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以太网高帧测量摄像机的设计与实现

作 者: 谢小飞
导 师: 孟华
学 校: 大连理工大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 多运动目标跟踪 高帧 图像测量 FPGA 以太网
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 31次
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内容摘要


为了实现现代动漫制作技术,结合图像测量多运动目标跟踪算法,本文研制了一种以太网高帧测量摄像机。该系统利用图像测量算法,通过多方位对多运动目标实时跟踪,获得运动目标的重心轨迹信息,通过以太网传输到计算机上;利用三维合成技术,将现实中的运动对象转化为动漫中的动作,大大降低了三维动作合成的复杂度。系统以FPGA为核心控制器,选择Xilinx公司XC3S250EPQ208(?)芯片;利用以太网作为传输链路,选择W5300作为以太网控制器;利用CMOS图像传感器作为图像采集单元,选择Micron公司的MT9P031图像传感器。图像分辨率为720*1280,帧率最高可达60fps,数据处理能力最高可达442Mbps,数据传输能力最高可达85Mbps。为了提高系统的工作效率,采用两片SRAM作为缓存单元,两片SRAM工作在“乒乓传输”模式。上位机人机交互界面开发基于VC++6.0平台,能够实现对局域网中所有摄像机的访问,采用UDP传输协议,每一台相机作为主个服务器,上位机作为客户端,通过指令建立链接,上位机可以设置测量摄像机的工作状态,调整图像的曝光时间和二值化阈值等参数。当系统工作在图像模式时,下位机上传8bit位图灰度图像,当系统工作在测量模式时,下位机上传视场中所有运动目标的实时重心坐标信息。系统最多可以对300个运动目标进行实时跟踪。为了解决运动目标实时跟踪难题,FPGA对采集到的图像首先进行中值滤波,滤去图像中的噪声,接着对图像进行二值化和边缘提取,将图像中运动目标的边缘坐标信息存储到SRAM中,最后通过重心计算模块获得每个运动目标的实时重心位置,通过以太网传输到计算机上。利用FPGA高速并行计算的特点,所有的图像处理和计算都在FPGA上完成,FPGA内部采用流水线设计思想,提高了系统的运行频率和计算效率。通过测试,系统可以在16ms内计算出所有运动目标的重心坐标。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 课题的研究背景及意义  8-9
  1.2 课题的国内外研究状况  9-10
  1.3 本文的主要研究内容及其方法  10-11
2 系统总体方案设计  11-18
  2.1 系统结构设计  11-12
  2.2 系统器件的选型  12-16
    2.2.1 图像传感器的选型  12-15
    2.2.2 FPGA的选型  15
    2.2.3 网卡芯片的选择  15-16
  2.3 系统性能指标  16-18
3 图像测量算法的研究  18-29
  3.1 图像测量算法的国内外研究情况  18-19
  3.2 运动目标的提取方法  19-22
  3.3 运动目标的跟踪算法  22-29
    3.3.1 算法理论分析  22-24
    3.3.2 算法的上位机仿真结果  24-26
    3.3.3 算法的FPGA实现  26-29
4 系统硬件设计  29-40
  4.1 CMOS图像传感器电路设计  30-31
  4.2 FPGA驱动电路的设计  31-34
  4.3 SRAM驱动电路的设计  34-36
  4.4 W5300驱动电路设计  36-38
  4.5 硬件电源设计  38-39
  4.6 PCB布局布线  39-40
5 系统软件设计  40-53
  5.1 FPGA程序设计流程  40-41
  5.2 下位机整体驱动程序  41-42
  5.3 FPGA各模块驱动程序  42-53
    5.3.1 CMOS图像传感器驱动时序  42-45
    5.3.2 SRAM图像存储模块驱动时序  45-48
    5.3.3 W5300网络模块驱动程序  48-51
    5.3.4 图像边缘提取驱动时序  51-53
6 系统测试  53-60
  6.1 系统的调试方法  53-55
    6.1.1 系统的硬件调试方法  53-54
    6.1.2 系统的软件调试方法  54-55
  6.2 系统测试结果  55-60
    6.2.1 上位机测试平台  55-56
    6.2.2 运动图像的获取  56-57
    6.2.3 运动目标提取与分析  57-60
结论  60-61
参考文献  61-63
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  63-64
致谢  64-65

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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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