张国鹏， 张　春

(清华大学 微电子研究所，北京 100084)



基于生物视觉的碰撞预警传感器*

张国鹏， 张春

(清华大学 微电子研究所，北京 100084)

摘要:对拥有碰撞预警能力的小叶大运动侦察器(LGMD)神经网络进行化简，以参数化方式设计电路，网络参数可以通过串口在线配置。以此为核心设计了碰撞预警传感器，FPGA综合结果表明像素处理时钟最高可达178MHz。设计了专用测试系统进行验证，在实时模式下碰撞预警传感器根据摄像头输入正确进行碰撞预警；测试模式下用视频序列测试碰撞预警传感器，其输出膜电势与软件仿真一致，表明碰撞预警传感器继承相关软件工作的碰撞预警特性。测试系统也作为硬件加速器，加快LGMD算法运行。

关键词:碰撞预警； 生物视觉； 现场可编程门阵列； 小叶大运动侦察器

0引言

碰撞预警是保证现代智能移动设备长时间可靠运行的基础技术。采用传感器融合方式的碰撞预警技术在特定应用下已取得理想效果，但成本、体积和功耗等因素限制了其在小型嵌入式系统中的应用[1]。

蝗虫个体在高密度的群迁徙过程中轻松避免碰撞的现象启发研究人员模拟其视觉网络进行碰撞预警。对蝗虫视觉系统的解剖实验，证明小叶大运动侦察器(lobula giant movement detector,LGMD)是完成碰撞预警功能的主要神经元[2]。Rind F C和Bramwell D I等人由此提出了经典的4层LGMD输入神经网络结构，采用兴奋抑制方式来检测物体靠近，开启了借助LGMD网络进行碰撞预警的研究[3]。Yue S等人引入新的神经元以增强LGMD碰撞预警的能力，证明了LGMD网络对于碰撞预警的有效性和鲁棒性[4～6]，并将其移植到微型机器人上研究群体条件下的碰撞预警能力[7,8]。……