2001 Fiscal Year Annual Research Report
網膜・脳機能に学んだ動き検出ネットワークの集積回路化研究
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11555013
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大島 直樹 山口大学, 工学部, 講師 (70252319)
古川 雄三 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (20324486)
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| Keywords | 網膜機能 / 脳機能 / 動き検出 / エッジ検出 / 樹状突起 / アナログネットワーク / アナログ集積回路 |
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| Research Abstract |
人や動物は、網膜に映った二次元画像を基にして物体の動きを検出し、必要な措置をとる。下等動物でも持つこの動き検出機能は、移動体の衝突回避や自律ロボット等の広い応用が期待されている。このため、本研究では生体の網膜と下等動物の脳機能に学んで、動き検出アナログ集積回路の基盤技術を構築することを目指した。
第一に、局所明暗順応を可能にするシンプルな基本回路を考案し、明るさに応じて空間分解能を変えながら物体のエッジ出力がほぼ同レベルになることを、回路シミュレーションとテストチップの実験により確認した。フォトダイオードの入力感度を網膜の視細胞に近づけるために、微弱光電流を増幅する回路と通常レベルの光電流を増幅する回路とを設け、7桁のダイナミックレンジを得ることができた。第二に、二次元動き検出ネットワークを昆虫の脳機能に学んでアナログネットワークを考案した。接近する物体のエッジの拡大速度を検出することによって、接近する物体の速度と方向を検知できることが回路シミュレーションによって示された。物体のエッジ検出回路からの出力を二値化してこの動き検出回路に接続することにより、アナログ出力の誤差が次段のネットワークに引き継がれることを防ぐことができた。第三に、神経細胞の樹状突起に接続するシナプス結合の位置が空間情報を持っており、時間遅れがあることに着目して、きわめてシンプルな基本回路と基本ネットワークによって、時空間の変化を検出できることを明らかにした。同じ基本ネットワークによって物体のエッジ検出と動き検出の両機能を得ることができた。これにより、両機能を統合した拡張性の高い基本回路と基本ネットワークを実現できた。
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[Publications] M.Ohtani, H.Yamada, K.Nishio, H.Yonezu, Y.Furukawa: "Analog LSI Implementation of Biological Direction-Selective Neurons"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.41・No.3A. 1409-1416 (2002)
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[Publications] H.Yamada, T.Miyashita, M.Ohtani, K.Nishio, H.Yonezu, Y.Furukawa: "An Integrated Circuit for Two-Dimensional Edge-Detection with Local Adaptation Based on Retinal Networks"Opt.Rev.. Vol.9・No.1. 1-8 (2002)
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[Publications] H.Yamada, T.Miyashita, M.Ohtani, K.Nishio, H.Yonezu, Y.Furukawa: "Signal Formation of Image-Edge Motion Based on Biological Retinal Networks and the Implementation into an Analog MOS Circuit"Opt.Rev.. Vol.8・No.5. 336-342 (2001)
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[Publications] M.Ohtani, H.Yonezu, T.Asai: "Analog Metal-Oxide-Silicon IC Implementation of Motion-Detection Network Based on Biological Correlation Model"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39・No.3A. 1160-1164 (2000)
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[Publications] T.Asai, M.Ohtani, H.Yonezu: "Analog MOS Circuits for Motion Detection Based on Correlation Neural Networks"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.38・No.4B. 2256-2261 (1999)
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[Publications] H.Yonezu, K.Tsuji, D.Sudo, J.-K.Shin: "Self-Organizing Network for Feature-Map Formation:Analog Integrated Circuit Robust to Device and Circuit Mismatch"J.Computers & Electrical Engineering. Vol.24. 63-73 (1998)
