Skip to main content
SUPERVISOR
Seyedmasoud Sayedi,Rasoul Dehghani
سید مسعود سیدی (استاد راهنما) رسول دهقانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hesam Ahmadi
حسام احمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Designing an Edge Detector Vision Chip for Real-Time Applications Based on Biological Vision Systems
Edge detection is a demanding need in robotic, military and automation areas and is used as an early image processing in high level image processors such as movement detectors, target tracker and etc. A typical technique for edge detection is the use of sensor-processor combination. In this combination raw images data are transferred to processor through a data line. This creates a bottleneck that reduces process speed. Due to the existence of this bottleneck, running real-time software edge detection requires very high speed processors that tend to be power consuming. An attractive solution to this problem is to shift part of the image data processing into the sensor hardware structure. It is done by designing and allocating some proper circuitry around image sensors to perform some early pixel-level image processing within the photo-sensor array. Intelligent vision chips as a new generation of image processing systems by combining image sensor and processing circuits in a single chip provide the opportunity for parallel data processing with higher speed and lower power consumption. Also due to the integration of these systems, area consumption will be reduced. In this work a kind of vision chip that has the ability of real-time edge detection has been designed and simulated in CMOS 180nm technology. The chip can recognize color and intensity edges by comparing color and intensity data of each pixel with neighboring pixels. It produces a two-bit result for each pixel which represents the type and the existence or absence of the edge in that pixel and hence provide the next processing stage with le requirement i term of computational power, cost, portability and power consummation. To implement the system, the mechanisms of biological vision systems in color, intensity and edge detections are studied; and the proposed detector has been designed based on retina models in color and edge detections. Buried Triple Junction photo detector (BTJ) is used as the pixel light sensing element. Color and intensity detections are done with only one BTJ by using the color filtering feature of silicon. The sensor determines three components of color that are used for both color and intensity detections. With this technique, the system is compact, the power requirement is reduced, and the chip is implementable in a standard CMOS technology with no extra processes. Light input dynamic range has been improved by using logarithmic amplifiers in the input stage of each pixel. The designed system has 80um*60um pixels, consumes 135nw power per pixel, and works with 1v power supply. It can be used in portable systems. System functionality has been verified through simulations. The results show that system can process image streams with up to 30 frames per second speed in real-time. Also they show that intensity edge detector has only high sensitivity to light intensity and has low sensitivity to light color and typically detects only intensity edges. Similarly simulation results show that color edge detector has good sensitivity to color changes and detects color edges if only one color component changes in a pixel place. The physical layout level of the design and post layout simulations have been presented in CMOS 180nm technology. Keywords edge detection, intelligent vision chips, biological vision systems, color detection, low-power circuits.
تعیین و تشخیص لبه در تصاویر به طور گسترده در زمینه¬های مختلف نظامی، رباتیک و اتوماسیون و به عنوان یک پردازش اولیه در بسیاری از پردازش¬های تصویری سطح بالا کاربرد دارد. روش معمول برای تشخیص لبه استفاده از ساختارهایی است که از ترکیب سنسور تصویری و پردازنده دیجیتال بوجود می¬آیند. اجرای بلادرنگ تکنیک¬های نرم افزاری پردازش تشخیص لبه در این ساختارها، مستلزم مصرف توان زیاد است و سرعت پردازش به دلیل وجود گلوگاه در مسیر انتقال اطلاعات از سنسور تصویری به پردازنده، معمولا محدود می¬باشد. تراشه¬های بینایی هوشمند به عنوان نسل جدیدی از سیستم¬های پردازش تصویر، با ادغام سنسور تصویری و مدار پردازنده و قرار دادن یک المان پردازنده محلی در هر یک از پیکسل¬های سیستم، امکان پردازش موازی اطلاعات تصویری را با توان مصرفی کمتر و سرعت بیشتر فراهم می¬کنند. همچنین به دلیل مجتمع سازی در این سیستم¬ها، فضای مصرفی کاهش می¬یابد. هدف تحقیق حاضر، طراحی و شبیه سازی نوعی خاص از تراشه بینایی هوشمند در تکنولوژی CMOS 180nm با توانایی تشخیص لبه به صورت بلادرنگ می¬باشد. تراشه بینایی طراحی شده لبه¬های تصویر را که به دلیل تغییر رنگ و یا شدت تابش ایجاد شده¬اند تشخیص می¬دهد. پهنای باند اطلاعات خارج شده از تراشه صرفا محدود به اطلاعات دو بیتی حاصل از هر پیکسل است که نشان دهنده وجود یا عدم وجود لبه و عامل ایجاد لبه در آن نقطه از تصویر می¬باشد. کلیه پردازش¬ها به صورت موازی و داخل هر پیکسل انجام می¬شود. در پیاده سازی این سیستم تلاش شده مکانیزم¬های تشخیص رنگ، شدت تابش و لبه بر اساس مکانیزم¬های موجود در سیستم¬های بینایی بیولوژیکی باشد. برای این منظور مطالعاتی در مورد سیستم¬های بینایی بیولوژیکی، اجزا و مکانیزم¬های موجود در آن¬ها انجام شده و بر اساس آن سنسور نوری مناسب و مدارهای آنالوگ مورد نیاز برای پردازش سیگنال طراحی شده است. همچنین با بهره¬گیری از تکنیکی خاص، تشخیص رنگ و شدت تابش تنها توسط یک سنسور و با استفاده از خاصیت سیلیکون در فیلتر کردن نور انجام می¬شود. این امر باعث شده که سیستم طراحی شده فشرده¬ و توان مصرفی کمی داشته و در یک پروسه استاندارد CMOS قابل پیاده سازی باشد واز پروسه¬های اضافی و پرهزینه بی¬نیاز باشد. سیستم طراحی شده با پیکسل¬هایی در ابعاد 80um*60um ، توان مصرفی حدود 135nw به ازای هر پیکسل و ولتاژ تغذیه 1v دارای قابلیت زیادی برای استفاده در کاربردهای قابل حمل می¬باشد. صحت عملکرد بخش¬های مختلف سیستم طراحی شده و همچنین آرایه¬ای از پیکسل¬ها با استفاده از شبیه سازی¬های کامپیوتری تحت شرایط مختلف تایید و چینش سیستم جهت پیاده سازی بر روی تراشه طراحی شده است. کلمات کلیدی: 1- تشخیص لبه 2- تراشه بینایی هوشمند 3- تشخیص رنگ 4- مدارهای با توان پایین

ارتقاء امنیت وب با وف بومی