Lógica programável aplicada ao processamento digital de imagens em tempo real

O processamento de imagens digitais é hoje uma importante ferramenta de análise quantitativa em várias áreas científicas. Entretanto, para situações que exigem características de tempo real e/ou altas velocidades, a aplicação de técnicas de processamento de imagens pode ser relativamente complexa e frequentemente custosa computacionalmente. Deste modo, o desenvolvimento em hardware, de certas etapas de uma cadeia de processamento de imagens, se torna uma alternativa atraente. Características como: (i) paralelismo real; (ii) alta velocidade de execução; (iii) alta densidade de circuitos, fazem dos FPGAs, dispositivos indicados para situações que exijam alta velocidade e determinismo1 na execução dos algoritmos de processamento de imagens. Este trabalho apresenta a caracterização de todo um ambiente de desenvolvimento em FPGA para aplicações de processamento de imagens que necessitam operação em alta velocidade e/ou tempo real. O desenvolvimento aqui realizado se baseou em trabalhos previamente propostos pelo CBPF, para a detecção em imagens sequênciais, através de algoritmos de software, do fenômeno MARFE que ocorre no interior de reatores de fusão nuclear. Para aplicação em hardware dos algoritmos de processamento de imagens avaliados, foi utilizada a plataforma de desenvolvimento Altera Cyclone IV GX. Os resultados apresentados para a abordagem em hardware, quando comparados com aqueles obtidos pelas abordagens em software previamente propostas, permitem uma avaliação de todo o ambiente aqui desenvolvido. As análises por fim apresentadas levam a perspectivas de melhorias para este trabalho, que permitirão processar os algoritmos avaliados de forma determinística, e com taxas de até 67204 imagens/s. Palavras-Chave: Processamento de imagens; tempo real; FPGA; PCIe; instrumentação científica; fusão nuclear.