专利名称：用于数字成像的解相关通道采样的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及数字成像的领域，更具体地，涉及减少数字图像中的相关噪声或结构性噪声伪像。
背景技术：
基于X射线、磁共振、光学和其他模态的数字图像广泛地用在医疗领域中。例如，X射线图像由放射科医师使用以检验(screen)可以指示癌症的硬化、损伤、团块或图案。因此可以认识到，检验的准确性取决于图像。已知噪声可能在图像中产生不合需要的伪像。例如，在X射线图像捕获和读取期间引入的相关噪声可能引起跨越图像的明显的带。电子X射线检测器可以被分成两类，即其中使用直接方法将X射线转换成电荷的类以及其中使用间接方法的类。直接和间接转换检测器两者均积累并存储在X射线曝光期间接收到的电子电荷。在直接转换检测器中，诸如无定形硒的X射线光电导体将X射线光子直接转换成电荷。在间接转换检测器中，使用闪烁器将X射线能量转换成可见光并且随后使用诸如无定形硅光电二极管阵列或CCD的光电检测器将光能量转换成电子电荷。任一类型(直接或间接)的典型的X射线检测器被分为图片元素(即检测器像素)的M个行乘N个列(还被称为通道)的阵列。例如，乳房X射线照相术检测器可以包括4096个行以及每个行的3584个通道。图I中示出了由行12和通道14构成的示例检测器阵列10。每个通道耦合到电荷放大器16之一，而每个行耦合到行驱动器15之一。在X射线曝光期间，检测器阵列的每个像素位置的电荷被积累并存储。该电荷与在X射线曝光期间在像素处接收到的光子数目相关，并且表示各个透射X射线在行进通过被成像物体时经历的衰减。在X射线曝光之后，读出检测器的电荷图案并且将其转换成数字图像，其中数字图像的各个像素的亮度与检测器像素的电子电荷直接相关并且实现了被成像物体的内部结构的视觉表示。在检测器读出期间，行驱动器依次访问各行，并且所访问的行的每个通道中的像素的电荷被电荷放大器16采样。然而，外部噪声可能影响像素电荷，并且当采样时间相关时噪声效应相关。由于各行之间的相关噪声相差呈现为跨越所得到的图像的带，因此这是成问题的。因此期望减少各种模态的捕获图像中的相关噪声效应。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种装置包括电路，与通过在与第一行中的多个通道中的通道对应的采样时间期间对每个通道进行采样，从该多个通道生成图像的一部分的设备相关联，使第一行中的至少第一和第二通道的采样时间偏移，从而减少第一行中的第一和第二通道之间的噪声相关。根据本发明的另一方面，一种方法包括通过在与第一行中的多个通道中的通道对应的采样时间期间对每个通道进行采样，从该多个通道生成一部分图像，这包括使第一行中的至少第一和第二通道的采样时间偏移，从而减少第一行中的第一和第二通道之间的噪
声相关。与本发明的至少一个实施例相关联的优点是减少相关噪声效应。该优点通过如下方式实现使一个行中的各通道的像素采样时间相对彼此偏移，从而使通道采样解相关。解相关可以通过不同的技术实现。例如，一个行中的各通道的开始时间、结束时间或者此两者可以被偏移。这可以使用预定的采样时间值集合来实现或者通过使采样时间值随机化来实现。由于在每个通道上采样噪声信号的不同相位，因此使一个行中的采样时间偏移减少了该行中的各通道之间的噪声相关，有效地使每个行中的通道噪声模糊或抖动。诸如通过使各行之间的通道采样时间变化进行的通道中的随机采样进一步使每个通道中的噪声抖动。
图I图示了示例性检测器阵列。图2图示了像素阵列的单个像素的示例性示意图。图3是电荷放大器的示例性实施例的示意图。图4是图示图3的电荷放大器的开关元件的操作的时序图。图5是图不相关噪声效应的若干区域的图像。图6A图示了驱动电荷放大器的现有技术。图6B图示了用于提供针对每个电荷放大器的THl和TH2信号的独立控制的示例性技术。图7是图示在各个PSS和PSE窗口中包括六个像素样本开始时隙和六个像素样本结束时隙的本发明的一个实施例的时序图。图8图示了可能影响数字检测器的外部噪声。图9A图示了相关噪声效应。图9B图示了通过使像素样本时间随机变化来减少图9A的相关噪声效应。图9C和9D是在存在30 KHz的噪声的情况下由检测器获取的事物的仿真图像。图10是获取的图像的相关噪声幅度相对噪声频率的曲线图。
具体实施例方式将在X射线图像的背景下描述本发明。然而，本发明不限于与X射线设备一起使用并且本领域技术人员将认识到本发明可以通过各种其他模态实现，包括但不限于，例如正电子发射计算机断层成像技术(PET)、单光子发射计算断层成像技术(SPECT)、磁共振成像(MRI)和使用CXD的光学成像。还将认识到，本发明不限于医疗应用，并且将在用于各种其他目的的图像处理中具有实用性。图2图示了像素阵列10的单个像素18的示例性示意图。像素18包括薄膜晶体管(TFT)开关20、像素电容器22、行驱动器24和电荷放大器26。在x射线21撞击检测器时，电荷在像素电容器22处积累。在X射线曝光之后，像素电容器存储表示像素位置处的X射线衰减的电荷。当行驱动器24被声明时，经由TFT 20向电荷放大器26传输跨越像素电容器22的电压。电荷放大器将X射线电荷转换成电压并且将其发送到ADC用于数字化。图3是电荷放大器26的示例性实施例的示意图。电荷放大器26被示出为I禹合到图2的行驱动器24和像素电容器22。电容器Cp表示源线(列线)到地的电容。这提供了噪声增益，其增加了系统到地的噪声或者由源线拾取的外部噪声的敏感性并且导致了相关噪声。图不的电荷放大器26包括稱合到积分器重置开关32的放大器30。电荷放大器包括一对开关RC滤波器34和36。已使用相关双采样(⑶S)方案将开关RC滤波器34和36用在现有技术的电荷放大器中以去除电荷放大器相关偏移并且减少低频噪声。相关双采样方案的基础牵涉在评估间隔期间获得两个电压样本；使用第一 RC滤波器34记录系统偏移和低频噪声源的第一样本，和使用第二 RC滤波器36记录所存储的TFT像素电压的第二样本。随后可以从采样像素电压中减去参考采样电压。这样的布置减少了低频噪声并且从最终像素值去除了元件相关偏移。图4是图示图3的电荷放大器的开关元件的操作的时序图。RESET (重置)反映控制积分器重置开关32的信号的值，THl和TH2反映RC滤波器34和35的各个开关的值，并且GATE (门)反映控制行驱动器24的信号的值。在每个评估间隔开始时(T0)，积分器开关32被短暂重置以从放大器去除任何先前的电荷。在T1处，重置(Reset)信号被释放并且开关THl和TH2接通，允许电容器Cl和C2开始跟踪任何电荷放大器偏移。在T2处，开关THl断开并且参考电压(VR)由Cl保持。在T3处，门(Gate)信号被接通并且来自像素电容器22的电荷被传输到放大器30的节点30a，向RC滤波器36提供输出并且对电容器C2充电。在时间！\处，(⑶S2)开关TH2断开，并且电压VS在电容器C2处保持。因此，在“⑶S时间”(即CDSl和CDS2之间的时间间隔)期间，来自像素电容器22的电荷被放大、滤波并且作为 电压VS被保持。从VS中减去VR以去除系统偏移并且减少低频噪声，并且随后将差转发到A/D转换器用于数字化。使用⑶S的X射线检测器遇到的一个常见问题是水平相关噪声。由于⑶SI和⑶S2时间对于所有通道是相同的，因此外部噪声信号对一个行中的所有通道有相同的影响。然而，行与行之间的噪声相位可能不同。所得到的、在不同的相位中捕获的噪声引起的偏移导致了各行之间的像素值偏移，其呈现在跨越所得到的图像的带中。相关噪声效应的严重性在其中其他噪声源显著降低的检测器系统中可能是更坏的。图5是图示相关噪声的若干区域(诸如区域52)的图像。这些伪像降低了图像的整体质量，降低了其用于检验癌症的有效性。根据本发明的一个方面，实现了如下技术方案通过使一个行中的各通道的像素采样时间相对彼此偏移，可以减少相关噪声效应。例如，可以使一个行中的各通道的开始时间(CDS1)、结束时间(CDS2)或此两者偏移。这可以使用预定的伪随机采样时间值集合来实现或者通过使采样时间值随机化来实现。由于在每个通道上对噪声信号的不同的相位进行采样，使一个行中的采样时间偏移减少了该行中的各通道之间的噪声相关。使用这种被称为解相关通道采样的技术，有效地使每个行中的通道噪声模糊或抖动。通过使各行之间的通道CDS时间变化来使通道中的采样偏移，进一步使每个通道中的噪声抖动。⑶S时间(总像素数据跟踪时间)优选地保持恒定，使得样本的开始时间⑶SI中的任何移位导致样本的结束时间CDS2中的相应的移位。在使CDSl和CDS2时间变化的同时使CDS时间保持恒定，确保了电荷放大器在去除系统偏移和减少低频噪声方面仍同样有效，同时具有增添的减少相关噪声效应的优点。然而，应当注意，本发明不要求CDS时间保持恒定，并且设想如下的本发明的其他实施例其中假设维持用于获得足够的像素值样本的至少最小CDS时间，CDS时间在公共行的各通道之间变化，并且在各行之间的通道中变化。因此本发明设想了像素样本开始窗口(PSSW)。PSSW可以包括多个开始时隙，其中这些时隙随机分布在公共行中的各通道之中，和/或分布在公共通道的各行之间。本发明进一步设想了像素样本结束窗口(PSEW)。PSEW还包括多个结束时隙，这些结束时隙可以在数目上与PSSW的开始时隙的数目匹配，尽管本发明并不要求这样。开始和结束时隙将用于 驱动各个THl和TH2开关，它们分别控制像素样本间隔的开始和像素样本间隔的结束。现在参照图6A，驱动电荷放大器16的现有技术牵涉将公共THl和TH2信号转发到所有电荷放大器(这里，示出了四个电荷放大器16A-16D)。相反地，本发明设想了 THl和TH2信号的独立控制。图6B中图示了一种用于提供针对每个电荷放大器16A-16D的THl和TH2信号的独立控制的示例性技术。每个TH1/TH2输入具有专用的可编程的延迟线(通常表示为组60)。在一个实施例中，通过预先识别的时隙数目之间的随机选择来对可编程延迟线进行编程。在电荷放大器读出之间有利地对可编程延迟线重新编程以确保THl和TH2信号在公共通道中的各行之间变化，尽管这不是本发明的要求。在不影响本发明的范围的情况下，这里可以换用其他用于使THl和TH2时间在选择时隙集合之中随机变化的技术。图7是图示在各个PSS和PSE窗口中包括六个像素样本开始时隙和六个像素样本结束时隙的本发明的一个实施例的时序图。将从有限数目的时隙里在关于CDSl和CDS2的PSS和PSE窗口期间向通道分配时隙。作为结果，每个通道的噪声信号的不同相位以及外部噪声对得到的图像的影响被随机化并且相关噪声效应在图像中将不太可见。例如，图8图示了可能影响数字检测器的外部噪声。可以容易地认识到，如果给定行中的每个通道在一个特定的相位处对噪声采样并且噪声的相位在行与行之间改变，则在各行之间积累的噪声偏移可以变化。图8图示了如何在像素获取期间通过五个不同的通道可以对噪声信号采样。由于在不同的相位处对噪声采样，因此跨越各通道并且在各行之间使噪声的影响平滑，减少了不合需要的相关噪声效应。图9A和9B是在存在20 KHz的噪声的情况下可以由检测器获取的事物的仿真图像。通过如上文所述使像素样本时间随机变化使在图9A中清晰可见的相关噪声效应急剧减小，其结果在图9B中示出。图9C和9D是在存在30 KHz的噪声的情况下可以由检测器获取的事物的仿真图像。尽管相关噪声效应在9C中可见，但是当在一个行中的各通道之中并且在行中的各通道之间使像素样本时间随机化时，如图9D中所示，相关噪声急剧减少。图9B和9D之间的相关噪声的减少表明，本发明展现了关于较高频率噪声的提高的性能。图10是获取的图像的相关噪声幅度相对噪声频率的曲线图。在该仿真中，PSSW和PSEff均是分摊成50个时隙的10微秒的窗口。每个通道的像素开始时间被分配给10、20和30微秒窗口中的50个时隙，同时总CDS时间保持恒定。如图10中所示，抖动窗口越大，则能够实现的相关噪声的抑制就越大。本发明的一个方面牵涉PSS和PSE窗口的尺寸和时隙数目。将认识到，时隙数目、窗口尺寸和窗口中的时隙间距作为极大的设计选择而是可变的，并且将根据检测器的尺寸、其中使用检测器的环境、期望的检测器速度以及期望的设计成本和复杂性而变化。因此本发明决不限于任何特定的时隙数目或者任何特定的窗口尺寸。即便如此，仿真使用已发现，使用分摊 成10-50个时隙的20微秒的窗口尺寸减少了数字图像中的相关噪声。因此，已示出了和描述了一种改进的电荷放大器采样系统和方法，其经由在各行中以及在各行之间的通道采样的时间变化，减少了相关噪声伪像。该通道采样技术可用于通过使各通道和各行之间的噪声偏移最小来提高直接和间接X射线检测器的性能。尽管本发明已被描述为相关双采样电荷放大器的附属物，但是本领域技术人员将容易地认识到，本发明不限于用在双采样环境中，而是可以与许多其他受到噪声伪像的困扰的数据采样系统一起使用。相似地，本发明的特征可以通过存储在非暂态计算机可读介质上的计算机程序的辅助来实现。在描述示例性实施例之后，可以认识到，上文描述的示例仅是说明性的，并且其他示例也涵盖在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种装置，包括 电路，与通过在与第一行中的多个通道中的通道对应的采样时间期间对每个通道进行采样，从该多个通道生成图像的一部分的设备相关联，使第一行中的至少第一通道和第二通道的采样时间偏移，从而减少第一行中的第一通道和第二通道之间的噪声相关。
2.根据权利要求I所述的装置，其中使用随机化和伪随机化至少之一来选择采样时间。
3.根据权利要求I所述的装置，其中采样时间中的至少一个与所有其他通道不同。
4.根据权利要求I所述的装置，其中第一行中的每个通道的采样时间与第一行中的所有其他通道不同。
5.根据权利要求I所述的装置，其中存在多个行，并且其中第一行中的第一通道的采样时间与第二行中的第一通道的采样时间不同。
6.根据权利要求I所述的装置，其中存在多个行，并且其中第一行中的每个通道的采样时间与第二行中的所有通道不同。
7.根据权利要求I所述的装置，其中采样时间由开始时间限定。
8.根据权利要求I所述的装置，其中采样时间由结束时间限定。
9.根据权利要求I所述的装置，其中采样时间是总像素数据跟踪时间。
10.根据权利要求9所述的装置，其中总像素数据跟踪时间在第一行中的各通道之间变化。
11.根据权利要求9所述的装置，其中总像素数据跟踪时间在第一行和第二行之间的第一通道中变化。
12.根据权利要求I所述的装置，其中所述电路限定具有在第一行中的各通道之中随机分布的多个开始时隙的像素样本开始窗口。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述电路限定具有多个结束时隙的像素样本结束窗口。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述电路包括具有用于相关双采样的第一开关RC滤波器和第二开关RC滤波器的电荷放大器，并且其中开始时隙和结束时隙驱动所述第一开关RC滤波器和第二开关RC滤波器的各开关以分别控制像素样本间隔的开始以及像素样本间隔的结束。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一开关RC滤波器和第二开关RC滤波器的每个开关具有带专用的可编程延迟线的输入。
16.根据权利要求15所述的装置，其中通过像素样本窗口的预先识别的时隙数目之间的随机选择来对所述可编程延迟线进行编程。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述可编程延迟线在电荷放大器读出之间被重新编程，使得采样时间在公共通道的相邻行之间变化。
18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于被分摊成10-50个时隙的20微秒的窗口尺寸。
19.一种方法,包括 通过在与第一行中的多个通道中的通道对应的采样时间期间对每个通道进行采样，从多个通道生成图像的一部分，这包括使第一行中的至少第一通道和第二通道的采样时间偏移，从而减少第一行中的第一通道和第二通道之间的噪声相关。
20.根据权利要求19所述的方法，包括使用随机化和伪随机化至少之一来选择采样时间。
21.根据权利要求19所述的方法，包括将采样时间中的至少一个选择成与所有其他通道不同。
22.根据权利要求19所述的方法，包括将第一行中的每个通道的采样时间设定成与第一行中的所有其他通道的采样时间不同。
23.根据权利要求19所述的方法，其中存在多个行，并且包括将第一行中的第一通道的采样时间设定成与第二行中的第一通道的采样时间的值不同的值。
24.根据权利要求19所述的方法，其中存在多个行，并且包括将第一行中的每个通道的采样时间设定成与第二行中的所有通道的采样时间不同的值。
25.根据权利要求19所述的方法，包括设定与采样时间对应的采样开始时间。
26.根据权利要求19所述的方法，包括设定与采样时间对应的采样结束时间。
27.根据权利要求19所述的方法，包括设定与采样时间对应的总像素数据跟踪时间。
28.根据权利要求27所述的方法，包括针对第一行中的各通道设定不同的总像素数据跟踪时间。
29.根据权利要求27所述的方法，包括在第一行和第二行之间的第一通道中设定不同的总像素数据跟踪时间。
30.根据权利要求19所述的方法，包括限定具有在第一行中的各通道之中随机分布的多个开始时隙的像素样本开始窗口。
31.根据权利要求30所述的方法，包括限定具有多个结束时隙的像素样本结束窗口。
32.根据权利要求31所述的方法，包括具有用于相关双采样的第一开关RC滤波器和第二开关RC滤波器的电荷放大器，并且包括使用开始时隙和结束时隙驱动所述第一开关RC滤波器和第二开关RC滤波器的各开关，其分别控制像素样本间隔的开始以及像素样本间隔的结束。
33.根据权利要求32所述的方法，包括通过具有专用的可编程延迟线的输入来控制所述第一开关RC滤波器和第二开关RC滤波器的开关。
34.根据权利要求33所述的方法，包括通过像素样本窗口的预先识别的时隙数目之间的随机选择来对所述可编程延迟线进行编程。
35.根据权利要求34所述的方法，包括在电荷放大器读出之间对所述可编程延迟线重新编程，使得采样时间在公共通道的相邻行之间变化。
36.根据权利要求30所述的方法,包括设定被分摊成10-50个时隙的20微秒的窗口尺寸。
全文摘要
一种成像设备通过在采样时间期间对每个通道进行采样，从第一行中的多个通道生成图像的一部分，其中电路使第一行中的至少第一和第二通道的采样时间偏移，从而减少各通道之间的噪声相关。像素采样时间可以由一个行中的各通道的开始时间、结束时间或此两者限定。可以使用预定的采样时间值集合或者通过使采样时间值随机化来实现偏移。由于在每个通道上对噪声信号的不同相位进行采样，因此使一个行中的各通道的像素采样时间相对彼此偏移使通道采样解相关，有效地使每个行中的通道噪声模糊或抖动。诸如通过使各行之间的通道采样时间变化进行的通道中的随机采样进一步使每个通道中的噪声抖动。
文档编号H04N5/357GK102939745SQ201180015112
公开日2013年2月20日 申请日期2011年3月21日 优先权日2010年3月22日
发明者D.苏迪尔布海沙, B.波利舒克, E.帕勒基, A.塞罗纳, D.迈尔斯, G.沃克 申请人:豪洛捷公司