[发明专利]一种类视网膜图像传感器的像素结构

说明书

一种类视网膜图像传感器的像素结构，涉及集成电路领域，解决现有方法对每个像素都采用异步实时检测光强变化，并采用AER事件读出方式，容易产生延时，从而导致发生事件与对应的时间戳不匹配，产生运动伪影；且容易受到晶体管的漏电流影响产生虚假事件，并且不能将其除掉等问题。自适应光感知单元用于完成光信号向电信号的转换，输出电压信号；采样比较单元用于完成采样和比较功能以确定信号极性，当光强变弱时产生OFF信号，光强变强时发出ON信号；信号处理单元对采样比较单元输出的极性信号进行存储，并按指令进行信号处理完成降噪；本发明消除了运动伪影，舍弃了传统动态视觉传感器的异步读出方式，在输出事件的同时也可以输出灰度图像。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种类视网膜图像传感器的像素结构。

背景技术

传统的图像传感器是以帧的方式进行成像，相对于前一帧而言，无论像素是否发生变化，都要对所有像素点进行曝光、采样、放大等一系列处理，存在大量的重复工作，具有较高的数据冗余。而且由于帧频的限制，在帧与帧的间隔中，高速运动物体的图像信息容易丢失。

现如今主流的成像器件为CCD和CMOS图像传感器，它们的像素结构简单，尺寸较小、利于提高图像分辨率，并且以帧的成像模式输出图像使输出的图像也比较直观能较好的取悦人眼。但是基于帧的成像模式也存在以下固有的不足：

(1)相对于前一帧而言，无论像素是否发生变化，都要对所有像素点进行曝光、采样、放大等一系列处理，存在大量的重复工作，具有较高的数据冗余；

(2)由于帧频的限制，对于高速运动物体的拍摄存在较大的延迟，对于变化很快的图像无法获取其详细的图像信息，在高速目标拍摄中需要采取更高帧频和辅助光源，这使得采集与处理模块间的传输瓶颈更加突出；

(3)由于传统的图像传感器采用光电流累积—电压读出的采样方式，其动态范围受到可积分电压，储存节点电容等因素的影响，一般在65dB～75dB，而自然界日常光照的动态范围可达到100dB以上，传统的采样方式已经不能满足动态范围的要求，而随着工艺尺寸的进一步缩小，对动态范围的限制越来越大。

因此传统以“帧”为基础的传输方式，无法实现大数据的高速读出和实时处理，这限制着千万级像素图像传感器的发展。同时，传统的图像传感器动态范围小，受环境光强影响较大，不能满足对于高动态范围、光照强度剧烈变化环境的要求。

针对上述需求，目前，国内外也有很多相关的解决方案。

分辨率为128×128，动态范围120dB，功耗30mW响应光强变化的异步视觉传感器提出一种基于光强变化而产生目标信息事件流的动态视觉传感器(dynamic vision sensor，DVS)。其像素结构如附图1所示，该像素结构由三部分组成，第一部分是一个电流-电压对数转换的光感应电路，用于感受光强，并进行光电转换。第二部分是一个变化放大电路，采用的是一个开关电容放大结构，其功能为完成采样和放大。第三级主要由两个比较器组成，当光强变弱时产生OFF信号，光强变强时发出ON信号。

专利CN107147856在上述提到的文献基础上提出了邻域去噪的方法，该方法在像素之间搭建通信电路，当像素由于光强变化而产生事件时，通过获取位于四个邻域的像素单元的激发状态信号并判断其状态，若该四个邻域的像素单元至少有三个处于未响应状态，则使该像素单元不作出响应，从而避免孤立噪声的产生。

专利CN105227870提出了线性—对数图像传感器，用以提高图像传感器的动态范围。当光照强度较低时，电路为线性响应，以提高其在弱光条件下的成像能力。当光照强度较高时，电路为对数响应，避免因为高光照强度而导致积分电荷饱和的情况。从而实现大的动态范围。