一种可重构数字图像处理器件及其应用

文档序号:42957719发布日期:2025-09-09 18:55阅读:16来源:国知局

本发明属于二维半导体电子集成,具体涉及一种可重构数字图像处理器件及其应用。


背景技术:

1、随着数字化时代的快速发展,图像数据已成为信息传递与理解的核心媒介之一。近年来,深度学习技术的突破性发展为计算机视觉领域带来了革命性变革,其中神经网络作为核心算法框架,为图像处理领域带来了范式变革。通过多层非线性变换,神经网络能够自动从海量数据中学习具有判别性的特征表达,显著提升了图像分类、目标检测、语义分割等任务的性能。

2、然而,这类技术高度依赖大规模数据集与密集计算资源,导致两大核心问题:其一数据依赖性瓶颈。神经网络模型在训练过程中需要大量高质量的数据,但在实际应用中,数据往往稀缺且难以获取,这导致数据规模不足陷入过拟合。其二,多场景应用能力缺失等众多挑战。现有模型通常在封闭数据集上优化静态性能指标,难以适应开放环境中光照变化、设备差异、任务漂移等动态因素,制约其在跨设备、跨领域场景的实用价值。因此,亟需构建高效且场景鲁棒的图像处理技术,推动图像处理技术向更智能、更普适的方向发展。


技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足,提供了如下方案:

2、一种可重构数字图像处理器件,包括:第一顶栅电极层、第二顶栅电极层、顶栅介电层、源极电极层、栅极电极层、二维半导体层、底栅介电层、底栅电极和衬底层;

3、所述底栅电极沉积在所述衬底层上,所述底栅介电层沉积在所述底栅电极上,所述二维半导体层沉积在所述底栅介电层上;

4、所述源极电极层、所述栅极电极层和所述顶栅介电层均沉积在所述二维半导体层上,且所述源极电极层和所述栅极电极层之间互不接触;

5、所述第一顶栅电极层和所述第二顶栅电极层均沉积在所述顶栅介电层上,且所述第一顶栅电极层和所述第二顶栅电极层之间互不接触。

6、优选的,所述第一顶栅电极层、所述第二顶栅电极层、所述源极电极层、所述栅极电极层的材料为金属材料或二维半金属材料,且厚度均为10~50nm。

7、优选的,所述二维半导体层的材料为二硫化钼、二硒化钼、二硫化钨、二硒化钨或二碲化钼;

8、所述衬底层的材料为硅、二氧化硅或蓝宝石。

9、本发明还提供了一种可重构数字图像处理器件的应用,所述应用使用了上述任一项所述的可重构数字图像处理器件,其特征在于,包括:

10、所述第一顶栅电极层和所述第二顶栅电极层中的正电压代表逻辑值“0”,负电压代表逻辑值“1”;所述可重构数据图像处理器件的输出中,高于预设阈值的电流代表逻辑值“1”,低于预设阈值的电流代表逻辑值“0”;

11、通过改变所述底栅电极的电压值来控制所述可重构数字图像处理器件进行与、或非、异或逻辑运算。

12、本发明还提供了一种基于可重构数字图像处理器件的二维图像处理系统,所述处理系统使用上述任一项所述的可重构数字图像处理器件,包括:输入模块、图像处理模块和输出模块;

13、所述输入模块用于获取两张大小m×n的图像,然后对两张图像进行二值化,再将二值化后图像按照列向量的方式展开,得到第一输入和第二输入,所述第一输入和所述第二输入为图像二值化后的像素值;

14、所述图像处理模块由若干所述可重构数字图像处理器件构成,用于对所述第一输入和所述第二输入进行逻辑运算,得到逻辑运算结果,并将所述逻辑运算结果转换为列向量;

15、所述输出模块用于将所述列向量转换为大小为m×n的矩阵,并将所述矩阵进行二值化,得到输出图像。

16、优选的,所述图像处理模块中,所述逻辑运算的流程为:

17、当所述可重构数字图像处理器件执行与逻辑运算,且所述第一输入和所述第二输入的值均为“1”时,逻辑运算结果的逻辑值为“1”,否则逻辑值为“0”;

18、当所述可重构数字图像处理器件执行或非逻辑运算,且所述第一输入和所述第二输入的值均为“0”时,逻辑运算结果的逻辑值为“1”,否则逻辑值为“0”;

19、当所述可重构数字图像处理器件执行异或逻辑运算,且所述第一输入和所述第二输入的值相同时,逻辑运算结果的逻辑值为“1”,否则逻辑值为“0”。

20、与现有技术相比,本发明的有益效果为:

21、一方面,本发明通过可重构架构设计实现晶体管资源的动态复用,在减少硬件开销的同时大幅提升功能密度。相较于传统逻辑电路,晶体管数量缩减达75%以上,且逻辑功能提升3倍,为下一代高集成度数字芯片设计开辟了低冗余、高效率的全新路径;另一方面,本申请突破深度学习依赖海量数据的传统范式,仅利用单晶体管即可完成像素实时处理,结合进一步通过开发的可重构数字图像处理技术,只需在控制端口利用数字编码,即可实现图像特征提取、图像合成、图像加密等功能的灵活切换,在边缘计算、硬件安全等场景中展现出显著的应用优势。



技术特征:

1.一种可重构数字图像处理器件,其特征在于,包括:第一顶栅电极层、第二顶栅电极层、顶栅介电层、源极电极层、栅极电极层、二维半导体层、底栅介电层、底栅电极和衬底层;

2.根据权利要求1所述一种可重构数字图像处理器件,其特征在于,所述第一顶栅电极层、所述第二顶栅电极层、所述源极电极层、所述栅极电极层的材料为金属材料或二维半金属材料,且厚度均为10~50nm。

3.根据权利要求1所述一种可重构数字图像处理器件,其特征在于,所述二维半导体层的材料为二硫化钼、二硒化钼、二硫化钨、二硒化钨或二碲化钼;

4.一种可重构数字图像处理器件的应用,所述应用使用了权利要求1-3任一项所述的可重构数字图像处理器件,其特征在于,包括:

5.一种基于可重构数字图像处理器件的二维图像处理系统,所述处理系统使用权利要求1-3任一项所述的可重构数字图像处理器件,其特征在于,包括:输入模块、图像处理模块和输出模块;

6.根据权利要求5所述一种基于可重构数字图像处理器件的二维图像处理系统,其特征在于,所述图像处理模块中,所述逻辑运算的流程为:


技术总结
本发明公开了一种可重构数字图像处理器件及其应用,器件包括:第一顶栅电极层、第二顶栅电极层、顶栅介电层、源极电极层、栅极电极层、二维半导体层、底栅介电层、底栅电极和衬底层;底栅电极沉积在衬底层上,底栅介电层沉积在底栅电极上,二维半导体层沉积在底栅介电层上;源极电极层、栅极电极层和顶栅介电层均沉积在二维半导体层上,且源极电极层和栅极电极层之间互不接触;第一顶栅电极层和第二顶栅电极层均沉积在顶栅介电层上,且第一顶栅电极层和第二顶栅电极层之间互不接触。本发明提供的图像处理技术具有高灵活性、并行性和简洁性等优异特性,同时,加工工艺经济高效且可扩展。

技术研发人员:张跃,赵航,张铮,张先坤,汤文辉,卫孝福,陈匡磊,何晓宇,尚金森,耿宇
受保护的技术使用者:北京科技大学
技术研发日:
技术公布日:2025/9/8
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