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학위논문 상세정보

Design of High-performance HOG Feature Calculation Algorithm and Circuit for Real-time Pedestrian Detection using Full HD Images 원문보기

  • 저자

    Kim, Soo Jin

  • 학위수여기관

    HANKUK UNIVERSITY OF FOREIGN STUDIES. GRADUATE SCHOOL

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    전자정보공학과

  • 지도교수

    Cho, Kyueong Soon

  • 발행년도

    2014

  • 총페이지

    150 p

  • 키워드

  • 언어

    eng

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13539053&outLink=K  

  • 초록

    Full HD급 영상의 실시간 보행자 인식을 위한 고성능 HOG 특징 연산 알고리즘 및 회로 설계 영 기반 보행자 인식 분야에서 가장 중요한 것은 높은 인식률과 빠른 인식 속도이다. 보행자는 외형과 조명, 배경 등의 다양한 이유로 인식이 어렵기 때문에 보행자 인식을 위해 사용하는 특징은 다른 특징들과 잘 구별되며 노이즈와 같은 주변 환경으로부터의 영향을 적게 받아야 한다. 보행자를 인식하기 위해 사용되는 여러 가지 특징들 중에서 histogram of oriented gradient (HOG) 특징은 높은 인식률을 제공하기 때문에 보행자 인식, 감시 시스템, 로봇 등의 응용 분야에서 널리 사용되고 있다. 하지만 HOG 특징 연산은 연산량이 많고 연산 복잡도가 높기 때문에 인식 속도가 느린 단점이 있다. 특히 인식률을 높이는데 중요한 역할을 하는 trilinear interpolation 기술은 가장 많은 연산량을 필요로 한다. 원본 영상을 다양한 크기로 스케일링하는 image scaling 기술 및 영상 전체를 일정 간격으로 스캔하는 detection window로 인한 중복 연산과 각 detection window 내에서의 overlapping block 또한 인식 속도를 느리게 하는 주요 원인이 된다. 따라서 본 논문에서는 detection window 내 overlapping block으로 인한 중복 연산을 모두 제거함으로써 HOG 특징 연산 속도를 향상시킬 수 있는 새로운 HOG 특징 연산 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 trilinear interpolation을 적용함으로써 높은 인식률을 제공할 수 있으며, trilinear interpolation 연산의 핵심 규칙과 공통 연산부 공유를 통해 중복 연산을 제거함으로써 HOG 특징 연산에 필요한 연산량을 최대 60.5%까지 감소시켰다. 또한 본 논문에서는 실시간 보행자 인식을 위해 제안하는 알고리즘을 하드웨어 구현을 위해 확장하였으며, full high-definition (HD)급 영상을 실시간으로 처리할 수 있는 고성능 HOG 특징 연산 회로를 제안한다. 제안하는 고성능 HOG 특징 연산 회로는 HOG 특징 연산의 중간 결과를 저장하기 위한 내부 메모리 및 레지스터를 효율적으로 사용함으로써, trilinear interpolation 기술을 적용할 수 있을 뿐만 아니라 영상 내 모든 중복 연산을 제거할 수 있다. 본 논문에서 제안하는 고성능 HOG 특징 연산 회로는 최대 full HD급 영상 크기까지 다양한 입력 영상을 처리할 수 있도록 설계되었으며, 두 종류의 detection window와 칼라 포맷을 모두 지원할 수 있다. 또한 병렬 회로 구조 및 파이프라인 구조를 적용함으로써 처리 속도를 향상시켰으며, 효율적인 메모리 및 레지스터 관리를 통해 외부 메모리에 대한 버스 대역폭을 최소화 하였다. 내부 저장 공간을 최소화하고 공통 연산부를 공유함으로써 회로의 크기도 줄였다. 또한 Advanced microcontroller bus architecture (AMBA) 기반의 인터페이스 회로를 추가함으로써 AMBA 3.0 프로토콜을 따르는 다른 IP들과 연동이 가능하도록 설계하였다. 제안하는 회로는 큰 영상을 입력으로 하고trilinear interpolation 기술을 적용하였기 때문에 처리해야 할 연산량이 많지만, full HD급 영상을 실시간으로 처리할 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안하는 회로는 높은 인식률과 빠른 인식 속도가 모두 중요한 영상 기반 보행자 인식 응용에 적용되어 실시간으로 보행자를 인식하기 위해 유용하게 사용될 수 있다.


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