基于FPGA的双摄像头实时图像检测系统

论文摘要

随着科技的发展和社会的进步,人们生活水平日益提高的同时也增强了安全防护意识,使得安防产品的市场份额逐渐增加,其中视频监控系统占据了相当大的比重。而且对视频监控有效性和方便性提出了更高的要求,于是越来越多的数字视频监控系统产品出现在人们的生活中,它既符合信息产业的未来发展趋势,又代表了监控行业的未来发展方向,蕴藏着巨大的商机和经济效益,成为目前信息产业中颇受关注的数字化产品之一为了设计出更具人性化的数字监控系统产品,本文设计了一种基于可编程逻辑器件和IP网络的双摄像头实时图像检测系统。本系统采用了功能强大、设计灵活的SOPC (System on a Programmable Chip,可编程片上系统)技术,运用了适合视频图像处理的FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)芯片,实现了图像采集、图像检测、图像存储和图像传输等功能。即双摄像头能对所监控区域或物体进行多角度监控,并自动检测所监控对象是否发生了异常情况,当有异常情况时将抓拍一幅图像实时存储在SD卡中,方便用户对历史记录进行查阅,同时将该图通过网络传输到用户端。与传统的视频监控系统相比,本系统具有诸多方面的优势。第一,运用了在单芯片上实现系统功能的设计思想,采用了高性能的软核处理器(Nios II CPU)和IP复用技术,提高了整个系统的运行速度和进一步改进的灵活性。第二,在设计双摄像头图像采集时,使用硬件描述语言Verilog HDL (Verilog Hardware Description Language)编写图像采集模块、缓存模块以及硬件顶层程序,凸显了硬件程序运行速度快的特点。第三,在NiosⅡIDE集成开发环境下,运用C语言编写了图像检测和图像存储等程序,达到了系统软硬协同设计的目的,扩展了系统功能和增强了系统实用性。第四,移植了嵌入式操作系统(μClinux),利用它在网络传输上的稳定性和快捷性,实现了图像数据的远程传输。在系统的后续升级中,可以将监控系统与信息管理系统、网络系统结合,从而实现资源共享,为用户提供更方便、快捷、有效的服务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 视频监控系统的发展与趋势
• 1.1.3 数字图像处理的应用及发展前景
• 1.1.4 嵌入式技术的发展现状
• 1.2 课题的提出
• 1.3 论文的构成
• 第二章 系统的整体设计
• 2.1 SOPC的设计思想及开发流程
• 2.1.1 SOPC的概述
• 2.1.2 SOPC核心器件FPGA的概述
• 2.1.3 SOPC的软硬件协同设计
• 2.1.4 基于FPGA的SOPC系统开发流程
• 2.2 系统的整体架构
• 2.2.1 系统的要求和技术选型
• 2.2.2 系统功能介绍
• 2.2.3 硬件架构介绍
• 2.2.4 软件架构介绍
• 2.3 系统的开发平台
• 2.3.1 硬件开发平台
• 2.3.2 软件开发平台
• 第三章 系统的硬件设计及实现
• 3.1 硬件架构的概述
• 3.1.1 硬件架构在FPGA中的实现
• 3.1.2 Avalon总线介绍
• 3.2 双摄像头图像采集的设计
• 3.2.1 CMOS图像传感器和各模块的设计
• 3.2.2 图像缓存的硬件实现
• 3.2.3 Avalon总线接口设计
• 3.3 SD卡存储模块的设计
• 3.3.1 SD卡的概述
• 3.3.2 存储模块的设计
• 3.4 SOPC系统的搭建
• 3.4.1 在SOPC Builder中搭建系统
• 3.4.2 在QuatusⅡ中集成硬件系统
• 第四章 系统的软件设计及实现
• 4.1 软件系统架构的概述
• 4.2 NiosⅡ软件系统设计
• 4.2.1 NiosⅡ软件部分开发流程
• 4.2.2 建立软件工程
• 4.3 双摄像头图像采集实现
• 4.4 图像入侵检测算法设计
• 4.5 图像存入SD卡的软件设计
• 4.6 μClinux操作系统的软件设计
• 4.6.1 移植μClinux操作系统
• 4.6.2 μClinux内核配置
• 4.6.3 编译主程序
• 第五章 系统的调试与验证
• 5.1 系统调试的内容
• 5.2 硬件调试和下载
• 5.3 软件调试和运行
• 5.4 系统运行结果
• 5.5 系统主要性能参数及资源使用情况
• 5.5.1 系统性能参数
• 5.5.2 系统资源使用情况
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果