基于双目立体视觉的运动目标检测系统设计与实现

作     者：潘雨坤 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱明华

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：双目立体视觉 运动目标检测 目标测距 软硬件协同设计 

摘      要：近年来,道路交通安全检测和汽车高级辅助驾驶对减少交通事故变得越来越重要,并且随着目标检测和视觉测距技术的日益成熟以及道路交通环境的日渐复杂,单纯对静止目标的视觉测距或者非深度的目标检测已经不能满足市场需求。因此,需要高效的有深度信息的运动目标检测系统。双目立体视觉技术作为计算机视觉的热门研究领域,可以广泛地应用于道路交通和汽车驾驶领域实现目标检测和测距功能,提高驾驶员的人机安全性。目前,基于双目立体视觉的深度感知系统多采用单一的硬件实现,虽然保证了系统的实时性,但系统缺乏人机交互性;而且基于嵌入式系统的运动目标检测方法在测量精度和实时性方面表现明显逊色。综合上述问题,本文提出了基于双目立体视觉的运动目标检测系统,主要由数据采集和存储,场景深度信息感知,目标检测和目标测距四大模块构成。首先,针对嵌入式系统中运动目标检测精度低的问题,结合双目立体视觉的深度信息,设计了运动目标检测算法,对传统算法在运动目标检测中的“鬼影现象和目标检测不完整的问题进行改进。然后,基于改进算法的目标检测区域设计了目标测距算法。该算法通过对区域中的深度信息进行归类和舍取,以均值法得出运动目标的精确距离。最后,提出了一种软硬件协同设计方法实现了双目立体视觉的运动目标检测系统。该方法结合软硬件的各自优势来进行系统的软硬件划分,并设计高效且精确的软硬件之间的数据控制和传输,再结合系统中的具体算法和逻辑控制对系统进行软硬件协同设计,在保证系统的高实时性下同时使系统有良好的人机交互性。实验结果表明,本文设计的运动目标检测系统在FPGA主频为100M时处理分辨率为640*480的图像数据帧率可达121.43帧/秒。结合GUI的控制处理,系统可以满足实时显示和人机交互的效果。同时,系统中改进的目标检测算法可以准确地检测出运动目标,目标测距算法在七米以内误差值低于2.0%,具有更好的鲁棒性和精准性。系统所有的设计及测试结果都取得了预期的效果。