一種新型直方圖統(tǒng)計(jì)芯片的設(shè)計(jì)

圖像處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)電子、電子測試設(shè)備、工業(yè)測試和生活的方方面面，特別是便攜式儀器，要求芯片盡可能地小和快七為此，本文依據(jù)集成電路的特點(diǎn)，并依據(jù)最少M(fèi)OS管的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出一款直方圖統(tǒng)計(jì)處理芯片。該集成電路可優(yōu)化現(xiàn)有圖像處理算法，并已在Matlab平臺(tái)⑴上仿真成功。依據(jù)優(yōu)化好的算法，可在TannerEDA平臺(tái)上設(shè)計(jì)圖像處理邏輯圖、晶體管網(wǎng)表，并設(shè)計(jì)出版圖。也可以依據(jù)CMOS相應(yīng)的工藝流程提取各光刻工藝的掩模版。

1  圖像算法的優(yōu)化

圖像直方圖用于描述圖像中各灰度級(jí)出現(xiàn)的相對(duì)頻率?；谥狈綀D的灰度變換就是調(diào)整圖像直方圖到一個(gè)預(yù)定的形狀。例如，一些圖像由于其灰度分布集中在較窄的區(qū)間，對(duì)比度很弱，圖像細(xì)節(jié)看不清楚。此時(shí)，可采用圖像灰度直方圖進(jìn)行修正處理，以使得圖像的灰度分布趨向均勻，圖像所占有的象素灰度間距拉開，加大圖像反差,改善視覺效果，達(dá)到增強(qiáng)的目的。

直方圖是用來表達(dá)一幀圖像灰度等級(jí)分布情況的統(tǒng)計(jì)圖表。直方圖的橫坐標(biāo)是灰度，一般用r表示;縱坐標(biāo)視圖像類型而定，對(duì)連續(xù)圖像，它是灰度值出現(xiàn)的概率Pr(r)。

式中，A為圖像面積。

依據(jù)集成電路特點(diǎn)可對(duì)算符進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于數(shù)字圖像，它是灰度值為ri的像素個(gè)數(shù)S_r(r)，如式(1)所示。圖1所示是用Matlab仿真原圖與直方圖統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，該直方圖統(tǒng)計(jì)顯示出該圖像色彩發(fā)暗，像素多集中在色彩度低的區(qū)域。一般S_r(r)就是灰度為r_i的像素個(gè)數(shù)。

2  直方圖統(tǒng)計(jì)電路

本文中的直方圖統(tǒng)計(jì)芯片的設(shè)計(jì)方案是：通過8根輸入線將圖像中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c非門生成的256個(gè)比較器中，對(duì)。0?255個(gè)元素進(jìn)行比較，然后將比較結(jié)果送入由JK觸發(fā)器組成地計(jì)數(shù)器中，從而構(gòu)成輸入級(jí)，此外，將RESET,CLK和START也作為輸入端口。CLK每翻轉(zhuǎn)一次，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次。RESET端為“0”時(shí)進(jìn)行復(fù)位，為“1”時(shí)開始計(jì)數(shù)。輸出級(jí)則由比較器和與非門構(gòu)成,也利用8根輸出線將數(shù)據(jù)傳出。從而將圖像中的各元素?cái)?shù)目統(tǒng)計(jì)出來，最后生成直方統(tǒng)計(jì)圖。

圖2直方圖統(tǒng)計(jì)電路的信號(hào)管腳分布圖

本文介紹的直方圖統(tǒng)計(jì)芯片共采用了257個(gè)8位計(jì)算器、512個(gè)比較器等多個(gè)器件，其新型直方圖統(tǒng)計(jì)電路的信號(hào)管腳排列如圖2所示。

3  版圖設(shè)計(jì)

采用華潤上華阱CMOS工藝，在TANNER平臺(tái)上設(shè)計(jì)直方圖統(tǒng)計(jì)的版圖如圖3所示，該版圖由N Well圖層、Active圖層、N Select圖層、P Select 圖層、Poly 圖層、Metal 1 圖層、Active Contact 圖層等構(gòu)成，其中放大部分為2輸入與門的NMOS部分,其芯片圖面積單位為

4  結(jié)語

依據(jù)IC特點(diǎn)，該直方圖芯片在設(shè)計(jì)過程中直接用晶體管來優(yōu)化圖像處理算法,而采用晶體管設(shè)計(jì)電路,使得圖像處理芯片的MOS器件比釆用HDL綜合芯片少77.4%,因而晶體管使用效率更高、速度更快、性能更優(yōu),適合于便攜式圖像處理器。該芯片現(xiàn)已在Matlab平臺(tái)上仿真成功，并可依據(jù)CMOS相應(yīng)的工藝流程提取各光刻工藝的掩模版。