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高速视觉芯片研究进展

Research progress of high-speed vision chips

王哲，杨旭，吕卓阳，丁伯文，于双铭，窦润江，石匆，刘剑，吴南健，冯鹏，刘力源

物理学报, 2026, 75(4): 040804

DOI: 10.7498/aps.75.20251534

CSTR: 32037.14.aps.75.20251534

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文章导读

在边缘计算、自动驾驶与智能终端等应用场景中，视觉系统对响应速度、功耗和智能化水平提出了更高要求。传统“先采集、再计算”的分离式架构由于数据传输带来的高延迟与高能耗，逐渐成为制约系统性能的瓶颈。以“感算一体”为核心理念的视觉芯片，将图像采集与信息处理集成在同一芯片中，模仿人类视觉系统的工作机制，为实现高速、低功耗、低延迟的智能视觉提供了新的技术路径。

高速视觉芯片的发展涉及多个关键层面。从传感器件角度看，互补金属氧化物半导体图像传感器通过结构与工艺优化不断提升成像速度；动态视觉传感器以事件驱动方式仅输出亮度变化信息，大幅减少数据冗余，实现微秒级延迟；单光子探测器件则借助雪崩倍增机制，将灵敏度提升至单光子水平，在激光雷达与微光成像等领域具有重要应用价值。这些不同技术路线共同构成了高速视觉芯片的多样化发展格局。

在读出电路与智能处理方面，高速视觉芯片需要针对不同信号形式构建专用架构。高速模数转换、地址事件编码以及时间相关单光子计数等技术，为大规模数据的高效传输与处理提供了支撑。同时，实数型图像信号与卷积神经网络相结合，脉冲型信号与脉冲神经网络相融合，使视觉芯片逐步实现从“高速成像”向“高速智能感知”的转变。

本文系统综述了高速视觉芯片在传感器件、读出电路与智能处理算法等方面的最新研究进展，分析了其物理基础与工程挑战，并展望了在自动驾驶、机器人、安防监控和生命科学成像等领域的应用前景，为理解新一代智能视觉硬件的发展方向提供了重要参考。

作者简介

冯  鹏

中国科学院半导体研究所研究员，中国科学院大学岗位教师，博士生导师。

2011年获中国科学院半导体研究所工学博士学位，长期从事数模混合集成电路的研究工作。围绕高速成像芯片、三维图像传感器、像素器件与读出电路集成技术开展系统研究，成功研制多款CMOS图像传感芯片，在高动态范围成像、电荷转移效率优化及高速读出电路等方面取得创新研究成果。近年主持或作为课题骨干参与了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题等多项国家级科研任务。发表SCI/EI论文40余篇，授权国家发明专利18项。

刘力源

中国科学院半导体研究所研究员，中国科学院大学岗位教授，博士生导师。

2010年获清华大学工学博士学位。长期从事人工智能视觉芯片研究，围绕人工视觉感知器件和电路、新型视觉传感器、边缘视觉处理器、传感器/处理器集成技术开展研究，取得了一系列创新性的研究成果，成功研制CMOS图像传感器和处理器一体化视觉芯片、脉冲型全仿生视觉芯片、基于动态视觉传感的视觉芯片等多款芯片，为光电融合视觉芯片的实用化奠定了基础。近年来主持国家自然科学基金、国家重点研发计划课题等多项重大科研任务，发表SCI和EI论文100余篇，授权国家发明专利20余项。