Giới thiệu giải pháp phần cứng cho toán thị giác máy linux nhúng nm, lamnt Trung tâm phát triển công nghệ FPT Giới thiệu thị giác máy – Computer Vision Thị giác máy lĩnh vực phát triển Khái niệm thị giác máy – Computer vision có liên quan tới nhiều ngành học hướng nghiên cứu khác Từ năm 1970 mà lực tính tốn máy tính ngày trở nên mạnh mẽ hơn, máy tính lúc xử lý tập liệu lớn hình ảnh, đoạn phim khái niệm kỹ thuật thị giác máy ngày nhắc đến nghiên cứu nhiều ngày Hiện lĩnh vực chuyên gia đánh giá “non nớt” có nhiều thay đổi thời gian tới 1.1 Thế thị giác máy Thị giác máy bao gồm lý thuyết kỹ thuật liên quan nhằm mục đích tạo hệ thống nhân tạo tiếp nhận thơng tin từ hình ảnh thu tập liệu đa chiều Đối với người chúng ta, trình nhận thức giới bên điều dễ dàng Q trình nhận thức “học” thơng qua q trình sống người Tuy nhiên với vật vơ tri vơ giác như máy tính, robot v v điều thực bước tiến gian nan Các thiết bị ngày không nhận thơng tin dạng tín hiệu đơn lẻ mà có “nhìn” thật với giới bên ngồi Cái “nhìn” qua q trình phân tích, kết hợp với mơ máy học, mạng nơron v v giúp cho thiết bị tiến dần tới hệ thống nhân tạo có khả định linh hoạt đắn nhiều Lĩnh vực nghiên cứu thị giác máy rộng, đặc điểm chung toán thị giác máy tính khơng có đề chung cách giải Mỗi giải pháp giải vấn kết định cho trường hợp cụ thể Ta thấy tương quan Computer vision với lĩnh vực khác sau: Ảnh Quan hệ thị giác máy tính với lĩnh vực liên quan 1.2 Ứng dụng Một vài lĩnh vực mà Computer Vision ứng dụng kể tới sau: • Điều khiển tiến trình (ví dụ: robot cơng nghiệp, hay thiết bị, xe tự hành) • Phát thay đổi (ví dụ: thiết bị giám sát) • Tổ chức thơng tin (ví dụ: số kho liệu ảnh chuỗi ảnh liên tục) • Mơ hình hố đối tượng (ví dụ: q trình kiểm tra môi trường công nghiệp, xử lý ảnh y học) • Tương tác (đóng vai trò làm đầu vào cho thiết bị trình tương tác người máy) Các giải pháp phần cứng khả dụng Để giải tốn xử lý hình ảnh, ta có nhiều giái pháp khác Từ phần cứng module phần mềm Ta điểm qua vài phương pháp hay sử dụng có hiệu cao sau 2.1 FPGA Đây giải pháp phần cứng mà hay sử dụng Tận dụng đặc tính FPGA linh hoạt tốc độ xử lý nhanh (cứng hố giải thuật) Ta kết nối FPGA với CCD sensor để điều khiển nhận frame hình thơng qua bus liệu tốc độ cao Ví dụ ta tham khảo mơ hình CCD Sensor MT9T001 Micron sau: Ảnh : CCD Sensor MT9T001 hãng Micron Ta thao tác trực tiếp vào ghi điều khiển MT9T001 thơng qua bus TWI, lấy frame hình qua bus data 10bit FPGA có tốc độ nhanh làm nhiệm vụ điều khiển MT9T001 lấy liệu liên tục từ data bus sau đưa vào nhớ tạm để xử lý 2.2 DSP Processor DSP Processor giới thiệu vào năm 1978, 1979 Intel, Bell Labs Các xử lý DSP có đặc tính bật sau: • Thích hợp cho trình cần xử lý theo thời gian thực • Hiệu tối ưu với liệu dạng luồng • Chương trình liệu bố chí riêng biệt (kiến trúc Harvard) • Tích hợp thị lệnh đặc biệt SIMD (Single Instruction, Multiple Data) • Không hỗ trợ đa nhiệm • Tương tác trực tiếp với nhớ thiết bị • Tích hợp sẵn ADC DAC Ảnh Mơ hình DSP Processor DSP Processor ngày tích hợp nhiều thành phần khác nhau, làm tăng khả linh hoạt tốc độ xử lý Đặc biệt DSP Processor thích hợp cho nhu cầu cần tính toán nhanh, xử lý số thực Đặc biệt số có sẵn thị lệnh giúp cho việc tính tốn ma trận, tích chập hay chí phép biến đổi DCT tình nén ảnh Với ưu điểm DSP Processor dùng nhiều thiết bị xử lý ảnh chuyên nghiệp 2.3 Mainboard, laptop Đây phương pháp đơn giản Có thể tận dụng mainboard máy tính hay chí máy tính xách tay với chức đơn vị xử lý ảnh, đưa định Với việc kết nối camera hay webcam ta hồn tồn chủ động q trình nhận/xử lý ảnh Các giao tiếp ngoại vi phổ biến UART, Parallel, USB hay Keyboard Việc sử dụng mainboard, laptop có ưu/ nhược điểm sau: • Ưu điểm • Có tốc độ xử lý cao • Dễ dàng lập trình, kiểm lỗi • Hệ điều hành quen thuộc (windows/linux) • Các cơng cụ lập trình/biên dịch phổ biến (MSVC, gcc) • Nhược điểm • Kích thước, khối lượng lớn • Dễ hư hỏng va đập hay tác nhân khác • Giá thành đắt (>600$) • Có q nhiều thành phần khơng sử dụng đến • Chỉ giao tiếp với ngoại vi thông qua chuẩn phổ biến UART, USB 2.4 Main công nghiệp, PC 104 Ảnh Mainboard pc-104, kích thước 90.17mm × 95.89mm Ta sử dụng mainboard PC104 với chức máy tính thơng thường Việc sử dụng PC104 có ưu/ nhược điểm sau: • • • • • Ưu điểm Có tốc độ xử lý cao Dễ dàng lập trình, kiểm lỗi Hệ điều hành quen thuộc (windows/linux) Các cơng cụ lập trình/biên dịch phổ biến (MSVC, gcc) • • • • • Nhược điểm Kích thước lớn Có q nhiều thành phần khơng sử dụng đến Giá thành đắt (>300$) Chỉ giao tiếp với ngoại vi thông qua chuẩn phổ biến UART, USB 2.5 Single Board Computer(SBC) sử dụng Single on Chip (SoC) Ảnh SBC uDimm, Kích thước 43.18x68.58 mm SBC (Single board computer) có sử dụng SoC buớc tiến lớn việc xây dựng thiết bị với khả tính tốn xử lý máy tính thơng thường.Với nhiều ưu điểm hẳn so với thiết bị khác : • Kích cỡ • Giá thành Sử dụng SoC làm xử lý trung tâm có khả chuyên biệt xử lý hình ảnh hay xử lý mơi trường mạng hữu hiệu Do tuỳ toán đặt mà ta chọn SBC cho SoC phù hợp với yêu cầu cụ thể Hiện có nhiều SoC có khả tích hợp DSP Processor vao nhân nhằm tăng khả xử lý (sign processing) Việc sử dụng mạch SBC có ưu/ nhược điểm sau: • • • Ưu điểm Kích thước nhỏ Giá thành rẻ (~