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如何实现脉冲阵列式图像传感器成像系统的设计
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传统图像传感器采用“帧扫描”与“多级量化”的采样方式，存在大量的数据冗余，在高速情况下数据保存与图像处理面临极大的困难。基于仿生机理的地址-事件表示生物视觉传感器虽然降低了数据冗余减小了数据量，却是以牺牲数据完备性为代价。本文应用一种新型的单比特脉冲像素图像传感器——脉冲阵列式图像传感器，该传感器使用脉冲间隔表示结合高速帧频的方法在保持超高帧率和完备数据信息的同时压缩了数据量，适合应用于高速运动物体识别领域。本文在协助完成芯片设计的基础上构建了传感器成像系统，实现了芯片功能验证与数据传输处理。
本文首先研究了脉冲阵列式图像传感器像素的工作原理，针对脉冲数据同步读出结构设计了相应的数字时序电路，并在电子设计自动化（Electronics DesignAutomation， EDA）软件平台下完成了数字版图设计。其次对图像传感器芯片搭建了测试系统，完成了芯片功能测试，在此基础上设计了一套包含模拟高速运动场景的成像系统，完成了高速脉冲数据采集及实时显示。最后本文在分析了传统运动检测算法的基础上，将光流矢量应用于脉冲数据，实现了基于此成像系统的高速目标运动检测。
图像传感器芯片采用0.11μm 工艺进行流片。测试系统结果表明传感器芯片数字时序电路与像素功能正常，像素最大可探测光强为2800lux。成像系统实现了从图像传感器到P 端的高速通信，数据带宽为250MB/s，完成了脉冲数据的无损保存与脉冲累加型实时显示，在10MHz 主频下可捕捉到49m/s 的玩具子弹。运动检测结果表明，在2000 转/分的高速转盘目标场景下，该图像传感器可以有效提取光流信息，实现高速目标运动检测。
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厚德载AA
2021-02-26
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