Desenvolvimento de um sistema para auxílio à locomoção de deficientes visuais através da implementação em arquiteturas reconfiguráveis da transformada Census para estimação de distância usando visão estéreo

Abstract

Este trabalho propõe um sistema de auxílio para deficientes visuais no intuito de aumentar a independência e gerar uma melhor qualidade de vida. O sistema está baseado no cálculo de correspondências e disparidades entre duas imagens estereoscópicas, para o qual foi usada a transformada Census e o cálculo da distância de Hamming visando estimar a distância frontal até os obstáculos. O sistema proposto está composto por um par de câmeras e um dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array) que acelera a execução dos algoritmos envolvidos. Uma ferramenta de geração automática de código VHDL foi construída no intuito de acelerar o tempo de desenvolvimento da implementação das arquiteturas de hardware para diferentes tamanhos de imagem usando máscaras de 3x3, 5x5, 7x7, 9x9 e 11x11 pixels. Todas as arquiteturas foram sintetizadas e um estudo de escalabilidade em termos de consumo de recursos foi realizado. Os resultados de síntese demonstram que as arquiteturas de hardware são eficientemente mapeadas em dispositivos FPGA comerciais, alcançando uma frequência de operação de 180MHz aproximadamente. Duas memorias ROM, uma para cada imagem, foram instanciadas visando emular o fluxo de pixels das câmeras esquerda e direita, e simulações comportamentais foram realizadas no intuito de verificar o comportamento lógico das arquiteturas. A mesma técnica foi implementada em hardware e software e a comparação numérica entre as implementações demonstram a eficiência das arquiteturas propostas, além disso, é possível concluir que as arquiteturas propostas apresentam resultados eficientes em termos da qualidade do mapa de disparidade. Um fator de aceleração de 211 vezes foi alcançado para o cálculo do mapa de disparidade se comparado com uma implementação em software usando um Desktop convencional Intel Core i7 operando a 3.4 GHz. É importante ressaltar que a utilização da transformada Census básica acrescenta ruído no processo de cálculo de correspondência entre as imagens e que a utilização das transformadas modificadas melhoram a performance dos resultados.