Kuvankäsittelyä CMOS-anturiin

Sensorissa tapahtuva kuvankäsittely, jossa tärkeät ominaisuudet poimitaan raakadatasta erillisen mikroprosessorin sijaan itse kuvasensorilla, voi nopeuttaa visuaalista käsittelyä. Tähän mennessä sensorin sisäisen prosessoinnin esittelyt ovat rajoittuneet uusiin tutkimustason materiaaleihin, joita on ainakin toistaiseksi vaikea sisällyttää kaupallisiin järjestelmiin.

Nyt Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) -tutkijat ovat kehittäneet ensimmäisen anturin sisäisen prosessorin, joka voidaan integroida kaupallisiin piistä tehtyihin CMOS kuvausanturisiruihin.

"Työmme voi valjastaa valtavirran puolijohde-elektroniikkateollisuutta tuodakseen nopeasti anturien sisäisen tietojenkäsittelyn monenlaisiin reaalimaailman sovelluksiin", sanoo professori Donhee Ham.

Ham ja hänen tiiminsä kehittivät piin valodiodiryhmän. Kaupallisesti saatavilla olevissa kuvantunnistussiruissa on myös piin valodiodiryhmä kuvien ottamista varten, mutta tiimin fotodiodit ovat sähköstaattisesti seostettuja, mikä tarkoittaa, että yksittäisten valodiodien tai pikselien herkkyyttä tulevalle valolle voidaan virittää jännitteillä.

Matriisi, joka yhdistää useita jänniteviritettäviä valodiodeja, voi suorittaa analogisen version kerto- ja yhteenlaskuoperaatioista, jotka ovat keskeisiä monille kuvankäsittelyn prosessoinneille, poimimalla asiaankuuluvan visuaalisen informaation heti, kun kuva on otettu.

"Nämä dynaamiset valodiodit voivat suodattaa kuvia samanaikaisesti, kun niitä kaapataan, mikä mahdollistaa kuvankäsittelyn ensimmäisen vaiheen siirtämisen mikroprosessorista itse anturiin", sanoo tutkijatohtori Houk Jang.

Piivalodiodiryhmä voidaan ohjelmoida erilaisiin kuvasuodattimiin poistamaan tarpeettomia yksityiskohtia tai kohinaa eri sovelluksissa. Esimerkiksi autonomisen ajoneuvon kuvantamisjärjestelmä voi vaatia ylipäästösuodatinta kaistamerkintöjen seuraamiseksi, kun taas muut sovellukset voivat vaatia suodatinta, joka sumentaa kuvaa kohinan vähentämiseksi.

"Jatkoa ajatellen ennakoimme tämän piipohjaisen anturiprosessorin käytön paitsi konenäkösovelluksissa, myös biovaikutteisissa sovelluksissa, joissa varhainen tiedonkäsittely mahdollistaa anturien ja laskentayksiköiden sijoittamisen rinnakkain, kuten aivoissa", toteaa jatko-opiskelija Henry Hinton.

Seuraavaksi tiimin tavoitteena on lisätä valodiodien tiheyttä ja integroida ne piille integroituihin piireihin.

"Korvaamalla kaupallisissa piirakenteisissa kuva-antureissa olevat tavalliset ohjelmoimattomat pikselit tässä kehitetyillä ohjelmoitavilla, kuvantamislaitteet voivat leikata älykkäästi tarpeetonta dataa, jolloin niitä voitaisiin tehostaa sekä energian että kaistanleveyden suhteen vastaamaan seuraavan sukupolven vaatimuksiin anturointisovelluksissa", Jang sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Parempia kuva-antureita konenäölle