激光条纹中心线提取算法FPGA实现方案

1 概述

        激光条纹中心线提取是3D线激光测量领域一个较为基础且重要的算法。目前，激光条纹中心线提取已有多种成熟的算法，有很多相关的博客和论文。

        激光条纹中心线提取的真实意义在于工程化和产品化的实际应用，而很多算法目前只能用于学术研究或理论实验，无法在应用端或产品端商用化落地。

        常见的中心线提取算法有：

• 边缘法
• 中心法
• 阈值法
• 形态学细化法
• 极值法
• 灰度重心法
• 曲线拟合法
• Steger算法

        上述这些算法中只有灰度重心法，曲线拟合法，Steger算法3种方法可以达到亚像素精度。

        由于测量环境的影响，及被测物体表面材料及轮廓的多样性，实际成像的激光条纹会出现噪声、起伏、倾斜、重叠、间断、过曝、反光等现象。没有一种算法可以完全适应各种应用场景并解决所有这些问题。在实际应用时，往往需要以某一种算法为基础，配合设计多种策略进行排列组合使用，尽可能解决会影响测量结果的问题。

2 FPGA实现方案

        笔者开发了一套已成熟商用化的FPGA版本的高性能中心线提取算法。性能指标可达市场一线3D线激光测量类产品，可适配各种分辨率及不同速度等级的CMOS图像传感器。例如：

       横向分别率为2K量级，每个像素时钟输出8个像素点的CMOS图像传感器。如，安森美的PYTHON2000；索尼的IMX421。以Xilinx 7系列FPGA为例，资源消耗如下：

        横向分别率为2K量级，每个像素时钟输出32个像素点的CMOS图像传感器。如，LUXIMA的LUX2810、LUX2100；E2V的Flash 2K。FPGA资源消耗如下：

        横向分别率为4K量级，每个像素时钟输出64个像素点的CMOS图像传感器。如，E2V的Flash 4K。FPGA资源消耗如下：

        若需项目合作请私信详询。