cmos+憶阻器實(shí)現高效分布式處理兼存儲功能的傳感器架構

本文介紹一個(gè)依靠憶阻器執行像素級自適應背景提取算法的成像傳感器架構。內置光頻轉換器(L2F)的像素是圖像處理的核心組件，其輸出的與光強成正比的數字脈沖被施加到憶阻器后，憶阻器電阻將會(huì )發(fā)生相應變化。另外兩個(gè)憶阻器用于保存動(dòng)態(tài)邊界，邊界外的光生信號行為被認為是異常，即意外快速變化。與全cmos成像傳感器相比，基于憶阻器的解決方案可取得更小的像素間距和非易失性存儲功能，讓設計人員能夠使用可編程時(shí)間常數建立圖像背景模型。

1.前言

過(guò)去的幾十年，業(yè)界圍繞cmos架構視覺(jué)傳感器理論進(jìn)行了大量廣泛的研究和探討，旨在于在成像早期階段處理圖像，從場(chǎng)景中提取最重要的特征，如果換作其它方式達到同樣目的，例如，使用普通計算技術(shù)，則需要為此花費昂貴的成本。在這個(gè)方面，運動(dòng)偵測是最重要的圖像特征之一，是多個(gè)復雜視覺(jué)任務(wù)的基礎。本文重點(diǎn)介紹時(shí)間對比概念，這個(gè)概念在很多應用中特別重要，包括交通監控、人體運動(dòng)拍照和視頻監視。這些應用要求圖像偵測精確并可靠，形狀偵測準確，變化反應及時(shí)。此外，運動(dòng)檢測還必須靈活地適應不同的工作場(chǎng)景和光強條件。背景提取是目前最被認可的運動(dòng)偵測方法。背景提取就是生成一個(gè)背景估算值，然后逐幀更新。分析運動(dòng)類(lèi)型，并將其與場(chǎng)景中特定對象關(guān)聯(lián)，以便進(jìn)行更高級別的處理，在這個(gè)過(guò)程中，光強變化無(wú)疑是幫助我們發(fā)現運動(dòng)的第一個(gè)線(xiàn)索。因為可能會(huì )在某一時(shí)間點(diǎn)意外偵測到所有像素的變化，其中包括光線(xiàn)、陰影、噪聲引起的變化，相對于過(guò)去，像素變化過(guò)快時(shí)，應該考慮的潛在變化。因此，應該在像素級實(shí)現一種低通存儲器，跟蹤像素對比變化，并在像素行為變化時(shí)發(fā)出報警。

本文介紹如何利用憶阻器實(shí)現上述算法。在上個(gè)世紀70年代，蔡少棠教授從理論上預言存在一種叫做憶阻器的無(wú)源器件，2008年惠普實(shí)驗室演示了這種無(wú)源器件的物理模型，顧名義，憶阻器是一種可變電阻器，其導通狀態(tài)能夠記憶以前流經(jīng)憶阻器的電流歷史。

本文主要內容如下：下一章介紹與輸入偏壓有關(guān)的憶阻器行為，特別是基于脈沖的編程，這是本文的研究基礎。第三章介紹像素工作原理，第四章重點(diǎn)介紹像素實(shí)現。第五章介紹仿真結果，第六章是結論。

II.憶阻器行為

如前文所述，憶阻器可以視為一個(gè)時(shí)間可變的電阻器，電阻值取決于以前流經(jīng)憶阻器的電流值。