【摘 要】
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随着近年来元宇宙等相关概念的大火,AR、VR等头戴显示设备的集成度越来越高,功能也越来越完善。视觉追踪作为一种通过处理系统对视觉信息检测的技术,在游戏、虚拟现实、医疗健康等多个产业都有巨大的市场需求。但当下存在的视觉追踪系统高性能计算机系统平台较为依赖。而传统计算机平台体积大、功耗高的劣势限制了使用场合,也因此该技术一直未广泛铺开。FPGA在进行实时动态视频的图像处理上具有巨大优势。通过对其内部独
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随着近年来元宇宙等相关概念的大火,AR、VR等头戴显示设备的集成度越来越高,功能也越来越完善。视觉追踪作为一种通过处理系统对视觉信息检测的技术,在游戏、虚拟现实、医疗健康等多个产业都有巨大的市场需求。但当下存在的视觉追踪系统高性能计算机系统平台较为依赖。而传统计算机平台体积大、功耗高的劣势限制了使用场合,也因此该技术一直未广泛铺开。FPGA在进行实时动态视频的图像处理上具有巨大优势。通过对其内部独特的可编程并行逻辑单元进行数字设计,能够高效的处理海量视频数据,同时可以很容易实现各种功能,因此在处理部分场景的图像数据时,将FPGA作为运算核心是非常值得考虑的。依据需求分析、方案设计、算法设计、算法移植、实验结果反馈修正的设计思路。本文主要研究内容如下:（1）从系统的需求出发,确认了视觉追踪系统实现的基本方案,论证了使用FPGA进行近眼图像处理的意义。（2）分析图像处理算法。在本过程中基于传统的常规图像处理方法,结合实际近眼图像的图像特征,对各种处理方法进行了筛选,并通过MATLAB对相关算法进行了验证。最终选择具有代表性的,以处理高斯噪声的高斯低通滤波算法和椒盐噪声的中值滤波算法对图像进行预处理。分析了瞳孔灰度阈值的特点并给出了瞳孔中心坐标的计算方法。（3）对各种算法结合FPGA的硬件特点进行移植。这一过程主要根据算法的原理从而在硬件上实现图像处理,通过设计技巧尽量在满足性能、速度要求的前提下减小面积。（4）通过反馈帧数据分析动态阈值与平均灰度关系,同时分析硬件上处理结果和利用MATLAB仿真理想结果之间的差异,并对设计进行修正。最后,对设计实现的视觉跟踪系统进行了实际测试。系统测试结果表明,本系统成功实现了视觉跟踪功能。在系统设计过程中,各模块的功能测试均通过Modelsim完成了仿真验证,保障了子模块设计的准确性。各个子模块均无问题后,通过显示系统对完整链路进行了测试,验证系统在动态光照环境条件下均可以定位瞳孔坐标,且能够对视频图像信息进行实时的处理。
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