Object Location and Centroiding Techniques With CMOS Active Pixel Sensors(翻譯2)

1、2003年12月12日，美國(guó)電氣及電子工程師學(xué)會(huì)關(guān)于電子裝置專題報(bào)告基于CMOS有源像素傳感器的物體定位和質(zhì)心技術(shù)Ryan D。Burns， ，美國(guó)電氣及電子工程師學(xué)會(huì)成員，Joey Shah， 美國(guó)電氣及電子工程師學(xué)會(huì)成員，Canaan Hong ，Srdjan Pepic，Ji Soo Lee ，Richard I。Hornsey，Paul Thomas ，美國(guó)電氣及電子工程師學(xué)會(huì)成員。摘要 使用并行像素式CMOS有源傳感器進(jìn)行目標(biāo)定位和大小估計(jì)的系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)出來了。此系統(tǒng)是通過一個(gè)全局的閾值來區(qū)分目標(biāo)和背景。用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三種傳感器。第一種:具有積分式比較器和三個(gè)晶體管的高填

2、充率傳感器，已經(jīng)表明這種傳感器的性能受器件的差異性的限制，所以設(shè)計(jì)了第二種傳感器。在第二種傳感器中用單一電容器設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的固定像素模式的噪聲修正電路。累積交叉讀出結(jié)構(gòu)能在速度不降低的情況下提供與目標(biāo)有關(guān)的額外信息，從而強(qiáng)化系統(tǒng)的功能。這篇文章也討論了此系統(tǒng)在采用多個(gè)閾值來確定質(zhì)心方面的應(yīng)用。索引詞 有源像素式傳感器，質(zhì)心，CMOS，圖像傳感器，集成電路，目標(biāo)定位。I 介紹固態(tài)圖像傳感器已經(jīng)用來捕獲數(shù)字圖像很多年了，并常常把這些圖像看作最終結(jié)果。然而在很多情況中，它不是圖像它本身原來的圖像，僅僅在某種程度上包含圖像的一點(diǎn)點(diǎn)信息。在數(shù)字圖像能被處理來吸取信息的同時(shí)，總而言之，在CMOS圖像傳感

3、器結(jié)合信號(hào)處理電子芯片的潛在得允許我們分發(fā)捕獲的真實(shí)圖像。許多有關(guān)質(zhì)心位置確定技術(shù)的芯片在以前就已經(jīng)報(bào)道了，盡管有很少準(zhǔn)確性和高設(shè)計(jì)等級(jí)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)行。一個(gè)主要傳感器組織已雇傭電阻器網(wǎng)絡(luò)來平滑圖像并測(cè)定質(zhì)心位置1，2。在1中，在經(jīng)過阻抗濾波和像素完成的測(cè)定位置之后，質(zhì)心被定義是最大信號(hào)的位置。濾除噪音和像素尺度是需要重要考慮的事項(xiàng)。在2中一個(gè)硅芯片也是被使用的。這種傳感器的頻率響應(yīng)被限制為幾十赫茲并且沒有圖像信息可以在像素尺度得到應(yīng)用。微小像素不能準(zhǔn)確性的查到地址。在3中，X和Y坐標(biāo)軸上，一對(duì)有區(qū)別晶體管的網(wǎng)絡(luò)可以被計(jì)算出它的質(zhì)心及其邊緣。專欄的質(zhì)心不能被精確的計(jì)算出。對(duì)于這種傳感器，讀出時(shí)間

4、是1。5 s，并且這種信息沒有把機(jī)械裝置質(zhì)心的重要性表現(xiàn)出來。在4中，用神經(jīng)元MOSJ晶體管代替有區(qū)別對(duì)的網(wǎng)絡(luò)是為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)中心跟蹤器。盡管質(zhì)心的精確性還沒有明白地討論過，但是這種傳感器是有能力在40 ns以內(nèi)測(cè)定物體質(zhì)心位置。在5中，圖像像素沿著豎排不斷累加來測(cè)定質(zhì)心位置。這種結(jié)構(gòu)方法是和描繪這里累積橫截面的方法很相似。在5中，把圖片信號(hào)電壓與門檻相比較，也因此把它變成一個(gè)二元信號(hào)。緊接著在專欄邊緣系統(tǒng)添加了這些跨過陣列的小塊并提供了信號(hào)的總量。在每一個(gè)像素中這種具有二個(gè)跨導(dǎo)放大器的工具被用來執(zhí)行減少填充因素。該系統(tǒng)被報(bào)告了展覽會(huì)上僅一半的像素質(zhì)心準(zhǔn)確性和沒有按照讀出速度來提供信息的情況。這

5、份報(bào)紙將闡述幾種處理在圖像視野以內(nèi)找到目標(biāo)的技術(shù)問題。這個(gè)是一個(gè)普遍問題，這個(gè)問題可適用于極其寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域，例如機(jī)器人-LIDAR，自由空間光學(xué)通訊，工業(yè)檢查和控制手段，醫(yī)學(xué)造像，及天文學(xué)。以前在這個(gè)區(qū)域的工作主要是依靠衛(wèi)星跟蹤，如68所示。我們的技術(shù)將物體位置的運(yùn)算法則納入傳感器本身建筑學(xué)，而不是信賴數(shù)字信號(hào)處理器所捕獲的圖像。我們的目的是要在圖像呈現(xiàn)中去除大的數(shù)據(jù)，而用采集的所需目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)來代替。這種CMOS有源像素傳感器（美聯(lián)社）依靠它隨機(jī)存取像素的能力而變得理想了，因此也能使系統(tǒng)有興趣地選擇區(qū)域。在第二部分中描述了二元物件定位系統(tǒng)。這系統(tǒng)把圖像變成兩個(gè)一維的二元陣列，這個(gè)二元陣列

6、比整個(gè)圖像更迅速被檢測(cè)到。在第三部分中描述了一個(gè)改良系統(tǒng)。這個(gè)設(shè)計(jì)通過增加完全一致和比較準(zhǔn)確性改進(jìn)原來目標(biāo)的建筑風(fēng)格。在第四部分中描繪了第三系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)把累積的橫截面總和區(qū)段讀出。這是二元物件目標(biāo)系統(tǒng)觀念的進(jìn)一步擴(kuò)展并提供更多信息，同時(shí)和對(duì)一個(gè)未加工圖像進(jìn)行圖像處理相比較仍然提供了實(shí)質(zhì)性的有效信息。Fig。 1。二元物件位置系統(tǒng)的操作。排和專欄由于一全局的閾值上面，任何圖像像素由寄存器指示排列的邊緣。這些寄存器能夠被連續(xù)的讀出。II 二元物件位置系統(tǒng)二維(2- D)二元物件位置系統(tǒng)(OLS)將二維（2- D）圖像信息編譯為一對(duì)一維的(1- D)數(shù)據(jù)集9(圖1)。這個(gè)傳感器建筑進(jìn)程的操作如下所

7、述:把每一個(gè)像素亮度和一門檻比較。如果像素亮度超過門檻亮度，像素二元編碼為邏輯值1。除此之外，像素二元編碼為邏輯值0。數(shù)據(jù)線沿每一個(gè)專欄延伸。在專欄里的每一個(gè)像素的輸出在一種合乎邏輯"與非"中被連接，因此當(dāng)專欄有一個(gè)亮度黑暗像素的時(shí)候，則專欄數(shù)據(jù)線將輸入“1”，在亮度超過門檻亮度時(shí)即在專欄中所有的像素被照亮為邏輯值“0”。這系統(tǒng)開發(fā)利用的目的是發(fā)現(xiàn)一個(gè)有關(guān)光亮背景而暗的目標(biāo)。結(jié)果是一個(gè)沿著造像芯片的兩邊緣二元陣列，其指示含有亮度暗的像素專欄。圖像信息被減少了，但是一維陣列被掃描與整個(gè)圖像被掃描相比運(yùn)作速度要快得多。此外，進(jìn)一步邏輯能被用來鎖定和演示目標(biāo)位置，以及其他的功能。

8、隨著數(shù)據(jù)量比這一典型圖像傳感器的數(shù)據(jù)量的減少，這個(gè)系統(tǒng)將會(huì)幫助增加讀出數(shù)據(jù)的速度，以因此增加了輸出量。通過去除信號(hào)有源像素使它將變得很容易消滅空間的噪音。離開芯片分析，數(shù)據(jù)串大小測(cè)定的速度也很迅速。圖像信息減少的好處被認(rèn)為是運(yùn)作速度將會(huì)變得隨著陣列增大而更明確。因?yàn)橄袼匾?guī)模的數(shù)量將變成，而OLS小刻度數(shù)目將為2N，由于N*N像素圖像陣列。 為了在人的視野范圍內(nèi)能看清楚目標(biāo)，門檻尺度(忽略比具體尺度門檻低的目標(biāo))被使用估計(jì)單獨(dú)有源像素或者比較小的一組像素。Fig。 2。在像素和數(shù)據(jù)線回路中二元物件位置鎖定系統(tǒng)。 A 簡(jiǎn)單比較器這個(gè)二元門檻操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)是一個(gè)像素比較器。這個(gè)環(huán)路把融合光敏電壓和一

9、個(gè)參考電壓相比較。這個(gè)光敏電壓被重新設(shè)置為VDD，并且隨著當(dāng)前光敏二極管在電壓電容上融合時(shí)減少。當(dāng)光敏電壓在參考電壓以下的時(shí)候，輸出從邏輯0變換到邏輯1。這臺(tái)比較器的設(shè)計(jì)對(duì)傳感器的運(yùn)作是非常重要的。為了保持一個(gè)高效因素，這個(gè)二元OLS系統(tǒng)使用了一臺(tái)非常簡(jiǎn)單一根晶體管比較器。有一個(gè)比較器是為了低輸出，另一個(gè)為專欄輸出。隨著在陣列數(shù)據(jù)線的尾端把信號(hào)返還到滿數(shù)字電平翻轉(zhuǎn)這個(gè)比較器使用了一個(gè)單獨(dú)普通電源放大器。在數(shù)據(jù)線尾端也有一根PMOS單向晶體管。 (Fig 2)當(dāng)光敏電壓比參考電壓與高亮度電壓低時(shí)，比較器晶體管截至，允許PMOS單向晶體管把數(shù)據(jù)線升到電源電壓（如果其他所有在這個(gè)數(shù)據(jù)線的像素消失），

10、光敏電壓在數(shù)據(jù)線尾端將會(huì)引起倒轉(zhuǎn)而輸出GND。如果光敏電壓比參考電壓與低亮度電壓高時(shí)，比較器晶體管將倒通，并使數(shù)據(jù)線電壓達(dá)到參考電壓。此時(shí)光敏電壓低于電源電壓的一半，所以在數(shù)據(jù)線尾端倒轉(zhuǎn)將會(huì)強(qiáng)制輸出信號(hào)以達(dá)到數(shù)字邏輯電源電壓的水平。當(dāng)域值電壓低于數(shù)字邏輯電壓一半時(shí)這個(gè)系統(tǒng)操作將會(huì)強(qiáng)制執(zhí)行。B 二元OLS系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果以0.35毫米CMOS進(jìn)程同時(shí)有0.33伏電源提供而制造了元芯片。這包含一個(gè)64*64像素圖像陣列。在表格一中顯示了一些芯片的重要特征。二元OLS原型傳感器被檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)符合功能需求。圓圈的圖象被提供給圖像并且編碼輸出被捕獲(圖3)。二元陣列數(shù)據(jù)能變?yōu)槎S圖像被再現(xiàn)，但是圓的物件將會(huì)被

11、表現(xiàn)成方框取決于讀出系統(tǒng)的"與非"功能性。但是，物件的位置被保存。多個(gè)物件的重新構(gòu)建是很少那么直接的。(圖四)顯示，由于模式噪音被校正傳感器輸出中信息不統(tǒng)一。在一個(gè)通常APS圖像中，模式噪音通過在黑暗中使圖像弄上斑點(diǎn)被表現(xiàn)。因?yàn)镺LS圖像者不提供圖像輸出， 模式噪音被不同像素不同的亮度表現(xiàn)出來。在可控光源和一陣列波前面通過造像芯片來檢測(cè)系統(tǒng)。在陣列里的每一個(gè)像素這個(gè)平臺(tái)能提供不統(tǒng)一的亮度。光強(qiáng)度能被分解成連續(xù)的門檻電壓，或者門檻電壓能被分解成連續(xù)的光強(qiáng)度，并且特定像素的數(shù)量能被測(cè)量。 當(dāng)光強(qiáng)度接進(jìn)門檻電壓的時(shí)候所有的像素將會(huì)同時(shí)開關(guān)。模式噪音蔓延這些開關(guān)點(diǎn)，并且傳播的程度表

12、明不統(tǒng)一的程度。Fig。 3。二元目標(biāo)位置系統(tǒng)圖像捕獲:(一)傳感器當(dāng)前場(chǎng)景(b)再現(xiàn)輸出。在像素比較儀中這種基本OLS系統(tǒng)具有一根晶體管而遇到很多困難。因?yàn)樗褂靡桓鶈我坏木w管作為一臺(tái)比較器，所以它是很容易受模式噪音的影響。由于在不同像素的比較器晶體管之間的不匹配，所有的像素將在同樣的亮強(qiáng)度下不能做出選擇。此外，考慮到 OLS系統(tǒng)輸出是一個(gè)二進(jìn)制圖像，盡可能最好質(zhì)心準(zhǔn)確度是0。5像素，這對(duì)很多應(yīng)用領(lǐng)域是不夠的。和當(dāng)前系統(tǒng)相比至少應(yīng)該是0。1像素才符合條件(例如7所示)。Fig 4(a)二元目標(biāo)位置鎖定原型芯片的開關(guān)特征(b)在所有的白色和所有的黑色之間擴(kuò)展不統(tǒng)一。Fig。 5。在像素高填充

13、率模式噪音減少回路的圖表。III 改進(jìn)目標(biāo)位置系統(tǒng) 一種新的建筑學(xué)發(fā)展起來，它克服了二進(jìn)制OLS系統(tǒng)的兩個(gè)重要缺陷。首先，像素被重新設(shè)計(jì)成包含一個(gè)更精確差分比較器，它代替了原來使用的單根晶體管環(huán)路。其次，因?yàn)樵诤烷T檻電壓比較之前當(dāng)前的電源跟隨器的不統(tǒng)一性必須糾正，所以一個(gè)新型的像素高充滿率模式噪音減少回路也隨之發(fā)展起來。最后， 用一個(gè)可選門檻制成二進(jìn)制圖像而代替了以前使用一個(gè)固定的門檻來做。這個(gè)多重門檻算法能使質(zhì)心的準(zhǔn)確性提高到0。1像素以下。A 改進(jìn)像素設(shè)計(jì)這種多重門檻OLS系統(tǒng)包含了一個(gè)差分式像素回路比較器。這種比較器是和以前報(bào)道用ADC像素1011設(shè)計(jì)的比較器是很相似的。差分式比較器比以

14、前使用單晶體管比較器先進(jìn)，這也有很多原因。它能聚集高電壓，典型的超過200伏，在光敏電壓和參考電壓之間其允許有小的電壓被辨識(shí)。而且它運(yùn)行的也很快，因?yàn)閮蓚€(gè)電源跟隨器的門電容限制比較器輸出可識(shí)別電容，跟隨器是小容量的。對(duì)于保持一個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的高速度來說高比較速度是不可缺少的。結(jié)果在操作的閾下地區(qū)偏比較器減少了能源的消耗，偏置電壓比晶體管電壓小。另一種可能，它將會(huì)降低比較器的速度。當(dāng)執(zhí)行比較功能時(shí)能源消耗將被偏置電壓彌補(bǔ)，在其他時(shí)間能源消耗為零。這將防止當(dāng)前電流流失，因此當(dāng)比較器不工作的時(shí)候能源浪費(fèi)，也會(huì)降低平均能源消耗。隨著域值像素的執(zhí)行，在每一個(gè)像素的電源跟隨晶體管之間的不統(tǒng)一不會(huì)因?yàn)殛嚵谢A(chǔ)而

15、被抵消。在比較器運(yùn)作以前這種不統(tǒng)一必須被消滅。以前的像素暫時(shí)復(fù)位工作已經(jīng)證明噪聲會(huì)降低1213。在像素中時(shí)間的重新安放噪音減少。無論如何，像素填充式噪音減少回路的實(shí)例出現(xiàn)了并且也早已經(jīng)被發(fā)展了。因此一個(gè)新型電容器環(huán)路已經(jīng)為像素填充模式噪音的減少而是設(shè)計(jì)了(圖5)。在這個(gè)環(huán)路操作中，光敏二極管是通過一根PMOS晶體管復(fù)位到電源電壓。微光產(chǎn)生一個(gè)光電流，它被二極管電容一體化降低光敏二極管電壓。電源跟隨晶體管M2緩沖光敏二極管電壓并且通過減少交換分享效應(yīng)來增加感光度。在一體化后卸載儲(chǔ)存電容C能啟動(dòng)放電信號(hào)。在放電信號(hào)回到低值以前，充電由最高終端電容電壓變?yōu)榱?，在取樣開始之前確保M2是飽和的。隨著當(dāng)前

16、的充電波峰值和放電波谷值，電容C改變于（1） （1）在(1)中光敏電壓通過一體化在光敏二極管上變化。有源光敏二極管電壓是電源電壓減光敏電壓。此刻充電電壓變成波谷值并且電容電壓也正發(fā)生漂移現(xiàn)象;它的存儲(chǔ)電壓也將要改變。所提供的復(fù)位信號(hào)會(huì)導(dǎo)致電容的最高終端電壓(V1)變成 （2）并且最低終端電壓（V2）變成在電源跟隨晶體管中這個(gè)表達(dá)式會(huì)取圖片 6 a不具有像素開關(guān)特性測(cè)量 b具有填充型有源噪音調(diào)整回路。消當(dāng)前存在的不統(tǒng)一，也因此使執(zhí)行的比較器準(zhǔn)確性提高。試驗(yàn)結(jié)果揭示了和沒有調(diào)整的同像素輸出相比，用緩和像素提供開關(guān)執(zhí)行會(huì)使輸出更一致(圖 6)。經(jīng)過再一次試驗(yàn)，由特定的開關(guān)測(cè)量出不一致性。在不同運(yùn)作方

17、面使用兩個(gè)光敏器鑒別開關(guān)(具有相應(yīng)域值調(diào)整)來確定系統(tǒng)操作。當(dāng)沒有調(diào)整像素僅僅精確到操作五時(shí)，調(diào)整設(shè)計(jì)提供了足夠范圍來計(jì)算16域值。A 原型傳感器一個(gè)原型芯片使用CMOS0。18毫米技術(shù)制成，它使用64*64像素陣列。這芯片的特性在表1(b)已經(jīng)說明。在所提供的專欄中所有像素輸出連接在一起，這樣的目的是如果某一個(gè)像素超過了總的域值，這個(gè)像素所在的專欄輸出將很高。圖 7具有像素填充型噪音減少回路和差分比較器的像素設(shè)計(jì)。像素規(guī)格是16。6*15。8毫米。每一個(gè)專欄輸出都連接到反向器，它能恢復(fù)整個(gè)數(shù)字信號(hào)水平線。專欄總線也被連接到陣列偏置晶體管，把它當(dāng)作一個(gè)電流源釋放在比較周期內(nèi)專欄總線的大電容。當(dāng)

18、讀取的信號(hào)波動(dòng)低時(shí)把反向器的輸出連接到一個(gè)儲(chǔ)存單數(shù)字小塊的D-型發(fā)聲器。這些發(fā)聲器是由一個(gè)移位寄存器把它們按順序連接到輸出總線才被觸發(fā)，因此可以提供一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的連續(xù)移位輸出。為最小化測(cè)試芯片復(fù)雜性的目的在設(shè)計(jì)中數(shù)字質(zhì)心回路不被考慮。因?yàn)檫@些回路是數(shù)字的，證實(shí)通過物理測(cè)試它們的操作是沒有必要的，估計(jì)運(yùn)算法則仿真是很充分的。二進(jìn)制OLS讀出系統(tǒng)的基本優(yōu)點(diǎn)是它的速度。因?yàn)檎麄€(gè)光敏電壓陣列沒有被掃描，在相當(dāng)大的程度上更高楨速率能用一個(gè)全局復(fù)位信號(hào)和并行融合在一起來實(shí)現(xiàn)。通過測(cè)定域值電壓和在專欄輸出差異的時(shí)間延時(shí)，比較器的速度可以被估計(jì)。由于這個(gè)時(shí)間是5。5微秒，這也就相當(dāng)于每秒進(jìn)行180 000次

19、比較。如果16域值在一個(gè)圖像中被顯示， 在理論上11250 fps的最大楨速度將是可能。但是，在快速估計(jì)16域值以前允許一些積分時(shí)間，它將可能是符合理想的，所以圖像在域值期間是相對(duì)的不變。 通過計(jì)算域值的數(shù)目在速度和準(zhǔn)確性之間交替換位是可用的。圖8交叉局部系統(tǒng)的累積讀出運(yùn)作;在專欄中每一個(gè)寄存器含一個(gè)電壓與有源像素成比例。IV 累積交叉局部讀取電路為進(jìn)一步改進(jìn)準(zhǔn)確性和顯示性，已經(jīng)制作一個(gè)新型讀取電路: 累積的交叉局部(CCS)讀出。類似以前的OLS設(shè)計(jì)，這種系統(tǒng)依靠光敏電壓和一個(gè)總的域值電壓比較，然后測(cè)定某個(gè)像素是在域值之上還是在域值之下。但是，一個(gè)新型讀取系統(tǒng)被介紹用來提供附加沒有信號(hào)丟失的

20、空間信息。如果在專欄中有一個(gè)或更多的有源像素則二進(jìn)制OLS系統(tǒng)記錄一個(gè)有源專欄，而CCS讀取系統(tǒng)能有效計(jì)算在專欄中有源像素的數(shù)目(圖 8)。盡管這種建筑提供一對(duì)一維陣列數(shù)據(jù)，然而在二進(jìn)制OLS系統(tǒng)中，這些陣列的每一個(gè)像素事實(shí)上包含二維信息。這個(gè)附加信息是非常有用的，因?yàn)樵诿恳粯E中提供附加信息將用一個(gè)減少域值量的數(shù)目獲得加更準(zhǔn)確質(zhì)心。此外，計(jì)算每一排有源像素的數(shù)目，這樣能容易識(shí)別不能形成目標(biāo)的虛假像素。一旦是域值圖像，每一像素就有一個(gè)二進(jìn)制標(biāo)記，“on”表示亮強(qiáng)度在域值之上或者“off”表示亮度在域值之下。通過兩個(gè)電流反射器使一個(gè)“on”像素將向輸出線增加一個(gè)量子流，并且將等量的量子向?qū)诰€輸出

21、。在每一個(gè)專欄的尾端，這些電流量子漂移通過一個(gè)充滿的電阻器數(shù)據(jù)庫(kù)(圖。 9)，導(dǎo)致在專欄里有源像素的數(shù)量和電壓成比例的降低。通過讀出在每一個(gè)專欄底部電壓，一個(gè)累積所需要的目標(biāo)交叉局部。每一個(gè)排底端電壓提供其他累積的交叉局部，這些交叉部分和列輸出是正交的。在特定域值強(qiáng)度方面提供了一個(gè)目標(biāo)的空間直方圖。圖9 為累積交叉局部讀取方法的像素和數(shù)據(jù)線回路。A CCS像素設(shè)計(jì)CCS像素包含一個(gè)通過融和光敏電壓超過融合時(shí)間的光敏二極管來逆轉(zhuǎn)微光為存儲(chǔ)變化。在不匹配的像素之間重復(fù)使用一個(gè)PMOS復(fù)位晶體管來消除光敏電壓。被融合的光敏電壓連接到差分放大器輸入端，域值電壓連接到其他的差分輸入端。這個(gè)差分放大器的輸

22、出是通過一個(gè)反向器提供一個(gè)單通數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，還提供更多可預(yù)知輸入到電流反射器晶體管。如果光敏電壓在域值電壓之上，差分放大器的輸出會(huì)降低，并且反向器的輸出會(huì)上升到電源電壓。這樣使電流反射到著個(gè)像素，并且它們通過在專欄尾端的參考電阻來吸引量子電流。此刻是通過外部電阻的方法來調(diào)整的，但是可產(chǎn)生大約10微安電流。在負(fù)域值區(qū)域，差分放大器的結(jié)果是有差異的。為了降低能源消耗，差分放大器內(nèi)設(shè)置了多重域值CLS系統(tǒng)像素。在原型芯片上不包含像素模式噪音的減少，這樣使測(cè)試設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)化。當(dāng)像素不統(tǒng)一性被檢測(cè)到時(shí)，這個(gè)原型芯片依然能夠執(zhí)行新的CCS讀取操作技術(shù)。在生產(chǎn)制造芯片時(shí)，像素模式噪音降低回路在比較階段就應(yīng)該

23、被考慮。CCS像素測(cè)量規(guī)格是12*12微米。在每一個(gè)像素中有12根晶體管和一個(gè)光敏二極管，規(guī)定每個(gè)像素有51%的填充率。為了增加感光性，光敏二極管區(qū)域亮度模糊。單個(gè)像素被反映到4個(gè)像素圖畫，這樣可以充分利用中間區(qū)域的共享空間。無論如何，在以后這也許不是最好的方法。它能導(dǎo)致不統(tǒng)一像素程度，因?yàn)槿S空間樣本的作用將會(huì)降低圖像的清晰度14。Fig。 10。在指示楨速度方面(在每秒楨)原型累積交叉局部輸出傳感器的圖像反映。B 原型CCS傳感器CCS目標(biāo)定位系統(tǒng)是以標(biāo)準(zhǔn)0。18微米CMOS規(guī)格設(shè)計(jì)，一些芯片的特征在表1（c）中展示出。一個(gè)圖像80*80像素的陣列是用固定測(cè)量3*2毫米和含有大約萬根晶體管

24、來實(shí)現(xiàn)的。原型CCS芯片的測(cè)試系統(tǒng)包含測(cè)量各種傳感器的重要參數(shù)，也捕獲測(cè)試圖像在圖10中可以看到傳感器通過各種結(jié)構(gòu)率有一個(gè)合理直線性，也指示以尺度變化。圖11表示當(dāng)發(fā)光二極管在傳感器前面大約30厘米處發(fā)光時(shí)，裝置中有鏡頭的原型傳感器輸出兩個(gè)圖像的框架被顯示。幾秒鐘后發(fā)光二極管已經(jīng)移到左側(cè)保持大約相同的垂直位置。數(shù)據(jù)以100fps被捕獲。這個(gè)傳感器的原型設(shè)計(jì)沒有提供很多適應(yīng)性來選擇電阻阻值的大小。但是，它允許選擇是高電阻還是低電阻。通過降低電阻阻值大小有源像素的電子流將引起大電壓下降，導(dǎo)致二進(jìn)制OLS系統(tǒng)傳感器操作能力有效。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)不利之處是它很難識(shí)別小數(shù)量的有源像素，因?yàn)閮H僅少數(shù)電流通過

25、數(shù)據(jù)電阻而流失了(圖)導(dǎo)致因?yàn)槟切┫袼厥剐‰妷航档腿绻没瑒?dòng)數(shù)據(jù)電阻來設(shè)計(jì)類似的芯片依靠圖像它將可能調(diào)試輸出的動(dòng)力學(xué)范圍通過降低數(shù)據(jù)電阻，它也比較容易辨別三個(gè)有源像素和五個(gè)有源像素的區(qū)別，通過增大它，有足夠的動(dòng)力學(xué)范圍來辨別40個(gè)有源像素和50個(gè)像素的差別。當(dāng)按比例增加分辨率到更有用水平時(shí)，它顯得更加重要。例如，一個(gè)幾兆像素的圖像?；镜亩M(jìn)制OLS系統(tǒng)是不精確的。因?yàn)槿绻谝粋€(gè)排的單信號(hào)像素在域值之上，則列將讀出為亮，因此它比CCS系統(tǒng)對(duì)像素間的噪聲和不統(tǒng)一性更加靈敏。當(dāng)沒有像素在域值之上時(shí)，能源消耗是低的。因?yàn)闆]有電流反射器時(shí)有源的，并且消耗電流。這是一種進(jìn)步，因?yàn)樵S多放大器將在可視的區(qū)域

26、偵查特性。并且等待一個(gè)目標(biāo)的出現(xiàn)，因此在等待這段時(shí)間能源消耗是最小的。V 多重域值質(zhì)心測(cè)量我們目標(biāo)鎖定技術(shù)的要求是芯片質(zhì)心測(cè)量，為了改進(jìn)計(jì)算的準(zhǔn)確性，多重域值實(shí)現(xiàn)實(shí)用價(jià)值。A 利用二進(jìn)制OLS多重域值質(zhì)心測(cè)量多重域值質(zhì)心測(cè)量方法允許改進(jìn)圖像的強(qiáng)度外形，盡管僅僅從傳感器那讀取基本信息。Fig 11 以100楨/s紅色發(fā)光二極管累積交叉局部讀取傳感器輸出。兩個(gè)楨之間發(fā)光二極管向左邊移動(dòng)。隨著域值電壓的降低，在域值之上的許多明亮像素將會(huì)記錄。每個(gè)捕獲的二進(jìn)制串被域值水平加重重量。一個(gè)負(fù)重的平均值被計(jì)算來測(cè)定質(zhì)心位置。MATLAB仿真技術(shù)被用來估計(jì)計(jì)算中的出錯(cuò)律。通過增加域值的數(shù)量來減少出錯(cuò)率。錯(cuò)誤被

27、定義為真實(shí)位置和糾正位置之間的差異。因?yàn)榧m正用途的準(zhǔn)確率依靠于像素之間的質(zhì)心位置。在圖 12。13中，最大錯(cuò)誤的位置用途也包括在內(nèi)。這些仿真技術(shù)顯示了如果工作目標(biāo)是亮點(diǎn)，16域值在準(zhǔn)確性和速度(圖。 12)之間是一個(gè)適宜的交替換位。這個(gè)域值的數(shù)目在部分III。所提到改進(jìn)后的OLS系統(tǒng)也是能完成的。Fig 12 在質(zhì)心測(cè)量鎖定中積累糾錯(cuò)高斯噪聲是二進(jìn)制目標(biāo)傳感器域值數(shù)目的功能。B 利用CCS的多重域值質(zhì)心測(cè)量Fig 13在質(zhì)心測(cè)量鎖定積累糾錯(cuò)高斯噪聲作為一個(gè)累積交叉局部讀出傳感器域值數(shù)目的功能。CCS構(gòu)造風(fēng)格比原來二進(jìn)制OLS系統(tǒng)配置提供更多信息。這個(gè)系統(tǒng)用少數(shù)域值提供更準(zhǔn)確的質(zhì)心測(cè)量將取決于設(shè)備和不確定的耐力。MATLAB仿真技術(shù)(圖13)顯示質(zhì)心測(cè)量的準(zhǔn)確性