[发明专利]一种基于SOC FPGA的单目航拍图像实时匹配系统

说明书

本发明涉及无人机航拍图像处理技术领域，公开了一种基于SOCFPGA的单目航拍图像实时匹配系统，采用单片SOCFPGA作为处理平台，包括SOCFPGA实时图像匹配单元、单目航拍图像采集单元、相机数据传输接口、高速数据传输接口、随机存储器、大容量存储器和SOCFPGA外围配置电路。SOCFPGA实时图像匹配单元分为系统监控和航拍图像处理两个模块，分别部署于SOCFPGA内PS端和PL端。系统监控模块通过对随机存储器与大容量存储器的并行读写，实现单目航拍序列图像与图像匹配结果的实时存储与传输。航拍图像处理模块实时计算单目航拍图像的特征方向矩阵与特征模板，并快速搜索特征模板在上一帧单目航拍图像中匹配位置来计算变换矩阵，实现无人机单目航拍图像中相邻帧图像的实时匹配。

技术领域

本发明涉及到无人机航拍图像处理技术领域，具体涉及一种基于SOC FPGA的单目航拍图像实时匹配系统。

背景技术

随着科技社会的不断发展，无人机遥感技术方面的研究正逐步深入，当前，无人机遥感技术已应用在应急救援、智慧城市建设、气象监测、智慧农林、电力巡检、资源调查等领域，且随着遥感信息化时代的到来，无人机遥感技术的应用领域正进一步扩大。无人机遥感技术集无人驾驶飞行器技术、遥感测绘技术、传感器技术、测控技术、定位技术、通讯技术和遥感应用技术等为一体，可实现空间遥感信息的高时效、智能化、自动化获取。

无人机遥感测量过程中，为保障遥感任务的顺利完成，需为无人机平台不断地提供实时、可靠的定位信息。目前，无人机遥感技术中采用的定位技术主要包括两种：一种是基于全球定位系统(Global Position System，GPS)的定位技术，另一种是基于视觉图像处理的自主定位技术。基于GPS的定位技术采用GPS接收机为无人机平台提供定位信息，该技术较为成熟，且设备功耗低、体积小，便于系统集成；然而，基于GPS的定位技术严重依赖于GPS卫星信号的质量，当GPS卫星信号较好时，该技术定位精度较高，但在GPS卫星信号存在干扰或缺失的GPS拒止环境下，该技术无法有效地提供无人机定位信息而造成无人机失控甚至坠毁。为适应GPS拒止环境下无人机遥感任务定位需求，基于视觉图像处理的自主定位技术被用于无人机遥感，该技术通过对无人机上航拍相机获取的航拍图像中相邻帧图像进行匹配操作，获取相邻帧图像之间的变换矩阵，由变换矩阵进一步解算出无人机平台的位姿信息，完成无人机平台的自主定位。现有基于视觉图像处理的自主定位技术一般采用图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、嵌入式计算机+现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)作为计算平台，上述平台功耗高、稳定性差，且体积较大，不利于系统集成。

发明内容

为弥补上述缺陷，本发明设计了一种基于SOC FPGA的单目航拍图像实时匹配系统，通过SOC FPGA加速单目航拍图像的模板匹配过程，不仅可实现单目航拍序列图像中相邻帧图像的实时匹配，而且可实现所述单目航拍序列图像、图像匹配结果的实时存储与传输。

本发明采用的技术方案为：

一种基于SOC FPGA的单目航拍图像实时匹配系统，包括单目航拍图像采集单元、SOC FPGA实时图像匹配单元、相机数据传输接口、高速数据传输接口、随机存储器和大容量存储器；所述SOC FPGA实时图像匹配单元包括系统监控模块和航拍图像处理模块，所述系统监控模块包括SOC FPGA内PS端中部署的相机参数配置子模块、相机状态监测子模块、模板截取子模块、随机存储器驱动子模块和大容量存储器驱动子模块，所述航拍图像处理模块包括SOC FPGA内PL端中部署的相机驱动子模块、相机数据解算子模块、特征方向计算子模块、模板匹配子模块、变换矩阵计算子模块和片内数据交互子模块；

所述相机驱动子模块用于通过相机数据传输接口读取单目航拍图像采集单元的相机状态参数，并通过片内数据交互子模块传输至相机状态监测子模块；还用于通过片内数据交互子模块读取相机参数配置子模块设置的相机工作参数，产生控制指令通过相机数据传输接口控制单目航拍图像采集单元采集单目航拍序列图像；