多相机硬件系统实现及其关键技术研究

摘要

图像处理和视频分析技术由来已久，与此同时，图像传感器等集成电路的制造工艺也在不断升级换代，技术与工艺的相辅相成，诞生了相机这种当今社会随处可见的电子产品。从早期的胶卷感光到当下利用图像传感器感光，从低分辨率到超高分辨率，从人工洗相到自动成像，相机的的发展已经随着人们生活水平的提升而得到极大的促进。近几年以来，由于物联网技术的生根发芽，移动通信技术的高速发展以及智慧城市安全城市建设的脚步不断加快，加之消费电子市场各类终端拍照设备也是日新月异，层出不穷，这些都刺激着传统相机的升级换代。与此同时，相关研究人员不断专研，在相关领域内也取得了令人瞩目的研究成果，使得传统相机在图像质量，视场范围以及硬件外观等各方面都有了显著改进，其中宽视场相机便是其产物之一。在道路交通管理领域，全向无死角监控道路情况一直是交通管理人员的期望；城市安防领域也离不开全方位的视频监控；消费娱乐方面，随着无人机航拍的兴起，对区域全景的拍摄也成了人们一大爱好。此类种种，无不凸显了宽视场相机的应用前景，而多相机系统便是实现宽视场全景成像技术的一种主流方案。本文将基于FPGA和CMOS等一系列芯片，设计一款多相机硬件系统，并针对恶劣环境下视频拍摄中存在的抖动问题进行了研究和实现，本文的主要工作如下: 第一，针对多相机系统相关指标要求，进行系统的硬件设计。主要从系统整体架构出发，对芯片选型，芯片间互联，镜头选型，前端相机的相对位置部署，相机间的同步等一系列关键设计点进行了详细阐述，从理论的角度证明了该硬件处理系统设计方案的可行性。 第二，针对多相机硬件系统中的前端相机，进行了RTL级设计与仿真，并最终实现。前端相机是整个硬件系统的关键部分，本文基于FPGA进行该相机的设计，文中详细的介绍了各个模块的实现流程并给出了部分仿真结果，并且进行板级验证通过，最终投板生产，已经做出成品。 第三，针对凹凸不平的路面或其他恶劣环境会导致成像设备成像模糊这一现象，研究了基于SURF特征点的视频稳像算法，并基于Verilog实现了SURF特征点的检测与描述，给出了关键模块的设计框图和仿真波形图，同时联合Matlab对整个稳像流程进行了联合仿真，证明了算法实现的有效性。

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