如何實現脈沖陣列式圖像傳感器成像系統的設計

　　傳統圖像傳感器采用“幀掃描”與“多級量化”的采樣方式，存在大量的數據冗余，在高速情況下數據保存與圖像處理面臨極大的困難。基于仿生機理的地址-事件表示生物視覺傳感器雖然降低了數據冗余減小了數據量，卻是以犧牲數據完備性為代價。本文應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合高速幀頻的方法在保持超高幀率和完備數據信息的同時壓縮了數據量，適合應用于高速運動物體識別領域。本文在協助完成芯片設計的基礎上構建了傳感器成像系統，實現了芯片功能驗證與數據傳輸處理。

　　本文首先研究了脈沖陣列式圖像傳感器像素的工作原理，針對脈沖數據同步讀出結構設計了相應的數字時序電路，并在電子設計自動化（Electronics DesignAutomation， EDA）軟件平臺下完成了數字版圖設計。其次對圖像傳感器芯片搭建了測試系統，完成了芯片功能測試，在此基礎上設計了一套包含模擬高速運動場景的成像系統，完成了高速脈沖數據采集及實時顯示。最后本文在分析了傳統運動檢測算法的基礎上，將光流矢量應用于脈沖數據，實現了基于此成像系統的高速目標運動檢測。

　　圖像傳感器芯片采用0.11μm 工藝進行流片。測試系統結果表明傳感器芯片數字時序電路與像素功能正常，像素最大可探測光強為2800lux。成像系統實現了從圖像傳感器到P 端的高速通信，數據帶寬為250MB/s，完成了脈沖數據的無損保存與脈沖累加型實時顯示，在10MHz 主頻下可捕捉到49m/s 的玩具子彈。運動檢測結果表明，在2000 轉/分的高速轉盤目標場景下，該圖像傳感器可以有效提取光流信息，實現高速目標運動檢測。