[发明专利]一种空间标志物动态坐标实时捕捉相机

权利要求书

1.一种空间标志物动态坐标实时捕捉方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，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；

步骤二，FPGA图像处理模块对数据进行并行处理

FPGA的图像输入接口模块接收来自图像传感器的输出信号；FPGA的图像处理模块一边对图像数据进行均值滤波，把滤波后的数据输出到切换模块，一边并行处理提取出动态标志物的边缘坐标数据，过程如下：

(1)首先对图像中的像素灰度值进行二值化处理；将每帧图像中的所有像素的灰度值都分别与阈值进行比较；比阈值大，置为1，否则为0；定义一个4位wire型变量mark_state，用来表示四个连续像素的二值化后的结果；

(2)当mark_state的值为4'b0001，当前的图像列坐标为左边缘坐标x1；当mark_state的值为4'b1110时，当前图像的列坐标为右边缘坐标x2，当前的行坐标为纵坐标y；把这三个数据写成数据段(x1，x2，y)的形式；

(3)检测到右边缘时把双口块RAM1的写使能信号BRAM_WEN置为1，开始向双口块RAM1输入数据信号BRAM_DATA中依次写入x1、x2和y；然后把BRAM_WEN置0；重复检测右边缘，直到把整帧图像中所有动态标志物的边缘坐标数据全部检测出来；并且把所有的数据段数据存入双口块RAM1中；

步骤三，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软核通过双口块RAM控制器来读写双口块RAM；MicroBlaze通过双口块RAM1的控制器从双口块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；双口块RAM1和双口块RAM2都是用一个端口用来读，另一个端口用来写；双口块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；双口块RAM1的端口B是读出边缘坐标数据的端口，与双口块RAM1控制器的输入信号端口相连；双口块RAM2端口A是写入动态标志物的质心坐标数据的端口，与双口块RAM2控制器的输出信号端口相连；双口块RAM2的端口B是读出质心坐标数据的端口，也与切换模块相连；

在MicroBlaze中通过读数据函数XIo_In32读取出双口块RAM1中的所有边缘坐标数据存储到DDR3中；MicroBlaze软核连通域快速检测计算，遍历一次DDR3中的边缘坐标数据段，将计算出的动态标志物的质心坐标存储到DDR3中，再通过写数据函数XIo_Out8将坐标计算结果写入到双口块RAM2中。

2.如权利要求1所述的一种空间标志物动态坐标实时捕捉方法，其特征在于，MicroBlaze软核中连通域的快速检测计算的具体步骤如下：

(1)对一些数据进行初始化，total表示一共有多少个数据段；i表示计数数据段的个数，初始化为1，即从第一个数据段开始判断；n表示当前一共有多少个动态标志物连通域，初始化为1；j表示当前判断的是第几个动态标志物的连通域；初始为1；row_num[j]表示第j个动态标志物占有多少行，初始化为1；mark_num表示一共计算了多少个动态标志物的质心坐标；初始化为0；

(2)判断当前数据段个数i是否小于等于total；若不满足条件，依次计算出当前n个动态标志物质心坐标，再把mark_num与n和的值赋给mark_num，结束一帧图像所有动态标志物的坐标计算；若满足条件，则对j赋初值1，即对当前已有的n个连通域逐一进行判断；

(3)判断j是否小于等于n，不满足，说明第i个数据段不在当前的n个动态标志物连通域内，而在一个新的连通域内，增加当前连通域的个数，将n的值加1；计算第n个新连通域在x和y方向上的像素，再把i的值加1，对下一个数据段进行循环判断；直到i的值大于total，计算出整帧动态标志物质心坐标；

(4)若j小于等于n，则判断第i个数据段是否在第j个动态标志物的连通域内，若满足，把第j个连通域在x和y方向上的像素坐标分别累加；再把row_num[j]加1，变量i加1，对下一个数据段进行循环判断，直到i大于total；

(5)当第i个数据段不属于第j个动态标志物的连通域时，判断是否隔行；

1)隔行，即当前数据段的纵坐标数据与第j个连通域的最后一行纵坐标数据的差值大于2，则后面的数据段都不在第j个连通域内，因此计算出第j个连通域的质心坐标，mark_num个数累加1；删除第j个连通域，用后一个(第j+1)连通域的数据覆盖掉前一个(第j个)连通域的数据，直到用最后一个(第n个)连通域覆盖掉第n-1个连通域的数据；连通域个数n减1；计算j减1后，再用j加1，即判断当前第i个数据段是否在当前第j个动态标志物的连通域内；

2)不隔行，直接判断当前第i个数据段是否在下一个动态标志物的连通域，计算j＝j+1，对下一个连通域进行判断；继续循环判断，直到i大于total。