南科大深港微电子学院本科生在集成电路设计领域高水平期刊发表研究成果

2022-05-07 科研聚焦 浏览量：18467

近日，南方科技大学深港微电子学院本科生姚若恒、邓寰识宏在集成电路设计领域高水平期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs(TCAS-II)上发表研究成果，主题分别为"Asynchronous Double-Frame-Exposure Binocular-Camera with Pixel-Level Pipeline Architecture for High-speed Motion Tracking"和" A Compact Hardware Architecture for Bilateral Filter with the Combination of Approximate Computing and Look-up Table"。

双帧曝光方法通过在高帧率视频中选取合适间隔的相邻帧，以提供高速图像流进行运动估计。该方法在工业界已广泛应用于基于视频流的速度测量，但仍受限于高速相机的成本。第一篇论文"Asynchronous Double-Frame-Exposure Binocular-Camera with Pixel-Level Pipeline Architecture for High-speed Motion Tracking"提出了一种用于运动估计的异步双帧曝光方法。基于该方法，研究人员设计了专用硬件架构实现透视变换和WALLIS滤波器，以消除两个相机位置不匹配和亮度方差。研究人员基于Lucas-Kanade光流算法在Xilinx Spartan-7 FPGA平台上搭建了高速运动估计系统，其最短时间间隔可以达到1.06ns。该系统大幅降低了双帧曝光方法的应用成本，且显著提高了测量速度上限。

图1：基于异步双帧曝光的高速运动估计系统整体硬件架构及系统效果演示

图像降噪是图像处理中的经典研究领域，旨在移除图像中的噪声。其中双边滤波算法由于具有边缘保存的特点，在图像去噪中得到了广泛的应用，而如何为其设计一种更紧凑的硬件结构是目前的研究热点之一。

第二篇论文" A Compact Hardware Architecture for Bilateral Filter with the Combination of Approximate Computing and Look-up Table"基于提出的分段近似拟合算法，设计了一种加速双边滤波的紧凑硬件结构。该研究采用最小二乘法对值域权重进行分段拟合，并预先存储在查找表中。因此大大减少了分段近似滤波器权重的存储和算术逻辑资源消耗，并且可以获得与标准双边率波相当的降噪和边缘保持性能。并且，该研究采用并行像素级流水线结构和基于查找表的除法器进行双边滤波归一化以加速算法。该设计对于8M像素(3268×2448)的视频，在最高工作频率278 MHz的情况下，也能达到30帧/秒以上的实时去噪，且硬件资源消耗达到同类设计领先水平。

图2：对双边滤波权重的分段线性拟合算法框架及双边滤波加速器硬件架构设计

第一篇论文的共同第一作者为南科大深港微电子学院2018级本科生姚若恒、邓寰识宏，第二篇论文的第一作者为姚若恒，指导老师为深港微电子学院副教授安丰伟。以上两篇论文，南科大均为论文第一单位。

论文链接：

1、https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9755979         

2、https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9733932