、嵌入式人机交互板卡8和触摸显示屏7提供电源，并引出两路到外部给高速相机4供电。至此系统安装完成，其机械外壳6外还预留一个供电口 13，当电源10不用时，供电口 13作为外部备用电源的接口。
[0025]本发明采用两个高速相机的基本原理:双目视觉技术模仿人双眼立体感知的方法，用两台摄像机同时采集同一场景的图像，然后根据场景在不同摄像机成像存在的视差，获取空间物体的深度信息，从而重建出场景的三维信息。对于运动物体检测来说，通过双目视觉技术，本发明的系统可以快速得到运动物体的三维位置、速度和加速度信息。
[0026]下面结合附图对本发明的实施例做详细介绍:
[0027]首先，系统安装:按照前面所述的安装方式完成系统的安装；之后，需要调整两个高速相机4的拍摄角度，使两个高速相机4位于同一水平面，面向运动物体的方向。至此，已完成系统的所有硬件安装及调整。
[0028]其次，相机标定:相机标定的目的是为了使两个高速相机4拍摄的图像得到的运动物体5的二维图像坐标，转换成实际世界坐标的三维坐标，进而使运动物体5的二维位置、速度和加速度曲线转换为真实的三维位置、速度和加速度曲线；这个转换的过程就称为相机的标定，标定需要确定相机的内外参数，本发明用现在用得比较普遍的标定发明进行标定。具体的实时方式就是，两个高速相机4通过拍摄不同角度的棋盘格，尽量让棋盘格占满双目的图像，得到多张图片，之后采用Matlab工具箱进行标定，最后得到两个高速相机4的内外参数，至此相机标定完成，整个过程都是离线完成，并不消耗图像处理的时间。
[0029]最后，系统对运动目标进行检测:见图2和图1，首先，通过嵌入式人机交互板卡8发送相机的触发信号给高速相机4，同时小球5开始运动，高速相机4采集到小球5运动的图像；随后，图像数据通过Cameralink接口进入到FPGA处理器，FPGA对采集得到的两路图像进行并行处理，同时对两路图像进行高斯滤波，简化DSP的后续图像处理算法；FPGA处理完后，图像数据通过SR1高速接口传输到DSP的存储模块中，DSP运行运动目标检测算法，本实例采用了常用的背景相减算法，得到运动目标后，再进行一个连通域分析得到运动目标的大致质心坐标，采用两个DSP处理核同时处理两路图像数据，得到两个质心坐标；之后，再通过千兆以太网接口把这两个坐标传输到人机交互板卡8中，进行曲线拟合工作，以及三维坐标重建，得到运动物体最终的位置、速度和加速度曲线；最后将位置、速度和加速度曲线结果，在触摸显示屏7中显示。
[0030]通过本次实例，本发明的系统能够对运动物体进行实时的检测。
[0031]本发明针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统的工作流程如图3，概括如下:首先进行相机标定，之后触发两个相机同时开始采集图像；随后传输至FPGA进行图像预处理，完成预处理后，把处理后的图像传输至DSP进行运动目标检测算法的执行，得到两个二维坐标后，把结果传输到人机交互板卡；人机交互板卡进行三维坐标重建和曲线拟合，最终把结果传送到触摸显示屏进行显示。
【主权项】
1.一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述系统包括两个高速相机、双目支架、图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源，其中: 所述图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源由机械外壳封装；所述两个高速相机用以对运动物体进行同时拍摄；所述双目支架用以支撑两个相机，并且可以调节相机的拍摄角度；所述的图像采集处理板卡用以完成图像处理算法，包括两个主芯片现场可编程门阵列FPGA和数字信号处理器DSP，其中FPGA完成图像的并行算法，DSP完成图像的串行算法；所述的嵌入式人机交互板卡用以替代传统视觉系统的PC完成人机交互工作；所述触摸显示屏用以显示结果以及接收操作人员的操作指令。
2.如权利要求1所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述的两个高速相机是两个型号一致的相机，采用CMOS传感器，采用9mm焦距、光圈为1:1.4的镜头，实现200fps，640x240像素的图像采集，通过Cameralink Base接口传输到图像处理板卡。
3.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述的双目支架包括一个三脚架、一个横杆支架以及两个三维云台，其两个三维云台用以安装上面所述的两个高速相机，云台有三个维度的方向可调；横杆支架用于放置两个三维云台，可实现两个云台之间的距离可调；三脚架用以支撑如上所述包括横杆、云台和相机整体的重量，并可调节其支撑高度。
4.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述图像采集处理板卡包括两个主芯片FPGA和DSP、两个Cameralink Base接口、Serial Rapid1 (SR1)接口、以太网接口以及两个存储单元，其中Cameralink Base接口用以接收相机拍摄的图像，最高实现1.8Gbps传输速率；SR10接口用以实现FPGA和DSP的高速通信，最高能够实现20Gbps传输速率；以太网接口用以将最终图像的处理结果传输到嵌入式人机交互板卡，最高实现IGbps的传输速率；存储单元包括容量为IGB的DDR3和32MB的Flash，DDR3用于暂存图像数据，Flash用于存储固化的程序；FPGA主芯片采用赛灵思Xilinx公司的6VLX240TFF1156型号，具有丰富的硬件资源，用于实现图像预处理算法如滤波、边缘检测；DSP采用德州仪器TI公司TMS320C6678型号，该DSP拥有八个核，单核能达到1.25GHz的主频。
5.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述的嵌入式人机交互板卡是以英特尔公司Intel移动17芯片为主芯片的嵌入式板卡，包括千兆以太网接口、低电压差分信号LVDS接口、4个USB接口、8个通用输入/输出GP1接口及存储单元，其中千兆以太网接口用于与上述图像采集处理板卡进行通信，通信速率最高达lGbps，主要用于接收图像处理结果及发送指令；其LVDS接口用以与触摸显示屏相连，实现显示的功能；其4个USB接口预留用于连接鼠标、键盘等外设；其8个GP1 口用于连接高速相机的触发口，用以触发相机采图；存储单元包括内存和硬盘，主要用于存储系统软件、应用软件以及图像数据，本嵌入式人机交互板卡，安装了 Window 7系统；此板卡对来自图像处理板卡的图像处理结果进行处理和显示。
6.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述的触摸显示屏是12寸的电阻触摸屏，用于实现人机交互以及显示功能。
7.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述的电源由两块锂电池组成，容量分别为12V、IlOOOmAh和12V、18000mAh，为包括相机、图像处理板卡、人机交互板卡和触摸屏在内的整个系统供电。
8.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述两个高速相机通过快装板固定在云台上。
9.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述机械外壳外还预留一个供电口，当电源不用时，供电口作为外部备用电源的接口。
10.如权利要求1或2所述的嵌入式实时高速双目视觉系统，其特征在于，所述机械外壳的尺寸大小为320mm X 250mm X 89mm。
【专利摘要】本发明公开了一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统，图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源由机械外壳封装；两个高速相机用以对运动物体进行同时拍摄；双目支架用以支撑两个相机，并且可以调节相机的拍摄角度；图像采集处理板卡用以完成图像处理算法，包括两个主芯片FPGA和DSP，其中FPGA完成图像的并行算法，DSP完成图像的串行算法；嵌入式人机交互板卡用以替代传统视觉系统的PC完成人机交互工作；触摸显示屏用以显示结果以及接收操作人员的操作指令。图像采集处理板卡采用双主芯片的结构，既兼顾了FPGA硬件实现算法的快速性，也有DSP软件实现算法的灵活性，使系统更具兼容性，能用在更多应用领域。
【IPC分类】G06T7-00, G06T7-20
【公开号】CN104835163
【申请号】CN201510236574
【发明人】杨华, 尹周平, 董益民
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月11日