[发明专利]用于同步基于帧和异步事件驱动的读取器的基于BDI的像素

说明书

一种混合的基于帧和事件驱动的像素，该像素包括基于帧的捕获电路、事件驱动的捕获电路、和与基于帧的捕获电路和事件驱动的捕获电路二者电通信的光电二极管，其中，基于帧的捕获电路为缓冲直接注入电路，并且其中，事件驱动的捕获电路为动态视觉系统电路。

技术领域

本公开涉及像素，更具体地，涉及用于同步基于帧和异步事件驱动的读取器的基于缓冲直接注入(BDI)的像素。

背景技术

基于帧的成像器，在本文中也可称为常规或同步操作成像器，基于固定捕获间隔的使用。在此类成像器中，焦平面阵列(FPA)上的感兴趣区域(ROI)或整个像素阵列在每一帧中都被读取。基于帧的成像器的读取包括空间和时间冗余，因为并非所有数据在帧之间都发生了变化。这种数据复制和比必要信息更多的读取导致大幅面高帧率成像器的数据瓶颈。此外，逐帧读取整个阵列会导致高存储和功耗要求，其中大部分功率被浪费在从FPA传输冗余信息上。

随着成像格式和帧速率的不断提高，成像组件的功耗成为一个真正的问题，尤其是对于便携式设备、无人驾驶飞行器(UAV)和低功耗监视系统，通常使用这种基于帧的成像器。

异步读取，在本文中也可以称为事件驱动，通过捕获出现的场景动态，在机器视觉应用中取得进展，允许显著降低功耗和存储要求。这些事件驱动的读取通过避免读取场景中的空间和时间冗余来实现这种节能和最小化存储要求。然而，这些好处是以不捕获场景的详细内容内容为代价的，而这些内容对于导航和识别场景中的潜在感兴趣目标通常是必要的。

虽然已经提供了结合事件驱动和基于帧的像素技术的一些潜在解决方案，但是这些解决方案与本公开的解决方案相比具有缺点。例如，一种已知为“基于异步时间的传感器”或ATIS 100(图1中提供其示意图)的现有技术设备使用单片硅基结构[即像素阵列中的光电二极管基于硅，与互补金属氧化物半导体(CMOS)电路在同一晶片上制造]，需要两个光电二极管，每个都有自己的像素内电路[一个电路是动态视觉系统(DVS)电路102，另一个是基于时间的相关双采样(CDS)电路104]，这会导致较大的单元格，使其不适用于许多应用(单元格包含77个FET、2个电容器、和2个光电二极管，它们占据了可用单元格空间的约30％))，并且只允许非同时读取基于事件和帧的数据。这种设计与小像素不兼容。

用于将事件驱动的对数响应输入与允许同时异步和同步操作的基于帧的成像相结合的其它现有解决方案，包括被称为“动态和有源像素视觉传感器”或DAVIS 200的一种，其结合了具有有源像素传感器(APS)的DVS电路102，其示意图在图2中提供，已经集中于可见光成像器、目标机器视觉、和驾驶辅助辅助装置的商业市场。与图1中所示的ATIS 100一样，这些其它商业产品也是单片的，使用在CMOS基板中制造的光电二极管，以及用于基于帧的读取的可见APS 202样式输入。这些设计在有源像素传感器(V_aps)202的复位漏极(V_dr)和浮动扩散节点处的集成电容很小，这是基于为高灵敏度和与可见光成像相关的有限电荷容量而设计的寄生元件。这些小电容将非线性引入像素，降低了热成像性能。

这样的设计不能实现低光灵敏度，因此仅限于机器视觉和驾驶员辅助应用。此外，这样的尝试导致了额外的噪声、额外的暗电流和暗噪声、额外的源级跟随器噪声，并且不利于已被证明低噪声的4T像素设计。此外，这样的设计没有有效利用其设计中存在的电子元件，使用比操作所需更多的组件，因此增加了电路的尺寸，限制了其可实现的像素密度和性能。

这些故障至少部分是与使用具有显著不同波长的数据捕获场景相关联的挑战中的显著差异的结果。例如，当试图在光谱的可见光、近红外或短波红外部分捕获有关电磁辐射的数据时，暗区缺乏光子，这使得检测低光子通量事件具有难度。相反，当试图在光谱的热红外部分捕获有关电磁辐射的数据时，难度就变成了区分覆盖在大背景上的小信号。