Thạc Sĩ Thực hiện sopc dò tìm chuyển động bằng phương pháp xử lý ảnh dựa trên kết cấu

MỞ ĐẦU
Ngày nay, kỹ thuật thiết kế các hệ thống nhúng đang đạt đến một tầm cao mới. Hầu như tất cả các vi mạch tích hợp đều là một hệ thống trên chip hoàn chỉnh. Đã xa rồi cái thời mà các IC (vi mạch tích hợp) chỉ gồm vài chục đến vài trăm cổng logic, và để thiết kế một hệ thống yêu cầu phải sử dụng nhiều IC khác nhau cùng gắn trên một bo mạch với các đường nối dây chằng chịt. Ngày nay, với mật độ tích hợp ngày càng cao, cả một hệ thống hoàn chỉnh có thể được thiết kế trong một con chip đơn duy nhất (bao gồm các vi xử lý, bộ nhớ, DSP .). Hiệu quả đạt được là rất lớn, trên tất cả mọi phương diện : tốc độ nhanh, ít tiêu hao công suất, giá thành rẻ, thiết kế dễ dàng (chủ yếu dựa trên công cụ phần mềm sau đó cấu hình xuống chip). Chính vì vậy, cùng với sự hỗ trợ mạnh mẽ về phần cứng cũng như phần mềm, chưa bao giờ các ứng dụng xử lý tín hiệu số lại có thể phát triển rầm rộ như hiện nay. Điều mà trước đây khi nhắc đến, người ta chỉ có thể nghĩ đến một cỗ máy vi tính nặng nề, cồng kềnh mới có khả năng xử lý được. Nhưng ngày nay, chúng ta hoàn toàn có thể tưởng tượng ra một hệ thống xử lý tín hiệu số hoàn chỉnh, bao gồm cả phần cứng và phần mềm, có thể được tích hợp vào trong một con chip nhỏ hơn cả một đồng xu và có khả năng thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Vì vậy, đề tài này nhằm mục đích phát triển một hệ thống nhúng dựa trên Nios II thực hiện trên FPGA của hãng Altera ứng dụng trong lĩnh vực dò tìm chuyển động, một lĩnh vực rất hứa hẹn với nhiều ứng dụng trong thực tiễn.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 2
CÁC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT .5
DANH MỤC HÌNH ẢNH .6
DANH MỤC BẢNG BIỂU .8
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .9
1.1. GIỚI THIỆU 9
1.2. BỐ CỤC CÁC CHƯƠNG 16
CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH SOPC CỦA HÃNG ALTERA 17
2.1. KHÁI NIỆM SOPC 17
2.2. PHẦN MỀM SOPC BUILDER 18
2.2.1. Cấu trúc của hệ thống SoPC Builder 22
2.2.2. Chức năng của hệ thống SoPC Builder .24
2.3. AVALON BUS 27
2.3.1. Avalon Bus Module 31
2.3.2. Các thiết bị ngoại vi Avalon .33
2.3.3. Các bước thiết kế SoPC 35
CHƯƠNG 3 CUSTOM INSTRUCTION CHO NIOS II 39
3.1. KHÁI NIỆM CUSTOM INSTRUCTION 40
3.2. GIAO TIẾP PHẦN CỨNG .42
3.2.1. Thiết kế theo mạch tổ hợp 45
3.2.2. Thiết kế theo mạch tuần tự .46
3.2.3. Thiết kế theo dạng mở rộng 48
3.2.4. Thiết kế theo thanh ghi nội .49
3.2.5. Thiết kế theo giao tiếp ngoài 51
3.3. GIAO TIẾP PHẦN MỀM 52
3.4. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN .54
CHƯƠNG 4 KẾT CẤU BỀ MẶT 56
4.1. KẾT CẤU BỀ MẶT .56
4.1.1. Vai trò kết cấu bề mặt .57
4.1.2. Mô tả kết cấu bề mặt 60
4.2. TOÁN TỬ LBP 65
4.2.1. Các phương pháp liên quan .65
4.2.2. Toán tử LBP nguyên thủy .68
4.2.3. Toán tử LBP mở rộng 69
CHƯƠNG 5 DÒ TÌM CHUYỂN ĐỘNG 71
5.1. PHÂN LOẠI CÁC THUẬT TOÁN DÒ TÌM CHUYỂN ĐỘNG 71
5.2. PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM CHUYỂN ĐỘNG DỰA TRÊN VI SAI 74
5.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG DỰA TRÊN KẾT CẤU .82
CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 86
6.1. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 86
6.1.1. Giới thiệu FPGA họ Cyclone II .86
6.1.2. Giới thiệu kit DE2 .89
6.1.3. Sơ đồ khối tổng quát .92
6.1.4. Khối dò tìm chuyển động 94
6.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 98
6.2.1. Các kết quả thực nghiệm 100
6.2.2. Nhận xét – Đánh giá .106
CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 108
7.1. KẾT LUẬN .108
7.1.1. Các khối phần cứng trong SoPC 108
7.1.2. Thuật toán dò tìm chuyển động dựa trên kết cấu 109
7.1.3. Khuyết điểm 110
7.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN .110
TÀI LIỆU THAM KHẢO 112