基于FPGA的雙目視覺圖像預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著計算機視覺理論與技術(shù)的發(fā)展，雙目視覺逐漸成為計算機視覺領(lǐng)域中一個重要的組成部分，許多高校和研究所在該領(lǐng)域做了大量研究工作，取得了可觀的技術(shù)成果。雙目視覺技術(shù)在航空航天、移動機器人、工業(yè)檢測、智能交通等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著雙目視覺應(yīng)用復(fù)雜程度的提高，基于傳統(tǒng)嵌入式設(shè)備開發(fā)的雙目視覺系統(tǒng)性能逐漸難以滿足實際需要。
　　在傳統(tǒng)的雙目視覺系統(tǒng)的圖像預(yù)處理階段，利用軟件控制通用CPU進(jìn)行圖像預(yù)處理工作代價較大。為了提升圖像預(yù)處

2、理階段的效率，可以通過改進(jìn)算法或者使用更為高效的硬件平臺來滿足要求。本文從硬件平臺的改進(jìn)入手，使用FPGA對圖像的預(yù)處理階段進(jìn)行并行化設(shè)計，減少預(yù)處理階段的執(zhí)行時間，從而提升嵌入式雙目視覺系統(tǒng)的整體效率。
　　系統(tǒng)選則使用Xilinx提供的FPGA+ARM結(jié)構(gòu)的ZYNQ系列芯片。在ISE集成開發(fā)環(huán)境中用Verilog HDL完成硬件上的開發(fā)，使用C語言完成ARM上程序的開發(fā)。利用芯片中FPGA部分優(yōu)化耗時的預(yù)處理算法，利用ARM完

3、成系統(tǒng)的整體控制。本文主要工作:
　　根據(jù)ZYNQ芯片的特點，利用軟硬件協(xié)同設(shè)計的方法對軟、硬件功能進(jìn)行劃分。使用ARM控制整個系統(tǒng)運行，將預(yù)處理階段耗時的部分用FPGA進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而使圖像數(shù)據(jù)能夠在系統(tǒng)中較為高效的轉(zhuǎn)移、存儲、運算等。
　　針對雙目視覺應(yīng)用中常用的預(yù)處理算法，結(jié)合FPGA的特點進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)中值濾波、基于排序的圖像增強、高斯濾波、拉普拉斯銳化、Sobel算子梯度檢測這些圖像預(yù)處理算法，以獲取比純軟件

4、方式實現(xiàn)更好的執(zhí)行效率。
　　將芯片中的FPGA與ARM部分相結(jié)合，利用FPGA加速Harris角點檢測中的梯度計算以及高斯濾波這兩個階段，使用ARM完成角點響應(yīng)值計算以及角點選取工作。通過軟硬件相結(jié)合方式設(shè)計實現(xiàn)的Harris角點檢測，在保證算法執(zhí)行效率的基礎(chǔ)上又有較好的靈活性。
　　本文對于使用軟硬件協(xié)同設(shè)計方法，通過FPGA加速圖像預(yù)處理的過程做了有益嘗試，為雙目視覺系統(tǒng)的圖像特征匹配、目標(biāo)物體距離計算做了鋪墊。同時，