1簡述

本設計基于顏色特征識別實現，這個并不算高大上的算法，個人能力有限再加上FPGA算法實現難度不小，所以采用最簡單的算法實現，作為FPGA的入門學習足以。這個設計是19年4月左右做出來的，那時自己對FPGA的認知比較朦朧、FPGA的開發能力也一般，所以在本設計上有很多有問題的地方，到現在也沒時間去修改，希望有能力的小伙伴來完善，在此先謝謝了！

在初學FPGA的時候，根據鄧堪文的《SDRAM的那些事兒》視頻教程完成了基于FPGA的圖像采集系統。但是Bug很多，當時我的能力太差沒能解決問題 ，所以后面的做的圖像處理項目都沒用使用。本設計也是一樣，使用的是FPGA板卡配送的圖像采集例程，我在此基礎上進行的開發，添加圖像處理模塊以及二軸舵機控制模塊。

2 算法架構

圖像采集顯示流程一般是：FPGA把攝像頭采集圖像數據緩存到SDRAM，再從SDRAM搬運到LCD驅動進行輸出顯示。從圖1總體框圖可以知道，在LCD圖像流輸出時進行圖像處理。圖像處理模塊采用流水線處理的方式，先后完成RGB2YCbCr（二值化）、膨脹腐蝕的形態學濾波和目標物體坐標提取，最后輸出圖像以及物體的坐標。然后舵機驅動模塊驅動兩軸舵機實現實時追蹤。

圖1

3 圖像算法模塊的簡單介紹

下圖是圖像處理模塊頂層的部分截屏，這個實現圖像選擇輸出，通過按鍵來選擇原圖、二值化、腐蝕以及膨脹這四種圖像效果的其中之一輸出。

圖2

頂層例化所有的圖像算法模塊，同時也有串口，這是為了方便調試二值化的閾值參數，可以縮短調試時間，提高效率。

圖3

下圖是目標物體坐標提取模塊的，計算辦法就是把有效的坐標做累加，最后除以有效像素的數量就可以得到目標物體的坐標了。

圖4

串口接收的調參數據最后用在RGB2Ycbcr模塊里，未注釋的就是最后調參完成確定的閾值。當你需要調整閾值時把上部分注釋，取消下部分注釋。串口調參命令為：01xx0102xx0203xx0304xx04。xx為你需要輸入的值，4個xx分別對應調參的四個數據。

圖5

圖像處理有疑惑就這些地方了，其他的像算法實現原理自己百度看博客學習吧，內容太多但是不復雜。

4 舵機驅動模塊

舵機控制就是產生PWM，具體原理百度。下圖產生0.4us的基準時間，在這個基準上再產生20ms的舵機控制周期，pulse_cnt。

圖6

將圖像處理模塊得到的水平、垂直兩個方向的坐標進行轉換，得到舵機旋轉角度的控制值。坐標與中心坐標相減得到目前物體的偏移量，這里除以一個系數是進行PID的比例調節。直接用 / 有點違規，這里最好使用除法器IP處理下。最后得到x_value和y_value值，這是控制舵機旋轉角度的值，與上面得到的pulse_cnt比較輸出PWM。

圖7

審核編輯 ：李倩