[发明专利]基于动态视觉传感器芯片的光电式转速传感器及探测方法

说明书

本发明提供一种基于动态视觉传感器(dynamic visual sensor,DVS)芯片的光电式转速传感器，使用DVS传感器作为光电感应器件，包括反光标识,可控光源，线阵DVS，控制处理单元，所述可控光源和线阵DVS分别信号连接所述控制处理单元。本发明使用线阵DVS对旋转的反光标识进行特征分析识别，以此排除干扰光源和噪声的干扰，提高测量准确性；同时可以直接使用普通光源，降低系统成本。DVS变化采样的特性可以显著减少采样数据量和计算量，降低功耗，适合于便携式设备的应用。

技术领域

本发明属于光电领域，特别涉及一种基于仿生视觉、图像处理以及电路设计等多技术的光电式转速传感器。

背景技术

转速传感器将物体的转速转换为数字或模拟电信号输出。按照工作原理，转速传感器可以分为磁敏式、变磁阻式、磁电式、电容式以及光电式等，利用旋转引起的磁场、电场或光照的变化来达到转速测量的目的。广泛使用的光电式转速传感器是基于光电变换原理，将被测物体转动产生的光信号转换为电脉冲信号。由于具有非接触、抗干扰能力强、可靠性和测量精度较高等优点，因此光电测速传感器获得了较为广泛的应用。为了提高聚焦度和抗干扰能力，通常需要使用激光或红外光作为光源。

光电式转速传感器可分为直射式和反射式两种。直射式转速传感器由带孔或带缺口的特制圆盘、光源和光电管组成，通常用于旋转轴转速测量。固定在旋转轴上的圆盘随被测轴旋转时，光线只能通过孔或缺口照射到光电管上。光电管被照射时输出周期脉冲信号，因此根据圆盘上的孔数或缺口数(单位时间的脉冲个数)，即可测出被测轴的转速。该方法的主要缺点是需使用特制测试圆盘与旋转轴固定，过程复杂，使用场合受限。

反射式的原理与直射式类似，但应用更加简便，可普遍用于旋转轴以及旋转平面的测量。测试时需在旋转目标上粘贴或刷涂反光标识，当反光标识被入射光照射时会产生反射光，目标物旋转一周产生一次反射光束。反射光由光电感应器件接收后产生周期脉冲信号，脉冲信号的频率即为转速。该方法的主要缺点一是容易受环境光源及噪声的干扰而影响测试精度，突出需要使用特殊光源，如激光和远红外光源。二是通常使用普通的光电二极管作为光电感应器件，分辨率低，测试精度不高。

如附图1所示给出了直射式和反射式两种光电式转速传感器的工作原理。

半导体硅基图像传感器(CCD及CMOS)是目前最主要的可见光成像(光电感应)器件。其工作原理与最初的碘化银胶片一样，都采用“帧采样”方式完成光强测量：所有像素同步复位后开始收集光电荷，在达到设定曝光时间后读出每个像素所收集的光电荷，并将其转换为电压；该电压经模数转换后变为数字量，输出后存储。所有像素亮度值组成的二维矩阵即为图像。通常工作帧频为30～60帧/秒，即电荷收集时间为几十微秒，最终每个像素的输出值是曝光期间感光量的总和，而与此过程中的具体变化无关。“帧采样”图像采集方式的最主要优点一是能够获取场景中每一点的光强值(彩色通常由单色插补得到)，二是像素只被动的进行光电荷收集，电路结构简单，像素尺寸小，空间分辨率高。然而这种采样方式同样存在着一些缺点：一是静止背景重复采样，数据冗余度高，给实时图像处理和传输存储带来很大压力；二是时间分辨率低，像素无法分辨电荷收集时间内光强内的任何变化，而只测量此期间内的光电荷累积总和，故不利于高速运动目标的跟踪与识别。而如果使用高频帧拍摄，则由高帧频带来的海量视觉信号无法做到实时处理。

近年来出现了一种模仿生物视觉感知与处理原理、采样超大规模集成电路技术实现的新型光电感知器件—动态视觉传感器(DVS-dynamic visual sensor)。其工作原理包括：

(1)、模仿生物视觉的成像机理，VS像素只对场景中的光强变化(称之为ActiveEvent，AE)敏感并采样输出。AE按照性质可分为空间变化(与周边像素比较)和时间变化(自身亮度变化)两类。其中对时间变化敏感的VS称为动态时域视觉传感器(Dynamic VisionSensor，DVS)；