real-time hardware acceleration of object detection for intelligent embedded vision systems

242 Pages·2014·9.82 MB·English

u

o
DEPARTMENT OF ELECTRICAL AND COMPUTER
k
ENGINEERING
r

y

K
REAL-TIME HARDWARE ACCELERATION OF

OBJECT DETECTsION FOR INTELLIGENT
o
EMBEDDED VISION SYSTEMS
t
s
i

r
h
DOCTOR OF PHILOSOPHY DISSERTATION
C

CHRISTOS KYRKOU

2014
u
o
k
r
y
K

s
o
t
s
i
r
h
C
u

o
k
DEPARTMENT OF ELECTRICAL rAND COMPUTER
y
ENGINEERING
K

REAL-TIME HARDWARE ACCELERATION OF
s
OBJECT DETECTION FOR INTELLIGENT
o
EMBEtDDED VISION SYSTEMS
s

i
r
h
C CHRISTOS KYRKOU

A Dissertation Submitted to the University of Cyprus in Partial
Fulfillment of the Requirements of the Degree of Doctor of Philosophy

May 2014
u

o

k

r

y

K

s
o

t
s

i

r
h

C

© CHRISTOS KYRKOU, 2014
VALIDATION PAGE

Doctoral Candidate: Christos Kyrkou
Doctoral Thesis Title: Real-Time Hardware Acceleration of Object Detection for
Intelligent Embedded Vision Systems
u
The present Doctorate Dissertation was submitted in partial fulfillmento of the requirements for
the Degree of Doctor of Philosophy in the Department of Electrical and Computer
k
Engineering, and was approved on January 15, 2014 by the members of the Examination
r
Committee.
y

K
Examination Committee:

s
o

t
s

i
r
h
C
- i -
u
o
k
r
y
K

s
o
t
s
i
r
h
C
- ii -
DECLARATION OF DOCTORAL CANDIDATE

The present doctoral dissertation was submitted in partial fulfillment of the requirements of
the degree of Doctor of Philosophy of the University of Cyprus. It is a product of original
work of my own, unless otherwise mentioned through references, notes, or any other
statements.
u

o
Christos Kyrkou
k
r
y
K

s

o

t

s

i
r
h
C
- iii -
u
o
k
r
y
K

s
o
t
s
i
r
h
C
- iv -
Περίληψη
Η ανίχνευση αντικειμένων είναι μια βασική και απαραίτητη λειτουργίας για
ενσωματωμένα συστήματα όρασης, καθώς τους δίνει τη δυνατότητα να αλληλεπιδρούν με πιο
έξυπνο τρόπο με το περιβάλλον τους και γίνεται όλο και πιο αναγκαία για ένα ευρύ φάσμα
εφαρμογών που σχετίζονται με την επεξεργασία εικόνων, ρομποτική, συστήματα ασφαλείας
και βίο-πληροφορική. Υφιστάμενα συστήματα που βασίζονται μόνο σε υλοποίηση σε
u
λογισμικό παρέχουν την απαιτούμενη απόδοση μόνο για εικόνες μικρών διαστάσεων και
κάτω από ιδανικές συνθήκες. Συνεπώς, υπάρχει ανάγκη για ανάπτυoξη αρχιτεκτονικών σε
υλικό που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές για εύρεση διαφορετικών
k
αντικειμένων, σε εικόνες διαφόρων μεγεθών.
r
Η διατριβή ασχολείται με μια βασική πρόκληση στις μέρες μας που σχετίζεται με το
y
σχεδιασμό και την υλοποίηση αρχιτεκτονικών υλικού για την ανίχνευση αντικείμενων σε
K
εικόνες, που να έχουν χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να λειτουργούν σε πραγματικό
χρόνο, αξιοποιώντας τη χρήση αναδιατα σσόμενου υλικού. Συγκεκριμένα, προτείνονται
s
αρχιτεκτονικές για δύο αλγόριθμους, των αλγόριθμο Viola-Jones και τις διανυσματικές
μηχανές υποστήριξης, με στόχοo την ανίχνευση αντικειμένων σε πραγματικό χρόνο,
διατηρώντας παράλληλα μια καλή ακρίβεια. Επιπλέον ένας ακόμη στόχος αυτής της διατριβής
t
είναι η ανάπτυξη γενικώνs και επεκτάσιμων αρχιτεκτονικών υλικού, που να επιτρέπουν τη
χρήση τους σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και διαφορετικές πλατφόρμες. Επιπλέον, ευφυείς
i
r
μηχανισμοί ενσωματωθεί μαζί με τις προτεινόμενες αρχιτεκτονικές υλικού με σκοπό την
h
περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης. Επιπλέον, η διατριβή προτείνει μια μεθοδολογία για την
περαιτέρωC βελτίωση της απόδοσης των αλγορίθμων ανίχνευσης αντικειμένου με τη
χρησιμοποίηση ακμών εικόνας, και τρισδιάστατων δεδομένων ώστε να επιτυχή την μείωση
του αριθμού των παραθύρων που δημιουργούνται για μια εικόνα ώστε να αυξηθεί η συνολική
απόδοση του συστήματος ανίχνευσης. Οι προτεινόμενες αρχιτεκτονικές αξιολογήθηκαν
πειραματικά σε πλατφόρμες αναδιατασσόμενου υλικού και είναι ικανές να παρέχουν
επεξεργαστικές επιδόσεις που ξεπερνούν τις εικόνες ανά δευτερόλεπτο, επιτρέποντας να
χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ανίχνευσης αντικειμένων πραγματικού χρόνου.

- v -
u
o
k
r
y
K

s
o
t
s
i
r
h
C
- vi -