TOF 센서용 3차원 깊이 영상 추출을 위한 차동 CORDIC 기반 고속 위상 연산기

• Published in: 한국정보통신학회논문지 Vol. 18; no. 3; pp. 643 - 650
• Main Authors: 구정윤, 신경욱, Koo, Jung-Youn, Shin, Kyung-Wook
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국정보통신학회 01.03.2014
• Subjects: 전자/정보통신공학
• ISSN: 2234-4772; 2288-4165
• DOI: 10.6109/jkiice.2014.18.3.643

A hardware implementation of phase calculator for extracting 3D depth image from TOF(Time-Of-Flight) sensor is described. The designed phase calculator adopts redundant binary number systems and a pipelined architecture to improve throughput and speed. It performs arctangent operation using vectoring mode of DCORDIC(Differential COordinate Rotation DIgital Computer) algorithm. Fixed-point MATLAB simulations are carried out to determine the optimal bit-widths and number of iteration. The phase calculator has ben verified by FPGA-in-the-loop verification using MATLAB/Simulink. A test chip has been fabricated using a TSMC $0.18-{\mu}m$ CMOS process, and test results show that the chip functions correctly. It has 82,000 gates and the estimated throughput is 400 MS/s at 400Mhz@1.8V. TOF(Time-Of-Flight) 센서에 의해 획득된 정보로부터 3차원 깊이 영상(depth image)을 추출하기 위한 위상 연산기 하드웨어를 구현한다. 설계된 위상 연산기는 DCORDIC(Differential COordinate Rotation DIgital Computer) 알고리듬의 벡터링 모드를 이용하여 아크탄젠트 연산을 수행하며, 처리량과 속도를 늘리기 위해 잉여 이진 수체계와 파이프라인 구조를 적용하였다. 고정 소수점 MATLAB 시뮬레이션을 통해 검증하고 최적 데이터 비트 수 및 반복 횟수를 결정하였으며, MATLAB/Simulink와 FPGA 연동을 통해 하드웨어 동작을 검증하였다. TSMC $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정으로 테스트 칩을 제작하였으며, 테스트 결과 정상 동작함을 확인하였다. 약 82,000 게이트로 구현되었고, 400MHz@1.8V로 동작하여 400 MS/s의 연산 성능을 갖는 것으로 평가되었다.