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研究生: 施尚君
Shang-chun Shih
論文名稱: 以多組SoPC平台實現相機陣列式高速攝影系統
Implement High-Speed Videography System using Camera Sensor Array with Multiple SoPC platforms
指導教授: 許孟超
Mon-Chau Shie
口試委員: 阮聖彰
Shanq-Jang Ruan 
鄭瑞光
Ray-Guang Cheng 
梁文耀
Wen-Yew Liang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 高速攝影機史丹佛相機陣列自動曝光相機相機陣列
外文關鍵詞: camera, SoPC, High Speed Video, Stanford Multiple Camera Array, Auto Exposure
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高速攝影機無論是在工業界、學術界以及其它領域皆被廣泛的應用,但一直以來,其昂貴的價格居高不下,也是普遍使用者較不能接受的,基於這個出發點,我們的目的是希望能開發出低價位的高速攝影系統。其實在2001年美國史丹佛大學的計算機圖形實驗室曾開發出「史丹佛相機陣列」的架構[1],不過該系統之硬體架構過於龐大,在使用上會有所限制,甚至將來實現產品化也有困難,因此我們決定導入嵌入式系統的概念,改善史丹佛相機陣列的高速攝影系統,用更便宜以及較易於攜帶與使用的系統平台來實現。
在論文[3][4]中,我們已經成功的以SoPC平台開發出相機陣列的高速攝影系統。由於平台周邊與系統資源限制的關係,當時只能以兩顆CMOS相機實現,最快可達120fps的拍攝速度。為了能進一步的提高拍攝速度與系統效能,我們將持續致力於此架構下的軟硬體系統開發。在本論文中,我們將提高攝影系統的拍攝速度,連接多4倍的相機數目8顆CMOS cameras以達到每秒480張的拍攝數度。另外,我們修改了自動曝光和位移誤差演算法,減少執行曝光的次數達31.17%,以及降低位移誤差的複雜度,可有效改善系統的執行速度。


The High speed video camera is generally used in industry, academia to study high speed event. But expensive for mostly user, our purpose is cost down the high speed video camera system. In fact, the Stanford Computer Graphic Laboratory has developed a “Stanford Multiple Camera Array” architecture and provided a good result in 2001 [1]. However, the scale of the hardware architecture in their design is too large to be implemented as a portable device. Therefore, we decided to realize the system by reducing the architecture with an embedded platform.
On this concept, we have redesigned the high speed video camera system based on SoPC platform in [3][4]. Previous effort of our lab has achieved 120fps frame rate. In order to improve frame rate and system performance further, we keep developing the system. In this paper, we has 8 CMOS cameras in our system and frame rate could achieve 480fps. To improve the system execution time, we modify the auto-exposure algorithm to reduce the counts of exposure up to 31.17% and alter the displacement error rectification algorithm to diminish the complexity of displacement.

論文摘要 Abstract 誌謝 目錄 圖索引 表索引 第一章 序論 1.1 前言 1.2 研究動機與目的 1.3 研究背景與方法 1.4 章節架構 第二章 相關知識 2.1 Altera SoPC平台 2.1.1 NIOSII 2.1.2 Avalon Bus 2.2 linux與uClinux 2.2.1 linux歷史 2.2.2 uClinux簡介 2.3 數位攝影 2.3.1 CCD(Charge Coupled Device ,感光耦合元件〉簡介 2.3.2 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, 互補性氧化金屬半導體〉簡介 2.3.3 光圈(Aperture) 2.3.4 快門(Shutter) 2.3.5 曝光(Exposure) 2.3.6 自動測光(Auto-metering) 2.4 資料搜尋 2.4.1 循序搜尋法 2.4.2 二元搜尋法 2.4.3 線性插補搜尋法 第三章 高速攝影系統流程 3.1 子系統-參考位移誤差系統流程 3.1.1 Initial all CMOS modules : 3.1.2 Cross Detection : 3.1.3 Get Reference Displacement Vector for all CMOS modules : 3.2 主系統-攝影系統流程 3.2.1 Input Reference Displacement Vector to get Real Displacement Vector for all CMOS modules : 3.2.2 Auto-Exposure : 第四章 影像校正技術與錄影 4.1 位移誤差校正 4.1.1 參考位移誤差 4.1.2 實際位移誤差 4.2 自動測光與曝光 4.2.1 中央加權平均測光 4.2.2 二段漸進式線性插補 第五章 系統之硬體設計 5.1 硬體發展平台簡介 5.2 系統硬體架構 5.2.1 子系統-參考位移誤差系統硬體架構 5.2.1 主系統-攝影系統硬體架構 第六章 研究成果 6.1 後製處理 6.1.1 JPEG Rearrange 6.1.2 影像校正 6.2 成果展示 第七章 總結與未來展望 參考文獻

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