EVS技术与基于事件的视觉传感器

侯小猴

传统的基于帧的图像传感器是根据帧率，按照一定的时间间隔，输出包含物体及背景的整体图像。EVS（基于事件的视觉传感器）以异步方式检测亮度变化，并结合坐标及时间信息，只输出有变化的像素数据，也就是以很高的时间分辨率，仅捕获运动物体的轨迹信息。



基于帧与基于事件

EVS技术利用的是模拟人眼感知光的原理。人眼感知到外界的光后，视网膜感受器就会将光信号转换为视觉信号传送给大脑。随后神经细胞会识别明暗信息并将信息通过视觉神经内细胞传送到大脑皮层。
在EVS中，入射光会在传感器的光接收电路中被转换为电信号。信号通过放大器到达比较器，在比较器中，信号会根据亮度差异被分为正信号和负信号，然后被处理并以事件信号输出。



EVS与人眼

在EVS中，各像素捕获到的光的亮度变化超出设定的阈值后，基于事件的视觉传感器就会将其检测为事件，然后输出事件像素的坐标、时间和极性信息。下图表示传感器如何捕获物体运动轨迹。



基于事件的传感器的输出

每个像素都包含光接收器（下图为受光部）和亮度检测电路（下图为亮度变化检测部）。在光接收器中，入射光被转化为电压。在检测电路中，差分检测电路检测到基准电压和入射光电压的差值，无论是正极还是负极方向，只要差值比设定的阈值大的话，比较器就将其认定为事件并输出数据。



感光部和亮度检测单元

电路会将检测到的事件发生时的亮度作为基准电压，根据这个新的基准电压设置正极方向（亮）和负极方向（暗）上的阈值。如果入射光亮度比正极方向上的阈值高的话（也就是输入电压超过了正极阈值），则输出正极性事件；反之，如果电压比负极阈值低的话，则输出负极性事件。

• 设置基准电压和正负极阈值
  
• 当入射光亮度低于负极阈值时输出负极性事件
  
• 以事件输出值为基准，设置基准电压和正负极阈值
  
• 如果入射光亮度低于负极阈值，则输出一个负极性事件
  
• 以第二个事件输出的时间点为基准，设定基准电压和正负极阈值
  
• 如果随后亮度增加并超过正极阈值，则输出正极性事件
  

由于像素是以对数形式将入射光转换为电压，所以传感器能够在低亮度范围下检测到微小的变化，而在较高的亮度范围中会对较大的亮度变化作出反应，从而避免事件饱和，正如下图所示。用这种方式，传感器可以实现高动态范围功能。



入射光亮度与感光部输出电压的关系

根据EVS的原理可以输出以下图像（右）。



基于帧与基于事件的图片对比

应用场景

• 液体监测
  

• 人体追踪
  

• 金属过程监控
  

• 3D测量
  

• 振动监测
  

（部分图片来源于大恒图像合作伙伴Sony官网）
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