一种基于事件相机的磁畴快速反馈控制方法及装置

1.本发明涉及磁性存储器件领域，尤其涉及一种基于事件相机的磁畴快速反馈控制方法及装置。


背景技术：

2.当一束线偏振光照被磁性介质反射后，反射光的偏振面相对于入射光的偏振面有一个小的角度偏转，即克尔旋转角，这一现象被称为磁光克尔效应。该效应与显微成像技术结合组成磁光克尔显微镜，被广泛应用于磁性材料磁性测量，磁畴观察等。
3.基于视觉的快速反馈控制是指通过磁光克尔(moke)显微镜的光信号得到磁性样品的磁畴信息，再根据这些信息通过调节磁场、电场或电流等，实现快速控制磁性样品的动力学例如将磁畴停止在某一个形状或者尺寸。
4.目前所有的磁光克尔显微镜设备都采用的是普通的cmos相机，上限为100帧，即每秒只能采集100张图像。考虑到数据的传输等过程，测试时一般为60帧。虽然采用高速相机可以将上限提升到1000帧，但是产生的数据量太大，无法及时传输到计算机进行实时成像，只能先将数据存储到数据卡中后期进行处理成像。这种方式基本不可能实现基于视觉的快速反馈控制。


技术实现要素：

5.根据现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于事件相机的磁畴快速反馈控制方法及装置，采用事件相机和磁光克尔显微镜的结合方式进行快速磁畴成像，以便对磁畴运动进行识别并反馈控制外加磁场。
6.本发明的技术方案如下：
7.第一方面，本说明书实施例提供了一种基于事件相机的磁畴快速反馈控制方法，包括：
8.将事件相机设置于磁光克尔显微镜的目镜上；
9.向被测磁铁材料施加磁场，事件相机获取被测铁磁性材料的磁畴成像的事件信息；
10.根据磁畴成像的事件信息，获取调控磁场的反馈控制信息；
11.根据反馈控制信息，输出调节磁场指令作用于被测磁铁材料。
12.作为优选的技术方案，采用事件相机快速捕捉被测铁磁性材料的磁畴成像的事件信息，根据磁畴的光强亮度变化输出一系列极性数据，当亮度增加时极性为正，标为正事件；当亮度减小时极性为负，标为负事件。
13.作为优选的技术方案，被测磁性材料的磁畴成像的阈值为事件相机产生的负事件数量与时间切片宽度成正比。
14.作为优选的技术方案，时间切片宽度为5ms，且时间切片宽度为5ms时所对应的负事件数量为16200个。
15.作为优选的技术方案，反馈控制信息包括：将磁场降至为被测磁性材料的磁畴成像的阈值以下。
16.作为优选的技术方案，将磁场降低至零。
17.作为优选的技术方案，调节磁场指令包括：调节磁场强度、和/或磁场方向。
18.第二方面，本说明书实施例提供了一种实现如上任一方法的装置，包括：
19.磁光克尔显微镜，磁光克尔显微镜包括至少一个目镜；
20.事件相机，事件相机设置于目镜上，事件相机用以获取被测铁磁性材料的磁畴成像的事件信息；
21.计算机系统，计算机系统包括驱动模块和反馈控制模块；计算机系统一端与事件相机电连接，计算机系统另一端与被预测磁性材料电连接；
22.其中，驱动模块配置为根据磁畴成像的事件信息，获取调控磁场的反馈控制信息；反馈控制模块配置为根据反馈控制信息，输出调节磁场指令作用于被测磁铁材料。
23.作为优选的技术方案，计算机系统与预测磁性材料之间通过数据采集线电连接。
24.第三方面，本说明书实施例提供了一种磁性存储器，磁性存储器包括如上第二方面提供的任一的装置。
25.本发明采用的技术方案达到的有益效果：
26.1.事件相机直接安装在磁光克尔显微镜的目镜上，由于事件相机还具有数据量小的特点，事件相机可以实现低延迟与更快的数据处理，有效地实现基于视觉的快速反馈控制；
27.2.磁畴成像的数据通过数据采集线传输到计算机，通过软件识别磁畴成像的大小等信息，根据这些信息做出判定并输出反馈控制信号到电磁铁，通过调节磁场的强度来实现对磁畴的控制，有效地缩短了采集信号的时间和识别磁畴壁运动的时间。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明实施例1公开的一种基于事件相机的磁畴快速反馈控制方法流程图；
30.图2为本发明实施例1公开的反馈控制全过程的时间切片事件统计柱状图；
31.图3为本发明实施例1公开的反馈控制过程中一些关键时间点的帧重建图像；(a)成核时间；(b)识别磁畴扩张时间；(c)扩张减速时间；(d)最终停止时间。
32.图4为本发明实施例2公开一种实现实施例1所述的方法的装置图。
33.附图标记说明：
34.cmos相机10；事件相机20；计算机系统30；样品台40；电磁铁50；led光源101、分光镜102、起偏器103；检偏器104。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，
术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1
39.本实施例提供了一种基于事件相机的磁畴快速反馈控制方法，根据图1，包括：
40.将事件相机设置于磁光克尔显微镜的目镜上；
41.向被测磁铁材料施加磁场，事件相机获取被测铁磁性材料的磁畴成像的事件信息；
42.根据磁畴成像的事件信息，获取调控磁场的反馈控制信息；
43.根据反馈控制信息，输出调节磁场指令作用于被测磁铁材料。
44.优选地，采用事件相机快速捕捉被测铁磁性材料的磁畴成像的事件信息，根据磁畴的光强亮度变化输出一系列极性数据，当亮度增加时极性为正，标为正事件；当亮度减小时极性为负，标为负事件。
45.在一种优选的实施方式，当磁畴扩张时，随着磁畴壁的快速移动，事件相机会产生大量事件，在本实施例中以负事件数量，即光强变暗，突然增加来作为观察到磁畴扩张的判定标准。
46.优选地，被测磁性材料的磁畴成像的阈值为事件相机产生的负事件数量与时间切片宽度成正比。
47.在一种优选的实施方式，在样品与系统不变，事件相机参数设置不变的情况下，负事件数量与选择的时间切片宽度成正比，需要说明的是，如果要考虑到随机噪声的涨落，并不是严格成正比关系，但总体趋势是呈现正比关系。
48.优选地，时间切片宽度为5ms，且时间切片宽度为5ms时所对应的负事件数量为16200个。其中，时间切片宽度的设定，也可以选择其他宽度的，比如4ms、6ms均可，但为达到更好的反馈控制效果，具体时间切片宽度要根据实际所需设定。
49.优选地，反馈控制信息包括：将磁场降至为被测磁性材料的磁畴成像的阈值以下。
50.优选地，将磁场降低至零。
51.具体的，为阻断磁场扩张，理论上只要降到磁性材料矫顽力以下即可，不一定要将磁场调为零，还可以降为负数，即让磁场反向过冲，以缩短铁芯退磁时间与整体反馈时间。例如，磁场为10mt时，磁场是可以驱动磁畴壁运动的，但是如果突然降低磁场低于一个阈值，比如5mt，磁畴的驱动力降低，然而最明显的就是降到0，或者反向，磁畴的驱动力基本完全消失，其中，阈值对应的磁滞回线的矫顽力。
52.对于本领域人员应理解为，只要将磁场降至为被测磁性材料的磁畴成像的阈值以下可达到控制磁畴扩张的效果，优选地，磁场降低至零其反馈效果最佳，
53.具体的，根据图2，时间切片宽度选择为5ms，将磁畴扩张的阈值定为单个时间切片包含16200个负事件，即只要5ms内超过16200个负事件，就把磁场降为0。这一判定标准的选择考虑到噪声导致的负事件数波动，在对静止状态负事件数进行统计之后，选取高于均值三倍标准差，以防止“假触发”。
54.在实际实验场景内，从视频中逐帧找到反向磁畴成核的时间点为tn＝1.150s，以及磁畴最终停止扩张的时间t
f＝
1.230s。此外，在ts＝1.200s处，负事件数开始下降，同时从视频中发现磁畴扩张速度也明显降低了，说明磁场的改变影响了磁畴扩张的过程。图3列出了对应这些时间点的帧重建图像，可以清晰的看到，磁畴壁确实在扩张到一定程度后就停止运动了，也证实了反馈过程确实起到了作用。
55.优选地，调节磁场指令包括：调节磁场强度、和/或磁场方向。具体的，从基于事件的视觉数据采集、分析、识别，到发出指令控制磁场的整个反馈控制操作，均是通过的计算机编程的代码实现。反馈信号经过计算机识别，直接输出指令调节磁场强度，或者磁场方向，以实现快速反馈。
56.在实际实验场景内，从成核时间点到最终磁畴停止扩张，总共经历了80
±
5ms(误差以时间切片宽度5ms估计)。然而这并不意味着我们这套反馈控制设备的响应时间长达80ms。整个过程有四个关键时间点，根据图3，可以分成三段：第一段从tn到tr，从成核到认定为磁畴扩张；第二段从tr到ts，从认定到扩张明显减速；第三段从ts到tf，从扩张减速到完全停止。事实上反馈系统的响应时间应该只包含第二段，即25
±
5ms，因为整个反馈过程是从事件相机接收到足够强烈的磁光克尔效应光信号变化开始的，而磁畴扩张的明显减速说明磁场已经响应了我们的反馈控制，即使没有立即降为零，至少也减弱了。从另一个角度说，磁畴运动的全过程还有望大幅缩短。比如第一段时间，成核之后我们没有立即判断出磁畴在扩张，以至于浪费了25
±
5ms的时间。这主要是由于我们的识别算法过于简单，仅依赖于统计负事件的个数。如果识别算法设计得当，我们完全可以更早识别出磁畴扩张，并更早开启反馈响应。此外最大的制约在于电磁铁的响应速度，即电磁铁收到反馈信号后，并不能立刻将磁场降为零。简单来说该发明主要是缩短了采集信号的时间和识别磁畴壁运动的时间。
57.实施例2
58.本实施例提供了一种实现如上任一方法的装置，根据图4，包括：
59.磁光克尔显微镜，磁光克尔显微镜包括至少一个目镜；
60.事件相机20，事件相机20设置于目镜上，事件相机20用以获取被测铁磁性材料的磁畴成像的事件信息；
61.计算机系统30，计算机系统30包括驱动模块和反馈控制模块；计算机系统30一端与事件相机20电连接，计算机系统30另一端与被预测磁性材料电连接；
62.其中，驱动模块配置为根据磁畴成像的事件信息，获取调控磁场的反馈控制信息；反馈控制模块配置为根据反馈控制信息，输出调节磁场指令作用于被测磁铁材料。
63.事件相机20具有高时间分辨率、数据量小的特点，可以实现低延迟与更快的数据处理。这些优势对于实现基于视觉的快速反馈控制十分关键。具体的，将事件相机20直接安装在磁光克尔的目镜上，磁光克尔显微镜还包括led光源101、分光镜102、起偏器103和检偏器104。被测铁磁性材料置于磁光克尔显微镜的样品台40上，cmos相机10用于调整样品的位
置和聚焦，事件相机20用于快速记录磁畴的运动过程，然后向被测磁铁材料施加磁场，磁畴成像的数据通过数据采集线传输到计算机系统30内，通过识别磁畴成像的大小等信息，根据这些信息做出判定并输出反馈控制信号到电磁铁，通过调节磁场的强度来实现对磁畴的控制。
64.优选地，计算机系统30与预测磁性材料之间通过数据采集线电连接。
65.事件相机20本身配一条usb3.0数据线，与计算机任意一个usb3.0口相连。计算机与电磁铁的连接不止一种方式。在一种优选的实施方式中，计算机主板上的pcie插槽连接了一个数据采集卡，可以将计算机发出的命令转化为模拟电压信号。数据采集卡的模拟电压信号输出端连接到一个专用放大器的输入端，放大器的输出端即为驱动电磁铁的大电流，直接连接电磁铁，其中专用放大器为专为电磁铁等大电流大电感电路而设计的。
66.计算机系统30分为两层，第一层是驱动模块，事件相机20、数据采集卡让计算机可以识别硬件并进行基本的底层通信。第二层是反馈控制模块，基于驱动，实现从基于事件的视觉数据采集、分析、识别，到发出指令控制磁场的整个反馈控制操作。
67.实施例3
68.本说明书实施例提供了一种磁性存储器，磁性存储器包括如上实施例2提供的装置。
69.以上对本技术实施例一种基于事件相机的磁畴快速反馈控制方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。