PANNON EGYETEM, Veszprém Képfeldolgozás és Neuroszámítógépek Tanszék Veszprém, Egyetem u. 10. Önálló labor, Projekt labor, Mérnöki tervezés, Diplomamunka témák (2008/09-es tanév I. félév) • • •
CNN Alkalmazásai Labor Képfeldolgozás Labor Virtuális Környezetek és Fénytan Laboratórium
CNN Alkalmazásai Labor által meghirdetett témák (I. épület Fsz. 014. szoba) Frissítve: 2008. szeptember 8.
Témavezető(k): Kincses Zoltán, Kocsárdi Sándor, Vörösházi Zsolt Informatikus MSc, BSc, témakörökben várunk:
valamint
villamosmérnök
hallgatókat
a
következő
1. Újrakonfigurálható rendszerek tervezése - Beágyazott rendszerek tervezése témakörben Ethernet Media Access Controller és IP stack tervezése (választotta 1 fő) A feladat a tanszéken lévő FPGA-s fejlesztőkártyákra (Celoxica RC203, vagy XUPV2P30) Ethernet PHY chip vezérléséhez interfész készítése. Az interfész illesztése Xilinx MicroBlaze, és IBM PowerPC architektúrához, a szükséges vezérlő programok elkészítése, IP core-ok beágyazása, és TCP-, vagy UDP alapú kommunikáció megvalósítása a kártya és a host-számítógép között. Videó dekódoló chip interface tervezése A feladat egy FPGA-s fejlesztőkártya (XUPV2P30) videó dekóder (VDEC1) moduljának vezérlése. A dekóder chip I2C buszon keresztül kommunikálhat az FPGA-n lévő MicroBlaze vagy PowerPC processzorral. Meg kell oldani a processzor és a dekóder chip közötti kommunikációt (IP core beágyazásával), a chip különböző üzemmódjainak kiválasztásához, valamint a beérkező kép fogadását, pufferelését és de-interlace szűrését.
System on Chip CNN környezet fejlesztése (választotta 1 fő) A feladat egy Globális Analogikai Vezérlő Egység (GAPU) implementálása FPGA-n beágyazott Xilinx MicroBlaze vagy IBM PowerPC processzorral. Meg kell oldani a MicroBlaze mag, illetve a Falcon emulált digitális CNN-UM processzor közötti kommunikációt, a feldolgozás kezeléséhez pedig egy software API-t kell fejleszteni. USB kommunikációs modul tervezése A XUPV2P30 kártya, vagy SMSC EVB-USB330-XLX USB Daughter Card és a host számítógép közötti kommunikációt biztosító USB 2.0 (FS, HS) vezérlő chip-hez driver írása. Az FPGA és a host számítógép közötti kommunikációhoz szükséges hardver és szoftver interface-ek elkészítése, usb adatkezelés biztosítása. (Verilog alap) A tervezés alapvetően egy magas szintű C szintaktikát használó Handel-C nevű hardverleíró nyelven történik. A beágyazott processzorokon futó programok C/C++ nyelven készülnek. Bizonyos esetekben szükség lehet a VHDL hardverleíró nyelv alapjainak ismeretére is. Minden szükséges dokumentáció rendelkezésre áll.
2. Tudományos számítások gyorsítása FPGA-n témakörben Szeizmikus hullámok modellezésének gyorsítása (választotta 1 fő) A szeizmikus hullámterjedést leíró parciális differenciál egyenletek (2D, 3D) optimális megoldása több párhuzamosan működő processzoron. Különböző egyenletekhez az optimális aritmetikai egységek és memória interfészek megtervezése és megvalósítása FPGA-n. A feladat megoldásához szükséges számábrázolási pontosságok vizsgálata és az elérhető számítási teljesítmény kiértékelése és összehasonlítása a szeizmikus kutatások során jelenleg használt GRID rendszerek és CRAY számítógépek eredményeivel. Nagy számításigényű feladatok FPGA-s gyorsítása Az előzőekben felsoroltakon kívül más nagy számítás igényű algoritmusok gyorsítása FPGA áramkörökön (parciális differenciál egyenletek pl: időjárásmodellek megoldása, reakcióút keresés, génszekvencia összehasonlítás). Alapvetően olyan algoritmusok jöhetnek szóba, amelyek jól párhuzamosíthatók, viszonylag rövid ismétlődő műveletsorozatokból állnak és lehetőleg nem igényelnek lebegőpontos számításokat. A feladat magában foglalja az adott probléma megoldásához szükséges irodalom keresését és feldolgozását, az algoritmusok szoftware-es és harware-es megvalósítását és tesztelését. Geotermikus folyamatok modellezésének gyorsítása: A hőterjedést és filtrációs
folyamatot leíró parciális differenciál egyenletek optimális megoldása. A különböző egyenletekhez az optimális architektúra, aritmetikai egység és memória interfész megtervezése és megvalósítása FPGA-n. A feladat megoldásához szükséges számábrázolási pontosságok vizsgálata és az elérhető számítási teljesítmény kiértékelése. Áramlástani folyamatok modellezésének gyorsítása: Áramlási folyamatokat 2, illetve 3 dimenzióban leíró parciális differenciál egyenletek optimális megoldása összenyomható (pl.: levegő, gáz), illetve összenyomhatatlan (pl.: folyadékok) közegekre. A különböző egyenletekhez az optimális architektúra, aritmetikai egység és memória interfész megtervezése és megvalósítása FPGA-n. A feladat megoldásához szükséges számábrázolási pontosságok vizsgálata és az elérhető számítási teljesítmény kiértékelése. A tervezés alapvetően egy magas szintű C szintaktikát használó Handel-C nevű hardverleíró nyelven történik. A beágyazott processzorokon futó programok C/C++ nyelven készülnek. Bizonyos esetekben szükség lehet a VHDL hardverleíró nyelv alapjainak ismeretére is. Minden szükséges dokumentáció rendelkezésre áll.
3.
Emulált-digitális CNN-UM tömbprocesszor tesztelése, verifikálása (alapvetően villamosmérnöki feladat) Egy CNN alapelven működő, skálázható numerikus pontosságú, emulált-digitális, 3x2-processzáló elemet tartalmazó tömbprocesszor működésének tesztelése (CASTLE). - Processzor működésének megismerése (dokumentációk átolvasása) - VHDL leíró nyelv tanulmányozása példákon keresztül. CPLD-k megismerése. - Tesztvektorok beállítása, melyek segítségével programozható az eszköz. - Mérési jegyzőkönyv készítése az eszköz működéséről.
A tervezés alapvetően a VHDL hardverleíró nyelven történik. A teszteléshez minden szükséges dokumentáció rendelkezésre áll.
4. Problémamegoldás, kameraszámítógépen.
algoritmustervezés
és
Témavezetők: dr. Tömördi Katalin, Vörösházi Zsolt
implementálás
a
Bi-i
A Bi-i kamera-számítógép egy celluláris neurális hálózatot implementáló chipet és egy CMOS képérzékelő szenzort (IBIS szenzor) tartalmazó olyan kétoptikás camcorder, amely a kép érzékelését és feldolgozását egy 15x13x8 cm-es házba integrált hardware-rel oldja meg, igen nagy, akár 10000 frame/másodperc sebességgel. A feladat a gépi látás problématerületein aktuálisan felmerülő egyszerűbb feladatok – pl. geometriai vizsgálatokon alapuló minőségbiztosítás feladatkörben - elvi megoldása papíron és számítógépes szimulációval, analogikai algoritmus tervezése, majd a hardware programozása és végül a működés tesztelése kísérleti körülmények között a tanszéken lévő Bi-i eszközön. a.) PCB (nyomtatott áramkör) gyártási hibáinak ellenőrzése analogikai CNN algoritmusok segítségével Bi-i kamera-számítógépen (Vörösházi Zsolt). Korábban, más rendszerre kifejlesztett algoritmusok már léteznek, amely jó alapot szolgál a tervezés megkezdéséhez. PCB ellenőrzés feladatkörébe tartozik: rövidzár-, szakadás-, minimális vezetékszélesség stb. detektálása. - analóg CNN-UM chipek részletes, összehasonlító elemzésének elkészítése (mire használjuk, analóg chipek, más emulált – digitális megvalósítások ismertetésével) - „analogikai algoritmusok” tervezése, és futtatása a Bi-i v2-es rendszeren (https://www.analogic-computers.com/ProdServ/Bi-i/Bi-iv2.html) - analóg CNN-UM chipek részletes, összehasonlító elemzésének elkészítése (mire használjuk, analóg chipek, más emulált – digitális megvalósítások ismertetésével) rövidzár/szakadás detektálás témakörben illesztési hiba detektálás témakörben - szigetelő távolság detektálás. b.) Analogikai CNN algoritmusok kidolgozása apró vízi élőlények (algák) monitorozására, felismerésére. (dr. Tömördi Katalin) A probléma megoldása szimulációval, majd a továbbiakban implementálás a Bi-i kamera számítógépen. Feladatok megoldásához Celluláris Neurális Hálózatok, esetlegesen Képfeldolgozás c. tárgyak, illetve alapvető programozási tapasztalat szükséges. Minden szükséges dokumentáció rendelkezésre áll.
5. Újrakonfigurálható FPGA (Field Programmable Gate Array) alapú rendszerek alkalmazása képfeldolgozás területén (változás detektáló algoritmus implementálása) Témavezetők: Vörösházi Zsolt
Feladat: (Projekt Labor keretében is) -
Xilinx FPGA processzorokhoz kapcsolódó háttéranyagok, irodalom feldolgozása (www.xilinx.com)
-
FPGA-k (CPLD-k) részletes, összehasonlító elemzésének elkészítése (mire használjuk, FPGA vs. DSP megközelítés stb.).
-
Celoxica / Agility DK integrált tervező rendszerek megismerése (Handel-C: magas szintű hw fejlesztő környezet, gyors prototípus fejlesztési technikák). (http://agilityds.com/ )
-
PixelStreams könyvtári függvények analízise, vizsgálata: képfeldolgozó algoritmusoknál használt különböző funkciók megismerése Handel-C nyelven. Példák, tutorial-ok vizsgálata (pl. szűrők, konvolúció, morfológia, frame buffer, flow-control stb.)
-
Celoxica RC200/203 kártya megismerése, dokumentációk áttekintése. Xilinx Virtex 2 FPGA processor dokumentációinak áttekintése.
-
Képfeldolgozó algoritmus implementálása FPGA-n, Handel-C nyelven.
Előismeretek: Digitális Rendszerek és Számítógép Architektúrák, Képfeldolgozás A tervezés alapvetően egy magas szintű C szintaktikát használó (Handel-C nevű – www.celoxica.com) hardverleíró nyelven történik. A beágyazott processzorokon futó programok C/C++ nyelven készülnek. Szükség lehet a VHDL hardverleíró nyelv használatára is. A feladatra felvehető hallgatok/csapatok száma: 2-3 fő
Képfeldolgozás Labor által meghirdetett témák (I. épület Fsz. 012. szoba) Témavezető(k): dr. Czúni László, Császár Gergely, Vörösházi Zsolt* TDK, önálló labor, mérnöki tervezés, szakdolgozat és diplomamunka témák a képfeldolgozás területén dr. Czúni László és Vörösházi Zsolt* témavezetésével 1. Témakör: A Robert Bosch Kft. által támogatható témák (ezen témák esetében hallgatói ösztöndíj pályázható):
•
•
•
•
•
Walking person recognition (in case of static cameras): The aim of the algorithm to be developed is to recognize walking persons by static cameras. Motion patterns, objects’ shape, orientation, and size and other information can be utilized to make a statistical decision. Detection of camera independent motion: The task of the research is to find and to implement algorithms for calibrated/uncalibrated cameras to detect background and camera independent motion in case of Pan-Tilt-Zoom cameras. Image segmentation and region recognition: One way to obtain semantic knowledge of image content is to segment the image into regions then recognize each region by its visual content. To achieve this proper segmentation and recognition techniques should be used and a knowledge base should be built. Collision detection (from moving vehicle): Our aim is to find and implement algorithms to detect objects in the front of a moving vehicle (car) that could cause a collision during driving. The method could assume a calibrated camera used for the detection. Change detection with FPGA*: The task is to implement a change detection algorithm on an FPGA development board.
- Experimenting Celoxica / Agility DK intergrated development envionment (in HandelC, high level hw description language, prototyping techniques etc.) - Investigating the PixelStreams library: introduction to the image processing functions in Handel-C. See some examples, tutorials implemented in Handel-C. (filters, convolution, morphology, frame buffer, flow control etc.) - Overview documentations about Celoxica RC200/203 development board and Xilinx Virtex-2 FPGA processors. A hallgatók által az előző félévekben elkezdett témák folytatása lehetséges, itt azok nem lettek felsorolva. Érdeklődni lehet: • dr. Czúni László (czuni at almos.vein.hu) • Vörösházi Zsolt (voroshazi at vision.vein.hu) 2. Témakör: Biztonsági kamera felvételeinek feldolgozása: •
•
IP kamera szoftverek programozása: A tanszéken működő ACTI gyártmányú IP kamerák működésének, működtetésének és programozásának a megismerése a feladat, aminek során Webes felületen elérhető vezérlést kell létrehozni néhány alapvető képfeldolgozó funkcióval. Szuperfelbontás megfigyelő rendszerekben: A feladata célja a különböző szuperfelbontást lehetővé tevő algoritmusok áttekintése és megismerése illetve egy kiválasztott vagy saját ötleten alapuló módszerrel biztonsági kamera képi minőségének javítása. A hallgatók által az előző félévekben elkezdett témák folytatása lehetséges, itt azok nem lettek felsorolva.
Érdeklődni lehet: • dr. Czúni László (czuni at almos.vein.hu)
Virtuális Környezetek és Fénytan Laboratórium által meghirdetett témák Témavezető: Sikné dr. Lányi Cecília Elérhetőség: I. épület 109. szoba Human Computer Interaction (HCI) – Virtual Reality (VR) témák Önálló labor (L), mérnöki tervezés (M), diplomamunka (D) 2008/2009-es tanév I. félév. Egy-egy feladatot 2-3 fős csoport is vállalhat 1. téma: Kulturális különbségek vizsgálata avatarok fejlesztésénél. Az avatar, az ember virtuális világbeli megtestesítője. Egyre inkább felhasználásra kerül, mint virtuális segítő, mert közelebb áll az emberhez, mint egy-egy személytelen hibaüzenet, vagy mondat. A mai igény az avatarokkal szemben, hogy valósághűek legyenek és érzelmeket fejezzenek ki. A munka során vizsgálandó, hogy van-e kulturális különbség az avatarok elfogadásában. Ehhez különböző avatarok fejlesztendők (szőke, barna, fekete hajú, kék, barna, zöld szemű, világos, sötét bőrű, stb…). Az avatarok teszteléséhez készítendő egy interaktív keretrendszer és egy adatbázis. A felhasználó feladata lesz kérdésekre válaszolni, melyek alapján a keretrendszer felajánlja a kérdések alapján létező avatart, megmutatja a felhasználónak, majd a felhasználó módosíthatja, ha az még nem tetszik neki. Az adatbázisba pedig bekerül a felhasználók választása. A keretrendszert mind magyar, mind angol nyelven el kell készíteni. Előismeretek: 3D modellezés, programozás, adatbázis készítés 2. téma: Menü struktúra és navigációs gombok optimalizálása. Egyre nagyobb probléma, hogy egy-egy home page zsúfolt, nehezen lehet eligazodni rajta, a felhasználó elveszik a sok információban. Ezért vizsgálandó, hogy mi az a menü struktúra, ami könnyebben kezelhető, melyek azok a navigációs gombok, amelyek segítik a felhasználót akár különböző értelmi képességek esetén is. A feladat elvégzéséhez egy teszt szoftvert kell készíteni, amelynek segítségével a fenti kérdéseket lehet vizsgálni. A szoftverhez tartozzon egy adatbázis, amelyben különböző tesztcsoportokat lehet létrehozni és a válaszaikat elemezni. A szoftvert mind magyar, mind angol nyelven el kell készíteni. Előismeretek: programozás, adatbázis készítés. 3. téma: Csoportmunka (collaborative work) és navigáció vizsgálata VR-ben.
Készítendő egy olyan 3D VR játék (pl. 3D puzzle), melyben azt lehet vizsgálni, hogy egy 3D környezetben két különböző helyen lévő játékosok hogyan tudják egymást a feladatmegoldásban segíteni. A játék menete közben elmentendő egy adatbázisba a játékosok minden lépése, reakciója, hogy majd a játék befejezése után az adatokat elemezni lehessen. Pl. milyen segítséget vett igénye a játékos, hogy navigált, milyen sorrendben oldotta meg a feladatot stb. Előismeretek: 3D modellezés, programozás, adatbázis készítés. 4. téma: VRML nyelven fények és árnyékok szimulálása. Sajnos a VRML nem generálja automatikusan az objektumok árnyékát. Olyan algoritmus hozandó létre, mely a különböző megvilágítások alapján kiszámítja és generálja a megvilágított objektum színét és árnyékát. Előismeretek: VRML 5. téma: Képernyő-felolvasó szoftver magyar verziójának elkészítése. A vak felhasználók a számítógépet csak képernyő felolvasó vagy speciális braille kijelző segítségével tudják használni. Ma ezek a szoftverek illetve hardverek szinte megfizethetetlenek egy magyar vak felhasználó számára. Pl. egy felolvasó szoftver több 100eFt, míg egy braille kijelző fél millió Ft-nál kezdődik. Ezért a Rostocki Egyetemen kifejlesztettek egy szabad szoftvert, amelynek el kell készíteni a magyar verzióját. A szoftver elérhető a következő címen: http://sue.sourceforge.net/ A részletes angol nyelvű feladatkiírás megtekinthető a Laboratóriumi faliújságon (I. épület 1. emelet 109-es szobával szemben) Előismeretek: programozás és jó angol vagy német nyelvtudás 6. téma: Beszédtanítására 3D VR otthon tervezése. Olyan virtuális otthon készítendő 3D objektumok és interaktív game engine fejlesztésével, amellyel az afáziás páciensnek újból meg lehet tanítani a hétköznapi legszükségesebb szavakat. A páciensnek első lépésben be kell járnia a VR környezetet, a „séta” alkalmából egy-egy objektumra rákattintva a szoftver kiírja és kimondja az objektum nevét. Második lépésben egy szürkeárnyalatos világban ki kell színezni kérdésekre válaszolva a világot, harmadik lépésben a felajánlott 3 objektum közül kell választani, hogy melyik a helyes a válasz a feltett kérdésre. Negyedik lépésként pedig a páciensnek kell a kérdezett objektum nevét megadnia. A keretszofvernek el kell mentenie a kérdéseket és a páciens minden válaszát egy adatbázisba Előismeretek: 3D modellezés, programozás, adatbázis készítés. 7. téma A magyar felsőoktatási intézmények home pageinek akadálymentességi vizsgálata. A Laboratórium korábbi kutatásaiban megállapítottuk 15 felhasználói területre vonatkozóan (szórakozás, menetrendek, TV, sport, bank, stb..) és 12 ország kb. 700 home page-t vizsgálva, hogy a home page-ek alig 1-2 %-a akadálymentes. Jelen
feladat kapcsán a magyar felsőoktatási intézmények home page-it kell vizsgálni, korábban diplomamunka keretében elkészített validátor segítségével mennyire felelnek meg ezek a home page-k a WCAG 2.0 irányelveinek. Az automatikus teszteléssel egyidőben készítendő humán teszteléshez egy kérdőív és kidolgozandó egy humán vizsgálat is. Előismertek: HCI alapismeretek olvasásához jó angol nyelvtudás
Jelentkezni Sikné dr. Lányi Cecíliánál lehet, szept. 15 és 19 között az I 109-es szobában.
Projektlabor, mérnöki tervezés, diplomamunka témák – 2008/2009. I. félév - Prof. Schanda János vezetésével 1. téma: Világító diódák (LEDek) spektrális teljesítmény-eloszlásának mérése Konzulens: Dr. Schanda János Elérhetőség: schanda at vision.uni-pannon.hu A Laboratórium Cary 14 monokromátorának hullámhossz-meghajtásának megtervezése, a léptető motoros meghajtás számítógépes vezérlésének megoldása, valamint a mérőérzékelő (fényelem) áramát mérő műszer jelének számítógépes feldolgozása, a mérőrendszer programjának elkészítése. Az elkészült berendezés kalibrálása, LED-ek mérésével a működés demonstrálása.
2. téma: Diódasoros spektrométerek szórt fény korrekciójának megvalósítása Konzulens: Dr. Schanda János Elérhetőség: schanda at vision.uni-pannon.hu Napjainkban egyre több kutatási területen alkalmazzák a különböző kisméretű diódasoros spektrométereket. Kis méretük miatt ezen eszközökben igen nagy mérési hibát is okozhat a szórt fény, melynek korrigálására már kifejlesztettek egy módszert. A feladat ezt a módszert implementálni a Laboratórium spektrométereire és így a mérések minőségét javítani.
3. téma: Fényforrások színpreferencia vizsgálata Konzulens: Dr. Schanda János Elérhetőség: schanda at vision.uni-pannon.hu
Új generációs fényforrások legalapvetőbb tulajdonsága azok színvisszaadásának kedvezősége. Ehhez megfelelő matematikai eljárás még nem létezik. A matematikai modell kidolgozásához vizuális kísérletek és objektív mérések alapján fogunk javaslatot tenni.
4. Színterek kritikus összehasonlítása Konzulens: Dr. Schanda János Elérhetőség: schanda at vision.uni-pannon.hu A színinger mérés területén egyre újabb színterek kerülnek alkalmazásra. Az informatikusnak ezek között kell választania, amikor pl. adott alkalmazáshoz keres megfelelő színeket. Jelenleg nincs megfelelő szoftver, amelyikkel a különböző színrendszerekben meghatározott színeket össze lehetne vetni, az egyes színterekben ábrázolható színeket meg lehetne jeleníteni, kis színkülönbségeket az egyes színterekben értelmezni. A feladat keretében egyrészt a leginkább használatos színterek vizualizálásához és azokban kis színkülönbségek meghatározásához készítendő szoftver. Ilyen főbb színterek: CIE-XYZ, CIE-LAB, sRGB, CIECAM02, DIN99. A projekt keretében ezen színterek egyenletességbeli eltérése vizsgálandó, adott kis színkülönbségek megjelenítendőek (ehhez adott monitor kalibrálandó), vizuálisan összehasonlítandóak.
5. Színharmónia torzulások vizsgálata Konzulens: Dr. Schanda János Elérhetőség: schanda at vision.uni-pannon.hu Ismert, hogy harmonikusnak talált színkompozíciók diszharmonikussá válnak, ha a kompozíció színei megváltoznak. Nem vizsgálták még, hogy milyen összetett színváltozásokat fogad még el az emberi észlelő, s mikor tartja a változásokat túlzottan nagynak. Korábban készült számítógépes rendszer segítségével vizuális vizsgálatokat kell végezni, s azokat objektív mérésekkel kísérni. A kísérletsorozatok összevetéséből a harmóniamegszűnésre objektív mérőszámot kell meghatározni.
Frissítve: 2008. szeptember 8. - Vörösházi Zsolt
