专利名称：传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以传感方式检测辐射的图像记录设备的传感器装置以及一种用 于记录图像的方法。
背景技术：
由传感器元件构成的传感器装置例如被设置在电子摄像机中。例如通过透镜系 统将图像成像到CCD (Charge Couple Device,电荷耦合器件)上。
但是，这种图像由于大量存在于CCD上的传感器元件而具有非常高的存储器需 求。此外，在数据处理单元的情况下，在从摄像机传输图像数据时存在非常高的传输需 求。因此，为了使在传输图像时所传输的数据最少化，图像数据常常经历图像压缩 法。在此，图像数据例如经历所谓的小波变换并且随后被压缩。但是，该对图像数据进 行的小波变换没有使摄像机中的数据存储器变得多余或不被使用，因为在执行小波变换 之前必须首先将所记录的图像数据暂存在数据存储器中。此外，为了执行小波变换必须 设置附加的处理器单元，该处理器单元提高摄像机的技术复杂性，其中这还导致提高了 的能量需求。因此在US 7,362,363，B2中提出一种传感器装置，该传感器装置在记录图像时 就已经生成图像内容的压缩表示，从而可以省去关于小波变换的附加的处理器单元。为 此，该已知的传感器装置具有多个传感器元件，这些传感器元件的测量值由读取装置来 读取。为了执行整体测量，执行相继的多个部分测量，其中读取装置把对传感器元件的 读取控制为使得在相应的部分测量时，不同的传感器元件的测量值分别被相加以及被相 减。但是，该常见的传感器装置具有如下缺点要被设置用于从传感器元件中读取 测量值的读取装置具有高的技术复杂性，因为传感器或传感器装置必须可变地能逐个像 素地布线。因此，这种传感器装置的制造-尤其是集成在芯片上时-是非常昂贵的。除 此之外，复杂的读取装置在集成时由于其复杂性而需要许多空间。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种用于记录图像的传感器装置，该传感器装置 提供图像内容的压缩表示并且同时具有尽可能小的技术复杂性。根据本发明，该任务通过具有在权利要求1中所给出的特征的传感器装置来解 决。本发明提供一种传感器装置，该传感器装置具有多个相叠布置的传感器层，这 些传感器层分别由传感器元件构成，其中在每个传感器层中通过传感器元件以传感方式 检测细节平面的基函数的系数，其中传感器层的传感器元件被固定布线并且分别直接提 供测量值，该测量值的大小对应于基函数的系数。
本发明传感器制造的优点在于，通过不同传感器层的传感器元件的固定布线， 传感器装置的电路逻辑相对于常规的传感器布置得到简化。在本发明传感器装置中，传感器元件不是可变地能逐个像素地布线，而是传感 器层或传感器平面中的传感器元件被固定布线。不同传感器层的固定布线的传感器元件 被同时曝光。入射光或辐射被同时由所有传感器层或传感器平面上的所有传感器元件使用。在本发明传感器装置的实施方式中，基函数由小波基函数形成。在本发明传感器装置的实施方式，传感器装置提供落到最上方传感器层的表面 上的辐射的图像记录。所述辐射可以是任意的辐射，尤其是电磁辐射、X光辐射、Gamma辐射或者粒 子辐射。因此，本发明传感器装置可以多样化和灵活地用于极为不同的应用领域。在本发明传感器装置的实施方式中，传感器层的分辨频率随着从表面出发的传 感器层的深度增加而减小，并且传感器层的分辨波长随着从表面出发的传感器层的深度 增加而提高。在本发明传感器装置的实施方式中，位于传感器层下方的另一传感器层的分辨 频率分别为位于其上的传感器层的分辨频率的一半。在本发明传感器装置的实施方式中，所使用的小波基函数是Haar小波基函数。在本发明传感器装置的另一实施方式中，所使用的小波基函数是Coiflet小波基 函数。在本发明传感器装置的另一可能实施方式中，小波基函数是Gabor小波基函 数。在本发明传感器装置的另一实施方式中，所使用的小波基函数是Daubechies小
波基函数。在本发明传感器装置的另一实施方式中，所使用的小波基函数是 Johnston-Barnard 小波基函数。在本发明传感器装置的另一可能实施方式中，所使用的小波基函数是双正交样 条小波基函数。在另一可能实施方式中，使用上面没有特别提到的小波基函数。在本发明传感器装置的可能实施方式中，传感器元件是CCD传感器元件。在本发明传感器装置的替换实施方式中，传感器元件是CMOS传感器元件。在本发明传感器装置的实施方式中，传感器层由辐射能穿透的材料构成。在本发明传感器装置的实施方式中，传感器装置的总记录时间对应于具有最大 分辨频率和具有最小分辨波长的最上方传感器层的最小曝光持续时间。在本发明传感器装置的实施方式中，传感器层的最小曝光持续时间与相应传感 器层的传感器元件的记录面积成反比。在本发明传感器装置的实施方式中，传感器层的最小曝光持续时间随着 从传感 器装置的表面出发的传感器层的深度增加而成指数地减少。在本发明传感器装置的实施方式中，传感器层的传感器元件的记录面积随着从传感器装置的表面出发的传感器层的深度增加而成指数地增加。在本发明传感器装置的实施方式中，传感器装置在分辨率为像素的情况下 具有N个相叠布置的传感器层。本发明还提供一种具有传感器装置的图像记录设备，所述传感器装置由多个相 叠布置的传感器层构成，这些传感器层分别具有传感器元件，其中在每个传感器层中通 过传感器元件以传感方式检测基函数的系数，并且其中传感器层的传感器元件被固定布 线并且分别直接提供测量值，该测量值的大小对应于基函数的系数。在本发明图像记录设备的实施方式中，图像记录设备还具有信号处理装置。在可能的实施方式中，信号处理装置是信号压缩单元或数据压缩单元。在图像记录设备的另一实施方式中，所设置的信号处理单元是信号滤波单元。
在另一可能的实施方式中，在图像记录设备中所设置的信号处理装置是信号噪 声抑制单元。在图像记录设备的可能实施方式中，以传感方式所检测的基函数的系数被暂存 在数据存储器中。在图像记录设备的另一可能实施方式中，计算单元被设置用于计算小波逆变 换，在计算单元上连接有屏幕。本发明还提供一种具有传感器装置的卫星，所述传感器装置具有多个相叠布置 的传感器层，这些传感器层分别由传感器元件构成，其中在每个传感器层中通过传感器 元件以传感方式检测基函数的系数，其中传感器层的传感器元件被固定布线并且分别直 接提供测量值，该测量值的大小对应于基函数的系数，其中以传感方式所检测的基函数 的系数被经由卫星的无线电接口传输给地面站内的信号处理装置。本发明还提供一种具有传感器装置的X光设备，所述传感器装置具有多个相叠 布置的传感器层，这些传感器层分别由传感器元件构成，其中在每个传感器层中通过传 感器元件以传感方式检测基函数的系数，其中传感器层的传感器元件被固定布线并且分 别直接提供测量值，该测量值的大小对应于基函数的系数。本发明还提供一种具有传感器装置的层析X光摄影装置，所述传感器装置具有 多个相叠布置的传感器层，这些传感器层分别由传感器元件构成，其中在每个传感器层 中通过传感器元件以传感方式检测基函数的系数，其中传感器层的传感器元件被固定布 线并且分别直接提供测量值，该测量值的大小对应于基函数的系数。本发明还提供一种用于记录图像的方法，其中多个相叠布置的传感器层的传感 器元件以传感方式检测基函数的系数，其中传感器元件被固定布线并且分别直接提供测 量值，该测量值的大小对应于基函数的系数。在本发明方法的实施方式中，所使用的基函数由小波基函数形成。
下面参照附图来描述用于记录图像的本发明传感器装置和本发明方法的实施方 式。图1示出穿过根据本发明的传感器装置的示意性截面图；图2示出用于图示本发明传感器装置的实施方式的另一截面图3A，3B示出用于与常见传感器元件相比阐述在本发明传感器装置中所使用的 传感器元件的作用方式的示意图。所示出的传感器装置测量Haar基；
图4示出本发明传感器装置的用于阐述其作用方式的可能实施方式的示意图5示出用于阐述本发明传感器装置的特别实施方式的简图6示出用于图示其中使用本发明传感器装置的图像记录设备的可能实施方式 的方框图7示出用于图示其中使用本发明传感器装置的卫星的实施例的方框图。
具体实施方式
如从图1中可以看到的，本发明传感器装置1具有多个相叠布置的传感器层 2-1、2-2、2-3、2-4。在图1所示的示例中，传感器装置1具有N = 4个相叠布置的传 感器层2。相叠布置的传感器层的数目N可以变化。在具有ZiMt素的分辨率的传感器 装置1中，优选设置N个相叠布置的传感器层2。如在图1中示意性示出的那样，辐射S 落到传感器装置1的最上方的传感器层2-1上。传感器装置1提供对所落上的辐射S的 记录。辐射S可以是任意的辐射，尤其是电磁辐射、X光辐射、Gamma辐射或粒子辐 射。在每个传感器层2-i中以平面方式设置有传感器元件，这些传感器元件以传感方式 检测基函数BF的系数C。在此，传感器层2的传感器元件被固定布线并且分别直接提供 测量值，该测量值的大小对应于基函数BF的系数C。作为基函数BF，优选使用小波基 函数W-BF。传感器装置1提供对落到最上方传感器层2-1的表面上的辐射S的图像记 录。
在此如在图1中示意性表明的那样，传感器层2的分辨频率fA随着从辐射S所 落到的表面出发的传感器层的深度增加而优选减小。同时，传感器层2的分辨波长λA 随着从辐射S所落到的表面出发的传感器层的深度增加而提高。因此，在图1所示的实 施例中，最上方的传感器层2-1具有最高的分辨频率fA并同时具有最小的分辨波长λΑ。 相反，最下方的传感器层2-4具有最小的分辨频率fA和最高的分辨波长λΑ。
在本发明传感器装置1的可能实施方式中，位于传感器层2-i下方的另一传感器 层2-G+1)的分辨频率fA分别为位于其上的传感器层2-i的一半。
图2同样示意性地示出穿过图1所示的传感器装置1的截面图。如在图2中所 示出的那样，在每个传感器层2-i中存在多个传感器元件3-i。在图2中示意性示出的示 例中，在最上方的传感器层2-1中存在8个传感器元件3-1，在第二传感器层2-2中存在 4个传感器元件3-2，在第三传感器层2-3中存在3个传感器元件3-3，在最下方的传感器 层2-4中存在唯一一个传感器元件3-4。如可从图2中看到的那样，传感器元件3-i的大 小或记录面积随着传感器层的深度增加而增大。在本发明传感器装置1的可能实施方式 中，传感器元件3-i的记录面积在从最上方传感器层2-1出发直到最下方传感器层2-N的 每个进一步的传感器层中加倍。
传感器元件3-i 可以是 CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor,互补金属氧化物半导体)传感器元件。在可替换的实施方式中，传感器元件3-i是CCD (Charge Couple Device,电荷耦合器件)传感器元件。
传感器装置1的传感器层2-i由辐射能穿透的材料构成，其中该材料取决于要记录的辐射S的相应种类。辐射S的吸收由指数定律-即Lambert-Beer定律
权利要求
1.一种传感器装置(1)，具有多个相叠布置的传感器层(2)，这些传感器层(2)分别由传感器元件(3)构成， 其中在每个传感器层(2)中通过传感器元件以传感方式检测基函数(BF)的系数(C)，其中传感器层(2)的传感器元件(3)被固定布线并且分别直接提供测量值，该测量值 的大小对应于基函数(BF)的系数。
2.根据权利要求1所述的传感器装置， 其中基函数(BF)是小波基函数。
3.根据权利要求1或2之一所述的传感器装置，其中传感器装置(1)提供落到最上方传感器层(2-1)的表面上的辐射(S)的图像记录。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中传感器装置(1)提供对电磁辐射、X光辐射、Gamma辐射或者粒子辐射的图像 记录。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其中传感器层(2-i)的分辨频率(fA)随着从表面出发的传感器层的深度增加而减小， 并且传感器层(2-i)的分辨波长(λΑ)随着从表面出发的传感器层的深度增加而提高。
6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中位于传感器层(2-i)下方的另一传感器层(2-i+l)的分辨频率(fA)分别为位于其 上的传感器层的分辨频率的一半。
7.根据权利要求2-6之一所述的传感器装置， 其中小波基函数是Haar小波基函数、 Coiflet小波基函数、 Gabor小波基函数、 Daubechies小波基函数、 Johnston-Barnard小波基函数、或者 双正交样条小波基函数。
8.根据权利要求1-7之一所述的传感器装置，其中传感器元件(3)具有CCD (Charge Couple Device,电荷耦合器件)传感器元件和 CMOS (Complimentary Metal Oxid Semiconductor,互补金属氧化物半导体)传感器元件。
9.根据权利要求1-8之一所述的传感器装置， 其中传感器层(2)由辐射能穿透的材料构成。
10.根据权利要求1-9之一所述的传感器装置，其中传感器装置(1)的总记录时间对应于具有最大分辨频率和具有最小分辨波长的 最上方传感器层(2-1)的最小曝光持续时间。
11.根据权利要求10所述的传感器装置，其中传感器层(2-i)的最小曝光持续时间与相应传感器层(2-i)的传感器元件(3-i)的记录面积成反比。
12.根据权利要求11所述的传感器装置，其中传感器层(2-i)的最小曝光持续时间随着从传感器装置(1)的表面出发的传感器 层的深度增加而成指数地减少。
13.根据权利要求12所述的传感器装置，其中传感器层(2)的传感器元件(3)的记录面积随着从传感器装置(1)的表面出发的 传感器层的深度增加而成指数地增加。
14.根据权利要求1-13之一所述的传感器装置，其中传感器装置(1)在分辨率为2N个像素的情况下具有N个相叠布置的传感器层⑵。
15.—种具有根据权利要去1-14之一所述的传感器装置(1)的图像记录设备(5)。
16.根据权利要求15所述的图像记录设备，其中图像记录设备(5)还具有信号处理装置(6)，尤其是信号压缩单元、信号滤波单 元以及信号噪声抑制单元。
17.根据权利要求15或16之一所述的图像记录设备，其中以传感方式所检测的基函数(BF)的系数(c)被暂存在数据存储器中。
18.根据权利要求15-17之一所述的图像记录设备，其中计算单元(7)被设置用于计算小波逆变换，在计算单元(7)上连接有屏幕(8)。
19.一种具有根据权利要求1-14之一所述的传感器装置的卫星(9)，所述传感器装置 将以传感方式所检测的基函数(BF)的系数(c)经由无线电接口传输给地面站(12)内的信 号处理装置(13)。
20.—种具有根据权利要求1-14之一所述的传感器装置(1)的X光设备。
21.—种具有根据权利要求1-14之一所述的传感器装置(1)的层析X光摄影装置。
22.—种用于记录图像的方法，其中多个相叠布置的传感器层⑵的传感器元件⑶以传感方式检测基函数(BF)的 系数(C)。
23.根据权利要求22所述的方法， 其中基函数(BF)由小波基函数形成。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中在较深的传感器层(2)中使用要测量辐 射的剩余强度。
全文摘要
本发明提供一种尤其用于图像记录设备的传感器装置(1)，其用于记录任意辐射，尤其是电磁辐射、X光辐射、Gamma辐射以及其它粒子辐射。在此，传感器装置(1)由多个相叠布置的传感器层(2)构成，这些传感器层分别由传感器元件(3)构成。在每个传感器层(2)中，通过传感器元件(3)以传感方式检测基函数(BF)的系数。彼此层叠的传感器层(2)的传感器元件(3)被固定布线并且分别直接提供测量值，该测量值的大小对应于基函数(BF)的系数。所述基函数(BF)可以是小波基函数。本发明传感器装置(1)提供压缩形式的并同时具有小复杂度的图像记录。传感器装置(1)可以多样化使用，尤其是用在图像记录设备或数字摄像机中或者在医药领域中用在X光设备或层析X光摄影装置中。此外，本发明传感器装置(1)可以在卫星中使用以用于远程勘探或者用于天体物理学的目的。
文档编号H04N5/341GK102027739SQ200980117414
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月12日 优先权日2008年5月15日
发明者U·维弗, 郑清华 申请人:西门子公司