Michał Fularz

„Architektury sprzętowo – programowe wbudowanych,
reprogramowalnych systemów wizyjnych”
Michał Fularz
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za
strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Przedmiotem pracy doktorskiej jest zaprojektowanie sprzętowo-programowego systemu
wbudowanego zrealizowanego w technologii FPGA (Field Programmable Gate Array), który
zaoferuje wielopoziomowe przetwarzanie obrazu.
Układy reprogramowalne FPGA składają się z wielu bloków logicznych, które mogą być w
swobodny sposób konfigurowane w celu realizacji zadanej funkcjonalności. Umożliwiają
równoległe przetwarzanie strumieni danych, co pozwala uzyskać dużą moc obliczeniową.
Znajdują zastosowanie w obliczeniowo wymagających zadaniach, w dziedzinach takich jak:
telekomunikacja,
kryptografia,
przetwarzanie
obrazów
czy
rozpoznawanie
głosu.
Projektowanie aplikacji opartych o FPGA jest pracochłonne, w zamian jednak umożliwiają
realizacje skomplikowanych zadań z prędkością większą niż tzw. GPCPU (General Purpose
CPU). Zastosowanie architektury sprzętowo-programowej polega na zaprojektowaniu
dedykowanych koprocesorów i połączenia ich w sposób wynikający z podziału zadań z
rdzeniami mikroprocesorowymi w jeden funkcjonalny system wieloprocesorowy.
Metody przetwarzania obrazu znajdują coraz więcej zastosowań, m.in.: w automatyce,
medycynie, geodezji i kartografii, komunikacji czy wojskowości. Wynika to z dostępności
coraz większych mocy obliczeniowych.
Wykorzystanie układów FPGA w celu implementacji systemu wizyjnego pozwala na
zastosowanie metod przetwarzania obrazu w zastosowaniach np. mobilnych. Projektowany
w ramach pracy doktorskiej system posiada unikatowe charakterystyki. Zastosowany w
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
systemie
monitoringu
zapewnia,
znaczne,
względem
konkurencyjnych
rozwiązań,
ograniczenie zużycia energii oraz rozszerzenie funkcjonalności. Należy podkreślić, że nakład
pracy niezbędnej do implementacji algorytmów przetwarzania obrazów w układach FPGA
jest
wyjątkowo
duży,
jednak
zastosowanie
architektury
sprzętowo-programowej
charakteryzującej się skalowalnością i przenośnością redukuje częściowo ten problem.
Opisany system wizyjny będzie innowacyjnym rozwiązaniem, znajdującym zastosowanie na
rynku systemów monitoringu w Wielkopolsce i w szerszej skali.
Czynnikiem motywującym realizację kompletnego systemu wizyjnego w pojedynczym,
scalonym układzie jest niewielka liczba tego typu rozwiązań opisywanych w aktualnej
literaturze. Poszczególne elementy systemu (przetwarzanie wstępne, detektory cech) zostały
dobrze opisane, to jednak kompletnych, funkcjonalnych systemów powstaje niewiele.
Zastosowanie architektury sprzętowo-programowej z podziałem zadań między dedykowane
koprocesory i powielone rdzenie ogólnego przeznaczenia jest również interesującym
wyzwaniem badawczym.
Korzyścią dla Wielkopolski wynikającą z realizacji pracy doktorskiej będzie rozwój kadry o
unikatowych
umiejętnościach
w
zakresie
zaawansowanych
technologii.
Szerokie
zastosowanie układów FPGA sugeruje, że specjaliści posiadający doświadczenie i wiedzę o
skomplikowanym procesie projektowania układów reprogramowalnych będą poszukiwani na
rynku pracy. Tym samym realizacja pracy doktorskiej skutkuje zwiększeniem liczby
wysokokwalifikowanych specjalistów z branży, która bardzo szybko się rozwija i znajduje
coraz więcej zastosowań.
Wynikiem realizacji pracy doktorskiej będzie energooszczędny, realizujący zaawansowane
zadanie przetwarzania obrazu system wizyjny zbudowany w oparciu o układ FPGA. Jego
parametry będą konkurencyjne wobec rozwiązań obecnie spotykanych na rynku co umożliwi
bezpośrednią komercjalizację wyników pracy doktorskiej.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego