專利名稱：用于圖像陣列檢測器和自動頭燈控制的控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于控制具有預(yù)定數(shù)量的象素的圖像陣列檢測器并控制圖像陣列檢測器和微控制器之間通過串行通信接口進(jìn)行通信的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)通過一種電路使得能夠高效而經(jīng)濟(jì)地控制象素的各個子組或子窗口以及圖像陣列檢測器的操作方式，所述電路適合于被制成專用集成電路(ASIC)，甚至適合于和圖像陣列檢測器以及微控制器集成在一起從而形成定制的IC。
圖像陣列檢測器在本領(lǐng)域中是公知的。已知有光閘(photogate)和光二極管圖像陣列檢測器。這種圖像陣列檢測器的例子在美國專利5386128和5471515以及2/SPIE卷1900的2-14頁，由Eric R.Fossum發(fā)表的“ACTIVEPIXEL SENSORSARE CCD’DINOSAURS？”中披露了，在此列為參考。有源象素圖像陣列檢測器也是已知的，例如，由PHOTOBITLLC，La Crescenta，California制造的這種檢測器。這種有源象素圖像陣列檢測器通常具有形成窗口的預(yù)定數(shù)量的象素，例如50×50個象素的窗口。
關(guān)于這種有源象素圖像陣列檢測器具有幾種重要的控制考慮。一種重要的考慮涉及通常被稱為開窗功能。開窗功能涉及用于不同用途的在圖像陣列檢測器內(nèi)控制子窗口的圖像的能力。例如，有源圖像象素陣列檢測器可以作為自動頭燈變暗系統(tǒng)的一部分用于頭燈和尾燈檢測。更具體地說，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，圖像檢測器實(shí)際上在一幀中通過不同的濾光器被分成兩個相同尺寸的獨(dú)立定位的子窗口；一個用于對頭燈成像，另一個用于對尾燈成像。在這種應(yīng)用中，一行可以從第一子窗口被掃描，而相應(yīng)行從其它窗口被掃描。這個過程被重復(fù)，直到在子窗口的中所有的行都被掃描為止。
開窗功能也可用于控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出。例如，在上面討論的應(yīng)用中，需要識別噪聲，例如道路標(biāo)記和街燈。在這種應(yīng)用中，可以使用諧波分析確定是否存在交流電源線電壓。在這種應(yīng)用中，在美國最強(qiáng)的諧波一般是120Hz和60Hz線電壓，在歐洲是100Hz和50Hz線電壓。為了利用富氏分析檢測100和120Hz頻率分量，數(shù)據(jù)必須以一般高于每種頻率的兩倍的速率被采樣，并被分成相等的1/50秒和1/60秒的完整周期。例如，6個均勻間隔的采樣對于50Hz的線路頻率可以以每秒300個采樣的速率取得，5個采樣對于60Hz的線路頻率以相同的每秒300個采樣被取得。每秒300個采樣的速率大約等于通常用于視頻攝像機(jī)的通常每秒30個采樣的幀速率的10倍。為了避免過高的數(shù)據(jù)輸出速率，幀尺寸可以被限制為相當(dāng)小的尺寸，例如2×2個象素。
開窗特點(diǎn)也可用于系統(tǒng)的對準(zhǔn)。例如，用于檢測迎面而來的車輛的頭燈的有用的視野在高度方向大約為10度，在寬度方向大約為30度。不過，在這種系統(tǒng)中，最好允許在車輛內(nèi)的檢測器的光學(xué)對準(zhǔn)有些誤差。例如，可以提供具有13度垂直視野的檢測器，以便允許有3度的失準(zhǔn)誤差，仍然能夠觀看接近10度的高度范圍。開窗功能可以把要被掃描的視野減少10度，例如，利用這種功能可以得到好20％的圖像處理數(shù)據(jù)輸出。尤其是，為了獲得合適的視野，可以在系統(tǒng)被安裝之后進(jìn)行校準(zhǔn)測量。視野也可以基于迎面而來的頭燈的圖像的平均位置或者基于由被控車輛本身的頭燈進(jìn)行正常照明的道路部分的位置平均，這能夠使系統(tǒng)根據(jù)到來的車輛使被控車輛的頭燈變暗，所述頭燈一般出現(xiàn)在垂直方向，在由被控車輛的頭燈照明的道路的部分上部范圍上方只有幾度的視野。
應(yīng)用有源圖像象素陣列檢測器的另一個重要的考慮是控制所述檢測器的靈敏度的能力。對于某種應(yīng)用，需要調(diào)整系統(tǒng)的靈敏度以便避免圖像陣列檢測器的飽和。例如，在這種應(yīng)用中，來自到來車輛的頭燈的圖像作為亮點(diǎn)在視野中出現(xiàn)。如果圖像陣列檢測器的靈敏度被設(shè)置得太高，使頭燈成像的特定的象素將飽和，因而可能不能確定實(shí)際的強(qiáng)度，因?yàn)轭^燈圖像的靈敏度是到來車輛的距離的一般表示，所以這種信息便被丟失。第二，來自到來車輛的頭燈的亮的圖像很好地向系統(tǒng)表示檢測的圖像是來自到來的車輛而不是被照亮的或者來自由被被控車輛本身的頭燈照明的物體反射的圖像。
因此，需要提供一種改進(jìn)的窗口尺寸控制方法以及改進(jìn)的這種有源圖像象素陣列檢測器的的操作方式。除去靈敏度和操作方式的調(diào)整之外，其它的參數(shù)，例如幀讀出重復(fù)定時(shí)和要被讀出的幀的數(shù)量，也需要被控制。第三個重要的考慮是相當(dāng)快地進(jìn)行這種改變的能力。
利用這種系統(tǒng)的另一個重要考慮是用于這種控制電路的相當(dāng)有限的空間。例如，自動頭燈變暗系統(tǒng)最好位于殼體內(nèi)，其和后視鏡共用一個安裝支架。在這種應(yīng)用中，空間是相當(dāng)有限的。而且，對于任何控制電路，希望減少電路元件的數(shù)量，這一般能夠減少成本。例如，上述的有源圖像象素陣列檢測器就基于CMOS技術(shù)。因而，需要研制可以和圖像陣列檢測器以及微控制器本身集成的電路裝置。
本發(fā)明的目的在于解決和現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的各種問題。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于圖像陣列檢測器的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于控制在圖像陣列檢測器和微處理器之間通信的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于控制圖像陣列檢測器例如有源圖像象素陣列檢測器的各種功能的控制電路。
簡要地說，本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，用于控制圖像陣列檢測器并通過串行通信接口控制在圖像陣列檢測器和微處理器之間的通信。所述控制系統(tǒng)能夠有效地控制圖像陣列檢測器的各個方面，例如開窗，操作方式，靈敏度和其它的參數(shù)，以便減少數(shù)據(jù)輸出量。本發(fā)明的一個重要的方面涉及這樣的事實(shí)，即控制電路可以相當(dāng)容易且高效地由CMOS構(gòu)成，其具有相當(dāng)少的輸出插頭，這使得控制電路可以根據(jù)圖像陣列檢測器和微處理器和CMOS相當(dāng)容易且高效地集成，從而減少元件數(shù)量，因而，降低系統(tǒng)成本。
本發(fā)明的這些和其它目的通過參閱下面的說明和附圖可以被容易地理解，其中

圖1是用于說明常規(guī)的高射束頭燈的頭燈發(fā)射圖形的頂視圖；圖2是形成本發(fā)明的一部分的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)截面圖，說明在所需的視野內(nèi)以直角入射的光線。
圖3和圖2類似，說明在所需的視野外以垂直的仰角入射的光線；圖4是圖1說明的光學(xué)系統(tǒng)的頂截面圖，說明在所需的視野內(nèi)成水平角度的光線；圖5是按照本發(fā)明的自動頭燈變暗系統(tǒng)的方塊圖；圖6是按照本發(fā)明的圖像處理的總的流程圖7是說明用于在所需的視野內(nèi)檢測車輛的尾燈的方法的流程圖；圖8是說明在所需的視野內(nèi)用于檢測其它車輛的頭燈的流程圖；圖9是說明按照本發(fā)明的控制電路的示例的應(yīng)用的流程圖；圖10a-c是在圖9中說明的方塊圖的電路圖；圖11a，11b是寄存器的方塊圖以及按照本發(fā)明的控制電路部分使用的邏輯；圖12a和12b是按照本發(fā)明的控制電路的頂層示意圖；圖12c是按照本發(fā)明的控制電路的SerBlK部分的電路圖；圖12d-g是按照本發(fā)明的控制電路的CanCtrl部分的電路圖。
本發(fā)明涉及一種用于控制圖像陣列檢測器例如上述的有源圖像象素陣列檢測器的控制系統(tǒng)，例如，光位(photobit)光二極管圖像陣列檢測器，并提供和微控制器之間的相當(dāng)高效的串行通信接口。雖然參照光二極管圖像陣列檢測器對系統(tǒng)進(jìn)行說明，但是本發(fā)明的原理也可應(yīng)用于其它的圖像陣列檢測器，例如上述的光控(photogate)型圖像陣列檢測器。下述的系統(tǒng)和現(xiàn)有的CMOS圖像陣列檢測器甚至和微控制器集成在一起。在微控制器和圖像陣列檢測器之間的串行通信接口提供一種相當(dāng)少的插頭的器件。例如在一個實(shí)施例中，可以集成控制邏輯，可編程的行、列和定時(shí)控制器，光陣列檢測器和相關(guān)的偏置電路，以及放大器和由圖9的方塊1，2，3，4表示的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這些功能的集成使得只剩下微控制器塊5作為主要的單獨(dú)塊。使得只需要接地腳，V+電源腳，振蕩器輸入腳，和用于和微控制器的串行通信接口的3個腳。甚至可以集成V-電源和用于診斷功能的串行輸出腳，這只需要8個腳。
按照本發(fā)明的控制系統(tǒng)如圖9-12g所示。這種控制系統(tǒng)的應(yīng)用例子如圖1-8所示。不過，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的原理不限于這些應(yīng)用。特別是，按照本發(fā)明的控制系統(tǒng)實(shí)際上適用于任何圖像陣列檢測器，在這些檢測器中，一個或幾個圖像陣列檢測器參數(shù)，例如窗口尺寸、幀以及上述的各個其它的參數(shù)需要被控制。
自動頭燈變暗系統(tǒng)用于按照交通部(DOT)的規(guī)定提供自動的頭燈變暗，以便提供在3°時(shí)為40000cd，在6°時(shí)為32050cd，在9°時(shí)為1500cd和在12°時(shí)為750cd的強(qiáng)度。這種發(fā)射圖形的一個例子由圖1所示?？梢岳帽景l(fā)明的自動頭燈變暗系統(tǒng)包括如圖2-4所示的光學(xué)系統(tǒng)和如圖5-8所示的圖像處理系統(tǒng)。為了能夠使高射束頭燈保持最長的合理的時(shí)間而不使其它車輛的駕駛員感到過分刺眼，按照本發(fā)明的自動頭燈變暗系統(tǒng)根據(jù)距離和其它車輛相對于被控車輛的水平角度的位置控制車輛的高射束頭燈。如同下面要詳細(xì)討論的，光學(xué)系統(tǒng)適用于在頭燈和其它車輛的尾燈之間進(jìn)行識別。來自頭燈和其它車輛的尾燈的光線被在空間上在象素檢測器陣列上分開，從而提高頭燈和尾燈相對于其它的周圍的光源例如道路標(biāo)記和雪及其類似物的反射的識別。光學(xué)系統(tǒng)能夠在其視野內(nèi)確定入射光源的水平和垂直位置。圖像處理系統(tǒng)處理象素，從而根據(jù)距離和另一個車輛相對于被控車輛的水平角位置對頭燈進(jìn)行自動控制。例如，按照本發(fā)明的系統(tǒng)適用于提供車輛高射束頭燈的最佳控制，使得能夠使高射束頭燈保持工作盡可能長的時(shí)間，同時(shí)又能防止其它車輛的駕駛員感覺過度刺眼。
參見圖2-4，光學(xué)系統(tǒng)包括一對透鏡103和104，透鏡保持器105和圖像陣列檢測器106。由圖2和3可清楚地看出，透鏡103和104在垂直方向上是分開的，以便使同一個視野的圖形形成在陣列的不同部分。透鏡103和104基本上對同一個視野成像，因?yàn)橥哥R103，104之間的距離相對于裝置的視野內(nèi)的光源是相當(dāng)小的。
透鏡103可以由紅色濾光器構(gòu)成，用于透過波長大于600nm的光線，并把來自尾燈的紅色光線101聚焦在圖像陣列檢測器106的一半上。紅色濾光器使透鏡103吸收可見光譜的藍(lán)色一端的所有的光線，并透過可見光譜的紅色端的光線。結(jié)果，由非紅色光源例如頭燈透過的光的數(shù)量被大大減少，同時(shí)來自尾燈的光線被全部透過透鏡103。結(jié)果，在圖像陣列檢測器106上成像的來自尾燈的光線的相對亮度被大大增加。
透鏡104可以由藍(lán)綠色濾光器構(gòu)成，用于透過波長小于600nm的光線。透鏡104用于把光線聚焦在圖像陣列檢測器106的另一半上。藍(lán)綠色濾光器具有和上述的紅色濾光器互補(bǔ)的效果。具體地說，藍(lán)綠色濾光器透過可見光譜藍(lán)端的光線而吸收光譜的紅色端的光線。結(jié)果，來自光源例如頭燈的大部分的光可以通過透鏡104，同時(shí)基本上全部阻止尾燈發(fā)出的光線。
頭燈和尾燈發(fā)出大量的紅外線。利用具有阻止大于750nm波長的光的濾色濾光器或分色濾光器的透鏡，由頭燈和尾燈發(fā)出的紅外光基本上被透鏡103和104阻斷。通過消除紅外光，可以顯著提高通過紅色濾光器成像的紅光和通過藍(lán)綠色濾光器成像的紅光之間的強(qiáng)度之間的比。
下面示例地說明透鏡103和104的紅色和藍(lán)綠色濾光器的用途。透鏡103和104的濾光特性被這樣選擇，使得裝置對于特定光源的靈敏度最佳。例如，在新的車輛中的頭燈和尾燈可以用具有不同光譜分量的其它光源代替，例如利用高強(qiáng)度放電頭燈和要求不同濾光特性的發(fā)光二極管尾燈。根據(jù)頭燈和尾燈的光譜特性，可以利用具有分色濾光器的透明的透鏡103和104。
透鏡103和104可以由丙烯酸球面透鏡構(gòu)成。此外，透鏡103和104可以被制成非球面透鏡，以便減少顏色分散和由于球面透鏡而存在的球面像差。也可以設(shè)想使用由球面透鏡和非球面透鏡構(gòu)成的復(fù)合透鏡。
也可以使用一個透鏡代替分開的透鏡103和104，使用一個透鏡可以用來對視野在整個或部分的彩色圖像陣列檢測器上成像，所述檢測器的陣列中的各個象素染有顏色。
由圖2和圖3可清楚地看出，兩個透鏡103和104與圖像陣列檢測器106之間的水平距離略有不同。兩個透鏡103和104的偏移補(bǔ)償了由于物質(zhì)的折射率隨通過該物質(zhì)的波長而改變這個事實(shí)而引起的色散。因?yàn)閮蓚€透鏡103和104透射可見光譜的不同的部分，所以透鏡103和104與圖像陣列檢測器106之間的距離被最佳化，以便減少由每個透鏡103和104發(fā)射的光帶的色散。
如上所述，通過透鏡103透射的光線101被成像在圖像陣列檢測器106的一半上，而通過透鏡104透射的光線102被成像在圖像陣列檢測器106的另一半上。為了提供通過透鏡103和104透射的光線的這種空間分離，透鏡保持器105配備有切口107，其最好由光吸收材料構(gòu)成或者涂覆有光吸收材料。這些切口107阻止通過紅色透鏡103透射的所需的最大垂直角之外的光線在為光線102保留的圖像陣列檢測器106的部分上成像。同時(shí)切口107還阻止通過透鏡104同時(shí)的光線被在為光線101保留的圖像陣列檢測器106的部分上成像。
光學(xué)系統(tǒng)的視野被透鏡103和104的結(jié)構(gòu)以及切口107相對于圖像陣列檢測器106的位置確定。例如，在垂直方向上10度在水平方向上20度的示例的視野可以由下面所述的配置產(chǎn)生。具體地說，對于這種視野，透鏡103和104被這樣選擇，使得其直徑為1.5mm，并被切除一小部分，以便使得透鏡103和104能夠被這樣設(shè)置，使得其中心離開1.0mm。透鏡103被設(shè)置在離開圖像陣列檢測器1064.15mm，而透鏡104被設(shè)置在離開圖像陣列檢測器106 4.05mm。透鏡103和104的前后表面的半徑是4.3mm，厚度為0.2mm。
由圖3和圖4可以清楚地看出，在透鏡保持器105中，形成有環(huán)形切口108。在后壁112上形成有一對基本上為矩形的孔110。矩形孔110的水平方向?yàn)?.6mm，在垂直方向上為0.8mm。由圖4可清楚地看出，切口107從后孔110到前方切口108的直徑成錐形，以便提供上述的視野。
因而，上述的配置能夠阻擋所需的水平視野和垂直視野之外的光。具體地說，圖3說明本系統(tǒng)是如何阻擋以超過垂直視野的角度入射的光線的。圖4說明光線在水平視野內(nèi)的圖像陣列檢測器106上成像。
圖像陣列檢測器106可以是CMOS有源象素圖像檢測器陣列，例如美國專利5471515披露的，在此列為參考，并可從Photobit LLC ofLa Crasenta，Clifornia得到。CMOS有源象素圖像檢測器提供相當(dāng)高的靈敏度和低的功率消耗，并且能夠在同一芯片上集成其它的CMOS電子電路。圖像陣列檢測器106可以是50×50的40μm的象素陣列。在圖像陣列檢測器106中的象素的數(shù)量被這樣選擇，使得不是所有的象素落在透鏡103和104投射的區(qū)域上。額外的象素使得可以通過偏移預(yù)期的圖像位置簡單地校正機(jī)械對準(zhǔn)誤差。
圖像陣列檢測器106提供關(guān)于視野內(nèi)的光源的空間信息。在陣列內(nèi)具有的象素?cái)?shù)量被這樣選擇，使得可以得到足夠的空間細(xì)節(jié)，但是陣列的尺寸不受限制，因而可以被選擇并且甚至可以由物理和經(jīng)濟(jì)條件確定。圖像陣列檢測器106必須具有高的靈敏度，以便能夠精確地檢測幾百英尺處的尾燈。這種靈敏度可以通過延長在一幀期間陣列中的光點(diǎn)(photosite)的曝光時(shí)間來達(dá)到。選擇一幀的時(shí)間間隔使得陣列能夠捕獲一幀的圖像并在足夠短的時(shí)間內(nèi)把其傳遞給圖像處理系統(tǒng)，以便使圖像處理系統(tǒng)檢查進(jìn)入視野的另一個車輛。短的時(shí)間間隔也限制了在積分間隔期間在一幀內(nèi)的運(yùn)動量，因而可以產(chǎn)生相當(dāng)精確的瞬間圖像。
象素陣列的使用也提供了其它的優(yōu)點(diǎn)。例如，如上所述，用于捕獲一幀的光積分時(shí)間可以被改變。這種特點(diǎn)使得系統(tǒng)能夠在不同的暗度下提供最佳的結(jié)果。圖像陣列檢測器的另一個重要方面是利用陣列內(nèi)的象素子集或者利用每個象素的能力。例如，當(dāng)窗口尺寸減少時(shí)，讀出速度可以增加。這種特點(diǎn)使得系統(tǒng)能夠識別周圍的光源，例如街燈。具體地說，這種特點(diǎn)使得系統(tǒng)能夠定位一幀內(nèi)的光源，并以大于60Hz幾倍的速率捕獲光源的幾個采樣。具體地說，如果采樣具有120Hz的強(qiáng)度調(diào)制，則該光源很可能是街燈或者以60Hz交流電源供電的光源。如果光源未被調(diào)制，則該光源可能是由車輛的直流電源供電的光源。
圖像陣列檢測器的另一個潛在的優(yōu)點(diǎn)在于，其可以利用較高的象素分辨率對車輛正前方的視野成像。因而，該系統(tǒng)可以被這樣構(gòu)成，使得有效的象素分辨率隨著車輛相對于被控車輛的角度的減少而增加，這樣可以減少在這些區(qū)域內(nèi)的處理時(shí)間。這樣一種結(jié)構(gòu)能夠減少裝置對于由路旁的靜止物體反射的光源的靈敏度。
圖像陣列檢測器可以被這樣制造，其中象素間距根據(jù)象素成像的視野的面積而改變。例如，對相應(yīng)于車輛中心3度的水平角內(nèi)的空間成像的象素的間距可以是10微米。對在3和6度之間的水平角成像的象素的間距可以是20微米，而對大于60度的水平角的視野成像的象素的間距可以是40微米。雖然這種結(jié)構(gòu)可能不會增加檢測面積，但是能夠增加分辨細(xì)節(jié)的能力，考慮到在相當(dāng)大的距離的尾燈的相對尺寸，這是一個重要方面。例如，距離為200英尺的直徑為4.5英寸的尾燈對著小于0.11度的角。如果使用50×50的圖像陣列檢測器成像一個20度的視野，則尾燈對著由象素成像的總面積的大約5.7％。
尾燈比其周圍環(huán)境亮，不過，由尾燈發(fā)出的紅光被一個距離的環(huán)境光淡化了。當(dāng)比較給定區(qū)域的紅光數(shù)量和在同一區(qū)域的非紅光數(shù)量時(shí)，這個因素是重要的。當(dāng)被比較的空間區(qū)域相對于光源較大時(shí)，紅光的百分?jǐn)?shù)被減小。比較起來，如果在陣列106的中心使用10微米的象素代替40微米的象素，則尾燈將對著90％的總面積，因而改進(jìn)了16倍。
圖5-8說明圖像處理。圖像處理系統(tǒng)包括圖像陣列檢測器106，微處理器204，例如Motorola HC08型，頭燈控制單元205和一對頭燈206。如上所述，有源圖像象素陣列檢測器可以用于圖像陣列檢測器106。這種有源圖像象素陣列檢測器包括圖像陣列檢測器201和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)202。定時(shí)和控制電路203用于控制圖像陣列201和ADC202，以便控制積分時(shí)間、讀出時(shí)序、象素選擇、增益補(bǔ)償和其它變量。微處理器204用于分析由圖像陣列檢測器采集的數(shù)據(jù)。微處理器204和頭燈控制單元，例如由繼電器實(shí)現(xiàn)的用于控制頭燈206的常規(guī)單元通信。頭燈控制單元205用于改變加于頭燈206的電壓，以便使高射束或亮燈被接通與斷開。
用于頭燈控制的流程圖如圖6所示。該系統(tǒng)以連續(xù)循環(huán)的方式運(yùn)行，其中有暫時(shí)的中斷，用于進(jìn)行光的測量、ADC參數(shù)的調(diào)節(jié)或其它功能。
在每個循環(huán)開始，在塊301，通過透鏡103和104獲取兩個圖像。在步302，分析來自透鏡103和104的圖像以便檢測尾燈。在步303通過透鏡104獲取另一個圖像。通過透鏡104獲取的圖像具有足夠低的增益，用于檢測迎面而來的頭燈，同時(shí)拒絕接收強(qiáng)度較低的反射光和其它干擾光源。在圖像被分析之后，在步305，系統(tǒng)檢查在圖像中出現(xiàn)的表示突然出現(xiàn)的車輛頭燈或在視野之內(nèi)的尾燈的非常亮的光，例如當(dāng)一個轎車在被控車輛的前方行駛的情況。如果檢測到亮光，則裝置使頭燈206立即變暗，并旁路如下所述的時(shí)間確認(rèn)。然后循環(huán)被重復(fù)。如果沒有檢測到亮光，則系統(tǒng)進(jìn)入步307，確定在圖像中是否具有如何頭燈或尾燈。
為了證實(shí)在一幀中頭燈或尾燈的有無，使用一個非變暗計(jì)數(shù)器和一個變暗計(jì)數(shù)器。除去如上所述當(dāng)檢測到亮光時(shí)，這些計(jì)數(shù)器能夠在向頭燈控制單元205發(fā)出指令使頭燈變暗或不變暗之前，由連續(xù)的幀證實(shí)特定的光源是來自尾燈或者來自頭燈。通過提供確認(rèn)，裝置中的異常或者圖像中的異常就不會引起頭燈206的誤操作。
每當(dāng)檢測到具有頭燈或尾燈的一幀時(shí)，變暗計(jì)數(shù)器便加1，直到達(dá)到進(jìn)行操作所需的連續(xù)的幀數(shù)。每當(dāng)達(dá)到一個清除幀時(shí)，變暗計(jì)數(shù)器便被置為0。非變暗計(jì)數(shù)器每當(dāng)出現(xiàn)一個清除幀被加1，并每當(dāng)出現(xiàn)一個含有頭燈或尾燈的幀時(shí)被置0。變暗或不變暗所需的連續(xù)幀數(shù)由裝置的總體速度確定。為證實(shí)使用的幀越多，系統(tǒng)受噪聲和異常情況的影響的可能性越小。不過，裝置必須具有足夠的反應(yīng)速度，使得確認(rèn)幀的數(shù)量被保持相對較低。當(dāng)在步307檢測到頭燈或尾燈時(shí)，在步308非變暗計(jì)數(shù)器被置為0。在步309，系統(tǒng)檢查頭燈206的高射束是否接通。如果沒有接通，則不需要進(jìn)行進(jìn)一步操作，并在步317使循環(huán)重復(fù)。如果高射束是接通的，則在步310使變暗計(jì)數(shù)器增加1。在在步310使變暗計(jì)數(shù)器加1之后，在步311，系統(tǒng)檢查變暗計(jì)數(shù)器是否達(dá)到使頭燈變暗所需的連續(xù)的幀數(shù)。如果是，則系統(tǒng)進(jìn)行步306，并使頭燈206變暗，并且使變暗和非變暗計(jì)數(shù)器復(fù)位，并重復(fù)循環(huán)。否則，系統(tǒng)重復(fù)循環(huán)，進(jìn)行步317的處理。
在步307，如果圖像中沒有頭燈和尾燈，則在步312變暗計(jì)數(shù)器被置為0。接著，在步313，系統(tǒng)檢查高射束206是否接通。如果是，則在步317系統(tǒng)重復(fù)循環(huán)。如果不是，則在步314使非變暗計(jì)數(shù)器增加1。此后，在步315，系統(tǒng)檢查非變暗計(jì)數(shù)器是否達(dá)到啟動高射束206所需的連續(xù)清除的幀數(shù)。如果是，則在步316接通高射束，并重復(fù)循環(huán)。如果不是，則在步317，系統(tǒng)重復(fù)循環(huán)。
圖7是尾燈處理的流程圖。如下面要詳細(xì)說明的，用于識別物體例如尾燈的主要方法涉及比較通過透鏡103的象素的灰度值和通過透鏡104成像的代表同一空間的象素的灰度值。如果通過透鏡103成像的象素的值大大高于通過透鏡104成像的象素的值，則該光源被確定為紅光。除去確定是否是紅光之外，在通過確定象素的灰度值是否大于一個門限值進(jìn)行確定光源是否是尾燈之前，系統(tǒng)還檢查紅光的亮度。正如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，光源的亮度隨光源離開觀察者的距離的平方而改變。因而，可以正確地確定前方車輛的距離，以便確定使頭燈變暗的合適時(shí)間。
門限值可以用許多方法計(jì)算。例如，它可以是一個預(yù)先確定的數(shù)，或者是一個當(dāng)前圖像檢測器設(shè)置值和ADC設(shè)置值的函數(shù)。門限值也可以通過計(jì)算一個門限來被確定，所述門限是整個圖像的平均象素強(qiáng)度的一部分，其可以幫助消除通過改變環(huán)境光源而引起的不同。此外，該象素值可以和感興趣的象素的緊接區(qū)域的象素的平均值比較。這一局部平均方法能夠防止把圖像中的相當(dāng)大的、中等亮度的光點(diǎn)看作車輛光源。更具體地說，遠(yuǎn)方的尾燈對著不到一個象素，因而只具有中等的亮度。在圖像中的具有中等亮度的大的光點(diǎn)很可能是由大的物體的反射引起的。對著許多象素的近處的尾燈具有飽和的中心，其較周圍的象素亮，因而可以用相同的方法的其進(jìn)行檢測。
所述門限值也可以借助于查表或計(jì)算通過在空間上改變所述門限來確定。不過，該門限值的確定，應(yīng)使得對于DOT標(biāo)準(zhǔn)允許的最暗的尾燈能夠正確地變暗。遠(yuǎn)方的車輛受到被控車輛高射束的最強(qiáng)的部分的照射，因而只需要在被控車輛的正前方變暗，如圖1所示。因而對于在被控車輛正前方的被成像的光源，可以選擇相對低的門限值，而對于被控車輛的非正前方的光源，則選擇較高的門限值。例如，如結(jié)合圖1所討論的，對中心線左右3度角的視野成像的象素的門限應(yīng)當(dāng)相應(yīng)于入射到圖像陣列檢測器上的光強(qiáng)，其大約是車輛正前方的紅光的門限值的4倍，是對于6度的車輛的門限值的12倍。這樣一個空間改變的門限值，通過使系統(tǒng)對被控車輛的兩側(cè)的區(qū)域的靈敏度降低，有助于消除由紅色的反射物引起的假的尾燈檢測。
可以采取類似的方法用于改變在空間和中心上下角度的成像區(qū)域中的象素的門限。不過，當(dāng)確定相對于垂直角的尾燈強(qiáng)度時(shí)，可以采取比較保守的方法，因?yàn)橛捎诘缆飞系钠鸱沟密囕v趨于更頻繁更快地變動。因此，規(guī)定一個適當(dāng)?shù)拇怪遍T限可以使亮的頭燈206當(dāng)車輛上下偏移幾度時(shí)被接通和切斷。
可以對門限提供一個滯后的乘法器，以便阻止當(dāng)光源具有等于或接近門限的灰度值時(shí)發(fā)生頭燈206的諧振。因而，如果亮的頭燈206被關(guān)閉，則為了阻止亮的頭燈被接通，該門限對于所有的象素是較低的，即使在圖像中存在最弱的尾燈。不過，如果如果亮的頭燈206是接通的，則該門限應(yīng)當(dāng)較高，使得只有足夠亮度的尾燈被檢測到，從而表明轎車是在變暗的范圍內(nèi)，以便使頭燈206變暗。
面對尾燈檢測的最大的問題之一是由具有拐角的立方體反射物反射的干擾紅光，這通常存在于道路一側(cè)的標(biāo)記和郵筒的標(biāo)記上。上述的可變門限方法幫助消除一些這種噪聲。不過，當(dāng)車輛以合適的角度接近一個反射物時(shí)，要識別紅色反射物和尾燈是幾乎不可能的。幸好，通過檢查連續(xù)的幀并分析這些物體隨時(shí)間的運(yùn)動，這種反射可以被濾除。通過隨著時(shí)間存儲尾燈和圖像的位置，或者通過檢測尾燈所在的感興趣的小的區(qū)域，通過幾次連續(xù)的檢測，裝置可以試圖向右運(yùn)動，并確定光源是否是反射物。此外，被控車輛相對于一個靜止物體的速度比比相對于另一個運(yùn)動的車輛的速度大得多。因而，對于靜止的反射物，物體的亮度增加的速率將比另一個車輛的亮度增加的速率大得多。這個伴隨著向右運(yùn)動而產(chǎn)生的亮度變化率可以被用作用于減少尾燈的誤檢測的次數(shù)的特征。
用于分析光源的空間運(yùn)動的一種較簡單的計(jì)算方法是取光源所在的感興趣的局部區(qū)域的幾個連續(xù)的區(qū)域。前面車輛的尾燈在垂直和水平方向上的運(yùn)動是相當(dāng)?shù)偷摹Ｔ趲讉€連續(xù)的時(shí)間采樣一個象素，檢查在所有的采樣中是否都存在尾燈，則可以足以消除在圖像內(nèi)快速運(yùn)動的物體。
尾燈處理的流程圖如圖7所示。首先，在步318系統(tǒng)確定是否象素在尾燈窗口內(nèi)。具體地說，如上所述，紅光被成像在圖像陣列檢測器106的一半上。因而，如果象素不在圖像陣列檢測器106的合適的一半內(nèi)，則系統(tǒng)執(zhí)行步319并移動到另一個象素。如上所述，判斷圖像是否是尾燈有兩個準(zhǔn)則。第一個準(zhǔn)則涉及比較通過透鏡103的象素圖像的灰度值和通過透鏡104成像的同一區(qū)域的相應(yīng)的灰度值。如果通過透鏡103成像的象素的灰度值明顯地大于通過透鏡104成像的相應(yīng)象素的灰度值，則滿足用于檢測尾燈的一個準(zhǔn)則。因而，如果按照步318的判斷感興趣的象素在尾燈的窗口內(nèi)，則在步320進(jìn)行比較通過透鏡103成像的象素的灰度值和通過透鏡104成像的相應(yīng)象素的灰度值。如果通過透鏡103的象素圖像的灰度值不大于通過透鏡104成像的相應(yīng)象素的灰度值n％，則系統(tǒng)執(zhí)行步319，確定另一個象素。否則，系統(tǒng)執(zhí)行步321，并根據(jù)被成像的空間區(qū)域計(jì)算特定象素的門限。例如，如上所述，象素門限可以根據(jù)象素在圖像陣列檢測器內(nèi)的空間關(guān)系而改變。
如上所述，用于尾燈檢測的另一個準(zhǔn)則涉及和相鄰象素相關(guān)的象素的亮度。因而，在步322，系統(tǒng)計(jì)算相鄰象素的平均灰度值。如果在步323確定通過透鏡103成像的象素的象素灰度值比相鄰象素的平均灰度值大n％，則系統(tǒng)執(zhí)行步324，把該象素加到用于將來的參考幀的尾燈表上。否則，系統(tǒng)執(zhí)行步319，移到下一個象素。在步325和326，系統(tǒng)確定檢測的紅光是尾燈還是反射物，如上所述。如果確定是反射物，則系統(tǒng)執(zhí)行步327，移到下一個象素。否則，在步328使頭燈變暗。
用于頭燈處理的流程圖如圖8所示。頭燈檢測和尾燈檢測類似。主要區(qū)別在于只利用通過透鏡104看到的圖像。如上所述，象素積分時(shí)間較短并且ADC參數(shù)使得圖像只顯示很亮的物體，例如頭燈。大部分的反射具有處于ADC的0門限以下的低強(qiáng)度的光源。因此，象素和周圍象素的局部平均強(qiáng)度比較。門限的空間改變可以被這樣設(shè)置，使得相應(yīng)于視野中心的象素比圖像的左邊的象素(左側(cè)行駛的國家)更靈敏。不過，這些門限不應(yīng)當(dāng)在空間上被改變?yōu)楹陀糜谖矡舻拈T限相同的程度，因?yàn)閺念^燈觀察到發(fā)射圖形的相當(dāng)寬的改變。此外，由于對于迎面而來的車輛的駕駛員更刺眼的相當(dāng)高的強(qiáng)度，所以可以控制頭燈比當(dāng)檢測到沿同一方向行駛的車輛的尾燈時(shí)更快地變暗。和尾燈處理電路類似，可以引入滯后，以便阻止頭燈的振蕩。
和頭燈檢測有關(guān)的另一個問題是由和迎面而來的車輛之間的距離的快速減少引起的，這在對方車輛突然進(jìn)入被控車輛的視野時(shí)尤其嚴(yán)重，例如在拐彎時(shí)或者在類似的情況下。為此，使用一個附加的標(biāo)記以便使車輛的頭燈立即變暗，并且如果光源超過某個高的亮度門限則旁路任何確認(rèn)。
使頭燈檢測復(fù)雜化的主要的干擾光源是上方的光源，例如街燈和電氣照明的街道標(biāo)記。消除這種干擾光源的一種方法是分析其運(yùn)動。具體地說，所有的上方街燈當(dāng)被控車輛運(yùn)動時(shí)都垂直向上運(yùn)動。分析這個運(yùn)動提供了用于檢測某些街燈的有效的方法。不幸的是，遠(yuǎn)方的街燈似乎具有和遠(yuǎn)方的頭燈幾乎相同的上仰角度，并且直到接近街燈時(shí)，圖像中的垂直上升的速率才增大。不過，如上所述，街燈是交流電源供電的，因而受到120Hz的強(qiáng)度調(diào)制。由直流電源供電的頭燈沒有這個特征。因而，能夠使圖像陣列檢測器106利用少量的象素在窗口中取幾個快速的連續(xù)的讀數(shù)。如果窗口足夠小，則每秒可以讀出幾百幀。一旦圖像中的光源被識別，以240Hz或更高的速率讀出幾幀。這些讀數(shù)然后被分析，從而檢測強(qiáng)度調(diào)制。如果調(diào)制存在，則光源是交流光源因而可以被忽略。此外，可以使用光二極管和帶通濾波器相結(jié)合，確定圖像中的被交流調(diào)制的光和未被調(diào)制的光的比。如果光源的大部分是被交流調(diào)制的，則圖像中的光源被認(rèn)為是交流光源。否則，光源被認(rèn)為來自直流光源。
頭燈處理的流程圖如圖8所示。首先，系統(tǒng)在步329確定象素是否在頭燈窗口(即用于通過透鏡104成像的象素陣列的圖像陣列檢測器106的部分)中，如果不是，則系統(tǒng)執(zhí)行步330，檢查下一個象素。否則，系統(tǒng)在步331檢查該象素確定其是否是被120Hz調(diào)制的，如上所述。如果是，光源被認(rèn)為是街燈，因而系統(tǒng)在步330處理下一個象素。如果不是被120Hz調(diào)制的，則系統(tǒng)在步332計(jì)算相鄰象素的平均灰度。在步333，系統(tǒng)根據(jù)根據(jù)其成像的空間區(qū)域確定特定象素的門限。在步334系統(tǒng)接著比較象素的灰度值和一個絕對高的門限值，例如以便確定是否有任何迎面而來的車輛突然進(jìn)入被控車輛的視野。如果是，系統(tǒng)執(zhí)行步335，設(shè)置一個標(biāo)記使頭燈立即變暗。否則，系統(tǒng)執(zhí)行步336，確定象素的灰度值是否比相鄰象素的平均灰度大n％。如果不是，則系統(tǒng)返回步330檢查下一個象素。否則，系統(tǒng)執(zhí)行步337，把該象素加到用于將來幀參考的頭燈表中。
在步338和339，系統(tǒng)按照上述檢查光源，確定其是否是街燈。如果不是，則系統(tǒng)執(zhí)行步340設(shè)置一個標(biāo)記使頭燈206變暗。如果系統(tǒng)確定光源是街燈，則系統(tǒng)執(zhí)行步341，檢查下一個象素。傳統(tǒng)的車燈系統(tǒng)具有亮的燈的開關(guān)選擇。本發(fā)明能夠容易地適用于這樣的頭燈系統(tǒng)，其中根據(jù)在視野中的其它車輛的距離可以打開亮的燈以便改變亮度。在這種實(shí)施例中，可以通過幾種技術(shù)改變頭燈的亮度，其中包括調(diào)制頭燈的占空比來減少或增加總的亮度。
可變強(qiáng)度的頭燈也具有較好的噪聲濾除作用。具體地說，當(dāng)檢測到使車輛的被控頭燈的亮度減少的光源時(shí)，可以檢測其它的圖像，以便確定所述其它光源的強(qiáng)度是否被減少一個相同的量。如果是，系統(tǒng)就能夠確定光源是來自車輛頭燈的反射光。這種信息可以用作反饋，用于提供一種消除由被控車輛的頭燈的反射引起的干擾光源的相當(dāng)有效的手段。在一個實(shí)施例中，不使用上述的亮度門限。更具體地說，在圖像中最亮的頭燈和尾燈的亮度被用于確定被控車輛的頭燈的亮度。在圖像中的頭燈或尾燈越亮，則被控頭燈越暗。
對于上述的示例的應(yīng)用，按照本發(fā)明的控制系統(tǒng)適用于經(jīng)濟(jì)地實(shí)行靈活的開窗功能。例如，在上述示例的應(yīng)用中有3個重要的考慮。第一，能夠控制窗口尺寸和方向以及圖像陣列檢測器的操作方式，這具有較大的實(shí)用性，例如，在上述的應(yīng)用中，在雙窗口方式和單窗口操作方式之間轉(zhuǎn)換的能力。第二，其它參數(shù)，例如靈敏度、幀讀出重復(fù)定時(shí)、以及要讀出的幀數(shù)都需要被控制。第三，在上述的示例的應(yīng)用中，實(shí)際上每個新的讀數(shù)都要求主要改變前一個讀數(shù)的設(shè)置，因此其必須能夠快速地改變這些設(shè)置。即使在這種應(yīng)用中，也需要頻繁地大量地改變操作設(shè)置，由于要求在每次讀出之前寫入所有的設(shè)置，所以增加了一些輔助操作。這也使得不再需要尋址傳遞和較復(fù)雜的總線結(jié)構(gòu)和在圖像陣列控制電路中的地址譯碼。
對于上述應(yīng)用的控制電路還有許多其它的考慮。第一，為了減少成本并提供一種緊湊的控制電路，需要能夠把一些主要的電路元件集成在一個集成電路中，即使不是全部。按照本發(fā)明的一個方面，下面說明的控制電路包括和微控制器的串行接口，其可以被集成在作為圖像陣列檢測器的同一個集成電路上，并且可以和許多其它元件集成在一起，例如用于使象素讀數(shù)數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。最后，甚至微控制器也可以被集成在同一個集成電路芯片上。
這種控制電路的另一個考慮在于，圖像陣列檢測器所需的光學(xué)窗口增加了組件的成本，并且和常規(guī)的集成電路組件相比，為實(shí)行組件和光學(xué)窗口的電氣連接的成本也更高。因?yàn)檫@些原因，非常需要在圖像芯片和微處理器之間使用插頭少的串行接口。另一個優(yōu)點(diǎn)在于使用同一個雙向串行接口向圖像檢測器控制器發(fā)送指令并讀出被返回的數(shù)字化的圖像信息。另一個優(yōu)點(diǎn)還在于，保持一個共用的串行通路、串行寄存器和定時(shí)用于和微控制器的串行端口連接，繼續(xù)利用共用的串行結(jié)構(gòu)和寄存器用于指令排隊(duì)，并最后處理指令數(shù)據(jù)從而完成所需的成像操作。另一個優(yōu)點(diǎn)還在于，將逐漸接近的象素讀出的步驟和用于上述的串行指令處理的同一個時(shí)鐘相連，并同步地向微控制器傳遞反變換的位，當(dāng)用于轉(zhuǎn)換那個相同象素的逐漸接近步驟還在進(jìn)行時(shí)，這一位狀傳遞開始。因?yàn)楫a(chǎn)生圖像控制器需要通用電路和設(shè)計(jì)，以適應(yīng)于本領(lǐng)域的技術(shù)狀態(tài)，所以至少在開始時(shí)，硅片的成本也較高。因而，重要的是連接成像陣列和微控制器的以及控制圖像檢測處理的邏輯利用合適的硅片來實(shí)現(xiàn)。為了滿足這些和其它的設(shè)計(jì)目的，利用一種新的串行結(jié)構(gòu)直接和微控制器相連，以便有效地記錄頻繁改變個指令并進(jìn)行處理，以便控制相當(dāng)復(fù)雜的窗口讀出功能。
在一個示例的應(yīng)用中，在串行負(fù)載操作期間，9個字節(jié)(72位)的指令數(shù)據(jù)被移位到作為一個串行鄰接寄存器而配置的9個字節(jié)長的移位寄存器部分中。幾個8位長的寄存器被配置作為72位的鏈的分支，其中每個寄存器必須被初始化為等于主鏈中的一個值或者由所述一個值確定的值。在本發(fā)明的一個配置中，字節(jié)形的串行指令在8位移位寄存器部分的第一部分中被從最高有效位第一變?yōu)樽畹陀行坏谝?。這樣作是因?yàn)樗玫奈⒖刂破魇紫劝l(fā)送和接收最高有效位，并且逐漸接近模數(shù)轉(zhuǎn)換器首先轉(zhuǎn)換與發(fā)送最高有效位。在另一方面，串行遞增電路必須首先發(fā)送最低有效位。在兩個其它8位移位寄存器部分中，當(dāng)值被移入時(shí)被預(yù)先遞增。因而，在更一般的情況下，簡單的移位寄存器功能被添加一個輔助的處理步驟，使得特定的寄存器部分利用串行輸入值的導(dǎo)數(shù)被加載。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換處理的定時(shí)和用于串行處理的定時(shí)是相同的。電容電荷平衡模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以用在控制器中進(jìn)行串行處理的時(shí)鐘同步，事實(shí)上其使用同一個時(shí)鐘操作，因而當(dāng)進(jìn)行每個逐漸接近轉(zhuǎn)換步驟時(shí)數(shù)據(jù)位通過同一個串行接口被發(fā)送給微控制器。這便節(jié)省了任何額外的同步、控制和緩沖邏輯，這些邏輯在兩個功能不是一起同步操作時(shí)可能是需要的。
上述被串行加載的數(shù)據(jù)最好包括以下信息第一幀窗口的第一和最后一列的數(shù)量，指示單獨(dú)選擇的位，用于禁止在積分間隔開始時(shí)行的復(fù)位，并禁止在積分間隔結(jié)束時(shí)幀的讀出，并且只選擇和處理第二幀。這些選擇的最后一個當(dāng)不需要如上所述的用于處理頭燈或尾燈圖像的每幀雙窗口特征時(shí)使用。包括第一幀窗口的第一行和最后一行的數(shù)量。在串行數(shù)據(jù)中還包括表示在積分間隔開始被復(fù)位的幀窗口的行和被讀出的幀窗口的行之間的循環(huán)行偏移的行的位置。還包括第二幀相對于第一幀的行和列的偏移，供選擇第二幀時(shí)使用。上述這些條件是為了除去由循環(huán)行偏移提供的積分間隔之外進(jìn)一步增加積分間隔，其中在一幀中或者在一對幀中特定的行的復(fù)位和特定行的讀出之間插入0個或幾個整數(shù)的附加的積分幀間隔(例如0-255)。所述數(shù)據(jù)還包括讀出幀或幀對的次數(shù)，從而完成指令。
包括選擇地禁止在積分間隔或讀出開始時(shí)復(fù)位這些特征使得在積分或讀出之前的復(fù)位可以在積分之后作為單獨(dú)的操作被處理。用于一次讀出整個圖像所需的塊的尺寸可能超過微控制器的存儲容量。讀出操作只使讀出的行復(fù)位。對于低的亮度，需要使用相當(dāng)長的積分時(shí)間。有限的微控制器存儲器可能需要把圖像分成塊，以便使得每次的處理不會需要比可得到的更多的存儲器。不用單獨(dú)復(fù)位和讀出指令，這需要復(fù)雜的控制，或者需要等待整個的積分間隔用于處理每個塊。在低亮度條件下有效地使用檢測器需要在盡可能多的檢測器區(qū)域上并且在盡可能多的時(shí)間內(nèi)收集光。因?yàn)閷τ陂L的積分時(shí)間，定時(shí)一般并不重要，所以如果可利用的控制方式允許，積分可被置于微控制器的控制之下。這個能力便是為此而提供的。此外，因?yàn)榉侵丿B行的窗口在積分間隔開始的復(fù)位期間或者在作為讀出功能的一部分的復(fù)位期間不復(fù)位其范圍之外的行，該部分可以被拆成具有非重疊行的窗口，其使用單獨(dú)的指令按照禁止讀出功能但選通復(fù)位功能的交錯方法被復(fù)位。然后微控制器在每個可接受的積分間隔之后通過禁止復(fù)位功能而選通讀出功能可以開始這些塊的連續(xù)的讀出和處理。用這種方式，用于處理多個塊的積分間隔可以被重疊，而控制電路的復(fù)雜性具有最小的增加。按照上述方法，每個指令的積分間隔一般被設(shè)為最小值，因?yàn)閷?shí)際的積分間隔由微控制器確定，并且一般選擇一個或兩個幀的一個讀出循環(huán)。
所述的實(shí)施例被配置用于連接并控制例如上述的光二極管象素檢測器陣列。一般地說，在一行中的每個光點(diǎn)上的電荷當(dāng)該行被復(fù)位時(shí)被放掉。然后，隨著質(zhì)子撞擊光點(diǎn)而釋放電子時(shí)電荷被積累，使得在相當(dāng)寬的亮度級和積分時(shí)間的范圍內(nèi)，積累的電荷近似和積分時(shí)間和亮度級的積成正比。這樣，上述的積分間隔類似于照相機(jī)和膠片的曝光時(shí)間。
在一個實(shí)施例中，利用逐漸接近的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且為了使緩沖器存儲器和控制邏輯最小，當(dāng)進(jìn)行逐漸接近時(shí)數(shù)據(jù)位利用提供的最小的緩沖被移回微控制器，從而使和微控制器相連的串行總線上的時(shí)鐘定時(shí)最佳化。
在接收讀指令數(shù)據(jù)之后，控制系統(tǒng)最好在同一個串行接口上響應(yīng)串行傳遞的表示被在由指令規(guī)定的每個幀中的每個象素接收的亮度級的數(shù)字化讀數(shù)。該讀出序列被重復(fù)由指令規(guī)定的次數(shù)。微控制器，例如，摩托羅拉68HC708XL36，利用直接存儲器存取功能，其可以用于增加數(shù)據(jù)被從光檢測器向微控制器傳遞的速率，并且不需微控制器的其它功能。一個缺點(diǎn)在于，特定微控制器的直接存儲存取功能被一次256個字節(jié)的塊所限制。每個象素讀數(shù)被編碼成為一個8位的值，因而256個字節(jié)只可以存儲來自256個象素的讀數(shù)。利用一般的用于雙幀檢測器的用作雨天或頭燈變暗檢測器的64×64象素的陣列，例如如果60位相應(yīng)于30度，則10度×30度的視野將含有1200個象素，因而相應(yīng)的兩個彩色雙幀將含有2400個象素。這個視野可能必須被讀出并在塊中被處理，以便阻止微控制器中可利用的存儲器在達(dá)到存儲限制之前溢出。為了使用被選擇的微控制器的直接存儲存取功能，需要使數(shù)據(jù)在256個字節(jié)或更小的塊中被采集。在一個實(shí)施例中，具有一個等于在每個新的行開始時(shí)傳遞行中5個連續(xù)象素所需的時(shí)間的間隔。當(dāng)對于特定的讀指令具有一個以上的數(shù)據(jù)塊要被采集時(shí)，為了利用直接存儲存取功能，塊的長度最好這樣設(shè)置，使得這些塊在行邊界上結(jié)束，并且這樣選擇中斷方式，使得微控制器在其接收的每個塊結(jié)束時(shí)發(fā)生中斷。此時(shí)微控制器具有5個象素的間隔用于設(shè)置直接存儲控制器，以便接收下一個塊的數(shù)據(jù)。在行滯后時(shí)間之間的間隔被控制電路用于使行復(fù)位，從而開始其積分間隔，并從該行的象素中把電荷傳遞到電容器上用于讀出操作。這個處理在下面的電路說明中被詳細(xì)說明了。在行之間的5個象素的延遲時(shí)間可以選擇地使其成為可變的，或者被改變?yōu)槟承┢渌墓潭ǖ难舆t時(shí)間。不過，對于給定的讀操作的行間的延遲時(shí)間最好具有恒定的長度，即使在這個間隔期間執(zhí)行的每個功能不是每次都被執(zhí)行。恒定的時(shí)間間隔的優(yōu)點(diǎn)在于，可以減少在計(jì)算讀出間隔時(shí)的控制邏輯的復(fù)雜性。此外，一個可變的時(shí)間間隔，根據(jù)改變的形式，可以使重復(fù)進(jìn)行的幀讀出成為非周期的，這將在諧波分析時(shí)帶來問題。所用的微控制器可以選擇地用數(shù)字信號處理器或其它可編程的數(shù)據(jù)處理裝置代替。
參見圖9，其中示出了利用本發(fā)明的包括圖像陣列檢測器和微控制器的一個示例的系統(tǒng)的方塊圖。該系統(tǒng)包括可編程的行列和定時(shí)控制器1，控制邏輯2，圖像陣列檢測器3，放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)電路4和微控制器5。本發(fā)明涉及控制邏輯2和可編程的行列與定時(shí)控制電路1，用于控制圖像陣列檢測器3并提供和微控制器5的雙向串行通信接口6。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，構(gòu)成本發(fā)明的可編程的行列與定時(shí)控制電路1以及控制邏輯電路2可以作為一個ASIC來實(shí)現(xiàn)，并可以和以下的一個或幾個電路部分集成在一起微控制器5，圖像陣列檢測器3和放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路4。
圖10a-10c是圖9所示的方塊圖的電路原理圖。如圖10a-10c所示，按照本發(fā)明的控制電路，如上所述，包括控制邏輯2和可編程的行列與定時(shí)控制電路1，例如用ASIC XC4003E來實(shí)現(xiàn)。
圖12a-12b是用于產(chǎn)生圖10b所示的ASIC XC4003E的程序的頂層示意圖。圖12a-12b和參考的下層圖一起使用WorkviewOfficeTM，Version 7.31，F(xiàn)eb.6，1977，Viewlogic Systems，Inc.結(jié)合Unified Library from Xilinx，Inc.來實(shí)現(xiàn)。使用這些方法產(chǎn)生一個網(wǎng)格表，該表可以用Xilinx Design Manager version M1.3.7進(jìn)行處理。由Xilinx Design Manager的部件程序產(chǎn)生的位流可以用于對ASIC XC4003E編程。圖10b的Atmel At17C65串行存儲器被配置用于存儲程序，并在每當(dāng)對該電路首次供電時(shí)自動地對XC4003E下載程序。
圖11a和11b說明用于存儲圖像陣列檢測器指令數(shù)據(jù)并被操作用于控制圖像陣列檢測器的寄存器和數(shù)據(jù)通路。寄存器的總的功能是產(chǎn)生檢測器的雙窗口讀出需要的行選擇和列選擇地址的序列，并返回加快讀出序列的控制的狀態(tài)信號。塊300和320聯(lián)合產(chǎn)生列選擇地址CSO0-CSO6。塊330和340聯(lián)合產(chǎn)生行選擇地址RSO0-RSO6。塊360計(jì)算被增加以便延長檢測器積分時(shí)間的幀數(shù)。最后，塊370計(jì)算為完成指令序列所需的讀幀或幀對的次數(shù)。
控制電路有兩種一般的操作方式，第一種是指令串行加載方式，其中寄存器利用72位數(shù)據(jù)(9個串行傳遞的字節(jié))被串行地加載。第二種操作方式是指令執(zhí)行方式，其中寄存器被重構(gòu)，并被有選擇地選通，以便利用8個時(shí)鐘周期序列完成遞增、加載和比較功能，這些是用于產(chǎn)生復(fù)雜的地址序列和按順序輸出陣列檢測器的被控的窗口讀出所需的表示輸出的狀態(tài)所需的。該電路產(chǎn)生二進(jìn)制的行和列的地址，它們被陣列檢測器解碼，從而在選擇的行和列的交點(diǎn)選擇合適的行和象素，以便完成所需的控制與讀出功能。
被輸入到塊300，320，330，340，360和370的控制信號在各個表中被標(biāo)號為301，321，331，341，361和371，并且從這些塊(除去所示的互連)輸出的信號在各個表中被標(biāo)號為302，328，332，342，362和372。每個塊接收時(shí)鐘信號CLK，串行加載信號SLD，和表示這是最后一組8位時(shí)鐘信號的信號LAST，對于該信號特定的塊或一組塊被選通，由除去塊330之外的每個塊使用。在組SCOXF，LCXF，HCXF，SROXF，LRXF，ARXF，HRXF，IFDXF和RFCXF中的72個矩形塊中的每個塊表示具有一個時(shí)鐘選通的各個同步的D型觸發(fā)器。這些觸發(fā)器都被選通并一般被配置成一個長的移位寄存器，用于加載72位的指令字(9個串行傳遞的字節(jié))。除去8位組SCOXF之外，其余的8個觸發(fā)器組是簡單的8位移位寄存器，每個具有一個時(shí)鐘選通端。在加載序列期間，SCOXF接收每個字節(jié)的位7到位1，并將其串行移入SCO7F到SCO1F，使得剛好在8個時(shí)鐘脈沖的最后一個之前完成移位，使位7移入SCO1F，位1移入SCO7F。然后在8個時(shí)鐘脈沖的最后一個脈沖，保持LAST，使最后來自SRCV的位0直接進(jìn)入SCO0F，并交換SCO1F和SCO7F，SCO2F和SCO6F，SCO3F和SCO5F，剩下SCO4F不被交換。這便使字節(jié)中位的順序倒置，使得連續(xù)的字節(jié)被串行地傳遞，最低有效位首先從SCO0F到LCIN和LC7F的D輸入端。對于在塊320，340，360和370中執(zhí)行的串行相加功能這是需要的。SCIXF組被首先放置是因?yàn)槠渲翟趫?zhí)行階段期間如同SROXF一樣保持靜態(tài)，并且在該階段期間不被選通。這使得不需要更加復(fù)雜的用于從最高有效位第一到最低有效位第一反置傳遞順序的數(shù)據(jù)選擇器。4個低順序位SCO0到SCO4是由對于加法器307的較高順序位重復(fù)SCO4而擴(kuò)展的符號。這個在總線303上傳遞的數(shù)是第二幀相對于符號中的第一幀的列偏移，在AC0到AC7中產(chǎn)生二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，其在加法器307中被加到第一幀的列地址，并在總線304上被傳遞。加法器的輸出在總線305上傳遞。使信號SSF選擇總線305，第二幀的偏移已被加到該總線，并使其和總線306相連。當(dāng)不確定SSF時(shí)，信號304被直接被送到306而不加列偏移值。CSOXF是一個D型寄存器，利用CCLK的上升沿把來自306的行地址送入其中。在CSOXF寄存器中的位數(shù)可以改變，以便適應(yīng)檢測器中的象素的列數(shù)。預(yù)計(jì)頭燈變暗控制和上述的干擾檢測需要32到64列和行。在行和列選擇地址中的位數(shù)對于較少的行和列數(shù)可被減少，或者被增加到8，以便只需很少的改變就能容納多達(dá)256行或列。更多的行和列也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，盡管需要在字的尺寸上進(jìn)行其它的調(diào)整。顯然，一般使用的字尺寸是8，這在微控制器存儲器中以及8位串行傳遞的數(shù)據(jù)中和字節(jié)尺寸匹配是方便的。
在串行加載階段期間，數(shù)據(jù)選擇器322把輸出信號SCO0送入LC7F觸發(fā)器的D輸入端LCIN。數(shù)據(jù)選擇器324把識別位流送到AC7F的D輸入端，數(shù)據(jù)選擇器325把LCOF的輸出送到HC7F的D輸入端。在完成指令加載階段之后，8位寄存器LCXF和ACXF都含有開始地址或第一幀第一列的地址，HCXF含有第一幀的最后列或高列的地址。因而在ACXF中的計(jì)數(shù)在最低的列地址開始，并被遞增直到達(dá)到高的列地址為止，低的列地址的的復(fù)制再次被移入ACXF，使得重復(fù)從低到高的列地址的計(jì)數(shù)。因而遞增的象素計(jì)數(shù)是一個簡單的串行加1操作，直到計(jì)數(shù)等于高的列地址，然后進(jìn)行低的列地址的復(fù)制操作，將其復(fù)制到ACXF計(jì)數(shù)檢測器中，用于下一次遞增操作。
在塊320中說明的邏輯被自含用于完成遞增、比較和復(fù)制，以便根據(jù)需要產(chǎn)生上述的序列。其響應(yīng)CLK輸入的8的循環(huán)序列進(jìn)行這些處理，其中選通象素計(jì)數(shù)EPXC輸入是高的。在8個時(shí)鐘周期的第一個，確定第一個并被串行加一電路326用于對ACXF計(jì)數(shù)的最低有效位加一。串行加一電路326包含幾個門電路，并只包含一個觸發(fā)器用于記錄進(jìn)位。除去在串行加載復(fù)位計(jì)數(shù)周期期間，串行遞增的輸出ACA被選擇器324選擇，使得遞增的值在8個選通的時(shí)鐘周期之后出現(xiàn)在ACXF中。在每個遞增操作期間，EPXC也選通LCXF，并且利用SLD為低，LCO被送到LCIN，其是LC7F的D輸入端。因而，在8個選通的時(shí)鐘周期結(jié)束時(shí)，LCXF的原始內(nèi)容被再循環(huán)到其開始位置，使得LCXF的值保留其原始的低的列地址。高的列地址HCXF以相同方式被再循環(huán)，并且在ACIN的新的被變成串行的ACXF的值以位狀的方式和被變成串行的高的列地址在HCIN比較。串行比較功能由塊327完成，其只含有兩個觸發(fā)器和幾個邏輯門。一個觸發(fā)器保持跟蹤計(jì)數(shù)器的值和高列地址按位相等，同時(shí)將其串行地提供給比較器，另一個被用于在下一個8個時(shí)鐘周期期間產(chǎn)生ACEH輸出信號，在此期間內(nèi)，在ACXF中的計(jì)數(shù)等于等于HCXF中的高列地址之后確定EPXC。第一個被用于初始化串行比較相等表示，最后一個被用于發(fā)出所需的更新信號ACEH。注意，用這種方式，ACEH被確定以便精確地把低列地址復(fù)制到計(jì)數(shù)器所需的時(shí)鐘周期數(shù)。此外，ACEH被輸出，并作為輸入被送到控制電路，用于表示行的結(jié)束。在行之間的EPXC的其它的周期分選通中，有5個象素暫停，使得可以完成所需的行的特定功能。否則，在指令的整個執(zhí)行周期期間，列計(jì)數(shù)被定期地遞增，而不管是否正在讀象素值，從而使象素計(jì)數(shù)定期地循環(huán)，以便定期地確定ACEH，其被用于選通行計(jì)數(shù)，所述行計(jì)數(shù)以類似的方式循環(huán)，以便使積分幀計(jì)數(shù)循環(huán)，這又使讀幀計(jì)數(shù)增加，直到所需的幀數(shù)被讀出。只有當(dāng)計(jì)數(shù)ACXF處于其在8個時(shí)鐘序列的第一個和最后一個時(shí)鐘周期之間的靜止位置時(shí)，才確定CCLK信號，使得在列選擇寄存器中寄存的位不會被移到錯誤位置。
方塊300和320共同產(chǎn)生列地址，并也按照剛才所述的方式循環(huán)，從而建立周期的行時(shí)基。塊330和340執(zhí)行類似的但不同的功能，用于產(chǎn)生行地址，并產(chǎn)生周期的幀掃描定時(shí)信號。該說明將針對不同的情況進(jìn)行。在預(yù)期的應(yīng)用中，第二幀列偏移一般是小的，但是第二幀行偏移是大的。因此，SROXF的8位都被用于第二幀行偏移。因?yàn)橐呀?jīng)使低位第一的順序倒置，SROXF是一個一個簡單的8位移位寄存器，其具有只有在串行指令加載期間，即當(dāng)SLD為高時(shí)才被確定的選通。加法器337累加第二幀行偏移的功能和用于第二幀列偏移的塊307中包括的相關(guān)電路的功能類似，并且選擇第二幀SSF信號的用途和RCLK的用于把新的行選擇地址寄存到RSOXF寄存器中的用途類似。不過，確定RCLK以便選擇新的行時(shí)的定時(shí)是十分不同的。兩個單獨(dú)的行選擇計(jì)數(shù)器被不同地初始化，但是被一起增加。每個計(jì)數(shù)器被單獨(dú)地和高的行地址比較，并在用于確定選通行計(jì)數(shù)ERWC信號的下8個時(shí)鐘周期期間復(fù)位為低的行地址?？赡鼙辉黾右粋€第二幀行偏移的復(fù)位的行計(jì)數(shù)器RRXF被用于選擇行，從而在積分時(shí)間開始時(shí)復(fù)位。模數(shù)行計(jì)數(shù)ARXF被用于選擇行，從而選通電容保持寄存器，用于對讀出窗口的低列到高列中的象素進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。復(fù)位行計(jì)數(shù)器RRXF被初始化等于低的行地址，使得其總的配置直接類似于列計(jì)數(shù)。不過，模數(shù)讀行ARXF計(jì)數(shù)被初始化為被規(guī)定為讀指令一部分的值。這個給定的值應(yīng)當(dāng)大于被寫入LRXF的低的行計(jì)數(shù)，或者等于被寫入HRXF的高的行計(jì)數(shù)。當(dāng)其被加載和被遞增時(shí)，以及被復(fù)位為低的行計(jì)數(shù)時(shí)，在遞增操作期間，在檢查過是否等于高的行計(jì)數(shù)之后，每個計(jì)數(shù)被分別檢查是否等于高的行計(jì)數(shù)。其結(jié)果是，復(fù)位的行和模數(shù)讀行計(jì)數(shù)器按照同一上升速度通過行計(jì)數(shù)值的同一范圍，但是彼此不同相。當(dāng)復(fù)位的行RRW信號被確定，從而在積分時(shí)間開始時(shí)使一個行復(fù)位時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器345接通來自RRXF計(jì)數(shù)器的總線343到總線334。否則來自ARXF計(jì)數(shù)器的總線344被和334接通，從而選擇要讀出的行。當(dāng)復(fù)位行地址等于低的行地址時(shí)，即在幀的頂部時(shí)，用于開始積分時(shí)間的相繼行的復(fù)位在指令周期開始時(shí)開始。用于開始積分時(shí)間的行的復(fù)位一旦開始，便繼續(xù)直到幀或幀對中所有的行都被復(fù)位為止。在積分幀間隔復(fù)位操作被停止，所述積分幀間隔等于被插入并被繼續(xù)到在最后的讀出周期幀或幀對被復(fù)位時(shí)的積分延遲的幀數(shù)。然后在一個或幾個行之后，當(dāng)模數(shù)行計(jì)數(shù)器被設(shè)置等于低的行地址，從而讀出操作在幀對頂部進(jìn)行時(shí)，行的讀出操作開始。如同復(fù)位處理一樣，讀出一旦開始，便繼續(xù)到幀的結(jié)束，其中伴隨著讀出暫時(shí)被停止，以便增加積分延遲幀周期。在最后幀或幀對的最后行的讀出被完成之后，結(jié)束指令的執(zhí)行。
IFDXF寄存器被預(yù)置為增加的積分延遲時(shí)間和1的和的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式。即，在無額外延遲周期時(shí)，其以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式被設(shè)置為-1，當(dāng)在每個讀出周期在復(fù)位和讀出之間有2個額外積分延遲時(shí)，其以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式被設(shè)置為-3。在IFDXF寄存器中的值通過如同低的和高的列與行計(jì)數(shù)寄存器那樣使其再循環(huán)從而被保持。計(jì)數(shù)器IFCXF起初被加載為1加上IFDXF寄存器中的值，并確定溢出狀態(tài)，其中通過使積分幀計(jì)數(shù)溢出IFCOV對于下8個時(shí)鐘周期為高，對于所述8個周期確定選通積分幀計(jì)數(shù)EIFC信號。如同前一個塊一樣，確定EIFC，以便增加計(jì)數(shù)，并且溢出指示的確定使來自IFDXF的值的復(fù)制值被預(yù)增加，并被復(fù)制在IFCXF中。使用預(yù)增加功能從而使得當(dāng)計(jì)數(shù)器被加載時(shí)在同一個周期可以發(fā)生溢出狀態(tài)。確定IFCOV用于表示積分幀延遲周期的結(jié)束。對于每個周期的幀間隔，通過確定8個CLK信號的EIFC信號被選通一次。串行加一和溢出檢測器使用兩個觸發(fā)器，幾個邏輯在IFCA接通并輸出一個串行位流，其等于1加上在IFIN輸入的串行位流的值。
在塊370中的計(jì)數(shù)器373被設(shè)置為1和讀幀或幀對的次數(shù)的和的負(fù)數(shù)。和塊360中的IFCXF寄存器類似，不需要使寄存器復(fù)位為所述的值，因?yàn)樵谧詈髱淖x操作結(jié)束時(shí)指令的執(zhí)行也結(jié)束。當(dāng)RFCOV溢出條件被確定并且塊的讀出被完成時(shí)，表示讀指令的結(jié)束。
作為一種選擇，借助于控制器并在指令寫階段按照常規(guī)輸入微處理器的串行輸入可以輸出SOUT信號。返回的值將具有在塊373中被加一電路增加的每個串行字節(jié)的值。利用這個小的改變，其由在前一個指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)設(shè)置的72位寄存器中的值被直接地確定，借以構(gòu)成好的診斷測試點(diǎn)，從而利用極少的附加邏輯證實(shí)控制邏輯的大部分的操作。RFCOFN具有相同的CLK，和作為RFCOF的選通信號，并具有RFCO作為其D輸入。其被在時(shí)鐘的負(fù)沿同步而不在正沿。結(jié)果是SOUT導(dǎo)前RFCO一個半時(shí)鐘脈沖，并且其相位適合于在MISO線路上向微控制器回送。
在指令寄存器中共有72個觸發(fā)器，在附加處理寄存器中具有25個附加觸發(fā)器，在用于捕捉和保持行列地址的寄存器中具有14個觸發(fā)器，在串行相加、比較和溢出功能寄存器中具有13個觸發(fā)器，總共具有124個觸發(fā)器。加選通和總線邏輯最小，并且控制和串行接口塊利用相當(dāng)少的相加元件實(shí)現(xiàn)，因而根據(jù)被執(zhí)行的邏輯要求，這個新的方法被非常有效地實(shí)現(xiàn)。
參見圖12b，圖12c說明的塊500提供和時(shí)鐘以及和微控制器5的SPI端口，例如圖10c所示的摩托羅拉68HC708XL36連接的邏輯。和時(shí)鐘以及微控制器的串行端口的互連在塊500中示出了，并在圖12c的電路的說明中被說明了。
塊501接收來自塊500的SYNC，RUNS，和CLK信號和來自串行結(jié)構(gòu)的指令隊(duì)和處理塊502到505的計(jì)數(shù)狀態(tài)信息，塊505響應(yīng)這些信號，發(fā)出一組控制邏輯選通信號，用于控制在塊502到507的全部處理過程。塊501還對電荷重新分布模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，例如LTC1196，發(fā)出時(shí)鐘和組合的選擇與開始轉(zhuǎn)換信號。塊500輸入并緩沖來自LTC1196的串行數(shù)據(jù)線，并向微控制器5發(fā)出作為DOUT的數(shù)據(jù)信號的緩沖串行形式和作為NDCLK的相關(guān)的時(shí)鐘。塊502-507被在圖11a，11b中說明，其中使用表示新的串行結(jié)構(gòu)的方式，其用于多種功能，用于排隊(duì)、存儲和處理指令。這種表示中，結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)比常規(guī)的邏輯圖清楚。
塊502被在圖11a，11b的塊300和320中詳細(xì)說明了。在確定SLD的指令輸入階段期間，在塊502中的觸發(fā)器從串行指令字中輸入并排隊(duì)3個字節(jié)，24位。這些位是第二幀列偏移SCO，第一幀的低列LC，和第一幀的高列HC。在確定RUNS的指令運(yùn)行或執(zhí)行期間，這同一個寄存器設(shè)置被用于產(chǎn)生工作列地址的合適的序列，其按照需要被鎖存在塊506中。塊506還被表示為在圖11a的塊300中的CSOXF觸發(fā)器組。SCOXF寄存器的位0到位4(即SCO0F，SCO1F，SCO2F，SCO3F，SCO4F)被用于輸入有符號的數(shù)，其分配第二幀的列相對于第一幀的相應(yīng)的列的列偏移。這個字的5，6和7被用于特定用途。這些位在總線SCO(7，0)的被分配的線路上從塊502輸出，并作為SCO7(SFM)，SCO6(IRR)，SCO5(IAD)被輸入到塊501(注意這些信號在圖12a-12g中的SFM，IRR，和IAD的標(biāo)記下傳遞)。SCO7(SFM)被設(shè)置在指令字中，以便跳過第一幀的處理和讀出，因而只處理幀對的第二幀。指令執(zhí)行時(shí)間和積分時(shí)間被縮短了，這是因?yàn)楫?dāng)設(shè)置SFM時(shí)粗略地平分了處理步驟的數(shù)量。設(shè)置SCO6(IRR)，以便禁止在積分時(shí)間開始時(shí)使行復(fù)位，設(shè)置SCO5(IAD)用于禁止在執(zhí)行期間的行讀出。IAD或IRR的設(shè)置禁止所述功能而不改變指令執(zhí)行的時(shí)間。
塊503在圖11a的塊330和圖11b的塊340中被詳細(xì)說明了。在用于確定SLD的指令執(zhí)行階段期間，在塊503中的觸發(fā)器從串行指令字輸入并排隊(duì)4個字節(jié)，32位。這些字節(jié)是第二幀行偏移SRO，第一幀的低行LR，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器AR讀出的行的初始行計(jì)數(shù)值，和第一幀的高行HR。在確定RUNS的指令運(yùn)行或執(zhí)行階段期間，這同一個寄存器組被用于產(chǎn)生行地址的合適的序列，其按照需要被鎖存在塊507中。在圖11a的塊332中，塊507也被表示為RSOXF觸發(fā)器組。該邏輯產(chǎn)生并鎖存在積分時(shí)間開始按照需要被復(fù)位的行數(shù)和在各個積分時(shí)間結(jié)束時(shí)讀出的行數(shù)。
圖11b的塊360中詳細(xì)說明了塊504。在塊504中的觸發(fā)器在確定SLD的指令輸入周期期間，從串行指令字輸入并排隊(duì)1個字節(jié)，8位。在確定RUNS的指令運(yùn)行或執(zhí)行階段期間，這個字節(jié)控制在幀的行復(fù)位和其讀出之間被插入的0個或幾個積分幀延遲周期數(shù)，從而提供象素位置的多個“曝光”時(shí)間，以便積累光感應(yīng)電荷。
圖11b的塊370中詳細(xì)說明了塊505。在塊505中的觸發(fā)器在確定SLD的指令輸入周期期間，從串行指令字輸入并排隊(duì)1個字節(jié)，8位。在確定RUNS的指令運(yùn)行或執(zhí)行階段期間，這個字節(jié)控制幀或幀對的連續(xù)讀出數(shù)，它們被取出并作為表示各個象素位置接收的光值的8位的數(shù)字化讀數(shù)串行地返回微控制器8。
圖12c是用于執(zhí)行圖12b的塊500的電路的邏輯圖。在塊500中，和在這些圖中的其它塊中一樣，在塊內(nèi)的和插頭相鄰的信號名是在執(zhí)行該功能的子塊中使用的名字，在這種情況下，即圖12c的電路。在封裝外面的布線通路上的名字是用于在該級上互連的名字，在大多數(shù)情況下，這些名字是相同的，但是，有一些信號名在不同的圖中是不同的。例如圖12b的信號名SCO7在塊501以及和其相關(guān)的圖12d-12g中被改變?yōu)镾FM。
圖12c執(zhí)行圖12c的塊500。微控制器5(圖10c)由5個信號通路和ASIC XC4003E相連。由上面的討論可以清楚地看出，簡單的改變便能使得這個數(shù)量被減少到4個，其中利用可以選擇地被提供用于實(shí)現(xiàn)選擇的診斷檢查的第5個連接。微控制器5的串行外圍接口(SPI)端口包括4個信號連接，其中的3個是雙向線路，它們直接和每個裝置的相應(yīng)的插頭在串行SPI總線上互連，在本實(shí)施例中，所述總線只由微控制器5和ASIC XC4003E構(gòu)成。
3個雙向總線是主入從出MISO，主出從入MOSI，和串行外圍串行時(shí)鐘SPSCLK。此外，連接端口的每個裝置具有標(biāo)號為SS的用于微控制器的和標(biāo)號為XSS的用于ASIC XC4003E的低有效從選擇(SS)。用于微控制器的SS插頭被接地，并且這個要求要被滿足，可以使用編程的選擇，把微控制器5的內(nèi)部SPI端口置于主方式或從方式。低有效XSS插頭被微控制器5驅(qū)動到低，將其置為從方式。在一般的一次或幾次讀幀或讀幀對的指令中，微控制器5通過把XSS驅(qū)動到低將其內(nèi)部端口SPI置為主方式，并將ASIC XC4003E置為從方式。微控制器5然后向ASIC XC4003E串行地發(fā)送9個字節(jié)，72位指令。在所示的結(jié)構(gòu)中，如果發(fā)送更多的位，則發(fā)送的最后72位是被捕獲的位。指令字節(jié)首先被發(fā)送每個字節(jié)中的最高有效位，并且按照從第一到最后的順序讀幀計(jì)數(shù)、積分幀延遲、高行、模數(shù)行開始計(jì)數(shù)、低行、第二幀行偏移、高列、低列、和第二幀計(jì)數(shù)偏移。在指令傳遞階段期間，微控制器5的主端口SPI利用數(shù)據(jù)驅(qū)動MOSI線路，并利用數(shù)據(jù)時(shí)鐘驅(qū)動SPSCLK線路。在指令被傳輸之后，微控制器5把其內(nèi)部的SPI單元改變?yōu)閺姆绞?，制備程序用于接收象素?cái)?shù)據(jù)的字節(jié)，然后驅(qū)動XSS到高，這使得ASIC XC4003E處于主方式。作為響應(yīng)，ASIC XC4003E輸入RUNS狀態(tài)，并當(dāng)來自各個象素的電壓被數(shù)字化時(shí)，把數(shù)字化的象素?cái)?shù)據(jù)串行地傳遞回微控制器5。然后，ASIC XC4003E進(jìn)入空載方式，直到從微控制器5收到另一個指令。在RUNS方式期間，ASICXC4003E是主，微控制器5是從，從而ASIC XC4003E利用來自象素的A/D讀數(shù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動MOSI線路，利用數(shù)據(jù)時(shí)鐘驅(qū)動SPSCLK線路。實(shí)際上，在指令被完成并確定END之后，ASIC XC4003E作為主在非傳遞狀態(tài)下繼續(xù)驅(qū)動SPSCLK和MOSI，直到微控制器5驅(qū)動XSS為低。如果在指令完成之前XSS被確定為低，則其被中斷。
微控制器5的SPI端口具有幾種時(shí)鐘方式，其中使用的一種是在空載狀態(tài)下SPSCLK信號是高的。以ASIC XC4003E編程的用于SPSCLK插頭的上升沿確保SPSCLK當(dāng)SPI不處于主方式時(shí)停留在高。第一個選通的時(shí)鐘狀態(tài)當(dāng)微控制器5的SPI或者ASCI中的SPI成為主時(shí)，并且一個以上的SPI端口在此時(shí)永遠(yuǎn)不成為主時(shí)，第一個選通的時(shí)鐘狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是高。另外，時(shí)鐘被這樣構(gòu)成，收到第一個轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)在MOSI線路上被驅(qū)動的下降沿。從時(shí)鐘用于在時(shí)鐘的隨后的上升沿上的數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)在兩個方向進(jìn)行從一個時(shí)鐘源到另一個時(shí)鐘源的正確的仔細(xì)地確認(rèn)，使得不丟掉被同步的數(shù)據(jù)位也不引入不需要的位。
在指令發(fā)送方式期間，ASIC XC4003E利用從前一個指令的執(zhí)行移出的數(shù)據(jù)驅(qū)動MISO線路。微控制器5或者一個單獨(dú)的測試設(shè)備可以選擇地被編程，以便當(dāng)下一個指令被加載時(shí)讀取并確認(rèn)這個數(shù)據(jù)。其繼續(xù)仔細(xì)地檢查ASIC邏輯的功能和與微控制器5的互連，因?yàn)榇蟛糠值臄?shù)據(jù)通路以及微控制器在發(fā)送和接收端的通信對于預(yù)期的要被返回的72位值必須正確地進(jìn)行。如果不使用這個特征，則不需要連接MISO插頭。
再次參見圖12c，OSC時(shí)鐘信號被微控制器5的晶體振蕩器驅(qū)動，對于這種應(yīng)用其預(yù)期的操作范圍是8-16兆赫。不過，可以使用寬范圍的頻率。OSC在焊盤513輸入，并且頻率被2分割，從而以正常的4-8兆赫在OSCD產(chǎn)生50％的占空比。OSCD在正常操作方式下不被中斷。由微控制器5驅(qū)動的低有效的XSS信號被在焊盤514輸入，該信號被由OSCD同步的D觸發(fā)器511采樣，從而產(chǎn)生NSSP，其被同步以便得到XSS輸入，并且將值通過觸發(fā)器512移位，從而產(chǎn)生NSSL，其是最后一個得到的XSS輸入。當(dāng)XSS輸入對于至少兩個相繼的采樣為低時(shí)，來自門515的LOAD信號為高。這相當(dāng)于ASIC XC4003E的從狀態(tài)，因而來自門516的MST是低的。在這種條件下，在插頭521來自微控制器5的SPSCLK輸入通過517，519和時(shí)鐘緩沖器520被選通，用于驅(qū)動ASIC XC4003E的主CLK信號。因而，在這種方式下，系統(tǒng)時(shí)鐘具有一個正時(shí)鐘沿，用于指令字的每一位，其被從微控制器5串行地輸入到ASIC XC4003E的MOSI焊盤524，不被送到串行接口塊500的DIN插頭。如圖12b所示，在信號DIN中的數(shù)據(jù)在塊500的輸出插頭改變名字成為SRCV，并被從塊500的輸出插頭送到塊502的SRCV輸入插頭，其是72位長指令字的輸入點(diǎn)。在圖12c，LOAD為高，MST為低，緩沖器522和523被禁止，使得SPSCLK和MOSI在LOAD操作期間不由ASIC XC4003E驅(qū)動。緩沖器525被LOAD高驅(qū)動，因而來自圖12a的塊505的SOUT通過塊500的SOUT插頭被選通，用于驅(qū)動到微控制器5的MISO返回線路。在塊505中，信號NSSP被負(fù)沿觸發(fā)的觸發(fā)器驅(qū)動，從而建立合適的狀態(tài)用于在MISO上被驅(qū)動的數(shù)據(jù)。當(dāng)微控制器5把XSS從低驅(qū)動為高時(shí)，在NSSL之前一個時(shí)鐘周期，信號NSSP被驅(qū)動為高，使得528的輸出在一個時(shí)鐘周期內(nèi)為高。這個高值通過529加到527的D輸入端，使得RUNS為高。由于通過529的反饋通路使RUNS保持為高，直到通過驅(qū)動XSS為低而產(chǎn)生另一個LOAD信號確定，或者通過530中ENDF信號的確定而發(fā)出指令正常結(jié)束信號時(shí)使527被復(fù)位為止。當(dāng)從塊501中收到END時(shí)，ENDF被設(shè)置，并被下一個LOAD指令清除。當(dāng)XSS被驅(qū)動為高時(shí)，MST被確定，從而通過518、519、520選通OSCD以便為ASIC XC4003E驅(qū)動CLK。LOAD和MST與OSCD的同步以及去除一個和確定另一個之間的一個循環(huán)時(shí)鐘周期確保了在微處理器的SPSCLK被響應(yīng)時(shí)有一個完整的時(shí)鐘轉(zhuǎn)換。在RUNS或LOAD未被確定時(shí)SYNC被確定，并且被用作塊501的軟初始化，以便使串行位流中的字節(jié)定時(shí)和字節(jié)同步。
圖12d-12e，六個觸發(fā)器551-556組成一個環(huán)形計(jì)數(shù)器，它循環(huán)計(jì)數(shù)表550中所列的數(shù)值0到數(shù)值11共12個數(shù)字。當(dāng)RUNS被確定時(shí)計(jì)數(shù)器循環(huán)全部12個狀態(tài)，并且在RUNS未被確定的LOAD期間，門對557-560使得計(jì)數(shù)器循環(huán)表550中0到7前8個值。當(dāng)LOAD或RUNS均未確定時(shí)，SYNC被確定以清除所有6個計(jì)數(shù)器的狀態(tài)并使其保持在表550中的0狀態(tài)。對于計(jì)數(shù)值0，F(xiàn)IRST被確定，它是用于在塊502到505中并行處理信息的8個時(shí)鐘的第一個。對于計(jì)數(shù)值7，LAST被確定，它是用于處理信息的8個時(shí)鐘的最后一個。對于計(jì)數(shù)值8到11，CTLP被確立，它用來阻斷當(dāng)這些附加計(jì)數(shù)狀態(tài)被使用時(shí)，用于并行處理的可用信號。對于第一個額外計(jì)數(shù)狀態(tài)即寄存器可用端為不可用，CTL被確定。這種狀態(tài)表示所有并行處理寄存器處在正常停止位置，對于這些位置，“行等高”，“列等高”，“溢出”狀態(tài)被確定。它是12個計(jì)數(shù)周期之一，在這期間作出大部分控制決定，和由大量的觸發(fā)器所表示的一樣，所述觸發(fā)器的選通由該信號控制。提供其它構(gòu)成CTLPD 3個計(jì)數(shù)器9-11用于提供由LTC1196模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的每個象素12個時(shí)鐘。通過在邏輯上進(jìn)行大的改變，這種計(jì)數(shù)方法可以只利用8個計(jì)數(shù)器工作，或者根據(jù)需要可以十分容易地被調(diào)節(jié)為每周9個或更多的計(jì)數(shù)，以便銜接其它裝置例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電路的其余部分的操作。在LOAD階段期間，不進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且不進(jìn)行特定的處理決定，此外，CLK被直接從串行輸入時(shí)鐘得到，使得每位精確地具有一個時(shí)鐘。這便是提供門對557-560，在串行加載階段期間使計(jì)數(shù)器通過8個計(jì)數(shù)循環(huán)的原因。FIRST和LAST位指示符的產(chǎn)生繼續(xù)被正確地產(chǎn)生，并被在串行指令加載操作中使用。
在RUNS階段期間，在每個行的開始，加上5個象素的暫停時(shí)間。(該暫停是在第一行被處理之前一個短暫的時(shí)間。)這樣作是為了提供時(shí)間在每行的積分時(shí)間的開始進(jìn)行行復(fù)位，其被讀出并產(chǎn)生一個信號序列，用于選通每個行的象素讀數(shù)的值，以便在行的讀序列開始時(shí)保持電容器。觸發(fā)器570-575一般作為移位寄存器來構(gòu)成，并且通過一個0的字段被移動1位，按照上述確定CTL選通信號的時(shí)鐘發(fā)生移位。
在RUNS指令的開始處，當(dāng)RUNS為低時(shí)通過設(shè)定確定STRT。它使觸發(fā)器591在RUN序列的開始時(shí)的一個象素間隔被設(shè)定，并且這一個象素寬的確定時(shí)間通過觸發(fā)器571-575而波動。RE4的確定使觸發(fā)器585被設(shè)置，確定PXE和PXE的反饋使得該信號被維持直到由來自列處理塊502的ACEH的確定表示行的結(jié)束。ACEH的確定表示行中的最后列正在被處理。觸發(fā)器586在確定PX之前插入一個象素寬度延遲。門565對于每12個時(shí)鐘周期象素時(shí)間中的所需的8個時(shí)鐘周期，即，對于不被確定CTLPD 12個時(shí)鐘周期中的8個，確定EPXC。EPXC被塊502用于增加到下一個列的位置。當(dāng)RUNS不被確定時(shí)，EPXC被連續(xù)地確定，以便當(dāng)LOAD被確定時(shí)在指令輸入期間選通塊502。
ERWC由門566確定，以便在REO被確定時(shí)，并且只在兩個幀的第二個的行被處理之后，如同要求確定SSFD所表示的在行間隔之間的開始處增加到下一行。只在12個時(shí)鐘周期的8個期間，當(dāng)CTLP不被確定時(shí)，再次確定ERWC。ERWC也在LOAD期間當(dāng)RUNS不被確定時(shí)被確定。注意當(dāng)只處理一幀時(shí)，被處理的是第二幀，使得ERWC在每行的結(jié)束被確定。當(dāng)RUNS被確定時(shí)ERWC的選通被門569確定，并作為信號GINC被中斷，這被附加地限制，以便僅當(dāng)在確定RREH的最后行的末尾以及在行設(shè)置幀的末尾選通積分幀計(jì)數(shù)EIFC。讀幀計(jì)數(shù)只在讀幀的末尾當(dāng)確定AREH時(shí)被增加，并且另外積分幀計(jì)數(shù)當(dāng)由IFCOV被確定被完成，如確定IFCOV所表示的。EIFC和EAFC當(dāng)RUNS為低時(shí)在加載期間確定。
當(dāng)RUNS和SYNC都不被確定從而表示指令正在被加載時(shí)確定SLD。當(dāng)所需的幀數(shù)被讀出時(shí)確定預(yù)結(jié)束PEND，如正在和AREF一道被確定的RFCOV所表示的，這表示最后讀幀設(shè)置已經(jīng)被達(dá)到。附加的觸發(fā)器在PEND被確定之后，并在提供一段時(shí)間以便完成最后的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并向微處理器5發(fā)出串行數(shù)據(jù)之后確定END。此處的定時(shí)是相當(dāng)重要的，因?yàn)樘嗷蛱俚南笏貢r(shí)鐘在向微控制器串行發(fā)送象素讀數(shù)時(shí)將引起幀誤差。
觸發(fā)器580記錄選擇的第二幀SSF指示，該指示被圖12a的塊502和503使用，并且也在下面討論的圖12d-e的邏輯中使用。當(dāng)SSF被確定時(shí)，第二列和第二行偏移被加到基本的行和列選擇上，從而處理在第二幀中的數(shù)據(jù)。在正常方式下，當(dāng)SFM不被確定時(shí)，SSF被保持在0，并且第一幀的行被處理，此時(shí)不改變基本行的值，SSF被確定，并且第二幀的相應(yīng)的行被處理，用這種方式，兩個幀的相應(yīng)的行的處理被交錯進(jìn)行，并且在相應(yīng)行的處理之間的時(shí)間交錯是短的，其等于處理兩幀之一的時(shí)間。特意使用的雙幀之一是要投影兩個圖像，除去在兩個幀的一個上利用具有基本相同部分的顏色過濾器之外，兩個圖像是基本相同的。其中運(yùn)動的影響和隨時(shí)間而改變的強(qiáng)度的影響通過減小在相應(yīng)的圖像讀數(shù)之間經(jīng)過的時(shí)間而被減小。其中注意用于保留本發(fā)明的串行結(jié)構(gòu)的許多特征的選擇是把兩幀分開，對它們作為一幀并行地驅(qū)動，其中具有施加于兩幀之一的可能的記錄偏移。此時(shí)讀出也是并行的，并且整個行掃描次序更像掃描一幀的情況。
在圖12d-12e中，當(dāng)選擇第二幀方式SFM被確定時(shí)，或者門584使SSF被繼續(xù)設(shè)置，使得列和行偏移被加到整個指令上，并且只有第二幀的行被處理。在正常雙幀方式下，當(dāng)SFM不被確定時(shí)，禁止門或者門582觸發(fā)580的設(shè)置，并在每行的開始處理SSF，除去當(dāng)信號583DREO被確定時(shí)的每個第一行之外。觸發(fā)器581輸出信號SSFD，其是一個被延遲一個周期的SFF。這延遲的信號在例如門569的一些邏輯操作中是有用的。
參見圖12g，觸發(fā)器902記錄RSR，其在幀處理間隔期間被確定，在此期間行被復(fù)位，從而開始積分間隔。觸發(fā)器910記錄ADR，其在讀出每個行的期間被確定。門908和909確定REN，從而啟動觸發(fā)器控制RSR和ADR，以便記錄一行，可能被改變和設(shè)置。在RUN被確定并且STRT仍然是高時(shí)，REN在每個指令執(zhí)行周期開始被確定，并且由CTL時(shí)鐘周期同步新的行的開始，如DREO的確定所表示的，因而完成第二幀的行的處理，如由SSFD的確定所表示的。
在指令執(zhí)行的開始，并且在新的積分行復(fù)位幀的開始，RSR當(dāng)STRT被確定時(shí)被設(shè)置(RREH在前一幀結(jié)束時(shí)被確定)，同時(shí)完成幀的讀出(ADR被確定)，并且有另一個幀被讀出(RFCOV不被確定)。RSR當(dāng)符合以下條件時(shí)被復(fù)位即當(dāng)達(dá)到復(fù)位幀的結(jié)尾時(shí)(RREH被確定)，不再進(jìn)行幀讀出(ADR不被確定)以及STRT不被確定。當(dāng)最后讀出的最后一行在進(jìn)行中時(shí)(PEND)，RSR被保持復(fù)位，或者當(dāng)指令不被執(zhí)行時(shí)(NRUNS被確定)，或者在積分間隔開始行的復(fù)位被禁止。
在讀幀開始(AREH被確定)ADR被確定，并且不保留更多的積分幀間隔(IFCO被確定)。ADR在讀幀開始(AREH被確定)并且積分幀延遲間隔被保留(IFCOV不被確定)時(shí)被復(fù)位。至于RSR，如果PEND或NRUNS被確定，則ADR被復(fù)位。ADR不由IRR的確定復(fù)位，而由禁止A/D讀出(IAD不被確定)的確定復(fù)位。提供焊盤920-924用于和具有光二極管光位置的光位有源象素檢測器互連。PG焊盤920對于光二極管的形式被接地，其驅(qū)動被說明了，其中具有邏輯部分，以便產(chǎn)生合適的控制方式用于檢測器的不同的光門形式。在本例中不進(jìn)行一般的復(fù)位，而是使用逐行復(fù)位，因此RESET插頭921被接地。
為了復(fù)位一行，通過RCLK的正沿把要被復(fù)位的行數(shù)鎖存在圖12a的行選擇寄存器塊507中。這個寄存器的輸出直接和ASIC XC4003E的行選擇焊盤18，19，20，23，24，25和26相連，并被輸入到圖像陣列檢測器3上的相應(yīng)的行選擇插頭。在一個穩(wěn)定時(shí)間之后，行復(fù)位RR信號在插頭924上建立，插頭924和圖像陣列檢測器3的相應(yīng)的復(fù)位行輸入相連。復(fù)位行RR信號被建立，以便在積分間隔開始使行復(fù)位，并且作為讀出過程的一部分使行復(fù)位，從而使得在積分間隔之后通過在一個采樣電容器上記錄象素電壓取得象素電壓的不同的讀數(shù)，然后使行復(fù)位，并在電容器對的第二個電容上記錄該電壓。對于每個象素列提供有一個這種電容器對，并且列選擇功能接通在采樣電容器對上的電壓，用于對于圖10a的放大器AD830的不同的輸入所選擇的列。上述過程可以消除當(dāng)象素被復(fù)位時(shí)由改變0讀出電壓而引起的系統(tǒng)讀數(shù)誤差。
注意有兩種不同的行地址，其必須被快速地建立，其中一個用于在積分間隔開始時(shí)要復(fù)位的行。這在5個象素周期的一個期間在為建立RRW的行開始時(shí)完成。RRW被圖12d-12f的邏輯使用，并被輸入到圖12a的塊503，以便選擇一個合適的復(fù)位行和A-D讀行地址。復(fù)位行地址被選擇，以便只在RRW被建立時(shí)鎖存入行選擇寄存器507中，否則則選擇用于A-D讀出的行地址。
在構(gòu)成象素時(shí)鐘的周期的12個中的6個連續(xù)的時(shí)鐘周期期間，CCA被建立。在任何先前的行和列時(shí)鐘之后，大約4個CLK周期CCA被建立，并且大約在任何隨后的行或列時(shí)鐘之前2個時(shí)鐘周期返回0，這使得得到一個好的信號，用于選通NSHS，NSHR和RR，使得當(dāng)這些信號建立時(shí)行和列選擇是穩(wěn)定的。
NSHS是一個低有效信號，其選通來自選擇行的信號，以便保持電容器，用于在圖像陣列檢測器3中的讀出。NSHS被建立以便在行的預(yù)處理間隔期間當(dāng)RE3和CCA被建立時(shí)讀行。復(fù)位行RR在下一個象素間隔期間當(dāng)RE4和CCA被建立時(shí)被建立。然后，低有效位信號NSHR被建立，以便在行被復(fù)位之后從所選的行到第二組保持電容器選通讀操作，使得按照上述進(jìn)行不同的讀操作。NSHR被建立用于在下一個象素間隔當(dāng)RE5和CCA被建立時(shí)復(fù)位行讀操作。在行讀出的開始，伴隨著這個準(zhǔn)備的序列列計(jì)數(shù)從選擇行的第一列到最后列被改址，選通所選列的象素的保持電容器電壓到差動放大器U6，使得正常的和復(fù)位的象素讀數(shù)之間的差被放大，并被緩沖，并被送到例如型號為LTC1196的線性模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。
參見圖12f，觸發(fā)器930在建立CTL的一個時(shí)鐘周期之后的一個時(shí)鐘周期使RCLK循環(huán)為高，以便在RSR和RRW被建立時(shí)把復(fù)位行值送到行輸出寄存器。RCLK以類似方式被循環(huán)為高，從而當(dāng)ADR和RE2被建立時(shí)使行同步讀入輸出寄存器。類似地，觸發(fā)器931在CTL為高的一個時(shí)鐘周期當(dāng)ADR和PXE被建立時(shí)使CCLK循環(huán)為高，從而表示該幀正在被讀出，并且該行的象素正在被轉(zhuǎn)換。
CCLK僅當(dāng)新的列地址被輸入到輸出寄存器時(shí)才被建立，從而將其輸出到光位檢測器，以便選擇合適的象素讀出。因而，CCLK也用于啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理。觸發(fā)器932作為脈沖擴(kuò)展器和CCLKP持續(xù)11個時(shí)鐘周期，其由緊跟的CCLK脈沖啟動。觸發(fā)器933有效地延遲CCLKP，并產(chǎn)生低有效信號NCS，其在ASIC XC4003E的焊盤938上輸出，并被送到LTC1196模數(shù)轉(zhuǎn)換器的的組合的芯片選擇和開始轉(zhuǎn)換插頭。系統(tǒng)時(shí)鐘LCK通過ASIC XC4003E97被送到LTC1196，并把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)返回到ASIC XC4003E的焊盤939，并在正的時(shí)鐘沿輸入到觸發(fā)器935。這用于重新建立相對于CLK和從門936得到的NDCLK的數(shù)據(jù)傳輸定時(shí)，并提供隨數(shù)據(jù)傳遞的8個時(shí)鐘脈沖，最后用于將其送到微處理器的SPI端口。
顯然，按照上述教導(dǎo)，本發(fā)明可以作出各種改變和改型。因而，應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以用和上述實(shí)施例不同的方案實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于控制有源圖像象素陣列檢測器并控制和微控制器通信的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括雙向接口，用于提供和所述微控制器的雙向串行通信接口，用于從所述微控制器發(fā)送與接收數(shù)據(jù)；用于控制所述有源圖像象素陣列檢測器的裝置；以及用于接收來自所述微控制器的串行指令字的裝置，用于控制所述有源圖像象素陣列檢測器。
2.一種成像系統(tǒng)，包括由限定一個窗口的象素檢測器陣列構(gòu)成的圖像檢測器，在陣列中的每個象素檢測器位于一個行地址和一個列地址上，圖像檢測器具有用于選擇行地址的行輸入和用于選擇列地址的列輸入，圖像檢測器通過操作產(chǎn)生用于根據(jù)入射到象素檢測器上的光在選擇的行地址和選擇的列地址的象素檢測器的象素輸出信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其和圖像檢測器通信，用于通過操作使輸出信號數(shù)字化；處理器，其可通過操作產(chǎn)生用于成像系統(tǒng)的指令；以及控制系統(tǒng)，其和圖像檢測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制系統(tǒng)通信，其可通過操作(a)接收來自處理器的指令，(b)根據(jù)接收的指令確定圖像檢測器窗口的第一子窗口，以及(c)確定相應(yīng)于子窗口中的每個象素的選擇的行地址和選擇的列地址。
3.如權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中處理器通過串行總線和控制系統(tǒng)通信。
4.如權(quán)利要求3所述的成像系統(tǒng)，其中串行總線可以操作用于從處理器向控制系統(tǒng)發(fā)送新的指令。
5.如權(quán)利要求4所述的成像系統(tǒng)，其中當(dāng)新的指令從處理器向控制系統(tǒng)發(fā)送時(shí)，串行總線還可以操作用于從控制系統(tǒng)向處理器發(fā)送通過處理直接前面的指令而確定的結(jié)果，并且其中處理器可以操作以便使用從控制系統(tǒng)傳遞的結(jié)果作為一個診斷測試點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求4所述的成像系統(tǒng)，其中串行總線和可以通過操作從控制系統(tǒng)向處理器傳遞數(shù)字化象素?cái)?shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求3所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)包括用于保持子窗口開始列地址的第一寄存器；用于保持子窗口結(jié)束列地址的第二寄存器；用于保持子窗口開始行地址的第三寄存器；用于保持子窗口結(jié)束行地址的第四寄存器。
8.如權(quán)利要求7所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)還包括用于保持列偏移的第五寄存器；用于保持行偏移的第六寄存器；其中控制系統(tǒng)還可以操作用于使用第一子窗口的位置、列偏移和行偏移確定第二子窗口。
9.如權(quán)利要求8所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)還可以操作用于在單子窗口操作方式和雙子窗口操作方式之間轉(zhuǎn)換。
10.如權(quán)利要求8所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)還可通過操作交替地讀出第一子窗口的至少一個象素檢測器的輸出信號，并讀出第二子窗口的至少一個象素的輸出信號。
11.如權(quán)利要求7所述的成像系統(tǒng)，其中每個象素檢測器可以操作用于通過積分入射到象素檢測器上的光產(chǎn)生一個信號，并且其中每行象素檢測器具有復(fù)位信號，用于初始化一個積分間隔，控制系統(tǒng)還包括復(fù)位行計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，復(fù)位行計(jì)數(shù)器周期地遞增；轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，所述轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器周期地遞增；用于根據(jù)復(fù)位行計(jì)數(shù)器值發(fā)出象素檢測器行復(fù)位的信號的邏輯；以及用于根據(jù)轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器值發(fā)出象素檢測器輸出產(chǎn)生的信號的邏輯；借以由轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器初始值和復(fù)位行初始值之間的差確定積分間隔。
12.如權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其中訪問在至少一個子窗口內(nèi)的所有行所需的時(shí)間限定一個幀周期，控制系統(tǒng)還包括積分幀周期計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，借以使積分時(shí)間延長由積分幀周期計(jì)數(shù)器確定的幀周期數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的成像系統(tǒng)，其中在至少一個子窗口中的所有行的設(shè)置限定一幀，讀幀包括產(chǎn)生幀中每個象素的象素輸出信號，并且其中控制系統(tǒng)還包括幀讀計(jì)數(shù)器，其被初始化為由指令確定的值，控制系統(tǒng)還通過操作根據(jù)幀讀計(jì)數(shù)器的初始化值在結(jié)束指令之前確定要被讀取的幀數(shù)。
14.如權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用逐漸接近使輸出信號數(shù)字化。
15.一種用于控制圖像檢測器的控制系統(tǒng)，其中圖像檢測器由象素檢測器的陣列構(gòu)成，所述陣列限定一個圖像窗口，其中每個象素檢測器具有行地址和列地址，并且其中每個象素檢測器可以操作用于輸出一個表示在一個積分間隔入射到象素檢測器上的光的信號，控制系統(tǒng)包括用于和處理器通信的串行接口；多個和串行接口相連的寄存器，所述寄存器可以操作用于接收來自處理器的指令；和多個寄存器的至少一個相連的邏輯，所述邏輯可以操作用于根據(jù)接收的指令確定圖像窗口的至少一個子窗口；以及和所述邏輯相連的輸出端，其可以操作用于對相應(yīng)于至少一個子窗口中的每個象素的圖像檢測器提供行地址和列地址。
16.如權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中至少一個子窗口包括第一子窗口，多個寄存器包括用于保持第一子窗口起始列地址的第一寄存器；用于保持第一子窗口結(jié)束列地址的第二寄存器；用于保持第一子窗口起始行地址的第三寄存器；用于保持第一子窗口結(jié)束行地址的第四寄存器。
17.如權(quán)利要求16所述的控制系統(tǒng)，其中多個寄存器還包括用于保持第二子窗口的列偏移的第五寄存器；用于保持第二子窗口的行偏移的第六寄存器；其中控制系統(tǒng)通過操作確定和第一子窗口分開的第二子窗口，其分開的列數(shù)由列偏移表示，分開的行數(shù)由行偏移表示。
18.如權(quán)利要求17所述的控制系統(tǒng)，其還可以操作用于在單子窗口操作方式和多子窗口操作方式之間轉(zhuǎn)換。
19.如權(quán)利要求17所述的控制系統(tǒng)，其還可以操作用于交替地讀出第一子窗口的至少一個象素檢測器的輸出和第二子窗口的至少一個象素的輸出。
20.如權(quán)利要求16所述的控制系統(tǒng)，其中每行象素檢測器具有復(fù)位信號，用于初始化一個積分間隔，控制系統(tǒng)還包括復(fù)位行計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，復(fù)位行計(jì)數(shù)器周期地遞增；讀出行計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，所述讀出行計(jì)數(shù)器周期地遞增；用于根據(jù)復(fù)位行計(jì)數(shù)器發(fā)出象素檢測器行復(fù)位的信號的邏輯；以及用于根據(jù)讀出行計(jì)數(shù)器值發(fā)出象素檢測器輸出的信號的邏輯；借以由讀出行計(jì)數(shù)器初始值和復(fù)位行初始值之間的差確定積分間隔。
21.如權(quán)利要求20所述的控制系統(tǒng)，其中訪問在至少一個子窗口內(nèi)的所有行所需的時(shí)間限定一個幀周期，控制系統(tǒng)還包括積分幀周期計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，借以使積分時(shí)間延長由積分幀周期計(jì)數(shù)器確定的幀周期數(shù)。
22.如權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中在至少一個子窗口中的所有行的設(shè)置限定一幀，讀一幀包括產(chǎn)生來自該幀中每個象素的信號，并且其中寄存器組包括幀讀計(jì)數(shù)器，其被初始化為由指令確定的值，控制系統(tǒng)還通過操作根據(jù)幀讀計(jì)數(shù)器的初始化值在結(jié)束指令之前確定要被讀取的幀數(shù)。
23.如權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中至少兩個多個寄存器是移位寄存器。
24.如權(quán)利要求23所述的控制系統(tǒng)，其中至少兩個移位寄存器是串聯(lián)的，從而形成一個串聯(lián)連接的寄存器，借以使指令數(shù)據(jù)被串行地移入寄存器。
25.如權(quán)利要求24所述的控制系統(tǒng)，其中至少兩個移位寄存器可以操作而被重構(gòu)，以便為用于確定至少一個子窗口的邏輯使用。
26.如權(quán)利要求23所述的控制系統(tǒng)，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對由行地址和列地址規(guī)定的象素的輸出數(shù)字化。
27.如權(quán)利要求26所述的控制系統(tǒng)，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器是逐漸接近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
28.如權(quán)利要求25所述的控制系統(tǒng)，其中至少兩個可重構(gòu)的移位寄存器可以同時(shí)操作。
29.如權(quán)利要求24所述的控制系統(tǒng)，其中多個寄存器中的至少一個可以操作用于和串聯(lián)連接的寄存器并行地接收指令的一部分。
30.如權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中串行接口是雙向的。
31.如權(quán)利要求29所述的控制系統(tǒng)，還包括和串行接口相連的逐漸接近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
32.如權(quán)利要求25所述的控制系統(tǒng)，其中移位寄存器串聯(lián)的順序使得消除單獨(dú)的地址傳輸和譯碼。
33.一種用于控制汽車上的至少一個頭燈的系統(tǒng)，包括和至少一個頭燈相連的頭燈控制單元，其通過操作用于響應(yīng)一個控制信號控制至少一個頭燈；和頭燈控制單元相連的處理器，其通過操作能夠處理至少一個圖像，以便檢測迎面而來的汽車的頭燈和前方汽車的尾燈的存在，并產(chǎn)生所述控制信號；圖像檢測器，其由限定一個窗口的象素檢測器陣列構(gòu)成，在陣列中的每個象素檢測器位于一個行地址和一個列地址，圖像檢測器具有用于選擇行地址的行輸入和用于選擇列地址的列輸入，圖像檢測器通過操作用于根據(jù)入射到象素檢測器上的光產(chǎn)生對于在選擇的行地址和選擇的列地址上的象素檢測器的象素輸出信號，圖像檢測器通過操作用于觀看汽車前方的情況；和圖像檢測器相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其通過操作用于對輸出信號數(shù)字化，并把數(shù)字化的輸出信號傳遞到處理器；以及和圖像檢測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及處理器相連的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)通過操作，用于(a)接收來自處理器的指令，(b)根據(jù)接收的指令確定圖像檢測器窗口的第一子窗口，以及(c)確定相應(yīng)于子窗口中的每個象素的選擇的行地址和選擇的列地址。
34.如權(quán)利要求33所述的成像系統(tǒng)，其中處理器通過串行總線和控制系統(tǒng)通信。
35.如權(quán)利要求34所述的成像系統(tǒng)，其中串行總線可以操作用于從處理器向控制系統(tǒng)發(fā)送新的指令。
36.如權(quán)利要求35所述的成像系統(tǒng)，其中當(dāng)新的指令從處理器向控制系統(tǒng)發(fā)送時(shí)，串行總線還可以操作用于從控制系統(tǒng)向處理器發(fā)送通過處理直接前面的指令而確定的結(jié)果，并且其中處理器可以操作以便使用從控制系統(tǒng)傳遞的結(jié)果作為一個診斷測試點(diǎn)。
37.如權(quán)利要求35所述的成像系統(tǒng)，其中串行總線和可以通過操作從控制系統(tǒng)向處理器傳遞數(shù)字化象素?cái)?shù)據(jù)。
38.如權(quán)利要求34所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)包括用于保持子窗口開始列地址的第一寄存器；用于保持子窗口結(jié)束列地址的第二寄存器；用于保持子窗口開始行地址的第三寄存器；用于保持子窗口結(jié)束行地址的第四寄存器。
39.如權(quán)利要求38所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)還包括用于保持列偏移的第五寄存器；用于保持行偏移的第六寄存器；其中控制系統(tǒng)還可以操作用于使用第一子窗口的位置、列偏移和行偏移確定第二子窗口。
40.如權(quán)利要求39所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)還可以操作用于在單子窗口操作方式和雙子窗口操作方式之間轉(zhuǎn)換。
41.如權(quán)利要求39所述的成像系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)還可通過操作交替地讀出第一子窗口的至少一個象素檢測器的輸出信號，并讀出第二子窗口的至少一個象素的輸出信號。
42.如權(quán)利要求38所述的成像系統(tǒng)，其中每個象素檢測器可以操作用于通過積分入射到象素檢測器上的光產(chǎn)生一個信號，并且其中每行象素檢測器具有復(fù)位信號，用于初始化一個積分間隔，控制系統(tǒng)還包括復(fù)位行計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，復(fù)位行計(jì)數(shù)器周期地遞增；轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，所述轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器周期地遞增；用于根據(jù)復(fù)位行計(jì)數(shù)器值發(fā)出象素檢測器行復(fù)位的信號的邏輯；以及用于根據(jù)轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器值發(fā)出象素檢測器輸出產(chǎn)生的信號的邏輯；借以由轉(zhuǎn)換行計(jì)數(shù)器初始值和復(fù)位行初始值之間的差確定積分間隔。
43.如權(quán)利要求42所述的成像系統(tǒng)，其中訪問在至少一個子窗口內(nèi)的所有行所需的時(shí)間限定一個幀周期，控制系統(tǒng)還包括積分幀周期計(jì)數(shù)器，其被初始化為由所述指令確定的值，借以使積分時(shí)間延長由積分幀周期計(jì)數(shù)器確定的幀周期數(shù)。
44.如權(quán)利要求33所述的成像系統(tǒng)，其中在至少一個子窗口中的所有行的設(shè)置限定一幀，讀幀包括產(chǎn)生幀中每個象素的象素輸出信號，并且其中控制系統(tǒng)還包括幀讀計(jì)數(shù)器，其被初始化為由指令確定的值，控制系統(tǒng)還通過操作根據(jù)幀讀計(jì)數(shù)器的初始化值在結(jié)束指令之前確定要被讀取的幀數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制系統(tǒng)(1,2)用于控制圖像陣列檢測器(3)并通過串行通信接口(6)控制圖像陣列檢測器(3)和微控制器(5)之間的通信?？刂葡到y(tǒng)(1,2)能夠有效地控制圖像陣列檢測器(3)的各個方面,例如開窗口、操作方式、靈敏度以及其它參數(shù),以便減少數(shù)據(jù)輸出量。本發(fā)明的一個重要方面涉及這樣的事實(shí),即,控制電路(1,2)可以相當(dāng)容易地且相當(dāng)高效地以CMOS的形式構(gòu)成,其具有相當(dāng)少的輸出插頭,能夠使控制電路(1,2)容易而有效地和基于CMOS的圖像陣列檢測器(3)甚至和微控制器(5)集成在一起,從而減少元件數(shù)量,因而降低整個系統(tǒng)的成本。
文檔編號H04N5/335GK1270736SQ98809195
公開日2000年10月18日 申請日期1998年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月16日
發(fā)明者J·H·貝赫特爾, J·S·斯塔姆 申請人:金特克斯公司