Implementacja sprzętowa odejmowania tła metodą ViBe w układzie FPGA

W artykule zaprezentowano implementację sprzętową nowatorskiego algorytmu odejmowania tła ViBe (ang. VIsual Background Extractor) w układzie rekonfigurowalnym FPGA. Metoda ta opiera się na odmiennej od dotychczas opisywanych i realizowanych koncepcji modelowania tła. W pracy dokonano oceny możliwości przeniesienia algorytmu na platformę sprzętową, pokazano dwie modyfikacje, które pozwoliły poprawić działanie metody oraz omówiono zrealizowany system sprzętowy. Według wiedzy autorów jest to pierwszy opis implementacji tego algorytmu w układzie FPGA.

This paper presents a hardware implementation in the FPGA reconfigurable device of ViBe - a novel background subtraction algorithm. The method is based on a different, from those previously described and implemented, background modelling concept. It partly uses random numbers, which allowed us to significantly reduce the buffer size in relation to the standard methods like mean or median form a buffer. A detailed description of ViBe can be found in papers [6, 7, 8]. In this paper the role of background generation algorithms in image processing and analysis systems, with particular emphasis on hardware implementations is discussed (Section 1). The ViBe algorithm is described in Section 2. Then an analysis of the possibility of implementing ViBe in FPGA is presented (Section 3). Section 4 describes two proposed modifications: the use of the CIE Lab colour space and the enhanced flashing pixels detection method. Their desirability has been confirmed quantitatively using the "ChangeDetection" database [9]. A detailed description of the designed ViBe hardware module and image processing system is presented in Section 5. The scheme of the ViBe module is shown in Figure 5 and the whole system in Figure 4. Table 3 summarizes the hardware resource utilization. The proposed solution enables the detection of objects using the method ViBe and enables realtime processing of a colour 640 x 480 video stream at 60 frames per second. The obtained results confirm the high usefulness of FPGA in the implementation of advanced image processing and analysis algorithms.