Hardware acceleration of image registration algorithm on FPGA-based systems on chip

Γουρουνάς, Δημήτριος; Gourounas, Dimitrios

dc.contributor.author	Γουρουνάς, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Gourounas, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2019-07-09T08:28:30Z
dc.date.available	2019-07-09T08:28:30Z
dc.date.issued	2019-07-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48996
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16734
dc.rights	Default License
dc.subject	Επεξεργασία εικόνας	el
dc.subject	Image processing	en
dc.subject	FPGA	en
dc.subject	FPGA	en
dc.subject	Ενσωματωμένα συστήματα	el
dc.subject	Embedded systems	en
dc.subject	Υλοποίηση hardware	el
dc.subject	Hardware implementation	en
dc.subject	Συ-σχεδίαση	el
dc.subject	Co-design	en
dc.title	Hardware acceleration of image registration algorithm on FPGA-based systems on chip	en
dc.title	Επιτάχυνση υλικού σε αλγόριθμο εγγραφής εικόνας σε FPGA-based σύστημα σε ψηφίδα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Computer hardware description languages	en
heal.classification	Embedded computer systems--Programming	en
heal.classification	Image processing	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh87005550
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh87006633
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85064446
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-17
heal.abstract	Η επεξεργασία εικόνας είναι ένας κλάδος της επιστήμης των υπολογιστών και της ψηφιακής επεξεργασίας σήματος. Σήμερα, λόγω της πληθώρας εφαρμογών και των συνεχώς αυξανόμενων απαιτήσεων στη βιομηχανία και όχι μόνο, το ερευνητικό έργο που σχετίζεται με τον κλάδο αυτό αυξάνει συνεχώς σε διαστάσεις. Με εφαρμογές στην ιατρική, στην αναγνώριση προτύπων και αντικειμένων, στην αυτοκινητοβιομηχανία, σε δορυφορικά συστήματα κλπ. ποικίλες και διαφορετικές στρατηγικές επεξεργασίας με ευρέως ανεπτυγμένο επιστημονικό υπόβαθρο έχουν προταθεί ανά τους καιρούς. Ένα από τα κύρια ζητήματα που αφορούν την επεξεργασία εικόνας είναι η απαίτηση για εκτέλεση σε πραγματικό χρόνο, η οποία τείνει στις περισσότερες περιπτώσεις να είναι ανέφικτη με τη συνηθισμένη υλοποίηση και εκτέλεση σε ένα υπολογιστικό σύστημα που αποτελείται από έναν επεξεργαστή. Ειδικά αν ο λόγος γίνεται για ενσωματωμένα συστήματα, υπάρχει επίσης η ανάγκη για όσο το δυνατόν λιγότερη κατανάλωση ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, διαφορετικές τεχνολογίες και συνεργασία μεταξύ αυτών είναι ικανές να παρέχουν πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα. Σκοπός αυτής της διπλωματικής είναι η σχεδίαση και υλοποίηση μιας εφαρμογής επεξεργασίας εικόνας σε ένα ενσωματωμένο σύστημα που αποτελείται από επεξεργαστή και FPGA, με σκοπό να καλύπτονται οι προαναφερθείσες απαιτήσεις. Ως εφαρμογή επιλέχθηκε η καταχώριση (αποτύπωση) εικόνας για ένα σύνολο δεδομένων που αποτελείται από φωτογραφίες ματιών γύρω από την περιοχή της ίριδας. Σκοπός της εφαρμογής είναι η ταύτιση διαφορετικών εικόνων και απόφαση για το αν πρόκειται για το ίδιο ή διαφορετικό μάτι. Για την υλοποίηση του συστήματος χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα Zybo της Digilent, που είναι βασισμένη στην οικογένεια συ-σκευών Zynq-7000 All Programmable SoC. Κατόπιν μελέτης των χρονοβόρων κομματιών της εφαρμογής, επιλέχθηκε ο κατάλληλος διαμερισμός υλικού και λογισμικού για τη βέλτιστη δυνατή λύση. Αυτή η συ-σχεδίαση πραγματοποιήθηκε από την πλευρά του Υλικού προγραμματίζοντας με τη γλώσσα VHDL και από την πλευρά του Λογισμικού με χρήση της γλώσσας C. Μελετήθηκαν επίσης αποτελεσματικές και εύχρηστες μέθοδοι επικοινωνίας μεταξύ Υλικού και Λογισμικού, οι οποίες μπορούν να εφαρμοστούν και σε πολλές άλλες εφαρμογές της επεξεργασίας εικόνας. Τέλος έγινε αξιολόγηση του τελικού συστήματος, στην οποία παρουσιάζονται η απόκλιση από τα αρχικά αποτελέσματα που παράγει το υλικό, η επιτάχυνση χρόνου που επιτεύχθηκε, η τελική κατανάλωση ισχύος και το ποσοστό επιτυχίας της αναγνώρισης των ματιών.	el
heal.abstract	Image processing is a scientific field of computer science and digital signal processing. Today, the multitude of applica tions and the constantly increasing demands in the industry have imposed a great increase in the dimensions of the research associated with this sector. With applications in medicine, pattern recognition and recognition of objects , automotive industry, satellite systems, etc. varied and different processing strategies with a widely developed scientific background have been pr o- posed over the times. One of the main issue s regarding the image processing is a r e- quirement for real - time execution, which in most cases tends to be unfeasible with the usual implementa tion on a computational system consisting of a standalone processor. Especially if the issue regards the embedded systems, there is also the need for the least possible energy consumption. As a result, different technologies and cooperation between them are likely to provide more satis fying results . The purpose of this thesis is the design and implementation of an image pr o- cessing appli cation in an embedded system consisting of both a processor and an FPGA, in order to meet the abovementioned requirements. As an application the i m- age registration problem was chosen , which focuses on a dataset that consists of eye p ho tographs around the area of the iris . The goal of this application is the identific a- tion of differ ent images and deciding whether or not it is the same or a different eye. For the implementation of the system the Zybo platform made by Digilent was used, which is based on the Zynq - 7000 All Programmable SoC (System on Chip) device family, manufactured by Xilinx. After carefully study ing the time - consuming sections of the application, an appropriate hardware and software par titioning for an optimum solution was selected . This co - design involved using the VHDL language for pr o- gramming from the Hardware side and the C language from the software side. E ff i- cient and convenient communication methods between hardware and software were examined , which can also be ap plied to many other applications of image processing. Lastly, the final system was assess ed , with a presentation of the deviation from the in itial results, the succeeded acceleration , the final power consumption and the su c- cess rate of the eye identificati on	en
heal.advisorName	Σούντρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Πεκμεστζή, Κιαμάλ	el
heal.committeeMemberName	Ματσόπουλος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Τεχνολογίας Πληροφορικής και Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.
heal.fullTextAvailability	true