基于合作目标的嵌入式高速视觉采集处理系统的研制

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1、硕士学位论文基于合作目标的嵌入式高速视觉采集处理系统的研制RESEARCHONEMBEDDEDHIGHSPEEDVISIONACQUISITIONSYSTEMBASEDONCOOPERATIVETARGET胡晓飞哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH741学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于合作目标的嵌入式高速视觉采集处理系统的研制硕士研究生：胡晓飞导师：叶东教授申请学位：全日制工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TH741U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONEMBEDDEDHIGHSPEEDVISIONACQUISITIONANDPROCESSINGSYSTEMBASEDONCOOPERATIVETARGETCandidate：HUXiaoFeiSupervisor：Prof.YEDongAcademicDegreeAppliedMasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：Schoolo

3、fElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高速运动物体的测量有广泛的应用需求，在方方面面均有其应用背景。而对于这类高速运动的目标，具有目标运动形式复杂，背景环境复杂、轨迹难以预测，移动没有规律、实时多目标物检测等特点。视觉测量是一种非接触式测量的手段，可以在一个瞬间大量获取被测目标的各种状态信息，具有非常灵活的测量方式。但是在视觉测量中，随着CCD、CMOS视觉传感器性能的

4、提升，后端图像的处理性能却未能跟上传感器的性能提升。因此现在对于高帧频、高分辨图像的实时处理成为了制约高速视觉测量的关键瓶颈。本文基于上述情况，研制基于合作目标的高速视觉采集系统，在采集高速图像的过程中可实时地提取合作目标点的特征信息。首先根据需求设计嵌入式系统的硬件电路。系统采用FPGA+ARM的结构，通过FPGA实现目标点特征提取的硬件算法，ARM负责系统的串行浮点运算。分别进行FPGA、ARM的外围电路设计，再根据系统所用高速相机的输出接口设计相机接收电路。在完成电路的设计及PCB布局布线之后，完成硬件电路的电装调试。其次完成了系统中FPGA的逻辑设计。在通信

5、接口上，分别设计FPGA中相机采集模块、图像VGA实时显示模块、GPMC通信模块等接口。在硬件算法上，设计重叠流水线的硬件结构，该算法模块在图像传输的同时可完成连通域的三次标记、目标点特征提取等运算。在ARM软件设计中，设计了Linux系统下ARM中GPMC接口的驱动。ARM的应用程序通过GPMC读取FPGA中算法模块计算的结果，并将结果再次处理后发送到上位机进行验证。最后分别对系统中目标点特征提取的速度和稳定性这两项设计实验，进行实验验证。在目标点特征提取的速度和稳定性两个实验中都考虑输入图像目标点个数不同的情况，验证图像中目标点个数对这两个参数是否有影响。实验结

6、果表明，在输入高帧频高分辨率图像后，本系统可实时提取目标点的位置特征，且提取的结果稳定可靠，图像中目标点的个数不影响系统的实时性与计算结果的稳定性。关键词：合作目标；图像采集处理；FPGA-I-ABSTRACTABSTRACTTherehaveawidelydemandforthemeasurementofhighspeedmovingobject,itsapplicationbackgroundisinallaspects.Forthiskindofhigh-speedmotiontarget,Itischaracterizedbycomplextargetmot

7、ionforms,complexbackgroundenvironment,unpredictabletrajectory,irregularmovementandreal-timemulti-objectdetection.Visualmeasurementisanon-contactmeasurementmethod,whichcanobtainalargenumberofstateinformationofthetargetinaninstant.Itisaveryflexiblemeasurementmethod.Butinthevisualmeasur