[发明专利]一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机

说明书

本发明公开了一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机。首先CMOS图像传感器将实时图像数据、帧有效信号、行有效信号和输出时钟等信号传输到FPGA芯片上。然后FPGA对图像数据进行并行处理。可以将图像数据或计算出的动态标志物实时坐标数据发送千兆网。然后千兆网再把数据传输到上位机。最后上位机MFC界面实时显示图像或者标志物质心的运动轨迹。通过上述方式，本发明能够实现实时显示分辨率为1280×720，100帧/秒的图像。还能够实现在图像辨率为1280×720、100帧/秒的条件下，可以实时计算出200多个动态标志物的质心坐标。

技术领域

本发明属于FPGA嵌入式图像处理技术领域，涉及一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机。基于FPGA并行图像处理，可以在帧率为100帧并且1280×720的高分辨率下，最多可以实时计算出图像中200多个动态标志物的空间坐标。

背景技术

运动捕捉系统在动漫制作、运动员训练、互动式游戏等领域应用非常广泛。在动漫制作时，可以通过捕捉真人的动作，然后进行三维动画合成，可以极大的提高动画制作的效率，降低了成本，提高了动漫制作的水平。通过捕捉运动员的动作，便于进行量化，结合人体生理学、物理学原理，研究改进的方法，使体育训练摆脱纯粹依靠经验的状态，进入理论化、数字化的时代。还可以把成绩差的运动员的动作捕捉下来，将其与优秀运动员动作进行对比分析，从而帮助其训练。在互动式游戏开发领域，可以利用运动捕捉技术捕捉游戏者的各种动作，用以驱动游戏环境中角色的动作，给游戏者以一种全新的参与感受，加强游戏的真实感和互动性。此外，运动捕捉系统在医疗，机器人，无人机等领域应用也非常广泛

当图像大小为1280×720时，传统的图像处理算法按照中值滤波、边缘检测和重心计算处理完一幅图像时间都在50ms以上，实时性较差，算法复杂度高。针对上述背景内容，提供一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机具有重要使用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机，该空间标志物动态坐标实时捕捉相机基于FPGA高速并行处理的特点，图像的采集和数据处理都在FPGA单芯片中进行。在高帧率高分辨率的条件下，实时性好，结构简单。

本发明采用的技术方案如下：

一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机设计，步骤如下：

1.CMOS图像传感器电路连接

FPGA通过IIC总线的SCLK时钟和SDATA数据信号向将CMOS图传感器的寄存器中写入设置的参数。包括工作模式、图像和增益的大小等设置。FPGA还向传感器提供12.5MHz的主输入时钟EXTCLK，然后通过传感器的片上锁相环倍频成96MHz的像素时钟PIXCLK。FPGA还要为其提供曝光触发信号TRIGGER，用来控制图像帧率，当TRIGGER为低电平时，就会触发一帧图像，低电平时间的长短决定曝光时间的长短。图像传感器把输出的图像数据DOUT、输出像素时钟PIXCLK、帧有效信号FV和行有效信号LV等信号传输到FPGA上。通过两排插针将FPGA与CMOS图像传感器连接起来。

2.MicroBlaze嵌入式软核与FPGA的数据交换

DDR3作为MicroBlaze的内存，缓存从双口块RAM1中读取的数据段。DDR3通过多端口内存控制器MPMC连接到MicroBlaze内核。MicroBlaze软核通过块RAM控制器来读写双口块RAM。MicroBlaze通过双口块RAM1的控制器从块RAM1读取边缘坐标数据；MicroBlaze通过双口块RAM2的控制器向双口块RAM2写入动态标志物的质心坐标数据。在本发明中，两个双口块RAM都是用一个端口用来读，另一个端口用来写。块RAM1的端口A是写入边缘坐标数据的端口，与FPGA图像处理模块相连。端口B是读出边缘坐标数据的端口，与块RAM1控制器的输入信号端口相连；块RAM2端口A是写入动态标志物的质心坐标数据的端口，与块RAM2控制器的输出信号端口相连。端口B是读出质心坐标数据的端口，也与切换模块相连。