[发明专利]一种动态视觉传感器

说明书

本申请提供一种动态视觉传感器。该传感器通过光电转换单元将光信号转换为电信号，生成光感电压，并通过二阶差分电路对光感电压进行二阶差分，根据二阶差分的结果生成二阶事件信号。包含该传感器的摄像机能够根据该二阶事件信号生成图像，该图像表征光的变化速度的变化，因此在摄像机运动时能减少冗余背景信息。

技术领域

本发明涉及一种图像采集的技术领域，特别是涉及一种动态视觉图像采集的装置和方法。

背景技术

随着社会的发展，图像采集领域对采集图像的质量有了越来越高的要求。一般摄像头每秒可采集25-30帧，其帧率不足以支撑采集高速运动物体的图像。目前在运动图像采集领域主要有两种摄像技术：基于“帧”采集数据的高速摄像头和基于“事件信号”采集数据的动态视觉传感器(dynamic vision sensor，DVS)。高速摄像头每秒可采集约1000帧，虽然能捕捉到高速运动的物体，但由于采集的帧数非常多，其数据采集量巨大，能耗偏高，效率不佳。相比之下，DVS成像设备由于其数据采集快，采集量不高，功耗偏低，因而在运动图像采集领域得到了广泛应用。

DVS中像素的采集电路结构模仿了视网膜的成像原理。DVS中的光电二极管将感受到的光信号转换为电信号，并通过一阶差分电路将亮度变化导致的电信号变化放大输出。当电信号变化大于某一阈值时，这一变化被定义为一个“事件信号”，只有当事件信号发生即像素感受到亮度变化时，传感器才会产生脉冲并进行数据通信，进而生成图像。DVS成像效果与普通相机成像效果的区别请参见图1。如图2所示，现有的DVS传感器结构通常包括图像接收器、差分电路和比较装置，在功能上分别对应了生物视觉系统中的光感受器、双极细胞和神经节细胞。在图像接收器中，光电二极管将感受到的光信号转换为电信号，形成对数电压，对数的表示方法便于衡量大范围的光线亮度；差分电路将对数电压作为输入，经过差分放大器，输出放大之后的电压差V_diff，差分电路具有“对共模信号抑制，对差模信号放大”的特征，可以将亮度变化导致的电信号变化放大输出；最后比较装置将输入的V_diff与设定的阈值电压作比较，输出脉冲信号，比如在V_diff大于正阈值时输出正脉冲，小于负阈值时输出负脉冲，脉冲信号通过握手协议传入外部电路，进行数据通信，同时也反馈给差分电路中的复位开关，电压复位，以便在下一个“事件”到来时进行数据通信。综合这三个阶段，只有事件发生即亮度变化时，传感器才会产生脉冲，进行数据通信。传感器对时间衬比(TCON,Temporal CONtrast)十分敏感，TCON衡量了一定时间内电流对数值的变化量，定义为：

差分电路的输出电压V_diff与TCON的关系可以表示为：

比较装置将V_diff和阈值电压作比较后输出正脉冲或负脉冲。可以说，DVS成像设备本身记录的并不是实际场景画面，而是场景中亮度的变化。同时，异步的输出方式能够快速的将像素变化输出，防止了总线堵塞。因此，DVS成像设备很大程度上减小了数据采集量，优化了总线使用效率，同时降低了能耗。

然而，现有DVS利用一阶差分电路进行运动图像的捕捉，对亮度变化十分敏感。在成像设备本身也在运动的情况下，相当于整个画面中每一个像素都会感受到亮度变化，所捕获到的画面十分嘈杂，难以滤除背景干扰，影响识别场景中的关键信息；同时，异步输出的优势也无法体现，可能造成总线堵塞。比如，如果用现有DVS成像设备做自动驾驶系统的路况侦测，在行车途中持续记录路况及周边景物，若前方突然出现障碍物，摄像头捕捉到的图像将是障碍物混杂在周边场景里的全景图，机器很难分辨和识别障碍物，容易出现安全隐患。此外，在成像设备本身运动的情况下，由于每个像素点的亮度都会变化，导致所有像素点都会持续采集信息，使得不仅原本减少数据采集量的优势难以显现，而且还有可能造成信道堵塞，导致通信不畅，影响行车安全。因此，如何在DVS成像设备自身移动的情况下滤除背景干扰，有效识别场景中的关键信息，成为亟待本领域技术人员解决的重要课题。

发明内容