【摘 要】
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随着计算机视觉的发展和相机制造工艺的进步,摄像头已经广泛应用于社会的各个角落,然而受限于拍摄环境以及镜头结构,成像画面普遍存在畸变,需要进行矫正,且复杂多样的应用场景对畸变矫正设备提出了低成本、小型化和高实时性的要求。现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）并行计算的特点可以极大地加快畸变矫正速度,又由于FPGA片上资源规模和价格、面积成正比,因
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随着计算机视觉的发展和相机制造工艺的进步,摄像头已经广泛应用于社会的各个角落,然而受限于拍摄环境以及镜头结构,成像画面普遍存在畸变,需要进行矫正,且复杂多样的应用场景对畸变矫正设备提出了低成本、小型化和高实时性的要求。现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）并行计算的特点可以极大地加快畸变矫正速度,又由于FPGA片上资源规模和价格、面积成正比,因此通过FPGA保证矫正速度的同时如何降低资源占用量成为重要的研究方向。本文首先基于FPGA设计了一套应用坐标查找表法矫正径向畸变的硬件系统。针对映射坐标存储需要占用大量片上Block RAM的问题,在充分研究径向畸变特征的基础上,提出了映射坐标对称存储方案,可将映射坐标存储所需的资源降低近3/4。此外根据彩色摄像头生成彩色图像的原理,选择RAW图像格式作为系统输入,在矫正完成后再进行去马赛克,如此可将畸变图像存储空间压缩至原来的1/3。在像素重建过程中,为了同时取出与映射坐标相邻的四个像素值,设计了一套分块存储器接口,在不增加运算频率和额外存储资源的情况下提高了插值效率。最终实验表明,该系统能以60fps的速度矫正分辨率为1080P图像的径向畸变,且核心模块所用Block RAM资源与优化前相比,减少了62.64%,与其它相关文献相比,平均像素资源占用量也有显著的降低。最后在径向畸变矫正系统的基础上,搭建了采用连接点法的梯形畸变矫正系统。通过选取适当的连接点坐标,简化了矫正参数的计算过程。并针对传统梯形畸变矫正系统鲁棒性差的缺点,引入联合边缘保持滤波器并进行了硬件优化,可以在滤除纹理细节干扰的同时,不影响畸变轮廓的位置。又考虑到梯形畸变的时变性特征,利用视频场消隐间隔计算矫正参数,并结合错帧矫正策略,完成对梯形畸变的实时矫正。实验表明,该系统能实时矫正帧率为60fps,分辨率为1080P的视频梯形畸变,与其他相关文献对比,矫正速度有明显提高。
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