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基于FPGA的3D摄像系统设计与实现方法研究

作　者: 曾鸣
导　师: 姜威；高传贵
学　校: 山东大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: FPGA 色差式立体显示 CMOS图像传感器图像缓冲
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 109次
引　用: 1次
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内容摘要

本文追溯了人类对立体视觉的研究历史。公元前200多年,人类就开始对立体视觉的研究,但长时间内,这项研究一直进展不大。直到1838年,立体镜的出现,人类才发觉立体视觉形成的最重要的因素,是双眼视差。21世纪后,立体显示技术得到了较快的发展。立体显示方法分为：全息显示和非全息显示两大类。非全息类又有：裸眼立体显示方法和非裸眼立体显示方法两类。非裸眼立体显示原理是让双眼分别接收到两幅不同的视差图像,使人眼观看到立体图像。因此拍摄立体视频,需要采集到两个含有视差视频图像,通过视频处理,使双眼观察到两幅含有视差的图像,产生立体效果。本文作者采用3D视频图像拍摄系统设计和实现方法作为硕士研究生的研究课题。作者根据立体视觉原理,设计了一套基于FPGA的3D立体拍摄系统。它采用两个CMOS图像传感器进行图像采集,并通过Altera公司CycloneⅢ系列FPGA器件进行立体图像的实时处理。它的处理流程如下：首先,由两个500万像素CMOS图像传感器进行图像采集,得到Bayer模式的视频图像。其次,将Bayer模式的视频图像插值处理后,得到RGB24标准的图像数据。再次,利用FPGA内部的存储器,组成视频FIFO进行视频数据的缓冲。最后,缓冲后的图像,通过色差图像处理,得到色差式立体视频图像。将该立体视频图像驱动至LCD屏显示,通过色差式立体眼镜即可观看到立体图像。本文设计与实现的3D立体拍摄系统,有外围设备少、系统集成度高、色差式立体显示,观看方式简便等特点。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
符号说明及名词解释  10-12
第一章绪论  12-16
  1.1 研究背景  12
  1.2 3D视频图像技术概述  12-13
  1.3 FPGA概述  13-14
  1.4 本文的主要工作以及论文内容  14-16
第二章立体视频图像理论基础  16-23
  2.1 3D视频图像技术的发展历史  16-18
  2.2 3D视频拍摄的理论基础  18-19
    2.2.1 立体成像的原理  18-19
    2.2.2 3D视频图像拍摄方法  19
  2.3 3D视频图像显示的理论基础  19-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章系统整体结构设计  23-32
  3.1 硬件结构设计  23-27
    3.1.1 硬件结构设计  23-25
    3.1.2 器件选择  25-26
    3.1.3 FPGA开发平台  26-27
  3.2 CMOS图像传感器配置  27-31
  3.3 本章小结  31-32
第四章 3D数字视频图像处理  32-54
  4.1 视频图像数据处理流程  32-35
    4.1.1 视频图像的Bayer模式  33-34
    4.1.2 视频图像的RGB模式  34
    4.1.3 拜尔模式转换为RGB模式的插值方法  34-35
    4.1.4 立体(3D)视频图像数据流的生成  35
  4.2 视频图像数据处理模块  35-48
    4.2.1 CMOS图像传感器输出视频图像数据的插值处理  35-41
    4.2.2 视频信号的3D处理  41-48
  4.3 立体摄像机LCD屏幕显示驱动设计  48-54
第五章总结  54-57
  5.1 研究工作总结  54-55
  5.2 挑战与展望  55-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
攻读学位期间发表的学术论文目录  61-62
学位论文评阅及答辩情况表  62

基于FPGA的3D摄像系统设计与实现方法研究

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