基于DSP+FPGA架构的全景立体球视觉硬件系统的研究

摘要

全景立体球视觉系统是一种将全景视觉与立体视觉优点相结合的，能够获取完整的360°×360°全球域图像信息以及全视场范围内景物景深信息的新型视觉系统。本文针对该视觉系统的实现需求，提出了基于DSP+FPGA架构的硬件方案，介绍了硬件系统结构与工作原理，完成了系统控制部分与部分算法的实现，最后对系统的实现功能进行了测试。主要内容包括：
　　1、全景立体球视觉硬件系统设计方案的研究。提出了基于DSP+FPGA架构的硬件方案，针对方案中涉及的各种技术内容进行了研究并分析了该硬件系统的可行性。
　　2、图像采集与预处理单元。本单元采用FPGA芯片，实现了图像的采集与预处理。其中，图像采集模块采用异步时钟FIFO的方法避免了因跨时钟域而产生的亚稳态问题，同时为了保证采集的图像不失帧，根据当前帧状态设计了图像采集状态机。图像预处理算法模块结合当前预处理算法的发展，通过分析对比选择出适合本视觉系统的算法，并根据算法中构造的窗口模板存在数据不完整的问题，采用镜相优化的方法输出了完整的3x3矩阵。
　　3、图像缓存与传输单元。本单元采用DSP高速芯片，通过EDMA机制实现了图像数据片内高速传输，并通过EMIF接口将图像数据传送至片外存储单元进行乒乓缓存处理，将图像数据一帧帧的传送到图像处理单元进行图像校正、匹配等复杂处理。最终，将处理后的图像数据通过EMAC接口传送至显示终端，实现了图像数据的实时处理。
　　4、实验仿真与验证。搭建了实验平台以验证全景立体球视觉相机的可行性，对相机局部和整体功能进行了测试，给出了各部分模块的仿真结果。

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第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2全景立体球视觉系统

1.3本文研究内容及章节安排

第二章 系统总体架构

2.1全景立体球视觉硬件系统设计方案

2.2系统实现的相关技术

2.3小结

第三章 图像采集与预处理单元

3.1图像采集

3.2图像预处理算法

3.3基于FPGA的图像预处理算法模块

3.4小结

第四章 图像数据传输与存储单元

4.1图像数据传输

4.2图像数据缓存

4.3图像数据输出

4.4本章小结

第五章 系统的PCB设计与功能验证

5.1系统的PCB设计

5.2仿真测试

5.3图像预处理算法模块性能分析

5.4实验结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢