事件視覺傳感器發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

傳統(tǒng)相機使用一種基于幀的視覺傳感器，它通過預(yù)置一定的曝光時間，來逐幀獲取場景信息，這種基于幀的視覺傳感器有著諸多不足。而基于事件的視覺傳感器是一種新型的仿生型視覺傳感器，它更類似于人眼的工作機制使其廣受關(guān)注。

與基于幀的傳統(tǒng)相機的工作機制和輸出方式不同，基于事件的視覺傳感器的像素可以單獨檢測光照強度對數(shù)的變化，并在變化量超過一定閾值時輸出包含位置、時間、極性的事件信息，擁有低延遲、高動態(tài)范圍、低功耗的優(yōu)點，其獨特的輸出方式和工作特性使其特別適應(yīng)于有高速運動、光照條件變化較大、較小能耗的場合。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所徐偉研究員課題組在《液晶與顯示》期刊上發(fā)表了以“事件視覺傳感器發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢”為主題的綜述文章。徐偉研究員主要從事新型高分辨率空間有效載荷總體設(shè)計等方面的研究工作。

這項研究介紹了事件相機的發(fā)展歷程、分類和工作原理、優(yōu)缺點，以及事件相機在快速運動的跟蹤與監(jiān)測、目標(biāo)識別、即時定位與地圖構(gòu)建（SLAM）等領(lǐng)域近些年的應(yīng)用情況。最后總結(jié)了事件相機在不同應(yīng)用領(lǐng)域仍存在的挑戰(zhàn)，并展望其未來的發(fā)展。事件相機的廣泛應(yīng)用將為目前傳統(tǒng)相機仍很棘手的高速運動和高動態(tài)范圍場合提供新的解決方案，在未來的不斷更新和發(fā)展下，它將能夠在更多復(fù)雜的應(yīng)用場景發(fā)揮作用。

立體事件PTV框架的架構(gòu)概述

目前被廣泛應(yīng)用的事件相機可大致分成3類：動態(tài)視覺傳感器（DVS）、基于異步時間的圖像傳感器（ATIS）、動態(tài)主動像素視覺傳感器（DAVIS）。DVS是最基本的也是最先發(fā)展的一種事件相機。ATIS像素結(jié)構(gòu)分成兩個部分（A和Ｂ），包含兩個感光器，能夠在提供事件信息的同時還能提供一定灰度信息的需求。DAVIS相機將DVS相機和傳統(tǒng)的有源像素傳感器（APS）相機結(jié)合起來，能夠同時輸出場景事件和灰度信息。

DVS像素電路結(jié)構(gòu)

ATIS像素電路結(jié)構(gòu)

DAVIS像素電路結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)相機存在的缺陷限制了一些特殊場合的應(yīng)用，事件相機的獨特性能可以為這些難題提供新的解決方案。針對事件相機的特點，可以應(yīng)用于一些與之契合的視覺應(yīng)用領(lǐng)域，比如快速運動的跟蹤與監(jiān)測、小數(shù)據(jù)量的目標(biāo)識別、即時定位與地圖構(gòu)建（SLAM），均已有了較大的突破。

事件相機有著非常突出的優(yōu)點：低延遲、高時間分辨力、高動態(tài)范圍、低功耗。然而在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，又有不同的缺陷阻礙著它的發(fā)展。在諸多應(yīng)用中，事件相機低帶寬通信、低重量、低功率和高速的特點，使其充分滿足航空航天領(lǐng)域?qū)鞲衅鞯目量桃?。如果將事件相機應(yīng)用在導(dǎo)彈、航天飛機、超快速戰(zhàn)斗機、海上軍艦等軍事目標(biāo)的追蹤上，由于這些目標(biāo)有著顯著的外觀特征，而且它們的運動速度一般很快，或許可以獲得比傳統(tǒng)遙感相機更好的效果。另外，將事件相機應(yīng)用于天基空間態(tài)勢感知，也為監(jiān)測衛(wèi)星和星體提供了新的解決方案。未來，在航空航天和軍事領(lǐng)域上，事件相機也將會有更加迅猛的發(fā)展。

該項目獲得錢學(xué)森空間技術(shù)實驗室創(chuàng)新工作站開放基金（NO.GZZKFJJ20220003）的支持。該研究第一作者為中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所碩士研究生方應(yīng)紅，主要從事智能成像方向的研究。

審核編輯 ：李倩