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全景立体球视觉硬件系统研究

作　者: 杨毅
导　师: 张宝峰; 朱均超
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 全景立体球视觉松耦合架构并行处理技术嵌入式信号完整性
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要

全景视觉系统能够一次获得360°x180°半球域视场的图像,但是无法获得观测物的三维信息；立体视觉系统根据三角测距原理,通过观测空间中一物点在多个不同视点拍摄到图像中的对应像点间的视差来计算景物的三维信息,可以实现一次拍摄获得观测物的三维信息,但是该视觉系统视场狭窄。针对传统立体视觉系统视场狭窄,全景视觉系统无法获取三维信息等问题,课题组提出一种基于组合式鱼眼镜头的全景立体球视觉系统的几何模型,可以通过一次拍摄获得360°×360°观测空间的三维图像信息。本文在分析全景立体球视觉系统图像采集、计算要求及并行处理技术基础上,提出基于一种基于松耦合架构DSP+FPGA的嵌入式并行全景立体球视觉硬件系统方案。本硬件系统以DSP作为核心负责复杂图像处理、系统调度、图像处理结果的输出；FPGA作为协处理器负责对4只鱼眼镜头图像进行并发采集、图像缓存及预处理等工作,通过使用乒乓缓存机制,实现图像数据的高速缓存,增加系统的并行性。本文在分析高速信号完整性常见问题的基础上,设计并完成了全景立体球视觉硬件系统电路原理图及印制线路板,完成了图像采集及预处理模块的驱动程序设计、仿真及硬件模块调试,并制作了包括图像采集、处理模块在内的实验装置。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 全景立体球视觉系统  10-13
  1.3 本文主要研究工作及各章主要内容  13-16
第二章全景立体球视觉硬件系统总体架构  16-32
  2.1 并行处理技术基本概念  16-19
    2.1.1 实现并行处理技术的方法  16-17
    2.1.2 粒度  17-18
    2.1.3 加速比和效率  18-19
    2.1.4 并行度  19
  2.2 并行计算模型及架构分析  19-25
    2.2.1 并行计算模型  19-21
    2.2.2 并行系统架构  21-25
  2.3 基于松耦合架构的嵌入式并行硬件系统总体设计  25-31
    2.3.1 系统总体架构  25-26
    2.3.2 基于FPGA的图像采集及预处理模块  26-28
    2.3.3 基于DSP的图像处理及控制模块  28-29
    2.3.4 模块间互连接口  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章硬件系统主要模块设计  32-40
  3.1 基于FPGA的图像采集及预处理模块  32-36
    3.1.1 鱼眼镜头图像的并发采集  32-35
    3.1.2 图像数据缓存机制  35-36
  3.2 基于DSP的图像处理及控制模块  36-39
    3.2.1 基于EDMA的图像数据缓存  36-37
    3.2.2 系统任务划分及调度  37-38
    3.2.3 图像数据输出接口  38-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章硬件系统电路设计及调试  40-56
  4.1 电路设计及信号完整性设计  40-46
    4.1.1 高速信号的完整性分析  40-43
      4.1.1.1 减小EMI的方法  40-41
      4.1.1.2 控制信号串扰的方法  41
      4.1.1.3 终端阻抗匹配  41-43
    4.1.2 硬件系统印制电路板设计  43-46
      4.1.2.1 印制电路板层叠设计  43
      4.1.2.2 印制电路板设计  43-46
  4.2 图像采集及预处理模块驱动程序设计  46-51
    4.2.1 图像传感器控制时序  46-48
    4.2.2 乒乓数据缓存控制时序  48-50
    4.2.3 同DSP的数据交换及控制时序  50-51
  4.3 硬件系统调试及结果分析  51-55
    4.3.1 FPGA最小系统及配置方式调试  52-53
    4.3.2 SRAM读写调试  53-54
    4.3.3 图像数据采集及输出调试  54-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章总结与展望  56-57
参考文献  57-60
发表论文和科研情况说明  60-61
致谢  61

全景立体球视觉硬件系统研究

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