欧洲TULIPP项目实现无处不在的低功耗

欧洲TULIPP项目实现无处不在的低功耗图像处理 用于无人机等领域

近日，据外媒报道，欧洲研发联盟开展的TULIPP（Towards Ubiquitous Low-power Image Processing Platforms，简称“TULIPP”）项目致力于开发更高能效、更低成本的嵌入式图像处理系统，用于无人机、汽车、医疗等领域。

配有立体摄像头的无人机，其小白框内装有嵌入式系统

无论是汽车还是无人机，为其开发用于图像处理软件的嵌入式系统都非常耗时，因此成本非常昂贵。

现在据报道，新开发的TULIPP平台使得开发更快、更便宜、更高效能的嵌入式图像处理系统成为可能。德国弗劳恩霍夫协会光电、系统技术及图像处理研究所（IOSB）是欧洲研发团队的重要成员，他们简化了系统开发的过程。

乍一看，无人机、驾驶辅助系统和移动医疗诊断设备似乎没有太多共同之处，但实际上这些应用都越来越多地使用图像处理技术，例如用于检测行人和障碍物。图像处理也可以与移动X射线设备一起使用，以确保在降低的辐射水平下获得清晰的图像质量，从而大大减少放射性照射。

这些应用需要小型、轻便、高效且能够实时处理的图像处理器。这就是为什么通常多采用现场可编程门阵列的嵌入式系统的原因。

现场可编程门阵列（FPGA）是一种逻辑器件，其电路结构可以用VHDL等语言进行编程配置。但是，IOSB表示，大多数图像处理应用程序都是用C/C++等高级编程语言编写，将它们迁移到嵌入式系统非常复杂。

入门套件

德国弗劳恩霍夫IOSB团队主管Tchouchenkov博士介绍：“TULIPP联盟由来自六个国家的八个合作伙伴组成，大家共同创建了开发平台，包括设计指南、可配置的硬件平台和支持多核处理器的实时操作系统，以及编程工具链。”

“我们TULIPP的合作伙伴为市场推出了入门套件，可提供额外的支持。入门套件可以更快，更轻松地开发此类应用程序。这意味着通常开发人员需要花几个月的工作时间将C++程序导入FPGA，而使用TULIPP入门套件在短短几周内就可处理完毕第一个站换来了血的教训。”

也就是说，基于C++编程的软件，开发人员首先必须考虑将哪些代码元素分配给哪些硬件组件，以及哪些程序步骤可以优化或并行处理。现在制定的设计指南可以帮助完成这项任务。

下面就是入门套件大显身手的时候了。它包含可连接必要传感器和输出设备的可配置硬件，支持多处理器的实时操作系统，以及STHEM工具链。

工具链中的应用程序可以优化C++程序，使其能够尽可能容易和快速地移植到FPGA。Tchouchenkov说道：“工具链重点聚焦于能耗优化：毕竟，设计图像处理系统的主要目标，就是尽可能使用小的供电电池，工具链可以单独显示和优化每个代码功能的能耗。”

安装在无人机上的立体摄像头和嵌入式系统

立体摄像头

欧洲研究联盟通过三个具体的用例来开发和测试TULIPP平台：IOSB研究团队解决了无人机基于立体摄像头的障碍物检测问题，而其他项目的合作伙伴则致力于汽车周围的行人检测，以及外科手术时移动C型臂拍摄X射线图像的实时质量增强。

在TULIPP平台中，他们将相应的图像处理软件从C++移植到FPGA。

开发团队表示，结果“令人印象深刻”。最初，在高端个人电脑（PC）上，分析单张图像需要几秒钟时间，现在可以在无人机上实时运行，因此现在每秒大约可分析30张图像。

“行人检测算法的速度可以提高100倍：相比之前每7秒钟分析一张图像，现在系统可以每秒分析14张图像，”Tchouchenkov补充道。

通过图像滤波器为图像去噪以增强X射线图像质量，使得在外科手术期间辐射强度降低到原来水平的四分之一。同时，三种应用的能耗都有显著降低。

关于图像滤波

图像滤波，即在尽量保留图像细节特征的条件下对目标图像的噪声进行抑制，是图像预处理中不可缺少的操作，其处理效果的好坏将直接影响到后续图像处理和分析的有效性和可靠性。