基于ARM和OpenCV的增强现实平台研究

论文摘要

增强现实是一种将虚拟世界和真实环境相结合的技术。它将计算机绘制的虚拟模型叠加到使用者所看到的真实世界景象中,使用户可以从虚拟模型中获得额外的信息,增强了对现实的感知。涉及到的技术有图像处理、位置跟踪、三维注册等。增强现实技术广泛应用于装配维修、医疗研究、军事领域和商业应用。第一部分,增强现实技术介绍。该部分首先阐述了增强现实的定义,接着介绍了该项技术的国内外发展状况,以及在工业领域、医疗领域、建筑领域等的应用,最后分析了目前AR系统的缺点和不足,得出了在嵌入式增强现实研究具有重要意义。第二部分,嵌入式硬件环境的设计。硬件电路由以下几部分构成:USB控制器用于连接USB摄像头设备,液晶显示驱动用于控制显示屏输出,外围电路主要有内存电路、Flash电路、时钟电路和RS-232电路等。第三部分,嵌入式软件方案的设计。首先,选用U-boot1.2.0作为Bootloader,特点是U-boot的网络功能较强,支持平台较多。其次,移植Linux2.6.22内核作为系统核心,该版本内核具有实时性强等特点。再次,用busybox1.9.1构建基础命令环境,并将转为Nand Flash设计的YAFFS文件系统安装到开发板上。最后,在以上的软件环境基础上,开发了基于OV511芯片的USB设备驱动和FrameBuffer显示驱动程序。第四部分,开源视觉处理库OpenCV的移植。该部分介绍了OpenCV的特性,常用的数据结构,在嵌入式Linux下的编译选项配置,库依赖文件安装,底层文件修改,以及如何编译、安装OpenCV。第五部分,基于OpenCV的摄像头标定程序。该摄像头标定程序是基于张氏标定算法的开发,本文首先阐述了摄像头标定算法的核心内容,以及对应的OpenCV实现方案,然后给出了摄像头标定程序在平台运行的细节和结果。综上所述,ARM和OpenCV相结合的嵌入式增强现实处理平台,是一种可行的解决方案,本文初步实现了其原型系统,为今后更深层次和更广泛的研究工作提供初步的实验平台和有力参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 增强现实技术
• 1.1 增强现实技术发展概述
• 1.2 增强现实的关键技术
• 1.3 增强现实技术应用领域
• 1.3.1 装配维修
• 1.3.2 医疗手术
• 1.3.4 军事领域
• 1.3.5 商业应用
• 1.4 国内研究现状
• 1.5 本文所做的工作
• 2 嵌入式硬件方案设计
• 2.1 硬件平台方案概述
• 2.1.1 基于ARM处理器的硬件平台
• 2.1.2 其他方案概述
• 2.2 开发板主要硬件电路
• 2.2.1 NAND FLASH电路
• 2.2.2 SDRAM电路
• 2.2.3 USB控制器电路
• 2.2.4 液晶显示电路
• 2.3 USB摄像头
• 3 嵌入式软件方案设计
• 3.1 U-boot的移植
• 3.1.1 Boot Loader的功能
• 3.1.2 U-boot介绍
• 3.1.3 U-boot移植
• 3.2 Linux2.6.22内核移植
• 3.2.1 Linux 2.6内核特点
• 3.2.2 设置Nand Flash分区
• 3.2.3 添加udev支持
• 3.2.4 Linux内核配置
• 3.2.5 内核编译和启动
• 3.3 嵌入式文件系统移植
• 3.3.1 Linux文件系统结构
• 3.3.2 常用文件系统比较
• 3.3.3 创建Linux根文件系统
• 3.3.4 移植Yaffs文件系统
• 3.4 设备驱动程序开发
• 3.4.1 Linux系统下的设备驱动程序
• 3.4.2 嵌入式Linux驱动开发的基本函数
• 3.4.3 Linux驱动程序的设备号
• 3.4.4 设备驱动的模块化编程
• 3.4.5 OV511摄像头驱动剖析
• 3.4.6 编译测试摄像头驱动
• 4 开源视觉处理库OpenCV的移植
• 4.1 OpenCV概述
• 4.1.1 OpenCV的重要特性
• 4.1.2 OpenCV的优势
• 4.2 OpenCV的功能及模块
• 4.3 OpenCV常用数据结构
• 4.4 OpenCV在ARM平台上的移植
• 4.4.1 交叉编译工具
• 4.4.2 OpenCV源码配置选项
• 4.4.3 基于ARM平台的编译
• 5 摄像机标定算法的实现
• 5.1 坐标系统
• 5.2 摄像机参数
• 5.3 摄像机标定
• 5.4 基于OpenCV的摄像机标定
• 5.4.1 主要函数解析
• 5.4.2 算法改进
• 5.4.3 运行结果
• 结论
• 参考文献
• 附录A 摄像头标定程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢