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DIY你的體感游戲:人體動(dòng)作識別系統(tǒng)的設(shè)計(jì),提供軟硬件實(shí)現(xiàn)方案

作者: 時(shí)間:2017-06-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201706/348731.htm

一 項(xiàng)目設(shè)計(jì)摘要

人體特征和是非常熱門的領(lǐng)域,相關(guān)的算法和實(shí)現(xiàn)方案也層出不窮。依賴于豐富的內(nèi)部資源,可以實(shí)現(xiàn)高速的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理。為了給人們的生活和娛樂帶來更多的樂趣,我們的設(shè)計(jì)靈感來源于一款PC游戲,將人體和個(gè)人電腦游戲結(jié)合起來,通過對人體動(dòng)作的判斷,控制游戲中相應(yīng)物體的動(dòng)作,這類似于無線控制,但是也不盡相同,這將是一個(gè)非常有趣并且吸引人的項(xiàng)目。本項(xiàng)目使用 OpenSPARC評估平臺,首先通過VGA解碼芯片,將PC機(jī)中的視頻流數(shù)據(jù)解碼出R、G、B信號值和場、行信號。然后使用OV7670,攝取人體的手部動(dòng)作,運(yùn)用一定的算法,對攝像頭數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,判定此時(shí)的人體動(dòng)作,然后將其與RGB分量信號進(jìn)行疊加,通過配置DVI接口芯片,將疊加后的圖像送至顯示器顯示。在正確檢測出人體動(dòng)作的前提下,將向PC機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信號,用來控制PC機(jī)中游戲的動(dòng)作。

二 系統(tǒng)的原理

本設(shè)計(jì)項(xiàng)目為人體,設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于攝像頭數(shù)據(jù)的獲取、人體動(dòng)作的正確識別、圖像的疊加、圖像的顯示以及控制信號的傳輸。本項(xiàng)目使用Digilent公司提供的 OpenSPARC評估板,板上含有 XC5VLX110T ,2個(gè)Xilinx XCF32P Platform Flash PROMs(每個(gè)32 Mbyte),用于存儲大型設(shè)計(jì)的配置信息;64位寬256Mbyte DDR2小型DIMM(SODIMM),兼容EDK 附帶的IP及驅(qū)動(dòng)程序;板載32位ZBT同步SRAM 和Intel P30 StrataFlash;可編程系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器,RS-232接口和許多其他I/O設(shè)備與接口等。評估板上的眾多資源為本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和開發(fā)帶來了極大的便利。整個(gè)系統(tǒng)的框圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的整體框圖

下面簡單介紹一下各部分的原理

  1. 數(shù)字視頻流的解碼

在Virtex-5 OpenSPARC評估板上,帶有視頻解碼芯片AD9980,該芯片是一個(gè)8bit,95MSPS,帶有模擬接口,專門用于捕捉Y(jié)PBPR視頻和RGB圖像信號的視頻解碼芯片,它的圖像分辨率最高可到達(dá)1024x768,此時(shí)的刷新頻率為85Hz。本次設(shè)計(jì)視頻流的輸入格式為640x480,刷新頻率為60Hz。AD9980芯片采用IIC總線,通過配置部分寄存器,設(shè)置輸入視頻的格式,可以從輸入的視頻流中分離出RGB 8bit分量和場行信號。

  1. 攝像頭數(shù)據(jù)的獲取

為了能準(zhǔn)確的獲取圖像信號,本設(shè)計(jì)采用OV7670,其帶有標(biāo)準(zhǔn)的SCCB接口,同時(shí)兼容IIC總線接口,因此可以在程序設(shè)計(jì)上,可以采用通用的IIC配置程序,簡化設(shè)計(jì),減少設(shè)計(jì)量。OV7670支持VGA、CIF和從CIF到40x30的圖像尺寸。OV7670輸出為8bit的圖像數(shù)據(jù),通過選擇輸出圖像的格式,8bit的數(shù)據(jù)代表了不同的RGB分量。同時(shí)OV7670還能直接輸出場行信號,但與標(biāo)準(zhǔn)的VGA場行信號不盡相同。對于OV7670的使用,重點(diǎn)在于寄存器的設(shè)置和時(shí)鐘信號的選擇。

  1. 數(shù)據(jù)的緩存

OV7670輸出的數(shù)字圖像信號,在進(jìn)行處理之前,還必須進(jìn)行必要的緩沖,這是因?yàn)檫x擇不同的數(shù)據(jù)格式,8bit的數(shù)據(jù)代表了不同的RGB分量,不能直接同AD9980解碼后的RGB分量進(jìn)行疊加,另外OV7670輸出的場行信號也與標(biāo)準(zhǔn)的場行信號存在差異。在Virtex-5 XC5VLX110T FPGA中含有豐富的塊RAM,將其配置成FIFO,非常適合于大量高速數(shù)據(jù)的緩沖處理。

  1. 動(dòng)作的識別

人體動(dòng)作的識別是本次設(shè)計(jì)的重中之重,也是最為困難的地方。為了能夠準(zhǔn)確的判斷出人體的動(dòng)作,需要非常精密的算法。本項(xiàng)目類似于運(yùn)動(dòng)物體檢測,有關(guān)的算法還正在研究之中。

  1. 圖像的疊加

圖像的疊加原理,類似于字母的疊加,這部分的設(shè)計(jì)不是很難,只需要將AD9980和OV7670解碼出來的RGB顏色分量疊加在一起即可,但是要做到視頻圖像畫面的穩(wěn)定,不出現(xiàn)畫面的跳動(dòng)、串幀,需要仔細(xì)研究VGA時(shí)序。

  1. 圖像的顯示

在Virtex-5 OpenSPARC評估板上,帶有DVI傳輸芯片CH7301,它的輸入為RGB分量、場行信號和時(shí)鐘信號。輸入圖像的格式可選,CH7301帶有IIC總線接口,最重要的也是相關(guān)寄存器的合理配置。如果要得到VGA信號,可以使用DVI轉(zhuǎn)VGA接頭,將DVI信號轉(zhuǎn)換成VGA信號輸出。

  1. 控制信號的傳輸

當(dāng)已經(jīng)準(zhǔn)確的判斷出了人體的動(dòng)作時(shí),F(xiàn)PGA將根據(jù)此時(shí)的動(dòng)作發(fā)出相應(yīng)的控制信號,傳遞個(gè)PC機(jī)。對于控制信號的傳輸可以采用RS-232接口,模擬鍵盤,此時(shí)需要編寫串口模擬鍵盤程序。不同的控制信號對應(yīng)于不同的動(dòng)作,PC機(jī)接收控制信號,控制游戲發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作。

三 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在開始時(shí),首先獲取PC機(jī)的視頻流數(shù)據(jù),然后通過攝像頭得到人體動(dòng)作的圖像數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖處理、識別之后,將于解碼后的RGB分量相互疊加,最后通過DVI接口將視頻數(shù)據(jù)輸出至顯示器,同時(shí)FPGA將控制信號傳送給PC機(jī),達(dá)到控制PC機(jī)中游戲的目的。系統(tǒng)的軟件流程如下圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖



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