Ανάπτυξη λογισμικού εξαγωγής χαρακτηριστικών χειρόγραφων υπογραφών με χρήση της κάρτας γραφικών και CUDA

• Κύριος συγγραφέας: Λύκος, Γεώργιος-Κάρολος
• Άλλοι συγγραφείς: Lykos, George-Karolos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Εξαγωγή χαρακτηριστικών; Χειρόγραφες υπογραφές; Κάρτες γραφικών; Παράλληλος προγραμματισμός; CUDA; Feature extraction; Gpu; Parallel programming

Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στην ανάπτυξη και τον σχεδιασμό λογισμικού εξαγωγής χαρακτηριστικών από εικόνες χειρόγραφων υπογραφών, χρησιμοποιώντας την κάρτα γραφικών (GPU) και την τεχνολογία CUDA της Nvidia. Για την εξαγωγή των χαρακτηριστικών χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος που παρουσιάζεται στο επιστημονικό άρθρο με τίτλο "Offline signature verification and quality characterization using poset-oriented grid features". Τα εξαγώμενα χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου για την εκμάθηση ενός ταξινομητή SVM (Support Vector Machines). Ο ταξινομητής SVM προσπαθεί με βάσει τα δεδομένα εισόδου να δημιουργήσει ένα διαχωριστικό υπερεπίπεδο με όσο το δυνατόν λιγότερα λάθη για την ασφαλέστερη κατηγοριοποίηση των νέων δεδομένων. Όπως γίνεται κατανοητό το ποσοστό επιτυχίας του ταξινομητή είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με το πλήθος των χαρακτηριστικών. Η εξαγωγή χαρακτηριστικών αποτελεί μια χρονοβόρα αλλά επαναλαμβανόμενη διαδικασία, πράγμα που καθιστά την παραλληλοποιήση του αλγορίθμου με την χρήση της κάρτας γραφικών επιτακτική. Παρακάτω, παρουσιάζεται η σπουδαιότητα της χρήσης της κάρτας γραφικών και της τεχνολογίας CUDA καθώς και οι βασικές έννοιες των παράλληλων συστημάτων, η αρχιτεκτονική και το προγραμματιστικό μοντέλο της CUDA. Προτείνεται μια μέθοδος διασύνδεσης της CUDA με το οικοσύστημα της Matlab και αναλύεται περαιτέρω η σειριακή υλοποίηση του αλγορίθμου εξαγωγής χαρακτηριστικών. Ακολούθως, προτείνεται μια παραλληλοποιημένη υλοποίηση του αλγορίθμου με την χρήση της κάρτας γραφικών και της CUDA. Αναλύονται τα σημεία επέμβασης για την εφαρμογή της παραλληλοποίησης και γίνεται η σύγκρισης μεταξύ των δύο υλοποιήσεων. Για την σύγκριση των δύο υλοποιήσεων χρησιμοποιήθηκε ένα σύνολο χειρόγραφων υπογραφών που δημιουργήθηκαν συνθετικά σύμφωνα με την μέδοδο που παρουσιάζεται επιστημονικό άρθρο με τίτλο "Static Signature Synthesis: A Neuromotor Inspired Approach for Biometrics". Η προαναφερθείσα σύγκριση αποκάλυψε σημαντική επιτάχυνση των διαδικασιών και μείωση του χρόνου εκτέλεσης του αλγορίθμου, γεγονος που καθιστά δυνατή την εφαρμογή ακόμα και σε πραγματικό χρόνο.