サイクリックパイプラインA/D変換に基づく超高速ディジタルイメージセンサの研究

• 研究課題/領域番号: 13023204
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 川人 祥二 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40204763)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円); 2002年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 2001年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
• キーワード: 高速イメージセンサ / A / D変換 / 画像圧縮 / パイプラインA / マシンビジョン / 高速物理現象 / D変換器 / サイクリックパイプライン / ITS

研究概要

高速物理現象の解明、次世代道路交通システム(ITS)における車載用画像入力装置、ロボットビジョン、マシンビション等に要求される極めて高速の画像のリアルタイム処理を行う上での1つの重要な課題は、A/D変換とその伝送である。本研究では、イメージセンサ上において、超高速に映像信号をA/D変換し、画像符号化により高速信号伝送が可能なCMOSディジタルイメージセンサのアーキテクチャを提案するとともに、試作により、その性能実証を行うことを目的とした。本研究の成果として、実際にサイクリックパイプラインA/D変換方式を32チャネル集積化した2眼のCMOSイメージセンサを試作し、画像取得に成功し、Symp. VLSI Circuitsにて発表した。ブロック読みだしという特殊なアクセス方法をとっているにも関わらず、300frames/sの高速撮像を実証している。また、これまで高速画像のためのデータ圧縮回路として、分散演算法に基づく4×4点2次元DCT回路と、4×16点を単位とする1次元ハフマン符号化により、極めて小面積・高速化でき、その符号化効率が低圧縮領域において、motion JPEGをやや上回る性能が得られることを見いだした。さらに、256×256画素で最高速度2000frames/sの高速度CMOSイメージセンサを0.6umCMOS技術に基づき実際に試作し、撮像に成功した。さらに、高速撮像において問題となるリセット雑音を除去可能な、相関2重サンプリング機能を有する画素回路を考案し、ノイズレベルを従来の約1/3にすることができることをノイズ解析モデルを構築し、計算した結果明らかになった。また、パイプラインA/D変換器に関しては、10b 30MS/s低消費電力化が可能な疑似差動方式を提案するとともに、試作により、十分な精度が得られることを示している。これらにより、目標とするA/D変換器まで組み込んだ高速度イメージセンサ及びこれを用いた高速度カメラを実際に実現できる見通しがえられた。

研究成果

• [文献書誌] T.Kato, S.Kawahito, K.Kobayashi, H.Sasaki, T.Eki, T.Hisanaga: "A Binocular CMOS Range Image Sensor with Bit-Serial Block-Parallel Interface Using Cyclic Pipelined ADC's"Dig. Tech. Papers, Symp. VLSI Circuits. 270-271 (2002)
• [文献書誌] S.Kawahito, D.Handoko, Y.Tadokoro, A.Matsuzawa: "Low-Power motion vector estimation using interactive search block matching methods and a high-speed non-destructive CMOS image sensor"IEEE Trans. Circuits and Systems Video Technology. 12・12. 1084-1092 (2002)
• [文献書誌] D.Miyazaki, M.Furuta, S.Kawahito: "A 10-b 30-MS/s low-power pipelined A/D converter using a pseudo differential architecture"IEEE J. Solid-State Circuits. 38・2. 369-373 (2003)
• [文献書誌] 井上徹, 酒匂善知, 川人祥二: "高速撮像用CMOSイメージセンサの低ノイズ化の検討"映像情報メディア学会年次大会講演予稿集. 15-5(CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] 河合信宏, 高嶋大, 川人祥二: "高速非破壊読みだしを用いたCMOSイメージセンサのノイズ低減処理"映像情報メディア学会年次大会講演予稿集. 14-8(CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] S.Kawahito: "Recent Developments in Sensor Interfaces (invited)"Book of Abstracts, EUROSENSORS XVI. 1. 5-6 (2002)
• [文献書誌] T.Kato, S.Kawahito, K.Kobayashi, H.Sasaki, T.Eki, T.Hisanaga: "A Binocular CMOS Range Image Sensor with Bit-Serial Block-Parallel Interface Using Cyclic Pipelined ADC's"Dig. Tech. Papers, Symp. VLSI Circuits. (6月発行). (2002)
• [文献書誌] D, Handoko, 川人祥二, 田所嘉昭, 松澤昭: "高速非破壊中間撮像CMOSイメージセンサの設計と試作"映像情報メディア学会誌. 55・2. 264-270 (2001)
• [文献書誌] 枝元正和, 榊原雅樹, 川人祥二: "高速CMOSイメージセンサ用画像圧縮回路の検討"映像情報メディア学会2001年度年次大会予稿集. 25・16. 391-392 (2001)
• [文献書誌] 榊原雅樹, 枝元正和, 川人祥二: "高速CMOSイメージセンサにおける電子シャッター機能の検討"電子情報通信学会2001年ソサイエティ大会. C-12-34. 95 (2001)
• [文献書誌] D.Handoko, S.Kawahito, Y.Tadokoro, A.Matsuzawa: "A Bidirectional Multiple Charge Transfer Active Pixel Image Sensor for Low-Power Focal Plane Motion Vector Estimation"Trans. of IEE, Japan. 121E,1. 1-7 (2001)