Thiết Kế Tích Hợp Hệ Thống Smart Camera Trên FPGA Ultra96-V2

• Tác giả: Bùi Nguyễn Phát
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Nguyễn Minh Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Smart Camera Trên FPGA Ultra96-V2
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Giới hạn đề tài
• 1.4. Kết quả mong muốn
• 1.5. Bố cục luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN SMART CAMERA
• 2.1. Field Programmable Gate Array (FPGA)
• 2.2. Kiến trúc tổng quát
• 2.3. Ưu nhược điểm của FPGA
• 2.4. Hệ thống nhúng
• 2.4.1. Phần cứng của một hệ thống nhúng
• 2.4.2. Phần mềm của một hệ thống nhúng
• 2.4.3. Đặc trưng của một hệ thống nhúng
• 2.4.4. Ưu nhược điểm của hệ thống nhúng
• 2.5. Hệ thống SoC (System on Chip)
• 2.5.1. Định nghĩa hệ thống SoC
• 2.5.2. Kiến trúc cơ bản của một hệ thống SoC
• 2.5.3. Ưu nhược điểm của hệ thống SoC
• 2.6. Các nghiên cứu về smart camera
• 2.6.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 2.6.2. Nghiên cứu trong nước
• 2.6.3. Tổng kết chương và ý tưởng đề xuất
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Zynq UltraScale+ MPSoC
• 3.2. Thiết kế tổng quát của hệ thống
• 3.2.1. Batch normalization
• 3.2.2. High resolution classifier
• 3.2.3. Kiến trúc Anchor Box
• 3.2.4. K-means clustering
• 3.2.5. Direction location prediction
• 3.2.6. Fine-grained feature
• 3.2.7. Multi-scale training
• 3.2.8. Light-weight backbone
• 3.3. Quá trình xử lý
• 3.4. Kiến trúc tổng quát cho YOLOV2 FPGA
• 3.5. Tổng hợp YOLOv2 trên Vivado HLS 2019
• 3.6. Thiết kế SoC tích hợp IP YOLO2_FPGA
• 4. CHƯƠNG 4: HIỆN THỰC SMART CAMERA
• 4.1. OpenCV, GStreamer và lập trình Socket
• 4.2. Lập trình Socket
• 4.3. Xây dựng luồng streaming bằng GStreamer
• 4.4. Xây dựng luồng streaming bằng công cụ Vitis 2019
• 4.5. Kết quả thực nghiệm
• 4.5.1. Tốc độ nhận diện
• 4.5.2. Kết quả nhận dạng của YOLOv2
• 4.5.3. Stream nhiều máy nhận
• 4.6. Đánh giá hệ thống
• 4.7. Giao diện người dùng
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết Kế Hệ Thống Smart Camera Trên FPGA Ultra96 V2

Hệ thống Smart Camera đang trở thành một phần quan trọng trong nhiều ứng dụng hiện đại. Việc thiết kế hệ thống này trên nền tảng FPGA Ultra96-V2 mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất và khả năng tùy biến. Đề tài này sẽ khám phá các khía cạnh quan trọng trong việc phát triển một hệ thống camera thông minh, từ lý do chọn đề tài đến các ứng dụng thực tiễn.

1.1. Lý do chọn đề tài thiết kế Smart Camera

Sự phát triển của công nghệ Smart Camera đã thu hút sự chú ý từ nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng trong giám sát an ninh, sản xuất và robot đang ngày càng phổ biến. Việc tích hợp FPGA Ultra96-V2 giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu độ trễ trong quá trình xử lý hình ảnh.

1.2. Mục tiêu của đề tài nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế một hệ thống Smart Camera có khả năng truyền hình ảnh qua mạng Wifi với độ trễ thấp. Hệ thống sẽ tích hợp thuật toán YOLOv2 để nhận diện đối tượng trong khung hình, mang lại giá trị thực tiễn cao.

II. Các thách thức trong thiết kế hệ thống Smart Camera

Việc thiết kế hệ thống Smart Camera trên FPGA Ultra96-V2 không chỉ đơn thuần là một quá trình kỹ thuật. Nó còn đối mặt với nhiều thách thức như độ chính xác trong nhận diện hình ảnh, tốc độ xử lý và khả năng tiêu thụ năng lượng. Những yếu tố này cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

2.1. Độ chính xác trong xử lý hình ảnh

Độ chính xác là yếu tố quan trọng trong việc nhận diện đối tượng. Hệ thống cần được tối ưu hóa để đạt được độ chính xác cao nhất có thể, đặc biệt khi sử dụng thuật toán YOLOv2.

2.2. Tốc độ xử lý và độ trễ

Tốc độ xử lý hình ảnh là một trong những thách thức lớn nhất. Hệ thống cần đảm bảo rằng hình ảnh được truyền tải và xử lý trong thời gian thực, với độ trễ tối thiểu để đáp ứng nhu cầu của người dùng.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống Smart Camera hiệu quả

Để thiết kế một hệ thống Smart Camera hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp và công nghệ tiên tiến. Việc sử dụng FPGA Ultra96-V2 cho phép lập trình linh hoạt và tối ưu hóa hiệu suất. Các bước thiết kế sẽ được trình bày chi tiết trong phần này.

3.1. Lập trình FPGA cho Smart Camera

Lập trình FPGA là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế. Sử dụng Vivado HLS giúp đơn giản hóa việc phát triển và tối ưu hóa mã nguồn cho hệ thống camera thông minh.

3.2. Tích hợp thuật toán YOLOv2

Thuật toán YOLOv2 sẽ được tích hợp vào hệ thống để nhận diện đối tượng. Việc này không chỉ nâng cao khả năng nhận diện mà còn giúp giảm thiểu độ trễ trong quá trình xử lý hình ảnh.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống Smart Camera

Hệ thống Smart Camera có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như giám sát an ninh, sản xuất thông minh và robot. Việc truyền tải hình ảnh qua mạng Wifi giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý hệ thống từ xa.

4.1. Giám sát an ninh

Hệ thống camera thông minh có thể được sử dụng để giám sát an ninh trong các khu vực công cộng và tư nhân. Việc nhận diện đối tượng giúp nâng cao hiệu quả bảo mật.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất

Trong ngành sản xuất, Smart Camera có thể được sử dụng để theo dõi quy trình sản xuất, phát hiện lỗi và tối ưu hóa hiệu suất làm việc.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của Smart Camera

Hệ thống Smart Camera trên nền tảng FPGA Ultra96-V2 không chỉ mang lại hiệu suất cao mà còn mở ra nhiều cơ hội phát triển trong tương lai. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và giảm thiểu độ trễ hơn nữa.

5.1. Tương lai của công nghệ Smart Camera

Công nghệ Smart Camera sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của các thuật toán AI tiên tiến. Điều này sẽ giúp nâng cao khả năng nhận diện và xử lý hình ảnh trong thời gian thực.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tích hợp thêm các cảm biến khác và cải thiện khả năng kết nối mạng để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.