Đang tải... (xem toàn văn)
Nhằm thiết kế các ứng dụng đạt hiệu quả cao thì vấn đề xử lý nhằm đáp ứng về tốc độ, thời gian thực là những yêu cầu rất quan trọng trong hầu hết các ứng dụng. Để đáp ứng được các yêu cầu này thì ta phải xử lý một cách tốt nhất từng giai đoạn trong quá trình xử lý ảnh. Một trong những giai đoạn quan trọng này là tách biên của một bức ảnh. Do đó chúng tôi đã chọn đề tài “Thực thi và đánh giá thuật toán tách biên ảnh trên FPGA”. Đề tài này được thực hiện trên cả phần cứng sử dụng KIT FPGA Virtex5XUP LX110T và phần mềm sử dụng Matlab Simulink trên nền Xilinx System Generator. Nội dung đồ án này được chia làm 4 chương:2. Chương 1: Tổng quan về xử lý ảnh số và bài toán tách biên.Xử lý ảnh số đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay, do đó để hiểu rõ hơn về xử lý ảnh trong chương này sẽ trình bày một cách tổng quan về xử lý ảnh số và bài toán tách biên bao gồm:•Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh như điểm ảnh, độ phân giải ảnh, mức xám của ảnh, các loại ảnh.•Các phép xử lý ảnh số thông dụng như phép nhân chập, lọc trung bình, lọc thông thấp, thông cao.• Bài toán tách biên được sử dụng là tách biên theo phương pháp Gradient với hai bộ lọc là Sobel và Prewitt.3.Chương 2: Giới thiệu về KIT FPGA Virtex5, phần mềm Matlab Simulink và Xilinx System Generator.Việc thực thi thiết kế trên cả phần cứng sử dụng FPGA Virtex5 và phần mềm sử dụng Matlab Simulink trên nền Xilinx System Generator đòi hỏi ta phải có sự hiểu biết nhất định về những công cụ mà ta sử dụng. Vì vậy trong chương này sẽ đi giới thiệu tổng quan về những công cụ sử dụng trong thiết kế trên phần cứng và phần mềm.•FPGA: Tìm hiểu tổng quan về FPGA, cấu trúc của và ứng dụng•Matlab Simulink: Giới thiệu về Matlab và vai trò của Simulink trong việc xây dựng các thuật toán DSP.•Xilinx System Generator4.Chương 3: Xây dựng hệ thống tách biên ảnh trên FPGA.Trong chương này ta sẽ tiến hành xây dựng hệ thống xử lý ảnh tách biên trên XSG thông qua việc mô tả hệ thống nhằm hiểu chức năng của hệ thống, sau đó tiến hành thiết kế hệ thống theo quy trình thiết kế số.4.1. Mô tả hệ thống: •Tìm hiểu hệ thốngNhiệm vụ: “Thực thi và đánh giá thuật toán tách biên ảnh trên FPGA”. Thực hiện trên cả phần mềm Matlab Simulink và phần cứng FPGAVirtex5.Phương pháp xây dựng: áp dụng bài toán tách biên sử dụng bộ lọc Sobel và Prewitt trong môi trường Simulink, XSG.•Sơ đồ tổng quát hệ thống Image source: ngõ vào bức ảnh bất kì có thể là ảnh màu hay ảnh gray.Image preprocessing unit: khối tiền xử lý ảnh, được thực hiện trên Matlab.Edge detection module: khối IP core của thiết kế, thực hiện trên XSG.Image postprocessing unit: khối hậu xử lý ảnh, thực hiện trên Matlab.Image viewer: xem kết quả thiết kế.4.2. Thiết kế hệ thống•Thiết kế HighLevel: Sơ đồ mạch cho từng moduleImage preprocessing unit Image postprocessing unit module edge detection •Thiết kế LowLevel: sơ đồ mạch hoàn chỉnh thiết kế 5.Chương 4: Kết quả thực thi và đánh giáTrong chương này ta dựa vào sơ đồ mạch hoàn chỉnh trong thiết kế ở chương 3 để tiến hành mô phỏng, đánh giá kết quả đạt được trên phần mềm và phần cứng sau đó nhận xét về hệ thống.
LỜI CAM ĐOAN Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Kính gửi : Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Nhóm gồm có thành viên: Trần Nhật Tin, Lớp 09DT1- Khoa Điện tử -Viễn Thông, Trường đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Lê Thanh Lâm, Lớp 09DT1- Khoa Điện tử -Viễn Thông, Trường đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Chúng xin cam đoan nội dung đồ án thực hướng dẫn trực tiếp thầy Huỳnh Việt Thắng, chép đồ án công trình có từ trước Đà Nẵng, ngày 19 tháng năm 2014 Sinh viên Trần Nhật Tin Lê Thanh Lâm MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Ma trận pixel ảnh Lena 256*256 Hình 1.2: Ảnh có độ phân giải khác Hình 1.3: Các loại ảnh khác Hình 1.4: Phép nhân chập tìm giá trị pixel trung tâm Hình 1.5: Ảnh trước sau lọc trung bình Hình 1.6: Các loại đường biên Hình 1.7: Ảnh trước sau tách biên dùng lọc Sobel Hình 1.8: Ảnh trước sau tách biên dùng lọc Prewitt Hình 2.1: Kiến trúc tổng quan FPGA Hình 2.2: KIT FPGA Virtex-5 LX110T Hình 2.3: Sơ đồ mô hình sử dụng Matlab Simulink Hình 2.4: Quy trình thiết kế XSG Hình 2.5: Sơ đồ mô hình sử dụng Xilinx System Generator Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống Hình 3.2: Quy trình thiết kế Hình 3.3: Sơ đồ module tiền xử lý ảnh Hình 3.4: Block Image From File Hình 3.5: Block Color Space Convertion Hình 3.6: Block Frame Convertion Hình 3.7: Block Unbuffer Hình 3.8: Sơ đồ khối hậu xử lý ảnh Hình 3.9: Khối buffer Hình 3.10: Khối Convert 1-D to 2-D Hình 3.11: Khối Data Type Coversion Hình 3.12: Sơ đồ quy trình thiết kế edge detection dùng XSG Hình 3.13: Sơ đồ chi tiết khối edge detection Hình 3.14: Mặc nạ theo phương ngang Hình 3.15: Mặc nạ theo phương dọc Hình 3.16: Sơ đồ mạch khối lấy ngưỡng Hình 3.17: Sơ đồ mạch khối lấy trị tuyệt đối DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.18: Sơ đồ mạch hoàn chỉnh thiết kế Hình 4.1: Kết nối Board FPGA Virtex5 với máy tính thông qua JTAG Hình 4.2: Nạp ảnh vào Matlab Hình 4.3: Thiết lập KIT chưa có XSG Hình 4.4: Cấu hình thông số cho Virtex5 xc5vlx110t-1ff1136 Hình 4.5: Cách khởi động IMPACT Hình 4.6: Chọn file cấu hình Hình 4.7: Nạp file cấu hình Hình 4.8: Ảnh vào mức Hình 4.9: Ảnh vào mức Hình 4.10: Ảnh vào mức Hình 4.11: Kết tách biên ảnh mức dùng Sobel phần mềm Hình 4.12: Kết tách biên ảnh mức dùng Sobel phần mềm Hình 4.13: Kết tách biên ảnh mức dùng Sobel phần mềm Hình 4.14: Kết tách biên ảnh mức dùng Sobel phần cứng Hình 4.15: Kết tách biên ảnh mức dùng Sobel phần cứng Hình 4.16: Kết tách biên ảnh mức dùng Sobel phần cứng Hình 4.17: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần mềm Hình 4.18: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần mềm Hình 4.19: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần mềm Hình 4.20: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần cứng Hình 4.21: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần cứng Hình 4.22: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần cứng Hình 4.23: Thiết lập ước lượng tài nguyên Hình 4.24: Khởi động công cụ XPower Analyzer Hình 4.25: Công suất tiêu thụ dùng lọc Sobel Hình 4.26: Công suất tiêu thụ dùng lọc Prewitt DANH MỤC BẢNG DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Uớc lượng tài nguyên Prewitt edge detection Bảng 4.2: Uớc lượng tài nguyên Sobel edge detection Bảng 4.3: Người tham gia đánh giá chất lượng tách biên DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ASIC A Application Specific Intergrated Circuit EDK C Complex Programable Logic Devices D Digital Signal Processing Dual In-line Memory Module E Embedded Development Kit FPGA Field Programable Gate Array CPLD DSP DIMM Vi mạch tích hợp thực chức chuyên dụng Vi mạch phức tạp lập trình Xử lý tín hiệu số Ram sử dụng module nhớ kênh đôi Là công cụ để xây dựng hệ thống có vi xử lý nhúng FPGA F Mảng cổng logic lập trình I IP Intellectual Property JTAG Join Test Action Group LUT Look Up Table Là sản phẩm thiết kế vi mạch bao gồm Soft IP Hard IP J Công cụ truyền nhận liệu, debug test hệ thống L Là khối logic thực hàm logic từ đầu vào M MII Media Independent Interface PAL Programable Array Logic Một chuẩn giao diện dùng để kết nối Fast Ethernet P Mảng logic lập trình R RAM ROM Random Acess Memory Read Only Memory SRAM Stactic Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Bộ nhớ đọc S Bộ nhớ tĩnh truy cập ngẫu nhiên U USB Universal Serial Bus Bus truyền nhận nối tiếp X XSG Xinix System Generator Công cụ thiết kế phần cứng Xilinx DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Ngày xử lý ảnh ngày phổ biến phát triển mạnh với nhiều ứng dụng thực tế ngành y học, an ninh, giao thông, hệ thống bảo mật, tự động hóa … Các ứng dụng chẩn đoán y học dựa vào thiết bị phần cứng đa dạng máy chụp cắt lớp (CT - Computed Tomography), máy chụp cộng hưởng từ (MRI – Magnetic Resonance Imaging), máy siêu âm, máy điện tim, chụp X-Ray Trong an ninh, xử lý ảnh giúp phát chuyển động, giúp cảnh báo xâm phạm, phát tình bất thường dựa nhận dạng cử động thể người Trong giao thông giúp theo dõi lưu thông: cảnh báo sớm tình trạng ùn tắc, ghi nhận trường hợp phóng nhanh lạng lách, vượt đèn đỏ, chụp truy suất số xe vi phạm để xử lí Trong dây truyền tự động hóa giúp đo lường kiểm định chất lượng Nhằm thiết kế ứng dụng đạt hiệu cao vấn đề xử lý nhằm đáp ứng tốc độ, thời gian thực yêu cầu quan trọng hầu hết ứng dụng Để đáp ứng yêu cầu ta phải xử lý cách tốt giai đoạn trình xử lý ảnh Một giai đoạn quan trọng tách biên ảnh Do chọn đề tài “Thực thi đánh giá thuật toán tách biên ảnh FPGA” Đề tài thực phần cứng sử dụng KIT FPGA Virtex-5XUP LX110T phần mềm sử dụng Matlab Simulink Xilinx System Generator Nội dung đồ án chia làm chương: Chương 1: Tổng quan xử lý ảnh số toán tách biên Chương 2: Giới thiệu KIT FPGA Virtex-5, phần mềm Matlab Simulink Xilinx System Generator Chương 3: Xây dựng hệ thống tách biên ảnh FPGA Chương 4: Kết thực thi đánh giá Bảng phân công nhiệm vụ: THÀNH VIÊN TRẦN NHẬT TIN NHIỆM VỤ - Tìm hiểu lý thuyết Matlab Simulink Xilinx System Generator (XSG) - Tìm hiểu quy trình thiết kế XSG - Xây dựng module Image pre-processing - Xây dựng IP core Sobel edge detection - Test module Image pre-processing IP core Sobel edge detection - Mô phần cứng phần mềm hệ thống tách biên sử dụng lọc Sobel - Thực đánh giá tài nguyên chất lượng ảnh ngõ LỜI MỞ ĐẦU LÊ THANH LÂM - Tìm hiểu lý thuyết tổng quan xử lý ảnh, FPGA - Tìm hiểu quy trình thiết kế Matlab Simulink - Xây dựng module Image post-processing - Xây dựng IP core Prewitt edge detection - Test module Image post-processing IP core Prewitt edge detection - Mô phần cứng phần mềm hệ thống tách biên sử dụng lọc Prewitt - Thực đánh giá công suất tiêu thụ Trong trình tìm hiểu bảo giúp đỡ nhiệt tình thầy Huỳnh Việt Thắng nên hoàn thành đồ án khoảng thời gian quy định, song sinh viên ngồi ghế nhà trường kiến thức hạn chế nên trách khỏi thiếu sót, mong bảo giúp đỡ thầy cô để nâng cao hiểu biết hoàn thiện thân, có nhận xét nội dung đồ án để đề tài hoàn thiện Qua xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử - Viễn thông, đặc biệt thầy cô môn Điện tử nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ khoảng thời gian học trường Chúng xin gửi đến thầy Huỳnh Việt Thắng lời biết ơn sâu sắc để đáp lại dạy giúp đỡ tận tình khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp Chúng xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 19 tháng năm 2014 Sinh viên Trần Nhật Tin Lê Thanh Lâm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ VÀ BÀI TOÁN TÁCH BIÊN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN XỬ LÝ ẢNH SỐ VÀ BÀI TOÁN TÁCH BIÊN 1.1 Giới thiệu chương Xử lý ảnh số đóng vai trò quan trọng đời sống nay, ta gặp nhiều ứng dụng liên quan giao thông, bảo mật, để hiểu rõ xử lý ảnh chương trình bày cách tổng quan lý thuyết xử lý ảnh bao gồm: số khái niệm xử lý ảnh, phép xử lý ảnh số 1.2 Một số khái niệm xử lý ảnh 1.2.1 Điểm ảnh Ảnh tự nhiên ảnh liên tục không gian độ sáng Để xử lý máy tính, ảnh cần phải số hoá Số hoá ảnh biến đổi gần ảnh liên tục thành tập điểm phù hợp với ảnh thật vị trí (không gian) độ sáng (mức xám) Khoảng cách điểm ảnh thiết lập cho mắt người không phân biệt ranh giới chúng Mỗi điểm gọi điểm ảnh (PEL: Picture Element) hay gọi tắt Pixel Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, pixel ứng với cặp tọa độ (x, y) Hình 1.1 mô tả pixel ảnh Hình 1.1: Ma trận pixel ảnh Lena 256*256 1.2.2 Độ phân giải ảnh Định nghĩa: Độ phân giải (Resolution) ảnh mật độ điểm ảnh ấn định ảnh số hiển thị Khoảng cách điểm ảnh phải chọn cho mắt người thấy liên tục ảnh Việc lựa chọn khoảng cách thích hợp tạo nên mật độ phân bổ, độ phân giải phân bố theo trục x y không gian hai chiều Độ phân giải ảnh biểu diễn làm hai loại: • Độ phân dải màu: thay đổi màu nhỏ thay đổi cho ta biết số màu tối đa ảnh Trang 10 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 4.19: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần mềm • Trên phần cứng + Ảnh mức Hình 4.20: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần cứng + Ảnh mức Trang 45 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 4.21: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần cứng + Ảnh mức Hình 4.22: Kết tách biên ảnh mức dùng Prewitt phần cứng 4.2.4.4 Nhận xét kết + Phương pháp tách biên trực tiếp dựa vào biến thiên mức xám Trang 46 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ ảnh theo hướng, cụ thể qua việc sử dụng lọc Sobel Prewitt cho kết tốt, chịu ảnh hưởng nhiễu Tuy nhiên số chi tiết đặc biệt ảnh vào mức 3, tách biên chưa rõ ràng Điều giải thích hạn chế phương pháp tách biên trực tiếp, biến thiên độ sáng không đột ngột biên khó tách hoàn toàn + Đối với lọc Sobel Prewitt kết tách biên thực phần mềm phần cứng giống nhau, điều cho thấy thuật toán xây dựng đảm tính đắn đồng thời giải khó khăn định chuyển thiết kế xuống KIT FPGA + Nhìn vào kết ảnh với mức khác ta thấy: − Đối với ảnh đơn giản tức ảnh mức kết thực lọc Sobel Prewitt cho kết tốt, biên tách dường hoàn toàn Đối với ảnh mức ta chưa thể thấy khác với việc sử dụng lọc khác − Đối với ảnh mức ta thấy rõ ràng thực tách biên lọc Sobel cho kết tốt so với Prewitt − Với ảnh phức tạp, có nhiều chi tiết có độ thay đổi mức xám không rõ ràng tương ứng với ảnh mức lọc Sobel Prewitt cho kết chưa thực tốt Tuy nhiên trường hợp ta thấy lọc Sobel tách biên tốt so với Prewitt, điều thể qua biên ảnh dùng lọc Sobel tách nhiều rõ ràng so với Prewitt 4.3 Đánh giá kết 4.3.1 Tiêu chí đánh giá Sau hoàn thành xong việc thiết kế hệ thống mô ta tiến hành đánh giá việc thực thi đề tài qua tiêu chí: • Tài nguyên • Công suất • Chất lượng ảnh ngõ 4.3.2 Kết đánh giá 4.3.2.1 Đánh giá tài nguyên • Phương pháp làm đánh giá: dùng block Resource Estimate Xilinx blocksets để ước lượng tài nguyên sử dụng thiết kế hình 4.23 Trang 47 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ • • Hình 4.23: Thiết lập ước lượng tài nguyên Nội dung đánh giá: tiến hành ước lượng tài nguyên phần cứng thực lọc Sobel Prewitt với Board FPGA khác Xilinx: Spartan 3A-DSP, Virtex5, Virtex6 Lower Power Kết ước lượng Bảng 4.1: Ước lượng tài nguyên Prewitt edge detection Prewitt Spartan 3A-DSP xc3sd3400a-4fg676 494 Virtex5 xc5vlx110t1ff1136 301 Virtex6 Lower Power xc6vsx315tl-1lff1156 208 782 782 782 0 LUTs 656 658 662 IOBs 16 16 16 DSP48s 18 18 18 TBUFs 0 Slices FFs BRAMs Bảng 4.2: Ước lượng tài nguyên Sobel edge detection Trang 48 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ Sobel Spartan 3A-DSP xc3sd3400a-4fg676 486 Virtex5 xc5vlx110t1ff1136 252 Virtex6 Lower Power xc6vsx315tl-1lff1156 206 774 458 774 0 LUTs 648 496 669 IOBs 16 16 16 DSP48s 18 18 TBUFs 0 Slices FFs BRAMs • Nhận xét: + Dựa vào số liệu bảng ta thấy Virtex6 Lower Power xc6vsx315tl-1lff1156 tốn tài nguyên Spartan 3ADSP xc3sd3400a-4fg676 tốn nhiều tài nguyên Điều cho thấy cải thiện ngày lớn Xilinx việc tối ưu hoá phần cứng sử dụng + Với điều kiện thiết kế (chỉ khác thông số cấu hình lọc) KIT ta thấy lọc Sobel tiêu tốn it tài nguyên so với Prewitt + Việc chọn Virtex5 để thực thi phần cứng đề tài phụ thuộc vào yếu tố: − Thứ nhất: KIT FPGA Virtex5 XUP LX110T mượn khoa Điện tử - Viễn thông cho phép thầy Huỳnh Việt Thắng − Thứ hai: KIT FPGA Virtex5 XUP LX110T tối ưu phần cứng tốt so với Spartan 4.3.2.2 Đánh giá công suất • Phương pháp làm đánh giá: Dùng công cụ Xilinx XPower Analyzer đánh giá công suất tiêu thụ phần cứng lọc Sobel Prewitt Khởi động công cụ Xilinx XPower Analyzer hình 4.24 Trang 49 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ • • Hình 4.24: Khởi động công cụ XPower Analyzer Nội dung đánh giá: dùng công cụ XPower Analyzer đánh giá công suất tiêu thụ thiết kế với việc dùng lọc Sobel Prewitt Kết đánh giá + Đối với lọc Sobel Hình 4.25: Công suất tiêu thụ dùng lọc Sobel + Đối với lọc Prewitt Trang 50 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ • Hình 4.26: Công suất tiêu thụ dùng lọc Prewitt Nhận xét Qua kết phân tích công suất ta thấy vấn đề sau: + Tổng công suất tiêu thụ thiết kế 1.062W 1.065W tương ứng sử dụng lọc Sobel Prewitt Điều nói lên lọc tiêu thụ công suất xấp xỉ + Tương ứng với việc tiêu tốn công suất đòi hỏi phải cung cấp cho thiết kế lượng công suất tối thiểu với tiêu thụ Điều thể rõ qua số liệu công suất cung cấp cho thiết kế với việc sử dụng lọc Sobel 1.062W Prewitt 1.065W 4.3.2.3 Đánh giá chất lượng ảnh ngõ • Phương pháp thực hiện: ta tiến hành khảo sát kết thực với việc xây dựng phiếu đánh giá, sau chọn số người để đánh giá kết thực thông qua cảm nhận chủ quan người tổng hợp lại • Nội dung phiếu đánh giá: đính kèm phần phụ lục • Quá trình đánh giá Bảng 4.3: Người tham gia đánh giá chất lượng tách biên ST T Họ tên Giới tính Năm sinh Nghề nghiệp Nơi làm việc Nguyễn Thị Hồng Sương Nữ 1991 SV Khoa ĐT-VT, BKDN Lê Thị Lệ Thuỷ Nữ 1991 SV Khoa HTP, BKDN Trang 51 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ Võ Thành Văn Nam 1991 SV Khoa ĐT-VT, BKDN Lê Văn Nam Nam 1991 SV Khoa ĐT- VT, BKDN Trần Thị Đoan Tâm Nữ 1994 SV Khoa Hoá, CĐCN • Kết đánh giá chất lượng tách biên Biểu đồ thể việc đánh giá chất lượng ảnh ngõ thiết kế dùng lọc Sobel Prewitt • Nhận xét + Theo cảm nhận chủ quan người đánh giá ta thấy độ hài lòng chất lượng tách biên lọc Sobel tốt so với lọc Prewitt Điều phần phản ánh với kết thực thi 4.4 Đánh giá đề tài 4.4.1.Ưu điểm • • • • Đã xây dựng thành công việc xử lý ảnh tách biên cách kết hợp nhiều lọc thiết kế đảm bảo tối ưu tài nguyên Đã giải vấn đề nghiên cứu chuyển từ thiết kế phần mềm xuống phần cứng Kết mô theo yêu cầu thiết kế Thuật toán trình bày chi tiết, dễ hiểu 4.4.2 Nhược điểm hạn chế • • • 4.5 Thuật toán áp dụng cho lọc Sobel Prewitt Muốn dùng cho lọc khác ta phải xây dựng lại IP core edge detection Cần cải thiện khối hậu xử lý để nâng cao chất lượng ảnh ngõ Tín hiệu ngõ vào dừng lại dạng ảnh, chưa xử lý dạng video Kết luận chương Qua chương ta kiểm chứng kết thiết kế đắn thông qua việc mô đánh giá, nhiên số hạn chế định Đây sơ để ta kế thừa phát triển đề hoàn thiện đề tài Trang 52 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực thành công đồ án “Thực thi đánh giá thuật toán tách biên FPGA ” Qua thấy vai trò quan trọng việc tách biên việc xử lý ảnh Đồng thời học nhiều kiến thức kinh nghiệm việc xây dựng thuật toán DSP phần cứng phần mềm Kết thúc trình nghiên cứu đề tài có nhận xét sau: Việc thực thi thuật toán tách biên phần mềm phần cứng khác Nếu phần mềm ta xây dựng thực thi cách nhanh chóng phần cứng ta phải giải số vấn đề phức tạp, đồng thời phải đảm bảo tài nguyên, công suất Kết thực thi hệ thống với IP core lọc Sobel cho kết tốt so với lọc Prewitt nhiều mặt như: công suất, tài nguyên, chất lượng ảnh ngõ Việc kết hợp vừa thực thi đánh giá thiết kế cho có nhìn chi tiết đề tài, góp phần giúp khẳng định đề tài đắn mà phải tối ưu Tuy nhiên đề tài số hạn chế chất lương ảnh chưa tốt lắm, công suất sử dụng nhiều, ngõ vào chưa đa dạng Hướng phát triển đề tài: • Phát triển đề tài kết hợp xử lý kết hợp nhiều lọc thiết kế • Tối ưu hoá thiết kế sử dụng tài nguyên • Xử lý nhiều loại tín hiệu khác như: ảnh, video, camera Đồ án hoàn thành thời gian hạn chế, để làm tiền đề cho phát triển nghiên cứu sau trách khỏi thiếu sót Hi vọng thời gian tới với kinh nghiệm thực tiễn, hoàn thiện đề tài Một lần xin chân thành cảm ơn thầy giáo Huỳnh Việt Thắng thầy cô giáo khoa hướng dẫn có ý kiến quý báu giúp hoàn thành đồ án Trang 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xilinx System Generator User’s Guide, downloadable from; http:// www Xilinx.com [2] S Gupta and S G Mazumdar, “Sobel edge detection algorithm,” vol 2, no 2, pp 1578–1583, 2013 [3] http://forums.xilinx.com [4] R Maini and J S Sohal, 2006 “Performance Evaluation of Prewitt Edge Detector for Noisy Images” Vol 6, pp 39, 42, GVIP Journal [5] Simulink, http://www.mathworks.com/products/simulink/ [6] Xilinx Inc., “System Generator for Digital Signal Processing [7] C S Panda, “Filtering corrupted image and edge detection in restored grayscale image using derivative filters,”no.3, pp.105 [8] “Modeling and Implementation of DSP FPGA Solutions", Robert D Turney, Chris Dick1, David B [9] “Optimal Operators in Digital Image Processing” by Scharr, Hanno, PhD thesis, 2000 [10] S Panda, “Filtering corrupted image and edge detection in restored grayscale image using derivative filters,”no.3, pp.105 [11] http://en.wikipedia.org/wiki/Sobel_operator [12] http://en.wikipedia.org/wiki/ Prewitt_operator [13] http://www.traquair.com/catalog/sysgen.html [14] http://en.wikipedia.org/wiki/Convolution [15] http://www.songho.ca/dsp/convolution/convolution.html [16] http://www.vinhuni.edu.vn/Vinhuni/DisplayDV/63/7108/Display.htm [17] http://en.wikipedia.org/wiki/Gradient PHỤ LỤC PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TÁCH BIÊN Nội dung phiếu đánh giá Họ tên người đánh giá: …………………………………… Giới tính: …………… Nghề nghiệp: ………………… Nơi làm việc: …………….…………………… Giới thiệu Nhằm kiểm tra kết “Thực thi đánh giá thuật toán tách biên ảnh FPGA”.Phiếu đánh giá mô tả trình đánh giá cách chủ quan kết thực thông qua ảnh ngõ Rất mong đánh giá Thầy cô, bạn để có nhìn đầy đủ đề tài, rút nhiều điều bổ ích cho việc hoàn thiện đề tài Nội dung phiếu đánh giá 2.1 Tiêu chí đánh giá + Mức độ tách biên: tiêu chí hiểu số lượng biên ảnh tách (một phần, nhiều phần, hay toàn biên ảnh tách ra, …) + Độ rõ ảnh sau tách biên so với ảnh gốc ban đầu (có nghĩa sau tách biên ảnh có bị nhoè, mờ so với ảnh gốc hay không) 2.2 Nội dung đánh giá Thực đánh giá kết thực đề tài “Edge detection” phần mềm phần cứng thông qua lọc Sobel Prewitt + Phần 1: Đánh giá với IP core lọc Sobel + Phần 2: Đánh giá với IP core lọc Prewitt 2.3 Cách làm đánh giá Dựa vào tiêu chí nêu trên, Thầy cô bạn dựa vào ảnh ngõ (được nêu dưới) để làm sở đánh giá Cách làm đánh giá: + Các ảnh xếp từ đơn giản đến phức tạp, người dùng thang điểm từ đến để đánh giá tiêu chí trên.Cho điểm vào cột mô tả (điểm cho vào cột bên điểm kết hợp tiêu chí đánh giá) + Quy định mức độ theo thang điểm đến − Điểm 0: kết chưa đạt − Điểm đến 2: kết chấp nhận − Điểm 3: kết tốt − Điểm 4: kết xuất sắc + Nhận xét thêm có • Đánh giá với IP Core lọc Prewitt Bộ lọc Prewitt Điểm Ảnh gốc Software (SW) Hardware (HW) SW HW Nhận xét: … … …… …… …… …… …… …… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………… • Đánh giá với IP Core lọc Sobel Bộ lọc Sobel Điểm Ảnh gốc Software (SW) Hardware (HW) SW HW … … …… …… …… …… …… …… Nhận xét: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Bảng kết cho điểm người tham gia đánh giá Điểm Người tham gia đánh giá Prewitt Sobel Software Hardware Software Hardware Hồng Sương 10 12 15 16 Lệ Thuỷ 11 12 12 15 Thành Văn 12 12 13 Văn Nam 13 12 14 14 Đoan Tâm 11 12 12 14 Bảng kết tính điểm trung bình làm sở để vẽ đồ thị Điểm trung bình Bộ lọc Prewitt Bộ lọc Sobel Software Hardware Software Hardware 2.70 3.00 3.25 3.6 [...]... đi thi t kế xong sơ đồ mạch mà yêu cầu bài toán đặt ra là cách cạnh biên thực thi trong phần mềm và trên phần cứng Việc hoàn thành thi t kế trong chương này sẽ được kiểm chứng kết quả thông qua việc mô phỏng và đánh giá trong chương 4 Trang 34 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ Giới thi u chương Trong chương này ta dựa vào sơ đồ mạch hoàn chỉnh trong thi t... thống xử lý ảnh tách biên trên XSG thông qua việc mô tả hệ thống nhằm hiểu chức năng của hệ thống, sau đó tiến hành thi t kế hệ thống theo quy trình thi t kế số 3.2 Mô tả hệ thống 3.2.1 Tìm hiểu tổng quan hệ thống • • • Nhiệm vụ: thực thi và đánh giá thuật toán tách biên sử dụng Xilinx System Generator trên cả phần mềm Matlab và phần cứng FPGAVirtex-5 Phương pháp xây dựng: áp dụng bài toán tách biên sử... Request Trong phần này sẽ đưa ra yêu cầu bài toán là Thực thi và đánh giá thuật toán tách biên ảnh trên FPGA Do đó khi có yêu cầu này mình phải lên các phương án khác nhau để có thể xử lý được bài toán Trang 25 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÁCH BIÊN ẢNH TRÊN FPGA • Phương án 1: thực hiện bằng phần mềm ta có 2 cách + Cách 1: sử dụng Matlab để có thể giải quyết bài toán này, có thể lập trình trong môi trường... cách tổng quan về FPGA nói chung và KIT FPGA Virtex-5 nói riêng, đồng thời biết được công dụng của Matlab cũng như Xilinx System Generator Điều đó giúp ta có thể dễ dàng tìm hiểu, thực thi, và đánh giá một hệ thống DSP trên cả phần cứng và phần mềm một cách dễ dàng Trang 23 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÁCH BIÊN ẢNH TRÊN FPGA CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÁCH BIÊN ẢNH TRÊN FPGA 3.1 Giới thi u chương Trong... lý ảnh số Các phép xử lý ảnh được sử dụng nhằm mục đích: • Nâng cao chất lượng bức ảnh • Nhận dạng ảnh • Tách biên bức ảnh • Loại bỏ nhiễu cho bức ảnh 1.3.1 Phép nhân chập Nhân chập [14] không phải là một thuật toán xử lý ảnh, mà là phép toán thông dụng trong các thuật toán xử lý ảnh sử dụng toán tử cửa sổ Nhân chập được sử dụng trong các bài toán tách biên (edge detection) và lọc tuyến tính (linear... chế tách biên và cách thực hiện trên phần mềm và phần cứng • Nguyên lý hoạt động của hệ thống: + Đầu tiên ta đưa một bức ảnh cần xử lý vào khối Image source, bức ảnh này là bất kì có thể là ảnh màu hay ảnh gray với bất kì kích thước nào Tuy nhiên nếu kích thước bức ảnh nhỏ hơn thì tốc đọ xử lý sẽ nhanh hơn và ngược lại + Tiếp theo bức ảnh ngõ vào sẽ được chuyển thành ảnh gray để xử lý + Sau khi được ảnh. .. design: thi t kế mức thấp phần này sẽ thực hiện hoàn chỉnh sơ đồ mạch thi t kế • sơ đồ mạch hoàn chỉnh thi t kế như hình 3.18 Trang 33 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÁCH BIÊN ẢNH TRÊN FPGA Hình 3.18: Sơ đồ mạch hoàn chỉnh thi t kế • Phân tích sơ đồ: bao gồm các khối được thi t kế thực hiện trong phần mềm và phần cứng + Phần mềm: − Pre-Image: khối tiền xử lý ảnh − Edge detection: khối tách biên bức ảnh theo... mức xám: là ảnh chỉ có hai màu đen trắng có giá trị mức xám của các điểm ảnh có thể khác nhau • Ảnh nhị phân: là ảnh đen trắng có không gian màu là 1 bit Với bit 0 màu đen, bit 1 màu trắng Các loại ảnh được mô tả như hình 1.3 bao gồm: ảnh màu, ảnh mức xám và ảnh nhị phân Trang 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ VÀ BÀI TOÁN TÁCH BIÊN Hình 1.3: Các loại ảnh khác nhau 1.3 Các phép xử lý ảnh số Các... là giá trị ngõ vào, | ∇ I (m, n) | là giá trị ngõ ra Trang 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ VÀ BÀI TOÁN TÁCH BIÊN 1.4.2.1 Bộ lọc Sobel Bộ lọc Sobel [11] được sử dụng nhiều trong việc tách biên của một bức ảnh Bộ lọc này sử dụng 2 mặt nạ theo phương ngang và dọc để tách biên của bức ảnh − 1 0 + 1 + 1 + 2 + 1 Gx = − 2 0 + 2 ; G y = 0 0 0 − 1 0 + 1 − 1 − 2 − 1 Kết quả thực. .. − 1 Kết quả thực hiện tách biên ảnh bộ lọc Prewitt được mô tả như hình 1.8 Trang 16 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ VÀ BÀI TOÁN TÁCH BIÊN Hình 1.8: Ảnh trước và sau khi tách biên dùng bộ lọc Prewitt Kết luận chương Qua chương này ta đã đi tìm hiểu tổng quan về lý thuyết xử lý ảnh số, điều đó giúp ta có cái nhìn cơ bản về xử lý ảnh bao gồm những khái niệm, các phương pháp xử lý ảnh khác nhau Tạo