پديد آورنده :
حسنلي، كورش
عنوان :
طراحي و پياده سازي حسگر تصوير ديجيتال CMOS با تمركز بر افزايش حساسيت، رزولوشن و گستره ديناميكي حسگر
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان دانشكده برق و كامپيوتر
صفحه شمار :
ده،[165]ص.: مصور،جدول،نمودار
يادداشت :
ص.ع.به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
مسعود سيدي
استاد مشاور :
رسول دهقاني، J. Jacob Wikner
استاد داور :
عبدالرضا نبوي، اصغر غلامي، وحيد غفاري نيا
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/08/15
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
كد ايرانداك :
ID941 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده ـل ـعه ـريع دوربين ـا CMOS و تمايـ هـ سـ ـه ـه توسـ ـروزه ـا توجـ بـ بـ امـ روزافزون به طراحي سيستم بر رو يك تراشه طراحـي تراشـهها بينـايي ـ ـ ـ هوشمند با استفاده از فناور CMOS بسيار مورد توجه قرار گرفته اسـت ـ اي ـن تراش ـهها ك ـاربرد وس ـيعي در بين ـايي ماش ـين رباتي ـك ن ـاوبر ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ سيستمها كنترل ترافيك سيستمها امنيتـي پزشـكي هوشـمند مخـابرات ـ ـ ـ ـ ويديويي سيار و دارنـد در ايـن تراشـهها الگوريتمهـا پـردازش ـ ـ ـ ـ ـ تصوير با استفاده از مدارها پردازشي آنالوگ و ديجيتال بـر رو خـود ـ ـ حسگر تصوير پيادهساز ميشوند تا خروجي تراشـه بـهجا يـك تصـوير خـام ـ ـ ـ ـ ـ بيانكننده اطلاعات خاصي از تصوير باشد در اين بـين طراحـي تراشـهها ـ ـ ـ بينايي هوشمند ديجيتال كه پردازشها خود را در حوزه ديجيتـال انجـام ـ ـ ميدهند اهميت ويژها دارند زيرا حوزه ديجيتال مزايايي از قبيل توان مصرفي كمتر حساسيت كمتر نسبت به نويز حساسيت كمتر نسبت به تغييرات منبع تغذيه و پارامترها فرآيند دقت بالاتر طراحي سادهتر به دليـل ـ استفاده از نرمافزارها سنتز در دسترس بودن انـواع توابـع امكـان ـ ـ ـ طراحي تراشه همهمنظوره سود بردن از مقياسگذار ابعـاد در سيسـتمها ـ ـ VLSI در تمامي زمينهها سطح توان مصرفي سرعت كارايي بهتر بـه ازا ـ هر تراشه قيمت پايينتر و را دارند در تراشهها بينايي هوشـمند ديجيتـال هـر پيكسـل شـامل واحـدها ـ ـ ـ ـ ـ ـ گيرنده نور مبدل نور ذخيرهساز پردازشگر و كنترل ميباشد در ايـن ـ بين مبدل نور كه وظيفه آن تبديل اطلاعات نور به اطلاعات ديجيتال اسـت ـ تأثير به سزايي در عملكرد تراشه دارد زيرا تعيينكننده گستره روشنايي قابل تشخيص و نيز دقت حسگر تصوير است و بخـش زيـاد از تـوان مصـرفي ـ ـ ـ ـ آرايه حسگر تصوير مربوط به اين بخش ميباشد در ضـمن مبـدل نـور نقـش ـ ـ ـ ـ مؤثر در تعيين سرعت عملكرد سيستم دارد لذا مبدل نـور بايسـتي دارا ـ ـ توان مصرفي كم سطح اشغالي كم سرعت بالا و گستره ديناميكي وسيع باشد تا در طراحي تراشهها بينايي كارآمد باشد اما لحاظ نمودن تمامي اين نكات بهطور همزمان در طراحي كار بسيار دشوار است در اين رسـاله ضـمن ارزيـابي حسـگرها تصـوير هوشـمند آنـالوگ و ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ديجيتال يك نمونه حسگر هوشمند آنالوگ بر مبنـا شـبكه عصـبي سـلولي ـ ـ ـ ـ طراحي ميشود در ادامه ساختارها مختلف مبدل نور در حسگرها هوشـمند ـ ديجيتال مورد مطالعه و بررسي قرار ميگيرند و حسگرها تصوير ديجيتالي ارائه ميشوند كه توانايي تشـخيص گسـتره وسـيعي از اطلاعـات نـور بـا ـ ـ ـ ـ ـ ـ حساسيت بالا را دارند در ضمن توان مصرفي و سـطح اشـغالي آنهـا كـم و ـ ـ ـ ـ پايدار آنها در برابر تغييـرات منبـع تغذيـه و پارامترهـا فرآينـد ـ ـ ـ ـ ـ مطلوب است در طرح پيشنهاد اول كه بر اساس مدولاسـيون فركـانس پـالس ـ ـ ـ است هدف ارائه مبدلي است كه بهبود گستره ديناميكي و توان مصـرفي آن ـ نسبت به طرحها موجود قابل ملاحظه باشد و در عين حال سـطح اشـغالي آن ـ ـ كم و حساسيت آن نسبت به روشنايي مطلوب باشد در حسگر تصوير ديجيتـال ـ پيشنهاد دوم با استفاده از يك مبدل نور به زمان جديد يـك حسـگر بـر ـ ـ ـ اساس مدولاسيون پهنا پالس طراحي شده است در اين طرح هدف بهبود قابل ملاحظه سطح اشغالي و توان مصرفي ميباشد در طـرح پيشـنهاد سـوم بـا ـ ـ ـ ـ استفاده از مبدلها نور پيشنهاد و الگوريتمها آستانهگير و تسـهيم ـ زماني حسگر ارائه ميگردد كه در آن تعداد خانهها حافظه هـر پيكسـل ـ ـ به يك خانه كاهش يافته تا سطح كمتر از پيكسل به حافظه اختصاص يابـد ـ و در نتيجه رزولوشن دوربين بهبود يابد در اين طرح بـا انتقـال بخـش ـ ـ ـ حافظه به بيرون از بخش حسگر نور طراحـي دوربـين هوشـمند همـهمنظوره ـ ـ ـ ـ سادهتر انجام ميشود زيرا اضافه كردن بخش پردازشي در كنـار هـر خانـه ـ ـ ـ
چكيده انگليسي :
Design and Implementation of a Digital CMOS Image Sensor withEmphasizing on Improvement of the Sensor Sensitivity Resolution and Dynamic Range Kourosh Hassanli k hassanli@ec iut ac ir Date of Submission September 14 2016 Department of Electrical and Computer Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Ph D Language PersianSupervisor Sayed Masoud Sayedi m sayedi@cc iut ac irAdvisor Rasoul Dehghani dehghani@cc iut ac irAdvisor J Jacob Wikner jacob wikner@liu seAbstract Nowadays by rapid expansion of CMOS cameras and increasing tendency towardssystem on chip SOC architectures design of smart vision chips using CMOStechnology has become very attractive Smart vision chips are employed in manydifferent applications including in security and surveillance systems industrial machinevision robotics navigation traffic control systems smart medical systems and mobilecommunication systems Smart image sensors not only take images but also do someimage processing on them They use analog and digital processors on the image sensorfocal plane to perform image processing algorithms The digital imagers are moreattractive compared to their analogue counterparts because of their lower powerconsumption lower cost higher degree of on chip integration lower sensitivity againstnoise robustness against supply voltage and process parameter variations wider dynamicrange higher accuracy and more on chip functionality Each pixel of a smart digital imager consists of a photo detector an analog to digitalconverter ADC a storage block a processor and a control unit The converter thatconverts the analog photo generated current into its equivalent digital value has anessential role in the sensor performance It determines the performance by defining thedynamic range imaging speed and camera resolution In general the light convertershould be fast with low power consumption low area and wide dynamic range to beusable in the new digital image sensors In this dissertation first a general survey on the analog and digital smart vision chips isdone Then an analog smart image sensor based on cellular neural network CNN structure is designed In the sensor by using analog circuits on the focal plane a CNNbased noise reduction algorithm is implemented Then the existing digital pixel sensorsand light converters and their weaknesses are studied Following that three highperformance digital pixel sensors DPS by employing new pixel level converters areproposed The converters operate at low supply voltage and offer low powerconsumption low area wide dynamic range and high sensitivity The first proposed DPS is designed based on pulse frequency modulation PFM scheme using a new light to frequency LFC converter The proposed LFC has lowerpower consumption wider dynamic range and lower area compared to those of previous
استاد راهنما :
مسعود سيدي
استاد مشاور :
رسول دهقاني، J. Jacob Wikner
استاد داور :
عبدالرضا نبوي، اصغر غلامي، وحيد غفاري نيا
