Die Arbeit untersucht die Entwicklung von Algorithmen zur Bestimmung von Objekteigenschaften in konfigurierbarer Hardware. Im Rahmen der Arbeit wurden zwei VHDL-Module entworfen: Ein Modul Labelling zum Cluster Labelling binarisierter Bilddaten und ein Modul Label_Moment zur Bestimmung von Umfang und Momenten bis zur zweiten Ordnung von Clustern in binarisierten Bilddaten.
Die Arbeit wurde in der Einrichtung Optische Informationssysteme (OS) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) erstellt. Die Extraktion von nutzerrelevanten Informationen aus den Daten opto-elektronischer Systeme ist einer der zentralen Aufgabenbereiche der Einrichtung OS. Es werden dazu oft heterogene Systeme eingesetzt, bei denen Teile der Anwendung auf Standard-Prozessoren in Software prozessiert und Teile der Anwendung direkt in konfigurierbarer Hardware (FPGA) verarbeitet werden. Im OS wird ein VHDL-Betriebssystemkonzept zur Entwicklung von heterogener Systemen eingesetzt.
Die im Rahmen der Arbeit entwickelten Module wurden mit Hilfe dieses Konzepts entworfen. Sie stehen beliebigen Anwendung, welche mit Hilfe dieses Betriebssystemkonzepts entwickelt werden, als Bibliotheksmodule zur Verfügung.
Die Masterarbeit stellt die Ergebnisse der Entwicklung der implementierten VHDL-Entwürfe Labelling und Label_Moment dar. Insbesondere wird dabei Bezug auf das VHDL-Betriebssystem des DLR und die Umsetzung der Algorithmen in eine Hardwarebeschreibung genommen.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Motivation
- Aufgabenstellung
- Das FPGA-Bildverarbeitungssystem
- OIS-FPGA-Karte
- VHDL-Betriebsystem
- Einführung
- Datenkanäle
- Strukturcompiler
- Betriebssystemmodule
- Bibliotheksmodule
- Cluster Labelling binärer Bilddaten
- Hoshen-Kopelman-Algorithmus
- Merkmalsextraktion
- Formmerkmale
- Fläche
- Umfang
- Rundheit
- Flächenschwerpunkt
- Momentenbasierte Merkmale
- Definitionen
- Hu-Momente
- Momenten-Tensor
- Aspekte der Umsetzung auf dem FPGA
- Umsetzung der Algorithmen für das VHDL-Betriebssystem
- Cluster Labelling
- Problem der V-Konstellation
- Momentenberechnung
- Umfang
- VHDL-Entwurf zum Labeln von Bildclustern
- Labelling-Modul
- PRE LABEL
- SCHEDULER
- DELAY
- POST LABEL
- VHDL-Entwurf zur Extraktion von Momenten
- Test des VHDL-Entwurfs
- Testanwendung
- Simulation der Testanwendung
- Ergebnisse der Testanwendung auf der Zielhardware
- Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung von Algorithmen zur Bestimmung von Objekt-Eigenschaften in konfigurierbarer Hardware. Sie konzentriert sich auf die Entwicklung von VHDL-Modulen zur Cluster-Labeling von binarisierten Bilddaten und zur Berechnung von Momenten und Umfang von Clustern. Die Arbeit integriert die entwickelten Module in ein VHDL-Betriebssystemkonzept, das für die Entwicklung von heterogenen Systemen eingesetzt wird.
- Entwicklung von Algorithmen zur Bestimmung von Objekt-Eigenschaften in konfigurierbarer Hardware
- Entwurf von VHDL-Modulen für Cluster Labelling und Momentenberechnung
- Integration der entwickelten Module in ein VHDL-Betriebssystemkonzept
- Anwendung der entwickelten Module im Bereich der Bildverarbeitung
- Optimierung der Algorithmen für die Hardware-Implementierung
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Die Einleitung gibt einen Überblick über die Motivation und Aufgabenstellung der Masterarbeit. Sie stellt die Problematik der Objekt-Eigenschaftsbestimmung in konfigurierbarer Hardware dar und erläutert den Kontext der Arbeit im Rahmen der Einrichtung Optische Systeme des DLR.
- Das FPGA-Bildverarbeitungssystem: Dieses Kapitel beschreibt das FPGA-Bildverarbeitungssystem, auf dem die entwickelten Algorithmen implementiert werden. Es erläutert die OIS-FPGA-Karte und das verwendete VHDL-Betriebssystemkonzept.
- Cluster Labelling binärer Bilddaten: Dieses Kapitel stellt den Hoshen-Kopelman-Algorithmus zur Cluster-Labeling von binarisierten Bilddaten vor. Es beschreibt die Funktionsweise des Algorithmus und seine Anwendung im Kontext der Arbeit.
- Merkmalsextraktion: Dieses Kapitel behandelt die Extraktion von Formmerkmalen und Momenten aus den gelabelten Clustern. Es beschreibt verschiedene Formmerkmale wie Fläche, Umfang, Rundheit und den Flächenschwerpunkt sowie die Definitionen von Momenten und deren Anwendung in der Bildverarbeitung.
- Umsetzung der Algorithmen für das VHDL-Betriebssystem: Dieses Kapitel beschreibt die Umsetzung der entwickelten Algorithmen für das VHDL-Betriebssystemkonzept. Es erläutert die Herausforderungen und die Lösung des Problems der V-Konstellation im Cluster Labelling sowie die Implementierung der Momentenberechnung und der Umfangsbestimmung.
- VHDL-Entwurf zum Labeln von Bildclustern: Dieses Kapitel beschreibt den VHDL-Entwurf des Labelling-Moduls. Es erläutert die verschiedenen Komponenten des Moduls, wie PRE LABEL, SCHEDULER, DELAY und POST LABEL, und deren Funktion.
- VHDL-Entwurf zur Extraktion von Momenten: Dieses Kapitel beschreibt den VHDL-Entwurf des Moduls zur Momentenberechnung.
- Test des VHDL-Entwurfs: Dieses Kapitel beschreibt die Teststrategie für die entwickelten VHDL-Module. Es erläutert die verwendete Testanwendung, die Simulation und die Ergebnisse der Testanwendung auf der Zielhardware.
Schlüsselwörter
Die Masterarbeit konzentriert sich auf die Bereiche konfigurierbare Hardware, VHDL-Programmierung, Bildverarbeitung, Cluster Labelling, Momentenberechnung, Umfangsbestimmung, VHDL-Betriebssystem, heterogene Systeme und FPGA-Implementierung.
- Quote paper
- Master Of Science Henning Fleischmann (Author), 2006, Algorithmen zur Bestimmung von Objekteigenschaften in konfigurierbarer Hardware, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/87332
