基于FPGA的三维激光扫描图像实时处理系统研究

论文摘要

本文介绍和分析了FPGA在实时处理领域和图像处理领域中的应用,并在此基础上,结合人体足部激光三维扫描仪的技术指标,设计并实现了基于FPGA的三维激光扫描图像实时处理系统,并利用所设计的系统进行了实际人体足部模型三维扫描实验,结果表明,本文所设计的实时处理系统有效地提高了数据传输的效率和扫描系统的集成度,降低了人体足部激光三维扫描仪对计算机性能的要求,实时处理系统工作正确、有效。本论文的主要工作:1.以FPGA为处理及控制核心,提出了三维激光扫描图像实时处理系统硬件总体方案并完成电路设计,该系统采用四路视频信号并行处理结构,可同时实现四路视频信号的实时采集、实时处理,通过USB 2.0总线完成数据的实时上传。2.编写了基于乒乓机制的数据控制模块,以硬件的形式实现了三维扫描图像光带中心线提取的梯度质心算法,根据三维激光扫描数据特点制定了上传协议,并给出相应的逻辑控制信号。3.将硬件设计和软件逻辑设计结合起来,利用嵌入式逻辑分析仪SignalTap II验证了系统工作的正确性,实现了系统的设计功能。4.在实验室现有的人体足部激光三维扫描仪样机上,利用本文所设计的实时处理系统进行了实验,得到了较好的效果,表明所研制的系统能够正确工作,达到了设计要求。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 FPGA在实时处理和图像处理中的应用

1.2 人体足部激光三维扫描仪原理

1.3 图像传输制式的分类和图像扫描原理

1.4 光带中心线提取方法

1.5 论文的主要内容

第二章系统硬件设计

2.1 系统总体设计方案

2.2 系统硬件电路原理图设计

2.2.1 采集部分的硬件设计

2.2.2 控制处理部分

2.2.3 FPGA与解码芯片的接口

2.2.4 存储部分

2.2.5 数据上传部分

2.2.6 电源设计

2.3 PCB设计

2.4 本章总结

第三章系统逻辑设计

3.1 FPGA逻辑设计的总体方案

3.2 视频采集芯片的初始化模块

2C总线介绍'>3.2.1 I²C总线介绍

3.2.2 初始化模块的工作过程

3.2.3 解码器数值设定

2C总线的Verilog实现'>3.2.4 I²C总线的Verilog实现

3.2.5 仿真结果

3.3 视频信号的采集与存储

3.3.1 采集模块

3.3.2 存储模块

3.3.3 联合仿真

3.4 处理内核的Verilog实现

3.4.1 列扫描和阈值比较的实现

3.4.2 阈值比较模块

3.4.3 实时处理模块

3.5 数据上传模块

3.6 本章小结

第四章系统调试及实验

4.1 系统调试

4.2 扫描实验

4.3 本章总结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

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