本发明专利技术涉及一种实时视频图像坐标识别系统及其方法，包括图像传感器，FPGA嵌入式系统，SDRAM存储器以及USB控制器。通过进行实时视频采集、视频分析、捕获特征点，特征点位置坐标变换与计算机通信等一系列工作，实现了对数字视频图像的实时坐标识别以及交互式操作。本发明专利技术具有很好的定位精度，定位误差小于2.5mm，同时具有功耗低，成本低，体积小，便于携带等优点。
【技术实现步骤摘要】
本 申请涉及一种图像坐标识别系统及其方法，尤其地，涉及一种基于FPGA的，其可进行交互式投影定位。
技术介绍
随着多媒体技术的不断发展，需要对视频图像进行实时的处理，以及同步的坐标识别及定位，进而进行一些交互式操作。因此，一些相关的处理系统便应运而生。较为常见的交互式投影定位主要有以下几种方式(1)超声波定位这是基于回音三角定位技术来进行定位，该技术实现难度较小，但是精度比较差， 通常有1 5CM的误差，而且容易受到反射平面上其他物体干扰，所以使用的产品比较少。(2)超声波与红外结合的方式该方式将超声波三角定位和红外超声速度差定位两种方式相结合，是主流的特征点定位方式。此类方式的优点在于定位比较精确，缺点在于必须安装在投影白板上。这对于使用投影幕的用户来说不是很方便。(3)激光光电定位方式该方式首先采集激光光点信息，然后通过坐标变换来定位，但要求激光亮度高，光斑小。(4)红外整列阵列这种技术通过安装红外发射接收器阵列，由特征物体遮挡红外光导致接收器阵列出现的亮暗变化来定位特征点。但此技术安装比较麻烦，而且对于大尺寸的发射接收器来说，存在耗电量比较大的问题。(5)基于触摸屏定位将特制的触摸屏安装在白板表面，然后根据压力导致的电压/电容变化确定压力点位置。但对于大尺寸的交互式投影场合，安装大尺寸触摸屏费用非常昂贵。因而，使用嵌入式系统进行实时的视频图像处理已经成了当前研究的热点课题。 为了实现嵌入式系统的图像处理，现有的方法包括首先将图像数据经过专用处理电路，如硬件电路模块或专用DSP，进行采集和压缩处理；然后，将处理后的信号传送至嵌入式处理器以进行相关的处理。然而，采用专用处理电路进行图像数据的采集和压缩处理，虽然能够较大的提高处理速度，但是由于其增加制造成本、增大电路体积、增大功耗，并且对图像的处理方式相对固定，难以根据实际需求灵活改变，从而使得上述方式的嵌入式图像处理系统的应用受到了一定程度的限制。另一方面，在对视频图像的实时处理时，需要进行有效的坐标识别，从而进行一系列的相关操作，如人脸识别，车牌识别，定位识别等，进而可在坐标识别的基础上进行一系列交互式操作，从而可实时的对所采集到的图像进行相关的调整和处理。然而，现有技术中对视频图像进行的坐标识别通常存在定位精度不够，定位误差较大的问题，从而不能准确有效的进行后续交互式操作。因此，本专利技术提供一种基于FPGA的嵌入式实时视频图像识别系统，其体积小，功耗低，功能性强，便于携带，可广泛的应用于相应的处理系统中。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于FPGA的实时视频图像坐标识别系统及方法，其能够高效的进行实时坐标识别，使得定位误差小于2. 5mm,同时具有功耗低，成本低，体积小，便于携带等优点。一方面，按照本专利技术，提供一种基于FPGA的实时视频图像坐标识别系统，所述系统包括图像传感器，用于采集视频图像；同步动态随机存取存储器，用于存储采集到的视频图像数据；FPGA嵌入式系统，其中所述FPGA嵌入式系统包括同步动态随机存取存储器控制器，用于控制所述同步动态随机存取存储器的操作；数字信号处理单元，用于对采集到的视频图像数据进行处理；控制单元，用于控制所述FPGA嵌入式系统的操作；USB控制器，用于控制所述FPGA嵌入式系统与外部设备的通信。其中，在视频采集镜头后还安装一红外滤光片，并在在视频图像的采集后，进行视频采集镜头的畸变校正。其中，所述图像传感器为COMS图像传感器，在所述FPGA嵌入式系统的配置下采集到的视频图像分辨率为640x480，采集帧率为60帧/秒。其中，所述同步动态随机存取存储器被配置为全页突发模式，采用异步FIFO作为其与所述FPGA嵌入式系统之间的数据缓冲器。其中，所述数字信号处理单元又包括图像预处理模块和数字识别模块，所述图像预处理模块对图像进行图像增强、二值化、归一化、细化、数字特征值提取等操作，所述数字识别模块进行建立数字特征库，模板匹配数字识别等操作。其中，所述USB控制器为FT245BM。另一方面，按照本专利技术，提供一种基于FPGA的实时视频图像坐标识别方法，该方法包括利用图像传感器采集视频图像数据；利用畸变变形参数，对视频采集镜头进行畸变校正；将所述采集到的视频图像数据存储于同步动态随机存取存储器；在FPGA嵌入式系统中对所述视频图像数据进行处理，其中所述处理包括对 图像进行预处理和数字识别，而所述图像预处理包括对图像进行图像增强、二值化、归一化、细化、数字特征值提取等处理，所述数字识别处理包括进行建立数字特征库，模板匹配数字识别等处理；将所述FPGA嵌入式系统处理后得到的数据经由USB控制器传输至外部设备。其中，在视频采集镜头后增加一红外滤光片，用于进行红外图像过滤。其中，其特征在于，所述FPGA嵌入式系统包括同步动态随机存取存储器控制器， 数字信号处理单元以及控制单元，其中所述同步动态随机存取存储器被配置为全页突发模式，采用异步FIFO作为其与所述FPGA嵌入式系统之间的数据缓冲器。其中，所述图像传感器为COMS图像传感器，在所述FPGA嵌入式系统的配置下采集到的视频图像分辨率为640x480，采集帧率为60帧/秒。其中，所述USB控制器为FT245BM。因此，所述基于FPGA的能够有效的进行实时的视频图像坐标识别，达到较高的识别率和良好的抗噪性能，以进行实时的交互式操作。 同时，系统具有跟踪多个数字特征值的能力，能够实现多点触摸等高级功能。附图说明 图1为本专利技术的系统使用场景简图；图2为本专利技术的硬件体系结构图；图3为本专利技术视频采集的光学成像系统简图；图4为本专利技术视频采集镜头的畸变示意图；图5 (a)为本专利技术的SDRAM控制器的设计图；图5 (b)为本专利技术的SDRAM控制器的结构图；图6为最大类间方差法选取阈值的流程图；图7为Hilditch细化算法流程图；图8为本专利技术图像特征点提取流程图；图9为本专利技术的图像预处理流程图；图10为本专利技术的模板匹配数字识别的具体流程图；图11为本专利技术的FT245BM芯片的功能框图；图12为本专利技术的系统处理流程图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术做出更为清楚详细的说明。图1是本专利技术的系统的使用场景简图。其中视频采集处理模块为本专利技术的核心部分，其能够捕捉投影幕上的图像以及用户使用的笔的笔尖位置，即特征位置。同时，该视频采集处理模块将上述位置信息转换为鼠标信息，使投影幕变成一个大的“触摸屏”或者“交互式白板”，用户可以在投影幕上进行绘画、书写、点击等工作。另外，该系统还具有跟踪多个特征点的能力，能够实现多点触摸等高级功能。下面将详细介绍本专利技术的系统的硬件体系结构。如图2所示，该系统主要包括图像传感器，FPGA嵌入式系统，SDRAM存储器，以及USB控制器。其中，该系统的核心单元是 FPGA嵌入式系统。通过在FPGA中实现SDRAM控制器，微控制器以及DSP运算单元来实现图像的捕捉，采集，分析以及对USB控制器和SDRAM的控制与操作。其中，所采用的图像传感器为CMOS图像传感器，其为该系统中数字图像采集模块的核心。在本专利技术中，采用的是美国OmniVision技术有限公司生产的COMS图像传感器。该 COMS图像传感器集成有诸如曝光控制、伽玛、增益、白色控制、彩色矩阵、彩色饱和度、色彩本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种实时视频图像坐标识别系统，所述系统包括：图像传感器，用于采集视频图像；同步动态随机存取存储器，用于存储采集到的视频图像数据；ＦＰＧＡ嵌入式系统，其中所述ＦＰＧＡ嵌入式系统包括：同步动态随机存取存储器控制器，用于控制所述同步动态随机存取存储器的操作；数字信号处理单元，用于对采集到的视频图像数据进行处理；控制单元，用于控制所述ＦＰＧＡ嵌入式系统的操作；ＵＳＢ控制器，用于控制所述ＦＰＧＡ嵌入式系统与外部设备的通信。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高俊华，徐睿，国海欣，彭超然，屠斌杰，
申请(专利权)人：上海天派无线科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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