GPU accelerated face detection

• Main Author: Mäkelä, J. (Jussi)
• Format: Dissertation
• Language: English
• Published: University of Oulu 2013
• Subjects: Information Engineering
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201303181103; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201303181103

Graphics processing units have massive parallel processing capabilities, and there is a growing interest in utilizing them for generic computing. One area of interest is computationally heavy computer vision algorithms, such as face detection and recognition. Face detection is used in a variety of applications, for example the autofocus on cameras, face and emotion recognition, and access control. In this thesis, the face detection algorithm was accelerated with GPU using OpenCL. The goal was to gain performance benefit while keeping the implementations functionally equivalent. The OpenCL version was based on optimized reference implementation. The possibilities and challenges in accelerating different parts of the algorithm were studied. The reference and the accelerated implementations are depicted in detail, and performance is compared. The performance was evaluated by runtimes with three sets of four different sized images, and three additional images presenting special cases. The tests were run with two differently set-up computers. From the results, it can be seen that face detection is well suited for GPU acceleration; that is the algorithm is well parallelizable and can utilize efficient texture processing hardware. There are delays related in initializing the OpenCL platform which mitigate the benefit to some degree. The accelerated implementation was found to deliver equal or lower performance when there was little computation; that is the image was small or easily analyzed. With bigger and more complex images, the accelerated implementation delivered good performance compared to reference implementation. In future work, there should be some method of mitigating delays introduced by the OpenCL initialization. This work will have interest in the future when OpenCL acceleration becomes available on mobile phones. === Grafiikkaprosessorit kykenevät massiiviseen rinnakkaislaskentaan ja niiden käyttö yleiseen laskentaan on kasvava kiinnostuksen aihe. Eräs alue missä kiihdytyksen käytöstä on kiinnostuttu on laskennallisesti raskaat konenäköalgoritmit kuten kasvojen ilmaisu ja tunnistus. Kasvojen ilmaisua käytetään useissa sovelluksissa, kuten kameroiden automaattitarkennuksessa, kasvojen ja tunteiden tunnistuksessa sekä kulun valvonnassa. Tässä työssä kasvojen ilmaisualgoritmia kiihdytettiin grafiikkasuorittimella käyttäen OpenCL-rajapintaa. Työn tavoite oli parantunut suorituskyky kuitenkin niin että implementaatiot pysyivät toiminnallisesti samanlaisina. OpenCL-versio perustui optimoituun verrokki-implementaatioon. Algoritmin eri vaiheiden kiihdytyksen mahdollisuuksia ja haasteita on tutkittu. Kiihdytetty- ja verrokki-implementaatio kuvaillaan ja niiden välistä suorituskykyeroa vertaillaan. Suorituskykyä arvioitiin ajoaikojen perusteella. Testeissä käytettiin kolmea kuvasarjaa joissa jokaisessa oli neljä eri kokoista kuvaa sekä kolmea lisäkuvaa jotka kuvastivat erikoistapauksia. Testit ajettiin kahdella erilailla varustellulla tietokoneella. Tuloksista voidaan nähdä että kasvojen ilmaisu soveltuu hyvin GPU kiihdytykseen, sillä algoritmin pystyy rinnakkaistamaan ja siinä pystyy käyttämään tehokasta tekstuurinkäsittelylaitteistoa. OpenCL-ympäristön alustaminen aiheuttaa viivettä joka vähentää jonkin verran suorituskykyetua. Testeissä todettiin kiihdytetyn implementaation antavan saman suuruisen tai jopa pienemmän suorituskyvyn kuin verrokki-implementaatio sellaisissa tapauksissa, joissa laskentaa oli vähän johtuen joko pienestä tai helposti käsiteltävästä kuvasta. Toisaalta kiihdytetyn implementaation suorituskyky oli hyvä verrattuna verrokki-implementaatioon kun käytettiin suuria ja monimutkaisia kuvia. Tulevaisuudessa OpenCL-ympäristön alustamisen aiheuttamat viivettä tulisi saada vähennettyä. Tämä työ on kiinnostava myös tulevaisuudessa kun OpenCL-kiihdytys tulee mahdolliseksi matkapuhelimissa.