Επιτάχυνση εφαρμογών μηχανικής όρασης με χρήση επεξεργαστή γραφικών

Abstract

Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό να παρουσιάσει την σύζευξη δύο τεχνολογικών πεδίων. Τα γενικά πεδία αυτά είναι της Μηχανικής ή υπολογιστικής Όρασης και της Επιτάχυνσης Υλικού και πιο συγκεκριμένα της επιτάχυνσης μέσω Ετερογενούς Παράλληλης Επεξεργασίας με χρήση Επεξεργαστών Γραφικών για Προγραμματισμό Γενικού Σκοπού (General Purpose Graphics Processing Unit programming - GPGPU). Ειδικότερα, θα μελετηθεί το πρόβλημα της Μηχανικής Όρασης, το οποίο είναι ένα πολυσύνθετο αντικείμενο, σε πληθώρα των συνιστωσών του, με σκοπό να γίνει χρήση των τεχνολογιών επιτάχυνσης ως αρωγή για την υλοποίηση της λύσης του. Η εργασία χωρίζεται σε τρία λογικά τμήματα. Στο πρώτο γίνεται η παρουσίαση των επιμέρους τεχνολογικών πεδίων και επιστημονικών αρχών που διέπουν την Μηχανική Όραση, των παραδοσιακών τεχνικών σε επίπεδο θεωρητικό αλλά και εφαρμοσμένο που μέχρι σήμερα έχουν καθιερωθεί στον χώρο, καθώς και ορισμένων πρόσφατων, καινοτόμων αλλά αναγνωρισμένων προσεγγίσεων. Στο δεύτερο εκθέτονται οι τεχνολογίες που δύνανται να χρησιμοποιηθούν για να επιταχύνουν τις μεθόδους επίλυσης των ζητούμενων της Μηχανικής Όρασης. Στο τρίτο και τελευταίο τμήμα, παρουσιάζεται η υλοποίηση εφαρμογής που συνδυάζει τα δύο αυτά τεχνολογικά πεδία. Η εφαρμογή αποτελεί υλοποίηση του αλγορίθμου SIFT (Scale Invariant Feature Transform) με χρήση της γλώσσας CUDA της NVIDIA. Επίσης αναλύονται οι μέθοδοι, οι προκλήσεις και οι προτεινόμενες και υλοποιούμενες τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν. Τέλος, παρουσιάζονται οι πειραματικές μετρήσεις και τα συνεπαγόμενα αποτελέσματα των δοκιμών της υλοποίησης αυτής, τα οποία επιβεβαιώνουν την επίτευξη του στόχου της επιτάχυνσης και το όφελος της χρήσης της τεχνολογίας του Γενικού Σκοπού Προγραμματισμού Επεξεργαστών Γραφικών, σε εφαρμογές μηχανικής όρασης.