一种新型直方图统计芯片的设计

图像处理技术已广泛应用于通信系统、雷达、生物医学电子、电子测试设备、工业测试和生活的方方面面，特别是便携式仪器，要求芯片尽可能地小和快七为此，本文依据集成电路的特点，并依据最少MOS管的设计理念，设计出一款直方图统计处理芯片。该集成电路可优化现有图像处理算法，并已在Matlab平台⑴上仿真成功。依据优化好的算法，可在TannerEDA平台上设计图像处理逻辑图、晶体管网表，并设计出版图。也可以依据CMOS相应的工艺流程提取各光刻工艺的掩模版。

1  图像算法的优化

图像直方图用于描述图像中各灰度级出现的相对频率。基于直方图的灰度变换就是调整图像直方图到一个预定的形状。例如，一些图像由于其灰度分布集中在较窄的区间，对比度很弱，图像细节看不清楚。此时，可采用图像灰度直方图进行修正处理，以使得图像的灰度分布趋向均匀，图像所占有的象素灰度间距拉开，加大图像反差,改善视觉效果，达到增强的目的。

直方图是用来表达一帧图像灰度等级分布情况的统计图表。直方图的横坐标是灰度，一般用r表示;纵坐标视图像类型而定，对连续图像，它是灰度值出现的概率Pr(r)。

式中，A为图像面积。

依据集成电路特点可对算符进行优化。对于数字图像，它是灰度值为ri的像素个数S_r(r)，如式(1)所示。图1所示是用Matlab仿真原图与直方图统计的结果，该直方图统计显示出该图像色彩发暗，像素多集中在色彩度低的区域。一般S_r(r)就是灰度为r_i的像素个数。

2  直方图统计电路

本文中的直方图统计芯片的设计方案是：通过8根输入线将图像中的数据传输到与非门生成的256个比较器中，对。0〜255个元素进行比较，然后将比较结果送入由JK触发器组成地计数器中，从而构成输入级，此外，将RESET,CLK和START也作为输入端口。CLK每翻转一次，计数器计数一次。RESET端为“0”时进行复位，为“1”时开始计数。输出级则由比较器和与非门构成,也利用8根输出线将数据传出。从而将图像中的各元素数目统计出来，最后生成直方统计图。

图2直方图统计电路的信号管脚分布图

本文介绍的直方图统计芯片共采用了257个8位计算器、512个比较器等多个器件，其新型直方图统计电路的信号管脚排列如图2所示。

3  版图设计

采用华润上华阱CMOS工艺，在TANNER平台上设计直方图统计的版图如图3所示，该版图由N Well图层、Active图层、N Select图层、P Select 图层、Poly 图层、Metal 1 图层、Active Contact 图层等构成，其中放大部分为2输入与门的NMOS部分,其芯片图面积单位为

4  结语

依据IC特点，该直方图芯片在设计过程中直接用晶体管来优化图像处理算法,而采用晶体管设计电路,使得图像处理芯片的MOS器件比釆用HDL综合芯片少77.4%,因而晶体管使用效率更高、速度更快、性能更优,适合于便携式图像处理器。该芯片现已在Matlab平台上仿真成功，并可依据CMOS相应的工艺流程提取各光刻工艺的掩模版。