پياده‌سازي سخت‌افزاري يك الگوريتم تشخيص حركت توسط حسگر بينايي CMOS

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

كارشناسي ارشد

امروزه پردازش تصوير نقش مهمي در بهبود شرايط زندگي بشر ايفا مي‌كند. بسياري از كاربردهاي اين زمينه از جمله نظارت‌هاي تصويري، امنيتي و كاربردهاي صنعتي، در مرحله‌ي اول نياز به تشخيص اشياء متحرك در يك صحنه را دارند. تشخيص حركت، با سه روش متفاوت تفاضل فريمي، تفاضل پس‌زمينه و شار نوري صورت مي‌گيرد. پياده‌سازي الگوريتم‌هاي تشخيص حركت را مي‌توان بر روي بستر‌هاي مختلفي از جمله ساختارهاي ديجيتال تعبيه‌شده تجاري يا ميني‌كامپيوترها، ساختارهاي ديجيتال نيمه‌سفارشي مانند FPGA و ARM و يا ساختارهاي ASIC سفارشي سيگنال مختلط مانند تراشه‌هاي بينايي و حسگرهاي بينايي CMOS انجام داد. استفاده از ساختار ASIC سفارشي با بلوك‌هاي آنالوگ و ديجيتال، بهترين گزينه از نظر اقتصادي (در صورت تيراژ بالا) و مصرف توان محسوب مي‌شود. در پژوهش حاضر براي تشخيص اشياء متحرك، يك الگوريتم تفاضل‌ پس‌زمينه توسط حسگر بينايي CMOS در فناوري 0/18 ميكرومتر TSMC پياده‌سازي شده است. در الگوريتم‌هاي تشخيص حركت كه توسط يك حسگر بينايي پياده‌سازي مي‌شوند يك بلوك دريافت تصوير شامل فتوديود و المان‌هاي مورد نياز در كنار آن، و يك واحد حافظه براي ذخيره‌سازي پس‌زمينه و يا اطلاعات فريم قبلي وجود دارد. اين حافظه مي‌تواند در كنار واحد‌هاي پردازشي و خارج از پيكسل باشد كه عيب اين ساختار سرعت پايين و توان مصرفي بالاي آن است. همچنين حافظه مي‌تواند به صورت درون‌پيكسلي باشد. استفاده از حافظه‌ درون‌پيكسلي از نظر سرعت و توان گزينه‌ي مناسب‌تري است. در طرح پيشنهادي كار حاضر از دو خازن ماسفت با ظرفيت 100 فمتوفاراد و با سطح اشغالي 12 ميكرومتر مربع درون هر پيكسل به عنوان حافظه‌هاي آنالوگ درون‌پيكسلي استفاده شده است. گام پيكسل و ضريب پرشدگي پيكسل در اين حالت به ترتيب، 16 ميكرومتر و 39 درصد به دست آمده است. قسمت ديگر حسگر، بخش پردازشي آن است كه عمل جداسازي قسمت‌هاي متحرك تصوير از پس‌زمينه را انجام مي‌دهد. اين بخش مي‌تواند به صورت مدارهاي تفريق‌كننده و مقايسه‌كننده پياده‌سازي شود. در اين طرح براي مقايسه‌ي پيكسل‌هاي متناظر در فريم‌هاي متوالي از مقايسه‌كننده‌هاي ديناميك استفاده شده است. نتايج به دست آمده از شبيه‌سازي يك آرايه‌ي 16*16، صحت عملكرد طرح در دو وضعيت تشخيص شي متحرك در شدت نورهاي متفاوت و تصوير برداري با نرخ 50 فريم در ثانيه را مورد تاييد قرار مي‌دهد.

221231

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان