CN117354640A - 拮抗像素电路、拮抗像素电路的驱动方法以及探测器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种拮抗像素电路、拮抗像素电路的驱动方法以及探测器，其中，该拮抗像素电路包括：阵列分布的多个拮抗单元；拮抗单元以及信号耦合单元，每一子像素中包括；信号生成单元用于接收外部刺激信号，根据外部刺激信号生成探测信号，并将探测信号传输至信号放大单元；耦合单元用于将同一拮抗单元中的两个信号放大单元接收的探测信号进行耦合，产生耦合后的探测信号，并将耦合后的探测信号分别反馈至对应的两个信号放大单元；信号放大单元用于将耦合后的探测信号放大，再分别传输至对应信号输出单元的第二端。解决了拮抗像素电路的探测结果容易导致显示效果较差的问题，提高了拮抗像素电路的探测性能，进而增加了显示效果。
Description
技术领域
本申请涉及视觉传感技术领域，特别是涉及一种拮抗像素电路、拮抗像素电路的驱动方法以及探测器。
背景技术
像素电路可以作为探测器的主要电路，在各领域都得到广泛的应用，例如，可以用于图像感知分析、医学图像处理、医学成像、机器人视觉以及热力学研究等领域中。
但目前的像素电路通常是将每一像素采集的探测信号直接作为探测结果，通过该种像素电路得到的探测结果容易导致最终的显示效果较差的问题。
针对相关技术中的像素电路的探测结果容易导致显示效果较差的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
发明内容
在本实施例中提供了一种拮抗像素电路、拮抗像素电路的驱动方法以及探测器，以解决相关技术中的像素电路的探测结果容易导致显示效果较差的问题。
第一个方面，在本实施例中提供了一种拮抗像素电路，所述拮抗像素电路包括：阵列分布的多个拮抗单元；所述拮抗单元包括两个子像素以及信号耦合单元，每一所述子像素中包括开关单元、信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元；
同一行拮抗单元中所有开关单元的第一端与驱动单元连接，同一行拮抗单元中所有开关单元的第二端分别与对应所述信号生成单元的第一端、对应信号放大单元的第一端以及对应信号输出单元的第一端连接；用于接收所述驱动单元的驱动信号，并将所述驱动信号传输至信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元，以使信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元根据所述驱动信号运行；
信号生成单元的第二端与对应信号放大单元的第二端连接，信号生成单元的第三端接地；信号生成单元用于接收外部刺激信号，根据外部刺激信号生成探测信号，并将探测信号传输至信号放大单元；
信号放大单元的第三端与对应信号输出单元的第二端连接，同一拮抗单元中的两个信号放大单元的第四端同时与对应信号耦合单元的第一端连接，所述信号耦合单元的第二端接地；
信号耦合单元用于将同一拮抗单元中的两个信号放大单元接收的探测信号进行耦合，产生耦合后的探测信号，并将耦合后的探测信号分别反馈至对应的两个信号放大单元；信号放大单元用于将耦合后的探测信号放大，再分别传输至对应信号输出单元的第二端；
同一行拮抗单元中的所有信号输出单元的第三端与信号接收端连接。
在其中的一些实施例中，所述驱动单元包括：开关信号发送端以及行扫描信号发送端；
所述开关单元为开关晶体管，所述开关晶体管的栅极与所述开关信号发送端连接，所述开关晶体管的漏极与所述行扫描信号发送端连接，所述开关晶体管的源极，分别与对应所述信号生成单元的第一端、对应信号放大单元的第一端以及对应信号输出单元的第一端连接；
所述开关晶体管用于基于所述开关信号发送端的开关信号导通或截止，并在所述开关晶体管导通时，接入所述行扫描信号端发送的行扫描信号。
在其中的一些实施例中，所述信号生成单元包括第一分压组件以及可变电阻；
所述第一分压组件的第一端与所述开关晶体管的源极连接，所述第一分压组件的第二端与所述可变电阻的第一端连接，所述可变电阻的第二端接地，所述第一分压组件与所述可变电阻的连接点与对应信号放大单元的第二端连接；
所述可变电阻用于接收外部刺激信号，基于所述外部刺激信号调节阻值，以使所述第一分压组件与所述可变电阻的连接点产生探测信号。
在其中的一些实施例中，所述第一分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种；
所述可变电阻包括光敏电阻以及热敏电阻中的任意一种。
在其中的一些实施例中，所述信号放大单元包括：第二分压组件以及共源放大器；
所述第二分压组件的第一端与所述开关晶体管的源极连接，所述第二分压组件的第二端与所述共源放大器的漏极连接；
所述共源放大器的栅极与所述第一分压组件与所述可变电阻的连接点连接，同一拮抗单元中的两个共源放大器的源极同时与对应拮抗单元中的信号耦合单元的第一端连接，所述第二分压组件与所述共源放大器的连接点与对应信号输出单元的第二端连接。
在其中的一些实施例中，所述第二分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种。
在其中的一些实施例中，所述信号输出单元为输出晶体管，所述信号输出单元的第一端为漏极，所述信号输出单元的第二端为栅极，所有信号输出单元的第三端为源极。
在其中的一些实施例中，所述信号耦合单元为耦合晶体管，所述信号耦合单元的第一端为漏极，所述信号耦合单元的第二端为源极，所述信号耦合单元的栅极与可调直流源或所述信号放大单元的第四端连接。
第二个方面，在本实施例中提供了一种拮抗像素电路的驱动方法，应用于上述任一方面所述的拮抗像素电路中，包括：
基于探测周期向所述拮抗像素电路中的目标行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，所述目标行拮抗单元为所述拮抗像素电路中的任意一行拮抗单元；
接收所述拮抗像素电路基于所述驱动信号返回的探测信号；
在所述探测周期结束后，停止向所述目标行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，并向所述目标行拮抗单元的下一行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，直至所述拮抗像素电路中的所有行中的拮抗单元扫描结束。
第三个方面，在本实施例中提供了一种探测器，包括上述任一方面所述的拮抗像素电路以及驱动模块，所述驱动模块包括信号发送端以及信号接收端，所述信号发送端与所述信号接收端分别与所述拮抗像素电路连接，所述信号发送端用于向所述拮抗像素电路发送驱动信号，所述信号接收端用于接收所述拮抗像素电路基于所述驱动信号反馈的探测信号。
在上述实现过程中，通过子像素中的开关单元接收驱动单元的确定信号，从而使子像素中的信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元根据驱动信号运行，通过信号生成单元接收外部刺激信号，从而根据外部刺激信号生成探测信号，并将探测信号传输至信号放大单元，通过两个子像素中信号放大单元与信号耦合单元连接，从而将每一探测信号进行耦合后形成拮抗效果，进而通过信号放大单元将拮抗效果增强后，通过信号输出单元输出至信号接收端，进而使像素电路在探测到被测目标对象的分界处或存在对比度的区域时，增强了对比效果，即提高了像素电路的探测性能，进而增加了显示效果。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种拮抗单元的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的另一种的拮抗单元的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种拮抗单元的中信号变化的状态示意图；
图4是本申请实施例提供的第二中拮抗单元的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的第三中拮抗单元的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种拮抗像素电路的驱动方法的流程图；
图7是本申请实施例中提供的一种驱动信号的示意图；
图8是本申请实施例提供的一种探测器的结构示意图。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。
除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
像素电路可以作为探测器的主要电路，在各领域都得到广泛的应用，例如，可以用于图像感知分析、医学图像处理、医学成像、机器人视觉以及热力学研究等领域中。
但目前的像素电路通常是将每一像素采集的探测信号直接作为探测结果，通过该种像素电路得到的探测结果容易导致最终的显示效果较差的问题。
因此，如何提高像素电路探测结果的显示效果，是一个需要解决的问题。
在本申请实施例中提供了一种拮抗像素电路，该拮抗像素电路包括：阵列分布的多个拮抗单元，图1是本申请实施例提供的一种拮抗单元的结构示意图，如图1所示，每一拮抗单元10包括两个子像素，子像素11和子像素12，每一拮抗单元10还包括信号耦合单元13。
其中，每一子像素中包括开关单元101、信号生成单元102、信号放大单元103以及信号输出单元103。
同一行拮抗单元10中所有开关单元101的第一端与驱动单元20连接，同一行拮抗单元10中所有开关单元101的第二端分别与对应信号生成单元102的第一端、对应信号放大单元103的第一端以及对应信号输出单元104的第一端连接；用于接收驱动单元20的驱动信号，并将驱动信号传输至信号生成单元102、信号放大单元103以及信号输出单元104，以使信号生成单元102、信号放大单元103以及信号输出单元104根据驱动信号运行。
示例性地，同一行的所有开关单元101的第一端与驱动单元2020连接，同一行拮抗单元10中所有开关单元101的第二端分别与对应信号生成单元102的第一端、对应信号放大单元103的第一端以及对应信号输出单元104的第一端连接。
驱动单元20输出驱动信号并传输至开关单元101，同一行所有开关单元101的第一端同时接收驱动信号，当开关单元101导通时，开关单元101的第二端用于将驱动单元20的驱动信号分别传输至对应的信号生成单元102、信号放大单元103以及信号输出单元104，从而使同一行拮抗单元10中所有的子像素导通，以及使每一拮抗单元10的信号耦合单元运行，进而使每一子像素中的信号生成单元102、信号放大单元103以及信号输出单元104运行。
信号生成单元102的第二端与对应信号放大单元103的第二端连接，信号生成单元102的第三端接地；信号生成单元102用于接收外部刺激信号，根据外部刺激信号生成探测信号，并将探测信号传输至信号放大单元103。
示例性地，驱动信号为直流高电平信号，信号生成单元102的第二端与对应信号放大单元103的第二端连接，信号生成单元102的第三端接地，从而使直流高电平信号通过信号生成单元102的第一端和第三端并接地，形成回路。
当信号生成单元102导通后，信号生成单元102还用于接收外部刺激信号，进而根据外部刺激信号生成探测信号，并将探测信号通过信号生成单元102的第二端传输至对应的信号放大单元103。具体的，外部刺激信号可以是被测目标对象产生的，例如，外部刺激信号可以是光信号，也可以是热信号，也可以其他信号。在此不做限制。
当拮抗像素电路用于探测被测目标对象的不同部位时，外部刺激信号的大小不同，从而可以根据不同大小的外部刺激信号生成被测目标对象的不同部位的探测结果。
信号放大单元103的第三端与对应信号输出单元104的第二端连接，同一拮抗单元10中的两个信号放大单元103的第四端同时与对应信号耦合单元的第一端连接，信号耦合单元的第二端接地。
信号耦合单元用于将同一拮抗单元10中的两个信号放大单元103接收的探测信号进行耦合，产生耦合后的探测信号，并将耦合后的探测信号分别反馈至对应的两个信号放大单元103；信号放大单元103用于将耦合后的探测信号放大，再分别传输至对应信号输出单元104的第二端。
示例性地，同一拮抗单元10中的两个信号放大单元103在接收到探测信号后，将接收的探测信号都传输至信号耦合单元，由于信号耦合单元的第二端接地，则同一拮抗单元10中的两个信号放大单元103的第四端的连接点的电位稳定不变，若拮抗单元在用于探测被测目标对象某个部位与其他部位的交界处时，则在探测到交界处的相邻两时刻对应的外部刺激信号的大小不同，则对应的探测信号的大小不同。
为了便于描述，将相邻两时刻定义为上一时刻和下一时刻，若子像素11在上一时刻接收到的外部刺激信号大于下一时刻接收到的刺激信号，则子像素11中信号放大单元103的探测信号强度变小，为了保持两个信号放大单元103的第四端的连接点的电位稳定不变，则子像素12中信号放大单元103的探测信号强度会变大，从而增加了子像素11和子像素12的输出信号的对比度，即通过信号耦合单元将同一拮抗单元中的两个信号放大单元接收的探测信号进行耦合，产生耦合后的探测信号，从而实现拮抗效果。
进一步地，信号耦合单元将耦合后的探测信号分别反馈至对应的信号放大单元，即，信号耦合单元13将强度变小的耦合后的探测信号反馈至子像素11中信号放大单元103，信号耦合单元13将强度变大的耦合后的探测信号反馈至子像素12中信号放大单元103。
进一步地，由于子像素11中接收到的探测信号强度变小，则子像素11中信号放大单元103通路中的电流变小，从而使子像素11中信号放大单元103第三端输出的探测信号的强度变小，并传输至信号输出单元104。对应的，子像素12中接收到的探测信号强度变大，则子像素12中信号放大单元103通路中的电流变大，从而使子像素12中信号放大单元103第三端输出的探测信号的强度变小，并传输至信号输出单元104。
同一行拮抗单元10中的所有信号输出单元104的第三端与信号接收端连接。
进一步地，信号输出单元104将接收的探测信号传输至信号接收端，从而使交界处探测到的信号对比效果更显著。
在上述实现过程中，通过子像素中的开关单元接收驱动单元的确定信号，从而使子像素中的信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元根据驱动信号运行，通过信号生成单元接收外部刺激信号，从而根据外部刺激信号生成探测信号，并将探测信号传输至信号放大单元，通过两个子像素中信号放大单元与信号耦合单元连接，从而将每一探测信号进行耦合后形成拮抗效果，进而通过信号放大单元将拮抗效果增强后，通过信号输出单元输出至信号接收端，进而使像素电路在探测到被测目标对象的分界处或存在对比度的区域时，增强了对比效果，即提高了像素电路的探测性能，进而增加了显示效果。
进一步地，将该拮抗像素电路应用于图像边缘提取场景中，可以提取图像的边缘信息，对于目标检测、图像分割和边缘检测等任务非常有益，有助于准确地识别和定位目标。其次，在红外图像处理中，该拮抗拮抗像素电路可以增强红外图像的纹理清晰度，提高目标物体的可见性，从而提高红外图像的质量和可靠性。在医学图像处理中，拮抗像素电路可以增强医学图像的对比度和边缘信息，提供更准确的图像感知和诊断能力，有助于医生更好地检测和诊断疾病，提高治疗的准确性和效果。此外，拮抗像素电路的设计还可以实现亮暗交界处信号的增强和抑制，规避不同行侦测结果之间的相互干扰，并有效实现感算一体化，减小后段数据处理压力，降低对外部系统的要求。另外，采用薄膜晶体管工艺的阵列装置设计方法为柔性化开发提供了基础。拮抗像素电路的设计还可以应用于机器人视觉中，提升了机器视觉能力和智能化，从而实现了机器人的全方位的类人感知能力。综上所述，拮抗像素电路在多个领域中发挥着重要作用，提升了图像处理和医学图像诊断的能力，并为相关技术的发展提供了基础。
在其中的一些实施例中，驱动单元包括：开关信号发送端以及行扫描信号发送端。
开关单元为开关晶体管，开关晶体管的栅极与开关信号发送端连接，开关晶体管的漏极与行扫描信号发送端连接，开关晶体管的源极，分别与对应信号生成单元的第一端、对应信号放大单元的第一端以及对应信号输出单元的第一端连接。
开关晶体管用于基于开关信号发送端的开关信号导通或截止，并在开关晶体管导通时，接入行扫描信号端发送的行扫描信号。
示例性地，驱动单元可以包括开关信号发送端以及行扫描信号发送端，开关单元为开关晶体管，开关晶体管的栅极与开关信号发送端连接，开关晶体管的漏极与行扫描信号发送端连接，从而可以在开关晶体管的栅极接收到开关闭合信号时，开关晶体管导通，并接入行扫描信号端发送的行扫描信号，在开关晶体管的栅极接收到开关断开信号时，开关晶体管截止，停止接入行扫描信号端发送的行扫描信号，具体的，行扫描信号可以是直流高电平信号。
并且，在开关晶体管导通后，通过开关晶体管的源极将行扫描信号分别传输至对应信号生成单元的第一端、对应信号放大单元的第一端以及对应信号输出单元的第一端，从而使对应信号生成单元、对应信号放大单元以及对应信号输出单元根据行扫描信号运行。
需要说明的是，开关晶体管可以是薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)，也可以是金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，也可以是结型场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)，在此不做限制。
在上述实现过程中，通过开关晶体管的栅极与开关信号发送端连接，开关晶体管的漏极与行扫描信号发送端连接，从而通过开关信号发送端发送的开关信号实现开关晶体管的闭合或断开，并在开关晶体管闭合时，实现了行扫描信号的接入，并通过开关晶体管的源极将行扫描信号分别传输至对应的信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元，从而使对应信号生成单元、对应信号放大单元以及对应信号输出单元根据行扫描信号运行。
在其中的一些实施例中，信号生成单元包括第一分压组件以及可变电阻。
第一分压组件的第一端与开关晶体管的源极连接，第一分压组件的第二端与可变电阻的第一端连接，可变电阻的第二端接地，第一分压组件与可变电阻的连接点与对应信号放大单元的第二端连接。
可变电阻用于接收外部刺激信号，基于外部刺激信号调节阻值，以使第一分压组件与可变电阻的连接点产生探测信号。
示例性地，第一分压组件与可变电阻串联，第一分压组件的第一端通过开关晶体管接收行扫描信号，并将行扫描信号传输至可变电阻，进而通过可变电阻接地。
当可变电阻接收的外部刺激信号变化时，其电阻值会对应的发生改变，进而可变电阻两端的电位会发生改变，例如，当外部刺激信号增强时，可变电阻的阻值减小，则可变电阻两端的电位会减小，由于第一分压组件与可变电阻串联，则第一分压组件与可变电阻连接点的电位会降低，进而使第一分压组件与可变电阻的连接点通过降低的电位产生探测信号，进一步地，将该探测信号传输至信号放大单元。
在上述实现过程中，通过第一分压组件与可变电阻串联，并当可变电阻接收的外部刺激信号变化时，其阻值发生改变，从而通过阻值的变化使第一分压组件与可变电阻的连接点的电位发生改变，进而在第一分压组件与可变电阻的连接点产生探测信号，实现了探测信号的生产。
在其中的一些实施例中，第一分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种。
可变电阻包括光敏电阻以及热敏电阻中的任意一种。
示例性地，第一分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种，也可以是匹配的二极管负载，只要能够在信号生成单元中与可变电阻实现分压关系的电器元件即可，在此不做限制。
此外，可变电阻可以是光敏电阻或热敏电阻，也可以是其他电器元件，只要能够根据外部刺激信号的变化实现其阻值变化即可，可以根据实际的被探测对象进行适应性设置，在此不做限制。
在上述实现过程中，将定值电阻或电流源中的至少一种作为第一分压组件，从而能够与可变电阻组成分压结构，光敏电阻或热敏电阻作为可变电阻从而能够实现对光能或热能的探测。
在其中的一些实施例中，信号放大单元包括：第二分压组件以及共源放大器。
第二分压组件的第一端与开关晶体管的源极连接，第二分压组件的第二端与共源放大器的漏极连接。
共源放大器的栅极与第一分压组件与可变电阻的连接点连接，同一拮抗单元中的两个共源放大器的源极同时与对应拮抗单元中的信号耦合单元的第一端连接，第二分压组件与共源放大器的连接点与对应信号输出单元的第二端连接。
示例性地，信号放大单元包括第二分压组件以及共源放大器，通过第二分压组件的第一端与开关晶体管的源极连接，第二分压组件的第二端与共源放大器的漏极连接，从而接入行扫描信号，并通过第二组件分压组件以及共源放大器接地，从而形成闭合回路。
并且，在同一拮抗单元中的两个共源放大器将接收的探测信号共同传输至信号耦合单元，从而便于信号耦合单元对同一拮抗单元中的探测信号进行耦合，从而形成拮抗效果。
进而，信号耦合单元将耦合后的探测信号在反馈至对应的共源放大器中，由于各共源放大器接收的耦合后的探测信号的强度发生了改变，即共源放大器两端的电压差发生改变，因此，第二分压组件与共源放大器连接点的信号强度发生改变，即实现了耦合后的探测信号的改变，并将该探测信号通过，第二分压组件与共源放大器连接点传输至信号输出单元。
在上述实现过程中，通过同一拮抗单元中的两个共源放大器与信号耦合单元连接，从而将同一拮抗单元中的两个探测信号通过共源放大器传输至信号耦合单元，进而便于信号耦合单元对探测信号进行耦合，并通过第二分压电阻与共源放大器串联，从而通过耦合后的探测信号使第二分压电阻与共源放大器连接点的电位差发生改变，进而实现了耦合后的探测信号的放大。
在其中的一些实施例中，第二分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种。
示例性地，第二分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种，共源放大器可以是TFT，也可以是MOSFET，也可以是JFET，但本申请不限于此。
在其中的一些实施例中，信号输出单元为输出晶体管，信号输出单元的第一端为漏极，信号输出单元的第二端为栅极，所有信号输出单元的第三端为源极。
示例性地，信号输出单元为输出晶体管，信号输出单元可以是TFT，也可以是MOSFET，也可以是JFET，但本申请不限于此。
信号输出单元的第一端为漏极，与开关晶体管的源极连接，从而接收行扫描信号，信号输出单元的第二端为栅极，与对应的信号放大单元中第二分压组件与共源放大器的连接点连接，从而接收放大后的探测信号，所有信号输出单元的第三端为源极，与信号接收端连接，从而便于信号接收端接收所有的探测信号。
在上述实现过程中，将输出晶体管作为信号输出端，从而确保了各子像素输出探测信号的稳定性。
在其中的一些实施例中，信号耦合单元为耦合晶体管，信号耦合单元的第一端为漏极，信号耦合单元的第二端为源极，信号耦合单元的栅极与可调直流源或信号放大单元的第四端连接。
示例性地，信号耦合单元为耦合晶体管，耦合晶体管可以是TFT，也可以是MOSFET，也可以是JFET，但本申请不限于此。
信号耦合单元的第一端为漏极，与同一拮抗单元中的两个共源放大器的源极连接，信号耦合单元的第二端为源极接地，信号耦合单元的栅极与可调直流源、信号放大单元的第四端或者同步于行扫描信号的低压脉冲信号连接，其作用是在当前行开启时保证信号耦合单元工作在合适的饱和区，从而确保信号输出端中的电流稳定，
在上述实现过程，将耦合晶体管作为信号耦合单元，有效地实现了同一拮抗单元中的两个共源放大器接收的探测信号的耦合，从而在同一拮抗单元中实现拮抗效果。
图2是本申请实施例提供的另一种的拮抗单元的结构示意图，如图2所示，开关单元(M4和M8)为开关晶体管，主要工作于线性区或者三极管区，主要启开关控制作用，具体的，开关单元M4以及M8分别为左右两个子像素的行扫描开关，M4&M8的漏极与直流高电平VDD相连，栅极与行扫描信号SW相连，源极与信号生成单元，放大单元以及信号输出单元相连，用于为信号生成单元，放大单元以及信号输出单元提供直流高电平信号。
在同一拮抗单元中，信号生成单元102由R1～R4组成，其中R1和R3为定值电阻，R2和R4为光敏电阻，即信号生成单元102由两个电阻串联而成，上端为定值电阻R1(或R3)与开关晶体管M4(或M8)的源极相连，下端为光敏电阻R2(或R4)，光敏电阻也可以是其它受激可变电阻，光敏电阻R2(或R4)一端与R1(或R3)相连，另一端与地电位相连，形成分压关系，当光敏电阻受光照时其阻值减小，定值电阻和光敏电阻连接点电位降低，生成与光照相关的一个电压信号，该信号通过与信号放大单元中M2(或M6)栅极相连将信号输出到信号放大单元。
该直流高电平信号在开关单元开启时，通过开关单元M4(或者M8)将直流高电平信号送往信号生成单元支路，通过定值电阻和光敏电阻与地电位形成回路。
信号放大单元103为单级共源放大器，其负载由二极管连接的M1(或M5)组成。二极管连接的负载M1(或者M5)其栅极漏极连接在一起，分别与开关单元的M4(或M8)的源极相连，二极管连接的负载M1(或者M5)的源极与信号输出单元104相连，同时与共源放大器M2(或者M6)的漏极相连。共源放大器M2(或者M6)栅极与信号生成单元中定值电阻和光敏电阻连接点相连，从而获取光照信号，其源极与信号耦合单元13相连，同时与相邻子像素的信号放大单元源极相连，即M2源极和M6源极相连，通过信号耦合单元13将相邻像素信号关联，从而形成拮抗效果。
直流高电平信号在开关单元开启时，通过开关单元M4(或者M8)将直流高电平信号送往信号放大单元支路，通过负载二极管M1(或者M5)流过M2(或者M6)，最终和相邻子像素一起流向信号耦合单元，与地电位形成回路。
负载M1(或M5)为二极管连接的TFT或者MOS管，该负载不限于以上管子可以为定值电阻，匹配的电流源等。共源放大器M2和M6不限于薄膜晶体管，可为MOSFET，JFET等电压控器件。
该信号放大单元103工作于饱和区，主要用于放大从信号生成单元所获取的信号。
信号输出单元104由M3(或者M7)组成，信号输出单元其漏端与开关单元M4(或者M8)的源极相连。信号输出单元的栅极与信号放大单元相连，其连接点位于信号放大单元负载M1(或M5)的源极和M2(或M6)的漏极。信号输出单元其源端与地信号相连或者具有地电位的电流信号检测单元相连。
该直流高电平信号在开关单元开启时，通过开关单元M4(或M8)将直流高电平信号送往信号放大单元支路，通过信号输出单元M3(或M7)的源漏极，与信号接收端形成回路。
信号输出单元可以为薄膜晶体管TFT，可以为MOSFET，JFET等电压控器件，信号输出单元工作于饱和区，主要将放大后的电压信号转换为电流信号输出。
信号耦合单元由M9组成，其栅极连接可调直流信号或者同步于行扫描信号的低压脉冲信号，其作用是在当前行开启时保证信号耦合单元工作在合适的饱和区。所述信号耦合单元的源极与地信号相连。
直流高电平信号在在开关单元开启时，通过开关单元M4(或M8)将直流高电平信号送往信号放大单元支路，通过负载二极管M1(或M5)流过M2(或M6)，最终和相邻子像素一起流向信号耦合单元(M9)，与地电位形成回路。
信号耦合单元可以为薄膜晶体管TFT，也可以为MOSFET，JFET等电压控器件。信号耦合单元工作于饱和区，主要而相连两个子像素提供一个恒定的电流值。
图3是本申请实施例提供的一种拮抗单元的中信号变化的状态示意图，如图3所示，在本申请实施例中，将三个横向排列的拮抗单元组成的结构定义为拮抗像素电路中的一行拮抗单元，即一行拮抗单元中包括6个子像素，若在状态一时，6个子像素均处于暗态，当该行拮抗单元探测到不同区域时，且该区域中包括交界处，且子像素3和子像素4处于交界处，则该行拮抗单元从状态一变为状态二，即6个子像素左侧三个处于暗态，右侧三个处于亮态，亮暗交界处的两个子像素，会通过信号耦合单元的耦合作用，最终实现亮暗交界处两个子像素暗态变得更暗，亮态变得更亮，实现类似于人眼的视觉感知拮抗效果。
具体的，拮抗效果定义为：在亮暗分界线处，假定左侧有三个子像素(或者更多)在暗区，右侧有三个子像素在亮区(或者更多)，亮暗交界处位于暗区的子像素会变得比正常暗区像素更暗(如图3中，子像素3测得的电流会比子像素1和2更小)；亮暗交界处位于亮区的子像素会变得比正常亮区像素更亮(如图3中，子像素4测得的电流会比子像素5和6更大)。
此处信号耦合单元(M9)可能存在两种情况：
1)其沟道长度调制效应很弱，即M9内阻无穷大，则对应子像素1/2以及5/6测得的电流大小一致，即该电路无法识别亮暗区域，尽可以识别亮暗交接区域。
2)耦合单元(M9)的沟道长度调制效应很明显，即M9存在有限的内阻，则对应子像素1/2以及5/6测得的电流大小不一致，此时该像素阵列单元可以识别亮区和暗区。
在实际应用中，状态一到状态二可以是探测到不同区域，从而使探测信号存在变化的两种状态。
基于以上情况1，当6个子像素从状态一进入状态二，则子像素3/4中电流进入充分分配状态，1/2/5/6保持原有状态不变，即信号放大单元，信号输出单元，信号耦合单元都处于饱和区。假设从状态一到状态二时，子像素4由于从暗态进入亮态，即子像素4中M6的栅极电压电位下降，则子像素4的放大支路中电流减小，由于M5处于二极管饱和工作状态，流过其电流减小，且同时其栅极漏极电压不变，则其源极电压上升，从而带动子像素4中信号输出单元输出电流增大(同比于状态二的子像素5或者子像素6，由于两个子像素处于相同状态，则流过其放大支路中的电流和状态一时保持一直以，均为耦合支路中电流的一半，因此相比之下子像素4的输出电流会比子像素5和6更大，从而实现了亮暗交界处，亮区子像素4测得的电流更大，亮度更亮的增强效果)。
同时由于信号耦合单元M9的存在，流过子像素3和子像素4的总电流应该保持一致，当流过子像素4放大支路的电流减小时，则流过子像素3放大支路的电流增大，由于M1处于二极管饱和工作状态，流过其电流增大，且同时其栅极漏极电压不变，则其源极电压减小，从而带动子像素3输出单元输出电流减小，相比于像素1和像素2的输出电流更小，从而实现了同处于暗区，亮暗交界处暗区像素电流更小的抑制效果。因此，该拮抗像素电路可以实现类人视觉的拮抗运算效果。
基于情况2，当信号耦合单元的内阻在一定范围内(具体根据实际需求匹配即可)时，其增强和抑制的拮抗原理和情况1一致，只是效果较情况1会有部分弱化。
图4是本申请实施例提供的第二中拮抗单元的结构示意图，如图4所示的拮抗单元与图2所示的拮抗单元的区别在于：图2所示的信号耦合单元M9为恒流源连接方式的尾电流源，如图4所示的信号耦合单元M9为二极管连接模式的尾电流源，即如图4中信号耦合单元M9的栅极与M2和M6的源极连接。
若以图4中的拮抗单元组成拮抗像素电路，在子像素5和6从暗区进入亮区，放大支路中M5和M6的栅极电压降低，流过子像素5和子像素6放大支路中的电流同步减小，为了维持整个回路中电流的大小，二极管连接的尾电流源M9栅极和漏极电压减小。匹配以上接过放大之路中M1和M5的源极电压增大，从而在保留拮抗功能的情况下实现亮暗区间的区分。
图5是本申请实施例提供的第三中拮抗单元的结构示意图，如图5所示的拮抗单元与图2所示的拮抗单元的区别在于：图2所示中的R1和R3为定值电阻，图5中的M10和M11为P性电流源。
具体的，若以图5中的拮抗单元组成拮抗像素电路，则信号生成单元所获取的电压信号为V＝I*Rx，其中V为信号放大单元M2，M6的栅极电压；I为P型电流源M10或者M11的电流，Rx为光敏电阻的阻止(R2或者R4)，而以图5中的拮抗单元组成拮抗像素电路则信号生成单元所获取的电压信号为V＝(VDD/(R1+R2))*R2。
在上述实现过程中，若该拮抗像素电路应用在图像的边缘提取场景中，可以有效地突出图像中的边缘信息。这对于目标检测、图像分割和边缘检测等任务非常有益，有助于准确地识别和定位目标。若该拮抗像素电路应用在红外图像增强场景中，可以提高红外图像的纹理清晰度，增强目标物体的可见性，从而提高红外图像的质量和可靠性。若该拮抗像素电路应用在医学图像诊断中，可以增强医学图像的对比度和边缘信息，提供更准确的图像感知和诊断能力，助于医生更好地检测和诊断疾病，提高治疗的准确性和效果。
此外，在本申请实施例中还提供了一种拮抗像素电路的驱动方法，图6是本申请实施例提供的一种拮抗像素电路的驱动方法的流程图，该方法可以应用在上述任一实施例所述的拮抗像素电路中，该方法的执行主体可以是驱动单元，如图6所示，该包括如下步骤：
步骤S601，基于探测周期向拮抗像素电路中的目标行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号。
目标行拮抗单元为拮抗像素电路中的任意一行拮抗单元。
步骤S602，接收拮抗像素电路基于驱动信号返回的探测信号。
步骤S603，在探测周期结束后，停止向目标行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，并向目标行拮抗单元的下一行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，直至拮抗像素电路中的所有行中的拮抗单元扫描结束。
示例性地，根据探测周期向拮抗像素电路中的目标行拮抗单元是所有开关单元发送驱动信号，目标行拮抗单元为拮抗像素电路中的任意一行拮抗单元。
图7是本申请实施例中提供的一种驱动信号的示意图，如图7所示，若目标行为拮抗像素电路中的第n行，驱动信号可以是开关驱动信号SWn，则任一行拮抗单元的驱动周期为图7中两虚线之间的时间。
在探测阶段，当发送开关驱动信号后Swn由低电位变为高电位，当前行所有行的开关单元闭合，光敏电阻接收外部信号，并接入直流高电平信号VDD，在直流接地电位的通路中迅速形成适配的电位分配，从而引导信号放大单元，耦合单元，输出响应的信号给信号输出单元，经过信号输出单元将侦测到的信号输出至驱动单元的信号接收端。在探测期间，可以同时接入可调直流信号Vb。
进一步地，使驱动单元的信号接收端接收到当前行的探测信号。
如图7所示，在目标行拮抗单元的探测周期结束后，停止向目标行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，即Swn由高电位变为低电位，此时，目标行进入关闭阶段，进而，向第n+1行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，并且驱动单元循环上述驱动信号发送与探测信号接收过程，直至拮抗像素电路中的所有行中的拮抗单元扫描结束，进而接收到所有行拮抗单元的探测信号。
需要说明的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
此外，在本申请实施例中还提供了一种探测器，图8是本申请实施例提供的一种探测器的结构示意图，该探测器b包括上述任一实施例所述的拮抗像素电路a，以及驱动模块，其中，驱动模块包括信号发送端以及信号接收端，信号发送端与信号接收端分别与拮抗像素电路连接，信号发送端用于向拮抗像素电路发送驱动信号，信号接收端用于接收拮抗像素电路基于驱动信号反馈的探测信号。
具体的，如图8所示，信号发送端包括开关信号发送端以及电平信号发送端，电平信号发送端与信号接收端集成在一起。
在该探测器中，各拮抗单元通过密切排布的在一定范围内阵列展开，在拮抗像素电路同一行的行扫描信号连接在一起，连接点与开关信号发送端相连接，在探测周期内逐行控制开关信号发送端发送开关信号，从而形成逐行的行扫描信号。在该拮抗像素电路中不同行的行扫描信号相互无连接。
该行扫描信号由低电位变为高电位时，对应的开关单元闭合，且同一时间仅有当前行的行扫描信号为高，即仅有当前行开启，其余行处于关闭状态。该行扫描信号由低电位变为高电位后，当前行像素全部进入静态工作状态，当探测器接触外界光照等信息时，当前行开始收集外部刺激信号，经过信号放大单元以及信号输出单元输出到信号接收端。
之后当前行扫描信号由高电位变为低电位，下一行行扫描信号由低电位变为高电位，重复以上过程，直到所有行扫描完成。
在该拮抗像素电路中，其阵列内部所有直流高电位信号通过横向和纵向走线连接在一起，都与电平信号发送端连接，通过电平信号发送端为其提供直流高电位信号。
在该拮抗像素电路中，其阵列内部所有直流接地信号通过横向和纵向走线连接在一起，都与电平信号发送端连接，通过电平信号发送端为其提供直流接地电位信号。
各拮抗单元同一行的信号耦合单元栅极的可调直流信号连接在一起，都与电平信号发送端连接，电平信号发送端通过连接点控制所有拮抗单元的信号耦合单元栅极可调直流信号，为信号耦合单元提供稳定的栅极控制电压。
在该拮抗像素电路中，同一列的电流输出信号连接在一起，都与信号接收端连接，该信号接收端可以是探测IC单元，探测控制IC通过连接点分行依次探测所有子像素单元的输出电流信号。在该拮抗像素电路中，不同列的电压输出信号无连接关系。
直流高电位信号，接地低电位信号，直流可调信号在行扫描信号开启是通过信号生产单元，信号放大单元，信号输出单元形成回路，最终实行一个静态工作状态，等待接收外部信号，实现探测。
在上述实现过程中，首先，通过包括上述任一实施例所述的拮抗像素电路的探测器进行边缘提取，可以提取图像的边缘信息，对于目标检测、图像分割和边缘检测等任务非常有益，有助于准确地识别和定位目标。其次，在红外图像处理中，该拮抗像素电路可以增强红外图像的纹理清晰度，提高目标物体的可见性，从而提高红外图像的质量和可靠性。在医学图像处理中，拮抗像素电路可以增强医学图像的对比度和边缘信息，提供更准确的图像感知和诊断能力，有助于医生更好地检测和诊断疾病，提高治疗的准确性和效果。此外，拮抗像素电路的设计还可以实现亮暗交界处信号的增强和抑制，规避不同行侦测结果之间的相互干扰，并有效实现感算一体化，减小后段数据处理压力，降低对外部系统的要求。另外，采用薄膜晶体管工艺的阵列装置设计方法为柔性化开发提供了基础。综上所述，拮抗像素电路在多个领域中发挥着重要作用，提升了图像处理和医学图像诊断的能力，并为相关技术的发展提供了基础。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种拮抗像素电路，其特征在于，所述拮抗像素电路包括：阵列分布的多个拮抗单元；所述拮抗单元包括两个子像素以及信号耦合单元，每一所述子像素中包括开关单元、信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元；
同一行拮抗单元中所有开关单元的第一端与驱动单元连接，同一行拮抗单元中所有开关单元的第二端分别与对应所述信号生成单元的第一端、对应信号放大单元的第一端以及对应信号输出单元的第一端连接；用于接收所述驱动单元的驱动信号，并将所述驱动信号传输至信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元，以使信号生成单元、信号放大单元以及信号输出单元根据所述驱动信号运行；
信号生成单元的第二端与对应信号放大单元的第二端连接，信号生成单元的第三端接地；信号生成单元用于接收外部刺激信号，根据外部刺激信号生成探测信号，并将探测信号传输至信号放大单元；
信号放大单元的第三端与对应信号输出单元的第二端连接，同一拮抗单元中的两个信号放大单元的第四端同时与对应信号耦合单元的第一端连接，所述信号耦合单元的第二端接地；
信号耦合单元用于将同一拮抗单元中的两个信号放大单元接收的探测信号进行耦合，产生耦合后的探测信号，并将耦合后的探测信号分别反馈至对应的两个信号放大单元；信号放大单元用于将耦合后的探测信号放大，再分别传输至对应信号输出单元的第二端；
同一行拮抗单元中的所有信号输出单元的第三端与信号接收端连接。
2.根据权利要求1所述的拮抗像素电路，其特征在于，所述驱动单元包括：开关信号发送端以及行扫描信号发送端；
所述开关单元为开关晶体管，所述开关晶体管的栅极与所述开关信号发送端连接，所述开关晶体管的漏极与所述行扫描信号发送端连接，所述开关晶体管的源极，分别与对应所述信号生成单元的第一端、对应信号放大单元的第一端以及对应信号输出单元的第一端连接；
所述开关晶体管用于基于所述开关信号发送端的开关信号导通或截止，并在所述开关晶体管导通时，接入所述行扫描信号端发送的行扫描信号。
3.根据权利要求2所述的拮抗像素电路，其特征在于，所述信号生成单元包括第一分压组件以及可变电阻；
所述第一分压组件的第一端与所述开关晶体管的源极连接，所述第一分压组件的第二端与所述可变电阻的第一端连接，所述可变电阻的第二端接地，所述第一分压组件与所述可变电阻的连接点与对应信号放大单元的第二端连接；
所述可变电阻用于接收外部刺激信号，基于所述外部刺激信号调节阻值，以使所述第一分压组件与所述可变电阻的连接点产生探测信号。
4.根据权利要求3所述的拮抗像素电路，其特征在于，所述第一分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种；
所述可变电阻包括光敏电阻以及热敏电阻中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的拮抗像素电路，其特征在于，所述信号放大单元包括：第二分压组件以及共源放大器；
所述第二分压组件的第一端与所述开关晶体管的源极连接，所述第二分压组件的第二端与所述共源放大器的漏极连接；
所述共源放大器的栅极与所述第一分压组件与所述可变电阻的连接点连接，同一拮抗单元中的两个共源放大器的源极同时与对应拮抗单元中的信号耦合单元的第一端连接，所述第二分压组件与所述共源放大器的连接点与对应信号输出单元的第二端连接。
6.根据权利要求5所述的拮抗像素电路，其特征在于，所述第二分压组件包括定值电阻或电流源中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的拮抗像素电路，其特征在于，所述信号输出单元为输出晶体管，所述信号输出单元的第一端为漏极，所述信号输出单元的第二端为栅极，所有信号输出单元的第三端为源极。
8.根据权利要求1所述的拮抗像素电路，其特征在于，所述信号耦合单元为耦合晶体管，所述信号耦合单元的第一端为漏极，所述信号耦合单元的第二端为源极，所述信号耦合单元的栅极与可调直流源或所述信号放大单元的第四端连接。
9.一种拮抗像素电路的驱动方法，其特征在于，用于驱动上述权利要求1-8中任一项所述的拮抗像素电路中，包括：
基于探测周期向所述拮抗像素电路中的目标行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，所述目标行拮抗单元为所述拮抗像素电路中的任意一行拮抗单元；
接收所述拮抗像素电路基于所述驱动信号返回的探测信号；
在所述探测周期结束后，停止向所述目标行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，并向所述目标行拮抗单元的下一行拮抗单元的所有开关单元发送驱动信号，直至所述拮抗像素电路中的所有行中的拮抗单元扫描结束。
10.一种探测器，其特征在于，包括上述权利要求1-8中任一项所述的拮抗像素电路以及驱动模块，所述驱动模块包括信号发送端以及信号接收端，所述信号发送端与所述信号接收端分别与所述拮抗像素电路连接，所述信号发送端用于向所述拮抗像素电路发送驱动信号，所述信号接收端用于接收所述拮抗像素电路基于所述驱动信号反馈的探测信号。
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