Gerçek zamanlı bir görüntü işleme sisteminin model tabanlı olarak tasarlanması

Görüntü işleme sistemleri günümüzde birçok alanda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu sistemlerin önemli bir kısmı sistemin doğası yapısı gereği gerçek zamanlı olarak çalışmak zorundadır. Bu tip sistemlerdeki gerçek zamanlı çalışma ihtiyacı yüksek işlem gücü gerektirdiğinden uygulamaya özel gömülü donanım ve yazılım tasarımları kullanma gereği doğabilmektedir. Bu sebeplerden gerçek zamanlı çalışacak olan gömülü sistem tasarımlarda Alan Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA) sıklıkla kullanılmaktadır. Son yıllarda yarıiletken teknolojisinin de gelişimiyle birlikte FPGA ve mikro işlemciyi aynı tümleşik devre içerisinde bir araya getiren sistemler kullanıma sunulmuştur. Bu sayede tümüyle programlanabilir ve klasik sistemlere göre çok daha düşük güç ve alan tüketimi olan sistemler geliştirilebilmektedir. Ancak bu tip sistemlerin önemli bir dezavantajı hem donanım hem de yazılım tasarımının yapılması gerekmesi ve donanım tasarımının ileri düzeyde sayısal tasarım bilgisi ve tecrübesi gerektirmesidir. Bu durumu aşmak için geliştirilen yüksek seviyeli sentez ve tasarım araçları ile donanım tanımlama dilleri kullanılmadan da donanım tasarımları yapılabilmektedir. Bu tez çalışmasında Xilinx Vivado Design Suite yazılımı ile birlikte yeni nesil yüksek seviyeli bir programlama aracı olan Matlab/Simulink geliştirme ortamlarında model tabanlı tasarım yöntemleri kullanılarak gerçek zamanlı bir görüntü işleme sistemi tasarlanmıştır. Çalışmada Xilinx Zynq-7000 mimarisine sahip Zedboard geliştirme kartı kullanılmıştır. Kameradan anlık olarak alınan görüntü üzerinde kenar bulma, gürültü giderme, gri ton dönüştürme ve keskinleştirme filtreleri uygulanarak işlenmiş olan görüntü monitöre aktarılmıştır. Çalışmada kullanılan Zynq platformu klasik FPGA mimarisinden farklı olarak mikroişlemci ve FPGA'dan oluşan tümleşik bir sistem mimarisi olduğundan öncelikle bu sistem mimarisi ve model tabanlı tasarım metotları hakkında detaylı bilgi verilmiştir. Sonraki bölümlerde uygulanacak olan görüntü işleme yöntemleri ve bunların gerçek zamanlı video üzerinde uygulanışı hakkında gerekli bilgiler verilmiştir. Daha sonra bu görüntü işleme ve filtre algoritmaları Matlab/Simulink ortamında model tabanlı olarak tasarlanıp simülasyonu yapılmış, ardından Xilinx geliştirme ortamında tasarlanan görüntü işleme sisteminin donanım entegrasyonu ve yazılım tasarımı yapılarak Zedboard üzerinde sistem gerçeklenmiş ve kaynak kullanımı izlenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde sistemin gerçek zamanlı olarak başarıyla çalıştığı gözlemlenmiştir.