3차원 Depth Image 추출용 Differential CORDIC 기반 고속 위상 연산기의 FPGA 구현

FPGA Implementation of Differential CORDIC-based high-speed phase calculator for 3D Depth Image Extraction

본 논문에서는 TOF(Time-Of-Flight) 센서에 의해 얻어진 정보로부터 3차원 깊이 영상(depth image)을 추출하기 위한 위상 연산기의 하드웨어 구현을 제안한다. 설계된 위상 연산기는 DCORDIC(Differential COordinate Rotation DIgital Computer) 알고리듬의 vectoring mode를 이용하여 Arctangent 연산을 수행하며, 처리량과 속도를 늘리기 위해 redundant binary 수체계와 pipelined 구조를 적용하였다. 제안된 알고리듬은 고정 소수점 MATLAB 시뮬레이션을 통해 검증하고 최적 데이터 비트 수 및 반복 횟수를 결정하였다. 설계된 위상 연산기는 MATLAB/Simulink와 FPGA 연동을 통해 가상의 3차원 데이터 복원 동작을 검증하였으며, 469 MHz의 클록 주파수로 동작하여 7.5 Gbps의 성능을 갖는 것으로 평가되었다.

In this paper, a hardware implementation of phase calculator for extracting 3D depth image from TOF(Time-Of-Flight) sensor is proposed. The designed phase calculator, which adopts redundant binary number systems and a pipelined architecture to improve throughput and speed, performs arctangent operation using vectoring mode of DCORDIC algorithm. Fixed-point MATLAB simulations are carried out to determine the optimized bit-widths and number of iteration. The designed phase calculator is verified by emulating the restoration of virtual 3D data using MATLAB/Simulink and FPGA-in-the-loop verification, and the estimated performance is about 7.5 Gbps at 469 MHz clock frequency.