應用於安全汽車之2-D光流晶片設計

先進安全車輛(Advanced Safety Vehicle, ASV)係屬於ITS子系統中的一環,其結合感測器、電腦、通訊、電機及控制技術應用於車輛及道路設施上,協助駕駛人提高行車安全性、增加道路容量並減少交通擁擠。而應用在ITS上之感測器主要可分為:(1)主動式感測器:超音波感測器、紅外線感測器、微波/毫米波雷達;(2)被動式感測器:影像感測器。

目前被動式影像感測器多使用CCD攝影機,因其具有高幾何解析度的優點,但相對價格高,且無法與其他系統整合於一積體電路上。相比之下CMOS

影像感測器則具有省電、短小、可攜性的特點,並結合影像感測、邏輯控制電路與智慧型功能於單一晶片上,而產生更多的創新用途。因此若能設計出一包含類比運算電路之CMOS影像感測器,並透過此一智慧型功能的感測器,往往能大幅的提升控制系統的性能,減少所需處理與傳送的資料量及時間。

安全車輛之影像偵測系統

而對於智慧型交通運輸系統(ITS)的應用(如圖1),我們可利用動態影像資訊來作為自我移動(ego-motion)參數的運算,例如計算出物體達到接觸的時間(Time-to-collision)以及擴張焦點(Focus of expansion)。然而向要從影像中得到運動向量場需耗費大量的計算,所以採用類比電路的方式所完成之晶片來求得影像之運動向量場,不僅減少了影像運算量,也可避免因數位電路的取樣時脈可能會發生時域交疊(Temporal aliasing)的情況,而且其消耗功率也比數位電路要來得小。因此我們利用光流演算法(Optical Flow Algorithm)來偵測出動態影像之二維運動向量場,並利用類比電路實現此一光流演算法,使其整合於單一晶片上。