一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统，图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源由机械外壳封装；两个高速相机用以对运动物体进行同时拍摄；双目支架用以支撑两个相机，并且可以调节相机的拍摄角度；图像采集处理板卡用以完成图像处理算法，包括两个主芯片FPGA和DSP，其中FPGA完成图像的并行算法，DSP完成图像的串行算法；嵌入式人机交互板卡用以替代传统视觉系统的PC完成人机交互工作；触摸显示屏用以显示结果以及接收操作人员的操作指令。图像采集处理板卡采用双主芯片的结构，既兼顾了FPGA硬件实现算法的快速性，也有DSP软件实现算法的灵活性，使系统更具兼容性，能用在更多应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于高速图像处理
，更具体地，涉及一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统。
技术介绍
随着视觉技术的快速发展，高速视觉系统有快速捕获图像的能力，相较于传统视觉(一般为30fps)能获得更多人肉眼所不能看到的信息，因此得到了越来越多的应用与发展，工业、科学研究、军事及日常生活中都可见其身影。针对运动目标检测应用的双目视觉系统也得到发展，最初的双目视觉系统用两个相机获取图像，通过个人计算机(PC)内的图像采集卡采集图像数据，并用PC中的中央处理器(CPU)完成图像处理和显示的工作。随着待检测的运动目标速度越来越快，PC难以满足其速度，因此相关研究人员用嵌入式的图像处理板卡代替了PC做图像处理，不过仍然需要一个PC作为人机交互系统。然而，能够完全脱离PC工作的高速双目视觉系统还缺少相关的研究。
技术实现思路
针对现有双目视觉系统存在的处理性能不强和不能脱离PC工作而导致体积过大等缺陷和不足，本技术提供一种高性能的并且能够脱离PC工作的嵌入式实时高速双目视觉系统。本技术提出的嵌入式实时高速视觉系统，包括两个高速相机、双目支架、图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源。其中，图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源由机械外壳封装。所述两个高速相机用以对运动物体进行同时拍摄；所述双目支架用以支撑两个相机，并且可以调节相机的拍摄角度；所述的图像采集处理板卡用以完成图像处理算法，包括两个主芯片现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)，其中FPGA完成图像的并行算法，DSP完成图像的串行算法；所述的嵌入式人机交互板卡用以替代传统视觉系统的PC完成人机交互工作；所述触摸显示屏用以显示结果以及接收操作人员的操作指令。其中，所述的两个高速相机是两个型号一致的相机，采用CMOS传感器，采用9mm焦距，光圈为1:1.4的镜头，实现200fps，640x240像素的图像采集，通过Cameralink Base接口传输到图像处理板卡。其中，所述的双目支架包括一个三脚架、一个横杆支架以及两个三维云台。其两个三维云台用以安装上面所述的两个高速相机，云台有三个维度的方向可调；横杆支架用于放置两个三维云台，可实现两个云台之间的距离可调；三脚架用以支撑如上所述包括横杆、云台和相机整体的重量，并可调节其支撑高度。其中，所述的图像采集处理板卡包括两个主芯片FPGA和DSP、两个Cameralink Base接口、Serial RapidIO(SRIO)接口、以太网接口以及两个存储单元(DDR3 1GB、Flash 32MB)。其中Cameralink Base接口用以接收相机拍摄的图像，最高实现1.8Gbps传输速率；SRIO接口用以实现FPGA和DSP的高速通信，最高能够实现20Gbps传输速率；以太网接口用以将最终图像的处理结果传输到嵌入式人机交互板卡，最高实现1Gbps的传输速率；存储单元，DDR3用于暂存图像数据，Flash用于存储固化的程序；FPGA主芯片采用赛灵思(Xilinx)公司的6VLX240TFF1156(V6)型号，具有丰富的硬件资源，用于实现图像预处理算法如滤波、边缘检测等，因FPGA是现场可编程门阵列，相当于用硬件实现算法，而且用Verilog语言编写的各个硬件模块在执行时时相互独立的，因此具有很好的并行性，非常适用于完成图像的并行处理算法；但是单用FPGA实现算法，灵活性不够，所以采用FPGA+DSP的方式，其中DSP采用德州仪器(TI)公司TMS320C6678(C6678)型号，该DSP拥有八个核，单核能达到1.25GHz的主频，采用C语言进行软件开发，能够快速方便的实现复杂的图像处理算法，如目标匹配、测量等；其中，所述的嵌入式人机交互板卡是以英特尔公司(Intel)移动I7芯片为主芯片的嵌入式板卡，包括千兆以太网接口、低电压差分信号(LVDS)接口、4个USB接口、8个通用输入/输出(GPIO)接口及存储单元(内存、硬盘)。其千兆以太网接口用于与如上所述的图像采集处理板卡进行通信，通信速率最高达1Gbps，主要用于接收图像处理结果及发送指令；其LVDS接口用以与触摸显示屏相连，实现显示的功能；其4个USB接口预留用于连接鼠标、键盘等外设；其8个GPIO口用于连接高速相机的触发口，用以触发相机采图；存储单元主要用于存储系统软件，应用软件以及图像数据，本嵌入式人机交互板卡，安装了Window 7系统；此板卡对来自图像处理板卡的图像处理结果，进行简单的处理(如根据图像处理结果拟合出运动目标的轨迹)和显示。其中，所述的触摸显示屏是12寸的电阻触摸屏，实现人机交互以及显示功能。其中，所述的电源由两块锂电池组成，容量分别为12V，11000mAh和12V，18000mAh，为包括相机、图像处理板卡、人机交互板卡和触摸屏在内的整个系统供电；整个系统的功耗在130W左右，此电源能够使整个系统工作约2.5个小时。与现有技术相比，本技术具有的优点在于：1、图像采集处理板卡采用双主芯片(FPGA+DSP)的结构，既兼顾了FPGA硬件实现算法的快速性，也有DSP软件实现算法的灵活性，使本系统更具兼容性，能用在更多应用领域。2、图像采集处理板卡采用高性能主芯片FPGA(V6)和DSP(C6678)，用FPGA实现并行图像处理算法，DSP实现串行图像处理算法，在同等算法的情况下，通过提高硬件的性能，从而降低图像算法的执行时间。3、图像采集处理板卡，FPGA实现对两路相机的图像数据同时采集，并通过SRIO实现高速传输至DSP的内存，DSP有8核，可对两路图像数据用2个DSP处理核同时进行图像处理，利用多核的并行性，从而提高了双目视觉的处理速度。4、采用以Intel移动CPU为主芯片的嵌入式板卡替代PC，实现人机交互，降低高速视觉系统的体积，使系统能用在更加紧凑的环境下。5、采用高容量的移动电源对系统进行供电，能使系统在户外工作约2.5个小时。6、所用的双目支架，两个相机之间的间距可调，并且单个相机有三个维度的方向可调整。附图说明图1是本技术针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统的整体结构示意图；图2是本技术的嵌入式实时高速双目视觉系统主要部件的详细功能框图；图3是本技术的嵌入式实时高速双目视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述系统包括两个高速相机、双目支架、图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源，其中：所述图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源由机械外壳封装；所述两个高速相机用以对运动物体进行同时拍摄；所述双目支架用以支撑两个相机，并且可以调节相机的拍摄角度；所述的图像采集处理板卡用以完成图像处理算法，包括两个主芯片现场可编程门阵列FPGA和数字信号处理器DSP，其中FPGA完成图像的并行算法，DSP完成图像的串行算法；所述的嵌入式人机交互板卡用以替代传统视觉系统的PC完成人机交互工作；所述触摸显示屏用以显示结果以及接收操作人员的操作指令。

【技术特征摘要】
1.一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在
于，所述系统包括两个高速相机、双目支架、图像采集处理板卡、嵌入式
人机交互板卡、触摸显示屏和电源，其中：
所述图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源由
机械外壳封装；所述两个高速相机用以对运动物体进行同时拍摄；所述双
目支架用以支撑两个相机，并且可以调节相机的拍摄角度；所述的图像采
集处理板卡用以完成图像处理算法，包括两个主芯片现场可编程门阵列
FPGA和数字信号处理器DSP，其中FPGA完成图像的并行算法，DSP完成图
像的串行算法；所述的嵌入式人机交互板卡用以替代传统视觉系统的PC完
成人机交互工作；所述触摸显示屏用以显示结果以及接收操作人员的操作
指令。
2.如权利要求1所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，
所述的两个高速相机是两个型号一致的相机，采用CMOS传感器，采用9mm
焦距、光圈为1:1.4的镜头，实现200fps，640x240像素的图像采集，通
过Cameralink Base接口传输到图像处理板卡。
3.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在
于，所述的双目支架包括一个三脚架、一个横杆支架以及两个三维云台，
其两个三维云台用以安装上面所述的两个高速相机，云台有三个维度的方
向可调；横杆支架用于放置两个三维云台，可实现两个云台之间的距离可
调；三脚架用以支撑如上所述包括横杆、云台和相机整体的重量，并可调
节其支撑高度。
4.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在
于，所述图像采集处理板卡包括两个主芯片FPGA和DSP、两个Cameralink 
Base接口、Serial RapidIO(SRIO)接口、以太网接口以及两个存储单元，

\t其中Cameralink Base接口用以接收相机拍摄的图像，最高实现1.8Gbps
传输速率；SRIO接口用以实现FPGA和DSP的高速通信，最高能够实现20Gbps
传输速率；以太网接口用以将最终图像的处理结果传输到嵌入式人机交互
板卡，最高实现1Gbps的传输速率；存储单元包括容量为1GB的DDR3和3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，尹周平，董益民，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42