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Hardware Approach to Fuzzy Inference―ASIC and RISC―

  • Watanabe, Hiroyuki
    • 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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    • 한국퍼지및지능시스템학회 1993년도 Fifth International Fuzzy Systems Association World Congress 93
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    • pp.975-976
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    • 1993
  • This talk presents the overview of the author's research and development activities on fuzzy inference hardware. We involved it with two distinct approaches. The first approach is to use application specific integrated circuits (ASIC) technology. The fuzzy inference method is directly implemented in silicon. The second approach, which is in its preliminary stage, is to use more conventional microprocessor architecture. Here, we use a quantitative technique used by designer of reduced instruction set computer (RISC) to modify an architecture of a microprocessor. In the ASIC approach, we implemented the most widely used fuzzy inference mechanism directly on silicon. The mechanism is beaded on a max-min compositional rule of inference, and Mandami's method of fuzzy implication. The two VLSI fuzzy inference chips are designed, fabricated, and fully tested. Both used a full-custom CMOS technology. The second and more claborate chip was designed at the University of North Carolina(U C) in cooperation with MCNC. Both VLSI chips had muliple datapaths for rule digital fuzzy inference chips had multiple datapaths for rule evaluation, and they executed multiple fuzzy if-then rules in parallel. The AT & T chip is the first digital fuzzy inference chip in the world. It ran with a 20 MHz clock cycle and achieved an approximately 80.000 Fuzzy Logical inferences Per Second (FLIPS). It stored and executed 16 fuzzy if-then rules. Since it was designed as a proof of concept prototype chip, it had minimal amount of peripheral logic for system integration. UNC/MCNC chip consists of 688,131 transistors of which 476,160 are used for RAM memory. It ran with a 10 MHz clock cycle. The chip has a 3-staged pipeline and initiates a computation of new inference every 64 cycle. This chip achieved an approximately 160,000 FLIPS. The new architecture have the following important improvements from the AT & T chip: Programmable rule set memory (RAM). On-chip fuzzification operation by a table lookup method. On-chip defuzzification operation by a centroid method. Reconfigurable architecture for processing two rule formats. RAM/datapath redundancy for higher yield It can store and execute 51 if-then rule of the following format: IF A and B and C and D Then Do E, and Then Do F. With this format, the chip takes four inputs and produces two outputs. By software reconfiguration, it can store and execute 102 if-then rules of the following simpler format using the same datapath: IF A and B Then Do E. With this format the chip takes two inputs and produces one outputs. We have built two VME-bus board systems based on this chip for Oak Ridge National Laboratory (ORNL). The board is now installed in a robot at ORNL. Researchers uses this board for experiment in autonomous robot navigation. The Fuzzy Logic system board places the Fuzzy chip into a VMEbus environment. High level C language functions hide the operational details of the board from the applications programme . The programmer treats rule memories and fuzzification function memories as local structures passed as parameters to the C functions. ASIC fuzzy inference hardware is extremely fast, but they are limited in generality. Many aspects of the design are limited or fixed. We have proposed to designing a are limited or fixed. We have proposed to designing a fuzzy information processor as an application specific processor using a quantitative approach. The quantitative approach was developed by RISC designers. In effect, we are interested in evaluating the effectiveness of a specialized RISC processor for fuzzy information processing. As the first step, we measured the possible speed-up of a fuzzy inference program based on if-then rules by an introduction of specialized instructions, i.e., min and max instructions. The minimum and maximum operations are heavily used in fuzzy logic applications as fuzzy intersection and union. We performed measurements using a MIPS R3000 as a base micropro essor. The initial result is encouraging. We can achieve as high as a 2.5 increase in inference speed if the R3000 had min and max instructions. Also, they are useful for speeding up other fuzzy operations such as bounded product and bounded sum. The embedded processor's main task is to control some device or process. It usually runs a single or a embedded processer to create an embedded processor for fuzzy control is very effective. Table I shows the measured speed of the inference by a MIPS R3000 microprocessor, a fictitious MIPS R3000 microprocessor with min and max instructions, and a UNC/MCNC ASIC fuzzy inference chip. The software that used on microprocessors is a simulator of the ASIC chip. The first row is the computation time in seconds of 6000 inferences using 51 rules where each fuzzy set is represented by an array of 64 elements. The second row is the time required to perform a single inference. The last row is the fuzzy logical inferences per second (FLIPS) measured for ach device. There is a large gap in run time between the ASIC and software approaches even if we resort to a specialized fuzzy microprocessor. As for design time and cost, these two approaches represent two extremes. An ASIC approach is extremely expensive. It is, therefore, an important research topic to design a specialized computing architecture for fuzzy applications that falls between these two extremes both in run time and design time/cost. TABLEI INFERENCE TIME BY 51 RULES {{{{Time }}{{MIPS R3000 }}{{ASIC }}{{Regular }}{{With min/mix }}{{6000 inference 1 inference FLIPS }}{{125s 20.8ms 48 }}{{49s 8.2ms 122 }}{{0.0038s 6.4㎲ 156,250 }} }}

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항해안전을 위한 AIS와 ECDIS 기반의 문자통신시스템 개발에 관한 연구 (A Study on the Development of Text Communication System based on AIS and ECDIS for Safe Navigation)

  • 안영중;강석용;이윤석
    • 해양환경안전학회지
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    • 제21권4호
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    • pp.403-408
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    • 2015
  • 해상에서 발생하는 선박 간 음성통신의 문제점을 보완하기 위한 방법으로, 언어적 오류와 VHF 사용제한 및 잡음 등에 영향을 받지 않는 텍스트 기반의 통신시스템을 AIS의 통신기능과 ECDIS의 화면전시 및 입력기능을 연계하는 방법에 착안하여 설계하였다. 개발된 문자통신시스템은 메시지를 이용해 정확한 의사전달이 가능하며, 사용자 편의성 향상을 위한 다양한 UI들을 소프트웨어를 통해 구현하였다. 하드웨어의 추가적인 설치와 개조 없이 구현되고, Message Banner Interface를 이용해 통신문장을 키보드 입력 없이 선택만으로 송신할 수 있으며, 자체 메시지 코딩과 디코딩을 통해 처리속도를 향상시키는 장점을 가진다. 문자통신시스템의 실선적용은 사용자의 언어적 한계와 인식오류를 감소시킬 수 있고, 다양한 VHF 음성통신의 문제를 해결할 수 있는 가장 실용적인 대안으로 판단된다. 또한 해상교통량이 많은 수역에서의 VHF 통신량 감소와 텍스트 기반의 정확한 의사전달과 협력동작 요청으로 선박 간 충돌사고 예방에 도움이 될 것이다.

VILODE : 키 프레임 영상과 시각 단어들을 이용한 실시간 시각 루프 결합 탐지기 (VILODE : A Real-Time Visual Loop Closure Detector Using Key Frames and Bag of Words)

  • 김혜숙;김인철
    • 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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    • 제4권5호
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    • pp.225-230
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    • 2015
  • 본 논문에서는 키 프레임 영상과 SURF 특징점 기반의 시각 단어들을 이용한 효과적인 실시간 시각 루프 결합 탐지기 VILODE를 제안한다. 시각 루프 결합 탐지기는 과거에 지나온 위치들 중 하나를 다시 재방문하였는지를 판단하기 위해, 새로운 입력 영상을 이미 지나온 위치들에서 수집한 과거 영상들과 모두 비교해보아야 한다. 따라서 새로운 위치나 장소를 방문할수록 비교 대상 영상들이 계속해서 증가하기 때문에, 일반적으로 루프 결합 탐지기는 실시간 제약과 높은 탐지 정확도를 동시에 만족하기 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 본 시스템에서는 입력 영상들 중에서 의미 있는 것들만을 선택해 이들만을 비교하는 효과적인 키 프레임 선택 방법을 채택하였다. 따라서 루프 탐지에 필요한 영상 비교를 대폭 줄일 수 있다. 또한 본 시스템에서는 루프 결합 탐지의 정확도와 효율성을 높이기 위해, 키 프레임 영상들을 시각 단어들로 표현하고, DBoW 데이터베이스 시스템을 이용해 키 프레임 영상들에 대한 색인을 구성하였다. TUM 대학의 벤치마크 데이터들을 이용한 실험을 통해, 본 논문에서 제안한 시각 루프 결합 탐지기의 높은 성능을 확인할 수 있었다.

보행안내 기기의 효과적인 관리 및 모니터링을 위한 시스템 (A System with Efficient Managing and Monitoring for Guidance Device)

  • 이진희;이은석;신병석
    • 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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    • 제5권4호
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    • pp.187-194
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    • 2016
  • 실내외 환경에서 실험을 수행할 때에 피험자의 상태를 모니터링 하여 위험한 상황을 미연에 방지하고, 실시간으로 처리해야 하는 데이터를 효과적으로 관리할 수 있는 시스템이 필요하다. 이전 연구에서 우리는 목적지까지 안전하게 보행할 수 있도록 하는 시각장애인용 보행안내 기기를 개발하였다. 이 기기는 실내외 특정 위치마다 POI (Point of Interest)를 설정하고 실내에서는 인공 표식(landmark), 실외에서는 직비(ZigBee) 모듈을 이용하고 보행 경로 탐색 알고리즘을 개발하여 사용자의 보행 위치를 추정할 수 있다. 실제 테스트베드에서는 시각장애인이나 안대를 착용한 일반인을 대상으로 실험을 수행하므로 실험 대상자가 위험 상황에 노출될 수 있고, 기기의 오작동으로 인해 문제가 발생할 수 있기 때문에 실험 대상자를 원격으로 모니터링 하는 것이 필요하고 대용량의 실내외 지도 데이터를 저장하고 관리하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 실험 대상자를 원격으로 모니터링 하고 대용량의 지도 데이터를 처리하는 제어 관리용 시스템을 소개한다. 실험을 수행할 때에 위험한 상황을 미연에 방지하고자 피험자의 상태를 모니터링 하고, 대량의 데이터를 효과적으로 관리할 수 있는 관리용 시스템을 제작하였고, 다양한 실험을 통하여 제안하는 시스템의 유효성을 입증하였다.

Feasibility Study of Case-Finding for Breast Cancer by Community Health Workers in Rural Bangladesh

  • Chowdhury, Touhidul Imran;Love, Richard Reed;Chowdhury, Mohammad Touhidul Imran;Artif, Abu Saeem;Ahsan, Hasib;Mamun, Anwarul;Khanam, Tahmina;Woods, James;Salim, Reza
    • Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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    • 제16권17호
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    • pp.7853-7857
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    • 2015
  • Background: Mortality from breast cancer is high in low- and middle-income countries, in part because most patients have advanced stage disease when first diagnosed. Case-finding may be one approach to changing this situation. Materials and Methods: We conducted a pilot study to explore the feasibility of population-based case finding for breast cancer by community health workers (CHWs) using different data collection methods and approaches to management of women found to have breast abnormalities. After training 8 CHWs in breast problem recognition, manual paper data collection and operation of a cell-phone software platform for reporting demographic, history and physical finding information, these CHWs visited 3150 women >age 18 and over they could find-- from 2356 households in 8 villages in rural Bangladesh. By 4 random assignments of villages, data were collected manually (Group 1), or with the cell-phone program alone (Group 2) or with management algorithms (Groups 3 and 4), and women adjudged to have a serious breast problem were shown a motivational video (Group 3), or navigated/accompanied to a breast problem center for evaluation (Group 4). Results: Only three visited women refused evaluation. The manual data acquisition group (1) had missing data in 80% of cases, and took an average of 5 minutes longer to acquire, versus no missing data in the cell phone-reporting groups (2,3 and 4). One woman was identified with stage III breast cancer, and was appropriately treated. Conclusions: Among very poor rural Bangladeshi women, there was very limited reluctance to undergo breast evaluation. The estimated rarity of clinical breast cancer is supported by these population-based findings. The feasibility and efficient use of mobile technology in this setting is supported. Successor studies may most appropriately be trials focusing on improving the suggested benefits of motivation and navigation, on increasing the numbers of cases found, and on stage of disease at diagnosis as the primary endpoint.

Avoidance of Internal Resonances in Hemispherical Resonator Assemblies from Fused Quartz Connected by Indium Solder

  • 세르게이 사라플로프;이희남;박상진
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.835-841
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    • 2013
  • Modern solid-state gyroscopes (HRG) with hemispherical resonators from high-purity quartz glass and special surface superfinishing and ultrathin gold coating become the best instruments for precise-grade inertial reference units (IRU) targeting long-term space missions. Designing of these sensors could be a notable contribution into development of Korea as a space nation. In participial, 40mm diameter thin-shell resonator from high-purity fused quartz, fabricated as a single-piece with its supporting stem has been designed, machined, etched, tuned, tested, and delivered by STM Co. (ATS of Ukraine) several years ago; an extremely-high Q-factor (upto 10~20 millions) has been shown. Understanding of the best way how to match such a unique sensor with inner glass assembly of the gyro means how to use the high potential in a maximal extent; and this has become the urgent task. Inner quartz glass assembly has a very thin indium (In) layer soldered the resonator and its silica base (case), but effects of internal resonances between operational modal pair of the shell-cup and its side (parasitic) modes can notable degrade the potential of the sensor as a whole, instead of so low level of resonator's intrinsic losses. Unfortunately, there are special combinations of dimensions of the parts (so-called, "resonant sizes"), when intensive losses of energy occurs. The authors proposed to use the length of stem's fixture as an additional design parameter to avoid such cases. So-called, a cyclic scheme of finite element method (FEM) and ANSYS software were employed to estimate different combinations of gyro assembly parameters. This variant has no mismatches of numerical origin due to FEM's discrete mesh. The optimum length and dangerous "resonant lengths" have been found. The special attention has been paid to analyses of 3D effects in a cup-stem transient zone, including determination of a difference between the positions of geometrical Pole of the resonant hemisphere and of its "dynamical Pole", i.e., its real zone of oscillation node. Boundary effects between the shell (cup) and 3D short "beams" (inner and outer stems) have been ranged. The results of the numerical experiments have been compared with the classic model of a quasi-hemispherical shell band with inextensional midsurface, and the solution using Rayleigh's functions of the $1^{st}$ and $2^{nd}$ kinds. To guarantee the truth of the recommended sizes to a designer of the real device, the analytical and FEM results have been compared with experimental data for a party of real resonators. The consistency of the results obtained by different means has been shown with errors less than 5%. The results notably differ from the data published earlier by different researchers.

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무인 항공사진측량에 의한 농경지 필지 경계설정 정확도 (Accuracy of Parcel Boundary Demarcation in Agricultural Area Using UAV-Photogrammetry)

  • 성상민;이재원
    • 한국측량학회지
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    • 제34권1호
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    • pp.53-62
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    • 2016
  • 최근 초경량 무인비행장치(UAS: Unmanned Aerial System)에 저가의 소형 항법장치와 카메라 등의 센서를 탑재하여 지상의 공간정보를 신속하고 정확하게 취득하는 무인항공사진측량(UAV Photogrammetry)이 크게 주목받고 있다. 특히, 무인 항공사진측량은 저가의 일반 카메라로 취득된 다량의 고해상 영상을 컴퓨터 비전기술을 접목한 영상처리 소프트웨어로 정사영상과 DEM 등을 신속히 생성할 수 있어 기존의 항공사진측량을 서서히 대체하고 있다. 따라서 무인항공사진측량의 활용분야는 정밀한 위치정보를 요구하는 대축척 지형도제작과 지적측량 등에까지 확장 적용되고 있다. 본 연구에서는 고정익 무인항공기로 지상표본거리(GSD: Ground Sample Distance) 4cm로 촬영된 영상을 이용하여 농경지 필지의 경계설정 정확도 실험 결과를 소개하였다. 연구결과, 지적현황측량 성과와 비교하여 무인항공 정사영상으로부터 추출된 필지경계점의 정확도는 8cm미만으로 축척 1:500 지적측량을 위한 연결교차의 허용범위를 만족하였다. 그리고 면적오차는 비교 기준면적인 1,969m2에 비하여 약 0.2%(3.3m2) 미만의 무시가능한 미소 오차가 발생하였다. 따라서 무인항공사진측량은 농경지의 필지경계 설정을 위하여 충분히 적용 가능한 전도유망한 기술임을 입증하였다.

기능적/비기능적 요소를 고려한 GIS 컴포넌트 분류에 관한 연구 (A Study on GIS Component Classification considering Functional/Non-Functional Elements)

  • 조윤원;조명희
    • 한국지리정보학회지
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    • 제5권3호
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    • pp.77-86
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    • 2002
  • 최근 지리정보시스템은 국가단위의 대규모 응용 애플리케이션 개발 뿐만 아니라 시설물관리시스템과 같은 소규모 시스템에 이르기까지 그 규모가 다양하다. 또한 그 활용 분야도 경영정보시스템에서부터 카네비게이션시스템에 이르기까지 우리의 일상 생활에 다양한 모습으로 다가오고 있다. 이런 시점에서 짧은 시간 내에 효과적이고 유용하게 지리정보시스템을 개발하기 위해서는 GIS 컴포넌트의 개발방법론 뿐만 아니라, 이미 개발되어 사용되어지고 있는 GIS 컴포넌트의 관리측면에 대한 고려가 매우 절실한 실정이다. 현재 많은 GIS 컴포넌트가 그 상호운용성 및 질적면에서 탁월한 결과를 가지고 있지만, 저장소 내에서 검색의 비효율성으로 인해 재사용성의 많은 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 각 GIS 컴포넌트가 저장소 내에 위치하기 전에 이들의 기능적 및 비기능적 요소를 반영하여 컴포넌트를 분류하고자 하였다. 특히 비기능적 요소를 정의함에 있어서 컴포넌트의 메타데이터를 이용하여 'GIS content-dependent metadata'와 'GIS content-independent metadata'를 식별하였다. 그리고 이들 정보를 바탕으로 웹기반 GIS 컴포넌트의 등록 및 검색시스템을 설계하였다. 향후 GIS 애플리케이션 개발자는 웹기반 GIS 컴포넌트 저장소 내에 등록된 컴포넌트와 그 정보를 바탕으로 자신의 목적에 부합하는 새로운 컴포넌트를 쉽게 재구성하고 수정할 수 있으리라 사료된다. 결국 GIS 컴포넌트의 재사용성과 상호운용성을 높여 새로운 지리정보시스템 개발에 소요되는 인력 및 시간, 예산 절감의 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

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원전 가동전/중 검사정보관리 시스템 개발 (Development of Pre-Service and In-Service Information Management System (iSIMS))

  • 유현주;최성남;김형남;김영호;양승한
    • 비파괴검사학회지
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    • 제24권4호
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    • pp.390-395
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    • 2004
  • iSIMS는 한국 수력원자력 주식회사의 원자력발전소에서 수행하는 가동전/중 검사 절차를 지원하는 웹베이스의 통합 정보 시스템이다. 이 시스템은 가동전/중 검사에 적합한 적용규격(CODE, Standards) 및 규제기관에서 원하는 규제조건 등과 부합하는 검사 계획단계에서 최종 보고서 단계까지의 전체 검사공정을 지원하는데 목적을 두고 있다. 이 시스템의 주요 기능은 검사계획, 검사 및 보고서출력, 검사과정 통제 및 해당 검사부위의 정보 찾기와 그 부위를 비쥬얼하게 찾아 갈 수 있는 자원관리 부분으로 구성된다 본 시스템은 해당 용접부에 대해 2D로 된 위치정보와 3D로 제공되는 비쥬얼정보를 제공하고 이들은 데이터베이스 응용프로그램과 인터페이스 하여 서로에 대한 정보를 공유하여 사용자에게 제공한다. iSMIS는 데이터베이스 관리 도구, 2D와 3D 비쥬얼 도구 등의 상용 소프트웨어 패키지를 사용하여 구현하였다. iSIMS에 대한 주요 기능과 기술은 본문에 기술하였다.

선박안전 운항을 위한 이진 분할 알고리즘 기반 해상 객체 검출 하드웨어 가속기 설계 및 구현 (Design and Implementation of a Hardware Accelerator for Marine Object Detection based on a Binary Segmentation Algorithm for Ship Safety Navigation)

  • 이효찬;송현학;이성주;전호석;김효성;임태호
    • 한국정보통신학회논문지
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    • 제24권10호
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    • pp.1331-1340
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    • 2020
  • 해상 객체 검출은 선장이 육안으로 해상 주변의 충돌 위험성이 있는 부유물을 컴퓨터를 통해 자동으로 검출하여 사람이 확인하는 방법과 유사한 정확도로 인지하는 방법을 말한다. 기존 선박에서는 레이더의 전파를 통해 해상 부유물의 유무와 거리를 판단하였지만 형체를 알아내어 장애물이 무엇인지는 판단할 수 없는 약점이 있다. 반면, 카메라는 인공지능 기술이 발달하면서 물체를 검출하거나 인식하는데 성능이 우수하여 항로에 있는 장애물을 정확하게 판단할 수 있다. 하지만, 디지털 영상을 분석하기 위해서는 컴퓨터가 대용량의 화소를 연산해야 하는데 CPU는 순차적 처리 방식에 특화된 구조이기에 처리속도가 매우 느려 원활한 서비스 지원은 물론 안전성도 보장할 수 없게 된다. 따라서 본 논문에서는 해상 객체 인식 소프트웨어를 개발하였고 연산량이 많은 부분을 가속화하기 위해 FPGA로 구현하였다. 또한, 임베디드 보드와 FPGA 인터페이스를 통해 시스템 구현 완성도를 높였으며 소프트웨어 기반의 기존 구현 방법보다 약 30배의 빠른 성능을 얻었고 전체 시스템의 속도는 약 3배 이상이 개선되었음을 확인할 수 있었다.