基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器設(shè)計(jì)

基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器設(shè)計(jì)基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用需求也越來(lái)越高。目標(biāo)檢測(cè)作為計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的重要內(nèi)容之一，在很多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，如智能監(jiān)控、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人等。然而，目標(biāo)檢測(cè)算法通常需要大量的計(jì)算資源，對(duì)于計(jì)算能力有限的嵌入式設(shè)備來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，如何設(shè)計(jì)高效的目標(biāo)檢測(cè)加速器成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

本文將介紹一種基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)通過(guò)利用視頻圖像幀間的相似性特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)算法的加速。

首先，我們需要了解幀間相似性的概念。在視頻圖像中，相鄰幀之間通常存在較高的相似性。也就是說(shuō)，當(dāng)前幀與前一幀或后一幀之間的像素值變化較小?；谶@一特性，我們可以通過(guò)使用相鄰幀進(jìn)行差分計(jì)算，從而減少計(jì)算量。在目標(biāo)檢測(cè)中，常用的算法如YOLO、SSD等對(duì)每一幀進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于連續(xù)的視頻圖像來(lái)說(shuō)，大多數(shù)目標(biāo)是連續(xù)出現(xiàn)在相鄰幀中的。因此，我們可以利用幀間相似性，只對(duì)相鄰幀中的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，從而大大減少計(jì)算量和存儲(chǔ)空間。

基于以上思路，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器。該加速器采用流水線架構(gòu)，主要包括三個(gè)模塊：幀緩存模塊、差分計(jì)算模塊和目標(biāo)檢測(cè)模塊。

幀緩存模塊主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)當(dāng)前幀和前一幀的像素?cái)?shù)據(jù)。由于視頻圖像通常為連續(xù)的幀序列，我們可以循環(huán)利用緩存區(qū)，每次存儲(chǔ)兩幀的數(shù)據(jù)。這樣既能節(jié)省存儲(chǔ)空間，又能滿(mǎn)足連續(xù)幀間的對(duì)比需求。

差分計(jì)算模塊是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵模塊之一，它通過(guò)對(duì)相鄰幀的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行差分計(jì)算，得到目標(biāo)的差分圖。差分圖中的非零像素表示幀間差異較大的區(qū)域，即可能存在目標(biāo)的區(qū)域。通過(guò)對(duì)差分圖進(jìn)行閾值處理和連接操作，我們可以得到目標(biāo)的位置信息。

目標(biāo)檢測(cè)模塊是本設(shè)計(jì)的最后一步，它采用先進(jìn)的目標(biāo)檢測(cè)算法，如YOLO或SSD，對(duì)目標(biāo)候選框進(jìn)行評(píng)估和分類(lèi)，從而確定真正的目標(biāo)。由于該模塊只對(duì)目標(biāo)候選框進(jìn)行處理，相對(duì)于對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行檢測(cè)，具有更高的效率。

通過(guò)對(duì)幀間相似性的利用以及流水線架構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們的FPGA加速器能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)。相比于傳統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，我們的加速器具有更高的計(jì)算速度和更低的功耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器能夠在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求的同時(shí)，保持準(zhǔn)確的目標(biāo)檢測(cè)效果。

綜上所述，本文介紹了一種基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器設(shè)計(jì)。通過(guò)利用相鄰幀之間的相似性特性，我們能夠大大減少計(jì)算量和存儲(chǔ)空間，從而提高目標(biāo)檢測(cè)的效率。該加速器不僅具有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，還具有低功耗的優(yōu)勢(shì)，將在嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景本文介紹了一種基于幀間相似性的目標(biāo)檢測(cè)FPGA加速器設(shè)計(jì)，通過(guò)利用相鄰幀之間的相似性特性，能夠大大減少計(jì)算量和存儲(chǔ)空間，提高目標(biāo)檢測(cè)的效率。該加速器具有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，還具有低功耗的優(yōu)勢(shì)，將在嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。差分計(jì)算模塊和目標(biāo)檢測(cè)模塊是關(guān)鍵模塊，它們能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)差分圖的生成和目標(biāo)的評(píng)估分類(lèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于幀間相似性的