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문제 정의
- 본 논문에서는 이러한 문제점 을 해결 하기 위해 CCD 에 비해 비교적 저가인 CMOS 이미지 센서를 이용하여 바이오센서의 활동량 측정 모니터링을 개발하려고 한다. 개발하고자 하는 바이오센서 활동량 CMOS 이미지센서 모니터링 시스템은 소프트웨어로 구현하는 방식이 아닌 순수 하드웨어 방식으로 개발한다.
제안 방법
- CMOS 이미지 센서를 이용하여 바이오센서의 활동량 측정 모니터링 시스템을 개발하였다. 또한 개발된 바이오센서 활동량 측정 CMOS 이미지 센서 모니터링 시스템 은 소프트웨어 처리 방식이 아닌 순수 하드웨 어 방식으로 원칩에 구현하였다.
- 위한 하드웨어이다. CMOS 이미지 센서의 신호인 Pixel elk과 Hsync 및 Vsync를 사용하여 이미지 센서 화면상의 2차원 평면 좌표 X 주소와 Y 주소를 디코드 한다.
- LCD을 인터페이스 하였다. LCD 제어는 LCD component를 통하여 CMOS 센서의 이미지를 실시간으로 볼 수 있게 설계하였다. 이를 위해 외부에 SRAM 를 메모리 를 사용하 였 는 데 이는 SRAM Memory component를 설계하여 제어하였다.
- 개발하고자 하는 바이오센서 활동량 CMOS 이미지센서 모니터링 시스템은 소프트웨어로 구현하는 방식이 아닌 순수 하드웨어 방식으로 개발한다. 그리고 본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용하여 기존의 CCD 카메라 방식에서는 수작업의 힘든 설정이 요구되는 문제점을 해결 한다.
- 0으로 초기화 한다. 그리고 Valid Bit 영역에서 배경화면의 화소 레 벨 보다 설정 레 벨(RGB_Ref) 큰 화소 레벨을 로직 T로 두고 이것을 ValidBit 영역에서 계수하게 한다, 계수된 로직 T의 값을 Stop Bit 와 End Bit에 서해 당 Cell 배열의 저장 공간에 저장하게 한다. 이러한 과정 은 Start Line부터 Valid Line 전 영역에서 수행하게 한다.
- 가로축은 그림 8의 바이오센서 활동량 시뮬레이션 화면의 랜덤 모드에서의 속도를 증가시킴으로서 활동량을 증가시키게 된다. 그리고 바이오센서 의 크기를 각각 90, 180 그리고 270로 변화 시 키 고 각경 우에 대해 활동량을 측정해 보았다.
- 또한 개발된 바이오센서 활동량 측정 CMOS 이미지 센서 모니터링 시스템 은 소프트웨어 처리 방식이 아닌 순수 하드웨 어 방식으로 원칩에 구현하였다. 그리고 시스템의 설정을 위해 유전자 알고리즘을 적용하여 수작업의 설정이 필요 없는 CMOS 이미지 센서 모니터링 시스템을 구현하였다.
- 모니터링 시스템을 개발하였다. 또한 개발된 바이오센서 활동량 측정 CMOS 이미지 센서 모니터링 시스템 은 소프트웨어 처리 방식이 아닌 순수 하드웨 어 방식으로 원칩에 구현하였다. 그리고 시스템의 설정을 위해 유전자 알고리즘을 적용하여 수작업의 설정이 필요 없는 CMOS 이미지 센서 모니터링 시스템을 구현하였다.
- 바이오센서의 개수를 2배로 하여 20개 일 경우에 대해서도 같은 실험을 해보았다. 바이오센서의 크기가 각각 90, 180그리고270인 경우에 대해도 바이오센서 활동량 대 실제 측정값은 확률적으로 비례하고 있는 것을 알 수 있다.
- 이때 SRAM0 과 SRAM21 데이터는 1/30초 동안 변화된 것을 연속적으로 계수한다. 설계된 바이오센서 활동량 측정 시스템이 정상적으로 동작하기 위해서는 RGB_Ref와 Ref_ value에 최적 값을 유전자 이론을 적용하여 자동으로 설정되도록 하였다.
- 설계된 바이오센서의 활동량 측정 시스템에 유전자 알고리즘을 사용하여 시스템 설정한 후 이 설정이 최적임을 검증하기 위해 바이오센서의 움직임이 선형적으로 변화시킨 후 그 측정값이 선형적임을 알아보았다 그림 10은 바이오센서의 개수를 10인 경우에 대해 활동량을 선형적으로 증가 시켜 활동량을 측정해 본 그래프이 다.
- 시스 템 설정 초기에 Setting Mode에서 최적 RGB_Ref 와 Ref_value의 염색체를 구하는 유전자 알고리즘을 수행하고 염색체를 구한 뒤 시스템 Run 모드에 바이오센서의 활동량을 측정하게 한다.
- 외부 CMOS 이미지 센서의 출력을 보기 위해서 Graphic LCD을 인터페이스 하였다. LCD 제어는 LCD component를 통하여 CMOS 센서의 이미지를 실시간으로 볼 수 있게 설계하였다.
- LCD 제어는 LCD component를 통하여 CMOS 센서의 이미지를 실시간으로 볼 수 있게 설계하였다. 이를 위해 외부에 SRAM 를 메모리 를 사용하 였 는 데 이는 SRAM Memory component를 설계하여 제어하였다.
- 제안된 시스템에서는 바이오센서의 활동량을 실시간으로 측정하기 위해 CMOS 이미지 센서 데이터 처리를 이미지 프레임 버퍼에 보관하여 소프트웨어로 처리한 것이 아니라 하드웨어 적으로 실시 간으로 처리 한다.
대상 데이터
- CMOS 이미지 센서에서 디폴트로 출력되는 영상 데이터는 YUV 신호이며 이를 RGB 신호로 변환 후 사용한다. 이 RGB 신호는 RGB_Ref보다 큰 신호에 대해서 V이id Bit 동안 카운터 한다, 이 카운터 값은 ADD 로직 을거쳐 현재 Cell의 이전의 저장 값인 Latch와 더하여 SRAM에 저 장된다.
- 사진이다. 사용된 FPGA는 EP1C6Q240C8N이 匸土 사용된 CMOS 이미 지 센서 는 OV7620이다.
이론/모형
- 알고리즘이다. 적용한 유전자 알고리즘은 엘리트 보존 전략으로 1점 교차 전략과 돌연변이를 사용하였다.
성능/효과
- 개발하고자 하는 바이오센서 활동량 CMOS 이미지센서 모니터링 시스템은 소프트웨어로 구현하는 방식이 아닌 순수 하드웨어 방식으로 개발한다. 그리고 본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용하여 기존의 CCD 카메라 방식에서는 수작업의 힘든 설정이 요구되는 문제점을 해결 한다.
- 알 수 있다. 따라서 실험 결과에서 보는 바와 같이 설계한 CMOS 이미지 센서 모니터링 시스템이 바이오센서의 활동량에 비례하는 측정값이 출력되고 시스템의 초기 설정을 하는 데에 있어 유전자 알고리즘 적용이 가능함을 보여 주었다.
- 바이오센서의 활동량을 시뮬레이션하여 설계된 시스템으로 측정해 본 결과 바이오센서의 활동량에 비례하는 측정값이 정상적으로 측정됨을 알 수 있다. 그리고 이 시스템은 FPGA로 되어 있어 가격과 성능면에서 우수한 작은 하드웨어로 구현된다.
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