产生图像的方法和线性传感器照相机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及线性传感器照相机，其旨在通过扫描来观察场景，该场景参照照相机而相对运动。这些照相机尤其旨在用于检查物体，例如检查传输带上的行李，或者检查用于控制工业生产的物体。
【背景技术】
[0002]传感器可以包括单行像素或者多行像素，并且在后者的情况下，其可以采用所谓的TDI( “时间延迟积分(Time Delay Integrat1n)”)模式来工作，以增加信噪比，在TDI模式中，各种行的像素连续地看到同一个图像行，并且在它们看到相同的图像行的瞬间由各种行而光产生的电荷被叠加在一起。
[0003]将理解的是，在TDI传感器的情况下，运动的速度优选地与图像行的捕捉频率同步是非常重要的。如果情况并非如此，则未看到相同图像行的信号也将被叠加在一起。这是为什么提供了这样的照相机，其用于处理接收关于相对运动的速度的信息项的输入，并且这个信息项用于限定对于像素的行进行读取的周期性。
[0004]即使传感器不在TDI模式下工作，并且即使其仅具有一行像素，将图像行的捕捉周期参照相对运动的速度进行同步也是重要的。如果情况并非如此，则重构的图像将在运动的方向上变得扁平或者伸长。此外，在图像拍摄期间的速度波动将引起重构图像不可控制的变形。在这种情况下，照相机接收关于相对运动的速度的信息项，该信息项限定了行读取的周期性。
[0005]此外，对于给定的照明条件，由传感器产生的信号电平实质上依赖于累积时间，在累积时间期间，像素将光产生的电荷在读取这些电荷之前进行累积。如果以读取时段?Υ来周期性地读取电荷，则累积时间Ti仍受限于IY的值；实际上，可以在时段?\的持续时间中对电荷进行累积，但是在这个周期结束时，需要读取它们并且以新的读取为目的来重新预置像素。在CCD传感器的情况下，通过将电荷传输至读取寄存器(或者用于TDI传感器的像素的其它行)来进行重新预置；在具有有源像素的传感器的情况下，通过将像素的电荷存储节点清空来进行重新预置。
[0006]如果运动的速度较快，则读取时段IY将较短，并且因此累积时间将较短。在这种情况下，优选地是将在读取时段?Υ的整个期间对电荷进行累积。相反地，如果运动的速度较慢，则优选地是，照相机包括用于调整累积时间以使得仅在读取时段的部分期间对电荷进行累积的装置，否则就会存在使像素饱和的风险。
[0007]在利用了用于控制累积持续时间的装置的情况下，即使速度变化，也可以在图像的稳定亮度方面达到峰值，这是因为其足以独立于读取时段而提供固定的累积持续时间，固定的累积持续时间由经过传感器的图像的运动速度来确定。但是在行读取时段?Υ期间对光进行累积的情况下，电子图像的亮度水平与这个持续时间?Υ成比例地变化。因此，电子图像的亮度水平根据从一个图像至另一个图像，甚至在成像的过程中运动的速度波动而变化。这在图像拍摄期间速度变化很多的情况下特别不方便。
[0008]运动速度的变化可能源自运动系统不受控制的波动。它们还可能源自有意的变化，例如，在期望检查物体的情况下，从几乎零的运动速度开始、之后加速、稳定、然后制动。在后者的情况下，其可能需要以恒定的累积持续时间来工作，从而不经受产生的这种电子图像的全局亮度变化。因此，这需要利用具有累积时间控制的照相机来工作。但是利用累积时间控制的照相机在快速时敏感性方面的效率较低，具体地是因为其没有利用整个的读取时段时间来累积光产生的电荷。实际上，在这种情况下，对于固定的行读取时段OY)，累积时间可能不大于?Υ-ΤΜ，其中，Tm为将进一步解释的停滞时间。
【发明内容】
[0009]为了即使在照明和运动的可变条件下，尤其在图像的捕捉期间运动的可变条件下也能便于获得良好的图像，根据本发明提出了通过照相机来产生图像的方法，所述照相机包括线性图像传感器，所述线性图像传感器参照要观察的图像而相对运动，所述传感器针对每个观察到的图像点，提供表示该点在有效的累积持续时间Ti (其可能变化)内的照度的输出电平，所述照相机包括:同步输入装置，其用于接收关于相对运动的速度的信息项；用于建立图像行读取周期时段?Υ的装置，所述图像行读取周期时段?\与相对运动的速度成反比；用于接收期望的累积持续时间TiD的值。所述方法的特征在于，其包括分别的两种工作模式。
[0010]-第一工作模式，其中有效的累积持续时间Ti等于读取周期时段IV，并且其中，照相机针对每个图像点提供了照度测量电平，所述照度测量电平与乘以了期望的累积持续时间TiD与行读取时段T [的比值的传感器的输出电平成比例。
[0011]-以及第二工作模式，其具有小于读取周期时段IY的累积持续时间，并且其中，照相机针对每行提供了照度测量电平，所述照度测量电平与未对期望的累积持续时间TiD与行读取时段?Υ的比值进行加权的传感器的输出电平成比例。
[0012]根据相对运动的速度来进行第一模式与第二模式之间的选择，只要读取周期时段低于阈值，则利用第一模式，在超过这个阈值的情况下，则利用第二模式。
[0013]因而，假设由运动速度约束的读取时段IV在快照期间变化，并且针对特定行变得不同于期望的累积持续时间TiD，则照相机将针对这些行提供加权了比值TiD/IY的矫正信号(signal rectifie);矫正电平进行补偿，实际上，实际的累积持续时间不再为TiD，而是Tlo例如，IY变为小于Ti D，并且由照相机提供的矫正电平变得高于通过传感器提供的实际电平；因此，照相机利用持续时间TiD来仿真快照，尽管这个持续时间实际上不用于这些行。相反地，例如如果假设期望的累积持续时间TiD等于环境允许的最小读取时段(该环境对应于设想应用中运动的最大速度)，并且假设运动的速度变慢，则实际的累积持续时间将增加而超过期望的持续时间；然后照相机将提供矫正电平，其加权了比值TiD/IY，且低于由传感器提供的实际值。
[0014]这涉及累积持续时间等于读取周期时段的情况，通过补偿由于运动速度变化而导致的电平变化，使得整体的亮度水平变得一致。期望的累积持续时间TiD的值将不用于进行有效的累积持续时间的调整，因为累积持续时间等于读取周期的持续时间，但是其仅用于建立乘法因子TiD/IY，该因子补偿速度波动，并且对于表示图像的电子信号提供一致性。
[0015]然后，本发明适用于传感器以TDI模式工作的照相机，也就是说在与读取周期同步的运动的过程中，对看到同一个图像点的两个或多个像素中的信号求和。
[0016]在第二工作模式中，具有小于读取周期时段IY的累积持续时间，排序装置建立了等于期望的累积持续时间TiD的有效的累积持续时间。因此，存在不具有有效的累积持续时间(其等于周期时段)控制的第一模式、以及具有有效的累积持续时间(其等于期望的持续时间)控制的第二模式。
[0017]在具有CMOS有源像素的传感器中，其中每个像素包括光电二极管、电荷存储节点、用于重新预置存储节点的晶体管、电荷传输晶体管、以及用于读取存储节点的电位的晶体管，读取时段I；由传输脉冲的周期性来限定，其保证在读取电荷之前电荷从光电二极管至存储节点的传输。如果进行了有效的累积持续时间的调整，则通过在两个周期性传输脉冲之间建立额外的电荷传输脉冲来实现，这个脉冲以这个额外的脉冲清空存储节点的电荷的方式而建立在存储节点的电位通过重新预置晶体管来进行重新预置的时刻处。在具有用于重新预置光电二极管的电位的额外晶体管的像素中，通过用于重新预置光电二极管的电位的脉冲来控制这个二极管，从而进行有效的累积持续时间的调整，有效的累积持续时间通过将这个重新预置脉冲的结束与之后的传输脉冲的结束分开的时间来进行限定。
[0018]对于具有这两种工作模式的照相机，优选地提供了:只要读取周期时段低于阈值，则照相机以第一模式工作，在超过这个阈值时，照相机以第二模式工作。该阈值取决于运动的速度(其针对给定期望的累积持续时间)。
[0019]对于从不具有累积持续时间控制的模式切换至具有累积持续时间控制的模式的运动速度阈值为传感器读取周期时段的阈值，这是因为运动速度和周期持续时间相关。读取周期持续时间阈值IYs被选择为等于期望的累积持续时间Ti D和值T M之和，其中T M为估计的停滞时间的持续时间，在停滞时间期间，在传感器以累积时间控制模式工作的情况下电荷不能在像素行中累积。这个估计的停滞时间的持续时间与传感器的构造相关。
[0020]在具体的实施方案中，在不具有累积持续时间控制的情况下照相机可以在TDI模式下工作，但是在具有累积持续时间控制的情况下照相机不能在TDI模式下工作。在这种情况下，需要区分TDI模式下的累积持续时间与非TDI模式下的累积持续时间，因为它们不具有相同的意义，这是由于具有N行的TDI模式给出比同一累积持续时间高N倍的信号电平。如将进一步