Diplomarbeit: FPGA & DSP basierendes Bildverarbeitungssystem

In der Bildverarbeitung werden üblicherweise Firewire- oder USB-Kameras mit einem Standard-PC verwendet. Mit dieser Arbeit wurde ein universelles Bildverarbeitungssystem entwickelt, welches die Vorteile von preisgünstigen CMOS-Bildsensoren, FPGAs und DSPs miteinander vereinigt. Das System verfügt über ausreichende Leistungsreserven, um auch aufwendige Berechnungen in Echtzeit durchzuführen. Die Leistungsfähigkeit konnte anhand mehrerer Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Bereichen gezeigt werden.

Aus dem Inhalt:

• Anbindung eines Spartan3-FPGA an einen Texas Instruments DM642-DSP.
• Entwurf und Aufbau einer LVDS-Übertragungsstrecke mit einer Übertragungsrate von 4x 1.28GBit/s über 20m CAT5-Kabel.
• Entwurf und Aufbau eines CMOS-Kamerasystems "M-Cam" mit 3 Megapixel Bildauflösung (2048x1536 Pixel) und bis zu 3863 fps (bei 16x16 Pixel).
• Erstellung eines Software-Frameworks auf dem DSP für die einfache Realisierung verschiedener Anwendungen inkl. grafischer Benutzeroberfläche (GUI).
• Implementierung diverser FPGA-Module in VHDL:
  • Hochqualitative Bayer-Demosaik Algorithmen (Nearest-Neighbour, Interpolate, Adaptive, Median-based)
  • Sobel Kantendetektion
  • Median- und parametrisierbarer Tief/Hochpass-Filter
  • Gamma-Kurve, Kontrast und Helligkeitseinstellung
  • Konverter für verschiedene Farbmodelle
  • Rauschfilter
  • I2C-Slave zur Konfiguration der Filter
  • PS/2-I2C Gateway zum Anschluß einer Maus
• Realisierung mehrer Anwendungsbeispiele (siehe Demo Video):
  • Marker-Erkennung für Roboterfussball
  • Objekterkennung und Klassifizierung
  • 3D-Scanner
  • RAW-Recorder

Demo Video