Thực hiện khối tách biên ảnh trên FPGA

Bài viết Thực hiện khối tách biên ảnh trên FPGA trình bày một ứng dụng của công nghệ FPGA và công cụ hỗ trợ phát triển Xilinx System Generator trong thiết kế và phát triển thuật toán tách biên ảnh trên phần cứng cấu hình lại FPGA.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thực hiện khối tách biên ảnh trên FPGA 20 Trần Nhật Tin, Lê Thanh Lâm, Huỳnh Việt Thắng THỰC HIỆN KHỐI TÁCH BIÊN ẢNH TRÊN FPGA IMPLEMENTATION OF AN EDGE DETECTION MODULE ON FPGA Trần Nhật Tin, Lê Thanh Lâm, Huỳnh Việt Thắng Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; Email: thanghv@dut.udn.vn Tóm tắt - Bài báo này trình bày một ứng dụng của công nghệ Abstract - This paper presents an application of the FPGA and the FPGA và công cụ hỗ trợ phát triển Xilinx System Generator trong Xilinx System Generator tool in designing and developing the edge thiết kế và phát triển thuật toán tách biên ảnh trên phần cứng cấu detection algorithm on the FPGA hardware platform. The paper hình lại FPGA. Bài báo trình bày quy trình thiết kế và đánh giá hai shows the process of designing and evaluating the two edge bộ tách biên ảnh thông dụng sử dụng mặt nạ Sobel và Prewitt trên detectors using Sobel and Prewitt masks on both Matlab Simulink phần mềm Matlab Simulink và trên board mạch Virtex-5 FPGA của and Virtex-5 FPGA boards. This example illustrates the process of Xilinx. Thông qua ví dụ thiết kế này, một quy trình đồng thiết kế và co-designing and monitoring software and hardware for the FPGA kiểm tra trên phần mềm và phần cứng cho các ứng dụng xử lý tín digital signal processing applications, helping to accelerate the hiệu trên FPGA được trình bày, giúp ích cho việc phát triển nhanh signal processing algorithms and the FPGA-related applications. các thuật toán xử lý tín hiệu và các ứng dụng liên quan trên FPGA. Từ khóa - edge detection; FPGA; system generator; DSP; Xilinx; Key words - edge detection; FPGA; system generator; DSP; hardware implementation. Xilinx; hardware implementation. 1. Đặt vấn đề ứng dụng điển hình của FPGA là sử dụng FPGA như một Ngày nay, công nghệ xử lý hình ảnh đang được ứng bộ tăng tốc phần cứng (hardware-accelerator) trong các hệ dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y học, an ninh, giao thống tính toán hiệu năng cao, hoặc sử dụng FPGA để thiết thông, bảo mật, cũng như trong lĩnh vực tự động hóa. Các kế và phát triển hệ thống nhúng. ứng dụng của xử lý ảnh trong chẩn đoán y học dựa vào các Cùng với sự ra đời của các dòng sản phẩm chip FPGA thiết bị phần cứng đa dạng như máy chụp cắt lớp, máy chụp mới có mật độ tích hợp ngày càng cao và công suất tiêu thụ cộng hưởng từ, máy siêu âm, máy điện tim. Trong an ninh, cực thấp, các công cụ phần mềm hỗ trợ thiết kế đi kèm cho xử lý ảnh hỗ trợ phát hiện chuyển động, giúp cảnh báo xâm FPGA cũng được các hãng sản xuất FPGA chú trọng phát phạm, phát hiện các tình huống bất thường dựa trên nhận triển với mục tiêu giúp người dùng giảm thiểu thời gian dạng cử động của cơ thể người. Trong giao thông, việc thu thiết kế và phát triển sản phẩm. Hai công cụ tiêu biểu của thập và xử lý tín hiệu hình ảnh từ camera giúp theo dõi hãng Xilinx [2] – một trong những hãng sản xuất FPGA lượng xe lưu thông trên đường nhằm cảnh báo sớm tình hàng đầu thế giới – là Embedded Development Kit (EDK) trạng ùn tắc, ghi nhận các trường hợp vi phạm giao thông, cho phép phát triển hệ thống nhúng và Xilinx System chụp và truy xuất số xe vi phạm để xử lí. Có thể nói, kỹ Generator (XSG) [3] cho phép phát triển nhanh các ứng thuật xử lý ảnh đã và đang đóng vai trò cực kỳ quan trọng dụng xử lý tín hiệu (bao gồm cả xử lý ảnh) trên các board và đang hiện hữu rộng khắp trong các hệ thống điện tử phát triển FPGA của Xilinx [4, 5]. thông minh có trên thị trường. Ngày nay, yêu cầu sử dụng Bài báo này sẽ trình bày việc thực thi và đánh giá bộ các thiết bị nhúng thông minh tích hợp kỹ thuật xử lý ảnh tách biên ảnh sử dụng hai mặt nạ thông dụng là mặt nạ nâng cao đang gia tăng nhanh chóng. Điều này đòi hỏi sự Sobel và mặt nạ Prewitt trên FPGA của hãng Xilinx sử tích hợp của các kỹ thuật xử lý ảnh trên các hệ thống nhúng dụng công cụ XSG. Khác với nghiên cứu được công bố để đạt được những yêu cầu khắt khe về công suất tiêu thụ, trong [5], nghiên cứu của chúng tôi thực hiện so sánh hiệu tốc độ xử lý, tài nguyên phần cứng và thời gian phát triển năng của hai loại mặt nạ thông dụng được sử dụng trong sản phẩm. bài toán tách biên ảnh, cũng như nghiên cứu của chúng tôi Có nhiều bước xử lý khác nhau được thực hiện trong một trình bày chi tiết quy trình đồng thiết kế trên phần mềm và hệ thống xử lý ảnh, trong đó tách biên ảnh (Edge Detection) phần cứng (software-hardware co-design) sử dụng XSG [1] là một trong những bước xử lý đầu tiên nhằm trích rút cùng các kết quả phân tích và đánh giá chi tiết. các đặc trưng mong muốn của đối tượng từ dữ liệu ảnh số Nội dung bài báo được sắp xếp theo trình tự sau đây. hóa. Kỹ thuật tách biên ảnh được thực hiện bằng phép nhân Phần 2 trình bày cơ sở lý thuyết của kỹ thuật tách biên ảnh chập hai chiều giữa một mặt nạ được định nghĩa trước với và các công cụ phần mềm sử dụng trong thiết kế bao gồm bức ảnh muốn tách biên. Tùy thuộc vào loại mặt nạ được sử XSG và Matlab Simulink. Phần 3 trình bày chi tiết kiến dụng, các bộ tách biên ảnh được phân chia thành tách biên trúc của bộ tách biên ảnh được thực hiện trong XSG. Phần ảnh sử dụng toán tử Sobel, Prewitt, hay Roberts [1]. Thách 4 trình bà ...