HSA'ların FPGA üzerinde gerçeklenmesi ve görüntü işleme uygulamaları

Abstract

Görüntü işleme bir görüntünün analog veya dijital elektriksel işaretlere dönüştürüldükten sonra çeşitli yöntemlerle istenilen şekle getirilmesidir. Birçok görüntü işleme tekniği görüntünün iki boyutlu bir sinyal olarak değerlendirilerek, çeşitli bilgisayar algoritmalarının uygulanması ile gerçekleştirilir. Görüntü işleme uygulamaları biyomedikal uygulamalar, uydu görüntüsü tanıma gibi birçok alanda kullanılmaktadır.Hücresel Sinir Ağı modeli 1988 yılında L. O. Chua ve L. Yang tarafından ortaya atılmıştır. ACE4K ve ACE16K gibi analog yapıdaki HSA gerçeklemelerinin işlem hızı, sayısal HSA gerçeklemelerinin işlem hızlarına erişememektedir. Günümüzde dijital olarak tasarlanan sistemler, görüntüleri gerçek zamanlı olarak işleyebilecek kadar hızlı hale gelmiştir. Bunun yanı sıra, dijital tasarımda değişik ihtiyaçlara göre farklı düzenlemeler yapılabilir. Bu çalışmada 3x3 boyutunda çeşitli fitrelerin kullanılabileceği bir HSA yapısı üzerinde konvolüsyon bloğu dijital olarak tasarlanmıştır.Görüntü işlemede sık kullanılan işlemlerden birisi filtrelemedir. Bu çalışmada filtreleme işlemi için HSA yapısının FPGA ile dijital emülasyonunda kullanılabilecek bir konvolüsyon bloğu tasarlanmıştır. Bloğu test etmek amacıyla gri tonlamalı bir görüntü örneği filtrelenip incelenmiştir. Kullanılan tasarım ortamı Xilinx firmasının ISE yazılımıdır. Konvolüsyon bloğu, Altera firmasının Cyclone-III FPGA Starter Kit ve Bitech HSMC Dijital Video Daughter Card (DVI in-out) kullanılarak gerçeklenmiştir.İlk bölümlerde HSA yapısından genel olarak bahsedildikten sonra FPGA ve VHDL ile ilgili bilgilere yer verilmiştir. Daha sonraki bölümlerde tezin özgün kısmını oluşturan, HSA' ların sayısal yapısına yönelik iki boyutlu konvolüsyon bloğunun gerçeklenmesi anlatılmıştır. Son bölümde ise elde edilen sonuçlar yorumlanmış ve çalışmanın devamında gelecekte yapılacak geliştirmeler için bazı önerilerde bulunulmuştur.