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JP6809565B2 - Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device - Google Patents

Feature extraction element, feature extraction system, and judgment device Download PDF

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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
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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.

特徴抽出装置100の模式的断面図である。It is a schematic sectional view of the feature extraction apparatus 100. 特徴抽出装置100が実行する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process executed by the feature extraction apparatus 100. 特徴抽出装置100の模式的断面図である。It is a schematic sectional view of the feature extraction apparatus 100. 特徴抽出装置100の模式的断面図である。It is a schematic sectional view of the feature extraction apparatus 100. 特徴抽出装置100のタイミングチャートである。It is a timing chart of the feature extraction apparatus 100. 撮像装置500のブロック図である。It is a block diagram of the image pickup apparatus 500. 他の特徴抽出装置101の模式的断面図である。It is a schematic sectional view of another feature extraction apparatus 101. 特徴抽出装置101の模式的断面図である。It is a schematic sectional view of the feature extraction apparatus 101. 特徴抽出装置101の部分的なタイミングチャートである。It is a partial timing chart of the feature extraction device 101.

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 feature extraction device 100. The feature extraction device 100 includes a microlens 110, a pixel board 120, an AD conversion circuit board 130, a multiplication circuit board 140, an addition circuit board 150, a convolution calculation result addition board 160, an activation function calculation circuit board 170, and a pooling. It is a single element including a circuit board 180 and a coupling circuit board 190.

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 feature extraction device 100 extracts a feature amount used when determining a subject from the received light flux of the subject. The determination of the subject includes, for example, determining what the subject is, determining the category of the subject, determining the degree of the subject (for example, the evening scene), and the like, but is not limited to these. The features extracted here correspond to the features extracted by a multi-layer neural network called deep learning or deep learning. In other words, the feature extraction device 100 can also be used for a learning process for feature extraction by deep learning.

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 feature extraction device 100 has a wiring layer 12 formed by photolithography on the base substrate 11. Each wiring layer 12 includes a circuit formed by wiring, elements, and the like. That is, the pixel board 120, the AD conversion circuit board 130, the multiplication circuit board 140, the addition circuit board 150, the convolution calculation result addition board 160, the activation function calculation circuit board 170, the pooling circuit board 180, and the coupling circuit board 190 are respectively. It has a pixel 121, an AD conversion circuit 131, a multiplication circuit 141, an adder circuit 151, an adder circuit 161 with a latch B, an activation function calculation circuit 171, a pooling circuit 181 and a coupling circuit 191.

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 electrodes 13 penetrating each of the base substrates 11. Further, some of the substrates are directly electrically connected to the non-adjacent substrates by the through electrodes 14 formed through the plurality of substrates. This point will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

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 feature extraction device 100, the pixel substrate 120 has a plurality of pixels 121 arranged two-dimensionally and periodically. Each of the pixels 121 has a light receiving element such as a photodiode that photoelectrically converts the incident light. In the illustrated example, the pixel substrate 120 is a back-illuminated type that receives incident light from the substrate side by removing or thinning the substrate that is the substrate for forming the pixel 121.

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 pixel substrate 120 may have individual light receiving elements having a transistor for instructing reset, transfer, and selection, and an element for amplifying an output signal. The microlens 110 laminated on the pixel substrate 120 collects the incident light on each pixel 121 to improve the incident efficiency.

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 conversion circuit board 130 has a plurality of AD conversion circuits 131, a latch 132, and a changeover switch 133 that individually correspond to the pixels 121 of the pixel board 120. As a result, the AD conversion circuit board 130 outputs either a discretized value of each pixel value acquired from the pixel 121 of the pixel board 120 or a value held by the latch 132 to another board. The AD conversion circuit 131, the latch 132, and the changeover switch 133 operate at the timing when the timing trigger 210 received from the outside is received.

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 multiplication circuit board 140 has a multiplication circuit 141 individually corresponding to each pixel 121 of the pixel board 120. That is, the multiplication circuit board 140 has a plurality of multiplication circuits 141 having the same number as the plurality of pixels 121 provided on the pixel board 120. The multiplier circuit 141 is a digital multiplier and may be formed by, for example, a shift register. The multiplication circuit 141 acquires and holds the filter coefficient when executing the multiplication process from the outside.

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 multiplication circuit 141 can execute different multiplication processes depending on the value of the filter coefficient read from the outside. FIG. 1 shows a case where the filter coefficient a is acquired as an example. The multiplication circuit 141 on the multiplication circuit board 140 also operates at the timing when the timing trigger 210 received from the outside is received.

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 multiplication circuit board 140 may have one multiplication circuit 141 for each block composed of a plurality of pixels 121 of the pixel board 120. For example, if four pixels adjacent to each other in the two-dimensional direction of the pixel 121 are regarded as one block, one multiplication circuit 141 connected to any of the four pixels 121 in the block may be provided. In this case, the multiplication circuit 141 sequentially performs multiplication processing on the outputs from the four pixels 121 in the block.

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 adder circuit 151 of the adder circuit board 150 adds and outputs the values acquired from the plurality of multiplication circuits 141 on the multiplication circuit board 140. The output of the addition circuit 151 can be output to the convolution calculation result addition board 160 in the lower layer in the figure. The adder circuit 151 on the adder circuit board 150 operates at the timing when the timing trigger 210 received from the outside is received.

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 addition substrate 160 includes an addition circuit 161 with latch B, a latch A162, and a multiplexer 163. The adder circuit 161 with latch B, latch A162, and multiplexer 163 are interconnected, the adder circuit 161 with latch B adds to the activation function arithmetic circuit board 170 through the through electrode 13, and the multiplexer 163 adds through the through electrode 13. Each is connected to the circuit board 150. The convolution calculation result addition board 160 adds a plurality of signals output from the addition circuit board 150, and then outputs the signals to the activation function calculation circuit board 170.

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 calculation circuit board 170 has a number of activation function calculation circuits 171 corresponding to the addition circuit 151 of the addition circuit board 150. The activation function calculation circuit board 170 receives the output of the addition circuit board 150, executes the activation function calculation, and then outputs the output to the pooling circuit board 180. The activation function calculation circuit 171 on the activation function calculation circuit board 170 operates at the timing when the timing trigger 210 received from the outside is received.

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 pooling circuit 181 of the pooling circuit board 180 and the coupling circuit 191 of the coupling circuit board 190 sequentially process the inputs from the previous stage. The output value of the coupling circuit 191 on the coupling circuit board 190 can be output as a feature amount to the outside of the feature extraction device 100. The pooling circuit 181 and the coupling circuit 191 also operate at the timing when the timing trigger 210 received from the outside is received.

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 feature extraction device 100, the pixel 121, the AD conversion circuit 131, the latch 132, the changeover switch 133, the multiplication circuit 141, the addition circuit 151, the addition circuit 161 with the latch B, the activation function calculation circuit 171 and the pooling circuit 181 , Each of the coupling circuits 191 and the like is controlled by a supplied timing trigger 210 from a control unit (not shown). The control unit may be included in the feature extraction device 100, or may also be used as a control unit of another device equipped with the feature extraction device 100, for example, an imaging device. A feature extraction system is configured by a feature extraction device 100 which is a single element and a control unit.

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 feature extraction device 100 includes a multiplication circuit board 140, an addition circuit board 150, a convolution calculation result addition board 160, an activation function calculation circuit board 170, a pooling circuit board 180, and a coupling circuit board involved in the image feature extraction process. It has a structure in which a circuit board 190 is laminated on a pixel board 120 including a light receiving element. As a result, since the pixel value can be directly processed and the feature can be extracted, the process of converting the image into data and storing it and the process of transferring the stored image data become unnecessary, and the processing time can be shortened.

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 feature extraction device 100. Further, since the processing substrates corresponding to the pixels of the pixel substrate 120 are laminated, it is possible to prevent the processing speed from decreasing even if the number of pixels of the pixel substrate 120 increases.

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 feature extraction device 100 receives the incident light by the plurality of pixels 121 arranged two-dimensionally, the two-dimensional luminance distribution information based on the image data is obtained from the pixel substrate 120. You can also get it. Therefore, the feature extraction device 100 can also be used as an image sensor.

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 feature extraction device 100. As shown in the figure, in the feature extraction process, the convolution process S102, the activation function calculation process S103, the pooling process S104, and the join process S105 are executed for the pixel values generated by the pixel value generation process S101 to extract the pixel values. The feature amount is output to the outside (step S106).

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 feature extraction device 100 shown in FIG. In the feature extraction device 100 shown in the figure, the function of the through electrode 13 connecting adjacent substrates is highlighted by a thick hatched line.

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 feature extraction device 100, each of the pixels 1, the pixels 2 and the pixels 3 in the pixel substrate 120 is passed through the corresponding AD conversion circuit 131 in the AD conversion circuit board 130 and the changeover switch 133. Therefore, the multiplication circuit board 140 is connected to the corresponding multiplication circuit 141.

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 multiplication circuit board 140 acquires the filter coefficients a, b, and c of the multiplication circuit 141 corresponding to each of the pixels 1 to 3. The pixel value output by pixel 1 on the pixel board 120 is subjected to multiplication processing using the filter coefficient a by the multiplication circuit 141 corresponding to pixel 1 on the multiplication circuit board 140, and then input to the addition circuit board 150 through the through electrode 13. To.

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 pixel 2 on the pixel substrate 120 is multiplied by the multiplication circuit 141 corresponding to the pixel 2 on the multiplication circuit board 140 using the filter coefficient b, and then the addition circuit board 150 is passed through the through electrode 13. Is entered in. Further, the pixel value output by the pixel 3 on the pixel substrate 120 is subjected to multiplication processing by the multiplication circuit 141 corresponding to the pixel 3 on the multiplication circuit board 140 using the filter coefficient c, and then on the addition circuit board 150 through the through electrode 13. Entered.

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 addition circuit 151 in the addition circuit board 150 adds a plurality of input multiplication processing results and outputs them to the convolution calculation result addition board 160. In this way, processing similar to filtering such as smoothing is executed. However, since the filter coefficient in the multiplication circuit 141 is predetermined by prior learning, a series of processes is executed as a convolution process.

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 result addition substrate 160 holds the signal output from the addition circuit 151 via the multiplexer 163. After that, multiplication processing is performed by the multiplication circuit 141 in which a filter coefficient different from the previous time is set, and when the multiplication processing result is added by the addition circuit 151, the addition circuit 161 with latch B adds the addition processing result of the addition circuit 151. It is held via a multiplexer 163.

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 addition circuit 161 with latch B reads out the previous addition processing result held in the latch A162 and adds it to the new addition processing result, and the addition result is held again by the latch A162. By repeating this process a predetermined number of times, it is possible to add up a plurality of processing results calculated by convolution with different filter coefficients for the same pixel group (pixels 1 to 3). That is, this corresponds to the repetition of the convolution process S102 shown in FIG. Such a convolution operation is performed on all the pixels on the pixel substrate 120, that is, the entire input image.

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 feature extraction device 100, the processing result by the convolution calculation result addition board 160 is input to the activation function calculation circuit 171 of the activation function calculation circuit board 170 through the through electrode 13. The activation function calculation circuit 171 converts the information propagated from the convolution process to the pooling process. As such a function, as shown in Equation 1 below, a ReLU (Rectifier Line Unit) function in which all input values less than 0 are set to 0 and positive values are returned as they are can be exemplified.
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 function calculation circuit 171 is propagated to the pooling circuit 181 of the pooling circuit board 180 through the through electrode 13. In the pooling circuit 181, subsampling is executed based on predetermined conditions. As a condition of subsampling executed here, a Max Polling method in which the maximum value in a certain window size is a representative value can be exemplified.

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 function calculation circuit 171, and may be an Average Pooling method for outputting an average value. In this way, the convolution process (step S102), the activation function calculation process (step S103), and the pooling process (step S104) are executed, and the subsampling value generated from the pixel value is generated.

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 feature extraction device 100 shown in FIG. In the illustrated feature extraction device 100, the through silicon vias involved in the operation described below are highlighted by thick hatched lines.

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 feature extraction device 100 can transmit and receive signals even between substrates that are not adjacent to each other. Therefore, for example, the output of the pooling circuit board 180 can be stored in the latch 132 of the AD conversion circuit board 130 through the through electrode 14 and subjected to the multiplication process again in the multiplication circuit 141. As a result, the sub-sampled value is convolved again. The repetition of such a convolution process is executed a predetermined number of times, for example, 2000 times or more while changing the filter coefficients a, b, and c.

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 conversion circuit board 130, the multiplication circuit board 140, the addition circuit board 150, the convolution calculation result addition board 160, the activation function calculation circuit board 170, and the pooling circuit board 180. Is made one-dimensional by the coupling circuit 191 on the coupling circuit board 190. As a result, a value indicating a certain feature amount of the image can be obtained for each component.

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 feature extraction device 100. The pulse in the figure means a signal supplied to each substrate as a timing trigger 210.

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 feature extraction device 100 is supplied with the preparation timing trigger 210 in order from the upper layer in FIG. 1, so that the processing shown in FIG. 2 is executed in the order shown in the figure. In 100, since the multiplication circuit board 140 has the multiplication circuit 141 corresponding to each of the pixels 121, the convolution process can be executed for each pixel value. As a result, features with high determination accuracy can be efficiently extracted.

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 coupling circuit 191 has a smaller processing load than the processing on other substrates. Therefore, the feature extraction device 100 does not need to provide the coupling circuit board 190 for the coupling circuit 191. In this case, the feature extraction device 100 repeats up to a predetermined number of times and finally outputs a signal that has been pooled by the pooling circuit 181 to the outside. Then, the bonding process is executed on the external substrate.

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 image pickup apparatus 500 provided with a feature extraction apparatus 100. The image pickup device 500 includes a feature extraction device 100, a system control unit 501, a drive unit 502, a photometric unit 503, a work memory 504, a recording unit 505, a display unit 506, and a main power supply 507.

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 image pickup apparatus 500 includes a main optical system 520 that guides the subject luminous flux to the feature extraction apparatus 100. The main optical system 520 may be an interchangeable type that can be attached to and detached from the image pickup apparatus 500.

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 optical system 520 is composed of a plurality of optical lens groups, and forms a subject light flux from the field of view in the vicinity of the focal plane thereof. In the figure, a virtual single lens arranged near the pupil represents the main optical system 520.

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 drive unit 502 is a control circuit that executes charge accumulation control such as timing control and region control of the feature extraction device 100 according to an instruction from the system control unit 501. The drive unit 502 is responsible for, for example, a series of controls for the feature extraction device 100 to perform photoelectric conversion of incident light, accumulate electric charges generated, and output pixel values. Further, the drive unit 502 supplies the timing trigger 210 to the feature extraction device 100.

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 feature extraction device 100 is passed to the determination unit 513 of the system control unit 501. As a result, the system control unit 501 executes a determination process for determining the subject. The feature extraction device 100 may transmit information including the brightness distribution of the subject from the pixel substrate 120 to the image processing unit 511 of the system control unit 501 to generate image data of the subject. The image processing unit 511 executes processing using the work memory 504 as a workspace.

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 photometric unit 503 detects the luminance distribution of the subject prior to a series of sequences in which the feature extraction device 100 photoelectrically converts the incident light to generate pixel values. The photometric unit 503 includes, for example, an AE sensor having about 1 million pixels. The calculation unit 512 of the system control unit 501 receives the output of the photometric unit 503 and calculates the brightness for each area of the scene.

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 calculation unit 512 determines the shutter speed, the aperture value, and the ISO sensitivity according to the calculated luminance distribution. The photometric unit 503 may also be used by the feature extraction device 100. The calculation unit 512 also executes various calculations necessary for operating the image pickup apparatus 500.

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 image pickup apparatus 500 has a determination function of determining the subject based on the feature amount acquired from the feature extraction device 100. Here, the feature extraction device 100 transmits the feature amount extracted by itself to the system control unit 501. Therefore, the system control unit 501 can acquire the feature amount and determine the subject without bearing the load of the feature amount extraction process. Further, since the system control unit 501 receives the feature amount as the extraction result, the increase in the communication amount between the feature extraction device 100 and the system control unit 501 is prevented.

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 feature extraction device 101. The feature extraction device 101 has the same structure as the feature extraction device 100 shown in FIG. 1, except for the portion described below. Therefore, common elements are given the same reference number to omit duplicate explanations.

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 feature extraction device 101 has a structure different from that of the feature extraction device 100 in that a plurality of multiplication circuit boards 1400, 1401, 1402 ... 140n are provided between the AD conversion circuit board 130 and the addition circuit board 150. The plurality of multiplication circuit boards 1400, 1401, 1402 ... 140n have a plurality of multiplication circuits 141 individually corresponding to the plurality of pixels 121 of the pixel board 120, similarly to the multiplication circuit board 1400 of the feature extraction device 100. , It operates at the timing when the timing trigger 210 received from the outside is received.

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 multiplication circuit 141 acquires and holds the filter coefficient when executing the multiplication process from the outside. Further, the multiplication circuit 141 can execute the multiplication process by holding the filter coefficients having different values for each substrate. Therefore, the multiplication circuit boards 1400 to 140n can execute the multiplication process under different conditions.

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 feature extraction device 101. As shown by the thick line hatched in the figure, the pixel value output by the pixel 1 in the pixel substrate 120 is multiplied by the multiplication circuit 141 formed in the multiplication circuit board 1400 in the upper part of the drawing, and then the through electrode is used. It is input to the adder circuit board 150 through 13. Further, the pixel value output by the pixel 2 on the pixel board 120 is subjected to multiplication processing by the multiplication circuit 141 formed on the multiplication circuit board 1401 in the upper part of the drawing, and then input to the addition circuit board 150 through the through electrode 13. Further, the pixel value output by the pixel 3 on the pixel substrate 120 is subjected to multiplication processing by the multiplication circuit 141 formed on the multiplication circuit board 1402 in the upper part of the drawing, and then input to the addition circuit board 150 through the through electrode 13.

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 multiplication circuits 141 provided on the multiplication circuit board 1400 has the same value among the multiplication circuits 141 provided on the same multiplication circuit board 1400. Similarly, in each of the other multiplication circuit boards 1401, 1402 ... 140n, the plurality of multiplication circuits 141 in each board have common filter coefficients b1, c1 ... n1. Therefore, when the convolution process is executed, the filter coefficients a1, b1, c1 ... n1 can be selected by selecting the substrate on which the multiplication process is executed. That is, in the example shown in FIG. 8, the pixel value output by pixel 1 is multiplied by the filter coefficient a1, the pixel value output by pixel 2 is multiplied by the filter coefficient b1, and the pixel value output by pixel 3 is filtered. Multiplication processing is performed with the coefficient c1.

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 feature extraction device 101. In the feature extraction device 101, multiplication processing is performed by a multiplication circuit board 1400 to 140n that is different for each pixel 121. Therefore, the multiplication process that is executed many times in the convolution process that corresponds to one filtering for a certain pixel group is shown by the dotted lines A and B in the figure after first acquiring all the filter coefficients. In addition, it can be processed in parallel and continuously at the same time.

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 feature extraction device 101 can be improved. Such a feature extraction device 101 can be used as an image sensor with a feature extraction function by incorporating the feature extraction device 101 into the image pickup device 500 instead of the feature extraction device 100, for example.

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 multiplication circuit 141 and an addition circuit in each of the multiplication circuit board 140, the addition circuit board 150, the activation function calculation circuit board 170, the pooling circuit board 180, and the coupling circuit board 190, respectively. 151, the activation function calculation circuit 171 and the pooling circuit 181 and the coupling circuit 191 are arranged. However, the feature extraction device does not necessarily have to be provided with only one circuit for one substrate. That is, a plurality of circuits may be arranged on one board, or one circuit may be arranged over a plurality of boards.

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 result addition substrate 160 is not limited to the above example as long as it has a configuration in which a plurality of values can be added and held.

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)

被写体から受光した光を光電変換する複数の受光素子と、
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フィルタリングすることにより、前記特徴量を抽出する請求項1に記載の特徴抽出素子。 The feature extraction element according to claim 1, wherein the feature extraction unit extracts the feature amount by filtering signals output from the plurality of light receiving elements. 前記特徴抽出部は、前記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を有する請求項1または2に記載の特徴抽出素子。 The feature extraction element according to claim 1 or 2 , wherein the feature extraction unit has a pooling processing unit that samples a signal output from the convolution processing unit based on predetermined conditions. 前記サンプリングされた信号を前記畳み込み処理部に受け渡す接続配線を備える請求項に記載の特徴抽出素子。 The feature extraction element according to claim 3 , further comprising a connection wiring for passing the sampled signal to the convolution processing unit. 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 .
複数の前記他の基板を備え、前記畳み込み処理部と前記プーリング処理部は、前記複数の他の基板のうち互いに異なる基板にそれぞれ設けられ、
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.
前記他の基板は、複数の乗算回路基板を有し、
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.
前記複数の乗算回路基板は、互いに異なる畳み込み演算用のフィルタ係数が設定される請求項に記載の特徴抽出素子。 The feature extraction element according to claim 7 , wherein the plurality of multiplication circuit boards are set with filter coefficients for convolution calculations different from each other. 前記畳み込み処理部は、前記複数の乗算回路からの出力を加算する加算回路を有し、
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.
前記受光素子からの信号を保持するラッチ回路と、
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.
前記他の基板は、前記畳み込み演算された信号を活性化関数に入力して、その出力信号を前記プーリング処理部に出力する活性化関数演算処理部を有する請求項5から10のいずれか一項に記載の特徴抽出素子。 The other board has any one of claims 5 to 10 having an activation function calculation processing unit that inputs the convolution-calculated signal to the activation function and outputs the output signal to the pooling processing unit. The feature extraction element described in the section. 前記畳み込み処理部の畳み込み演算、および、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. ..
前記特徴量を外部へ出力する請求項1から12のいずれか一項に記載の特徴抽出素子。 The feature extraction element according to any one of claims 1 to 12 , which outputs the feature amount to the outside. 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AD変換回路を備え、
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.
請求項3、4、5から11のいずれか一項に記載の特徴抽出素子と、
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.
請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の特徴抽出素子と、
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.
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