多重解像度νMOSピクレット抽出器を用いた知的画像認識ハードウェアの研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305024
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 柴田 直 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (00187402)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三田 吉郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (40323472)
• Keywords: 画像認識 / 連想処理 / 連想プロセッサ / CMOS VLSI / Zoom Lens Metaphor / 低消費電力 / アナログVLSI / 多重解像度

Research Abstract

本年度は最終年度にあたるため、各要素となるVLSIチップの完成度を上げ、実際にチップ上で画像認識の実証試験を行った。主な研究の柱は次の4点である:(1)高速且つ汎用の連想プロセッサのCMOSデジタルVLSIでの実現;(2)究極の低消費電力を目指したアナログ連想プロセッサの実現;(3)多重解像度対応の入力画像処理VLSIチップの実現;(4)多重解像度を用いた柔軟な画像認識ハードウェアアルゴリズムの開発。
上記(1)に関しては、最大類似度パターンの高速想起のために、"2次元ビット伝播型ウィナー・テーク・オール"と呼ぶ新たな回路方式を考案するとともに、新規なアドレシング方式を導入して多様な連想想起処理に対し柔軟且つ高速に処理できるVLSIチップ開発に成功した。(2)では、CMOS共鳴回路を新たに考案、これにνMOSの概念を融合させてマッチングの条件を自在に変化可能とし、柔軟な連想回路を実現した。さらにこの回路方式は広範な電流レンジで動作可能で有り、above threshold動作に対し電流値を3桁下げた超低消費電力sub threshold動作でも、認識能力には全く問題のないことを実証した。(3)は、最も時間のかかる処理のVLSIチップ化であり、デジタル・アナログ両方式ともに新たなアルゴリズムを導入してチップを試作、基本動作を確認した。(4)に関しても、本年度は目覚しい成果が得られた。部分的に欠けたパターンの再生や、複雑に重なり合ったパターンの分離・認識、さらに"Zoom lens metaphor"(小さな文字の集合で、ひとつの大きな文字を描いたものの認知)と呼ばれる認知科学の分野で困難とされる問題も、うまく解けることを示した。ここで重要なことは、それぞれの問題に特化した手法を用いて解いたのではなく、すべて同じ処理、つまりヒトの脳と同様の連想処理で解決した点である。ヒトの認知に近い処理がVLSIハードウェアで実現できることを示した非常にオリジナリティの高い研究成果であると考えている。

Research Products

• [Publications] T.Yamasaki, T.Shibata: "An Analog Similarity Evaluation Circuit Featuring Variable Functional Forms"Proc. The 2001 IEEE International Symposium on Circuits and Systems(ISCAS 2001), Sydney, Australia, May. 6-9, 2001. III. 561-564 (2001)
• [Publications] M.Adachi, T.Shibata: "Image Representation Algorithm Featuring Human Perception of Similarity for Hardware Recognition Systems"Proc. the International Conference on Artificial Intelligence (IC-AI2001), Ed. by H. R. Arabnia, (CSREA Press, ISDBN:1-892512-78-5), Las Vegas, Nevada, USA, June 25-28, 2001. Vol.I. 229-234 (2001)
• [Publications] T.Yamasaki, K.Yamamoto, T.Shibata: "Analog Pattern Classifier with Flexible Matching Circuitry Based on Principal-Axis -Projection Vector Representation"Proc. the 27^<th> European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC 2001), Ed. by F. Dielacher and H. Grunbacher, (Frontier Group), Villach, Austria, September 18-20, 2001. 212-215 (2001)
• [Publications] M.Ogawa, T.Shibata: "NMOS-based Gaussian-Element-Matching Analog Associative Memory"Proc.the 27^<th> European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC 2001), Ed. by F. Dielacher and H. Grunbacher, (Frontier Group), Villach, Austria, September 18-20, 2001. 272-275 (2001)
• [Publications] K.Ito, M.Ogawa, T.Shibata: "A High-Performance Time-Domain Winner-Take-All Circuit Employing OR-Tree Architecture"Extended Abstracts, the 2001 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2001), Tokyo, September 26-28, 2001. 94-95 (2001)
• [Publications] K.Ito, M.Ogawa, T.Shibata: "A High-Performance Time-Domain Winner-Take-All Circuit Employing OR-Tree Architecture"Japanese Journal of Applied Physics. (Accepted for Publication). (2002)
• [Publications] T.Yamasaki, T.Shibata: "Analog Soft-Pattern-Matching Classifier Using Floating-Gate MOS Technology"to be published in Advances in Neural Information Processing Systems 14. (Accepted for Publication). (2002)
• [Publications] M.Yagi, T.Shibata: "A Human-Perception-like Image Recognition System based on PAP Vector Representation with Multi Resolution Concept"to be presented at 2002 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP 2002), Florida, May 13-17, 2002. (Accepted for Publication). (2002)
• [Publications] M.YAGI, T.SHIBATA, K.TAKADA: "Optimizing Feature-Vector Extraction Algorithm from Grayscale Images for Robust Medical Radiograph Analysis"Proc. of Fourth International Conference on Multimedia and Image Processing, June 9-13, 2002, Orland, USA. (Accepted for Publication). (2002)
• [Publications] M.Ogawa, K.Ito, T.Shibata: "A general-purpose vector-quantization processor employing two-dimensional bit-propagating winner-take-al"the Digest of Technical Papers of 2002 Symposium on VLSI Circuits, Honolulu, June 13-15, 2002. (Accepted for Publication). (2002)
• [Publications] M.Yagi, T.Shibata: "An Associative-Processor-Based Mixed Signal System for Robust Image Recognition"Proc. of 2002 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2002), Arizona, May 26-29, 2002. (Accepted for Publication). (2002)