1 - مقدمه: سیستم‌های نهفته، هم‌طراحی سخت افزار/نرم افزار

امروزه در هزاره‌ی سوم، بیش از ۹۶% سیستم‌های کامپیوتری را سیستم‌های نهفته (Embedded Systems) تشکیل می‌دهند. سیستم نهفته یک سیستم پردازش اطلاعات است که درون محصول فراگیرنده‌ی آن نهفته است. بستر کاربرد چنین سیستم‌‎هایی بسیار گسترده است و از تلفن‌‎های راه دور تا بسیاری از تجهیزات نظامی را در بر می‌گیرد. سیستم‌‎های نهفته با مشخصه‌‎های متنوعی شناسایی می‌شوند. یکی از این مشخصه‌ها که در بیشتر این سیستم‌ها مشترک است، استفاده از هم‌طراحی یا طراحی توأمان سخت‌افزار و
نرم‌افزار (Hardware-Software Co-design)است، یعنی سبکی از طراحی که بر طراحی ترکیبی نرم‌افزاری-سخت‌افزاری دلالت دارد تا بتواند نیازهای پیچیده و گاه متعدد سیستم‌های نهفته را برآورده کند. ایجاد تعادل بین هزینه‌ی سخت‌افزار-نرم افزار (از جمله مساحت، قیمت، توان مصرفی و …) و کارایی از جمله مهم‌ترین اهداف هم‌طراحی است. هدف از این مسابقه، به رقابت گذاشتن توانایی‌‎های شرکت‌کنندگان از نظر مهارت‎های کاربردی ایشان در به کارگیری توانایی طراحی نرم‌افزار و سخت‌افزار به صورت توأمان است.

در ادامه، ابتدا به منظور آشنایی بیشتر با مفاهیم مورد استفاده، به معرفی مختصری از فناوری تشکیل تصاویر SAR، پردازش آن و تشخیص اهداف در تصاویر SAR می پردازیم.پس از آن، مساله مورد نظر این دوره از مسابقات مطرح خواهد شد.

۲ - فناوری تشکیل تصاویر SAR و ضروت تشخیص اهداف

سیستم­های تصویربرداری synthetic aperture radar (SAR) به دلیل توانایی تصویربرداری در روز یا شب و هر شرایط اقلیمی و همچنین پوشش سراسری تمام زمین و از سوی دیگر وضوح بالای آنها، برای تشخیص اهداف بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از اهمیت این تصاویر می‌توان به مشاهده­ی نواحی زمین و نظارت بر آن، تشخیص اهداف، پایش نواحی ساحلی، شناسایی لکه­های نفتی و دیده­بانی بلایای طبیعی نام برد. در حال حاضر پرتاب فضاپیماهای SAR، فرصت بسیار خوبی برای اخذ تصاویر روزانه­ی SAR با وضوح مکانی بسیار بالا فراهم آورده است. در نتیجه تفسیر خودکار تصاویر SAR امری بسیار مهم و لازم است. به هر حال، پردازش و تفسیر تصاویر SAR به دلیل وجود نویز اسپکل، بسیار مشکل است.

روش مجموعه سطح، روشی ساده برای تخمین تغییر یک منحنی متحرک است که به طور وسیعی در کارهای پردازش تصویر و بینایی ماشین به ویژه برای تعیین مرزهای اشیاء مورد استفاده قرار می­گیرد. این الگوریتم بر آن است تا با استفاده از یک تابع مجموعه سطح مرز­های شکل­های مختلف را مشخص کند.

به طور کلی، الگوریتم‌های مجموعه سطح به دو دسته‌ی بر پایه‌ی لبه و بر پایه‌ی ناحیه دسته‌بندی می‌شوند. مدل‌های بر پایه‌ی لبه از یک تابع متوقف کننده‌ی لبه که متناسب با عکس گرادیان تصویر است، برای توقف کانتورها در لبه‌ها استفاده می‌کنند. از آنجایی که گرادیان گسسته محدود است، این تابع هیچگاه به صفر نمی‌رسد.

الگوریتم‌های مجموعه سطح بر پایه‌ی لبه به نویز حساس هستند. از آنجایی که اسپکل از تصویر حذف و یا کاهش داده نمی‌شود، استفاده از الگوریتم‌های مجموعه سطح بر پایه‌ی لبه احتمال ایجاد خطا و عدم تشخیص صحیح را افزایش می‌دهد. الگوریتم‌های مجموعه سطح بر پایه‌ی ناحیه از اطلاعات آماری درون و بیرون کانتورها برای کنترل تکامل کانتورها استفاده می‌کنند. این مدل‌ها حساسیت کمتری به نویز دارند و همچنین عملکرد بهتری روی تصاویر با لبه‌های ضعیف و یا بدون لبه دارند. در نتیجه مزایای بیشتری نسبت به مدل‌های بر پایه‌ی لبه دارند.

۳ - صورت مساله

مساله مورد نظر این مسابقه با الهام از الگوریتم تشخیص اهداف، که پیشتر توضیح داده شد، به صورت زیر تعریف می‎گردد:

هدف پیدا کردن اهدافی نظیر ساختمان و خودرو در تصویر SAR میباشد. به طوری که تعداد اهداف شناسایی‎ شده در تصویر داده شده  به شرکت کننده دارای کمترین میزان تفاوت با تعداد صحیح اهداف مذکور (ساختمان و خودرو) باشند. بدین منظور از الگوریتم CFAR با هدف استخراج ویژگی از کامپوننت های ایجاد شده توسط تابع connected component (ماشین و ساختمان) استفاده می کنیم. ضمنا ناحیه کاندید که قبل از الگوریتم CFAR به دست می آید، توسط الگوریتم های Connected Component و level set ایجاد میشود.

اطلاعات مورد نیاز برای آغاز کار:

ابعاد تصویر: ۷۶۸ * ۱۲۸۰ (تصویر مورد نظر مسابقه را از اینجا دانلود نمایید)

فایل .m نرم افزار matlab مربوط به کل الگوریتم

توجه: کد matlab الگوریتم تشخیص اهداف SAR مورد استفاده برای حل مسأله‎­­ی مسابقه نیز در اختیار شرکت‎­کنندگان قرار داده شده است که می­‎تواند برای درک بهتر صورت مساله و بررسی صحت عملکرد سامانه طراحی شده توسط تیم­‎ها مورد استفاده قرار بگیرد. (کد نرم‎­افزاری الگوریتم را از اینجا دانلود نمایید)

۴ -  نحوه اجرای مسابقه و ارزیابی پیاده­‎سازی­‎های انجام‎شده

فایل مربوط به اطلاعات پیکسل‎های تصویر SAR پیش از شروع مسابقه (در روز برگزاری مسابقه) در اختیار شرکت‎کنندگان قرار می‎گیرد. در زمان برگزاری مسابقه، ابتدا سایر مقادیر اولیه مورد نیاز برای شروع کار نظیر تصویر نهایی SAR مدنظر از طریق دبیرخانه کنفرانس در اختیار شرکت‎­کنندگان قرار خواهند گرفت.

ارزیابی نتیجه­ مسابقه بر مبنای دو پارامتر “زمان اجرا و خاتمه‎­ی الگوریتم” و “هزینه‎­ی بستر پیاد‎ه‎­سازی” الگوریتم خواهد بود. به طوری که زمان اجرا و هزینه­‎ی کمتر دو هدفی هستند که انتظار می‎­رود شرکت­‎کنندگان به بهترین شکل به تعادل برسانند. به عبارت دیگر بتوانند کمترین میزان را برای عبارت زیر حاصل کنند:

( زمان اجرا و خاتمه‎ی الگوریتم X هزینه‎­ی بستر پیاده‎­سازی )

۱-۴-  محاسبه­‎ی “زمان اجرا“

در روز مسابقه زمان دقیق اجرای الگوریتم توسط داوران ارزیابی و محاسبه می گردد.

توجه: در روز مسابقه، سامانه داوری جهت ارسال و دریافت داده‌ها و هم‎­چنین محاسبه‎­ی زمان اجرای تیم‌های مختلف شرکت‎کننده، در سایت کنفرانس تعبیه خواهد شد.  قطعه کد طراحی‌شده جهت اجرا بر روی ریزپردازنده ARM Cortex-A9 بعنوان هسته‎ی سامانه داوری  قرار داده می شود.

تصویر بورد آزماینده مذکور را در ادامه می­‌بینید.

برد ZTURN

۲-۴ - محاسبه‎ی “هزینه بستر پیاده‎سازی“

با توجه به قوانین مسابقات در بخش هم‌طراحی سخت‌افزار/نرم‌افزار، استفاده از کلیه بوردهای سخت افزاری و سخت افزاری/نرم افزاری تجاری رایج در بستر هم­‎طراحی مجاز است. برای محاسبه‎­ی هزینه بستر پیاده‎­سازی، قیمت بوردهای مورد استفاده توسط شرکت­‎کنندگان توسط تیم داوری مسابقات بر مبنای قیمت‎­های به روز و از سایت شرکت سازنده بورد استعلام خواهد شد. البته قابل ذکر است که در صورت عدم استفاده از بوردهای تجاری و ساخت بورد اختصاصی توسط شرکت­‎کنندگان؛ تیم داوری مسابقات نسبت به تخمین هزینه آن اقدام خواهند نمود. علاوه بر آن قیمت هرگونه سیستم پردازشی دیگر مانند لپتاپ و یا کامپیوتر رومیزی، که در زمان اجرای الگوریتم نیاز به وجودشان باشد، جداگانه بر اساس مشخصات سخت­‎افزاری و نرم‎­افزاری آن­ها محاسبه و به هزینه بورد اضافه می‎­گردند.

توجه : به غیر از سامانه داوری که توسط تیم برگزاری مسابقات آماده خواهد شد، فراهم آوردن هرگونه سخت­‎افزار/نرم‎­افزار مورد استفاده در بستر هم‎­طراحی شرکت­‎کنندگان در روز مسابقه بر عهده‎­ی تیم­‎های شرکت­‎کننده است.