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研究生: 陳首元
Shou-Yuan Chen
論文名稱: 基於SoPC平台之相機陣列式高速攝影系統軟體架構及影像校正設計
Software Design and Image Rectification for SoPC-Based High-Speed Videography System using Camera Sensor Array
指導教授: 許孟超
Mon-Chau Shie
口試委員: 阮聖彰
Shanq-Jang Ruan
梁文耀
Wen-Yau 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: 2007
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 91
中文關鍵詞: 高速攝影相機陣列GUI系統自動曝光位移誤差
外文關鍵詞: High-Speed Videography, Camera Array, GUI, Auto Exposure, Displacement Error
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高速攝影機在工業界、學術界及體育界等領域皆有著廣泛的應用,但長久以來,價格昂貴一直是高速攝影機最大的缺點,所幸美國史丹佛大學的計算機圖形實驗室開發出了「史丹佛相機陣列」的架構,並且在高速攝影的應用上有著不錯的成果,然而該架構奢侈且龐大的硬體需求卻可能成為阻礙其發展的因素,因此我們決定將嵌入式系統的開發模式導入該架構中,進而讓基於史丹佛相機陣列的高速攝影系統得以用更便宜及更易於攜帶的平台來實現。
在論文[7]中,我們已經成功的以SoPC平台開發出史丹佛相機陣列的硬體架構,而在本論文中,我們將致力於此平台架構下的軟體系統開發,以及各種影像校正演算法的設計。其中,為了充分發揮硬體平台中的繪圖效能,我們選擇自行開發一套精簡但功能齊全的GUI系統,並利用此系統建構出上層的系統控制介面,以提供使用者進行錄影及影像校正等操作。至於影像校正的部分主要包括了自動曝光及位移誤差校正演算法的設計,而在本論文所提出的演算法中,除了要求準確的校正結果外,執行速度也會是另一個主要的考量。


High speed video camera is used for widespread applications in industry, academia, sporting world and so forth. But the price is the most significant disadvantage all the time. Fortunately, the Stanford Computer Graphic Laboratory develops a “Stanford Multiple Camera Array” architecture and provides a good result in the high-speed videography application. 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.
We have redesigned the hardware architecture of the camera array with a SoPC- based platform in [7]. In this paper, we dedicated to design a GUI controlling system and image rectification algorithms for high-speed videography on the SoPC platform. The proposed algorithms are for the most part of auto-exposure and displacement error rectification, and they are designed not only for the accurate rectifying result, the speed will be another key consideration for rectification in this paper.

論文摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖索引 vi 表索引 viii 第一章 序論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 研究方法 4 1.4 章節架構 6 第二章 相關知識 7 2.1 數位攝影原理 7 2.2 數位攝影技術概要 8 2.2.1 光圈 (Aperture) 8 2.2.2 快門 (Shutter) 9 2.2.3 自動測光 (Auto-metering) 10 2.3 CMOS影像感測器 13 2.3.1 原理與特性 13 2.3.2 電子式快門 15 2.3.3 色彩增益 17 2.4 Altera NIOS2處理器 18 2.5 嵌入式Linux系統 18 2.5.1 Linux與嵌入式Linux 19 2.5.2 Linux系統之組成 20 2.5.3 uClinux 21 2.5.4 uClinux的NIOS2移植版本 22 第三章 硬體架構 23 3.1 開發平台與硬體架構 23 3.2 CMOS感測器控制模組 25 3.3 影像輸入模組 25 3.4 影像輸出模組 27 第四章 軟體系統設計 30 4.1 HSVS軟體架構 30 4.2 HSVS驅動程式設計 31 4.2.1 GPU與VideoIn驅動程式 31 4.2.2 CMOS影像感測模組驅動程式 41 4.3 GUI系統設計 47 4.3.1 系統架構 47 4.3.2 系統運作流程 49 4.3.3 GObject 50 4.3.4 Page物件 53 4.3.5 底層圖形元件與繪圖API 55 4.3.6 事件處理系統 56 4.4 影像校正與錄影程式設計 58 4.4.1 高速攝影程式流程 59 4.4.2 測光與自動曝光 62 4.4.3 位移誤差校正 71 4.4.4 錄影與後製處理 83 第五章 研究成果 85 第六章 結論與未來展望 88 參考文獻 90

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