CN112738432B - 一种事件阈值自适应型动态视觉传感器 - Google Patents

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Abstract

一种事件阈值自适应型动态视觉传感器，由像素阵列、AER协议电路输出事件速率检测模块和编码调节型偏置电压产生电路组成，编码调节型偏置电压产生电路的每个输出电压通过总线连接每个像素的偏置电压输入端，像素阵列中，同一行的像素以相应的行总线连接，同一列像素以相应的列总线连接；AER协议电路以各行列总线为输入，对事件进行排序后同时向片外和输出事件速率检测模块输出；输出事件速率检测模块以协议电路的输出的事件脉冲以及占空比为50%的方波信号为输入；该传感器能够通过判断的结果自适应地调节事件阈值，从而降低事件在AER协议电路中的阻塞的概率，提高DVS对于场景响应的实时性。

Description

一种事件阈值自适应型动态视觉传感器
技术领域
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种事件阈值自适应型动态视觉传感器。
背景技术
动态视觉传感器（Dynamic Vision Sensor，DVS）是一种新型CMOS（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器，其基本架构如图1所示，包括像素阵列、地址事件表示（Address-event Representation，AER）协议电路以及偏置电压产生电路3个模块。偏置电压产生电路为像素阵列中的所有像素提供一套相同的偏置电压；每个像素能够提取光强在时域上的相对变化，并在其超过偏置电压所设定的阈值时将之编码为脉冲型事件；所有的脉冲型事件将通过AER协议电路进行排序和地址编码后对外串行输出；输出后的像素将消去事件并开始新一轮的事件探测，而未输出的像素则将保持事件等待输出。DVS在感知动态场景时能够提取光信息的变化，并通过AER协议电路高速串行地输出，相较于传统的基于帧方式的CMOS图像传感器，有效地降低了输出的数据量，并且大大提升了成像的实时性。
像素内部编码事件的电路如图2所示，由放大器A2、电容C1、电容C2、开关RST、比较器Comp1和比较器Comp2组成。在开关RST从闭合转为断开后，输入电压Vp正向变化ΔV，Comp1产生一个ON事件；输入电压Vp负向变化ΔV，Comp2产生一个OFF事件。ΔV称为事件阈值，其具体值由Comp1正端电压Vrefl和Comp2负端电压Vrefh决定。
在传统架构的DVS中，偏置电压产生电路产生的Vrefl和Vrefh为外部人为设置，若阈值给定过小，每个像素在短时间内会产生多个事件，导致像素阵列同时产生大量事件。若在该段时间内产生的事件数量超过了AER协议电路的极限输出能力，则传感器会产生阻塞，造成事件严重的延迟，使得输出的数据量激增，从而难以保证成像的实时性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明一种事件阈值自适应型动态视觉传感器，增加了对AER协议电路输出事件频率的判断电路，偏置电压产生电路能够通过判断的结果自适应地调节事件阈值。
一种事件阈值自适应型动态视觉传感器，其架构如图3所示，由像素阵列、AER协议电路输出事件速率检测模块和编码调节型偏置电压产生电路组成，具体连接关系如下：编码调节型偏置电压产生电路的每个输出电压通过总线连接每个像素的偏置电压输入端，从而为像素中的比较器Comp1和Comp2提供可自适应的偏置电压；像素阵列中，同一行的像素以相应的行总线连接，第m行产生的事件输出到行总线<m>上，同一列像素以相应的列总线连接，第n列产生的事件输出到列总线<n>上；AER协议电路以各行列总线为输入，对事件进行排序后同时向片外和输出事件速率检测模块输出；输出事件速率检测模块以AER协议电路的输出的事件脉冲以及频率分别为f low和f high的占空比为50%的方波信号Ref_L和Ref_H为输入，检测事件输出速率并产生2k位独热码C输入编码调节型偏置电压产生电路，从而调节像素的事件阈值。
一种事件阈值自适应型动态视觉传感器，其工作流程如图4所示：首先为复位输出事件检测模块，将C置为0；DVS开始产生事件，输出事件检测模块检测事件的频率，若超过Ref_H则使C自减1，若低于Ref_L则使C自增1；更新后的C将改变编码调节型偏置电压产生电路所产生的偏置电压，C上升使得事件阈值降低，事件产生频率提升，C下降使得事件阈值升高，事件产生频率下降。自此，新的一轮检测将开始，直至事件频率处于Ref_L和Ref_H之间，C不再改变。
一种事件阈值自适应型动态视觉传感器，其优点在于：DVS能够通过判断的结果自适应地调节事件阈值，从而降低事件在AER协议电路中的阻塞的概率，提高DVS对于场景响应的实时性。
附图说明
图1是DVS基本架构图；
图2是DVS像素电路图；
图3是事件阈值自适应型DVS基本架构图；
图4是事件阈值自适应型DVS工作流程示意图；
图5是输出事件率检测模块；
图6是编码调节的偏置电压产生电路。
具体实施方式
考虑在0.11μm工艺下实现该DVS。
输出事件率检测模块的实现可以采用如图5所示的电路，其由4个能够完成8分频的带复位端的分频器FD1、FD2、FD3和FD4，2个或非门NOR1、NOR2，2个延时单元DL1、DL2，1个4bit带复位端的双向计数器DC，以及解码器decoder组成。FD1、FD2、FD3和FD4的f in端分别输入事件脉冲信号event、频率f low=3×105Hz的信号Ref_L、事件脉冲信号event和频率为f high=106Hz的信号Ref_H。FD1和FD2的输出FDO1和FDO2均输入NOR1，NOR1的输出输入DL1，DL1输出连接FD1和FD2的复位端R；FD3和FD4的输出FDO3和FDO4均输入NOR2，NOR2的输出输入DL2，DL2输出连接FD3和FD4的复位端R。FDO2和FDO3还分别输入DC的正负输入端。DC的复位端输入的是NINT信号，输出端则为4bit的code信号，由高到低依次为code<3>、code<2>、code<1>和code<0>。code<3:0>输入decoder，从而解码为16bit控制信号C<15:0>输出。
编码调节的偏置电压产生电路的结构如图6所示，包含34个阻值为R的电阻以及32个由编码C<15:0>控制的开关S。其连接关系如下：17个电阻串联，一段接入电压VDD，另一端接入电压V b1 ，除首尾电阻外，每个电阻的两端均连接有开关的一端，且所有开关的另一端与输出总线V refh 相连，沿着从VDD到V b1 方向开关的控制信号依次为C<0>到C<15>；另外17个电阻串联，一段接入电压GND，另一端接入电压V b2 ，除首尾电阻外，每个电阻的两端均连接有开关的一端，且所有开关的另一端与输出总线V refl 相连，沿着从GND到V b2 方向开关的控制信号依次为C<0>到C<15>。由于16位的信号C为独热码，每次仅有两个开关闭合，使得每次V refh 和V refl 总线上每次只能输出一个电平。
V b1 和V b2 可以分别为1.7V和1.6V，R取值1kΩ。

Claims (2)

1.一种事件阈值自适应型动态视觉传感器，其特征在于：由尺寸为2k×2k的像素阵列、AER协议电路输出事件速率检测模块和编码调节型偏置电压产生电路组成，具体连接关系如下：编码调节型偏置电压产生电路的每个输出电压通过总线连接每个像素的偏置电压输入端，从而为像素中的比较器 Comp l 和 Comp2 提供可自适应的偏置电压； 像素阵列中，同一行的像素以相应的行总线连接，第m行产生的事件输出到行总线<m>上，同一列像素以相应的列总线连接，第n列产生的事件输出到列总线<n>上； AER 协议电路以各行列总线为输入，对事件进行排序后同时向片外和输出事件速率检测模块输出； 输出事件速率检测模块以 AER 协议电路的输出的事件脉冲以及频率分别为f low和f high 的占空比为 50％的方波信号 Ref_L和Ref_ H为输入，检测事件输出速率并产生 2k位独热码 C 输入编码调节型偏置电压产生电路，从而调节像素的事件阈值。
2.根据权利要求 1所述一种事件阈值自适应型动态视觉传感器，其特征在于： 首先为复位输出事件速率检测模块，将 C置为0; DVS开始产生事件，输出事件检测模块检测事件的频率， 若超过 Ref_H使 C自减l ， 若低于 Ref_L 则使 C 自增1;更新后的 C 将改变编码调节型偏置电压产生电路所产生的偏置电压， C上升使得事件阈值降低， 事件产生频率提升， C下降使得事件阈值升高， 事件产生频率下降； 自此，新的一轮检测将开始，直至事件频率处于Ref_L和Ref_H之间， C不再改变。
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