Konzeption und Entwicklung einer Architektur zur parametrisierbaren Filterung von Grauwertbildern und deren ASIC-Realisierung
| URL | http://edoc.sub.uni-hamburg.de/informatik/volltexte/2009/32/ |
|---|---|
| Dokumentart: | Report (Bericht) |
| Schriftenreihe: | Berichte des Fachbereichs Informatik der Universität Hamburg |
| Bandnummer: | 189 |
| Sprache: | Deutsch |
| Erstellungsjahr: | 1996 |
| Publikationsdatum: | 18.08.2009 |
| SWD-Schlagwörter: | Bildverarbeitung |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | image processing |
| DDC-Sachgruppe: | Informatik |
| BK - Klassifikation: | 54.74 , 54.73 |
Kurzfassung auf Deutsch:
Besonders im Bereich der Bildverarbeitung zeigt sich, daß Mikroprozessoren und DSPs trotz steigender Taktfrequenzen nicht schnell genug sind, um den Anforderungen einer Echtzeitverarbeitung zu genügen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein ASIC (GIPP - General Image PreProcessor) entworfen, welches die zeitkritischen Aufgaben der Bildvorverarbeitung bearbeiten soll. Als Anwendungsgebiet wird die automatische Klassifikation von Hölzern behandelt. Dazu wird im ersten Teil ein Konzept erarbeitet, daß die Extraktion typischer Bildmerkmale unter Echtzeitbedingungen ermöglicht. In dem so gewonnenen mehrdimensionalen Merkmalsraum findet dann die eigentliche Klassifikation der Holzproben statt. Die Tragfähigkeit dieses Ansatzes wird mit Hilfe von Softwaresimulationen überprüft. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Chipentwurf des GIPP. Das IC implementiert einen programmierbaren 2-D Filter. Die Größe der Filtermatrizen kann an die Aufgabenstellung angepaßt werden. Ein Chip kann Faltungen mit 40 Koeffizienten durchführen. Die Kombination mehrerer ICs erlaubt die Umsetzung größerer Filter, während zwei Ausgabebusse die gleichzeitige Berechnung kleinerer Filter ermöglichen. Durch besondere Maskierungstechniken können Teilbilder innerhalb eines Eingabebildes (bis 1024 x n) unterschieden werden. Dadurch wird die Behandlung von Bildpyramiden in der Hardware effizient unterstützt. Da die Verzögerungszeit des Datenstroms durch ein IC konstant ist (abhängig von der internen Pipeline), können mehrere ASICs kaskadiert werden, um so ein komplexeres Bildverarbeitungssystem aufzubauen. Jedes IC der Pipeline verarbeitet einen kontinuierlichen Datenstrom unter Echtzeitbedingungen.
Kurzfassung auf Englisch:
It is well known that in image processing applications microprocessors and DSPs are not fast enough to meet the timing requirements for real-time operation. Within the scope of this work an ASIC (GIPP - General Image PreProcessor) is designed, to accelerate the time consuming tasks during image pre-processing. The target application area is the automatic classification of wood boards. In the first part of this report an image processing concept is developed, that allows to extract typical image features under real-time conditions. Within the multidimensional feature space the classification of the samples is done. The concept is validated through extensive software simulations. The second part of this work concentrates on the IC design of the GIPP. The circuit implements a programmable 2-D filter. The size of the filter matrices can be chosen according to the task to be performed. One chip can compute convolutions with up to 40 coefficients. Combining multiple ICs larger filters can be implemented, while two output busses allow the computation of smaller filters within one chip. Through special masking techniques parts of an input image (of up to 1024 x n) can be separated to deal efficiently with image pyramides in hardware. Since the data delay through one IC is constant (depending on the pipeline configuration), several ASICs can be cascaded to build a complex image processing system. Each IC in the pipeline works on a continuous pixel stream under real-time conditions.
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