一种用于动态视觉传感器的阈值校准电路

技术领域

本发明涉及动态视觉传感器读出电路领域，尤其涉及一种用于动态视觉传感器的阈值校准电路。

背景技术

动态视觉传感器(DVS)是一种检测并输出外界光强变化的传感器，每个像素独立感知光强变化，并离散化为光强增加和光强减少的事件；与传统的积分型互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器相比，它输出的数据量更少，响应速度更快，功耗更低。因此，动态视觉传感器在高速，高实时性的场合具有广泛应用。

动态视觉传感器的像素主要分为光电二极管、对数放大器、原跟随器、差分放大器、比较器几部分，其中光电二极管检测光强并转换为光电流，对数放大器通过工作在亚阈值区的MOS管实现光电流与电压的对数转换关系，源跟随器将电压信号从对数放大器传递至差分放大器，差分放大器输出电压变化相对值，并分别输入与信号增大检测比较器(ON比较器)和信号减小检测比较器(OFF比较器)，将光强的变化值与预设阈值对比，输出ON和OFF事件，随后对差分放大器进行复位。

比较器的阈值由DAC提供，由DVS像素的工作原理可知，ON比较器的阈值应该略高于差分放大器复位时的电平，OFF比较器的阈值应该略低于差分放大器复位时的电平，即差分放大器的复位电平要位于ON和OFF比较器的阈值之间。然而，差分放大器复位后输出的电压可能受PVT等环境因素的影响发生漂移，一旦复位电平漂移出ON和OFF比较器的阈值之间，DVS像素便会产生错误的事件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有的动态视觉传感器中的像素阈值不稳定情况，提供一种用于动态视觉传感器的阈值校准电路。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于动态视觉传感器的阈值校准电路，包括：阈值查找模块、行采样模块、列选择模块和寄存器配置模块；

所述阈值查找模块用于向所述行采样模块、列选择模块输出像素地址信号，获取选定的一组像素的像素复位电平值；将所述像素复位电平值进行比较，判断是否存在像素坏点；并对像素阵列进行校准；

所述列选择模块用于根据所述像素地址信号选择动态视觉传感器中的像素列；

所述行采样模块用于根据所述像素地址信号，在确定像素列后，选择动态视觉传感器中的像素行，选定具体的像素；向所述阈值查找模块提供选定像素的像素复位电平值；

所述寄存器配置模块连接阈值查找电路中的各个寄存器，对所述阈值查找电路的寄存器进行配置；

其中，所述寄存器配置模块通过对所述阈值查找模块配置像素地址信号；所述行采样模块、列选择模块通过像素地址信号选取一组像素；所述阈值查找模块通过接收的像素复位电平值，对像素阵列的阈值误差进行校准；再通过对一组像素的像素复位电平值进行比较，判断是否存在像素坏点；并且所述阈值查找模块通过寄存器配置模块配置的值，在一组像素复位电平值的平均值上加减一定值，作为像素阵列的最终阈值；实现对像素阵列的校准。

优选的，所述阈值查找模块包括：粗、细校准部和结果输出部；所述粗、细校准部用于进行粗、细校准过程，对所述像素阵列的阈值误差进行校准；所述结果输出部用于确定像素阵列中的像素坏点并输出像素阵列的最终阈值。

优选的，所述粗、细校准部包括权重寄存器、第一寄存器、第一加法器和第一选择器；所述第一选择器输入端与权重寄存器、像素输出端相连接；所述第一加法器输入端与第一寄存器输出端、第一选择器输出端相连接；所述第一加法器输出端与第一寄存器输入端相连接；所述第一寄存器输出端与像素输入端相连接。

优选的，所述权重寄存器为10比特大小，初始值为0100000000；所述粗校准部进行完一次修正后，权重寄存器会向右进行一位，当所述权重寄存器的值为0000000001时，完成粗校准过程。

优选的，所述结果输出部包括第二、第三选择器、第二、第三加法器、第一减法器、第一除法器和第二比较器；所述第一寄存器输出端与第二、第三选择器输入端、第二加法器输入端相连接；所述第二选择器另一输入端与第二选择器输出端短接；所述第三选择器另一输入端与第三选择器输出端短接；所述第一减法器输入端与第二选择器输出端、第三选择器输出端相连接；所述第一减法器输出端与第二比较器输入端相连接；所述第二加法器另一输入端与第二加法器输出端短接；所述第二加法器输出端与第一除法器输入端相连接；所述第一除法器输出端与第三加法器输入端相连接。

优选的，所述第二比较器输出像素坏点警告信号；所述第三加法器输出最终阈值。

优选的，所述第一寄存器输出的信号将在所述第二、第三选择器中挑选出最大值与最小值；所述最大值与最小值在所述第一减法器中得到差值；所述差值在第二比较器与参考值进行比较，确定是否存在坏点，并输出比较结果。

优选的，所述寄存器配置模块配置信号包括配置像素地址、配置阈值偏置量和手动阈值配置量；所述配置像素地址用于确定像素阵列中单个像素的具体位置；所述配置阈值偏置量用于确定一组像素复位电平值的平均值上加减的值；手动阈值配置量用于手动配置最终阈值。

本发明还提供了一种动态视觉传感器的阈值校准方法，应用于上述用于动态视觉传感器的阈值校准电路，所述方法包括：

S1：上电复位，将阈值查找模块的各个寄存器复位为初始状态，同时给予像素阵列一个全局复位信号；

S2：寄存器配置参数，寄存器配置模块对阈值查找模块配置像素地址信号；行采样模块、列选择模块通过像素地址信号选择查找的像素范围，选择一组像素进行查找，对像素阵列的阈值误差进行校准；

S3：查找检错纠错过程，根据像素中输出的像素复位电平值，对一组像素的像素复位电平值进行对比；当相差过大，则表示选中的组内存在坏点，此时电路会重新选择该组中心对称位置的一组像素，重新进行查找流程；

S4：阈值配置，当相差不大时，停止查找；根据查找到的一组像素复位电平值的平均值，分别进行加减一个偏移量，作为像素阵列的最终阈值。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

(1)本发明实施例通过设计用于动态视觉传感器的阈值校准电路，可以对动态视觉传感器中的像素阵列中的任意区域进行查找，对像素阵列的阈值进行校准；并且能够通过对一组像素的复位电平值进行比较判断出像素阵列中是否存在坏点；进一步通过在一组像素复位电平值的平均值上加减一个偏移量作为像素阵列的最终阈值，实现动态视觉传感器中的像素复位电平值始终稳定在最终阈值范围内，保证动态视觉传感器像素在各种环境下均能正常进行使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的用于动态视觉传感器的阈值校准电路结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的阈值查找模块结构示意图；

图3是本发明第二实施例提供动态视觉传感器的阈值校准方法流程图；

图4是本发明第二实施例提供的用于动态视觉传感器的阈值校准电路正常工作时的状态转换图。

图5是本发明第三实施例提供的配有可编程逻辑器件的用于动态视觉传感器的阈值校准电路结构示意图；

图6是本发明第三实施例提供的可编程逻辑器件工作时的仿真结果图；

图7是本发明第三实施例提供的用于动态视觉传感器的阈值校准电路校准过程仿真结果图；

图8是本发明第三实施例提供的用于动态视觉传感器的阈值校准电路一次校准的仿真结果图。

10-阈值查找模块，101-权重寄存器，102-第一选择器，103-第一加法器，104-第一寄存器，105-第二选择器，106-第三选择器，107-第一减法器，108-第二比较器，109-第二加法器，110-第一除法器，111-第三加法器，20-列选择模块，30-行采样模块，40-寄存器配置模块，500-像素阵列，510-像素，501-比较器，502-数模转换器，600-可编程逻辑器件，700-串行外围接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参见图1，本发明第一实施例提供了一种用于动态视觉传感器的阈值校准电路。所述用于动态视觉传感器的阈值校准电路包括：阈值查找模块10、行采样模块30、列选择模块20和寄存器配置模块40。所述阈值查找模块10用于向所述行采样模块30、列选择模块20输出像素地址信号(ADDRX、ADDRY)，并获取选定像素510的像素复位电平值进行比较，判断是否存在像素坏点，并对像素阵列500进行校准。存在像素坏点时将进行修正并提供警告。所述列选择模块20用于根据所述像素地址信号ADDRX选择动态视觉传感器中的像素列。所述行采样模块30用于根据所述像素地址信号ADDRY，在确定像素列后，选择动态视觉传感器中的像素行，选定具体的像素510。所述阈值查找模块10获取选定像素510的像素复位电平值。所述寄存器配置模块40连接阈值查找电路10中的各个寄存器，对所述阈值查找电路10的寄存器进行配置。

所述寄存器配置模块40配置信号包括配置像素地址、配置阈值偏置量和手动阈值配置量。所述配置像素地址用于确定像素阵列500中单个像素510的具体位置。所述配置阈值偏置量用于确定一组像素510复位电平值的平均值上加减的值。手动阈值配置量用于手动配置最终阈值。

所述寄存器配置模块40通过对所述阈值查找模块10配置像素地址信号。所述行采样模块30、列选择模块20通过像素地址信号选取一组像素510。所述阈值查找模块10通过接收的像素复位电平值，对像素阵列500的阈值误差进行校准。再通过对一组像素510的像素复位电平值进行比较，判断是否存在像素坏点。并且所述阈值查找模块10通过寄存器配置模块40配置的值，在一组像素复位电平值的平均值上加减一定值，作为像素阵列的最终阈值；实现对像素阵列的校准。

请参见图1、图2，动态视觉传感器(DVS)包括像素阵列500。所述像素阵列500包括多个像素510和两个数模转换器502(DAC)。所述像素510包括：对数跨阻放大器、源跟随器、开关电容放大器、ON和OFF比较器501和复位信号产生电路。所述两个DAC分别为所有像素510的ON和OFF比较器501提供阈值电压。在阈值校准过程中，像素510的对数跨阻放大器和源跟随器均不工作，复位信号产生电路的全局复位信号(RST_ALL)有效，开关电容放大器的输出保持复位电平不变。所述阈值查找模块10分别向列选择模块20和行采样模块30提供像素的像素地址信号ADDRX、像素地址信号ADDRY以及全局复位信号(RST_ALL)。所述列选择模块20根据像素地址信号ADDRX输出对应的列选择信号ACKX连接至像素阵列中；像素510的比较器501输出信号(ON_EVENT、OFF_EVENT)通过列总线输出到行采样模块30，行采样模块30根据像素地址信号ADDRY获得像素复位电平值(CMP_FLAG)，并将像素复位电平值输入到阈值查找模块10。所述阈值查找模块10根据像素比较器501输出的结果，通过二分法调整输出到所述DAC的控制字，直到DAC输出的模拟电平值等于像素复位电平值，实现对像素阵列阈值误差的校准。

请参见图2，所述阈值查找模块10包括粗、细校准部和结果输出部。所述粗、细校准部用于进行粗、细校准过程，对所述像素的阈值误差进行校准。所述结果输出部用于确定像素阵列中的像素坏点并输出像素阵列的最终阈值。所述粗、细校准部包括权重寄存器101(weight)、第一寄存器104(DAC_WORD)、第一加法器103(ADD1)和第一选择器102(SEL1)。所述第一选择器102输入端与权重寄存器、像素510的比较器501(Comp1)输出端相连接。所述第一加法器103输入端与第一寄存器104输出端、第一选择器102输出端相连接。所述第一加法器103输出端与第一寄存器104输入端相连接。所述第一寄存器104输出端与DAC输入端相连接。

所述比较器501的像素复位电平值(CMP_FLAG)通过所述行采样模块30连接到所述第一选择器的选择控制端来选择权重寄存器101的极性。所述第一加法器103将第一选择器102输出值与第一寄存器104的输出值相加后，存储至所述第一寄存器104中。所述第一寄存器104在下一个查找周期时，将所述第一寄存器104存储的寄存器码提供给DAC。

所述权重寄存器为10比特大小，初始值为0100000000。所述粗校准部进行完一次修正后，第一寄存器104完成一次查找周期，DAC更新一次寄存器码，权重寄存器101会向右进行一位。当所述权重寄存器101的值为0000000001时，完成粗校准过程。此时得到的比较器501的阈值误差在1个LSB之内，考虑到比较器501存在噪声，为了使结果更加稳定，权重寄存器101会保持值为0000000001再进行5次上述校准，完成细校准过程。

所述结果输出部部包括第二选择器105(SEL_MIN)、第三选择器106(SEL_MAX)、第二加法器109(ADD2)、第三加法器111(ADD3)、第一减法器108(SUB)、第一除法器110(DIV)和第二比较器107(Comp2)。所述第一寄存器104输出端与第二选择器105、第三选择器106输入端、第二加法器109输入端相连接。所述第二选择器105另一输入端与第二选择器105输出端短接；所述第三选择器106另一输入端与第三选择器106输出端短接。所述第一减法器108输入端与第二选择器105、第三选择器106输出端相连接。所述第一减法器108输出端与第二比较器107输入端相连接。所述第二加法器109另一输入端与第二加法器109输出端短接。所述第二加法器109输出端与第一除法器110输入端相连接；所述第一除法器110输出端与第三加法器111输入端相连接。所述第二比较器107输出像素坏点警告信号(ERROR)；所述第三加法器111输出最终阈值(DAC_WORD_ALL)。

所述第一寄存器104输出的信号将在所述第二选择器105、第三选择器106中挑选出最大值与最小值。所述最大值与最小值在所述第一减法器108中得到差值。所述差值在第二比较器107与参考值进行比较，确定是否存在坏点。当所述差值大于所述参考值时，所述第二比较器107输出像素坏点警告信号。在存在坏点警告信号时，此时行采样模块、列选择模块会重新选择该组中心对称位置的一组像素，重新进行查找流程。

在不存在坏点警告信号时，所述第一寄存器104输出的信号将在第二加法器109进行累加，再通过第一除法器110获取一组像素的CMP_FLAG平均值，并在所述第三加法器111中与寄存器配置模块40配置的阈值偏置量相加，获得最终阈值。将所述最终阈值输入至所述比较器501中，完成阈值校准。

实施例二

请参见图3，本发明第二实施例提供了一种动态视觉传感器的阈值校准方法。所述阈值校准方法应用于上述实施例一中的用于动态视觉传感器的阈值校准电路，所述方法包括：

S1：上电复位，将阈值查找模块的各个寄存器复位为初始状态，同时给予像素阵列一个全局复位信号；

S2：寄存器配置参数，寄存器配置模块对阈值查找模块配置像素地址信号；行采样模块、列选择模块通过像素地址信号选择查找的像素范围，选择一组像素进行查找，对像素阵列的阈值误差进行校准；

S3：查找检错纠错过程，根据像素中输出的像素复位电平值，对一组像素的像素复位电平值进行对比；当相差过大，则表示选中的组内存在坏点，此时电路会重新选择该组中心对称位置的一组像素，重新进行查找流程；

S4：阈值配置，当相差不大时，停止查找；根据查找到的一组像素复位电平值的平均值，分别进行加减一个偏移量，作为像素阵列的最终阈值。

其中，对所述一组像素的像素复位电平值进行对比前，还需要进行所述粗、细校准过程，对像素阵列的阈值误差进行校准，即对所述像素中的比较器进行校准。在查找过程中，所述一组像素包括8个像素。根据比较器的输出结果调整DAC输出的电压，使DAC输出的电压逼近放大器的像素复位电平值。重复以上流程八次，将选中一组像素内的8个像素比较器的像素复位电平全部查找完成。

参见图4，采用所述阈值校准方法，所述用于动态视觉传感器的阈值校准电路将有如下过程：

上电复位：阈值校准电路恢复初始状态，等待工作。

开始校准：阈值查找模块将通过寄存器配置模块配置的寄存器的参数读入，然后对非配置的寄存器赋初值。

ON、OFF阈值校准：当初始DAC控制字输出后，阈值查找模块等待像素阵列中比较器的输出结果；DAC输出结果偏小，则DAC控制字会加上权重寄存器的值；如果结果偏大，则会减去权重寄存器的值。进行完第一次修正后，权重寄存器会向右进行一位；随后将修正后的DAC控制字输出，然后重复上述过程，直到权重寄存器的值为0000000001；此时得到的比较器的阈值误差在1个LSB之内；阈值查找模块会保持权重寄存器的值为0000000001再进行5次细校准，随后进入一次查找完成状态。

一次校准完成：进入一次查找完成状态后，阈值查找模块会进行判断，如果此时已经查询完一组像素的所有ON比较器的阈值，则电路会进入OFF查找状态；如果没有查完ON比较器的阈值，则会继续进入ON查找状态。如果ON和OFF比较器均校准结束，则会进入结束状态。

校准结束：当一组像素的ON和OFF比较器均查找完成后，阈值查找模块会将一组像素的ON和OFF比较器的阈值分别做平均，将得到的两个平均值分别加、减寄存器配置模块配置的阈值偏置量，并将得到的两个数字量分别提供给两个DAC，用于提供像素阵列的最终阈值。随后电路会一直保持该状态直到复位或使能信号发生反转。当电路进入结束状态时，电路的信号thr_finish拉高，取消像素的全局复位，像素开始正常工作。

其中，当在校准过程中，同一组像素的校准结果出现较大的偏差，则电路会认为该组像素存在坏点，此时像素会选择中心对称的一组像素重新进行校准。同时会将信号ERROR的标志位拉高，向用户发出像素坏点警告。

实施例三

请参见图5，本发明第三实施例提供了一种用于动态视觉传感器的阈值校准电路。所述阈值校准电路在实施例一种的阈值校准电路基础上，还包括可编程逻辑器件600(FPGA)和串行外围接口700(SPI_SLAVE)。

所述FPGA通过SPI_SLAVE与所述寄存器配置模块40相连接。所述FPGA向所述寄存器配置模块40输出控制信号(Accident_COF)，所述控制信号Accident_COF用于控制所述寄存器配置模块40工作。当控制信号Accident_COF为高电平时，寄存器配置模块40不接收外部数据，此时寄存器变量默认为初始值。所述FPGA向所述阈值查找模块10输出控制信号(Accident_THR)，所述控制信号Accident_THR用于控制所述阈值查找模块10。当控制信号Accident_THR为高电平时，阈值查找模块10将跳过二分法校准过程，不进行校准。所述

当所述控制信号Accident_THR为低电平、所述控制信号Accident_COF为高电平时，所述阈值校准电路为标准模式。所述阈值查找模块10采用二分法调整输出到所述DAC的控制字，并进行粗细校准过程。所述寄存器配置模块40不向所述阈值查找模块10输出配置的阈值偏置量，保持默认值。

当所述控制信号Accident_THR、Accident_COF均为低电平时，所述阈值校准电路为自由模式。所述阈值查找模块10采用二分法调整输出到所述DAC的控制字，并进行粗细校准过程。所述寄存器配置模块40向所述阈值查找模块10输出配置的阈值偏置量。

当所述控制信号Accident_THR为高电平，所述控制信号Accident_COF为低电平时，所述阈值校准电路为手动模式。所述阈值查找模块10不进行校准。所述寄存器配置模块40向所述阈值查找模块10输出配置的手动阈值配置量，可以任意调整阈值范围。

当所述控制信号Accident_THR、Accident_COF均为高电平时，所述阈值校准电路为不校准模式。所述阈值查找模块10、寄存器配置模块40均不进行校准或配置。

其中，所述寄存器配置模块40的配置量由所述FPGA控制。用户通过所述FPGA调节所述寄存器配置模块40的阈值偏置量和手动阈值配置量，并通过向所述寄存器配置模块40传输信号SPI_CLK、cs_n、MISO、MOSI实现。

参见图6，图6是FPGA工作时的仿真结果图。首先确保控制信号Accident_COF信号为低电平，使寄存器配置模块40可以正常工作。信号tx_data是FPGA提供的配置数据。移位寄存器进行移位操作，将信号tx_data的后8位转换为信号i_tx_data，再将信号i_tx_data传输至所述寄存器配置电路40。一个字节的信号i_tx_data传输过程为：首先信号cs_n拉低，随后信号SPI_CLK开始对信号MOSI进行采样；经过8个周期的采样后将结果存入寄存器o_tx_byte中；随后寄存器o_tx_byte输出信号有效。并重复上述过程，经过多次传输，信号tx_data全部传输到寄存器配置模块40，寄存器配置模块40将其分配给所述阈值查找模块10对应的寄存器中并将FLAG信号拉高。

参见图7，图7是用于动态视觉传感器的阈值校准电路校准过程仿真结果图。仿真结果显示，最终，ON和OFF比较器501校准出像素复位电平值的平均值均为500mV；考虑到配置的ON和OFF比较器501的阈值偏移量均为50mV，故最终提供给ON比较器501的阈值约为550mV，提供给OFF比较器501的阈值约为450mV。

参见图8，图8是图7校准过程中的一次校准过程。以ON比较器501阈值校准为例，在t1时段，阈值查找模块10给出的DAC控制字为0x200，权重寄存器值为0x100，DAC输出的电压约为510mV。此时ON比较器501输出为高电平，这意味着所述阈值查找模块10提供的阈值偏大。因此所述DAC控制字应减去权重寄存器值，为0x100。t2时间段DAC控制字为0x100，权重寄存器值右移变为0x80，所述DAC输出的电压约为260mV。此时ON比较器501输出为低电平，故DAC控制字应加上权重寄存器的值，为0x180。后续整个t2时段都是向上逐次逼近的过程。t3时间段DAC控制字为0x1fc，权重寄存器值为0x2，此时ON比较器501输出为高，故DAC控制字变为0x1fa。同时权重寄存器右移变为0x1，开始细校准过程。t4时间段为细校准过程，经过5次细校准，最终该像素的复位电平的查找值为0x1f7，对应模拟电压为500mV。

总的来说，本发明提供的阈值校准电路以及外围的FPGA，可以对DVS像素的复位电平值进行实时查找，对像素阵列的比较器进行校准，并以此为基础为DVS像素阵列的比较器提供一个合适的阈值。避免了因环境等因素导致像素的复位电平值漂移后所产生的阈值失配；可以保证DVS像素在各种环境下正常产生事件输出。此外，本发明提供的阈值校准电路还可以实时查找出是否存在像素坏点，实现及时警告。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。