[发明专利]一种基于ZYNQ硬件加速的视觉里程计

说明书

本发明提供一种基于ZYNQ硬件加速的视觉里程计，包括：图像传感器模块及运算平台，所述运算平台包括：处理系统及具有FPGA架构的可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块包括：加速单元，所述加速单元用于通过Vivado HLS工具将所述处理系统中的OpenCV库函数中的耗时算法编译为RTL，在FPGA逻辑中对所述耗时算法进行加速运行处理。通过选择高性能的硬件平台，能把耗时的算法放到FPGA架构中加速运行，这样使得视觉里程计对图像处理的速度大大加快，能显著提高视觉里程计处理图像的效率，让视觉里程计的系统有较好的时效性和通用性；体积较小、重量轻，高效运行耗时视觉算法，同时满足严格的功耗和实时性要求。

技术领域

本发明属于自主机器人定位导航的技术领域，尤其涉及一种基于ZYNQ硬件加速的视觉里程计。

背景技术

视觉里程计从机器人运动过程获取的环境图像中提取环境特征,根据相机成像投影模型和环境特征的图像坐标变化，估计机器人的位姿变化，是一种被动非接触测量方式的机器人相对定位方法。相比于码盘式里程计、惯导和GPS等定位方法，视觉里程计具有累积误差小、不受环境地表特性和应用空间限制等突出的优点，是解决自主机器人在GPS无法应用环境下精确自主定位问题的一种有效技术途径。

OpenCV开辟了一条开发智能计算机视觉算法的途径，为设计人员提供了用于算法试验和快速原型设计的环境，但是OpenCV对于一些耗时算法运行效率较低，会影响到整个系统对实时性的要求。因此，本领域技术人员面临的挑战是如何高效地实现在视觉里程计中所应用的各种视觉算法，同时满足严格的功耗和实时性要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于ZYNQ硬件加速的视觉里程计，以解决目前视觉里程计由于OpenCV对于一些耗时算法运行效率较低导致视觉里程计的运行速度低且功耗高的技术问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种基于ZYNQ硬件加速的视觉里程计，包括：图像传感器模块及运算平台，所述运算平台包括：处理系统及具有FPGA架构的可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块包括：加速单元，所述加速单元用于通过Vivado HLS工具将所述处理系统中的OpenCV库函数中的耗时算法编译为RTL，在FPGA逻辑中对所述耗时算法进行加速运行处理。

在一些可选的实施例中，所述耗时算法包括：OpenCV在图像预处理过程中运行的图像降噪增强算法和FAST角点检测算法。

在一些可选的实施例中，所述处理器系统与所述可编程逻辑模块通过AXI总线相连。

在一些可选的实施例中，所述图像传感器模块是型号为mvBlueFox-MLC200wG的紧凑型工业USB 2.0相机。

在一些可选的实施例中，所述运算平台为Zynq-7000运算平台，所述图像传感器模块上的Mini-B型USB口与Zynq-7000运算平台扩展的USB接口通过数据连接线连接。

本发明所带来的有益效果：通过选择高性能的硬件平台，能把耗时的算法放到FPGA架构中加速运行，这样使得视觉里程计对图像处理的速度大大加快，能显著提高视觉里程计处理图像的效率，让视觉里程计的系统有较好的时效性和通用性；体积较小、重量轻，高效运行耗时视觉算法，同时满足严格的功耗和实时性要求。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。