因此,當Vmax試圖快速觸達VS過程中,Vmin也在做同樣的事情,只不過速度較慢。這里,灰色區域快速變大。在若干個幀后,兩個閾壓限制VS,吸收全部信號變化,這樣不會再產生任何熱像素。從此,灰色區域恢復窄狀和最大像素敏感度。

圖6:利用內部三個憶阻器執行動態背景提取的像素示意圖
IV. 像素實現
可以用兩個理想的低通濾波器來實現等式(10)-(13)。如圖5所示,LPF1實現等式(10)和(11),LPF2實現等式(12)和(13)。假設理想二極管D1-D4(無電壓降),且RL > RH, 每個模塊實現兩個不同的一階阻容濾波器,TH = RHC,且TL = RLC, 其中RH >> RL。監視場景中的事件需要從幾秒到幾十秒的大范圍時間常數濾波器,這意味R和C應該分別是兆歐和微法量級的電阻器和電容器。每個模塊(LPF1, LPF2)都必須能夠從一個時間常數切換到另一個時間常數,從而取得自適應算法所需的行為特性。為取得一個高效的視覺傳感器架構,這種雙邊峰值檢測和濾波操作必須在像素附近的位置完成。為此,有些人提出定制CMOS傳感器解決方案,使用開關電容器技術模擬每個像素里面的兩個濾波器。不過,這種設計方法有以下兩個缺點:(a) 兩個閾壓值在模擬存儲器內的保留時間達不到應用的求;(b)充當模擬存儲單元的電容器占用的芯片面積過大,影響像素間距變小。為解決這些主要問題,我們探討能否用一個憶阻器代替濾波器的部分功能,發揮其非易失性存儲和納米級尺度的優勢。此外,通過數字脈沖(電壓或電流)信號很容易控制憶阻器的電阻,按照圖4的工作原理,我們的像素解決方案依靠三個憶阻器(MS, Mmax,Mmin)保存與信號VS成正比的電阻值和兩個閾壓Vmax和Vmin。像素解決方案的原理示意圖如圖6所示。光頻轉換器 (L2F)模塊將留在像素上的光強轉換成固定脈寬(△T)且頻率與光生電流(Iph)成正比的數字脈沖,在像素復位過程中,MS電阻值置于最高值(MSL = ROFF ),等待L2F數字脈沖設置電阻值。

圖7:像素在積分時間(Ti)內的時序圖,L2F將n個數字電流脈沖I1饋入MS,使憶阻器電阻在Roff至R(n)范圍內變化

圖8:與像素的四個不同狀態有關(max,min)的憶阻器控制: LL,HL,LH,HH

圖9:在每個更新脈沖 (PLS)后,通過憶阻器電阻值(Mmax, Mmin)表達兩個閾壓在每個像素狀態(表I所列像素狀態: S1, S2, S3, S4)的預計行為。S1、S2和S3是發生在傳感器工作期間的典型狀態,而S4則發生在傳感器校準階段,是專門生成的信號。