Hệ Thống Nhận Diện Phương Tiện Giao Thông Trên FPGA

• Tác giả: Nguyên Ngọc Thùy Dương
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Đình Duy
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Hệ Thống Nhận Diện Phương Tiện Giao Thông Trên FPGA
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: LÝ DO THỰC HIỆN KHÓA LUẬN. MỤC TIÊU KHÓA LUẬN
• 1.1. Lý do thực hiện khóa luận
• 1.2. Mục tiêu khóa luận
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Stride - Bước nhảy
• 2.2. Ý nghĩa phép tính tích chập
• 2.3. Cấu trúc mạng nơ-ron tích chập (CNN)
• 2.4. Mô hình YOLO và các biến thể
• 2.5. Số dấu chấm động và chuẩn IEEE 754
• 2.6. Cách OpenCL tổ chức các phép tính toán song song
• 2.7. Tổng quan về board DE1-SoC
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
• 3.1. Thiết kế mô hình Custom Tinier YOLO
• 3.2. Chuẩn bị và huấn luyện mô hình
• 3.3. Xây dựng hệ điều hành Linux trên board DE1-SoC
• 3.4. Các công cụ cần thiết
• 3.5. Thiết kế hệ thống SoC-FPGA
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN
• 4.1. Kết quả huấn luyện mô hình Custom Tinier YOLO
• 4.2. Kết quả chạy giả lập Custom Tinier YOLO
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU TIẾNG ANH
• TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT KHÓA LUẬN

I. Tổng quan về Hệ Thống Nhận Diện Phương Tiện Giao Thông Trên FPGA

Hệ thống nhận diện phương tiện giao thông trên FPGA đang trở thành một trong những giải pháp công nghệ tiên tiến nhất trong việc giám sát và quản lý giao thông. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, việc ứng dụng FPGA trong nhận diện hình ảnh giúp tăng tốc độ xử lý và độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Hệ thống này có khả năng nhận diện nhiều loại phương tiện như ô tô, xe máy và xe tải, từ đó hỗ trợ trong việc giám sát vi phạm luật giao thông.

1.1. Khái niệm về FPGA và ứng dụng trong nhận diện hình ảnh

FPGA (Field-Programmable Gate Array) là một loại mạch tích hợp có thể lập trình lại. Việc sử dụng FPGA trong nhận diện hình ảnh cho phép tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống này có thể xử lý các thuật toán phức tạp như mạng nơ-ron tích chập (CNN) để nhận diện phương tiện giao thông.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng FPGA trong hệ thống giao thông thông minh

Sử dụng FPGA giúp cải thiện tốc độ xử lý và giảm thời gian phản hồi của hệ thống. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng thời gian thực như giám sát giao thông, nơi mà độ chính xác và tốc độ là yếu tố quyết định.

II. Thách thức trong việc nhận diện phương tiện giao thông trên FPGA

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc triển khai hệ thống nhận diện phương tiện giao thông trên FPGA cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như độ phức tạp của thuật toán, yêu cầu về tài nguyên phần cứng và khả năng tối ưu hóa hiệu suất là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ phức tạp của thuật toán nhận diện

Các thuật toán nhận diện như YOLO yêu cầu tính toán phức tạp và cần nhiều tài nguyên. Việc tối ưu hóa các thuật toán này để chạy hiệu quả trên FPGA là một thách thức lớn.

2.2. Yêu cầu về tài nguyên phần cứng

FPGA có giới hạn về tài nguyên như bộ nhớ và khả năng xử lý. Việc thiết kế một hệ thống nhận diện hiệu quả mà không vượt quá giới hạn này là một thách thức quan trọng.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống nhận diện phương tiện giao thông trên FPGA

Để xây dựng một hệ thống nhận diện phương tiện giao thông hiệu quả trên FPGA, cần áp dụng các phương pháp thiết kế hợp lý. Việc lựa chọn mô hình nhận diện phù hợp và tối ưu hóa mã nguồn là rất quan trọng.

3.1. Lựa chọn mô hình nhận diện phù hợp

Mô hình YOLO và các biến thể của nó được xem là lựa chọn tối ưu cho việc nhận diện phương tiện giao thông. Các mô hình này có khả năng phát hiện và phân loại đối tượng với tốc độ cao và độ chính xác tốt.

3.2. Tối ưu hóa mã nguồn cho FPGA

Việc tối ưu hóa mã nguồn để chạy trên FPGA bao gồm việc sử dụng ngôn ngữ OpenCL và các thư viện hỗ trợ. Điều này giúp cải thiện hiệu suất và giảm thời gian xử lý.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống nhận diện phương tiện giao thông

Hệ thống nhận diện phương tiện giao thông trên FPGA có nhiều ứng dụng thực tiễn trong việc giám sát và quản lý giao thông. Các ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện an toàn giao thông mà còn hỗ trợ trong việc phát hiện vi phạm luật giao thông.

4.1. Giám sát vi phạm luật giao thông

Hệ thống có khả năng phát hiện các vi phạm như vượt đèn đỏ, lấn làn và chạy quá tốc độ. Điều này giúp cơ quan chức năng có thể xử lý kịp thời các vi phạm.

4.2. Cải thiện an toàn giao thông

Việc sử dụng hệ thống nhận diện giúp giảm thiểu tai nạn giao thông và nâng cao ý thức của người tham gia giao thông. Hệ thống này có thể được tích hợp vào các giải pháp giao thông thông minh.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống nhận diện phương tiện giao thông trên FPGA

Hệ thống nhận diện phương tiện giao thông trên FPGA không chỉ mang lại nhiều lợi ích mà còn mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các giải pháp giao thông thông minh trong tương lai. Việc tiếp tục nghiên cứu và cải tiến công nghệ sẽ giúp nâng cao hiệu quả của hệ thống.

5.1. Tương lai của công nghệ nhận diện trên FPGA

Công nghệ nhận diện trên FPGA sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của các thuật toán học sâu và các công nghệ mới. Điều này sẽ giúp cải thiện độ chính xác và tốc độ xử lý của hệ thống.

5.2. Khả năng mở rộng và ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Hệ thống nhận diện phương tiện giao thông có thể được mở rộng để áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như an ninh, giám sát và quản lý đô thị. Điều này sẽ tạo ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển công nghệ.