CN109039457A - 使用可见光通信的车辆通信 - Google Patents

Abstract

装置具有像素阵列布置，像素阵列布置具有多个光敏检测器。处理电路被配置为对由阵列的至少一个像素捕获的数据进行处理，以提供图像信息并且检测编码脉冲光信号上的数据。在特定实施例中，在车辆处捕获数据。基于编码脉冲光信号来确定车辆的信息。

Description

使用可见光通信的车辆通信

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月12日提交的欧洲专利申请号17175551.5的优先权，该申请通过引用并入本文。

技术领域

一些实施例涉及装置和方法，并且具体但不排他地涉及使用可见光通信的装置和方法。

背景技术

越来越多的汽车和其他车辆具有越来越多的驾驶员辅助特征，从而最终发展到自动驾驶车辆。这可以为车辆乘客、行人和骑自行车的人员提供更高的安全性。

发明内容

根据一个方面，提供了包括具有多个光敏检测器的像素阵列布置的装置。处理电路被配置为对由阵列的至少一个像素捕获的数据进行处理，以提供图像信息并且检测编码脉冲光信号上的数据。

像素阵列布置可以包括被配置为向处理电路提供图像数据的第一部分以及被配置为检测编码脉冲光信号的第二部分。

装置可以被配置为捕获针对n个帧的图像数据以及针对m个帧的编码脉冲光信号，其中n和m是整数。

处理电路可以被配置为确定何时存在脉冲编码光信号以及何时存在脉冲编码光信号来使得m的值增加。

像素布置可以被配置为捕获在不同时间向编码脉冲光信号上的数据提供图像信息的数据。

处理电路可以被配置为使用图像信息来定位编码脉冲光信号的源的位置。

与像素阵列布置中的相应像素相关联的定时控制相应像素是否被配置为检测图像数据或编码光脉冲上的数据。

处理电路可以被配置为向汽车驱动系统提供输出。

编码光脉冲上的每个数据值可以由多个比特值表示。

可以使用曼彻斯特编码来将数据编码在脉冲光信号上。

至少一个像素可以包括多个光电检测器，一个光电检测器用于多个比特值中的每一个。

至少一个像素可以包括被控制为检测多个比特值中的每一个的一个光电检测器。

脉冲光信号可以处于使得光信号的脉冲不被人眼检测的频率。

根据另一方面，提供了包括如上所述的装置的汽车驱动系统。

根据另一方面，方法包括对由具有多个光敏检测器的像素阵列布置的至少一个像素捕获的数据进行处理，以提供图像信息并且检测编码脉冲光信号上的数据。

方法可以包括使用像素阵列布置的第一部分来提供图像数据并且使用像素阵列布置的第二部分来检测编码脉冲光信号。

方法可以包括捕获针对n个帧的图像数据以及针对m个帧的编码脉冲光信号，其中n和m是整数。

方法可以包括确定何时存在脉冲编码光信号以及何时存在脉冲编码光信号来使得m的值增加。

方法可以包括捕获在不同时间向编码脉冲光信号上的数据提供图像信息的数据。

方法可以包括使用图像信息来定位编码脉冲光信号的源的位置。

方法可以包括控制与像素阵列布置中的相应像素相关联的定时，使得相应像素被配置为检测图像数据或编码光脉冲上的数据。

方法可以包括向汽车驱动系统提供输出。

可以使用曼彻斯特编码将数据编码在脉冲光信号上。

脉冲光信号可以处于使得光信号的脉冲不被人眼检测的频率。

附图说明

现在将仅以示例的方式并参考附图来描述一些实施例，在附图中：

图1示出了第一接收器/发射器系统的示意图；

图2示出了第二接收器/发射器系统的示意图；

图3示出了第一接收器；

图4示出了针对第一接收器的时序图；

图5示出了第二接收器；

图6示出了针对第二接收器的时序图；以及

图7示出了第三接收器。

具体实施方式

一些实施例可以提供车辆之间和/或路标与车辆之间的通信路径。

车辆之间的通信可以能够例如减少拥堵和/或改善安全性。车辆可以能够靠近在一起行进并且进行通信，使得如果前方车辆需要制动，则制动时间和/或减速速率可以从后方车辆前方的车辆传送，使得它们通常都可以同时进行制动和减速。

相反，可以传送加速信息，使得车辆通常可以同时加速。

一些实施例可以在静止物体(例如，交通灯、速度限制标志、拥堵警告标志等)和车辆之间提供可靠的通信路径。

这可以允许对交通进行动态控制，例如，减小拥堵的变速限制或在道路工程或事故情况下的临时较低速度。

由车辆或静止物体接收和/或发射的通信可以用于提供控制功能和/或用于提供信息。

众所周知的固定标志已被使用了几十年。很长时间段内通常不改变标志。已提出了使得成像系统能够捕获标志的图像来确定其内容(例如，速度限制或警告)的一些系统。然而，这些成像系统可能不可靠，例如，在困难的照明情况和恶劣的天气条件下标志部分模糊。这可能导致例如OCR(光学字符识别)的故障。

射频通信(例如，10MHz至10GHz之间)可用于在车辆之间或静止物体与车辆之间传送信息。然而，无线电波很拥堵，并且许多频带已分配给许多不同的应用，因此只有窄带宽可用。利用该窄带宽，可能很难避免许多不同发射器之间的冲突。一个选择可以是通过使用窄波束进行通信来提高频谱使用效率。然而，这可能需要相对较大的定向天线(可能不是空气动力学的)。

因此，一些实施例可以在车辆之间或路标与车辆之间提供通信路径，其解决一个或多个先前讨论的问题。

现在许多交通照明源基于LED(发光二极管)。例如，交通灯、路标、街道照明、车辆制动灯、车辆前照灯等中的一个或多个可以使用LED、激光器(例如，垂直腔表面发射激光器(VSCEL、有机LED(OLED))、荧光体或任何其他合适的光源。在一些实施例中，这些LED或其他光源被配置为以对人类不可见的速率脉冲，但将有用的信息携带到信息接收器，信息接收器可以是车辆或标志等。在一些实施例中，标志中的LED可以被配置为经由LED的脉冲来传送信息。备选地或附加地，车辆灯可以脉冲来传送信息。车辆灯可以包括前照灯、后灯、制动灯等中的一个或多个。

应理解，提供检测器来检测在这些脉冲上编码的信息。

参考示意性地示出了第一实施例的图1。在图1中，提供了发射部分810并且示出了对应的接收部分812。在图1的示例的上下文中，可以在不同的实体上提供发射部分和接收部分。然而，实际上，给定实体可以具有发射器和接收器。实体可以例如是车辆。车辆可以具有接收器和发射器。实体可以是路标、交通灯、街道照明等。应理解，在实体是路标等的情况下，实体可以仅具有发射器。其他实体可以仅具有接收器。

发射部分810具有提供待发射的数据的数据源800。可以由至少一个数据存储装置和/或至少一个处理器来提供数据源。

数据源810被布置为使得将数据输出到编码器802。可以使用任何合适的编码方案。在一些实施例中，使用有助于恢复载波频率并且不具有任何DC内容的方案来对数据进行编码。例如，编码方案可以是“曼彻斯特编码”、八到十四编码或任何其他合适的方案。由编码器802将经编码的数据提供给调制器804，来将其调制到载波上。可以使用任何合适的调制方案，诸如，相移键控、开关键控、ODFM(正交频分复用)等。

向缓冲器808提供调制器的输出。缓冲器向LED组806提供输出。因此，LED由调制器的输出进行控制，以提供用于传送数据的脉冲输出。LED脉冲的速率使得脉冲对人眼不可见。

现在参考接收部分812。接收部分具有光检测器815。在一些实施例中，光检测器可以是光电二极管。光检测器可以包括诸如稍后描述的像素布置。

由光电二极管或像素布置的一个或多个像素提供的信号被提供给将信号放大的放大器814。经放大的信号被提供给解调器816，解调器816解调信号。解调信号被提供给解码器，解码器解码解调信号，从而确定在输出820中提供的所发射的数据。解调器和解码器因此产生用于对被编码的数据和数据流进行调制的载波。也可以提供处理器821。可以由处理器提供和/或控制解调和解码功能中的一个或多个。处理器可以被配置为控制像素布置。可以由一个或多个处理器来提供处理器。

可以在全部发射相同数据的街道灯、照明标志(例如，“停止”)或照明源矩阵(例如，驾驶员信息机架)中提供发射部分。

所发射的数据可以是任何合适的数据，诸如，当前的速度限制、前方的天气信息(例如，前方有雾)、前方的交通状况(交通堵塞、行驶缓慢)或其他信息。

发射部分可以在车辆的系统中。该发射部分可以发射任何合适的信息(诸如，车辆的实际速度、车辆执行的加速度(正或负(制动))的量、以及加速将在何时发生(现在、100ms之后等)、车辆移动进入哪个车道、车辆是否停留在该车道上、车辆的目的地、车辆是否处于自动驾驶、辅助驾驶或全手动模式和/或可能对相邻车辆有用的其他信息中的一个或多个)。

参考图2，其示出了在交通灯中提供的发射器部分，交通灯具有红色LED组806a、黄色LED组806b以及绿色LED组896c。为每个LED组提供相应的缓冲器808a、808b和808c。在该示例中，LED组中的每一个被配置为在同时导通的情况下携带相同的数据。因此，在该示例中，对于所有交通灯都有相同的数据流。因此，数据源、编码器802和调制器804均如关于图1所述。在这种情况下，将调制器的输出提供给相应缓冲器808a-808c中的每一个。由LED组中给定时间导通的任一个LED来发射数据。由于在该实施例中存在单个数据流，所以接收器部分812如关于图1所述。

接收器部分可以包括任何合适的检测器。例如，接收器部分可以包括也称为锁相放大器的同步检测器。在一些实施例中使用的这样的可见光通信方案可能存在一个或多个约束。例如，在一些实施例中可以提供以下约束中的一个或多个：

(a)不应干扰正常照明(例如，致动灯、交通灯等)。

(b)眼睛不应感知到光源中的闪烁。因此脉冲频率需要相对较高。

(c)系统应稳定，并在宽范围的环境光水平下工作。环境光的存在可以降低传感器的可用动态范围，并且可以降低可用于检测归因于通信信令的变化的电压摆动。这可以导致信息信道的带宽减小。

一些实施例可能更难以对各种环境照明水平做出响应和/或增加数据带宽。

一些实施例可以利用通信系统中的空间维度。例如，系统可以采用多个分离的数据发射器和多个分离的数据接收器。以这种方式，可以增加数据速率。光学通信可适用于该方法，因为实际上可以将成像光学系统置于检测器前方来获得合适的空间分辨率。与等效的RF技术相比，这些透镜的成本相对较低并且体积相对较小。

在一些实施例中，使用多个像素。例如，在一些实施例中，可以使用像素阵列。在一些实施例中，像素阵列可以相对较大，例如，具有数百或数千或数百万像素的数量级。

在一些实施例中，可以使用具有合适的像素阵列的相机。在一些实施例中，相机可以用作数据接收器。在一些实施例中，相机可以被布置为还作为“相机”来执行，以监测场景。在一些实施例中，相机捕获图像，然后处理该图像来标识编码数据源的位置。这可以用于确定可以关断阵列中的哪一个或哪一些像素或将阵列中的哪一个或哪一些像素放入低功率模式。

图3示出了使用多个像素的传感器的示意图。为了清楚起见，该图中仅示出单个像素。

图3的像素布置包括第一光电二极管PDA和第二光电二极管PDB。第一光电二极管PDA被布置为向第一感测节点SN1提供输出。提供第一源极跟随器晶体管M1A、第一复位晶体管M2A以及第一读取晶体管M3A。这些晶体管用于将第一光电二极管复位、暴露并随后从第一光电二极管读取数据。复位晶体管M2A由第一复位信号RSTA控制，并且第一读取晶体管M3A由读取信号READ控制。第一源极跟随器晶体管M1A的栅极连接到第一感测节点SN1。

更详细地，第一复位晶体管M2A在其栅极处接收第一复位信号RSTA，其漏极连接到电压VRT，并且其源极连接到感测节点SN。第一源极跟随器晶体管M1A的漏极连接到电源电压VDD，并且其源极连接到第一读取晶体管M3A的漏极。读取信号READ被耦合到第一读取晶体管M3A的栅极。读取晶体管M3A的源极提供输出电压VX0。

存在第一采样和保持电容CPDA。这可以是电容组件和/或固有电容。

类似地，第二光电二极管PDB被布置为向第二感测节点SN2提供输出。提供第二源极跟随器晶体管M1B、第二复位晶体管M2B和第二读取晶体管M3B。这些晶体管被类似地连接为与第一光电二极管相关联的对应晶体管。然而应理解，第二复位晶体管M2B在其栅极处接收第二复位信号RSTB，并且读取晶体管M3B的源极提供输出电压VX1。

存在第二采样和保持电容CPDB。这可以是电容组件和/或固有电容。

第一和/或第二电容可以是分离的组件或者可以是光电二极管的固有电容。

在曼彻斯特编码中，零比特由低电平时段、然后是高电平时段表示，并且1比特由高电平时段、然后是低电平时段表示(反之亦然)。每个时钟周期可以提供1比特。因此，图3的像素被布置为使得第一光电二极管PDA捕获曼彻斯特码的一个值(例如，码的第一值)并且第二光电二极管PDB被布置为捕获曼彻斯特码的其他值(例如，码的第二值)。

向第一比较器844提供来自线VXO(来自第一光电二极管PDA)的输出以及参考电压值VREF。向第二比较器846提供线VX1的输出以及参考电压值VREF。向锁存器842提供第一比较器844的输出COMPA和第二比较器846的输出COMPB。来第一比较器842的输出COMPA被提供到锁存器842的置位输入并且来自第二比较器的输出COMPB被提供到锁存器的复位输入提供。向D型触发器的D输入端提供锁存器的Q输出。接收时钟RXCLK为CLK输入提供输入。触发器的补充输出提供所接收的数据。

参考图4，示出了与图3的布置相关联的定时，并且举例说明了一些实施例的方法。

时序图的第一行示出了正在发射的数据TXDATA。在该示例中，所发射的数据是1010011。

时序图的第二行示出了与所发射的数据相关联的时钟。每个时钟信号发射一个比特。

时序图的第三行示出了发射LED的电流ILED。高电平是使得LED产生光子的到达LED的相对大的电流量，而低电平是使得LED停止产生光的相对低的电流量。如果数据比特为1，则在时钟周期内电流变为高电平然后变为低电平。如果数据比特为0，则在时钟周期内电流变为低电平然后变为高电平。这是用于曼彻斯特编码的示例版本。当然，在其他实施例中编码可能是另一方式。使用透镜可以将LED成像到传感器上。因此，可以独立驱动多个LED并且由阵列上的单独像素接收独立数据。

时序图的第四行示出了针对第一光电二极管PDA的复位信号RSTA。

时序图的第五行示出了针对第二光电二极管PDB的复位信号RSTB。

使用非重叠的时钟脉冲(由定时发生器电路850生成)来将两个光电检测器复位。定时发生器使用所接收的数据和锁相环PLL 852来生成与发射器中使用的时钟同相的复位脉冲。由于RSTA和RSTB反相，两个光电检测器在不同的时间收集电荷。RSTA与发射时钟相反，并且RSTB与发射时钟相同。

时序图的第六行示出了第一光电二极管VPDA的电压。

时序图的第七行示出了第二光电二极管VPDB的电压。

从VPDA和VPDB信号可以看出，如果当RSTA有效(高电平)时，LED有效，则光电二极管PDA将被复位(并且不收集光生(photo-generated)电荷)，并且当RSTB无效(低电平)时，如果ILED高时，光电二极管PDB将不被复位，并将收集光生电荷。该光生电荷会导致光电二极管上的电压衰减。同样，如果当RSTA无效时LED有效，则第一光电二极管PDA将采集光生电荷。RSTB有效并且第二光电二极管将被复位。

时序图的第八行示出了读取信号。读取信号为高电平，实现读取由光电二极管提供的数据。

时序图的第九行示出了第一比较器844的输出COMPA。

时序图的第十行示出了第二比较器846的输出COMPB。

时序图的第十一行示出了锁存器的输出RSO。

时序图的第十二行示出了由触发器输出的接收数据RXDATA。

考虑正在发射1的情况。对于时钟周期的第一部分，RSTA为高电平，因此第一光电二极管无效，并且RSTB为低电平，因此读取第二光电二极管。LED将在时钟周期的第一部分发射，因此VX1上的低电压将低于参考电压VREF提供的阈值。这意味着第二比较器COMPB的输出将变为有效。在时钟周期的下一部分，RSTA为低电平，并且RSTB为有效，因此如果发射LED正在发射，则光电二极管PDA将收集光生电荷。然而，对于1，成像到该光收集器上的发射LED在时钟周期的第二部分内不发射光。因此，第一光电二极管PDA上的电压将不会衰减很多(存在一些暗电流，因此在第一光电二极管PDA上只存在小的增量V)。VXo上的电压将保持超过由参考电压提供的阈值，因此COMPA将保持低电平。

当COMPB已启动时，RS锁存器输出RSO将为低电平并且因此该低电平信号将由D型触发器843计时，并且补充输出Qbar将为高电平。这表示发射器发送了“比特1”信号。

考虑发射0的情况。对于时钟周期的第一部分，RSTA为高电平，因此第一光电二极管无效，并且RSTB为低电平，因此读取第二光电二极管。LED在时钟周期的第一部分内不发射，因此VX1上的电压不低于由参考电压VREF提供的阈值。这意味着第二比较器COMPB的输出不会变为有效。在时钟周期的下一部分期间，RSTA为低电平，并且RSTB为有效，所以光电二极管PDA将在发射LED发射时收集光生电荷。VXo上的电压将低于由参考电压提供的阈值，并且因此COMPA变为有效或高电平。当COMPA已启动时，RS锁存器输出RSO将为高电平，因此该高电平信号将由D型触发器843计时，并且补充输出Qbar将为低电平。这表示发射器发送了“比特0”信号。

图3的布置被布置为使得在单个积分时段内收集决定数据的逻辑电平所需的所有电荷，如当相应的RST脉冲变为有效时，相应的光电二极管将被充电到VRT，并且将丢失光电二极管中的任何电荷(或更准确地，电荷变化)。这在某些情况下可能是有利的。

然而在其他情况下，这可能不太有利。由于准确读数需要相对大量的电子(例如，1k至10k)，这意味着来自发射LED的大量的光或长积分周期。在某些情况下，光的量是固定的，并且具有长的积分周期意味着时钟速率较低。低时钟速率可以导致LED闪烁。在这方面，参考图5，示出了根据另一实施例的另一像素。在图5的布置中，与图3的两个光电二极管像素布置相比，存在单个光电二极管。单个光电二极管PD向三个传输门M5、M6和M7提供输出。第一传输门M7由信号TG2控制，第二传输门M6由信号TG1控制，第三传输门M5由信号TGAB控制。提供源极跟随器晶体管M1、复位晶体管M2和读取晶体管M10。这些晶体管用于将光电二极管复位、暴露并随后从光电二极管读取数据。复位晶体管M2由复位信号RESET控制，并且读取晶体管M10由读取信号READ控制。源极跟随器晶体管M1的栅极连接至感测节点SN。

更详细地，复位晶体管M2在其栅极处接收复位信号RESET，其漏极连接到电压VRTRST，并且其源极连接到感测节点SN。源极跟随器晶体管M1的漏极连接到源极跟随器电源电压VRTRST，并且其源极连接到读取晶体管M10的漏极。读取信号READ被耦合到读取晶体管M10的栅极。读取晶体管M10的源极提供输出电压Vx。第一传输门晶体管和第二传输门晶体管的漏极连接到相应晶体管M9和M10的源极。三个传输门中的每一个的源极连接到光电二极管PD。具体地，晶体管M9由栅极信号SW2控制，晶体管M8由栅极信号SW2控制。晶体管M8和M9的每一个的漏极连接到源极节点SN。

第三传输门晶体管M5的漏极连接到电压VRTRST。

提供了第一采样和保持电容器C1以及第二采样和保持电容器C2。这些可能是电容组件和/或固有电容。

如果不期望像素对光敏感(例如，自动曝光控制的一部分)，则TGAB(抗光晕)信号为高电平，使得第三传输门晶体管M5将光电二极管直接连接到抗光晕导体VRTRST，并且将任何不需要的光生电荷传递到该导体。将TGAB保持在中间电平(接地和VRTRST之间)(二极管饱和电位+晶体管M5阈值电压)，使得如果“极端”光落在像素上并且二极管处于或接近饱和，则M5开始导通，并且然后将另外的光生电荷“倒入”VRTRST中而不是像素和/或相邻像素中。

在正常操作期间，通过使得信号RESET、SW1、SW2、TG1和TG2为高电平来将光电二极管复位。然后使得信号TG1和TG1为低电平，将采样/保持电容器C1、C2复位，并且然后使得信号SW1、SW2为低电平，继而复位。

光电二极管在TA1的时段内对电荷积分，并且通过将信号TG1脉冲为高电平来将电荷传递至第二S/H电容器C1。光电二极管在TB1的时段内对电荷积分，然后通过将TG2脉冲为高电平来将该电荷传递至第一S/H电容器C2。

TG1和TG2的脉冲将与发射数据同步，因此根据所发射的数据(“0”或“1”)，C1上的电荷相对于C2上的电荷存在差。TG1和TG2的该积分和脉冲可以重复若干次，以增加针对每个相位的总积分时间。与图3的布置相比，该技术允许在每个比特周期对信号数据进行多次采样。这允许在没有被人类观察者感知的闪烁的情况下，发射/接收低数据速率信号。

参考图6，示出了针对图5的电路的时序图。这以示例的方式说明了图5的实施例的方法。在该图中，LED脉冲频率高于数据发射频率。这实现了低数据速率(用于更好的SNR信噪比)，但仍具有较高的照明脉冲频率来避免其对观察者闪烁。注意，线“QPD”表示存储在引脚固定的(pinned)光电二极管中的光生电荷。

基本图案是相同比特的多个LED脉冲，随后是读取来自阵列的每个像素的信号以及经解码的数据的时段。ILED是通过LED的电流。LEDCLK是用于控制LED何时导通或关断的时钟信号。LED当然在发射侧，而发光二极管在接收器侧。

时段(a)-这是将图6所示的数据之前发射的数据读取和复位的阶段。这里未示出读取部分(将在后面关于时段“(f)”对其进行描述)。该时段的复位部分将RESET线初始看作有效高电平，同时信号SW1、TG1、SW2和TG2可以与复位线RESET同时处于有效高电平。这使得将光电二极管PD复位，并且将采样和保持存储元件C1和C2复位。

时段(b)是单个比特(每个发射元件)的发射。在存在多个发射元件的一些实施例中，不同的发射器可以发射不同的信息比特。在图6所示的示例中，在该时段开始时，待发射的数据是“1”。

时段(c)是单个LEDCLK周期。

时段(d)是第一LEDCLK周期的第一阶段，并且在该示例中，调制方案使其编码为在LEDCLK周期的前半部分使得LED导通、并且在LEDCLK周期的后半部分使得LED关断。在该阶段开始时，TG2脉冲并且光电二极管中的任何残余电荷被转移到存储元件C2。由于LED在该阶段导通，其光子在光电二极管中产生电荷，所以QPD增加。任何环境光子也会在光电二极管中创建电荷。

时段(e)是第一LEDCLK周期的第二阶段，并且LED关断。在接收器处，只有环境光撞击在像素上，所以所生成的电荷量少得多，即，QPD增加得慢得多。在该阶段开始时，TG1脉冲并且在先前(即，“(d)”)阶段期间收集的电荷被传递到存储元件C1上。当LED在“(d)”期间导通时，在光电二极管中收集大数目(例如，100-10,000)电子，并且因此该电荷将使得存储元件上的电压下降。如果存储元件为20fF并且已收集了2000个电子，则电压V1将下降1.6mV(2000*1.6E-16/20E-15)。然而，LED在时段“(e)”期间关断，所以收集的光电荷很少-仅仅是来自环境光的光电荷。

将该操作重复若干次。在该示例中，感测四个完整的LED脉冲。从图6中可以看出，根据环境光，电压V1在每个LEDCLK周期内减少了“大”的量(在该示例中为16mV)，而电压V2减少了非常小的量。

时段(f)是复位及读取时段。

通常，光源仍然产生LED脉冲。尽管这些光子被二极管收集，但它们并未被使用-光电二极管在下一数据阶段(g)开始之前被复位。在时段(f)期间读取整个传感器阵列。

根据传感器的读取速度，可能需要若干LEDCLK时段来读取整个传感器，但是该示例假设可以在一个LEDCLK时段内读取整个阵列。

当传感器准备好从该行像素中读取信号时，针对该行的READ将变为有效(高电平)，并且不久之后SW信号中的一个(在该示例中为SW1，但可以改为SW2)变为高电平，并且使用像素的源极跟随器晶体管M1和读取开关M10从像素输出对应存储元件上的电压。该电压将出现在针对该列的比特线导体“VX”上。SW1将变为低电平，然后SW2变为高电平，因此来自另一存储元件(C2)的电压将输出到VX上。

在该示例中，当LED在电荷被转移到C1上的时间段期间导通时，SW1有效时VX上的输出电压将低于SW2有效时的电压。这可以用于确定正在发射逻辑“1”。针对该行像素的READ线被禁用。

在读取该行像素之后，针对传感器的其他行重复该序列，其中后续行的READ、SW1和SW2线脉冲。图6示出了该列上的像素，但后续行中的像素输出“0”。

在该时段的该读取部分结束时，由于信号RESET、SW1、TG1、SW2、TG2全部为高电平，所以光电二极管和存储元件被复位。

时段(g)是下一单个比特信息的发射。在该时段开始时，待发射的数据是“0”。

时段(h)类似于“(c)”并且“(j)”对应于“(d)”，但由于待发射的数据是“0”，所以LED在时段(j)内为低电平并且在时段(k)内为高电平。

传感器的操作类似于先前的比特时段，但是现在由于LED脉冲的阶段不同，因此在不同的时段期间收集光电荷，并且因此C2上的电压以远远高于C1的速率衰减。

时段(m)是读取时段，并且由于C2衰减得比C1快，C1是更高的电压，所以当它被读取到VX线上时，与SW2有效的时段相比，VX在SW1有效的时段期间较高。

传感器的所有行都可以被读取。在一些实施例中，在先前的图像中，系统已确定图像的哪些部分包含闪烁和传送数据的像素，因此只需要读取该“感兴趣区域”。通过减少读取的行数，可以减小时间段，从而减少来自发射器的所浪费的光子的数目。未使用的像素可以具有高的TGAB。

图5中所示的像素可以提供检测调制光源上的数据的有效方式。

参考图7，示出了可适用于向基于人或基于机器视觉的驱动系统提供图像的像素。这修改了图5的像素，使得附加提供了4T成像像素以及斩波(chopping)像素。斩波像素部分如前所述进行操作来检测任何脉冲光源。

在一些实施例中，该像素可用于检测来自LED(或其他)脉冲照明的闪烁，并使用信息(空间和时间信息)而将信息传送到汽车驱动系统。

在一些实施例中，可以在单独的相机中使用该像素/定时-即，在闪烁抑制模式中使用一个相机(例如，以监视车辆移动)并利用不同定时使用单独的相机(具有相同的像素结构)在数据通信模式下收集车辆、路标、“智能”照明等的数据。

在一些实施例中，单个相机可以用于两种功能，即，对于一个(或多个)帧，相机处于闪烁抑制模式并且偶尔(例如，每个备选帧、10帧中的一帧或100帧中的一帧)更改操作模式来检测闪烁/数据。

成像模式和数据模式之间的该比例可以是预先确定的并且是固定的(例如，10次成像：1个数据)或者其可以变化。例如，比率可以是100{成像}：1{数据}并且如果在图像中没有检测到数据源，则系统将保持处于该比例，但是如果存在发射与该系统兼容的数据的光源，则该比例可以改变为例如2个成像帧、然后1个数据通信帧的比例，使得可靠地接收数据，然后适当地改变回到高的成像：通信数据比例。

实施例可以用于许多不同的应用或场景中。仅作为示例，现在将描述一些示例应用或场景。

使用VLC(向车辆提供信息的可见光通信)的交通灯和标志。

车辆与车辆通信，例如：

什么时候停止(车辆即将制动-与后面的车辆通信)；

速度信息；以及

目的地和路线信息(沿相同路线行驶的车辆可以在车队中一起行驶)。

车辆与GPS、相机和速度信息中的一个或多个相结合来确定是否需要停止/是否安全。

新的速度限制/速度限制变化/当前速度限制。

交通灯变化的警告，例如，针对绿灯预先发动车辆/启动机制；针对变化为黄灯/红灯进行制动。

交通状况的警告；

道路状况的警告；

天气状况的警告；

交通流量管理。-向车辆的导航计算机提前警告延迟，使得导航计算机可以重新规划路线。甚至指示车辆的导航计算机采取不同的路线。

在已知延迟的情况下，改进ETA(估计的到达时间)准确度。

即将到来的商店/餐馆的广告。例如，广告牌告知用户，脉冲灯弹出通知或发出特别优惠通知等。

本地无线电台频率信息-包括哪个台正在广播交通信息。

到下一加油站或充电站的距离以及充电水平和/或汽油价格的占用水平。

车辆占用水平-车辆内检测器检测乘客的数目并且向监测系统发信号通知该信息，以获得进入高占用车道(例如，路边相机询问车辆来查看其是否具有所需的乘客数量，如果车辆报告否，则可以对车辆进行拍照并发送罚单)。

替换RF发射器：用于自动收费。当前的RF是短距离的，所以车辆需要停止/减速。与一些实施例相比，通信可以在数百米远处进行，因此车辆不需要减速。

收费站可以读取许多车辆并将车辆重定向到合适的车道/收费位。如果付款未被接受，则收费站可以指示车辆去备选车道。

更快的边界控制-可以通过RFID读取器在车辆中局部扫描用户的通行证，并且通过该方法将该信息发射到边界控制。可以允许车辆高速通过或重定向到人工检查。

通过以下方式进行“不停车快餐”：

发射订单；

发射信用卡RF ID信息；

接收信息，告知用户在哪里(哪个舱、窗口)取“餐”。

停车付款

可以发射信用卡RFID信息的位置(但是在更长的范围并且更可靠)。

非汽车：

虚拟或增强现实头戴式耳机-利用VLC的方向性允许选择不同的数据源-例如，安装在护目镜上的相机，并且仅通过移动头部并观看对象/建筑物/商店，可以直接连接到对象的服务器并从商店(而无需通过第三方服务器或互联网)直接接收建筑物的历史(建筑师、著名的居住者等)、商店的开放时间、特别优惠等数据。

对等通信(例如，支付-成像模式)可以看到人脸、进行人脸检测、识别可信赖的伙伴并然后启用通信。如果存在可操纵的发射器(例如，LED/VCSEL阵列)，则由于现在已知期望的接收者的位置，因此可以使用来自成像模式的信息来控制发射器的方向性。由于已知可信赖的伙伴的位置，所以根据成像模式中的人脸识别，这可以被相同阵列在通信模式下使用，以选择仅从期望方而不是从第三方接收的数据。具有用于成像和通信的相同相机模块(光学器件、硅)意味着不存在视差问题(不同于两个独立的检测器-位于不同的视野中将具有不同的视场)。

类似地，在AR/VR中，用户可以移动其头部，使得来自传感器的部分场景与其显示器中的预定位置对准来实现通信。

在一些实施例中，实施例的设备被配置为具有双模式：如先前所描述的成像模式和通信模式。成像模式通常是已知的。这可以在时间上实现{例如，n帧通信、m帧成像}n和m是整数并且可以具有任何合适的值。备选地或附加地，这可以在空间上实现，{x行通信、y行成像}。这可以允许准确的数据融合。这可以涉及不仅收集诸如对象的形状、颜色、亮度和/或诸如此类的信息，而且还发射来自已知对象的数据。这可以由处理器控制。

一些实施例可以使用空间信息(例如，对象所在的位置)来执行通信的感兴趣区域。关于提供编码信号的对象的位置分析可由处理器执行。这可以减小数据速率、减小环境影响(例如，不尝试从阳光读取数据)、和/或增加SNR(较少的环境光子)。不需要接收编码数据的像素可以被关断、进入低功率模式和/或用于成像。

与使用两个单独的传感器的情况相比，具有用于成像和通信的相同相机模块消除了对准/视差问题。

应理解，可以至少部分地由集成电路、芯片组、封装在一起的一个或多个管芯或不同封装中的一个或多个管芯、分立电路或这些项的任意组合来实现上述布置。

上面已描述了具有不同变化的各种实施例。应注意，本领域技术人员可以将这些各种实施例和变化的各种元素进行组合。

这样的变化、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的范围内。因此，前面的描述仅仅是示例，而不旨在限制。本发明仅由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (26)

1.一种装置，包括：

具有多个光敏检测器的像素阵列；以及

处理电路，被配置为对由所述阵列的像素捕获的数据进行处理，以提供图像信息并且检测编码脉冲光信号上的数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述像素阵列包括被配置为向所述处理电路提供图像数据的第一部分、以及被配置为检测所述编码脉冲光信号的第二部分。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述装置被配置为捕获针对n个帧的图像数据以及针对m个帧的编码脉冲光信号，其中n和m是整数。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述处理电路被配置为确定何时存在脉冲编码光信号、以及何时存在所述脉冲编码光信号以使得m的值增加。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述像素阵列被配置为捕获在不同时间向所述编码脉冲光信号上的所述数据提供所述图像信息的数据。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理电路被配置为使用所述图像信息来定位所述编码脉冲光信号的源的位置。

7.根据权利要求1所述的装置，其中与所述像素阵列中的相应像素相关联的定时控制所述相应像素是否被配置为检测图像数据或编码脉冲光信号上的数据。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理电路被配置为向汽车驱动系统提供输出。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述编码脉冲光信号上的数据的每个值由多个比特值表示。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述数据使用曼彻斯特编码被编码在所述脉冲光信号上。

11.根据权利要求9所述的装置，其中每个像素包括多个光电检测器，一个光电检测器专用于所述多个比特值中的每一个比特值。

12.根据权利要求9所述的装置，其中每个像素包括被控制来检测所述多个比特值中的每一个的单个光电检测器。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述脉冲光信号处于使得所述光信号的脉冲不被人眼检测到的频率。

14.一种方法，包括：

对由具有多个光敏检测器的像素阵列捕获的数据进行处理，以提供图像信息并且检测编码脉冲光信号上的数据。

15.一种方法，包括：

在车辆处捕获数据，所述数据使用具有多个光敏检测器的像素阵列被捕获；

根据捕获的所述数据确定图像数据；

从捕获的所述数据中提取编码脉冲光信号；以及

基于所述编码脉冲光信号来确定所述车辆的信息。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述编码脉冲光信号处于使得所述光信号的脉冲不被人眼检测到的频率。

17.根据权利要求16所述的方法，其中捕获的所述数据在所述像素阵列处从照明标志被接收。

18.根据权利要求15所述的方法，其中捕获的所述数据从照明源矩阵被接收。

19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括从所述车辆光学地发射信息。

20.根据权利要求19所述的方法，其中发射的所述信息包括所述车辆的实际速度、与加速/减速有关的信息、与车道移动有关的信息、所述车辆的目的地、所述车辆是否处于自行驾驶模式、所述车辆是否处于辅助模式、或所述车辆是否处于全手动模式。

21.根据权利要求15所述的方法，其中捕获数据包括捕获图像数据和所述编码脉冲光信号，其中针对n个帧捕获所述图像数据，并且针对m个帧捕获所述编码脉冲光信号，其中n和m是整数。

22.根据权利要求15所述的方法，其中捕获数据包括在与捕获所述编码脉冲光信号不同的时间捕获所述图像数据。

23.根据权利要求15所述的方法，进一步包括使用所述图像数据来定位所述编码脉冲光信号的源的位置。

24.根据权利要求15所述的方法，其中与所述像素阵列中的相应像素相关联的定时控制所述相应像素是否被配置为检测图像数据或所述编码脉冲光信号上的数据。

25.根据权利要求15所述的方法，其中所述编码脉冲光信号上的数据的每个值由多个比特值表示。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述数据使用曼彻斯特编码被编码在所述脉冲光信号上。