[發明專利]仿生電荷耦合器件及其制造方法與像元信息掃描讀取方法

有效

• 申請號: 201110210446.3
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102306654A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 李軍;張明華;朱元勵;梅琨
• 申請（專利權）人: 溫州醫學院
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148
• 代理公司: 溫州甌越專利代理有限公司 33211
• 代理人: 吳繼道

技術領域

本發明涉及電荷耦合器件領域，具體涉及一種仿生電荷耦合器件及其制造方法與像元信息掃描讀取方法。

背景技術

實現智能機器視覺，象人眼一樣快速搜索、注意、識別和理解物體，這是人類的夢想，而人眼視網膜的仿生制造是其關鍵技術之一。

傳統攝像機的感光器件就是CCD，即電荷耦合器件。CCD電荷耦合器件的發明是人類的一大創造，其發明者榮獲2009年度諾貝爾物理學獎。CCD電荷耦合器件，是一種大規模集成電路光電器件。電荷耦合器件是在半導體硅片上制作成百上千（萬）個光敏元，一個光敏元又稱一個像素，在半導體硅平面上光敏元按線陣或面陣有規則地排列。當物體通過物鏡成像時，這些光敏元就產生與照在它們上面的光強成正比的光生電荷），同一面積上光敏元越多分辨率越高，得到的圖像越清楚。電荷耦合器件具有自掃描能力，能將光敏元上產生的光生電荷依次有規律的串行輸出，輸出的幅值與對應的光敏元件上電荷量成正比。

傳統CCD由于采樣縱橫大小一致的光敏元排列，可以完全獲得分辨率均勻一致的清晰圖像，但這不符合人眼視網膜標準，障礙了仿生智能機器視覺的實現。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種能夠用于智能機器視覺的仿生電荷耦合器件。?

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種仿生電荷耦合器件，所述電荷耦合器件的像元由人眼視網膜節細胞模擬生長曲線劃分，所述人眼視網膜節細胞模擬生長曲線由在同一坐標系下的基本曲線的正向族與反向族構成，所述基本曲線為對數螺旋線。

物體依靠“太陽”反光，依照光強衰減率構成實物光流系統。光流系統經過眼球這一光欄可調、晶體曲率可調、視軸可調、非線性、小孔光學成像系統到達視網膜。視網膜是一個特種偏心球面、多層次、可分色、非均勻、有模糊處理、有側抑制、有信號補償的光電轉換器。神經節細胞的分布、類別、信號強弱構成了原始視網膜圖象。視網膜圖象經過分割、扭曲、分類和傳輸到達大腦皮層V1區輸入層。V1區是一個三維神經網絡立體空間、接收雙眼信息、多層次結構、按立體視覺匹配規則、映射現實三維空間構成視知覺初級表象。大腦皮質是褶皺的，在普通狀態下V1區成楔形，但把褶皺展開后，V1區呈長方形。本發明發明人經研究，將褶皺展開后的長方形V1區拓撲變換為圓形平面（即以長方形V1區一邊為底，兩側邊相連構成一圓筒，圓筒底部不變，收縮為圓錐，再從頂部壓縮，拓撲變換為圓形平面），該圓形平面即為視網膜成像垂直投影面，長方形V1區經拓撲變換為圓形平面后其對角線在該圓形平面所成的曲線，跨越了整個圓形平面（即視網膜），該曲線正好是對數螺旋線，并且，該曲線和X軸、Y軸共有五次相交，由此把整個圓形平面歸為五個特征區域，分別與人眼視網膜的錐細胞密度最大區、無視桿細胞的區域、黃斑區、中央凹旁區和外圍區域相對應，該曲線代表了視網膜節細胞分布的基本特征，我們將該曲線定義為人眼視網膜節細胞模擬生長曲線的基本曲線，而長方形V1區的對角線在長方形V1區的跨越最大，因此，現實世界人類能夠高效、快速、機械地將視網膜圖形映射到V1區，然后實現圖像信息的快速識別與理解，最后形成視知覺。因此，電荷耦合器件的像元由人眼視網膜節細胞模擬生長曲線劃分，人眼視網膜節細胞模擬生長曲線由在同一坐標系下的基本曲線的正向族與反向族構成，基本曲線為數螺旋線，即該基本曲線為一個矩形經拓撲變換為圓形平面后其一根對角線在該圓形平面所成的曲線，每個被四條曲線閉合的不規則曲四邊形就是人眼視網膜仿生電荷耦合器件像元，像元與視網膜節細胞相對應，使得電荷耦合器件的總像素大大減少、信息搜索和后續識別處理的速度大大加快，為實現類人眼的智能機器視覺提供前端的視覺傳感器。

本發明進一步設置為：所述基本曲線的曲線方程為：ρ＝ρ₀?×?ｅ＾(2π×m／M)，即該基本曲線為：一個正方形經拓撲變換為圓形平面后其一根對角線在該圓形平面所成的曲線，基本曲線的正向族曲線方程為：ρ＝ρ₀×ｅ＾(2π×m／M＋2π×n／N)，基本曲線的反向族曲線方程為：ρ＝ρ₀×ｅ＾(－2π×m／M＋2π×n／N)，其中M、N為自然數，m的值域為[0，M]，n的值域為[1，N]。

由于正方形經拓撲變換為圓形平面過程中其對角線的45°角始終保持不變，能夠使得電荷耦合器件的像元（像元的大小可以理解為其感受野的大小）分布更加合理，每個像元的幾何形狀都具有拓撲不不變性。并且該曲線和X軸、Y軸五次相交，把整個圓形平面歸為五個特征區域，與人眼視網膜的錐細胞密度最大區、無視桿細胞的區域、黃斑區、中央凹旁區和外圍區域更加相對應。