rBRIEF描述符与RANSAC算法硬件加速的研究

发布时间：2021-01-19 10:26

　　图像特征点提取是计算机视觉领域的一个重要研究课题。然而,多数图像特征点提取算法的计算复杂度较高。在实际应用中,传统的PC平台很难满足实时性特征点提取的需求。因此,采用FPGA（Field Programmable Gate Array）平台对其进行加速就成为了研究热点。同时,图像特征点提取算法得到的匹配结果中通常会包含大量的误匹配点,采用RANSAC（Random Sample Consensus）算法能够有效地将其剔除。针对图像特征点提取算法实时性与鲁棒性的需求,本文设计了基于FPGA的rBRIEF（Rotated Binary Robust Independent Elementary Features）描述符构造算法与RANSAC算法的硬件加速方案。在rBRIEF算法的硬件实现中,本文采用了象限分割与角度查找的方法生成特征点主方向,并使用旋转采样点提取模板的方式来生成描述符。然后,本文设计了一种特征点主方向生成模块与描述符生成模块高度并行化的电路结构,实现了在单周期内构造rBRIEF描述符,极大地加快了图像处理帧率。本文提出的RANSAC算法硬件加速器被用于对图像特征点匹配结果进... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 图像特征点提取算法的研究现状
        1.2.2 图像特征点提取算法硬件加速的研究现状
        1.2.3 RANSAC算法及其硬件加速的研究现状
    1.3 本文的研究目的
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 相关算法的研究与硬件系统结构
    2.1 引言
    2.2 rBRIEF描述符及其相关算法的研究
        2.2.1 特征点主方向生成
        2.2.2 rBRIEF描述符构造
    2.3 RANSAC算法原理与改进
        2.3.1 RANSAC算法框架与硬件优化
        2.3.2 仿射变换系数计算方法
        2.3.3 切比雪夫距离
        2.3.4 RANSAC算法迭代次数
    2.4 特征点提取与匹配筛选系统结构
    2.5 本章小结
第3章 rBRIEF描述符构造算法硬件实现
    3.1 引言
    3.2 图像滑动窗缓存模块
    3.3 SURF特征点检测电路简介
    3.4 rBRIEF描述符构造模块硬件实现
        3.4.1 高斯滤波模块设计
        3.4.2 特征点主方向生成模块设计
        3.4.3 rBRIEF描述符生成电路设计
    3.5 图像特征点提取与匹配电路整体结构设计
    3.6 本章小结
第4章 RANSAC算法硬件加速器设计
    4.1 引言
    4.2 数据分流缓存与伪随机采样模块硬件实现
    4.3 仿射变换模型计算模块硬件实现
    4.4 一致集生成模块硬件实现
        4.4.1 局内点判别单元电路设计
        4.4.2 模型评估阵列结构设计
        4.4.3 最佳局内点掩模生成电路设计
    4.5 RANSAC硬件加速器整体结构设计
    4.6 本章小结
第5章 实验结果与分析
    5.1 引言
    5.2 rBRIEF硬件电路性能分析
    5.3 SURF-rBRIEF硬件算法性能评估
        5.3.1 模糊及光照变化测试集评估
        5.3.2 旋转图像测试集评估
    5.4 RANSAC硬件加速器电路性能分析
    5.5 RANSAC硬件算法性能评估
        5.5.1 匹配筛选功能验证
        5.5.2 定点化匹配精度损失评估
    5.6 系统整体性能评估
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FAST和DAISY的遥感图像配准算法[J]. 查易艺,孙权森,罗楠,纪则轩.  计算机应用研究. 2016(02)
[2]一种投票式并行RANSAC算法及其FPGA实现[J]. 江洁,凌思睿.  电子与信息学报. 2014(05)
[3]基于SIFT和Daisy相结合的立体匹配算法[J]. 杨薇,董洪伟,刘蕾.  计算机工程与应用. 2014(12)
[4]基于SURF-DAISY算法和随机kd树的快速图像配准[J]. 丁南南,刘艳滢,张叶,陈春宁,贺柏根.  光电子.激光. 2012(07)

硕士论文
[1]基于BRIEF描述子的特征点匹配系统[D]. 徐征辉.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于ZYNQ SoC的SURF特征点检测与匹配[D]. 蔡伟杰.哈尔滨工业大学 2017



本文编号：2986818