پردازش تصویر با FPGA کاربردی

پردازش تصویر، یکی از علوم نسبتاً نوین است که جایگاه بسیار ویژه‌ای در تمامی فنون پیدا کرده است. در این علم، تغییر مشخصات یک تصویر به مقادیر مورد نظر و نیز استخراج ویژگی‌های خاص و اطلاعات مشخص از تصاویر مورد بحث قرار می‌گیرد.

با توجه به اهمیت بسیار بالای تصویر در انتقال اطلاعات، نقش علم پردازش تصویر شفاف‌تر می‌شود. الگوریتم‌های پردازش تصویر، عموماً الگوریتم‌های پیچیده و حجیمی هستند. چرا که اصولاً خود تصویر دارای حجم زیادی از اطلاعات است و با توجه به اینکه غالباً تمامی داده‌های تصویر در الگوریتم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، حجم عملیات زیاد می‌شود. از سوی دیگر سرعت پردازش تصاویر، عموماً یکی از پارامترهای بسیار مهم و حیاتی در این زمینه است. در بسیاری از موارد، ضروری است الگوریتم‌های پردازش تصویر به صورت بلادرنگ اجرا شود. بنابراین سیستم‌هایی در این زمینه مورد استفاده قرار می‌گیرد، که از سرعت بالایی برخوردار باشد.

روش‌های متنوعی برای پیاده‌سازی سیستم‌های پردازش تصویر وجود دارد. از جمله این روش‌ها می‌توان به استفاده از تراشه DSP نرم‌افزارهای کامپیوتری و FPGA اشاره کرد. هر یک از روش‌ها محاسن و معایبی دارد. در این پروژه، روش‌های مختلف مورد بررسی قرار می‌گیرند و FPGA به عنوان یکی از روش‌های مفید و کارآمد به منظور پیاده‌سازی سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. الگوریتم‌های تصویری انتخاب شده، ابتدا با اعمال تغییراتی به الگوریتم‌های سخت‌افزاری تبدیل می‌شوند و سپس بهینه‌سازی‌های لازم بر روی آن‌ها انجام می‌پذیرد. سپس نتایج به دست آمده در نرم‌افزارهای مخصوص مدارات منطقی پیاده‌سازی و شبیه‌سازی می‌شوند و در نهایت الگوریتم به دست آمده بر روی یک برد FPGA قرار می‌گیرد.

پیاده‌سازی سیستم به روش‌های مختلف نرم‌افزاری و سخت‌افزاری نشان داد که سرعت پردازش سیستم‌های سخت‌افزاری شامل FPGA، بسیار بیشتر از سیستم‌های مشابه نرم‌افزاری هستند. بنابراین در سیستم‌هایی که سرعت پردازش در آن‌ها دارای اهمیت است، یکی از بهترین روش‌ها، استفاده از سیستم‌های سخت‌افزاری مبتنی بر این تراشه است.