以SOPC技術實現硬體化影像全域搜尋區塊比對演算法之光罩對位系統

Using the SOPC Technology to Implement Hardware Image Full Search Block-Matching Algorithm for Mask Alignment System

張振麒(Chen-Chi Chang)

指導教授 ： 張凱雄

國立虎尾科技大學/電機資訊學院/電機工程研究所/碩士(2014年)

摘要

本論文研製以SOPC (System on Programmable Chip)技術實現硬體化影像全域搜尋區塊比對演算法之光罩對位系統，是改良以工業電腦做為系統平台的影像對位設備，將其影像處理單元於無需具備作業系統(non-OS)的嵌入式平台實現。本論文所設計的無需具備作業系統的光罩對位系統，是使用Altera的 SOPC技術進行設計，在FPGA (Field-Programmable Gate Array)晶片中嵌入一顆32位元的處理器，並且可於晶片中撰寫硬體描述語言(hardware description language, HDL)模組。然而，若使用該處理器執行影像處理的程式碼，將會花費相當多的運算時間，進而降低光罩對位系統的效率。為了解決這個問題，我們設計一個可以平行運算區塊比對法的HDL模組，成功地大幅減少所需的運算時間。
本論文所提出的non-OS光罩對位系統與馬達運動平台、機器視覺設備的連結，是透過在LabVIEW中設計的人機介面(Human-machine interface, HMI)進行控制，並自訂一個通訊協定，使光罩對位系統可與人機介面進行資料的傳輸。最後，我們採用三種不同的樣本以驗證系統的效能，並記錄過程中的對位次數、時間與座標。本論文提供未來持續發展non-OS對位系統設計，一份重要的參考依據。

關鍵字

SOPC ； FPGA ； SAD ； 區塊比對 ； 機器視覺 ； 光罩對位對位標記

並列摘要

This paper proposed a mask alignment system which is used the SOPC technology to realize a hardware image full search block-matching algorithm. Using the non-OS embedded platform to improve the image processing unit of current mask system equipment which is based on industrial PC. This non-OS mask alignment system is designed by the Altera SOPC technology which is embedded a 32-bit processor and customized hardware description language (HDL) modules into a Field-Programmable Gate Array (FPGA) chip. However, the processor will spend a lot of time to execute the image processing program and reduce the performance of the non-OS mask alignment system. For the above reasons, we propose a parallel pattern matching method which is achieved by the HDL module of the FPGA, and significantly reduce the computation time.
The non-OS mask alignment system connects the motor motion platform and the machine vision equipment, and controlled by a LabVIEW based Human-machine interface (HMI) via a customized communication protocol. Finally, we adopt three patterns to verify the performance of the system, and record the number of aligned and time and coordinates during the alignment process. This paper will provide an important reference for the future to continue to develop a non-OS mask alignment system.

並列關鍵字

SOPC ； FPGA ； SAD ； block matching ； visual machine ； mask aligner ； template matching

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