基于FPGA的高分辨率全景图像处理平台的设计与实现

论文摘要

使用全景视觉传感器一次能够获取水平方向360度、垂直方向超过180度范围的场景图像,因此在实际中得到越来越广泛的应用。传统图像传感器由普通镜头成像,仅能观测到几十度视场内的目标。全景视觉传感器利用折反射全景成像原理可以观察到接近一个球面的全景视场信息。全景视觉传感器技术是一门新颖的技术,已经逐步应用到军用机器人导航、星体探测、视频监控、火险救灾、虚拟现实等众多领域。某些特殊场合,如对图像清晰度要求较高,就需要使用高分辨率的CCD进行成像;拍摄高速目标时需要缩短曝光时间,增加帧率。由此带了的问题就是对图像处理器的要求越来越高,通用处理器难以满足实时处理要求。为了解决高分辨率全景图像的采集、存储、解算以及显示的实时性问题,本设计以CycloneⅡ系列FPGA为核心,利用其内部的Avalon总线技术,在SOPC Builder里将Flash和SRAM从外设和自己设计的两个DMA采集和DMA显示主外设集成到一个Avalon系统中,构建出基于FPGA的全景图像实时处理平台。结果表明,本系统可以完成对分辨率为2048×2048、15fps的Camera Link接口全景图像进行实时采集、存储并解算成适于观察的柱面图像,并以1024×768的分辨率进行实时显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 基于FPGA的图像处理的国内外研究现状
• 1.2.2 图像采集国内外常见的方案
• 1.3 本课题的主要研究内容、方法和技术途径
• 第2章 全景系统总体设计
• 2.1 CCD摄像机的选型
• 2.2 镜头的选型
• 2.3 反射镜设计
• 2.4 全景视觉系统结构设计
• 2.5 全景图像处理系统设计
• 2.6 全景视觉系统样机
• 2.7 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 全景系统硬件电路总体构成
• 3.2 基于FPGA的核心处理系统设计
• 3.2.1 FPGA的选取
• 3.2.2 高速大容量存储单元设计
• 3.3 Camera Link图像数据采集接口设计
• 3.3.1 Camera Link接口协议
• 3.3.2 图像采集接口设计
• 3.4 LVDS显示接口设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于Avalon架构的可编程片上系统开发
• 4.1 总线系统方案制定
• 4.2 基于SignalTap Ⅱ的图像数据分析
• 4.2.1 数字相机图像输出方式分析
• 4.2.2 使用SignalTap Ⅱ建立数据逻辑分析环境
• 4.2.3 采样数据并分析波形
• 4.3 Avalon总线规范概述
• 4.3.1 Avalon总线协议
• 4.3.2 主端口基本读写传输
• 4.3.3 主端口突发传输
• 4.3.4 主端口流水线传输
• 4.4 图像采集IP核的Verilog HDL语言设计
• 4.4.1 突发传输主端口设计
• 4.4.2 图像采集同步FIFO设计
• 4.4.3 突发写传输状态机设计
• 4.5 图像显示IP核的Verilog HDL语言设计
• 4.5.1 液晶显示时序逻辑设计
• 4.5.2 流水线传输主端口设计
• 4.5.3 图像显示同步FIFO设计
• 4.5.4 流水线读传输时序逻辑设计
• 4.6 使用SOPC Builder进行IP集成
• 4.6.1 SOPC Builder简介
• 4.6.2 在SOPC Builder中连接组件
• 4.6.3 生成最终的系统
• 4.7 本章小结
• 第5章 全景图像还原算法的FPGA实现
• 5.1 全景图像中心点解算
• 5.2 柱面全景图像的产生
• 5.3 全景图像的快速展开
• 5.4 用FPGA实现柱面展开的原理
• 5.5 系统实时性分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢