基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)

基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)

摘要：本文主要研究了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ConvolutionalNeuralNetwork，CNN）的雙目匹配算法，并通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)了該算法。首先介紹了雙目匹配的基本概念和挑戰(zhàn)，然后詳細(xì)介紹了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在雙目匹配中的應(yīng)用。接著，分析了FPGA在雙目匹配中的優(yōu)勢(shì)，并給出了FPGA實(shí)現(xiàn)的具體方案。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性和FPGA實(shí)現(xiàn)的性能。

1.引言

雙目匹配是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中重要的問(wèn)題之一，它可以實(shí)現(xiàn)深度感知、三維重建等應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的雙目匹配算法存在計(jì)算復(fù)雜度高、運(yùn)算速度慢、運(yùn)算精度低等問(wèn)題。因此，本文提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法，并使用FPGA實(shí)現(xiàn)，以提高運(yùn)算速度和精度。

2.雙目匹配算法

2.1雙目圖像獲取

雙目圖像通過(guò)兩個(gè)相機(jī)同時(shí)拍攝同一場(chǎng)景，視角略有偏差。由于人的兩只眼睛分處兩側(cè)，可以通過(guò)雙目視差來(lái)獲取物體的深度信息。

2.2傳統(tǒng)的雙目匹配算法

傳統(tǒng)的雙目匹配算法主要包括塊匹配算法、全局匹配算法和視差優(yōu)化算法。塊匹配算法將圖像劃分為大小相等的塊，然后計(jì)算每個(gè)塊的匹配程度，最終得到視差圖。全局匹配算法則通過(guò)優(yōu)化匹配函數(shù)來(lái)獲得更準(zhǔn)確的匹配結(jié)果。視差優(yōu)化算法則通過(guò)消除非唯一匹配和視差不連續(xù)等問(wèn)題來(lái)提高匹配精度。

3.卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在雙目匹配中的應(yīng)用

3.1卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種由多層神經(jīng)元組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中包括卷積層、池化層和全連接層等。卷積層通過(guò)局部感受野和共享權(quán)重的方式提取圖像特征。池化層則通過(guò)降采樣的方式減小特征圖的大小。全連接層則將輸出特征映射到最終的預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.2基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法

基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法首先將兩個(gè)雙目圖像輸入到CNN模型中，通過(guò)卷積和池化等操作提取特征。然后，使用特征圖計(jì)算視差圖，最終獲得深度信息。

4.FPGA實(shí)現(xiàn)方案

4.1FPGA的優(yōu)勢(shì)

FPGA具有并行計(jì)算能力強(qiáng)、可編程性高、低功耗等優(yōu)勢(shì)，特別適合于算法加速。

4.2FPGA實(shí)現(xiàn)過(guò)程

首先，將CNN模型轉(zhuǎn)換為硬件描述語(yǔ)言，然后對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。接著，使用FPGA開(kāi)發(fā)工具對(duì)模型進(jìn)行綜合、布局和布線等操作，最后加載到FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)加速。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)在比較復(fù)雜的場(chǎng)景下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法的有效性和FPGA實(shí)現(xiàn)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法相較于傳統(tǒng)算法具有更高的匹配精度和更快的運(yùn)算速度。

6.結(jié)論

本文研究了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法，并通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)了該算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在雙目匹配中具有較高的匹配精度和較快的運(yùn)算速度。未來(lái)可以進(jìn)一步優(yōu)化算法和FPGA實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)更高效的雙目匹配系統(tǒng)。

本文通過(guò)研究基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法，并利用FPGA實(shí)現(xiàn)了該算法，得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在雙目匹配中具有較高的匹配精度和快速的運(yùn)算速度。相比傳統(tǒng)算法，該算法能夠更準(zhǔn)確地匹配特征，并且在復(fù)雜場(chǎng)景下表現(xiàn)出更好的性能。本研究證明了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目匹配算法和FP