基于立体视觉的二维图像采集开发平台研究与实现

论文摘要

随着半导体工业和图像处理技术的迅速发展,机器视觉技术正被运用到各个领域,从普通的日常生活到航空航天都能看到其身影,前景非常广阔。本文中三维重建是基于机器视觉的一种较为前端的应用,也被称作双目立体视觉,采用两个图像采集系统测量目标物体。传统立体视觉硬件平台的构建多采用计算机板卡方式,这种方式灵活性差,而且成本相对较高。本系统使用“FPGA+ARM”硬件处理平台,利用计算机网络通信接口与计算机实现数据传输,完成了网络摄像机的设计,满足了多摄像机的协同工作和远距离数据传输的要求。系统使用的图像压缩和预处理芯片是Xilinx公司Spartan3E系列的50万门FPGA（XC3S500E）。意法半导体公司的基于ARM9核的STR912作为主控芯片,完成简单的控制任务及网络数据的传输。由FPGA直接控制图像传感器,并将采集到的图像数据经过预处理后存入SRAM中。ARM9将SRAM中的图像数据读出,并通过TCP/IP网络协议传输至计算机,由计算机负责最终的图像处理算法。本文最后搭建了简易双目立体视觉系统,并对三维重建原理进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 机器视觉的发展状况
• 1.2.2 机器视觉系统的构成
• 1.2.3 机器视觉面临的问题
• 1.3 本文的研究内容和技术关键
• 1.4 设计方案简介
• 2 基于FPGA核心模块的设计
• 2.1 FPGA原理及XC3S500E选型
• 2.1.1 FPGA原理及结构
• 2.1.2 Xilinx Spartan3E系列FPGA介绍及XC3S500E选型
• 2.2 图像数据采集单元设计
• 2.2.1 图像传感器介绍
• 2.2.2 OV7110简介
• 2.2.3 I2C通信模块设计
• 2.2.4 FPGA图像传感器接口设计
• 2.3 数据存储模块设计
• 2.3.1 SRAM存储器原理
• 2.3.2 CY7C1041简介及连接方法
• 2.3.3 乒乓操作的原理及实现
• 2.3.4 图像数据存取的设计
• 2.4 FPGA重构模块设计
• 3 基于ARM核心模块的设计
• 3.1 ARM概述及STR912选型
• 3.2 外部存储扩展（EMI）设计
• 3.3 ARM应用编程（IAP）设计
• 3.4 SPI串行Flash（M25P16）
• 3.4.1 SPI串行总线原理
• 3.4.2 M25P16接口电路的设计
• 4 网络通信单元设计
• 4.1 网络传输协议
• 4.1.1 网络简要历史
• 4.1.2 协议和标准
• 4.1.3 TCP/IP协议族简介
• 4.1.4 ARP协议封包格式
• 4.1.5 IP协议封包格式
• 4.1.6 用户数据报（UDP）
• 4.2 uIP微小嵌入式TCP/IP协议栈介绍
• 4.2.1 uIP简介
• 4.2.2 uIP部分函数的使用
• 4.3 STR912网络模块的配置及uIP的移植
• 4.3.1 STR912网络特性及STE100P芯片介绍
• 4.3.2 uIP的移植
• 4.3.3 STR912网络模块数据传输的实现及接口电路设计
• 5 算法研究及计算机软件编程实现
• 5.1 双目立体视觉三维测量基本原理
• 5.2 图像处理算法介绍
• 5.3 网络摄像机图像数据传输速度实验
• 5.4 双目视觉系统的搭建及实验设计
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录