1簡(jiǎn)述

本設(shè)計(jì)基于顏色特征識(shí)別實(shí)現(xiàn)，這個(gè)并不算高大上的算法，個(gè)人能力有限再加上FPGA算法實(shí)現(xiàn)難度不小，所以采用最簡(jiǎn)單的算法實(shí)現(xiàn)，作為FPGA的入門(mén)學(xué)習(xí)足以。這個(gè)設(shè)計(jì)是19年4月左右做出來(lái)的，那時(shí)自己對(duì)FPGA的認(rèn)知比較朦朧、FPGA的開(kāi)發(fā)能力也一般，所以在本設(shè)計(jì)上有很多有問(wèn)題的地方，到現(xiàn)在也沒(méi)時(shí)間去修改，希望有能力的小伙伴來(lái)完善，在此先謝謝了！

在初學(xué)FPGA的時(shí)候，根據(jù)鄧堪文的《SDRAM的那些事兒》視頻教程完成了基于FPGA的圖像采集系統(tǒng)。但是Bug很多，當(dāng)時(shí)我的能力太差沒(méi)能解決問(wèn)題 ，所以后面的做的圖像處理項(xiàng)目都沒(méi)用使用。本設(shè)計(jì)也是一樣，使用的是FPGA板卡配送的圖像采集例程，我在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的開(kāi)發(fā)，添加圖像處理模塊以及二軸舵機(jī)控制模塊。

2 算法架構(gòu)

圖像采集顯示流程一般是：FPGA把攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)緩存到SDRAM，再?gòu)腟DRAM搬運(yùn)到LCD驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輸出顯示。從圖1總體框圖可以知道，在LCD圖像流輸出時(shí)進(jìn)行圖像處理。圖像處理模塊采用流水線處理的方式，先后完成RGB2YCbCr（二值化）、膨脹腐蝕的形態(tài)學(xué)濾波和目標(biāo)物體坐標(biāo)提取，最后輸出圖像以及物體的坐標(biāo)。然后舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)兩軸舵機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤。

圖1

3 圖像算法模塊的簡(jiǎn)單介紹

下圖是圖像處理模塊頂層的部分截屏，這個(gè)實(shí)現(xiàn)圖像選擇輸出，通過(guò)按鍵來(lái)選擇原圖、二值化、腐蝕以及膨脹這四種圖像效果的其中之一輸出。

圖2

頂層例化所有的圖像算法模塊，同時(shí)也有串口，這是為了方便調(diào)試二值化的閾值參數(shù)，可以縮短調(diào)試時(shí)間，提高效率。

圖3

下圖是目標(biāo)物體坐標(biāo)提取模塊的，計(jì)算辦法就是把有效的坐標(biāo)做累加，最后除以有效像素的數(shù)量就可以得到目標(biāo)物體的坐標(biāo)了。

圖4

串口接收的調(diào)參數(shù)據(jù)最后用在RGB2Ycbcr模塊里，未注釋的就是最后調(diào)參完成確定的閾值。當(dāng)你需要調(diào)整閾值時(shí)把上部分注釋?zhuān)∠虏糠肿⑨?。串口調(diào)參命令為：01xx0102xx0203xx0304xx04。xx為你需要輸入的值，4個(gè)xx分別對(duì)應(yīng)調(diào)參的四個(gè)數(shù)據(jù)。

圖5

圖像處理有疑惑就這些地方了，其他的像算法實(shí)現(xiàn)原理自己百度看博客學(xué)習(xí)吧，內(nèi)容太多但是不復(fù)雜。

4 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

舵機(jī)控制就是產(chǎn)生PWM，具體原理百度。下圖產(chǎn)生0.4us的基準(zhǔn)時(shí)間，在這個(gè)基準(zhǔn)上再產(chǎn)生20ms的舵機(jī)控制周期，pulse_cnt。

圖6

將圖像處理模塊得到的水平、垂直兩個(gè)方向的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的控制值。坐標(biāo)與中心坐標(biāo)相減得到目前物體的偏移量，這里除以一個(gè)系數(shù)是進(jìn)行PID的比例調(diào)節(jié)。直接用 / 有點(diǎn)違規(guī)，這里最好使用除法器IP處理下。最后得到x_value和y_value值，這是控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的值，與上面得到的pulse_cnt比較輸出PWM。

圖7

審核編輯 ：李倩