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基于双CMOS传感器的3D视觉图像采集系统实现技术研究

作　者: 夏桢
导　师: 骆坚; 颜斌
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机技术
关键词: 双目立体视觉 3D数据采集 计算机视觉 FPGA/CPLD CMOS图像传感器
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


双目立体视觉是当前计算机视觉领域中的重要研究内容；随着基于CMOS图像传感器网络摄像头生产成本的不断降低，用两个CMOS图像传感器网络摄像头构造立体视觉系统成为可能；系统的研究将进一步促进人机交互系统、计算机3D显示以及互动式游戏等方面的发展；因此对双CMOS图像传感器3D视觉图像数据采集系统的研究具有重要的理论现实意义和实用价值，并拥有广阔的应用前景。双CMOS图像传感器3D视觉图像数据采集系统在图像采集时一般采用的方法是用两个CMOS图像传感器从不同角度同时获取目标对象的两组数字图像数据，然后在显示时基于视差原理，恢复出目标物体的三维空间信息。本文通过分析总结国内外立体视觉研究工作的成果，结合实际应用中的需求，着重探讨基于CMOS图像传感器3D视觉图像数据采集系统设计的关键技术，主要内容如下：分析对比了CCD器件和CMOS图像传感器的特点，在立体成像原理的基础上提出基于双CMOS图像传感器3D视觉图像数据采集系统整体设计方案：CPLD+DSP (JPEG压缩芯片)+双CMOS传感器的立体视觉图像采集处理系统，并对该方案进行了软件和硬件的详细系统分析、设计和实现。关键技术之一是3D立体视差图像信号的实时获取，即通过可编程逻辑处理芯片（CPLD）将两个图像传感器得到的两路图像信号进行取舍、插值等运算后合成为一路具有3D立体视差的图像信号；为了减少冗余图像数据，减少传输开销，采用数字图像处理芯片（DSP）对合成后具有3D立体视差的图像信号进行高速实时压缩等处理。分析并提出了减少双CMOS图像传感器3D视觉图像水平误差的方法，改善了3D视差图像显示的立体效果。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章 绪论  11-16
  1.1 研究课题的来源  11
  1.2 研究的背景及意义  11-12
  1.3 研究的现状  12-14
    1.3.1 技术的发展及研究现状  12-13
    1.3.2 立体显示技术研究现状  13-14
  1.4 本文的研究工作及章节安排  14-16
第2章 立体视觉采集系统相关实现技术简介  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 3D 立体成像原理  16-17
  2.3 CMOS 图像传感器的发展现状  17-18
  2.4 CMOS 图像传感器的类型和基本原理  18-19
  2.5 CCD 器件与 CMOS 图像传感器的差异  19-20
  2.6 Verilog HDL 简介  20-21
  2.7 CPLD 与 FPGA 的比较  21-22
  2.8 数字电路设计方法比较  22-24
  2.9 三维显示技术分类  24-26
  2.10 小结  26-27
第3章 3D 视觉图像采集系统总体设计  27-35
  3.1 引言  27
  3.2 图像传感器的选型  27-28
  3.3 CMOS 传感器 V-MT9V011 工作原理  28-29
  3.4 CMOS 图像传感器 V-MT9V011 时序分析  29-31
  3.5 系统总体架构设计  31-34
    3.5.1 三维成像过程设计  31-33
    3.5.2 系统总体设计  33-34
  3.6 小结  34-35
第4章 系统详细设计及实现  35-51
  4.1 引言  35
  4.2 系统详细设计  35-36
  4.3 CPLD 芯片 LCMXO640 工作原理  36-44
    4.3.1 立体图像数据合成详细实现过程  37-40
    4.3.2 立体图像数据合成算法的编程实现  40-44
  4.4 DSP 芯片 ZC0301PLH 工作原理  44-46
  4.5 USB 驱动程序设计  46
  4.6 系统硬件电路设计  46-50
    4.6.1 电源部分  47
    4.6.2 传感器部分  47-48
    4.6.3 图像处理部分  48-49
    4.6.4 采集接口部分  49-50
  4.7 小结  50-51
第5章 系统误差分析及其校正方法  51-57
  5.1 引言  51-52
  5.2 系统误差分析与校正  52-55
    5.2.1 系统误差分析  53
    5.2.2 误差校正方法  53-54
    5.2.3 误差校正算法  54-55
  5.3 误差校正效果分析  55-56
  5.4 小结  56-57
总结与展望  57-59
参考文献  59-61
致谢  61-62
附录A 攻读学位期间发表的论文和参与科研项目  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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