[Ненормальное программирование, Open source, Обработка изображений, Программирование микроконтроллеров] Benchmark OpenCV на STM32
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 3 месяца
Сообщений: 27286
Сегодня обработка изображений прочно вошла в нашу жизнь. Никого не удивляет распознавание лиц или дорожной разметки. Самой распространенной библиотекой для этих целей на данный момент является OpenCV. На сегодняшний день OpenCV ориентирован прежде всего на большие платформы. И хотя старшие модели современных микроконтроллеров обладают ресурсами сопоставимыми с Pentium II запуск на них OpenCV все еще является очень редким, даже экзотическим явлением.
Какое то время назад мы показали, что существует принципиальная возможность использовать OpenCV на STM32 (и других микроконтроллерах подобного класса). Тогда нашей целью было продемонстрировать возможность использования данной библиотеку на подобных аппаратных платформах. Поэтому хотя мы получили очень низкую производительность, мы не стали разбираться в ее причинах. На текущий момент мы исправили очевидные недостатки первого решения, что позволило добиться приемлемой производительности. В данной статье приведены результаты замеров производительности для различных примеров использования OpenCV на платформе STM32F7.
Все примеры приведенные в статье выполнены на основе Embox и могут быть воспроизведены самостоятельно, следуя инструкции из репозитория с примерами. Также мы использовали для наших примеров на плате флаг оптимизации -Os. Во всех примерах используется включенный кеш. Изображения могут располагаться на SD-карте, В примерах мы храним изображения в QSPI флешь которая есть на демонстрационной плате, для более простой базовой инструкции при воспроизведении результатов.
Edge detection
Начнем с того же самого примера, который был использован в предыдущей работе, а именно определение границ. В примере используется алгоритм Кэнни.
Мы приведем лог вывода при запуске приложения edges на Embox, что позволит сравнить улучшение производительности по сравнению с нашей предыдущей работой. Для остальных приложений мы будем приводить только таблицы с результатами измерений.
Пример анализируемого изображения
Вывод для изображения 512x269
root@embox:(null)#edges fruits.png 20
Image: 512x269; Threshold=20
Detection time: 0 s 116 ms
Framebuffer: 800x480 32bpp
Вывод для изображения 512x480
root@embox:(null)#edges fruits.png 20
Image: 512x480; Threshold=20
Detection time: 0 s 254 ms
Framebuffer: 800x480 32bpp
Результаты
Image
time from ROM (ms)
time from QSPI (ms)
fruits.png 512x269
116
120
fruits.png 512x480
254
260
K-means
Данный пример из состава OpenCV в результате своей работы должен определить кластеры точек и обвести каждый из них окружностью соответствующего цвета.
Для оценки плотности их распределения в OpenCV используется понятие “компактность”:
compactness: It is the sum of squared distance from each point to their corresponding centers.
Иными словами compactness показатель того насколько близко точки сосредоточены от центра кластера.
В качестве входных данных kmeans.cpp генерирует картинку размером 480 x 480 c несколькими кластерами точек разных цветов. Центр каждого такого кластера выбирается случайным образом, а точки в кластер добавляются в соответствии с нормальным распределением.
Compactness
time from ROM (ms)
time from QSPI (ms)
733589
34
98
160406
6
18
331447
14
38
706280
13
36
399182
8
25
Squares
Распознавание геометрический фигур, в частности прямоугольников, также является стандартным примером в составе библиотеки OpenCV
Пример анализируемого изображения
Результаты для изображений 400x300:
Image
time from ROM (ms)
time from QSPI (ms)
pic1.png
1312
1668
pic2.png
4893
7268
pic3.png
1263
1571
pic4.png
2351
3590
pic5.png
1235
1515
pic6.png
1575
2202
Facedetect
Распознавание лиц было изначальной целью нашего исследования. Мы хотели оценить, насколько подобные алгоритмы хорошо работают на аналогичных платах. Используем стандартный пример facedetect с набором из пяти изображенийю В примерах используется Haar-cascade Detection (https://docs.opencv.org/4.5.2/db/d28/tutorial_cascade_classifier.html )
Пример анализируемого изображения
Для изображений 256x256:
Image
time from ROM (ms)
time from QSPI (ms)
seq_256x256/img_000.png
3389
3801
seq_256x256/img_001.png
4015
4454
seq_256x256/img_002.png
4016
4464
seq_256x256/img_003.png
3315
3717
seq_256x256/img_004.png
3526
3952
Для изображений 480x480:
Image
time from ROM (ms)
time from QSPI (ms)
seq_256x256/img_000.png
14406
16149
seq_480x480/img_001.png
14784
16578
seq_480x480/img_002.png
15106
16904
seq_480x480/img_003.png
12695
14352
seq_480x480/img_004.png
14655
16446
Peopledetect
Повышая сложность мы решили попробовать как работает определение людей на изображении. Для этого можно использовать пример peopledetect
Пример изображение
Результаты
Image
time from ROM (ms)
time from QSPI (ms)
basketball2.png 640x480
40347
52587
QR code
QR коды является широко используемым примером распознавания образов.
Пример изображения взятый случайным образом из интернета
Результаты
Данный пример не уместился во внутреннюю память, поэтому приведены результаты только из QSPI
Image
time from ROM (ms)
time from QSPI (ms)
qrcode_600x442.png
—
3092
Особенности работы на микроконтроллерах
Есть несколько примечательных моментов которые мы обнаружили при работе с OpenCV на микроконтроллерах. Первый, код из внутренней памяти работает быстрее чем из внешней QSPI flash, даже при включенном кэше.
Второй, на наш взгляд также связанные с кэшем, является зависимость производительность от размещения кода. Мы обнаружили, что незначительное изменение кода, например добавление команды которая не вызывается в основном алгоритме, может увеличить или уменьшить производительность на 5 или даже более процентов.
Третий, достаточно ограниченный объем внутренней памяти (2 MB). Нам не удалось быстро запустить пример с распознаванием QR кодов из внутренней памяти.
Еще одной важной особенности относится к ядрам ARM Cortex-m. Мы использовали ядра с поддержкой SIMD инструкций. Данная технология помогает увеличить производительность путем обработки нескольких арифметических команд, на одном регистре. Для оценки того что это помогает для наших задач, мы провели замеры на Linux c поддержкой SIMD инструкций и без и выяснили, что на некоторых примерах использование SIMD дает прирост производительности на 80 %
Однако для нашего процессора, gcc не умеет автоматически генерить код с использованием SIMD инструкций. Существует поддержка только в виде Intrinsic functions. Иными словами нужно вставлять эти команды в ручном режиме. OpenCV поддерживает такой подход. Можно реализовать поддержку SIMD для специальной архитектуры. Но на текущий момент OpenCV рассчитан только на работу с типами длинными типами данных (128 бит и больше). Поэтому в рамках данной работы не было оценено улучшение производительности при использовании SIMD на STM32. Мы надеемся это будет направление будущих исследований.
Анализ результатов
Приведенные результаты говорят о том, что на микроконтроллерах можно использовать такое сложное программное обеспечение как OpenCV. Запущен целый ряд примеров и все успешно работали. Однако производительность заметно ниже чем у хостовых платформ.
Применение OpenCV на микроконтроллерах сильно зависит от задач которые необходимо решить, Большинство базовых алгоритмов работают незаметно глазу. Тот же алгоритм выявления границ, отрабатывал за доли секунды, такой производительности может быть вполне достаточно для автономного робота. Комплексные алгоритмы например обработка QR кода могут быть использованы, но необходимо оценивать плюсы и минусы решения. С одной стороны 3 секунды это много для распознавания, а с другой, для некоторых целей может быть достаточно.
Поэтому предположу, что для распознавания сложных объектов, например выявления человека, подобные платформы, еще недостаточно мощные. Задержка сильно заметна по сравнению с распознаванием той же картинки на хосте. Но нужно учитывать и то что сравнивалось с 64 битным intel-i7 c 8 ядрами и принципиально другой частотой, а следовательно и потребление у данной платформы совсем другое. И к тому же в сравнении участвовал не самый мощный микроконтроллер. Даже у STM32 есть серия H7 которая в два раза мощнее.
Результаты можно увидеть на видео
Извините, данный ресурс не поддреживается. :(
Воспроизведение результатов
Вы можете воспроизвести результаты полученные в статье. Для этого понадобятся два репозитория. Основной репозиторий Embox и репозиторий с примерами изображений и готовыми конфигурациями для платы STM32F769i-discovery. Следуя инструкциям в README файле из репозитория и примерами вы можете воспроизвести результаты.
Вы можете также использовать другие платы, для этого вам необходимо собрать требуемую конфигурацию. Кроме того вы можете поэкспериментировать с другими изображениями или разместить изображения на SD-карте, что также требует только изменения конфигурации Embox.
P. S. Впервые данныя статья была опубликована на английском языке на сайте emedded.com
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [Open source, Flutter] Тап в статус бар. Делаем простое сложно c помощью Flutter
- [Open source, Сетевые технологии, Mesh-сети] Yggdrasil Network 0.4 — Скачок в развитии защищенной самоорганизующейся сети
- [C++, Программирование микроконтроллеров] Использование coroutines из С++20 в связке с NRF52832 и GTest
- [Open source, .NET, C#, Математика, F#] AngouriMath 1.3 update
- [Настройка Linux, *nix, Разработка под Linux, Учебный процесс в IT, DevOps] Зачем уметь работать в командной строке?
- [Программирование микроконтроллеров, DIY или Сделай сам, Звук] Как пьезоизлучатель голос искал
- [Open source, Python] Dramatiq как современная альтернатива Celery: больше нет проблем с версиями и поддержкой Windows
- [Open source, API, Dart, Flutter] Как перестать писать код для взаимодействия с бэкендом
- [Open source, Программирование, Учебный процесс в IT] Как я учил студентов Северной Кореи разрабатывать ПО с открытым исходным кодом (перевод)
- [Open source, C++, Qt, Софт] Haiku, Inc. проспонсировала приобретение RISC-V материнских плат для портирования системы Haiku
Теги для поиска: #_nenormalnoe_programmirovanie (Ненормальное программирование), #_open_source, #_obrabotka_izobrazhenij (Обработка изображений), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (Программирование микроконтроллеров), #_embox, #_stm32, #_opencv, #_blog_kompanii_embox (
Блог компании Embox
), #_nenormalnoe_programmirovanie (
Ненормальное программирование
), #_open_source, #_obrabotka_izobrazhenij (
Обработка изображений
), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (
Программирование микроконтроллеров
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 13-Май 06:01
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 3 месяца |
|
 Сегодня обработка изображений прочно вошла в нашу жизнь. Никого не удивляет распознавание лиц или дорожной разметки. Самой распространенной библиотекой для этих целей на данный момент является OpenCV. На сегодняшний день OpenCV ориентирован прежде всего на большие платформы. И хотя старшие модели современных микроконтроллеров обладают ресурсами сопоставимыми с Pentium II запуск на них OpenCV все еще является очень редким, даже экзотическим явлением. Какое то время назад мы показали, что существует принципиальная возможность использовать OpenCV на STM32 (и других микроконтроллерах подобного класса). Тогда нашей целью было продемонстрировать возможность использования данной библиотеку на подобных аппаратных платформах. Поэтому хотя мы получили очень низкую производительность, мы не стали разбираться в ее причинах. На текущий момент мы исправили очевидные недостатки первого решения, что позволило добиться приемлемой производительности. В данной статье приведены результаты замеров производительности для различных примеров использования OpenCV на платформе STM32F7. Все примеры приведенные в статье выполнены на основе Embox и могут быть воспроизведены самостоятельно, следуя инструкции из репозитория с примерами. Также мы использовали для наших примеров на плате флаг оптимизации -Os. Во всех примерах используется включенный кеш. Изображения могут располагаться на SD-карте, В примерах мы храним изображения в QSPI флешь которая есть на демонстрационной плате, для более простой базовой инструкции при воспроизведении результатов. Edge detection Начнем с того же самого примера, который был использован в предыдущей работе, а именно определение границ. В примере используется алгоритм Кэнни. Мы приведем лог вывода при запуске приложения edges на Embox, что позволит сравнить улучшение производительности по сравнению с нашей предыдущей работой. Для остальных приложений мы будем приводить только таблицы с результатами измерений. Пример анализируемого изображения  Вывод для изображения 512x269 root@embox:(null)#edges fruits.png 20
Image: 512x269; Threshold=20 Detection time: 0 s 116 ms Framebuffer: 800x480 32bpp Вывод для изображения 512x480 root@embox:(null)#edges fruits.png 20
Image: 512x480; Threshold=20 Detection time: 0 s 254 ms Framebuffer: 800x480 32bpp Результаты Image time from ROM (ms) time from QSPI (ms) fruits.png 512x269 116 120 fruits.png 512x480 254 260  K-means Данный пример из состава OpenCV в результате своей работы должен определить кластеры точек и обвести каждый из них окружностью соответствующего цвета. Для оценки плотности их распределения в OpenCV используется понятие “компактность”: compactness: It is the sum of squared distance from each point to their corresponding centers.
Иными словами compactness показатель того насколько близко точки сосредоточены от центра кластера. В качестве входных данных kmeans.cpp генерирует картинку размером 480 x 480 c несколькими кластерами точек разных цветов. Центр каждого такого кластера выбирается случайным образом, а точки в кластер добавляются в соответствии с нормальным распределением. Compactness time from ROM (ms) time from QSPI (ms) 733589 34 98 160406 6 18 331447 14 38 706280 13 36 399182 8 25  Squares Распознавание геометрический фигур, в частности прямоугольников, также является стандартным примером в составе библиотеки OpenCV Пример анализируемого изображения  Результаты для изображений 400x300: Image time from ROM (ms) time from QSPI (ms) pic1.png 1312 1668 pic2.png 4893 7268 pic3.png 1263 1571 pic4.png 2351 3590 pic5.png 1235 1515 pic6.png 1575 2202  Facedetect Распознавание лиц было изначальной целью нашего исследования. Мы хотели оценить, насколько подобные алгоритмы хорошо работают на аналогичных платах. Используем стандартный пример facedetect с набором из пяти изображенийю В примерах используется Haar-cascade Detection (https://docs.opencv.org/4.5.2/db/d28/tutorial_cascade_classifier.html ) Пример анализируемого изображения  Для изображений 256x256: Image time from ROM (ms) time from QSPI (ms) seq_256x256/img_000.png 3389 3801 seq_256x256/img_001.png 4015 4454 seq_256x256/img_002.png 4016 4464 seq_256x256/img_003.png 3315 3717 seq_256x256/img_004.png 3526 3952 Для изображений 480x480: Image time from ROM (ms) time from QSPI (ms) seq_256x256/img_000.png 14406 16149 seq_480x480/img_001.png 14784 16578 seq_480x480/img_002.png 15106 16904 seq_480x480/img_003.png 12695 14352 seq_480x480/img_004.png 14655 16446  Peopledetect Повышая сложность мы решили попробовать как работает определение людей на изображении. Для этого можно использовать пример peopledetect Пример изображение  Результаты Image time from ROM (ms) time from QSPI (ms) basketball2.png 640x480 40347 52587  QR code QR коды является широко используемым примером распознавания образов. Пример изображения взятый случайным образом из интернета  Результаты Данный пример не уместился во внутреннюю память, поэтому приведены результаты только из QSPI Image time from ROM (ms) time from QSPI (ms) qrcode_600x442.png — 3092  Особенности работы на микроконтроллерах Есть несколько примечательных моментов которые мы обнаружили при работе с OpenCV на микроконтроллерах. Первый, код из внутренней памяти работает быстрее чем из внешней QSPI flash, даже при включенном кэше. Второй, на наш взгляд также связанные с кэшем, является зависимость производительность от размещения кода. Мы обнаружили, что незначительное изменение кода, например добавление команды которая не вызывается в основном алгоритме, может увеличить или уменьшить производительность на 5 или даже более процентов. Третий, достаточно ограниченный объем внутренней памяти (2 MB). Нам не удалось быстро запустить пример с распознаванием QR кодов из внутренней памяти. Еще одной важной особенности относится к ядрам ARM Cortex-m. Мы использовали ядра с поддержкой SIMD инструкций. Данная технология помогает увеличить производительность путем обработки нескольких арифметических команд, на одном регистре. Для оценки того что это помогает для наших задач, мы провели замеры на Linux c поддержкой SIMD инструкций и без и выяснили, что на некоторых примерах использование SIMD дает прирост производительности на 80 % Однако для нашего процессора, gcc не умеет автоматически генерить код с использованием SIMD инструкций. Существует поддержка только в виде Intrinsic functions. Иными словами нужно вставлять эти команды в ручном режиме. OpenCV поддерживает такой подход. Можно реализовать поддержку SIMD для специальной архитектуры. Но на текущий момент OpenCV рассчитан только на работу с типами длинными типами данных (128 бит и больше). Поэтому в рамках данной работы не было оценено улучшение производительности при использовании SIMD на STM32. Мы надеемся это будет направление будущих исследований. Анализ результатов Приведенные результаты говорят о том, что на микроконтроллерах можно использовать такое сложное программное обеспечение как OpenCV. Запущен целый ряд примеров и все успешно работали. Однако производительность заметно ниже чем у хостовых платформ. Применение OpenCV на микроконтроллерах сильно зависит от задач которые необходимо решить, Большинство базовых алгоритмов работают незаметно глазу. Тот же алгоритм выявления границ, отрабатывал за доли секунды, такой производительности может быть вполне достаточно для автономного робота. Комплексные алгоритмы например обработка QR кода могут быть использованы, но необходимо оценивать плюсы и минусы решения. С одной стороны 3 секунды это много для распознавания, а с другой, для некоторых целей может быть достаточно. Поэтому предположу, что для распознавания сложных объектов, например выявления человека, подобные платформы, еще недостаточно мощные. Задержка сильно заметна по сравнению с распознаванием той же картинки на хосте. Но нужно учитывать и то что сравнивалось с 64 битным intel-i7 c 8 ядрами и принципиально другой частотой, а следовательно и потребление у данной платформы совсем другое. И к тому же в сравнении участвовал не самый мощный микроконтроллер. Даже у STM32 есть серия H7 которая в два раза мощнее. Результаты можно увидеть на видео Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Воспроизведение результатов Вы можете воспроизвести результаты полученные в статье. Для этого понадобятся два репозитория. Основной репозиторий Embox и репозиторий с примерами изображений и готовыми конфигурациями для платы STM32F769i-discovery. Следуя инструкциям в README файле из репозитория и примерами вы можете воспроизвести результаты. Вы можете также использовать другие платы, для этого вам необходимо собрать требуемую конфигурацию. Кроме того вы можете поэкспериментировать с другими изображениями или разместить изображения на SD-карте, что также требует только изменения конфигурации Embox. P. S. Впервые данныя статья была опубликована на английском языке на сайте emedded.com =========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
Блог компании Embox ), #_nenormalnoe_programmirovanie ( Ненормальное программирование ), #_open_source, #_obrabotka_izobrazhenij ( Обработка изображений ), #_programmirovanie_mikrokontrollerov ( Программирование микроконтроллеров ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 13-Май 06:01
Часовой пояс: UTC + 5