CN112714267B - 采用分组处理的动态视觉传感器的像素电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用分组处理的动态视觉传感器的像素电路，用于动态视觉传感器中像素电路背景噪声的抑制。因为动态视觉传感器存在的背景噪声通常在时空上不相关的，采用相邻2×2像素分组处理方式，通过AL2逻辑单元判断组像素中基本像素电路产生的事件是否为噪声事件，从而控制握手逻辑是否对外产生请求信号，实现在像素处理中过滤可能存在的噪声点像素，抑制背景噪声、减小因噪声点像素导致的功耗浪费。此外通过像素分组的处理方式减小了后续电路的处理规模，有效减小电路功耗。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，更进一步涉及微电子技术领域中的一种采用分组处理的动态视觉传感器的像素电路。本发明用于动态视觉传感器中像素电路背景噪声的抑制。
背景技术
动态视觉传感器照生物视网膜水平细胞处理信息的机制，包括像素电路阵列、行/列线或电路、行/列仲裁电路和行/列编码电路。在外部光照条件发生变化时，传感器芯片内部通过二维的仲裁来选中一个像素点，通过芯片与外部的握手逻辑，将其行、列地址输出给芯片外部，通过后期的图像处理还原检测到的图像信息。其中，像素电路阵列中的每个像素电路感应到外部光照条件变化时异步发送一个事件，可以被基于事件的处理器逐个事件地处理。这样，相关功能几乎立即通过所有处理阶段，唯一的延迟是由脉冲沿处理链传递引起的。只有具有相关信息的像素发送事件出去，当没有相关信息存在时，则不发送，从而节省了传感器的功率和带宽。目前，为了提高动态视觉传感的空间分辨率，减小每个像素电路的尺寸，由此带来像素电路更容易受到散粒噪声和结泄漏的影响，从而导致信息较少的噪声事件，这称之为动态视觉传感器的背景噪声。
天津大学在其申请的专利文献“一种时域灵敏度增强型的动态视觉传感器”(申请号201710334166.0，申请日2017.08.18，申请公开号CN 107071314 A)中提出了一种时域灵敏度增强型的动态视觉传感器中像素电路。该电路由光电二极管、对数管、M级N型MOSFET链、第一放大器、第二放大器、第一电容、第二电容、开关、第一比较器、第二比较器和逻辑模块组成。该电路通过加入 MOSFET链降低动态视觉传感器的时域对比度。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于像素本身对变化检测的灵敏度高，导致该像素电路结构对像素电路中的各个器件存在的热噪声和电路中各个节点的漏电流很敏感，且有事件产生的像素电路作为独立的单元响应和输出，各个像素电路之间未有信息交流，与生物体视网膜结构相违背，而实际上生物的视网膜像素细胞之间是有信息交流的。
深圳大学在其申请的专利文献“一种像素单元及其去噪方法、动态视觉传感器、成像装置”(申请号201710203429.4，申请日2017.03.30，申请公开号CN 107147856 A)中提出了一种像素电路的去噪方法。该像素单元的去噪方法采用邻域去噪电路，与像素感光电路、通信电路以及四个邻域的其他所述像素单元连接，用于根据相邻的像素单元的响应状态，控制通信电路是否输出所述电信号。该发明中，当像素单元对光信号有响应触发事件发生时，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，有效避免背景噪声的产生。但是，该方法仍然存在的不足之处是，邻域去噪电路中三级判决电路的一次判决仅针对于中心像素点，因而像素阵列的每个像素单元都需要邻域去噪电路，因此增加了每个像素单元的面积，降低了每个像素单元的有效填充率。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种采用分组处理的动态视觉传感器的像素电路，用于解决现有技术中动态视觉传感器的背景噪声问题，及采用邻域去噪滤除背景噪声事件时，像素填充率过低的问题。
实现本发明目的的思路是，动态视觉传感器存在的背景噪声通常在时空上不相关的，因此采用相邻2×2像素分组处理方式，通过AL2逻辑单元判断组像素中基本像素电路产生的事件是否为噪声事件，从而控制握手逻辑是否对外产生请求信号，实现在像素处理中过滤可能存在的噪声点像素，抑制背景噪声、减小因噪声点像素导致的功耗浪费；此外通过像素分组的处理方式减小了后续电路的处理规模，有效减小电路功耗。
本发明的电路包括握手逻辑单元、事件输出单元、组像素单元和AL2逻辑单元；所述组像素单元中的四个输出端B1-B4分别与AL2逻辑单元的四个输入端相连，AL2逻辑单元的输出端PASS判断信号和行应答信号RRA分别与握手逻辑单元的两个输入端相连，其两个输出端分别与行/列请求信号RR/CR相连；所述组像素单元的十二个输出端B1-B4、ON1-ON4和OFF1-OFF4分别与事件输出单元的十二个输入端相连；所述事件输出单元的三个外部输入端分别用于接收行应答信号RRA、列应答信号CRA、握手信号ACK，事件输出单元的八个输出端分别与 OUT-ON1、OUT-ON2、OUT-ON3、OUT-ON4、OUT-OFF1、OUT-OFF2、OUT-OFF3 和OUT-OFF1相连；所述组像素单元是由共享相同的行列请求/确认信号四个相同的基本像素电路组成；所述AL2逻辑单元由或门OR1、OR2、OR3、OR4和与门AND组成。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
第一，由于本发明的组像素单元是由共享相同的行列请求/确认信号四个相同的基本像素电路组成，克服了现有技术像素电路结构中各个像素电路之间未有信息交流，与生物体视网膜结构相违背的问题，使得本发明具有相邻2×2像素电路相互交流事件信息符合生物体视网膜结构的优点。
第二，由于本发明的AL2逻辑单元由或门OR1、OR2、OR3、OR4和与门AND 组成，克服了现有技术邻域去噪电路中三级判决电路的一次判决仅针对于中心像素点，像素阵列的每个像素单元均需要邻域去噪电路，因此增加了每个像素单元的面积、降低了每个像素单元的有效填充率的问题，使得本发明具有结构简单，像素填充率相对较高的优点。
附图说明
图1为本发明整体电路示意图；
图2为本发明握手逻辑单元电路图；
图3为本发明事件输出单元电路图；
图4为本发明基本像素电路图；
图5为本发明AL2逻辑电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
参照附图1，对本发明的电路整体结构作进一步详细的说明。
本发明的电路包括握手逻辑单元1、事件输出单元2、组像素单元3和AL2 逻辑单元4。所述组像素单元中3的四个输出端B1-B4分别与AL2逻辑单元4的四个输入端相连，AL2逻辑单元4的输出端PASS判断信号和行应答信号RRA分别与握手逻辑单元1的两个输入端相连，其两个输出端分别与行/列请求信号 RR/CR相连。所述组像素单元3的十二个输出端B1-B4、ON1-ON4和OFF1-OFF4 分别与事件输出单元2的十二个输入端相连。所述事件输出单元2的三个外部输入端分别用于接收行应答信号RRA、列应答信号CRA、握手信号ACK，事件输出单元2的八个输出端分别与OUT-ON1、OUT-ON2、OUT-ON3、OUT-ON4、 OUT-OFF1、OUT-OFF2、OUT-OFF3和OUT-OFF1相连。
握手逻辑单元1包括三个MOS管，MN1、MN2和MN3。MN1的栅极与PASS 判断信号相连，其漏极与行请求信号RR相连，源极接地。MN2的栅极与PASS 判断信号相连，漏极与MN3的源极相连，源极接地。MN3的栅极与行应答信号 RRA的非信号相连，源极与MN2的漏极相连，漏极与列请求信号CR相连。
事件输出单元2包括ON事件输出电路以及OFF事件输出电路，两个输出电路构成相同。所述ON事件输出电路和OFF事件输出电路均包括五个MOS管 MP1、MP2、MP3、MN1和MN2，两个或非门NOR1和NOR2，一个与非门NAND 和一个与门AND。所述MP1的栅极在ON事件输出电路中用于接收组像素单元3输出的信号ON，在OFF事件输出电路中用于接收组像素单元3输出的信号OFF， MP1的源极接电源，漏极与MP2的源极相连。所述MP2的栅极用于接收组像素单元3输出的信号B的非信号，MP2的漏极与MN1的漏极及所述与门AND的一个输入端相连。所述或非门NOR1的两个输入端分别用于接收外部输入的行应答信号RRA和列应答信号CRA，其输出端与MN1的栅极相连，MN1的源极接地。与门AND的另一个输入端用于接收外部输入的行应答信号RRA的非信号，其输出端与所述MN2的栅极相连，MN2的源极接地，MN2的漏极与所述MP3的漏极及所述或非门NOR2的一个输入端相连。所述与非门NAND的两个输入端分别用于接收外部输入的列握手信号ACK和列应答信号CRA的非信号，其输出端与 MP3的栅极相连，MP3的源极接电源。所述或非门NOR2的另一个输入端用于接收外部输入的列应答信号CRA，其输出端在ON事件输出电路中用于输出信号 OUT-ON，在OFF事件输出电路中用于输出信号OUT-OFF。
组像素单元3是由共享相同的行列请求/确认信号四个相同的基本像素电路组成，所述的基本像素电路包括光电二极管PD、IV转换电路、开关电容放大器 SC、比较器COMP1、COMP2和逻辑电路。所述光电二极管PD的正向端接地，反向端与IV转换电路的输入端相连，IV转换电路的输出端与开关电容放大器SC 的一个输入端相连。开关电容放大器SC中的另一个输入端与逻辑电路的输出端相连，开关电容放大器SC的输出端与比较器COMP1的一个输入端及比较器 COMP2的一个输入端相连。比较器COMP1的另一个输入端与上阈值电压V1相连，其输出端与逻辑电路的一个输入端相连。所述比较器COMP2的另一个输入端与下阈值电压V2相连，其输出端与逻辑电路的另一个输入端相连。
所述AL2逻辑单元4中或门OR1的三个输入端分别与组像素单元3的输出端B1、B2和B3相连，或门OR2的三个输入端分别与组像素单元3的输出端B1、 B3和B4相连，或门OR3的三个输入端分别与组像素单元3的输出端B2、B3和 B4相连，或门OR4的三个输入端分别与组像素单元3的输出端B1、B2和B4相连。或门OR1、OR2、OR3和OR4的输出端分别接与门AND的四个输入端，与门AND的输出端接PASS判断信号。如果组像素单元中四个基本像素的输出B1、B2、B3和B4在同一时刻小于两个为高有效状态，则AL2逻辑单元会输出PASS判断信号为无效状态以抑制噪声事件，因为噪声事件通常在时空上不相关。
当照射到基本像素电路中的光电二极管上的外部光强发生变化时，通过组像素单元、AL2逻辑单元、握手逻辑单元和事件输出单元对光强变化量进行处理。其工作过程如下：首先光强变化量在组像素单元3中进行处理，组像素单元3 中四个基本像素电路将光强变化量处理为输出ON事件信号、OFF事件信号和B 信号。AL2逻辑单元4接收到组像素单元3输出的B事件，经过逻辑判断，产生 PASS判断信号传递到握手逻辑单元1。握手逻辑单元1根据PASS判断信号的状态以及外部输入的行应答信号RRA的状态，决定是否对外部发出行请求信号RR、列请求信号CR。同时，事件输出单元2根据外部输入的行/列应答信号RRA/CRA 的状态，决定是否对外部输出组像素单元中每个基本像素电路的ON/OFF信息。因为动态视觉传感器存在的背景噪声通常在时空上不相关的，采用相邻2×2像素分组处理方式，通过AL2逻辑单元判断组像素中基本像素电路产生的事件是否为噪声事件，从而控制握手逻辑是否对外产生请求信号，实现在像素处理中过滤可能存在的噪声点像素，抑制背景噪声、减小因噪声点像素导致的功耗浪费。此外通过像素分组的处理方式减小了后续电路的处理规模，有效减小电路功耗。
参照附图2，对握手逻辑单元1的电路工作过程做进一步的描述。
握手逻辑单元1的输入PASS判断信号为高有效时，MOS管MN1导通，握手逻辑对外发出低有效的行请求信号RR。当收到外部输入的低有效的应答信号RRA时，MOS管MN3导通，且因为PASS判断信号为高有效状态，MOS管MN2 导通，握手逻辑电路对外发出低有效的列请求信号CR，并进行下一步电路读出处理；当AL2逻辑电路的输出判断信号PASS为低无效时，MOS管MN1不导通，不对外发出行请求信号以抑制噪声事件。
参照附图3，对事件输出单元2的电路工作过程做进一步的描述。
ON事件输出电路具体工作过程如下：
当ON事件低有效时，此时输入B为高有效，MOS管MP1和MP2导通，将与门AND的一个输入端信号电压拉高。当外部输入的行应答信号RRA低有效时，与门AND输出为高，MOS管MN2导通，将或非门NOR2的一个输入端信号电压拉高；当外部输入的列应答信号CRA低有效时，或非门NOR2输出OUT-ON为高。当外部输入的行/列应答信号RRA/CRA均为低有效状态时，代表该组像素被处理，此时或非门NOR1输出为高，MOS管MN1导通，与门AND的一个输入端信号电压被拉低，此时为复位状态。
当外部输入的列握手信号ACK为高时，代表该组像素处理完成，此时与非门 NAND输出为低，MOS管MP3导通，或非门NOR2的一个输入端信号电压被拉高，或非门NOR2输出OUT-ON被拉低，此时为复位状态，以便进行下一次处理过程。
OFF事件输出电路具体工作过程如下：
当OFF事件低有效时，此时输入B为高有效，MOS管MP1和MP2导通，将与门AND的一个输入端信号电压拉高；当外部输入的行应答信号RRA低有效时，与门AND输出为高，MOS管MN2导通，将或非门NOR2的一个输入端信号电压拉高；当外部输入的列应答信号CRA低有效时，或非门NOR2输出OUT-OFF为高；当外部输入的行/列应答信号RRA/CRA均为低有效状态时，代表该组像素被处理，此时或非门NOR1输出为高，MOS管MN1导通，与门AND的一个输入端信号电压被拉低，此时为复位状态。
当外部输入的列握手信号ACK为高时，代表该组像素处理完成，此时与非门 NAND输出为低，MOS管MP3导通，或非门NOR2的一个输入端信号电压被拉高，或非门NOR2输出OUT-OFF被拉低，此时为复位状态，以便进行下一次处理过程。
参照附图4，对组像素单元3的电路工作过程做进一步的描述。
基本像素电路中的光电二极管感知到外部光强的变化，产生变化的光电流 Iph。光电流Iph的变化量经过IV转换电路转换为输出电压值Vlog的变化。输出电压值Vlog的变化量经过开关电容放大器SC的放大后，放大后的电压值为Vdiff。 Vdiff与设定好的上下阈值比较器的阈值进行比较，超过设定好的上阈值比较器 COMP1的上阈值V1则产生ON事件信号，低于设定好的下阈值比较器COMP2的下阈值V2则产生OFF事件，ON事件与OFF事件经过逻辑电路产生B信号。逻辑电路输出的RST信号控制开关电容放大器SC的状态在有事件产生之前为放大状态，在事件处理过程中为采样状态。
参照附图5，对AL2逻辑单元4的电路工作过程做进一步的描述。
当单元四个输入信号B1、B2、B3、B4状态发生如下变化时，PASS判断信号状态的对应变化如下：
如果四个请求信号B1＝B2＝B3＝B4＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B1＝0，B2＝B3＝B4＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B2＝0，B1＝B3＝B4＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B3＝0，B1＝B2＝B4＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B4＝0，B1＝B2＝B3＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B1＝B2＝0，B3＝B4＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B1＝B3＝0，B2＝B4＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B1＝B4＝0，B2＝B3＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B2＝B3＝0，B1＝B4＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B2＝B4＝0，B1＝B3＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B3＝B4＝0，B1＝B2＝1，则PASS判断信号为高有效的状态；
如果四个请求信号B1＝B2＝B3＝0，B4＝1，则PASS判断信号为低无效的状态；
如果四个请求信号B1＝B2＝B4＝0，B3＝1，则PASS判断信号为低无效的状态；
如果四个请求信号B2＝B3＝B4＝0，B1＝1，则PASS判断信号为低无效的状态；
如果四个请求信号B1＝B2＝B3＝B4＝0，则PASS判断信号为低无效的状态；
因此，如果组像素单元中四个基本像素的输出B1、B2、B3和B4小于两个为1时，AL2逻辑单元会输出PASS判断信号为低无效状态以抑制噪声事件。
Claims (3)
1.一种采用分组处理的动态视觉传感器的像素电路，包括握手逻辑单元(1)、事件输出单元(2)，其特征在于，还包括组像素单元(3)和AL2逻辑单元(4)；所述组像素单元(3)中的四个输出端B1-B4分别与AL2逻辑单元(4)的四个输入端相连，AL2逻辑单元(4)的输出端PASS判断信号和行应答信号RRA分别与握手逻辑单元(1)的两个输入端相连，其两个输出端分别与行/列请求信号RR/CR相连；所述组像素单元(3)的十二个输出端B1-B4、ON1-ON4和OFF1-OFF4分别与事件输出单元(2)的十二个输入端相连；所述事件输出单元(2)的三个外部输入端分别用于接收行应答信号RRA、列应答信号CRA、握手信号ACK，事件输出单元(2)的八个输出端分别与OUT-ON1、OUT-ON2、OUT-ON3、OUT-ON4、OUT-OFF1、OUT-OFF2、OUT-OFF3和OUT-OFF1相连；所述事件输出单元(2)包括ON事件输出电路以及OFF事件输出电路；两个输出电路构成相同；所述ON事件输出电路和OFF事件输出电路均包括五个MOS管MP1、MP2、MP3、MN1和MN2，两个或非门NOR1和NOR2，一个与非门NAND和一个与门AND；所述MP1的栅极在ON事件输出电路中用于接收组像素单元(3)输出的信号ON，在OFF事件输出电路中用于接收组像素单元(3)输出的信号OFF，MP1的源极接电源，漏极与MP2的源极相连；所述MP2的栅极用于接收组像素单元(3)输出的信号B的非信号，MP2的漏极与MN1的漏极及所述与门AND的一个输入端相连；所述或非门NOR1的两个输入端分别用于接收外部输入的行应答信号RRA和列应答信号CRA，其输出端与MN1的栅极相连，MN1的源极接地；与门AND的另一个输入端用于接收外部输入的行应答信号RRA的非信号，其输出端与所述MN2的栅极相连，MN2的源极接地，MN2的漏极与所述MP3的漏极及所述或非门NOR2的一个输入端相连；所述与非门NAND的两个输入端分别用于接收外部输入的列握手信号ACK和列应答信号CRA的非信号，其输出端与MP3的栅极相连，MP3的源极接电源；所述或非门NOR2的另一个输入端用于接收外部输入的列应答信号CRA，其输出端在ON事件输出电路中用于输出信号OUT-ON，在OFF事件输出电路中用于输出信号OUT-OFF；所述组像素单元(3)是由共享相同的行列请求/确认信号四个相同的基本像素电路组成；所述AL2逻辑单元(4)由或门OR1、OR2、OR3、OR4和与门AND组成；所述AL2逻辑单元(4)中或门OR1的三个输入端分别与组像素单元(3)的输出端B1、B2和B3相连，或门OR2的三个输入端分别与组像素单元(3)的输出端B1、B3和B4相连，或门OR3的三个输入端分别与组像素单元(3)的输出端B2、B3和B4相连，或门OR4的三个输入端分别与组像素单元(3)的输出端B1、B2和B4相连；或门OR1、OR2、OR3和OR4的输出端分别接与门AND的四个输入端。
2.根据权利要求1所述的采用分组处理的动态视觉传感器的像素电路，其特征在于，所述握手逻辑单元(1)包括三个MOS管，MN1、MN2和MN3；MN1的栅极与PASS判断信号相连，其漏极与行请求信号RR相连，源极接地；MN2的栅极与PASS判断信号相连，漏极与MN3的源极相连，源极接地；MN3的栅极与行应答信号RRA的非信号相连，源极与MN2的漏极相连，漏极与列请求信号CR相连。
3.根据权利要求1所述的采用分组处理的动态视觉传感器的像素电路，其特征在于，所述的基本像素电路包括光电二极管PD、IV转换电路、开关电容放大器SC、比较器COMP1、COMP2和逻辑电路；所述光电二极管PD的正向端接地，反向端与IV转换电路的输入端相连，IV转换电路的输出端与开关电容放大器SC的一个输入端相连；开关电容放大器SC中的另一个输入端与逻辑电路的输出端相连，开关电容放大器SC的输出端与比较器COMP1的一个输入端及比较器COMP2的一个输入端相连；比较器COMP1的另一个输入端与上阈值电压V1相连，其输出端与逻辑电路的一个输入端相连；所述比较器COMP2的另一个输入端与下阈值电压V2相连，其输出端与逻辑电路的另一个输入端相连。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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