6、硅视网膜技术：从生物原理到实际应用

硅视网膜技术：从生物原理到实际应用

1. 引言

电子视网膜的研究由来已久。早期，像福岛等人在1970年展示的视网膜离散模型，虽实际工业影响微小，但激发了日本工程师投身相机和视觉传感器领域的热情，使得日本在电子成像市场占据主导地位数十年。1991年，马霍沃尔德和米德登上《科学美国人》封面的成果，也激励了一代美国神经形态电子工程师。经过20多年的努力，电子视网膜已从早期实验室原型发展到可商业购买和应用的设备。如今，我们聚焦于基于事件的硅视网膜技术。

2. 生物视网膜

生物视网膜是一个复杂的结构，主要有三层：感光层、外网状层和内网状层。
- 感光层 ：包含视锥细胞和视杆细胞，它们将入射光转化为电信号，影响感光输出突触中神经递质的释放。
- 外网状层 ：感光细胞驱动水平细胞和双极细胞。双极细胞分为ON双极细胞和OFF双极细胞，分别编码亮和暗的时空对比度变化。它们通过将感光信号与水平细胞计算的时空平均值进行比较来实现这一点。水平细胞通过间隙连接相互连接，形成电阻网络，计算感光输出的时空低通副本。
- 内网状层 ：ON和OFF双极细胞与多种无长突细胞和ON、OFF神经节细胞形成突触。

生物视网膜有两个显著特点被应用到硅视网膜中：
- 宽动态范围 ：眼睛能在从星光到明亮阳光的九个数量级的光照强度下正常工作。
- 时空对比度编码 ：外网状层和内网状层的细胞对时空对比度进行编码，去除冗余信息，使细胞能在有限的动态范围内编码信号。