以控制所述成像装置的操作；所述光源被配置为向所述成像装置中的所述像素阵列发射光子。
本申请描述的成像装置通过将每个像素单元的探测关闭信号输入端与在紧邻其之前进行读出操作的一个像素单元的读出控制信号输入端连接，将每个像素单元的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的的读出控制信号输入端连接，这使得即使在多个像素单元同时处于脉冲计数操作时各个像素单元之间仍可以独立地记录计数数据，从而可以实现准确地探测出所接收的光子数的目的。而且，多个像素单元可以并行操作，这可以减少像素单元的死时间，从而提高了成像装置的光子计数动态范围。本申请还解除了采样频率对探测装置计数率的限制，进一步提高了成像装置的光子计数动态范围和工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中的一种成像装置的结构示意图；
图2为现有技术中的另一种成像装置的结构示意图；
图3为根据本申请实施例的一种成像装置的结构示意图；
图4为根据本申请实施例的一种像素阵列的结构示意图；
图5为根据本申请实施例的一种像素单元的结构示意图；
图6为根据本申请实施例的多个像素单元之间的连接示意图；
图7为根据本申请实施例的另一种成像装置的结构示意图；
图8为根据本申请实施例的一种成像系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/联接”至另一个元件，它可以是直接连接/联接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
需要说明的是，在本申请中，术语“紧邻”与“紧随”可以表示两个像素单元相继进行读出操作的顺序，这两个像素单元的读出操作之间不存在其它像素单元的读出操作。术语“输入端”和“输出端”也可以分别称为“输入接口”和“输出接口”。
下面结合附图对本申请实施例所描述的成像装置以及包括该成像装置的成像系统进行详细说明。
图3为本申请实施例描述的一种成像装置的结构示意图。如图3所示，该成像装置可以包括由多个像素单元11构成的像素阵列10。像素阵列10中的每个像素单元11均可以被配置为探测光子并响应于探测到的光子来进行计数，并且按照预设顺序来读出所记录的计数数据，以获得对应的图像。其中，每个像素单元11的探测关闭信号输入端可以与在紧邻其之前进行读出操作的像素单元11的读出控制信号输入端连接，每个像素单元11的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元11的读出控制信号输入端连接。
在本申请的至少一实施例中，像素阵列10可以由m行n列(其中，m和n均为大于等于1的正整数，并且m×n≥4)的像素单元构成。例如，像素阵列10可以是由像素单元c1～c16构成的4行4列方阵，如图4所示。另外，像素阵列10也可以是多个像素单元构成的圆形阵列。需要说明的是，虽然附图中仅示出了一个像素阵列，但实际上成像装置可以包括多个像素阵列，并且像素阵列也可以是其它形状，例如，椭圆形、棱形和梯形等，而且每个像素阵列的形状可以相同，也可以不同，在此并不进行限制。
所述预设顺序可以是预先设定的指定各个像素单元进行读出操作的顺序，其可以是指定从第一个像素单元到最后一个像素单元依次循环进行读出操作的顺序。例如，可以从像素单元c1到像素单元c16依次执行读出操作，在完成对像素单元c16的读出操作后，又对像素单元c1进行读出操作，然后依次进入下一轮像素单元循环读出操作。所述预设顺序也可以是指定从最后一个像素单元到第一个像素单元依次循环进行读出操作的顺序。例如，可以从像素单元c16到像素单元c1依次执行读出操作，在完成对像素单元c1的读出操作后，又对像素单元c16进行读出操作，然后依次进入下一轮像素单元循环读出操作。所述预设顺序也还可以是指定从其它像素单元开始进行读出操作的顺序。例如，所述预设顺序可以是按照从像素单元c5到像素单元c16再到像素单元c1最后又到像素单元c5的这种循环进行读出操作的顺序；所述预设顺序还可以是按照从像素单元c1、c5、c9、c13、c2、c6、c10、c14、c3、c7、c11、c15、c4、c8、c12到c16的这种循环进行读出操作的顺序。
在本申请的至少一实施例中，每个像素单元11均可以包括探测器111、第一计数器112、读出控制信号输入端113、探测关闭信号输入端114、重置控制信号输入端115，如图5所示。其中，探测器111可以用于探测光子(即，光信号)，并且产生对应的电信号；第一计数器112可以用于对探测器111所产生的电信号进行计数；读出控制信号输入端113可以用于输入读出控制信号以读出第一计数器112所记录的计数数据；探测关闭信号输入端114可以用于输入探测关闭信号以关闭探测器111；重置控制信号输入端115可以用于输入重置控制信号以对第一计数器112进行重置操作。此外，每个像素单元11均还可以包括用于输出第一计数器112所记录的计数数据的计数数据输出端116。
所述光信号可以包括连续光信号、离散光脉冲信号以及单光子信号等；所述电信号可以包括电脉冲信号、连续电信号等，但不限于此。
探测器111优选地为具有倍增效应的探测器件。例如，探测器111可以为单光子雪崩二极管(singlephotonavalanchediode，以下简称spad)。当spad的偏置电压高于其击穿电压时，每探测到一个光子，spad就立即产生对应的电脉冲信号。探测器111还可以为光电倍增管(photomultiplier，以下简称pmt)，所述光信号对应地为伽马光子在闪烁晶体中产生的离散光脉冲信号。探测器111的偏置电压可以被调整以控制探测器111对离散光脉冲信号作出响应而产生电脉冲信号，从而实现开启或关闭探测器111。所述开启探测器111可以是指使探测器111能够产生电信号(例如，电脉冲信号)，所述关闭探测器111可以是指使探测器111不能产生电信号(例如，电脉冲信号)。另外，探测器111还可以为硅光电倍增器(siliconphotomultiplier，以下简称sipm)、超导体单光子探测器、可见光光子计数器、混合光探测器和/或微通道板等。不同像素单元的探测器可以采用相同或不同的探测器件。
第一计数器112可以被配置为接收探测器111所产生的电信号并对所接收的电信号进行计数(即，记录探测器111所产生的电信号的个数)，并且其还可以被配置为保存和/或输出计数数据。具体地，当接收到来自探测器111的电信号时，第一计数器112可以按照第一预定方式来进行计数，直到达到其计数上限或被重置，并且第一计数器112可以在进行计数的同时保存计数数据，也还可以输出所记录或所保存的计数数据。
优选地，所述计数为累积计数，即可以是指在之前记录的计数数据的基础上继续进行计数。所述第一预定方式可以是加法运算或减法运算等方式，也可以是其它运算方式，在此不作任何限定。例如，当第一计数器112接收到来自探测器111的一个电信号时，其可以通过对之前记录的计数数据进行加法运算来进行累积计数。例如，将之前记录的计数数据加1、2或其它固定数值，或者以二进制或十进制逐个增加。当第一计数器112未接收到来自探测器111的电信号时，其可以保存之前记录的计数数据。需要说明的是，所述之前记录的计数数据可以是指第一计数器112从初始状态到第一次重置前这期间针对来自探测器111的电信号所记录的计数数据，也可以是指第一计数器112在第j次重置后到在第j+1次重置前这期间针对来自探测器111的电信号所记录的计数数据，其中，j为正整数。如果第一计数器112未接收到来自探测器111的任何电信号，则所述之前记录的计数数据可以是指第一计数器112的初始状态。第一计数器112的初始状态可以用预设数值来表示，例如，0、1或其它数值。
在对电信号进行计数之后，第一计数器112可以按照预定形式来保存计数数据。所述预定形式可以包括电压、电流或电荷等电性形式，也可以包括磁场强度或磁通量等磁性形式。
另外，第一计数器112可以按照第二预定方式来输出计数数据。所述第二预定方式可以包括直接输出的方式或者以预设编码的形式对所述计数数据编码后再输出的方式，所述第二预定方式也还可以包括预设周期的方式。例如，第一计数器112可以直接输出计数数据，也可以以二进制码、二-十进制(bcd)码、循环码等编码形式对计数数据进行编码后再输出计数数据，从而便于后续数据处理。所述预设周期可以包括第一计数器112被重置的周期或第一计数器112完成计数的周期。例如，第一计数器112可以在每次被重置后输出计数数据，也可以在完成所有数据的计数后再输出计数数据，以便于满足不同的应用需求。需要说明的是，在按照直接输出的方式或编码后再输出的方式输出计数数据时，也可以按照预设周期的方式来输出数据。
所述计数数据可以与第一计数器112从最开始的初始状态到第一次被重置前从探测器111接收的电信号的个数对应，也可以与第一计数器112每一次被重置后从探测器111接收的电信号的个数对应。需要说明的是，所述第一计数器112被重置后返回到其初始状态。
在具体实现方式中，第一计数器112可以是多位异步计数器或多位同步计数器，例如，4位异步计数器或8位同步计数器。所述多位异步计数器可以包括异步二进制加计数器、异步二进制减计数器、异步二-十进制加计数器或异步二-十进制减计数器等，但不限于此。所述多位同步计数器可以包括同步二进制加计数器、同步二进制减计数器、同步二-十进制加计数器或同步二-十进制减计数器等，但不限于此。在第一计数器112不具备存储功能时，该成像装置还可以包括存储器，所述存储器可以用于存储第一计数器112所记录的计数数据。所述存储器可以与第一计数器112集成于一体，也可以分开设置。
作为本实施例的一个示例而非限制，第一计数器112可以是4位异步二进制加计数器，其计数数据可以以电压电平形式来保存。所述4位异步二进制加计数器中的每一位的低电平可以用“0”来表示，高电平可以用“1”来表示，其初始状态可以被定义为“0000”。每当对应的探测器11产生一个电脉冲信号，所述4位异步二进制加计数器就可以以二进制逐个增加的方式来进行计数，例如，可以以“0001”、“0010”、“0011”…“1111”这样的方式来进行计数，直至达到其计数上限或通过重置控制信号而被重置。
每个像素单元的探测关闭信号输入端114可以与在紧邻其之前进行读出操作的一个像素单元的读出控制信号输入端113连接，并且每个像素单元的重置控制信号输入端115可以与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端113连接。例如，第i个进行读出操作的像素单元的探测关闭信号输入端114可以与第i-1个进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端113连接，第i个进行读出操作的像素单元的重置控制信号输入端115可以与第i+1个进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端113连接。其中，i为大于1的正整数，其可以表示所述多个像素单元进行读出操作的顺序，而并不表示像素单元的个数以及像素单元的排列或布置顺序。
在具体实施方式中，例如，如图6所示，像素单元c7、c8和c9可以分别包括：探测器71、81、91，第一计数器72、82、92，读出控制信号输入端73、83、93，探测关闭信号输入端74、84、94，重置控制信号输入端75、85、95，以及计数数据输出端76、86、96。其中，虽然图中未示出这三个像素单元的连接方式，但是实际上像素单元c8的探测关闭控制输入接口84可以连接至像素单元c7的读出控制信号输入接口73，像素单元c8的重置控制信号输入接口85可以连接至像素单元c9的读出控制信号输入接口93。
下面按照图6中的连接方式以像素单元c1-c16构成的像素阵列为例来说明各个像素单元的操作方法。在第一个时钟周期内，当像素单元c1的读出控制信号有效时，像素单元c1进行读出操作，同时对像素单元c16进行重置操作，对像素单元c2进行探测关闭操作，并且同时像素单元c3-c15进行计数操作；在下一个时钟周期内，当像素单元c2的读出控制信号有效时，像素单元c2进行读出操作，同时对像素单元c1进行重置操作，对像素单元c3进行探测关闭操作，并且同时像素单元c4-c16进行计数操作；以此类推，在第16个时钟周期内，当像素单元c16的读出控制信号有效时，像素单元c16进行读出操作，同时对像素单元c15进行重置操作，对像素单元c1进行探测关闭操作，并且同时像素单元c2-c14进行计数操作。
需要说明的是，像素单元进行读出操作具体的可以是指读出该像素单元的第一计数器所记录的计数数据；对像素单元进行重置操作具体的可以是指重置该像素单元的第一计数器；以及对像素单元进行探测关闭操作具体的可以是指关闭该像素单元的探测器的探测功能。另外，一个时钟周期的宽度应大于等于开启探测器所需时间、关闭探测器所需时间、读出第一计数器中的计数数据所需时间、以及重置第一计数器所需时间中的最大值，以便确保可以对像素单元执行读出、开启/关闭、重置等操作。此外，像素单元的读出控制信号有效可以是指该像素单元的行选通信号和列选通信号均为低电平或高电平，行选通信号和列选通信号将于下文中描述。像素单元的读出控制信号有效可以对应于在其之前进行读出操作的像素单元的重置控制信号有效，以及对应于在其之后进行读出操作的像素单元接收到探测关闭信号。重置控制信号有效可以是指重置控制信号为高电平或低电平。当一个像素单元的重置控制信号有效时，该像素单元的第一计数器被重置为初始状态，同时其探测器开启探测功能。在本申请的至少一实施例中，每个像素单元还均可以包括与探测器(例如，spad)111对应的淬灭电路(图中未示出)，如淬灭电阻、晶体管或其组合电路等，其用于淬灭探测器111的响应状态并恢复探测器111在探测到单光子时能够产生电脉冲信号的能力。
在本申请的至少一实施例中，每个像素单元还均可以包括与探测器(例如，spad)111对应的电压调整器(图中未示出)，如金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，以下简称mos)管、传输门等，以调整探测器111的偏置电压，以使其偏置电压高于击穿电压，从而使探测器111工作在盖革模式(即，能够产生电信号的模式)，进而使探测器111能够正常探测光子。
在本申请的至少一实施例中，每个像素单元还均可以包括甄别器(图中未示出)，其可以用于将探测器111输出的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号发送给第一计数器112。在具体实施方式中，甄别器可以是互补金属氧化物半导体(cmos)反相器，以稳定、高效、低成本地实现。
通过上述描述可以看出，本申请揭示的成像装置通过采用累积计数操作，从而其可以持续地记录光子，而不是在仅记录一个光子之后需等待重置后才能再次记录，而且通过将每个像素单元的探测关闭信号输入端与在紧邻其之前进行读出操作的一个像素单元的读出控制信号输入端连接，将每个像素单元的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的的读出控制信号输入端连接，即，组合连接多个像素单元的探测关闭信号输入端、读出控制信号输入端、重置控制信号输入端，这使得即使在多个像素单元同时处于脉冲计数操作时各个像素单元之间仍可以独立地记录计数数据，从而可以实现准确地探测出所接收的光子数的目的。而且，多个像素单元可以并行操作，这可以减少像素单元的死时间(即，因记录到光子而等待重置的时间)，从而提高了成像装置的光子计数动态范围。本申请还解除了采样频率对成像装置计数率的限制，进一步提高了成像装置的光子计数动态范围和工作效率。另外，通过采用多位计数器，可以增加成像装置探测光子达到饱和所需要的时间。而且，在每一个时钟周期内，成像装置中仅有3个像素单元(例如，像素单元c7-c9)不可进行脉冲计数操作，这使得死区面积(即，因已记录到光子需等待重置才能进行计数操作的像素单元所占的区域)较小，而且死区面积的比例随像素阵列中像素单元数量的增加而下降，这进一步提高了成像装置的计数率上限。此外，周期性关闭探测器，这可以防止脉冲信号持续产生，防止其扰乱光信号探测，并且可以降低功耗。另外，在本申请中的成像装置中，可以连续地读出每一个像素单元中的计数数据，从而可以实现连续成像。
在本申请的至少一实施例中，如图7所示，该成像装置还可以包括选通控制器20，其可以与像素阵列10中的每个像素单元的读出控制信号输入端连接，并且可以被配置为按照实际需求来控制每个像素单元的操作状态。优选地，选通控制器20可以包括相互连接的第二计数器23、行译码器21、列译码器22以及逻辑单元(图中未示出)。其中：
第二计数器可以根据外部时钟信号(例如，同步时钟信号)的驱动来按照第三预设方式对外部时钟信号进行计数并且控制行译码器与列译码器分别产生行、列选通信号，所述第三预设方式可以包括二进制递增或递减等方式，但不限于此。而且，第二计数器的输出端的个数可以与行译码器和列译码器的输入端的个数对应。例如，针对行译码器和列译码器为二进制译码器的情况，行译码器的输入端的个数m大于等于log2m，列译码器的输入端的个数n大于等于log2n，对应地，第二计数器的输出端的个数为m+n个。另外，可以通过将第二计数器的输出端与行译码器和列译码器的输入端进行不同的连接来实现像素单元的行、列选定。例如，当第二计数器的高m位输出端连接至行译码器的m位输入端并且第二计数器的低n位输出端可以连接至列译码器的n位输入端时，可以实现对像素单元的逐行扫描选定。当第二计数器的高n位输出端连接至列译码器的n位输入端并且第二计数器的低m位输出端连接至行译码器的m位输入端时，可以实现对像素单元的逐列扫描选定。
在一具体实施方式中，第二计数器23为4位同步二进制加计数器，行译码器21为行选通2-4译码器，列译码器22为列选通2-4译码器。如果同步二进制加计数器23的低2位输出端连接至行选通2-4译码器21的2位输入端，并且同步二进制加计数器23的高2位输出端连接至列选通2-4译码器22的2位输入端，则当同步二进制加计数器23在外部时钟信号的驱动下进行模为16的循环计数时，像素阵列中的像素单元将会按照从左到右、从上到下的顺序依次被循环选定来执行计数操作。如果同步二进制加计数器23的低2位输出端连接至列选通2-4译码器22的2位输入端，并且同步二进制加计数器23的高2位输出端连接至行选通2-4译码器21的2位输入端，则当同步二进制加计数器23在外部时钟信号的驱动下进行模为16的循环计数时，像素阵列中的像素单元将会按照从上到下、从左到右的顺序依次被循环选定来执行对应操作。需要说明的是，像素单元的循环选定顺序可以与像素单元的预设顺序对应。以上计数器、行译码器和列译码器的类型仅是示例，它们也可以是其它类型的计数器和译码器，在此并不进行限制。
逻辑单元可以与每个像素单元的读出控制信号输入端连接，其可以通过对行译码器和列译码器所产生的行、列选通信号进行逻辑运算来产生对应像素单元的选通信号。例如，逻辑单元可以是具有逻辑“与”功能的单元，该逻辑单元的两个输入端可以分别连接至行译码器的输出端和列译码器的输出端，以对行译码器和列译码器所产生的行、列选通信号进行逻辑“与”运算；其输出端可以连接至对应像素单元的读出控制信号输入接口，以控制对应像素单元的读出操作。当某一像素单元所对应的行译码器和列译码器所产生的行选通信号和列选通信号同时有效(例如，同时为高电平或低电平)时，该像素单元的读出控制信号(对应于逻辑单元所产生的选通信号)有效，即该像素单元进行读出操作。当某一像素单元所对应的行译码器所产生的行选通信号或列译码器所产生的列选通信号无效(例如，行选通信号和列选通信号为不同的电平)时，则该像素单元的读出控制信号无效，即该像素单元不进行读出操作。需要说明的是，逻辑单元不限于是具有逻辑“与”功能的单元，其也可以是具有其它逻辑功能的单元。
通过本申请实施例所描述的选通控制器，可以有效地控制像素单元的操作状态，并且通过设置行、列译码器，可以准确地得出探测到光子的像素单元所在位置。
在本申请的至少一实施例中，如图7所示，该成像装置还可以包括时钟输入接口30，其可以用于输入时钟信号(包括同步时钟信号和异步时钟信号)，以控制成像装置中各个元件的整体操作。具体地，时钟输入接口30可以与选通控制器20中的第二计数器23连接，以驱动其进行计数并控制行、列译码器的操作，从而控制像素阵列10的操作。
在本申请的至少一实施例中，如图7所示，该成像装置还可以包括数据输出总线40，其可以与每个像素单元的计数数据输出端连接，或者与整个像素阵列的总输出端连接，以输出每个像素单元所记录的计数数据，从而获得对应的图像。例如，通过数据输出总线40，可以直接输出由计数数据构成的以下数值矩阵：
3245
1697
2465
3324
通过上述矩阵，可以看出每个像素单元探测到的光子数及其对应位置，例如，第一行第四列的像素单元探测到5个光子。
另外，需要说明的是，虽然图7中示出了16个像素单元，但这仅是示例，可以根据实际情况来设置更多或更少的像素单元。
在本申请的各个实施例中，成像装置所包含的各个元件均可以通过互补金属氧化物半导体(cmos)工艺来实现。
如图8所示，本申请实施例还描述了一种成像系统，该成像系统可以包括时钟电路300、光源400以及成像装置500。其中，时钟电路300与成像装置500连接，其可以被配置为产生时钟信号以控制成像装置500的操作；光源400与成像装置500连接，其可以被配置为向成像装置500中的像素阵列发射光子。
在本申请的实施例中，时钟电路300可以通过成像装置500的时钟输入接口来向成像装置500提供时钟信号，光源400可以向成像装置500中的各个像素单元发射光子。关于时钟电路300和光源400，可以参照现有技术中对相关装置和元件的描述，关于成像装置500，可以参照上面图3至图7中对成像装置的相关描述，在此均不再赘叙。
需要说明的是，根据实际应用，本申请所公开的成像系统也还可以包括其它的模块或单元，在此并不进行限制。
上述实施例阐明的系统、装置、模块、单元或其它元件，具体可以由半导体芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以各模块或单元的功能在同一个或多个半导体芯片中实现。虽然本申请描述了如上述实施例所述的模块或单元，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述装置中可以包括更多或者更少的模块或单元。
上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本申请而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于上述实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。