FPGA tabanlı video görüntü çerçevelerini iyileştirme cihazı geliştirilmesi
Development of an FPGA based video image frame enhancement device
Yazar: CAN UĞUR OFLAMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. UMUT SEZEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde kameradan alınan video çerçevelerinin gerçek zamanlı olarak iyileştirilerek ekrana verilmesini sağlayan donanım ve yazılımın tasarlanması amaçlanmıştır. Bu yapının gerçekleştirilmesi için esas olarak donanım kısmında, paralel işlem yapabilme yeteneğine sahip FPGA işlem birimi, yazılım kısmında ise süperçözünürlük yöntemi kullanılmıştır. Yapılan benzetim çalışmalarında süperçözünürlük yönteminin alt birimleri olan hareket kestirimi ve yeniden yapılandırma kısımları için çözüm yolu oluşturulmuştur. Hareket kestirimi kısmı için öbek eşleme yönteminin bir uygulaması olan integral ile izdüşüm yaklaşımı kullanılmıştır. Yeniden yapılandırma kısmı için ise aradeğerleme ile birleştirme yöntemi kullanılmıştır. Belirlenen bu çözüm yolu FPGA içerisinde gerçek zamanlı işlem yapacak şekilde VHDL programlama dili kullanılarak tekrardan oluşturulmuştur. Sonrasında ise test amaçlı olarak her iki yazılımın da giriş kısmına aynı resim çerçeveleri verilerek çıkış çerçeveleri gözlenmiştir. Her iki yazılımın da aynı çıktıyı verdiği görülmüştür. Son olarak da başarım oranlarının belirlenmesi için benzetim çalışmaları yapılarak elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Oluşturulan çözüm yolunun başarım oranının girişteki resim çerçevelerinin tüm SNR değerlerinde ve çerçevelerin bulanıklık içermesi durumunda çiftdoğrusal aradeğerlemeye göre çok daha yüksek olduğu yönünde sonuçlar elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Süperçözünürlük, FPGA, gerçek zaman, VHDL, öbek eşleme, 
yeniden yapılandırma, aradeğerleme, SNR

Abstract:
This dissertation aims to design hardware and software that ensure to restore and transmit the video frames in real time from the camera to the screen. Basically, a FPGA processing unit with the ability to perform parallel processing was used in the hardware, and the superresolution method in the software, in order to achieve this structure. In the simulation studies, an algorithm was created for motion estimation and reconstruction parts, which are the sub-units of the superresolution method. Integral projection model approach, which is the application of block matching algorithm, was used for the part of motion estimation. For the part of reconstruction, fusion of interpolation was used. The specified algorithm was created again using VHDL programming language so as to perform real time processing within the FPGA. Afterwards, the output frames were observed, transmitting the same picture frames to the input of each software, for testing purposes. This is observed that each software provided the same output. Finally, simulation studies were carried out to determine the performance rates and the obtained results were evaluated. It was concluded that the performance rate of the generated algorithm was much higher than the bilinear interpolation in the event that the input picture frames contain turbidity in all SNR values.

Keywords: Superresolution, FPGA, real time, VHDL, block matching, 
reconstruction, interpolation, SNR