基于双目视觉的行人检测算法研究及其FPGA实现

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1、硕士学位论文基于双目视觉的行人检测算法研究及其FPGA实现RESEARCHONPEDESTRIANDETECTIONALGORITHMBASEDONBINOCULARVISIONANDIT’SIMPLEMENTATIONWITHFPGA刘少辉哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TN911.73学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于双目视觉的行人检测算法研究及其FPGA实现硕士研究生：刘少辉导师：刘云辉教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classi

2、fiedIndex:TN911.73U.D.C:621.3AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHONPEDESTRIANDETECTIONALGORITHMBASEDONBINOCULARVISIONANDIT’SIMPLEMENTATIONWITHFPGACandidate：ShaohuiLiuSupervisor：Prof.YunhuiLiuAcademicDegreeAppliedfor：Ma

3、sterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要对三维环境的实时感知与识别是机器人研究领域的关键技术。而对行人的检测与三维位置感知技术，可以帮助机器人更好、更安全的服务人类，具有很大的研究价值。相比其它深度传感器，双目视觉系统具有价格低、体积小、功耗低等优势

4、，适合移动机器人的应用场景。但基于双目视觉系统的行人检测算法计算量巨大，难以满足移动机器人对实时性的要求。针对移动机器人对于行人三维位置感知与检测的实际需求，本文搭建了一个基于XilinxZynq-7000平台的双目行人检测系统。对行人的三维位置感知与检测技术主要包括：三维环境信息获取与行人检测两部分。相应地，本文主要研究了双目视差计算与行人检测算法在FPGA上的实现。双目视差计算模块通过立体匹配算法获取环境的视差信息，可以给行人检测模块带来很大的帮助。其中匹配信息可用于验证行人检测结果，提高检测正确率。视差信息可以实现缩小行人搜索区域、环境多目标分割、行人三维定位等功能，

5、这对于构建功能更为强大的行人检测系统具有重要意义。双目视差计算模块包括：视频同步采集、双目立体校正、Census特征向量提取、SGM算法和视差优化等子模块组成。针对立体匹配算法在搜索时存在计算量大的问题，本文对双目视觉系统进行了立体校正处理，从而将搜索区域从二维降到一维。由于8方向路径聚合算法存在数据流与计算流方向相反的问题，本文选用了3方向路径聚合算法。针对3方向路径聚合后的视差图，存在条纹与误匹配现象。本文使用左右一致性检验与中值滤波算法对视差进行了优化。行人检测模块选用了方向梯度直方图作为行人特征，采用线性支持向量机对行人进行二分类。其中分类所需的特征向量是通过FPG

6、A实时提取出来的，所需的分类系数与分类阈值是在PC端使用libsvm工具箱训练得到的。针对方向梯度直方图向量归一化流程过长的问题，本文将SVM分类器内嵌到了特征向量计算模块。试验表明，本文搭建的基于双目视觉的行人检测系统性能良好。在保持较高精度的同时，能够满足移动机器人等场景对于实时性的要求。其中双目视差计算模块在帧率为60fps的系统中能正常工作，行人检测模块最大速率可达到314fps。本文在FPGA实现的双目视差计算算法与行人检测算法可作为视觉加速模块，对于高速移动机器人环境感知功能的产品化有一定帮助。关键词：实时图像处理；嵌入式视觉；双目视觉；FPGA；行人检测-I-

7、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractReal-timeperceptionandrecognitionof3Denvironmentarethekeytechnologiesinroboticsresearch.Thedetectionofpedestriansandit’sthree-dimensionalposition-sensingtechnologycanhelprobotstoservehumanbeingsbetterandsafer,whichhashugeresearchvalue.Co