SoC FPGA的视觉算法加速系统设计

提出一种基于Altera SoC FPGA进行硬件加速的方案,该方案为运行在ARM端Linux系统的视觉算法利用FPGA进行加速提供传输通道.首先把ARM端的图像数据传输到FPGA部分的SDRAM中,接着控制FPGA相关IP核读取SDRAM中的数据,然后视觉算法IP核接收图像数据并对其进行加速处理,最后把处理后的图像数据通过特定的IP核传回Linux系统.实验验证了该方案的可行性、可靠性和加速性能.     

USB OTG的IP Core设计与FPGA验证

为了实现USB设备之间的直接通信,介绍一款USB OTG IP核的设计与FPGA验证。在分析OTG补充规范的基础上,重点描述了USBOTGIP核的设计原理、模块划分以及每个模块的功能,然后对USBOTG的部分特性进行详细的阐述,最后给出该IP核在ModelSim中的功能仿真及FPGA验证结果。结果表明,该IP核具备主机功能和设备功能,可作为一个独立的IP模块应用到SoC系统中。     

基于ZYNQ的高清图像显示及检测系统设计

针对当前基于ARM和DSP的嵌入式图像处理系统前端采集速度慢和图像处理算法不易加速的缺点,设计了一种基于HDMI接口的全高清(分辨率1920×1080)实时视频采集与图像处理系统;采用500万像素级别CMOS摄像头作为前端数据源,主芯片内部采用ARM+FPGA的异构架构,兼备FPGA的并行处理能力与ARM处理器任务调度功能;基于AXI协议设计了自定义数据存储传输的IP核,实现了处理速度与带宽最大化;利用HLS工具将图像预处理算法快速打包生成IP核,在FPGA中实现图像算法的硬件加速,完成图像处理系统平台原型机的设计;与传统的PC机和相机的机器视觉平台相比,该系统运行平均耗时在10 ms以内,实时检测效果令人满意,有效解决了低功耗与高数据带宽和处理速度之间的矛盾,为后端结果分析和边缘加速提供了良好支持。     

FPGA除法器IP的兼容性替代设计研究

除法是4种基本算术运算中最复杂的一种，基于IP的可复用方法具有灵活、快速等优点，广泛应用在FPGA设计中。在FPGA中实现除法运算主流方法是采用厂家提供的IP,而在特定的应用中，IP有可能存在硬件木马等安全隐患。通过研究某除法器IP的算法架构、功能等，设计了一个兼容IP的除法模块。仿真结果验证了除法模块在功能、性能、资源占用等方面与除法器IP相当，该方法适合于对软件国产和替代有特殊需求的设计，亦可应用到其他IP的替代设计中。     

一种基于OpenCV及CVUT的摄像机标定方法

该文以摄像机标定为研究对象,简单介绍了OpenCV及CVUT(computer vision utility tools),分析了计算机视觉函数库OpenCV中的摄像机模型,其中的非线性畸变考虑到了切向畸变和径向畸变.根据模型详细给出了标定过程,通过标定过程给出OpenCV及CVUT的标定算法,充分发挥了OpenCV的函数库和CVUT功能,从而实现了摄像机标定.该算法对于图像处理与计算机视觉方面的应用设计具有实用价值,并且可以缩短应用程序的开发周期,消除C语言中比较常见的内存泄露问题,具有良好的跨平台移植性,可满足视觉检测或其它计算机视觉系统的需要.     

视觉SLAM中闭环检测算法的研究

在基于人工视觉的移动机器人导航中,闭环检测是机器人准确构建地图及定位的一个重要问题。本文研究的闭环检测算法结合了计算机视觉中的词袋技术和视觉词典技术,在对图像进行处理时利用了BRIEF+FAST关键点的方法,利用离线阶段生成的词典树将二进制描述子空间离散化。训练图像生成的图像数据库结构主要由等级词袋、倒置索引和直接索引组成。倒置索引和直接索引提高了算法的效率。为了保证闭环检测结果的可靠性,对于匹配的图像还要进行验证。重点详述了一种高效的闭环检测算法,相对一般的基于概率的闭环检测,在硬件设备相同的情况下,本算法效率更高。     

基于粒子群算法的双目立体视觉系统标定

摄像机标定是立体视觉系统研究的重要组成部分,针对双目立体视觉系统中摄像机标定这一多参数、复杂函数的优化问题,建立带有一阶径向畸变的摄像机模型,利用粒子群算法对模型中的参数进行优化处理,并同改进遗传算法的优化结果进行比较分析。实验结果表明该方法具有较高的精度,可满足工业机器视觉的要求。     

基于双目视觉的三维测量方法

研究工业设备检测问题,为提高工业检测的效率,研究了激光线扫描与双目视觉相结合的零件测量方法.测量系统中两台摄像机成一定角度布置,线结构光投射到工件表面产生变形的激光条纹,作为形状表面测量标志线.为提高设备检测精度,系统标定中采用普通的电脑液晶显示屏作为标定模板,液晶屏中显示按规律变换位置的平行直线束图像,摄像机进行同步...     

基于FPGA的仿真系统数据采集控制器IP核设计

介绍了在大型工业模拟仿真系统中,利用FPGA和软IP核实现数据采集及收发控制的方案,并对其进行设计实现.重点阐述了在发送指令和采集接收两种数据流模式下,该IP核的控制处理逻辑及工作状态机的设计及实现.同时,设计仿真测试对其进行验证.经测试验证,该IP核能实现对前端模拟仿真设备状态实时采集并控制的功能,达到了设计目的.     

基于嵌入式Linux的双目测距系统研究

根据嵌入式系统的特点,设计了以ARM为核心的双目立体视觉测距系统。系统使用双目立体摄像头采集图像数据,可设置图像的多种属性。利用开源计算机视觉库Open CV对采集的图像数据进行处理,分别完成了两台摄像机标定、匹配、重建等工作,最后实现摄像机测距功能。实验结果表明,该系统测量结果合理,工作稳定,同时可用Qt/Embedded实时显示图像和数据,具有良好的人机交互功能和跨平台移植性。     

基于FPGA与Sobel算法的实时图像处理

如今,图像处理算法的复杂度越来越高,图像处理的数据量越来越大,图像处理的实时性显得十分重要。为了解 决图像预处理、视频流数据实时性存在的问题,给出了一种基于FPGA和OV5640以Sobel算子进行边缘检测的图像采集与处 理系统设计方法,FPGA将OV5640摄像头采集到的视频流数据传送至SDRAM,由Sobel算子模板处理后通过VGA显示视频 图像。该设计基于Intel公司的Cyclone IV系列FPGA芯片EP4CE10F17C8进行了验证。实验结果表明,基于FPGA和Sobel边 缘检测算法,使用流水线设计和乒乓操作,可实现视频流数据处理的实时性。     

An In-Camera Data Stream Processing System for Defect Detection in Web Inspection Tasks

One of the aims of industrial machine vision is to develop computer and electronic systems to replace human vision in quality control of industrial production. Traditionally these systems consist of a line scan camera, host computer, frame grabber and one or more dedicated processing boards. In this paper we discuss the development of a new integrated design environment, developed for real-time defect detection, that eliminates the need for an external frame grabber and other associated host computer peripheral systems. The processing board contains a reconfigurable field programmable gate array FPGA inside a DALSA CCD camera. The FPGA is directly connected to the video data-stream and outputs data to a low bandwidth output bus. The system is targeted for web inspection but has the potential for broader application areas. We describe and show test results of the in-camera prototype system board and discuss some of the algorithms currently simulated and implemented for web inspection applications.     

基于改进闭环检测算法的视觉同时定位与地图构建

针对视觉同时定位与地图构建（SLAM）中容易由误差累积导致构建地图不一致的问题,提出了一种基于改进闭环检测算法的视觉SLAM（V-SLAM）系统。为了减小移动机器人长时间运行带来的累计误差,引入一种改进的闭环检测算法,改进相似性得分函数,减小感知歧义,提高闭环的识别率;同时为了减小计算量,通过Kinect直接获取环境图像以及深度信息,并采用计算量小、鲁棒性好的ORB特征进行特征提取和匹配;采用随机抽样一致性（RANSAC）算法进行误匹配删除,从而获得更准确的匹配点对,然后用PnP计算出相机位姿;更稳定、准确的初始估计位姿对后端处理至关重要,利用g2o对位姿进行无结构的迭代优化;最后在后端采用以集束调整（BA）为核心的图优化方法对位姿和路标进行优化。最终实验结果表明该系统能够满足实时性要求,并可以获得更加准确的位姿估计。     

基于机器视觉技术的易拉罐罐底喷码检测系统设计

本文根据食品饮料行业易拉罐生产线的工作环境以及罐底喷码检测的检测要求,研制了基于康耐视机器视觉的易拉罐罐底喷码检测系统,实现对易拉罐喷码不合格的产品进行自动检测与快速剔除。该检测系统由光源与视觉处理系统、电气控制与人机交互系统、次品剔除装置等组成。当易拉罐通过成像系统时,金属接近开关触发光源频闪和工业智能相机,获得高速易拉罐罐底图像,智能相机对其分析处理,由电气控制系统执行检测结果,从而达到分拣不良品的目的。通过实际项目应用证明：该系统实时性好,可靠性高,有效地提高了在生产过程中产品喷码质量的控制。     

基于FPGA的嵌入式彩色图像检测系统

针对传统彩色图像检测设备体积过大,而新一代摄像头在实时性和功耗上的缺欠,提出了基于内嵌高速RISC内核的FPGA作为主处理芯片的新一代网络摄像头的设计思路.介绍了CMOS图像传感器、图像数据采集和处理模块、以太网通信模块的工作原理和特性.文章侧重精密测试领域的要求,论述了图像处理的关键技术和算法,并以糖果生产检测项目实例对该摄像头进行了测试,其结论证明该摄像头在检测精度,尤其在处理速度上完全满足测试要求.     

基于Kinect传感器和ORB特征的视觉SLAM算法设计与实现

介绍了一个基于嵌入式平台和Kinect传感器的同时定位与地图创建算法的设计与实现。Kinect传感器包括一个可见光彩色摄像头和一个利用结构光测量深度的红外CMOS摄像头。 算法利用ORB算子作为环境特征点的描述信息,并利用基于边沿的最近邻修复方法对深度图像进行修正以获得完整的深度信息。在此基础上,利用LSH方法进行特征点的匹配。实验结果表明,基于ORB特征的视觉SLAM算法具有较好的实用性和良好的定位精度,可以广泛应用于室内机器人的自主导航任务。     

A co-processed contour tracing algorithm for a smart camera

This paper describes a new approach for a contour-tracing algorithm targeting a low-power smart camera for industrial inspection. This embedded system consists of the three major components: CMOS sensor, FPGA and microprocessor. By analysing a linear-time algorithm used for simultaneously labelling connected components and their contours, two independent tasks could be identified. By efficiently assigning these two parts to the FPGA and the microprocessor achieving high-speed real-time operation is possible. The novelty of the proposed method is the development of a sequential co-processing algorithm for the FPGA. A Contour-Neighbourhood 3 × 3 filter kernel for converting the grey-level data to an intermediate representation containing directional information was added into an FPGA image-processing design. This pre-processed data is then provided to a software component which is executed on a microprocessor. The final result of this analysis is a sorted list of contour points for each object in the image. Further increases of the data throughput and the workload of the hardware resources are achievable by pipelining the subtasks of consecutive images. The runtime behaviour of this parallel operation is sufficient for meeting the real-time requirements of an industrial 2D measurement system.     

基于联合模型匹配的齿轮视觉检测方法

针对工业场景下对图像中机械零件的视觉检测任务引入区域块循环分解行人检测算法。根据检测精度的需要,利用Par-King图像增强算法改进目标和背景梯度方向直方图特征的可分性,自建数据集训练出SVM和频域SVR两个不同的分类器模型并利用可变性部件模型算法中图像金字塔匹配方法对测试集图像进行联合视觉检测。实验结果表明,该联合检测方法相比于区域块循环分解行人检测算法有着更好的检测精度。     

基于FPGA图像处理技术在钢板表面缺陷检测系统中的应用

为了解决钢板表面缺陷视觉检测系统中图像处理的瓶颈问题,采用基于FPGA的嵌入式处理系统完成大数据量、实时、在线的处理任务,从而满足高速、宽幅、高分辨率的检测要求.嵌入式系统以Altera公司最新的Stratix FPGA作为核心处理器,在分析FPGA专有的硬件结构基础上,对图像处理中的模板卷积算法进行了优化设计,采用Verilog语言对算法完成建模与实现,并在Quartus Ⅱ平台进行了仿真验证.实验与算法仿真证明嵌入式处理系统的可行性与工程实用性,从而表面缺陷检测系统中的图像信息实时处理这一关键问题得以解决.