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    基于FPGA的全方位视觉图像畸变校正

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    基于FPGA的全方位视觉图像畸变校正

    天津理工大学硕士学位论文基于FPGA的全方位视觉图像畸变校正姓名齐志强申请学位级别硕士专业检测技术与自动化装置指导教师张宝峰曹作良20081201摘要全方位视觉能够在一幅图像中观测到半球域的信息,因此其应用也越来越广泛,鱼眼镜头是建立全方位视觉系统的最有效的方法之一,它使用单一镜头就能够捕获半球图像,使用两个鱼眼镜头则能够一次获取整个空间的完整图像,但是鱼眼镜头图像虽然观测视野很大,但也带来了较大的图像畸变,给应用造成了很大的问题。虽然这种畸变可以用很多方法来进行校正,但大多方法都只限于理论或在PC机上实现,但由于其体积,功耗和处理速度等原因,其并不适合用在车载系统中。随着电子技术的发展,集成电路的集成度越来越高,复杂的系统可以在一块集成电路J卷片中实现,FPGA、DSP、ARM处理芯片的发展为图像,视频,等应用带来了更多的解决方案,嵌入式系统已经成为当前EDA领域最热门的研究方向,使用嵌入式系统可以降低产品功耗,缩小产品体积,提高系统集成性,使产品具有更强的市场竞争力。由于鱼眼图像畸变校算法正包含了并行的图像数据运算,因此非常适合采用并行结构的FPGA对其进行处理。本课题根据鱼眼镜头本身的特点,在对多种鱼眼图像畸变校J下算法进行详细研究的基础上,提出了一种适合于FPGA实现的基于球形透视投影模型的畸变校正算法。并通过实验确定算法中所需确定的各个参数。通过对算法和实际问题的分析,将系统分成采集,存储,校正,输出几个部分,采集和传输部分采用串口,存储器采用DDRSDRAM,校正和各部分驱动采用FPGA实现。在FPGA的驱动下数据由串口输入,接收到数据后暂存在DDRSDRAM存储器中,同时通知校正模块进行校正,校正模块采用校正算法将存储的图像进行校正并进行转存,最后图像由输出端进行输出。在确定系统方案后,采用VERILOG硬件描述语言进行FPGA的设计,完成了串口收发驱动模块,DDRSDRAM控制模块,图像畸变校正模块等各个模块设计,实现了各个模块的逻辑功能。最后通过仿真软件对设计的FPGA各个模块进行仿真试验,试验结果表明在FPGA中的各个模块均可正确完成各自逻辑功能,结果达到预期,能够满足应用的要求。关键词全方位视觉鱼眼图像畸变校正FPGAABSTRACTBECAUSEOFITSADVANTAGEOFPANORAMICSIGHTWITHASINGLECOMPACTVISUALSCENE,OMNI..DIRECTIONALVISIONTECHNOLOGYHASEXTREMEAPPLICATIONVALUEINMANYFIELDS.ONEOFTHEMOSTEFFECTIVEWAYSTOESTABLISHOMNI..DIRECTIONALVISIONSYSTEMISUSINGFISHEYELENS.HOWEVERITBRINGSASTRONGUNAVOIDABLEINHERENTDISTORTIONWHILEITPROVIDESHEMISPHERICALFIELDOFVIEW.BUTITCANBECORRECTEDBYSOMEIMAGEPROCESSINGTECHNIQUES.USUALLYTHEALGORITHMISIMPLEMENTINGBYSOFTWAREONPC,BUTITSPROCESSINGSPEEDISTOOSLOWFORSOMEAPPLICATIONS,WHICHNEEDTHEREALTIMEIMAGEINFORMATION.BYTHEDEVELOPTOFTHEINTEGRATEDCIRCUITS,THEINTEGRATIONOFTHECIRCUITISLARGERTHANLARGER.NOWACOMPLICATEDSYSTEMCANBEDESIGNEDINASINGLECHIP.ESPECIALLYTHEDEVELOPOFTHEFPGAFIELDPROGRAMMABLEGATEARRAY,DSPDIGITALSIGNALPROCESSOR,ARMADVANCERISCMACHINE,WHICHBRINGTHELARGECHANGESINVIDEOANDAUDIOPROCESSING.SOTHEEMBEDDEDSYSTEMHASBECOMETHEHOTISSUESOFTHEFIELDOFELEETRONIEDESIGNAUTOMATIONEDA.EMBEDDEDSYSTEMSCANNOTONLYREDUCETHEPOWERDISSIPATIONANDTHEVOLUME,BUTALSORAISETHEINTEGRATIONOFTHESYSTEM.ITRESULTSINHIGHCOMPETENCEOFPRODUETSINMARKET.BECAUSEOFTHEPARALLELSTRUCTURESOFTHEALGORITHM,THEFPGAISFITFORTHISAPPLICATIONWHICHHASTHEPARALLELSTRUCTURES.ACCORDINGTOTHECHARACTERISTICSOFTHEFISHEYELENS,ANALGORITHM,WHICHISFITFORFPGATOIMPLEMENTING,OFTHERECTIFITIONOFTHEFISHEYELENSIMAGEBASEDONSPHERICALPERSPECTIVEPROJECTIONISPROPOSED.ANDTHENCONFIRMEDTHEPARAMETEROFTHEALGORITHMNEEDED.BYANALYZINGTHEALGORITHMANDTHEREALPROBLEM,THESYSTEMISDIVIDINGINTORECEIVEANDTRANSMITMODULES.DATASTORAGEMODULE,IMAGECORRECTEDMODULEFORFPGATOIMPLEMENT.NEDATAINPUTFROMTHESERIALPORTANDTHENSTORAGEINTHEDDRSDRAM.WHENONEIMAGEISTRANSMITEDTHECORRECTEDMODULESTARTTOWORK,ITCORRECTTHEINPUTIMAGEANDSTORETHENEWIMAGEINTOTHEMEMORY,THETRANSIMITMODULEOUTPUTTHEDATAATLAST.CONFIRMEDTHEBLUEPRINTOFTHESYSTEM,VEILOGHDLISSELECTEDTOIMPLEMTTHELOGICMODULEINTHEFPGA,THESERIALPORTMODULE,THESTORAGEMODULEANDTHEIMAGECORRECTEDMODULEAREASSIGNEDTOIMPLEMENTTHEIRLOGICFUNCTION.ACCORDINGTOTHESIMULATIONSOFTWARE,ALLMODULESARERUNNINGCORRECTEDINTHEFPGAANDTHEDESIGNISVERIFIEDTOSUFFICEFORTHEREQUIREDOFTHEAPPLICATIONS.KEYWORDSOMNIDIRECTIONAL,FISHEYEIMAGE,DISTORTIONRECTIFY,FPGA独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特另AJDN以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名砀移苏签字日期W.,7年Y月名日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨洼墨兰盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权叁盗墨墨太望可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编,以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名岛易、獗签字日期御彳年Y月彳日彤商1棚刍年珊1名期签日师字导签第一章绪论1.1引言第一章绪论自动引导车辆AUTOMATEDGUIDEDVEHICLES其显著特点的是无人驾驶,AGV上装备有自动导向系统,可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶,集运动学理论、机械设计与制造技术、控制理论、电动伺服控制技术、传感器技术、信息融合技术、人工智能等科学及技术领域的综合应用,是世纪自动控制最有说服力的成就。AGV的研究与开发水平在某种意义上标志着一个国家科学技术发展的水平。因此,从它诞生的那

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