FPGA ÜZERİNDE İKİ BOYUTLU KONVOLÜSYONİŞLEMİ GERÇEKLENMESİ

Abdullah Usta

040030418Mayıs 2008

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK FAKÜLTESİ

Neden Görüntü İşleme? Savunma sanayiinden tüketici elektroniğine kadar bir

çok sektörde görüntü işlemeye ihtiyaç duyulmaktadır. Kişi tanıma Cisim tanıma Görüntüyü güzelleştirme

Görüntü işleme teknikleri: görüntü analizi, görüntü onarımı, görüntünün iyileştirilmesi, görüntünün sıkıştırılması(kodlanması), görüntünün bölütlendirilmesi

Sayısal İşaret İşleme Mobil telefonlardan uçak elektronigine kadar çok

yaygın bir teknoloji alaninda sayısal işaret işlemenin kullanımı mevcuttur.

Sayısal işaret işleme mikroişlemcilerle gerçeklenebildiği gibi, özel olarak bu amaçla üretilmiş sayısal işaret işleyiciler(DSP) de vardır.

Bu çalışmada işaret işleme FPGA üzerinde yapılmıştır.

KONVOLÜSYON İŞLEMİ Piksellerin komşuluğundan faydalanarak, bir filtre çekirdeğinin

(konvolüsyon maskesi) resim üzerinde gezdirilmesi ile yapılır.

Filtre örnekleri

Kaynak Resim

Filtre örnekleri

Yüksek geçiren filtre ile süzülmüş resim

Filtre örnekleri

Bulanık filtre ile süzülmüş resim

Filtre örnekleri

Sinc filtre ile süzülmüş resim

FPGA Nedir? Field Programmable Gate Array (FPGA) genel olarak

programlanabilir aygıt olarak tanimlanir. Genel tanım olarak “Bir lojik blok dizisi, bu dizinin

çevresinde bir halka oluşturan giriş çıkış birimleri ve bütün bu birimleri birbirine bağlayan programlanabilir ara bağlantılardan oluşan aygıttır” denebilir.

İşlem Devresi

İşlem Devresinin Blok Diyagramı

KONVOLÜSYONRAM KONTROLÖR

RAM Denetleyicisi

RS232 Haberleşme

Modülü

FPGA

Konvolüsyon Modülü

Resim üzerinde pencere matrisi

Konvolüsyon Modülü

Pencereleme modülünün blok diyagramı

Konvolüsyon Modülü

Çarpma-toplama bloğunda kullanılan sayı sistemi

Çarpma-toplama bloğu veri akış diyagramı

RAM Kontrolör Modülü RAM’den sırası ile gelen verilerin konvolüsyon

modülüne gönderilip, oradan gelen verileri de RAM’e göndermekle yükümlü birimdir.

Örnek pencere matrisi

RAM Kontrolör durum diyagramı

Donanım Test Sonuçları

Konvolüsyon bloğu benzetim sonucu

Donanım Test Sonuçları

Kaynak resim

Donanım Test Sonuçları

FPGA üzerinde Gauss alçak geçiren filtre ile süzülmüş resim

Donanım Test Sonuçları

FPGA üzerinde yüksek geçiren filtre ile süzülmüş resim

Donanım Test Sonuçları

Kaynak resim

Donanım Test Sonuçları

FPGA üzerinde Gauss alçak geçiren filtre ile süzülmüş resim

Donanım Test Sonuçları

FPGA üzerinde yüksek geçiren filtre ile süzülmüş resim

Sonuç Bu çalışma FPGA üzerinde fotoğraf makinesi gerçeklenmesinin

bir sonraki basamağı olarak görülebilir. Ayrıca, FPGA üzerinde görüntü işlemeye giriş mahiyetinde olup,

daha farklı görüntü işleme tekniklerine de ön ayak olabilecek niteliktedir.

Yapılan çalışmadaki algoritmaların biraz daha düzenlenmesi ile video işleme yapmak da mümkündür. Mevcut durumda 160 ms’de bir çerçeve(frame) hazır hale gelmektedir(saat frekansı: 50 MHz)

Bu çalışma, gömülü sistem üzerinde gerçeklendiği için; televizyon, video kaydedici, dijital fotoğraf makinesi gibi ürünlerde doğrudan(FPGA ile) kullanılabildiği gibi, yapılan tasarım ile ASIC halde üretilip de kullanılabilir.

TEŞEKKÜRLER