An ASIC chip design with advanced image correction architectures for CMOS infrared imagers
CMOS kızılötesi görüntüleme sensörleri için gelişmiş görüntü düzeltme mimarilerini içeren uygulamaya özel tümdevre tasarımı
- Tez No: 878788
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Bu tez, CMOS ve MEMS teknolojilerine dayalı kızılötesi görüntüleyicilerin performansını artırmaya yönelik kesintisiz, çip üzerinde çözümler sağlamak için ileri seviye görüntü düzeltme mimarilerileriyle desteklenmiş bir uygulamaya özel tüm devre (ASIC) sunmaktadır. Tümdevre, seri arayüz modülü, kontrol birimi, ayarlama hafızası, görüntü hafızası ve kalibrasyon hafızası olmak üzere beş bileşenden oluşmaktadır. Tümdevre ve kullanıcı arasındaki iletişim seri arayüz tarafından gerçekleştirilmektedir. Kontrol birimi görüntü üretebilmek için gereken zamanlama sinyallerini üretmekte ve akan görüntü üzerinde otomatik kazanç kalibrasyonu, ilintili çifte örnekleme (CDS), çip üzerinde ortalama ve ölü piksel düzeltme gibi görüntü düzeltme operasyonlarını gerçekleştirmektedir. Ayarlama hafızası 63x16 ayar biti tutabilmektedir. Görüntü hafızası 17x16x16 bit boyutundadır, ve işlenmiş görüntüyü depolamakla yükümlüdür. Kalibrasyon hafızası 16x20x7 bitten olusur ve her bir piksel icin 7 bitlik kazanç ayarini tutar. Sunulan tümdevre, ileri teknoloji benzetim, sentez ve serim araçları kullanılarak tasarlanmıştır, ve kodlama Verilog Donanım Tanımlama Dili'nde yapılmıştır. Tasarım, 0.18 μm CMOS teknolojisinde üretilmiştir, ve üretilen çip, tüm işlevlerinin doğrulanması amacıyla etraflıca test edilmiştir. Tümdevre, 1.8 V'luk besleme voltajı ve 5 MHz saat frekansında çalışmakta, yaklaşık 41 K mantık hücresi ile 1.233 mm2 alan kaplamakta, ve 2.30 mW güç tüketmektedir. Otomatik kazanç kalibrasyonu pikseller arasındaki standart sapmayı %39 azaltmaktadır. İlintili çifte örnekleme, okuma devresinin getirdiği sapmayı çıkartmakta ve kolonlar arasındaki standart sapmayı %32 azaltmaktadır. Çip üzerinde ortalama, yüksek frekanslı gürültüleri başarılı şekilde baskılayarak sinyal gürültüsünü %82 azaltmaktadır. Ölü piksel düzeltme uygulaması da ölü pikselleri öngörüldüğü şekilde ortadan kaldırmaktadır. Sunulan tümdevre CMOS kızılötesi görüntüleyicilerinin görüntü kalitesini büyük oranda iyileştirmektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a new application specific integrated circuit (ASIC) with advanced image correction architectures to provide a seamless, on-chip solution to enhance the performance of infrared imagers based on CMOS and MEMS technologies. The ASIC consists of 5 main components, including a serial interface module, a controller unit, a configuration memory, an image memory, and a calibration memory. The communication between the ASIC and the external firmware is handled by serial interface module. The controller unit generates the necessary timing signals to generate the image and performs the image correction operations to the streaming image like automatic readout gain calibration, correlated double sampling (CDS), on-chip averaging, and dead pixel correction. The configuration memory holds 63x16 setting bits. The image memory has a size of 17x16x16 bits and is responsible for storing the final infrared image. The calibration memory has 16x20x7 bits to store the 7 bit gain settings for each pixel. The ASIC is designed using the cutting-edge simulation, synthesis, and layout generation tools, and all coding is done in Verilog HDL. The design is manufactured in a 0.18 μm CMOS technology, and the fabricated chip is tested exhoustively to verify all of the functions. The ASIC utilizes about 41 K logic cells, occupies 1.233 mm2, and consumes only 2.30 mW, while operating from a 1.8 V supply voltage and running at a 5 MHz clock frequency. The automatic readout gain calibration reduces the standard deviation of the pixel signals by 39% while the correlated double sampling removes the readout offsets and reduces the standard deviation among the columns by 32%. The on-chip averaging successfully suppresses the high frequency noises and achieves 82% reduction on the signal noise, and the dead pixel correction properly eliminates the dead pixels. The results show that ASIC implementation of the image correction algorithms greatly enhance the image quality of the CMOS infrared imagers.
Benzer Tezler
- VHDL ile lojik devre tasarımı ve DSP uygulamaları için çarpma bloklarının modellenmesi
Başlık çevirisi yok
SIDDIKA BERNA ÖRS
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DERVİŞOĞLU
- Açık kaynak kodlu OpenRISC tabanlı kırmık üstü sistemlerin gerçeklenmesi ve uygulamaları
Implementation and applications of open source OpenRISC based SOC's
LATİF AKÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- IEEE 1149.1 standardı kullanarak test edilebilir lojik devre tasarımı
Testable lojik circit design by using IEEE 1149.1 standard
A.BETÜL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. AHMET DERVİŞOĞLU
- Design and implementation of low power interface electronics for vibration-based electromagnetic energy harvesters
Titreşime dayalı elektromanyetik enerji üreteçleri için düşük güçlü arayüz elektronik devrelerinin tasarımı ve uygulaması
ARİAN RAHİMİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. HALUK KÜLAH
YRD. DOÇ. DR. ALİ MUHTAROĞLU
- Mekatronik sistemlerde klonlamaya karşı elektronik çözümler
Electronic solutions against cloning in mechatronic systems
EMRAH ABTİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN