Hochschule Augsburg University of Applied Sciences M.A.R.S. Technische Projektarbeit 2011 TI-5.
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Hochschule AugsburgUniversity of Applied Sciences
M.A.R.S.
Technische Projektarbeit 2011TI-5
Hochschule AugsburgUniversity of Applied Sciences Gliederung
• Motivation• Das Team • Hardware• HW-Optimierung• Datenbank• Interface• Parallelisierung
Hochschule AugsburgUniversity of Applied Sciences Motivation
Zielsetzung
Entwicklung eines Mobile Augmented Reality Systems,
für Schulungszwecke
Aufbauend auf Ergebnissen des Trikolus Forschungsprojektes• M.E.F.U. (2010)• HSAOpenSURF (2011)
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
Hochschule AugsburgUniversity of Applied Sciences Motivation
Aufgabenstellung
• Gehäuse • Stromversorgung• Embedded Linux System• Anpassung an Hardware• Optimierung Kameras• Grafische Oberfläche• Datenbank-/anwendung
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
Hochschule AugsburgUniversity of Applied Sciences Das Team
Tobias Kögelsberger
• GUI
• Dokumentation
Andrei Ehrlich
• M.E.F.U.
• Datenbank
Andreas Füger
• GUI
• Datenbank
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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Michael Morscher
• EDV
• Embedded Linux
Christoph Schwarz
• VHDL
• Stromversorgung
Das Team
Markus Bihler
• GUI
• Datenbankkonzept
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Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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Thomas Britzelmeier
• M.E.F.U.
• Präsentation
Das Team
Christopher Proske
• VHDL
• Projektleiter
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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CAMELEON FPGA Kameras
• 640x480px Auflösung, schwarz/weiss• Programmierbarer SPARTAN 3E FPGA• Softwaremodule aus Triokolos Projekten
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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Pandaboard mit LCD Erweiterung
• Dual-Core ARM9 Prozessor• 1 Ghz Taktfrequenz• 1024 MB Arbeitsspeicher• 7” Touchscreen mit
800x480 Pixel Auflösung• SD-Kartenslot
--> Genügend Leistung!
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Stromversorgung Anforderungen
• 5V Konstantspannung• Genügend Leistung für Peripherie und Board• Hoher Wirkungsgrad• Handelsübliche Bauteile• Geringe Wärmeentwicklung
Hardware
Schaltregler LM2676
Komponenten Verbrauch
Pandaboard ~
CAMELEON Kameras ~
=~
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Stromversorgung Layout
• kompakte Abmessungen• kurze stromführende Pfade• von Hand herstellbar
Hardware
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Ergebnis
--> Universell einsetzbare Stromversorgungsplatine
• 8V-40V Eingangsspannung• 5V Konstantspannung• 3A maximale Belastbarkeit• Wirkungsgrad größer als 90%
• 8x2700mAh NI-MH AA Akkus
Hardware
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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Gehäuse• Mobil, stabil, modular• Brennpunkt für Kameras• Platz für alle Komponenten
Probleme• Höhe Pandaboard• Fehlender Kamera Autofokus• Kurze Displayflachbandkabel
Kameras
Gehäuse
Objekt
ca. 30°
ca. 60 cm
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Gehäuse• Material: Sperrholz lackiert
• Leicht• Stabil
• Maße von 20xx10• Modulares Trägersystem• Batteriefach • AN/AUS Schalter
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Team
Hardware
Datenbank
Software
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Gehäuse
BILD VORNEBILD Hinten
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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n:1
1:nn:1
n:n
Mars XML-Datei
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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M.A.R.S. DB-Tool• Anlegen von Komponenten• Erstellen von Tutorials
Eigenentwicklung
Datenbank
Software Paket
MEFU Database-Creator • Einlesen neuer Objekte
Ergebnis der Projektarbeit MEFU.
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Komponentendaten in Textdatei eingeben und als Shellskript abspeichern
DB.sh über Konsole ausführen. marsXMLgenerator.sh wird im Hintergrund ausgeführt
Ergebnis: XML-Datei die von der M.A.R.S. Software verwendet werden kann
Datenbank
M.A.R.S. DB-Tool
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Besonderheiten• Benutzerfreundliche Datenerfassung• Kommentare möglich• Shell Syntax Highlighting
Vorteile• Kurze Einlernphase• Hohe Kapselung• Systemunabhängig
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Beispiel:
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Team
Hardware
Datenbank
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Anforderungen GUI• Linux kompatibel• Ressourcenschonend• Kompatibel mit OpenCV• Intuitiv bedienbar• Interaktive Funktionalität
Unsere Wahl: GTK+• nutzt C/C++• Plattformunabhängig• einfache Programmierschnittstelle
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Team
Hardware
Datenbank
Software
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Free Mode Tutorial Mode
Modus?
Start ENDEM.E.F.U.fertig?
Allgemeiner Ablauf GUI
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Team
Hardware
Datenbank
Software
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Start
Nächstes Objektbestimmen
Erkannte Objektemarkieren
Tutorial Buttonsanzeigen
Ende
Komponenten Markieren
Next-, Prev- und Back Butten anzeigen
Beschreibungstext anzeigen
Anweisungstext anzeigen
Free Mode
Ende
Start
Tutorial Mode
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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FPGA - Kameras MEFU MARS
Zeit
• Bild anfordern
Bild aufnehmen
Objekterkennung
• Bild abholen
• Bild abholen
• Bild anfordern
Bild aufnehmen
• neues Bild verfügbar
Leerlauf
Leerlauf
Leerlauf
GUI gesperrt!
ein gemeinsamer Thread
GUI gesperrt!
GUI neu zeichnen
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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FPGA - Kameras MEFU - Thread MARS - Thread
Zeit
• Bild abholen
• Bild anfordern
Bild aufnehmen
Objekterkennung
• Bild anfordern
Bild aufnehmen
• Bild abholen
GUI neu zeichnen
Objekterkennung
• Bild anfordern
Bild aufnehmen
• neues Bild verfügbar
Objekterkennung
• Bild abholen
GUI neu zeichnen• neues Bild verfügbar
GUI bedien bar
GUI bedien bar
GUI bedien bar
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Team
Hardware
Datenbank
Software
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KameraCypress
USB
Sensor VDEC Integralbild SURF USB
SDRAMController
μBlaze
SDRAM
FPGA (Spartan 3E)
PLB
AufgabeErstellen eines IP-Cores für eine Integralbild Berechnung
Vorteile• schnellere Berechnung• Softcore wird entlastet
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
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Orginalbild Integralbild
Integrierer IP-Core
Nutzen Integralbild--> Berechnung einer Fläche für SURF-Algorithmus
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
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Struktur des IP-Cores
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Mem CtrlMaster Burst FIFO
Integrierer + BRAM
Mem_ctrl
Sensor (VDEC)
PLB
Softcore
Daten Daten + Sync
Daten + Sync + Enabele
PLB-Control
Sync
skip
full
controllstatus integrierer_main.vhd
user_logic.vhdIntegrierer.vhd
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
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Eigenschaften
• Skalar • Höhere Taktfrequenz als PLB möglich• Geringer Ressourcenverbrauch
• 848 Slices• 1041 FlipFlop• 1194 Lookup Table• 3 BRAM Blöcke
• IP-Core kann wiederverwendet werden
Motivation
Team
Hardware
Datenbank
Software
VHDL
Hochschule AugsburgUniversity of Applied Sciences Fazit
• Herstellung eines Gehäuses
• Herstellung einer Energieversorgung
• Entwicklung eines Datenbanktools
• Erweiterung des MEFU Projekts
• Entwicklung eines Integrierer IP-Core
Funktionierendes Mobiles Augmented Reality System
Motivation
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Hardware
Datenbank
Software
VHDL
Fazit