非掃描主動成像的蓋革模式APD面陣激光雷達具有成像速度快、探測距離遠、探測靈敏度高等特點,適用于實時性要求較高的小型化目標探測系統(tǒng)。由于此激光雷達獲取的原始距離像信噪比較低,因此需經(jīng)過多幀累積算法的計算,生成信噪比較高的距離像和強度像,為后續(xù)目標識別等任務(wù)提供更有效的探測信息。而為保證探測系統(tǒng)的實時性,有必要設(shè)計專用硬件電路實現(xiàn)對此多幀累積算法的加速計算。本文設(shè)計了一種數(shù)據(jù)通過率和接口帶寬利用率較高的電路方案,實現(xiàn)了對多幀累積生成距離像和強度像算法的硬件加速。此電路方案按功能劃分為數(shù)據(jù)路徑部分和數(shù)據(jù)流調(diào)度部分。其中數(shù)據(jù)路徑部分提出一種全流水的電路架構(gòu),解決了傳統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計難點,實現(xiàn)了低延時和高數(shù)據(jù)通過率的直方圖統(tǒng)計等任務(wù),該架構(gòu)同時具有靈活的可配置性和穩(wěn)定的軟硬件交互能力;數(shù)據(jù)流調(diào)度部分有三點,首先,通過對激光雷達原始距離像數(shù)據(jù)位寬的拼接與解析,提高了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腖VDS接口的帶寬利用率。之后,解析后的原始距離像數(shù)據(jù),在面積優(yōu)化的讀寫策略和層次化狀態(tài)機的控制下,實現(xiàn)了對連續(xù)幀低存儲資源消耗的讀寫緩存操作,并為數(shù)據(jù)路徑部分提供了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流。其中在備選的片外DDR緩存方案中,針對當前應(yīng)... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

目標建筑（距離探測器2km）原始距離像和對應(yīng)可見光圖像

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文的背景點即背景像元，N 次探測的距離值會在距離門的距離范圍內(nèi)離散分布，即目標回波相比背景噪聲有更好的時間相關(guān)性。距離像強度像生成算法的初衷便是利用目標與背景噪聲這一特性的差異，通過統(tǒng)計時間上連續(xù)的多幀并作處理來提高探測結(jié)果的信噪比。圖 2-3 是本文分別針對原始距離像的某一目標像元和背景像元，統(tǒng)計連續(xù) 10000幀對應(yīng)像元位置的 10000 個點的像素值而生成的兩個直方圖。直方圖橫坐標為回波時間計數(shù)值即原始距離像像素值，縱坐標為該像素值在 10000 個點中出現(xiàn)的次數(shù)。實驗結(jié)果驗證了目標像元時間相關(guān)性好，背景像元時間相關(guān)性差這一統(tǒng)計特性。

(a) 距離像 (b) 強度像圖 2-6 建筑物目標 40 幀累積結(jié)果2.2 算法加速必要性和可加速性2.2.1 算法加速的必要性任何算法的計算都離不開其實際應(yīng)用場景，因為它決定著算法運行的等效度和實時性要求。所謂等效度即算法在實際計算階段相比仿真階段是等效實現(xiàn)還是有改動的近似實現(xiàn)。本文距離像強度像生成算法應(yīng)用的背景為某激光紅外雙模復(fù)合制導(dǎo)項目，計算平臺為基于 FPGA+DSP 的硬件平臺，運行目標是為激光紅外雙模復(fù)合嵌入式實時信息處理系統(tǒng)提供滿足延時要求的等效實現(xiàn)的距離像和強度像。由于項目中紅外圖像幀頻為 50fps，激光雷達幀頻為 2Kfps，為保證紅外與激光正確融合，距離像和強度像的幀頻應(yīng)為 50fps，因此需要系統(tǒng)至少應(yīng)在 20ms 內(nèi)累積 20 幀原始距離像生成一幀距

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]蓋革模式APD陣列激光雷達的三維成像仿真[J]. 吳麗娟,李麗,任熙明.  紅外與激光工程. 2011(11)
[5]多值圖像連通域標記ASIC結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 桑紅石,趙慧,尚社.  小型微型計算機系統(tǒng). 2008(01)

博士論文
[1]實時視覺特征檢測與匹配硬件架構(gòu)研究[D]. 王建輝.華中科技大學(xué) 2015

碩士論文
[1]陣列APD無掃描激光雷達非均勻性的分析與實驗研究[D]. 朱靜浩.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：2950917