基于FPGA的三维扫描测头反光标志点中心定位及匹配算法研究与实现

作     者：王文祥 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李维诗

授予年度：2019年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：三维扫描测量 三维跟踪 FPGA 标志点中心定位 编码标志点 

摘      要：三维光学扫描测量系统测量精度高、测量速度快、不接触被测工件,因此近些年来越来越多地应用在航空航天、船舶、汽车制造等领域。随着科技的发展,大量的大尺寸、高精度的零部件对三维扫描仪器的测量精度以及测量效率提出了越来越高的要求。为此,本文针对一种将三维激光扫描测量系统与多目视觉跟踪系统相结合的三维扫描测量机器人,研究多目视觉跟踪系统。针对多目视觉跟踪系统的数据量大、数据处理实时性要求高等特点,选用并行运行方式的FPGA作为核心处理器,改进现有图像处理算法,使其更加高效的在FPGA嵌入式平台上运行。本文主要研究成果如下:(1)在现有GSI编码方案的基础上,以交比不变性为基础,设计新的编码方案,简化编码标志点分组及匹配过程,并在传统两步式连通域标记算法的基础上,设计新的改进型扫描窗口,降低了标记冲突发生的概率,提高算法的效率;(2)设计使用仲裁模块控制和管理系统中的读写请求,实现多个数据处理模块对DDR3存储器的资源共享;(3)针对FPGA处理器并行运行的特点,以流水线方式实现四路相机图像数据的同步解析、图像滤波、标志点识别与中心点定位和编码标志点匹配等模块,最大程度发挥FPGA处理器的优势。通过实验验证,本文设计的基于FPGA的图像处理系统最高运行频率达到150 MHz,图像数据处理速度达到35.7fps,相对于PC平台的处理速度(同样的图像处理算法)提高了近10倍,能够满足多目视觉跟踪系统数据处理的实时性要求。