(免费)基于fpga+dsp的智能车全景视觉系统

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1、基于FPGA+DSP的智能车全景视觉系统作者：周渝斌    文章来源：电子技术应用摘要：为实现智能车全景视觉系统的应用研究平台，设计了一种基于FPGA+双DSP的实时6通道数字图像采集与处理系统。该系统由两片FPGA与两个DSP组成。第一个FPGA进行多通道视觉图像采集的同步控制、逻辑处理，第二片FPGA辅助DSP进行海量图像数据的高速并行处理。两个ZBTSRAM芯片作为数据输入和输出的高速缓存，每通道的A/D输出与ZBTSRAM接口间进行数位拼接。系统工作时，DSP通过EMIF与FPGA进行高速数据通信，而两个DSP之间通过McBSP进行数据通信。系统工作时使用?滋C/OS

2、操作系统进行多任务负载均衡管理，最终实现对两路视频信号同时实时采集和处理。关键词：全景视觉；多通道视觉；FPGA；DSP；智能车基于单相机的全景视觉系统是利用凸面镜反射四周图像进行定位，在计算资源有限时是一种较好的选择，且视觉导航等方向的应用也成为一种最实用的方法[1-2]，这种方案虽然视野开阔，但获取的信息有限，真实的系统中很难应用。随着芯片计算能力的不断提高，基于多通道的全景视觉系统已逐渐成为可能。本文介绍的智能车多通道全景视觉是指以观测点为中心，多个相机可同时观测车辆的前中、前左、前右、后左、后右和顶上6个方向的景物。该系统中的6台数字相机中5台分布在车辆的侧面，1台在

3、顶部，可以得到车辆周围全景360°的图像。该系统每个相机的分辨率为百万像素，即1280×1024，帧率为30f/s，即便图像为8bit单色，系统的总数据率也高达200MB/s以上。同时，6个相机图像需要预处理，投影到同一坐标系，或者拼接成单幅完整图像才能满足智能车导航系统的要求，这些涉及到大量复杂计算。针对这些要求，该系统的硬件处理部分利用了DSP和FPGA芯片各自的特长，选用高速DSP+FPGA[3-6]的方案,而DSP方案也是海量图像处理中普遍应用的[7]。高性能通用C6416DSP芯片，配合FPGA进行高度并行数据处理，可实现高速实时的视觉图像处理。这种方案的优点在于，

4、不仅可以利用DSP的高速处理能力，同时利用FPGA的控制能力和在高度并行化数据处理方面的优势，相比其他方案更容易满足全景视觉系统所需要的高度实时处理。1系统总体方案设计为适合高速图像采集，本系统选用CMOS传感器，CMOS的一个优点是数据读取速度快。系统由高速CMOS相机、基于CamLink技术的图像读取、FPGA+DSP的图像处理三部分构成，如图1所示。从图1可以看出，该系统有两片FPGA，图像读取模块中的FPGA1负责从CMOS相机抓图和通讯控制，FPGA2则辅助两片DSP进行高速图像处理，实现同时对6个相机图像的实时处理。逻辑控制芯片FPGA1选用XILINX公司的XC

5、3S1000LFG456作为视频数据采集控制芯片，该芯片是Spartan3低功耗系列的一种，具有1M个逻辑门，24个18×18乘法器及丰富的片上存储空间，足够进行视频采集的同步逻辑控制。并行计算FPGA选用XILINX公司Virtex-4系列中的XC4VFX60-FF1152，内部有4MbitRAM，56880个逻辑门和128个XtremeDSP模块，足够进行大量高速数据处理，特别是片上18KRAM模块工作在500MHz，支持真正的双端口读写同步操作，为该芯片作为芯片间高速数据交互提供了资源。2个协处理DSP芯片为TI公司高性能C6416，拥有8个并行处理单元，工作频率为60

6、0Hz，最高处理速度可达4800兆指令/秒（MFLOPS）。系统设计采集图像大小为1280×1024像素，最高速度可达每相机60f/s的实时采集。6路摄像头输出的数字视频信号经过FPGA1进行同步分离后，进入输入端高速数据缓冲区。系统采用两片ZBTSRAM进行乒乓数据采集，当一帧图像采集完，FPGA1通知FPGA2进行数据转移，FPGA2将数据预处理后由DSP经EDMA保存到SRAM后等待进一步处理。2多通道数字图像采集由于智能车的目标是在公路上行驶，该系统需要处理场景中快速运动的物体，要求图像采集模块必须足够快地从相机转移出帧数据，以便对快速运动的物体轨迹进行记录，因此，相

7、机模块的处理速度是决定该系统是否达到要求的重要一环。由于相机技术的快速发展，已经能从市面上买到足够快的传感器来捕获高速运动的物体，如车辆。2.1图像抓取模块MT9M413是一种分辨率为130万像素1280×1024的CMOS传感器，最高可实现500fps的采集速度。而MT9M413内部集成有10bitA/D转换器，可直接输出3.3V的数字信号，无需电平转换电路，简化了系统的设计。MT9M413可以工作在灰度或彩色模式下，但是却需要不同的偏置参考电压，两片数模转化芯片DAC6573用于生成该偏置电压。图2