【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及神經形態工程，特別是涉及一種智能感知電路的構建方法及采用智能感知電路的脈沖相機。
技術介紹
1、智能感知系統通過先進的傳感技術感知和捕捉周圍環境中的物理參數，并將其轉換為數字信號。智能傳感系統實現對人類各種感知信號的感知，如溫度、壓力、視覺、聽覺等，是機器人、物聯網、人工智能等領域研究的重要組成部分。特別是在仿生機器人研究領域，如何模擬生物特性，實現高速、低功耗、穩定的信號處理和傳輸成為研究熱點。
2、隨著傳感器的快速發展，智能感知系統取得了重大進展。其中視覺感知是所有類型的智能感知系統中最復雜的一種。相機作為視覺感知系統中最常用的設備，隨著傳感器和其他設備技術的進步以及對生物視覺形成過程的持續理解，在不斷發展。較原始的相機成像技術依賴于光學技術和照相材料的發展，但拍攝出來的照片質量較低，制作過程繁瑣復雜。20世紀90年代末，數碼相機開始流行起來，其利用電荷耦合器件將外界信號轉換為數字信號并產生圖像，改善了傳統相機操作復雜、照片質量低等缺點，但隨著技術的發展，傳統的數字相機在幀內采樣的方法已經無法滿足高速場景的成像需求。生物視覺系統將外界信號轉換成脈沖信號進行信息傳輸，具有速度快、功耗低的特點。生物神經系統成像模擬已成為攝像機發展的新方向。動態視覺傳感機，改變了傳統相機以幀為單位的光電結構，但其難以重建紋理。基于生物視覺系統的脈沖相機，僅使用cmos傳感器和集成電路，將光強度信號轉換為具有可變頻率的脈沖信號。脈沖像機的速度是傳統攝像頭的1000倍，可以對高速事件進行智能的視覺感知。這解決了傳統數碼相機無
3、然而，脈沖相機依賴于傳統的cmos電路，系統結構復雜，功耗高，不能完全匹配神經系統的生物學機制，性能不穩定。神經元作為生物神經系統中信息傳遞的基本單位，結構簡單，功能強大，具有穩定、高效的特點。利用憶阻器的電阻變換特性實現的人工神經元非常符合生物神經元的特性，已在智能感知領域得到應用，但相應的回路結構是對生物神經元的簡化，并不能表達神經元動作電位產生過程的生物學機制。與生物神經元相比，其可塑性低，穩定性差。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種智能感知電路的構建方法及采用智能感知電路的脈沖相機，能夠降低電路功耗，并提高電路穩定性。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、一種智能感知電路的構建方法，包括：
4、步驟1：設計憶阻器數學模型；基于生物神經元的離子通道的開關特性設計憶阻器模型，所述憶阻器模型有兩種類型，包括鉀離子憶阻器和鈉離子憶阻器；兩種憶阻器基于同一個數學模型生成：
5、v(t)＝roff-x·δr·i(t)
6、式中，v(t)表示時刻t通過憶阻器的電壓，roff表示憶阻器的最大電阻；i(t)表示在時刻t通過憶阻器的電流，δr表示憶阻器的最大和最小電阻之差；x為電阻變化系數，隨電流和時間波動，對于鈉離子通道，根據快速滅活型的特點，設置x變化過程為：
7、
8、根據鉀離子通道快速激活和逐漸失活的特性，設置x變化過程；
9、
10、式中，q1，q2，kon，koff，b1，b2用于調節憶阻器的電阻變化率，vth1表示憶阻器由高阻切換為低阻狀態時的閾值電壓，vth2表示憶阻器由低阻切換為高阻時的閾值電壓，f(x)表示用于修改憶阻器模型非線性變化特性的窗函數，
11、
12、式中，a1，a2，p1，p2表示用于調節憶阻器非線性變化特性的系數；
13、步驟2：基于所述憶阻器數學模型構建神經元電路；所述神經元電路包括兩個憶阻器、一個光敏電阻、三個電壓門控電容器、三個直流電壓源、一個直流電流源；其中，電路由6路并聯支路組成，a支路由直流電流源is組成，負極接地，正極與b支路的光敏電阻r0在節點a相連；b支路由光敏電阻r0和直流電壓源urp串聯組成，光敏電阻r0位于節點a的一端與電容c1相連與節點b，另一端與電壓源urp負極相連，電壓源urp正極接地；c支路由電容c1構成，一端與憶阻器mna的正極在節點b相連，另一端接地；d支路由憶阻器mna和直流電壓源una串聯組成，憶阻器mna正極與電容c2相交于節點c，負極與電壓源una正極相連，電壓源una負極接地；e支路由電容c2組成，一端與憶阻器mk的正極在節點c相連，另一端接地；f支路由憶阻器mk和直流電壓源uk串聯組成，憶阻器mk正極與電容c2相交于節點c，負極與電壓源uk負極相連，電壓源uk正極接地；
14、步驟3：基于所述憶阻器數學模型構建模數轉換電路，并與所述神經元電路連接；所述模數轉換電路由比較器、非門、rs觸發器、三態門、兩個直流電壓源、一個電阻和兩個時鐘信號源組成；其中，比較器的同相輸入端與神經元電路相連與節點c，反向輸入端與直流電壓源正極相連，負極接地，比較器的正電源引腳與電壓源正極相連與節點d，負極接地，電阻一端與正極相交于節點d，另外一端與比較器的輸出端相連于節點e，比較器的負電源引腳接地；反相器的輸入端于比較器輸出端相連于節點e，輸出端與rs觸發器置位端s相連；rs觸發器的復位端r與時鐘信號源clock1相連，輸出端q與三態門輸入端相連；三態門使能端en與時鐘信號源clock2相連，輸出端輸出數字信號。
15、可選地，所述神經元電路的激發信號采用直流電流源is；當電流源is超過閾值電流時，神經元電路節點c輸出頻率恒定的脈沖信號；在電路正常工作情況下，改變光敏電阻r0阻值，神經元電路節點c輸出的脈沖信號頻率隨之發生變化。
16、可選地，在所述模數轉換電路中，所述神經元電路產生的脈沖信號被轉化為數字信號，且由時鐘信號源clock2控制電路輸出數字信號的頻率。
17、本專利技術還提供了一種采用智能感知電路的脈沖相機，應用根據上述的智能感知電路，包括智能光感知陣列部分和圖像重建部分；其中，所述智能光感知陣列部分由多個智能感知電路組成；所述圖像重建部分由時間窗口函數組成。
18、可選地，所述時間窗口函數為：
19、
20、式中，gt表示像素在時刻t的灰度值，ts表示產生單個數字信號的時間，tw表示設置的時間窗口的長度，n表示在時刻t之前的tw周期內產生的數字信號“1”的總數，g表示灰度值的動態變化范圍。
21、根據本專利技術提供的具體實施例，本專利技術公開了以下技術效果：
22、本專利技術公開了一種智能感知電路的構建方法及采用智能感知電路的脈沖相機，所述方法包括設計憶阻器數學模型，并基于憶阻器數學模型分別構建神經元電路和模數轉換電路，該神經元電路還與模數轉換電路連接，形成智能感知電路，并將該智能感知電路以陣列形式排布，形成智能光感知陣列，并由智能光感知陣列以及由時間窗口函數組成的圖像重建部分構成脈沖相機。本專利技術能夠通過構建基于憶阻器構建的智能感知電路，從而降低電路功耗，并提高電路穩定性。
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1.一種智能感知電路的構建方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的智能感知電路的構建方法，其特征在于，所述神經元電路的激發信號采用直流電流源Is；當電流源Is超過閾值電流時，神經元電路節點C輸出頻率恒定的脈沖信號；在電路正常工作情況下，改變光敏電阻R0阻值，神經元電路節點C輸出的脈沖信號頻率隨之發生變化。
3.根據權利要求1所述的智能感知電路的構建方法，其特征在于，在所述模數轉換電路中，所述神經元電路產生的脈沖信號被轉化為數字信號，且由時鐘信號源Clock2控制電路輸出數字信號的頻率。
4.一種采用智能感知電路的脈沖相機，應用根據權利要求1-3中任一項所述的智能感知電路，其特征在于，包括智能光感知陣列部分和圖像重建部分；其中，所述智能光感知陣列部分由多個智能感知電路組成；所述圖像重建部分由時間窗口函數組成。
5.根據權利要求4所述的采用智能感知電路的脈沖相機，其特征在于，所述時間窗口函數為：
【技術特征摘要】
1.一種智能感知電路的構建方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的智能感知電路的構建方法，其特征在于，所述神經元電路的激發信號采用直流電流源is；當電流源is超過閾值電流時，神經元電路節點c輸出頻率恒定的脈沖信號；在電路正常工作情況下，改變光敏電阻r0阻值，神經元電路節點c輸出的脈沖信號頻率隨之發生變化。
3.根據權利要求1所述的智能感知電路的構建方法，其特征在于，在所述模數轉換電路中，所述神...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫晶茹，馬文靜，李曉崧，
申請(專利權)人：湖南大學重慶研究院，
類型：發明
國別省市：
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