Experimentalsystem zur Objekterkennung und Objektverfolgung

Für die Evaluierung neuer Sensortypen, neuer Hardwarearchitekturen und neuer Verfahren für die echtzeitfähige Objekterkennung und Objektverfolgung in eingebetteten Systemen wurde ein modular aufgebautes Experimentalsystem entwickelt. Mit diesem System werden völlig neue Implementierungsansätze entwickelt. Ein Beispiel ist ein FPGA-basierter dynamisch, partiell rekonfigurierbarer Multi-Objekt-Tracker. Das Experimentalsystem kann für unterschiedliche Anforderungen wie beispielsweise dem Einsatz in maritimen Umgebungen angepasst werden.

 

Das Experimentalsystem zur Objekterkennung und Objektverfolgung dient zur Untersuchung neuer bildgebender Sensoren, Hardwarearchitekturen und Bildverarbeitungsverfahren. Die wesentlichen Komponenten des Systems sind

 

• Ein Schwenk-Neige-Kopf
• Unterschiedliche Kameras im IR/VIS Wellenlängenbereich
• FPGA-Boards für die Auslese von Sensoren mit unterschiedlichen Schnittstellen und die Vorverarbeitung der Sensordaten
• Digitale Signalprozessor (DSP)-Boards für die Implementierung von komplexen Bildverarbeitungsalgorithmen
• Ein PC für die Benutzerinteraktion, Livedarstellung der Sensordaten und die Speicherung von Sensordaten

Der modulare Aufbau Systems erlaubt einen schnellen Austausch von Komponenten und eine relativ einfache Erneuerung von Komponenten.

 

Der Einsatz eines Schwenk-Neige-Kopfs ermöglicht die automatische Nachverfolgung eines Objekts mit einer Kamera.

 

Durch die Nutzung eines FPGAs für die direkte Auslese von Sensordaten unterstützt das System unterschiedliche herstellerspezifische und standardisierte Kameraschnittstellen und die Nutzung von Simulationsdaten über ein DVI-Interface. Die Kameradaten können damit ohne Latenzzeiten direkt im System verarbeitet werden. Neben der Vorverarbeitung der Kamerarohdaten wie beispielsweise die Anwendung von Nichtuniformitäts-Korrekturen laufen auf dem FPGA auch einfache Zielverfolgungsalgorithmen.

 

Für komplexe Verfahren steht ein Fließkomma-DSP zur Verfügung.

 

Die Programmierung erfolgt mit Standardentwicklungswerkzeugen.     

 

Der Aufbau ist in unterschiedlichen Versionen verfügbar, die durch spezielle Anpassung auch im Außenbereich und durch spezielle Materialwahlen auch in maritimen Umgebungen auf Messkampagnen eingesetzt werden.

 

 

 Einsatz des Systems in unterschiedlichen Umgebungen.

 

Eine Besonderheit ist die Nutzung der dynamischen, partiellen Rekonfiguration von FPGAs für ein flexibles System zur gleichzeitigen unabhängigen Verfolgung mehrerer Objekte oder der Verfolgung eines Objekts mit unterschiedlichen unabhängigen Verfahren. Die Verfahren zur Objektverfolgung können hierbei zur Laufzeit ausgetauscht werden. Dies erlaubt eine schnelle Anpassung der  Objektverfolgung an externe Bedingungen, wie sie mit der herkömmlichen Nutzung von FPGAs nicht möglich war. Durch die Nutzung eines eigenentwickelten Rekonfigurationscontrollers und eines dynamischen Adressierungssystems ist eine schnelle und effiziente Rekonfiguration im Millisekundenbereich möglich.

 

 

 

Schema eines dynamisch, partiell  rekonfigurierbaren Multi-Objekt Trackers. Die Trackverfahren können zur Laufzeit dynamisch geändert werden 

 

 

Literatur

 

Matthias Rümmele-Werner, Thomas Perschke, Lars Braun, Michael Hübner, Jürgen Becker: "A FPGA based fast runtime reconfigurable real-time Multi-Object-Tracker", ISCAS 2011 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Rio de Janeiro, Brazil, 15-18 May 2011.