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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.55.2017.tde-25092017-085556
Document
Author
Full name
Jose Arnaldo Mascagni de Holanda
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2017
Supervisor
Committee
Marques, Eduardo (President)
Azevedo, Rodolfo Jardim de
Estrada, Miguel Octavio Arias
Pedrino, Emerson Carlos
Roda, Valentin Obac
Title in Portuguese
Arquitetura multi-core reconfigurável para detecção de pedestres baseada em visão
Keywords in Portuguese
Arquitetura
Co-projeto hardware/software
Detecção de pedestres
FPGA
Hardware
Visão computacional
Abstract in Portuguese
Dentre as diversas tecnologias de Assistência Avançada ao Condutor (ADAS) que têm sido adicionadas aos automóveis modernos estão os sistemas de detecção de pedestres. Tais sistemas utilizam sensores, como radares, lasers e câmeras de vídeo para captar informações do ambiente e evitar a colisão com pessoas no contexto do trânsito. Câmeras de vídeo têm se apresentado como um ótima opção para esses sistemas, devido ao relativo baixo custo e à riqueza de informações que capturam do ambiente. Muitas técnicas para detecção de pedestres baseadas em visão têm surgido nos últimos anos, tendo como característica a necessidade de um grande poder computacional para que se possa realizar o processamento das imagens em tempo real, de forma robusta, confiável e com baixa taxa de erros. Além disso, é necessário que sistemas que implementem essas técnicas tenham baixo consumo de energia, para que possam funcionar em um ambiente embarcado, como os automóveis. Uma tendência desses sistemas é o processamento de imagens de múltiplas câmeras presentes no veículo, de forma que o sistema consiga perceber potenciais perigos de colisão ao redor do veículo. Neste contexto, este trabalho aborda o coprojeto de hardware e software de uma arquitetura para detecção de pedestres, considerando a presença de quatro câmeras em um veículo (uma frontal, uma traseira e duas laterais). Com este propósito, utiliza-se a flexibilidade dos dispositivos FPGA para a exploração do espaço de projeto e a construção de uma arquitetura que forneça o desempenho necessário, o consumo de energia em níveis adequados e que também permita a adaptação a novos cenários e a evolução das técnicas de detecção de pedestres por meio da programabilidade. O desenvolvimento da arquitetura baseouse em dois algoritmos amplamente utilizados para detecção de pedestres, que são o Histogram of Oriented Gradients (HOG) e o Integral Channel Features (ICF). Ambos introduzem técnicas que servem como base para os algoritmos de detecção modernos. A arquitetura implementada permitiu a exploração de diferentes tipos de paralelismo das aplicações por meio do uso de múltiplos processadores softcore, bem como a aceleração de funções críticas por meio de implementações em hardware. Também foi demonstrada sua viabilidade no atendimento a um sistema contendo quatro câmeras de vídeo.
Title in English
Reconfigurable Multi-core Architecture for Vision-based Pedestrian Detection
Keywords in English
Architecture
Computer vision
FPGA
Hardware
Hardware/software codesign
Pedestrian detection
Abstract in English
Among the several Advanced Driver Assistance (ADAS) technologies that have been added to modern vehicles are pedestrian detection systems. Those systems use sensors, such as radars, lasers, and video cameras to capture information from the environment and avoid collision with people in the context of traffic. Video cameras have become as a great option for such systems because of the relatively low cost and all of information they are able to capture from the environment. Many techniques for vison-based pedestrian detection have appeared in the last years, having as characteristic the necessity of a great computational power so that image can be processed in real time, in a robust and reliable way, and with low error rate. In addition, systems that implement these techniques require low power consumption, so they can operate in an embedded environment such as automobiles. A trend of these systems is the processing of images from multiple cameras mounted in vehicles, so that the system can detect potential collision hazards around the vehicle. In this context, this work addresses the hardware and software codesign of an architecture for pedestrian detection, considering the presence of four cameras in a vehicle (one in the front, one in the rear and two in the sides). For this purpose, the flexibility of FPGA devices is used for design space exploration and the construction of an architecture that provides the necessary performance, energy consumption at appropriate levels and also allows adaptation to new scenarios and evolution of pedestrian detection techniques through programmability. The development of the architecture was based on two algorithms widely used for pedestrian detection, which are Histogram of Oriented Gradients (HOG) and Integral Channel Features (ICF). Both introduce techniques that serve as the basis for modern detection algorithms. The implemented architecture allowed the exploration of different types of parallelism through the use of multiple softcore processors, as well as the acceleration of critical functions through implementations in hardware. It has also been demonstrated its feasibility in attending to a system containing four video cameras.
 
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Publishing Date
2017-09-25
 
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