[发明专利]一种基于SOC-FPGA的线结构光图像快速处理系统

权利要求书

1.一种基于SOC-FPGA的线结构光图像快速处理系统，其特征在于：包括线激光发射单元、图像数据采集单元和处理单元；

所述线激光发射单元根据处理单元的控制信号发射出线激光条投影到被测物表面；

所述图像数据采集单元受控于处理单元，采集所述线激光条的彩色图像或灰度图像，并将采集到的彩色图像或灰度图像传输到处理单元；当所述处理单元接收到的图像为彩色图像时，先对其进行处理，得到对应的灰度图像；

所述处理单元包括SOC处理单元和FPGA处理单元；所述FPGA处理单元通过总线与SOC处理单元相互通讯，所述FPGA处理单元将接收到的灰度图像利用图像处理算法IP核进行图像处理，得到激光条的中心亚像素坐标；

其中，所述图像处理算法IP核包括以下处理过程：

a、读入灰度图像，通过初步滤波，得到待处理激光条图像数据流；

b、利用FPGA对所述待处理激光条图像数据流中的每一个像素同时进行卷积计算，获取每一像素对应的r_xx、r_xy、r_yy、r_x、r_y；

其中：r_xx表示图像沿x方向的二阶偏导；r_xy表示图像沿x方向求一阶偏导，再对一阶偏导的结果沿y方向求一阶偏导；r_yy表示图像沿y方向的二阶偏导；r_x表示图像沿x方向的一阶导数，r_y表示图像沿y方向的一阶导数；

FPGA内设置有五个卷积模块，分别对应单独计算r_xx、r_xy、r_yy、r_x、r_y；所述五个卷积模块分别将待处理激光条图像数据流的卷积计算拆解为行卷积和列卷积，利用卷积模块内的行卷积模块、列卷积模块分别计算行卷积和列卷积，并且所述五个卷积模块对待处理激光条图像数据流计算完行卷积后再计算列卷积或者计算完列卷积后再计算行卷积，最终得到每一像素对应的r_xx、r_xy、r_yy、r_x、r_y；

c、利用步骤b得到的结果计算Hessian矩阵，Hessian矩阵表示为：；再求取Hessian矩阵最大特征值对应的特征向量（n_x，n_y），设定基准点为（x₀，y₀），则激光条中心的亚像素坐标为：，

式中；

d、所述SOC处理单元通过总线接收FPGA处理单元传输的所述激光条中心的亚像素坐标数据，并按照方式一或者方式二根据所述激光条中心的亚像素坐标数据计算得到被测物表面特征信息；

方式一：

1）SOC处理单元读取FPGA中的激光条中心的亚像素坐标数据后，对所有激光条中心点的坐标进行一次按行坐标递增的排序；

2）将所有激光条中心点的坐标由图像坐标系转换到相机坐标系下，去掉垂直于线激光平面的分量，得到第一组数据；

3）将第一组数据进行最近邻检索，得到断点两侧激光条中心点的排序坐标，分别拟合曲线；

4）分别从拟合曲线中确定直线段和圆弧段，确定断点两端最相近的直线段的端点坐标，继而计算间隙、面差；

方式二：

① SOC处理单元读取FPGA中的激光条中心的亚像素坐标数据后，对所有激光条中心点的坐标进行一次按行坐标递增的排序；

② 将所有激光条中心点的坐标由图像坐标系转换到相机坐标系下，去掉垂直于线激光平面的分量，得到第一组数据；

③将第一组数据中来源于不同相机的数据统一到同一相机坐标系下，记为第二组数据；

④将第二组数据进行最近邻检索，得到断点两侧激光条中心点的排序坐标，分别拟合曲线；

⑤分别从拟合曲线中确定直线段和圆弧段，确定断点两端最相近的直线段的端点坐标，继而计算间隙、面差。