CN220570631U - 光电传感器及其像素单元、脉冲相机和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种光电传感器及其像素单元、脉冲相机和电子设备，其中的像素单元包括脉冲生成电路、脉宽计数器、第一比较器、计数器最高位进位器和逻辑或电路；所述脉冲生成电路分别与所述脉宽计数器、所述第一比较器和所述逻辑或电路连接；所述脉宽计数器分别与所述第一比较器和所述计数器最高位进位器连接；所述第一比较器与所述逻辑或电路连接；所述计数器最高位进位器与所述逻辑或电路连接，由此可以减小编码数据的数据量、从而减小对外传输数据的数据量，有助于降低传输压力、提高传输效率。

Description

光电传感器及其像素单元、脉冲相机和电子设备

技术领域

本公开涉及信息处理技术、编解码技术，尤其是一种光电传感器及其像素单元、脉冲相机和电子设备。

背景技术

脉冲相机通过内置的光电传感器，采集观测场景的光信号并对采集的光信号进行累积，当光信号累积量超过预先设置的阈值时，生成一脉冲信号并发放，从而形成脉冲序列，由此实现对高速光过程的高精度表达和连续记录，由于脉冲信号具有清晰的物理意义及超高的时间分辨率，对高速运动目标具有较强的探测能力，广泛应用在机器视觉、遥测遥控、电子计算机、自动驾驶等高速运动场景。

然而，由于脉冲序列对高速光过程的高精度表达和连续记录，需要极大的数据量，在传输带宽、传输实时性等方面存在很大压力。因此，如何降低传输压力、提高传输效率，是一个亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本公开实施例提供一种光电传感器及其像素单元、脉冲相机和电子设备，以至少部分解决上述技术问题。

本公开实施例的一个方面，提供一种光电传感器的像素单元，包括：脉冲生成电路，脉宽计数器，第一比较器，计数器最高位进位器和逻辑或电路；

所述脉冲生成电路分别与所述脉宽计数器、所述第一比较器和所述逻辑或电路连接；

所述脉宽计数器分别与所述第一比较器和所述计数器最高位进位器连接；

所述第一比较器与所述逻辑或电路连接；

所述计数器最高位进位器与所述逻辑或电路连接。

可选地，在本公开任一实施例的像素单元中，还包括：脉宽存储器；

所述脉宽存储器分别与所述脉宽计数器、所述第一比较器和所述逻辑或电路连接。

可选地，在本公开任一实施例的像素单元中，所述脉冲生成电路包括：光电二极管、复位晶体管和第二比较器；

所述光电二极管的正极接地，所述光电二极管的负极分别与所述复位晶体管的源极和所述第二比较器的负输入端连接；

所述复位晶体管的源极与所述光电二极管的负极连接，所述复位晶体管的漏极与电源模块连接，所述复位晶体管的栅极与所述第二比较器的输出端连接；

所述第二比较器的正输入端接外部参考信号，所述第二比较器的负输入端与所述光电二极管的负极连接，所述第二比较器的输出端分别与所述复位晶体管的栅极、所述脉宽计数器、所述第一比较器和所述逻辑或电路连接。

可选地，在本公开任一实施例的像素单元中，还包括：时钟电路；

所述时钟电路分别与所述脉宽计数器和所述逻辑或电路连接。

可选地，在本公开任一实施例的像素单元中，还包括：扫描电路；

所述扫描电路分别与所述脉冲生成电路和所述逻辑或电路连接。

可选地，在本公开任一实施例的像素单元中，还包括：编码器；

所述编码器分别与所述脉宽计数器、所述时钟电路和所述扫描电路连接。

本公开实施例的另一个方面，提供一种光电传感器，包括：多个本公开任一实施例所述的像素单元。

本公开实施例的另一个方面，提供一种脉冲相机，包括本公开任一实施例所述的光电传感器。

本公开实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括：

处理器，

与所述处理器通信连接的存储器；

与所述处理器连接的本公开任一实施例所述的的像素单元或者本公开任一实施例所述的光电传感器。

可选地，在本公开任一电子实施例中，所述电子设备包括以下任意一项：集成电路、传感器。

可选地，在本公开任一电子实施例中，所述电子设备包括被纳入以下任意一项：相机、摄像头、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐设备、智能手机、通信设备、移动设备、交通工具或设施、工业设备、医疗设备、安防设备、飞行设备、家电设备。

基于本公开实施例，像素单元包括脉冲生成电路、脉宽计数器、第一比较器、计数器最高位进位器和逻辑或电路，脉冲生成电路分别与脉宽计数器、第一比较器和逻辑或电路连接，脉宽计数器分别与第一比较器和计数器最高位进位器连接，第一比较器与逻辑或电路连接，计数器最高位进位器与逻辑或电路连接，可以通过脉冲生成电路将针对空间接收的光子流转换成表征光强变化过程的脉冲信号，通过脉宽计数器对脉冲信号的脉宽进行计数，当脉宽计数值超过预设记录脉宽后停止计数并触发计数器最高位进位器的最高位进位为1，在脉冲生成电路生成一个脉冲信号后停止计数并向第一比较器输出脉宽计数值，第一比较器比较该脉宽计数值是否发生变化(即脉冲信号的脉宽是否发生变化)，逻辑或电路对第一比较器输出的比较结果与计数器最高位进位器的最高位进行逻辑或操作，若比较结果不同或计数器最高位进位器的最高位为1，使能脉宽计数器向外输出脉宽计数值，以便对脉宽发生变化的脉冲信号的脉宽、或者对脉宽发生变化的脉冲信号的脉宽与外部时钟的计时信息进行编码后输出，由于仅在脉宽发生变化时、以及脉宽达到预设记录脉宽时才进行编码，而无需针对其他脉冲信号进行编码，由此可以减小编码数据的数据量、从而减小对外传输数据的数据量，有助于降低传输压力、提高传输效率；其次，由于减小了编码数据的数据量，可以节省编码数据所需占用的硬件资源从而降低硬件要求，有助于提高编码效率和资源利用率；另外，在脉冲信号的脉宽达到预设记录脉宽时即进行编码，可以避免由于硬件面积、功耗等硬件限制因素导致所能够记录的脉宽范围受限而限制成像动态范围，能够在减小编码数据的数据量的情况下提升成像动态范围。

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同描述一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本公开光电传感器的像素单元一实施例的结构示意图。

图2为本公开光电传感器的像素单元另一实施例的结构示意图。

图3为本公开光电传感器的像素单元又一实施例的结构示意图。

图4为本公开实施例中一脉冲信号的相关信息示例。

图5为本公开电子设备一个应用实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件的相对布置不限制本公开的范围。

本领域技术人员可以理解，本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

还应理解，在本公开实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。

还应理解，对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。

另外，本公开中术语“和/或”，仅仅是一种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。另外，本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还应理解，本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本公开实施例可以应用于相机(例如脉冲相机)、终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与相机、终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。

图1为本公开光电传感器的像素单元一实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例光电传感器的像素单元包括：脉冲生成电路102，脉宽计数器104，第一比较器106，计数器最高位进位器108和逻辑或电路110。其中：

脉冲生成电路102分别与脉宽计数器104、第一比较器106和逻辑或电路110连接。

脉宽计数器104分别与第一比较器106和计数器最高位进位器108连接。

第一比较器106与逻辑或电路110连接。

计数器最高位进位器108与逻辑或电路110连接。

其中，每个脉冲生成电路102可以作为一个光敏单元，持续采集空间的光信号并将该光信号转换为电信号进行累积，得到信号累积量，每当信号累积量达到预设累积阈值时生成一个脉冲信号，将该信号累积量置0(即复位)以便重新进行累积，并触发第一比较器106对该脉宽计数值与指定脉宽进行比较。可以基于该空间对应的脉冲信号的生成时刻，按照时序关系，由各脉冲信号排序得到用于表达该空间的光强及其变化过程的脉冲序列。脉宽计数器104在脉冲生成电路102的每个脉冲信号期间(即信号累积量从零累积到预设累积阈值)，在外部时钟电路的控制下对脉冲信号的脉宽进行累加计数，即统计生成上一个脉冲信号后经过了几个时钟(称为单位周期)，当累加计数得到的脉宽计数值超过预设记录脉宽后停止计数并触发计数器最高位进位器108的最高位进位为1，在脉冲生成电路102生成一个脉冲信号后停止计数并向第一比较器106输出脉宽计数值，其中的预设记录脉宽为硬件支持记录的最大脉宽，例如受限于硬件面积、功耗等实际因素，脉宽计数器104可以记录的脉宽为从0到8，那么该预设记录脉宽为8。第一比较器106比较脉宽计数器104输出的脉宽计数值与指定脉宽值是否相同，以确定脉冲信号的脉宽是否发生变化，并将脉宽计数器104的脉宽计数值置0以便从0开始重新进行计数；若比较结果相同，说明该脉冲信号的脉宽未发生变化，若比较结果不相同，说明该脉冲信号的脉宽发生了变化。在具体实现中，第一比较器106可以根据比较逻辑，在比较结果相同时输出0，在比较结果不同时输出1，或者也可以反之，本公开实施例对此不做限制。逻辑或电路110对第一比较器106输出的比较结果与计数器最高位进位器108的最高位进行逻辑或操作，若比较结果不同或计数器最高位进位器的最高位为1，则使能脉宽计数器104向外输出脉宽计数值，以便对脉宽发生变化的脉冲信号的脉宽和外部时钟的计时信息进行编码后输出。其中，脉宽与计时信息可以通过异步通信协议向外部缓存区块输出，本公开实施例对此不做限制。

基于本公开实施例，仅在脉冲信号的脉宽发生变化时、以及脉宽达到预设记录脉宽时才进行编码，而无需针对其他脉冲信号(即脉宽既未达到预设记录脉宽、也未发生变化的脉冲信号)进行编码，由此可以减小编码数据的数据量、从而减小对外传输数据的数据量，有助于降低传输压力、提高传输效率；其次，由于减小了编码数据的数据量，可以节省编码数据所需占用的硬件资源从而降低硬件要求，有助于提高编码效率和资源利用率；另外，在脉冲信号的脉宽达到预设记录脉宽时即进行编码，可以避免由于硬件面积、功耗等硬件限制因素导致所能够记录的脉宽范围受限而限制成像动态范围，能够在减小编码数据的数据量的情况下提升成像动态范围。

图2为本公开光电传感器的像素单元另一实施例的结构示意图。如图2所示，在图1所示实施例的基础上，该实施例的像素单元中，还可以包括：脉宽存储器202，该脉宽存储器202分别与脉宽计数器104、第一比较器106和逻辑或电路110连接。

该脉宽存储器202存储有指定脉宽值。逻辑或电路110可以在第一比较器106在比较结果不相同(即在脉冲信号的脉宽发生变化)时，使能将脉宽存储器110中的值(即指定脉宽)更新为脉宽计数器104输出的脉宽计数值。

本公开实施例中的指定脉宽，例如可以是但不限于以下任意一项：脉冲信号在脉冲序列中相邻的前一脉冲信号的脉宽，或者，脉冲信号在脉冲序列中之前相邻的连续多个脉冲信号中首个脉冲信号的脉宽，该连续多个脉冲信号中的脉宽与各自相邻前一脉冲信号的脉宽之间的差值不大于预设偏差值，因此，可以认为该连续多个脉冲信号的脉宽未发生变化。

基于本实施例，可以在脉冲信号的脉宽发生变化时，将脉宽存储器202中的指定脉宽值更新为脉宽计数器104输出的脉宽计数值，实现指定脉宽的动态更新，有助于后续基于该指定脉宽确认下一脉冲信号的脉宽是否发生变化，从而实现了对脉冲序列中各脉冲信号的脉宽是否发生变化的有效确定。

可选地，再参见图2，在其中一些实现方式中，脉冲生成电路102可以包括：光电二极管(PD)1022、复位晶体管1024和第二比较器1026。其中，光电二极管1022的正极接地，负极分别与复位晶体管1024的源极和第二比较器1026的负输入端连接并用于输出电流信号。复位晶体管1024的源极与光电二极管1022的负极连接，漏极与电源模块(电压Vdd)连接，栅极与第二比较器1026的输出端连接。第二比较器1026的正输入端接外部参考信号Vref，负输入端与光电二极管1022的负极连接，输出端分别与复位晶体管1024的栅极、脉宽计数器104、第一比较器106和逻辑或电路110连接。

光电二极管1022当光信号到来后开始采集光信号并将其转换为电流信号，光电二极管1022上的电压Vpd在电流的作用下开始累积下降，在电压Vpd下降到参考信号Vref(作为预设累积阈值)时复位。光电二极管是一种能够将光信号转换成电流或者电压信号的光探测器。管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电压或电流。第二比较器1026在时钟电路的控制下比较参考信号Vref和光电二极管1022上的电压Vpd的大小，在电压Vpd大于参考信号Vref时，向脉宽计数器104输出低电平0，在电压Vpd小于或等于参考信号Vref时生成一个脉冲信号并发放，并分别向复位晶体管1024、第一比较器106和逻辑或电路110输出高电平1，以控制复位晶体管1024将电压Vpd复位，触发第一比较器106对该脉宽计数值与指定脉宽进行比较，以及触发逻辑或电路110对第一比较器106输出的比较结果与计数器最高位进位器108的最高位进行逻辑或操作。

具体来说，可以通过第二比较器1026实现对参考信号Vref和电压Vpd进行比较，当参考信号Vref小于或等于电压Vpd时，输出端向脉宽计数器104输出低电平0；当参考信号Vref大于电压Vpd时，输出端分别向复位晶体管1024、第一比较器106和逻辑或电路110输出高电平1。可选地，参考信号Vref可以为小于电源模块电压Vdd的电压信号。

图3为本公开光电传感器的像素单元又一实施例的结构示意图。如图3所示，在本公开任一实施例的像素单元中，还可以包括：时钟电路204，该时钟电路204分别与脉宽计数器104和逻辑或电路110连接。该时钟电路204按照单位周期进行计时，可以根据第一比较器106的触发向外输出计时信息(时刻信息)。

需要说明的是，本公开实施例中，可以在光电传感器的各像素单元分别设置一个同步的时钟电路204，为所在像素单元提供时钟信号。另外，还可以在光电传感器中设置一个时钟电路204，分别为光电传感器的各像素单元提供时钟信号。或者，还可以分别在光电传感器的各行像素单元、或者各列像素单元、或者多行像素单元或者多列像素单元分别设置一个时钟电路204，各时钟电路204分别为对应行像素单元或对应列像素单元提供时钟信号。本公开实施例对此不做限制。本实施例仅示例性示出时钟电路202与像素单元中其他电路元件的连接关系，并不表示其必须设置在像素单元中。

本公开实施例中，光电传感器可以包括多行多列像素单元，各像素单元排列形成一个像素单元阵列，像素单元阵列中的各像素单元分别对整个观测场景中一个指定空间的光信号进行时域采样，像素单元阵列中不同像素单元对应的空间不重叠，像素单元阵列中的各像素单元互相配合，覆盖整个观测场景，从而可以实现对整个观测场景中的光信号的采样。分别基于各空间对应的脉冲信号的生成时刻，按照时序关系将各空间对应的脉冲信号排列，可以得到用于表达该空间的光强及其变化过程的脉冲序列。

可选地，再参见图3，在本公开任一实施例的像素单元中，还可以包括：扫描电路206，该扫描电路206分别与脉冲生成电路102和逻辑或电路110连接。

扫描电路206，扫描脉冲生成电路102或其所在像素单元在像素单元阵列(或者光电传感器)中的位置(x,y)，其中，x、y分别表示脉冲生成电路02或像素单元在像素单元阵列中处于第x行、第y列的位置。逻辑或电路110可以在第一比较器106输出的比较结果不同时或者计数器最高位进位器108的最高位为1时，触发扫描电路206扫描该脉冲生成电路102或其所在像素单元在像素单元阵列中的位置(x,y)并向外部缓存区块输出。

需要说明的是，本公开实施例中，可以在光电传感器的各像素单元分别设置一个扫描电路206，扫描电路206根据逻辑或电路110的触发，扫描发放(即生成)脉冲信号的脉冲生成电路102或其所在像素单元在像素单元阵列中的位置。另外，还可以为整个光电传感器中设置一个扫描电路206，分别扫描发放(即生成)脉冲信号的脉冲生成电路102或其所在像素单元在像素单元阵列中的位置。或者，还可以分别为光电传感器的各行像素单元、或者各列像素单元、或者多行像素单元或者多列像素单元分别设置一个扫描电路206，各扫描电路206分别扫描其连接的脉冲生成电路102或其所在像素单元在像素单元阵列中的位置。本公开实施例对此不做限制。本实施例仅示例性示出扫描电路206与像素单元中其他电路元件的连接关系，并不表示其必须设置在像素单元中。

可选地，再参见图3，在本公开任一实施例的像素单元中，还可以包括：编码器208，该编码器208分别与脉宽计数器104、时钟电路204和扫描电路206连接。

编码器208对脉宽计数器104输出的脉宽计数值和时钟电路204输出的时刻信息进行编码，或者进一步结合扫描电路206输出的像素单元在光电传感器中的位置(x,y)进行编码，得到各脉冲信号对应的编码信息。或者，脉宽计数器104、时钟电路204和扫描电路206还可以对应将脉宽计数值、时刻信息、位置(x,y)输出至外部缓存区块，该编码器208也与外部缓存区块连接，对外部缓存区块中存入的脉宽计数值和时刻信息、或者进一步结合位置(x,y)，进行编码，得到各脉冲信号对应的编码信息。其中，编码数据格式可以根据实际需求设置，例如在一种实现示例中，对脉宽计数值和时刻信息进行编码的编码数据的格式可以表示为(t,τ)，对脉宽计数值、时刻信息和位置(x,y)进行编码的编码数据的格式可以表示为(x,y,t,τ)，其中，x、y分别表示像素单元在像素单元阵列处于第x行、第y列的位置，t表示脉冲结束时刻，τ表示脉宽。得到各脉冲信号对应的编码信息后，可以基于时序关系，由该空间对应的脉冲信号的编码信息排列形成编码序列。

需要说明的是，本公开实施例中，可以在光电传感器的各像素单元分别设置一个编码器208，也可以为整个光电传感器中设置一个编码器208，或者，还可以为光电传感器的各行像素单元、或者各列像素单元、或者多行像素单元或者多列像素单元分别设置一个编码器208，对其连接的脉宽计数器104输出的脉宽计数值、时钟电路204输出的时刻信息和扫描电路206输出的位置(x,y)进行编码。本公开实施例对此不做限制。本实施例仅示例性示出编码器208与像素单元中其他电路元件的连接关系，并不表示其必须设置在像素单元中。

为便于指代，本公开实施例中，将脉冲信号的脉宽发生变化或者脉宽达到预设记录脉宽的脉冲信号称为目标脉冲信号。

本公开实施例中，进行编码的时钟电路204输出的时刻信息，可以为目标脉冲信号的脉冲开始时刻和/或脉冲结束时刻。

本公开实施例中，脉冲信号的实际脉宽即脉冲信号的脉冲的累积时长，为脉冲信号与相邻前一脉冲信号的脉冲之间的时间间隔，可以通过脉冲信号的脉冲结束时刻与脉冲开始时刻(即相邻前一脉冲信号的脉冲结束时刻)之间的时间间隔作为当前脉冲信号的实际脉宽。本公开实施例中，脉宽计数器104得到的脉宽计数值实际为脉冲信号的实际脉宽与预设记录脉宽中的较小值。

如图4所示，为本公开实施例中一脉冲信号的相关信息示例。图4中，以脉冲信号的时刻信息为该脉冲信号的脉冲结束时刻为例进行说明，对于脉冲信号的时刻信息为该脉冲信号的脉冲开始时刻可以参考实现，本公开实施例不再特别说明。如图4所示，标注有各段光电流强度，即光信号强度(即光强)或转换的电信号强度(即电流强度)，光电流强度的预设累积阈值设定为20，则对于光电流强度为4的光强，经过5个单位周期后达到预设累积阈值触发生成一个脉冲。对于光电流强度由4到5过渡的变化，这里假设光电流强度为4持续了16个单位周期，由于第15个单位周期时触发生成了一个脉冲，随后又持续了一个单位周期的光电流强度为4的光强，而当光电流强度为5的光强到来时，需要经过(20-4)/5＝3.2个单位周期达到预设累积阈值并触发生成一个脉冲，因此，在第19.2个单位周期的结束时刻又触发生成了一个脉冲，此时脉冲间隔(即脉宽)为4.2。

为了表述方便，例如受限于硬件面积、功耗等实际因素，脉宽计数器104可以记录的脉宽为从0到8，那么预设记录脉宽为8。以图4为例，对于在第15个单位周期的结束时刻后至第19.2个单位周期的结束时刻的脉冲，其脉冲开始时刻为15、脉冲结束时刻为19.2，表示为[15,19.2]，该脉冲信号的实际脉宽为19.2-15＝4.2，不大于预设记录脉宽8，那么，脉宽计数器104累加计数得到的脉宽计数值为该脉冲信号的实际脉宽4.2，该脉冲信号的指定脉宽为5(相邻前一脉冲信号的脉宽)，该脉冲信号的脉宽4.2与指定脉宽为5不同，则该脉冲信号的脉宽发生了变化，需要对该脉冲信号的脉冲结束时刻19.2和脉宽4.2进行编码输出，编码数据格式例如可以表示为(t,τ)，其中，t表示脉冲结束时刻，τ表示脉宽，本公开实施例对编码数据格式不做限制。

对于在第32.5个单位周期的结束时刻后至第42.5个单位周期的结束时刻的脉冲，其脉冲开始时刻为32.5、脉冲结束时刻为42.5，表示为[32.5,42.5]，该脉冲信号的实际脉宽为42.5-32.5＝10，超过了预设记录脉宽8，那么，脉宽计数器104累加计数得到的脉宽计数值为预设记录脉宽8，需要对该脉冲信号的脉冲结束时刻42.5和脉宽8进行编码输出，编码数据格式例如可以表示为(t,τ)，其中，t表示脉冲结束时刻，τ表示脉宽，本公开实施例对编码数据格式不做限制。

在实际应用中，由于硬件面积、功耗等硬件因素限制，导致硬件所能够记录的脉宽范围受限，本实施例中，以硬件支持记录的最大脉宽作为预设记录脉宽，获取到脉冲信号的实际脉宽后，脉宽计数器104累加计数得到的脉宽计数值为该脉冲信号的实际脉宽与预设记录脉宽中的较小值，对该较小值进行记录，实现了对脉冲信号的脉宽的有效记录，以便于确认脉冲信号的脉宽是否发生变化、以及用于编码。

本公开实施例中，在脉宽计数器104累加计数得到的脉宽计数值超过预设记录脉宽后，对脉冲信号的时刻信息和预设记录脉宽进行编码。这样，接收端在编码信息中包括预设记录脉宽时，即可直接确定当前脉冲信号的脉宽达到或超过了预设记录脉宽。

可选地，在本公开实施例中，得到各脉冲信号对应的编码信息之后，可以基于同一像素单元对应的脉冲信号的时序关系，由各脉冲信号对应的编码信息排序得到该像素单元的编码序列。进一步地，还可以基于各像素单元在像素单元阵列中的位置，由各像素单元对应的编码序列形成编码序列阵列，然后，采用异步通信协议，例如，地址事件表达(AddressEvent Representation，AER)，输出该编码序列阵列。

基于编码序列阵列可以重构任意时刻的图像。采用异步传输协议方式输出时该编码序列阵列，由于每个像素单元都被分配了一个地址，对应于它在像素单元阵列(或者图像)中的位置，事件通过高速数字并行总线进行传输。当像素单元产生一个编码信息时，为这个编码信息分配一个数字地址，编码信息通过总线路由传输到目标芯片，通过分析数字地址，像素单元能够向目标芯片中的任何目标神经元发送一个事件。通过这种方式，像素单元和目标芯片中具有相同地址的单元/模块实际上与同一脉冲相连，AER协议可以在神经元之间建立虚拟连接，利于大规模脉冲神经网络(Spiking Neural Network，SNN)的高效硬件实现。通过异步传输协议方式输出编码信息，使得像素单元阵列中的各个像素单元的对外输出编码信息的启动时间可以不同，有助于防止大量像素单元同时爆发传输大量数据到时传输拥堵等问题，从而避免数据丢失，并提高数据传输效率和传输带宽利用率。

基于本公开实施例得到像素单元的编码序列并对外传输后，在接收端，可以对该像素单元对应的编码序列进行解码，得到对应的解码结果序列。该解码结果序列包括基于时序关系的至少一个脉冲信号对应的解码结果，每个解码结果包括一个脉宽发生变化或者脉宽达到预设记录脉宽的脉冲信号对应的时刻信息和脉宽。基于该像素单元对应的解码结果序列、以及解码结果中的时刻信息和脉宽，确定解码结果对应的脉冲信号的实际脉宽。

具体的确定方式，可以根据解码结果中的时刻信息的含义和脉宽的取值确定。

例如，在其中一些实现方式中，可以确定该解码结果中的脉宽是否小于预设记录脉宽，若解码结果中的脉宽小于预设记录脉宽，则确定解码结果中的脉宽为对应的脉冲信号的实际脉宽；否则，若解码结果中的脉宽为预设记录脉宽，可以确定该解码结果对应的脉冲信号的实际脉宽达到或超过最大记录脉宽的脉宽，则可以基于解码结果中的脉冲结束时刻与该解码结果在所在解码结果序列中相邻前一解码结果中脉冲结束时刻，确定对应的脉冲信号的实际脉宽，例如，以解码结果中的脉冲结束时刻与相邻前一解码结果中脉冲结束时刻之间的差值，作为对应的脉冲信号的实际脉宽。

例如，继续参考图4，以处于[62.5,77]的脉冲信号为例，其相邻前一脉冲信号的脉冲处于[52.5,62.5]、脉宽为10，其解码结果为(x,y,62.5,8)；在第77个单位周期的结束时刻输出的脉冲信号的解码结果为(x,y,77,8)，由于8为预设记录脉宽，基于该解码结果中的脉冲结束时刻77与该解码结果在所在解码结果序列中相邻前一解码结果中脉冲结束时刻62.5之间的差值77-62.5＝14.5，作为该脉冲信号的实际脉宽，并进行记录。

基于本实施例，尽管受限于硬件面积、功耗等实际因素，硬件所能记录的最大脉宽受限，仍可以通过解码结果来计算得到比硬件所能记录的最大脉宽更大的脉宽，即更弱的光强，从而扩展了动态范围。

可选地，在其中一些实现方式中，确定解码结果对应的脉冲信号的实际脉宽之后，还可以基于该空间对应的解码结果序列中各解码结果、以及各解码结果对应的脉冲信号的实际脉宽，确定该空间的光强值。

例如，可以通过以下方式获取各解码结果对应的脉冲信号对应的即时光强值I：I＝k*1/τ。其中，τ为该脉冲信号的实际脉宽，k为大于零的常数，k的具体取值可以根据实际需求设定。

基于各编码结果确定对应的脉冲信号对应的即时光强值后，可以获知该空间光强发生后的即时光强值以及光强值超过预设光强值(对应脉宽超过预设记录脉宽)时的即时光强值，每两个相邻的光强值之间即为该相邻的光强值中的前一光强值，由此即可确定该空间在时域上的光强值和光强变化，基于整个观测场景中各空间的光强值，可以进行图像重建或者直接用于目标检测。基于观测场景中各空间在时域上的光强变化，即可确定整个观测场景的光强变化，可以有效进行对于目标检测等需要随时探测光信号变化的机器视觉任务，提高此类机器视觉任务的执行效果。

另外，本公开实施例提供了一种光电传感器，包括多个像素单元，其中的像素单元可以采用本公开上述任一实施例实现。

该多个像素单元可以排列形成一个像素单元阵列，像素单元阵列中的各像素单元分别对整个观测场景中一个指定空间的光信号进行时域采样，像素单元阵列中不同像素单元对应的空间不重叠，像素单元阵列中的各像素单元互相配合，覆盖整个观测场景，从而可以实现对整个观测场景中的光信号的采样。

另外，本公开实施例提供了一种脉冲相机，包括本公开上述实施例提供的光电传感器。

另外，本公开实施例提供了一种电子设备，包括：

处理器，

与处理器通信连接的存储器；

与处理器连接的像素单元或者光电传感器。其中的像素单元或者光电传感器可以采用本公开上述任一实施例实现。

可选地，在其中一些实现方式中，上述电子设备例如可以包括但不限于以下任意一项：集成电路、传感器等等。

可选地，在其中一些实现方式中，上述电子设备例如可以包括但不限于或者被纳入以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备等等。

图5为本公开电子设备一个应用实施例的结构示意图。下面，参考图5来描述根据本公开实施例的电子设备。该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。

如图5所示，电子设备包括像素单元或者光电传感器、一个或多个处理器和存储器。处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。

存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本公开的各个实施例的光信号的编码控制像素单元或者光电传感器执行相应的动作。

在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。

此外，该输入设备还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出设备可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图5中仅示出了该电子设备中与本公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。

本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

可能以许多方式来实现本公开。例如，可通过硬件、固件或者硬件、固件的任何组合来实现本公开。还需要指出的是，在本公开的装置、设备中，各部件可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种光电传感器的像素单元，其特征在于，包括：脉冲生成电路，脉宽计数器，第一比较器，计数器最高位进位器和逻辑或电路；

所述脉冲生成电路分别与所述脉宽计数器、所述第一比较器和所述逻辑或电路连接；

所述脉宽计数器分别与所述第一比较器和所述计数器最高位进位器连接；

所述第一比较器与所述逻辑或电路连接；

所述计数器最高位进位器与所述逻辑或电路连接。

2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，还包括：脉宽存储器；

所述脉宽存储器分别与所述脉宽计数器、所述第一比较器和所述逻辑或电路连接。

3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，所述脉冲生成电路包括：光电二极管、复位晶体管和第二比较器；

所述光电二极管的正极接地，所述光电二极管的负极分别与所述复位晶体管的源极和所述第二比较器的负输入端连接；

所述复位晶体管的源极与所述光电二极管的负极连接，所述复位晶体管的漏极与电源模块连接，所述复位晶体管的栅极与所述第二比较器的输出端连接；

所述第二比较器的正输入端接外部参考信号，所述第二比较器的负输入端与所述光电二极管的负极连接，所述第二比较器的输出端分别与所述复位晶体管的栅极、所述脉宽计数器、所述第一比较器和所述逻辑或电路连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的像素单元，其特征在于，还包括：时钟电路；

所述时钟电路分别与所述脉宽计数器和所述逻辑或电路连接。

5.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，还包括：扫描电路；

所述扫描电路分别与所述脉冲生成电路和所述逻辑或电路连接。

6.根据权利要求5所述的像素单元，其特征在于，还包括：编码器；

所述编码器分别与所述脉宽计数器、所述时钟电路和所述扫描电路连接。

7.一种光电传感器，其特征在于，包括：多个权利要求1-6任一所述的像素单元。

8.一种脉冲相机，其特征在于，包括权利要求7所述的光电传感器。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器，

与所述处理器通信连接的存储器；

与所述处理器连接的权利要求1-6任一所述的像素单元或者权利要求7所述的光电传感器。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备被纳入为以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备。