Captador de visión para la medición de contrastes y método para efectuar tal medición.

Captador de visión numérico que comprende una red de píxeles (10) poseyendo cada uno un fotodetector y destinado a recibir un haz de luz que representa una escena visual,

que comprende:

- un generador de tensión de referencia Vref;

- en cada píxel, unos medios (20) para generar, durante una fase de integración, una tensión Vp proporcional a la iluminación recibida por el píxel;

- en cada píxel, un comparador (30) para determinar el instante en el que la tensión Vp de dicho píxel alcanza la tensión Vref, común a todos los píxeles;

- un generador de reloj (120), que genera un reloj (121);

- un dispositivo de recuento (122) del número de periodos del reloj (121) transcurridos desde el comienzo de la fase de integración, que envía un resultado en forma de código binario (123);

- una palabra de memoria estática RAM (50) por píxel;

- en cada píxel, unos medios (40) que permiten la escritura de dicho código binario (123) presente en dicho instante en dicha memoria;

- unos medios (110, 130) para controlar la terminación (221) de la fase de integración; y

- unos medios (140, 150, 160) de lectura de la información almacenada en la memoria;

caracterizado porque el periodo de dicho reloj (121) aumenta proporcionalmente con el tiempo transcurrido desde el comienzo de la integración.

Captador de visión para la medición de contrastes y método para efectuar tal medición Campo técnico El presente invento se refiere a los captadores de visión realizados en un solo chip. Se refiere, más específicamente, a un captador de visión que, para cada píxel, convierte y memoriza numéricamente una medición de la intensidad luminosa emitida y recibida por el captador, siendo a continuación tal medición utilizada para el cálculo de un elemento invariable de la escena, tal como un valor de contraste con respecto a los píxeles contiguos. El invento se refiere también al método para efectuar esta medición.

Estado de la técnica Tales dispositivos utilizan un concepto que se denomina "Time-to-Vref", que consiste en medir el tiempo que tarda la tensión que resulta de la integración de una fotocorriente en una capacidad para alcanzar un umbral fijado a priori y denominado Vref. Esto permite trabajar con una dinámica muy grande de iluminación. En la mayor parte de las aplicaciones este umbral es el mismo para el conjunto del reproductor de imágenes, pero se puede muy bien imaginar que puede variar de una zona de interés a otra, incluyendo un contador interno al píxel que se detiene cuando se alcanza el umbral o además un contador externo que memorizará más convencionalmente el valor de la comparación entre la tensión del píxel y la tensión de umbral. Un detector emite una señal cuando se alcanza la comparación. La solicitud de patente EP 1.301.028 A1 describe así un captador de imagen en el que cada píxel está unido a un comparador conectado a una palabra de RAM estática que memoriza un código Gray suministrado por un contador único. Otro ejemplo de una técnica "Time-to-Vref" aplicado a un captador de imagen puede ser encontrado en la patente de EEUU US 4.797.562 de Klaus Dietrich, intitulada "Image Recording Sensor".

El cálculo local del contraste, bien se trate de su intensidad o de su orientación había, hasta ahora, sido ejecutado con la ayuda de un multiplicador analógico (P. F. Rüedi y otros: "A 128 x 128 Pixel 120 dB Dynamic-Range Vision-Sensor Chip for Image Contrast and Orientation Extraction", IEEE JSSC, Vol. 38, Nº 12, Diciembre 2003) . En el documento antes citado el cálculo se realiza analógicamente y en una primera aproximación con una precisión independiente del nivel de iluminación de la escena y ello es debido al modo de integración temporal mencionado antes. Tal ventaja constituye un triunfo importante incluso si la resolución del captador es menor.

Otra ventaja se debe al hecho de que la utilización directa del contraste en el tratamiento de las imágenes permite unos resultados equivalentes a los de otros métodos más convencionales con, sin embargo, una menor resolución, pero también con menos cálculos y menos almacenamiento de datos.

Divulgación del invento En el ámbito de los reproductores de imágenes normales el campo dinámico de sensibilidad es uno de los criterios de calidad de funcionamiento más importantes. Puede definirse como la relación entre la luminancia más fuerte y la luminancia más débil que el reproductor de imágenes es capaz de medir y de restituir de manera aceptable.

Un primer objeto del invento es efectuar una toma de imagen con una gran dinámica en la que la reflectancia (u otro parámetro) de un mismo objeto, iluminado con una intensidad luminosa cualquiera, es cuantificada con una resolución que no depende de dicha intensidad luminosa.

La reflectancia es una magnitud que expresa la capacidad de los elementos de una escena de reenviar la luz.

A continuación de la descripción el objeto de análisis será la medición del contraste aunque también se podrían aplicar otros elementos invariables.

De forma más precisa el invento se refiere a un captador de visión numérico que tiene una red de píxeles poseyendo cada uno un fotodetector y destinado a recibir un haz de luz que representa una escena visual. Para facilitar la medición de al menos un elemento invariable de la escena, en el sentido de que no depende de la iluminación de la escena captada, el captador genera un valor que no depende de la iluminación de la escena más que, si acaso, de una constante. El elemento invariable puede entonces ser calculado por el captador o en el exterior del captador por simple sustracción de estos valores. Estos valores pueden ser agrupados antes de su sustracción, teniendo el captador según el invento:

- un generador de tensión de referencia Vref;

- unos medios en cada píxel para generar durante una fase de integración una tensión Vp proporcional a la iluminación recibida por el píxel;

- en cada píxel un comparador para determinar el instante en el cual la tensión Vp de dicho píxel alcanza la tensión Vref, siendo dicha tensión Vref común a todos los píxeles;

- un dispositivo de medición del tiempo pasado desde el comienzo de cada integración;

- unos medios para cuantificar el tiempo medido por dicho dispositivo de medición del tiempo con una separación temporal entre dos valores de tiempo sucesivos, que aumenta proporcionalmente con el tiempo transcurrido desde el comienzo de la integración, constituyendo la variación de dicha separación una compresión logarítmica de la iluminación;

- un dispositivo que permite codificar dichos valores de tiempo sucesivos en un código binario;

- una palabra de memoria estática RAM por píxel;

- en cada píxel, unos medios que permitan la escritura de dicho código en dicho instante en dicha memoria;

- unos medios para controlar la terminación de la fase de integración; y

- unos medios de lectura de la información almacenada en la memoria.

De forma ventajosa, el captador según el invento comprende además un dispositivo que permite codificar dicho valor binario en un código Gray, y dichos medios de lectura efectúan la decodificación de estos códigos Gray en sus valores binarios originales.

Por otra parte, el captador dispone de medios de cálculo del contraste a partir de los valores binarios memorizados.

Se entiende que la iluminación de cada píxel es representativa de la luminancia de la parte de la escena proyectada sobre este píxel, como es el caso en todos los captadores del estado de la técnica. Debido a la naturaleza logarítmica de la medición del tiempo de integración, se obtiene el logaritmo de la luminancia por simple cambio de signo de esta medición.

Cuando la iluminación de una parte de la escena aumenta o disminuye de manera uniforme, por ejemplo cuando una gran nube pasa delante del sol, la zona constituida por los píxeles que representan esta parte de la escena son elementos de la iluminación que apenas varían en una constante. En otros términos, el paso de la nube va a adicionar (o sustraer) el mismo valor en todos los píxeles de esta zona. De esto resulta que el contraste que se obtiene por una sustracción del valor de un píxel de esta zona por otro píxel de la misma zona será el mismo antes y después del paso de la nube. Esto es también cierto si se considera, siempre en la misma zona, la sustracción de grupos de píxeles. Se puede adicionar el valor de los píxeles de un grupo de píxeles y sustraerlo de la suma de los valores de otro grupo de píxeles del mismo tamaño. El resultado será también invariable en la iluminación. En el resto de este documento, cuando se menciona que el valor del contraste no depende de la iluminación, o cuando se menciona que el valor de los píxeles no depende de la iluminación más que en apenas una constante, siempre se entiende que se refiere a las partes de la escena, y por extensión a las zonas de la imagen cuya iluminación ha variado de manera uniforme entre dos tomas de vista, es decir cuya iluminación ha sido multiplicado por un factor constante en una misma zona. Esta última condición no presupone que la iluminación es uniforme en la zona, es únicamente la variación la que debe ser uniforme. Es también posible que esta zona represente la imagen en su totalidad.

El invento utiliza un método que mide el tiempo que emplea la tensión Vp 28 de un píxel 10, resultante de la integración de la fotocorriente Iphd 23 de su fotodiodo 22 sobre una capacidad Cp 25, para alcanzar una tensión de referencia Vref 31. La medición de este tiempo se cuantifica con un periodo variable que aumenta proporcionalmente al tiempo transcurrido desde el comienzo de la integración, de modo que además de la propiedad antes mencionada, la compresión logarítmica implícita de la luminancia permite el cálculo subsiguiente de los datos del contraste, que no depende más que de la reflectancia... [Seguir leyendo]

1. Captador de visión numérico que comprende una red de píxeles (10) poseyendo cada uno un fotodetector y destinado a recibir un haz de luz que representa una escena visual, que comprende:

- un generador de tensión de referencia Vref;

- en cada píxel, unos medios (20) para generar, durante una fase de integración, una tensión Vp proporcional a la iluminación recibida por el píxel;

- en cada píxel, un comparador (30) para determinar el instante en el que la tensión Vp de dicho píxel alcanza la tensión Vref, común a todos los píxeles;

- un generador de reloj (120) , que genera un reloj (121) ;

- un dispositivo de recuento (122) del número de periodos del reloj (121) transcurridos desde el comienzo de la fase de integración, que envía un resultado en forma de código binario (123) ;

- una palabra de memoria estática RAM (50) por píxel;

- en cada píxel, unos medios (40) que permiten la escritura de dicho código binario (123) presente en dicho instante en dicha memoria;

- unos medios (110, 130) para controlar la terminación (221) de la fase de integración; y

- unos medios (140, 150, 160) de lectura de la información almacenada en la memoria;

caracterizado porque el periodo de dicho reloj (121) aumenta proporcionalmente con el tiempo transcurrido desde el comienzo de la integración.

2. Captador de visión según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un dispositivo (124) que permite codificar dicho código binario (123) en un código Gray y porque dichos medios de lectura (160) efectúan la decodificación de dichos códigos Gray en sus valores binarios originales.

3. Captador de visión según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque tiene unos medios (170) de cálculo del contraste a partir de los valores binarios memorizados.

4. Captador de según una de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque los componentes en X y en Y de dicho contraste se calculan por sustracción de los valores binarios memorizados en los contiguos de derecha y de izquierda, respectivamente de arriba y de abajo de dichos píxeles.

5. Captador de visión según la reivindicación 4, caracterizado porque dos componentes de dicho contraste se calculan por sustracción de los valores binarios memorizados en los contiguos dispuestos respectivamente en las dos diagonales de dichos píxeles.

6. Captador de visión según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fase de terminación de la integración (221) que precede a la puesta a cero de los píxeles se efectúa con un reloj de frecuencia fija, en tanto que la tensión de referencia Vref satisface la relación:

ii

ramp

V = 10 KV

ref ref 0

7. Método para la medición del contraste local propio de una escena, que no depende de la iluminación de dicha escena, por medio de un captador de visión que comprende una red de píxeles (10) que posee cada uno un fotodetector, caracterizado porque consiste en:

- determinar el tiempo necesario para permitir en la tensión Vp resultante de la integración de la corriente del fotodetector de cada píxel alcanzar una tensión de referencia Vref común a todos los píxeles;

- generar una señal de reloj cuyos espaciamientos temporales entre dos valores de tiempos sucesivos son proporcionales al tiempo transcurrido desde el comienzo de la integración, y contar el tiempo por medio de dicha señal de reloj, siendo el código binario resultante de dicho recuento proporcional al logaritmo del tiempo transcurrido desde el comienzo de la integración;

- generar un código Gray a partir del código numérico binario que representa dichos valores de tiempo;

- memorizar el código Gray cuando la tensión del píxel alcanza la tensión de referencia;

- en el momento de la lectura de las memorias de los píxeles, convertir los códigos Gray memorizados en magnitudes numéricas binarias; y

- calcular los componentes de dicho contraste local de la escena.

8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque los componentes en X y en Y de dicho contraste se calculan por la diferencia de los códigos binarios de los contiguos de la izquierda y de la derecha, respectivamente de arriba y de abajo, de cada uno de los píxeles.

9. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque dos componentes de dicho contraste se calculan por la diferencia de los códigos binarios de los contiguos dispuestos respectivamente en las dos diagonales de cada uno de los píxeles.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la fase de terminación de la integración que precede a la puesta a cero de los píxeles se efectúa con un reloj de frecuencia fija mientras que la tensión de referencia Vref satisface la relación:

ii

ramp

V = 10 KV

ref ref 0