FPGA+DSP核心架構的實(shí)時(shí)三維圖像信息處理

3 軟件設計與實(shí)現

3.1 圖像預處理算法

如圖3，激光帶預處理算法的實(shí)現[2]為：由于有激光幀和無(wú)激光幀是依次交替產(chǎn)生的，因此首先要保存一幀有激光幀，在其下一幀，即無(wú)激光幀到來(lái)時(shí)，將保存的有激光幀和當前無(wú)激光幀的相同行、列的點(diǎn)相減，再對結果進(jìn)行亮度提取，處理完成后的數據存入目標緩存。

如圖4，實(shí)現提取輪廓線(xiàn)算法分為三個(gè)部分[3]，首先由計算比較模塊對輸入像素點(diǎn)的值與預先計算好的閾值進(jìn)行比較，判斷其是否為目標像素；然后利用一個(gè)序列檢測模塊進(jìn)行一維尺度濾波以去除某些噪聲點(diǎn)；再經(jīng)過(guò)一個(gè)邊緣檢測模塊，提取出每行的第一個(gè)目標像素作為目標的左邊緣點(diǎn)；完成后將此點(diǎn)所對應的列地址數據存入目標緩存。在某些情況下，可能整行都檢測不到邊緣點(diǎn)，這時(shí)將0存入目標緩存作為無(wú)邊緣點(diǎn)的標識。

提取中心線(xiàn)算法實(shí)現比較簡(jiǎn)單，只需對目標緩存的寫(xiě)允許信號加以控制，使RGB數據只能在每行的中心點(diǎn)處寫(xiě)入目標緩存即可。

3.2 三維重建和構型

如圖5所示，高速DSP將根據預處理信息得到的激光標志線(xiàn)、輪廓線(xiàn)和中心顏色線(xiàn)數據與源數字化圖像結合起來(lái)進(jìn)行三維重建。首先根據獲取的圖像標志點(diǎn)數據結合控制點(diǎn)三維坐標數據計算出系統定標數據；其次根據輪廓線(xiàn)計算物體外表面展開(kāi)圖，再依據定標數據結合展開(kāi)圖和機械參數對圖像中的坐標點(diǎn)進(jìn)行計算，給出數據集，輸出深度數據文件；最后對多次掃描的數據進(jìn)行融合，將離散點(diǎn)構型成立體模型（或立體彩色模型），將模型生成DXF、STL等數據文件傳入PC機，使用后端處理軟件進(jìn)行顯示[3]。

3.3 算法實(shí)現

圖像預處理算法設計使用Verilog HDL在Xilinx公司的ISE8.1集成編譯環(huán)境下成功實(shí)現；FPGA開(kāi)發(fā)流程不再贅述。

DSP三維重建算法已使用C語(yǔ)言在A(yíng)DI公司Visual DSP++環(huán)境下成功實(shí)現[4]。算法實(shí)現步驟如下：①用C語(yǔ)言編程實(shí)現算法。②使用Visual DSP++編譯器將源程序編譯成目標文件。③根據產(chǎn)生的目標文件，分析結果及源程序結構并優(yōu)化源代碼。④應用TigerSHARC 201評估板進(jìn)行運算時(shí)間評估。⑤重復上述步驟直至達到系統實(shí)時(shí)性要求，最后下載到目標板。

整個(gè)系統聯(lián)機運行穩定，滿(mǎn)足設計要求，實(shí)時(shí)性好。

實(shí)時(shí)三維圖像信息處理以其數據量大、速度要求高、處理過(guò)程復雜的特點(diǎn)使其難以使用集成電路實(shí)現。本文研究的以目前最新高性能處理器的FPGA+DSP為核心架構的三維圖像處理系統精心設計了算法的硬件實(shí)現，充分利用了兩種處理器的長(cháng)處。實(shí)驗表明，該系統有著(zhù)良好的性能，對實(shí)現基于網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)三維掃描應用，如三維傳真、機械遠程加工、快速成型和虛擬現實(shí)，有著(zhù)重要的意義。

參考文獻

[1] LEI HAIJUN，LI DEHUA.High-Speed aerial image processing system based on DSP，In neural nerwork and distributed processing，Proceedings of SPIE Vol.4555，2001：131-136

[2] 雷海軍，李德華，王建永等.一種結構光條紋中心快速檢測方法[J].華中科技大學(xué)學(xué)報，2003,31(1)：74-76.

[3] 金 剛.三維掃描儀中三維信息獲取理論與技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2002，(3)

[4] 陸海東，吳明贊.基于FPGA+DSP結構的小波圖像處理系統設計[J]，電子技術(shù)應用，2006，(3)93-95