[发明专利]基于可编程视觉芯片的视觉图像处理系统有效

专利信息
申请号: 201210088420.0 申请日: 2012-03-29
公开(公告)号: CN102665049A 公开(公告)日: 2012-09-12
发明(设计)人: 石匆;吴南健;龙希田;杨杰;秦琦 申请(专利权)人: 中国科学院半导体研究所
主分类号: H04N5/335 分类号: H04N5/335;H04N5/357;H04N5/378
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 宋焰琴
地址: 100083 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 基于 可编程 视觉 芯片 图像 处理 系统
【说明书】:

技术领域

发明涉及可编程视觉芯片及图像处理技术领域,尤其涉及一种基于可编程视觉芯片的视觉图像处理系统,具有高速度、高集成、低功耗、低成本的优势,可应用于多种嵌入式高速实时视觉图像处理系统,实现包括高速目标追踪、自然人机交互、环境监控、智能交通、机器人视觉等在内的各种智能视觉图像应用。

背景技术

传统的视觉图像处理系统包括分立的摄像头和通用处理器(或数字信号处理器(DSP)),摄像头使用图像传感器获取图像,并将获取的大量原始图像数据串行传送到通用处理器或DSP中进行处理,由于是串行传送,所以存在严重的带宽限制。另一方面,在通用处理器或DSP中利用软件对图像进行处理往往也是逐个像素串行处理的,存在串行处理的瓶颈。由于串行传输和串行处理的限制,传统视觉图像系统一般只能达到30帧/秒的速度,远远无法满足高速实时性需求,比如某些工业控制系统中经常要求1000帧/秒的速度。

而视觉芯片的出现有效的满足了高速实时性需求,该视觉芯片模仿人类视觉系统的原理,将图像传感器和图像处理电路集成在同一块芯片内,图像传感器获取的图像数据被并行传送到图像处理电路中,而图像处理电路本身在硬件上是采用像素级大规模并行体系架构,最终图像处理电路输出少量图像特征数据或分析识别结果,从而很好的克服了传统视觉图像处理系统中数据串行传输和串行处理的瓶颈,实时性得到大幅提升,不少采用视觉芯片的系统可以达到1000帧/秒以上的处理速度。

视觉芯片可分为专用视觉芯片和可编程视觉芯片,由于后者可通过编程灵活实现多种应用,应对复杂多变的实际环境,因此具有更大的实用价值。

但是,目前国内外对可编程视觉芯片体系架构的研究存在严重不足,表现在:

(1)每一个像素单元都包含感光元、读出电路和处理电路,芯片面积较大,极大地限制了分辨率和填充率,原始图像质量差;而且由于感光元和读出电路是模拟电路,因此处理电路也往往使用模拟电路,导致图像处理的可靠性和灵活性较较差。

(2)这些像素单元排列成二维阵列,工作在单指令多数据(SIMD)模式下,可实现全像素并行图像采集及局域处理,但无法实现快速灵活的广域处理;

(3)上述工作在SIMD模式下的可编程视觉芯片体系架构支持低级图像处理和部分中级图像处理,但缺乏高级图像处理功能,尤其缺乏类似人脑神经的简单直观的快速特征识别能力,因此必须借助外部通用处理器才能组成完整的视觉图像系统,这样就限制了视觉芯片在某些对体积、功耗和成本有严格要求的嵌入式场合的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对以上可编程视觉芯片存在的问题,本发明提供了一种像素单元和处理电路分离的、基于多级并行数字处理的、且带有片上人工神经网络的、基于可编程视觉芯片的视觉图像处理系统,以达到较高的分辨率和填充率,结合局域处理和广域处理功能,支持灵活快速的低、中、高级图像处理和片上反馈控制,实现功能完整的片上视觉系统,通过多种典型的高速智能视觉应用算法,其处理速度可达到1000帧/秒。

(二)技术方案

为达到上述目的,本发明提供了一种基于可编程视觉芯片的视觉图像处理系统,包括:

图像传感器,用于高速采集原始图像数据,并将采集的该原始图像数据并行传输到多级并行数字处理电路;以及

多级并行数字处理电路,用于对接收自图像传感器的该原始图像数据进行快速并行处理,输出处理结果。

上述方案中,所述图像传感器包括:

N×N像素阵列1,用于高速采集原始图像数据,并将采集的该原始图像数据输出给N×1行并行模拟预处理阵列3,其中N为自然数;

N×1行并行模拟预处理阵列3,用于去除该原始图像数据中的固定噪声,提高该原始图像数据的动态范围,并输出给N×1行并行模数转换阵列4;

N×1行并行模数转换阵列4,用于将每一列模拟像素数据转换为高精度数字像素数据,并输出给输出像素选择模块5;

输出像素选择模块5,用于并行接收所述N×1行并行模数转换阵列4的N个数字像素数据作为输入,并从中选择M个像素数据作为该图像传感器的输出,实现对像素行的选择,其中M为自然数且M<N;以及

图像传感器控制模块6,用于根据内部的参数寄存器控制N×N像素阵列1、N×1行并行模拟预处理阵列3、N×1行并行模数转换阵列4和输出像素选择模块5的工作时序,实现对该图像传感器的动态控制。

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