全景摄像机图像数据采集压缩系统的设计与研究

摘要

全景摄像机图像数据采集压缩系统能够对360度视野范围内的图像信息进行实时采集和压缩。采集后的图像经过处理形成的全景图像，习以实现真实感极强的虚拟环境建模。本系统具有广泛的应用范围，可以应用于视频监控，未知环境探测，机器人视觉，数字城市等领域，在国内外都是较新的研究课题，在理论和实际应用方面都有很好的研究价值。
　　全景摄像机图像数据采集压缩系统主要实现图像数据的高速采集和实时压缩。目前，实现全景采集功能的设备多是应用旋转拍摄方式和透镜拍摄方式实现的，能够实时获取高分辨率全景信息的设备并不多见，针对这些不足，在对国内外全景采集压缩系统全面研究分析的基础上，本文设计开发了满足性能指标要求的采集压缩系统，并对系统的可行性进行了验证。本文主要设计内容如下:
　　(1)分析国内外全景采集压缩系统的优势和不足，提出全景摄像机图像采集压缩系统的硬件设计要求，设计全景摄像机采集压缩系统的整体结构和开发方案，
　　(2)为获得高分辨率的图像数据信息，根据系统功能分析与开发方案，论文进行采集端设备的分析和选型，选用具有二次开发功能的工业摄相机，设计DSP+FPGA的控制平台,对于FPGA与DSP进行了分析与选型，实现系统图像采集，高速数据缓存，图像硬件压缩等功能。
　　（3)设计基于FPGA的高速缓存模块，采用I2C总线方式实现摄相机触发控制与参数设定。采用SDRAM乒乓结构方式实现图像数据实时缓存，通过双口RAM完成数据从FPGA到DSP的实时传输，并且设计图像数据从RGB到YCrCb色度空间的格式转换的功能。
　　(4)设计了基于TMS320DM642的图像数据压缩模块，完成DSP最小系统的设计，SDRAM存储器，电源系统设计，复位系统设计，软件上完成软件系统框架编写及调试，并实现整体功能的联合调试。
　　(5)在DSP上实现JPEG图像压缩算法，针对JPEG算法的实时性，提出基于Loeffler算法的硬件图像压缩算法，对Loeffler算法进行实时性的优化，并对压缩代码进行编译和参数优化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 全景技术

1．1．2 全景摄像机的发展

1．2 图像采集压缩系统发展与研究现状

1．3 课题的研究意义

1．4 本文研究内容及组织结构

1．4．1 本文研究内容

1．4．2 本文组织结构

第2章 全景摄像机采集压缩系统总体设计

2．1 引言

2．2 系统设计指标要求

2．3 设计方案选择

2．4 DSP和FPGA的选型

2．4．1 DSP芯片选型

2．4．2 FPGA芯片选型

2．5 系统结构框架

2．5．1 系统硬件构架

2．5．2 系统软件开发流程

2．6 本章小结

第3章 全景摄像机采集压缩系统硬件设计

3．1 引言

3．2 采集压缩系统总体硬件设计

3．3 图像采集设备

3．4 FPGA高速采集模块

3．4．1 FPGA构架

3．4．2 FPGA配置模块

3．4．3 FPGA的I2C接口

3．5 DSP图像压缩模块

3．5．1 JTAG配置接口

3．5．2 EMIFA外部存储器接口

3．5．3 EDMA接口

3．5．4 EEPROM接口

3．5．5 通用I／O端口GPIO

3．6 外部存储器模块

3．6．1 SDRAM存储器

3．6．2 Flash存储器

3．7 配置模块

3．7．1 电源模块

3．7．2 复位模块

3．7．3 时钟模块

3．8 本章小结

第4章 高速采集技术设计与实现

4．1 引言

4．2 FPGA开发环境

4．2．1 编译环境Quartos Ⅱ

4．2．2 编程环境CCS3．1

4．3 I2C控制器模块

4．3．1 I2C控制器系统设计

4．3．2 I2C模块设计实现

4．4 SDRAM乒乓操作模块

4．4．1 乒乓操作模块划分

4．4．2 缓存模块设计

4．4．3 输入选择模块设计

4．4．4 输出选择模块设计

4．5 数据格式处理模块

4．6 DM642主程序开发

4．6．1 TMS320 DM642主程序设计

4．6．2 TMS320DM642扩展SDRAM数据读写

4．6．3 图像采集压缩系统人机界面

4．7 本章小结

第5章 图像压缩技术的设计与实现

5．1 引言

5．2 图像压缩算法

5．2．1 JPEG压缩算法

5．2．2 JEPG2000压缩算法

5．3 JPEG和JPEG2000压缩算法比较实验

5．4 JPEG压缩算法的DSP实现

5．4．1 IMGLIB库简介

5．4．2 JPEG压缩算法DSP实现

5．5 JPEG压缩算法的优化

5．5．1 基于优化Loeffler算法的JPEG压缩

5．5．2 程序结构优化

5．5．3 编译参数优化

5．6 实验结果

5．7 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

硕士学位期间获奖情况

附录