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El desarrollo urbano y la aparición de ciudades inteligentes son temas de interés a nivel mundial. Todas las naciones están trabajando para el desarrollo de sus ciudades, que puedan construirse de manera que sean seguras y cómodas para quienes vivenen ellas 1,2. Pero en la situación actual, se ha observado que a medida que crece la población y incrementa la congestión en las carreteras, la tasa de muertes derivadas de accidentes de tráfico debido a negligencia al volante y problemas de mala visibilidad está aumentando alarmantemente. Una solución prometedora a estos problemas es la aparición de vehículos autónomos en todo el mundo, lo que ha impulsado la innovación 1,2,3,4, y los investigadores están realizando esfuerzos para desarrollar vehículos totalmente autónomos que permitan a los pasajeros relajarse sin preocupaciones. La necesidad de desarrollar vehículos autónomos surge del hecho de que incluso los conductores experimentados pueden enfrentarse a estrés, dilemas, fatiga o dificultades para detectar su entorno debido al mal tiempo, y todos estos problemas conducen a accidentes de tráfico. Un vehículo autónomo está diseñado para evitar accidentes durante el viaje, optimizar el uso de recursos del motor y cumplir con las leyes de tráfico, lo que sin duda mejorará el transporte 2,4. Un vehículo autónomo está equipado con múltiples características, sensores y funcionalidades que le permiten detectar su entorno con gran precisión, evitando colisiones y accidentes, y por ello ahora se han convertido en una solución prometedora para hacer el transporte seguroy protegido 1,2,3,4.
Entre todas las características incorporadas en un vehículo autónomo, una de las más vitales es la detección de peatones. Un sistema robusto de detección de peatones puede ayudar significativamente a reducir las muertes por accidentesde tráfico 5,6,7,8, ya que la mayoría de las víctimas de estos accidentes son peatones. La detección de peatones consiste en identificar a las personas en la carretera y evitar cualquier colisión con ellas. Esta función no solo es beneficiosa para coches autónomos, sino también para diversas otras áreas de aplicación como la monitorización de multitudes, la identificación de personas y el seguimiento9, 10 y 11. El aspecto clave de este proceso de detección es la velocidad y precisión de la detección. Es fundamental detectar a los peatones con precisión y rapidez para que el tiempo de respuesta sea mínimo. La detección de peatones supone un enorme desafío. Los peatones en la carretera pueden ir con cualquier ropa, apariencia o postura, y pueden ser invisibles debido al mal tiempo o a la oclusión 10,11,12,13,14. Además, es muy posible que los peatones no sigan las normas por sí mismos, y no se puede controlar la naturaleza humana, por lo que la mejor estrategia es dotar al vehículo de la inteligencia necesaria para manejar cualquier acción errónea y evitar fatalidades. El desarrollo completo del trabajo en esta investigación y la motivación detrás de la implementación por hardware de la detección de peatones pueden entenderse fácilmente a partir de la Figura 1 a continuación, que explica la necesidad de la detección peatonal, sus diversas áreas de aplicación, los desafíos implicados y la implementación en un FPGA para aprovechar los beneficios ofrecidos.

Figura 1: Detección de peatones. La necesidad de detección de peatones, las áreas clave de aplicación de la detección peatonal, los desafíos que implica la detección de peatones y la implementación del flujo de detección peatonal en una placa FPGA. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Para identificar peatones en la carretera, existen numerosos algoritmos. Esta tarea general puede dividirse principalmente en dos subtareas principales: el paso inicial extrae características de una imagen de entrada, conservando solo aquellas que son significativas y transmiten información relevante, mientras ignora las redundantes. Para un reconocimiento efectivo de personas o peatones en una imagen, es crucial que estas características indiquen la presencia de una figura humana dentro de laescena 13,14. Tras esta extracción, las características deben enviarse a un clasificador que pueda determinar si las características identificadas corresponden a un humano. Por lo tanto, el algoritmo requiere una fase de extracción y descripción de características, seguida de un paso de clasificación para determinar la presencia peatonal en la escena de entrada. Existen varios algoritmos disponibles para este propósito. Sin embargo, el método más aceptado hasta la fecha para la detección de peatones sigue siendo la combinación del histograma de gradientes orientados (HoG) con el clasificador de la máquina de vectores de soporte (SVM) 12,13,14,15. Existen numerosos ejemplos de avances en software, pero en última instancia, el objetivo es portar la implementación a una plataforma hardware compatible, que luego pueda integrarse en el sistema de aplicaciones para su uso en tiempo real. Por lo tanto, el énfasis actual está en la realización del hardware. Por tanto, se puede afirmar que es necesario desarrollar una implementación adecuada de hardware para sistemas de detección de peatones, donde cámaras equipadas con hardware adecuado puedan instalarse en vehículos e identificar peatones en la carretera. Al considerar qué hardware es adecuado para estas implementaciones, una de las opciones más utilizadas es la matriz de puertas programable en campo (FPGA) debido a sus numerosas ventajas, incluyendo reducción del tiempo de diseño, escalabilidad, facilidad de modificación, reconfigurabilidad y menor consumo energéticoy energético 15,16,17,18,19,20,21.22.
Las placas FPGA han evolucionado de forma constante y ahora se utilizan ampliamente en aplicaciones complejas y avanzadas de visión por ordenador que abarcan desde el procesamiento básico de imágenes hasta la detección de objetos, la realidad aumentada y el aprendizajeprofundo 20, 21, 22. Actualmente, varias placas FPGA de alto rendimiento ofrecen capacidades arquitectónicas excepcionales para acomodar el extenso procesamiento requerido para estas aplicaciones complejas. Si las características avanzadas de los vehículos autónomos, como la detección de peatones, se implementan en estas plataformas de hardware, estas plataformas pueden ser muy útiles para el desarrollo rápido de prototipos para analizar el rendimiento y, tras la optimización, el algoritmo implementado puede transferirse a circuitos integrados reales para su integración en el sistema.
Durante más de una década, se han publicado publicaciones significativas basadas en la implementación de la detección de peatones utilizando los métodos HoG y SVM en diferentes plataformas FPGA. La Tabla 1 resume los artículos en este campo durante el periodo 2015–2025 15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, centrándose en factores clave como la resolución de imagen, el rendimiento o los fotogramas por segundo (FPS), el tipo de clasificador y los puntos destacados o las contribuciones realizadas por el papel.
| Referencia | Plataforma FPGA | Resolución de imagen | Clasificador | Aspectos destacados / Contribuciones |
| 15 | Xilinx Zynq | 640×480 | AdaBoost | Implementación FPGA en tiempo real; eficiente en recursos; utiliza la binarización para optimización; Buena precisión en la detección. |
| 16 | Placa DE1-SOC de Terasic | 640×480 | SVM | Extractor de HOG de alto rendimiento; integra SVM; detección a escala única; Pipeline de baja latencia. |
| 17 | Altera DE2-115 | 640×480 | AdaBoost | Evalúa el rendimiento desde múltiples puntos de vista; Implementación FPGA de HOG+AdaBoost; Detección de peatones en tiempo real. |
| 18 | Intel Stratix V | 640×480 | SVM | detección peatonal a escala multipla; Pipeline HOG+SVM compatible con FPGA; Destaca los compromisos entre precisión y eficiencia hardware. |
| 19 | Zynq UltraScale+ MPSoC | 3840×2160 | SVM | Procesamiento UHD en tiempo real; HOG+SVM en pipeline; Implementación de SoC FPGA; optimización de punto fijo; Arquitectura escalable. |
| 20 | No especificado | No especificado | SVM | Alcanza una precisión de detección del >95%; implementación de FPGA en tiempo real; aprovecha el paralelismo; diseño detallado de FPGA HOG+SVM para la detección de peatones. |
| 21 | Zync 7000 FPGA | 1920×1080 | SVM | Arquitectura de flujo de alto rendimiento para HOG+SVM; soporta resolución HD; eficiente pipeline para aceleración FPGA. |
| 22 | Ultra96 (rev1) | 240×320 | SVM | Implementación de FPGA usando HLS; detecta semáforos rojos; calcula probabilidades en 891 regiones; La latencia varía entre 153.838 y 19 ciclos. |
| 23 | Xilinx Zynq-7000 FPGA | 640 × 480 | HOG + SVM | Implementó la detección de peatones usando HOG-SVM en FPGA, logrando un rendimiento en tiempo real con menor consumo energético en comparación con el procesamiento de CPU. Ha demostrado una tubería optimizada de extracción de características adecuada para aplicaciones de visión embebida. |
| 24 | Xilinx Virtex-6 FPGA | 640 × 480 | Detector de objetos de punto fijo (características similares a Haar) | Propuesta de aceleración FPGA de alto rendimiento para la detección de objetos usando aritmética de punto fijo, reduciendo el coste computacional manteniendo la precisión. Mostró un 15× de aceleración respecto a implementaciones de CPU con una utilización eficiente de recursos de hardware. |
Tabla 1: Revisión bibliográfica de investigaciones basadas en la detección peatonal en FPGA (2015–2025).
La Tabla 1 resume que existe una amplia literatura en el ámbito de la detección de peatones, y la implementación de hardware es el área de interés para los investigadores. También es evidente que existen técnicas avanzadas de aprendizaje profundo y aprendizaje automático, como detectores basados en redes neuronales convolucionales (CNN) como YOLO, arquitecturas basadas en transformadores, etc., para la detección de peatones. Incluso superan en cuanto a precisión en comparación con el algoritmo tradicional de HoG, pero cuando se considera la implementación por hardware, los algoritmos avanzados conducen a una enorme utilización de recursos23,24 debido a la complejidad del algoritmo, que también puede afectar a otros parámetros de rendimiento, y también se ha observado que, debido a las complejidades añadidas, la velocidad es ligeramente mejor en el caso del algoritmo HoGtradicional 24, 25. También se ha observado que las técnicas avanzadas consumen más energía cuando se implementan en hardware24,26. Por tanto, el objetivo del trabajo implementado en este artículo es realizar la detección de peatones utilizando el marco tradicional HoG y SVM en hardware FPGA y lograr un compromiso favorable entre precisión, velocidad, recursos y energía para la incrustación en tiempo real. De la Tabla 1 queda bastante claro que, al analizar el trabajo basado en HoG y SVM, se observa que existen pocas publicaciones que han utilizado la recientemente introducida placa de desarrollo FPGA basada en Zynq UltraScale+ (Multi-Processor System On Chip) basada enFPGA para explorar la capacidad de estas placas, ya que desde el punto de vista arquitectónico estas placas han evolucionado, y ofrecen un gran potencial en términos de implementación de aplicaciones de visión por ordenador en tiempo real de alta gama. Existen pocas publicaciones que han realizado todo el sistema de detección de peatones en tiempo real en las placas FPGA. Sin embargo, se han centrado en la implementación eficiente o mejora de las tareas intermedias. Además, la mayoría de estas implementaciones se basan en realizar todo el sistema en una placa FPGA mediante el uso de lenguajes de descripción de hardware. Pocos han aprovechado los beneficios de las herramientas de Síntesis de Alto Nivel (HLS) para acelerar el ciclo de diseño. Este artículo demuestra el diseño e implementación de la detección de peatones en tiempo real en una placa FPGA dedicada a una aplicación de conducción autónoma. El artículo utiliza el marco HoG y SVM para la detección de peatones en imágenes fijas, vídeo o entrada real de cámaras. El hardware utilizado es una placa FPGA de vanguardia y recientemente lanzada, la Ultra96 v2, que es una arquitectura FPGA avanzada que constituye una plataforma potente para visión por ordenador, procesamiento de imágenes, aprendizaje automático, computación en el borde, etc.24. La Ultra96 v2 es una placa de desarrollo que incorpora un AMD Xilinx Zynq UltraScale+MPSoC 27 basado en Arm. Esta placa incluye el segmento de sistema de procesamiento (PS), que consiste en núcleos de CPU basados en ARM que gestionan los aspectos de software del proyecto, y el segmento de Lógica Programable (PL), que permite la aceleración por hardwarepersonalizable 20,21,22. En conjunto, estos componentes mejoran la funcionalidad de un sistema híbrido, donde la parte PS gestiona el control y la interacción con elementos externos, mientras que la parte PL gestiona la lógica de procesamiento real.