基于数字微镜器件的主动式视觉平台

【摘要】：在人工智能和计算机视觉迅速发展的信息时代,三维视觉是一个重要的研究课题,它可以重构场景的三维几何信息,代替人眼进行观察和识别,能够应用于移动机器人自主导航,航空及遥感测量,工业自动化系统等多种场景。为实现实时三维视觉,本文实现了一种基于数字微镜器件(DMD)的主动式视觉平台。该平台利用数字微镜器件的高速开关特性,主动高速投射基于时间调制的结构光编码图案,驱动高速图像传感器采集图像并提取三维信息。硬件方面,本文自主设计了以K7系列高性能FPGA芯片和4核ARM CotexA9嵌入式处理器i.MX6Q为核心的系统。该系统覆盖知识领域广,核心板采用10层PCB叠层结构,共计1290个元器件,1122个信号网络,硬件系统复杂;核心板包含有DDR3-SDRAM,SATA,MIPI等高速接口模块,最高传输速率达1866Mbps,信号完整性挑战大;核心板共14路电源,12种供电电压,供电电流高达6A,电源完整性困难多。本系统在硬件设计过程中对信号和电源做了充分的仿真计算,满足系统对信号完整性、电源完整性和电磁干扰的要求。软件方面,本文设计了结构光编码及数字微镜驱动并通过FPGA实现,大大简化了三维信息的提取难度,能够有效对抗环境噪声,提升投影精度;本文运用多线程编程和GPU编程,使ARM同时处理多任务,处理速度显著提高,可实时显示三维视觉处理结果;此外,本文还使用了网络服务器(BOA),用户通过自主研发设计的网页界面即可访问并控制平台,方便测试、调试和使用。本系统三维图像刷新时间短,具有抗干扰性和实时性;所有模块均在自主设计的平台上实现,不需借助于摄像机、电脑进行采集和计算,具有独立性和便携性;本系统为实时主动式视觉实验提供了一个平台,适用于应急救援、工业级动态三维信息获取等场景,具有很强的实用性及社会意义。