本文關(guān)鍵詞：基于FPGA及ARM的車載交通標志識別系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著汽車行業(yè)不斷發(fā)展,汽車數(shù)量成倍增加,導致道路交通安全日趨嚴重,因此智能汽車以及無人駕駛技術(shù)受到了追捧。無人駕駛技術(shù)中有十大系統(tǒng),本文針對其中的視頻視覺系統(tǒng)進行了學習,并深入探索了該系統(tǒng)中對交通標志識別的相關(guān)內(nèi)容。不同于目前采用靜態(tài)圖像的方式進行識別,本文擬實現(xiàn)從視頻流中提取識別交通標志。以1080p@60Hz 24位色深視頻為例,其中一幀視頻的數(shù)據(jù)容量大小約為47.5Mb,而一段1分鐘的視頻數(shù)據(jù)的原始容量達到了171Gb,是一幀視頻容量的3600倍,因此海量的視頻數(shù)據(jù)處理是本文設(shè)計過程中一個巨大的挑戰(zhàn)。首先本文對目前流行的交通標志識別技術(shù)的理論算法進行了研究分析。并在此工作之上,挑選了符合本文設(shè)計要求的理論算法,并對個別算法做了適合硬件的相應改進。由于當前市場上沒有符合需求的硬件平臺,因此本文專門設(shè)計開發(fā)了以Spartan-6 FPGA作為核心視頻處理器,并配備了高速數(shù)據(jù)存儲器DDR3(數(shù)據(jù)速率達800Mbps),以及微處理器ARM9的10層印制電路板(Printed Circuit Board)。此硬件電路板的信號完整性(Signal Integrity)和電源完整性(Power Integrity)是本文設(shè)計的難點。本文也設(shè)計了軟件系統(tǒng),用以實現(xiàn)從視頻流中識別交通標志的功能。軟件系統(tǒng)中主要為FPGA與ARM9的編程,其中Verilog HDL硬件描述語言對FPGA編程,C語言對ARM9編程。而交通標志識別的視頻處理算法以及DDR3的數(shù)據(jù)存儲是FPGA軟件設(shè)計中的難點。最終經(jīng)過測試,系統(tǒng)的硬件性能和軟件功能均達到了設(shè)計要求,完成了從視頻流中實時提取識別交通標志的預期功能。
【關(guān)鍵詞】：無人駕駛技術(shù) 視頻處理 交通標志識別 印制電路板(PCB) FPGA
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 本文研究對象14-16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 研究目的與意義17-18
• 1.5 主要工作與創(chuàng)新點18-19
• 1.6 本文的結(jié)構(gòu)安排19-21
• 第二章 交通標志檢測識別算法研究分析與系統(tǒng)方案設(shè)計21-44
• 2.1 顏色空間處理21-25
• 2.1.1 RGB色空間22-24
• 2.1.2 YCbCr色空間24-25
• 2.1.3 色空間選擇25
• 2.2 形態(tài)學圖像處理25-28
• 2.2.1 膨脹25-26
• 2.2.2 腐蝕26-27
• 2.2.3 開操作與閉操作27-28
• 2.3 視頻幀圖像預處理28-35
• 2.3.1 灰度化處理28-29
• 2.3.2 幀圖像邊緣檢測與定位剪裁29-32
• 2.3.3 圖像尺度歸一化32-35
• 2.4 圖像識別35-40
• 2.4.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法35-36
• 2.4.2 模板匹配算法36-38
• 2.4.3 改進的模板匹配算法38-40
• 2.5 嵌入式車載交通標志識別系統(tǒng)平臺方案設(shè)計與分析40-43
• 2.5.1 系統(tǒng)平臺設(shè)計需求分析40-41
• 2.5.2 系統(tǒng)平臺設(shè)計架構(gòu)41-43
• 2.6 本章小結(jié)43-44
• 第三章 交通標志識別系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計44-79
• 3.1 硬件設(shè)計框圖44
• 3.2 硬件模塊設(shè)計44-68
• 3.2.1 電源模塊設(shè)計44-53
• 3.2.2 時鐘模塊設(shè)計53-54
• 3.2.3 系統(tǒng)復位模塊設(shè)計54-55
• 3.2.4 視頻數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計55-62
• 3.2.5 固件存儲模塊設(shè)計62-63
• 3.2.6 視頻接口模塊設(shè)計63-65
• 3.2.7 微處理器控制模塊設(shè)計65-66
• 3.2.8 千兆位以太網(wǎng)模塊設(shè)計66-67
• 3.2.9 擴展調(diào)試模塊設(shè)計67-68
• 3.3 PCB設(shè)計與仿真68-72
• 3.3.1 疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計68-69
• 3.3.2 阻抗控制設(shè)計69-70
• 3.3.3 DDR3布線后仿真70-72
• 3.4 PCB版圖及電路板實物圖展示72-73
• 3.5 硬件系統(tǒng)調(diào)試與分析73-78
• 3.5.1 電源模塊調(diào)試73-74
• 3.5.2 時鐘模塊調(diào)試74-75
• 3.5.3 全局復位信號調(diào)試75
• 3.5.4 HDMI視頻信號測試75-76
• 3.5.5 FPGA調(diào)試與DDR3信號測試76-77
• 3.5.6 ARM9調(diào)試77
• 3.5.7 千兆以太網(wǎng)PHY接口測試77-78
• 3.6 本章小結(jié)78-79
• 第四章 交通標志識別系統(tǒng)軟件設(shè)計79-99
• 4.1 軟件架構(gòu)設(shè)計79
• 4.2 FPGA軟件設(shè)計實現(xiàn)79-92
• 4.2.1 視頻輸入模塊與視頻輸出模塊設(shè)計80-82
• 4.2.2 視頻路徑模塊設(shè)計82
• 4.2.3 PLL模塊設(shè)計82-83
• 4.2.4 輸入緩沖與輸出緩沖模塊設(shè)計83-84
• 4.2.5 DDR3數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計84-87
• 4.2.6 色空間轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計87-88
• 4.2.7 圖像二值化模塊設(shè)計88
• 4.2.8 圖像去噪模塊設(shè)計88-89
• 4.2.9 圖像定位與剪裁模塊設(shè)計89-91
• 4.2.10 圖像縮放模塊設(shè)計91-92
• 4.3 ARM9軟件設(shè)計實現(xiàn)92-97
• 4.3.1 接收緩存模塊設(shè)計93-94
• 4.3.2 模板庫制作與儲存94-95
• 4.3.3 識別匹配模塊設(shè)計95-96
• 4.3.4 3G/4G通信模塊設(shè)計96-97
• 4.4 視頻芯片配置上位機軟件設(shè)計97-98
• 4.5 本章小結(jié)98-99
• 第五章 實驗結(jié)果與分析99-105
• 5.1 FPGA資源使用情況99
• 5.2 ARM9資源使用情況99-100
• 5.3 系統(tǒng)構(gòu)建與展示100
• 5.4 實驗結(jié)果與分析100-104
• 5.4.1 識別率結(jié)果與分析100-103
• 5.4.2 系統(tǒng)實時性評估103-104
• 5.5 本章小結(jié)104-105
• 第六章 總結(jié)與展望105-108
• 6.1 主要工作與總結(jié)105-106
• 6.2 未來工作的展望106-108
• 參考文獻108-112
• 攻讀碩士學位期間的學術(shù)成果112-114
• 致謝114

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本文編號：383463