JP6809565B2 - Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device - Google Patents
Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6809565B2 JP6809565B2 JP2019110274A JP2019110274A JP6809565B2 JP 6809565 B2 JP6809565 B2 JP 6809565B2 JP 2019110274 A JP2019110274 A JP 2019110274A JP 2019110274 A JP2019110274 A JP 2019110274A JP 6809565 B2 JP6809565 B2 JP 6809565B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- feature extraction
- light receiving
- processing unit
- convolution
- element according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
本発明は、特徴抽出素子、特徴抽出システム、および判定装置に関する。 The present invention relates to a feature extraction element, a feature extraction system, and a determination device.
画像をブロックに分割してブロック毎に特徴抽出することにより処理を高速化する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2008−148298号公報
There is a method of speeding up processing by dividing an image into blocks and extracting features for each block (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 JP-A-2008-148298
画像として取り込んだデータを処理して特徴抽出するので、画像を生成する処理、生成した画像を転送する処理等に時間がかかり、十分に高速化できたとはいえなかった。 Since the data captured as an image is processed and the features are extracted, it takes time to generate the image, transfer the generated image, and the like, and it cannot be said that the speed can be sufficiently increased.
本発明の第1の態様においては、受光した光を光電変換する複数の受光素子が二次元的に配列される受光基板と、受光基板に積層される1または複数の他の基板を備え、他の基板は、受光素子ごと、または複数の受光素子からなるブロックごとに対応して設けられる複数の乗算回路を有し、複数の乗算回路を用いて複数の受光素子から出力された信号を畳み込み演算する畳み込み処理部と、畳み込み処理部から出力された信号を予め定められた条件に基づいてサンプリングするプーリング処理部と、サンプリングされた信号を複数の乗算回路へ受け渡すための接続配線とを有する特徴抽出素子が提供される。 In the first aspect of the present invention, a light receiving substrate in which a plurality of light receiving elements for photoelectrically converting the received light are two-dimensionally arranged, and one or a plurality of other substrates laminated on the light receiving substrate are provided. The substrate has a plurality of multiplication circuits provided for each light receiving element or for each block composed of a plurality of light receiving elements, and the signals output from the plurality of light receiving elements are convolved using the plurality of multiplication circuits. Features include a convolution processing unit, a pooling processing unit that samples the signal output from the convolution processing unit based on predetermined conditions, and a connection wiring for passing the sampled signal to a plurality of multiplication circuits. An extraction element is provided.
本発明の第2の態様においては、上記特徴抽出素子と、畳み込み処理部の畳み込み演算と、プーリング処理部のサンプリングを繰り返すように制御する制御部とを備え、制御部は、畳み込み演算を繰り返し行う際に、それぞれ予め定められたフィルタ係数を用いるように畳み込み処理部を制御する特徴抽出システムが提供される。 In the second aspect of the present invention, the feature extraction element, the convolution calculation of the convolution processing unit, and the control unit that controls the sampling of the pooling processing unit to be repeated are provided, and the control unit repeatedly performs the convolution calculation. At that time, a feature extraction system for controlling the convolution processing unit so as to use a predetermined filter coefficient is provided.
本発明の第3の態様においては、上記の特徴抽出素子と、プーリング処理部からの出力に基づいて抽出される特徴量により撮像対象を判定する判定部とを備える判定装置が提供される。 In the third aspect of the present invention, a determination device including the above-mentioned feature extraction element and a determination unit for determining an imaging target based on a feature amount extracted based on an output from a pooling processing unit is provided.
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。 The above outline of the invention does not list all the features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions claimed in the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
図1は、特徴抽出装置100の模式的断面図である。特徴抽出装置100は、順次積層されたマイクロレンズ110、画素基板120、AD変換回路基板130、乗算回路基板140、加算回路基板150、畳み込み演算結果加算基板160、活性化関数演算回路基板170、プーリング回路基板180、および結合回路基板190を備える単体の素子である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the
なお、特徴抽出装置100は、受光した被写体光束から被写体を判定する場合に用いる特徴量を抽出する。被写体の判定は、一例として、被写体が何かを判別したり、被写体のカテゴリを判別することや、被写体の度合い(例えば夕景度など)を判定することなどが挙げられるが、これらに限らない。ここで抽出される特徴量は、深層学習またはディープラーニングと呼ばれる多層ニューラルネットワークで抽出される特徴に対応する。換言すれば、特徴抽出装置100は、深層学習により特徴抽出をする学習処理にも用いることができる。
The
特徴抽出装置100における基板の各々は、下地基板11上にフォトリソグラフィにより形成された配線層12を有する。それぞれの配線層12には、配線、素子等により形成された回路が含まれる。即ち、画素基板120、AD変換回路基板130、乗算回路基板140、加算回路基板150、畳み込み演算結果加算基板160、活性化関数演算回路基板170、プーリング回路基板180、結合回路基板190は、それぞれ、画素121、AD変換回路131、乗算回路141、加算回路151、ラッチB付き加算回路161、活性化関数演算回路171、プーリング回路181、結合回路191を有する。
Each of the substrates in the
また、上記の基板は、それぞれの下地基板11を貫通した貫通電極13を介して、隣接して積層された他の基板と電気的に接続される。更に、一部の基板は、複数の基板を貫通して形成された貫通電極14により、隣接していない基板に対しても直接に電気的に接続される。この点については、図3および図4を参照して説明する。
Further, the above-mentioned substrate is electrically connected to other substrates laminated adjacent to each other via through
特徴抽出装置100において、画素基板120は、二次元的且つ周期的に配された複数の画素121を有する。画素121のそれぞれは、入射した光を光電変換するフォトダイオード等の受光素子を有する。なお、図示の例では、画素基板120は、画素121を形成する場合の下地となった基板を除去または薄化して、当該下地基板側から入射光を受光する裏面照射型となっている。
In the
また、画素基板120は、個々の受光素子に、リセット、転送、選択を指示するトランジスタと、出力信号を増幅する素子とを有してもよい。画素基板120に積層されたマイクロレンズ110は、個々の画素121に対する入射光を集光して、入射効率を向上させている。
Further, the
AD変換回路基板130は、画素基板120の画素121に個々に対応した複数のAD変換回路131、ラッチ132および切替スイッチ133を有する。これにより、AD変換回路基板130は、画素基板120の画素121から取得したひとつひとつの画素値を離散化した値か、ラッチ132が保持している値かのいずれかを他の基板に出力する。AD変換回路131、ラッチ132および切替スイッチ133は、外部から受けたタイミングトリガ210を受信したタイミングで動作する。
The AD
乗算回路基板140は、画素基板120のそれぞれの画素121に個別に対応した乗算回路141を有する。すなわち、乗算回路基板140は、画素基板120に設けられる複数の画素121と同じ数の複数の乗算回路141を有する。乗算回路141は、デジタル乗算器であり、例えば、シフトレジスタにより形成してもよい。乗算回路141は、乗算処理を実行する場合のフィルタ係数を外部から取得して保持する。
The
換言すれば、乗算回路141は、外部から読み込んだフィルタ係数の値に応じて異なる乗算処理を実行できる。図1では、例としてフィルタ係数aを取得した場合を示す。乗算回路基板140における乗算回路141も、外部から受けたタイミングトリガ210を受信したタイミングで動作する。
In other words, the
なお、乗算回路基板140は、画素基板120の複数の画素121からなるブロックごとに1つの乗算回路141を有してもよい。例えば、画素121の二次元方向に隣接する4画素を1つのブロックとすると、ブロック内の4つの画素121のいずれにも接続する1つの乗算回路141を有してもよい。この場合、乗算回路141は、ブロック内の4つの画素121からの出力に対してそれぞれ順番に乗算処理を行う。
The
加算回路基板150の加算回路151は、乗算回路基板140における複数の乗算回路141から取得した値を加算して出力する。加算回路151の出力は、図中下層の畳み込み演算結果加算基板160に出力することができる。加算回路基板150における加算回路151は、外部から受けたタイミングトリガ210を受信したタイミングで動作する。
The
畳み込み演算結果加算基板160は、ラッチB付き加算回路161、ラッチA162、およびマルチプレクサ163を有する。ラッチB付き加算回路161、ラッチA162、およびマルチプレクサ163は、相互に接続されると共に、ラッチB付き加算回路161は貫通電極13を通じて活性化関数演算回路基板170に、マルチプレクサ163は貫通電極13を通じて加算回路基板150に、それぞれ接続されている。畳み込み演算結果加算基板160は、加算回路基板150から出力される複数の信号を加算した後、活性化関数演算回路基板170に出力する。
The convolution calculation result
活性化関数演算回路基板170は、加算回路基板150の加算回路151に対応した数の活性化関数演算回路171を有する。活性化関数演算回路基板170は、加算回路基板150の出力受けて活性化関数演算を実行した後、プーリング回路基板180に出力する。活性化関数演算回路基板170における活性化関数演算回路171は、外部から受けたタイミングトリガ210を受信したタイミングで動作する。
The activation function
プーリング回路基板180のプーリング回路181および結合回路基板190の結合回路191は、前段からの入力を順次処理する。結合回路基板190における結合回路191の出力値は、特徴抽出装置100の外部に特徴量として出力することができる。プーリング回路181および結合回路191も、外部から受けたタイミングトリガ210を受信したタイミングで動作する。
The
なお、上記の特徴抽出装置100において、画素121、AD変換回路131、ラッチ132、切替スイッチ133、乗算回路141、加算回路151、ラッチB付き加算回路161、活性化関数演算回路171、プーリング回路181、結合回路191等の各々は、供給されるタイミングトリガ210により、図示していない制御部から動作のタイミングを制御される。制御部は、特徴抽出装置100が備えてもよいし、特徴抽出装置100を装備した他の装置、例えば、撮像装置の制御部が兼用されてもよい。単体の素子である特徴抽出装置100と、制御部とによって、特徴抽出システムが構成される。
In the
上記のように、特徴抽出装置100は、画像の特徴抽出処理に関与する乗算回路基板140、加算回路基板150、畳み込み演算結果加算基板160、活性化関数演算回路基板170、プーリング回路基板180、結合回路基板190を、受光素子を含む画素基板120に積層した構造を有する。これにより、画素値を直接に処理して特徴抽出ができるので、画像をデータ化して格納する処理、格納した画像データを転送する処理が不要になり、処理時間を短縮できる。
As described above, the
また、画像データのための記憶装置、転送装置等のハードウエアリソースも省くことができるので、特徴抽出装置100を備えた機器の小型化にも寄与する。更に、画素基板120の画素に対応した処理基板を積層するので、画素基板120の画素数が増加しても処理速度が低下することが防止される。
Further, since hardware resources such as a storage device and a transfer device for image data can be omitted, it also contributes to miniaturization of the device provided with the
なお、上記の特徴抽出装置100は、二次元的に配列された複数の画素121により入射光を受光するので、画像データを生成する場合に元いる二次元的な輝度分布情報を画素基板120から取得することもできる。よって、特徴抽出装置100は、イメージセンサとして用いることもできる。
Since the
図2は、特徴抽出装置100において実行する特徴抽出処理の流れ図である。図示のように、特徴抽出処理においては、画素値生成処理S101により生成された画素値に対して、畳み込み処理S102、活性化関数演算処理S103、プーリング処理S104、および結合処理S105が実行され、抽出された特徴量が外部に出力される(ステップS106)。
FIG. 2 is a flow chart of a feature extraction process executed by the
ここで、深層学習に対応した特徴抽出処理において、画素値生成処理S101および特徴量出力S106の実行は、1回の特徴抽出についてそれぞれ1回ずつ実行される。しかしながら、畳み込み処理S102におけるフィルタ関数の読み込み、乗算処理および加算処理は、読み込むフィルタ係数を変化させながら何度も繰り返し実行される。更に、畳み込み処理後の活性化関数演算処理S103及びプーリング処理S104の処理結果は、再び畳み込み処理S102に供され、畳み込み処理S102からプーリング処理S104までの処理が更に繰り返される。なお、活性化関数演算処理S103だけを繰り返したり、畳み込み処理S102と活性化関数演算処理S103を繰り返す場合や、画素値生成処理S101の後に畳み込み処理S102、活性化関数演算処理S103のいずれかまたは両方を省略してプーリング処理S104を行う場合もある。 Here, in the feature extraction process corresponding to deep learning, the pixel value generation process S101 and the feature amount output S106 are executed once for each feature extraction. However, the reading, multiplication processing, and addition processing of the filter function in the convolution processing S102 are repeatedly executed many times while changing the filter coefficient to be read. Further, the processing results of the activation function calculation process S103 and the pooling process S104 after the convolution process are subjected to the convolution process S102 again, and the processes from the convolution process S102 to the pooling process S104 are further repeated. When only the activation function calculation process S103 is repeated, when the convolution process S102 and the activation function calculation process S103 are repeated, or after the pixel value generation process S101, either or both of the convolution process S102 and the activation function calculation process S103 are repeated. May be omitted and the pooling process S104 may be performed.
図3は、図1に示した特徴抽出装置100の動作を説明する図である。同図に示す特徴抽出装置100においては、隣接する基板を接続する貫通電極13の機能が、ハッチングを施した太線により強調して示される。
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the
図中で太線により示すように、特徴抽出装置100において、画素基板120における画素1、画素2および画素3の各々は、AD変換回路基板130において対応するAD変換回路131、および切替スイッチ133を介して、乗算回路基板140において対応する乗算回路141に接続される。
As shown by a thick line in the figure, in the
一方、乗算回路基板140は、画素1から3のそれぞれに対応する乗算回路141のフィルタ係数a、b、cを取得する。画素基板120における画素1が出力した画素値は、乗算回路基板140において画素1に対応する乗算回路141によりフィルタ係数aを用いて乗算処理された後、貫通電極13を通じて加算回路基板150に入力される。
On the other hand, the
同様に、画素基板120における画素2が出力した画素値は、乗算回路基板140において画素2に対応する乗算回路141によりフィルタ係数bを用いて乗算処理された後、貫通電極13を通じて加算回路基板150に入力される。更に、画素基板120における画素3が出力した画素値は、乗算回路基板140において画素3に対応する乗算回路141によりフィルタ係数cを用いて乗算処理された後、貫通電極13を通じて加算回路基板150に入力される。
Similarly, the pixel value output by the
加算回路基板150における加算回路151は、入力された複数の乗算処理結果を加算し、畳み込み演算結果加算基板160に出力する。こうして、平滑化等のフィルタリングと同様な処理が実行される。ただし、乗算回路141におけるフィルタ係数が事前の学習により予め定められることにより、一連の処理は畳み込み処理として実行される。
The
畳み込み演算結果加算基板160におけるラッチA162は、加算回路151から出力された信号を、マルチプレクサ163を介して保持する。その後、前回とは異なるフィルタ係数が設定された乗算回路141により乗算処理され、乗算処理結果が加算回路151で加算されると、ラッチB付き加算回路161は、加算回路151の加算処理結果を、マルチプレクサ163を介して保持する。
The latch A162 on the convolution calculation
ラッチB付き加算回路161は、ラッチA162に保持されている前回の加算処理結果を読み出して新たな加算処理結果と加算し、その加算結果はラッチA162によってふたたび保持される。この処理を予め定められた所定の回数だけ繰り返すことで、同じ画素群(画素1〜3)に対して異なるフィルタ係数により畳み込み演算された複数の処理結果を足し合わせることができる。すなわち、これは図2に示す畳み込み処理S102の繰り返しに該当する。このような畳み込み演算は、画素基板120におけるすべての画素、すなわち入力画像全体に対して実行される。
The
特徴抽出装置100においては、畳み込み演算結果加算基板160による処理結果は、貫通電極13を通じて活性化関数演算回路基板170の活性化関数演算回路171に入力される。活性化関数演算回路171は、畳み込み処理からプーリング処理へ伝播する情報を変換する。そのような関数としては、下記の式1に示すように、0未満の入力値をすべて0とし、正の値はそのまま返すReL U(Rectified Linear Unit)関数を例示できる。
f(x)=max(0,x)・・・(式1)
In the
f (x) = max (0, x) ... (Equation 1)
活性化関数演算回路171の出力は、貫通電極13を通じてプーリング回路基板180のプーリング回路181に伝播される。プーリング回路181においては、予め定められた条件に基づいてサブサンプリングを実行する。ここで実行されるサブサンプリングの条件としては、あるウインドウサイズで最大の値を代表値とするMax Pooling法を例示できる。
The output of the activation
予め定められる条件は、活性化関数演算回路171からの複数の出力をまとめる処理であればよく、平均値を出力するAverage Pooling法などでもよい。こうして畳み込み処理(ステップS102)、活性化関数演算処理(ステップS103)、およびプーリング処理(ステップS104)までの処理が実行され、画素値から生成されたサブサンプリング値が生成される。
The predetermined condition may be a process of collecting a plurality of outputs from the activation
図4は、図1に示した特徴抽出装置100の他の動作を説明する図である。図示の特徴抽出装置100においては、次に説明する動作に関与する貫通電極が、ハッチングを施した太線により強調して示される。
FIG. 4 is a diagram illustrating another operation of the
図中の太線により示すように、特徴抽出装置100においては、互いに隣接していない基板の間でも信号を送受信できる。よって、例えば、プーリング回路基板180の出力を、貫通電極14を通じて、AD変換回路基板130のラッチ132に格納して、再び乗算回路141において乗算処理に付すことができる。これにより、サブサンプリングされた値が再び畳み込み処理される。このような畳み込み処理の繰り返しは、フィルタ係数a、b、cを変えながら、予め定められた回数、例えば2000回以上実行される。
As shown by the thick line in the figure, the
更に、AD変換回路基板130、乗算回路基板140、加算回路基板150、畳み込み演算結果加算基板160、活性化関数演算回路基板170、およびプーリング回路基板180までの間で既定の回数まで処理された信号は、結合回路基板190における結合回路191により1次元化される。これにより、成分ごとに画像のある特徴量を示す値が得られる。
Further, a signal processed up to a predetermined number of times between the AD
図5は、特徴抽出装置100の動作を示すタイミングチャートである。図中のパルスは、タイミングトリガ210として各基板に供給される信号を意味する。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the
図示のように、特徴抽出装置100における各回路は、図1における上層から順に準備タイミングトリガ210が供給されることにより、図2に示した処理を、同図に示す順序で実行する特徴抽出装置100においては、乗算回路基板140が、画素121の各々に対応した乗算回路141を有するので、個々の画素値に対して畳み込み処理を実行できる。これにより、判定精度の高い特徴量を効率よく抽出できる。
As shown in the figure, each circuit in the
なお、区間Pは畳み込み処理S102を繰り返す区間を示す。そして、点線Aで囲って示す領域は、複数の画素からなる画素群(たとえば3×3画素)に対して、同じサイズのフィルタによって畳み込み演算する区間を示す。さらに、点線Bで囲って示す領域は、同じ画素群に対して他のフィルタによって畳み込み演算する区間を示す。 The section P indicates a section in which the convolution process S102 is repeated. The area surrounded by the dotted line A indicates a section in which a pixel group (for example, 3 × 3 pixels) composed of a plurality of pixels is convolved by a filter of the same size. Further, the area surrounded by the dotted line B indicates a section in which the same pixel group is convolved by another filter.
また、区間Qは、畳み込み処理S102からプーリング処理S104を繰り返す区間を示す。なお、実際には、畳み込み処理S102の演算結果加算処理では、加算回路からの信号を入力するたびにラッチAまたはラッチB付き加算回路のタイミングトリガが供給されるが、説明の簡略化のため、最終的な加算処理のタイミングトリガのみを示している。 Further, the section Q indicates a section in which the convolution process S102 to the pooling process S104 are repeated. Actually, in the calculation result addition process of the convolution process S102, a timing trigger of the addition circuit with latch A or latch B is supplied every time a signal from the addition circuit is input, but for the sake of simplification of the explanation, Only the timing trigger of the final addition process is shown.
なお、結合回路191における結合処理は、他の基板における処理に比較すると処理負荷が小さい。よって、特徴抽出装置100は、結合回路191のための結合回路基板190を設けなくてもよい。この場合、特徴抽出装置100は、既定の回数まで繰り返されて最終的にプーリング回路181でプーリング処理された信号を外部へ出力する。そして、外部の基板において結合処理が実行される。
The coupling process in the
図6は、特徴抽出装置100を備えた撮像装置500のブロック図である。撮像装置500は、特徴抽出装置100、システム制御部501、駆動部502、測光部503、ワークメモリ504、記録部505、表示部506、および主電源507を備える。
FIG. 6 is a block diagram of an
また、撮像装置500は、被写体光束を特徴抽出装置100に導く主光学系520を備える。主光学系520は、撮像装置500に対して着脱できる交換式であってもよい。
Further, the
主光学系520は、複数の光学レンズ群から構成され、その焦点面近傍に被写界からの被写体光束を結像させる。なお、図中では瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで主光学系520を代表して表している。
The main
駆動部502は、システム制御部501からの指示に従って特徴抽出装置100のタイミング制御、領域制御等の電荷蓄積制御を実行する制御回路である。駆動部502は、例えば、特徴抽出装置100に対して、入射光を光電変換して生成した電荷を蓄積させて画素値を出力させる一連の制御を担う。また、駆動部502は、特徴抽出装置100にタイミングトリガ210を供給する。
The
特徴抽出装置100から出力された被写体の特徴量は、システム制御部501の判定部513に渡される。これにより、システム制御部501においては、被写体を判定する判定処理が実行される。なお、特徴抽出装置100は、その画素基板120から、システム制御部501の画像処理部511に被写体の輝度分布を含む情報を送信して、被写体の画像データが生成させてもよい。画像処理部511は、ワークメモリ504をワークスペースとして処理を実行する。
The feature amount of the subject output from the
測光部503は、特徴抽出装置100が入射光を光電変換することにより画素値を生成する一連のシーケンスに先立ち、被写体の輝度分布を検出する。測光部503は、例えば100万画素程度のAEセンサを含む。システム制御部501の演算部512は、測光部503の出力を受けてシーンの領域ごとの輝度を算出する。
The
更に、演算部512は、算出した輝度分布に従ってシャッタ速度、絞り値、ISO感度を決定する。測光部503は特徴抽出装置100で兼用してもよい。なお、演算部512は、撮像装置500を動作させる場合に必要な各種演算も実行する。
Further, the
このように、撮像装置500は、特徴抽出装置100から取得した特徴量により被写体を判定する判定機能を有する。ここで、特徴抽出装置100は、それ自体において抽出した特徴量をシステム制御部501に送信する。よって、システム制御部501は、特徴量抽出処理の負荷を負わずに特徴量を取得して被写体を判定できる。また、システム制御部501は、抽出結果としての特徴量を受信するので、特徴抽出装置100とシステム制御部501との間の通信量増加が防止される。
As described above, the
図7は、他の特徴抽出装置101の模式的断面図である。特徴抽出装置101は、次に説明する部分を除くと、図1に示した特徴抽出装置100と同じ構造を有する。そこで、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another
特徴抽出装置101は、AD変換回路基板130と加算回路基板150との間に、複数の乗算回路基板1400、1401、1402・・・140nを備える点で、特徴抽出装置100と異なる構造を有する。複数の乗算回路基板1400、1401、1402・・・140nは、特徴抽出装置100の乗算回路基板1400と同様に、画素基板120の複数の画素121に個別に対応した複数の乗算回路141を有し、外部から受けたタイミングトリガ210を受信したタイミングで動作する。
The
乗算回路141は、乗算処理を実行する場合のフィルタ係数を外部から取得して保持する。また、乗算回路141は、基板毎に値が異なるフィルタ係数を保持して乗算処理を実行できる。よって、乗算回路基板1400〜140nは、互いに異なる条件の下に乗算処理を実行できる。
The
図8は、特徴抽出装置101の動作を説明する模式的断面図である。図中にハッチングを施した太線により示すように、画素基板120における画素1が出力した画素値は、図中上段の乗算回路基板1400に形成された乗算回路141により乗算処理された後、貫通電極13を通じて加算回路基板150に入力される。また、画素基板120における画素2が出力した画素値は、図中上段の乗算回路基板1401に形成された乗算回路141により乗算処理された後、貫通電極13を通じて加算回路基板150に入力される。更に、画素基板120における画素3が出力した画素値は、図中上段の乗算回路基板1402に形成された乗算回路141により乗算処理された後、貫通電極13を通じて加算回路基板150に入力される。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the operation of the
なお、乗算回路基板1400に設けられた複数の乗算回路141の各々におけるフィルタ係数a1は、同じ乗算回路基板1400に設けられた乗算回路141相互の間で同じ値をとる。同様に、他の乗算回路基板1401、1402・・・140nの各々においても、各基板における複数の乗算回路141は共通のフィルタ係数b1、c1・・・n1を有する。よって、畳み込み処理を実行する場合は、乗算処理を実行する基板を選択することにより、フィルタ係数a1、b1、c1・・・n1を選ぶことができる。すなわち、図8に示す例では、画素1が出力した画素値はフィルタ係数a1で乗算処理され、画素2が出力した画素値はフィルタ係数b1で乗算処理され、画素3が出力した画素値はフィルタ係数c1で乗算処理される。
The filter coefficient a1 in each of the plurality of
図9は、特徴抽出装置101の部分的なタイミングチャートである。特徴抽出装置101においては、画素121毎に異なる乗算回路基板1400〜140nにより乗算処理される。よって、ある画素群に対する1回のフィルタリングに相当する畳み込み処理において何度も実行される乗算処理を、最初にすべてのフィルタ係数を取得した後は、図中に点線A、Bで囲って示すように、並列的且つ同時に連続して処理できる。
FIG. 9 is a partial timing chart of the
よって、乗算処理を行うたびにフィルタ係数を取得、設定する必要がないため、フィルタ係数を取得、設定する時間が短縮され、特徴抽出装置101全体のスループットを向上できる。このような特徴抽出装置101は、例えば、特徴抽出装置100に換えて、撮像装置500に組み込んで、特徴抽出機能付きのイメージセンサとしても使用することができる。
Therefore, since it is not necessary to acquire and set the filter coefficient each time the multiplication process is performed, the time for acquiring and setting the filter coefficient is shortened, and the throughput of the entire
本実施の形態で説明した特徴抽出装置は、乗算回路基板140、加算回路基板150、活性化関数演算回路基板170、プーリング回路基板180、および結合回路基板190のそれぞれに、乗算回路141、加算回路151、活性化関数演算回路171、プーリング回路181、結合回路191が配置されている。ただし、特徴抽出装置は、必ずしも一つの基板に対して一つの回路だけが設けられなくてもよい。すなわち、一つの基板に複数の回路が配置されていたり、一つの回路が複数の基板に亘って配置されてもよい。
The feature extraction device described in this embodiment has a
また、特徴抽出装置における複数基板の積層順は、貫通電極を用いて配置可能であれば、上記の例に限らない。さらに、畳み込み演算結果加算基板160は、複数の値を加算し、保持できる構成であれば、上記の例に限らない。
Further, the stacking order of the plurality of substrates in the feature extraction device is not limited to the above example as long as it can be arranged using through electrodes. Further, the convolution calculation
また、本実施の形態で説明した特徴抽出装置は、多層ニューラルネットワークのなかでも、畳み込み処理を行う畳み込みニューラルネットワークを用いた特徴抽出を、積層構造の単体のセンサで実現している。なお、複数回行う畳み込み処理のフィルタ係数に同一の値を用いることで、再帰型畳み込みニューラルネットワークを実現することも可能である。なお、本実施の形態における特徴抽出装置で実現できる特徴抽出であれば、これらの手法に限定されることはない。 Further, the feature extraction device described in the present embodiment realizes feature extraction using a convolutional neural network that performs convolution processing among the multi-layer neural networks with a single sensor having a laminated structure. It is also possible to realize a recursive convolutional neural network by using the same value for the filter coefficient of the convolutional process performed a plurality of times. Note that the feature extraction is not limited to these methods as long as it can be realized by the feature extraction device in the present embodiment.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that such modified or improved forms may also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of operations, procedures, steps, steps, etc. in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.
11 下地基板、12 配線層、13、14 貫通電極、100、101 特徴抽出装置、110 マイクロレンズ、120 画素基板、121 画素、130 AD変換回路基板、131 AD変換回路、132 ラッチ、133 切替スイッチ、140、1400、1401、1402、140n 乗算回路基板、141 乗算回路、150 加算回路基板、151 加算回路、160 畳み込み演算結果加算基板、161 ラッチB付き加算回路、162 ラッチA、163 マルチプレクサ、170 活性化関数演算回路基板、171 活性化関数演算回路、180 プーリング回路基板、181 プーリング回路、190 結合回路基板、191 結合回路、210 タイミングトリガ、500 撮像装置、501 システム制御部、502 駆動部、503 測光部、504 ワークメモリ、505 記録部、506 表示部、507 主電源、511 画像処理部、512 演算部、513 判定部、520 主光学系 11 Underground board, 12 Wiring layer, 13, 14 Penetration electrode, 100, 101 Feature extraction device, 110 Micro lens, 120 pixel board, 121 pixels, 130 AD conversion circuit board, 131 AD conversion circuit, 132 latch, 133 changeover switch, 140, 1400, 1401, 1402, 140n Multiplying Circuit Board, 141 Multiplying Circuit, 150 Addition Circuit Board, 151 Addition Circuit, 160 Folding Calculation Result Addition Board, 161 Addition Circuit with Latch B, 162 Latch A, 163 multiplexer, 170 Activation Function calculation circuit board, 171 activation function calculation circuit, 180 pooling circuit board, 181 pooling circuit, 190 coupling circuit board, 191 coupling circuit, 210 timing trigger, 500 imaging device, 501 system control unit, 502 drive unit, 503 metering unit , 504 Work memory, 505 Recording unit, 506 Display unit, 507 Main power supply, 511 Image processing unit, 512 Calculation unit, 513 Judgment unit, 520 Main optical system
Claims (16)
前記複数の受光素子から出力された信号に基づき、前記被写体の特徴量を抽出する特徴抽出部と、
前記複数の受光素子が二次元的に配列される受光基板と、
前記受光基板に積層され、前記特徴抽出部を有する少なくとも一つの他の基板と、
を備え、
前記特徴抽出部は、前記複数の受光素子から出力された信号を畳み込み演算する畳み込み処理部を有し、
前記畳み込み処理部は、前記受光素子ごとまたは複数の前記受光素子からなるブロックごとに対応して設けられる複数の乗算回路を有し、前記複数の乗算回路を用いて畳み込み演算する、特徴抽出素子。 Multiple light receiving elements that photoelectrically convert the light received from the subject,
A feature extraction unit that extracts the feature amount of the subject based on the signals output from the plurality of light receiving elements, and a feature extraction unit.
A light receiving substrate in which the plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged, and
With at least one other substrate laminated on the light receiving substrate and having the feature extraction unit,
With
The feature extraction unit has a convolution processing unit that convolves and calculates signals output from the plurality of light receiving elements.
The convolution processing unit is a feature extraction element that has a plurality of multiplication circuits provided for each of the light receiving elements or for each block composed of the plurality of light receiving elements, and performs a convolution calculation using the plurality of multiplication circuits .
前記受光基板に積層され、前記畳み込み処理部および前記プーリング処理部を有する少なくとも一つの他の基板と、
を備える請求項4に記載の特徴抽出素子。 A light receiving substrate in which the plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged, and
With at least one other substrate laminated on the light receiving substrate and having the convolution processing section and the pooling processing section.
The feature extraction element according to claim 4 .
前記接続配線は、前記互いに異なる基板同士を接続する貫通電極を含む請求項5に記載の特徴抽出素子。 A plurality of the other substrates are provided, and the convolution processing unit and the pooling processing unit are provided on different substrates among the plurality of other substrates.
The feature extraction element according to claim 5 , wherein the connection wiring includes through electrodes that connect different substrates to each other.
前記複数の乗算回路は、それぞれが異なる前記乗算回路基板に設けられる請求項5または6に記載の特徴抽出素子。 The other board has a plurality of multiplication circuit boards.
The feature extraction element according to claim 5 or 6 , wherein the plurality of multiplication circuits are provided on different multiplication circuit boards.
前記加算回路は、前記他の基板である加算回路基板に設けられる請求項5から8のいずれか一項に記載の特徴抽出素子。 The convolution processing unit has an adder circuit that adds outputs from the plurality of multiplication circuits.
The feature extraction element according to any one of claims 5 to 8 , wherein the adder circuit is provided on an adder circuit board which is the other board.
前記接続配線は、前記プーリング処理部と前記ラッチ回路との間を接続する請求項5から9のいずれか一項に記載の特徴抽出素子。 A latch circuit that holds the signal from the light receiving element and
The feature extraction element according to any one of claims 5 to 9 , wherein the connection wiring connects between the pooling processing unit and the latch circuit.
前記制御部は、前記畳み込み演算を繰り返し行う際に、それぞれ予め定められたフィルタ係数を用いるように前記畳み込み処理部を制御する請求項3、5から11のいずれか1項に記載の特徴抽出素子。 A control unit for controlling the convolution calculation of the convolution processing unit and the sampling of the pooling processing unit to be repeated is provided.
The feature extraction element according to any one of claims 3, 5 to 11 , wherein the control unit controls the convolution processing unit so as to use a predetermined filter coefficient when the convolution operation is repeatedly performed. ..
前記複数のAD変換回路は、前記複数の受光素子が設けられた基板に積層された他の基板に設けられている請求項1から13のいずれか一項に記載の特徴抽出素子。 A plurality of AD conversion circuits provided corresponding to each light receiving element or each block composed of the plurality of light receiving elements are provided.
The feature extraction element according to any one of claims 1 to 13 , wherein the plurality of AD conversion circuits are provided on another substrate laminated on a substrate provided with the plurality of light receiving elements.
前記畳み込み処理部の畳み込み演算と、前記プーリング処理部のサンプリングを繰り返すように制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記畳み込み演算を繰り返し行う際に、それぞれ予め定められたフィルタ係数を用いるように前記畳み込み処理部を制御する特徴抽出システム。 The feature extraction element according to any one of claims 3, 4, 5 to 11 .
It is provided with a convolution operation of the convolution processing unit and a control unit that controls so as to repeat sampling of the pooling processing unit.
The control unit is a feature extraction system that controls the convolution processing unit so as to use a predetermined filter coefficient when the convolution operation is repeatedly performed.
抽出された前記特徴量により前記被写体を判定する判定部と、
を備える判定装置。 The feature extraction element according to any one of claims 1 to 14 ,
A determination unit that determines the subject based on the extracted feature amount,
Judgment device including.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019110274A JP6809565B2 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019110274A JP6809565B2 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018507965A Division JP6540886B2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Feature extraction element, feature extraction system, and determination apparatus |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020204607A Division JP7115533B2 (en) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | Feature extraction element, feature extraction system, and determination device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019161665A JP2019161665A (en) | 2019-09-19 |
JP6809565B2 true JP6809565B2 (en) | 2021-01-06 |
Family
ID=67996517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019110274A Active JP6809565B2 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6809565B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022054742A1 (en) * | 2020-09-14 | 2022-03-17 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Image capturing element, and image capturing device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10294899A (en) * | 1998-05-01 | 1998-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | Device for sensing and processing image |
US6617565B2 (en) * | 2001-11-06 | 2003-09-09 | Omnivision Technologies, Inc. | CMOS image sensor with on-chip pattern recognition |
CN101006717A (en) * | 2004-08-23 | 2007-07-25 | 索尼株式会社 | Image pickup device, image pickup result processing method and integrated circuit |
TWI429066B (en) * | 2005-06-02 | 2014-03-01 | Sony Corp | Semiconductor image sensor module and manufacturing method thereof |
CN105849747B (en) * | 2013-11-30 | 2018-08-17 | 北京市商汤科技开发有限公司 | Method and system for facial image identification |
-
2019
- 2019-06-13 JP JP2019110274A patent/JP6809565B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019161665A (en) | 2019-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6540886B2 (en) | Feature extraction element, feature extraction system, and determination apparatus | |
JP7359166B2 (en) | Image sensor and electronic equipment | |
JP6593470B2 (en) | Imaging device, imaging device, and electronic apparatus | |
CN109089061B (en) | Imaging element and imaging device | |
CN105684436B (en) | Imaging element and imaging device | |
JP6119117B2 (en) | Electronics | |
JP6809565B2 (en) | Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device | |
JP6136103B2 (en) | Imaging device, imaging device, and readout method. | |
JP7115533B2 (en) | Feature extraction element, feature extraction system, and determination device | |
WO2007119430A1 (en) | Image processing system | |
JP2015041838A (en) | Imaging element and imaging device | |
JP6998693B2 (en) | Image sensor and image sensor | |
JPH03187584A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP2023010959A (en) | Imaging element and imaging device | |
JP6767306B2 (en) | Imaging device | |
JP6507527B2 (en) | Imaging device and imaging device | |
JP2014179678A (en) | Image pick-up device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190613 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190618 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190617 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200706 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200714 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200909 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201110 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201123 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6809565 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |