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申请/专利权人：上海交通大学

摘要：一种融合感知与计算的CMOS图像传感系统，包括：像素单元、读出互联单元及AD转换单元，像素单元感知入射光，将入射光转换为大小与入射光的强度成正比的电流信号，读出互联单元对多个像素单元的输出电流进行求和，AD转换单元将求和后的电流在电容上进行积分并转换为电压信号后进行AD转换，得到求和结果的数字化表示，实现感知光信号的求和数字化表示。本发明利用传感器内运算技术、融合感知与计算的低功耗CIS，利用模拟域运算代替数字域运算，在CIS的像素单元中协同进行图像感知及运算，从而实现像素内可变增益及线性度补偿，输出电流信号可直接在传感器内进行加权和；复用斜坡ADC的采样电容进行加权和；通过模拟域运算减少直接读出信号的ADC电路及数据传输电路的开销。

主权项：1.一种融合感知与计算的CMOS图像传感系统的可变像素增益方法，其特征在于，所述的CMOS图像传感系统包括：像素单元、读出互联单元及AD转换单元，其中：像素单元感知入射光，将入射光转换为大小与入射光的强度成正比的电流信号，读出互联单元对多个像素单元的输出电流进行求和，AD转换单元将求和后的电流在电容上进行积分并转换为电压信号后进行AD转换，得到求和结果的数字化表示，实现感知光信号的求和数字化表示；所述的像素单元包括：光二极管、第一MOSFET管、第二MOSFET管、第三MOSFET管和校准电容，其中：光二极管的阴极与第一MOSFET管的源极相连，阳极与地相连；第一MOSFET管的漏极与电源电压相连，栅极与校准电容的一端及第三MOSFET管的漏极相连；第二MOSFET管的源端与地相连，漏极与输出相连，栅极与校准电容的另一端相连；第三MOSFET管的源极与地相连，漏极与偏置电流Ibias的正端相连，栅极与第一MOSFET管的源极相连；偏置电流Ibias的负端与电源电压相连；光二极管产生光电流Iph并注入负反馈连接且偏置于亚阈值状态的第一MOSFET管的源极中，引起其栅极电压VG发生变化且正比于lnIph，将VG提高ΔV后施加于与第一MOSFET管完全匹配且偏置于亚阈值状态的第二MOSFET管的栅极上，通过调控ΔV的大小，即可调控像素的增益，从而实现输入的光二极管的光电流至输出的第二MOSFET管的漏源电流的放大；所述的负反馈连接，通过第三MOSFET管的栅极与第一MOSFET管的源极相连、漏极与第一MOSFET管的栅极相连的方式实现；所述的可变像素增益方法，其特征在于，包括校准阶段及增益阶段，其中：在校准阶段，将像素单元中的光二极管替换为参考电流源，校准信号使能，使得校准电容两侧电路断开，第二MOSFET管连接到参考电流IREF0上，通过参考电流源对第一MOSFET管和第三MOSFET管产生输出电压并施加在校准电容的一端；第一MOSFET管的栅极与漏极短路，并注入参考电流IREF0，此时，校准电容上积累的电压ΔV满足：在增益阶段，校准信号不使能，校准电容上保持校准阶段获得的电压ΔV，此时光电流与第一MOSFET管的漏源电流满足：通过调控参考电流的大小，即可实现像素内的可变增益。

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