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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,结合图像测量和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。
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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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