Coprocessador baseado em FPGA para a visão de um robô futebolista

摘要

A área da robótica encontra-se em constante evolução, assumindo, nos diasde hoje, uma elevada importância nas mais diversas áreas. Uma grandeparte das soluções desenvolvidas neste campo tem como requisito o reconhecimentovisual do meio envolvente, possibilitando ao sistema robóticoreconhecer determinados objetos ou formas, e/ou tomar decisões e reagirperante determinadas situações. Por outro lado, a visão computacionalassume-se como uma ciência de ampla aplicação, o que implica a necessidadede optar pelo sistema de visão mais adequado a cada realidade.A competição RoboCup surge como uma iniciativa internacional com o objetivoprincipal de promover a investigação e desenvolvimento da inteligênciaartificial, robótica e demais áreas relacionadas. Embora existam outras, asprincipais competições presentes nesta iniciativa envolvem a organização deencontros anuais, onde equipas de robótica de todo o mundo jogam futebolentre si. Estas competições encontram-se agrupadas em determinadascategorias, sendo que a mais relevante no âmbito deste projeto é a ligade robôs médios (RoboCup MSL), onde a equipa CAMBADA representa aUniversidade de Aveiro.Neste tipo de competição, o sistema de visão assume uma importância vital,uma vez que a perceção da bola, das linhas brancas e obstáculos, bemcomo o seu consequente processamento, de forma rápida e eficiente, sãouma mais-valia para a tomada de decisão de um robô, face a uma determinadasituação. No entanto, os algoritmos associados ao processamentode imagem são tipicamente muito exigentes, quer em termos de recursos,quer em termos de processamento, podendo o tempo necessário ao seu processamento comprometer uma resposta eficaz e, por conseguinte, todo osistema.Esta dissertação resulta da necessidade de melhorar continuamente aprestação desta equipa nas competições em que participa, através do desenvolvimento e implementação de um coprocessador baseado em FPGA,o que se apresenta como uma mais-valia, dado permitir a redução do pesocomputacional da visão por computador da CAMBADA. Este coprocessadorserá responsável pela execução de uma parte dos algoritmos de visão, nomeadamente, segmentação de cor, compressão de imagem e deteção de bolhasde cor, baseando-se em diversos núcleos de processamento, quer genéricos,quer especializados, explorando, desta forma, o paralelismo normalmentedisponível neste tipo de algoritmos. Este sistema possui ainda capacidadede adquirir de forma autónoma as imagens, processando-as individualmentee disponibilizando os resultados ao computador principal.O presente projeto pretende demonstrar a aplicabilidade e a supremaciada implementação de tarefas computacionalmente intensivas em hardwarereconfigurável.