空间标志物动态坐标实时捕捉相机设计

摘要

现在的动漫制作技术需要实时捕捉动态目标的质心坐标，来制作动画。要求捕捉系统实时性好，计算速度快。本文设计了一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机，从不同的方位对多个动态目标进行跟踪，计算出所有动态目标的质心坐标，通过三维合成技术，把从不同方位捕捉的动态目标的运动轨迹转化为动画中的动作，从而降低动画制作的复杂度。
　　系统主要实现两个功能，分别是动态目标图像的实时显示和计算多个动态目标的质心坐标。图像数据采集部分是Micron公司的MT9P031图像传感器，图像的分辨率为1280×720，帧率最高可达60帧/秒。主控制器是FPGA，采用Xilinx公司的Spartan6芯片。FPGA对图像传感器进行参数配置。FPGA把CMOS图像传感器的的图像数据经过千兆网传输到上位机，上位机MFC界面进行动态目标图像的实时显示。或者FPGA对动态目标图像数据进行二值化，提取动态目标的边缘坐标数据，把数据传输到块RAM缓存，然后发送到MicroBlaze软核，软核内的C语言程序基于连通域快速检测算法，根据多个动态目标的边缘坐标数据，快速计算出各个目标的质心坐标，把目标空间坐标数据传到另一个块 RAM上缓存，然后把数据再经过千兆网传输上位机。千兆网的功能是把FPGA的数据传输到上位机，用的是三态以太网MAC核（TEMAC）和88E1111高速以太网收发器。上位机MFC界面实时显示动态标志物质心坐标轨迹的变化。MFC操作界面可以向FPGA发送控制命令和设置参数。
　　经测试，系统可以实现60帧图像的实时显示。并且CMOS图像传感器以60帧的帧率采集图像时，最多可以实时计算出200多个动态目标的质心坐标。整个系统可以在16ms内计算出200个动态目标的空间坐标。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题的国内外研究动态

1.3 本文的主要工作以及内容安排

2 系统总体方案设计

2.1 系统性能指标

2.2 系统器件的选型

2.3 系统各个功能模块介绍

3 标识物跟踪算法的研究

3.1 标志物实时捕捉跟踪算法的研究

3.2 动态标识物跟踪算法

3.3 算法C语言程序实现

4 系统硬件设计

4.1 COMS电路设计

4.2 FPGA的电路设计

4.3 DDR3电路设计

4.4 千兆网设计

5 系统软件设计

5.1 FPGA程序设计流程

5.2 下位机整体驱动程序

5.3 各个模块的功能设计

5.4 上位机程序设计

6 系统测试与结果分析

6.1 系统的调试方法

6.2 系统数据传输测试

6.3 图像显示和空间标志物动态坐标实时显示

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢