[发明专利]同步读出的大阵列动态视觉传感器及读出方法

说明书

本发明涉及仿生CMOS图像传感器领域，为提出应用于仿生CMOS图像传感器的同步读出架构,缓解DVS传感器像素面积大的问题以及采用异步输出时由于引入仲裁机制而造成的事件冲突和延迟的问题。为此，本发明采取的技术方案为：同步读出的大阵列动态视觉传感器及读出方法，首先所有像素同时进行曝光，曝光结束后，将当前帧的光强信号转化为电压信号并储存于像素内的电容中，然后将储存的电压信号通过列总线逐行传输至列级读出电路，由读出电路计算出相邻帧之间的电压变化量并与触发阈值相比较，最终同步读出2bit的表示光强变化量的编码信息。本发明主要应用于仿生CMOS图像传感器设计制造场合。

技术领域

本发明涉及仿生CMOS图像传感器领域，具体涉及同步读出的大阵列动态视觉传感器。

背景技术

近年来，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图 像传感器发展日益迅猛，在汽车电子、智能制造、工业监控、军事侦察等领域的应用越来越 广泛，但在高分辨率和高帧频的条件下，普通的图像传感器产生巨量数据使得芯片功耗迅速 上升，同时也大幅提高了芯片系统在传输带宽、数据计算能力方面的要求。而动态视觉传感 器(Dynamic Vision Sensor,DVS)通过像素异步感知，仅输出光强的变化量，减少静态冗余 信息，从而大大减少数据量，提高传感器的传输速率，对于捕捉、识别高速物体具有很大的 优势。

然而动态视觉传感器由于需要像素异步感知并输出，因此需要在像素内集成比较器、运 算放大器以及完成地址事件表示功能所需要的逻辑电路，使得DVS的像素难以做到小尺寸； 除此之外，像素的异步输出需要引入仲裁机制。在复杂环境中，可能同时产生大量的触发事 件，仲裁机制会引入输出延迟，甚至使得事件无法有效输出，从而导致图像信息丢失。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出应用于仿生CMOS图像传感器的同步读出架构, 缓解DVS传感器像素面积大的问题以及采用异步输出时由于引入仲裁机制而造成的事件冲 突和延迟的问题。为此，本发明采取的技术方案为：同步读出的大阵列动态视觉传感器读出 方法，首先所有像素同时进行曝光，曝光结束后，将当前帧的光强信号转化为电压信号并储 存于像素内的电容中，然后将储存的电压信号通过列总线逐行传输至列级读出电路，由读出 电路计算出相邻帧之间的电压变化量并与触发阈值相比较，最终同步读出2bit的表示光强变 化量的编码信息。

同步读出的大阵列动态视觉传感器，其像素结构如下：包括一个光电二极管PD、两个源 极跟随器M3和M5、一个像素内电流源M7、六个开关M1,M2,M4,M6,M8,M9、三个电容 C_fd,C1,C2；其中，C_fd为浮空扩散区的寄生电容，M1用于将PD中的电子转移到C_fd，M2用 于对C_fd复位，M6用于选择是否将像素信息缓冲至列总线，M4,M8,M9用于电压信号采样 和存储的开关控制，C1,C2用于储存电压信号；M1～M9均为NMOS器件，M1源极接光电 二极管的阴极、漏极接M3的栅极、栅极接控制信号TX，M2源极接M3的栅极、漏极接电 源、栅极接控制信号Rst，M3源极接M4的源极、漏极接电源、栅极接M1的漏极，M4源极 接M3的源极、漏极接像素内电流源M7的漏极、栅极接控制信号Sample，M5的漏极接电源、 源极接M6的漏极、栅极接M4的漏极，M6的源极接列总线、漏极接电源、栅极接控制信号 SEL，像素内电流源M7的源极接地、漏极接M4的漏极、栅极接控制信号PC，M8的漏极接 M4的漏极、源极接电容C1的一端、栅极接控制信号S1，M9的漏极接M4的漏极、源极接C2的一端、栅极接控制信号S2，C1的一端接M8的源极、另一端接地，C2的一端接M9的 源极、另一端接地；