基于仿生运动能量特征的光流计算芯片设计综述

作     者：何俊贤 黄进国 石匆 HE Junxian;HUANG Jinguo;SHI Cong

作者机构：重庆大学微电子与通信工程学院重庆400044 

出 版 物：《微纳电子与智能制造》 (Micro/nano Electronics and Intelligent Manufacturing)

年 卷 期：2019年第1卷第3期

页      面：141-150页

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主　　题：光流估计 仿生视觉 运动能量 片上系统 

摘      要：简述了基于仿生视觉运动能量特征进行光流估计的原理,分析了已有的各种模型和算法,总结了以往基于运动能量特征的光流计算芯片设计的相关工作,其中重点介绍了一款基于全数字电路处理的仿生光流估计片上系统。该仿生系统从算法理论和硬件电路两方面进行协同优化设计。算法流程包括纹理增强,基于空间-时间联合滤波的运动能量特征提取,以及速度合成3个阶段,分别对应模拟了人类视觉系统中视网膜、视皮层V1区、视皮层V5/MT区与运动感知相关的各种神经元功能。为实时实现该算法,对应的片上系统硬件架构采用了帧级、像素流级和电路级3级流水线机制,并包含多个并行处理阵列以加快处理速度。阵列处理单元电路进行了优化设计,以减少硬件成本开销。基于Zynq-7020低成本FPGA平台实现了该仿生光流计算片上系统原型,每秒可实时估算30帧、每帧160×120个像素点的运动速度,平均误差小于0.5个像素。最后简单分析了限制目前基于仿生运动能量特征的光流计算系统准确度的关键因素,介绍了初步的解决方案,给出了未来该领域研究发展的方向。