本發(fā)明屬于集成電路領域，具體地說是一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法。

背景技術：

1、近年來，光電探測類傳感器得到廣泛應用。以單光子雪崩二極管探測器(spad)為基礎，相關的時間延遲積分(tdi)陣列得到開發(fā)，基于spad陣列的tdi芯片在拍攝快速移動物體時具有低功耗高清晰度的優(yōu)勢。以spad器件作為感光單元的像素具有對光敏感、響應快速等優(yōu)點，但其可能出現(xiàn)暗計數(shù)過高或者無響應的問題，從而使該級計數(shù)值過高或過低，即出現(xiàn)壞點。當多級tdi的spad陣列中某一級出現(xiàn)壞點得到錯誤計數(shù)值后，錯誤計數(shù)值便會隨著轉移計數(shù)器在之后的每一級電路中進行轉移，最后陣列輸出錯誤的計數(shù)值。對于級數(shù)較高的時間延遲積分spad陣列，每行的光子計數(shù)值要經(jīng)歷較多的像素，更容易在一行的轉移中遇到壞點。

2、spad像素的屏蔽技術早已有之，通過控制某個spad像素的驅動電路，該像素便會關閉，從而實現(xiàn)屏蔽的效果，但是像素的屏蔽技術雖然能夠實現(xiàn)屏蔽但是卻不能降低spad陣列中某級壞點像素對整級光子計數(shù)值的影響，從而影響了spad陣列的有效性和穩(wěn)定性。

3、將像素的屏蔽技術用于時間延遲積分spad陣列，并輔之以壞點恢復技術，可以有效減少多級spad陣列中壞點對計數(shù)值的影響。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，用以解決現(xiàn)有技術中的缺陷。

2、本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：

3、一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，包括如下步驟：

4、步驟一：對工作在檢測模式下時間延遲積分spad陣列中每個像素在一個曝光周期內(nèi)的計數(shù)值進行檢測；

5、步驟二：依次輸出所有光子的計數(shù)值并依據(jù)計數(shù)值檢測結果判斷當前像素是否為壞點并記錄壞點位置，由壞點位置得到屏蔽矩陣，并依據(jù)屏蔽矩陣通過驅動電路實現(xiàn)對壞點像素的屏蔽；

6、步驟三：當spad陣列工作于tdi模式時最后一級像素完成曝光后輸出光子計數(shù)值，依據(jù)該計數(shù)值所在屏蔽矩陣行中屏蔽像素數(shù)完成計數(shù)值恢復。

7、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的時間延遲積分spad陣列工作于檢測模式，此時陣列所有像素在一個曝光周期內(nèi)進行曝光記錄光子數(shù)，隨后所有像素關斷并將計數(shù)值一級一級向后傳遞直至全部傳出，全部傳出的計數(shù)值送至檢測計算機進行壞點判斷，若判斷為壞點則進行記錄，得到屏蔽矩陣。

8、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的時間延遲積分spad陣列中每個像素均有獨立開關控制單元，由行列總線依據(jù)屏蔽矩陣進行選擇，可以在任何位置實現(xiàn)可配置關斷操作從而完成屏蔽，當時間延遲積分spad陣列工作于tdi模式下時屏蔽的像素會在轉移信號的驅動下將上一級像素的計數(shù)值轉移給下一級像素。

9、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的開關控制單元包括邏輯門和d觸發(fā)器，開關控制單元的輸入信號由開啟像素的行列總線與關斷的行列總線以及陣列開關組成；在陣列開關打開的狀態(tài)下，所有像素在開啟行列總線的選擇下依次進入工作模式，當檢測計算機完成判斷得到屏蔽矩陣后屏蔽行列總線依據(jù)屏蔽矩陣選中像素進行關閉

10、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的時間延遲積分spad陣列屬于多級tdi陣列。

11、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，通過檢測每級tdi陣列中每個像素的計數(shù)值來判斷該級像素是否損壞，根據(jù)判斷的結果生成屏蔽矩陣，并根據(jù)屏蔽矩陣對損壞像素通過控制電路進行關斷屏蔽，關斷的像素中轉移計數(shù)器會將上一級的光子計數(shù)值直接轉給下一級，同時統(tǒng)計屏蔽矩陣中每行的屏蔽像素個數(shù)，最終在每行最后一級電路的光子輸出值上依據(jù)屏蔽矩陣中該行屏蔽像素個數(shù)進行補償處理，得到正常的光子計數(shù)值。

12、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的tdi陣列包含m×l列像素，包括m×1輸出列像素和(l-1)個m×1前級列像素，對tdi陣列中m×l個像素進行檢測，該檢測可以通過檢測計算機實現(xiàn)。

13、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的檢測計算機讀出所有像素在一個曝光周期內(nèi)的光子計數(shù)值后由檢測計算機判斷每個像素的計數(shù)值是否過高或過低，并得出屏蔽矩陣。

14、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的屏蔽矩陣的大小為m×l，元素為1或0；若計數(shù)值正常則該像素正常，標記位置為1；若計數(shù)值過高或過低則判斷為出現(xiàn)壞點，標記位置為0；若第x行第y列出現(xiàn)壞點(x<＝m,y<＝l)，則將屏蔽矩陣中(x，y)位置的值改為0；檢測計算機完成所有的像素判斷后得到屏蔽矩陣。

15、如上所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，所述的在完成檢測模式并根據(jù)屏蔽矩陣對像素進行屏蔽處理后該時間延遲積分spad陣列便可工作在tdi模式正常使用，此時設第x行最后一級電路在完成曝光后輸出光子計數(shù)值q，對q進行恢復處理便可得到正確的計數(shù)值，從而減小壞點對結果的影響；所述的光子計數(shù)值q共經(jīng)過m級像素，設其中有n個像素進行了計數(shù)值屏蔽，此時該spad陣列所對應的屏蔽矩陣中第x行共有n個元素0和(m-n)個元素1，所輸出的光子計數(shù)值q是(m-n)個曝光周期內(nèi)得到的光子計數(shù)值結果；由檢測計算機依據(jù)光子計數(shù)值q與屏蔽矩陣該行中元素0的個數(shù)n進行數(shù)學計算，qr＝q/(m-n)*m，qr即為像素陣列經(jīng)過屏蔽修復后得到的光子計數(shù)值。

16、本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明基于已有的spad像素壞點屏蔽技術，將該技術與時間延遲積分spad陣列相結合，通過屏蔽技術與恢復技術的共用有效降低了spad陣列中某級壞點像素對整級光子計數(shù)值的影響，極大地提高了spad陣列的有效性和穩(wěn)定性，使其可以應用于更多環(huán)境復雜的場景。

技術特征：

1.一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的時間延遲積分spad陣列工作于檢測模式，此時陣列所有像素在一個曝光周期內(nèi)進行曝光記錄光子數(shù)，隨后所有像素關斷并將計數(shù)值一級一級向后傳遞直至全部傳出，全部傳出的計數(shù)值送至檢測計算機進行壞點判斷，若判斷為壞點則進行記錄，得到屏蔽矩陣。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的時間延遲積分spad陣列中每個像素均有獨立開關控制單元，由行列總線依據(jù)屏蔽矩陣進行選擇，可以在任何位置實現(xiàn)可配置關斷操作從而完成屏蔽，當時間延遲積分spad陣列工作于tdi模式下時屏蔽的像素會在轉移信號的驅動下將上一級像素的計數(shù)值轉移給下一級像素。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的開關控制單元包括邏輯門和d觸發(fā)器，開關控制單元的輸入信號由開啟像素的行列總線與關斷的行列總線以及陣列開關組成；在陣列開關打開的狀態(tài)下，所有像素在開啟行列總線的選擇下依次進入工作模式，當檢測計算機完成判斷得到屏蔽矩陣后屏蔽行列總線依據(jù)屏蔽矩陣選中像素進行關閉。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的時間延遲積分spad陣列屬于多級tdi陣列。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：通過檢測每級tdi陣列中每個像素的計數(shù)值來判斷該級像素是否損壞，根據(jù)判斷的結果生成屏蔽矩陣，并根據(jù)屏蔽矩陣對損壞像素通過控制電路進行關斷屏蔽，關斷的像素中轉移計數(shù)器會將上一級的光子計數(shù)值直接轉給下一級，同時統(tǒng)計屏蔽矩陣中每行的屏蔽像素個數(shù)，最終在每行最后一級電路的光子輸出值上依據(jù)屏蔽矩陣中該行屏蔽像素個數(shù)進行補償處理，得到正常的光子計數(shù)值。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的tdi陣列包含m×l列像素，包括m×1輸出列像素和(l-1)個m×1前級列像素，對tdi陣列中m×l個像素進行檢測，該檢測可以通過檢測計算機實現(xiàn)。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的檢測計算機讀出所有像素在一個曝光周期內(nèi)的光子計數(shù)值后由檢測計算機判斷每個像素的計數(shù)值是否過高或過低，并得出屏蔽矩陣。

9.根據(jù)權利要求8所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的屏蔽矩陣的大小為m×l，元素為1或0；若計數(shù)值正常則該像素正常，標記位置為1；若計數(shù)值過高或過低則判斷為出現(xiàn)壞點，標記位置為0；若第x行第y列出現(xiàn)壞點(x<＝m,y<＝l)，則將屏蔽矩陣中(x，y)位置的值改為0；檢測計算機完成所有的像素判斷后得到屏蔽矩陣。

10.根據(jù)權利要求9所述的一種時間延遲積分spad陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，其特征在于：所述的在完成檢測模式并根據(jù)屏蔽矩陣對像素進行屏蔽處理后該時間延遲積分spad陣列便可工作在tdi模式正常使用，此時設第x行最后一級電路在完成曝光后輸出光子計數(shù)值q，對q進行恢復處理便可得到正確的計數(shù)值，從而減小壞點對結果的影響；所述的光子計數(shù)值q共經(jīng)過m級像素，設其中有n個像素進行了計數(shù)值屏蔽，此時該spad陣列所對應的屏蔽矩陣中第x行共有n個元素0和(m-n)個元素1，所輸出的光子計數(shù)值q是(m-n)個曝光周期內(nèi)得到的光子計數(shù)值結果；由檢測計算機依據(jù)光子計數(shù)值q與屏蔽矩陣該行中元素0的個數(shù)n進行數(shù)學計算，qr＝q/(m-n)*m，qr即為像素陣列經(jīng)過屏蔽修復后得到的光子計數(shù)值。

技術總結
一種時間延遲積分SPAD陣列的壞點檢測、屏蔽與恢復方法，包括如下步驟：步驟一：對工作在檢測模式下時間延遲積分SPAD陣列中每個像素在一個曝光周期內(nèi)的計數(shù)值進行檢測；步驟二：依次輸出所有光子的計數(shù)值并依據(jù)計數(shù)值檢測結果判斷當前像素是否為壞點并記錄壞點位置，由壞點位置得到屏蔽矩陣，并依據(jù)屏蔽矩陣實現(xiàn)對壞點像素的屏蔽；步驟三：當SPAD陣列工作于TDI模式時最后一級像素完成曝光后輸出光子計數(shù)值，依據(jù)該計數(shù)值所在屏蔽矩陣行中屏蔽像素數(shù)完成計數(shù)值恢復。本發(fā)明將SPAD像素壞點屏蔽技術與時間延遲積分SPAD陣列相結合，通過屏蔽技術與恢復技術的共用有效降低了SPAD陣列中某級壞點像素對整級光子計數(shù)值的影響，極大地提高了SPAD陣列的有效性和穩(wěn)定性。

技術研發(fā)人員：毛成,李家昌,孔祥順,閆鋒
受保護的技術使用者：南京大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9