發布日期：2022-10-09 點擊率：54
本文介紹一個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，憶阻器電阻將會發生相應變化。另外兩個憶阻器用于保存動態邊界，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間常數建立圖像背景模型。
1.前言
過去的幾十年，業界圍繞CMOS架構視覺傳感器理論進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，則需要為此花費昂貴的成本。在這個方面，運動偵測是最重要的圖像特征之一，是多個復雜視覺任務的基礎。本文重點介紹時間對比概念，這個概念在很多應用中特別重要，包括交通監控、人體運動拍照和視頻監視。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。此外，運動檢測還必須靈活地適應不同的工作場景和光強條件。背景提取是目前最被認可的運動偵測方法。背景提取就是生成一個背景估算值，然后逐幀更新。分析運動類型，并將其與場景中特定對象關聯，以便進行更高級別的處理，在這個過程中，光強變化無疑是幫助我們發現運動的第一個線索。因為可能會在某一時間點意外偵測到所有像素的變化，其中包括光線、陰影、噪聲引起的變化，相對于過去，像素變化過快時，應該考慮的潛在變化。因此，應該在像素級實現一種低通存儲器，跟蹤像素對比變化，并在像素行為變化時發出報警。
本文介紹如何利用憶阻器實現上述算法。在上個世紀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源器件，2008年惠普實驗室演示了這種無源器件的物理模型，顧名義，憶阻器是一種可變電阻器，其導通狀態能夠記憶以前流經憶阻器的電流歷史。
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，第四章重點介紹像素實現。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時間可變的電阻器，電阻值取決于以前流經憶阻器的電流值。
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圖1：憶阻器和簡化等效電路圖。圖a:TiO2憶阻器結構；圖b:等效電阻器電路
首次提出的憶阻器概念的是蔡少棠教授，在推理無源電路理論的等式對稱性依據時，他認為憶阻器是電阻器、電容器、電感器之外的第四個基礎無源器件。在發現憶阻器物理模型后，很多人想利用憶阻器令人興奮的記憶特性開發模擬集成電路。惠普實驗室開發的首個物理模型基于TiO2的兩個區：一個高電阻的非摻雜區和一個有高導電氧空穴TiO2-x的摻雜區, 這兩個區夾在兩個金屬電極板的中間，如圖1a所示。當向憶阻器施加外部偏壓時，摻雜層和非摻雜層之間的邊界就會移動，位移是所施加的電流或電壓的函數，因此，帶電荷的摻雜區的漂移導致兩個電極之間電阻變化。對于簡單的電阻導電情況，下面等式定義了電壓電流關系：
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其中，RON 是摻雜原子濃度高的半導體薄膜的高導電區的電阻；ROFF是高電阻非摻雜區的電阻；D是憶阻器的長度；狀態變量w(t)是摻雜比，u是摻雜遷移率。等式(2)積分運算得出w(t)公式：
將（3）代入（1），取得憶阻值。
若RON≤ROFF，憶阻值可用下面等式表達：
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