基于FPGA及ARM的车载交通标志识别系统设计与实现

发布时间：2017-05-21 11:10

  本文关键词：基于FPGA及ARM的车载交通标志识别系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着汽车行业不断发展,汽车数量成倍增加,导致道路交通安全日趋严重,因此智能汽车以及无人驾驶技术受到了追捧。无人驾驶技术中有十大系统,本文针对其中的视频视觉系统进行了学习,并深入探索了该系统中对交通标志识别的相关内容。不同于目前采用静态图像的方式进行识别,本文拟实现从视频流中提取识别交通标志。以1080p@60Hz 24位色深视频为例,其中一帧视频的数据容量大小约为47.5Mb,而一段1分钟的视频数据的原始容量达到了171Gb,是一帧视频容量的3600倍,因此海量的视频数据处理是本文设计过程中一个巨大的挑战。首先本文对目前流行的交通标志识别技术的理论算法进行了研究分析。并在此工作之上,挑选了符合本文设计要求的理论算法,并对个别算法做了适合硬件的相应改进。由于当前市场上没有符合需求的硬件平台,因此本文专门设计开发了以Spartan-6 FPGA作为核心视频处理器,并配备了高速数据存储器DDR3(数据速率达800Mbps),以及微处理器ARM9的10层印制电路板(Printed Circuit Board)。此硬件电路板的信号完整性(Signal Integrity)和电源完整性(Power Integrity)是本文设计的难点。本文也设计了软件系统,用以实现从视频流中识别交通标志的功能。软件系统中主要为FPGA与ARM9的编程,其中Verilog HDL硬件描述语言对FPGA编程,C语言对ARM9编程。而交通标志识别的视频处理算法以及DDR3的数据存储是FPGA软件设计中的难点。最终经过测试,系统的硬件性能和软件功能均达到了设计要求,完成了从视频流中实时提取识别交通标志的预期功能。
【关键词】：无人驾驶技术 视频处理 交通标志识别 印制电路板(PCB) FPGA
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 本文研究对象14-16
• 1.3 国内外研究现状16-17
• 1.4 研究目的与意义17-18
• 1.5 主要工作与创新点18-19
• 1.6 本文的结构安排19-21
• 第二章 交通标志检测识别算法研究分析与系统方案设计21-44
• 2.1 颜色空间处理21-25
• 2.1.1 RGB色空间22-24
• 2.1.2 YCbCr色空间24-25
• 2.1.3 色空间选择25
• 2.2 形态学图像处理25-28
• 2.2.1 膨胀25-26
• 2.2.2 腐蚀26-27
• 2.2.3 开操作与闭操作27-28
• 2.3 视频帧图像预处理28-35
• 2.3.1 灰度化处理28-29
• 2.3.2 帧图像边缘检测与定位剪裁29-32
• 2.3.3 图像尺度归一化32-35
• 2.4 图像识别35-40
• 2.4.1 BP神经网络算法35-36
• 2.4.2 模板匹配算法36-38
• 2.4.3 改进的模板匹配算法38-40
• 2.5 嵌入式车载交通标志识别系统平台方案设计与分析40-43
• 2.5.1 系统平台设计需求分析40-41
• 2.5.2 系统平台设计架构41-43
• 2.6 本章小结43-44
• 第三章 交通标志识别系统硬件平台设计44-79
• 3.1 硬件设计框图44
• 3.2 硬件模块设计44-68
• 3.2.1 电源模块设计44-53
• 3.2.2 时钟模块设计53-54
• 3.2.3 系统复位模块设计54-55
• 3.2.4 视频数据处理模块设计55-62
• 3.2.5 固件存储模块设计62-63
• 3.2.6 视频接口模块设计63-65
• 3.2.7 微处理器控制模块设计65-66
• 3.2.8 千兆位以太网模块设计66-67
• 3.2.9 扩展调试模块设计67-68
• 3.3 PCB设计与仿真68-72
• 3.3.1 叠层结构设计68-69
• 3.3.2 阻抗控制设计69-70
• 3.3.3 DDR3布线后仿真70-72
• 3.4 PCB版图及电路板实物图展示72-73
• 3.5 硬件系统调试与分析73-78
• 3.5.1 电源模块调试73-74
• 3.5.2 时钟模块调试74-75
• 3.5.3 全局复位信号调试75
• 3.5.4 HDMI视频信号测试75-76
• 3.5.5 FPGA调试与DDR3信号测试76-77
• 3.5.6 ARM9调试77
• 3.5.7 千兆以太网PHY接口测试77-78
• 3.6 本章小结78-79
• 第四章 交通标志识别系统软件设计79-99
• 4.1 软件架构设计79
• 4.2 FPGA软件设计实现79-92
• 4.2.1 视频输入模块与视频输出模块设计80-82
• 4.2.2 视频路径模块设计82
• 4.2.3 PLL模块设计82-83
• 4.2.4 输入缓冲与输出缓冲模块设计83-84
• 4.2.5 DDR3数据存储模块设计84-87
• 4.2.6 色空间转换模块设计87-88
• 4.2.7 图像二值化模块设计88
• 4.2.8 图像去噪模块设计88-89
• 4.2.9 图像定位与剪裁模块设计89-91
• 4.2.10 图像缩放模块设计91-92
• 4.3 ARM9软件设计实现92-97
• 4.3.1 接收缓存模块设计93-94
• 4.3.2 模板库制作与储存94-95
• 4.3.3 识别匹配模块设计95-96
• 4.3.4 3G/4G通信模块设计96-97
• 4.4 视频芯片配置上位机软件设计97-98
• 4.5 本章小结98-99
• 第五章 实验结果与分析99-105
• 5.1 FPGA资源使用情况99
• 5.2 ARM9资源使用情况99-100
• 5.3 系统构建与展示100
• 5.4 实验结果与分析100-104
• 5.4.1 识别率结果与分析100-103
• 5.4.2 系统实时性评估103-104
• 5.5 本章小结104-105
• 第六章 总结与展望105-108
• 6.1 主要工作与总结105-106
• 6.2 未来工作的展望106-108
• 参考文献108-112
• 攻读硕士学位期间的学术成果112-114
• 致谢114

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 石元泉;基于ARM的配置管理系统的网络实现[J];怀化学院学报;2004年02期

2 余永宝;叶敦范;杨金峰;;基于ARM的车载音响设计与研究[J];电子设计应用;2007年11期

3 李毅;万衡;李慕君;;基于ARM的机器人移动底盘设计[J];华东理工大学学报(自然科学版);2008年05期

4 谢春光;;基于ARM自动指纹识别系统研究[J];微计算机信息;2009年10期

5 赵书朵;谌海云;高凤水;武卫丽;;基于ARM的嵌入式多路远程视频监控系统的设计[J];中国测试;2010年05期

6 王彦文;段猛;王力伯;;基于ARM的城市消防用户信息传输装置设计[J];仪表技术;2010年11期

7 ;中国科学院沈阳自动化研究所获ARM处理器授权[J];单片机与嵌入式系统应用;2005年01期

8 阮双喜;邱春玲;田地;;基于ARM的气象数据采集系统的研制[J];吉林大学学报(信息科学版);2006年02期

9 温阳东;黄璐;;基于ARM处理器的微机继电保护装置数据采集系统[J];仪器仪表用户;2007年01期

10 王宪;刘井权;戴e，

本文编号：383463