基于FPGA的智能小车设计 .pdfVIP

基于FPGA的智能小车设计

焦健雄;赵贺;罗应龙;尹鹏程;刘紫燕

【摘要】针对目前由于各种人为因素造成的交通事故频发的问题,提出一种基于

FPGA的智能小车的设计方案.在该方案中设计了颜色处理模块、图像压缩模块、

SOPC模块等.通过该平台,可以实现红绿灯识别,并在SoPC中嵌入代码实现中心定

位,控制小车在道路的正确轨迹行驶,从而实现自动驾驶.

【期刊名称】《微型机与应用》

【年(卷),期】2016(035)011

【总页数】3页(P22-24)

【关键词】智能小车;FPGA;颜色处理;图像压缩

【作者】焦健雄;赵贺;罗应龙;尹鹏程;刘紫燕

【作者单位】贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数

据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳

550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信

息工程学院,贵州贵阳550025

【正文语种】中文

【中图分类】TP273.5

引用格式：焦健雄，赵贺，罗应龙，等.基于FPGA的智能小车设计[J].微型机与应

用，2016,35(11)：22-24.

汽车保有量的增加给人们出行带来了极大的便利，但同时也带来了很多交通安全的

隐患，如何减少交通安全事故的发生成为了一个亟需解决的问题。自动驾驶控制系

统的出现提供了一个全新的思路，其主要依靠车内计算机系统为主的智能驾驶仪来

实现自动驾驶，并根据视觉感知获得车辆周围环境信息以此控制车辆行驶。例如谷

歌研发的无人驾驶系统就是一种自动驾驶控制系统。

目前智能小车大部分使用ARM或DSP平台，对图像的处理速度慢，影响图像识

别和处理的速度。本文设计了基于FPGA的智能小车，利用机器视觉感知技术，

提高了图像识别的实时性，从而增强了车辆的安全系数，对交通安全产生了深远的

影响，也对人民群众的生命财产安全有重大意义。

整个智能小车系统由摄像头、FPGA、存储器、视频显示、直流电机及驱动器模块

组成[1]，系统的设计框图如图1所示。其中，FPGA硬件设计是整个系统的关键，

本设计采用Altera的CycloneIV芯片，主要实现摄像头图像的实时采集、处理、

红绿灯的判断、图像压缩和中心定位，以及直流电机PWM生成；摄像头用于采

集小车前方道路和红绿灯信息；直流电机及驱动模块负责小车的转向；视频显示模

块实时显示处理后的视频信息；存储器模块使用SDRAM存储FPGA需要存储的

信息[4]。

智能小车工作流程如下：首先，FPGA配置OV7725摄像头参数使摄像头输出图

像数据为YUV格式并采集摄像头数据。采集的图像数据通过FPGA处理后存储到

外部存储器并将其通过VGA显示。FPGA硬件设计主要包含颜色处理模块、图像

压缩模块及SoPC模块，通过分析数据生成合适的PWM使智能小车正确行驶。

系统硬件平台设计主要包括颜色处理模块、图像压缩模块以及SoPC模块。

2.1颜色处理模块

本文设计了颜色识别模块来完成红绿灯的识别。由于FPGA将CMOS传感器配置

为输出YUV格式的图像，若要进行颜色识别，首先需要将YUV格式的图像转换

为RGB格式的图像[5-6,9,11]，然后通过比较每个像素RGB分量完成红绿灯识别，

颜色处理模块结构框图如图2所示。

if(RBRG?((R-B+R-G)th_r

1b1:1b0):1b0)

begin

cnt_red=cnt_red+1b1;

end

颜色处理模块的RTL图如图3所示。

2.2图像压缩模块

图像压缩模块包括图像预处理模块及图像分辨率压缩模块。

图像预处理模块对灰度图像进行Sobel边缘提取得到二值化图像，并通过双端口

SDRAM模块写入存储器。Sobel算子对图像边缘检测速度快，能够在一定程度上

抑制噪声[3,8]，从而很好地提取图像边缘，图4为图像预处理模块RTL图。

图像分辨率压缩降低了图像的分辨率，可以大大提高系统效率，对于简单图像分辨