Implementação do algoritmo de Richardson-Lucy em arquiteturas reconfiguráveis aplicado ao problema de borramento de imagens

Abstract

Este trabalho apresenta a implementação em hardware de um algoritmo para a restauração para imagens que tenham sofrido degradação por movimento relativo entre a câmera e a cena (motion blur). O borramento da imagem é modelado matematicamente com o processo de convolução entre a função de degradação (Point Spread Function-PSF) e a imagem real, sendo a restauração da imagem real o processo inverso (deconvolução). O algoritmo de restauração implementado neste trabalho é conhecido como algoritmo de Richardson-Lucy (RLA). Neste caso, implementou-se o RLA em uma plataforma hardware FPGA (Field Programmable Gate Array) usando a linguagem de descrição de hardware VHDL (Very Hight Description Language), assumindo ausência de ruído aditivo no sistema de captura da imagem. A metodologia para avaliar a plataforma consistiu em simular a arquitetura projetada no ModelSim, fornecendo como dados de entradas as imagens degradadas. A degradação das imagens foi obtida usando a funções fspecial e imfilter do Matlab, as quais permitiram simular o borramento de imagens por movimentos da câmera (deslocamento e ângulo). Adicionalmente, a avaliação da qualidade das imagens coletadas foi realizada usando a métrica SR-SIM (Spectral Residual Based Similarity), assim como executando uma verificação visual das mesmas. O sistema implementado fornece um pixel processado por cada ciclo de relógio da FPGA, depois de um tempo de latência, sendo 12.425 vezes mais rápido que o mesmo algoritmo implementado no processador NIOS II. Adicionalmente foram feitas comparações rodando o algoritmo em um PC Intel Core-i3 a 3,2GHz. Neste caso, a implementação do algoritmo foi realizada usando a biblioteca OpenCV. Resultados de simulações e testes com imagens reais são apresentados para dar suporte à aplicabilidade em vídeo.