Die vorliegende Arbeit behandelt die Implementierung von Algorithmen zur Stereobildauswertung in Echtzeit. Dazu wurden verschiedene Algorithmen zur Lösung des Korrespondenzproblems bezüglich einer Implementierung in DSPs und FPGAs entwickelt und untersucht. Nach Betrachtung der Randbedingungen von mehreren Szenarien der Umfelderfassung wurde aufgrund der Echtzeitanforderungen eine FPGA-Implementierung favorisiert. Es wurden zwei Verfahren für eine Implementierung in Echtzeit untersucht und implementiert. Für die Vermessung der Position von Objekten in einem Messbereich, bei dem eine Dimension deutlich größer als die anderen ist (10 - 150 m; Öffnungswinkel 30?), wurde ein hierarchisches Verfahren entwickelt. Dabei wird eine Bildpyramide, bei der ebenenweise die Auflösung reduziert wird, aufgebaut und zunächst in jeder Ebene unabhängig eine blockbasierte Korrelation durchgeführt. Im Anschluss werden die Ergebnisse aller Ebenen gegeneinander verifiziert und zusammengeführt, sodass eine gemeinsame Tiefenkarte entsteht. Das Verfahren wurde für die Onlineauswertung der Bilder eines Stereokamerasystems mit 1024x1024 Pixel a 10 Bit und 25 Bildern/s implementiert. Als Korrelationskriterien können die quadrierte normierte Kreuzkorrelationsfunktion und die Summe der Differenzenquadrate (SAD) verwendet werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann eine Reduktion des Rechenaufwandes bei der Stereobildauswertung mit einem großen Disparitätsbereich auf vielen Implementierungsplattformen erreicht werden. Weiterhin wurde eine Struktur zur Implementierung einer linearen blockbasierten Korrelation in einem FPGA entwickelt. Durch den Aufbau einer Korrelatorkaskade kann eine starke Parallelisierung der linearen Suche realisiert werden. Diese ermöglicht die Anwendung der FPGA Implementierung der SAD-Funktion in der Stereophotogrammetrie,aber auch in anderen Bildverarbeitungsdisziplinen, wie zum Beispiel der Bewegungsanalyse in einem großen Suchbereich und mit einem hohen Datendurchsatz. Auf Basis der Korrelatorkaskade wurde eine Hindernisdetektion für ein fahrerloses Fahrzeug realisiert und erfolgreich getestet. Dabei wurden Objekte in einem Messbereich von 1 - 20 m detektiert. Je nach Entfernung zum Messobjekt wurde das Fahrzeug allmählich abgebremst oder sofort gestoppt.

    This work covers the implementation of algorithms for stereo image processing in real time. Therefore several different algorithms for solving the correspondence problem are analysed with respect to implementation in DSPs or FPGAs. Based on the boundary conditions of two scenarios of sensing in vehicle or robotic environment real time conditions are determined. Due to these real time conditions an implementation in an FPGA is chosen. Two different procedures for stereo image processing in real time were discussed and implemented. A hierarchical measurement method for determination of the position of objects in a measurement range with one dimension (10-150 m; angle of aperture 30 ) being explicit bigger than the others was developed. By using an image pyramid, in which the resolution is reduced layer by layer, the depth map is determined. Processing every layer with a block based correlation method and combining the local correlations results over all layers, the disparity for every block is calculated. This hierarchical method was implemented for continuous processing stereo images using a stereo camera system with 1024x1024 Pixel at 10 Bit at 25 images per second in real time. The sum of absolute differences (SAD) and the squared normalised zero mean cross correlation function can be used as similarity criterions. Using this method the calculation effort of the stereo image processing with a big disparity range can be highly reduced on different implementation platforms. Furthermore a structure for a linear block based correlation in an FPGA was developed. By using a correlator cascade a strong parallelisation of the linear disparity search can be realized. Using an FPGA-implementation of the SAD-function with this structure enables high data throughput and big search areas for the stereo image processing and applications in other image processing fields, e.g. motion analysis. Based on the correlator cascade an obstacle detection for a driver-less vehicle was realised and tested. In a range from 1 m to 20 m obstacles were detected. Depending on the distance to the obstacle the vehicle was gradually slowed down or immediately stopped.


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    Titel :

    Untersuchung und Entwicklung von Algorithmen zur Stereobildauswertung für die Erfassung von Objekten im Umfeld von Fahrzeugen und Realisierung einer Hindernisdetektion in Echtzeit mittels einer Hardwareimplementierung auf einem FPGA


    Weitere Titelangaben:

    Investigation and development of algorithm to evaluate stereo images for the object detection in the environment of vehicles and realization of real time obstacle recognition by aid of a hardware implementation in a FPGA


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    244 Seiten, Bilder, Tabellen, 103 Quellen


    Anmerkungen:

    (+68 S. Anh.)


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch