如何用FPGA实现实时深度感知？

2113 FPGA cpu 机器人

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 对于自主机器人导航和其它机器视觉应用来说，实时深度感知是很关键的。目前通过立体图像来计算深度的算法计算量很大，例如差异测绘，要占用CPU大量的时间，或者需要用昂贵的器件进行实时操作。 0
2019-10-17 08:28:30　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × jerry1978 该类别下有 6 个回答。邀请回答唯安an 该类别下有 5 个回答。邀请回答 vtwterwer 该类别下有 4 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 bei232 该类别下有 4 个回答。邀请回答 diaoshayu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 nyvvhxcs 该类别下有 4 个回答。邀请回答周小舟1 该类别下有 4 个回答。邀请回答 liese 该类别下有 4 个回答。邀请回答 vnwueurw 该类别下有 4 个回答。邀请回答 h1654155957.9852 该类别下有 4 个回答。邀请回答 LY90186 该类别下有 4 个回答。邀请回答 hjh22678 该类别下有 4 个回答。邀请回答 mvueurtwd 该类别下有 3 个回答。邀请回答泰坦之心该类别下有 3 个回答。邀请回答 cmh19 该类别下有 3 个回答。邀请回答 caoguiqun 该类别下有 3 个回答。邀请回答 60user128 该类别下有 3 个回答。邀请回答 ao63203 该类别下有 3 个回答。邀请回答 vmuwuerds 该类别下有 3 个回答。邀请回答举报刘伟相关推荐 • 如何在FPGA中实现实时时钟或时间和日期计数器 2144 • 要实现实时图像识别出，采用DSP ,还是ARM dsp,还是DSP FPGA哪？ 3934 • 车辆感知如何提高和发展 2994 • 如何用属性节点设置采集温度的字节数？？？ 3433 • LAbVIEW实现实时文字对话交流 2749 • labview中怎么样实现实时采集声音信号 2790 • 如何利用LabVIEW FPGA模块实现FIFO深度设定？ 3348 • 请问esp8266设置成STA模式下能与手机实现实时通信吗？ 1554 • 哪个实际相机在2到5米范围内具有最佳的深度感知和物体识别平衡？ 2509 • 用PWM9想实现实时改变PWM的频率和占空比可以的吗？ 453 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 针对立体摄像的深度感知，FPGA解决方案能使处理器的时间得到缓解，减少或除去器件的成本，例如MPU、DSP、激光器和昂贵的镜头。通过提供给机器人其环境中的差异测绘，FPGA使机器人中的CPU专注于重要的高层任务，例如建图和定位。差异测绘加深度感知到机器人的常用技术是用两个水平放置的独立摄像机，互相之间平行分开放置。用差异测绘算法对两个摄像机进行比较，见图1。图1 差异测绘计算简单来说，差异是指右面和左面图像之间的差别。物体越接近摄像机，两个图像之间的差异越大。你可以自己来做一个实验，对着你的脸水平地向上握住一支笔，不停地眨你的左眼和右眼。移动的笔越接近你的脸，你眨眼时觉得移动越多。做更多的移动时，物体越接近你的眼睛，图像中的差异越大。如图1所示，从两个图像之间物体的位置算出差异：d=x1-x2。为了计算点M的实际坐标，可通过左面和右面的摄像机来进行计算： X=Bx1/d Y=By1/d Z=fB/d 相关的问题计算差异测绘依赖于相关的图像，以及左面图像和右面图像的匹配性质。逐点计算相关的像素的计算量是很大的，因此用其它算法来简化这个问题。有一种方法称为图像点相关，仔细检查左面图像的像素块，称为点，然后在右面图像中寻找相同的点。其它的方法包括边沿检测和匹配。一旦定位了相应的图像，就可进行差异计算。失真与曝光问题如果使用高质量的摄像机，可以忽略镜头失真。为了省钱，使用便宜的CMOS 或者CCD摄像机，或者低成本广角镜头。这些较低质量的产品会引入失真或曝光问题。镜头会引起比例和定位失真，例如白点效应，靠近图像外面的物体出现弯曲状，使用众所周知的图像处理算法可以进行补偿。针对移动或者其它几何算法，纠正白点的一种方法是使用坐标的查找表重测图像中的像素。在非常明亮和非常暗的环境中，其它的算法需要可靠地捕获图像中的详细特征。例如，针对不同的区域确定最佳的曝光设置，使用区域的合成图像可以补偿缺少背景亮度。

2019-10-18 14:25:16 评论举报李林

答案对人有帮助，有参考价值 0 用含有嵌入式DSP的FPGA的解决方案本文中阐述的深度感知算法计算复杂，以实时的视频速率来实现。系统设计者必须评估CPU/软件、ASIC, ASSP(例如DSP处理器)和FPGA解决方案，确定哪个是最佳的，以及FPGA价格。图2展示了提出的FPGA协处理器解决方案，解决失真、曝光、通信和针对深度感知差异测绘算法。这个方法使CPU腾出时间，允许DSP处理器处理更多的串行任务。图2 FPGA支持计算量大的差异测绘算法通常选择FPGA时，需要评估三个电路方面的需求： ●针对利用并行特性的协处理功能，DSP的功能和性能。 ●DDR(双数据速率)和LVDS(低电压差分信号)支持接口至片外SDRAM缓冲存储器，直接连接到来自摄像机的图像数据。 ●安全方案以保护知识产权。对于图像处理算法，传统的DSP处理器的并行功能有限，每个DSP芯片只有1到4个乘法器，见图3中的左面。因此DSP用很高的时钟速率来进行补偿，时钟速率高达1GHz或更高，以达到高的吞吐量。需要很快完成的复杂串行任务的DSP算法应该用DSP处理器实现。然而，许多深度感知图像处理功能需要大量的并行处理，例如线性插值技术，媒体滤波器和几何估计。与DSP芯片比较，FPGA可以用并行来执行串行功能，以加速系统性能，见图3的右面所示。例如图像对应是很简单的算法，比较大量的像素值，或者两个图像之间的像素点。为了得到有效均方差的和(SSD)，图像对应算法必须对图像中的像素进行百万次计算，对串行执行功能的DSP芯片来说这是一个挑战性的任务。具有DSP功能的FPGA包含几个乘法器块，但是一些FPGA还有嵌入式加法器、减法器和大大增加处理性能的累加器。尽管低成本FPGA以低于300MHz系统时钟频率工作，但用片内多个DSP块以并行方式实现多个DSP功能可以达到高的DSP吞吐量(3,000 MMAC)。存储器和DDR 由于有多个乘法器，利用FPGA并行的灵活性有益于存储器的访问。能够容易地并行访问各种存储器。片内分布式存储器可以用来建立小的高性能便笺，针对去除白点使用坐标的查找表，对于在图像中再测绘像素是很有用的。片内较大的嵌入式存储器块能构建较大的高性能存储器，用于FIFO和线缓冲器。片外存储器DDR II SDRAM可以提供大的高性能存储器。针对常用于图像处理，存储整个帧的DDR SDRAM，FPGA可以为DDR SDRAM提供存储器控制和接口。较低的时钟速度(100MHz以下)，DDR存储器控制器接口是容易做的，可用FPGA中的通用I/O和逻辑实现。然而在较高的频率，拥有专门电路的FPGA要求稳健的DDR存储器接口。不是所有FPGA器件都有这些专门电路的，实现高速DDR存储器接口的成本和复杂性差别很大，取决于特殊的FPGA。 LVDS 针对摄像机和通过LVDS接口的视频芯片集的深度感知，例如摄像机链接， FPGA接口图像处理引擎。LVDS是低噪声、低功耗，小摆幅差分信号用于通过铜线传送高速(每秒吉比特)数据。作为一个用于视频接口的例子是7:1 LVDS接口，有多个LVDS信号对用于数据传送，一个信号对用于时钟。对一些FPGA来说，这是本身的I/O接口。视频数据通过3个LVDS对进入FPGA，I/O结构对这个包进行解串，然后把FPGA中并行的数据送到逻辑阵列。安全性因为自主的机器人有时用于军事应用，在配置期间FPGA不应对系统引入额外的脆弱性。对于基于SRAM的FPGA，配置数据来自外部的非易失存储器。有些FPGA拥有内置的128位AES解密引擎，防止黑客通过逆向工程来获取FPGA中的功能。只要密钥是未知的，AES配置位流加密提供了保护措施。然而，非易失FPGA完全去除了这种安全性的风险。一些非易失FPGA在同一芯片上组合了Flash和SRAM。上电后SRAM获得工作配置。这种技术提供了高配置安全性，同时又利用了SRAM无限次重构的优点。结语支持DSP、差分信号LVDS和DDR II存储器接口的FPGA使得机器人的实时感知成为可能。对于机器人的立体视觉应用，针对实时图像处理实现，CPU、DSP处理器和FPGA协处理器的组合能够对性能和价格做出最佳的平衡。FPGA能够处理高度并行差异测绘和深度感知算法。DSP进行较少并行处理、高速和简单代码的更加复杂的功能。CPU做需要灵活性和高层软件实行的那些部分。基于Flash，非易失LatticeXP2 FPGA支持许多需求，包括LVDS、内置DDRII存储器和完整特性的DSP块，以及大量的可编程逻辑和存储器块支持接口和其它的定制功能。许多DSP知识产权核和MATLAB SIMULINK使设计更加便利。Lattice还有基于7:1 LVDS视频接口的参考设计和平台。免费参考设计IP提供的一些功能是色深度转换、亮度、对比度和视频覆盖。

2019-10-18 14:25:21 评论举报杨柳