초록 ▼

◆ 윤곽선 검출 시각칩
o 윤곽검출에 관여하는 생체 망막의 시세포, 수평세포, 그리고 쌍극세포의 전자회로적 모델링 및 CMOS 공정기술을 이용한 윤곽검출 시각칩의 설계
◇ 시세포: photodiode 및 MOSFET를 조합하여 구성
◇ 수평세포: MOSFET를 이용한 선형저항 또는 비선형저항 회로망을 이용하여 구현
◇ 쌍극세포: 차동증폭기나 전류미러 형태를 이용하여 구현
o 출력옵셋 제거기능을 갖는 윤곽선 검출 시각칩 설계 및 제조
◇ process variation이나 body effe

◆ 윤곽선 검출 시각칩
o 윤곽검출에 관여하는 생체 망막의 시세포, 수평세포, 그리고 쌍극세포의 전자회로적 모델링 및 CMOS 공정기술을 이용한 윤곽검출 시각칩의 설계
◇ 시세포: photodiode 및 MOSFET를 조합하여 구성
◇ 수평세포: MOSFET를 이용한 선형저항 또는 비선형저항 회로망을 이용하여 구현
◇ 쌍극세포: 차동증폭기나 전류미러 형태를 이용하여 구현
o 출력옵셋 제거기능을 갖는 윤곽선 검출 시각칩 설계 및 제조
◇ process variation이나 body effect에 의한 문턱전압(Vth)의 변동에도 큰 신호의 차이 없이 윤곽정보를 출력
o 칩의 특성 평가 및 움직임 검출 등의 응용시스템과의 연계 가능성 확인
◇ 정지된 입력 영상에 대한 윤곽선 검출 기능 확인
◇ 움직이는 입력 영상으로부터 윤곽선 및 움직임 정보 획득 가능
◆ 움직임 검출 시각칩
o 효과적인 움직임 검출을 위한 시${\cdot}$공간적 다중해상도 방식의 영상정보 획득방법을 제안하고 이를 구현.
◇ 실제 제작된 칩은 최대 $512{\times}384$로 VGA포맷에 근접하는 해상도를 가지도록 설계
◇ 8-bit영상의 통상적인 약 24 프레임/초 동작시 잡음요소를 절반정도 줄인 결과를 얻음
◇ 양자화 잡음의 보상을 통하여 디지털 영역에서 유연하게 영상정보를 계층적으로 사용할 수 있도록 디지털 영상신호를 제공할 수 있도록 설계
◇ 300 프레임/초의 동작으로 $128{\times}96$급의 영상을 취득할 수 있도록 하였으며 동시에 중간 해상도의 적절한 포맷을 구성하여 사용할 수 있음
o 이를 이용하여 움직임과 관련된 시각 시스템을 구현할 경우 영상특성에 맞는 지역적 해상도를 결정하여 사용하면 효과적인 구현이 가능하게 됨.

Abstract ▼

The human retina performs photo-input sensing, edge extraction and motion detection of image. In the area of real-time image processing, the retina is superior to the digital image processing systems because human retina uses parallel information processing method.
For edge extraction, the functi

The human retina performs photo-input sensing, edge extraction and motion detection of image. In the area of real-time image processing, the retina is superior to the digital image processing systems because human retina uses parallel information processing method.
For edge extraction, the functions of photoreceptors, horizontal cells and bipolar cells should be transformed to equivalent electrical circuits. Photoreceptors sense the photo-input and output a voltage corresponding to the photo-input. Horizontal cells spatially smooth the output of photoreceptors. Bipolar cells yield the difference between the output of photoreceptor and horizontal cell.
In this work, we proposed electrical model which imitates the cells concerned with edge detection in the retina. To clearly extract edges from a complex image, we introduced local light adaptation into an edge detection circuit and quantitatively analyzed it. From the analysis, we knew that the diffusion length L becomes to decrease with increasing input light intensity and nearly constant output can be achieved. Several bio-inspired analog CMOS vision chips for edge detection have been proposed. One of them has a resolution of $52{\times}52$ pixels and performs both edge and motion detection with a function of output offset cancellation. The characteristics of this chip was were investigated. Both edge detection from an fixed input image and motion detection from an moving image were clearly observed. Another type of chip has characteristics of low power consumption, which is a problem of analog circuit with increasing number of pixels. We have also designed a vision chip which has ability to cancel the offset according. to implementation of an offset-free column readout circuit. This chip can reduce noise and voltage fluctuation due to reset pulse and body effect of MOSFET, respectively.
A $512{\times}384$ spatial-temporal multi-resolution CMOS image sensor for effective motion detecting function has been proposed. We have implement the sensor in 0.18-um CMOS 1P4M technology with 5.9-um pixel pitch and a dynamic reset current source. It supports to generate digital video outputs that are efficiently merged and processed to form frame data in hierarchical resolution in digital domain. It also compensates for kTC reset noise, image lag and fixed pattern noise. The proposed CMOS image sensor controls the reset voltage using a pixel-level dynamic current source operating in weak inversion and a column-parallel comparator controlling the current source. This dynamic current source allows designing a uniform weak current source array with significant parameter mismatch. FPN from pixels and column-level readout circuits can be reduced since the reset voltage of each pixel is adjusted to the reference voltage imposed by each column comparator which is also used for single-slope analog-to-digital conversion for pixel readout. A total of 390 uV(rms) readout noise, and a factor of two improvement over conventional reset is achieved. The chip operates at 1.8 V and consumes 40 mW excluding I/O and off-chip DAC for a single-slope ADC at 24 frames/s.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...9
• CONTENTS ...11
• 목차 ...12
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...14
• 1.1절 연구개발의 목적 ...14
• 1.2절 연구개발의 필요성 ...14
• 1.3절 연구개발의 범위 ...15
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...18
• 2.1절 국외연구기관 ...18
• 2.2절 국내연구기관 ...19
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...20
• 3.1절 연구배경...20
• 3.2절 연구내용...21
• 1. 윤곽선 검출 시각칩...22
• 가. 연구배경...22
• 나. 생체 망막과 윤곽검출 메카니즘의 이론적 배경...22
• 다. 국소 광적응 기능의 정량적 해석...32
• 라. 출력옵셋 제거기능을 갖는 윤곽선 검출 시각칩...44
• 마. 저전력 소비 윤곽선 검출 시각칩...65
• 바. offset-free column readout circuit을 탑재한 윤곽선 검출 시각칩...77
• 사. 결론...83
• 2. 움직임 검출 시각칩...84
• 가. 서론...84
• 나. 다중 해상도 영상센서의 구현 및 효과...86
• 다. 영상센서 구현 및 동작원리...90
• 라. 실험결과...96
• 마. 결론...100
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...101
• 4.1절 목표달성도 ...101
• 4.2절 관련분야에의 기여도 ...102
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...103
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...105
• 제 7 장 참고문헌...106