【摘要】：本文提出一種基于AP-SoC嵌入式圖像特征點(diǎn)提取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解決方案,實(shí)現(xiàn)了包括底層硬件模塊設(shè)計(jì)、硬件平臺系統(tǒng)構(gòu)建、嵌入式Linux操作系統(tǒng)的建立、Linux設(shè)備驅(qū)動的編寫和頂層應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的完整的全系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用的實(shí)現(xiàn)平臺是Zedboard,該平臺集成Zynq-7000系列的全可編程片上系統(tǒng)(AP-SoC)芯片,采用ARM+FPGA的體系結(jié)構(gòu)。本文的解決方案是采用軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思想,在FPGA部分實(shí)現(xiàn)Harris特征點(diǎn)提取自定義模塊,通過AXI4總線與以ARM為核心的處理器系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。在Linux操作系統(tǒng)下,結(jié)合Opencv圖像處理函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)同源圖像配準(zhǔn)參數(shù)提取和目標(biāo)識別兩個(gè)工程應(yīng)用。本文主要做了以下三方面工作:首先,本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)Harris特征點(diǎn)提取硬件模塊和構(gòu)建硬件平臺系統(tǒng)。在對Harris特征點(diǎn)提取算法深入分析的基礎(chǔ)上,本文根據(jù)算法本身的并行性和特點(diǎn),考慮軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì),合理劃分子模塊功能,實(shí)現(xiàn)最多可以提取1024個(gè)特征點(diǎn)的圖像Harris特征點(diǎn)提取模塊。通過利用Zedboard的高性能數(shù)據(jù)端口(HP)和CDMA IP核組建處理器系統(tǒng)與自定義模塊的DMA數(shù)據(jù)傳輸通道,構(gòu)建了高效的硬件平臺系統(tǒng)。其次,本文實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自定義外設(shè)模塊的Linux設(shè)備驅(qū)動。在Zedboard上成功建立Linux嵌入式操作系統(tǒng)后,本文利用Platform設(shè)備驅(qū)動的機(jī)制,采用高效地共享內(nèi)存的方式,進(jìn)行內(nèi)核空間與用戶空間的大數(shù)據(jù)交流。最終,本文實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)自定義外設(shè)模塊的Linux設(shè)備驅(qū)動程序,為高級應(yīng)用程序控制自定義外設(shè)模塊提供了軟件接口。最后,本文利用高級圖像處理函數(shù)庫Opencv,設(shè)計(jì)頂層應(yīng)用程序,驗(yàn)證系統(tǒng)正確性。在硬件提取特征點(diǎn)后,本文通過移植高級圖像處理庫Opencv來實(shí)現(xiàn)圖像特征點(diǎn)的描述、匹配和參數(shù)計(jì)算,驗(yàn)證系統(tǒng)的正確性和工程實(shí)用性。本文的基于AP-SoC嵌入式圖像特征點(diǎn)提取系統(tǒng),在無操作系統(tǒng)的情況下,提取一幅512×512圖像的特征點(diǎn)耗時(shí)2.9ms,與matlab程序相比,加速比達(dá)到1200倍。在有操作系統(tǒng)的情況下,該運(yùn)行時(shí)間依然可以達(dá)到5.7ms,系統(tǒng)具有良好地實(shí)時(shí)性。另外,本系統(tǒng)可以靈活地運(yùn)用高級圖像處理函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)多種以Harris特征點(diǎn)提取為基礎(chǔ)的嵌入式計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

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本文編號：2778246