主动式视觉平台

概述

    三维视觉是计算机视觉领域的一个重要课题,它的目的在于重构场景的三维几何信息。三维视觉的研究具有重要的应用价值,包括移动机器人的自主导航系统,航空及遥感测量,工业自动化系统等方面。但目前的结构光三维重建无法做到快速实时采集和显示三维信息,而双目摄像头三维视觉系统又受光线影响大,细节丢失严重,二者存在实时性差、精度不高等缺点。

    为了实现实时主动式三维视觉,本团队设计了一种基于数字微镜器件(DMD)的主动式视觉平台。该平台利用数字微镜器件高速开关特性,产生基于时间调制的结构光,驱动高速摄像头高速拍照并处理,实时在显示屏上显示物体三维信息。

    主动式视觉平台系统硬件采用10层PCB叠层结构,系统板分为FPGA子系统和嵌入式子系统,FPGA子系统以K7系列高性能FPGA芯片为核心,嵌入式子系统以一颗4核Cotex-A9 ARM嵌入式芯片——i.MX6Q为核心。两个子系统均配备高速数据存储器DDR3,最高数据传输速率高达1.8Gbps,硬件设计中存在信号完整性、 电源完整性和电磁干扰的挑战。

    主动式视觉平台软件算法复杂,分为FPGA算法设计、嵌入式算法设计和Web界面设计三部分,全部由本团队自行开发设计。FPGA软件实现了结构光编码算法和数字微镜显示编码算法。嵌入式软件实现了高速摄像头的驱动和三维图像处理算法,其中包括:图像二值化、结构光解码、结构光畸变量获取和生成显示三维点云等步骤。平台还使用了Web 服务器(BOA),使用户使用本团队自主研发设计的Web界面即可实现对整个系统的控制与监控。本系统基于不同平台软件开发,软件模块繁多,相互之间通信复杂,开发难度大。

    综上,本作品自主设计FPGA + ARM的硬件系统,利用数字微镜器件,能够快速主动投射编码结构光,快速拍照并处理,实现实时主动式三维视觉效果,具有速度快、实时性高、精度好等特点,应用前景广泛。

系统架构

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Hardware architecture

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Physical Connection

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Structure Light Projection

 

22Github:https://github.com/louisliuwei/Xilinx-OpenHW-Contest/tree/master/2018%20Xilinx-OpenHW-Contest/No.10_Active%20Vision%20Platform

2019年8月21日 22:44
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