Arbeitsgruppe Effiziente Eingebettete Systeme Hochschule Augsburg
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Das ASTERICS-Framework

Ein offener Baukasten für anspruchsvolle FPGA-basierte Bildverarbeitung

Bildverarbeitung im rahmen eingebetteter Systeme durchzuführen ist eine große Herausforderung, insbesondere wenn aufwändige Anwendungen aus dem Bereich des maschinellen Sehens umgesetzt werden sollen. FPGAs (Field-programmable gate arrays) stellen eine passende Technologie dar, Bildverarbeitungsschritte durch maßgeschneiderte Hardware zu beschleunigen.
Das ASTERICS ("Augsburg Sophisticated Toolbox for Embedded Real-time Image Crunching Systems")-Framework wurde als modularer Baukasten entworfen, um verschiedenartige Bildverarbeitungsaufgaben in Echtzeit durchzuführen. Hierzu bietet es Module und Schnittstellen, um verschiedene Bildverarbeitungsfunktionen durchführen zu können. Dies sind zum einen (a) Pixel-basierte (Schwellwertbildung, Kontrastanpassung, ...) und (b) Fenster-orientierte Operationen (Rauschfilter, Kantenverstärkung, ...). Zum anderen werden auch komplexere, (c) semi-globale und (d) globale Operationen unterstützt, welche idealerweise oft in Software umgesetzt sind. Dadurch wird auch die Integration komplexer Algorithmen unterstützt (z.B. die Erkennung natürlicher Objekte). Verschiedene aufwendige Algorithmen wurden bereits in das Framework mit aufgenommen und Echtzeit-fähig integriert, wie zum Beispiel die Durchführung nicht-linearer Bildtransformationen (z.B. Entzerrung und Rektifizierung), die Berechnung natürlicher Punkt-Merkmale (SURF-Algorithmus) und Kantenerkennung zusammen mit der Hough-Transformation.

Durch die offene Struktur des ASTERICS-Frameworks (flexible Datentypen und die Erweiterbarkeit der Modul-Bibliothek) ist es eine ideale Plattform um damit Systeme für anspruchsvolle Bildverarbeitungsaufgaben zu entwickeln.

Beispielhafte Struktur eines ASTERICS-basierten Bildverarbeitungssystems:

ASTERICS-basiertes Bildverarbeitungssystem

Weitere Informationen Übersichtsartikel zum Projekt (embedded world conference 2015)
Wiki-Seiten mit Demo-Code
9.10.2017 - Michael Schäferling