طراحی تراشه بینایی تشخیص لبه برای کاربردهای بلادرنگ بر اساس مدل بینایی موجودات زنده

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.