Implementacja algorytmu generacji tła wraz z modułem segmentacji obiektów ruchomych i eliminacji cieni w układach FPGA serii Spartan 6

• Autorzy: Kryjak T. , Komorkiewicz M. , Gorgoń M.

Warianty tytułu

EN

Implementation of a background generation algorithm with moving object detection and shadow suppressing in Spartan 6 series FPGA devices

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule opisano implementację systemu detekcji obiektów ruchomych składającego się z kamery cyfrowej, układu FPGA Spartan 6 oraz monitora LCD. Zastosowano metodę detekcji obiektów opartą na obrazach różnicowych, stosując następujące algorytmy: generacja tła, odejmowanie tła i usuwanie cieni. Dokonano modyfikacji i adaptacji algorytmów do potrzeb implementacji FPGA. Podstawą działania systemu są moduły zaimplementowane w języku VHDL: wielowariantowej generacji tła oraz segmentacji obiektów ruchomych na podstawie analizy wartości jasności, koloru i tekstury. Dodatkowo opisano budowę, zaimplementowanych w języku Verilog, modułów umożliwiających komunikację z kamerą, wykonanie transformacji Bayera, konwersji przestrzeni barw RGB na CIE Lab oraz szybkiego interfejsu do zewnętrznej pamięci RAM DDR3. Ponadto w pracy zaprezentowano zużycie zasobów FPGA dla poszczególnych modułów oraz wyniki testów wykonanego systemu.

EN

The article describes an implementation of a moving object detection system consisting of a digital camera, a Spartan 6 FPGA device and a LCD monitor. The object detection method is based on differential images. It uses the following algorithms: background generation, background subtraction and shadow removal. The basis of the system are two modules designed in VHDL: advanced background generation and moving objects segmentation based on brightness, colour and texture analysis. In addition the construction of modules allowing communication with the camera, execution of the Bayer transform, RGB to CIE Lab colour space conversion and fast interface to the external DDR3 RAM is described. The paper also presents the usage of FPGA resources and tests results of the proposed system.

Słowa kluczowe

PL

przetwarzanie obrazów; analiza obrazów; generacja tła; odejmowanie tła; usuwanie cieni; transformacja Bayera; konwersja RGB CIE Lab; sprzętowa akceleracja obliczeń; układy FPGA

EN

image processing and analysis; background generation; shadow removal; background subtraction; Bayer transform; RGB to CIE Lab conversion; hardware acceleration; FPGA

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 15, z. 3
• Strony: 197--217
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kryjak T.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Katedra Automatyki, Laboratorium Biocybernetyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Komorkiewicz M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Katedra Automatyki, Laboratorium Biocybernetyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Gorgoń M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Katedra Automatyki, Laboratorium Biocybernetyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Abutaleb M.M., Hamdy A., Abuelwafa M.E., Saad E.M., FPGA-based object-extraction based on multimodal E—A background estimation. 2nd International Conference on Computer, Control and Communication, 2009. IC4 2009, 17-18 Feb. 2009, 1-7.
• [2] Appiah K., Hunter A., A single-chip FPGA implementation of real-time adaptive background model, [w:] IEEE 2005 Conference on Field-Programmable Technology (FPT' 05), December 2005, 11-14.
• [3] Bayer B.E., Color imaging array. US Patent No. 3971065.
• [4] Benedek C, Sziranyi T., Study on color space selectionfor detecting cast shadows in video surveillance. Articles. Int. J. Imaging Syst. Technol., 17, 3, 2007, 190-201.
• [5] Butler D., Sridharan S., Bove VMJr., Real-time Adaptive Background Segmentation. Acoustics, Speech, and Signal Processing. Proc. (ICASSP '03), 2003 IEEE Int. Conf. on April 2003, 349-52.
• [6] Elhabian S.Y., El-Sayed K.M., Ahmed S.H., Moving object detection in spatial domain using background removal techniąues, state-of-art. Recent Patents on Computer Science, 1, 2008, 32-54.
• [7] Gorgoń M., Pawlik P., Jabłoński M., Przybyło J., PixelStreams-based implementation ofvideodetector. Preliminary proceedings of the 15th Annual Symposium on Field-Programmable Computing Machines - FCCM'07, 23-25 April 2007, Napa, USA 2007.
• [8] ICC.1:2004-10 Specification (Profile version 4.2.0.0) Image technology colour management - Architecture, profile format, and data structure.
• [9] ITU-R Recommendation BT.709, Basic Parameter Values for the HDTV Standard for the Studio and for International Programme Exchange (1990). [formerly CCIR Rec. 709], ITU, 1211 Geneva 20, Switzerland.
• [10] Jabłoński M., Bubliński Z., Integracja toru wizyjnego na platformie rekonfigurowalnej – Video pipeline integration on reconfigurable platform. Automatyka (półrocznik AGH), t. 12, z. 3, 2008, 657-667.
• [11] Jabłoński M.: Metodyka zrównoleglania algorytmów przetwarzania i analizy obrazów w systemach przepływowych. Kraków, 2009 (rozprawa doktorska).
• [12] Jiang H., Ardo H., Owali V., Hardware accelerator design for video segmentation with multimodal background modeling. International Symposium on Circuits and Systems, ISCAS 2005, vol. 2, May 2005, 1142-1145.
• [13] Juvonen M.P.T., Coutinho J.G.F., Luk W., Hardware Architectures for Adaptive Background Mo-delling. 3rd Southern Conference on Programmable Logic, 2007. SPL '07, Feb. 2007, 149-154.
• [14] Li L., Leung M.K.H., Integrating Intensity and Texture Differences for Robust Change Detection. IEEE Transactions on Image Processing, vol. 11, Iss. 2, 2002, 105-112.
• [15] Musiał M., Dybek D., Wojcikowski M., Hardware realization of shadow detection algorithm in FPGA. 2nd International Conference on Information Technology (ICIT), 2010, 201-204.
• [16] Oliveira J., Printes A., Freire R.C.S., Melcher E., Silva I.S.S., FPGA architecture for static background subtraction in real time. Proc. of the 19th annual symposium on Integrated circuits and systems design (SBCCI '06), ACM, New York, NY, USA, 2006.
• [17] Qin R., Liao S., Lei Z., Li S.Z., Moving Cast Shadow Removal Based on Local Descriptors. 20th International Conference on Pattern Recognition (ICPR), 23-26 Aug. 2010, 1377-1380.
• [18] Stauffer C, Grimson W.E.L., Adaptive background mixture models for real-time tracking. Proc. IEEE CVPR, June 1999, 24&252.
• [19] Wren C, Azarhayejani A., Darrell T., Pentland A.P., Pfinder: real-time tracking of the human body. IEEE Trans, on Pattern Anal. and Machinę Intelligence, vol. 19, No. 7, 1997, 780-785.