Vestavný modul pro zpracování obrazu

Abstract

Tato práce předkládá kompletní návrh vestavného FPGA modulu pro vizuální navigaci mobilního robotu. Jádrem práce je implementace metody pro extrakci lokálních rysů obrazu v logice FPGA. Metoda se skládá z detekce významných bodů v obraze, vytvoření popisu jejich okolí, porovnání jejich popisu se známou mapou a výpočtu řídících povelů pro mobilní robot. Práce navíc předkládá kompletní metodologii pro návrh a akceleraci algoritmů strojového vidění na FPGA jako výsledek tříleté zkušenosti s výzkumem v oblastech FPGA architektur, strojového vidění a mobilní robotiky. V závěru této práce jsou experimentálně vyhodnoceny výkon prezentovaného vestavného modulu a jeho porovnání s ostatními existujícími implementacemi podobného charakteru.This thesis presents a complete hardware and software design of an embedded computer vision module based on a low-end FPGA platform capable of real-time mobile robot navigation. The core of the presented work is a method for a real-time image feature extraction and matching, which is completely implemented in the FPGA fabric. The method implements all stages required for visual-based teach-and-repeat mobile robot navigation, i.e. detection of salient points in the image, description of their surroundings, establishing their correspondence with a known map and calculation of the robot's steering commands. Moreover three years of experience and continuous research in the fields of FPGA prototyping, computer vision and mobile robotics resulted in a generalization of complete methodology and framework for acceleration of computer vision applications on the FPGA platform which is also presented in the thesis. The proposed embedded module performance is evaluated in the end of this thesis and compared to the other embedded solutions used in the field of the mobile robotics.