一种基于FPGA异构处理的三维测量加速系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA异构处理的三维测量加速系统，该系统主要由系统总线互联的FPGA、处理器和存储器三个单元构成，FPGA中包含依次连接的相机接口、图像序列缓存、包裹相位计算、绝对相位计算和直接内存访问模块，以实现多个相同频率条纹图的包裹相位计算、不同频率相位图的逐级解包裹；并通过直接内存访问模块将FPGA处理的图像相位数据传输到处理器可访问的存储器中，从而利用处理器实现待测物体表面点云的计算。本发明专利技术基于片上系统或板卡系统实现，实现方式灵活；异构处理的方式提高了各模块的计算资源效率，从而有效减少了FPGA资源的使用，并且保证了三维测量的精度。并且保证了三维测量的精度。并且保证了三维测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA异构处理的三维测量加速系统


[0001]本专利技术属于机器视觉测量领域，涉及一种基于FPGA异构处理的三维测量加速系统。

技术介绍

[0002]三维测量技术在移动消费、自动驾驶、逆向工程、工业检测和生物医疗等领域具有重要的价值。条纹投影轮廓术由于其全场测量能力和灵活性被广泛应用于三维测量领域。该技术的基本原理就是利用投影仪投射一定数量的预设模式图，然后从被物体调制的模式图中解算三维信息。然而，由于该方法具有算法复杂、处理数据量大等特点，实时高精度的三维测量一直面临严峻的挑战。
[0003]为了解决这个问题，很多学者利用FPGA硬件对上述相移轮廓测量算法进行加速，然而，高效的硬件实现需要使用定点数据和定点算法，这就在一定程度上牺牲了三维测量的精度。当使用较高的数据位数进行定点运算以保证算法精度时，所需要的FPGA资源又会急剧增加。因此，利用纯粹的FPGA平台进行加速，无法满足三维测量的精度要求；另外，仅基于FPGA的加速系统通常对FPGA的性能要求较高，从而导致成本增加。

技术实现思路

[0004]针对现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA异构处理的三维测量加速系统，其特征在于，由系统总线互联的FPGA单元、处理器单元和存储器单元构成，所述FPGA单元中包含依次连接的相机接口模块、图像序列缓存模块、包裹相位计算模块、绝对相位计算模块和直接内存访问模块；所述处理器单元包括点云计算模块；所述相机接口模块获取外部相机所采集的M个频率、N个相位的原始图像数据并进行格式转换，得到像素流格式的图像数据后发送给图像序列缓存模块；所述原始图像数据是由投影仪投射到待测物体表面，并经过待测物体表面调制的光栅条纹图像；所述图像序列缓存模块对所述像素流格式的图像数据中同一频率的光栅条纹图像进行缓存和同步，从而使得各条纹图像相同位置处的像素同时可用；所述包裹相位计算模块对同步后的相同频率的条纹图像进行包裹相位计算，得到每个频率条纹图像在[0，2π)区间的初始相位值，并计算M个频率的原始图像数据中最高频率的条纹图像的调制度；所述绝对相位计算模块根据相邻频率的条纹图像之间的相位倍数关系，逐级解出最高频率的条纹图像的相位展开值，并根据所述调制度值对相位展开值进行有效性判定，将调制度大于上限阈值和小于下限阈值的相位展开值进行标记，作为无效相位信息，从而得到最终的绝对相位数据；所述直接内存访问模块将所述绝对相位数据通过所述系统总线传输到所述存储器单元中；所述点云计算模块从所述存储器单元中获取绝对相位数据，并根据相机和投影仪的标定参数计算出待测物体表面的三维点云。2.如权利要求1所述的三维测量加速系统，其特征在于，所述包裹相位计算模块是基于查找表结构设计，并设有依次连接的地址模块、查找表模块和区间选择模块；所述地址模块是根据相移公式中反正切函数的输入值，计算相位查找表的读地址；所述查找表模块根据所述读地址从相位查找表中提取出相应的相位值；所述区间选择模块利用三角函数关系式，将所提取的相位值转换到与所述反正切函数的输入值相对应的区间，得到[0，2π)区间的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘银飞，封学勇，
申请(专利权)人：无锡维度投资管理合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：