[发明专利]用于提供白天场景和夜间场景的改进的图像的系统

说明书

技术领域

本发明涉及成像系统领域，并且，更具体地涉及通过每次读出帧多个栅控低噪声像素进行有源和/或无源成像的方法。

背景技术

名称为“vehicle mounted night vision imaging system and method(车载夜视成像系统和方法)”的第US 7,733,464 B2号美国专利，教导了一种用于改善机动交通工具在低能见度环境期间(夜间或例如雨和雪等低能见度情况的夜间)能见度情况的装置和方法。在前述专利中描述的系统是基于栅控成像技术(即成像传感器利用反射的光信号)。另外，上述系统执行基于使用光电阴极和/或微通道板的图像增强技术的传感器。这种类型的图像增强技术在交通工具环境中具有固有的缺点；由于高温(高于50摄氏度)导致灵敏度丧失，由于太阳辐射照度导致灵敏度丧失，由于投影到光电阴极的恒定静态图像，暂态噪声和50dB以上的场景间动态范围内高光溢出(色饱和度)导致灼伤影响。这种类型的图像增强技术根据WASSENAAR安排或导致在例如高级驾驶员辅助系统(ADAS)的民用应用中的困难的等效出口控制权也被定义为出口控制项目。另外，上述专利中描述的系统由于上述缺点不提供给驾驶员任何白天成像能力。

名称为“measuring distances with a camera(用摄像机测量距离)”的第EP 1 118 208 B1号欧洲专利教导了一种关于使用被称为“3D摄像机”的摄像机进行测量距离的装置和方法。用复位开关和至少一个单栅极开关或通过场效应晶体管(FET)用复位开关和至少一个单调制器对多个栅控像素设计进行描述。这些像素设计具有包含储能电容器和放大器的积分器。这些在'208 B1专利中描述的这些栅控像素设计由于复位噪声电平(也称为“KTC”噪声)在低亮度级信号方面(如在栅控成像交通工具应用方面)具有低性能，复位噪声电平在用像素中的放大器反馈呈现的积分器机械装置中是固有的。另外，在像素积分器中的噪声电平和信号累积当在上述专利中断开时没有被提到。像素到像素分离之间的抗高光溢出比率是基于耦合和同步到光源上的栅控像素阵列的成像传感器中的重要特征。在这种系统结构中，栅控像素由于在观察和/或测量的场景中的高反射物体(即后向反射器，垂直于成像传感器/光源的反射镜等)可为高光溢出的(即饱和的，甚至高达超过标称未饱和信号三个量级以上)。在上述专利中并未描述像素到像素分离之间的抗高光溢出比率。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于为观看者提供日间和夜间场景的改进的图像的系统。根据本发明实施例的系统可以可操作地与任何移动平台相关联。在一个非限制性的实施例中，运动平台为交通工具。然而据了解，本文中交通工具的任何叙述可表明与任何移动平台一起使用。在一个实施例中，该系统位于交通工具内。该系统可以包括：在单像素级具有完全掩蔽的栅极关闭能力的像素阵列传感器，其中，像素阵列传感器在单像素级被设置有固有的抗高光溢出能力；其中，通过相应的具有高转移栅极效率的转移栅极晶体管对每个像素进行栅控。该系统还包括栅控单元，该栅控单元被配置为用脉冲或连续调制的波的有源光源(即如激光，LED，人工光源等的栅控系统的光源部分)和无源光源(即在无源这个意义上，光源不是如LED，人工光源等的栅控系统的一部分，但都位于栅控系统视场[FOV])控制转移栅极晶体管以从传感器产生同步传感信号，其中通过有源光源的单个脉冲足以覆盖传感器的整个视场和照明的场景的领域的整个深度；和处理单元，其被配置为接收同步的感测信号并对其进行处理，以产生改进的场景图像。在一些实施例中，像素阵列传感器可位于交通工具内，并且因此通过交通工具的挡风玻璃衰减来自场景的反射。

本发明的另一个方面提供了一种用于增强安装在适用于不同的光照条件下的交通工具上的成像系统的方法。该方法包括控制同步至栅控照射源的至少单像素的“开启”和“关闭”时间，所述照射源可以是有源(即系统的部分)或无源(即在无源这个意义上，光源不是如LED，人工光源等的栅控系统的部分，但位于栅控成像系统FOV内)。在本技术中，当像素处于“开启”的持续时间，它将累积从所需物体中传播的光脉冲并且当变为“关闭”持续时间时将忽略源自杂波源(如背景，高反射率物体，特定调制等)的脉冲。一旦光的所有所需脉冲在像素浮动扩散区(FD)中累积或采用像素存储的其它方法，那么信号被读出以提供单个帧图像。所公开的技术提供了许多优于现有技术的优点，优点当中的一部分优点是：

通过所需的光信号(脉冲或调制)的累积和减少背景信号的累积具有较好的信噪比(SNR)图像。