基于ＦＰＧＡ兩點(diǎn)測(cè)距的實(shí)現(xiàn)

摘 要：提出了一種基于FPGA的平面兩點(diǎn)測(cè)距的實(shí)現(xiàn)方案，在1280*1024分辨率下實(shí)現(xiàn)平面上兩點(diǎn)的精確測(cè)距。方案中利用FPGA對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)定位，測(cè)量計(jì)算等主要功能，大大簡(jiǎn)化了硬件電路，并且較之傳統(tǒng)方案具有明顯優(yōu)越的可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：兩點(diǎn)測(cè)距；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；視頻信號(hào)

中圖分類號(hào)：TM文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）08-0366-01

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1

本系統(tǒng)（圖1）用FPGA為處理芯片，處理視頻信號(hào)，做出兩個(gè)十字線，再送出到顯示器上，可以在屏幕中顯示，用這兩個(gè)十字線，我們可以定位距離的兩個(gè)端點(diǎn)。

另外，我們接入四個(gè)按鍵（key_a_hor_move，key_a_ver_move，key_b_hor_move，key_b_ver_move），分別控制十字線A，B的左右，上下移動(dòng)。還有兩個(gè)按鍵（key_init，key_calc）用來初始化和執(zhí)行計(jì)算。

2 數(shù)學(xué)模型

x1≠x2，y1≠y2

P1P2=(x1-x2)+(y1-y2)2

圖2

本系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（圖2）簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來非常的穩(wěn)定，并能達(dá)到相當(dāng)?shù)母叩念l率，滿足在1280*1024的分辨率下的測(cè)量。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖3

（1）在屏幕（圖3）中顯示兩個(gè)小十字線A，B，用來對(duì)準(zhǔn)要測(cè)量的目標(biāo)的兩個(gè)端點(diǎn)。

（2）首先要測(cè)出屏幕中兩個(gè)像素點(diǎn)的距離代表在屏幕中的物體的實(shí)際長(zhǎng)度，用來作為基本的單位來計(jì)算其他物體的長(zhǎng)度，取1M的長(zhǎng)度，通過調(diào)整A，B十字線的位置，定位1m長(zhǎng)度，由于我們知道A，B十字線的水平坐標(biāo)，通過計(jì)算：A的水平坐標(biāo)：a_hor_local，B的水平坐標(biāo):b_hor_local，兩個(gè)像素點(diǎn)之間的距離n=1000/|a_hor_local-b_hor_local|(單位為mm)。

（3）通過按鍵：key_a_hor_move可以調(diào)整A十字線在屏幕中的水平位置，key_a_ver_move可以調(diào)整十字線A在屏幕中的垂直位置。key_b_hor_move可以調(diào)整B十字線在屏幕中的水平位置，key_b_ver_move可以調(diào)整B十字線在屏幕中的垂直位置；通過這四個(gè)按鍵，我們就可以定位要測(cè)量的距離的兩個(gè)端點(diǎn)。

（4）由于我們知道A與B的水平和垂直坐標(biāo)，我們可以計(jì)算出A，B兩點(diǎn)的水平距離和垂直距離。A與B的水平距離：|a_hor_local-b_hor_local|；A與B的垂直距離：|a_ver_local-b_ver_local|。

（5）由勾股定理c2=a2+b2，我們可以用這個(gè)公式知道， 兩個(gè)點(diǎn)之間的距離的平方等于他們的水平距離的平方

加上垂直距離的平方，構(gòu)成一個(gè)直角三角形底邊：bottom=|a_hor_local-b_hor_local|，高邊：high=|a_ver_local-b_ver_local|，我們由兩個(gè)端點(diǎn)的聯(lián)線上的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)來計(jì)算他們的距離，由于之前我們已經(jīng)計(jì)算出了兩個(gè)相鄰的像素點(diǎn)之間的距離代表實(shí)際的長(zhǎng)度n，所以我們想要的結(jié)果可以通過這樣的公式得出result*result=bottom*bottom*n*n+high*high*n*n。

（6）在硬件上的實(shí)現(xiàn)為：用綜合出的除法器計(jì)算n ，用綜合出的乘法器和加法器計(jì)算出result*resule，再通過開平方的算法實(shí)現(xiàn)開方的運(yùn)算，最終得到result。

（7）在獲取基本單位n時(shí)，我們用一個(gè)帶刻度的尺子，水平放置，使其與我們?cè)谄聊恢谐霈F(xiàn)的一條水平線水平對(duì)齊，這條水平線，是我們做出來用來做水平對(duì)齊的。通過調(diào)整兩個(gè)小十字線A，B的位置，使他們?cè)谝粋€(gè)水平線上，并定位1m距離的兩個(gè)刻度的位置。

（8）當(dāng)我們調(diào)整了A與B的位置，置于直尺的兩個(gè)端點(diǎn)后，并且直尺也水平對(duì)齊了屏幕中的水平線，這時(shí)我們就可以按下按鍵：key_init，就得到n的值（單位為mm），并寄存在寄存器中，后面的計(jì)算可以隨時(shí)調(diào)用。

（9）當(dāng)我們初始化了n值后，我們就可以測(cè)量其他的物體的長(zhǎng)度了。調(diào)整A與B的位置，到達(dá)欲測(cè)目標(biāo)的兩個(gè)端點(diǎn)，定位好后，我們就可以按下按鍵：key_calc得到結(jié)果result。

4 仿真結(jié)果

初始狀態(tài)A，B水平放置，為1000個(gè)像素點(diǎn)的距離，假設(shè)AB間的距離為1m，這樣相鄰的兩個(gè)像素的距離，代表實(shí)際距離為1mm原A的位置為（400，600），B的位置為（1400，600），按下key_init得到n，再按下key_calc得到result等于1000，這個(gè)結(jié)果是正確的。經(jīng)過一系列的左右上下的移動(dòng)后，A的位置變?yōu)椋?400，76），B的位置為（270，900），按下key_calc，得到result等于1398，這個(gè)結(jié)果是正確的。

在仿真軟件MODENSIM下，進(jìn)行功能仿真，系統(tǒng)的每個(gè)模塊的功能，系統(tǒng)的各個(gè)功能都實(shí)現(xiàn)了，設(shè)計(jì)達(dá)到目的。

5 結(jié)論

FPGA是Filed Programmable Gate Array 的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列。FPGA是在CPLD的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型高性能可編程邏輯期間，它是一般采用SRAM工藝，也有一些專用器件采用FLASH工藝或反熔絲工藝等。FPGA的集成度很高，其器件密度從數(shù)萬系統(tǒng)門到數(shù)千萬系統(tǒng)門不等，可以完成極其復(fù)雜的時(shí)序與組合邏輯電路功能，適用于高速，高密度的高端數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。FPGA的基本組成部分有可編程輸入/輸出單元，基本可編程邏輯單元，嵌入式塊RAM，豐富的布線資源，底層嵌入功能單元，內(nèi)嵌專用硬核等。

參考文獻(xiàn)

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