如何實(shí)現(xiàn)脈沖陣列式圖像傳感器成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)圖像傳感器采用“幀掃描”與“多級量化”的采樣方式，存在大量的數(shù)據(jù)冗余，在高速情況下數(shù)據(jù)保存與圖像處理面臨極大的困難?；诜律鷻C(jī)理的地址-事件表示生物視覺傳感器雖然降低了數(shù)據(jù)冗余減小了數(shù)據(jù)量，卻是以犧牲數(shù)據(jù)完備性為代價(jià)。本文應(yīng)用一種新型的單比特脈沖像素圖像傳感器——脈沖陣列式圖像傳感器，該傳感器使用脈沖間隔表示結(jié)合高速幀頻的方法在保持超高幀率和完備數(shù)據(jù)信息的同時(shí)壓縮了數(shù)據(jù)量，適合應(yīng)用于高速運(yùn)動(dòng)物體識別領(lǐng)域。本文在協(xié)助完成芯片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了傳感器成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了芯片功能驗(yàn)證與數(shù)據(jù)傳輸處理。

　　本文首先研究了脈沖陣列式圖像傳感器像素的工作原理，針對脈沖數(shù)據(jù)同步讀出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)字時(shí)序電路，并在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronics DesignAutomation， EDA）軟件平臺下完成了數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。其次對圖像傳感器芯片搭建了測試系統(tǒng)，完成了芯片功能測試，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套包含模擬高速運(yùn)動(dòng)場景的成像系統(tǒng)，完成了高速脈沖數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)顯示。最后本文在分析了傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)檢測算法的基礎(chǔ)上，將光流矢量應(yīng)用于脈沖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了基于此成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)運(yùn)動(dòng)檢測。

　　圖像傳感器芯片采用0.11μm 工藝進(jìn)行流片。測試系統(tǒng)結(jié)果表明傳感器芯片數(shù)字時(shí)序電路與像素功能正常，像素最大可探測光強(qiáng)為2800lux。成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從圖像傳感器到P 端的高速通信，數(shù)據(jù)帶寬為250MB/s，完成了脈沖數(shù)據(jù)的無損保存與脈沖累加型實(shí)時(shí)顯示，在10MHz 主頻下可捕捉到49m/s 的玩具子彈。運(yùn)動(dòng)檢測結(jié)果表明，在2000 轉(zhuǎn)/分的高速轉(zhuǎn)盤目標(biāo)場景下，該圖像傳感器可以有效提取光流信息，實(shí)現(xiàn)高速目標(biāo)運(yùn)動(dòng)檢測。