Σχεδιασμός αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων επεξεργασίας σήματος για εφαρμογές επεξεργασίας εικόνας
Creators: name: Φίκος, Γεώργιος Δ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2005
Subjects: Φωτοκυκλώματα
Κυκλώματα επεξεργασίας σήματος/εικόνας
Photocircuits
Signal/image processing circuits

description: Το αντικείμενο της παρούσης διδακτορικής διατριβής είναι ο σχεδιασμός αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων επεξεργασίας σήματος για εφαρμογές επεξεργασίας εικόνας. Στη διατριβή, έγινε μελέτη και σχεδιασμός κυκλωμάτων επεξεργασίας σήματος τεχνολογίας CMOS τα οποία έχουν εφαρμογή στην περιοχή της επεξεργασίας εικόνας, καθώς οι συναρτήσεις που υλοποιούν χρησιμοποιούνται σε αλγόριθμους επεξεργασίας και κατηγοριοποίησης εικόνας. Σχεδιάστηκε ένας τετραγωνιστής διαφοράς τάσεων με υψηλή αποδοτικότητα ρεύματος, στην πόλωση του οποίου χρησιμοποιείται ένα πρωτότυπο κύκλωμα εξαγωγής τάσης κατωφλίου. Σαν εφαρμογή παρουσιάζεται ένα σύστημα που χρησιμοποιεί κύκλωμα ευκλείδειας απόστασης με τον προτεινόμενο τετραγωνιστή, για την αναγνώριση χειρόγραφων αριθμητικών ψηφίων. Στη συνέχεια προτείνεται ένα κύκλωμα ευκλείδειας κανονικοποίησης ρευματικού διανύσματος εισόδων. Το κύκλωμα αυτό πολώνεται με το κύκλωμα εξαγωγής τάσης κατωφλίου. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένα απλό κύκλωμα εύρεσης ευκλείδειου μέτρου τασικού διανύσματος εισόδου, και προτείνεται μια βελτιωμένη εκδοχή του με την χρησιμοποίηση κατάλληλα πολωμένων τρανζίστορ επιπλέουσας πύλης. Η πόλωση επιτυγχάνεται με ένα πρωτότυπο κύκλωμα πόλωσης για την ακύρωση της τάσης κατωφλίου ενός τρανζίστορ επιπλέουσας πύλης. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ένα μη γραμμικό φίλτρο τάξης, με χαρακτηριστικά όπως πολύ μεγάλη ακρίβεια και ταχύτητα, εύκολη επεκτασιμότητα σε πολλές εισόδους (γραμμικής πολυπλοκότητας), και ηλεκτρονικό έλεγχο της εξαγόμενης τάξης. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας, παρουσιάζεται ένα πρωτότυπο φωτοκύκλωμα λογαριθμικής μετατροπής φωτορεύματος σε τάση, που ενσωματώνει τρανζίστορ επιπλέουσας πύλης για την επίτευξη αντιστάθμισης ανομοιογένειας και ενίσχυσης της εξόδου. Οι επιδόσεις του φωτοκυκλώματος ελέγχθηκαν πειραματικά, με την υλοποίηση πίνακα 32x32 φωτοκυκλωμάτων σε τεχνολογία CMOS της AMS 0.6μm. Τέλος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και προτάσεις μελλοντικής έρευνας
description: The subject of this Ph.D. dissertation is the design of analog integrated circuits for signal processing with applications on image processing. The circuits presented in it, belong to the general field of signal processing circuits and are also applied to the specialized field of image processing, since they implement functions that are used in image processing algorithms. At first, a VT extractor of high accuracy and robustness is presented, and is used in the biasing of a novel, differential voltage squarer, of high current efficiency. A hand-written digit recognition system is then presented, which uses a Euclidean distance calculating circuit, employing the proposed squarer. Continuing, a CMOS vector normalization circuit exploiting the VΤ extractor for producing the desired bias, is proposed. Also, a simple circuit producing the Euclidean measure of an input vector is presented, followed by an improved version utilizing specially biased, floating gate MOS transistors (FGMOS). A rank order filter of high accuracy and speed, of linear complexity to the number of inputs (O(n)) and with electronic control of the extracted rank, is included in the dissertation, which is concluded with the presentation of an Active Pixel Sensor employing a photocell that utilizes FGMOS transistors for Fixed Pattern Noise correction and output amplification. Experimental results of a 32x32 photoarray of the aforementioned photocell, fabricated in AMS 0.6μm CMOS double-poly n-well process, are also presented, confirming the array's theoretic behavior