例如ccd传感器的用于拍摄二维图像的常规成像传感器具有受限的动态范围。通常，在用成像传感器拍摄图像时，对成像传感器的曝光时间进行选择，使得能使用差不多整个动态范围。然而，在拍摄具有黑暗区域和明亮区域的场景图像时，短的曝光时间会导致黑暗区域相比明亮区域具有低得多的信噪比。另一方面，在用长曝光时间拍摄场景图像时，这会导致明亮区域饱和。
在例如由闪光灯照射场景时，也可以在场景中产生黑暗区域和明亮区域。取决于所述照射的光学特性，场景可能被不均匀地照射，特别在所述照射的中心可能具有热点的情况下。此外，位于场景中且更远离成像传感器的物件显得更暗，这是由于到达物件上的所述照射的强度以熟知的平方反比定律1/r2下降，其中r为物件离照射源的距离。而且，场景的反射性可以发生变化，这也会产生黑暗区域和明亮区域。此外，已知朝向成像传感器返回反射的强度取决于反射表面相对于照射源和成像传感器的定向。黑暗区域和明亮区域的另一源可以是将场景成像到成像传感器上的光学件，这是由于难以借助于光学件建立成像传感器的均匀照射。
如果成像芯片用于测量距离，那么针对黑暗区域所测量的距离相比针对明亮区域所测量的距离具有较低信噪比。较低信噪比将导致黑暗区域的距离测量结果的展度比明亮区域大。
因此，本发明的目标为提供如下拍摄图像的成像系统和成像系统的操作方法，其中减小了图像中的黑暗区域相比图像中的明亮区域的信噪比差异。
根据本发明的成像系统包括多个像素群组和被调适成生成至少一个复位信号和一转移信号的触发生成器，所述转移信号布置在复位信号被切断的时间间隔中，其中每一像素群组包括至少一个像素和被调适成存储第一值或第二值的可编程存储器元件，其中像素中的每一个包括具有光电二极管和存储电容的像素电路，其中像素电路、触发生成器和存储器元件是互连的，从而使得当触发生成器将复位信号发送到像素电路时，光电二极管保持处于恒定电压；当复位信号被切断时，光电二极管被调适成在其被电磁辐射时累积电荷；当触发生成器将转移信号发送到电路时，电荷从光电二极管转移到存储电容，且存储器元件被调适成在其存储有第一值时，阻挡转移信号到达对应像素群组的所有像素电路上，且被调适成在其存储有第二值时使转移信号传递到对应像素群组的所有像素电路。
由于成像系统包括多个像素群组，因此可由成像系统记录场景的图像。如果像素群组提供成二维阵列，那么可记录二维图像。通过借助于复位信号控制光电二极管，使得光电二极管保持处于恒定电压或被调适成累积电荷，能实现光电二极管可仅在复位信号被切断时捕获电磁辐射。因此，能实现像素具备光阀，通过所述构件有可能控制像素的曝光时间。通过提供存储电容和用于将在复位信号切断的时间周期期间累积于光电二极管中的电荷从光电二极管转移到存储电容的转移信号，能有利地实现通过经由各自包括复位信号中的一个和转移信号中的一个的大量累积循环将电荷从光电二极管转移到存储电容，可以增大的精确度测量来自场景的黑暗区域的电磁辐射。通过针对每一像素群组提供存储器元件，能有利地实现可针对像素群组中的每一个选择不同数目个累积循环，而不需要针对像素群组中的每一个提供不同复位信号。以此方式，对于从场景的明亮区域捕获电磁辐射的像素群组，可选择较低数目个累积循环。因此，可有利地避免对应存储电容的饱和。另一方面，对于从场景的黑暗区域捕获电磁辐射的像素群组，可选择较高数目个累积循环。以此方式，可增大对应像素的信噪比。通过相应地选择较低和较高数目个累积循环，能有利地实现减小了图像中的黑暗区域的信噪比相比图像中的明亮区域的信噪比的差异。
优选的是，像素群组中的每一个包括被调适成将第二和第一值写入到对应存储器元件的存储器控制件，和被调适成基于存储在对应存储器元件中的值而阻挡和传递转移信号的调节电路。
存储器元件优选地选自包括六晶体管静态ram单元、四晶体管静态ram单元和包括存储器电容的动态存储器单元的群组，其中存储器电容是选自包括呈反向偏压的二极管结、特别具有由金属或多晶硅制成的导体的mos栅极、金属-绝缘体-金属(him)电容器、多晶硅-多晶硅电容器和多晶硅-金属电容器的群组。静态ram单元包括存储器控制件。在存储器元件包括动态存储器单元的情况下，存储器元件包括存储器控制电路，例如能够在成像系统的控制线的控制下在存储器元件与信号线之间建立电连接的mos晶体管。
优选的是，调节电路是动态逻辑“与”门，存储器元件是包括存储器电容的动态存储器单元，其中存储器电容是选自包括呈反向偏压的二极管结、特别具有由金属或多晶硅制成的导体的mos栅极、金属-绝缘体-金属(mim)电容器、多晶硅-多晶硅电容器和多晶硅-金属电容器的群组，其中转移信号包括高转移信号和与高转移信号大体上相反的低转移信号，存储器电容导电连接到动态逻辑“与”门的输入端中的一个，高转移信号提供为发送到动态逻辑“与”门的输入端中的另一个，低转移信号提供为发送到动态逻辑“与”门的预充电端，且动态逻辑“与”门的输出端导电连接到像素电路，以用于将转移信号ts发送到像素电路。因此，能实现在累积循环中的每一个之后，转移信号被更新到低电平，即转移信号被可靠地切断。以此方式切断转移信号能防止在后续累积循环中进一步在像素中累积电荷，直到起始新的图像捕获(其包含将存储器单元重新编程到第二值)为止。不论在发生将存储器单元编程到第一值的采集序列期间的何时刻，都能实现防止发生此进一步累积。
像素电路中的每一个优选地包括：第一电荷转移装置，其被调适成在复位信号被发送到像素电路时使光电二极管保持处于恒定电压；第二电荷转移装置，其被调适成在转移信号被发送到像素电路时将电荷从光电二极管转移到存储电容；存储装置，其包括存储电容且被调适成放电存储电容；和读出电路，其被调适成读出存储电容中的电荷。第一电荷转移装置可例如包括第一电连接或电荷耦合连接，其用以在第一电连接或电荷耦合连接闭合时将光电二极管的一个末端电连接到电源，而光电二极管的另一末端永久性地电连接到接地。第二电荷转移装置可例如包括第二电连接或电荷耦合连接，其用以在第二电连接或电荷耦合连接闭合时将光电二极管的一个末端电连接到存储电容的一个末端，而存储电容的另一末端永久性地电连接到接地。电连接或电荷耦合连接都可例如通过晶体管或转移栅极来形成。当存储装置接收到存储电容放电信号时，可放电存储电容。读出电路可包括电压跟随器。电压跟随器包括电压跟随器存储电容，其在电压跟随器存储电容中的电压与存储电容中的电压类似时，在操作期间具有比存储电容中的电荷大的电荷。
优选的是，光电二极管被调适成实现电荷从光电二极管到存储电容的完整转移，其中光电二极管特别是选自包括正-本-负(positiveintrinsicnegative)光电二极管和内埋式光电二极管的群组。因此，能有利地实现独立于存在于存储电容中的电荷在转移信号中的每一个的末端处完全放电光电二极管。这能实现电磁辐射测量的高精确度。
优选的是，存储电容cfd是选自包括具有到复位开关的欧姆连接的浮动扩散和具有到复位开关的欧姆连接的存储栅极的群组。在选择存储栅极的情况下，可提供额外转移栅极，以便提供从浮动通道到电荷漏极连接的电荷耦合连接。在额外转移栅极的情况下，接通复位开关和额外栅极，以便清除存储栅极的累积电荷。
优选的是，成像系统被调适成将第二值写入到存储器元件中的每一个，包括电子比较器，所述比较器被调适成比较像素群组中的一个的存储电容中的电荷与预定义参考电荷，且被调适成在存储电容中的电荷超出预定义参考电荷的情况下将第一值写入到同一像素群组的存储器元件。因此，能实现以较高数目个累积循环测量场景的黑暗区域以及以较低数目个累积循环测量场景的明亮区域。借助于比较器，成像系统可基于图像的实际亮度电平完全自动地进行操作。此外优选的是，参考电荷对于所有像素群组来说是相同的。如果像素群组包括大量像素，那么可设想到比较器被调适成比较像素中的仅一个的存储电容的电荷与参考电荷。此外，优选的是，电子比较器被调适成在存储电容中的电荷小于或等于预定义参考电荷的情况下，将第二值写入到同一像素群组的存储器元件。以此方式，能更新第二值。这在存储器元件包括逐步放电的电容时是特别有用的。成像系统不必被调适成在每一累积循环之后比较存储电容中的电荷。为了促进累积循环的重复率，成像系统可能被调适成在大量累积循环之后比较存储电容中的电荷。
替代优选的是，成像系统被调适成将第二值写入到存储器元件中的每一个，并在预定数目个累积循环之后将第一值写入到存储器元件中的每一个，对于像素中的每一个所述累积循环包括复位信号中的一个和转移信号中的一个，其中调适成像系统，使得可针对存储器元件中的每一个预定不同数目个累积循环。由于存储器元件中的每一个仅需要一个信息位，因此将第一和第二值写入到存储器元件的速率较高。这导致累积循环的重复率较高。此外可设想到，成像系统被调适成通过在电荷的最后转移之后针对像素群组的像素中的一个在对应预定数目个累积循环前划分存储电容中的电荷，计算像素群组中的每一个的亮度值。此外，优选的是，成像系统被调适成将第二值写入到对应于其累积在预定数目个累积循环之后不应结束的像素群组的存储器元件，以便更新这些存储器元件的第二值。
优选的是，触发生成器被调适成将多个不同转移信号发送到像素群组的像素中的至少一个，其中像素群组中的每一个包括用于阻挡和传递相应转移信号的用于不同转移信号中的每一个的存储器元件的额外存储器元件，其中成像系统被调适成仅将第二值写入到额外存储器元件中的一个。因此，在累积循环中的每一个期间，不同像素群组可能以不同时间周期捕获电磁辐射。以此方式，成像系统可能记录重复率比累积循环的重复率高的视频序列。
成像系统优选地包括上面布置有像素电路和存储器元件的成像传感器，其中成像传感器特别包括其中布置有像素电路和存储器元件的集成电路。以此方式，存储器元件和对应像素被布置成彼此接近。
根据本发明的用于测量距离测量装置与物件之间的距离的距离测量装置包括被调适成用光脉冲照射物件的光源，和被调适成在光脉冲从物件背向反射之后捕获光脉冲的成像系统，其中触发生成器被调适成在发射开始时间点处开始发射光脉冲，且距离测量装置被调适成通过使用存储电容中的电荷来测量光脉冲从发射开始时间点到到达相应像素群组上的飞行时间。由于通过选择较高数目个累积循环可增大捕获从场景的黑暗区域背向反射的光脉冲的像素群组的信噪比，因此也可增大对应距离的信噪比。这也导致可减小黑暗区域的距离值的展度相比明亮区域的距离值的展度的差异。
优选的是，触发生成器被调适成控制复位信号，使得对于预定距离范围，用于像素群组的像素中的一个，即测量像素的复位信号被延迟到发射开始时间点，从而使得测量像素的光电二极管被调适成部分捕获背向反射光脉冲。可通过使用测量像素的存储电容中的电荷、光脉冲的持续时间和测量像素的复位信号相对于发射开始时间点的延迟，即复位信号被切断的时间点和随后接通复位信号的时间点来确定飞行时间。
像素群组中的每一个优选地包括所述像素中的三个，其中一个像素为测量像素，且触发生成器被调适成以对发射开始时间点的不同延迟将相应复位信号发送到三个像素电路中的每一个，其中触发生成器被调适成控制复位信号，使得对于预定距离范围，用于三个像素中的另一个，即参考像素的复位信号被延迟，从而使得参考像素的光电二极管被调适成完全捕获背向反射光脉冲；用于三个像素中的另一个，即背景像素的复位信号被延迟，从而使得背景像素的光电二极管被禁止捕获背向反射光脉冲，其中成像系统被调适成通过使用对应于三个像素的存储电容中的电荷来测量飞行时间。参考像素用于校正不同物件反射性，且背景像素用于校正环境光，即由像素捕获但并不来源于光源的光的影响。可同时进行用测量像素、参考像素和背景像素进行的测量，即一个像素可捕获单个光脉冲，使得能部分捕获、完全捕获和不捕获光脉冲。借此，能特别实现可以特定高精确度捕获移动物件的距离。这能提供消除可不利地影响距离测量的后续光差异，特定来说为强度和脉冲波形差异的优势。
用于测量飞行时间的其它概念也是可能的。在全部内容包含在此处的wo2016/087189al中，例如描述通过发射多个长光脉冲并用不同积分门测量长脉冲中的每一个来形成卷积函数fc。可设想到为每一积分门提供相应像素，从而使得原则上可以单个累积循环测量整个卷积函数fc。
优选的是，像素群组中的每一个包括所述像素中的四个，其中四个像素中的两个为测量像素。通过提供具有四个像素的每一像素群组，像素群组可以高度对称性布置在成像系统中。特别优选的是，像素群组中的每一个包括大量四个像素，其中测量像素中的一个被存储器元件替换。借此，能实现减少存储器单元的数目，这导致可在维持像素矩阵的高度规则结构的同时提供用于捕获光的较大区域，且可更快地将第一和第二值写入到存储器单元。
维持像素矩阵的规则性使其更易于设计，且可避免由于存在存储器元件可在像素矩阵中产生的假象。为此目的，进一步优选的是，特定来说设计在其边界处具有额外特征的此‘存储器元件像素’，从而使得其对像素矩阵的规则结构和相邻像素单元经受的环境造成最小干扰，以免图像中存在假象。可通过图像传感器中常常存在的用于处理有缺陷像素的熟知构件来补偿此位置处缺少的像素信息。此缺陷校正程序的实例为通过双线性内插相邻像素的值来计算缺失像素信息的替代值。
根据本发明的用于操作成像系统的方法包括如下步骤：a)提供成像系统；b)将第二值写入到存储器元件；c)将复位信号发送到对应像素电路；d)切断复位信号；e)在复位信号被切断的时间间隔中将转移信号发送到所有像素电路；f)在满足预定条件的情况下将第一值写入到存储器元件中的至少一个；g)至少重复一次步骤c)到f)，借此在步骤e)中，在对应存储器元件存储有第二值时，从光电二极管转移到存储电容的电荷相加到来自先前步骤e)的存储电容中存在的电荷。
根据本发明的用于操作距离测量装置的方法包括如下步骤：a)提供距离测量装置；b)将第二值写入到存储器元件；c0)在发射开始时间点处开始发射光脉冲；c)将复位信号发送到对应像素电路；d)切断复位信号；e)在复位信号被切断的时间间隔中将转移信号发送到所有像素电路；f)在满足预定条件的情况下将第一值写入到存储器元件中的至少一个；g)至少重复一次步骤c0)到f)，借此在步骤e)中，在对应存储器元件存储有第二值时，从光电二极管转移到存储电容的电荷相加到来自先前步骤e)的存储电容中存在的电荷。
优选的是，在步骤c)中，不同复位信号被发送到像素群组的不同集合，其中在步骤b)中，仅将第二值写入到所述集合中的一个的存储器元件，且在包括一个步骤c)、一个步骤d)和一个步骤e)的数个累积循环之后，在步骤b)中仅将第二值写入到所述集合中的另一个的存储器元件。据此可能选择复位信号，使得测量像素、参考像素和背景像素被调适成针对不同预定距离范围确定飞行时间，从而使得有可能交替地捕获不同范围。以此方式，可扩展可由距离测量装置测量的距离范围而不需要提供时间上较长的光脉冲。时间上较长的光脉冲是不利的，这是由于在较长脉冲持续时间情况下距离测量的精确度会降低。并且，在较长光脉冲情况下光源的寿命变得更短，且更难以维持暴露于光源的人员眼睛的安全性。
如果成像系统替代地具备如先前所描述的额外存储器元件，那么也可能选择复位信号，使得像素群组的不同集合的测量像素、参考像素和背景像素将针对不同预定距离范围确定飞行时间。以此方式，有可能同时捕获不同范围。
优选的是，在步骤a)中，像素群组中的每一个具备所述像素中的三个，且在步骤c)中，控制复位信号(td1到td3)，从而使得其被延迟到发射开始时间点，使得对于预定距离范围，用于三个像素中的一个，即测量像素的复位信号被延迟，从而使得测量像素的光电二极管部分捕获光脉冲；用于三个像素中的另一个，即参考像素的复位信号被延迟，从而使得参考像素的光电二极管完全捕获光脉冲；用于三个像素中的另一个，即背景像素的复位信号被调适，从而使得背景像素的光电二极管被禁止捕获光脉冲。
所述方法优选地包括如下步骤：h)读出所有存储电容，借此针对像素中的每一个获得大体上与存储电容中的电荷成比例的值u；i)使用等式ttof＝a+b*u2/u1计算光脉冲从发射开始时间点到到达相应像素群组上的飞行时间ttof，其中u1＝uref-ubkg且u2＝umeas-ubkg，其中uref为参考像素的u，ubkg为背景像素的u，umeas为测量像素的u，且a和b为常数。通过以此方式计算飞行时间，优选地并不需要知道累积循环的数目，这是由于三个像素经受相同数目个累积循环且在步骤i)的计算中消除了此数目。
优选的是，所述方法包括如下步骤：c1)在包括一个步骤c)、一个步骤d)和一个步骤e)的预定数目个累积循环之后，比较存储电容，特定来说为参考像素的存储电容中的电荷与预定义参考电荷；且其中在步骤f)中，在存储电容中的电荷超出预定义参考电荷的情况下，将第一值写入到对应于存储电容的存储器元件。据此优选的是，所述方法包括如下步骤：c2)针对每一像素群组提供直到存储电容中的电荷超出预定义参考电荷为止所执行的累积循环的数目。通过划分在直到存储电容中的电荷超出预定义参考电荷为止所执行的累积循环数目前存在于累积循环的末端处的存储电容中累积的电荷，直到存储电容中的电荷超出预定义参考电荷为止所执行的累积循环的数目可有利地用于计算亮度。
替代地，所述方法优选地包括如下步骤：a1)针对存储器元件中的每一个，预定包括一个步骤c)、一个步骤d)和一个步骤e)的累积循环的相应数目n2；且其中在步骤f)中，在n2个累积循环之后将第一值写入到存储器元件。据此优选的是，在步骤a1)中，优选地基于从由成像系统先前记录的图像获得的像素群组中的每一个的亮度信息和/或基于像素群组中的每一个的预期亮度信息，预定数目n2。预定累积循环数目的第一替代例可用于可基于之前图像估计图像的亮度的流式视频情况。预定累积循环数目的第二替代例可用于场景受约束，使得图像上的亮度分布保持在预定义范围内的情况，这可如物件返回一致亮度分布的固定测量设置的情况。
在下文中，将根据示意图来解释本发明。
图1示出具有多个像素群组的成像系统的概观，
图2更详细地示出图1的像素群组，
图3示出像素群组的框图，
图4示出像素电路的框图，
图5示出成像系统的读取和写入程序，
图6示出包含在累积循环期间累积的电荷的多个累积循环，
图7示出示范性存储器元件和示范性调节电路，
图8示出示范性像素电路，
图9示出用于导出飞行时间的触发方案，以及
图10示出成像系统的实施例。
图1、2和5示出包括多个像素群组2的成像系统。像素群组2布置成具有n行和n列的二维阵列。在图1和5中，像素群组2被相应地列举成从2-1,1到2-n,n。像素群组2中的每一个包括至少一个像素3到6，和被调适成存储第一值或第二值的可编程存储器元件21。举例来说，第一值可为零且第二值可为一。像素3到6中的每一个包括像素电路22，其中图4中示出像素电路22的示范性示意性框图且图8中示出示范性像素电路22。像素电路22中的每一个包括光电二极管pd和存储电容cfd(参见图4和8)。
此外，成像系统包括触发生成器(未示出)，其被调适成针对像素3到6中的每一个生成复位信号td1到td4，且被调适成针对像素群组2中的每一个生成转移信号ts，所述转移信号布置在复位信号td1到td4被切断的时间间隔中。图2中示出用于将复位信号td1到td4发送到相应像素3到6和用于将转移信号ts发送到像素群组2的电连接件。像素电路22、触发生成器和存储器元件21是互连的，从而使得当触发生成器将复位信号td1到td4发送到像素电路22时，光电二极管pd保持处于恒定电压。当复位信号td1到td4被切断时，光电二极管pd被调适成在其被电磁辐射时累积电荷。当借助于提供控制信号tsh和tsl的触发生成器将转移信号ts被发送到像素群组时，电荷从光电二极管pd转移到存储电容cfd。存储器元件21被调适成在其存储有第一值时，阻挡转移信号ts到达对应像素群组2的所有像素电路22上，且被调适成在其存储有第二值时，使转移信号ts传递到对应像素群组2的所有像素电路22。
可设想到，成像系统包括上面布置有像素电路22和存储器元件21的成像传感器1(参见图2)。尤其可设想到，成像传感器1包括其中布置有像素电路22和存储器元件21的集成电路。
图3示出像素群组2的示范性框图。像素群组2包括存储器元件21、被调适成将第二和第一值写入到对应存储器元件21的存储器控制件24，和被调适成基于存储在对应存储器元件21中的值而阻挡和传递转移信号ts的调节电路25。
图4示出像素电路22的示范性框图。像素电路22包括第一电荷转移装置26，其被调适成在复位信号td被发送到像素电路22时使光电二极管pd保持处于恒定电压。这可借助于电荷清除构件29来进行，所述构件可包括第一电荷转移装置26到接地和电源的导电连接。此外，像素电路22包括第二电荷转移装置27，其被调适成在转移信号ts被发送到像素电路22时将电荷从光电二极管pd转移到存储电容cfd。此外，像素电路22包括存储装置39，其包括存储电容cfd且被调适成在存储电容放电信号rs被发送到像素电路时放电存储电容cfd。像素电路包括读出电路28，其被调适成在读出信号rd被发送到像素电路22时读出存储电容cfd中的电荷。
光电二极管pd被调适成实现电荷从光电二极管pd到存储电容cfd的完整转移，其中光电二极管pd特别是选自包括正-本-负(positiveintrinsicnegative)光电二极管和内埋式光电二极管的群组。
存储电容cfd是选自包括具有到复位开关m7(参见图8)的欧姆连接的浮动扩散和具有到复位开关m7的欧姆连接的存储栅极的群组。在选择存储栅极的情况下，可提供额外转移栅极，以便提供从浮动通道到电荷漏极连接的电荷耦合连接。在额外转移栅极的情况下，接通复位开关m7和额外栅极，以便清除存储栅极的累积电荷。
存储器元件21是选自包括六晶体管静态ram单元、四晶体管静态ram单元和包括存储器电容cmem的动态存储器单元37的群组，其中存储器电容cmem特别是选自包括呈反向偏压的二极管结、特别具有由金属或多晶硅制成的导体的mos栅极、金属-绝缘体-金属(mim)电容器、多晶硅-多晶硅电容器和多晶硅-金属电容器的群组。存储器电容cmem可为来自此群组的一个物件或来自此群组的多个物件。
图7示出存储器元件21和调节电路25的实施例。在此实施例中，存储器元件21是动态存储器单元37且调节电路25是动态逻辑“与”门38。为将第一或第二值写入到存储器元件21，通过在以行写入表示的线路上施加电压而闭合开关m1来激活存储器元件21以用于写入。通过在以行写入表示的线路上施加电压，能激活一行像素群组2的所有存储器元件21(参见图1)。接着，可对应于将第一值写入到存储器元件21而放电存储器电容cmem，或可对应于将第二值写入到存储器元件21而经由以列写入的线路充电存储器电容cmem。通过根据图1经由以列写入表示的所有线路充电或放电存储器电容cmem，能针对一行像素群组2同时进行对存储器元件的写入。
根据图7，动态逻辑“与”门包括开关m2、m3和m4。根据图7的所有开关m1到m4可例如为mos晶体管。动态逻辑“与”门38包括两个输入端、一输出端和一预充电端。
转移信号ts包括经由以tsh表示的线路发送到动态逻辑“与”门38的高转移信号tsh，和与高转移信号tsh大体上相反且经由以tsl表示的线路发送到动态逻辑“与”门38的低转移信号tsl。存储器电容cmem导电连接到动态逻辑“与”门38的输入端中的一个。以tsh表示的线路导电连接到动态逻辑“与”门38的输入端中的另一个。以tsl表示的线路导电连接到动态逻辑“与”门38的预充电端。动态逻辑“与”门38的输出端导电连接到像素电路22，以用于将转移信号ts发送到像素电路22。vtsh和vtsl为当对应信号tsh和tsl有效时，接通到ts输出的有效电压信号。其为用于确定ts输出处，且因此确定对应转移栅极的栅极端子处显现的电压电平的参考电压或供应电压。可分别与图8中示出的vdd和gnd信号共享vtsh和vtsl。vmem表示用于充电或放电存储器电容cmem的电源。
图8示出像素电路22的实例。vdd表示电源。第一电荷转移装置26包括开关m5。第二电荷转移装置27包括开关m6，其电连接到调节电路25以用于接收转移信号ts。存储装置39包括存储电容cfd和可借以清除存储电容cfd的开关m7。读出电路28包括开关m8到m11和电压跟随器存储电容cst。读出电路28包括由开关m8和m9形成的电压跟随器和电压跟随器存储电容cst。开关9可由所提供的信号pre激活，以便减少电压跟随器的功率消耗。在借助于读出信号rd激活开关m11之后，可经由以列读取表示的线路读出电压跟随器存储电容cst中的电荷。读出信号rd可经由以行读取表示的线路(参见图1)发送到一行像素3到6的所有开关m11。装置m5到m11可例如为转移栅极和/或mos晶体管。
如图1中可见，成像系统被调适成将第二值写入到存储器元件21中的每一个，且对于每一列，包括被调适成比较存储电容cfd中的电荷与预定义参考电荷的电子比较器comp。电子比较器comp被调适成在存储电容cfd中的电荷超出预定义参考电荷的情况下，将对应于存储电容cfd的第一值写入到存储器元件21。也可能的是，电子比较器被调适成在存储电容cfd中的电荷低于或等于预定义参考电荷的情况下，将对应于存储电容cfd的第二值写入到存储器元件21。对于所有不同列的所有比较器comp-1到comp-n，预定义参考电荷可是相同的。此外，图1示出对于所述列中的每一个，成像系统可包括模/数转换器adc-1到adc-n和低电压差动信号驱动器lvds-1到lvds-n。
图5说明读出像素3到6和写入存储器元件21的程序。首先，如图5的第一列中示出，读出第一行像素群组2。随后，如图5的第二列中示出，读出第二行像素群组2，同时将第一或第二值写入到第一行像素群组2的存储器元件21。随后，如图5的第三列中示出，读出第三行像素群组2，同时将第一或第二值写入到第二行像素群组2的存储器元件21。继续此程序，直到已读出所有像素3到6且第一或第二值已被写入到所有存储器元件21为止。由于同时进行读出和写入，因此这会带来记录图像的高重复率。
替代地，为使用电子比较器comp，成像系统可被调适成将第二值写入到存储器元件21中的每一个，并在预定数目个累积循环11到14之后将第一值写入到存储器元件21中的每一个，对于像素3到6中的每一个所述累积循环包括复位信号td1到td4中的一个和转移信号ts中的一个。进一步调适成像系统，使得可针对每一存储器元件21预定不同数目个累积循环11到14。
成像系统可用于距离测量装置中，以用于如图2、3、6和9中所说明般测量距离测量装置与物件之间的距离。距离测量装置包括被调适成用光脉冲照射物件的光源(未示出)。光脉冲可尤其在可见光和/或红外波长区域中。成像系统被调适成在光脉冲从物件背向反射之后捕获光脉冲。触发生成器被调适成在发射开始时间点10处开始发射光脉冲，且距离测量装置被调适成通过使用存储电容cfd中的电荷来测量光脉冲从发射开始时间点10到到达相应像素群组2上的飞行时间ttof。
如图2和3中可见，像素群组2中的每一个包括第一测量像素3、第二测量像素4、参考像素5和背景像素6。td1表示用于第一测量像素的复位信号，td2表示用于参考像素5的复位信号，td3表示用于背景像素6的复位信号，且td4表示用于第二测量像素4的复位信号。
图6示出简图，其中时间标绘在横坐标7上，且各种测量结果标绘在纵坐标8上。对于多个累积循环11到14，将复位信号td1到td4、转移信号ts和到达像素群组2上的背向反射光脉冲的强度的时间强度分布9标绘在简图中。像素3到6的光电二极管pd可仅在对应复位信号td1到td4被切断时，即在图6中的对应复位信号td1到td4较低时捕获光脉冲。如图6中可见，触发生成器被调适成控制复位信号td1到td4，使得对于预定距离范围，用于第一测量像素3的复位信号td1和用于第二测量像素4的复位信号td4被延迟到发射开始时间点10，从而使得测量像素3、4的光电二极管pd被调适成部分捕获光脉冲，用于参考像素5的复位信号td2被延迟到发射开始时间点10，从而使得参考像素5的光电二极管pd被调适成完全捕获光脉冲，且用于背景像素6的复位信号td3被延迟到发射开始时间点10，从而使得背景像素6的光电二极管pd被禁止捕获光脉冲。
图6还示出存储电容cfd中的电荷随累积循环11到14增长的方式。附图标记15表示第一测量像素3的累积电荷，附图标记16表示参考像素5的累积电荷，且附图标记17表示背景像素6的累积电荷。u1表示参考像素5的背景校正电荷，且u2表示测量像素3的背景校正电荷。
图9说明可从累积电荷15、16和17导出物件到距离测量的距离的方式。图9示出简图，其中时间标绘在横坐标30上且各种强度标绘在纵坐标31上。附图标记32表示所发射光脉冲的强度。光脉冲是在发射开始时间点10处发射的。附图标记32表示到达像素群组2上的背向反射光脉冲的强度，其中a是此强度的振幅。光脉冲的脉冲宽度以tpw表示。飞行时间ttof是发射开始时间点10与光脉冲到达像素群组2上的第一时间点之间的时间差。附图标记34表示背景像素6的光阀，即复位信号td3被切断的时间，附图标记35表示测量像素3的光阀，即复位信号td1被切断的时间，且附图标记36表示参考像素5的光阀，即复位信号td2被切断的时间。当光阀34到36具有高值时，这意指其是打开的，且当光阀34到36具有低值时，这意指其是闭合的。tdmeas表示从发射开始时间点10到打开测量像素3的光阀的第一时间点的持续时间。tdref表示从发射开始时间点10到打开参考像素5的光阀的第一时间点的持续时间。
以qbkg表示的灰色区域与背景像素6的累积电荷成比例，以qmeas表示的灰色区域与测量像素3的累积电荷成比例，且以qref表示的灰色区域与参考像素5的累积电荷成比例。现在可以如下方式导出距离：
1)平衡时序：
ttof+tpw＝tdmeas+tmeas
ttof＝tdmeas-tpw+tmeas
2)提取tmeas：
qmeas＝a·tmeas+qbkg
qref＝a·tpw+qbkg
qmeas-qbkg是图6的u2且gref-qbkg是图6的u1。
3)重新代入：
4)转换成距离：
c是光速。
图10示出成像系统的实施例，其中低复位信号tsl1和高复位信号tsh1被提供到第一测量像素3，低复位信号tsl2和高复位信号tsh2被提供到参考像素5，低复位信号tsl3和高复位信号tsh3被提供到背景像素6，且低复位信号tsl4和高复位信号tsh4被提供到第二测量像素4。这导致用于像素3到6中的每一个的转移信号ts的时序不同。
这可例如由像素群组2中的每一个中的调节电路38的对应例子针对每对此低复位信号tslx和高复位信号tshx实现。四个像素3到6的所有调节电路38可连接到存储器元件21中的一个。转移信号的不同时序对应于不同像素3到6的光阀的不同闭合时序。以相同于允许完全、部分或根本不捕获光脉冲的复位信号td独立控制的方式，对转移时序进行此独立控制也允许完全、部分或根本不捕获光脉冲。在前一情况中，打开光阀的时刻用于确定捕获多少光脉冲。在后一情况中，闭合光阀的时刻用于确定捕获多少光脉冲。
进一步优选的是，将此转移信号ts独立控制与复位信号td独立控制组合，以提供对像素群组2中的像素3到6的光阀的打开和闭合的独立控制。这使得有可能针对像素群组2中的像素3到6中的每一个控制光阀的打开持续时间。在无此特征的情况下，相比光阀稍后打开的那些像素3到6(例如测量像素3、4)，光阀最早打开的那些像素(例如背景像素6)会经历较长捕获持续时间(参见图6)。这是不利的，因为所捕获的背景照射量对于不同像素3到6是不同的。这是进一步不利的，因为在期望针对累积循环11到14中的每一个捕获单个光脉冲时，连续光学脉冲之间的最小分离由最长捕获持续时间确定，所述最长捕获持续时间由从最早复位信号td到单个转移信号ts的时间确定，其中单个转移信号ts的时序必须足够迟，以也允许最新复位信号td加上某一最小捕获时间。这表示可使用的最大脉冲重复率和工作循环存在限制，当可实现对捕获持续时间的独立控制时，借助于额外转移信号ts能去除所述限制。
元件符号列表
1成像传感器
2像素群组
3第一测量像素
4第二测量像素
5参考像素
6背景像素
7标示时间的横坐标
8纵坐标
9时间强度分布
10发射开始时间点
11第一累积循环
12第二累积循环
13第三累积循环
14第n累积循环
15第一测量像素的累积电荷
16参考像素的累积电荷
17背景像素的累积电荷
21存储器元件
22像素电路
24存储器控制件
25调节电路
26第一电荷转移装置
27第二电荷转移装置
28读出电路
29清除电荷构件
30标示时间的横坐标
31纵坐标
32所发射光脉冲的强度
33到达像素群组上的光脉冲的强度
34背景像素的光阀
35测量像素的光阀
36参考像素的光阀
37动态存储器单元
38动态逻辑“与”门
39存储装置
td1第一测量像素的复位信号
td2参考像素的复位信号
td3背景像素的复位信号
td4第二测量像素的复位信号
ts转移信号
tsh高转移信号
tsl低转移信号
rs存储电容放电信号
rd读出信号
u1背景校正参考信号
u2背景校正测量信号
pd光电二极管
cfd存储电容
cst电压跟随器存储电容
comp电子比较器
adc模/数转换器
lvds低电压差动信号驱动器
cmem存储器电容
ttof飞行时间
a强度
tpw光脉冲的脉冲宽度
qbkg背景像素的累积电荷
qmeas测量像素的累积电荷
qref参考像素的累积电荷
tmeas背向反射光脉冲与测量像素的光阀之间的重叠持续时间
tdmeas打开测量像素3的光阀时的第一时间点
tdref打开参考像素5的光阀时的第一时间点