طراحی و پیاده سازی دو ساختار خط لوله ای برای محاسبه بی درنگ گشتاورهای مرتبه بالا در تصاویر خاکستری

گشتاورها در پردازش تصویر و برای بازشناسی الگو، بینایی ماشین و بسیاری از تکنیک های استخراج ویژگی های شیئ به کار می روند. به دلیل بار محاسباتی الگوریتم های محاسبه گشتاور، کاربرد آنها در حالت بی درنگ با مشکل مواجه است. این موضوع با افزایش مرتبه گشتاورها واضح تر می شود. در این مقاله دو ساختار جدید بر پایه آرایه تپنده، با استفاده از خاصیت های موازی سازی، خط لوله و متراکم کننده، برای محاسبه گشتاورهای تا مرتبه 14، 00M تا 77M، تصاویر خاکستری در حالت بی درنگ ارائه می شود. پیاده سازی ساختارها در تکنولوژی 18/0 میکرون CMOS انجام می شود.
یک سلول ساختار اول قادر است گشتاور مرتبه (p+q) از یک تصویر 1024×1024 را با سرعت 125 فریم در ثانیه محاسبه کند. با اتصال 11 سلول به یکدیگر و استفاده از عملکرد موازی، ساختار فوق می تواند 49 گشتاور اول یک تصویر 1024×1024 را با سرعت fps 30 محاسبه کند. بیشینه فرکانس کار ساختار 1، MHz 133 و توان مصرفی ساختار متشکل از 5 سلول، mW 36/14 است.
ساختار دوم با استفاده از سلول های ساختار اول پیشنهاد شده است که جمع کننده های سلول ها به بیرون از آنها انتقال داده شده اند. برای تسریع محاسبه مجموع خروجی های سلول ها، عملیات جمع با استفاده از متراکم کننده و یک جمع کننده انجام شده است. با استفاده از این روش، زمان نهفتگی نسبت به ساختار اول با استفاده از 9 سلول 3/3 برابر کمتر شد. بیشینه فرکانس کار این ساختار MHz 125 و توان مصرفی آن mW 34/58 است. کارآیی ساختار دوم از لحاظ فرکانس و توان مصرفی مشابه ساختار اول است و برای محاسبه گشتاورها در حالت بی درنگ مناسب است.