【摘 要】
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在当今社会,随着科技的不断进步,机器视觉越来越多地代替人类进行视觉信息的获取,帮助人类处理复杂的现实生活环境。机器视觉通过图像传感器获取图像信息,将捕捉到的光学信息转换为电信号,电信号经过处理后用来表示每个像素点的灰度信息,后期通过灰度信息重构图像。传统的CMOS图像传感器基于帧和曝光时间,以固定频率输出图像信息,因而在机器视觉进行后端处理时具有数据量大、处理延时大、噪声大、动态范围低等缺点。为了
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在当今社会,随着科技的不断进步,机器视觉越来越多地代替人类进行视觉信息的获取,帮助人类处理复杂的现实生活环境。机器视觉通过图像传感器获取图像信息,将捕捉到的光学信息转换为电信号,电信号经过处理后用来表示每个像素点的灰度信息,后期通过灰度信息重构图像。传统的CMOS图像传感器基于帧和曝光时间,以固定频率输出图像信息,因而在机器视觉进行后端处理时具有数据量大、处理延时大、噪声大、动态范围低等缺点。为了让机器视觉更加趋向于人眼的视觉系统,出现了模仿生物视网膜工作机制的动态视觉传感器（Dynamic Vision Sensor,DVS）。DVS只捕捉图像的动态信息,将外部光强信息的变化转化为事件脉冲进行后续处理,因此具有响应速度快、延时低、图像稀疏和动态范围大等优点。DVS进一步提升了机器视觉的性能,可以应用于高速运动目标的检测与识别、自动驾驶等领域。本文设计了一款DVS芯片,由像素阵列、行/列线或电路、行仲裁电路、行编码电路和列读出电路组成。其中像素电路在外部光强信息变化时产生对应的事件,线或电路、行仲裁电路、列读出电路和编码电路选中有事件产生的像素并将该像素所在位置通过地址-事件表示（Address-Event Representation,AER）协议输出到芯片外部,实现芯片的异步通信。在本论文中,提出了一种新颖的组像素模块电路,通过相邻四个像素分组的组像素不仅能过滤可能存在的噪声事件,还减小了后续电路的处理规模,从而减小电路功耗;采用了三输入平均仲裁电路,从而确保行仲裁电路在三行电路同时发出行请求信号时,每次仅选择其中一行有效且每次选择的优先权依次轮换;采用了快速搜索的列读出电路在每个时钟周期输出选中的组像素的列地址和每组像素的ON/OFF事件信息,没有冗余的时钟周期,解决了采用二维仲裁的DVS延时大的问题。本论文在对芯片系统框图设计及子模块电路设计的基础上,采用0.18um CIS工艺,通过Cadence仿真软件平台对子模块电路及整体电路进行了仿真验证,并且对像素阵列为6×8的整体电路进行了后续版图设计和后仿真验证。仿真结果表明,本芯片的动态范围为101d B,对比敏感度为35%,填充因子为12%,芯片整体功耗为39.41u W,平均到每个像素的功耗为0.821u W,芯片每秒可处理的像素点个数为200M,电路的性能指标均符合设计要求。
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