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类视网膜仿生光电和图像传感器芯片
基于事件驱动方式的仿生视觉图像传感器,用于高速场景的拍摄 一、项目分类 关键核心技术突破、显著效益成果转化 二、成果简介 随着虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和混合虚拟增强现实(MR)技术、自动驾驶、物联网以及机器视觉等领域的飞速发展,对图像传感器的采集速度提出了更高的要求。传统基于“帧”扫描形式的CMOS 或 CCD 图像传感器较难满足高速运动物体的拍摄需求,若提高相机的图像采集帧率,则需要采用高性能且结构复杂的模数转换器,大量的图像会带来较大的数据冗余,此外,也会面临功耗高的问题。 相比于传统的光电和图像传感器,生物视网膜具有许多不可比拟的优势。视网膜中的光感受器可根据外界光强的变化自适应调节增益,能够感知超过 180dB 的光强范围。另外,视网膜基于事件驱动式的采集方式,仅输出场景中光强发生变化的信息,因而,能够滤除低频信息带来的冗余。在信号处理和传输上,采用异步通信的方式,通过神经节细胞将光强信息转换为时空脉冲信号,实现低功耗。 受到生物视网膜的启发,研究人员提出了基于事件驱动方式的仿生视觉图像传感器,用于高速场景的拍摄。该类传感器多采用对数像素电路作为光强探测单元,因其动态响应范围宽,可随机读取。然而,对数电路在弱光环境下灵敏度低,几乎没有光响应,即仍然无法模仿视网膜弱光下的高灵敏度,除此之外,其输出受到 (Fixed Pattern Noise,FPN)的影响,降低了图像质量。 我们提出了一种兼容 CMOS 工艺的光敏二极管体偏置场效应晶体管器件(PD- body biased MOSFET,简称 PD-MOS),其结构图和等效电路如图 1所示。 利用 PD 的感光特性以及 MOSFET 的正向衬底偏置效应实现集成光强探测及信号放大于一体的光电器件。该器件可解决对数电路在弱光下灵敏度低的问题,并且提出了一种明暗传感器的方案以降低噪声。设计成像测试方案并搭建静态图像采集测试系统,实现静态显示,通过 MTALAB 进行图像恢复从而实现动态图像显示功能。   图 1 (a) PD-MOS 器件结构及其 (b) 等效电路图 经过商用 180nm CMOS 工艺流程制备后的器件概貌如图 2 所示,图 (a) 为三种不同像素设计的芯片实物图,从上至下分别为环形结构、条形结构及对数像素电路,将其中的环形结构在显微镜下放大观察可看到图 (b) 所示的形貌,图 (c) 为4个像素的显微图。   图 2 (a) PD-MOS 成像阵列芯片的实物图,(b) 环形结构芯片在显微镜下的放大图以及 (c) 环形结构像素放大图 上位机实时显示效果如图3所示,可以明显看出两根头发相交。子图 (a) 为暗态时的 100 帧平均灰度图,子图 (b) 为暗态时的曲面图,子图 (c) (e) (g) (i) 为光态下的图,子图 (d) (f) (h) (j) 为光态下的图像数据减去暗态下图像数据的降噪图,可以发现在30nw/cm2 辐照度下已经出现头发的轮廓,当辐照度继续增加,头发的轮廓越来越清晰,当辐照度达到 3mw/cm2,仍然可以看到头发的轮廓。   图 3 阵列芯片采集的图像 不同于传统计算机视觉系统的图像采集方式,生物视觉系统的成像由视野场景中发生的事件触发,且生物视网膜具有宽动态响应范围、超低功耗以及异步传输等特点,这为仿生视觉系统的研究提供了全新的思路。随着物联网、自动驾驶以及安防等领域的快速发展,它们对高速动态图像传感器的需求也日益提升。近些年,针对这些需求,研究人员提出了一种用于采集高速动态信息的类视网膜相机,成为了一大热点研究方向。类视网膜相机的工作原理模拟了生物视网膜事件驱动型的采集方式及异步型的传输模式,为动态视觉成像提供了硬件基础。综上,该类传感器的研究具有十分重要的科研意义和深远的经济价值。
中山大学 2022-08-15
人乳化牛奶奶牛乳腺生物反应器
一、成果简介 动物乳腺生物反应器是一种利用体细胞克隆与转基因方法在动物乳腺中高效生产重组蛋白的技术,具有效率高,成本低,安全环保以及重组蛋白具有天然活性等优点,已成为基因工程技术的最新发展阶段,其商业前景十分巨大。人乳中含有很多具有抗微生物、增强免疫力、营养等功能的蛋白质,这些蛋白质甚至还具有抗贫血、抗肿瘤、消炎等药用功能。因此,将人乳蛋白基因转入奶牛等基因组中,在牛奶中表达出人乳蛋白,实现牛奶“人乳化”。转人乳铁蛋白、转人乳清蛋白和转人溶菌酶的转基
中国农业大学 2021-04-14
短波红外光电探测器领域取得新进展
短波红外(SWIR)光电探测器可探测1.0–3.0μm的光谱,可广泛应用于遥感、成像和自由空间通信等领域。传统的商用SWIR光电探测器主要依赖于HgCdTe或InAs/GaSb II–型超晶格和InGaAs/GaAsSb II–型量子阱,但是它们都存在一些瓶颈。譬如,HgCdTe半导体存在原料毒性和均匀性差、产率低等问题。而且,HgCdTe SWIR光电探测器必须在低温下工作才能抑制热噪声,以此获得较高的比探测率。此外,基于II
南方科技大学 2021-04-14
一种相变存储器热串扰测试方法
本发明公开了一种相变存储器的热串扰测试方法,该方法利用 相变存储单元中的相变材料本身作为温度探测器,通过在一个相变存 储单元上施加激励信号,在另一个相邻的相变存储单元上施加测试信 号,采集相邻的相变存储单元上的响应信号,利用相变材料在不同温 度下电学性能及性质的差异来测量相变存储单元编程过程中相邻的单 元所受到的热串扰影响大小,从而对相变存储器热串扰稳定性进行评 估。本发明适用于一般的相变存储单元结构,不需要集成其他
华中科技大学 2021-04-14
车用涡轮增压器设计方法及关键技术
Ø  成果简介:凡是噪声环境恶劣、且需要通话的场合,都适用抗噪声通话系统。达到国外抗噪声通话产品的性能指标。随着我国汽车工业的发展,近年来我国的车用涡轮增压器市场也取得了快速的发展,形成了较大的生产规模。但是与涡轮增压器市场迅猛发展不协调的是,目前国内增压器设计的核心技术还是掌握在国际知名企业手中,国内的增压器制造企业,新产品的开发主要还是依靠仿制,产品的设计还是停留在经验设计阶段,没有形成自己的设计方法和核心技术,这对于提高企业核心竞争力和企业的可持续发展极为不利。针对国内车用
北京理工大学 2021-04-14
语音识别集成电路 IP 与协处理器
1 成果简介语音识别在嵌入式芯片上实现的主要矛盾是算法实现的性能精度与芯片功耗、速度之间的矛盾,一个性能较好的 800 条典型汉语普通话语音识别算法以纯粹软件嵌入方案实现通常需要 200MIPS 以上 ARM( Advanced Risc Machine) MCU 处理速度,因此我们提出语音识别集成电路 IP 与协处理器来克服以上的问题,通过关键运算的硬件化映射来大幅提高语音识别计算的功耗和处理速度。该设计可作为语音识别集成电路 IP 放入客户的 SoC 芯片中,也可作为协处理器放在片外。 关键性能指标如下: *工艺:苏州 HJTC 0.18um 1P6M 标准 CMOS 工艺 *管芯面积: 1.5 x 2mm *逻辑规模: 3 万等效门(标准二输入与非门,不含 SRAM) *I/O 数: 52 封装: CQFP64 *存储规模:片上集成 1 片单口 SRAM,共 4K×16 比特 *供电电压:核心部分->1.8V, IO 部分->3.3V *正常工作频率: 20MHz(最高工作频率 100MHz) *功耗: 80uW/MHz *速度: 4us/帧(特征维数取 27,时钟频率取 20MHz) 图 1 语音识别集成电路版图图 2 ARM+语音识别协处理的测试系统表 1 与其他语音识别芯片的对比2 应用说明语音识别 IP 或协处理器基于对高斯混合模型计算的优化,适合于各种 HMM 模型的模式识别计算,在语音识别、说话人识别、说话人确认、语音合成等方面均可以广泛应用。 语音识别 IP 或协处理器以加速 ASIC 的模式工作,相同时钟主频下计算性能是 TI C54x系列 16bit DSP 的 5.5 倍以上,对主系统计算性能提升可以达到 4~8 倍。 语音识别 IP 或协处理器对于性能要求型场合和功耗限制型场合都十分适合,芯片支持16bit 并行总线接口,适合于各种 32 位/16 位 MCU 系统,迅速为系统集成高性能语音处理能力。3 应用范围车载导航, GPS 手机,支持大规模识别词表(例如万条以上的地名)支持模糊语音检索;低端手机平台,支持语音拨号、语音控制,支持用户身份确认、声纹密码。4 效益分析语音识别 IP 或协处理器芯片可应用拓展到个人移动信息终端的全市场空间,以 GPS 产品为例,细分的预装 GPS、个人导航设备( Portable Navigation Device, PND), GPS 手机三种产品,根据 CCID( Consulting China Research Center)咨询公司预测 2008 年这三者分别约占到全球市场总量的 15%、 35%和 50%。快速增长的 GPS 市场,对语音识别功能有着非常迫切而又实际的需求, GPS 应用提出的超大规模词表、高混淆度和高环境复杂度这一系列语音识别的技术难题,也只能由语音识别芯片解决。语音识别加快了人机交互与地名等信息的检索,可提高驾驶期间操作 GPS 的行车安全性,同时可以反过来进一步促进 GPS 产品的销售增长。 语音识别技术通过芯片在性能得到大幅提升后,将摆脱传统的人名拨号功能,可用于菜单控制、地名、信息、多媒体内容的检索等等。而语音识别芯片使得低功耗和低成本的要求得以满足,有望成为手机人机交互界面( Man-Machine Interface, MMI)发展的新技术增长点,移动通信领域的市场潜力特别巨大。
清华大学 2021-04-13
民用车辆液力机械自动变速器(AT)电子控制技术
实现了液力机械变速器(AT)的自动变速电子控制,各项功能满足了车辆的使用要求。 在北京地区专用试车场进行了大量的里程试验,积累了丰富的台架、路面试验的经验及专用设备的开发经验。同时,实验结果表明,其电控硬件、软件具备了实用化水平。
北京理工大学 2021-04-13
一种光辐照强度检测器及其检测方法
本发明涉及一种光辐照强度检测器及其检测方法,其中光辐照强度检测器包括光伏电池组件以及与其串联形成闭合回路的分流器,所述光伏电池组件用以将光辐射转换为电流量,所述分流器用以将所述电流量转换为用以计算光辐照强度的电压值。本发明以低成本实现光辐照强度数据采集,且结构简单可靠,安装便捷,适合大量工程项目的推广使用。
青岛农业大学 2021-04-13
一种粘弹性-防屈曲支撑复合阻尼器
本发明公开了一种粘弹性?防屈曲支撑复合阻尼器,由内向外依次包括设置在中心处的钢板、套设在钢板外的环形内钢筒以及套设在环形内钢筒外的环形外钢筒,环形内钢筒与环形外钢筒之间填充有粘弹性材料层,环形内钢筒、粘弹性材料层和环形外钢筒通过高温高压硫化方式连接;还包括相对设置的上锚固板和下锚固板;其中,钢板由上端部、屈服段和下端部组成,上端部沿水平向对称设有两个凹槽I,上锚固板固定嵌入在凹槽I中,下端部沿水平向对称设有两个凹槽II,下锚固板嵌入凹槽II中,下锚固板在凹槽II中相对凹槽II上下滑动,环形外钢筒与下
东南大学 2021-04-14
一种宽阻带抑制高温超导低通滤波器
本发明涉及低通滤波器技术领域,公开了一种宽阻带抑制高温超导低通滤波器,包括依次串联的交指发夹低通滤波器和窄带带阻滤波器;交指发夹低通滤波器包括至少一个交指发夹谐振器,交指发夹谐振器在发夹型谐振单元的一对耦合传输线中引入交指微带线,以在通带和阻带的边缘引入传输零点;窄带带阻滤波器包括至少一个半波长阶跃阻抗谐振器,半波长阶跃阻抗谐振器将半波长谐振器通过电磁耦合形式加载到主传输线,以引入串联传输零点。本发明实现了在宽频段带通和特定频段的有效干扰抑制,同时保持了较小的插入损耗和良好的边带抑制。
上海理工大学 2021-01-12
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