Diseño e implementación de autómatas celulares para procesamiento de imágenes en Hardware reconfigurable

Abstract

La capacidad de los automatas celulares para reproducir fenomenos complejos utilizando solo reglas de evolucion sencillas, han llamado la atencion de varias areas para simular comportamientos complejos (simulacion de crecimiento bacteriano, crecimiento de ciudades, etc.) con resultados muy cercanos a tecnicas estandares. Otro aspecto importante de los automatas celulares es que todas las celulas pertenecientes al CA evolucionan simultaneamente utilizando la misma regla global; esta caracterıstica puede ser usada para su implementacion en dispositivos reconfigurables para realizar operaciones morfologicas. Las operaciones morfologicas son la base del procesamiento de imagenes, las cuales son de gran importancia para campos como la vision artificial, robotica, edicion de imagenes, etc. Esta tesis propone el diseño e implementacion de un automata celular bidimensional, con vecindario de Moore para el procesamiento de imagenes binarias en un dispositivo reconfigurable, desarrollada para la tarjeta de evaluacion ML605 de Xilinx, que tiene soporte para bus PCIe, el cual permite el uso del automata celular como un coprocesador de imagenes binarias. Se ofrece una introduccion a los conocimientos basicos relacionados con la teorıa de los automatas celulares, comenzando por la historia, caracterısticas y clasificacion, necesarios para comenzar a trabajar con ellos. Distintas reglas de evolucion son simuladas y verificadas para determinar cuales pueden ser utilizadas en el procesamiento morfologico, tomando en consideracion una estructura bidimensional, un conjunto de reglas totalısticas y un vecindario de Moore de radio uno, utilizando MATLAB y comparandolas con otras tecnicas existentes. Despues del analisis de la simulacion, se propone una arquitectura de un CA en FPGA, debido a su flexibilidad de ser reconfigurados y trabajar de manera concurrente.