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基于FPGA的车道偏离预警系统设计

作　者: 王仁智
导　师: 高振斌
学　校: 河北工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 机器视觉 车道偏离预警系统 中值滤波 边缘检测 霍夫变换 直线检测
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着经济实力的不断增强，人民生活质量得到了极大的改善。目前我国汽车保有量仅次于美国位居世界第二。汽车的普及在给人民出行带来了方便的同时也产生了诸如交通事故在内的负面效应。在世界各国范围内，交通事故每年都造成大量的人员伤亡和财产损失。为了减少交通事故，各种汽车安全技术已经成为各个国家研究的焦点。车道偏离预警系统作为一项重要的汽车主动安全技术具有广泛的研究意义。与国外相比国内相关技术研究起步较晚，截止目前大量的学术成果还集中在基于PC机环境的算法研究。值得一提的是在最近一两年已有基于DSP的嵌入式车道偏离预警系统的相关产品面世。目前国内对于基于FPGA的车道偏离预警系统的相关研究较少，本文提出了一种基于FPGA和机器视觉设计方法。由于FPGA具有并行处理和流水线结构的特点，所以采用FPGA的设计能获得更快的处理速度。在文中，CMOS光传感器采集到的图像信息经过FPGA的一系列的包括中值滤波和边缘检测在内图像预处理过程之后，通过Hough变换的方法识别出了车道线在图像中的位置。文中对系统设计进行了前仿真验证和门级仿真验证。论文主要工作如下：1)在FPGA中设计完成了OV7620光传感器驱动接口模块，完成了功能仿真和门级仿真，并搭建了验证平台，对驱动接口进行了验证。2)对比分析了常见的几种图像滤波方法，最终选用了运算量较小又能尽量保存图像边缘信息的中值滤波方法，并在现有滤波方法基础上进行了改进。边缘检测算子采用了Sobel算子实现了图像边缘检测。设计了各个功能模块，并对各个模块进行了功能仿真和门级仿真。3)直线识别采用了具有较强鲁棒性的Hough变换的方法，通过分析Hough变换的特点，设计出了合理的Hough变换结构。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  §1-1 课题提出的背景意义  9-10
  §1-2 车道偏离预警技术的发展现状  10-12
  §1-3 目前存在的问题和技术难点  12-13
  §1-4 论文主要的研究内容和章节安排  13-15
第二章 车道图像信息采集  15-25
  §2-1 引言  15
  §2-2 OV7620 图像传感器  15-17
  §2-3 OV7620 与 FPGA 接口设计  17-21
    2-3-1 OV7620_trl 模块设计  17-18
    2-3-2 Uart2bus_top 模块  18-20
    2-3-3 顶层设计  20-21
  §2-4 设计仿真  21-23
  §2-5 本章小结  23-25
第三章 车道图像的预处理  25-39
  §3-1 图像中感兴趣区域的截取  25-26
  §3-2 车道图像滤波处理  26-32
    3-2-1 图像滤波方法  26-27
    3-2-2 中值滤波基本原理  27-28
    3-2-3 中值滤波的硬件实现  28-32
  §3-3 车道图像的边缘检测  32-36
    3-3-1 几种经典的边缘检测算法  32-33
    3-3-2 Sobel 边缘检测算法  33-35
    3-3-3 Sobel 边缘检测在 FPGA 中的实现  35-36
  §3-4 设计仿真  36-37
  §3-5 本章小结  37-39
第四章 HOUGH 变换法检测车道标识线  39-57
  §4-1 HOUGH 变换基本原理  39-41
  §4-2 改进的 HOUGH 变换  41-45
    4-2-1 改良 Hough 变换的思路  41
    4-2-2 空间并行结构  41-42
    4-2-3 流水线结构  42-43
    4-2-4 三角函数的计算  43-44
    4-2-5 投票操作与最终直线参数的确定  44-45
  §4-3 HOUGH 变换在 FPGA 中的实现  45-53
    4-3-1 特征点存储结构  45-46
    4-3-2 （ρ, θ）生成结构  46-49
    4-3-3 地址生成结构  49-50
    4-3-4 投票结构  50-53
  §4-4 顶层设计与仿真  53-55
  §4-5 本章小结  55-57
第五章 试验结果分析  57-63
  §5-1 硬件资源消耗分析  57-58
  §5-2 设计仿真结果  58-61
    5-2-1 图像预处理模块仿真  58-59
    5-2-2 车道标识线识别模块仿真  59-61
  §5-3 本章小结  61-63
第六章 总结和展望  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
攻读学位期间所取得的相关科研成果  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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